Mekanika Tanah 2 - KONSOLIDASI DAN PENURUNAN ( BAB III )

BAB III

KONSOLIDASI DAN PENURUNAN

1.      Pendahuluan

Suatu lapisan tanah yang mengalami tambahan beban di atasnya, maka air pori akan keluar dari dalam pori, sehingga isi (volume) tanah akan mengecil. (lihat gambar)

Umumnya konsolidasi berlangsung hanya satu jurusan saja, yaitu jurusan vertical, karena lapisan yang kena tambahan beban itu tidak dapat bergerak dalam jurusan horizontal (ditahan oleh tanah di sekelilingnya).

Dalam keadaan ini pengaliran air juga berjalan satu jurusan, yaitu jurusan vertical atau disebut “one dimensional consolidation” (konsolidasi satu jurusan), dan perhitungan konsolidasi hampir selalu berdasarkan teori “one dimensional consolidation” ini.

Pada waktu konsolidasi berlangsung, bangunan di atasnya akan menurun (settle). Dalam bidang teknik sipil  ada dua hal yang perlu diketahui mengenai penurunan ini, yaitu :

a.      Besarnya penurunan yang akan terjadi

b.      Kecepatan penurunan

Pada lapisan pasir, penurunan berlangsung cepat (segera) dan menyeluruh, serta penurunan yang terjadi kecil, karena pasir mempunyai sifat “low compressibility”

Pada lapisan tanah lempung, penurunan yang terjadi berjalan agak lambat (memerlukan waktu lama) dan penurunan yang terjadi juga besar. Oleh karena itu penelitian konsolidasi umumnya hanya pada tanah lempung (butir halus). Karena lempung mempunyai sifat “high compressibility”.

2.      Istilah Normally Consolidated dan Over Consolidated

a.      Over Consolidated (Pre Consolidation)

Istilah ini adalah tekanan pada suatu lapisan tanah pada waktu dahulu pernah mengalami pembebanan. Misalnya lapisan endapan, oleh sebab geologis endapan tersebut hilang, saehingga lapisan tanah tersebut pernah mengalami tekanan lebih tinggi dari pada tekanan yang berlaku di atasnya saat ini.

b.      Normally Consolidated

Istilah ini adalah menyatakan suatu lapisan tanah yang belum pernah mengalami tekanan di atasnya lebih tinggi dari pada tekanan yang berlaku saat ini.

3.      Pengukuran Konsolidasi

Pengukuran konsolidasi di laboratorium menggunakan alat konsolidasi (consolidated apparatus ) atau Oedometer. Prinsif alat tersebut dapat di lihat pada gambar.

Beban ditambah setiap 24 jam, dengan harga tegangan : 0,25 ; 0,5 ; 1,0 ; 2,0; 4,0; 8,0 kg/cm². Setelah mencapai 8,0 kg/cm², beban dikurangi lagi sampai mencapai 0,25 kg/cm².

Besarnya penurunan yang terjadi pada setiap tegangan diambil dari pembacaan arloji petunjuk yang terakhir untuk tegangan tersebut. Angka-angka penurunan ini dipakai untuk membuat grafik penurunan terhadap tegangan sebagai absis (dengan skala logaritma) dan angka pori sebagai ordinat (dengan skala biasa).

4.      Persamaan Umum Konsolidasi

Cv =

m_v =

a_v =  = =

dimana :

C_v = koefisien konsolidasi (cm²/det)

K  = koefisien rembesan (permeabilitas)

= berat isi air

= koefisien kompresibilitas volume (pengecilan isi)

= koefisien pemampatan

  = angka pori sebelum ada tambahan tekanan ()

= angka pori sesudah adanya tambahan tekanan ()

= tekanan tambahan

Atau dapat ditulis :

= = . = .

Dimana :

= tebal contoh tanah sebelum penambahan beban

= selisih tebal contoh sebelum dan sesudah adanya penambahan beban

5.      Hubungan Antara Angka Pori dan Tebal Contoh

e_o = =

Perubahan angka pori :

= .

6.      Hubungan Antara Tekanan dan Angka Pori

Tekanan pre consolidation dan angka pori mempunyai hubungan sebagai berikut :

- e = C_c (log_p – log_po)

C_c = Compression Index (indek pemampatan)

Menurut Terzaghi harga C_c dapat ditentukan :

C_c = 0,009 (LL – 10)

LL = Batas air dari tanah (dalam %)

7.      Persamaan Penurunan

S = m_v . h .

S = log      -------------- S = penurunan (m, cm)

8.      Teori Konsolidasi Terzaghi

Teori ini merupakan dasar yang telah disederhanakan untuk menentukan distribusi tekanan hidrostatis yang bekerja dalam lapisan-lapisan yang berkonsolidasi di dalam waktu tertentu sesudah bekerjanya beban/muatan dan ini disebut derajat konsolidasi (U)

U adalah tekanan hidrostatis pada suatu titik dalam lapisan lempung.

Penentuan distribusi tekanan hidrostatis yang bekrja dalam lapisan tanah pada interval waktu yang berbeda dapat dilakukan sebagai berikut :

U = f (T_v)    --------------   T_v  =

U = derajat konsolidasi

T_v = Faktor waktu (Time Faktor)

C_{v =}

h = jalan air terpanjang tanah yang berkonsolidasi

Derajat konsolidasi :

U =

Harga U dapat diperoleh dari rumus Terzaghi U = f (T_v), atau dapat diperkirakan dengan persamaan :

U 50 %       ; U² = .

U 50 %        ; U = 1 - . .

h = jalan air terpanjang

dari persamaan di atas dapat dihitung harga-harga U dan T_v sebagai berikut :

U %	20	40	60	80	90
Tv	0,031	0,126	0,287	0,567	0,848

Contoh :

Waktu yang diperlukan lapisan tanah untuk penurunan 90 % selesai adalah :

U = 90 %   ----- T_v =

0,848 =

=

Jadi dalam waktu t₉₀, konsolidasi sudah mencapai 90 % dari keseluruhan. Untuk mencapai konsolidasi seluruhnya memerlukan waktu lama ( t₁₀₀), yaitu untuk menyelesaikan Secondary Consolidation.

Menurut teori konsolidasi Terzaghi, konsolidasi seluruhnya terdiri dari dua bagian, yaitu :

1.      Primary Consolidation

Adalah penurunan yang berjalan akibat pengaliran air dari tanah dengan demikian penurunan ini adalah akibat penurunan tegangan efektif.

2.      Secondary Consolidation

Penurunan yang amsih berjalan setelah primary consolidation selesai, yaitu setelah tidak terdapat lagi tegangan air pori. Dan berlangsung dalam waktu yang lama serta nilainya kecil.