bab i pendahuluan - bpsdm.pu.go.id fileperencanaan bendungan urugan tingkat dasar perhitungan...
TRANSCRIPT
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 1
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Bangunan hidraulik seperti halnya bendungan merupakan bangunan sipil
yang cukup kompleks dan sangat berisiko terjadinya keruntuhan. Keruntuhan
pada bangunan sipil lainnya seperti jembatan ataupun gedung bertingkat hanya
akan membahayakan manusia yang berada di dekatnya. Namun, keruntuhan
pada bangunan hidraulik, seperti halnya bendungan akan dapat menimbulkan
bencana besar baik itu korban jiwa maupun kerugian harta benda bagi
penduduk yang tinggal di sekitar hilir bendungan.
Di Indonesia, sejak tahun 1900 sampai sekarang telah dibangun lebih
dari 120 buah bendungan besar dan ratusan bangunan air lainnya. Pada
mulanya bendungan-bendungan ini dibangun hanya untuk memenuhi
kebutuhan irigasi saja. Namun seiring dengan meningkatnya kebutuhan air
untuk sektor lain, kini telah banyak dibangun bendungan multi fungsi, seperti
halnya sebagai pembangkit tenaga listrik, penyediaan air bersih ataupun
pengendali banjir.
Dalam merancang bangunan dan bangunan air lainnya, analisis
deformasi atau penurunan serta pemadatan (konsolidasi) harus
dipertimbangkan terhadap risiko keruntuhan selain akibat bencana alam gempa,
banjir, dan longsoran. Untuk mencegah atau mengurangi risiko ini seminimum
mungkin, maka perlu diperhatikan hal-hal sebagai berikut:
a) Data parameter teknis tanah ditentukan dari hasil penyelidikan geoteknik
lapangan dan pengujian laboratorium, yang diperlukan dalam desain
bangunan air (tanggul, lapisan tanah bentuk lainnya).
b) Penyelidikan lapangan dan pengujian laboratorium untuk menunjang
data parameter tersebut agar terjamin mutu atau akurasi data hasil uji
yang diperoleh, agar sesuai dengan spesifikasi yang ditentukan dalam
desain.
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 2
Desain suatu bendungan tipe urugan yang menahan air dalam volume
yang besar, harus mempertimbangkan faktor keamanan terhadap pengaruh
kestabilan lereng bendungan. Dari pengalaman di Amerika Serikat (USBR) dan
di negara-negara lain di dunia kurang lebih 12% dari bendungan tipe urugan
yang mengalami keruntuhan disebabkan karena pengaruh kestabilan lereng
bendungan.
Ketidakstabilan lereng adalah salah satu bentuk masalah stabilitas untuk
bendungan urugan existing. Kondisi lainnya yang membahayakan stabilitas
bendungan urugan adalah deformasi berlebihan, tegangan berlebihan, limpasan
(overtopping), dan erosi internal. Bentuk-bentuk ketidakstabilan bendungan
urugan ini dapat terjadi pada kondisi biasa dan luar biasa.
Pembebanan dapat menyebabkan penurunan fondasi dan urugan, serta
pergerakan lateral urugan bendungan yang dipadatkan. Jika penurunan ini
merata, biasanya tidak begitu menjadi masalah, lain halnya jika yang terjadi
adalah penurunan diferensial, seperti retakan transversal, rembesan dan
longsoran (Carlina Soetjiono dan Sunarto, 1998; Departemen Pekerjaan Umum,
2006).
Oleh karena itu, untuk menjamin bendungan dapat berfungsi dengan
baik dan aman, maka diperlukan suatu pengawasan yang ketat dan kontinyu
pada waktu pelaksanaan agar memenuhi semua spesifikasi yang ditentukan
dalam desain dan memenuhi uji mutu konstruksi. Karena itu pada saat
pelaksanaan konstruksi, perlu dilakukan uji mutu perbaikan fondasi dan
abutment, uji mutu bahan tanah di borrow area dan batu di quarry area, serta uji
mutu konstruksi atau pemadatan urugan tanah, filter dan batu (Departemen
Kimpraswil, 2004, “Pd M-01-2004-A”).
Dengan demikian, modul ini dapat memberikan informasi tentang
bagaimana pengaruh ketidakstabilan bendungan urugan, akibat pemadatan
(konsolidasi) tanah dan penurunan tanah akibat pembebanan. proyek apa saja
yang harus dikaji ulang dan dianalisis, metode analisis, dan kegiatan perbaikan
apa yang perlu diambil untuk memperbaiki stabilitas lereng statik.
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 3
Oleh karena itu, telah dibuat standar mengenai Cara Uji Konsolidasi Tanah
Satu Dimensi, yang dapat digunakan sebagai acuan bagi pendesain (Pusat
Penelitian dan Pengembangan Sumber Daya Air, 2006, SNI-Konsol-1D RPT3
(2812-1992), Balitbang, Departemen Pekerjaan Umum.
B. Maksud dan Tujuan
B.1. Maksud
Materi pelatihan ini dimaksudkan untuk memberi pembekalan kepada
peserta dasar-dasar pertimbangan, cara dan metode yang dapat digunakan
dalam melakukan analisis perhitungan konsolidasi dan penurunan tanah.
Pengkajian ini dilakukan dengan konsep dasar konsolidasi dan penurunan
tanah dengan mempertimbangkan pembebanan, sifat teknik material, tekanan
air pori dan faktor keamanan minimum untuk setiap kondisi pembebanan.
B.2. Tujuan
Setelah mengikuti pelatihan ini peserta diharapkan mampu memahami
dasar-dasar, dan cara-cara serta metode-metode analisis perhitungan
konsolidasi dan penurunan tanah, sehingga dapat diperoleh desain bendungan
tipe urugan yang mantap, aman, stabil sesuai dengan pertimbangan analisis
stabilitas desain, pembebanan dan kriteria faktor keamanan minimum yang
disyaratkan.
C. Ruang Lingkup
Setelah pelatihan ini, peserta diharapkan mampu :
1) Memahami dasar-dasar pertimbangan dan cara-cara analisis perhitungan
konsolidasi dan penurunan tanah.
2) Memberikan pertimbangan kondisi pembebanan lapisan tanah.
3) Memberikan pertimbangan sifat teknik material, dan tekanan air pori
lapisan tanah suatu bangunan.
4) Memberikan data dan informasi lain dengan faktor-faktor keamanan
minimum yang diperlukan dalam desain stabilitas terhadap penurunan
tanah (bendungan urugan).
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 4
D. Pendukung Pembelajaran
Agar peserta dapat memahami materi pelatihan ini secara lebih
mendalam dan komprehensif, disarankan untuk mempelajari pula modul-modul
penting lainnya yang sangat mendukung materi ini, Standar Nasional Indonesia
(SNI) dan pedoman terkait tentang survei, investigasi, desain, konstruksi,
operasi dan pemeliharaan yang dikeluarkan oleh Departemen PU dan atau unit-
unit organisasi di bawahnya. Oleh karena itu, peserta perlu dibekali dengan
pemahaman penyelidikan geoteknik dan pengujian laboratorium tanah untuk
mendapatkan data hasil uji yang handal dan akurat, yang diperlukan dalam
analisis perhitungan penurunan bendungan.
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 5
BAB II
KONSEP DASAR KONSOLIDASI DAN PENURUNAN A. Umum
Jika suatu massa lapisan tanah mengalami tambahan beban di atasnya
(seperti bangunan gedung, beban jalan, bendungan dan bangunan air lainnya),
maka air pori akan mengalir dari lapisan tersebut dan isinya menjadi lebih kecil
karena terjadi pemampatan pada massa tanah tersebut (biasanya disebut
proses konsolidasi). Pemampatan dapat terjadi akibat berbagai proses
misalnya :
- Keluarnya air dan udara dari pori-pori massa tanah;
- Pemampatan butir-butir tanah;
- Pemampatan udara dan air dalam pori-pori massa tanah.
Pada proses pemadatan tanah umumnya udaralah yang keluar dan
terjadi penyusunan partikel-partikel padat. Tanah berbutir kasar umumnya
dapat menjadi padat dalam waktu yang relatif singkat karena sifat
permeabilitasnya tinggi dan udara dalam butir tanah yang mudah keluar dari
pori-pori.
Oleh karena itu pada tanah berbutir kasar, penurunan yang terjadi
kemungkinan telah selesai pada masa pembangunan (low compressibility) dan
tidak menimbulkan masalah di kemudian hari. Lain halnya dengan tanah
berbutir halus (lempung, lanau halus), yang umumnya mempunyai sifat daya
rembesan air yang relatif rendah (high compressibility). Air dapat keluar dari
pori-pori butiran tanah dalam jangka waktu lama, sehingga penurunan yang
mungkin terjadi akibat pemampatan tanah membutuhkan waktu yang lama dan
patut diperhitungkan. Lihat Gambar 2.1.
Konsolidasi adalah suatu proses perubahan volume tanah akibat
keluarnya air pori yang disebabkan oleh peningkatan tekanan air pori dalam
lapisan tanah jenuh air tanpa tempatnya digantikan oleh udara, yang diberi
beban sampai terjadi kondisi seimbang.
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 6
Terkonsolidasi berarti suatu proses dengan memberikan tekanan samping
sesuai dengan kebutuhan dan dibiarkan hingga tekanan air porinya kembali
pada tekanan semula sebelum pengujian.
Perbedaan antara konsolidasi dan pemadatan adalah seperti diperlihatkan
pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Perbedaan antara pemadatan dan konsolidasi
Pemadatan tanah Konsolidasi
1. Pemampatan terjadi karena
keluarnya udara dari pori-pori tanah.
Pemampatan terjadi karena keluarnya
air dan udara dari pori-pori tanah.
