Geoteknik
STUDI PARAMETER UJI KONSOLIDASI MENGGUNAKAN SEL ROWE DAN UJI KONSOLIDASI KONVENSIONAL TANAH DAERAH BANDUNG (012G) Anastasia Sri Lestari1, Florentina M. Sugianto2 1
Jurusan Teknik Sipil, Universitas Katolik Parahyangat, Jl. Ciumbuleuit 94 Bandung Email:
[email protected] 2 Jurusan Teknik Sipil, Universitas Katolik Parahyangat, Jl. Ciumbuleuit 94 Bandung Email:
[email protected]
ABSTRAK Pemampatan tanah pada butir halus yang disebabkan oleh adanya deformasi partikel tanah , relokasi partikel, disipasi air pori merupakan peristiwa konsolidasi yang perlu dicermati . Lapisan tanah di lapangan umumnya mempunyai material penyusun tanah yang heterogen, permeabilitas rendah dengan partikel tanah tidak merata, hal ini membutuhkan contoh tanah yang dapat mewakili lapisan tanah khususnya untuk menguji besarnya koefisien konsolidasi ( Cv) dan indeks kompresi ( Cc) . Penelitian ini menggunakan metoda uji Laboratorium dengan dua macam model uji yaitu menggunakan uji sel Rowe dan uji konsolidasi konvensional. Uji Konsolidasi menggunakan sel Rowe merupakan pengembangan dari uji konvensional dengan contoh tanah berdiameter 20 cm dan tebal 6 cm serta dapat mengukur tekanan air pori. Uji konsolidasi konvensional menggunakan sampel dengan diameter 5 cm dan tebal 2 cm , tidak dapat mengukur tekanan air pori. Pada kedua uji menggunakan sistim double drainage yaitu contoh uji berada pada dua batu pori yang dapat mengalirkan air akibat disipasi air pori. Lokasi contoh tanah diambil dari daerah Soekarno Hatta Bandung, hasil evaluasi dengan alat sondir merupakan tanah butir halus lunak cocok sebagai contoh uji penelitian konsolidasi. Dari hasil pengujian diperoleh nilai koefisien konsolidasi (Cv) menggunakan sel Rowe lebih besar 31,92 – 46,47 % , indeks kompresi (Cc) dengan sel Rowe lebih kecil 9,83 % serta nilai koefisien kemampatan volume ( mv) diperoleh rata rata 0.59 – 4.91 % lebih kecil dari uji konvensional. Contoh uji dengan ukuran lebih besar memberikan hasil sesuai dengan kondisi lapangan yaitu adanya effek keterkaitan butir tanah dalam segala arah. Perlu diadakan pengembangan lebih lanjut penelitian uji sel Rowe untuk jenis tanah dengan material sangat heterogen dan permeabilitas rendah. Kata kunci: sel Rowe, konsolidasi
1.
PENDAHULUAN
Pemampatan pada tanah butir halus disebabkan adanya deformasi partikel tanah, relokasi partikel dan terjadinya disipasi air pori. Konsolidasi terjadi dalam jangka panjang dengan penurunan yang terjadi dapat merupakan total akhir yang besar. Kemiringan Menara Pisa diantaranya sebagian disebabkan oleh penurunan konsolidasi diferensial yang telah terjadi selama ratusan tahun ( Bowles 1991). Sifat kemampatan tanah butir halus umumnya dilakukan menggunakan uji konsolidasi konvensional dengan contoh tanah berdiameter 5- 6 cm dan ketebalan ± 2 cm Secara praktis selama ini dapat digunakan untuk mencari nilai koefisien konsolidasi ( Cv) yang menggambarkan kecepatan kompresi tanah terhadap waktu, nilai indeks kompresi ( Cc) dan koefisien kemampatan volume ( mv) , menggambarkan besaran kompresi tanah pada peristiwa konsolidasi. Sifat kompresibilitas yang tinggi dan material penyusun tanah yang heterogen, permeabilitas rendah membuat berbagai faktor harus dipertimbangkan dalam disain pengujian laboratorium. Dalam prakteknya, dengan keterbatasan alat dan kemudahan pengambilan contoh uji dan lamanya waktu uji yang dibutuhkan , umumnya pengujian dilakukan dengan menggunakan benda uji ukuran kecil. Uji konsolidasi menggunakan contoh uji tanah dengan diameter dan ketebalan yang lebih besar diharapkan dapat memberikan hasil parameter karakteristik konsolidasi yang lebih akurat. Pengembangan uji konsolidasi menggunakan sel Rowe merupakan salah satu pengembangan uji konsolidasi agar mendapatkan hasil yang lebih menggambarkan kondisi tanah di lapangan. Penggunaan sel Rowe juga dapat mengukur tekanan air pori pada awal dan akhir setiap tahap konsolidasi. Pengujian dapat digunakan variasi untuk double atau single drainage dapat pula dengan beberapa variasi drainage. Dalam penelitian ini akan dilakukan perbandingan hasil yang diperoleh dari dua jenis metode pengujian dengan kondisi double drainage, diharapkan heteroginitas tanah dapat dipelajari terhadap parameter konsolidasi tanah.
