MEKANIKA TANAH/consolidation settlement/immediate settlement/tria

Tria Oktaviani

MEKANIKA TANAH

KEMAMPUMAMPATAN TANAH

Apa itu kemampatan tanah?

Kemampatan tanah adalah penambahan beban di atas suatu permukaan tanah dapat menyebabkan lapisan tanah dibawahnya mengalami pemampatan. Pemampatan tersebut disebabkan oleh adanya deformasi partikel tanah, relokasi partikel, keluarnya air atau udara dari dalam pori, dan sebab-sebab lain. Secara umum, penurunan (settlement) pada tanah yang disebabkan oleh pembebanan dapat dibagi dalam dua kelompok besar, yaitu penurunan konsolidasi (consolidation settlement) dan penurunan segera. (immediate settlement).

Penurunan Konsolidasi (consolidation settlement)

Penurunan konsolidasi (consolidation settlement) merupakan hasil dari perubahan volume tanah jenuh air sebagai akibat dari keluarnya air yang menempati pori-pori tanah.

Ø  Dasar-dasar Konsolidasi

Apabila suatu lapisan tanah jenuh air diberi penambahan beban, angka tekanan air pori akan naik secara mendadak. Pada tanah berpasir yang sangat tembus air (permeable), air dapat mengalir dengan cepat sehingga pengaliran air-pori ke luar sebagai akibat dari kenaikan tekanan air pori dapat selesai dengan cepat. Keluarnya air dari dalam pori selalu disertai dengan berkurangnya volume tanah; berkurangnya volume tanah tersebut dapat menyebabkan penurunan lapisan tanah itu.

Apabila suatu lapisan tanah lempung jenuh air yang mampumampat (compressible) diberi penambahan tegangan, maka penurunan (settlement) akan terjadi dengan segera. Koefisien rembesan lempung adalah sangat kecil dibandingkan dengan koefisien rembesan pasir sehingga penambahan tekanan air pori yang disebabkan oleh pembebanan akan berkurang secara lambat laun dalam waktu yang sangat lama. Jadi untuk tanah lempung-lembek perubahan volume yang disebabkan oleh keluarnya air dari dalam pori (yaitu konsolidasi) akan terjadi sesudah penurunan segera. Penurunan konsolidasi tersebut biasanya jauh lebih besar dan lebih lambat serta lama dibandingkan dengan penurunan segera.

 Deformasi sebagai fungsi waktu (time-dependent deformation) dari tanah lempung yang jenuh air dapat dipahami dengan mudah apabila digunakan suatu model reologis yang sederhana. Model reologis tersebut terdiri dari suatu pegas elastis linear yang dihubungkan secara paralel dengan sebuah dashpot.

Hubungan tegangan-tegangan dari pegas dan dashpot dapat dilihat dengan:

σ pegas=daspot=ƞ

dimana : tegangan= regangan=konstanta pegas

ƞ = konstanta dashpot

t = waktu.

Ø  Grafik Angka Pori

Berikut ini adalah langkah demi langkah urutan pelaksanaannya.

1. Hitung tinggi butiran padat Hs

2. Hitung tinggi awal dari ruang pori Hv

3. Hitung angka pori awal

4. untuk penambahan beban pertama P1 (beban total/luas penampang contoh tanah) yang menyebabkan penurunan H1, hitung perubahan angka pori

Ø  Lempung yang Terkonsolidasi secara Normal  atau Terlalu Terkonsolidasi

            Suatu tanah di Japangan pada suatu kedalaman tertentu telah mengalami "tekanan efektif maksimum akibat berat tanah di atasnya" (maximum effective overburden pressure) dalam sejarah geologisnya. Tekanan efektif overburden maksimum ini mungkin sama dengan atau lebih kecil dari tekanan overburden yang ada pada saat pengambilan contoh tanah. Berkurangnya tekanan di lapangan tersebut mungkin disebabkan oleh proses geologi alamiah atau proses yang disebabkan oleh makluk hidup (misalnya manusia atau binatang). Pada saat diambil, contoh tanah tersebut terlepas dari tekanan overburden yang membebaninya selama ini; sebagai akibatnya tanah tersebut akan mengembang. Pada saat terhadap contoh tanah tersebut dilakukan uji konsolidasi, suatu pemampatan yang kecil (yaitu perubahan angka pori yang kecil) akan terjadi bila be ban total yang diberikan pada saat percobaan adalah lebih kecil dari tekanan efektif overburden maksimum yang pernah dialami sebelumnya oleh tanah yang bersangkutan. Apabila, beban total yang diberikan pada saat percobaan adalah lebih besar dari tekanan efektif overburden maksimum yang pernah dialami oleh tanah yang bersangkutan, maka perubahan angka pori yang terjadi adalah lebih besar, dan hubungan antara e versus log p menjadi linear dan memiliki kemiringan yang tajam.

