MEKANIKA TANAH MEKANIKA TANAH MEKANIKA TANAH MEKANIKA TANAH II TSI TSI TSI TSI-24 24 24 242 OLEH: LEH: LEH: LEH: FADHILA MUHAMMAD LT. ST. FADHILA MUHAMMAD LT. ST. FADHILA MUHAMMAD LT. ST. FADHILA MUHAMMAD LT. ST. JURUSAN TEKNIK SIPIL JURUSAN TEKNIK SIPIL JURUSAN TEKNIK SIPIL JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK FAKULTAS TEKNIK FAKULTAS TEKNIK FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS IBN KHALDUN BOGOR UNIVERSITAS IBN KHALDUN BOGOR UNIVERSITAS IBN KHALDUN BOGOR UNIVERSITAS IBN KHALDUN BOGOR 201 201 201 2013
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
MEKANIKA TANAH MEKANIKA TANAH MEKANIKA TANAH MEKANIKA TANAH IIIIIIII TSITSITSITSI----242424242222
OOOOLEH:LEH:LEH:LEH: FADHILA MUHAMMAD LT. ST.FADHILA MUHAMMAD LT. ST.FADHILA MUHAMMAD LT. ST.FADHILA MUHAMMAD LT. ST.
JURUSAN TEKNIK SIPILJURUSAN TEKNIK SIPILJURUSAN TEKNIK SIPILJURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIKFAKULTAS TEKNIKFAKULTAS TEKNIKFAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS IBN KHALDUN BOGORUNIVERSITAS IBN KHALDUN BOGORUNIVERSITAS IBN KHALDUN BOGORUNIVERSITAS IBN KHALDUN BOGOR 2012012012013333
Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik – Universitas Ibn Khaldun Bogor
2 | M e k a n i k a T a n a h I I
MEKANIKA TANAH II
KONSOLIDASI PADA TANAH
1. PENGERTIAN KONSOLIDASI
Bila lapisan tanah jenuh berpermeabilitas rendah dibebani, maka tekanan air pori di
dalam lapisan tersebut segera bertambah. Perbedaan tekanan air pori pada lapisan tanah,
berakibat air mengalir ke lapisan tanah dengan tekanan air pori yang lebih rendah, yang diikuti
penurunan tanahnya. Karena permeabilitas yang rendah ini butuh waktu.
Konsolidasi adalah suatu proses pengecilan volume secara perlahan-lahan pada tanah
jenuh sempurna dengan permeabilitas rendah akibat pengaliran scbagian air pori. Dengan kata
lain, pengertian konsolidasi adalah proses terperasnya air tanah akibat bekerjanya beban, yang
terjadi sebagai fungsi waktu karena kecilnya permeabilitas tanah. Proses ini berlangsung terus
sampai kelebihan tekanan air pori yang disebabkan oleh kenaikan tegangan total telah benar-
benar hilang. Kasus yang paling sederhana adalah konsolidasi satu dimensi, di mana kondisi
regangan lateral nol mutlak ada. Proses konsolidasi dapat diamati dengan pemasangan
piezimeter, untuk mencatat perubahan tekanan air pori dengan waktunya. Besarnya penurunan
dapat diukur dengan berpedoman pada titik referensi ketinggian pada tempat tertentu.
Proses pemuaian (.swelling), kebalikan dari konsolidasi, adalah bertambahnya volume
tanah secara perlahan-lahan akibat tekanan air pori berlebih negatif
Contoh-contoh kasus keretakan struktur akibat penurunan konsolidasi
Gambar 1. Keretakan yang terjadi pada Stout physics department offices in Jarvis Hall
Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik – Universitas Ibn Khaldun Bogor
3 | M e k a n i k a T a n a h I I
Gambar 2. Keretakan yang sama, namun pada sisi dinding yang berbeda, keretakan terjadi
juga pada lantai
2. PROSES KONSOLIDASI
Mekanisme proses konsolidasi satu dimensi (one dimensional consolidation) dapat
digambarkan dengan cara analisis seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut. Silinder
berpiston yang berlubang dan dihubungkan dengan pegas, diisi air sampai memenuhi silinder.
Pegas dianggap bebas dari tegangan-tegangan dan tidak ada gesekan antara dinding silinder
dengan tepi piston. Pegas melukiskan tanah yang mampat, sedangkan air dalam piston
melukiskan air pori, dan lubang pada piston melukiskan kemampuan tanah dalam meloloskan air
atau permeabilitas tanahnya. Gambar 1.a melukiskan kondisi di mana system dalam
keseimbangan. Kondisi ini identik dengan lapisan tanah yang dalam keseiimbangan dengan
tekanan overburden. Alat pengukur tekanan yang dihubungkan denga silinder memperlihatkan
tekanan hidrostatis uo, pada lokasi tertentu di dalam tanah.
