MEKANIKA TANAH (CIV -205)

MEKANIKA TANAH (CIV -205)

OUTLINE • Dasar-dasar konsolidasi tanah • Proses konsolidasi • Teori Terzaghi

• Uji konsolidasi dilaboratorium • Intrepetasi data hasil uji lab

KOMPONEN PENURUNAN TANAH Penambahan beban di atas suatu permukaan tanah dapat menyebabkan lapisan tanah di bawahnya mengalami pemampatan yang dapat disebabkan oleh adanya : • deformasi partikel tanah • relokasi partikel • keluarnya air atau udara dari dalam pori dan sebab lainnya.

perlu diketahui seberapa besar penurunan

Saat konsolidasi berlangsung  konstruksi di atas lapisan tanah akan menurun  PENURUNAN / SETTLEMENT TERBAGI DUA KELOMPOK :

SETTLEMENT

PENURUNAN KONSOLIDASI /CONSOLIDATION SETTLEMENT Hasil dari perubahan volume tanah jenuh air sebagai akibat dari keluarnya air dalam pori –pori tanah

PENURUNAN SEGERA /IMMEDIATE SETTLEMENT Akibat dari deformasi elastis tanah kering , basah dan jenuh air tanpa adanya perubahan kadar air --- teori elastis

Kondisi tanah TANAH BERPASIR • Sangat tembus air • Air mengalir dengan cepat  air pori akibat kenaikan tekanan air pori dapat selesai dengan cepat  disertai berkurangnya volume tanah TANAH LEMPUNG • Koefisien rembesan lempung << dari tanah berpasir • Penambahan tekanan air pori oleh pembebanan akan berkurang lambat dan waktu yang lama • Penurunan konsolidasi terjadi setelah penurunan segera • Lempung memberikan pemampatan >> dari pasir

Penurunan segera dan penurunan konsolidasi terjadi bersamaan penurunan konsolidasi jauh lebih besar dan lama dibandingkan penurunan segera

DASAR-DASAR KONSOLIDASI TANAH KARAKTERISTIK TANAH YANG PENTING  “ NON CONCERVATIVE ”

MEMILIKI MEMORI

Bila tanah yang jenuh air diberi penambahan beban, tekanan air pori akan naik  keluarnya air dari pori tanah  volume berkurang  terjadi penurunan KHUSUS TANAH LEMPUNG , penurunan akan berlangsung lama sehingga konsolidasi terjadi setelah penurunan segera, dimana besarnya konsolidasi > penurunan segera BEDAKAN ANTARA KONSOLIDASI DENGAN PEMADATAN (KOMPAKSI)

KONSOLIDASI VS PEMADATAN

KONSOLIDASI TANAH Konsolidasi : proses pengecilan isi tanah jenuh secara perlahanlahan dengan permeabilitas rendah akibat keluarnya air pori • Berlangsung menerus sampai kelebihan tekanan air pori yang disebabkan oleh kenaikan tegangan total telah benar hilang, sehingga terjadi suatu pemampatan • Pememapatan disebabkan penambahan beban di suatu permukaan tanah • Umumnya terjadi pada satu arah  vertikal saja • Pengaliran air juga pada satu arah (vertikal) One dimentional consolidation

PROSES KONSOLIDASI TANAH Terzaghi dan Flohlich (1936) menjelaskan model mekanikal proses konsolidasi Pegas tersebut mewakili ikatan mineral pada massa tanah dan air di bawah piston merupakan air pori pada kondisi jenuh

Ketika beban p diberikan pada piston , maka tegangan yang terjadi ditransfer sepenuhnya ke air (diasumsikan air adalah

incompressible) dan tekanan air meningkat. Tekanan air adalah : u=p

Terzaghi dan Frahlich memodelkan silinder/piston dengan pegas

PEGAS : TANAH YG MUDAH MAMPAT AIR : AIR PORI LUBANG : PERMEABILITAS

TEORI TERZAGHI • Apabila penekanan suatu lapisan tanah tergantung pada waktu, pengaruhnya disebut penurunan konsolidasi atau dikenal dengan istilah konsolidasi saja. • Teori umum yang mencakup konsep tekanan air pori dan tegangan efektif adalah salah satu yang dikembangkan oleh Terzaghi. Teori Konsolidasi Terzaghi a) b) c) d) e) f) g) h)

Tanah adalah dan akan tetap jenuh ( S=100 %) Air dan butiran tanah tidak dapat ditekan. Terdapat hubungan linear antara tekanan yang bekerja dengan perubahan volume ( av = e/p) Koefisien permeabilitas (k) merupakan suatu konstanta Hukum darcy berlaku (v = k.i) Terdapat temperatur yang konstan. Konsolidasi merupakan konsolidasi satu dimensi Contoh yang digunakan merupakan contoh yang tidak terganggu.

TEORI TERZAGHI Karakteristik –karakteristik konsolidasi suatu tanah adalah : • Koefisien pemampatan (compression index – Cc)  berhubungan dengan berapa besar konsolidasi atau penurunan yang akan terjadi • koefisien konsolidasi (Cv)  berhubungan dengan berapa lama suatu konsolidasi akan terjadi

uji konsolidasi di laboratorium .

 Besarnya penurunan konsolidasi yang akan terjadi , ditentukan oleh : • Kompresibilitas tanah • Tebal tanah kompresibel • Besarnya tambahan tekanan air pori  Laju konsolidasi dipengaruhi oleh : • Permeabilitas tanah • Tebal tanah kompresibel • Kondisi drainase di atas dan di bawah tanah kompresibel.