Keadaan ini dapat dibuktikan di laboratorium dengan cara membebani contoh tanah melebihi tekanan overburden maksimumnya, lalu beban tersebut diangkat (unloading) dan diberikan lagi.

Keadaan ini mengarahkan kita kepada dua definisi dasar yang didasarkan pada sejarah tegangan:

1.    Terkonsolidasi secara normal (normally consolidated), di mana tekanan efektif overburden pada saat ini adalah merupakan tekanan maksimum yang · pernah dialami oleh tanah itu.

2.    Terlalu terkonsolidasi ( overconsolidated), di m ana tekanan efektif overburden pad a saat ini adalah lebih kecil dari tekanan yang pernah dialami oleh tanah itu sebelumnya. Tekanan efektif overburden maksimum yang pernah dialami sebelumnya dinamakan tekanan prakonsolidasi (preconsolidation pressure).

Ø Pengaruh Kerusakan Struktur Tanah pada Hubungan Antara Angka Pori dan Tekanan

            Suatu contoh tanah dikatakan “berbentuk kembali” apabila struktur dari tanah itu terganggu. Keadaan ini akan mempengaruhi bentuk grafik yang menunjukan antara angka pori dan tekanan dari tanah yang bersangkutan. Untuk suatu tanah lempung yang terkonsolidasi secara normal dengan derajat sensivitas rendah sampai sedang dengan angka pori dan tekanan overburden , perubahan angka pori sebagai akibat dari penambahan tegangan dilapangan secara kasar.

            Untuk tanah lempung yang terlalu terkonsolidasi dengan derajat sensivitas rendah sampai sedang dan sudah pernah mengalami tekanan prakonsolidasi serta angka pori dan tekanan efektif overburden.

Dengan pengetahuan yang didapat dari analisis hasil uji konsolidasi, sekarang kita dapat menghitung kemungkinan penurunan yang disebabkan oleh konsolidasi primer dilapangan dengan menganggap bahwa konsolidasi tersebut satu dimensi. Sekarang mari kita tinjau suatu lapisan lempung jenuh dengan tebal Hdan luasan penampang melintang Aserta tekanan efektif overburden rata-rata sebesar po. Disebabkan oleh suatu penambahan tekanan sebesar Δp, anggaplah penurunan konsolidasi primer yang terjadi adlah S. Jadi perubahan volume dapat diberikan sebagai berikut :

            ΔV = V_o – V₁ = H . A – (H – S) . A = S . A

            Dimana :  Vo dan V1 berturut-turut adalah volume awal dan volume akhir dari pori , ΔVv  jadi :

            ΔV = S . A = Vv₀  – Vv1 = ΔV_v

            Dimana : V v₀ dan V v₁ berturut-turut adalah volume awal dan volume akhir dari pori.

Ø Indeks Pemampatan

            Indeks pemampatan yang digunakan untuk menghitung besarnya penurunan yang terjadi dilapangan sebagai akibat dari konsolidasi dapat ditentukan dari kurva yang menunjukan hubungan antara angka pori dan tekanan yag didapat dari uji konsolidasi dilaboratorium

1.    Indeks pemuaian, adalah lebih kecil dari pada indeks pemampatan dan biasanya dapat ditentukan dilaboratorium pada umumnya. Batas cair, batas plastis, indeks pemampatan, dan indeks pemuaian untuk tanah yang masih belum rusak strukturnya.

2.    Penurunan yang mengakibatkan oleh kosnsolidasi sekunder, pada akhir dari konsolidasi primer, penurunan masih tetap terjadi sebagai akibat dari penyesuaian plastis butiran tanah. Tahap konsoidasi ini dinamakan konsolidasi sekunder. Selama konsolidasi sekunder berlangsung, kurva hubungan antara deformasi dan log waktu adalah garis lurus. Variasi dari angka pori dan waktu untuk suatu penambahan beban akan sama.