2. Membutuhkan waktu singkat. Membutuhkan waktu yang lama.
3. Terjadi akibat beban yang bekerja
dalam waktu singkat.
Terjadi akibat beban yang bekerja
terus menerus dalam waktu lama.
Pada umumnya, konsolidasi ini berlangsung dalam satu arah saja
(vertikal), karena lapisan yang kena tambahan beban tidak dapat bergerak
dalam arah horisontal (karena tertahan oleh tanah di sekelilingnya). Lihat
Gambar 2.1. Dalam hal ini disebut konsolidasi satu arah (one dimensional
consolidation) dan perhitungannya hampir selalu berdasarkan teori “one
dimensional consolidation” tersebut.
Pada waktu konsolidasi berlangsung, bangunan di atas lapisan tanah tersebut
akan menurun (settle). Dalam bidang teknik sipil ada dua hal yang perlu
diketahui mengenai penurunan yaitu:
1) Besarnya penurunan yang akan terjadi
2) Kecepatan penurunan yang terjadi.
Lihat Gambar 2.1, 2.2 Gambar 2.3.
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 7
Gambar 2.1 Konsolidasi satu dimensi
Gambar 2.2 Sketsa tahap konsolidasi
Gambar 2.3 Sketsa alat konsolidometer (oedometer)
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 8
B. Istilah Normally Consolidated dan Over Consolidated
Kedua istilah itu menggambarkan sifat penting dari lapisan lempung
endapan (sedimentary clays). Setelah pengendapan lapisan lempung ini akan
mengalami konsolidasi dan penurunan akibat tekanan dari lapisan-lapisan yang
mengendap di atasnya. Namun, lapisan tersebut lama kelamaan mungkin akan
hilang lagi karena proses geologi (misalnya erosi air atau es). Berarti, lapisan
bawah dalam sejarah geologinya pernah mengalami konsolidasi akibat tekanan
yang lebih tinggi daripada tekanan yang berlaku di atasnya pada masa
sekarang (lihat Gambar 2.4).
Lapisan semacam ini disebut over consolidated (lihat Gambar 2.6),
sedangkan yang belum pernah mengalami tekanan yang lebih tinggi daripada
sekarang disebut normally consolidated (lihat Gambar 2.5).
Gambar 2.4 Pengujian konsolidasi pada contoh terganggu
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 9
Gambar 2.5 Pengujian konsolidasi pada contoh terkonsolidasi normal
Gambar 2.6 Pengujian konsolidasi pada contoh over konsolidasi
C. Pengukuran Konsolidasi
Alat yang digunakan untuk mengukur konsolidasi di laboratorium disebut
alat konsolidasi atau consolidated apparatus atau oedometer. Prinsip alat ini
dapat dilihat pada Gambar 2.3. Contoh tanah dimasukkan dalam suatu cincin
dengan batu berpori (porous stones) yang dipasang di bawah dan di atasnya.
Kemudian, cincin tersebut diletakkan dalam sel konsolidasi yang berisi air agar
tanah tidak kering.
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 10
Setelah itu, contoh diberi beban vertikal tertentu dan penurunannya
diukur dengan arloji penunjuk (dial gauge); tekanan dibiarkan hingga penurunan
selesai. Lalu, diberi tambahan beban dan dibiarkan sampai penurunan berhenti
dan seterusnya. Biasanya beban ditambah setiap 24 jam dengan menggunakan
nilai tegangan sebagai berikut : 0,25; 0,5; 1,0; 2,0; 4,0; dan 8,0 kg/cm2.
Setelah mencapai 8,0 kg/cm2 beban dikurangi lagi sampai 0,25 kg/cm2 untuk
mendapatkan rebound curve. Pada setiap pembebanan, pembacaan
penurunan dilakukan dalam jangka waktu tertentu. Hal ini dimaksudkan untuk
mengetahui baik besarnya penurunan maupun kecepatan penurunan tanah.
D. Besarnya Penurunan
Besarnya penurunan yang terjadi pada setiap tegangan diambil dari hasil
pembacaan arloji penunjuk terakhir untuk tegangan tersebut. Nilai-nilai
penurunan digunakan untuk membuat grafik penurunan terhadap tegangan
sebagai absis (dengan skala logaritma) dan angka pori sebagai ordinat (dengan
skala biasa). Pembacaan penurunan dapat juga digunakan langsung sebagai
ordinat yang masih sering dilakukan di Indonesia.
E. Pengujian Konsolidasi
Uji konsolidasi adalah uji yang dilakukan untuk mengetahui karakteristik
suatu lapisan tanah selama proses konsolidasi berlangsung dan merupakan
suatu metode uji untuk menentukan koefisien pemampatan dan kelulusan air
tanah.
Uji konsolidasi satu dimensi (atau uji oedometer) memberikan salah satu hasil
uji laboratorium sifat tanah yang paling berguna dan handal (terpercaya).
Uji ini dapat digunakan untuk menentukan parameter kompresibilitas (Cc,
Cs, Cr), kekakuan sesuai dengan modulus tertahan (D‟ = 1/mv), tegangan
prakonsolidasi (p‟), laju konsolidasi (cv), laju rayapan (C), dan nilai perkiraan
kelulusan air (k).
Tahapan pengujian konsolidasi meliputi: 1) penjenuhan benda uji; 2)
peningkatan pembebanan; 3) penurunan pembebanan; 4) pengeluaran benda
uji; dan 5) penimbangan benda uji.
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 11
BAB III
UJI KONSOLIDASI SATU DIMENSI A. Umum
Tujuan uji konsolidasi satu dimensi adalah untuk menentukan sifat-sifat
tegangan prakonsolidasi, karakteristik tekanan, rayapan, kekakuan, dan laju
aliran dari tanah akibat pembebanan. Uji ini dapat dilakukan dengan mengacu
pada standar uji SNI 03-2812 atau ASTM D 2435. Uraian prosedur pengujian
yang perlu dilakukan adalah sebagai berikut.
1) Uji ini dilakukan dengan menggunakan benda uji tipis (tebal 25 mm),
yang berdiameter kecil antara 50 - 75 mm, yang diambil dari contoh tidak
terganggu. Pemilihan contoh yang representatif untuk pengujian
biasanya sulit. Contoh yang disiapkan ditempatkan di dalam alat
pembebanan berdinding kaku yang disebut konsolidometer atau
oedometer (lihat Gambar 3.2a, b, c dan d). Semua beban dan deformasi
yang tercatat adalah dalam arah vertikal.
2) Benda uji dibebani beban inkremental yang berupa ganda setelah tahap
keseimbangan tercapai (setelah tp sesuai dengan akhir konsolidasi
primer). Secara konvensional akan dibutuhkan waktu inkremen 24 jam
per beban. Secara alternatif benda uji dapat dibebani menerus dengan
pemantauan oleh sel beban dan transduser tekanan air pori.
3) Pada umumnya, dapat dilakukan siklus tanpa beban dan dibebani ulang
selama pengujian tanpa pembebanan awal pada inkremen beban
sepanjang bagian asli dari kurva konsolidasi. Siklus tanpa beban dan
dibebani ulang memberikan perkiraan karakteristik rekompresi tanah
yang lebih handal atau dapat dipercaya.
B. Peralatan Pengujian
Rangkaian peralatan ini digunakan untuk melakukan uji konsolidasi
satu dimensi pada tanah terganggu dan tanah tidak terganggu (lihat
Gambar 3.1), yang terdiri atas beberapa kelompok peralatan. Kelompok
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 12
peralatan tersebut meliputi peralatan pembeban aksial, peralatan ukur,
peralatan pengontrol tekanan, sel konsolidasi dan perlengkapannya, serta
peralatan lain. Jenis-jenis alat uji konsolidasi satu dimensi dapat dilihat pada
Gambar 3.2.
Gambar 3.1 Contoh rangkaian peralatan konsolidasi (Oedometer)
(Sumber: Revisi SNI 03-2812-1992)
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 13
Gambar 3.2 Alat uji konsolidasi 1- dimensi (a) Oedometer Wykeham Farrance dengan lengan beban momen, (b) Konsolidometer pneumatik (Anteus).
Gambar 3.2 Alat uji konsolidasi 1- dimensi (c) Sel Rowe menggunakan sistem beban hidraulik (GeoComp Corp),
(d) Grafik ideal e-log v‟ untuk mendapatkan parameter konsolidasi. Sumber: “Pedoman penyelidikan geoteknik untuk fondasi bangunan air”, Vol. 2 (Pd T-03.2-2005-A) [5].
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 14
B.1. Peralatan pembeban aksial
Peralatan pembeban aksial terdiri atas:
a) Dudukan alat pembeban dan pengunci lengan pembeban;
b) Satu lengan pembeban tersangga pada dudukan alat pembeban dan yang
lainnya tersangga pada rangka pembeban, yang dibuat dengan nilai
banding tertentu, yaitu 1 : 9 atau 1 : 10;
c) Beban imbang yang disetel agar lengan berada dalam keadaan mendatar;
d) Gantungan beban yang dilengkapi dengan beban-beban yang porosnya
dapat dipindah-pindah sesuai keperluan;
e) Rangka pembeban yang berfungsi memberi gaya vertikal pada landasan
penutup benda uji lewat stang penekan benda uji;
f) Tiang penyangga dan batang penopang arloji ukur;
g) Arloji ukur untuk mengukur perubahan vertikal benda uji dengan ketentuan:
1) Mampu mengukur beban tertentu dalam jangka waktu panjang,
dengan ketelitian + 0,5% dari beban terpasang;
2) Mengukur tambahan beban dalam waktu singkat tanpa berpengaruh
pada benda uji.