Dalam gambar 1.b.tekanan ∆σ dikerjakan di atas piston dengan posisi katup V tertutup.
Namun akibat tekanan ini, piston tetap tidak bergerak, karena air tidak dapat keluar dari tabung,
sedangkan air tidak dapat mampat. Pada kondisi ini, tekanan yang bekerja pada air tidak dapat
dipindahkan ke pegas , tapi sepenuhnya didukung oleh air. Pengukur tekanan air dalam silinder
menunjukkan kenaikan tekanan sebesar ∆u = ∆σ, atau pembacaan tekanan sebesar uo + ∆σ.
Kenaikan tekanan air pori ∆u tersebut disebut kelebihan tekanan air pori ( excess pore water
pressure). Kondisi pada kedudukan katup V tertutup ini melukiskan kondisi tak terdrainasi
(undrained di dalam tanah).
Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik – Universitas Ibn Khaldun Bogor
4 | M e k a n i k a T a n a h I I
Dalam gambar 1.c. katup telah dibuka, sehingga air dapat keluar lewat lubang piston
dengan kecepatan yang dipengaruhi oleh luas lubang. Keluarnya air menyebabkan piston
bergerak ke bawah , sehingga pegas secara berangsur-angsur mendukung beban akibat ∆σ. Pada
setiap kenaikan tegangan yang didukung oleh pegas, kelebihan tekanan air pori ∆u di dalam
silinder berkurang. Kedudukan ini melukiskan tanah sedang berkonsolidasi.
Akhirnya pada suatu saat, tekanan air pori nol dan seluruh tekanan ∆σ didukung oleh
pegas dan piston tidak turun lagi. Kedudukan ini melukiskan tanah telah dalam kondisis
terdrainasi (drained) dan konsolidasi telah berakhir.
Pada sembarang waktunya, tekanan yang terjadi pada pegas identik dengan kondisi
tegangan efektif dalam tanah. Sedangkan air dalam silinder identik dengan tekanan air pori.
Kenaikan tegangan ∆σ akibat beban yang diterapkan, identik dengan tambahan tegangan normal
yang bekerja. Gerakan piston menggambarkan perubahan volume tanah, di mana gerakan ini
dipengaruhi oleh kompresibilitas pegas, yaitu ekuivalen dengan kompresibilitas tanah.
Walaupun model piston pegas ini agak kasar, tapi cukup menggambarkan apa yang
terjadi bila tanah kohesif jenuh dibebani di laboratorium maupun di lapangan.
Gambar 1. Analogi Konsolidasi
Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik – Universitas Ibn Khaldun Bogor
5 | M e k a n i k a T a n a h I I
Sebagai contoh nyata kejadian konsolidasi di lapangan dapat dilihat pada gambar
berikut. Di sini diperlihatkan suatu fondasi yang dibangun di atas tanah lempung jenuh yang
diapit oleh lapisan tanah pasir dengan tinggi muka air tanah di batas lapisan lempung sebelah
atas. Segera setelah pembebanan, lapisan lempung mengalami kenaikan tegangan sebesar ∆σ. Air
pori di dalam lapisan lempung ini dianggap dapat mengalir dengan baik ke lapisan pasir dan arah
aliran air hanya ke atas dan ke bawah saja. Dianggap pula bahwa besarnya tambahan tegangan ∆σ
sama di sembarang kedalaman lapisan lempung.
Jalannya konsolidasi dapat diamati lewat pipa-pipa piezometer yang dipasang di
sepanjang kedalaman tanah lempung, sedemikian hingga tinggi air dalam pipa piezometer
menyatakan kelebihan tekanan air pori (excess pore water pressure) di lokasi pipa dipasang.
Gambar 2. Reaksi tekanan air pori terhadap beban fondasi
a)Fondasi pada tanah lempung jenuh
b)Diagram perubahan tekanan air pori terhadap waktu
Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik – Universitas Ibn Khaldun Bogor
6 | M e k a n i k a T a n a h I I
Akibat tambahan tekanan ∆ρ, yaitu segera setelah beban bekerja, tinggi air dalam pipa
piezometer naik setinggi h = ∆µ/∆w (atau terdapat kenaikan tekanan air pori sebesar ∆µ = h ∆w
yang dinyatakan oleh garis DE. Garis DE ini menyatakan distribusi kelebihan air pori awal.
