TEORI
PENURUNAN
Bila
suatu lapisan tanah mengalami pembebanan akibat beban di atasnya, maka tanah di
dibawah beban yang bekerja tersebut akan mengalami kenaikan tegangan, ekses
dari kenaikan tegangan ini adalah terjadinya penurunan elevasi tanah dasar (settlement).
Pembebanan ini mengakibatkan adanya deformasi partikel tanah, relokasi partikel
tanah, dan keluarnya air pori dari tanah yang disertai berkurangnya volume
tanah. Hal inilah yang mengakibatkan terjadinya penurunan tanah.
Pada
umumnya tanah, dalam bidang geoteknik, dibagi menjadi 2 jenis, yaitu tanah
berbutir dan tanah kohesif. Pada tanah berbutir (pasir/sand), air pori
dapat mengalir keluar struktur tanah dengan mudah, karena tanah berbutir
memiliki permeabilitas yang tinggi. Sedangkan pada tanah kohesif (clay),
air pori memerlukan waktu yang lama untuk mengalir keluar seluruhnya. Hal ini
disebabkan karena tanah kohesif memiliki permeabilitas yang rendah.
Secara
umum, penurunan dapat diklasifikasikan menjadi 3 tahap, yaitu :
1. Immediate
Settlement (penurunan seketika), diakibatkan
dari deformasi elastis tanah kering, basah, dan jenuh air, tanpa adanya
perubahan kadar air. Umumnya, penurunan ini diturunkan dari teori elastisitas. Immediate
settlement ini biasanya terjadi selama proses konstruksi berlangsung.
Parameter tanah yang dibutuhkan untuk perhitungan adalah undrained modulus
dengan uji coba tanah yang diperlukan seperti SPT, Sondir (dutch cone
penetration test), dan Pressuremeter test.
2. Primary
Consolidation Settlement (penurunan konsolidasi primer), yaitu penurunan
yang disebabkan perubahan volume tanah selama periode keluarnya air pori dari
tanah. Pada penurunan ini, tegangan air pori secara kontinyu berpindah ke dalam
tegangan efektif sebagai akibat dari keluarnya air pori. Penurunan konsolidasi
ini umumnya terjadi pada lapisan tanah kohesif (clay / lempung)
3. Secondary
Consolidation Settlement (penurunan konsolidasi sekunder), adalah
penurunan setelah tekanan air pori hilang seluruhnya. Hal ini lebih disebabkan
oleh proses pemampatan akibat penyesuaian yang bersifat plastis dari
butir-butir tanah.
Immediate
Settlement – Penurunan Seketika
Penurunan
seketika / penurunan elastic terjadi dalam kondisi undrained (tidak ada
perubahan volume). Penurunan ini terjadi dalam waktu yang sangat singkat saat
dibebani secara cepat. Besarnya penurunan elastic ini tergantung dari besarnya
modulus elastisitas kekakuan tanah dan beban timbunan diatas tanah.
Dimana :
Sc = Immediate settlement
Δσ = Beban timbunan (kN/m2)
Es = Modulus elastisitas tanah
μs = Poisson’s Ratio
B = Lebar / diameter timbunan (m)
Schleicher (1926) mendefinisikan
factor Ip ini sebagai :
Dimana m1 = L/B (panjang/lebar
beban yang bekerja)
Primary Consolidation
– Konsolidasi Primer
Pada tanah lempung jenuh air,
penambahan total tegangan akan diteruskan ke air pori dan butiran tanah. Hal
ini berarti penambahan tegangan total (Δσ) akan terbagi ke tegangan efektif dan
tegangan air pori. Dari prinsip tegangan efektif, dapat diambil korelasi :
Δσ = Δσ’
+ Δu
Dimana :
Δσ’ =
penambahan tegangan efektif
Δu =
penambahan tegangan air pori
Karena
lempung mempunyai daya rembes yang sangat rendah dan air adalah tidak
termampatkan (incompressible) dibandingkan butiran tanah, maka pada saat
t = 0, seluruh penambahan tegangan, Δσ, akan dipikul oleh air (Δu = Δσ) pada
seluruh kedalaman lapisan tanah.