B.2. Sel konsolidasi
Sel konsolidasi terdiri atas bagian-bagian sebagai berikut :
a) Badan dan dasar sel;
b) Cincin penahan dan sekrup pengencang;
c) Landasan penutup benda uji;
d) Cincin cetak benda uji :
1) berdiameter minimal 50 mm, atau minimum 5 mm lebih kecil daripada
tabung benda uji bila dikeluarkan dengan alat pengeluar benda uji;
2) harus terbuat dari bahan tahan korosi, dan tidak cepat aus;
3) cincin harus kaku sehingga benda uji yang diberi tekanan tidak
mengubah diameter cincin melebihi 0,03 % dari diameter cincin;
e) Batu pori :
1) terbuat dari silikon karbid, aluminium oksida atau logam lain yang
tidak berkarat jika bersentuhan dengan benda uji;
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 15
2) pori-porinya harus cukup halus agar tidak menyebabkan masuknya
butiran halus dari benda uji, dan jika perlu digunakan kertas saring;
3) harus bersih, utuh dan tidak ada retakan (tidak cacad);
4) berdiameter sekitar 0,2 mm s.d 0,5 mm lebih kecil daripada diameter
cincin cetak benda uji;
5) harus tebal agar tidak mudah patah.
C. Benda Uji dan Bahan Penunjang Uji
Benda uji yang digunakan harus memenuhi ketentuan berikut :
a) Tinggi benda uji minimum 13 mm, dan tidak boleh kurang dari 10 kali
diameter butir terbesar;
b) Perbandingan minimum antara diameter dan tinggi benda uji adalah 2,5.
Bahan yang diperlukan sebagai bahan penunjang uji adalah :
a) Air yang digunakan dalam sistem pengujian konsolidasi ini harus bersih,
bebas dari kotoran dan suspensi lumpur (disarankan untuk menggunakan
air bebas udara atau air suling).
b) Kertas filter (saring) yang digunakan harus memenuhi ketentuan yang
berlaku.
D. Penjelasan Pengujian
Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam pengujian adalah :
Pertama :
Bila massa tanah jenuh dibebani dengan beban tambahan, maka tanah
berada pada berbagai derajat perubahan dimensional. Pada awalnya, beban
tambahan ditahan dan dilakukan pada fase cair tanah, yang berkembang
menjadi tekanan air pori berlebih (u) dalam pori tanah. Bergantung pada
kelulusan air dan ketersediaan lapisan drainase berkaitan dengan tanah, air
dalam pori mulai berdrainase dan terus sampai u terdisipasi. Bila tekanan
hidrostatik menurun, jumlah beban tambahan yang sebanding dipindahkan ke
bagian tanah yang padat. Jika tekanan hidrostatik berlebih mencapai nol,
semua beban baru dilakukan oleh bagian padat dari tanah.
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 16
Proses ini disebut konsolidasi primer. Dalam tanah butiran dengan
kelulusan air tinggi, pemindahan ini akan mengambil tempat dengan cepat
sekali (karena air dapat berdrainase cepat). Dalam tanah lempung dan tanah
dengan kelulusan air rendah, konsolidasi primer memerlukan waktu lebih lama
dan dapat mempengaruhi kinerja bangunan jangka panjang yang didukung oleh
tanah. Waktu laju dinyatakan oleh koefisien konsolidasi (cv).
Kedua :
Uji konsolidasi 1-dimensi adalah uji yang paling umum digunakan untuk
penentuan hasil uji konsolidasi tanah. Metode uji ini mengasumsi bahwa
perubahan dimensi akibat konsolidasi akan berada dalam arah vertikal.
Asumsi ini umumnya dapat berlaku untuk tanah kohesif terkekang, kaku atau
sedang, tetapi tidak berlaku untuk tanah lunak atau tanah yang tidak terkekang.
Data dari hasil uji ini telah terbukti handal (dapat dipercaya) dan dapat
digunakan untuk analisis.
Ketiga :
Hasil-hasil uji konsolidasi 1-dimensi dapat disajikan dalam berbagai cara.
Dua cara yang paling umum terdiri atas :
(1) Grafik e-log v‟ untuk indeks tekanan (Cr, Cc, Cs) yang ditentukan sebagai
kemiringan dari e vs log v‟ untuk garis rekompresi, garis kompresi
murni, dan garis swelling masing-masing;
(2) Grafik v‟ vs v dengan kemiringan sama dengan modulus tertahan (D‟).
Yang paling penting, uji konsolidasi menghasilkan besaran tegangan
prakonsolidasi (vmax‟ = p‟ = Pc‟) dari deposit alami, seperti diperlihatkan dalam
Gambar 3.2d. Tegangan prakonsolidasi efektif menggambarkan sejarah
tegangan tanah pada masa lampau yang tercatat yang mungkin telah
mengalami erosi, pengeringan (desiccation), kejadian gempa, fluktuasi muka air
tanah, dan mekanisme terkonsolidasi berlebihan lainnya.
Keempat :
Dalam beberapa jenis lempung, konsolidasi primer secara khusus diikuti
oleh kompresi sekunder atau rayapan jangka panjang, dan dinyatakan dengan
parameter C. Kompresi sekunder kemungkinan besar dapat terjadi dalam
deposit lempung tebal. Tanah akan berpotensi mengalami kompresi sekunder
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 17
yang besar akibat beban tambahan berat dalam jangka panjang. Dalam hal ini,
masing-masing tambahan beban uji berlanjut sampai kurva hubungan antara
waktu versus penurunan yang digambarkan akibat beban itu menjadi asimptotik
terhadap garis horisontal.
Kelima :
Lempung organik berat juga memerlukan waktu pembebanan lebih lama.
Kurva hubungan antara waktu versus penurunan akibat tanah organik berat
tidak dapat menunjukkan dengan jelas akhir dari konsolidasi primer. Dalam hal
itu, diperlukan pemantauan tekanan air pori tanah untuk menentukan akhir
tahapan konsolidasi primer.
Oleh karena itu, besaran kompresi sekunder jangka panjang tanah
organik berat (20% atau lebih) bisa sama atau lebih besar daripada konsolidasi
primer. Kompresi sekunder dalam tanah ini akan menjadi hasil kompresi
menerus dari serat organik. Disipasi besar (substantial) dari tekanan hidrostatik
berlebih selama pengujian tidak memberikan tanda akhir kompresi yang
signifikan. Pengeluaran air yang tertahan/ terabsorpsi yang berkaitan dengan
kompresi bahan serat tanah dapat berlanjut sampai jangka waktu lama.
E. Prosedur Pengujian
E.1. Penjenuhan pengujian
Benda uji dijenuhkan dengan cara mengisi sel konsolidasi dengan air
hingga benda uji dan batu pori terendam seluruhnya. Sebelum pembebanan
pada benda uji tanah dilakukan dengan cara meletakkan beban pada ujung
sebuah balok datar, benda uji selalu direndam dalam air selama pengujian.
E.2. Peningkatan pembebanan
Tahapan yang harus dilakukan waktu peningkatan beban sebagai
berikut:
a) Lepaskan beban 10 g yang terpasang.
b) Pasang beban pada gantungan beban sehingga benda uji mendapat
tekanan sebesar 25 kN/m2.
c) Buka kunci lengan pembeban dan baca deformasi pada arloji ukur untuk
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 18
waktu t = 0; 0,25; 1,0; 2,25; 4,0; 6,25; 9,0; 12,25; 16; 20,25; 36; 60; 120;
240; 480; dan 1440 menit.
d) Putar sekrup kunci hingga lengan pembeban terkunci.
e) Gambar hubungan antara waktu terhadap bacaan deformasi dalam skala
logaritma, dan gambar hubungan antara akar waktu terhadap bacaan
deformasi dalam skala biasa.
f) Ulangi langkah-langkah b), c), d), e) dengan meningkatkan beban,
sehingga benda uji mendapat tekanan sebesar 50, 100, 200, 400 dan 800
kN/m2.
E.3. Penurunan pembebanan
Tahapan yang harus dilakukan waktu penurunan beban sebagai berikut:
a) Biarkan lengan pembeban dalam keadaan terkunci dan pasang arloji ukur
agar letak jarum berada pada posisi nol.
b) Turunkan beban pada gantungan beban, sehingga benda uji mendapat
tekanan sebesar 400 kN/m2.
c) Baca deformasi pada arloji ukur untuk waktu t = 0; 0,25; 1,0; 2,25; 4; 6,25;
9; 12,25; 16; 20,25; 25; 36; 60; 120; 240; 480 dan 1440 menit.
d) Untuk memperoleh penurunan sekunder pembacaan bisa diteruskan
sampai tercapai tekanan yang diinginkan sesuai dengan jenis tanahnya.
e) Gambar hubungan antara waktu dengan bacaan deformasi dalam skala
logaritma, dan gambar hubungan antara akar waktu dengan bacaan
deformasi dalam skala biasa.
f) Ulangi langkah-langkah b), c), d) sehingga benda uji mendapat tekanan
masing-masing sebesar 100 kN/m2 dan 25 kN/m2.
g) Setelah keadaan seimbang tercapai, keluarkan air dari sel konsolidasi dan
biarkan selama 30 menit agar air dari batu pori dapat mengalir ke luar.
E.4. Pengeluaran benda uji
Tahapan pekerjaan yang harus dilakukan adalah sebagai berikut:
a) Lepaskan beban tersisa dari gantungan pembeban.
b) Naikkan dan putar penopang arloji ukur.
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 19
c) Angkat ujung lengan pembeban dan rebahkan rangka pembeban pada
lengan pembeban.
d) Buka sekrup pengunci cincin penahan dari dudukannya.
e) Angkat landasan penekan dan batu pori bagian atas.
f) Angkat cincin penahan dari dudukannya.
g) Angkat cincin cetak dan benda uji.
h) Lepaskan secara hati-hati sisa-sisa tanah yang menempel pada kertas
saring, dan tempelkan kembali pada benda uji.
