(Perkuliahan 2) SIANA DEWI ARTHA, ST
What Happened…???
Tegangan Vertikal di Dalam Tanah Jika kita melakukan pengeboran di dalam tanah, kita akan menemukan pada suatu kedalaman tertentu tanah akan menjadi lebih basah dan air akan mulai mengalir ke dalam lubang. Jika dibiarkan ketinggian air akan menjadi naik dan menjadi tetap. Inilah yang disebut Muka Air Tanah (MAT). Tegangan vertikal :
sv=D sv = tegangan vertikal total pada tanah (kN/m 2) D = kedalaman tanah(m) = berat satuan tanah (kN/m3)
Tekanan Air Pori Tekanan air pori yaitu tekanan pada air yang terkandung dalam pori tanah Pori ini saling berhubungan sehingga sehingga pada keadaan tersebut tekanan air pori adalah hidrostatik terhadap MAT sehingga nilainya adalah :
U = w (D-Hw)
tekanan air pori(kN/m 2)
U
=
D
= kedalaman tanah(m)
Hw
= kedalaman hingga mencapai MAT(m)
w
= berat satuan air (kN/m 3)
Perbedaan antara tegangan vertikal total dengan tegangan air pori disebut tegangan efektif :
sv'=sv - U = D - w (D-Hw)
s'= tengangan efektif vertikal
Tidak hanya berlaku pada arah vertikal, sehingga berlaku :
s'=s – U Jadi persamaan di atas menyatakan konsep yang dikenal sebagai prinsip tegangan efektif (Principal of effective stress).
Gambar 1. MAT dan Keadaaan Tegangan Dalam Tanah
Tekanan Air Pori di Atas MAT & Pengaruh Musim
Walaupun mungkin tekanan air pori di atas MAT adalah 0, ini bukanlah keadaan biasa. Tanah berbutir halus (lempung), pori saling berhubungan yang sangat halus,air pada tanah ini tidak dapat keluar akibat gaya gravitasi saja melainkan akibat penguapan pada permukaan tanah. Tanah berbutir kasar, seperti kerikil dan pasir, air dapat mengalir keluar akibat gaya berat saja. Untuk tanah endapan, umumnya tegangan air pori kurang diperhatikan karena kurang penting untuk diperhitungkan. Sedangkan pada tanah residu lebih penting karena 2 alasan : 1. MAT seringkali letaknya dalam dan daerah perhatian utama ahli geoteknik adalah di atas MAT. 2. Rembesen lebih tinggi perubahan pada tegangan air pori dapat menjadi lebih besar dan mengendalikan perilaku tanah
a
b
Gambar 2. Hubungan antara Tekanan Air Pori, Keadaan Jenuh dengan MAT
Kasus A : Tanah Berbutir Kasar
Pasir atau kerikil berlaku sebagai ‘waduk’, dimana air akan mengalir masuk selama cuaca basah menyebabkan ketinggian air naik.
Air
akan hilang akibat penguapan selama cuaca kering yang disertai penurunan MAT.
Di bawah MAT keadaan tanah jenuh, tekanan air pori yang hidrostatik Di atas MAT keadaan tanah tak jenuh, tekanan air pori mendekati 0.
Ada
pula keadaan MAT dipengaruhi oleh kedekatannya dengan sungai daripada oleh pengaruh cuaca.
Gambar 3. Pengaruh Musim pada MAT dan Tekanan Air Pori: Tanah Berbutir Kasar
Kasus B : Tanah dengan Permeabilitas Rendah
Perilaku lempung(permeabilitas rendah) >< tanah berbutir kasar.
Karena koef. Rembesan (permeabilitas) nya rendah maka pengaruh musimannya tidak dalam dan mungkin tidak mencapai MAT.
Selama cuaca kering, air akan hlang akibat penguapan pada permukaan, menyebabkan tegangan air pori menjadi lebih negatif dan air mengalir menuju permukaan.
Selama cuaca basah, tekanan pori pada permukaan menjadi 0, dan air akn masuk ke tanah dan merembes ke bawah. Tanah akan perlahan menyerap air dan mengembang.
Gambar 4. Pengaruh Musim pada MAT dan Tekanan Air Pori; Lempung dengan Rembesan Rendah
Kasus C : Tanah dengan Permeabilitas Menengah dan Tinggi
Pengaruh musim sekarang lebih dalam, lebih dalam daripada muka air tanah.
Tekanan air pori kadang2 dapat menjadi hidrostatik terhadap MAT rata2, tetapi akan tejadi pada sementara waktu terutama antara musim basah dan kering.
Pada waktu lain, tekanan air pori tidak akan hidrostatik, walaupun berada di bawah atau di atas MAT.
Pada musim kering air akan hilang akibat penguapan sehingga tekanan air pori negatif dan MAT turun. Sebaliknya pada musim hujan.
