Isi
Konduktivitas hidrolik adalah kemudahan dimana air bergerak melalui ruang berpori dan patah di tanah atau batu. Ini tunduk pada gradien hidrolik dan dipengaruhi oleh tingkat saturasi dan permeabilitas material. Konduktivitas hidrolik umumnya ditentukan melalui salah satu dari dua pendekatan. Pendekatan empiris menghubungkan konduktivitas hidrolik dengan sifat-sifat tanah. Pendekatan kedua menghitung konduktivitas hidrolik melalui eksperimen.
Pendekatan Empiris
Hitung konduktivitas hidrolik secara empiris dengan memilih metode berdasarkan distribusi ukuran butir melalui material. Setiap metode diturunkan dari persamaan umum. Persamaan umum adalah:
K = (g ÷ v) _C_ƒ (n) x (d_e) ^ 2
Di mana K = konduktivitas hidrolik; g = akselerasi karena gravitasi; v = viskositas kinematik; C = koefisien penyortiran; ƒ (n) = fungsi porositas; dan d_e = diameter butir efektif. Viskositas kinematik (v) ditentukan oleh viskositas dinamis (μ) dan densitas fluida (air) (ρ) sebagai v = µ ÷ ρ. Nilai C, ƒ (n) dan d tergantung pada metode yang digunakan dalam analisis ukuran butir. Porositas (n) berasal dari hubungan empiris n = 0,255 x (1 + 0,83 ^ U) di mana koefisien keseragaman butir (U) diberikan oleh U = d_60 / d_10. Dalam sampel, d_60 mewakili diameter butir (mm) di mana 60 persen sampel lebih halus dan d_10 mewakili diameter butir (mm) yang 10 persen sampelnya lebih halus.
Persamaan umum ini adalah dasar untuk berbagai rumus empiris.
Gunakan persamaan Kozeny-Carman untuk sebagian besar ures tanah. Ini adalah turunan empiris yang paling banyak diterima dan digunakan berdasarkan ukuran butir tanah tetapi tidak sesuai untuk digunakan untuk tanah dengan ukuran butir efektif di atas 3-mm atau untuk tanah uring tanah:
K = (g ÷ v) _8.3_10 ^ -3 x (d_10) ^ 2
Gunakan persamaan Hazen untuk ures tanah dari pasir halus hingga kerikil jika tanah memiliki koefisien keseragaman kurang dari lima (U <5) dan ukuran butir efektif antara 0,1 mm dan 3 mm. Rumus ini hanya didasarkan pada ukuran partikel d_10 sehingga kurang akurat daripada rumus Kozeny-Carman:
K = (g ÷ v)(6_10^-4)_ (d_10) ^ 2
Gunakan persamaan Breyer untuk bahan dengan distribusi heterogen dan butiran yang tidak diurutkan dengan koefisien keseragaman antara 1 dan 20 (1
K = (g ÷ v)(6_10 ^ -4) _log (500 ÷ U)(d_10) ^ 2
Gunakan persamaan Bureau of Reclamation (USBR) A.S. untuk pasir butiran sedang dengan koefisien keseragaman kurang dari lima (U <5). Ini menghitung menggunakan ukuran butiran efektif d_20 dan tidak bergantung pada porositas, sehingga kurang akurat daripada rumus lainnya:
K = (g ÷ v)(4.8_10^-4)(d_20) ^ 3_ (d_20) ^ 2
Metode Eksperimental - Laboratorium
Gunakan persamaan berdasarkan Hukum Darcys untuk mendapatkan konduktivitas hidrolik secara eksperimental. Di laboratorium, tempatkan sampel tanah dalam wadah silindris kecil untuk membuat penampang tanah satu dimensi di mana cairan (biasanya air) mengalir. Metode ini dapat berupa uji head konstan atau uji head jatuh tergantung pada kondisi aliran cairan. Tanah berbutir kasar seperti pasir bersih dan kerikil biasanya menggunakan uji head konstan. Sampel biji-bijian yang lebih halus menggunakan uji fall-head. Dasar perhitungan ini adalah Hukum Darcys:
U = -K (dh ÷ dz)
Di mana U = kecepatan rata-rata fluida melalui area penampang geometris di dalam tanah; h = kepala hidrolik; z = jarak vertikal di tanah; K = konduktivitas hidrolik. Dimensi K adalah panjang per unit waktu (I / T).
Gunakan permeameter untuk melakukan Uji Constant-Head, tes yang paling umum digunakan untuk menentukan konduktivitas hidrolik jenuh dari tanah berbutir kasar di laboratorium. Subjek sampel tanah silinder luas penampang A dan panjang L adalah aliran head konstan (H2 - H1). Volume (V) fluida uji yang mengalir melalui sistem selama waktu (t), menentukan konduktivitas hidrolik jenuh K tanah:
K = VL ÷
Untuk hasil terbaik, uji beberapa kali menggunakan perbedaan kepala yang berbeda.
Gunakan uji Falling-head untuk menentukan K tanah berbutir halus di laboratorium. Hubungkan kolom sampel tanah silinder dari luas penampang (A) dan panjang (L) ke pipa tegak dari luas penampang (a), di mana fluida meresap mengalir ke dalam sistem. Ukur perubahan head dalam pipa tegak (H1 ke H2) pada interval waktu (t) untuk menentukan konduktivitas hidrolik jenuh dari Hukum Darcys:
K = (aL ÷ At) ln (H1 ÷ H2)