laporan praktikum mekanika tanah permeability.docx

Laboratorium Mekanika Tanah Departemen Teknik Sipil – Fakultas Teknik Universitas Indonesia

LAPORAN PRAKTIKUM MEKANIKA TANAH

NAMA PRAKTIKAN : Cut Olda Laviana 1306367795

Dwita Fitriani Wijayanti 1306368021

Septiana Kurnianingsih 1306367933

Seranty Bella Dwicahyanie 1306367920

KELOMPOK : L3

TANGGAL PRAKTIKUM : 3 Oktober 2015

JUDUL PRAKTIKUM : Permeability

ASISTEN : Azzah Balqis

PARAF DAN NILAI :

I. PENDAHULUAN

A. STANDAR ACUAN & REFERENSI

ASTM D 2434 “Standartd Test Method for Permeability of Granular Soils (Constant Head)”

AASHTO T 215 “Standartd Method of Test for Permeability of Granular Soils (Constant

Head)”

Modul Praktikum Mekanika Tanah Dasar - Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik,

Universitas Indonesia.

B. MAKSUD DAN TUJUAN PERCOBAAN

Mencari nilai permeabilitas k dari suatu sampel tanah

C. ALAT ALAT DAN BAHAN

a. Alat

Mould Permeability

Gelas ukur

Penggaris

Jangka sorong

Stopwatch

Timbangan dengan ketelitian 0,1 gram

Alat Constant Head Test

Tamper

1


b. Bahan

Tanah lolos saringan No. 4 ASTM sebanyak ± 3 kg

Pasir

Air

Gambar 7.1 Peralatan praktikum permeability: a) Alat constant head test; b) penggaris; c)

Mould Permeability; d) Jangka sorong; e) Tamper; f) Gelas ukur

2


D. DASAR TEORI

Permeabilitas didefinisikan sebagai sifat bahan berpori yang memungkinkan aliran

rembesan dari cairan yang berupa air atau minyak mengalir lewat rongga porinya. Pori-pori

tanah saling berhubungan antara satu dengan yang lainnya. Sehingga air dapat mengalir dari

titik yang mempunyai tinggi energi lebih tinggi ke titik yangmempunyai tinggi energi lebih

rendah. Untuk yanah, permeabilitas dilukiskan sebagai sifat tanah yang menyatakan atau

menggambarkan bagaimana air mengalir melalui tanah.

Di dalam tanah, aliran dapat bersifat laminer atau turbulen. Tahanan terhadap aliran

tergantung pada jenis tanah, ukuran butiran tanah, bentuk butiran tanah, rapat massa, serta

bentuk geometri rongga porinya. Selanjutnya temperarur juga sangat mempengaruhi tahanan

alirannya (kekentalan dan tegangan permukaan).

Walaupun secara teoritis, semua jenis tanah lebih atau kurang mempunyai rongga

pori, dalam praktekn ya istilah mudah meloloskan air (permeable) ditujukan untuk tanah

yang memang benar-benar mempunyai sifat meloloskan air. Sebaliknya, tanah disebut kedap

air (impermeable), bila tanah tersebut mempunyai kemampuan meloloskan air yang sangat

kecil.

Debit air yang mengalir q melalui tanah pada suatu cross-section areaA adalah

proporsional terhadap gradien i yaitu :

qA

i q=k i A

di mana: q = volume aliran air per satuan waktu,

A = luas penampang tanah yang dilewati air,

k = koefisien permeabilitas,

i = gradien hidrolik, dan

v = kecepatan aliran (discharge velocity).

Satuan koefisien permeabilitas sama dengan satuan kecepatan, yaitu m/detik. Koefisien k

disebut sebagai “koefisien permeabilitas” Darcy atau “koefisien permeabilitas” atau

“permeabilitas tanah”.

3


Permeabilitas tergantung oleh beberapa faktor. Yang utama adalah sebagai berikut :

1. Ukuran butiran. Secara proporsional, ukuran pori berhubungan dengan ukuran

partikel tanah

2. Properti aliran pori. Untuk air adalah viskositasnya, yang akan berubah akibat

dipengaruhi perubahan temperatur.

3. Void ratio

4. Bentuk dan susunan pori-pori tanah

5. Derajat saturasi. Kenaikan derajat saturasi pada tanah akan menyebabkan kenaikan

nilai permeabilitas.

