BAB 2 LANDASAN TEORI
2.4 Metode Perbaikan Tanah
2.4.2 Prefabricated Vertical Drain (PVD)
Tanah lunak merupakan tanah yang memiliki daya dukung yang rendah, indeks plastisitas tanah yang tinggi, dan proses penurunan tanah yang cukup lama.
Penurunan yang terjadi sering kali tidak merata, tergantung dari beban yang diterima oleh tanah tersebut. Ada beberapa metode yang sudah dikembangkan untuk mengatasi masalah tersebut, salah satunya adalah metode drainase vertikal.
Drainase vertikal berfungsi untuk mempercepat proses dari keluarnya air yang ada di dalam tanah lunak. Metode pemasangan drainase vertikal di lapangan dapat dilakukan dengan 2 cara yaitu dengan pola segitiga dan pola segiempat. Penelitian ditujukan untuk melihat perbedaan perilaku pemasangan drainase vertikal dengan pola segitiga dan pola segiempat pada tanah lunak.
Gambar 2.12 Penurunan Alami dan Penurunan dengan Drainase Vertikal Dalam menentukan desain drainase vertikal, ada beberapa langkah yang harus dilakukan, diantaranya:
1. Menentukan Kedalaman Penetrasi PVD
Kedalaman penetrasi PVD didapat dari kedalaman lapisan tanah hingga tanah keras atau tanah lempung teguh yang tidak lagi menimbulkan penurunan yang tidak dapat ditoleransi atau hingga kedalaman tanah lunak dimana tegangan akibat beban <10%.
2. Menentukan Diameter Pengaruh dan Ekivalen PVD
Sebelum menentukan diameter pengaruh (De), tentukan terlebih dahulu pola pemasangan drainase vertikal, dikarenakan rumus untuk menentukan nilai De pola segitiga dan De pola segiempat berbeda. Dimana untuk menentukan nilai De pola segitiga yaitu: 1,128S. Sedangkan untuk nilai De
pola segiempat yaitu; 1,05S.
Gambar 2.13 Pola Segiempat dan Pola Segitiga
Setelah mendapat nilai De, kemudian dicari nilai dw. Untuk menentukan nilai dw ada beberapa rumus menurut para ahli yang dapat digunakan diantaranya:
Gambar 2.14 Nilai dw
3. Menentukan Faktor Waktu
Dalam menentukan faktor waktu digunakan rumus-rumus sebagai berikut:
Tv=Cvt Hdr2
(
4πTv)
2,81+¿
¿
¿
Uv= (4Tv
π )
0,5
¿
Fn=ln
(
Ddwe)
−0,75Uh=1−exp
(
−8FTn h)
U=1−
(
1−Uv)(
1−Uh)
5. Trial Jarak (S)
Nilai S atau trial jarak ditentukan untuk mendapatkan persentase konsolidasi dalam waktu tertentu.
6. Menentukan Waktu Tiap Interval Derajat Konsolidasi.
BAB 3 DATA TANAH 3.1 Kondisi Lapangan
Gambar 3.1 Kondisi Tanah Lapangan
Diketahui pada pembangunan Jalan Tol akan dibangun diatas lapisan tanah bermasalah. Anda diminta untuk melakukan desain perbaikan tanah. Dalam tugas beberapa hal yang wajib dipenuhi adalah sebagai berikut:
Lakukan interpretasi data tanah (stratifikasi dan parameter tanah)
Hitung kondisi tanah dasar (daya dukung, penurunan, dll) sebelum dilakukan perbaikan
Hitung kebutuhan perbaikan tanah sesuai metode yang anda pilih
Tunjukan hasil perbandingan sebelum dan setelah diperbaiki dan berikan komentar serta penjelasan
Gambar desain rencana perbaikan
3.2 Data Bor Tanah
Gambar 3.2 Data Bor Tanah
3.3 Data Laboratorium Tanah
3.4 Interpretasi Data Tanah
Interpretasi data tanah dilakukan berdasarkan stratifikasi dan parameter tanah, dimana dalam proses pengelompokkannya melihat jenis, kekuatan tanah, nilai tipikal dan korelasi empiris parameter tanah.
3.4.1 Penetuan Stratifikasi Tanah
Penentuan Stratifikasi tanah dilakukan dengan mengklasifikasikan data bor berdasarkan sifat tanah, nilai N dan konsistensinya. Data bore yang ditinjau adalah data Bore Hole RAM 3 STA 0 + 225 IC. Pengklasifikasian data bor yaitu dengan memperhatikan tabel variasi konsistensi berikut.
Tabel 3.1 Konsistensi Tanah Consistency N
Very Soft 0 – 2
Soft 2 – 4
Medium 4 – 8
Stiff 8 – 15
Very Stiff 15 – 30
Hard 30 –
60
Stratifikasi tanah adalah penggambaran jenis lapisan tanah berdasarkan hasil pengujian tanah dari tes Bore Log. Hasil stratifikasi tanah pada kondisi tanah di RAM 3 STA 0 + 225 IC adalah sebagai berikut:
Gambar 3.4 Diagram Stratifikasi Tanah
Berdasarkan gambar diagram stratifikasi tanah di atas dapat diuraikan data jenis taah sebagai berikut.
Tabel 3.2 Stratifikasi Tanah RAM 3 STA 0 + 225
Laye r
Depth
(m) Soil Type
Soil Behaviou
r
N SP
T
Consistency
1 0 – 2
Clay, yellowish grey, high plasticity, low
moisture content
Clay 6 Medium
Laye r
Depth
(m) Soil Type
Soil Behaviou
r
N SP
T
Consistency
moisture content
Nilai N yang diambil adalah nilai N-SPT rata-rata dari suatu lapisan tanah.
3.4.2 Parameter Tanah
3.4.2.1 Berat Isi Tanah Normal (γn) dan Tersaturasi (γsat)
Penentuan berat isi tanah normal dan tersaturasi dilakukan dengan mengecek tabel stratifikasi tanah. Pada kedalaman 2 m sampai 18 m pada lapisan tanah soft clay digunakan sebaran data laboratorium yang telah diketahui.
