penurunan tanah (by: ronni i. s. r. hadinagoro, ir., mt)
DESCRIPTION
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.TRANSCRIPT
TANAHdalam persepsi teknik sipil
adalah kumpulan
mineral
bahan organik
endapan lepas
yang terletak di atas batuan dasar.
Proses Pembentukan Tanah
Batuan Beku (Igneous Rock) Contoh: granite, andesite, basalt Batuan Endapan (Sedimentary Rock) Contoh: claystone, siltstone, sandstone, shales, limestone, coal Batuan Metamorf (Metamorphic Rock) Contoh: gneiss, quartzite, slate, marble
BATUAN: bagian dari kerak bumi yang mengandung satu macam atau lebih mineral yang terikat sangat kuat…Berdasarkan proses pembentukannya batuan dapat dikategorikan sebagai:
Tanah: hasil pelapukan batuan berupa kumpulan butiran-butiran partikel dengan ikatan antar butir yang lemah…
Pelapukan (weathering) adalah peristiwa penghancuran atau perubahan bentuk/komposisi batuan yang terjadi di atas atau di dekat permukaan bumi,sehingga batuan tersebut berubah dari bentuk sebelumnya.
Proses Pelapukan :1. Batuan mengalami penghancuran,
menghasilkan bahan yang bersifat lepas (regolit).2. Pelapukan terus berlangsung sampai terbentuk tanah (soil).
3. Tahap akhir pelapukan adalah terbentuknya materialyang sangat halus ( lempung/clay )
BERDASARKAN PROSES,PELAPUKAN DIGOLONGKAN :
1. Pelapukan Fisika ( Disintegrasi )2. Pelapukan Kimia ( Dekomposisi )
• Batuan merupakan kumpulan dari satu atau lebih mineral.
• Setiap mineral memiliki sifat fisika dan kimia yang berlainan, oleh karena itu setiap jenis batuan juga memiliki perbedaan sifat fisik dan kimianya.
• Pembentukan mineral dari proses pembekuan cairan magma berlangsung secara berturutan sesuai dengan deret Bown.
Berdasarkan Deret Bownmineral digolongkan menjadi:
• Mafic minerals ( mafik ), berwarna gelap.• Felsic minerals ( felsik ), berwarna terang.
Deret BownMAFIK
olivin
piroksen
amfibol
biotit
alkali feldspar
Na-plagioklas
Na-Ca-Plagioklas
Ca-Na-Plagioklas
Ca- plagioklas
muskovit
kwarsa
FELSIK>1000oC
<800oC
Ter
ang
gela
p
Asa
mB
asa
asam
Ultrabasa
basa
Mud
ah m
elap
uk
Jenis TanahBerdasarkan Kedudukan
Terhadap Lokasi PelapukanBatuan Dasarnya
TANAH(soil)
TANAH RESIDUAL
TANAH TERANGKUT
COLLUVIAL
ALLUVIAL
EOLIAN
GLACIAL
Tanah Residual Tanah Colluvial Tanah Endapan Air (Alluvial Soils) Tanah Endapan Angin (Eolian Soils) Tanah Endapan Sungai Es (Glacial
Soils)
Berdasarkan Kedudukan terhadap posisi batuan dasarnya:
Tanah Residual: hasil pelapukan batuan dasar dan masih berada di tempat asalnya.
Contoh: Tanah merah/tanah laterit hasil dekomposisi batuan di daerah tropis. Tanah merah lebih banyak mengandung lempung kaolinite, tidak begitu aktif, dan non-swelling.
Tanah Colluvial: terbentuk dari tanah yang berpindah dari tempat asalnya akibat gaya gravitasi pada saat kejadian keruntuhan lereng
Tanah Alluvial (endapan air): terbentuk dari tanah yang berpindah dari tempat asalnya akibat terbawa air yang mengalir
Fluvial: tanah deposit endapan sungai Lacustrine: tanah deposit endapan danau Coastal: tanah deposit endapan di tepi pantai Marine deposits: offshore deposits
Tanah Eolian (endapan angin): tanah deposit yang ditransportasikan oleh angin
Sand dunes Loess (silty) Volcanic dust
Tanah Glacial: tanah yang terbentuk karena terbawa oleh perpindahan/gerakan massa es dan oleh air dari lelehan massa es tersebut
TILL: tanah endapan yang terbawa langsung oleh massa es OUTWASH: tanah yang diendapkan oleh aliran air lelehan massa es
TERMINOLOGI KHUSUS
Tanah Expansive:
tanah yang berpotensi mengembang (peningkatan volume) akibat terjadi peningkatan kadar air dan menyusut bila kadar air berkurang. Clay shales dan tanah lempung montmorillonite
Tanah Collapsible:
tanah yang berpotensi mengalami pengurangan volume yang besar bila terjadi peningkatan kadar air tanpa adanya perubahan beban luar.