Konferensi Nasional Teknik Sipil 7 (KoNTekS 7) Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013
G-9
Geoteknik
2. RUANG LINGKUP DAN METODE PENELITIAN Lingkup penelitian dibatasi pada kedalaman contoh tanah dan jenis pengujian konsolidasi di laboratorium . Karena keterbatasan alat pengambilan tanah lunak ‘undisturbed” , maka pengambilan contoh tanah uji diambil padaa kedalaman tidak lebih dari satu meter didaerah Jl. Soekarno Hatta Bandung. Pemilihan daerah lokasi berdasarkan kondisi tanah lunak dan muka air tinggi. Sebelum pengambilan sampel dilakukan uji lapangan berupa uji sondir untuk memastikan contoh tana tanahh uji yang diambil adalah tanah lunak. Uji laboratorium yang diteliti berupa uji konsolidasi konvensional dengan diameter 5 cm , tebal 2 cm dan uji sel Rowe menggunakan contoh uji dengan diameter 20 cm dengan ketebalan 6 cm . Standard pengujian yang dipakai adalah standard ASTM
3. ALAT DAN SAMPEL UJI TANAH 3.1. Sampel Uji Tanah Hasil uji sondir ringan( gambar 1) pada area lokasi berupa nilai tahanan ujung ( qc) dan tahanan gesek pada selimut ( fs) terhadap kedalaman memberikan indikasi bahwa lapisan tanah tersebut tergolong tanah lunak. Contoh tanah diambil pada kedalaman tidak lebih dari satu meter, karena keterbatasan alat untuk pengambilan tanah lunak. Gambar 3.1. Hasil uji sondir ringan Pada gambar 3.2 merupakan sel konsolidasi konvensional dan gambar 3.3 merupakan sel Rowe dengan sel terdiri
atas penutup bagian atas, landasan bagian bawah dan badan sel. Landasan bagian bawah dilengkapi dengan pengatur untuk mengukur tekanan air pori
Gambar3. 2. Sampel Uji Konvensio Konvensional
Gambar 3.3. Sampel uji pada Alat Rowe sel
3.2.Hasil Uji Laboratorium Uji laboratorium dilakukan terhadap contoh tanah yang diambil pada kedalaman 0.5 – 1.0 m dari permukaan tanah, berupa tanah tidak terganggu. 3.2.1.Uji Sifat fisik tanah Dari contohh uji tidak terganggu dilakukan uji laboratorium berupa sifat fisik tanah : kadar air, berat isi , specifik gravity serta keplastisan tanah dan klasifikasi berdasarkan ukuran butir untuk mengetahui apakah jenis tanah mengalami proses konsolidasi. Konferensi Nasional Teknik Sipil 7 (KoNTekS 7)
G - 10
Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta Surakarta, 24-26 Oktober 2013
Geoteknik
Dari hasil uji analisa ukuran butir , contoh tanah didominasi oleh butiran lempung dan lanau dengan prensentase mencapai 95,21 % terdiri dari silt ± 63 % dan clay ± 32,21 % . Dapat disimpulkan tanah merupakan jenis lanau kelempungan ( butir halus ) dapat mengalami proses konsolidasi . Dan contoh tanah mempunyai plastisitas tinggi ( tabel 3.1) Tabel. 