13 14 15 16 17 18 19 20 21
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Sebaran ɣn
ɣn desain Lab ɣn
Kedalaman (m)
Gambar 3.5 Grafik Sebaran Berat Isi Tanah Normal (γn) terhadap Data Laboratorium
14 15 16 17 18 19 20 21 0
5 10 15 20 25 30 35 40 45
Sebaran ɣsat
ɣsat desain Lab ɣsat
Kedalaman (m)
Gambar 3.6 Grafik Sebaran Berat Isi Tanah Tersaturasi (γsat) terhadap Data Laboratorium
Untuk nilai (γsat) pada kedalaman 2 m – 18 m diperoleh dari rumus sebagai berikut:
γsat=γw(Gs+e) 1+e
Dengan nilai (Gs) dan (e) yang diperoleh dari data laboratorium.
Nilai γsat dan γn pada kedalaman tanah yang tidak diketahui data laboratoriumnya ditentukan dengan melihat dan mengklasifikasikan tanah dari tabel pelapisan tanah sesuai konsistensinya dari nilai N-SPT pada tabel dibawah.
Tabel 3.3 Klasifikasi γn dan γsat Terhadap Jenis Tanah
Sebagai contoh, pada tanah lapis pertama di kedalaman 0 m – 2 m, berdasarkan konsistensi tanah, lapis tanah tersebut merupakan jenis tanah medium clay. Berdasarkan tabel diatas, maka jenis tanah medium clay memiliki berat isi tanah normal γn = 18 kN/m3 dan berat isi tanah tersaturasi γsat = 18 kN/m3. Berdasarkan uraian diatas, maka dapat diklasifikasikan besar nilai γn dan γsat
semua lapisan tanah pada tabel dibawah.
Tabel 3.4 Klasifikasi γn dan γsat Lapisan Tanah Laye
r Soil Type Depth
(m) N Consistenc
y ɣn (kN/m3) ɣsat (kN/m3)
1 Clay 0 − 2 6 Medium 18,000 18,000
2 Sandy
Clay 2 − 18 2 Soft 14,400 15,257
3 Sandy
Clay 18 −20 18 Very Stiff 19,000 19,000
4 Clay and
Silt 20 −42 51 Hard 20,000 20,000
3.4.2.2 Angka Pori (e)
Penentuan nila angka pori (e) pada tanah dengan kedalaman 2 m sampai 18 m dengan konsistensi tanah soft clay digunakan data sebaran laboratorium yang telah diketahui.
0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Sebaran Angka Pori (e)
eo desain Lab eo
Kedalaman (m)
Gambar 3.7 Grafik Sebaran Angka Pori (e) terhadap Data Laboratorium Pada kedalaman tanah yang tidak diketahui data laboratoriumnya, nilai (e) diperoleh dari korelasi terhadap nilai N-SPT.
Tabel 3.5 Klasifikasi Angka Pori Lapisan Tanah
Dari jenis tanah yang diketahui, dapat ditentukan nilai angka pori dari tabel diatas. Contohnya pada tanah lapis pertama yang bekonsistensi medium clay nilai angka pori dapat diperoleh dengan menggunakan rumus interpolasi sebagai berikut:
e0=
(
NNatas−−NNbawahbawah)
×(
e0atas−e0bawah)
+e0bawahPada lapisan pertama dengan konsistensi Medium Clay dan memiliki N=5, maka:
e0=
(
6−28−2)
×(1,4−0,9)+0,9e0=0,667×(0,5)+0,9 e0=1,233
Untuk hasil perhitungan nilai (e) lapisan tanah selebihnya dapat dilihat pada tabel berikut
Tabel 3.6 Angka Pori (e) Tanah
Layer Soil Type Depth (m) N Consistency eo
1 Clay 0 − 2 6 Medium 1,233
2 Sandy Clay 2 − 18 2 Soft 1,888
3 Sandy Clay 18 −20 18 Very Stiff 0,600
4 Clay and Silt 20 −42 51 Hard 0,600
3.4.2.3 Modulus Elastisitas
Modulus elastisitas dapat ditentukan dengan cara interpolasi berdasarkan tabel berikut dengan menyesuaikan konsistensi dari tanah.
Tabel 3.7 Tabel Penentuan Modulus Elastisitas (E)
Rumus interpolasi modulus elastisitas (E):
E=
(
NNatas−−NNbawahbawah)
×(
Eatas−Ebawah)
+EbawahContoh pada lapisan pertama dengan konsistensi Medium dan memiliki nilai N = 6, maka:
E=
(
6−8−44)
×(12−5)+5E=(0,25)×(7)+5 E=8,5 Mpa
Tabel 3.8 Tabel Nilai Modulus Elastisitas (E) Lapisan Tanah Laye
r Soil Type Depth (m) N Consistency E (Mpa)
1 Clay 0 − 2 6 Medium 8.500
2 Sandy Clay 2 − 18 2 Soft 2,000
3 Sandy Clay 18 −20 18 Very Stiff 26,000
4 Clay and Silt 20 −42 51 Hard 68,000
3.4.2.4 Angka Poisson()
Nilai poisson ratio pada berbagai jenis tanah dapat dilihat pada tabel berikut.
Tabel 3.9 Klasifikasi Penentuan Angka Poisson’s
Untuk menentukan nilai angka poisson berdasarkan tabel diatas, dikarenakan semua lapisan tanah berjenis tanah lempung atau clay dan berada di bawah muka air, maka parameter yang dipakai adalah saturated clays (undrained) yang memiliki nilai angka poisson 0,5.
Tabel 3.10 Nilai Angka Poisson’s Lapisan Tanah Laye
r Soil Type Depth (m) N Consistency
1 Clay 0 − 2 6 Medium 0,5
2 Sandy Clay 2 − 18 2 Soft 0,5
3 Sandy Clay 18 −20 18 Very Stiff 0,5
4 Clay and Silt 20 −42 51 Hard 0,5
3.4.2.5 Koefisien Konsolidasi Arah Vertikal (Cv)
Penentuan nila Koefisien Konsolidasi Arah Vertikal (Cv) pada tanah dengan kedalaman 2 m sampai 18 m dengan konsistensi tanah soft clay digunakan data sebaran laboratorium yang telah diketahui.
0 0.01 0.01 0.02 0.02 0.03
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Sebaran Data Cv
Cv desain Lab Cv
Kedalaman (m)
Gambar 3.8 Grafik Sebaran Nilai Cv terhadap Data Laboratorium
Pada kedalaman tanah yang tidak diketahui data laboratoriumnya, nilai (Cv) diperoleh dari tabel berikut.
