Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Perencanaan
4
Universitas Mercu Buana
MODUL 4 (MEKANIKA TANAH II)
Penurunan Konsolidasi Tanah Consolidation Settlement
1. PENGERTIAN DASAR Penambahan Penambahan beban di atas suatu permukaan tanah dapat menyebabkan menyebabkan lapisan tanah di bawahny bawahnya a mengalam mengalamii pemampata pemampatan. n. Pemampata Pemampatan n tersebut tersebut disebab disebabkan kan oleh adanya deformasi patikel tanah, relokasi relokasi partikel, keluarnya air atau udara di dalam pori , dan sebab-se sebab-sebab bab lain. lain. Beberapa Beberapa atau semua semua faktor faktor tersebut tersebut mempuny mempunyai ai hubungan hubungan dengan keadaan tanah yang bersangkutan. Secara umum, penurunan settlement! pada tanah yang disebabk disebabkan an oleh pembebanan pembebanan dapat dapat dibagi dibagi dalam dalam dua kelompok kelompok besar, besar, yaitu "
#. Penuru Penuruna nan n konsol konsolida idasi si conso consolid lidati ation on settle settlemen ment!, t!, yang yang merupa merupakan kan hasil hasil dari dari perub perubaha ahan n $olum $olume e tanah tanah %enuh %enuh air air sebag sebagai ai akibat akibat dari dari keluar keluarny nya a air air yang yang menempati pori-pori tanah. Lihat Lihat modul sebelumna). sebelumna). &. Penu Penuru runa nan n sege segera ra imm immed edia iate te sett settle leme ment nt!, !, yang yang meru merupa paka kan n akib akibat at dari dari deformasi elastis tanah kering, basah dan %enuh air tanpa adanya perubahan kadar air. Perhitungan penurunan segera umumnya didasarkan pada penurunan yang diturunkan dari teori elastisitas.
'alam disain fundasi untuk struktur teknik harus selalu memperhatikan bagaim bagaimana ana settle settlemen mentt akan akan ter%ad ter%adii dan sebera seberapa pa cepat cepat settle settlemen mentt ter%a ter%adi di karena karena settlemen settlementt menyebab menyebabkan kan kerusaka kerusakan n struktur, struktur, khususny khususnya a %ka settlemen settlementt berlangs berlangsung ung cepat.
Settlement total yang ter%adi ter%adi pada tanah yang dibebani dibebani St! mempunyai ( komponen komponen "
St ) Si * Sc* Ss Pusat Pengembangan Pengembangan Bahan +%ar - B
DE!IANA "IDA#ANTI MEKANIKA TANAH $
'imana " Si ) immediate settlement Sc ) onsolidation settlement Ss ) Secondary settlement
Pada modul ini yang akan dibahas adalah consolidation settlement.
$. %E&HITUN'AN %ENU&UNAN KON!OLIDA!I #. ari parameter tanah yang dibutuhkan dari grafik hasil u%i konsolidasi laboratorium lihat modul &! seperti c,cr,/p0, dll &. 1itung 23 untuk menentukan apakah tanah lempung termasuk 2 atau clay. (. 1itung Sc dengan rumus berikut "
Sc
Tanah N la *
σ
a!
σ
= cr
Ho 1 + eo
log
p'
σ
o
σ
Ho
1 + eo
log
+ cc
o'+∆σ '
σ
o'
σ
o'+∆σ ' ≤σ p ' , maka
Tanah O la * %ika a!
Sc
= cc
Sc
= cr
Ho
1 + eo
log
o'+∆σ '
σ
o'
σ
o'+∆σ ' >σ p' , maka
Ho 1 + eo
log
o'+∆σ '
σ
o'
σ
dimana " o$erconsolidation ratio )
p '
σ
23
)
/p5
)
preconsolidation pressure
/o 5
)
effekti$e o$erburden pressure beban karena lapisan di atas pertengahan
o'
σ
clay yang akan dihitung settlementnya. ∆σ '
)
beban yang ditambahkan pada lapisan tanah tersebut timbunan,
struktur!. eo
)
angka pori awal.