Secara garis besar, makin kecil ukuran partikel, makin kecil pula ukuran pori dan makin

rendah 'koefisien permeabilitasnya. Berarti suatu lapisan tanah berbutir-kasar yang

mengandung butiran-butiran halus memiliki harga k yang lebih rendah daripada tanah

berbutir kasar, koefisien permeabilitas merupakan fungsi dari angka pori. Kalau tanahnya

berlapis-lapis, permeabilitas untuk aliran sejajar lapisan lebih besar daripada permeabilitas

untuk aliran tegak lurus lapisan. Permeabilitas lempung yang bercelah (fissured) lebih besar

daripada lempung yang tidak bercelah (unfissured).

Permeabilitas dapat digunakan untuk menyelesaikan masalah-masalah yang

berhubungan dengan seepage (rembesan) di bawah bendungan, disipasi air akibat

pembebanan tanah, dan drainase dari lapisan subgrade, bendungan, atau timbunan. Selain itu

tegangan efektif yang diperlukan dalam perhitungan masalah-masalah di atas juga secara

tidak langsung berkaitan dengan permeabilitas.

Setidaknya ada empat metode di laboratorium untuk mencari nilai permeabilitas

tanah, yaitu metode Capillarity Head Test, korelasi data konsolidasi untuk menghitung

permeabilitas, Variable Head Test, dan Constant Head Test. Constant Head umumnya lebih

sering digunakan pada tanah cohesionless daripada Variable Head karena instrumen yang

lebih sederhana.

Metode Constant Head Test

Metode ini hanya digunakan pada tanah dengan permeabilitas tinggi. Oleh karena itu,

pada percobaan yang akan dilakukan perlu ditambahkan pasir untuk memodifikasi

permeabilitas tanah lempung yang sangat kecil. Prinsip pada percobaan ini dapat dilihat pada

gambar.

4


Gambar 7.2 Susunan alat Constant Head Permeability Test

Penentuan nilai k dilakukan dengan cara mengukur penurunan tinggi muka air selama

periode waktu tertentu dan pada saat ini tegangan air menjadi tidak tetap sehingga rumus

Darcy dapat digunakan. Misalnya pada ketinggian air (h), penurunan (dh) akan membutuhkan

waktu (dt), maka koefisien permeabilitas dapat diturunkan dari rumus Darcy sehingga

menjadi:

q=k i A

5


i= hL

k= q LA ht

dengan:

k = koefisien permeability

A = luas sample tanah

t = selang waktu

L = tinggi sampel tanah

Apabila air yang melalui sampel tanah sedikit seperti pada sampel tanah lempung

murni dimana nilai k sangat kecil, maka metode ini tidak efektif lagi digunakan untuk

mengukur nilai k. Sehingga akan lebih baik menggunakan cara yang kedua, yaitu metode

Variable Head.

Metode Variable Head Test

6


Gambar 7.3 Susunan alat Variable Head Permeability Test

Jumlah air yang mengalir pada standpipe dalam waktu tertentu adalah :

q=a v=a−dhdt

dengan :

a = luas cross-sectionstandpipe

dh/dt = penurunan muka air

Sedangkan jumlah air yang merembes melalui tanah dalam waktu tertentu pada

permeameter adalah :

q=A khL

lalu dengan menyamakan jumlah air yang masuk = jumlah air yang keluar :

q¿=qout

↔dhdt

=A khL

↔∫h0

h1

dhh

=∫h0

h1

A k dta L

↔ lnh0

h1

= A k ta L

k=2.3a LA t

log10

h0

h1

dengan:

a = luas cross-section standpipe

L = panjang sampel di dalam permeameter

A = luas cross-section permeameter

t = jumlah waktu pada waktu pengukuran

h0, h1 = tinggi head (lihat gambar 7.2)

Koefisien Permeabilitas pada suhu kamar (ToC) adalah KT sedangkan untuk suhu

standar (20oC) perlu dikonversi menjadi:

K20=KT ( ηT

η20)

7


dimana:

ηT = viskositas cairan pada temperatur T°C.

η20 = viskositas cairan pada temperatur 20°C.

Perbandingan viskositas dapat dilihat pada gambar 7.3 di bawah ini (tabel koreksi

viskositas cairan).