Tabel 3.11 Klasifikasi Penentuan Nilai Cv Lapisan Tanah
Nilai Cv yang tidak terdapat di data labolatorium dicari dengan menggunakan rumus interpolasi.
Rumus interpolasi:
Cv=
(
NNatas−−NNbawahbawah)
×(
Cvatas−Cvbawah)
+CvbawahContoh perhitungan korelasi pada lapisan pertama dengan konsistensi medium clay, memiliki nilai N = 6 diuraikan sebagai berkut:
Cv=
(
6−48−4)
×(0,006−0,001)+0,001Cv=(0,5)×(0,005)+0,001 Cv=0,0035c m2/detik
Untuk hasil perhitungan niai (Cv) lapisan tanah selebihnya dapat dilihat pada tabel berikut.
Tabel 3.12 Nilai Cv Lapisan Tanah Laye
r Soil Type Depth (m) N Consistency Cv (cm²/det)
1 Clay 0 − 2 6 Medium 0,003500
2 Sandy Clay 2 − 18 2 Soft 0,021175
3 Sandy Clay 18 −20 18 Very Stiff 0,002000
4 Clay and Silt 20 −42 51 Hard 0,004500
3.4.2.6 Koefisien Arah Horizontal (Ch)
Nilai koefisien konsolidasi arah horizontal (Ch) diperoleh dari Ch = 1,5 x Cv. Sehingga didapat nilai Ch untuk tanah lapis pertama dengan nilai Cv = 0,0002 cm2/detik yaitu 1,5 x 0,003500cm2/detik = 0,00525 cm2/detik. Begitupun dengan tanah lapis berikutnya dapat diihat pada tabel berikut.
Tabel 3.13 Nilai Ch Lapisan Tanah Laye
r Soil Type Depth (m) N Consistency Ch (cm²/det)
1 Clay 0 − 2 6 Medium 0,00525
2 Sandy Clay 2 − 18 2 Soft 0,03176
3 Sandy Clay 18 −20 18 Very Stiff 0,00300
4 Clay and Silt 20 −42 51 Hard 0,00675
3.4.2.7 Indeks Kompresi (Cc), Indeks Swelling (Cs), Indeks Rebound (Cr) 1. Mencari Nilai Indeks Kompresi (Cc)
Pada kedalaman 2 m hingga 18 m pada lapisan tanah dengan konsistensi soft clay digunakan data sebaran data laboratorium yang telah diketahui.
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Sebaran Data Cc
Kedalaman (m)
suatu lapisan, maka semakin tinggi nilai Cc yang didapat dari rentang tersebut, dan begitupun sebaliknya.
Tabel 3.14 Klasifikasi Penentuan Nilai Cc
Untuk menghitung nilai Cc dapat menggunakan rumus interpolasi sebagai berikut:
Cc=
(
NNatas−N−Nbawahbawah)
×(
Ccatas−Ccbawah)
+CcbawahContoh pada lapisan pertama dengan konsistensi medium clay dan memiliki nilai N = 6, maka:
Cc=
(
6−48−4)
×(0,15−0,05)+0,05Cc=(0,5)×(0,1)+0,05 Cc=0,1
Untuk hasil perhitungan niai (Cc) lapisan tanah selebihnya dapat dilihat pada tabel berikut.
Tabel 3.15 Nilai Cc Lapisan Tanah Laye
r Soil Type Depth (m) N Consistency Cc
1 Clay 0 − 2 6 Medium 0,100
2 Sandy Clay 2 − 18 2 Soft 0,458
3 Sandy Clay 18 −20 18 Very Stiff 0,030
4 Clay and Silt 20 −42 51 Hard 0,025
2. Mencari nilai Indeks Swelling (Cs)
Untuk mencari nilai Indeks Swelling (Cs) digunakan rumus sebagai berikut:
Cs=
(
101)
×CcContoh perhitungan pada lapisan pertama dengan nilai Cc = 0,01 maka:
Cs=
(
101)
×CcTabel 3.16 Nilai Cs Lapisan Tanah Laye
r Soil Type Depth (m) N Consistenc
y Cc Cs
1 Clay 0 − 2 6 Medium 0,100 0,0100
2 Sandy Clay 2 − 18 2 Soft 0,458 0,0458
3 Sandy Clay 18 −20 18 Very Stiff 0,030 0,0030
4 Clay and
Silt 20 −42 51 Hard 0,025 0,0025
3. Indeks Rebound (Cr)
Pada kedalaman 2 m hingga 18 m pada lapisan tanah dengan konsistensi soft clay digunakan data sebaran data laboratorium yang telah diketahui.
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Sebaran Data Cr
Cr desain Lab Cr
Kedalaman (m)
Gambar 3.10 Grafik Sebaran Nilai Cr terhadap Data Laboratorium
Pada kedalaman tanah yang tidak diketahui data laboratoriumnya, nilai (Cr) diperoleh dari rumus:
Cr=
(
101)
×CcContoh perhitungan pada lapisan pertama dengan nilai Cc = 0,100 maka:
Cr=
(
101)
×CcCr=
(
101)
×0,1Cr=0,001
Untuk hasil perhitungan niai (Cr) selebihnya dapat dilihat pada tabel dibawah.
Tabel 3.17 Nilai Cr Lapisan Tanah Laye
r Soil Type Depth (m) N Consistenc
y Cc Cr
1 Clay 0 − 2 6 Medium 0,100 0,00100
2 Sandy Clay 2 − 18 2 Soft 0,458 0,04700
3 Sandy Clay 18 −20 18 Very Stiff 0,030 0,00030 4 Clay and
Silt 20 −42 51 Hard 0,025 0,00025
3.4.2.8 Kohesi (Cu) dan Sudut Geser () 1. Kohesi (Cu)
Untuk memperoleh nilai Kohesi (Cu) dapat dilihat dari nilai N tiap lapisan tanah.
