Selasa, 16 Agustus 2011

Kemampumampatan Tanah


Penambahan beban diatas 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 pada tanah yang disebabkan oleh pembebanan dapat dibagi dalam dua kelompok besar, yaitu:
1) Penurunan konsolidasi (consolidation settlement), yang merupakan hasil dari perubahan volume tanah jenuh air sebagai akibat dari keluarnya air yang menempati pori-pori tanah.
            2)    Penurunan segera (immediate settlement), yang merupakan hasil dari deformasi elastis tanah kering, basah, dan jenuh air tanpa adanya perubahan kadar air.

2.7.1 Dasar-dasar Konsilidasi
            Bilamana 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. Keluarnya air dari dalam pori selalu disertai dengan berkurangnya volume tanah, berkurangnya volume tanah tersebut dapat menyebabkan penurunan lapisan tanah tersebut.Karena air pori didalam tanah berpasir dapat mengalir keluar dengan cepat maka penurunan segera dan penurunan konsolidasi terjadi bersamaan.
            Bilamana suatu lapisan tanah lempung jenuh air yang mampumampat diberi penambahan tegangan , maka penurunan 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 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 linier yang dihubungkan secara paralel dengan sebuah dashpot. Hubungan tegangan-tegangan dari pegas dan dashpot dapat diberikan sebagai berikut:
            Pegas : σ =
            Dashpot : σ = η
            Diamana :
= teganagan
                         = regangan
                        = konstanta pegas
                        η  = konstanta dashpot
                         t  = waktu


2.7.2 Grafik Angka Pori
            Berikut ini adalah langkah demi langkah urutan pelaksanaannya:
1)      Hitung tinggi butiran padat Hs
                                           
                                    Dimana :
                                                = berat kering contoh tanah
                                                A = luas penampang contoh tanah
                                                 = berat spesifik contoh tanah
                                                = berat volume air
2)       Hitung tinggi awal dari ruang pori Hv
                                                Hv = H Hs
                                Dimana : H = tinggi awal contoh tanah
3)       Hitung angka pori awal :
                                   
4)      Untuk penambahan beban pertama p1 ( beban total/ luas penampang contoh tanah), yang menyebabkan penurunan ΔH1, hitung perubahan angka pori , Δe1 :       
                         
ΔH1 didapatkan dari pembacaan awal dan akhir pada skala ukur untuk beban sebesar p1.
5) Hitung angka pori yang baru, e1 setelah konsolidasi yang disebabkan oleh penambahan tekanan p1 :
                                        =  -

2.7.3 Lempung yang Terkonsolidasi Secara Normal atau Terlalu Terkonsolidasi
            Suatu tanah dilapangan pada suatu kedalaman tertentu telah mengalami “tekanan efek tif maksimum akibat berat tanah diatasnya” 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 dilapangan tersebut mungkin disebabkan oleh proses geologi alamiah atau proses yang disebabkan oleh makhluk hidup. Pada selama ini, sebagai akibatnya tanah tersebut akan mengembang. Pada saat terhadap contoh tanah tersebut dilakukan uji konsolidasi, suatu pemampatan yang kecil akan terjadi bila beban 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 linier dan memiliki kemiringan yang tajam.
            Keadaan ini dapat dibuktikan di laboratorium dengan cara membebani contoh tanah melebihi tekanan overburden maksimumnya, lalu beban tersebut diangkat dan diberikan lagi.
            Keadaan ini mengarahkan kita kepada dua definisi dasar yang didasarkan pada sejarah tegangan:
1) Terkonsolidasi secara normal, dimana tekanan efektif overburden pada saat ini adalah merupakan tekanan maksimum yang pernah dialami oleh tanah itu.
     2) Terlalu terkonsolidasi, dimana tekanan efektif overburden pada saat ini adalah lebih kecil dari tekanan yang pernah dialami tanah itu sebelumnya. Tekanan efektif overburden maksimum yang pernah dialami sebelumnya dinamakan tekanan tekanan prakonsolidasi.