Gambar 7.4 Grafik ηT /η20 (data International Critical Tables, Vol. V)

Menurut Tabel Koefisien Permeabilitas BS 8004: 1986, nilai-nilai permeabilitas untuk

berbagai jenis tanah pada suhu standar (20oC) adalah sebagai berikut:

Tabel 7.1 Koefisien permeabilitas (m/s) (BS 8004: 1986)

8

Temperatur (oC)


Menurut Cassagrande pada tahun 1938, nilai-nilai permeability untuk berbagai jenis

tanah pada suhu standar (20oC) adalah sebagai berikut:

Tabel 7.2 Koefisien permeabilitas menurut Cassagrande

Menurut Wesley pada suhu standar (20oC):

Tabel 7.3 Koefisien permeabilitas menurut Wesley

9


II. PRAKTIKUM

A. PROSEDUR PERCOBAAN

a. Persiapan

1. Menyiapkan tanah kering yang lolos saringan No. 4 ASTM sebanyak ±3 kg, dan pasir

sebanyak ±3 kg.

2. Menyiapkan mould permeability, kemudian catat data diameter, tinggi, serta berat

mould.

3. Mencampur tanah dengan pasir dengan perbandingan tertentu (tanah:pasir = 1:1 / 1:2 /

2:1) sehingga terdapat 3 sampel campuran tanah dan pasir, kemudian aduk sampai

rata.

4. Memasukkan campuran tanah dan pasir untuk setiap masing-masing perbandingan

tersebut ke dalam mould hingga padat dan perhatikan filter pada bagian atas dan dasar

mould agar harus selalu terpasang.

5. Menutup mould dan letakkan pada alat permeability.

b. Jalannya praktikum

1. Percobaan yang dilakukan adalah Constant Head Test, pertama-tama mengalirkan air

melalui selang, naik ke reservoir di atas kemudian masuk ke mould permeability

hingga seluruh tanah di dalam mould jenuh sempurna.

2. Mengeluarkan udara yang berada pada alat permeability hingga benar-benar tidak ada

lagi udara yang tersisa di dalam. Hal ini dapat dilakukan dengan cara membuka

sedikit baut untuk mengeluarkan gelembung udara.

3. Mengusahakan untuk menstabilkan tinggi air yang berada di reservoir dan jaga agar

tidak terjadi gelombang.

4. Mengukur tinggi muka air dan reservoir ke mould (h).

5. Memperhatikan air yang keluar dari mould hingga tidak terjadi perubahan (konstan).

6. Setelah konstan, menampung air limpahan tersebut ke dalam gelas ukur sambil

mencatat waktu menggunakan stopwatch.

7. Mengukur volume yang tertampung selama waktu yang ditentukan tersebut (V).

8. Mengulangi percobaan tersebut untuk sampel 2 dan 3, kemudian melakukan

perhitungan nilai permeabilitas rata-rata dari ketiga sampel tersebut.

10


III. PENGOLAHAN DATA

A. DATA PENGAMATAN

Dimensi Mould

Sampel L5 L6 Rata-rata

Diameter (mm) 75,4 75,8

75,7

75,4 75,7

75,9 75,9

Rata-rata diameter

Per-sampel

75,6 75,8

Tinggi (cm) 105 105 105

Sample 1 (kelompok L5):

Wtanah = 1 kg

Wpasir = 0,5 kg

Tinggi Sample (L) = 23 cm

= 23 x 10⁻² m

Luas (A) = 14

π d2

¿ 14

π (75,6 × 10−3 )2

¿4,489 × 10−3 m2

Tinggi constant head (h) = 105 cm = 1,05 m

No Waktu (detik) Volume (ml)

1 30 18

2 30 18

3 30 18

Volume air tertampung (V) = 18=18+18

3 = 18 mL

11


= 18 x 10-6 m³

Sample 2 (kelompok L6):

Wtanah = 0,5 kg

Wpasir = 1 kg

Tinggi Sample (L) = 22,5 cm

= 22,5x 10⁻² m

Luas (A) = 14

π d2

¿ 14

π (75,8 × 10−3 )2

¿4,513 × 10−3 m2

Tinggi constant head (h) = 105 cm = 1,05 m

No Waktu (detik) Volume (ml)

