unit14 ( kebolehtelapan )

AIR TANAH DAN KEBOLEH TELAPAN

C3008/14/1

Di akhir pembelajaran , pelajar dapat mentakrifkan kebolehtelapan tanah dan mengira pekali kebolehtepalan tanah mengikut hukum Darcy.

Di akhir unit ini, pelajar akan dapat :

1. mentakrifkan kebolehtelapan tanah dengan jelas. 2. mengira pekali kebolehtelapan tanah ufuk dengan menggunakan hukum Dacry dengan tepat. 3. mengira pekali kebolehtelapan tanah pugak dengan menggunakan hukum Dacry dengan tepat.


C3008/14/2

14.0

Pengenalan Atau

Pernahkah anda melihat kerja-kerja pengeringan air di tapak bina?. tempat. Mengapakah keadaan ini berlaku?

pernahkan anda melihat selepas hari hujan air bertakung pada satu-satu Adakah air tidak boleh diresapkan ke dalam tanah atau air tadi menyerap lambat. Kita akan lihat apakah sebenarnya fenomena ini dalam ilmu geoteknik. Kebolehtelapan (k) Kebolehtelapan tanah merupakan satu ukuran bagi menunjukkan bagaimana mudahnya aliran air melalui tanah. Oleh itu pengiraan pekali kebolehtelapan digunakan untuk tujuan kerja-kerja kejuruteraan awam. Pekali kebolehtelapan ditakrifkan sebagai kadar aliran per unit luas tanah di bawah pengaruh tekanan satu unit turus hidraul . Unitnya adalah cm/saat. Sifat-sifat kebolehtelapan ini adalah penting dalam kejuruteraan awam dalam mengatasi masalah resipan dalam empangan, saliran tanah, pengawalan paras air bumi dan pemilihan serta rekaan asas struktur. Faktor-faktor yang mempengaruhi kebolehtelapan adalah seperti berikut; a. Agihan saiz butiran b. Keliangan c. Kandungan bahan galian. d. Suhu air. e. Kelikatan cecair yang mengalir


C3008/14/3

f. Ketumpatan cecair yang mengalir g. Darjah ketepuan tanah dan lain-lain. 14.2 Hukum Darcy.

Ciri-ciri aliran air tanah telah dikaji oleh seorang Perancis bernama Henry Darcy pada tahun 1856. Satu aliran air dibiar mengalir melalui bahantara (sampel Kecerunan tanah) seperti Rajah 14.1, didapati perbezaan turus sebanyak h.

hidraul adalah perbezaan ketinggian turus (h) dibahagikan dengan jarak yang dilalui oleh bahantara tersebut (L). Hukum Darcy mengandaikan bahawa halaju aliran adalah berkadar terus dengan kecerunan hidaul. Hukum ini dijadikan asas untuk menentukan nilai pekali kebolehtelapan tanah di makmal dan di tapak .

h

Bahantara (sampel tanah)

L

Rajah : 14.1 : Air Mengalir Melalui Bahantara (Sampel Tanah)

Menurut Hukum Darcy :-


C3008/14/4

v

=

ki

......................................................(1) k = v = i = h = L = pekali kebolehtelapan halaju aliran kecerunan hidraul = h/L perbezaan ketinggian turus panjang/jarak bahantara antara dua turus ...............................(2)

di mana,

Kadaralir, di mana ,

q

= Av v = A =

halaju air Luas keratan rentas sampel tanah

Dari persamaan (1) dan (2) : q = AkiV tIsipadu , V m asa , t

= Ak (h / L) ,

di mana

q =

Oleh itu,

k =

VL hAt

(14.1)


C3008/14/5

Soalan 1 Terangkan apa yang anda faham mengenai kebolehtelapan yang telah anda pelajari dalam unit ini.

Soalan 2 Berikan tiga contoh keadaan sebenar di mana resipan air perlu diberi perhatian.

Soalan 3 Takrifkan pekali kebolehtelapan tanah (k)

Soalan 4 Nyatakan 4 faktor yang boleh mempengaruhi keterlapan.


C3008/14/6

Jawapan 1 Kebolehtelapan ialah satu ukuran bagaimana mudahnya air mengalir dalam tanah dan lapisan batu.

