MEKANIKA TANAH KEMAMPUMAMPATAN TANAH. UNIVERSITAS PEMBANGUNAN JAYA Jl. Boulevard Bintaro Sektor 7, Bintaro Jaya Tangerang Selatan 15224

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.

• 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

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

Penurunan segera

dan penurunan

konsolidasi terjadi

bersamaan

TANAH LEMPUNG

• Koefisien rembesan lempung << dari tanah berpasir

• Penambahan tekanan air pori oleh pembebanan akan berkurang

lambat dan waktu yang lama

penurunan

konsolidasi jauh

lebih besar dan

lama dibandingkan

penurunan segera

• Penurunan konsolidasi terjadi setelah

penurunan segera

• Lempung memberikan pemampatan >>

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

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)

PROSES KONSOLIDASI

Terzaghi dan Flohlich (1936) menjelaskan model mekanikal proses konsolidasi

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

Pegas tersebut mewakili ikatan mineral pada massa tanah dan air di bawah piston merupakan air pori pada kondisi jenuh

PROSES KONSOLIDASI

Terzaghi dan Frahlich memodelkan

silinder/piston dengan pegas

PEGAS : TANAH YG MUDAH MAMPAT AIR : AIR PORI

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.

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

Teori Reologi Konsolidasi

Deformasi sebagai fungsi waktu (time dependent deformation)

∆𝒖 =

𝑷_𝑨

𝑷 = 𝑷

_𝒔

+ 𝑷

_𝒘

P_s = beban yang dipikul pegas P_w = beban yang dipikul air

apabila katup ditutup :

𝑷_𝒘 = 𝑷 𝒅𝒂𝒏 𝑷_𝒔 = 𝟎

Apabila katup di buka

𝑷_𝒔 > 𝟎 & 𝑷_𝒘 < 𝑷 𝒔𝒆𝒉𝒊𝒏𝒈𝒈𝒂 (∆𝒖 < 𝑷 𝑨)

Teori Reologi Konsolidasi

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)

Vv Vs h Pemampatan awal h1  h2  h3  h4 

Primary consolidation (u = 100%) secondary consolidation

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

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

UJI KONSOLIDASI SATU DIMENSI DI LABORATORIUM

Tahap II : Konsolidasi primer

Tahap III : konsolidasi sekunder

Tahap I : pemampatan awal

Waktu (skala log)

P e m am p at an

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

P'(skala log) e1 e2 e P1' P₂' Cc Cr

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

∆𝐻 𝐻 =

∆𝑉 𝑉

Bila volume padat Vs

= 1 dan angka pori awal adalah eo ∆𝐻 = 𝐻

∆𝑒 1 + 𝑒_𝑜 Rongga pori Butiran padat eo Vs = 1 H Rongga pori Butiran padat e H

• 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)

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

av

Effective consolidation stress

V o id r at io ( e ) 1



 









1



2 1 1 2 1 1 2 1 1 1 1 1 e e e e e e V V V         

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 :

'

'

₁ 2 2 1

p

p

e

e

a

_v







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, m}2_/kN).

Karena luas contoh tanah tetap , perubahan volume dapat dinyatakan dalam perubahan

ketebalan atau angka pori. 1

2 1 1 1 2 1 1 2 1 1 e e e H H H H H V V V         1 1 e p a_v   p H h m_v          1 1 1 1 1 1 e a p e p a m_v v v      

Rasio perubahan volume :

Karena m_v adalah rasio perubahan volume per

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’.

              ' ' log ' log ' log ' log 1 2 2 1 1 2 2 1 p p e e p p e e p e C_C

untuk tanah normally consolidated.

Terzaghi dan Peck (1967) mengusulkan nilai Cc sebesar :



10



009 . 0   LL C_c

untuk tanah lempung yang dibentuk kembali (remolded) adalah



10



007 . 0   LL C_c

Effective consolidation stress

V o id r at io ( e ) 1 cc

Indeks Pemampatan kembali (Cr)

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

              ' ' log ' log ' log ' log 1 2 2 1 1 2 2 1 p p e e p p e e p e C_r

Derajat konsolidasi (u) %

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

1 0 0 e e e e U   

'

'

'

1 o o

p

p

p

p

U







atau

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

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)

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 Log p’ V o id r at io ( e ) Titik A a/2 a/2 a B Cc 1 Cs 1 swelling Recompression Virgin compression 1

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

didefinisikan sebagai : o c

p

p

OCR



Dimana pc = tekanan prakonsolidasi yang terlihat dan po = tekanan efektif di lapangan.

Nilai OCR = 1 artinya normally consolidation Nilai OCR > 1 yaitu overconsolidation