3.1. Hasil uji sifat fisik tanah Jenis Uji Nilai Uji Kadar air 76,5 % Gs 2.56 Batas Cair 97 % Batas plastis 47 % Batas susut 33 % Indek palstisitas 50 % Berat isi 1,58 3.2.2 Hasil Uji Konsolidasi Konvensional , Rowe Cell Uji konsolidasi konvensional menggunakan contoh tanah uji dengan diameter 5 cm dan ketebalan 2 cm, dilakukan dengan sistim double drainage ( contoh tanah diantara dua batu pori ) terjadi disipasi dua arah atas dan bawah, sesuai teori Terzaghi bahwa uji konsolidasi dilakukan dalam arah vertikal saja ( one dimensional) . Contoh uji dilakukan test dengan tiga kali uji masing masing menggunakan uji Konvensional dan tiga kali uji menggunakan Sel Rowe dengan diameter 20 cm dan ketebalan 6 cm. 3.2.2.1. Parameter indeks kompresi ( Cc) Nilai indeks kompresi ( Cc) merupakan parameter untuk besaran pemampatan akibat penurunan konsolidasi. Nilai indeks kompresi sangat erat hubungannya dengan tahapan beban yang diberikan selama uji konsolidasi konvensional maupun uji dengan sel Rowe. Akibat beban bertahap loading yang diberikan sebesar 0.32 kg/cm2 – 5.12 kg/cm2 dan beban bertahap akibat unloading akan menyebabkan terjadinya perubahan angka pori ( Δe) Pada tabel 3.2. merupakan hasil uji akibat pembebanan bertahap dari kedua uji konsolidasi. Nilai indeks kompresi berbanding langsung dengan besaran pemampatan konsolidasi Tabel.3.2. Uji konsolidasi konvensional : ΔP – void ratio ΔP ( kg/cm2)
e1 (contoh 1)
e2 ( contoh II)
e3 (contoh III )
0.32 0.64 1.28 2.56 5.12 0.32 1.28 2.56 5.12
1.702 1.603 1.464 1.285 1.089 1.246 1.173 1.132 1.089
1.745 1.631 1.488 1.310 1.109 1.270 1.194 1.157 1.109
1.700 1.595 1.454 1.277 1.081 1.236 1.162 1.123 1.081
Tabel 3.3. Tabel uji konsolidasi dengan sel Rowe: ΔP – void ratio ΔP ( kg/cm2)
e1 (contoh A)
e2 ( contoh B)
e3 (contoh C )
0.32 0.64 1.28 2.56 5.12 0.32 1.28 2.56 5.12
1.621 1.535 1.384 1.204 1.018 1.121 1.080 1.053 1.018
1.590 1.510 1.372 1.187 1.019 1.096 1.059 1.037 1.019
1.614 1.526 1.382 1.208 1.028 1.112 1.072 1.057 1.028
Konferensi Nasional Teknik Sipil 7 (KoNTekS 7) Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013
G - 11
Geoteknik
Gambar 3.4. a.Grafik e-log p : Uji Sel Rowe
Gambar 3.4. b..Grafik e-log p : Uji Konvensional
Dari gambar 3.4.a dan 3.4.b dapat diperoleh nilai Cc ( indeks kompresi) dari masing masing uji sesuai pers. 3.1
( 3.1 )
Dengan : Cc = indeks kompresi, ( e2-e1) = Δ e = perubahan nilai angka pori, p2- p1= tekanan beban bertahap yang diberikan pasa contoh uji Tabel. 3.4. Hasil nilai indeks kompresi ( Cc ) Jenis Pengujian
Contoh Uji
Cc
A B C I II III
0.618 0.558 0.596 0.649 0.667 0.649
Sel Rowe
Konvensional
Dari hasil uji sel Rowe nilai indeks kompresi lebih kecil 9,83 % dibandingkan uji konsolidasi konvensional, hal ini sesuai dengan skala tinggi uji sel Rowe merupakan 3 x lebih besar dari contoh uji konvensional, sehingga sangat berpengaruh terhadap perubahan angka pori ( Δe) sesuai persamaan 3.1. Pada contoh uji dengan diameter semakin besar sangat erat kaitannya dengan interaksi dengan tanah disekitarnya sehingga terdapat