2.7.4 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 menunjukkan antara angka pori dan tekanan dari tanah yang bersangkutan.Untuk suatu tanah lempung yang terkonsolidasi secara normal dengan derajat sensivitas rendah sampai sedang serta angka pori eo dan tekanan efektif overburden po, perubahan angka pori sebagai akibat dari penambahan tegangan dilapangan secara kasar.
             Untuk tanah lempung yang telalu terkonsolidasi dengan derajat sensivitas rendah sampai sedang dan sudah pernah mengalami tekanan prakonsolidasi pc serta angka pori eo dan tekanan efektif overburden po.
            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 H dan luasan penampang melintang A serta 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 = Vo – 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 = ΔVv
            Dimana : V v0 dan V v1 berturut-turut adalah volume awal dan volume akhir dari pori.

2.7.5 Indeks Pemampatan
            Indeks pemampatan yang digunakan untuk menghitung besarnya penurunan yang terjadi dilapangan sebagai akibat dari konsolidasi dapat ditentukan dari kurva yang menunjukkan hubungan antara angka pori dan tekanan yang didapat dari uji konsolidasi di laboratorium.
1)      Indeks pemuaian
Indeks pemuaian adalah lebih kecil daripada 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 mengkibatkan oleh konsolidasi sekunder.
Pada akhir dari konsolidasi primer, penurunan masih tetap terjadi sebagai akibat dari penyesuaian plastis butiran tanah. Tahap konsolidasi ini dinamakan konsolidasi sekunder. Selama konsolidasi sekunder berlangsung, kurva hubungan antara deformasi dan log waktu adalah merupakan garis lurus. Variasi dari angka pori dan waktu untuk suatu penambahan beban akan sama. Indeks pemampatan sekunder dapat didefinisikan sebagai.
                       
                        Dimana :
                                    = indeks pemampatan sekunder
                                     = perubahan angka pori
                                     t1 . t2 = waktu 

2.7.6 Kecepatan Waktu Konsolidasi
            Penurunan total akibat konsolidasi primer yang disebabkan oleh adanya penambahan tegangan diatas permukaan tanah dapat dihitung dengan menggunakan persamaan-persamaan.
            Penurunan matematis dari persamaan 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.
6)      Hukum darcy berlaku.

2.7.7 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 diperkenalkan oleh Casagrande dan Fadum,sedangkan metode yang satunya dinamakan metode akar waktu yang diperkenalkan oleh taylor.
            Penambahan tegangan vertikal didalam tanah yang disebabkan oleh beban dengan luasan yang terbatas akan bertambah kecil dengan bertambahnya kedalaman z yang diukur dari permukaan tanah kebawah. Perhitungan penambahan Δp pada persamaan-persamaan tersebut seharusnya merupakan penambahan tekanan rata-rata , yaitu:
             

2.7.8 Perhitungan Penurunan Segera Berdasarkan Teori Elastis
            Penurunan segera untuk pondasi yang berada diatas meterial yang elastis dapat dihitung dari persamaan-persamaan yang diturunkan dengan menggunakan prinsip dasar teori elastis. 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

2.7.9 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
            contoh kejadian penurunan dilapangan
            pada saat ini banyak tersedialiteratur contoh-contoh kejadian dimana prinsip dasar kemampumampatan tanah yang digunakan untuk memperkaya besarnya penurunan yang terjadi pada suatu lapisan tanah di lapangan yang diberi penambahan beban. Dalam beberapa kejadian, besarnya penurunan yang terjadi dilapangan adalah satu atau hampir sama dengan besarnya penurunan yang diperkirakan. Dalam kejadian yang lain, perkiraan penurunan ternyata jauh menyimpang dari penurunan yang terjadi sebenarnya dilapangan. Ketidak cocokan antara penurunan yang diperkirakan dengan penurunan yang terjadi sesungguhnya dilapangan mungkin disebabkan oleh beberapa sebab, antara lain :
1) evaluasi sifat-sifat tanah yang dilakukan ternyata kurang benar.
2) lapisan tanahnya ternyata tidak homogen dan tidak teratur.
3)    kesalahan dalam mengevaluasi penambahan tegangan bersih terhadap kedalaman, yang ternyata sangat mempengaruhi besarnya penurunan

Tidak ada komentar:

Posting Komentar