Penambahan
tegangan tersebut tidak dipikul oleh butiran tanah (Δσ’ = 0).Sesaat setelah
pemberian penambahan tegangan, Δσ, pada lapisan lempung, air dalam pori mulai
tertekan dan akan mengalir keluar. Dengan proses ini, tekanan air pori pada
tiap-tiap kedalaman pada lapisan lempung akan berkurang secara perlahan-lahan,
dan tegangan yang dipikul oleh butiran tanah keseluruhan (tegangan efektif /
Δσ’) akan bertambah. Jadi pada saat 0 < t < ∞
Δσ =
Δσ’+
Δu
(Δσ’ > 0 dan Δu < Δσ)
Tetapi,
besarnya Δσ’ dan Δu pada setiap kedalaman tidak sama, tergantung pada jarak
minimum yang harus ditempuh air pori untuk mengalir keluar lapisan pasir yang
berada di bawah atau di atas lapisan lempung.
Pada
saat t = ∞, seluruh kelebihan air pori sudah hilang dari lapisan lempung, jadi
Δu = 0. Pada saar ini tegangan total, Δσ, akan dipikul seluruhnya oleh butiran
tanah seluruhnya (tegangan efektif, Δσ’). Jadi Δσ = Δσ’.
Berikut
adalah variasi tegangan total, tegangan air pori, dan tegangan efektif pada
suatu lapisan lempung dimana air dapat mengalir keluar struktur tanah akibat
penambahan tegangan, Δσ, yang ditunjukan gambar dibawah.
Proses terdisipasinya air pori
secara perlahan, sebagai akibat pembebanan yang disertai dengan pemindahan
kelebihan tegangan air pori ke tegangan efektif, akan menyebabkan terjadinya
penurunan yang merupakan fungsi dari waktu (time-dependent settlement)
pada lapisan lempung. Suatu tanah di lapangan pada kedalaman tertentu telah
mengalami tegangan efektif maksimum akibat beban tanah diatasnya (maximum
effective overburden pressure) dalam sejarah geologisnya. Tegangan ini
mungkin sama, atau lebih kecil dari tegangan overburden pada saat
pengambilan sample.
Berkurangnya tegangan di lapangan
tersebut bisa diakibatkan oleh beban hidup. Pada saat diambil, contoh tanah
tersebut terlepas dari tegangan overburden yang telah membebani selama ini.
Sebagai akibatnya, tanah tersebut akang mengalami pengembangan. Pada saat
dilakukan uji konsolidasi pada tanah tersebut, suatu pemampatan yang kecil
(perubahan angka pori yang kecil) akan terjadi bila beban total yang diberikan
pada saat percobaan adalah lebih kecil dari tegangan efektif overburden
maksimum (maximum effective overburden pressure) yang pernah dialami
sebelumnya.
Apabila beban total yang dialami
pada saar percobaan lebih besar dari maximum effective overburden pressure,
maka perubahan angka pori yang terjadi akan lebih besar. Ada 3 definisi dasar
yang didasarkan pada riwayat geologis dan sejarah tegangan pada tanah, yaitu :
1. Normally
consolidated (Terkonsolidasi secara normal), dimana tegangan
efektif overburden saat ini merupakan tegangan maksimum yang pernah dialami
oleh tanah selama dia ada.
2. Overconsolidated, dimana
tegangan efektif overburden saat ini lebih kecil daripada tegangan yang
pernah dialami oleh tanag tersebut. Tegangan efektif overburden maksimum
yang pernah dialami sebelumnya dinamakan tegangan prakonsolidasi. (preconsolidation
pressure / PC).
3. Underconsolidated, dimana
tegangan efektif overburden saat ini belum mencapai maksimum, sehingga
peristiwa konsolidasi masih berlangsung pada saat sample tanah diambil.
Ada 2
hal penting yang perlu diperhatikan dalam penurunan konsolidasi ini, yaitu :
1. Besarnya penurunan yang terjadi.
2. Kecepatan
penurunan terjadi.
Secondary
Consolidation – Konsolidasi Sekunder
Pada
akhir konsolidasi primer (setelah tegangan air pori U = 0), penurunan pada
tanah masih tetap terjadi sebagai akibat dari penyesuaian plastis butiran
tanah. Tahapan konsolidasi ini dinamakan konsolidasi sekunder. Variasi angka
pori dan waktu untuk penambahan beban akan sama seperti yang ditunjukkan pada
gambar berikut.
Besarnya konsolidasi sekunder
dapat dihitung dengan rumus :
dimana :
Ca = Indeks pemampatan sekunder
Δe = Perubahan angka pori
t = Waktu
ep = angka pori pada akhir
konsolidasi primer
H = tebal lapisan lempung, m
Penurunan yang diakibatkan
konsolidasi sekunder sangat penting untuk semua jenis tanag organic dan tanah
anorganik yang sangat mampu mampat (compressible). Untuk lempung
anorganik yang terlalu terkonsolidasi, indeks pemampatan sekunder sangat kecil
sehingga dapat diabaikan.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar