STUDI KECEPATAN WAKTU KONSOLIDASI
3 DIMENSI PADA TANAH MAMPU-MAMPAT
DENGAN METODE NUMERIK
PROGRAM PASCA SARJANA
JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN PERENCANAAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA
Latar belakang penelitian
Teori konsolidasi, time rate of settlement dan degree of consolidation mulai berkembang sejak munculnya teori konsolidasi
1D oleh Terzaghi (1923,1924). Kemudian bermunculan banyak penelitian tentang konsolidasi yang mengembangkan teori 1D itu dengan banyak metode hingga melakukan penelitian 3D dengan metode numerik.
Teori Terzhagi yang kemudian dikembangkan teori 2D dan 3D oleh Biot dianggap sulit untuk dikembangkan pada jamannya yang menggunakan rumusan yang hanya bisa menggunakan bantuan program bantu komputer. Selain itu perlu dikembangkan juga untuk
menyamakan kondisi rumusan dengan kondisi sebenarnya
Perhitungan 1 D
Terzhagi (1923;1924)
Prinsip dari tegangan efektif dan time rate of consolidation pada tanah kohesif dengan metode 1-D
Leaderman (1954)
Gross (1952;1953) Hubungan regangan dan
tegangan dengan menggunakan metode 1 dimensi
Gibson,England, Hessey (1967)
Mengembangkan rumusan consolidation 1D dengan
menggunakan finite deformation
Smiles dan Pualos (1969)
Variasi Parameter aliran yang memiliki nilai angka pori yang beragam dengan metode 1-D
Mesri dan Rokhsar (1974)
Mengembangkan rumusan perhitungan
untuk metode konsolidasi 1D dengan
konsep finite strain dengan metode
Perhitungan 2 D
M.A. Biot(1956)
Teori deformasi pada media berpori
termasuk membahas hubungan
tegangan dan regangan pada tanah dan aliran airnya dari arah x, y dan z Biot M.A. (1941)
Hubungan flow dan deformasi dengan metode 2D pada media berpori. Hasil peneliannya adalah, Perlu diadakan study lagi tentang kondisi tanah dalam bentuk finite element 2D
untuk menyamakan kondisi sebenarnya
dilapanngan Gibson R.E., Schiff
man RL dan Pu R.L. (1970)
Booker J.R. (1974)
Huang C.Z., Xiao y. (1996)
Li, P.C. dan Li X.G. (2010)
Perhitungan program numerik tentang
hubungan flow dan deformation 2D pada media berpori yang saturated.
Tri Harianto dan Mochtar, (2000)
Perhitungan program numerik dengan menghitung nilai degree of consolidation 2-D untuk menghitung nilai time rate of consolidation dengan mempertimbangkan aliran air arah lateral y selain aliran arah vertikal
Perhitungan 3 D
M.A. Biot(1941) Teori perhitungan konsolidasi 3-D
J.P.Carter,J.C.Smal l dan J.R.Booker (1977)
Mengembangkan teori finite consolidation
dari 1-D ke 3-D. Rumusan dasar
menggunakan metode finite elemen dan beberapa contoh kasus yang dibahas.
L.I. Peichao (2008)
Melakukan penelitian tentang displacement dengan metode konsolidasi Biot. Hasilnya : Displacement horisontal hasilnya dominan,sedangkan vertical displacement lebih kecil dari pada nilai horisontal Krylov dan
Baranblatt (1955)
Melakukan penelitian tentang aliran air yang mengalir pada pori-pori media plastis
Melakukan penelitian deformasi 2D dan 3D dengan menggunakan program bantu SVSOLID/SVFLUX dan memperoleh hasil bahwa 2D dan 3D lebih bisa
mereprensasikan dengan kondisi sebenarnya dilapangan khususnya pada rumusan large-strain M.D.Fredlund, M.Dona
ldson dan G.G Gitirana (2009)
PENDAHULUAN
Bagaimana pengaruh kecepatan waktu konsolidasi 3-D pada sembarang titik untuk suatu waktu tertentu jika
dibandingkan dengan kecepatan waktu konsolidasi 1-D dengan variasi nilai Cv dan Ch.
Bagaimana pengaruh dimensi pondasi terhadap kecepatan waktu konsolidasi 3-D dengan kondisi nilai Ch dan Cv tertentu untuk sembarang titik setelah waktu ertentu, jika dibandingkan dengan kecepatan waktu konsolidasi 1-D
Bagaimana pengaruh ketebalan lapisan tanah mampu mampat suatu tanah
dasar terhadap waktu konsolidasi 3-D.
Bagaimana perbedaan total settlement yang terjadi antara perhitungan 1-D dan 3-D.
PENDAHULUAN
Untuk mendapatkan koefisisen korelasi antara kecepatan waktu konsolidasi 3-D dengan kecepatan waktu konsolidasi 1-D pada embarang titik yang ditinjau pada waktu tertentu.
Untuk mengetahui pengaruh dimensi pondasi terhadap kecepatan waktu konsolidasi 3-D pada sembarang titik setelah waktu tertentu.
