Nawar Syarif: Rembesan dan Jaringan Aliran

1. PENGERTIAN DASAR

Konsep dari tinggi energi dan kehilangan energi ketika air mengalir melalui tanah telah disebutkan dalam modul sebelumnya. Ketika air mengalir melalui medium berpori seperti tanah akan terjadi kehilangan energi yang terserap oleh tanah. Seperti pada gambar di bawah di mana air mengalir melalui bawah bendung atau di bawah sheet pile cofferdam (gb..1)

Gambar.1. Contoh-contoh kehilangan energi karena rembesan melalui tanah

2. ALIRAN DUA DIMENSI DI BAWAH BENDUNG

Pada gambar 2. menunjukkan bagaimana energi atau kehilangan energi di bawah bendung. Terlihat bahwa tinggi muka air dalam piezometer berkurang sebagaimana air mengalir dari hulu ke kaki bendung.

Gambar 2.Contoh dari tinggi tekanan dan kehilangan energi akibat rembesan

di bawah bendung

3. JARINGAN ALIRAN

Garis aliran adalah suatu garis sepanjang mana butir-butir akan bergerak dari bagian hulu ke bagian hilir sungai melalui media tanah yang tembus air (permeable). Garis ekipotensial adalah suatu garis sepanjang mana tinggi potensial di semua titik pada garis tersebut adalah sama. Jadi apabila alat-alat piezometer diletakkan di beberapa titik yang berbeda-beda di sepanjang suatu garis ekipotensial, air di dalam piezometer tersebut akan naik pada ketinggian yang sama. Gambar 3 a menunjukkan definisi garis aliran dan garis ekipotensial untuk aliran di dalam lapisan tanah yang tembus air (permeable layer) di sekeliling jajaran turap yang ditunjukkan pada gambar tersebut (untuk kx = kz = k)

Kombinasi dari beberapa garis aliran dan garis ekipotensial dinamakan jaringan aliran (flow net). Seperti telah disebutkan sebelumnya bahwa jaringan aliran dibuat untuk menghitung aliran air tanah.

Gambar.3 a) Definisi garis aliran dan garis ekipotensial.

b)Gambar jaringan aliran yang lengkap

3.1. PENGGAMBARAN JARINGAN ALIRAN

Dalam pembuatan jaringan aliran, garis-garis aliran dan ekipotensial digambar sedemikian rupa sehingga :

Garis ekipotensial memotong tegak lurus aliran
Elemen-elemen aliran dibuat kira-kira mendekati bentuk bujur sangkar.

Gambar 3. b adalah suatu contoh jaringan aliran yang lengkap. Contoh lain dari jaringan aliran dalam lapisan tanah yang tembus air yang isotropic diberikan dalam gambar.4.

Penggambaran suatu jaringan aliran biasanya harus dicoba berkali-kali. Selama menggambar jaringan aliran, harus selalu diingat kondisi-kondisi batasnya. Untuk jaringan aliran yang ditunjukkan dalam gambar.4 , keadaan batas yang dipakai adalah :

Permukaan lapisan tembus air pada bagian hulu dan hilir dari sungai (garis ab dan de) adalah garis-garis ekipotensial.
Karena garis ab dan de adalah garis-garis ekipotensial, semua garis-garis alirannya memotomh tegak lurus.
Batas lapisan kedap air, yaitu garis fg, adalah garis aliran ; begitu juga permukaan turap kedap air, yaitu garis acd.

4. Garis-garis ekipotensial memotong acd dan fg tegak lurus.

Gambar 4. Jaringan aliran di bawah bendungan.

3.2. PERHITUNGAN REMBESAN DARI SUATU JARINGAN ALIRAN

Di dalam jaringan aliran (flow net), daerah di antara dua garis aliran yang berdekatan dinamakan saluran aliran (flow channel). Untuk memahami perhitungan rembesan yang melalui saluran aliran per satuan lebar (tegak lurus terhadap bidang gambar) perhatikan gambar.5. Dengan melihat persegi dengan dimensi a x b. Dapat dilihat bahwa gradien hidrolik adalah :

dimana : . Penurunan energi potensial (potential drop) di antara 2 garis adalah : , dimana Nd adalah jumlah total potential drop, dan hL adalah kehilangan energi total dalam sistem. Dari hukum darcy kita tahu bahwa jumlah aliran tiap flow channel adalah :

dan q total per satuan kedalaman adalah :

di mana :

Nf : jumlah total flow channel dalam flow net.

Nd : jumlah potential drop (banyaknya bidang bagi kehilangan energi potensial)

k : koefisien permeabilitas tanah

hL : kehilangan energi total (perbedaan tinggi muka air pada bagian hulu dan hilir)

q : banyaknya air yang mengalir (jumlah total aliran).

Di dalam menggambar flow net , semua alirannya tidak harus dibuat bujur sangkar. Hanya perhitungan menjadi lebih mudah apabila perbandingan panjang dan lebar dibuat sama

( a = b)

Gambar 5. Flow net yang mengilustrasikan definisi perhitungan debit

3.3. TEKANAN KE ATAS (UPLIFT PRESSURE) PADA DASAR BANGUNAN AIR.

Jaringan aliran dapat dipakai untuk menghitung besarnya tekanan ke atas yang bekerja pada dasar sautu bangunan air . Cara perhitungannya dapat ditunjukkan denga suatu contoh yang sederhana. Gambar .6 menunjukkan sebuah bendungan dimana dasarnya terletak pada kedalaman 6 ft di bawah muka tanah. Jaringan aliran yang diperlukan sudah digambar (dianggap kx = ky = k). Gambar distribusi tegangan yang bekerja pada dasar bendungandapat ditentukan dengan cara mengamati garis-garis ekipotensial yang telah digambar.

Ada tujuh buah penurunan energi potensial (Nd) dalam jaringan aliran tersebut, dan perbedaan muka air pada bagian huku dan hilir sungai adalah H = 21 ft. Jadi kehilangan tinggi energi untuk tiap-tiap penurunan energi potensial adalah H/ 7 = 21/7 = 3. Tekanan ke atas (uplift pressure) pada titik-titik berikut adalah :

Titik a (ujung kiri dasar bendungan) = (tinggi tekanan pada titik a ) x (³w)

= ((21 +6)-3) ³w = 24 ³w

Dengan cara yang sama, pada b = (27-(2)(3) ³w = 21³w

Dan pada f = (27 - (6)(3) ³w = 9 ³w

tekanan ke atas tersebut yang telah dihitung tersebut kemudian digambar seperti ditunjukkan dalam gambar .6.b. Gaya ke atas (uplift force) persatuan panjang, yang diukur sepanjang sumbu bendungan, dapat dihitung dengan menghitung luas diagram tegangan yang digambar tersebut.

Gambar 6. (a)Bendungan, (b) Gaya angkat ke atas yang bekerja pada dasar suatu bangunan air

SOAL TUGAS :

1) a) Gambarkan jaringan aliran untuk rembesan di bawah suatu struktur seperti pada gambar berikut dan hitunglah besarnya rembesan jika koefisien permeabilitas tanah adalah 5 x 10^-5 m/detik.

b) Berapakah gaya angkat (uplift) pada dasar struktur ?