bab 6 konsolidasi dan penurunan

BAB VI

KONSOLIDASI DAN PENURUNAN

1. PENGANTAR

Apabila suatu lapisan tanah mengalami tambahan beban diatasnya,

maka air pori akan mengalir dari lapisan tersebut, sehingga volumenya

akan menjadi lebih kecil, kemudian terjadi perubahan elastis ataupun

perubahan plastis yang dapat mengakibatkan penurunan tanah baik

penurunan secara langsung maupun terjadinya konsolidasi.

2. TUJUAN INSTRUKSIONAL UMUM

Setelah mempelajari Bab ini, diharapkan dapat memahami proses

terjadinya konsolidasi dan penurunan dalam tanah.

3. TUJUAN INSTRUKSIONAL KHUSUS

Setelah mempelajari materi ini, taruna akan dapat :

Memahami dan mengetahui cara mengukur konsolidasi

Mengetahui cara menghitung besarnya penurunan tanah

Mengetahui cara menghitung tegangan dalam tanah.

4. URAIAN MATERI POKOK

4.1 PENDAHULUAN

Apabila beban (tekan) bekerja pada suatu massa tanah, maka

volumenya akan berkurang. Pengurangan volume massa tanah

sebagai akibat tekanan tersebut, dinamakan kompresi .

Mekanika Tanah VI-1

Konsolidasi Dan Penurunan

Sebagaimana diketahui, pada suatu massa tanah terdapat pori-

pori. Jika pori-pori tersebut terisi udara saja maka kompresi pada

tanah akan terjadi lebih cepat, karena udara bersifat kompresibel.

Tetapi jika pori-pori tanah terisi penuh air maka pengurangan

volume akan terjadi jika air dikeluarkan dari pori-porinya.

Setiap proses yang mengurangi kadar air pada tanah jenuh tanpa

penggantian air tersebut dengan udara disebut proses

Konsolidasi.

Proses yang berlawanan dengan Konsolidasi disebut Swelling

(pemuaian) yaitu proses penambahan kadar air akibat

pertambahan volume rongga di dalam tanah.

Proses pengeluaran udara yang berada di dalam rongga tanah

dengan cara penggetaran atau pemadatan disebut Kompaksi .

Pada umumnya konsolidasi ini akan berlangsung dalam satu

jurusan saja, yaitu jurusan vertical, karena lapisan yang kena

tambahan beban itu tidak dapat bergerak dalam jurusan

horizontal sebab lapisan tanah ditahan oleh tanah

disekelilingnya. Keadaan-keadaan demikian dapat dilihat seperti

pada Gambar 6.1. Jenis konsolidasi ini dinamakan One

Dimensional Consolidation (Konsolidasi satu arah) dan

perhitungan konsolidasi hampir selalu didasarkan pada teori “one

dimensional consolidation” itu.

Mekanika Tanah VI-2


Gambar 6.1 One Dimensional Consolidation

Pada saat konsolidasi berlangsung, maka struktur bangunan akan

mengalami penurunan. Dalam keadaan ini ada dua hal yang perlu

diketahui mengenai penurunan itu, yaitu :

1) Besarnya penurunan yang akan terjadi

2) Kecepatan penurunan ini

Bila lapisan tanah terdiri dari tanah lempung maka penurunan

akan besar, sedangkan jika lapisan tanah terdiri dari pasir, maka

penurunan akan kecil.

Karena itu lempung dikatakan mempunyai “high compressibility”

dan pasir mempunyai “low compressibility”.

Penurunan pada lempung biasanya makan waktu yang lama,

sebagai akibat daya rembes air dalam lapisan tanah lempung

sangat rendah sehingga saat pembangunan selesai penurunan

masih terus terjadi. Sebaliknya pada lapisan pasir penurunan

terjadi dengan cepat sehingga pada waktu pembangunan diatas

lapisan pasir sudah selesai, maka penurunan juga sudah terhenti.

Mekanika Tanah VI-3


Oleh karena itu pada perhitungan besarnya penurunan, biasanya

hanya penurunan pada lapisan lempung yang diperhitungkan,

sedangkan penurunan pada lapisan pasir diabaikan.

