penurunan tanah (by: ronni i. s. r. hadinagoro, ir., mt)

PARAMETERSIFAT FISIK TANAH

TANAHdalam persepsi teknik sipil

adalah kumpulan

mineral

bahan organik

endapan lepas

yang terletak di atas batuan dasar.

OksidaYang mengendap

Di antarapartikel

karbonat

Zatorganik

Ikatan antar

butiranrelatiflemah

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 )

PELAPUKAN DIPENGARUHIOLEH :

• Jenis Batuan• Topografi• Iklim dan organisma• Waktu.

• 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

Tanah Berbutir Halus (ukuran < 0.06 mm):

Kaolinite

illite

Na-Montmorillonite

Halloysite

5 micron

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

Porositas/Porosity (n)Perbandingan antara isi rongga dengan isi total.

n = Vv /V

Angka Pori/void ratio (e)Perbandingan isi rongga dengan isi butiran

e = Vv/Vs

Berat Isi/Berat Volume/ Kepadatan/Density ()Perbandingan berat dengan isi tanah.

= W/V

Berat isi kering (d)Perbandingan antara berat butiran dengan isi total tanah

d = Ws/V

Berat isi butiran padat (s)Perbandingan antara berat butiran padat dengan isi butiran padat.

s = Ws/Vs

Berat Jenis Butir (Gs)Perbandingan antara berat isi butiran padat dengan berat isi air.

Gs = s/w

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

Derajat Kejenuhan (S)Perbandingan isi air dengan isi rongga di dalam tanah.

S = Vw/Vv x 100 [%]

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

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

Ukuran Partikel Tanah


Grafik distribusi ukuran partikel tanah

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


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)

Plastic Limit

Liquid Limit


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


Pendekatan Casagrande untuk menentukan Shrinkage Limit


Plasticity Index:

PI LL PL

Liquidity Index:

w PLLI

LL PL

PL LLw

Perilaku Stress – Strain Tanah Lempung Berdasarkan Daerah Atterberg Limits

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

KLASIFIKASI TANAH AASHTO


Penentuan Klasifikasi Group A-4 s/d A-7

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 berat tanah

A

fz = h.

h

fz

Tegangan akibat berat tanah jika titik A di bawah permukaan air tanah

A

fz = h1+(2-w).h2

h1

fzh2

Tegangan akibat beban luar.

ATegangan tambahan akibat Beban luar bergantung pada:1. Bentuk beban2. Posisi titik yang ditinjau

terhadap beban.

h

fz

Settlement:

1. Elastic/immediate settlement2. Consolidation settlement

Elastic/ immediate Settlement

net pressure=

rigid foundation

Korelasi dng Kohesi (Lempung)

Rentang Harga E (Young’s Modulus) dan (Poisson’s Ratio)

Korelasi dari harga N-SPT dan qc-Sondir

• For Saturated Clay: =0.5

For Sandy Soil (Schmertmann, 1978)

circular

Consolidation Settlement

KONSOLIDASI

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

83

UJI KONSOLIDASI TANAH

Alat uji konsolidasi tanah

84


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)

Kurva Test Konsolidasi

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

Overconsolidated Soil

p?1. Diasumsikan beban pondasi menyebar secara linier

Tegangan pada kedalaman 4.5 m

KONSOLIDASI

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

100


Alat uji konsolidasi tanah

101


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



'

''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):


'

''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


Penurunan (settlement):

penurunan tanah (by: ronni i. s. r. hadinagoro, ir., mt)

Documents