MEKANIKA TANAH (CIV -205)

OUTLINE

• Dasar-dasar konsolidasi tanah

• Proses konsolidasi

• Teori Terzaghi

• Uji konsolidasi dilaboratorium

• Intrepetasi data hasil uji lab

KOMPONEN PENURUNAN TANAH

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.

perlu diketahui seberapa besar penurunan

Saat konsolidasi berlangsung konstruksi di atas lapisan tanah akan menurun PENURUNAN / SETTLEMENTTERBAGI DUA KELOMPOK :

SETTLEMENT

PENURUNAN KONSOLIDASI /CONSOLIDATION SETTLEMENTHasil dari perubahan volume tanah jenuh air sebagai akibat dari keluarnya air dalam pori –pori tanah

PENURUNAN SEGERA /IMMEDIATE SETTLEMENTAkibat dari deformasi elastis tanah kering , basah dan jenuh air tanpa adanya perubahan kadar air --- teori elastis

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 >> dari pasir

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 VS PEMADATAN

KONSOLIDASI TANAH

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)

One dimentional consolidation

PROSES KONSOLIDASI TANAH

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

Terzaghi dan Frahlich memodelkan silinder/piston dengan pegas

PEGAS : TANAH YG MUDAH MAMPATAIR : AIR PORILUBANG : PERMEABILITAS

TEORI 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 konstantae) Hukum darcy berlaku (v = k.i)f) Terdapat temperatur yang konstan.g) Konsolidasi merupakan konsolidasi satu dimensih) Contoh yang digunakan merupakan contoh yang tidak terganggu.

Teori Konsolidasi Terzaghi

TEORI 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• Kondisi drainase di atas dan di bawah tanah kompresibel.

Uji konsolidasi 1 dimensi

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

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 disebabkan oleh

penyesuaian yang bersifat plastis dari butir-butir tanah.

Tahap II : Konsolidasi primer

Tahap III : konsolidasi sekunder

Tahap I : pemampatan awal

Waktu (skala log)

Pe

mam

pat

an

P'(skala log)

e1

e2

e

P1' P2'

Cc

Cr

Grafik hubungan angka pori dan tegangan efektif

Interpretasi data 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 + 𝑒𝑜

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)

HASIL YG DIPEROLEH :

Koefisien pemampatan (Coefficient of Compression)

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

Vo

id r

atio

(e

)

1

1

21

1

21

1

21

11

11

e

ee

e

ee

V

VV

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 :

'' 12

21

pp

eeav

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, m2/kN).

Karena luas contoh tanah tetap , perubahan volume dapat dinyatakan dalam perubahan ketebalan atau angka pori. 1

21

11

21

1

21

1 e

ee

H

H

H

HH

V

VV

11 e

pav

p

H

h

mv

1

11 1

1

1 e

a

pe

pam vv

v

Rasio perubahan volume :

Karena mv adalah rasio perubahan volume per satuan penambahan tegangan , yaitu :

Indeks Pemampatan (Cc) (Compression Index)

Yaitu kemiringan dari bagian lurus grafik e – log p’.

''

log'log'log'log

1

2

21

12

21

pp

ee

pp

ee

p

eCC

untuk tanah normally consolidated. Terzaghi dan Peck (1967) mengusulkan nilai Cc sebesar :

10009.0 LLCc

untuk tanah lempung yang dibentuk kembali (remolded) adalah

10007.0 LLCc

Effective consolidation stress

Vo

id r

atio

(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

21

12

21

pp

ee

pp

ee

p

eCr

Derajat konsolidasi (u) %

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

10

0

ee

eeU

''

'

1 o

o

pp

ppU

atau

Menentukan tegangan prakonsolidasi (pc)

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’

Vo

id r

atio

(e)

Titik A

a/2

a/2

a

B

Cc

1

Cs

1swelling

Recompression

Virgin compression

1

Jumlah relatif dari prakonsolidasi biasanya dinyatakan

dalam rasio konsolidasi berlebih (overconsolidation ratio =

OCR) yang didefinisikan sebagai :

o

c

p

pOCR

Dimana pc = tekanan prakonsolidasi yang terlihat dan po =

tekanan efektif di lapangan.

Nilai OCR = 1 artinya normally consolidation

Nilai OCR > 1 yaitu overconsolidation

Contoh soal