E.5. Penimbangan benda uji
Tahapan pekerjaan yang harus dilakukan adalah sebagai berikut:
a) Timbang cincin pembeban dan benda uji sampai ketelitian 0,01 g (mf).
b) Uji kadar air akhir (wf).
F. Sifat dan Faktor Penurunan
F.1. Kecepatan penurunan
Selain besarnya penurunan diperlukan juga besarnya kecepatannya,
apakah penurunan cepat selesai atau akan berjalan bertahun-tahun lamanya.
Kecepatan penurunan bergantung pada dua faktor yaitu:
1) Daya rembesan air tanah (permeabilitas), yang menentukan kecepatan
air mengalir dari tanah.
2) Kompresibilitas tanah, yang menentukan banyaknya air yang harus
mengalir.
Apabila suatu lapisan lempung (di antara dua lapisan pasir, lihat Gambar
3.3) diberi tambahan tegangan sebesar P, maka mula-mula tegangan ini akan
dipikul seluruhnya oleh air pori, sehingga tegangan air pori akan naik menjadi P.
Kemudian pengaliran air mulai berjalan sehingga tegangan air pori akan
menurun. Besarnya pada waktu t1, t2, t3 seperti terlihat pada Gambar 3.3,
hingga akhirnya akan menjadi sama dengan sebelum mendapat tambahan
tegangan (untuk 1 arah dan 2 arah konsolidasi).
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 20
Gambar 3.3 Teori konsolidasi (1 arah dan 2 arah konsolidasi)
Rumus yang berlaku selama konsolidasi berlangsung adalah rumus
Terzaghi, berdasarkan beberapa anggapan sebagai berikut:
a) Derajat kejenuhan tanah 100 %;
b) Tidak terjadi perubahan volume pada air atau butir tanah;
c) Konsolidasi, pengaliran air dan perubahan volume, berlangsung pada
satu arah saja yaitu arah vertikal;
d) Berlaku rumus Darcy;
e) Tegangan total dan tegangan air pori dibagi rata pada setiap bidang
horisontal.
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 21
Teori konsolidasi Terzaghi berdasarkan anggapan bahwa penurunan semata-
mata akibat pengaliran air dari tanah, dan kecepatan penurunan ditentukan
oleh proses pengaliran air itu. Karena itu, penurunan di laboratorium atau di
lapangan dapat dianggap terdiri dari dua bagian, yaitu:
1) Penurunan primer yaitu penurunan yang berjalan akibat pengaliran air
dari tanah atau akibat perubahan tegangan efektif.
2) Penurunan sekunder yaitu penurunan yang masih berjalan setelah
penurunan primer selesai atau setelah tidak terdapat lagi tegangan air
pori.
Dengan demikian penurunan sekunder berlangsung pada tegangan efektif yang
konstan. Penurunan sekunder umumnya lebih kecil dibandingkan dengan
penurunan primer sehingga kadang-kadang tidak diperhitungkan.
F.2. Faktor pengaruh terhadap bangunan
Dalam desain fondasi bangunan harus mempertimbangkan faktor-faktor
pengaruh penurunan, daya dukung dan stabilitas, selain faktor ekonomik,
beban, desain struktur, dan tipe bangunan.
Untuk faktor pengaruh penurunan terdiri atas:
a) sifat elastis (plastisitas) tanah yang berpengaruh pada penurunan serentak
(i);
b) sifat konsolidasi (cv) yang berpengaruh pada penurunan konsolidasi primer
(c);
c) sifat pemampatan (cc) yang berpengaruh pada penurunan konsolidasi
sekunder (s).
Faktor tersebut dapat mempengaruhi kecepatan waktu penurunan
konsolidasi dan penurunan total fondasi (), di mana = i + c + s.
Penurunan elastis merupakan faktor dominan bagi tanah pasiran, sedangkan
penurunan konsolidasi primer dan sekunder merupakan faktor dominan bagi
tanah lempung lunak.
Faktor pengaruh daya dukung ditinjau terhadap: nilai daya dukung, daya
dukung batas fondasi dangkal, daya dukung batas fondasi dalam (tiang
pancang) dengan mempertimbangkan: nilai negatif daya dukung akibat adanya
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 22
timbunan di sekitar fondasi; efisiensi grup tiang dan longsoran yang terjadi
secara keseluruhan (block failure); faktor keamanan daya dukung, biasanya
diambil FK = 3.
Faktor pengaruh stabilitas (kemantapan) lereng dapat dilihat dalam
“Metode analisis stabilitas lereng statik bendungan tipe urugan” (Najoan, T.F. &
Carlina S.), Seri Bangunan Air, Pusat Litbang Sumber Daya Air, 2002, ISBN
979-3197-18-8.[9]
G. Rumus-rumus Perhitungan
G.1. Parameter tanah semula
Parameter tanah semula dihitung dengan menggunakan persamaan atau
rumus berikut:
A = D2 / 4 ............................................................................. (1)
V0 = A x H0 / 100 ...................................................................... (2)
m = m1 – (mc + mkon) ................................................................... (3)
mk = m3 – (mc + mkon) .................................................................. (4)
100xm
mmw
k
ko
% ................................................................. (5)
o
noV
m ................................................................... (6)
o
nodow100
100x
.................................................................... (7)
10 do
wsGe
.................................................................... (8)
o
soo
e
xGwS ..................................................................... (9)
o
o
H
e1F
......................................................................... (10)
dengan :
A : luas benda uji tanah semula (mm2);
H0 : tinggi awal benda uji (mm)
Vo : volume benda uji tanah semula (cm3);
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 23
m : massa benda uji semula (g);
m1 : massa benda uji + cincin + kontainer (g);
m3 : massa kering benda uji + cincin + kontainer (g);
mc : massa cincin (g);
mk : massa kering benda uji semula (g);
mkon : massa kontainer (g);
wo : kadar air tanah semula (%);
γw : berat volume air (g/cm3)
no : berat volume benda uji semula (g/cm3);
do : berat volume benda uji kering semula (g/cm3);
Gs : berat jenis tanah (-);
eo : angka pori tanah semula (tanpa satuan);
So : derajat kejenuhan tanah semula (%);
F : deformasi / faktor perubahan angka pori (mm-1).
G.2. Parameter tanah setelah pengujian
Parameter tanah setelah pengujian dihitung dengan menggunakan
persamaan atau rumus berikut:
mf = m2 – (mc + mkon) ...................................................................... (11)
100xm
mmw
s
sff
......................................................................... (12)
fof )H(HH ................................................................................ (13)
1000xAxH
m
f
fnf .............................................................................. (14)
f
nfdfxw100
100x .............................................................................. (15)
1G
edf
sf
.................................................................................... (16)
atau
fof )e(ee ................................................................................ (17)
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 24
f
sff
e
xGwS .................................................................................... (18)
dengan:
mf : massa tanah setelah pengujian (g);
mc : massa cincin (g);
wf : kadar air tanah setelah pengujian (%);
m2 : massa tanah pengujian (g);
ms : massa tanah sebelum pengujian (g);
Hf : tinggi benda uji tanah setelah pengujian (mm);
nf : berat volume tanah setelah pengujian (g/cm3);
df : berat volume kering tanah setelah pengujian (g/cm3);
ef : derajat kejenuhan tanah setelah pengujian (%).
G.3. Koefisien konsolidasi
a) Cara logaritma waktu (log time)
Koefisien konsolidasi (cv) dengan menggunakan metode logaritma waktu
(log time) dihitung dengan menggunakan persamaan atau rumus berikut:
50
2026,0
t
xHc r
v ........................................................................... (19)
dengan:
vc : koefisien konsolidasi (m2/ tahun), dengan metode logaritma waktu (log
time);
Hr : tinggi benda uji rata-rata (mm) = (H1 + H2)/2 ;
H1 : tinggi pada awal percobaan (mm);
H2 : tinggi pada akhir percobaan (mm);
t50 : waktu 50% konsolidasi (menit);
b) Cara akar waktu (square root time)
Koefisien konsolidasi (cv) dengan menggunakan metode akar waktu
(square root time) dihitung dengan menggunakan persamaan atau rumus
berikut:
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 25
90
2
rv
t
xH112,0c ……. ...................................................................... (20)
dengan:
vc : koefisien konsolidasi (m2/ tahun), dengan metode akar waktu (square root
time);
H1 : tinggi pada awal percobaan (mm);
H2 : tinggi pada akhir percobaan (mm);
Hr : tinggi benda uji rata-rata (mm) = (H1 + H2)/2 ;
t90 : waktu 90% konsolidasi (menit).
G.4. Parameter pada akhir pembebanan
Parameter pada setiap akhir pembebarian dihitung dengan
menggunakan persamaan atau rumus di bawah ini:
HFxe ................................................................................ (21)
eee o ................................................................................. (22)
21 eee ................................................................................. (23)
1
ve1
1000x
p
em
.............................................................................. (24)
9
vv 10x31,0xxmck ....................................................................... (25)
)/(( ab
ba
cppLog
eeC
........................................................................ (26)
C = ((Hs) / H0) / (Log (t)) ……………………………………,,…(27)
dengan:
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 26
e : perubahan kumulatif angka pori (tanpa satuan);
e : angka pori setelah setiap pembebanan (tanpa satuan);
e : perubahan inkremental angka pori (tanpa satuan);
mv : koefisien kompresibilitas volume (m2/MN) untuk setiap peningkatan beban;
k : koefisien permeabilitas (m/detik);
Cc : indek kompresibilitas (tanpa satuan);
ea : angka pori pada tegangan pa pada kurva hubungan e log p dalam
penentuan Cc (lihat Gambar 3.4);
eb : angka pori pada tegangan pb pada kurva hubungan e log p dalam
penentuan Cc (lihat Gambar 3.4);
pa : tegangan pada ea pada kurva hubangan e log p dalam penentuan Cc (lihat
Gambar 3.4);
pb : tegangan pada eb pada kurva hubangan e log p dalam penentuan Cc
(lihat Gambar 3.4);
pc : tekanan pra konsolidasi (kN/m2) (lihat Gambar 3.4);
C : kompresibilitas sekunder dari kurva log waktu dengan penurunan (lihat
Gambar 3.5 atau 3.6);
(H)s : beda penurunan sekunder diambil pada satu log siklik waktu (lihat
Gambar 3.5 atau 3.6);
t : waktu diambil dalam satu log siklik, sehingga log (t) = 1, (lihat Gambar
3.5 atau 3.6).
