HIDRODINAMIKA TRANSPORTASI SEDIMEN

Laboratorium Sedimentologi 2013

HIDRODINAMIKA TRANSPORTASI SEDIMEN

Seperti kita ketahui bahwa material sedimen dapat tertransportasi dengan adanya

agen pembawanya yaitu , berupa air , es dan angin . saat dibawa oleh air karena si

partikel sedimen ini akan “bergerak” dulu sebelum diendapkann oleh agen transportasi

tadi maka akan terjadi mekanisme mekanisme berbeda dari pergerakan partikel sedimen

bergantung dari sifat agen agen transport yang mengangkutnya dan tentu saja menurut

aturan aturan fisika. seperti pemahaman mekanika fluida, gaya gaya yang bekerja di

dalam fluida, sifat fisik dari fluida yang mengangkut, dan lain sebagainya merupakan

faktor faktor yang bekerja pada pengangkutan sedimen. kita sebut fluida disini sebagai

material paling umum yang mengangkut sedimen karena angin, air, dan material serupa

juga fluida. secara defirintif fluida ini adalah substance (zat) yang mampu berubah

bentuknya dan ukurannya karena berat massanya sendiri (Boggs, 2006).

Dasar Dasar Aliran Fluida

setidaknya ada beberapa faktor fisik yang ada dalam tubuh fluida yang mempengaruhi

mekanisme transportasi fluida. dua yang paling penting adalah densitas dan viskositas

yang akan kita bahas disini sebelum mengacu kepada faktor faktor lain (kinematika

Nama : Mlukman BaihaqiNIM : 111.110.096PLUG : 5

QuickTime™ and a decompressor

are needed to see this picture.


gerakan aliran fluida) yang dipengaruhi oleh dua karakter fisik ini.

densitas fluida dilambangkan dengan ρ (rho) merupakan massa per unit volume fluida.

densitas mempengaruhi magnitud (tingkat) gaya yang bekerja dalam fluida dan diatas bed

juga seiring dengan kemampuan partikel akan jatuh (settle) dalam fluida (lebih lambat di

fluida yang leibh padat). densitas ini memiliki pengaruh khusus pada fluida terutama

yang di ada lereng yang disebabkan oleh gravitasi. densitas bervariasi pada fluida yang

berbeda, dan hal ini akan mempengaruhi perilaku fluida dalam mengangkut sedimen juga

berbeda sebagai contoh air memiliki densitas 0.998 g/mL pada temperatur 20° C, dan

ternyata udara lebih kecil 700 kali dibandingin air densitasnya. maka bisa dibayangin

benda yang jatuh bebas (tidak ada lagi aliran secara lateral) di udara pasti lebih cepat

(plus gesekan udara diam) dibandingkan di air yang tenang. densitas fluida berkurang

seiring dengan bertambahnya tempertur fluida.

Viskositas diartikan sebagai ukuran kemampuan fluida untuk mengalir (Boggs, 2006),

atau ukuran ketahanan fluida terhadap deformasi oleh shear stress dan tensile stress

(Wikipedia LOL). atau di dalam mekanika fluida viskositas yang umum dari definisi ini

dikenal juga sebagai viskositas dinamik (Dynamic viscosity atau µ) meski dikenal juga

viskositas kinematik (Kinematic viscosity atau v). fluida dengan viskositas yang lebih

tinggi (atau lebih kental) akan mengalir lebih lambat daripada yang viskositanya rendah

(lebih encer), viskosiatas air lebih rendah dari madu.air memiliki viskositas 55 kali lebih

besar dari udara pada suhu 20° C (Blatt, Middleton, Murray, 1980). sama dengan densitas

viskositas juga akan menurun seiring dengan bertambahnya temperatur atau viskositas

akan naik jika temperatur turun . menurut Boggs (2006) viskoistas ini memegang

peranan penting dalam mempengaruhi turbulensi air , dimana meningkatnya viskositas

akan menaikan turbulensi arus (Boggs, 2006). menurunnya tubulensi juga akan

menambah kemampuan air dalam mengerosi dan meng’entrain’ sedimen.



Viskositas dinamik

pemahaman mengenai viskoistas dan penjelasan detailnya bisa dipahami melalui

percobaan sederhana dua plate yang bergerak saling berlawanan pada permukaan (atas

dan dasar) fluida.

dari gambar diatas kita bisa simpulkan ada dua plat yang membatasi fluida plat yang

bawah statis (diam) plat yang diatas bergerak. gaya pergeseran (shear stress) alias τ (thou)

diartikan sebagai besarnya gaya yang diperlukan untuk menggeser plat yang diatas

melawan gaya viskositas molekuler fluida (µ dibaca: myu) terhadap seberapa besar

pergeseran. diekspresikan dalam persamaan dibawah ini:





τ=µ(du/dy)………………………………………… (1)

dimana:

