Selasa, 16 Agustus 2011

Konsep Tegangan Efektif (tanah)


            Dalam suatu tanah dengan volume tertentu, butiran pori tersebut berhubungan satu sama lain hingga merupakan suatu saluran seperti kemampuan memampat dari tanah, daya dukung pondasi, kestabilan timbunan, dan tekanan tanah horisontal pada konstruksi dinding penahan tanah.

2.5.1 Tegangan pada Tanah Jenuh Air tanpa Rembesan
            Tegangan total pada titik A dapat dihitung dari berat volume tanah jenuh air dan berat volume air diatasnya.
             = H γw + (HA – H) γsat
Dimana:
             = tegangan total pada titik A.
            γw = berat volume air.
            γsat = berat volume tanah jenuh air.
            H = tinggi muka air diukur dari permukaan tanah didalam tabung.
            HA = jarak antara titik A dan muka air.

2.5.2 Pada Tanah Jenuh Air  dengan Rembesan
            Tegangan efektif pada suatu titik di dalam massa tanah akan mengalami perubahan di karenakan oleh adanya rembesan air yang melaluinya. Tegangan efektif ini akan bertambah besar atau kecil tergantung pada arah dari rembesan.
1)      Rembesan air keatas.
            Gambar 5.3a menunjukkan suatu lapisan tanah berbutir didalam silinder dimana terdapat rembesan air ke atas yang disebabkan oleh adanya penambahan air melalui saluran pada dasar silinder. Kecepatan penambahan air dibuat tetap. Kehilangan tekanan yang disebabkan oleh rembesan keatas antara titik A dan B adalah h. Perlu diingat bahwa tegangan total pada suatu titik didalam massa tanah adalah disebabkan oleh berat air dan tanah diatas titik bersangkutan.
            Pada titik A.
                        Tegangan total: A = H1 γw
                        Tegangan air pori: uA = H1 γw
                        Tegangan efektif:  A' = A - uA = 0
            Pada titik B.
                        Tegangan total: B = H1 γw + H2γsat
                        Tekanan air pori: uB= (H1 + H2 + h w
                        Tegangan efektif: B' = H2γ' - h γw
            Dengan cara yang sama , tegangan efektif pada titik C yang terletak pada kedalaman z dibawah permukaan tanah dapat dihitung sebagai berikut:
            Pada titik C.
                        Tegangan total: C = H1 γw + zγsat
                        Tekanan air pori: uC =  γw
                        Tegangan efektif: C' = zγ' - z
2)      Rembesan Air Kebawah.
            Gradien hidrolik yang disebabkan oleh rembesan air kebawah adalah sama dengan h/H2. Tegangan total, tekanan air pori, dan tegangan efektif pada titik C adalah:
            C        = H1 γw + zγsat
                uC           = (H1 + z  –  iz w
            C'      = (H1 γw + zγsat ) – (H1 + z  –  iz w
                        = zγ' - iz γw

2.5.3 Gaya Rembesan
            Pada sub-bab terdahulu telah diterangkan bahwa rembesan dapat mengakibatkan penambahan atau pengurangan tegangan efektif pada suatu titik di dalam tanah. Yang ditunjukkan bahwa tegangan efektif pada suatu titik yang terletak pada kedalaman z dari permukaan tanah yang diletakkan didalam silider , dimana tidak ada rembesan air.adalah sama dengan zγ'. Jadi gaya efektif pada suatu luasan A adalah
            P1' = zγ' A
            Apabila terjadi rembesan air arah keatas melalui lapisan tanah pada gambar 5.3, gaya efektif pada luasan A pada kedalaman z dapat ditulis sebagai berikut:
P2' = ( zγ' - iz γw)A
            Oleh karena itu , pengurangan gaya total sebagai akibat dari adanya rembesan adalah:
            P1' - P2' = iz γwA

            Volume tanah dimana gaya efektif bekerja adalah sama dengan zA. Jadi gaya efektif per satuan volume tanah adalah
= = i γw
Gaya per satuan volume, iγw, untuk keadaan ini bekerja ke arah atas, yaitu searah dengan arah aliran. Begitu juga untuk rembesan air kearah bawah, gaya rembesnya per satuan volume tanah adalah iγw.
Gambar 5.3
2.5.4 Penggelembungan pada Tanah yang Disebabkan oleh Rembesan di Sekaliling Turap
Gaya rembesan per satuan volume tanah dapat dihitung untuk memeriksa kemungkinan keruntuhan suatu turap dimana rembesan dalam tanah mungkin dapat menyebakan penggelembungan (heave) pada daerah hilir. Setelah melakukan banyak model percobaan, Terzaghi (1922) menyimpulkan bahwa penggelembungan pada umumnya terjadi pada daerah sampai sejauh D/2 dari turap (dimana D adalah kedalaman pemancangan turap). Oleh karena itu, kita perlu menyelidiki kesetabilan tanah didaerah luasan D tersebut).

2.5.5 Tegangan Efektif didalam Tanah Jenuh Sebagian
Didalam tanah yang jenuh sebagian, air tidak mengisi seluruh ruang pori yang ada dalam tanah. Jadi, dalam hal ini terdapat 3 sistem fase, yaitu butiran padat, air pori dan udara pori .Maka dari itu, tegangan total pada setiap titik didalam tanah terdiri dari tegangan antar butir, tegangan air pori, dan tegangan udara pori.Dari hasil percobaan dilaboratorium, Bishop, Alpan, Blight, dan donal (1960) menyajikan suatu persamaan tegangan efektif untuk tanah yang jenuh sebagian.
σ' = σ - ua + χ (ua uw)
Dimana:
σ' = tegangan efektif
σ  = tegangan total
ua = tekanan udara pori
uw = tekana air pori
 Dalam persamaan diatas , χ merupakan bagian dari luasan penampang melintang yang ditempati oleh air. Untuk tanah kering χ = 0 dan untuk tanah jenuh air, χ = 1.
Bishop, Alpan, Blight, dan donal telah menunjukkan bahwa harga tengah dari χ adalah tergantung pada derajat kejenuhan (S) tanah. Tetapi harga tersebut juga dipengaruhi oleh faktor-faktor lain seperti stuktur tanah.
Ruang pori didalam tanah yang berhubungan satu sama lain dapat berperilaku sebagai kumpulan tabung kapiler dengan luas penampang yang bervariasi. Tinggi kenaikan air didalam pipa kapiler dapat dituliskan dengan rumus dibawah ini :
hc =
Dimana :
Τ = gaya tarik permukaan
α = sudut sentuh antara permukaan air dan dinding kapiler
d =diameter pipa kapiler
= berat volume air
drai persamaan diatas dapat dilihat bahwa harga-harga Τ α dan γw adalah tetap, maka:
            hc α
Walaupun konsep kenaikan air kapiler yang didemonstrasikan dengan pipa kapiler yang ideal dapat dipakai tanah, tapi perlu diperhatikan bahwa pipa kapiler yang terbentuk didalam tanah mempunyai luas penampang yang bervariasi. hasil dari ketidakseragaman kenaikan air kapiler dapat dilihat apabila suatu tanah berpasir yang kering didalam silinder diletakkan bersentuhan dengan air.
Hazen (1930) memberikan perumusan untuk menentukan tinggi kenaikan air kapiler secara pendekatan, yaitu:
h1(mm) =
dimana:
 = ukuran efektif (dalam mm)
e = angka pori
C = konstanta yang bervariasi dari 10 mmsampai dengan 50 mm2
Teganagan efektif di dalam zona kenaikan air kapiler
Hubungan umum antara tegangan total, tegangan efektif, dan tekanan air pori diberikan pada persamaan berikut:
= ' + u
Tekanan air pori u pada suatu titik dalam lapisan tanah yang 100% jenuh oleh air kapiler sama dengan - γwh ( h= tinggi suatu titikyang ditinjau dari muka air tanah ) dengan tekanan atmosfir diambil sebagai datum. Apabila terdapat lapisan jenuh air sebagian yang disebabkan oleh kapilaritas, maka tegangan air porinya dapat dituliskan sebagai berikut:
u =   -
dimana
 S = derajat kejenuhan, dalam persen.

Tidak ada komentar:

Posting Komentar