4.2 PENGERTIAN “NORMALLY CONSOLIDATED” DAN

“OVER CONSOLIDATED”

Kedua istilah ini dipakai untuk menggambarkan suatu sifat yang

penting dari lapisan lempung endapan (sedimentary clay).

Over Consolidated

Pada lapisan lempung endapan, pada saat pengendapannya akan

mengalami konsolidasi dan penurunan akibat tekanan dari

lapisan-lapisan yang kemudian mengendap diatasnya. Lapisan-

lapisan yang diatas ini lama kelamaan mungkin menjadi hilang

lagi oleh karena sebab-sebab geologi, misalnya erosi air. Ini

berarti bahwa lapisan-lapisan dibawah sudah pernah mengalami

konsolidasi akibat tekanan lebih besar daripada tekanan yang

dialami sekarang. Lapisan semacam ini disebut “Over

Consolidated”

Normally Consolidated

Sedangkan lapisan yang belum pernah menerima tekanan

diatasnya yang lebih berat daripada tekanan yang dialami

sekarang, maka kondisi ini disebut “Normally Consolidated”

4.3 PENGUKURAN KONSOLIDASI

Untuk mengukur konsolidasi di laboratorium dipakai alat

konsolidasi (consolidated apparatus atau oedometer). Prinsip alat

ini dapat dilihat pada Gambar 6.2. Caranya contoh tanah

Mekanika Tanah VI-4


dimasukkan dalam suatu cincin dengan batu berpori (porous

stone) yang dipasang dibawah dan diatasnya. Cincin dengan batu

berpori ini ditaruh dalam sel konsolidasi yang berisi air supaya

tanah tidak menjadi kering. Kemudian contoh diberi beban

vertikal yang tertentu dan penurunan diukur dengan arloji

penunjuk. Tekanan tersebut dibiarkan berlaku sampai penurunan

selesai. Sesudah itu contoh diberi tambahan beban, dan juga

dibiarkan berlaku sampai penurunan berhenti dan seterusnya.

Biasanya beban ditambah setiap 24 jam dengan memakai harga

tegangan yang berikut : 0,25; 0,5; 1,0; 2,0; 4,0; 8,0 kg/cm²

Setelah mencapai 8 kg/cm² beban dikurangi lagi sampai 0,25

kg/cm² untuk mendapat “rebound curve” . Pada setiap

pembebanan pembacaan penurunan dilakukan pada waktu-waktu

tertentu. Dengan demikian besarnya penurunan maupun

kecepatannya dapat diketahui.

Gambar 6.2 Percobaan Konsolidasi

4.4 BESARNYA PENURUNAN

Mekanika Tanah VI-5


Pada percobaan konsolidasi, seperti pada Gambar 6.2 , besarnya

penurunan yang terjadi pada setiap tegangan diambil dari

pembacaan-pembacaan arloji penunjuk yang terakhir untuk

tegangan tersebut.

Angka-angka penurunan ini dipakai untuk membuat grafik

penurunan terhadap tegangan sebagai abses (dengan skala

logaritmes) dan angka pori sebagi ordinat (dengan skala biasa).

Tetapi pembacaan-pembacaan penurunan dapat dipakai langsung

sebagai ordinat dan metode ini masih sering dipakai di Indonesia.

4.5 PERHITUNGAN PENURUANAN

Sebagai contoh cara menghitung penurunan diambil keadaan

seperti terlihat pada Gambar 6.3, yaitu pondasi plat di atas

lapisan lempung. Dibawah lapian lempung, pada kedalaman 18

meter, terdapat lapisan pasir. Dalamnya pondasi adalah 1 meter,

dan muka air tanah terdapat pada kedalaman 3,0 meter.

Mekanika Tanah VI-6


Gambar 6.3

Perhitungan penurunan dapat dilakukan secara bertahap sebagai

berikut :

Mekanika Tanah VI-7


(a). Lapisan tanah lempung ini dibagi menjadi beberapa lapisan

yang lebih tipis, dalam hal ini dibuat tiga lapisan, masing-

masing setebal 5 meter, 6 meter dan 6 meter. Pemmbagian

diperlukan untuk memperhitungkan variasi nilai Po

(tegangan semula) dan P1 (tegangan akhir) pada lapisan

lempung ini.

