Percobaan Konsolidasi

PERCOBAAN KONSOLIDASIA. Dasar Teori

Istilah konsolidasi atau penurunan digunakan untuk menunjukkan gerakan titik tertentu pada bangunan terhadap titik referensi yang tetap. Jika seluruh permukaan tanah di bawah dan di sekitar bangunan turun secara seragam dan penurunan terjadi tidak berlebihan, maka turunnya bangunan akan tidak nampak oleh pandangan mata dan penurunan yang terjadi idak merusak bangunan. Namun, kondisi demikian tentu mengganggu baik pandangan mata maupun kestabilan bangunan, bila penurunan terjadi secara berlebihan. Umumnya, penurunan tak seragam lebih membahayakan bangunan dari pada penurunan total.

Contoh-conoh kerusakan bangunan akibat penurunan tak seragam ditunjukkan dalam gambar 4.1

1. Gambar 4.1a. jika tepi bangunan turun lebih besar dari pada bagian tengahnya, bangunan diperkirakan akan retak-retak pada bagian A.

2. Gambar 4.1b. jika bagian tengah bangunan turun lebih besar, bagian atas bangunan dalam kondisi tertekan dan bagian bawah tertarik. Kalau deformasi yang terjadi sangat besar, tegangan tarik yang berkembang di bawah bangunan dapat mengakibatkan pada bangunan.3. Gambar 4.1c. penurunan pada suatu tepi dapat berakibat retak pada bagian C.

4. Gambar 4.1d. penurunan terjadi berangsur-angsur dari salah satu bangunan, yang berakibat miringnya bangunan tanpa menyebabkan keretakan.

Gambar 4.1 Contoh kerusakan bangunan akibat penurunan

Suatu proses pengecilan suatu isi tanah jenuh secara perlahan-lahan dengan permeabilitas rendah akibat keluarnya air pori. Proses tersebut dengan konsolidasi atau penurunan. Proses ini berlangsung terus sampai kelebihan tekanan air pori yang disebabkan oleh kenaikan tegangan total telah benar-benar hilang.Gambar konsolidasi satu matra

Pertimbangan pertama dalam menghitung turunan adalah penyebaran pondasi di bawahnya. Hal ini sangat bergantung pada kekuatan pondasi dan sifat-sifat tanah. Tekanan yang terjadi pada bid kontak antara dasar pondasi dan tanah disebut tekanan sentuh atau tekanan kontak (contact pressure). Beban yang besar akibat beban pondasi ke tanah di bawahnya, semakin ke bawah semakin berkurang variasi tekanan sentuh kebawah pondasi memanjang yang kaku, yang dibebani beban terbagi rata.

Pada gambar di atas merupakan distribusi tekanan sentuh untuk pondasi pada tanah lempung, bila diletakkan pada tanah pasir atau kerikil, distribusi tekanan sentuhnya akan seperti gambar di atas. Hal di atas biasanya terjadi pada pondasi tangki minyak tanah yang terletak pada tanah lempung.Distribusi tekanan sentuh akan seragam dan penurunan berbentuk cekung seperti bentuk mangkuk (gambar d.4).

Gambar distribusi tekanan sentuh di bawah pondasi

(d1)Pondasi kaku pada lempung

(d2)Pondasi kaku pada pasir dan krikil

(d3)Pondasi kaku pada campuran lempung dan pasir

(d4)Pondasi fleksibel pada tanah lempung.

Mekanika konsolidasi diperagakan oleh Terghi dengan menggunakan analogy piston dan pegas, seperti pada gambar di bawah ini. Gambar ini menunjukkan piston dan pegasnya. Misalnya panjang pegas = Zo dibawah tekanan sebesar = 10 satuan. Jika tekanan 2 satuan ditambahkan di atasnya maka pegas akan langsung merapat dan panjangnya menjadi Z1 selanjutnya dengan penambahan beban menyebabkan jumlah pegas berkurang. Berdasarkan batas elastisitas kurva pembiasan beban dianggap lurus. Jika pegas dan piston diletakkan dalam silinder berisi air sampai penuh di bawah piston dan tutup terbuka, maka air akan bebas dari tekanan karena seluruh beban dipikul oleh pegas sendiri, tekanan ditambah menjadi 12 satuan dan katup ditutup.