,tidak terganggu
,terganggu
ut
u
qS
q
Quick Clay: Tanah yang sangat peka terhadap gangguan. Apabila terganggu kekuatannya berkurang drastis. Kadar kepekaan adalah perbandingan antara kuat geser tanah asli dengan kuat geser tanah terganggu
Sensitifitas:
St Derajat Kepekaan
<4 Tidak sensitif
Kebanyakan lempung pada umumnya
4 < St < 8 Sensitif
> 8 Sangat sensitif
Tanah Organik:Tanah yang banyak mengandung komponen organik. Kuat geser rendah dan memiliki kompresibilitas yang besar
Mengandung massa kayu berserat, berwarna gelap hitam, berbau tumbuhan yang membusuk
Karakteristik TanahSistem Particulate:
Massa tanah terdiri dari partikel-partikel yang umumnya tidak terikat kuat satu dan lainnya. Pergeseran antar partikel menjadi tidak linear dan tidak dapat kembali ke bentuk asal
Sistem Multi Fase:• Zat padat• Zat cair atau gas di dalam pori antar partikel (biasanya air dan udara)
Bentuk, ukuran, tekstur, susunan, dan struktur partikel tanah:
Tanah Berbutir Kasar (ukuran > 0.06 mm):
Bentuk partikel Penyebab
Angular Pecahan batuan akibat pengaruh lingkungan atau pelapukan
Subangular Pecahan batuan dengan bagian permukaan yang halus akibat transportasi
Subrounded Permukaan umumnya halus karena sudah ditransportasikan cukup jauh
Rounded Permukaan halus dan bulat karena sudah bertahun-tahun ditransportasikan
Di dalam mekanika tanahkeberadaan massa tanah dianggap terdiri atas
tiga komponen
udara
butiran air
Modeldiagram
tigafasa
butiran
air
udara
Butiran/solid
Air/water
Udara/air
berat Isi/volume
Wa = 0
Ww
Ws
W
Va
Vw
Vs
Vv
V
Permodelan Parameter Fisik
W = Ws + Ww
V = Vs + Vw + Va
Vv = Vw + Va
V = Vs + Vv
Kadar Air/water content (w)Perbandingan antara berat air dengan berat butiran.
w = Ww/Ws X 100 [%]
14 sept
Berat isi butiran padat (s)Perbandingan antara berat butiran padat dengan isi butiran padat.