Tabel 3.18 Klasifikasi Penentuan Nilai Cu
Untuk menentukan nilai parameter Cu dapat menggunkan rumus interpolasi linear sebagai berikut:
Cu=
(
NNatas−−NNbawahbawah)
×(
Cuatas−Cubawah)
+CubawahContoh perhitungan pada lapisan pertama tanah dengan nilai N = 6 adalah:
Cu=
(
6−8−44)
×(50−25)+25Cu=
(
14)
×(25)+25Cu=37,5kN/m3
Untuk hasil perhitungan niai (Cu) selebihnya dapat dilihat pada tabel dibawah.
Tabel 3.19 Nilai Cu Lapisan Tanah Laye
r Soil Type Depth (m) N Consistency Cu (kN/m²)
1 Clay 0 − 2 6 Medium 37,5
2 Sandy Clay 2 − 18 2 Soft 12
3 Sandy Clay 18 −20 18 Very Stiff 120
4 Clay and Silt 20 −42 51 Hard 200
2. Mencari Sudut Geser ()
Karena lapisan tanah yang ditinjau memiliki perilaku atau jenis tanah lempung (Clay) pada kondisi undrained maka tidak memiliki nilai sudut geser, sedangkan sudut geser hanya untuk tanah granular.
3.4.2.9 Mencari Kohesi Efektif ( c’ ) dan Sudur Geser Efektif (’) 1. Mencari nilai Kohesi Efektif (c’)
Untuk mencari nilai kohesi efektif bisa dengan melakukan interpolasi linear berdasarkan nilai N-SPT pada lapisan tanah yang ditinjau dengan melihat parameter c’ pada gambar tabel berikut.
Tabel 3.20 Klasifiaksi Penentuan Nilai Kohesi dan Sudut Geser Efektif
Tanah dengan konsistensi soft clay menggunakan nilai c’ dengan rentang dari 0 – 5 kpa untuk nilai N-SPT 2 sampai 4, sedangkan untuk tanah
Contoh perhitungan untuk lapisan tanah pertama dengan nilai N-SPT = 6, dan memiliki konsistensi medium clay diuraikan sebagai berikut:
c'=
(
60−46−4)
×(10−5)+5c'=( (0,036)×5)+5 c'=5,18kPa
Untuk hasil perhitungan niai (c’) selebihnya dapat dilihat pada tabel dibawah.
Tabel 3.21 Nilai (c’) Lapisan Tanah Laye
r Soil Type Depth (m) N Consistency c'
1 Clay 0 − 2 6 Medium 5,18
2 Sandy Clay 2 − 18 2 Soft 2,50
3 Sandy Clay 18 −20 18 Very Stiff 7,50
4 Clay and Silt 20 −42 51 Hard 13,39
2. Mencari Sudut Geser Efektif (’)
Untuk mencari nilai sudut efektif dapat dilakukan dengan menggunakan rumus interpolasi linear dengan parameter nilai c’ yang telah diketahui dari setiap lapisan tanahnya.
’=
(
c 'c '−c 'atas−c 'bawahbawah)
×(
’atas−’bawah)
+’bawahContoh perhitungannya pada lapisan pertama dengan nilai c’ = 2,5 kPa maka menggunakan parameter soil poor:
’=
(
5,18−05−0)
×(25−17)+17’=(1,036)×(8)+17
’=26,214
Untuk hasil perhitungan niai (’) selebihnya dapat dilihat pada tabel dibawah.
Tabel 3.22 Nilai Sudut Geser Efektif Lapisan Tanah Laye
r Soil Type Depth (m) N Consistency ɸ'
1 Clay 0 − 2 6 Medium 26,214
2 Sandy Clay 2 − 18 2 Soft 21,000
3 Sandy Clay 18 −20 18 Very Stiff 27,500
4 Clay and Silt 20 −42 51 Hard 31,036
Berdasarkan beberapa parameter yang telah ditentukan sesuai lapisan tanah di lapangan, didapat resume hasil parameter tanah seperti tabel berikut:
Tabel 3.23 Rekapitulasi Parameter Tanah
Layer Soil Type Depth (m) N Consistency ɣn
(kN/m3) eo ɣsat
(kN/m3)
E
(Mpa) µ Cv
(cm²/det)
Ch (cm²/det)
1 Clay 0 − 2 6 Medium 18 1,233 18,000 8,500 0,5 0,003500 0,00525
2 Sandy
Clay 2 − 18 2 Soft 14,4 1,888 15,257 2,000 0,5 0,021175 0,03176
3 Sandy
Clay 18 −20 18 Very Stiff 19 0,600 19,000 26,000 0,5 0,002000 0,00300
4 Clay and
Silt 20 −42 51 Hard 20 0,600 20,000 68,000 0,5 0,004500 0,00675
Layer Soil Type Depth (m) N Consistency Cc Cs Cr Cu
(kN/m²)
C'
(kN/m²) ɸ'
1 Clay 0 − 2 6 Medium 0,100 0,0100 0,00100 37,5 5,18 26,214
2 Sandy Clay 2 − 18 2 Soft 0,458 0,0458 0,04700 12 2,5 21,000
3 Sandy Clay 18 −20 18 Very Stiff 0,030 0,0030 0,00030 120 7,5 27,500
4 Clay and
Silt 20 −42 51 Hard 0,025 0,0025 0,00025 200 13,39 31,036
3.5 Distribusi Beban dalam Tanah Menghitung distribusi beban pada soal
Dengan data data yang diketahui yaitu γ=17kN/m2 dan H=6m , kedalaman z=0,5 sampai z=42
1. Menghitung B1 dan B2
B1=18 2 =9 B2=1
2=V H B2=1
2= 6 H H(1)=6(2) H=12m
2. Menghitung q0
Y × H 17×6 102kN/m2
3. Mengitung distribusi beban setiap keddalaman 0,5 m sampai 40 m a1(radians) ¿ tan−1
(
B1+ZB2)
−ta n−1(
BZ1)
¿ tan−1
(
9+120,5)
−ta n−1(
0,59)
¿ tan−1(42)−tan−1(18)
¿ 88,636−86,820
¿ 1,816°→0,032rad a2(radians) tan−1
(
Bz1)
tan−1
(
9)
∆ σZtotal(kPa) 2× ∆ σZ 2×50,999 101,998kPa
Lanjutkan perhitungan seperti di atas sampai kedalaman 42 meter dengan perhitungan setiap pertambahan kedalaman 0,5 meter. Maka diperoleh data sebagai berikut:
Tabel 3.24 Distribusi Tegangan Distribusi Tegangan Pada Tanah Z