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 27
Gambar 3.4 Kurva hubungan antara log tekanan vs angka pori e untuk perhitungan koefisien kompresibilitas volume, indek kompresibiltas dan cara penentuan tekanan pra konsolidasi pc
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 28
Gambar 3.5 Grafik hubungan antara logaritma waktu dan penurunan kumulatif
Gambar 3.6 Grafik hubungan antara akar waktu dan penurunan kumulatif
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 29
BAB IV
ANALISIS PENURUNAN
A. Umum
Analisis penurunan meliputi perkiraan turunnya bangunan karena
konsolidasi lapisan tanah di bawahnya. Berhubung tanah lempung mempunyai
sifat kompresibel melebihi pasir dan lumpur, maka dengan adanya lapisan ini
dalam susunan perlapisan tanah akan memungkinkan terjadinya penurunan.
Pertama, dilakukan penyelidikan dan pengujian konsolidasi di laboratorium dan
ditentukan penurunan akhirnya.
Untuk analisis penurunan, pertama perlu dicari profil lapisan tanah untuk
mengetahui sifat-sifat lapisan tanah. Kemudian ditentukan besarnya tekanan
sebelum dibebani pada tempat di tengah lapisan tanah; yang disebut dengan
tekanan awal atau tekanan pra pembebanan. Selanjutnya, dilakukan
penambahan tekanan oleh adanya pendirian suatu bangunan. Bila lapisan
tanah lempung yang kompresibel itu tidak tebal, maka tekanan awal dan
penambahan tekanan ditentukan dari tengah lapisan. Tetapi, bila lapisan itu
tebal, maka nilai-nilai diambil dari puncak, tengah dan dasar lapisan, lalu
ditentukan nilai rata-ratanya dengan aturan Simpson dan nilai inilah yang akan
digunakan dalam perhitungan/ analisis penurunan.
Dalam desain fondasi bangunan perlu diketahui tekanan izin tanah (t)
setempat yang bergantung pada aspek-aspek: (a) daya dukung batas (qult)
dengan syarat t qult/FK, (b) penurunan total atau penurunan diferensial akibat
beban p dengan syarat t p. Untuk menentukan besaran t, diambil nilai
terkecil dari (a) atau (b). Penurunan tanah akibat peningkatan beban dibagi
dalam 2 tipe penurunan, yaitu penurunan elastis dan penurunan yang
bergantung waktu.
Penurunan elastis dapat dihitung dengan teori elastisitas. Sedangkan
penurunan yang bergantung waktu pada tanah kohesif (lempung) dan
nonkohesif (pasir) biasanya terjadi lebih singkat. Respons tanah akan bersifat
nonlinier dan hanya tercapai sebagian (95%).
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 30
B. Jenis Penurunan
Ada 2 jenis penurunan tanah yang bergantung waktu, yaitu:
(1) penurunan konsolidasi primer, terjadi akibat ke luarnya air pori dan
pengaruh tekanan air pori ekses pada waktu mendapat peningkatan beban.
(2) penurunan konsolidasi sekunder, terjadi setelah semua tekanan air pori
ekses terdisipasi ke luar dari ruang pori, yaitu setelah konsolidasi primer
mencapai 95%.
Penurunan total tanah dapat dihitung dengan persamaan (4.1) yang
meliputi tiga komponen, yaitu penurunan elastis, penurunan konsolidasi primer
dan penurunan konsolidasi sekunder. Faktor dominan untuk tanah pasiran
adalah penurunan elastis, dan untuk tanah lempung lunak adalah penurunan
konsolidasi primer dan sekunder.
= i + c + s ............…………….. (4.1)
dengan:
: penurunan total;
i : penurunan elastis;
c : penurunan konsolidasi primer;
s : penurunan konsolidasi sekunder.
Parameter yang diperlukan dalam analisis penurunan tanah antara lain:
indeks kompresibilitas (Cc), indeks rekompresi (Cr), tekanan prekonsolidasi (p),
modulus kompresibilitas (Es), koefisien konsolidasi (Cv) dan indeks
kompresibilitas sekunder.
B.1. Penurunan konsolidasi primer dan konsolidasi sekunder
Analisis penurunan tanah akibat konsolidasi primer perlu dilakukan
dengan pertimbangan beberapa faktor dan cara perhitungan, misalnya analisis
1-dimensi, cara Terzaghi (dengan indeks kompresibilitas), dan cara teori
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 31
elastisitas (dengan modulus kompresibilitas). Sedangkan analisis penurunan
tanah akibat konsolidasi sekunder, dilakukan atas pertimbangan faktor-faktor
dan cara perhitungan dengan anggapan konsolidasi primer telah selesai terjadi.
B.2. Parameter untuk analisis penurunan
Parameter yang diperlukan dalam analisis penurunan antara lain: indeks
kompresibilitas (Cc), indeks rekompresi (Cr), tekanan prekonsolidasi (σp),
modulus kompresibilitas (Es), koefisien konsolidasi (Cv) dan indeks
kompresibilitas sekunder (Ca dan Cae).
Parameter ini biasanya diperoleh dari hasil uji laboratorium, namun kadang-
kadang perlu diperkirakan dari rumus-rumus empiris dari literatur. Indeks
kompresibilitas (Cc) diperkirakan dari persamaan empiris, hubungan antara
dan S‟ atau S, dan hasil regresi linier hubungan antara Cc dan n.
Persamaan empiris tanah lempung residual sebagai hasil regresi linier
hubungan antara n dengan Cc dan eo dengan Cc dapat dilihat dalam referensi.
Modulus kompresibilitas (Es) diperoleh dari persamaan hubungan antara dan
penurunan relatif S‟ (%) atau S (-), yang meliputi: (Sumber: Najoan, T. F. dan I.
Kasiro, 1976; Najoan, T. F, 1982).
(1) jenis tanah lempung CH: S‟ = 2,995 0,706 ; Es = 47,29 0,294 ;
(2) jenis tanah lempung MH: S‟ = 3,626 0,603 ; Es = 45,74 0,397 ;
(3) jenis tanah lempung gabungan CH dan MH:
S‟ = 2,322 0,645 ; Es = 66,77 0,355.
Modulus kompresibilitas (Es) dihitung dari persamaan: Es = vw dengan
cara (w=1) menentukan v:
- dari persamaan v = 2,303 (1+eo)/Cc dan nilai Cc dapat diambil dari referensi;
- menggunakan tahanan konus dari hasil uji penetrasi statik atau sondir
dengan persamaan v = a qc0,85 /„o [7] dengan: qc adalah tahanan konus
(kg/cm2), „o adalah tekanan overburden (kg/cm2) dan a adalah konstanta,
untuk lempung lunak a = 3, untuk lempung a = 4 dan untuk pasir a = 5.
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 32
Indeks kompresibilitas sekunder (Ca dan Cae) diperkirakan dengan:
(a) menggunakan kurva hubungan antara kadar air asli ωn dengan Cae;
(b) menurut MESRI & GODLEWSKI rasio Ca/Cc lempung terkonsolidasi normal
adalah konstan:
- untuk lempung lunak inorganik : Ca/Cc = 0,04 ± 0,01 ;
- untuk lempung lunak organik : Ca/Cc = 0,05 ± 0,01.
C. Penurunan Konsolidasi Primer
Pada umumnya dalam analisis penurunan akibat konsolidasi primer,
analisis dianggap terjadi dalam satu dimensi, yaitu regangan hanya terjadi
dalam arah vertikal. Anggapan ini cukup teliti, jika geometri dan kondisi batas di
lapangan memegang peranan terjadinya regangan vertikal. Hal ini ditunjang
oleh adanya luas daerah yang dibebani yang sangat besar dibanding dengan
tebal lapisan yang kompresibel atau lapisan kompresibel berada di antara dua
lapisan kenyal atau keras yang dapat mencegah terjadinya peningkatan
regangan horisontal.
Ada dua cara memperkirakan penurunan konsolidasi primer yaitu:
1) Cara Terzaghi menggunakan indeks kompresibilitas
2) Cara teori elastisitas menggunakan modulus kompresibilitas.
C.1. Cara Terzaghi menggunakan indeks kompresibilitas
Persamaan umum besarnya penurunan konsolidasi primer pada setiap lapisan
dengan menggunakan cara Terzaghi adalah:
a) Untuk kondisi vf „ ≥ p „
)loglog(1 '
'
'
0
'
0 p
vf
c
p
rc CCe
H
...................................... (4.2)
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 33
''
0
' vf .............................................. (4.3)
b) Untuk kondisi vf „ < p „ (lihat gambar 3.1)
'
0
'
0
log1
vf
rc Ce
H
............................................ (4.4)
dengan:
δc = penurunan konsolidasi primer
H = tebal lapisan
e0 = angka pori semula
Cc = indeks kompresibilitas
Cr = indeks rekompresi
σ0„ = tekanan overburden
σp„ = tekanan prakonsolidasi
σvf„ = tekanan efektif akhir
Δσ' = peningkatan tekanan efektif akibat beban luar.