(b) Nilai Po dihitung pada pertengahan masing-masing lapisan.

Misalnya pada lapisan 1 :

Po = (350 x 1,7 – 50 x 1,0) x kg/cm2 = 0,545 kg/cm2

(c) Nilai p dihitung pada pertengahan masing-masing lapisan

dan dibawah titik tengah-tengah pondasi tersebut.. Ini dapat

dilakukan dengan mempergunakan grafik yang terdapat

pada Gambar 6.4. Dengan grafik tersebut dapat ditentukan

tegangan vertikal dibawah sudut suatu pondasi, sehingga

untuk mendapatkan tegangan dibawah titik tengah, pondasi

dianggap terdiri dari empat bagian yang sama besarnya. Jadi

disini B = 5 m dan L = 20 m.

Nilai m dan n ditentukan pada pertengahan maing-masing

lapisan.

Misalnya pada lapisan 1 :

Z = 2,5 m, sehingga m = = 2 dan n = = 8

Jadi pada Gambar 6.4 didapat Iσ = 0,24

Nilai p akibat seperempat luas pondasi = Iσq

Sehingga untuk seluruh pondasi p = 4 Iσq

(d) Nilai p ini ditambah pada Po adalah merupakan nilai P1,

yaitu tegangan setengah bangunan didirikan.

Mekanika Tanah VI-8


(e) Dengan memakai nilai Po dan P1, ditentukan penurunan h

pada masing-masing lapisan.

Misalnya pada lapisan 1 : h = 0,755 – 0,170 mm = 0,585

mm

(f) Penurunan pada masing-masing lapisan sekarang dapat

dihitung dengan rumus : s = H

Misalnya pada lapisan 1 : s = x 500 cm = 14,6

cm.

(g) Dengan menjumlah penurunan pada masing-masing lapisan,

didapat jumlah penurunan yang dicari, dalam hal ini

perhitungan diatas sebesar 34 cm.

(h) Waktu yang diperlukan untuk penurunan ini dihitung dengan

rumus :

t =

Untuk menentukan jangka waktu sampai penurunan 90 %

selesai, digunakan rumus :

t90 =

Dalam hal ini H adalah sebesar separuh tebal lapisan, karena air

dapat mengalir keatas dan kebawah, yaitu H = 8,5 m = 850 cm.

Nilai Cv diambil sebesar 6 x 10-3 cm2/detik, sehingga :

t90 = detik = 3,2 tahun.

Mekanika Tanah VI-9


4.6 PERHITUNGAN TEGANGAN

Untuk dapat menghitung besarnya penurunan, maka harus

diketahui tegangan semula (Po) pada lapisan yang bersangkutan

dan tegangan sesudah pembangunan selesai (P). Cara

menghitung kedua tegangan ini adalah sebagai berikut :

a). Po (tegangan efektif semula)

Tegangan ini dalah akibat berat tanah sendiri, dan dapat

dihitung langsung, asal diketahui berat isi tanah dan

dalamnya muka air tanah.

b). P (tegangan efektif setelah pembangunan selesai)

Tegangan P = Po + p, dimana p adalah tambahan

tegangan akibat adanya bangunan. Besarnya p biasanya

dihitung dengan memakai teori elastis.

Dalam perhitungan dimaksud, ada berbagai macam grafik dan

tabel-tabel yang diperlukan, misalnya pada Gambar 6.4 adalah

suatu grafik untuk menghitung tekanan dibawah pondasi yang

berbentuk persegi.

Harga Po dan P pada suatu lapisan tidak konstan, harganya

tergantung kepada dalamnya. Karena itu untuk menghitung

penurunan biasanya perlu membagi lapisan bersangkutan dalam

beberapa lapisan yang cukup tinggi, sehingga harga-harga Po dan

P cukup tepat.

Mekanika Tanah VI-10


Gambar 6.4

Grafik Perhitungn Tegangan Dibawah Pondasi Persegi

Mekanika Tanah VI-11


bab 6 konsolidasi dan penurunan

Documents