1 30 36

2 30 34

3 30 34

Volume air tertampung (V) = 36+34+34

3 = 34,67 mL

= 34,67 x 10-6 m³

B. PERHITUNGAN

Sampel 1 (Kelompok L5)

Perbandingan 1 kg tanah dengan 0.5 kg pasir (2 : 1)

K32=V . L

A . ∆ H . t

¿ 18 x10−6 x 23 x10⁻ ²4,489 ×10−3 x 1,05 x 30

¿ 2,928 x 10−5 ms

12


Suhu (x) = 32oC

n=−0,4963 ln x+2,4848=0,765

Koefisian Permeabilitas :

K20 = η 30η 20

x K 32

K20=0,765 x 2,928 x 10−5=2,240 x 10−5 m /s

Sampel 2 (Kelompok L6)

Perbandingan 0.5 kg tanah dengan 1 kg pasir (1 : 2)

K33=V . L

A . ∆ H .t

¿ 34,67 x10−6 x22,5 x 10⁻ ²4,513× 10−3 x1,05 x30

¿ 5,487 x 10−5 ms

13


Suhu (x) = 33oC

n=−0,4963 ln x+2,4848=0,749

Koefisian Permeabilitas :

K20 = η 30η 20

x K 33

K20=0,749 x 5,487 x10−5=4,110 x 10−5 m /s

IV. ANALISA

A. ANALISA PERCOBAAN

Percobaan permeabilitas dilaksanakan oleh shift 3 yaitu kelompok L5 dan L6 pada

hari Sabtu 3 oktober 2015 di Laboratorium Mekanika Tanah Fakultas Teknik universitas

Indonesia. Percobaan permeabilitas ini bertujuan untuk mendapatkan nila k dari suatu sampel

tanah. Nilai k adalah koefisien permeabilitas yang menunjukkan ukuran tahanan tanah

terhadap aliran air.

Sebelum memuai praktikum, praktikan melakukan tahap persiapan terlebih dahulu.

Persiapan dilakukan dengan menyiapkan tanah kering yang lolos saringan No. 4 ASTM

sebanyak ±3 kg dan pasir sebanyak ±3 kg. Tanah dan pasir digunakan sebagai sampel karena

keduanya secara teori memiliki perbedaan koefisien permeabilitas. Dari perbedaan tersebut

dapat dibandingkan apakah percobaan yang dilakukan sesuai dengan teori atau tidak.

Kemudian melakukan pengukuran terhadap dimensi mould permeability yaitu diameter dan

tinggi untuk mendapatkan volumenya. Tanah dan pasir yang telah disiapkan dicampur dan

14


dibagi menjadi dua sampel. Sampel yang pertama adalah campuran tanah seberat 1 kg dan

pasir 0,5 kg (tanah : pasir = 2 : 1). Sedangkan sampel kedua adalah campuran tanah seberat

0,5 kg dan pasir seberat 1 kg (tanah : pasir = 1 : 2). Tanah tersebut dicampurkan dengan pasir

dan diaduk supaya homogen. Campuran dibuat dalam komposisi yang berbeda agar praktikan

dapat melihat perbedaan nilai koefisien permeabilitas dari masing-masing campuran.

Kemudian campuran tanah dan pasir dimasukkan ke dalam mould permeability dengan

sebelumnya memasukkan filter pada dasar mould agar ketika air mengalir tanah tetap tertahan

dan tidak ikut serta mengalir. Tanah dimasukkan dengan membagi menjadi 3 lapisan dan

ditumbuk setiap lapisan sebanyak 25 kali. Tumbukan tersebut dilakukan dengan alasan untuk

memadatkan tanah agar rongga yang ada pada tanah dapat terisi penuh, atau dengan kata lain

tidak ada rongga pada tanah. Setelah tanah penuh mengisi mould dan dipadatkan kemudian

filter kedua dipasang dibagian atas agar air yang mengalir tersebar secara merata ke

permukaan mould. Kemudian mould ditutup dan dipasang pada alat permeability.