effek pemampatan vertikal ( Δh) menjadi lebih kecil, dimana Δ e merupakan Δh/hs . Besar penurunan konsolidasi berbanding langsung dengan nilai indeks kompresi , dengan adanya keterkaitan butir tanah disekitarnya sesuai kondisi lapangan maka diperoleh nilai penurunan yang lebih kecil pula. 3.2.2.2 Parameter koefisien konsolidasi ( Cv) Parameter koefisien konsolidasi ( Cv) merupakan hasil yang diperoleh dari grafik pemampatan dan akar waktu dari tiap tahap pembebanan yang dimonitor dengan waktu bertahap selama 24 jam setiap satu uji pembebanan. Persamaan yang digunakan :
Cv = koefisien konsolidasi, konsolidasi
( 3.2 ) Hdr = tinggi contoh uji sesuai kondisi drainage nya,
Uji Konsolidasi yang dilakukan dalam penelitian ini konvensional ataupun sel Rowe
berdasarkan double drainage
t90 = waktu pada 90 % untuk uji konsolidasi
Konferensi Nasional Teknik Sipil 7 (KoNTekS 7)
G - 12
Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013
Geoteknik
Gambar 3.5. grafik hubungan pemampatan dan akar waktu ( metode akar waktu) Tabel.3.5. Nilai Cv Metode Akar Waktu Tekanan ( kg/cm2)
0.32 0.64 1.28 2.56 5.12
Cv Metode Akar Waktu ( cm2/detik) Contoh uji A
Sel Rowe Contoh uji B
Contoh uji C
1.34 E-04 1.50 E-04 1.43 E-04 1.09 E-04 8.17 E-05
1.39 E-04 1.74 E-04 1.39 E-04 1.06 E-04 1.03 E-04
1.34 E-04 1.58E-04 1.27E-04 1.11E-04 9.04E-05
Contoh uji 1
Konvensional Contoh uji II
Contoh Uji III
3.71E-05 2.77E-05 2.31E-05 2.72E-05 2.57E-05
3.53E-05 3.06E-05 2.51E-05 2.56E-05 2.29E-05
3.70E-05 3.03E-05 2.76E-05 2.10E-05 2.16E-05
Tabel.3.6. Persentase Perbedaan Nilai Cv Metode Akar Waktu Tekanan (kg/cm2) Cv Metode Akar Waktu ( cm3/detik) Sel Rowe Konvensional 0.32 1.36 E-04 3.65E-05 0.64 1.61 E-04 2.96E-05 1.28 1.36 E-04 2.53E-05 2.56 1.09 E-04 2.46E-05 5.12 9.17 E-05 2.34E-05
% beda 73.09 81.63 81.45 77.40 77.49
Perbedaan nilai Cv hasil uji sel Rowe lebih besar 73 – 81 % dari hasil uji konvensional kondisi ini disebabkan karena pengaruh ketebalan contoh uji, pada persamaan 3.2 nilai Cv berbanding langsung dengan kwadrat tinggi ketebalan contoh uji tanah karena tinggi uji tanah dengan sel Rowe 3 x tinggi contoh uji konvensional, sehingga hal ini sesuai dengan effek skala. Pada aplikasi lapangan dengan ketebalan H (m) , waktu yang dibutuhkan berbanding terbalik dengan nilai koefisien konsolidasi ( Cv) sehingga hasil nilai Cv pada uji sel Rowe menunjukkan waktu konsolidasi yang dibutuhkan akan lebih cepat dibanding dengan hasil uji konvensional.
Gambar.3.6.a. Hubungan Cv - p Hasil uji Sel Rowe
Gambar 3.6.b. Hubungan Cv-p Hasil uji konvensional
Konferensi Nasional Teknik Sipil 7 (KoNTekS 7) Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013
G - 13
Geoteknik
3.2.2.3. Koefisien Kemampatan Volume ( mv) Koefisien pemampatan volume merupakan perubahan volume per satuan volume untuk setiap satuan perubahan tegangan .