Dalam waktu tertentu, tekanan air pori pada lapisan yang lebih dekat berkurang, sedangkan
tekanan air pori lapisan lempung di bagian tengah masih tetap. Kedudukan ini ditunjukkan oleh
kurva K1. Dalam tahapan waktu sesudahnya, ketinggian air dalam pipa ditunjukkan dalam kurva
K2. Setelah waktu yang lama, tinggi air dalam pipa piezometer mempunyai kedudukan yang
sama dengan kedudukan muka air tanah awal saat sebelum pembebanan (garis AC). Kedudukan
garis AC ini menunjukkan proses konsolidasi telah selesai, yaitu ketika kelebihan tekanan air
pori (∆u) telah nol.
Pada awalnya, tiap kenaikan beban didukung sepenuhnya oleh tekanan air pori (∆u)
yang besarnya sama dengan ∆σ. Dalam kondisi demikian tidak ada perubahan tegangan efektif di
dalam tanah. Setelah air pori sedikit demi sedikit keluar dari roangga pori tanah lempung, secara
berangsur-angsurtanah mampat, dan beban perlahan-lahan ditransfer ke butiran tanah, sehinga
tegangan efektif bertambah. Akhirnya kelebihan tekanan air pori menjadi nol. Pada kondisi ini,
tekanan air pori sama dengan tekanan hidrostatis yang diakibatkan oleh air tanahnya.
Contoh hasil sondir untuk tanah yang berpotensi mengalami penurunan konsolidasi
Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik – Universitas Ibn Khaldun Bogor
7 | M e k a n i k a T a n a h I I
Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik – Universitas Ibn Khaldun Bogor
8 | M e k a n i k a T a n a h I I
3. LEMPUNG NORMALLY CONSOLIDATED DAN OVER CONSOLIDATED
Istilah normally consolidated dan over consolidated digunakan untuk menggambarkan
suatu sifat penting pada dari tanah lempung. Lapisan tanah lempung biasanya terjadi dari proses
pengendapan. Selama proses pengendapan, lempung mengalami proses konsolidasi atau
penurunan, akibat tekanan tanah yang berada di atasnya. Lapisan-lapisan tanah yang berada di
atas ini suatu ketika mungkin kemudian hilang akibat proses alam. Hal ini berarti tanah lapisan
bagian bawah pada suatu saat dalam sejarah geologinya pernah mengalami konsolidasi akibat
dari tekanan yang lebih besar dari sekarang. Tanah semacam ini disebut tanah overconsolidated
(OC) atau terkonsolidasi berlebihan. Kondisi lain , bila tegangan efektif yang bekerja pada suatu
titik di dalam tanah pada waktu sekarang merupakan tegangan maksimumnya (atau tanah tidak
pernah mengalami tekanan yang lebih besar dari tekanan pada waktu sekarang), maka lempung
disebut pada kondisi normally consolidated (NC) atau terkonsolidasi normal.
Jadi, lempung pada kondisi normally consolidated, bila tekanan prakonsolidasi
(preconsolidation pressure) atau tekanan prakonsolidasi sama dengan tekanan overburden efektif.
Sedang lempung pada kondisi overconsolidated, jika tekanan prakonsolidasi lebih besar dari
tekanan overburden efektif yang ada pada waktu sekarang. Nilai banding overconsolidation
(overconsolidation ratio, OCR) didefinisikan sebagai nilai banding tekanan prakonsolidasi
terhadap tegangan efektif yang ada, atau bila dinyatakan dalam persamaan
OCR = overconsolidation ratio = 'oc
σσ
Dimana :
σp' = preconsolidation pressure
σo ' = effective overburden pressure
Menurut riwayat pembebanannya tanah dibedakan atas:
- Normally consolidated OCR= 1
- Over consolidated OCR> 1
- Under consolidated OCR< 1
Tanah dikatakan dalam kondisi underconsolidated jika tanah tersebut sedang mengalami
konsolidasi, tidak stabil. Tanah dalam proses pembentukan (baru diendapkan) dan belum
sampai pada kondisi setimbang.
Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik – Universitas Ibn Khaldun Bogor
9 | M e k a n i k a T a n a h I I
Tanah dalam kondisi overconsolidated terjadi akibat :
- perubahan tegangan total yang terjadi karena erosi, penggalian, melelehnya lapisan salju
yang menutupi.
