KONSOLIDASI. Konsolidasi.??? 11/3/2016

Transkripsi

1 KONSOLIDASI Mekanika Tanah II Konsolidasi.??? Konsolidasi adalah suatu proses pengecilan volume secara perlahan-lahan pada tanah jenuh sempurna dengan permeabilitas rendah akibat pengaliran sebagian air pori; proses tersebut berlangsung terus sampai kelebihan tekanan air pori yang disebabkan oleh kenaikan tegangan total telah benar-benar hilang. Karena terjadi proses pengecilan volume dan keluarnya air pori menyebabkan terjadi penurunan (settlement) tanah. Penurunan konsolidasi (consolidation settlement) adalah perpindahan vertikal permukaan tanah sehubungan dengan perubahan volume pada suatu tingkat dalam proses konsolidasi. 1

2 H Kadar air yang diukur pada akhir pengujian = wt Air Angka pori pada akhir pengujian = e 1 = w 1 Gs ( diasumsikan Sr = 100%) H 0 H 1 Partikel Padat H 2 Tebal contoh tanah pada awal pengujian = H 0 Perubahan tebal selama pengujian = H Angka pori pada awal pengujian = e 0 = e 1 + e e H = 1 + e 0 H 0 Berat kering yang diukur pada akhir pengujian = M s (yaitu massa partikel-padat tanah). Tebal pada akhir setiap periode penambahan tekanan = H 1 Luas contoh tanah = A Tebal ekivalen partikel-padat tanah = H s H s = M s AG s ρ ω e 1 = H 1 H s H s = H 1 H s 1 tiga tahapan yang berbeda dari hasil pengujian konsolidasi: Tahap I : Pemampatan awal (initial compression), yang pada umumnya disebabkan oleh pembebanan awal (preloading). Tahap II : Konsolidasi primer (primary consolidation), yaitu periode selama tekanan air pori secara lambat laun dipindahkan ke dalam tegangan efektif, sebagai akibat dari keluarnya air dari pori-pori tanah. Tahap III : Konsolidasi sekunder (secondary consolidation), yang terjadi setelah tekanan air pori hilang seluruhnya. Pemampatan yang terjadi di sini disebabkan oleh penyesuaian yang bersifat plastis dari butir-butir tanah. 2

3 Grafik angka pori e terhadap tegangan efektif σ Koefisien Kemampatan Volume m v Koefisien perubahan volume (m v ) adalah perubahan volume per satuan kenaikan tegangan efektif. Satuan m v adalah kebalikan dari tekanan (m 2 /MN). Perubahan volume dapat dinyatakan dalam angka pori maupun tebal contoh. m v = e 0 e 0 e 1 σ 0 σ 1 m v = 1 H 0 H 0 H 1 σ 0 σ 1 koefisien kemampatan (a v ) a v = e 0 e 1 σ 0 σ 1 = e σ a v m v = 1 + e 0 3

4 Indeks Kemampatan/Kompresi (C c ) Indeks kemampatan/kompresi adalah kemiringan pada bagian linear dari plot e-log σ' dari indeks tersebut tidak berdimensi. C c = e 0 e 1 log σ 1, σ 0 Untuk lempung yang struktur tanahnya tak terganggu/ belum rusak (undisturbed): Cc = 0,009(LL - 10) Untuk lempung yang terbentuk kembali (remolded): Cc = 0,007(LL - 10) Dimana LL = batas cair dalam persen. Koefisien Pemuaian (Swelling) C s Indeks pemuaian adalah lebih kecil daripada indeks pemampatan dan biasanya dapat ditentukan di laboratorium. C s 1 5 sampai 1 10 C c Berdasarkan beberapa literature seperti Nagaraj dan Murty (1985) C s = 0,0463 LL(% 100 Kulhawy dan Mayne (1990) C s PI 370 G s 4

5 Koefisien Konsolidasi, C v Terzaghi mendefinisikan koefisien konsolidasi dalam kondisi dranasi linier sebagai perbandingan koefisien permeabilitas (k) terhadap koefisien perubahan volume (m v ) dan berat volume air (γ w ), dimana permeabilitas (k) dan koefisien perubahan volume (m v ) konstan selama proses konsolidasi. C v = k γ ω m v Dimana: koefisien permeabilitas (k) koefisien perubahan volume (m v ) berat volume air (γ w ) Metode Logaritma Casagrande atau Logaritma Waktu Langkah langkah menentukan nilai Cv: Perpanjang bagian kurva yang merupakan garis lurus dari konsolidasi primer dan sekunder hingga berpotongan di titik A. Ordinat titik A adalah d yaitu deformasi pada akhir konsolidasi primer 100%. Bagian awal dari kurva deformasi vs log t adalah hampir menyerupai suatu parabola pada skala biasa. Pilih waktu t 1 dan t 2 pada bagian kurva sedemikian rupa sehingga t 2 = 4 t 1. Misalkan perbedaan deformasi contoh tanah selama waktu (t 2 - t 1 ) sama dengan x. Gambarlah suatu garis mendatar DE sedemikian rupa sehingga jarak vertikal BD adalah sama dengan x. Deformasi yang bersesuaian dengan garis DE adalah sama dengan d 0 (yaitu deformasi pada konsolidasi 0%). Ordinat titik F pada kurva konsolidasi merupakan deformasi pada konsolidasi primer 50%, dan absis titik F merupakan waktu yang bersesuaian dengan konsolidasi 50% (t 50 ). Untuk derajat konsolidasi rata-rata 50%, T v = 0,197. Maka: T 50 = 0,197 = C v t 50 atau H 2 dr C v = 0,197H2 dr t 50 H dr = panjang aliran rata-rata yang harus ditempuh oleh air pori selama proses konsolidasi. 5