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 34
Gambar 4.1 Contoh perhitungan penurunan konsolidasi primer
Indeks rekompresi Cr, indeks kompresibilitas Cc dan tekanan pra konsolidasi
biasanya diperoleh dari hasil uji konsolidasi satu dimensi menggunakan alat
oedometer dimana prosedur ujinya secara rinci dapat dibaca dalam SNI 03
2812. Hasil akhir dari suatu uji konsolidasi biasanya digambarkan berupa kurva
hubungan antara angka pori e dan log σ„.
Gambar 4.2 Kurva hubungan antara e dengan log σ„.
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 35
C.2. Cara teori elastisitas menggunakan modulus kompresibilitas
Dalam menghitung penurunan konsolidasi primer digunakan teori dasar dengan
cara t elastisitas dari Hooke, di mana untuk kondisi tertahan dalam arah
horisontal (confined condition) digunakan persamaan berikut:
)(1
yxz
zmEE
............................................. (4.5)
0x ............................................. (4.6)
0y ............................................. (4.7)
Kemudian dengan anggapan µ = 1/m = 0 (angka pori), maka persamaan (4.5)
dapat disajikan sebagai berikut:
E
zz
............................................. (4.8)
Persamaan (4.8) ini digunakan sebagai dasar untuk menentukan penurunan
primer suatu lapisan tanah. Berhubung tanah sebenarnya tidak bersifat elastis
sempurna, maka modulus elastisitas (E) diganti dengan modulus
kompresibilitas (Es) yang dapat diperoleh dari hasil uji konsolidasi dan nilainya
sama dengan 1/mv.
Pada Gambar 4.3 akan diperlihatkan bahwa hasil uji konsolidasi dapat berupa
kurva hubungan antara σ„ dengan s„ atau e, kurva hubungan antara ln (σ„)
dengan s„ atau e, kurva hubungan antara ln (σ„) dengan ln (s„) atau ln (e),
dimana σ„ adalah tegangan efektif (kg/cm2), e adalah angka pori dan s‟ adalah
penurunan relatif (%).
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 36
Gambar 4.3 Kurva hubungan antara σ„ - s„ atau e, ln (σ„) - s„ atau e dan
ln (σ„) - ln (s„) atau ln (e) dari hasil uji konsolidasi.
Untuk memperjelas dalam menentukan modulus kompresibilitas tanah, maka
suatu model benda uji dalam alat oedometer, dapat diperlihatkan dalam
Gambar 4.4, di mana pada kondisi awal tinggi benda uji adalah H dan tinggi
butir padat adalah Hs.
Gambar 4.4 Model benda uji dalam alat Oedometer
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 37
Pada kondisi σ„ = 0 tidak terjadi deformasi (kondisi awal), sehingga : e0 = (H -
Hs) / Hs dan s‟ = 0. Pada kondisi terjadi peningkatan beban σ„ = σ1„ dan dengan
anggapan bahwa Hs tidak mengalami deformasi, maka:
%100' xH
Hs
.......................................... (4.9)
s
ss
s H
HHH
H
He
H
Hee 00
)1( 00 eH
Hee
......................................... (4.10)
00
0
11 e
e
e
ee
H
Hs
......................................... (4.11)
dengan:
s = regangan (-)
s„ = penurunan relatif (%)
e = angka pori
ΔH = penurunan kumulatif
H = tinggi benda uji
Hs = tinggi butir padat
Es = modulus kompresibilitas.
Dengan menggunakan hasil uji konsolidasi berupa kurva hubungan
antara σ„ dengan s, maka Es dapat diperoleh dari persamaan berikut:
v
sms
E1'
........................................ (4.12)
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 38
Menurut OHDE (3) nilai Es dapat dinyatakan dalam persamaan:
Es = vσw .................................................................. (4.13),
dengan : v dan w adalah konstanta modulus kompresibilitas.
Bila kurva hubungan antara σ„ dengan s didekati secara statistik dengan suatu
persamaan power function, maka akan diperoleh suatu bentuk persamaan :
s = c σd ................................................................... (4.14)
dengan : c dan d adalah konstanta.
Dengan mendiferensial persamaan (4.12), dapat diperoleh Es berikut:
)1(
.
1 d
sdc
E ................................... (4.15) ;
dcv
.
1 ................................... (4.16) ;
dw 1 ................................... (4.17).
Kondisi tersebut di atas adalah untuk modulus kompresibilitas tanah non linier
dengan anggapan w ≠ 1.
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 39
Gambar 4.5 Model benda uji dalam alat Oedometer
Penurunan konsolidasi primer untuk lapisan yang tipis setebal dz (lihat
Gambar 4.5) pada kedalaman tertentu dapat diperoleh dengan menggunakan
persamaan (4.12), sehingga:
Δs = δc / dz = Δσ‟ / Es ; dan
δc = (ip / Es ) dz ........................... (4.18).
Bila persamaan ini digunakan untuk lapisan tanah setebal H pada kedalaman
antara z1 dan z3, maka penurunan primer total dapat diperoleh dengan
mengintegrasi persamaan (4.18) sebagai berikut:
3
1
)(
z
zs
c dzziE
p .......................................................... (4.19).
Dengan menggunakan cara Simpson, persamaan (4.19) dapat diubah menjadi:
)(6
321 pipipiE
H
s
c .................................... (4.20)
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 40
Untuk kondisi Es linier, nilai w dianggap = 1, sehingga penurunan konsolidasi
primer untuk lapisan setebal H diperoleh dengan mengintegrasi persamaan
(4.12) terhadap tegangan antara σ0„ dan σvf„ , dan dihasilkan berikut ini:
Es = v σ = Δ σ/ Δ s ;
v
dH
vf
c '
0
'
;
'
0
'
ln
vf
cv
H ;
'
0
'
log303,2
vf
cv
H ....................................................... (4.21)
Persamaan (4.21) ini bentuknya sama dengan persamaan (4.2) untuk kondisi
σ0„ = σp„ (tanah terkonsolidasi normal), sehingga:
v = [ (1+e0)/Cc ] x 2,303 .................................................... (4.22)
D. Kecepatan Penurunan Konsolidasi Primer
Kecepatan waktu penurunan konsolidasi tergantung pada kecepatan
disipasi tekanan air pori berlebih yang biasanya ditentukan oleh koefisien
permeabilitas, jumlah dan panjang lintasan drainase. Secara teoritis proses
kecepatan waktu konsolidasi terjadi dalam waktu lama sekali (tak terhingga)
dan dapat dihitung menggunakan persamaan (4.4 – 4.7).
cct U .................................... (4.23)
dengan:
δct = penurunan konsolidasi setelah waktu t ;
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 41
U = derajat konsolidasi setelah waktu t ;
δc = penurunan konsolidasi primer.
Waktu (t) untuk suatu derajat konsolidasi U dapat dihitung dengan
persamaan (4.24). Kecepatan waktu konsolidasi dari tanah dipengaruhi oleh
koefisien konsolidasi cv. Sedangkan cv dipengaruhi oleh koefisien permeabilitas
dan modulus kompresibilitas tanah seperti dalam persamaan (4.25). Lihat
Gambar 4.6 dan 4.7.
v
v
c
NHxTt
2)/( .................................... (4.24)
w
s
v
kxEc
...................................... (4.25)
dengan:
t = waktu,
Tv = faktor waktu,
H = tebal lapisan,
N = kondisi drainase: 1 drainase satu arah, 2 drainase dua arah,
cv = koefisien konsolidasi,
k = koefisien permeabilitas,
Es = modulus kompresibilitas,
γw = berat volume air.
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 42
Gambar 4.6 Perbandingan hasil pengujian konsolidasi dengan garis teoritis
Gambar 4.7 Cara mendapatkan nilai t90 dari hasil laboratorium
Koefisien konsolidasi (cv) dapat diperoleh dari hasil uji konsolidasi
menggunakan benda uji tak terganggu. Ada dua cara menghitung koefisien
konsolidasi yaitu: (a) cara square root of time fitting dari Taylor (t90), dan (b)
cara logarithmic of time fitting dari Casagrande (t50). Nilai koefisien konsolidasi
yang diperoleh dengan cara square root of time fitting biasanya lebih besar
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 43
daripada cara logarithmic of time fitting, sehingga agak meragukan nilai mana
yang harus dipilih untuk digunakan dalam analisis. Oleh karena itu, banyak
engineer melakukan pengujian koefisien permeabilitas secara langsung
menggunakan cara constant head atau falling head di laboratorium atau di
lapangan. Namun, nilai modulus kompresibilitas tetap diambil dari hasil uji
konsolidasi, dan nilai koefisien konsolidasi diperoleh menggunakan persamaan
(4.25).
Dalam perhitungan kecepatan waktu penurunan tanah δct biasanya
bukan waktu (t) yang dihitung tetapi t ditentukan sehingga diperoleh faktor
waktu (Tv). Setelah itu baru dihitung derajat konsolidasi menggunakan
persamaan (4.26).
m
m
TM
H
i
H
i
vxe
dzuM
dzH
Mzu
U0
2
0
2
02
sin2
1 ...................... (4.26)
M = 0,5 π (2m + 1) ......................... (4.27)
dengan:
ui = tekanan pori atau pada tahap awal sama peningkatan tekanan akibat
beban tambahan;
U = derajat konsolidasi;
H = setengah tebal lapisan.