s = Ws/Vs
Berat Jenis Tanah
Jenis Tanah Berat Jenis Butir (Gs)
Kerikil 2,65 – 2,68
Pasir 2,65 – 2,68
Lanau Tidak Organik 2,62 – 2,68
Lempung Organik 2,58 – 2,65
Lempung Tidak Organik 2,68 – 2,75
Humus 1,35 – 1,37
Gambut 1,25 – 1,80
Keadaan Tanah & Derajad Kejenuhan
Keadaan Tanah Derajad Kejenuhan [%]
Kering 0
Agak Lembab 1 - 25
Lembab 26 - 50
Sangat lembab 51 - 75
Basah 76 - 99
Jenuh 100
Sistem Multi Fase:Hubungan antar fase
100%vVnV
v
s
VeV
1
ne
n
1
en
e
Porositas, n: Angka pori (void ratio):
Hubungan antara porositas dan angka pori:
Derajat Kejenuhan, S:
100%w
v
VS
V
Hubungan antar fase
100%w
s
Ww
W
s wW WW
V V
Kadar air:
Berat volume total atau basah (total atau wet unit weight):
Berat volume partikel solid tanah:
Berat volume kering:
ss
s
W
V
sd
W
V
Berat volume terapung:sat w
Pengujian Untuk Klasifikasi Tanah
Uji Saringan dan Atterberg Limit
Uji Saringan (Distribusi Ukuran Partikel) ASTM D422
Nomor Saringan Ukuran lubang (mm)
4 4.75
10 2
20 0.85
40 0.425
60 0.250
100 0.15
140 0.106
200 0.075
Parameter Bentuk Kurva Distribusi Ukuran Partikel
TanahKoefisien keseragaman (coefficient of uniformity) Cu
60
10u
DC
D
D60 = diameter butir yang lolos saringan sebanyak 60 persenD10 = dimeter butir yang lolos saringan sebanyak 10 persen
Cu = 1 adalah tanah yang memiliki satu ukuran butirCu = 2 atau 3 adalah tanah bergradasi burukCu >15 adalah tanah bergradasi baik
Parameter Bentuk Kurva Distribusi Ukuran Partikel
TanahKoefisien kelengkungan (coefficient of curvature) Cc
230
10 60c
DC
D D
D30 = diameter butir yang lolos saringan sebanyak 30 persen
Cc = 1 - 3 adalah tanah yang memiliki gradasi baik jikaCu > 4 untuk kerikilCu > 6 untuk pasir
Pengujian Untuk Klasifikasi Tanah
Atterberg Limits (ASTM D 4318)Dilakukan pada material tanah yang lolos saringan No. 40 (ukuran 0.425mm)
SL PL LL
Atterberg Limits (ASTM D 4318)
Liquid Limit
LIQUID LIMIT PLASTIC LIMIT
TEST TEST
TEST NO. OF TEST WATER
NO. BLOWS NO. CONTENT
1 6 61.13 % 5 23.75%
2 15 53.73 % 6 24.85%
3 27 47.24 %%
4 39 43.53 % 24.30%
LQUID LIMIT wL : 48.06 %
PLASTC LIMIT wP : 24.30 %
PLASTICITY INDEX IP : 23.76 %
N O T E :
WATER CONTENT
MEANVALUE
Flow Graph
40
45
50
55
60
65
1 10 100
Number of Blows
Wat
er C
on
ten
t (
%)
25
SISTEM KLASIFIKASI TANAH
Sistem Departemen Pertanian Amerika (U.S Department of Agriculture)
Sistem USCS (Unified Soil Classification System)
Sistem AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials)
Digunakan oleh ASTM (American Society for Testing and Materials) dan the Uniform Building Code (UBC)
Digunakan terutama untuk mengklasifikasikan tanah subgrade
Diagram Plastisitas (ASTM, Casagrande)Untuk tanah berbutir halus dan bagian butir halus dari tanah berbutir kasar
Kelas Subgrade
Nilai Indeks Group
Sangat baik 0
Baik 0 – 1
Sedang 2 – 4
Buruk 5 – 9
Sangat buruk
10 - 20
Tegangan Dalam Tanah
A
Titik A akan mengalami teganganYang disebabkan oleh :a. Berat tanah yang ada di atasnya.b. Pengaruh beban luar.
h
fz
Tegangan akibat beban luar.
ATegangan tambahan akibat Beban luar bergantung pada:1. Bentuk beban2. Posisi titik yang ditinjau
terhadap beban.
h
fz
80
KONSOLIDASI TANAH
Lempung jenuh
MT
q kPa
Lempung jenuh
MT
Ho
Waktu ke 0
e = eo
H
Waktu ke
e = eo - e
Konsolidasi (pemampatan ) = H
Tanah akan mengalami pemampatan apabila dibebani dengan suatu beban.
81
KONSOLIDASI TANAH
Dalam fase tanah, konsolidasi dapat diidealisasikan sebagai keluarnya sebagian air akibat dari pembebanan.
e
1
eo
Time = 0+
Time =
Konsolidasi (pemampatan ) = e
waktu
sett
lem
ent
e
82
PERUBAHAN AKIBAT KONSOLIDASI
tetap sama (=q) selama pembebanan.
