MEKANIKA TANAH KEMAMPUMAMPATAN TANAH
UNIVERSITAS PEMBANGUNAN JAYA Jl. Boulevard Bintaro Sektor 7, Bintaro Jaya Tangerang Selatan 15224
KOMPONEN PENURUNAN (SETTLEMENT)
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
Konsolidasi : proses pengecilan isi tanah jenuh secara perlahan-lahan 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
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
PROSES KONSOLIDASI
Terzaghi dan Frahlich memodelkan silinder/piston dengan pegas
PEGAS : TANAH YG MUDAH MAMPAT AIR : AIR PORI LUBANG : PERMEABILITAS
Teori Konsolidasi 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) Tanah adalah dan akan tetap jenuh ( S=100 %) b) Air dan butiran tanah tidak dapat ditekan. c) Terdapat hubungan linear antara tekanan yang bekerja dengan perubahan volume ( av = e/p) d) Koefisien permeabilitas (k) merupakan suatu konstanta e) Hukum darcy berlaku (v = k.i) f) Terdapat temperatur yang konstan. g) Konsolidasi merupakan konsolidasi satu dimensi h) Contoh yang digunakan merupakan contoh yang tidak terganggu.
Teori Konsolidasi 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.
Teori Reologi Konsolidasi
Deformasi sebagai fungsi waktu (time dependent deformation)
∆𝒖 =
𝑷 𝑨
𝑷 = 𝑷𝒔 + 𝑷𝒘 Ps = beban yang dipikul pegas Pw = beban yang dipikul air apabila katup ditutup :
𝑷𝒘 = 𝑷
𝒅𝒂𝒏
𝑷𝒔 = 𝟎
Apabila katup di buka 𝑷 𝑷𝒔 > 𝟎 & 𝑷𝒘 < 𝑷 𝒔𝒆𝒉𝒊𝒏𝒈𝒈𝒂 (∆𝒖 < ) 𝑨
Teori Reologi Konsolidasi Rheology is the science of deformation and flow.
Perilaku tegangan efektif pegas tekanan air pori sama hidrostatik. Dari prinsip tegangan efektif , akan berlaku hubungan : ∆𝝈 = ∆𝝈′ + ∆𝒖
UJI KONSOLIDASI SATU DIMENSI DI LABORATORIUM
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
UJI KONSOLIDASI SATU DIMENSI DI LABORATORIUM
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.
UJI KONSOLIDASI SATU DIMENSI DI LABORATORIUM
UJI KONSOLIDASI SATU DIMENSI DI LABORATORIUM
Tahap I
: pemampatan awal
Pemampatan
Tahap II : Konsolidasi primer
Tahap III : konsolidasi sekunder
Waktu (skala log)
UJI KONSOLIDASI SATU DIMENSI DI LABORATORIUM
ALAT uji konsolidasi adalah oedometer yang terdiri dari : • Sel konsolidasi • Alat pembebanan SEL KONSOLIDASI terdiri dari dua tipe : A. FIXED RING (ring disatukan dengan alas) B. FLOATING RING (ring tidak jadi satu dengan alas)
UJI KONSOLIDASI SATU DIMENSI DI LABORATORIUM
e
Cc e1
Cr
e2
P1'
P2'
P'(skala log)
Grafik hubungan angka pori dan tegangan efektif
INTERPRETASI HASIL 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
∆𝐻 = 𝐻
H
Rongga pori Rongga pori
H Vs = 1
Butiran padat
Butiran padat
HASIL YG DIPEROLEH : • Sifat kemampatan tanah (besaran pemampatan) yaitu koefisien kemampatan volume dan Cc (indeks kompresi tanah) • Karakteristik konsolidasi yang dinyatakan oleh : Cv (koefisien konsolidasi)
∆𝑒 1 + 𝑒𝑜
Koefisien pemampatan (Coefficient of Compression) adalah 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
Void ratio (e)
V1 V2 1 e1 1 e2 e1 e2 1 e1 1 e1 V1 av
Kemiringan kurva e – p’ didefinisikan sebagai :
1
e1 e2 av p 2 ' p1 '
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 :
a v p 1 e1
Karena mv adalah rasio perubahan volume per satuan penambahan tegangan , yaitu :
mv
av p 1 a v 1 e1 p 1 e1
V1 V2 H 1 H 2 H e1 e2 V1 H1 H1 1 e1
h H mv 1 p
Contoh Soal
Diketahui data uji kurva konsolidasi. Tentukan av dan mv
Indeks Pemampatan (Cc) (Compression Index) Yaitu kemiringan dari bagian lurus grafik e – log p’. CC
e1 e2 e1 e2 e log p' log p 2 ' log p1 ' log p 2 ' p1 '
Effective consolidation stress
Cc 0.009LL 10 untuk tanah lempung yang dibentuk kembali (remolded) adalah
Cc 0.007LL 10
Void ratio (e)
untuk tanah normally consolidated. Terzaghi dan Peck (1967) mengusulkan nilai Cc sebesar : 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 ' p o '
Faktor waktu (Tv) Parameter tak berdimensi yang merupakan interaksi waktu , koefisien konsolidasi dan jarak pengaliran (drainage path) digunakan untuk menentukan kecepatan teoritis pada kurva konsolidasi
Tegangan prakonsolidasi Cr
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)
Recompression
Titik A
B
a/2 a
Cc
a/2
1 Cs
Virgin compression 1 swelling Log p’
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
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