- perubahan tekanan pori karena penguapan oleh pohon-pohon, pemompaan air tanah
dalam, pengaliran air tanah ke lorong saluran, dan pengeringan lapisan permukaan.
4. PENGUJIAN KONSOLIDASI
Tujuan uji konsolidasi adalah :
Untuk menstimulasi kompresi dari tanah akibat bekerjanya beban sehingga diperoleh
karakteristik kompresi (compression charasterstic) dari tanah yang akan dihitung untuk
menghitung penurunan.
Uji konsolidasi satu-dimensi dengan kekangan lateral dilakukan di laboratorium terhadap
contoh tanah berbutir halus. Beban diberikan dengan waktu tertentu sesuai prosedur, dan
kompresi yang terjadi diakibatkan oleh keluamya air pori.
Hal - hal yang perlu diperhatikan dalam uji konsolidasi
b) Tes konsolidasi dilakukan terhadap contoh tak-terganggu
c) Sampel yang dipilih merupakan sampel yang mewakili pada kedalaman dan lapisan
tertentu.
d) Pembebanan dilakukan sesuai prosedur, biasanya kenaikan beban berjalan sesuai dengan
deret ukur, yaitu 25, 50, 100, 200, 400, 800, 1600 (kadang-kadang sampai 3200) kPa, atau 5,
10, 20, 40, 80, 160........ dst. kPa.
Karakteristik suatu tanah selama terjadi konsolidasi satu dimensi atau pemuaian ditentukan
dengan menggunakan uji oedometer. Gambar 3 memperlihatkan penampang melintang sebuah
oedometer. Contoh tanah berbentuk suatu piringan ditahan di dalam sebuah cincin logam dan
diletakkan di antara dua lapisan batu berpori (porous stone). Lapisan batu berpori sebelah atas,
yang dapat bergerak di dalam cincin dengan suatu jarak bebas yang kecil, dipasang di bawah
tutup pembebanan (loading cap) dari logam di mana tekanan bekerja terhadap contoh tanah.
Seluruh rakitan- tersebut diletakkan di dalam sel terbuka yang berisi air, di mana air pori pada
contoh tanah mendapat jalan masuk yang bebas. Cincin yang menahan / membatasi contoh
tanah dapat dijepit (diklem pada badan sel) atau mengapung ( bebas bergerak secara vertikal)
cincin bagian dalam harus memiliki permukaan yang limit untuk memperkecil gesekan.
Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik – Universitas Ibn Khaldun Bogor
10 | M e k a n i k a T a n a h I I
Gambar 3.Oedometer
Kompresi contoh tanah akibat tekanan diukur dengan menggunakan arloji pengukur (dial gauge)
pada tutup pembebanan.
Tekanan awal akan tergantung pada jenis tanah, kemudian serangkaian tekanan
dikenakan pada contoh tanah, di mana setiap tekanan besarnya dua kali besar tekanan
sebelumnya. Biasanya setiap tekanan diperlihatkan selama 24 jam (untuk kasus khusus
dibutuhkan waktu 48 jam), pembacaan kompresi dilakukan dalam selang waktu tertentu selama
periode ini. Pada akhir periode penambahan ini dimana tekanan air pori berlebihan telah
terdisipasi secara sempuma, besarnya tekanan yang bekerja sama dengan tegangan vertikal
efektif pada contoh tanah. Hasil-hasil tersebut diperlihatkan dengan memplot tebal (prosentase.
perubahan tebal) contoh tanah atau angka pori pada akhir setiap periode penambahan tekanan
tersebut terhadap tegangan efektif yang sesuai. Tegangan efektif tersebut dapat diplot dalam
skala biasa maupun skala logaritmis.
Angka pada akhir setiap periode penambahan tekanan dapat dihitung dari pembacaan
arloji pengukur dan begitu pula halnya dengan kadar air (water content) atau berat kering (dry
weight) dari contoh tanah pada akhir pengujian.
4.1. Parameter Tes Konsolidasi
Beberapa parameter yang diperoleh dari hasil tes konsolidasi, yaitu
b) Tekanan Pra – Konsolidasi (Preconsolidation Pressure)
Tekanan Pra-konsolidasi menunjukkan besamya tekanan vertikal maksimum
yang pemah terjadi di masa lampau terhadap tanah tersebut. σp'
Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik – Universitas Ibn Khaldun Bogor
11 | M e k a n i k a T a n a h I I
b) Kompresi Asli (Virgin Compression)
Dari kurva hasil tes konsolidasi kompresi asli merupakan bagian kurva dengan
tekanan melebihi tekanan Pra-konsolidasi, bentuk kurvanya mendekati linier.
Dari bagian kurva ini dapat dihitung Indeks Kompresi (Compression Index) Cc.,
yang merupakan kemiringan dari bagian kurva ini.
c) Rekompresi dan Pengembangan (Recompression and Swell)
Bagian rekompresi dari kurva konsolidasi menunjukkan tingkah laku tanah jika
mengalami tambahan beban kembali setelah sebelumnya mengalami penurunan
tegangan, sedangkan jika tanah mengalami penurunan tegangan, tidak seluruhnya
volume tanah kembali semula (lihat gambar 9.3), dari bagian kurva ini dapat dihitung
Indeks pengembangan (Swellitig Index) dan Index rekompresi (Recompression Index).
- Swelling Index (Cs.) merupakan kemiringan kurva pada saat mengalami penurunan
tegangan.
- Recompression Index (Cr) merupakan kemiringan kurva pada saat mengalami
kenaikan tegangan kembali (reloading) setelah mengalami penurunan tegangan.
d) Koefisien Konsolidasi (Cv)
Koefisien konsolidasi menunjukkan kecepatan pengaliran air pori selama konsolidasi,
secara empiris dapat ditentukan dengan 2 cara, sebagai berikut
- Metoda Logaritma Waktu (Casagrande)
- Metoda Akar Waktu (Taylor)
e) Kompresi Sekunder
Berdasarkan teori Terzaghi penurunan terjadi akibat pengaliran air-pori karena pengaruh
tekanan dimana kecepatan penurunan tergantung pada permeabilitas tanah, tetapi percobaan
menunjukkan bahwa kompresi terus berlanjut meskipun air-pori yang mengalir telah
mencapai nol dan berjalan secara lambat pada tekanan efektif yang konstan. Hal ini terjadi
karena proses penyusunan kembali partikel tanah untuk membentuk susunan yang lebih
stabil (lihat gambar 2.4).
Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik – Universitas Ibn Khaldun Bogor
12 | M e k a n i k a T a n a h I I
Gambar 4. Kurva penurunan - log waktu
Gambar 5. Hubungan antara angka pori - tegangan efektif
4.2. Penentuan Tekanan Pra-Konsolidasi
Tanah mempunyai memori atas beban yang pernah dialaminya. Tegangan maksimum
yang pernah dialami tanah disebut tekanan prakonsolidasi (preconsolidation pressure) σp’.
Casagrande mengusulkan suatu prosedur empiris dari kurva e - log a' untuk
mendapatkan nilai σp'.
Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik – Universitas Ibn Khaldun Bogor
13 | M e k a n i k a T a n a h I I
Gambar 6. memperlihatkan suatu kurva e - log σ' untuk contoh lempung yang terkonsolidasi
berlebihan (pada awalnya).
Perhitungan tekanan prakonsolidasi terdiri dari beberapa tahap berikut ini.
1. Tarik garis sesuai dengan bagian garis yang lurus (BC) dari kurva
2. Tentukan titik D sampai ke lengkungan maksimum pada bagian rekompresi (AB) dari
kurva.
3. Gambarkan garis singgung terhadap kurva pada D dan bagilah sudut antara garis singgung
tersebut menjadi dua dengan garis horisontal melalui D.
4. Garis vertikal yang melalui perpotongan garis-garis dan CB memberikan nilai pendekatan
untuk tekanan prakonsolidasi.
Pada prosedur ini sedapat mungkin tekanan prakonsolidasi tersebut tidak dilewati.
Kompresi tidak akan besar bila tegangan vertikal efektif tetap di bawah σp'. Bila dilewati maka
kompresi akan besar.
Selain metode casagrande, ada juga cara lain yang dipakai untuk menentukan tekanan
prakonsolidasi yaitu menggunakan kurva e - log σ' di lapangan (gambar 7).
Akibat efek pengambilan contoh tanah pada uji oedometer yang sedikit terganggu menghasilkan
penurunan kemiringan garis kompresi asli, sehingga kemiringan garis kompresi asli dari tanah di
lapangan akan sedikit lebih besar daripada kemiringan garis tersebut yang didapat dari uji
laboratorium. Tidak ada kesalahan yang berarti dalam mengambil angka pori di lapangan dan
angka pori (e.) pada awal uji laboratorium. Schmertman membuktikan bahwa garis asli
laboratorium dapat berpotongan dengan garis asli di lapangan pada angka pori sebesar 0.42 kali
angka pori awal. Garis asli di lapangan dapat diambil sebagai garis EF, dimana koordinat E
adalah log σ' (= Log σp'.) dan eo. F adalah titik pada garis asli laboratorium pada angka pori 0,42
eo.
Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik – Universitas Ibn Khaldun Bogor
14 | M e k a n i k a T a n a h I I
Gambar 6. Penentuan tekanan prakonsolidasi
Gambar 7. Kurva e - log σ' di lapangan
Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik – Universitas Ibn Khaldun Bogor
15 | M e k a n i k a T a n a h I I
Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik – Universitas Ibn Khaldun Bogor
16 | M e k a n i k a T a n a h I I
Soal :
Soal 1 :
Given : The results of the laboratory of the test of fig.8.7
Required :
For the laboratory compression curve (BCD). Determine :
a) The preconsolidation stress using the Cassagrande procedure .
b) Find both the minimum and maximum possible values of this stress, and
c) Determine the OCR if the in situ efective overburden strees is a 80 kPA
Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik – Universitas Ibn Khaldun Bogor
17 | M e k a n i k a T a n a h I I
Soal 2 :
� The data in example 1 and fig.8.7 is representative of layer of silty clay 10 m thick.
� Required :
Estimate the consolidation settlement if the structural loads at the surface will increase
the average stress in the layer by 35 kPa
Soal 3 :
� The data in example 2, except that the structural engineer made an error in computing
the loads; the correct loads now will procedure an average stress increase of 90 kPa in the
silty clay layer.
� Required:
Estimate the consolidation settlement due to the new loads
Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik – Universitas Ibn Khaldun Bogor
18 | M e k a n i k a T a n a h I I
MEKANIKA TANAH II
Penurunan Konsolidasi TanahPenurunan Konsolidasi TanahPenurunan Konsolidasi TanahPenurunan Konsolidasi Tanah
Consolidation Settlement
1. PENGERTIAN DASAR
Penambahan beban di atas suatu permukaan tanah dapat menyebabkan lapisan tanah di
bawahnya mengalami pemampatan. Pemampatan tersebut disebabkan oleh adanya deformasi
patikel tanah, relokasi partikel, keluarnya air atau udara di dalam pori , dan sebab-sebab lain.
Beberapa atau semua faktor tersebut mempunyai hubungan dengan keadaan tanah yang
bersangkutan. Secara umum, penurunan (settlement) 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.
(Lihat modul sebelumnya).
2. Penurunan segera (immediate settlement), yang merupakan akibat dari deformasi elastis
tanah kering, basah dan jenuh air tanpa adanya perubahan kadar air. Perhitungan
penurunan segera umumnya didasarkan pada penurunan yang diturunkan dari teori
elastisitas.
Dalam disain fundasi untuk struktur teknik harus selalu memperhatikan
bagaimana settlement akan terjadi dan seberapa cepat settlement terjadi karena settlement
menyebabkan kerusakan struktur, khususnya jka settlement berlangsung cepat.
Settlement total yang terjadi pada tanah yang dibebani (St) mempunyai 3 komponen :
St = Si + Sc+ Ss
Dimana :
Si = immediate settlement
Sc = Consolidation settlement
Ss = Secondary settlement
Pada modul ini yang akan dibahas adalah consolidation settlement.
Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik – Universitas Ibn Khaldun Bogor
19 | M e k a n i k a T a n a h I I
2. PERHITUNGAN PENURUNAN KONSOLIDASI
1. Cari parameter tanah yang dibutuhkan dari grafik hasil uji konsolidasi laboratorium
(lihat modul 2) seperti Cc,cr,σp’, dll
2. Hitung OCR untuk menentukan apakah tanah lempung termasuk OC atau NC clay.
3. Hitung Sc dengan rumus berikut :
Tanah NC clay : '
''log
1 o
o
eo
HoccSc
σ
σσ ∆+
+=
Tanah OC clay : jika a) ''' po σσσ ≤∆+ , maka '
''log
1 o
o
eo
HocrSc
σ
σσ ∆+
+=
a) ''' po σσσ >∆+ , maka
'
''log
1
'log
1 o
o
eo
Hocc
o
p
eo
HocrSc
σ
σσ
σ
σ ∆+
++
+=
dimana :
OCR = overconsolidation ratio = ''
op
σσ
σp' = preconsolidation pressure
σo ' = effektive overburden pressure (beban karena lapisan di atas pertengahan clay yang
akan dihitung settlementnya.