Untuk mngetahui pengaruh ketebalan lapisan tanah mampu mampat terhadap perbandingan derajat konsolidasi 3-D dengan perbandingan derajat
konsolidasi 1-D terhadap variasi dari perbandingan Ch/Cv.
Untuk melihat seberapa besar
perbandingan total settlement 3-D dengan total settlement 1-D
BATASAN MASALAH
Jenis beban yang bekerja pada permukaan tanah pada
study ini adalah beban
gedung dengan tinjauan 3-D. Data-data tanah yang
digunakan dalam analisa ini adalah data tanah yang diambil dari literature.
Alur perhitungan
Perhitungan nilai excess pore water pressure Data tanah dan
Dimensi bangunan
Penjabaran rumusan excess pore water
pressure 3-D Perhitungan nilai Degree of consolidation Data tanah: •Hanya menggunakan 1 jenis data tanah
• Kedalaman yang ditinjau adalah 6.5, 14.5,18.5 dan 24.5 Dimensi gedung: •4x4 •4x6 •6x6 •4x8 •8x8 •8x16 •12x12 •24x24 Proses perhitungan dengan VB.6
Konservasi massa Konservasi Energi (Bernoully) Konservasi Linear Momentum ( Darcy)
DASAR-DASAR
RUMUSAN TERZHAGI
Kesimpulan
Waktu terjadinya konsolidasi 3 dimensi lebih cepat
dibandingkan dengan 1 dimensi.
0 20 40 60 80 100 120 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 U(%)
waktu pemampatan t (hari)
24.5 meter 1D ch=cv ch=2cv ch=3cv ch=4cv ch=5cv
Kesimpulan
Semakin kecil gedung, perbandingan nilai U 3-D dengan U 1-D akan semakin besar dan sebaliknya semakin besar gedung maka perbandingan nilai U 3-D dengan U 1-D juga semakin kecil.
0 0.5 1 1.5 2 2.5 U3 D/ U1 D
Grafik hubungan nilai U3D/U1D terhadap variasi dimensi bangunan dan ch/cv (h=14.5)
ch=cv ch=2cv ch=3cv ch=4cv ch=5cv 4X4 8X8 12X12
Kesimpulan
Semakin panjang gedung ,semakin dangkal tanah mampu
mampatnya dan semakin kecil perbandingan ch dan cv, semakin kecil perbandingan nilai U 3-D dengan U 1-D
1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 1.1 1.11 1.12 U3 D/ U1 D
Grafik hubungan nilai U3D/U1D terhadap variasi dimensi bangunan dan ch/cv (h=4.5) ch=cv ch=2cv ch=3cv ch=4cv ch=5cv 4X4 4X6 4X8 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 U3 D/ U1 D
Grafik hubungan nilai U3D/U1D terhadap variasi dimensi bangunan dan ch/cv (h=24.5) ch=cv ch=2cv ch=3cv ch=4cv ch=5cv 4X4 4X6 4X8
Kesimpulan
Semakin tebal tanah mampu mampat, maka semakin besar perbandingan nilai U 3-D dengan U 1-D. Semakin besar ratio perbandingan ch dan cv maka semakin besar nilai perbandingan U3D dan U1D.
1.004 1.006 1.008 1.01 1.012 1.014 1.016 1.018 1.02 U3 D/ U1 D
Grafik hubungan nilai U3D/U1D terhadap variasi dimensi bangunan dan ch/cv (h=2.5) ch=cv ch=2cv ch=3cv ch=4cv ch=5cv 4X44X4 4X64X6 4X84X8 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 U3 D/ U1 D
Grafik hubungan nilai U3D/U1D terhadap variasi dimensi bangunan dan ch/cv (h=20.5) ch=cv ch=2cv ch=3cv ch=4cv ch=5cv 4X4 4X6 4X8
kesimpulan
Perbandingan nilai settlement tanah lunak dengan analisa 3 D dan 1 D menyimpulkan bahwa nilai settlement antara 3D dengan 1D akan terlihat berbeda jauh pada kondisi
gedung yang kecil pada kedalaman sedang maupun gedung yang relative besar dengan kedalaman tanah lunak yang relative dalam.
0.995 1 1.005 1.01 1.015 1.02 1.025 set t3D /set t1D
Grafik hubungan nilai sett3D/sett1D terhadap variasi dimensi bangunan dan ch/cv (h=2.5)
ch=cv ch=2cv ch=3cv ch=4cv ch=5cv 4X4 8X8 12X12 0 0.5 1 1.5 2 2.5 set t3D /set t1D
Grafik hubungan nilai sett3D/sett1D terhadap variasi dimensi bangunan dan ch/cv (h=12.5)
ch=cv ch=2cv ch=3cv ch=4cv ch=5cv 4X4 8X8 12X12 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 set t3D /set t1D
Grafik hubungan nilai sett3D/sett1D terhadap variasi dimensi bangunan dan ch/cv (h=24.5)
ch=cv ch=2cv ch=3cv ch=4cv ch=5cv 4X4 8X8 12X12
Contoh aplikasi
0 0.5 1 1.5 2 2.5 0 1 2 3 4 5 6 U3 D/ U1 D ch/cvGrafik hubungan nilai ch/cv dan U3-D/U1-D (8x16) h=2.5
h=4.5 h=6.5 h=8.5 h=10.5 h=12.5 h=14.5 h=16.5 h=18.5 h=20.5 h=22.5 h=24.5
Hasil penelitian
Program Bantu untuk menghitung nilai degree of
consolidation 3-D dengan analis numerik untuk
mempermudah perhitungan.