Uji konsolidasi 1 dimensi Konsolidasi : proses dimana tanah butir halus mengalami kompresi akibat beban dalam suatu periode waktu tertentu, akibat disipasi air pori (pengaliran air keluar dari pori tanah)  h1  h2 Vv

 h3  h4

h Vs

Pemampatan awal

Primary consolidation (u = 100%)

Air bersifat incompressible  tidak mudah dimampatkan sedangkan sebaliknya tanah bersifat compressible, jadi beban dipikul oleh air

secondary consolidation

Tahap I : Pemampatan awal (initial compression), yang pada umumnya adalah disebabkan oleh pembebanan awal (preloading) Tahap II : Konsolidasi primer (primary consolidation), yaitu periode selama tekanan air pori secara lambat laun dipindahkan ke dalam tegangan efektif, sebagai akibat dari keluarnya air dari pori-pori tanah Tahap III: konsolidasi sekunder (secondary consolidation), yang terjadi setelah tekanan air pori hilang seluruhnya. Pemampatan yang terjadi di sini adalah disebabkan oleh penyesuaian yang bersifat plastis dari butir-butir tanah.

Tahap I

: pemampatan awal

Pemampatan

Tahap II : Konsolidasi primer

Tahap III : konsolidasi sekunder

Waktu (skala log)

e

Cc e1

Cr

e2

P1'

P2'

P'(skala log)

Grafik hubungan angka pori dan tegangan efektif

Interpretasi data uji konsolidasi Pada konsolidasi satu dimensi, perubahan tinggi (H) per satuan dari tinggi awal (H) adalah sama dengan perubahan volume (V) per satuan volume awal (V) atau Bila volume padat Vs = 1 dan angka pori awal adalah eo

e

eo

∆𝐻 ∆𝑉 = 𝐻 𝑉 ∆𝑒 ∆𝐻 = 𝐻 1 + 𝑒𝑜

H

HASIL YG DIPEROLEH :

Rongga pori Rongga pori

H Vs = 1

Butiran padat

Butiran padat

• Sifat kemampatan tanah (besaran pemampatan) yaitu koefisien kemampatan volume dan Cc (indeks kompresi tanah) • Karakteristik konsolidasi yang dinyatakan oleh : Cv (koefisien konsolidasi)

Koefisien pemampatan (Coefficient of Compression)

koefisien yang menyatakan perubahan angka pori per satuan perubahan tegangan atau yang menyatakan kemiringan kurva angka pori (e) dan tegangan efektif (p’). Effective consolidation stress

e1= angka pori pada tegangan p’1 e2= angka pori pada tegangan p’2 V1= volume pada tegangan p’1 V2= angka pori pada tegangan p’2

Kemiringan kurva e – p’ didefinisikan sebagai :

e1  e2 av  p2 ' p1 '

Void ratio (e)

V1  V2 1  e1   1  e2  e1  e2   1  e1  1  e1  V1 av 1

Koefisien perubahan volume (mv) koefisien yang menyatakan perubahan volume per satuan pada setiap perubahan tegangan atau sebagai rasio perubahan volume per satuan penambahan teganagn efektif. Satuan nya adalah kebalikan dari tekanan (cm2/kg, m2/kN). Karena luas contoh tanah tetap , perubahan volume dapat dinyatakan dalam perubahan ketebalan atau angka pori. Rasio perubahan volume :

V1  V2 H1  H 2 H e1  e2    V1 H1 H1 1  e1

av p 1  e1

Karena mv adalah rasio perubahan volume per satuan penambahan tegangan , yaitu :

 h    H mv   1  p

mv 

av p 1 a  v 1  e1 p 1  e1

Indeks Pemampatan (Cc) (Compression Index) Yaitu kemiringan dari bagian lurus grafik e – log p’. Effective consolidation stress

e1  e2 e1  e2 e    log p' log p 2 ' log p1 ' log p 2 '   p1 '  

untuk tanah normally consolidated. Terzaghi dan Peck (1967) mengusulkan nilai Cc sebesar :

Cc  0.009LL  10 untuk tanah lempung yang dibentuk kembali (remolded) adalah

Cc  0.007LL  10

Void ratio (e)

CC 

cc 1

Indeks Pemampatan kembali (Cr)

kemiringan dari kurva pelepasan beban dan pembebanan kembali pada grafik e – log p’.

Cr 

e1  e2 e1  e2 e    log p' log p 2 ' log p1 ' log p 2 '   p1 '  

Derajat konsolidasi (u) %

Ratio antara tekanan air pori yang menurun setelah berdisipasi selama proses berlangsung terhadap tekanan air pori ekses awal U 

e0  e e0  e1

atau

p  po ' U  p1 ' po '

Menentukan tegangan prakonsolidasi (pc)

5. Perpanjang bagian lurus dari kurva pemampatan asli sampai memotong garis bagi sudut pada butir (4). Titik potong dari dua garis ini adalah tekanan prakonsolidasi (pc’), yaitu titik B

Cr

Recompression 1

Void ratio (e)

1. Berdasarkan cara visual, tentukan titik dimana jari-jari minimum (pada puncak kurva e – log p’) – misal titik A 2. Gambarkan garis horisontal melalui titik A (sejajar absis) 3. Gambarkan garis singgung pada kurva melalui titik A 4. Bagi menjadi dua sudut yang dibuat oleh butir (2) dan (3)

Titik A

B

a/2 a

Cc

a/2

1 Cs

Virgin compression 1 swelling Log p’

Jumlah relatif dari prakonsolidasi biasanya dinyatakan dalam rasio konsolidasi berlebih (overconsolidation ratio = OCR) yang didefinisikan sebagai :

pc OCR  po Dimana pc = tekanan prakonsolidasi yang terlihat dan po = tekanan efektif di lapangan. Nilai OCR = 1 artinya normally consolidation Nilai OCR > 1 yaitu overconsolidation

Contoh soal