Nilai U (lihat pers. (4.26)) selain tergantung pada Tv juga pada distribusi
tegangan ui. Dalam analisis penurunan tanah umumnya dikenal 3 jenis bentuk
distribusi tegangan (lihat Gambar 4.8) dengan persamaan sebagai berikut.
a) Bentuk trapesium (4.28)
b) Bentuk parabolis (4.29)
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 44
c) Kombinasi trapesium dan parabolis (4.30).
m
m
Txm vem
U0
}2/)12{(
1
2
)}12({
81
................ (28)
vTeU
225,0
2 1
................ (29)
/2(
2 213
ba
bxUaxUU
................ (30)
Gambar 4.7 Bentuk distribusi tegangan untuk penentuan derajat konsolidasi (trapesium, parabola, kombinasi)
Untuk sistem tanah yang terdiri dari n lapisan dengan cvi (koefisien konsolidasi)
dan tebal Hi, maka untuk mempermudah perhitungan sistem tanah diubah
menjadi satu lapisan ekivalen dengan menggunakan prosedur berikut (lihat
Gambar 4.8).
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 45
a) Pilih salah satu lapisan, misalnya lapisan ke-1 dengan cv = cvi ;
b) Ubah tebal setiap lapisan yang lain menjadi tebal ekivalen menggunakan
cara berikut:
H1' = H1 (cvi / cv1 )0,5
H2' = H2 (cvi / cv2 )0,5
H3' = H3 (cvi / cv3 )0,5 ....................... (30a)
Hn' = Hn (cvi / cvn )0,5
c) Hitung tebal total lapisan ekivalen :
HT' = H1' + H2' + H3' + H4' + Hn' ......................... (30b)
d) Dalam perhitungan u, perlakukan sistem tanah atas satu lapisan ekivalen
dengan cv = cvi dan tebal HT' dengan menggunakan persamaan-
persamaan (4.28), (4.29) dan (4.30) dengan t yang bervariasi.
Gambar 4.8 Penyederhanaan sistem tanah berlapis n menjadi sistem satu lapis ekivalen
Dalam perhitungan derajat konsolidasi, faktor yang juga sangat
berpengaruh adalah lamanya waktu konstruksi tc .
Untuk kondisi t ≤ tc , maka:
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 46
2)/(
)5,0(
NH
cvtT i
v ..................................... (30c)
Kemudian U1, U2 dan U3 dihitung dengan persamaan-persamaan (4.28),
(4.29) dan (4.30), sehingga derajat konsolidasi menjadi:
3Ut
tU
c
.................................. (30d)
Untuk kondisi t > tc , maka:
2)/(
)5,0(
NH
cvttT ic
v
................................. (30e)
Kemudian U1, U2 dan U3 dihitung dengan persamaan-persamaan (4.28),
(4.29) dan (4.30), sehingga derajat konsolidasi menjadi:
U = U3 .................................... (30f)
E. Penurunan Konsolidasi Sekunder
Penurunan konsolidasi sekunder dianggap mulai berjalan setelah
penurunan primer selesai. Namun perilaku tanah sebenarnya waktu terjadi
konsolidasi sekunder tidaklah sederhana dan belum diketahui penyebab
utamanya. Menurut Dhowian dan Edil (7) tanah gambut terdiri dari dua tingkat
struktur yaitu ruang pori makro dan mikro yang menyebabkan bagian padat dari
tanah dapat menjadi kompresibel walaupun berlawanan dengan teori Terzaghi
(bagian padat dari tanah imkompresibel).
Hal tersebut digunakan secara praktis dengan konsep indeks
kompresibilitas sekunder Cα atau indeks kompresibilitas sekunder modifikasi
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 47
Cαe yang diperoleh dari uji konsolidasi di laboratorium. Cα dan Cαe dapat
diperoleh menggunakan persamaan:
)(log td
deC ........................... (4.31)
p
ee
C
td
HdHC
1)(log
/ ........................... (4.32)
dengan:
Cα, Cαe = indeks kompresibilitas sekunder, indeks kompresibilitas sekunder
modifikasi;
de = perubahan angka pori pada interval waktu dt antara t1 dan t2 dari
kurva hubungan e – log t;
dt = interval waktu antara t1 dan t2;
dH = perubahan tinggi benda uji;
H = tinggi benda uji;
ep = angka pori pada waktu selesai konsolidasi primer.
Penurunan konsolidasi sekunder dapat diperkirakan dengan menggunakan
persamaan:
prim
prim
st
tt
e
HC sec
0
log1
........................... (4.33)
prim
prim
est
ttHC
seclog ........................... (4.33)
v
primc
NHt
)/(13,1 ........................... (4.34)
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 48
dengan:
δs = penurunan konsolidasi sekunder;
H = tebal lapisan;
tprim = waktu selesai 100 % konsolidasi primer; secara praktis diambil pada
derajat konsolidasi 95% (T95 = 1,13) dan diperkirakan dengan
persamaan (34);
tsec = waktu yang dihitung mulai dari peningkatan beban sampai waktu
tertentu dimana penurunan konsolidasi sekunder mungkin terjadi,
biasanya diambil sama dengan masa guna bangunan.
F. Korelasi Empiris Kompresibilitas Tanah Lempung
Dalam perhitungan penurunan total tanah pengaruh konsolidasi, seorang
ahli geoteknik terlebih dahulu harus mengetahui parameter kompresibilitas dari
lapisan tanah di bawah fondasi bangunan. Parameter ini biasanya diperoleh
dari hasil uji laboratorium. Namun kadang-kadang seorang ahli geoteknik harus
memperkirakan penurunan tanah, walaupun tidak mempunyai data parameter
yang cukup untuk analisis. Untuk itu, parameter perlu diperkirakan dari rumus-
rumus empiris dari literatur.
Parameter yang diperlukan untuk analisis penurunan antara lain adalah indeks
kompresibilitas (Cc), indeks rekompresi (Cr), tekanan prekonsolidasi (σp),
modulus kompresibilitas (Es), koefisien konsolidasi (cv), indeks kompresibilitas
sekunder.
Hasil penelitian dari tanah lempung residual (Najoan, F.T., 1982) dari
suatu lokasi termasuk klasifikasi MH dan CH, dan hasil regresi linier hubungan
antara wn dengan Cc dan e0 dengan Cc dapat dibuat tabel atau digambarkan.
Hasil regresi linier hubungan antara tegangan σ dengan penurunan relatif s‟ (%)
atau s (-) dapat digambarkan.
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 49
a) Untuk jenis tanah CH
s‟ = 2,9995 σ 0,706 ............................................... (4.35)
dengan menggunakan persamaan (4.16) dan 4.17), maka diperoleh nilai v
dan w berikut:
v = 100 / (2,995 x 0,706) = 47,29 dan w = 0,294.
Berarti, nilai Es = 47,29 σ0,294 ................................. (4.36)
b) Untuk tanah jenis MH
s‟ = 3,626 σ 0,603 .................................................. (4.37)
dengan menggunakan persamaan (4.16) dan (4.17), maka diperoleh nilai v
dan w berikut :
v = 100 / (3,626 x 0,603) = 45,74 dan w = 0,397.
Berarti, nilai Es = 45,74 σ0,397 ............................. (4.38)
c) Untuk jenis tanah gabungan CH dan MH
s‟ = 2,322 σ 0,645 ................................................ (4.39)
dengan menggunakan persamaan (4.16) dan (4.17), maka diperoleh nilai v
dan w berikut:
v = 100 / (2,322 x 0,645) = 66,77 dan w = 0,355.
Berarti, nilai Es = 66,77 σ0,355 .............................. (4.40)
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 50
Selanjutnya dapat dilihat literatur “Peningkatan Stabilitas Timbunan di atas
Fondasi Tanah Lembek Menggunakan Teknik Pembangunan dengan
Pembebanan Bertahap”, Balitbang Pekerjaan Umum, Maret 1996.
G. Perbandingan Penurunan yang Dihitung dengan Penurunan di
Lapangan
Berdasarkan hasil uji konsolidasi di laboratorium diperoleh:
a) grafik penurunan versus tegangan yang akan digunakan untuk menghitung
besarnya penurunan;
b) nilai cv yang digunakan untuk menghitung kecepatan penurunan.
Pengukuran penurunan di lapangan di berbagai negara sering dilakukan untuk
mendapatkan perbandingan antara penurunan yang terjadi dengan yang telah
dihitung. Pada umumnya menunjukkan, bahwa besarnya penurunan di
lapangan kurang lebih sesuai atau lebih kecil daripada nilai yang dihitung,
disebabkan karena:
(1) contoh tanah tidak asli,
(2) alat konsolidasi kurang sempurna,
(3) tegangan yang dihitung menurut teori elastisitas kurang tepat.
Kecepatan penurunan di lapangan ternyata lebih cepat daripada yang dihitung,
disebabkan karena:
(1) Nilai cv yang diukur di laboratorium lebih kecil daripada yang terjadi di
lapangan. Hal ini disebabkan karena tanah setempat tidak seragam dan
mengandung retaka-retakan atau lapisan pasir.
(2) Pengaliran air di lapangan tidak berjalan pada arah vertikal saja. Hal ini
terjadi terutama bila lapisan lempung mengandung lapisan-lapisan pasir
yang tipis, atau permeabilitas dalam arah horisontal lebih besar
daripada permeabilitas arah vertikal.
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 51
BAB V
CONTOH PERHITUNGAN PENURUNAN
A. Proses Perhitungan
Tahapan perhitungan penurunan dapat dilakukan sebagai berikut:
(a) Lapisan tanah dibagi atas beberapa lapisan masing-masing 5 m, 6 m dan
6 m, untuk menghitung variasi nilai P0 (tegangan awal) dan P1 (tegangan
akhir) pada lapisan lempung.
(b) Nilai P0 dihitung pada pertengahan masing-masing lapisan, misalnya pada
lapisan 1: P0 = (350x1,7 – 50x1,0) x (1/1000) kg/cm2 = 0,545 kg/cm2.
(c) Nilai Δp dihitung pada pertengahan masing-masing lapisan dan di bawah
titik tengah fondasi tersebut, dengan menggunakan grafik pada Gambar
15. Dari grafik ini dapat ditentukan tegangan vertikal di bawah sudut
fondasi, sehingga tegangan di bawah titik tengah, dengan anggapan
fondasi terdiri dari empat bagian sama besar, B = 5 m dan L = 20 m.