GL
q kPa
A
u
’
u berkurang, karena sebagian air terdrainasi keluar dari tanah
u
’
q
’ bertambah karena terjadi transfer beban dari air ke
butiran tanah
Lempung jenuh
84
UJI KONSOLIDASI TANAH
H1
q1
eo- e1
)1(11 o
o
eH
He
eoHo
q2
Proses konsolidasi dilakukan dengan pertambahan beban
H2
)1(22 o
o
eH
He
Pelepasan beban secara bertahap
eo- e2
Seluruh d ip iku l a ir
Seluruh d ip iku l Tanah
U + U
S
pegas(tanah)
kecepatan a ir d itentukan perm eabilitas
a ir
0 0
0
PEMODELAN KONSOLIDASI PRIMER
Akibat pertambahan beban kenaikan tekanan air pori
Keluarnya air dari pori tekanan air pori kembali lagi (tanah settle)
Persamaan untuk Menghitung Penurunan Konsolidasi (Normally Consolidated Clay)
o
avo
o
cc p
pΔplog
e1H
C
Dimana,
p0 = tekanan efektif akibat berat sendiri
pav = tambahan tekanan efektif akibat beban diatas lapisan kompresible
e0 = initial void ratio
Cc = compression index
Hc = tebal lapisan lempung
97
KONSOLIDASI TANAH
Lempung jenuh
MT
q kPa
Lempung jenuh
MT
Ho
Waktu ke 0
e = eo
H
Waktu ke
e = eo - e
Konsolidasi (pemampatan ) = H
Tanah akan mengalami pemampatan apabila dibebani dengan suatu beban.
98
KONSOLIDASI TANAH
Dalam fase tanah, konsolidasi dapat diidealisasikan sebagai keluarnya sebagian air akibat dari pembebanan.
e
1
eo
Time = 0+
Time =
Konsolidasi (pemampatan ) = e
waktu
sett
lem
ent
e
99
PERUBAHAN AKIBAT KONSOLIDASI
tetap sama (=q) selama pembebanan.
GL
q kPa
A
u
’
u berkurang, karena sebagian air terdrainasi keluar dari tanah
u
’
q
’ bertambah karena terjadi transfer beban dari air ke
butiran tanah
Lempung jenuh
101
UJI KONSOLIDASI TANAH
H1
q1
eo- e1
)1(11 o
o
eH
He
eoHo
q2
Proses konsolidasi dilakukan dengan pertambahan beban
H2
)1(22 o
o
eH
He
Pelepasan beban secara bertahap
eo- e2
102
GRAFIK TIPIKAL HASIL UJI KONSOLIDASI
log v’
An
gka p
ori
pembebanan
v’ bertambah &
e berkurangPelepasan beban
v’ berkurang &
e bertambah (swelling)
103
INDEKS KOMPRESI DAN INDEKS REKOMPRESI
log v’
An
gka p
ori
1
Cc
Cc ~ indeks kompresi
Cr ~ indeks recompresi
1Cr
1
Cr
OVERCONSOLIDATION RATIO (OCR)
log v’
void
rati
o
virgin consolidation line
p’vo’
eo
Kondisi awal
vo’'
'
vo
pOCR
p’ = tekanan prakonsolidasi
HITUNGAN SETLLEMENT DARI HASIL UJI KONSOLIDASI
'
''log
vo
vocCe
awal
vo
’
eo
vo’+
e
Penurunan pada lempung normally consolidated,seluruh lintasan beban jatuh pada VCL.
Penurunan (settlement) :
Hitungan penurunan menggunakan e dari grafik hasil uji konsolidasi
HITUNGAN SETLLEMENT DARI HASIL UJI KONSOLIDASI
Hitungan penurunan menggunakan e dari grafik hasil uji konsolidasi
'
''log
vo
vorCe
vo’
awaleo
vo’+
Settlement pada lempung overconsolidated dengan beban kurang dari tekanan pra-konsolidasi memberikan perbedaan dalam cara perhitungan
e
VCL menggunakan nilai
Crp’
Penurunan (settlement):
HITUNGAN SETLLEMENT DARI HASIL UJI KONSOLIDASI
'
''log
'
'log
p
voc
vo
pr CCe
vo’
awaleo
vo’+
VCL
p’
e
Settlement pada lempung overconsolidated dengan beban lebih besar dari tekanan pra-konsolidasi memberikan perbedaan dalam cara perhitungan
Hitungan penurunan menggunakan e dari grafik hasil uji konsolidasi
Penurunan (settlement):