Contoh Soal : Pusat Pengembangan Bahan +%ar - B
DE!IANA "IDA#ANTI MEKANIKA TANAH $
#! The data in e6ample # and fig.# is representati$e of layer of silty clay #7 m thick, if the in situ efecti$e o$erburden strees is a 87 kP+ 3e9uired " :stimate the consolidation settlement if the structural loads at the surface will increase the a$erage stress in the layer by (; kPa
&! The data in e6ample #, e6cept that the structural engineer made an error in computing the loads< the correct loads now will procedure an a$erage stress increase of =7 kPa in the silty clay layer. 3e9uired" :stimate the consolidation settlement due to the new loads
'amba+ 1. >ur$a angka pori terhadap tegangan yang menggambarkan deposition, sampling unloading! dan reconsolidation dalam alat u%i konsolidasi
Pusat Pengembangan Bahan +%ar - B
DE!IANA "IDA#ANTI MEKANIKA TANAH $
,. KEE%ATAN KON!OLIDA!I >arena permeabilitas tanah lempung kecil, maka konsolidasi akan selesai setelah %angka waktu yang lama, bisa lebih lama dari umur rencana konstruksi. ntuk itu dera%at konsolidasi perlu diketahui pada akhir umur rencana.
3umus yang dipakai "
T
=
Cv
t 2
Hdr
dimana" T
) faktor waktu time factor! dari tabel hubungan ? dan T
$
) coeffisien of consolidation dari grafik hasil u%i konsolidasi!
t
) waktu
1dr
) drainage path pan%ang maksimum yang harus ditempuh air tanah untuk keluar atau lintasan drainase! +liran # arah " 1dr ) 1o +liran & arah " 1dr ) 1o@& 1o ) tebal lapisan S (t )
) dera%at konsolidasi )
St!
) settlement yang ter%adi di waktu tertentu t!
Sc
1ubungan antara dera%at konsolidasi rata-rata ., dan time factor T adalah sebagai berikut
T %uga dapat dihitung dari rumus " ntuk A 7?, ntuk C 7?,
T =
π
4
U
2
2
U % = 4 100 π
T ) #,D8#-7,=(( log #77-U%!
Pusat Pengembangan Bahan +%ar - B
DE!IANA "IDA#ANTI MEKANIKA TANAH $
Koe-isien Konsolidasi () (oe--iient o- onsolidation) >ecepatan penurunan konsolidasi dapat dihitung dengan menggunakan koefisien konsolidasi $. >ecepatan penurunan perlu diperhitungkan bila penurunan konsolidasi yang ter%adi pada struktur diperkirakan besar. Bila penurunan sangat kecil, kecepatan penurunan tidak begitu penting diperhatikan, karena penurunan yang ter%adi se%alan dengan waktunya tidak menghasilkan perbedaan yang berarti.
a+a menentu/an
#. emakai kur$a dial reading $s Eog time cassagrande!
2
Cv =
T 50 Hdr t 50
&. etode akar waktu Taylor! 2
Cv =
T 50 Hdr t 90
Pada modul ini perhitungan $ dengan kedua metode di atas tidak dibahas.
'iasumsikan harga $ telah diperoleh dari u%i lab. ahasiswa yang ingin mengetahui lebih lan%ut perhitungan $ dapat mempela%ari sendiri pada referensi yang dian%urkan.
>ecepatan penurunan konsolidasi primer bergantung pada kecepatan berkurangnya kelebihan tekanan air pori yang timbul akibat kenaikan tekanan oleh beban bangunan. >enaikan tegangan efektif di dalam tanah akibat pengurangan $olume tanah, dipengaruhi oleh kecepatan air pori meninggalkan rongga pori lapisan lempung yang tertekan. >ecepatan penurunan struktur sebagai akibat berkurangnya $olume tanah dipengaruhi oleh kecepatan $olume tanah dipengaruhi kecepatan air pori merembes lewat lapisan lempung menu%u lapisan tanah permeabilitas tinggi yang memungkinkan ter%adinya drainasi. Teraghi memperhatikan kondisi yang relati$e sederhana dalam hitungan kecepatan konsolidasi primer. Beban dianggap terbagi rata dengan luasan beban yang luas sedemikian hingga kondisi drainasi dan konsolidasi adalah satu dimensi. 'alam kondisi demikian penurunan segera dapat diabaikan.
Terdapat
beberapa
factor
yang
menyebabkan
kecepatan
penurunan
konsolidasi di lapangan lebih cepat dari hasil hitungan kecepatan penurunan yang
Pusat Pengembangan Bahan +%ar - B
DE!IANA "IDA#ANTI MEKANIKA TANAH $
diberikan Teraghi. Gika lebar fundasi B! kurang dari ketebalan lapisan lempung 1, kecepatan penurunan hanya fungsi 1. Sedang untuk lapisan lempung yang tebal, kecepatan penurunan %uga tergantung dari lebar fundasi B. Gadi kecepatan penurunan konsolidasi, selain fungsi dari $, dan %arak lintasan drainase 1, %uga f ungsi dari B.
Pengaruh dari lebar fundasi B! dan lintasan drainase 1! terdapat kecepatan penurunan fundasi pelat di 4 lokasi diperlihatkan oleh Butler #=D4! dalam table #. 'alam table tersebut diperlihatkan $ariasi perbandingan antara $ di lapangan $ lap! dan $ di laboratorium $ lab! terhadap tebal lintasan drainase 1! dan lebar fondasi B!. Terlihat bahwa stasiun :lstree, nilai bandingan $ lap @ $ lab! relati$e kecil, karena tebal lintasan drainase yang hanya &,4 m kecil, sehingga kemungkinan terselipnya lapisan-lapisan pasir atau lanau tipis yang memungkinkan ter%adinya drainase tambahan pada lapisan lempung lebih sedikit.
Faktor lain yang mempengaruhi kecepatan penurunan konsolidasi adalah homogenitas tanah lempung. +danya lapisan tipis tanah lolos air, seperti lanau dan pasir yang terselip antara lapisan lempung gambar &! memungkinkan adanya drainase menu%u lapisan ini, sehingga lintasan drainase men%adi lebih pendek dari yang diperkirakan dalam hitungan Table #. pengaruh lebar fundasi pada nilai $ Butler,#=D4!
Eokasi
Eebar fundasi B!
Eintasan drainasi 1!
$ lap!@$lab!
Galan lapham
m! &4
m! #&
7
Galan 1urley
&7
#7
7
8
D,;
#7
#,;
&,4
&,;
Gembatan Haterloo Stasiun :lstree
>adang-kadang lapisan tanah pasir yang terselip hanyalah berupa lensa-lensa tanah yang tidak memungkinkan sebagai tempat penampungan drainasi air yang berasal dari lapisan lempung Iambar #!
+pabila 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.
Pusat Pengembangan Bahan +%ar - B
DE!IANA "IDA#ANTI MEKANIKA TANAH $
'amba+ $. Beberapa sebab yang mempengaruhi kecepatan konsolidasi primer lapisan lempung
Soal Latihan :
#. Suatu timbunan sebesar ;7 kPa diberikan di atas suatu lapisan tanah yang terdiri dari 4 lapis pada gambar di bawah ini. 1asil u%i laboratorium konsolidasi pada kedalaman yang sesuai telah dilakukan, dan menghasilkan parameter sbb" cc ) 7,(
a. 1itung berapa besar penurunan konsolidasi ultimit yang ter%adi pada lapisan tersebut. b. 1itung waktu yang diperlukan untuk penurunan ultimit tersebut %ika harga c$ ) #.#7-( cm&@dt c. 'alam waktu & tahun, berapa besar penurunan konsolidasi yang ter%adi J
&!. !oal be+i/ut men0au ada d+illin0 lo0 hasil soil inesti0ation te+lami+
Pusat Pengembangan Bahan +%ar - B
DE!IANA "IDA#ANTI MEKANIKA TANAH $
a. Berikan /omenta+ , bagaimana pendapat anda tenang otensi enu+unan /onsolidasi pada lapisan tanah di lokasi tersebut. Berikan selengkap mungkin alas an-alasan yang mendasari pendapat anda tersebut. b. 1itung besar enu+unan /onsolidasi yang mungkin ter%adi pada lapisan silt la ele$asi -(,77 sd ele$asi #(,77 m!. Gika di atas lapisan tersebut tanah asli di0anti den0an tanah me+ah dengan kepadatan & t@m(. petun%uk " untuk parameter yang digunakan pakai sample pada kedalaman #7,; m dan hasil u%i lab oedometer terlampir!
Pusat Pengembangan Bahan +%ar - B
DE!IANA "IDA#ANTI MEKANIKA TANAH $