Nilai m dan n ditentukan pada pertengahan masing-masing lapisan.
Misalnya pada lapisan 1 : z = 2,5 m sehingga m = B/Z = 2 ; n = L/Z = 8.
Jadi dari Gambar 15 diperoleh Iσ = 0,24; nilai Δp akibat ¼ luas fondasi =
Iσq, sehingga untuk seluruh fondasi Δp = 4 Iσq.
(d) Nilai Δp ini ditambahkan pada P0 merupakan nilai P1 yaitu tegangan
setengah bangunan.
(e) Dengan menggunakan nilai P0 dan P1, ditentukan penurunan Δh pada
masing-masing lapisan. Misalnya pada lapisan 1 : Δh = 0,755 – 0,170 mm
= 0,585 mm.
(f) Penurunan pada masing-masing lapisan dapat dihitung dengan rumus s =
(Δp/h) H.
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 52
B. Pemilihan Grafik dan Contoh Perhitungan
Pemilihan grafik yang akan digunakan dalam perhitungan penurunan
sesuai dengan bentuk fondasi diperlihatkan dalam contoh grafik pada Gambar
5.1 dan 5.2. (lihat literatur Wesley, L.D., DR.Ir., “Soil Mechanics”, 1977).
Gambar 5.1 Perhitungan tegangan di bawah fondasi
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 53
Gambar 5.2 Perhitungan tegangan di bawah fondasi bulat
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 54
Contoh perhitungan penurunan fondasi pelat di atas lapisan lempung (Gambar
5.3). Pada kedalaman 18 meter di bawah lapisan lempung terdapat lapisan
pasir. Dalamnya fondasi 1 meter dan muka air tanah pada kedalaman 3,0 meter.
Lapisan lempung dianggap seragam dan hasil rata-rata dari uji konsolidasi
diperlihatkan pada Gambar 5.4.
Gambar 5.3 Contoh perhitungan penurunan
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 55
Gambar 5.4 Grafik contoh perhitungan penurunan C. Contoh Perhitungan Penurunan Pada Bendungan
Analisis penurunan tanah untuk timbunan (bendungan) yang dibangun di atas
tiga lapisan, disajikan pada Gambar 5.5.
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 56
Gambar 5.5 Analisis Penurunan Tanah Untuk Timbunan yang Dibangun Di atas Tiga Lapisan
Penurunan total tanah di titik 1 yang berjarak x dari titik O seperti diperlihatkan
pada Gambar 5.5, diperoleh dengan menjumlahkan penurunan dari masing-
masing lapisan yang berada di bawah titik 1 dengan menggunakan persamaan:
ni
i
itot cc1
...................................... (30g)
Sedangkan penurunan pada lapisan ke-i ditentukan dengan asumsi bahwa
modulus kompresibilitas tanah adalah konstan dengan menggunakan
persamaan:
)(6
321 iii
i
i
iEs
Hc ............................ (30h)
iii Hzz 5,012 ................................. (30i)
iii Hzz 13 ................................. (30j)
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 57
dengan:
δci = penurunan lapisan ke-1
σi1 = tegangan pada kedalaman zi1
σi2 = tegangan pada kedalaman zi2
σi3 = tegangan pada kedalaman zi3
zi1 = kedalaman titik i1
zi2 = kedalaman titik i2
zi3 = kedalaman titik i3
Hi = tebal lapisan ke-i
Hj = tebal lapisan ke-j
Esi = modulus kompresibilitas lapisan ke-i.
Kecepatan waktu konsolidasi untuk setiap lapisan diperoleh dengan cara yang
diuraikan dalam Bab IV subbab D.
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 58
LAMPIRAN
UJI KONSOLIDASI
No. Contoh : Tabung Contoh No. : Kedalaman : 8,50 (m) Elevasi : (m) Tipe tanah : lempung lanauan Warna : abu-abu Spesifik graviti : Kadar air : (%)
Penguji : Nono Pengawas : Theo F.N Tanggal : 12/7/90 Penanggung jawab : Theo F.N Lampiran no.
Gambar L.1 Contoh kurva e – log p dengan cv hasil uji konsolidasi
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 59
Gambar L.2 Contoh kurva hubungan log waktu dengan penurunan dari hasil
pembacaan tahap (3) untuk penentuan t50
Gambar L.3 Contoh kurva hubungan akar waktu dengan penurunan dari hasil
pembacaan tahap (3) untuk penentuan t90
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 60
RANGKUMAN
Materi pelatihan ini dimaksudkan untuk memberi pembekalan kepada
peserta dasar-dasar pertimbangan, cara dan metode yang dapat digunakan
dalam melakukan persiapan analisis perhitungan konsolidasi dan penurunan
tanah untuk desain bendungan urugan, yang mantap, aman, dan stabil.
Materi pelatihan ini membahas mengenai pengenalan dasar konsolidasi
dan penurunan, agar memahami tentang sebab akibat konsolidasi terhadap
penurunan lapisan tanah; cara pengukuran konsolidasi dan pengujian
konsolidasi, serta besarnya penurunan secara teoritis yang diperlukan untuk
menentukan parameter lapisan tanah material tubuh dan fondasi bendungan.
Parameter desain material timbunan dan fondasi yang diperlukan dan
ditentukan dengan uji laboratorium adalah uji konsolidasi satu dimensi. Selain
itu, dapat dijelaskan sifat dan faktor penurunan terhadap bangunan, serta
rumus-rumus perhitungan. Parameter yang diperlukan untuk analisis penurunan
tanah antara lain: indeks kompresibilitas (Cc), indeks rekompresi (Cr), tekanan
prekonsolidasi (p), modulus kompresibilitas (Es), koefisien konsolidasi (Cv) dan
indeks kompresibilitas sekunder.
Kemudian, tentang analisis penurunan yang dapat dilakukan berdasarkan
pemilihan jenis penurunan, yaitu penurunan elastis, penurunan konsolidasi
primer dapat dilakukan dengan cara Terzaghi dan teori elastisitas, serta
kecepatan penurunan, dan konsolidasi sekunder. Analisis penurunan ini
dilengkapi dengan rumus-rumus matematik dan cara analisisnya serta contoh-
contoh perhitungan.
Perencanaan Bendungan Urugan Tingkat Dasar
Perhitungan Penurunan (Settlement) 61
DAFTAR PUSTAKA 1. Carlina S., & Sunarto, ”Metode pengurugan bertahap bendungan tipe
urugan di atas pondasi bertanah lunak, Kecamatan Balikpapan Utara, Kalimantan”, Proceeding PIT XV HATHI Bandung 10-12 Des. 1998 ISSN 0853-6457.
2. Carlina S., & Sunarto, “Analisis longsoran dan amblesan pada pelaksanaan bendungan urugan di atas tanah lunak, Kecamatan Gunung Tabur, Kalimantan Timur“, Jurnal Teknik Hidraulik No.20 TH XIV-1999, ISSN 0215-1251.
3. Carlina S., & Sunarto, “Penimbunan bendungan urugan di atas tanah lunak menggunakan metode sand drain”, Buletin PUSAIR Vol.XII No. 39 Mei 2003, ISSN: 0852-5919.
4. Departemen Pekerjaan Umum, “Peningkatan stabilitas timbunan di atas fondasi tanah lembek menggunakan teknik pembangunan dengan pembebanan bertahap”, Badan Litbang Pekerjaan Umum, Jakarta, Maret 1996.
5. Departemen Pekerjaan Umum, “Pedoman penyelidikan geoteknik untuk fondasi bangunan air”, Volume 1 (Pd T-03.1-2005-A), Vol. 2 (Pd T-03.2-2005-A), dan Vol. 3 (Pd T-03.3-2005-A), Kep Men Pekerjaan Umum No: 498/KPTS/ M/ 2005, Jakarta, tgl. 22 Nov 2005.
6. Departemen Pekerjaan Umum, “Pedoman analisis daya dukung pondasi dangkal bangunan air”, Pd T-02-2005-A Kep. Men Pekerjaan Umum No.498/KPTS /M2005, Jakarta, tgl. 22 November 2005.
7. Ibnu Kasiro & Carlina S., “Metode konstruksi penutupan muara, dan teknik desalinasi pada pembangunan waduk muara - kasus Waduk Duriangkang, Pulau Batam”, Proceeding PIT XII HATHI Surabaya 20-23 Nop.1995 ISSN 0853-6457.
8. Mitchell, J.K. (1976), “Fundamentals of Soil Behavior”, John Wiley & Sons, Inc, New York.
9. Najoan, T.F. & I. Kasiro, (1976), “Tanah Lempung Indonesia, Karakteristik Pemadatan dan Kemungkinan untuk Timbunan”, Seminar Pengairan DitJen Pengairan, Departemen PU., Seri No. 12 Jilid 1, tahun 1976.
10. Najoan, T.F., (1982), “Cara Sederhana Memperkirakan Penurunan Total Timbunan Tanah”, Proceedings Konferensi Nasional Geoteknik Indonesia Ke-2, Jakarta tahun 1982.
11. Najoan, T.F. & Carlina S., “Pedoman instrumentasi tubuh bendungan tipe urugan dan tanggul”, Pd T-08-2004-A, Kep.Men Kimpraswil No: 260/ KPTS/M/2004, Jakarta, tgl.10 Mei 2004.
12. Najoan, Th.F. dan Carlina Soetjiono (2006), “Cara Uji Konsolidasi Tanah Satu Dimensi”, Pusat Penelitian dan Pengembangan Sumber Daya Air, 2006, SNI-Konsol-1D RPT3 (2812-1992), Balitbang, Departemen PU.