Percobaan dimulai dengan menyiapkan alat Constant Head Test dimana ketinggian air

diatur konstan. Pertama-tama praktikan menghubungkan selang dari reservoir ke keran air

dan mengalirkan air mengisi reservoir. Debit air diatur sedemikian rupa sehingga permukaan

airnya tidak bergelombang karena praktikan akan mengukur secara Constant head. Ketika air

mengisi reservoir dalam keadaan konstan yaitu ketika sudah tidak terjadi penambahan

ketinggian maka praktikan mengukur tinggi airnya. Disaat air telah membasahi seluruh

campuran tanah, udara yang ada di dalam tanah dikeluarkan dengan cara membuka sedikit

baut yang terdapat pada tutup mould maka gelembung udara akan keluar seluruhnya dan

tanah akan menjadi jenuh.

Selanjutnya dilakukan perhitungan volume air yang keluar dari tanah. yaitu dengan

cara membuka keran yang berada di bagian bawah mould. Air akan keluar hingga debitnya

konstan. Setelah debitnya konstan maka dilakukan pengukuran volumenya dengan gelas ukur

selama waktu 30 sekon. Pengukuran dilakukan sebanyak 3 kali dan kemudian dicatat dan

diukur suhunya.

B. ANALISA HASIL

Hasil dari pengolahan data didapatkan nilai koefisien permeabilitas (k). Sampel 1

dengan perbandingan tanah : pasir = 2 : 1 didapatkan nilai k percobaan pada suhu 32oC

adalah 2,298 x 10-5 m/s dan nilai k pada suhu 20oC yang didapat setelah dilakukan

15


perhitungan adalah 2,240 x 10-5 m/s. Sampel 2 dengan perbandingan tanah : pasir = 1 : 2

didapatkan nilai k percobaan pada suhu 33oC adalah 4,110 x 10-5 m/s dan nilai k pada suhu

20oC yang didapat setelah dilakukan perhitungan adalah 4,487 x 10-5 m/s.

Sampel K20 KT

Sampel 1 (tanah : pasir = 2 : 1) 2,240 x 10-5 m/s 2,298 x 10-5 m/s

Sampel 2 (tanah : pasir = 1 : 2) 4,110 x 10-5 m/s 5,487 x 10-5 m/s

Dari hasil yang diperoleh praktikan dapat mengetahui jenis tanah yang diuji. Nilai

koefisien permeabilitas yang didapat dibandingkan dengan Tabel BS 8004: 1986. Tabel

tersebut menunjukkan berbagai jenis tanah pada suhu standar (20oC) dengan melihat

koefisien permeabilitasnya. Dalam hal ini nilai k yang dibandingkan adalah nilai k pada

sampel 1.

1 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9 10-10

Kerikil

bersih

Pasir bersih dan

campuran pasir-

kerikil

Pasir sangat

halus, lanau dan

lempung-lanau

berlapis-lapis

Lempung tak

bercelah dan

lempung lanau

(>20% lempung)

Lempung yang mengalami

pengawetan dan bercelah

Berdasarkan tabel tersebut, maka diketahui bahwa tanah yang digunakan dalam

percobaan tergolong pasir sangat halus, lanau dan lempung-lanau berlapis-lapis karena

sampel memiliki nilai permeabilitas sebesar 2,240 x 10-5 m/s.

Sedangkan apabila dilihat pada tabel Cassagandre tentang nilai koefisien

permeabilitas jenis tanah pada suhu standar (20oC) jenis tanah uji merupakan pasir atau

campuran pasir dan kerikil.

16


Jenis Tanah k (m/s)

Kerikil 1 x 10-2 – 1

Pasir/campuran pasir-kerikil 1 x 10-5 - 1 x 10-2

Pasir halus, lanau organic,

campuran pasir, lanau, clay

1 x 10-9 - 1 x 10-5

Clay padat 1 x 10-11 - 1 x 10-9

Selain itu identifikasi jenis tanah dapat dilihat pada penggolongan jenis tanah menurut

Wesley. Nilai koefisien permeabilitas yang didapatkan dari kedua sampel yang ada berkisar

antara 1 x 10-5 sampai 5 x 10-5. Sehingga dapat dikatakan bahwa jenis tanah tersebut adalah

pasir halus, sesuai dengan Tabel penggolongan jenis tanah berdasarkan koefisien

permeabilitas menurut Wesley:

Jenis Tanah k (m/s)

Pasir berlempung, pasir berlanau 5 x 10-5 - 1 x 10-4

Pasir halus 1 x 10-5 - 5 x 10-5

Pasir kelanauan 1 x 10-6 - 2 x 10-5

Lanau 1 x 10-7 - 5 x 10-6

Lempung 1 x 10-11 - 1 x 10-8

Dari hasil pengolahan data terdapat perbedaan antara nilai k dari sampel 1 dan nilai k

dari sampel 2. Sampel 1 memiliki nilai k yang yang lebih kecil daripada nilai k sampel 2.