Gambar analogi pegas oleh TerzaghiJika ( = tekanan total, ( = tekanan dalam pegas dan u = tekanan air (tekanan pori), maka persamaan di atas berlaku sebagai berikut.

Sekarang katub dibuka sedikit sehingga air keluar sedikit dan katup ditutup. Karena sebagian air keluar piston bergerak ke bawah, pegas termanfaatkan dan sebagian tekanan 2 satuan yang tadi ditahan air sekarang dipindahkan ke pegas.Jadi persamaannya sekarang menjadi :

Dalam hal ini :

(1:Perpindahan tekanan dan air terpegas sesuai dengan jumlah pembuangan air.

Jika katub dibuka penuh, maka air akan keluar sampai panjang pegas berkurang menjadi Z1. jadi tekanan 2 satuan pindah dari air ke pegas.

Jadi tampak bahwa jika tekanan bertambah, seluruh tekanan pertama-tama diterima oleh air. Jika air keluar dari system beban dipindahkan dari air ke pegas hingga pegas berubah sesuai penambahan tekanan yang digunakan. Analogy ini dapat digunakan untuk proses konsolidasi masssa tanah berupa system air tanah.Pada contoh semacam ini dengan penambahan beban terus-menerus sedikit demi sedikit dengan memperoleh konsolidasi berjalan sampai selesai, maka contoh tanah akan berubah ketebalannya menurun karena konsolidasi. Besarnya penurunan dapat ditentukan pada setiap saat dari pembacaan arloji penunjuk pada alat konsolidasi. Dari pembacaa-pembacaan ini angka pori dapat dihitung, asalkan angka pori asli contoh tanah diketahui. Jika beban ditambah dan tegangan mencapai Po, maka kita akan mendapat garis AB. Garis AB ini biasanya hamper lurus dan disebut garis konsolidasi asli.

Apabila beban sekarang dikurangi lagi dan tegangan mencapai P1, maka tebal tanah akan mengembang sedikit dan kurvanya menurut garis BC. Selanjutnya beban ditambah lagi sampai tegangan menjadi P, maka akan diperoleh garis CDE, garis De merupakan terusan garis AB, yaitu ABE yang merupakan garis konsolidasi asli. Persamaan yang biasanya dipakai untuk garis AE ialah sebagai berikut :

Dalam hal ini :

h :Penurunan karena penambahan tegangan dari P0 menjadi P1h: Tebal contoh tanah

e:Konstanta

Persamaan di atas menunjukkan hubungan antara penurunan dan tegangan dalam gambar 3 (a). Jika ditinjau hubungan antara angka pori dan penambahan tegangan, maka persamaannya sebagai berikut :

Dalam hal ini ; l0 = angka pori pada tegangan P0, l = angka pori pada tegangan P, Cc = indeks penempatan (compression Index)

Hubungan antara angka pori dan tegangan ini diunjukkan dalam gambar 3 (b)

Gambar 3. Kurva hasil percobaan konsolidasi tanah tidak asli

B. Tujuan

Tujuan percobaan konsolidasi untuk mengetahui kecepatan pemampatan tanah dan besarnya penurunan tanah akibat pembebanan. Pada percobaan ini tanah ditahan dari kemungkinan mengembang ke samping dan diberi drainase pada arah vertikal.

C. Peralatan

1. Konsolidometer, yang terdiri dari tempat tanah, batu pori atas dan bawah, serta arloji pengukuran penurunan perubahan tanah.