'σ∆ = beban yang ditambahkan pada lapisan tanah tersebut (timbunan, struktur).
eo = angka pori awal.
Contoh Soal :
1) The data in example 1 and fig.1 is representative of layer of silty clay 10 m thick, if the in
situ efective overburden strees is a 80 kPA
Required :
Estimate the consolidation settlement if the structural loads at the surface will increase
the average stress in the layer by 35 kPa
Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik – Universitas Ibn Khaldun Bogor
20 | M e k a n i k a T a n a h I I
2) The data in example 1, except that the structural engineer made an error in computing
the loads; the correct loads now will procedure an average stress increase of 90 kPa in the
silty clay layer.
Required:
Estimate the consolidation settlement due to the new loads
Gambar 1. Kurva angka pori terhadap tegangan yang menggambarkan deposition, sampling
(unloading) dan reconsolidation dalam alat uji konsolidasi
3. KECEPATAN KONSOLIDASI
Karena permeabilitas tanah lempung kecil, maka konsolidasi akan selesai setelah jangka
waktu yang lama, bisa lebih lama dari umur rencana konstruksi. Untuk itu derajat konsolidasi
perlu diketahui pada akhir umur rencana.
Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik – Universitas Ibn Khaldun Bogor
21 | M e k a n i k a T a n a h I I
Rumus yang dipakai : 2Hdr
tCvT =
dimana:
T = faktor waktu (time factor) dari tabel hubungan U% dan T
Cv = coeffisien of consolidation (dari grafik hasil uji konsolidasi)
t = waktu
Hdr = drainage path (panjang maksimum yang harus ditempuh air tanah untuk keluar atau
lintasan drainase)
Aliran 1 arah : Hdr = Ho
Aliran 2 arah : Hdr = Ho/2
Ho = tebal lapisan
U = derajat konsolidasi = Sc
tS )(
S(t) = settlement yang terjadi di waktu tertentu (t)
Hubungan antara derajat konsolidasi rata-rata U., dan time factor T adalah sebagai berikut
T juga dapat dihitung dari rumus :
Untuk U < 60%,
2
2
100
%
44
==
UUT
ππ
Untuk U > 60%, T = 1,781-0,933 log (100-U%)
Koefisien Konsolidasi (Cv) (Coefficient of Consolidation)
Kecepatan penurunan konsolidasi dapat dihitung dengan menggunakan koefisien
konsolidasi Cv. Kecepatan penurunan perlu diperhitungkan bila penurunan konsolidasi yang
terjadi pada struktur diperkirakan besar. Bila penurunan sangat kecil, kecepatan penurunan
tidak begitu penting diperhatikan, karena penurunan yang terjadi sejalan dengan waktunya tidak
menghasilkan perbedaan yang berarti.
Cara menentukan Cv
Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik – Universitas Ibn Khaldun Bogor
22 | M e k a n i k a T a n a h I I
1. Memakai kurva dial reading vs Log time (cassagrande)
50
2
50
t
HdrTCv =
2. Metode akar waktu (Taylor)
90
2
50
t
HdrTCv =
Pada modul ini perhitungan Cv dengan kedua metode di atas tidak dibahas.
Diasumsikan harga Cv telah diperoleh dari uji lab. Mahasiswa yang ingin mengetahui lebih lanjut
perhitungan Cv dapat mempelajari sendiri pada referensi yang dianjurkan.
Kecepatan penurunan konsolidasi primer bergantung pada kecepatan berkurangnya
kelebihan tekanan air pori yang timbul akibat kenaikan tekanan oleh beban bangunan. Kenaikan
tegangan efektif di dalam tanah akibat pengurangan volume tanah, dipengaruhi oleh kecepatan
air pori meninggalkan rongga pori lapisan lempung yang tertekan. Kecepatan penurunan
struktur sebagai akibat berkurangnya volume tanah dipengaruhi oleh kecepatan volume tanah
dipengaruhi kecepatan air pori merembes lewat lapisan lempung menuju lapisan tanah
permeabilitas tinggi yang memungkinkan terjadinya drainasi. Terzaghi memperhatikan kondisi
yang relative sederhana dalam hitungan kecepatan konsolidasi primer. Beban dianggap terbagi
rata dengan luasan beban yang luas sedemikian hingga kondisi drainasi dan konsolidasi adalah
satu dimensi. Dalam kondisi demikian penurunan segera dapat diabaikan.