( 3.3 )
Dengan : mv= koefisien pemampatan volume, Δv perubahan volume akibat beban, av =perubahan angka pori per satuan perubahan tegangan dan e = angka pori Hasil koefisien pemampatan volume pada uji sel Rowe rata-rata lebih kecil 0.59 – 4.91 % . Tabel. 3.7. Nilai Koefisien kemampatan volume Tekanan ( kg/cm2)
mv ( cm2/kg) Contoh uji A
0.32 0.64 1.28 2.56 5.12
0.175 0.288 0.242 0.187 0.134
Sel Rowe Contoh uji B
0.168 0.273 0.227 0.181 0.128
Contoh uji C
0.165 0.279 0.233 0.181 0.129
Contoh uji 1
Konvensional Contoh uji II
Contoh Uji III
0.163 0.286 0.232 0.179 0.130
0.156 0.294 0.239 0.182 0.132
0.171 0.303 0.242 0.185 0.133
Tabel.3.8. Persentase Perbedaan Nilai koefisien Pemampatan volume Tekanan (kg/cm2) 0.32 0.64 1.28 2.56 5.12
Cv Metode Akar Waktu ( cm3/detik) Sel Rowe Konvensional 0.169 0.164 0.280 0.295 0.234 0.238 0.183 0.182 0.131 0.132
% beda 3.39 4.91 1.50 0.59 0.86
Nilai mv rata rata pada uji konvensional lebih kecil 0.59 – 4.91 % , nilai mv merupakan parameter konsolidasi untuk menghitung besaran penurunan konsolidasi. Dari persamaan 3.3 , perubahan volume akibat beban dipengaruhi oleh diameter dan tinggi uji tanah .
4. KESIMPULAN Berikut kesimpulan dari hasil penelitian : 1. Pemilihan lokasi uji untuk tanah butir halus konsistensi lunak telah memenuhi syarat sesuai nilai tahanan konus uji sondir dan hasil klasifikasi berdasarkan ukuran butir dan plastisitas tanah. 2. Nilai parameter Cc ( indeks kompresi) menggunakan sel Rowe lebih kecil 9.83 % dibandingkan uji konsolidasi konvensional. Pada contoh uji dengan diameter semakin besar sangat erat kaitannya dengan interaksi dengan tanah disekitarnya sehingga terdapat effek pemampatan vertikal ( Δh) menjadi lebih kecil, dimana Δ e merupakan Δh/hs . Besar penurunan konsolidasi berbanding langsung dengan nilai indeks kompresi dengan adanya keterkaitan butir tanah disekitarnya sesuai kondisi lapangan maka diperoleh nilai penurunan yang lebih kecil pula. 3. Perbedaan nilai Cv hasil uji sel Rowe lebih besar 73 – 81 % dari hasil uji konvensional kondisi ini disebabkan karena pengaruh ketebalan contoh uji, pada persamaan 3.2 nilai Cv berbanding langsung dengan kwadrat tinggi ketebalan contoh uji tanah, karena tinggi uji tanah dengan sel Rowe 3 x tinggi uji konvensional, sehingga hal ini sesuai dengan effek skala. Pada aplikasi lapangan dengan ketebalan H (m) , waktu yang dibutuhkan berbanding terbalik dengan nilai koefisien konsolidasi ( Cv) sehingga hasil nilai Cv pada uji sel Rowe menunjukkan waktu konsolidasi yang dibutuhkan akan lebih cepat dibanding dengan hasil uji konvensional. Skala uji lebih besar akan lebih akurat karena mendekati bentuk tiga dimensi sesuai di lapangan. 4. Nilai mv rata rata pada uji konvensional lebih kecil 0.59 – 4.91 % , nilai mv merupakan parameter konsolidasi untuk menghitung besaran penurunan konsolidasi. Dari persamaan 3.3 , perubahan volume akibat beban dipengaruhi oleh diameter dan tinggi uji tanah . 5 Penelitian lebih lanjut sangat diperlukan untuk pengembangan sel Rowe pada uji contoh tanah sangat heterogen .
Konferensi Nasional Teknik Sipil 7 (KoNTekS 7)
G - 14
Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013
Geoteknik
DAFTAR PUSTAKA Das, Braja M. ( 2008 ), “ Introduction to Geotechnical Engineering” , Thomson, United State Head, K.H. ( 1981), “ Manual of Soil laboratory Testing Volume 2 ”, Pentech Press, London Head, K.H. ( 1981), “ Manual of Soil laboratory Testing Volume 3 ”, Pentech Press, London International, ELE. ( 1993), “ Civil and Environmental Engineering Test Equipment “, 9 thEdition catalogue, ELE International Ltd, England Wesley, L.D. ( 2010) , “ Fundamentals of Soil Mechanics for Sedimentary and Residual Soils”, Hoboken, New Jersey
Konferensi Nasional Teknik Sipil 7 (KoNTekS 7) Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013
G - 15