Jawapan 2 1. resipan dalam empangan 2. saliran dalam tanah 3. pemilihan serta rekabentuk struktur asas. Jawapan 3 Pekali kebolehtelapan (k) ditakrifkan sebagai kadar aliran per unit luas tanah di bawah pengaruh tekanan satu unit turus hidraul. k = vL / hAt Jawapan 4 a. Agihan saiz butiran b. Keliangan c. Kandungan bahan galian. d . Suhu air. e. Kelikatan scecair yang mengalir


C3008/14/7

14.3

Kebolehtelapan Tanah Berlapis

Dalam keadaan sebenar sukar didapati bahawa satu-satu tapak mempunyai jenis tanah yang sama (homogen). Ini kerana tanah biasanya terdiri dari beberapa lapisan yang mempunyai keliangan yang berbeza, saiz butiran yang berbeza dan kandungan bahan galian yang berbeza. Oleh itu:a. tiap-tiap lapis. b. Kebolehtelapan air dalam arah pugak adalah berebeza dari kebolehtelapan air yang ufuk atau selari dengan lapisan tanah. 14.3.1 Pekali Kebolehtelapan ufuk, (kH) Pertimbangkan suatu strata tanah seperti rajah 14.2 dengan aliran air tanah secara mengufuk dengan kadar aliran q.1m ke dalam

kebolehtelapan air melalui tanah berlapis mungkin berbeza bagi

q

H1 H2

i , k1 i , k2 H

Hn

i , kn

Rajah : 14.2 : Kebolehtelapan Ufuk Bagi Tanah Berlapis


C3008/14/8

Di mana H1, H2, ..., dan Hn adalah ketebalan bagi setiap lapisan tanah dan H merupakan ketebalan bagi keseluruhan strata tanah. Pekali kebolehtelapan bagi setiap laspisan tanah adalah k1, k2, ..., dan kn. Untuk aliran air secara mengufuk, kecerunan hidraul (i) pada tiap-tiap lapisan adalah sama tetapi kadar aliran per luas berubah mengikut strata tanah. Oleh itu, pekali kebolehtelapan ufuk (k H) bagi tanah tersebut adalah seperti formula berikut :KH = 1 (k1 H1 + k 2 H 2 + ........ + k n H n ) H

(14.1)

14.3.2 Pekali Kebolehtelapan Pugak, (kv) Pertimbangkan suatu strata tanah seperti rajah 14.3 dengan aliran air tanah secara pugak. Dengan kadar aliran q. q

H1

i1 , k1 i2 , k2

H2

Hn

in , kn Rajah :14.3 : Kebolehtelapan Pugak Bagi Tanah Berlapis

Di mana H1, H2, ..., dan Hn adalah ketebalan bagi setiap lapisan tanah dan H merupakan ketebalan bagi keseluruhan strata tanah. Pekali kebolehtelapan bagi


C3008/14/9

setiap laspisan tanah adalah k1, k2, ..., dan kn.

Untuk aliran air secara pugak,

kecerunan hidraul (i) pada tiap-tiap lapisan adalah berubah tetapi kadar aliran per luas adalah tetap pada setiap strata. Oleh itu, pekali kebolehtelapan pugak (k v) bagi tanah tersebut adalah seperti formula berikut :-

Kv =

H H H H 1 + 2 + . . .+ . .n . . . . . . k1 k 2 k n (14.2)

Contoh: 14.1 Satu kawasan pembinaan diketahui profilnya mengandungi 3 lapisan tanah yang mempunyai ketebalan masing-masing 6 m, 3 m dan 18 m. Pekali kebolehtelapan setiap lapisan adalah 8 x 10-4 cm/s, 50 x 10-4 cm/s dan 15 x 10-4 cm/s. Kira pekali kebolehtelapan bagi tanah tersebut dalam arah aliran pugak dan aliran ufuk.

Penyelesaian :

6m 27m 3m

k1 = 8 x 10-4 cm/s k2 = 50 x 10-4 cm/s

AIR TANAH DAN KEBOLEH TELAPAN C3008/14/10

18m

k3 = 15 x 10-4 cm/s

Pekali Kebolehtelapan Ufuk :

kH

=

1 k1 H1 + k2 H2 + . . .+ k.n H.n . . . . . H)( ) ( )( ) ( )( )]1.73 x 10-3 cm/s

(

)

kH

=

1 8 x 10 4 6 x 10 2 + 50 x 10 4 3 x 10 2 + 15 x 10 4 18 x 10 2 27 x 10 2

[(

=

Pekali Kebolehtelapan Pugak :

Kv =

H H H H 1 + 2 + . . .+ . .n . . . . . . k1 k 2 k n


KV =

27 x 10 2 6 x 10 2 8 x 10 4 + 3 x 102 50 x 10 4 + 18 x 10 2 15 x 10 4

= 1.34 x 10-3 cm/s

Soalan 1 Satu profil tanah didapati mempunyai dua jenis lapisan tanah yang berbeza iaitu Tanah jenis A dan B. Kedua-dua sampel tanah tersebut diuji di makmal untuk menentukan pekali kebolehtelapan. berikut: Jenis Tanah A B Ketebalan 3m 5m Pekali Kebolehtelapan 4.5 mm/j 6 mm/j Keputusannya adalah seperti jadual

Kira pekali kebolehtelapan ufuk tanah tersebut dalam unit mm/s.