6 Metode Akar Waktu Taylor Cara untuk menentukan harga C v yang diperlukan adalah sebagai berikut: Gambar suatu garis AB melalui bagian awal dari kurva. Gambar suatu garis AC sehingga OC = 1.15 OB. Absis titik D, yang merupakan perpotongan antara garis AC dan kurva konsolidasi, memberikan harga akar waktu untuk tercapainya konsolidasi 90% ( t 90 ). Untuk konsolidasi 90%, T 90 = 0,848 ; sehingga T 90 = 0,848 = C v t 90 H 2 dr atau C v = 0,848H2 dr t 90 Metode Hiperbola langkah langkah yang direkomendasikan untuk menentukan nilai C v, yaitu sebagai berikut: Dapatkan nilai waktu t dan perubahan bentuk ( H) contoh tanah dari pengujian konsolidasi laboratorium Plot grafik t/ H terhadap t seperti ditunjukkan pada Gambar Gambarkan garis lurus bc dan proyeksi dari garis tersebut merupakan titik d. kemudian tentukan nilai perpotongan D Tentukan kemiringan m pada garis bc Hitung nilai C v sebagai C v = 0,3 mh2 dr D 6

7 Metode Tahap Awal Log t C v = 0,0385H2 dr t Rasio Kemampatan Rasio Kemampatan Awal ; r 0 = d 0 d s d 0 d f Rasio kemampatan primer (logaritma waktu); r p = d s d 100 d 0 d f Rasio kemampatan primer (akar waktu); r p = 10 (d s d 90 9 d 0 d f Rasio Kompresi Sekunder; r s = 1 r 0 + r p 7

8 Contoh Pembacaan kompresi di bawah ini diambil selama uji oedometer berlangsung pada contoh tanah lempung jenuh (G5 = 2,73) di mana tekanan yang diterapkan naik dari 214 menjadi 429 kn/m 2. Waktu (menit Pengukuran (mm) Waktu (menit Pengukuran (mm) Setelah 1440 menit, tebal contoh = 13,60 mm dan kadar air = 35,9%. Tentukanlah koefisien konsolidasi dari plot log waktu dan akar waktu dan besar ketiga rasio kompresinya. Tentukan juga nilai koefisien permeabilitasnya. Penyelesaian Perubahan tebal total selama kenaikan, H = 5,00-2,61 = 2,39 mm. Tebal rata-rata selama kenaikan, H = H 1 + H/2 = 13,60 + (2,39/2) = 14,80 mm. Panjang alur pengaliran, H dr = 14.80/2 = 7,40 mm. Dari plot log waktu (Gambar 7.20) diketahui t 50 = 13 menit C v = 0,196H2 dr 0,196 7,402 = t C v = 0,825 mm2 = 0, m 2 1 = 0,434 menit thn m2 /thn r 0 = d 0 d s = 5 4,8 = 0,084 ; r d 0 d f 5 2,61 p = d s d 100 = 4.8 2,98 = 0,761 d 0 d f 5 2,61 r s = 1 r 0 + r p = 1 0, ,761 = 0,155 5 d_0 d_s d_ d_100 3 d_f t_50 t_

9 Dari Plot akar waktu diketahui t 90 = 7.5 menit, maka t 90 = menit d s = 4.79 mm ; d 90 = 3.1 mm C v = 0,848H2 dr = 0,848 7,42 t r 0 = d 0 d s = 5 4,79 d 0 d f 10 ( (5 2, = 0,434 m2 tahun = 0,088 ; r 5 2,61 p = 10 (d s d 90 = 0,785 9 d 0 d f = r s = 1 r 0 + r p = 1 0, ,785 = 0,127 Menentukan koefisien Permeabilitas: Angka pori akhir: e 1 = w 1 G s = 0,359 2,74 = 0,98 Angka pori awal: e 0 = e 1 + e 5 d_ d_ (t_90 8 ) e H = 1+e 0 H 0 e H = 1+e 1+ e H+H 1 e = 1+0,98+ e 2,39 13,6+2,39 15,99 e = 4, ,39 e e = 0,348 e 0 = e 1 + e = 0,98 + 0,348 = 1,328 1 e 0 e 1 m v = 1 + e 0 σ 0 σ = 1 1 2,328 0,348 m2 m2 = 6, = 0, KN MN Koefisien Permeabilitas, k = C v m v γ ω = 0,434 m2 tahun k = 29,6 m thn = 2, , m2 KN m detik = 0, m KN m 9,81 m3 = 29, thn detik 9