2. Perlengkapan pembebanan.

3. Alat pengeluar contoh tanah (extruder).

4. Stopwatch, timbangan dengan ketelitian 0,01 gr, jangka sorong dan trimmer

5. Perlengkapan untuk pemeriksaan kadar air dan perlengkapan umum lainnya.

D. Prosedur Percobaan

1. Persiapan Benda Uji

a. Doronglah contoh tanah keluar dari tabung contoh ke cincin cetak, kemudian potonglah tanah rata-rata bagian atas dan bawah cincin. Cincin cetak dapat sekaligus merupakan tempat contoh tanah dalam konsolidometer.

b. Untuk kelengkapan data dan perhitungan, hitung dan catat benda uji bersama cincinnya untuk mengetahui berat volume bawah dan kering tanah. Periksa kadar air tanah lalu periksa berat jenis tanah. Ukur diameter dan tinggi benda uji.

2. Persiapan alat dan penempatan benda uji dalam konsolidometer

a. Periksa alat-alat juga periksa bahwa lengan beban telah seimbang. Periksa juga bahwa batu-batu pori bersih dan tidak tersumbat.

b. Basahkan batu-batu pori, tempatkan berturut-turut dalam oedometer.

c. Tempatkan sel konsolidasi yang telah berisi benda uji pada tempatnya dalam rangka pembebanan.

d. aturlah alat penekan beban di atas benda uji dan aturlah arloji pengukur penurunan pada pembacaan angka nol.

e. Turunkan sekrup pengatur lengan beban, sehingga beban mulai bekerja di atas contoh tanah, kemudian jalankan stopwatch.

f. Baca dan catat arloji pengukur penurunan pada waktu yang ditentukan.

g. Isilah sel konsolidasi dengan air, segera setelah beban bekerja tetapi tidak mengganggu pembacaan, lakukan pengisian air setelah pengamatan satu menit. Jagalah agar selama percobaan, benda uji selalu terendam air, dengan muka air kira-kira sama tinggi dengan permukaan atas benda uji.

h. Setelah pembacaan 24 jam, tambahkan beban. Biarkan benda ini bekerja 24 jam dan amati penurunan arloji pengukur pada waktu yang telah ditentukan.

i. Setelah beban maksimum, beban dikurangi secara bertahap berturut-turut dengan urutan kebalikan penambahan beban. Catatlah pembacaan arloji seperti tadi.

j. Setelah pelaksanaan beban selesai dilakukan, keluarkan contoh tanah dari oedometer. Timbang dan catat benda uji kemudian keringkan dalam oven. Setelah kering, timbang lagi untuk mengetahui berat butir-butir tanah.E. Perhitungan

1. Menghitung koefisien konsolidasi (Cv)

a. Gambarkan grafik antara penurunan sebagai ordinat dengan skala linier dan akar waktu dalam menit sebagai absis untuk semua tahap pembebanan.

b. Hitung koefisien konsolidasi (Cv) bagi masing-masing tahap beban yang dapat dilakukan dengan grafik tersebut di atas dengan rumus:

Dimana:

H= panjang pengaliran air

Ti= faktor waktu konsolidasi

ti= waktu konsolidasi mencapai 1%

c. Hitung Cv untuk t 50 dan t 90

d. Plot Cv untuk setiap pembebanan yang diberikan. Beban dibuat dalam skala logaritmik, sedangkan Cv dalam skala linier.

2. Perhitungan indeks kompressi sama dengan Cc untuk menghitung penurunan tanah.

Hitung Hs (tebal bagian badan)

Dimana:

Ws= berat benda uji setelah dikeringkan

Gs = berat jenis butiran tanah

A= luas penampang benda uji

Hitung angka pori (e) setiap akhir pembebanan

Dimana:

H= tebal benda uji setelah dikeringkan

Hasil perhitungan ini dibuat dalam tabel.

Gambarkan kurva antara hubungan e dengan skala linier dan pembebanan normal ( sebagai absis dengan skala logaritma.