Berdasarkan teori semakin kecil ukuran partikel, makin kecil pula ukuran pori dan makin

rendah 'koefisien permeabilitasnya. Berarti suatu lapisan tanah berbutir-kasar yang

mengandung butiran-butiran halus memiliki harga k yang lebih rendah daripada tanah

berbutir kasar saja karena koefisien permeabilitas merupakan fungsi dari angka pori. Secara

teoritis pasir lebih kasar dibandingkan dengan tanah terbukti dalam percobaan sampel yang

mengandung lebih banyak pasir nilai k-nya lebih besar. Hal ini disebabkan karena ukuran

partikel pasir yang digunakan lebih besar dari ukuran tanah yang digunakan. Sehingga

semakin banyak pasir nilai koefisien permeabilitasnya semakin besar karena angka porinya

semakin besar.

17


C. ANALISA KESALAHAN

Selama percobaan permeabilitas berlangsung, terdapat beberapa kesalahan yang

berpotensi untuk mempengaruhi hasil perhitungan. Kesalahan-kesalahan tersebut

diantaranya:

Kesalahan yang dilakukan praktikkan ketika mencampurkan tanah dan pasir, yaitu

dalam proses penimbangan tanah dan pasir yang tidak sesuai takaran perbandingan

maupun dalam proses pengadukan tanah dan pasir yang belum tentu homogen.

Kesalahan yang dilakukan praktikkan dalam melakukan pemadatan didalam mould

permeability sehingga masih terdapat rongga-rongga pada tanah.

Kesalahan yang dilakukan praktikkan dalam mengukur tinggi dan diameter mould

permeability serta tinggi reservoir terhadap mould permeability.

Kesalahan yang dilakukan praktikan dalam menghitung volume air yang keluar dari

mould permeability, yaitu ketika menampung air gelas ukur menempel pada keran air,

penarikan gelas ukur sebagai penampung air yang keluar tidak serempak dengan

habisnya waktu 30 detik.

V. KESIMPULAN

Berdasarkan percobaan dan analisis yang telah dilakukan oleh praktikan, dapat

disimpulkan bahwa:

Nilai koefisien permeabilitas (K) yang diperoleh dari sampel 1 pada suhu 32oC

adalah sebesar 2,985 x 10-5 m/s dan nilai hasil perhitungan untuk suhu 20oC adalah

sebesar 2,240 x 10-5 m/s.

Nilai koefisien permeabilitas (K) yang diperoleh dari sampel 2 pada suhu 33oC

adalah sebesar 2,985 x 10-5 m/s dan nilai hasil perhitungan untuk suhu 20oC adalah

sebesar 2,240 x 10-5 m/s.

Menurut tabel BS 8004:1986, kedua sampel tanah digolongkan ke dalam jenis

pasir sangat halus, lanau dan lempung-lanau berlapis-lapis.

Menurut tabel Cassagrande, kedua sampel tanah digolongkan ke dalam jenis pasir/

campuran pasir kerikil.

Menurut tabel Wesley, kedua jenis sampel tanah tergolong jenis pasir halus.

18


Dari hasil percobaan sampel yang perbandingan pasirnya lebih banyak dibanding

tanah memiliki harga k yang lebih besar

Aplikasi dari percobaan permeability ini adalah kegunaan dari nilai koefisien

permeability yang digunakan dalam memilih campuran tanah untuk galian pondasi bangunan.

Berdasarkan hasil percobaan, jenis sampel tanah yang dijadikan sebagai bahan uji percobaan

termasuk kurang baik untuk digunakan sebagai galian pondasi bangunan. Hal ini dikarenakan

aliran air dapat dengan cepat mengaliri tanah sehingga berpotensi untuk mengikis struktur

tanah dan mengakibatkan pondasi lebih cepat turun.

VI. LAMPIRAN

19

laporan praktikum mekanika tanah permeability.docx

Documents