(m) Soil Type Consistency α1 (rad)
α2 (rad)
Δσz (kPa)
Δσz Total (kPa) 0.5
Clay
Medium
0.032 1.515 50.999 101.998
1 0.063 1.460 50.991 101.982
1.5 0.094 1.406 50.970 101.940
2 0.124 1.352 50.930 101.859
2.5
Soft
0.152 1.300 50.865 101.731
3 0.180 1.249 50.773 101.545
3.5 0.206 1.200 50.648 101.296
4 0.230 1.153 50.490 100.979
4.5 0.253 1.107 50.296 100.592
5 0.273 1.064 50.067 100.135
5.5 0.292 1.022 49.803 99.607
6 0.310 0.983 49.506 99.012
6.5 0.325 0.945 49.176 98.352
7 0.339 0.910 48.816 97.631
7.5 0.352 0.876 48.427 96.855
8 0.363 0.844 48.014 96.027
8.5 0.372 0.814 47.577 95.154
9 0.381 0.785 47.120 94.239
9.5 0.388 0.758 46.645 93.289
10 0.394 0.733 46.154 92.309
10.5 0.399 0.709 45.651 91.302
11 0.403 0.686 45.136 90.273
11.5 0.406 0.664 44.613 89.227
12 0.408 0.644 44.083 88.167
12.5 0.410 0.624 43.548 87.096
13 0.411 0.606 43.010 86.019
13.5 0.411 0.588 42.469 84.939
14 0.411 0.571 41.928 83.856
14.5 0.411 0.555 41.388 82.775
Distribusi Tegangan Pada Tanah
Sandy Clay
15 0.410 0.540 40.849 81.698
15.5 0.409 0.526 40.313 80.625
16 0.407 0.512 39.780 79.560
16.5 0.405 0.499 39.251 78.503
17 0.403 0.487 38.728 77.455
17.5 0.401 0.475 38.209 76.419
18 0.399 0.464 37.697 75.394
18.5
Very Stiff
0.396 0.453 37.191 74.382
19 0.393 0.442 36.691 73.383
19.5 0.390 0.432 36.199 72.398
20 0.387 0.423 35.714 71.427
20.5
Hard
0.384 0.414 35.236 70.472
21 0.381 0.405 34.766 69.531
21.5 0.377 0.396 34.303 68.606
22 0.374 0.388 33.848 67.696
22.5 0.370 0.381 33.401 66.802
23 0.367 0.373 32.962 65.923
23.5 0.364 0.366 32.530 65.060
24 0.360 0.359 32.106 64.213
24.5 0.357 0.352 31.690 63.381
25 0.353 0.346 31.282 62.564
25.5 0.350 0.339 30.882 61.763
26 0.346 0.333 30.488 60.977
26.5 0.343 0.327 30.103 60.206
27 0.339 0.322 29.725 59.449
27.5 0.336 0.316 29.353 58.707
28 0.333 0.311 28.990 57.979
28.5 0.329 0.306 28.633 57.266
29 0.326 0.301 28.283 56.566
29.5 0.323 0.296 27.940 55.879
30 0.319 0.291 27.603 55.206
30.5 0.316 0.287 27.273 54.547
31 0.313 0.283 26.950 53.900
31.5 0.310 0.278 26.633 53.265
Distribusi Tegangan Pada Tanah
36.5 0.280 0.242 23.778 47.555
37 0.278 0.239 23.521 47.042
37.5 0.275 0.236 23.269 46.539
38 0.272 0.233 23.022 46.045
38.5 0.270 0.230 22.780 45.560
39 0.267 0.227 22.542 45.084
39.5 0.265 0.224 22.309 44.617
40 0.262 0.221 22.079 44.159
40.5 0.260 0.219 21.854 43.709
41 0.257 0.216 21.633 43.267
41.5 0.255 0.214 21.416 42.833
42 0.253 0.211 21.203 42.407
40 50 60 70 80 90 100 110 0
6
12
18
24
30
36
42
Distribusi Tegangan
Δσz Total (KPa)
Kedalaman (m)
Gambar 3.11 Diagram Distribusi Tegangan 3.5.1 Daya Dukung
Diketahui apabila tanah yang dianalisis adalah tanah lempung ataupun tanah dengan sudut gesernya nol maka overburden dapat dihilangkan dan daya
Nc = 5,7
Nq = 1
Nɣ = 0
FK
Timbunan = 1,5
ɣ = 17 kN/m3
H = 6 m
Perhitungan daya dukun tanah hanya dihitung sampai kedalaman 18 m, karena nilai N-SPT nya kurang dari 10.
Untuk perhitungan daya dukung tanah dijelaskan sebagai berikut.
- Hitung nilai Cu rata-rata Cu rata−rata=
∑
Cu(i)∆ z´z
Cu rata−rata=(37,5×2)+(12×16)
18 =14,833kN/m2 - Hitung nilai Qu (kapasitas dukung ultimit)
Qu=c Nc=14,833×5,7=84,550kn/m2 - Hitung nilai Qall
Qall=Qu
FK=84,550
1,5 =56,367kn/m2 - Hitung beban total timbunan
Beban total = ɣH = 17 x 6 = 102 kN/m2
Karena Qall < Beban total, maka lapisan tanah dari kedalaman yang ditinjau tidak aman dan membutuhkan perbaikan tanah.
Tabel 3.25 Nilai Daya Dukung Tanah Sebelum Perbaikan
Layer Soil Type Konsistensi Depth (m) Tebal
(m) Qu (c.Nc) Qult (kn/m2)
Qall = (Qu/FK)
Beban Total (kn/m2)
Kesimpulan
1 Clay Medium 0 - 2
18
84,550
84,550 56,367 102 Tidak Aman
2 Sandy Clay Soft 2 − 18
3.5.2 Penurunan Akibat Pembebanan Timbunan 3.5.2.1 Penurunan Seketika
Untuk menentukan penurunan seketika dapat dilakukan dengan beberapa Langkah yaitu sebagai berikut:
Menentukan Kedalaman Pengaruh Beban (Z)
Dimana untuk menentukan kedalaman pengaruh beban (z) dapat digunakan rumus sebagai berikut:
Z=H
Dikarenakan nilai N-SPT yang mengalami penurunan adalah nilai N-SPT yang nilai N-nya kurang dari 10, maka berdasarkan tabel pelapisan tanah diatas, dapat dilihat bahwa nilai N yang diambil hanya sampai ke lapisan tanah ke-2. Maka nilai (Z) adalah 18 m, nilai ini sesuai kedalaman N-SPT pada lapisan ke-2.