Terdapat beberapa factor yang menyebabkan kecepatan penurunan konsolidasi di
lapangan lebih cepat dari hasil hitungan kecepatan penurunan yang diberikan Terzaghi. Jika
lebar fundasi (B) kurang dari ketebalan lapisan lempung H, kecepatan penurunan hanya fungsi
H. Sedang untuk lapisan lempung yang tebal, kecepatan penurunan juga tergantung dari lebar
fundasi B. Jadi kecepatan penurunan konsolidasi, selain fungsi dari Cv, dan jarak lintasan
drainase H, juga fungsi dari B.
Pengaruh dari lebar fundasi (B) dan lintasan drainase (H) terdapat kecepatan
penurunan fundasi pelat di 4 lokasi diperlihatkan oleh Butler (1974) dalam table 1. Dalam table
tersebut diperlihatkan variasi perbandingan antara Cv di lapangan (Cv lap) dan Cv di
laboratorium (Cv lab) terhadap tebal lintasan drainase (H) dan lebar fondasi (B). Terlihat bahwa
Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik – Universitas Ibn Khaldun Bogor
23 | M e k a n i k a T a n a h I I
stasiun Elstree, nilai bandingan (Cv lap / Cv lab) relative kecil, karena tebal lintasan drainase
yang hanya 2,4 m kecil, sehingga kemungkinan terselipnya lapisan-lapisan pasir atau lanau tipis
yang memungkinkan terjadinya drainase tambahan pada lapisan lempung lebih sedikit.
Faktor lain yang mempengaruhi kecepatan penurunan konsolidasi adalah
homogenitas tanah lempung. Adanya lapisan tipis tanah lolos air, seperti lanau dan pasir yang
terselip antara lapisan lempung (gambar 2) memungkinkan adanya drainase menuju lapisan ini,
sehingga lintasan drainase menjadi lebih pendek dari yang diperkirakan dalam hitungan
Table 1. pengaruh lebar fundasi pada nilai Cv (Butler,1974)
Lokasi Lebar fundasi (B)
(m)
Lintasan drainasi (H)
(m)
Cv (lap)/Cv(lab)
Jalan Clapham
Jalan Hurley
Jembatan Waterloo
Stasiun Elstree
24
20
8
1,5
12
10
7,5
2,4
60
60
10
2,5
Kadang-kadang lapisan tanah pasir yang terselip hanyalah berupa lensa-lensa tanah yang
tidak memungkinkan sebagai tempat penampungan drainasi air yang berasal dari lapisan
lempung (Gambar 1)
Apabila terdapat kasus seperti di atas, maka perhitungan kecepatan penurunan akan
lebih baik bila kedua kondisi lapisan pasir, yaitu sebagai lapisan drainasi dan bukan sebagai
lapisan drainasi, dihitung, kemudian penurunan yang dihasilkan dari kedua kondisi tersebut
dipertimbangkan terhadap keamanan strukturnya.
Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik – Universitas Ibn Khaldun Bogor
24 | M e k a n i k a T a n a h I I
Gambar 2. Beberapa sebab yang mempengaruhi kecepatan konsolidasi primer lapisan lempung
Soal Latihan :
1. Suatu timbunan sebesar 50 kPa diberikan di atas suatu lapisan tanah yang terdiri dari 4
lapis pada gambar di bawah ini. Hasil uji laboratorium konsolidasi pada kedalaman yang
sesuai telah dilakukan, dan menghasilkan parameter sbb:
cc = 0,3 ;cr = 0,04 ;eo = 0,83; σp’ = 110 kPa
a. Hitung berapa besar penurunan konsolidasi ultimit yang terjadi pada lapisan tersebut.
b. Hitung waktu yang diperlukan untuk penurunan ultimit tersebut jika harga cv = 1.10-3
cm2/dt
c. Dalam waktu 2 tahun, berapa besar penurunan konsolidasi yang terjadi ?
2). Soal berikut mengacu pada drilling log hasil soil investigation terlampir
a. Berikan komentar, bagaimana pendapat anda tenang potensi penurunan konsolidasi
pada lapisan tanah di lokasi tersebut. Berikan selengkap mungkin alas an-alasan yang
mendasari pendapat anda tersebut.
b. Hitung besar penurunan konsolidasi yang mungkin terjadi pada lapisan silty clay
(elevasi -3,00 sd elevasi 13,00 m). Jika di atas lapisan tersebut tanah asli diganti dengan
tanah merah dengan kepadatan 2 t/m3. (petunjuk : untuk parameter yang digunakan
pakai sample pada kedalaman 10,5 m dan hasil uji lab oedometer terlampir)
Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik – Universitas Ibn Khaldun Bogor