Nilai perbandingan U3-D dan U1-D pada dimensi
gedung bervariasi dan ketebalan tanah mampu
mampat bervariasi.
Batasan hasil
Hasil yang diperoleh hanya berdasarkan
1 jenis tanah saja.
Ketebalan tanah mampu mampat hanya
hingga 24 meter saja.
Variasi dimensi gedung hanya sesuai
dengan yang ada dalam penelitian ini
saja.
Saran
Perlu dilakukan pengembangan program bantu
untuk memperoleh hasil perhitungan pada tanah
yang lebih variatif.
Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut tentang
keakuratan hasil penelitian ini dengan
membandingkan menggunakan rumusan numerik
lainnya dan analisa laboratorium dan lapangan.
Reference
Barry S.I., Mercer, G.N. 1999. “Exact Solutions for two dimensional time dependent flow and deformation within a poroelastic medium”. J Appl Mech, 1999, 66 : 536-540.
Biot,M.A. 1956. “Theory of Deformation of a Porous Viscoelastic Anistropic Solid”. Journal of Applied Physics, Vol.27, No.5, pp.459-467, May, 1956.
Carter,J.P., Small,J.C.,Booker J.R. 1976 , ”A Theory of Finite Elastic
Consolidation”, International Journal Solids Strucyurs,1977. Vol 13, pp 467-478.
C.Hardiyatmo,Hary,2002.Mekanika Tanah 2,Yogyakarta,Gadjah Mada University Press
E.Bowles,Joseph, 1984. Sifat-Sifat Fisis dan Geoteknis ( Mekanika Tanah) ,Jakarta, erlangga.
Fenton, G.A., Griffiths, D.V. 2005. ”Three-Dimentional Probabilistic Foundation Settlement”. ASCE Journal of Geotechnical and Geoenviromental Engineering, 131 (2), 232-239, 2005.
Fredlund,M.D.,Donaldson,M.,Gitirana,G.G. 2009. “Large strain 1D,2D and 3D Consolidation Modeling of Mine Tailing”.
Gibson,R.E., Schiffman,R.L., Whitman, R.V. 1989. “On Two Definition of Excess Pore Water Pressure”.
Gibson R.E.,England G.L.,Hussey M.J.L. 1967 “The Theory of One-Dimensional Consolidation of Saturated Clay.
Harianto,Tri,2000 ,Study Kecepatan Waktu Konsolidasi Dua Dimensi Dengan Metode
Numerik, Thesis Pasca Sarjana Jurusan Teknik SipilFTSP-ITS.
Harianto,Tri,Mochtar,I.B 2000, ”Study Kecepatan Waktu Konsolidasi Dua Dimensi Dengan Metode Numerik”, Jurnal Teknik Sipil
Huang,C.Z.,Xiao, Y. 1996. ”Analytical solutions of two dimentional consolidation ” Chines Journal of Geotechnical Engineering, 1996, 18(3), pp : 47-54.
Reference
Li,P.C., Kong, X.Y.,Lu, D.T. 2003. ”Mathematical model of flow and deformation coupling in saturated porous media” Journal of Hydrodynamics (Ser A), 2003, 18(4) : 419-426.
M. Das, Braja.1985. Mekanika Tanah 1 (prinsip-prinsip rekayasa geoteknis), Jakarta,Erlangga
Peichao, L.I.,(2008). “Biot’s Consolidation Due to Shear Loads Distributed over a Finite Two-Dimensional Porous Media”.
Perloff H.dan Baron William,1976. Soil Mechanics Principle and Aplication,The Ronald Press
Company,New York
Sari, Mochtar I.B. 2008, “Suggested Method to Analyze Soil-Stucture Interaction For Three Dimensional Building With Shallow Foundation on Soft and Compressible
Ground”, Proceeding International forum for civil engineering, Universitas Bina Nusantara, Jakarta.
Sari,Putu Tantri. 2008. Analisa pemodelan tiga dimensi sistem struktur gedung dengan
pondasi dangkal diatas tanah lunak yang mengakibatkan penurunan konsolidasi merata, Tugas akhir Sarjana Jurusan Teknik SipilFTSP-ITS.
Terzaghi K. 1943 Theoretical Soil Mechanics, John Wiley & Son. New York.
Toufigh, M.M., Sabet, B.S. 1995. ”Predistion of future land subsidence in Kerman, Iran due to groundwater withdrawal” Proceeding of the fifth International Symposium on Land
Subsidence, The Hague, Oktober 1995. IASH Publ. No. 234. 1995.
Zhang,Z., Cho, C., Pan,Q.,Lu,X. 2009. ” Experimental Investigation on Excess Pore Water Pressure in Soft Soil-Foundations under Minor Shocks”. International Journal of Engineering and Applied Science 5:4 2009.