τ = shear stress (satuannya gaya perunit area atau dyne/cm2)

µ = viskositas molekular

du =perubahan jarak plat yang bergeser terhadap titik awal

dy = jarak antar plat

di lihat ekspresi rumus diatas, kita bisa lihat semakin besar nilai viskositas

molekular (µ) dan jarak geser yang diinginkan (du) ditambah (makin jauh) maka gaya

yang diperlukan (τ) juga harus besar .,tapi kalo kolom fluidanya dangkal maka gaya

gesek fluida (atau (µ) ) tentunya gaya yang diperlukan untuk mendorong itu plat lebih

kecil (disini kita mengabaikan gravitasi ) sekarang, bagaimaan dengan molecular

(dynamic) viscosity nya? dari persamaan diatas viskositas dinamik (µ) dapat diartikan

sebagai suatu ukuran ketahanan zat (fluida) untuk berubah bentuk akibat kecepatan

tertentu. maka dari definisi ini dan melihat dengan seksama ilustrasi gambar diatas. kita

simpulkan bahwa viskositas molekular (µ) diartikan sebagai rasio antara tingkat shear

stress (τ) terhadap tingkat deformasi (du/dy).

µ=τ/(du/dy)…………………………………………… (2)



τ = shear stress (satuannya gaya perunit area atau dyne/cm2)

µ = viskositas molekular (satuannya poise)

du = perubahan jarak plat yang bergeser terhadap titik awal

dy = jarak antar plat

persamaan awal (1) diatas merupakan persamaan untuk fluida fluida newtonian

(newtonian fluisd) .semua jenis fluida yang memiliki viskositas konstan, artinya ketika

shear stress bekerja tidak terjadi perubahan nilai viskositas fluida (contohnya air, gas, dan

yang encer encer). sementara fluida yang tidak masuk kategori ini dikelompokan ke

dalam non-newtonian. karena densitas dan viskositas dinamik sangat mempengaruhi

perilaku fluida, maka dinamisitas fluida biasanya dikombinasikan oleh parameter lain

yang dinamakan viskositas kinmeatik (kinematic viscosity) atau dikasih lambang v.

v = µ/ρ…………………………………………………….(3)

dimana:

v = viskositas kinematis (satuannya stokes (st) atau cm^2/s)

µ = viskotisats dinamis (g/(ms) atau poise)

ρ = densitas atau berat jenis fluida (g/L)



viskositas kinematik ini merupakan faktor penting dalam mengetahui pergerakan arus

lebih lanjut apakah akan bersifat acak (turbulen) atau tidak.

hukum Stoke (Stoke’s Law) menjelaskan kecepatan settling (jatuh atau tenggelamnya)

partikel (sedimen) dalam fluida, Stoke’s law diekspresikan seperti persamaan dibawah

ini:

……………………………………… (4)

dimana:

V= velositas terminal (atau kecepatan akhir or kecepatan jatuh/settling) ingat ini v bukan

untuk viskositas kinematis satuannya m/s (disini gue bedain huruf V nya gede)

g = percepatan gravitasi

ρs= rho sedimen (atau densitas sedimen)

ρf=rho fluida (densitas fluida)

µ = viskositas

settling velocity ini berkaitan atau berhubungan langsung dengan (dari persamaan

diatas) gravitasi, viskostias dinamis, berat jenis, dan yang paling penting diameter dari

partikel sedimen. untuk viskositas dan berat jenis sudah dibahas dimana nilai viskositas

berbanding terbalik dengan kecepatan settling sedangkan berat jenis berbanding lurus,

gravitasi tentu saja sifatnya konstan, dan bagaimana dengan ukuran diameter partikel?

Oke, diameter (D) ini sebenernya merupakan ukuran penampang partikel dalam fluida.

ukuran penampang yang lebih besar (D) tentu akan jatuh lebih cepat sementara yang

lebih kecil akan jatuh lebih lambat hal persamaan ini dapat menjelaskan fenomena

terbentuknya struktur (tekstur) graded bedding (menghalus keatas), tapi menurut Nichols

(2005) persamaan ini hanya berlaku untuk material sedimen berukuran halus sementara

yang kasar dan besar ketika akan jatuh ke fluida malah cenderung mengurangi velositas

tapi persamaan ini tidak berlaku untuk bentuk partikel yang aerodinamis (platy shape





atau gepeng) seperti mineral mika biotit meskipun dia memiliki densitas (berat jenis)

yang tinggi bisa saja mengalami settling yang lambat karena bentukya yang aerodinamis

mendapat tekanan fluida (Pf) atau gaya archimedes yang rendah sebab penampang

permukaannya yang luas meski memiliki densitas yang sama dengan butiran lain yang

lebih bulet atau menyudut. maka tak jarang mineral mika sering kali dijumpai

dipermukaan perlapisan batuan.


HIDRODINAMIKA TRANSPORTASI SEDIMEN

Documents