Menghitung Modulus Rata-Rata (Es)
Untuk menghitung modulus rata-rata (Es) dapat menggunakan rumus sebagai berikut:
Es=´
∑
Es(i)∆ z´z
Sehingga didapat nilai Es:
Es=´
∑
Es(i)∆ z´z =(8500.2)+(2000.16) 18
¿49000 18
¿2722,222kPa
Menentukan Parameter-Parameter Faktor Bentuk Pondasi
Untuk mengetahui penurunan di tengah pondasi, harus dicari terlebih dahulu nilai α. Dimana α merupakan faktor yang tergantung pada lokasi pondasi dimana penurunan dihitung. Untuk lokasi penurunan di tengah pondasi, maka nilai α = 4, sedangkan nilai α untuk lokasi penurunan di sudut pondasi ialah 1.
Karena untuk penurunan kali ini berada di tengah pondasi, maka:
α = 4.
Selain nilai α, harus diketahui juga nilai m’ dan n’ dengan rumus:
m'=L
Bdan n'= H B/2 Sehingga didapat:
m'=L B=42
42=1 n'=H
B 2
=18 42 2
=0,857
Untuk m’ = 1 dan n’ = 0,3478 maka nilai F1 dan F2 dapat ditentukan dengan menggunakan rumus Steinbrenner (1934) berikut:
F1=1
π(A0+A1) F2=n '
2πtan−1A2 Dan rumus parameter-parameter untuk F1 dan F2 adalah:
A0=m'ln
(
1+√
m'2+1) √
m'2+n'2m '
(
1+√
m'2+n '2+1)
A1=ln
(
m '+√
m'2+1) √
1+n'2m'+
√
m'2+n '2+1A2= m ' n '
√
m'2+n '2+1Maka untuk perhitungannya adalah sebagai berikut:
A0=m'ln
(
1+√
m'2+1) √
m'2+n'2m '
(
1+√
m'2+n '2+1)
A0=1 ln
(
1+√
12+1) √
12+0,8572m'
(
1+√
12+0,8572+1)
A0=0,181
Jadi nilai A0 adalah 0,181
(
m'+√
m'2+1) √
1+n'2A2= 1
0,857
√
12+0,8572+1A2=0,705
Jadi nilai A1 adalah 0,705
Setelah mendapatkan nilai A0, A1, dan A2 maka dapat menentukan nilai F1 dan F2 yaitu:
F1=1
π(A0+A1) F1=1
π(0,181+0,181) F1=0,115
Jadi nilai F1 adalah 0,115 F2=n '
2π tan−1A2 F2=0,857
2π tan−1(0,705) F2=0,084
Jadi nilai F2 adalah 0,084
Sehingga didapat F1 = 0,115 dan F2 = 0,084
Faktor Bentuk Pondasi (Is)
Dalam menentukan faktor bentuk pondasi (Is) dapat digunakan rumus sebagai berikut:
Is=F1+1−2μs 1−μs
F2 Maka didapat nilai:
Is=F1+1−2μs 1−μs F2 Is=0,115+1−2.0,5
1−0,5 .0,084 Is=0,11518
Faktor Kedalaman Pondasi (If)
Untuk mencari nilai If dikarenakan nilai Df = 0 maka untuk nilai If = 1
Penurunan Seketika (Si) / Se (Flexible)
Untuk mendapatkan nilai Se(flexible) dapat menggunakan rumus:
Si=∆ σ(α B')1−μs2
Es IsIf Dimana:
Si=Penurunan seketika
∆ σ=Tekanan dari Pondasi
α=4,karena menghitung penurunan di tengah fondasi B'=B
2 ,untuk Menghitung ditengah fondasi μs=angka poison rata−rata tanah
Is=faktor bentuk fondasi If=faktor kedalaman fondasi Sehingga diperoleh:
Si=∆ σ
(
α B')
1−μs2
Es IsIf
¿102(4×23) 1−(0,5)2
2722,222.0,11518.1
¿0,2719m
¿27,190cm
Maka diperoleh besar penurunan seketikanya adalah 27,19 cm.
3.5.2.2 Penurunan Konsolidasi Primer
Untuk menentukan konsolidasi primer dapat menggunakan rumus:
Sc=CcH
1+e0log
(
σ '0σ '+∆ σz0)
Dimana:
Sc=Penurunan Konsolidasi Primer(m) C =indeks pemampatan
Tanah lapis pertama Diketahui:
Cc = 0,1
H1 = 2 m
eo = 1,233
Δσ'2 = 101,859 kPa
ɣsat1 = 18 kN/m3
ɣw = 9,8 kN/m3 σ'0=
(
γsat−γw)
.H12
¿(18−9,8).1
¿8,2kN/m2 Sc1=CcH
1+e0log
(
σ'0+σ'∆ σ0 ')
¿ 0,412.2
1+1,233log
(
8,2+101,8598,2
)
¿0.101m
¿10,100cm
Tanah lapis kedua Diketahui:
Cc = 0,458
H2 = 16 m
eo = 1,888
Δσ'2 = 75,394 kPa
ɣsat2 = 15,257 kN/m3
ɣw = 9,8 kN/m3
σ'0=
(
γsat1−γw)
. H1+(
γsat2−γw)
.H22
¿(18−9,8).2+(15,257−9,8).16/2
¿60,054kN/m2 Sc2=CcH
1+e0log
(
σ'0+σ'∆ σ0 ')
¿0,458.16
1+1,888 log
(
60,05460,054+75,394)
¿0,895m
¿89,595cm
Sehingga diperoleh nilai Sc Total=10,100+89,595=99,695cm
Karena nilai penurunan konsolidasi sekunder dapat diabaikan, maka nilai penurunan konsolidasi total adalah:
St=Si+Sc
¿27,190+99,695 St=126,88cm St=1,269m
3.5.3 Waktu Konsolidasi Alami untuk Disipasi Tegangan Air Pori
Untuk menentukan waktu konsolidasi alami untuk disispasi tegangan air poiri diperlukan pencarian beberapa parameter, diantaranya:
1. Nilai Panjang Aliran maksimum (Hdr)
Untuk nilai Panjang aliran maksimum didapat dari kedalaman lapisan terdalam yaitu lapisan tanah kedua 18 m. Maka nilai Hdr= 18 m.