Soalan 2 Satu strata tanah mempunyai ketebalan dan pekali kebolehtelapan seperti


ditunjukkan dalam rajah berikut :-

2m

3 x 10-3 mm/s

6m

5 x 10-3 mm/s

2m

17 x 10-3 mm/s

Tentukan nisbah pekali kebolehtelapan ufuk dan pugak (kH/kV).

Jawapan 1 . kH =k1 h1 + k 2 h2 h

4.5 x 10 m m/ j x 3000 m m + 6 x 10 m m/ j x5000 m m = 8000 m m=13 .5 + 30 8000 mm / j

3

3

= 5.4375 x 10-3 mm/j x 1jam/3600 saat = 1.5104 x 10-6 mm/s.

Jawapan 2


kH

=

1 k1 H1 + k2 H2 + . . .+ k.n H.n . . . . . H1 10

(

)

kH

= =

[(3 x 10 )( 2)3

+ 5 x 10 3 ( 6 ) + 17 x 10 3 ( 2)

(

)

(

) ]

7 x 10-3 mm/s

Pekali Kebolehtelapan Pugak :

Kv =

H H H H 1 + 2 + . . .+ . .n . . . . . . k1 k 2 k n 2 3x 10 3 10 6 2 + + 5 x 10 3 17 x 10 3

KV =

= 5.04 x 10-3 mm/s

KH/Kv =

7 x10 3 5.04 x10 3

=

1.389


Ujikan kefahaman anda berkenaan pelajaran dalam unit ini dengan menjawab soalan-soalan berikut.


Soalan 1 (a) (b) Apakah yang dimaksudkan dengan kebolehtelapan? Kenapa pentingnya kebolehtelapan tanah kepada jurutera awam ? Merujuk kepada Hukum Darcy, terbitkan persamaan asas untuk mengira nilai pekali Kebolehtelapan tanah. Soalan 2 Satu profil tanah bagi suatu tapak pembinaan mempunyai ketebalan 3m, 5 m dan 8 m dan pekali kebolehtelapan masing-masing adalah 2 x 10-3 cm/s, 6 x 10-3 cm/s dan 15 x 10-3 cm/s. Kira pekali kebolehtelapan tanah tersebut untuk aliran ufuk dan aliran pugak. Soalan 3 Satu strata tanah mempunyai kedalaman dan pekali kebolehtelapan seperti ditunjukkan dalam rajah berikut :0m 4.8 x 10-5 m/s 3.0 m 3.8 x 10-5 m /s 2.5 m 3.8 m 6.7 x 10-7 m/s

Kira nilai pekali kebolehtelapan pada arah aliran ufuk dan pugak. Soalan 4

Satu strata tanah mempunyai ketebalan dan pekali kebolehtelapan seperti ditunjukkan dalam rajah berikut :-

2m

18 x 10-1 mm/j


4m

50 x 10-1 mm/j

2m

30 x 10-1 mm/j

Kira nilai pekali kebolehtelapan pada arah aliran ufuk dan pugak.

Bandingkan jawapan anda dengan pensyarah anda. Jika sama, anda boleh meneruskan unit berikutnya. Selamat Maju Jaya.!!

Jawapan 1 (a) Keboletelapan ialah satu ukuran bagi menunjukkan bagaimana

mudahnya akiran air melalui tanah. Ia pentingnya kepada jurutera awam untuk


mengawal resipan di bawah empangan dan saliran tanah. (b) Rujuk kepada bahagian 14.2.

Jawapan 2 kh = 7.875 x 10-3 cm/s kv = 5.581 x 10-3 cm/s

Jawapan 3 kh = 2.597 x 10-5 m/s kv = 1.603 x 10-6 m/s

Jawapan 4 kh = 3.7 mm/j kv = 3.1 mm/j

unit14 ( kebolehtelapan )

Documents