Gambar 5. Pengaruh Musim pada MAT dan Tekanan Air Pori; Lempung dengan Rembesan Sedang Hingga Tinggi
Musim Vs Tekanan Air Pori
Gambar 6. Pengaruh Musim pada Tekanan Air Pori
Pun dan Urcioli (2008) mengukur tegangan air pori selama 3 tahun pada tiga kedalaman yang berbeda. Hasilnya menunjukkan pengaruh musiman semakin dalam tekanan air pori maka akan semakin kecil pengaruh musimnya
Rembesan Air dan Tekanan Air Pori pada Lereng Bukit • Permukaan tanah miring dengan MAT yang juga miring. Hal ini berarti air akan terus-menerus merembes pada arah ‘ke bawah’. • Air masuk ke bagian atas lereng dari 2 sumber : 1. Air hujan yang turun. 2. Rembesan dari daerah sekitarnya, air ini muncul kembali pada lereng yang lebih rendah dan pada dasar lereng menuju sungai.
• Pola rembesan pada gambar benar, namun kurang tepat dekat dengan permukaan tanah
h a n a t n a a k u m r e p t a k e d i r a d g n a t a d r i l a g n e M r i A
Gambar 7. Rembesan Pada Lereng yang Berasal dari Air Hujan di Atas Lereng dari Daerah Sekitarnya
Jadi, Muka Air Tanah (MAT) ???
MAT ( Permukaan Preatik) MAT
bukan sebuah batas antara tanah jenuh air dan tanah tak jenuh.
MAT
bukan batas antara tanah yang mengalami rembesan dan yang tidak mengalami rembesan.
MAT
adalah garis dimana tekanan air poti bernilai 0 dan menjadi batas antara nilai tekanan air pori (+) dan (-).
Tegangan Horizontal di Dalam Tanah
Kadang pada bidang geoteknik perlu diketahui besarnya tegangan horizontal dalam tanah. Misalnya penggalian/pembuatan terowongan dalam tanah Tegangan ini dipengaruhi jenis tanah, proses pembentukkannya, dan riwayat tegangannya. Hub. Tegangan vertikal dan horizontal disebut koef. Tanah pada keadaan ‘diam’ (K0 ). Istilah diam berarti tanah tersebut tertahan dalam arah horizontal sehingga tidak terjadi deformasi horizontalHubungan antara Tegangan vertikal dan horizontal adalah linier dan nilai K 0 pada keadaan ini biasanya berkisar 0,3-0,5.
Hubungan antara K 0 dan Rasio Poisson ( n ) :
Rasio Poisson = 0,2-0,4
Gambar 8. Hubungan antara Tegangan Efektif Horizontal dan Vertikal
Ada keadaan dimana tanah mengalami pengurangan tegangan di atasnya akibat gerakan tektonik, diikuti oleh erosi.
Selama pengurangan tegangan vertikal, tanah tidak elastis dan penurunan tegangan horizontal tidak lagi sebanding dengan penurunan tegangan vertikal. Tegangan horizontal akan menjadi sama dengan tegangan vertikal, lalu melebihi tegangan vertikal.
Pada tanah residu tegangan horizontal akan menjadi kecil dibandingkan dengan tegangan vertikal.
Vaughan dan Kwan (1984) meneliti pengaruh pelapukan terhadap tegangan horizontal. Kesimpulannya tegangan horizontal pada batuan asalnya semula segera menurun akibat proses pelapukan. Karena nilai rasio Poisson pada tanah residu umumnya agak kecil, nilai K0 juga akan kecil.
Keadaan pada tanah residu yang berasal dari batu pasir atau shale atau claystone akan terjadi sebaliknya. Pada bahan ini, mungkin proses pelapukan melepaskan mineral lempung yang aktif yaitu suka mengembang. Dengan demikian tegangan horizontal akan naik akibat pelapukan
Gambar 9. Kemungkinan perubahan K0 pada tanah sedimen dan residu
Topografi Vs Tegangan Horizontal Ada faktor lain yang mempengaruhi nilai K0 yaitu topografi. Tanah pada lereng bukit cenderung bergerak ke bawah sehingga tegangan pada bagian atas lereng berkurang. Pada dasar lembah, tanah menahan kecenderungan bergerak sehingga tegangan horizontal di sini menjadi lebih besar
Gambar 10. Pengaruh Topografi terhadap tegangan horizontal dalam tanah
Tegangan Horizontal
Tegangan vertikal total
: sv=D
Tekanan air Pori
: U = w (D-Hw)
Sehingga
sv'=sv - U = D - w (D-Hw)
Tegangan efektif horizontal :sh'=K 0 sv' Tegangan horizontal total :sh=sh‘ + U Maka, diketahui rumus lain tegangan horizontal : sh= K 0 sv‘+ U