2. Menentukan niali rata-ratakoefisien konsolidasi (Cv Rata-rata) Rumus:
Cv= H H1 Cv1+ H1
Cv2
Maka nilai Cv rata- Rata adalah:
Cv= 18
2
0.00000035+ 16 2,118×10−6
Untuk U = 10% maka didapat faktor waktu sebagai berikut:
Tv=
(
π4)(
U100%)
2[
1−(
10 %100)
5,6]
0,357=0,079
Untuk U = 20% didapat nilai faktor waktu sebagai berikut:
Tv=
(
π4)(
5 %100)
2[
1−(
1005 %)
5,6]
0,357=0,0314Dan seterusnya sampai dengan nilai U = 90%
4. Waktu Konsolidasi pada derajat konsolidasi tertentu
Untuk menentukan waktu konsolidasi pada derajat konsolidasi tertentu (t) menggunakan rumus sebagai berikut:
t= TvHdr2 Cv(rata−rata)
Karena lapisan yang ditinjau adalah lapisan pertama dan kedua maka digunakan nilai Cv rata-rata sebesar 1,356 x 10-6 m2/detik.
Untuk U = 0% didapat waktu konsolidasi (detik) sebagai berikut:
t=TvHdr2
Cv = 0.(18)2
1,356x10−6=0detik
Untuk U = 5% didapat waktu konsolidasi (detik) sebagai berikut:
t=TvHdr2
Cv = 0,02.(18)2
1,356x10−6=469013.45detik
Untuk U = 10% didapat waktu konsolidasi (detik) sebagai berikut:
t=TvHdr2
Cv =0,008.(18)2
1,356x10−6=1876053.79detik
Untuk U = 15% didapat waktu konsolidasi (detik) sebagai berikut:
t=TvHdr2
Cv =0,018.(18)2
1,356x10−6=4221121.04detik
Untuk U = 20% didapat waktu konsolidasi (detik) sebagai berikut:
t=TvHdr2
Cv =0,031.(18)2
1,356x10−6=7504215.18detik
Untuk U = 50% didapat waktu konsolidasi (detik) sebagai berikut:
t=TvHdr2
Cv =0,196.(18)2
1,356x10−6=46901344.870detik
Untuk U = 90% didapat waktu konsolidasi (detik) sebagai berikut:
t=TvHdr2
Cv =0,848.(18)2
1,356x10−6=202558866.588detik
Untuk U = 99% didapat waktu konsolidasi (detik) sebagai berikut:
t=TvHdr2
Cv =2,782.(18)2
1,356x10−6=425421393.152detik Tabel 3.26 Waktu Konsolidasi Sebelum Perbaikan
U
(
% )
T v
Cv (m2/
det)
H
dr t (detik)
t (menit
)
t (jam
)
t (h ar i)
t (b ul a n)
t (t a h u n )
S c
( m )
0
0 . 0 0 0 0
1.356
E-06 18 0.000 0.000 0.00
0
0.
00 0
0.
0 0 0
0.
0 0 0
0
5 0
. 0 0
1.356 E-06
18 469013.4
49
7816.8 91
130.
282
5.
42 8
0.
1 8 1
0.
0 1 5
0 . 0 5
U
(
% )
T v
Cv (m2/
det)
H
dr t (detik)
t (menit
)
t (jam
)
t (h ar i)
t (b ul a n)
t (t a h u n )
S c
( m ) 2
0 0
1 0
0 . 0 0
1.356
E-06 18 1876053.
795
31267.
563
521.
126
21 .7
0.
7 2
0.
0 6
0 . 1
U
(
% )
T v
Cv (m2/
det)
H
dr t (detik)
t (menit
)
t (jam
)
t (h ar i)
t (b ul a n)
t (t a h u n )
S c
( m ) 7
2 0
0 . 0 3 1 4
1.356
E-06 18 7504215.
179
12507 0.253
2084 .504
86 .8 54
2.
8 9 5
0.
2 4 1
0 . 1 9 9
2 5
0 . 0 4 9 1
1.356
E-06 18 11725336
.217
19542 2.270
3257 .038
13 5.
71 0
4.
5 2 4
0.
3 7 7
0 . 2 4 9
U
(
% )
T v
Cv (m2/
det)
H
dr t (detik)
t (menit
)
t (jam
)
t (h ar i)
t (b ul a n)
t (t a h u n )
S c
( m )
3 0
0 . 0 7 0 7
1.356
E-06 18 16884484
.153
28140 8.069
4690 .134
19 5.
42 2
6.
5 1 4
0.
5 4 3
0 . 2 9 9
U
(
% )
T v
Cv (m2/
det)
H
dr t (detik)
t (menit
)
t (jam
)
t (h ar i)
t (b ul a n)
t (t a h u n )
S c
( m )
0
. 1 2 5 7
E-06 .717 1.012 .017
7.
41 7
1.
5 8 1
9 6 5
. 3 9 9
4 5
0 . 1 5 9 0
1.356
E-06 18 37990089
.344
63316 8.156
1055 2.80
3
43 9.
70 0
1 4.
6 5 7
1.
2 2 1
0 . 4 4 9 5
0
0 .
1.356 E-06
18 46901344
.870
78168 9.081
1302 8.15
54 2.
1 8.
1.
5
0 .
U
(
% )
T v
Cv (m2/
det)
H
dr t (detik)
t (menit
)
t (jam
)
t (h ar i)
t (b ul a n)
t (t a h u n )
S c
( m ) 1
9 6 3
1 84
0
0 9 5
0 8
4 9 8 0
. 65 2
1. 0
U
(
% )
T v
Cv (m2/
det)
H
dr t (detik)
t (menit
)
t (jam
)
t (h ar i)
t (b ul a n)
t (t a h u n )
S c
( m ) 8
2 7
9 5
6 1 9
8
6 5
0 . 3 4 0 4
1.356
E-06 18 81306487
.601
13551 08.127
2258 5.13
5
94 1.