Harga indeks Cc adalah kemiringan bagian lurus dari kurva e = log (

dimana :

(= P/A

3. Dapat pula dihitung koefisien kompressibilitas av yang didapat dari grafik e vs (

dimana: av = kemiringan grafik

yang nilainya berbeda-beda untuk tiap-tiap tekanan rata-rata antara dua tahap pembebanan. Dapat pula dihitung koefisien perubahan volume mv dengan rumus:

Pengolahan Data Percobaan Konsolidasi Bagian I

Dimensi Contoh Tanah

Diameter cincin (Dc)=6 cm

Tinggi cincin (Tc)=2 cm

Luas cincin (L)= ( Dc2

=

(3,14) (6)2

=28,26 cm2

Volume cincin=Luas cincin x tinggi cincin

=28,26 x 2

=56,52 cm3 Data Percobaan

Pembacaan awal (D1)

=0,040 mm

Pembacaan akhir (D2)

=4,123 mm

Deformasi alat (kalibrasi)

=0,6 mm

Perubahan tinggi contoh tanah (Pt)=

=

=0,4083 mm

Tinggi akhir pori

=

=

=1,56

dimana : Ww2=Berat air sesudah pembacaan

L=Luas cincin

Sebelum Percobaan

Berat cincin + tanah mula-mula=210,23 gr

Berat cincin

=64,28 gr

Tinggi contoh tanah

=2 cm

Kadar air mula-mula

=29,685 %

(Didapat dari w pengujian kadar air asli)

Berat jenis butiran tanah (Gs)=2,57

(Gs didapat dari pengujian specific gravity)

Berat contoh tanah basah

W (mula-mula)=(B. cincin + tanah mula-mula) (B.Cincin)

=210,23 64,28

=145,95

Berat tanah kering (Ws) berdasarkan kadar air mula-mula

Sesudah Percobaan Berat pori + cincin + tanah

=520,46 gr Berat pori + cincin + tanah kering=476,45 gr Berat pori + cincin

=374,51 gr Berat tanah kering (Ws)Ws=(B. pori + cincin + tanah kering) (B. pori + cincin)

=476,45 374,51

=101,94 gr

Berat tanah basah (W)

W=(Berat pori + cincin + tanah) (Berat pori + cincin)

=520,46 374,51

=145,95 gr

Berat air (Ww)

Ww=W Ws

=145,95 101,94

=44,01 gr

Kadar air (w)

Perhitungan

Tinggi butiran tanah (Hs)

Tinggi pori mula mula (Tp)

Tp=T Hs

=2 1,55

= 0,45

Angka pori mula-mula (e0)

Angka pori akhir (ef)

Percobaan konsolidasi bagian IIIDiketahui :

Hs=

1,55 cm

H0=

2 cm

e0=

0,29 cm

Contoh perhitungan dari tabel percobaan konsolidasi bagian III

Beban 2 Kg/cm2 (hari ke 1)

Dawal = 0 mm

Dakhir = 1,342 mm D50 = 0,577 mm

D100 = 1,154 mm

Perubahan tebal (D)

D= Dakhir - Dawal= 1,342 0= 1,342

Perubahan angka pori (e)

Angka porie = e0 - e

= 0,29 0,0029 = 0,26 mm

Indeks Kompress (Cc)

av = EMBED Equation.3

Cv= EMBED Equation.3

Hs = EMBED Equation.3

e= EMBED Equation.3

Cc= EMBED Equation.3 = EMBED Equation.3

mv= EMBED Equation.3

12 = 10 + 2

( = ( + u

12 = (10 + (1) + (2 - (1)

12 = 10 + 2

( = ( + u

h 1

= log eP/P0

h C

l = l0 l = Cc log 10 P/P0

_1208418633.unknown

_1208421115.unknown

_1208421476.unknown

_1208422606.unknown

_1208422939.unknown

_1208421572.unknown

_1208421269.unknown

_1208419587.unknown

_1144303553.unknown

_1208418337.unknown

_1208418606.unknown

_1208418265.unknown

_1144303555.unknown

_1144303544.unknown

_1144303549.unknown

_1144303551.unknown

_1144303546.unknown

_1144303542.unknown