Ø  Kecepatan Waktu Konsolidasi

            Penurunan total akibat konsolidasi primer yang disebabkan oleh actanya penambahan tegangan di atas permukaan tanah dapat dihitung dengan menggunakan persamaan-persamaan. Penurunan matematis dari persamaan tersebut didasarkan pada anggapan-anggapan berikut ini:

1. Tanah (sistem lempung-air) adalah homogen.

2. Tanah benar-benar jenuh.

3. Kemampumampatan air diabaikan.

4. Kemampumampatan butiran tanah diabaikan.

5. Aliran air hanya satu arah saja (yaitu pada arah pemampatan).

6. Hukum Darcy berlaku.

Ø Koefisien Konsolidasi

            Koefisien konsolidasi biasanya akan berkurang dengan bertambahnya batas cair dari tanah. Rentang dari variasi harga Cv untuk suatu batas cair tanah tertentu adalah agak lebar.

            Untuk suatu penambahan beban yang diberikan pada suatu contoh tanah ada dua metode grafis yang umum dipakai untuk menentukan harga Cv dari uji konsolidasi satu dimensi dilaboratorium. Salah satu dari dua metode tersebut dinamakan metode logaritma waktu yang diperkenal oleh Taylor.

            Penambahan tegangan vertikal didalam tanah yang disebabkan oleh beban dengan luasan terbatas akan bertambah kecil dengan bertambahnya kedalaman z yang diukur dari permukaan tanah kebawah .

Penurunan Segera (immediate settlement)

            Penurunan segera yang merupakan akibat dari deformasi elastis tanah kering, basah, dan jenuh air tanpa adanya perubahan kadar air. Perhitungan penurunan segera umumnya didasarkan pada penurunan yang diturunkan oleh teori elastisitas.

Ø  Pondasi Lentur dan Pondasi Kaku

Penurunan segera atau penurunan elastis dari suatu pondasi terjadi dengan segera setelah pemberian beban tanpa mengakibatkan terjadinya perubahan kadar air. Besarnya penurunan ini akan tergantung pada ketentuan dari pondasi dan tipe dari material di mana pondasi tersebut berada. Bentuk persamaannya sebagai berikut :

     

Dimana : = penurunan elastis = tekanan bersih yang dibebankan

B = lebar pondasi ( = diameter pondasi yang berbentuk lingkaran )

 = angka Poisson

 = modulus elastisitas tanah (modulus young)

 = faktor pengaruh yang tidak memounyai dimensi

Ø Perhitungan Penurunan Segera Berdasarkan Teori Elastis

Penurunan segera untuk pondasi yang berada di atas material yang elastis dapat dihitung dari persamaan-persamaan yang diturunkan dengan menggunakan prinsip dasar teori elastis. Bentuk persamaannya sebagai berikut :

ρi = p . B

dimana : 

ρi = penurunan elastis

p = tekanan bersih yang dibebankan

B = lebar pondasi (= diameter pondasi yang berbentuk lin=gkaran)

= angka Poisson

E = modulus elastisitas tanah (modulus Young)

factor pengaruh (influence factor) yang tidak mempunyai dimensi

     Schleicher (1926) memberikan persamaan faktor pengaruh untuk bagian ujung dari pondasi persegi yang lentur sebagai berikut : 

Irow =1/phi [m1 In(1 + akar m1^2 + 1/m1)   + In(m1 + akar m1^2 + 1)]

Dimana :

m1 = panjang pondasi/lebar pondasi

Ø  Penurunan pondasi Total

            Penurunan total suatu pondasi dapat diberikan sebagai berikut:

  ST= S+SS+ρi

Dimana :

St = penurunan total

S = penurunan akibat konsolidasi primer

Ss = penurunan akibat konsolidasi sekunder

ρi = penurunan segera.

            Bilamana pondasi dibangun diatas lempung yang sangat mampumampat (very compressible), maka penurunan konsolidasi akan beberapa kali lebih besar daripada penurunan segera (ρi).

Sumber :  Braja M. Das.1995. Mekanika Tanah.  (Prinsip-prinsip Rekayasa Geoteknis) PENERBIT ERLANGGA. 

-          Terima kasih, semoga bermanfaat