04 7
3 1.
3 6 8
2.
6 1 4
0 . 6 4 8 7
0
0 . 4 0
1.356 E-06
18 96226418
.284
16037 73.638
2672 9.56
1
11 13 .7 32
3 7.
1 2
3.
0 9 4
0 . 6 9
U
(
% )
T v
Cv (m2/
det)
H
dr t (detik)
t (menit
)
t (jam
)
t (h ar i)
t (b ul a n)
t (t a h u n )
S c
( m ) 2
8 4 8
7 5
0 . 4 7
1.356
E-06 18 11387295
0.834
18978 82.514
3163 1.37
13 17 .9
4 3.
9
3.
6 6
0 . 7
U
(
% )
T v
Cv (m2/
det)
H
dr t (detik)
t (menit
)
t (jam
)
t (h ar i)
t (b ul a n)
t (t a h u n )
S c
( m ) 1
8 5
0 . 6 8 3 7
1.356
E-06 18 16331472
3.689
27219 12.061
4536 5.20
1
18 90 .2 17
6 3.
0 0 7
5.
2 5 1
0 . 8 4 7
9 0
0 . 8 4 8 0
1.356
E-06 18 20255886
6.588
33759 81.110
5626 6.35
2
23 44 .4 31
7 8.
1 4 8
6.
5 1 2
0 . 8 9 7
U
(
% )
T v
Cv (m2/
det)
H
dr t (detik)
t (menit
)
t (jam
)
t (h ar i)
t (b ul a n)
t (t a h u n )
S c
( m )
9 5
1 . 1 2 8 9
1.356
E-06 18 26964717
1.993
44941 19.533
7490 1.99
2
31 20 .9 16
1 0 4.
0 3 1
8.
6 6 9
0 . 9 4 7
0 2 4 6 8 10 12 14 0
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
WAKTU KONSOLIDASI
t (tahun)
Penurunan (m)
Gambar 3.12 Grafik Waktu Konsolidasi dengan Penurunan Sebelum Perbaikan
3.6 Stabilitas Tanah Timbunan
Perhitungan faktor keamanan (FK) dengan metode bishop menggunakan rumus berikut:
FS=
∑
i=1 m(c ∆ li+Wicosαitanφ)
∑
i=1 m(Wisinαi) Contoh Perhitungan Baji Ke-1 Diketahui:
ɣ timbunan = 17 kN/m3
Tabel 3.27 Rekap Nilai Parameter untuk Perhitungan Stabiltas Tanah Soil Type Depth ɣsat ɣrata-rata Cu Cu rata-rata Cu timbunan
Clay 0 − 2 18
15.562
37.5
14.833 20
Sandy Clay 2 − 18 15.257 12
Sandy Clay 18 −20 19 120
Clay and
Silt 20 −42 20 200
Untuk perhitungan stabilitas tanah timbunan dijelaskan sebagai berikut:
- Menghitung panjang busur (l) Panjang busur
(
l1)
=360θ ×2πPanjang busur
(
l1)
=36022 ×2π=11,134m- Menghitung area baji
Luas area baji dihitung setiap baji pada Gambar 3.13 dan nilainya diperoleh melalui software autocad.
- Menghitung berat baji (W) Contoh perhitungan pada baji 1
Luas area baji timbunan (Ab) = 19,503 m2 Luas area tanah dasar (Atd) = 5,351 m2 W1 = (γtimbunan x Ab + (γtanah dasar x Atd)
= (17 x 19,503) + (15,562 x 5,351)
= 414,821 kN/m
Dan seterusnya dihitung sampai baji ke-14.
- Menghitung nilai gaya normal
Diketahui inklinasi dasar baji yang ke-1 yaitu α = 66°
N=Wcosα
N=414,821×cos 66o=168,723kN/m
- Menghitung Nilai FK untuk stabilitas tanah
Contoh perhitungan pada baji 1, karena luasan area baji 1 lebih dominan di daerah timbunan, maka digunakan c timbunan.
c.1 + N tan ɸ = (20 x 11,134) + (168,723 x 0) = 222,672 kN/m W sin α = 414,821 x sin 66o = 378,958 kN/m
Perhitungan selanjutnya dijelaskan pada tabel dibawah.
Maka dihasilkan niali FK,
FK=
∑
i=1 m(c ∆ li+Wicosαitanφ)
∑
i=1 m(Wisinαi)
= 1161,022 836,873
= 1,39 (Tidak aman)
Tabel 3.28 Perhitungan Stabilitas Timbunan Sebelum Perbaikan
3.7 Metode Perbaikan Tanah PVD
Dari Perhitungan yang didapat dihasilkan diperoleh beberapa perhitungan sebelum dilakukan perbaikan tanah yaitu:
Kedalaman tanah lunak = 18 m
Penurunan total = 1,269 m
Penurunan konsolidasi total = 0,997 m
Daya Dukung = 0,83 < 1.5 (Tidak aman)
Analisis Faktor Keamanan Stabilitas = 1,39 < 1.5 (Tidak aman)
Dapat ditarik kesimpulan bahwa hasil perhitungan pada tanah dengan kedalaman tersebut perlu dilakukan perbaikan untuk menghasilkan tanah yang layak digunakan untuk pengoperasionalan lalu lintas atau beban yang ada di atasnya. Maka dari itu perbaikan yang dapat digunakan salah satunya dengan Prefabricated Vertical Drain (PVD). Adapun langkah perhitungannya sebagai berikut:
3.7.1 Menentukan Kedalaman Penetrasi PVD
Untuk menentukan kedalaman penetrasi PVD sama halnya dengan menentukan kedalaman Hdr yaitu hingga mencapai tanah keras atau tanah lmpung teguh yang tidak lagi menimbulkan penurunan yang tidak dapat ditoleransi atau hingga kedalaman tanah mencapai jenis medium dengan N ≤ 10.
Tabel 3.29 Klasifikasi Tanah berdasarkan Kosistensi Tanah Lapis
Tanah
Kedalaman
(m) Jenis Tanah Nilai N Konsistensi Tanah
1 0 – 2 Lempung 6 Medium
2 2 – 18 Lempung
2 Sof