perbaikan secara hidrolik
TRANSCRIPT
III. TEKNIK PERBAIKAN SECARA HIDROLIK( HYDRAULIC MODIFICATION )
Modifikasi hidrolik adalah proses perbaikan tanah dengan cara mengeluarkan air pori dari
dalam massa tanah yaitu :
Metode pembebanan awal (preloading) untuk tanah kohesif.
Metode pemompaan (pumping method) untuk tanah berbutir kasar.
3.1. Pembebanan Awal (Preloading)
Preloading adalah usaha memperbaiki karakteristik teknis deposit yang lunak (soft
clay) dengan jalan memberikan beban awal sementara sebelum tahap konstruksi.
Untuk mempercepat pemampatan, preloading dikombinasikan dengan pemasangan
sand drain (vertical drain ).
Dengan pembebanan awal, tanah akan memampat (terkonsolidasi) sehingga:
mengurangi penurunan berlebihan dari konstruksi
meningkatkan kepadatan ( e berkurang) sehingga memperbaiki kekuatan
geser tanah
Konsep Preloading
a. Tanah lunak menyebabkan penurunan besar
Prodi S-1 Sipil Untad Stabilitas & Perkuatan Tanah Hal.21.
tanah lunak jenuh ( penurunan besar )
gedung
Lapisan keras
tanah lunak jenuh
Lapisan keras
H besar
beban awal (preloading)dikeluarkan sebelum konstruksi
b. Preloading mereduksi penurunan.
c. Perbandingan penurunan tanpa dan dengan preloading
d. Tanah lunak perlu tiang pancang
Prodi S-1 Sipil Untad Stabilitas & Perkuatan Tanah Hal.22.
tanah lunak jenuh ( penurunan kecil )
gedung
Lapisan keras
tanah lunak jenuh, terkonsolidasi akibat preloading
Lapisan keras
H kecil
gedung
Lapisan keras Lapisan keras
0
25
50
75
100
0 10 20 30 40Waktu
Pe
nu
run
an
Dengan preloading
tanpa preloading
e. Tanah lunak dengan preloading, memungkinkan tidak perlu pancang.
f. Vertical drain untuk mempercepat konsolidasi.
g. Pengaruh vertical drain terhadap kecepatan penurunan
Gambar 3.1. Aplikasi preloading pada tanah lunak.
3.2. Konsep Dasar Konsolidasi 1-D
Suatu deposit tanah lunak dibawah muka
Prodi S-1 Sipil Untad Stabilitas & Perkuatan Tanah Hal.23.
Dengan vertical drain
tanah lunak jenuh, terkonsolidasi akibat preloading
Tanpa drain
gedung
Lapisan keras Lapisan keras
0
25
50
75
100
0 20 40 60 80Waktu
Pen
urun
an
tanpa drain
dengan drain
Deposit lunak, jenuh H
air tanah dibebani dengan luasan sangat besar dibandingkan tebal deposit H (lihat gambar), terletak diantara dua lapisan pasir yang permeabilitasnya tinggi.
tambahan tambahan tambahan teg. Total, tek. air pori, u teg. efektif ’
H = +
= u = + ’ = 0
kondisi awal ( t = 0 )
u ’ H
= u + ’
proses konsolidasi ( 0 < t < )
H
= u = 0 + ’ =
pada kondisi akhir (t = )
Gambar 3.2. Variasi teg. total, tek. air pori dan teg. efektif pada…………. lempung dgn drainase atas & bawah, akibat .
Prodi S-1 Sipil Untad Stabilitas & Perkuatan Tanah Hal.24.
3.3. Karakteristik Kurva Pemampatan
Slope = Cs
Slope = Cc
pc p ( skala log )
Cc = indeks pemampatanCs = indeks pengembangan (swell)pc = tegangan prakonsolidasi
Gambar 3.3. Karakteristik Kurva Pemampatan
Besarnya penurunan konsolidasi S NC :
lempung NC :
lempung OC : ……. pc> po+p
……… pc< po+p
dimana : H = tebal deposit yang terkonsolidasi
eo = angka pori awal
po = tekanan efektif overburden
p = tambahan tekanan akibat konstruksi
Terzaghi & Peck (1967) memberikan korelasi :
Cc = 0,009 (LL-10) untuk lempung NC
Cc = 0,007 (LL-10) untuk lempung remolded
Beberapa lempung memberikan hubungan sbb.:
Cc = 0,01WN untuk lempung Chicago
Cc = 0,0046(LL-9) untuk lempung Brazilia
Cc = 0,0115WN untuk tanah organik dll.
Nacci (1975) mengusulkan hubungan :
Cc = 0,02 + 0,014PI
Prodi S-1 Sipil Untad Stabilitas & Perkuatan Tanah Hal.25.
Ang
ka p
ori,
e
Tabel 3.1. Indeks kompressi dan pengembangan beberapa tanah asli ( Das, B.M., 1998)
TanahLiquid limit
Plastic limit
Indeks kompressi
Indeks swell
Boston blue clayChicago clayFt. Gordon clay, GeorgiaNew Orleans clayMontana clay
4160518060
2020262528
0.350.40.120.30.21
0.070.07
--0.050.05
Umumnya Cs 0,2 sampai 0,1 Cc
Contoh 3.1
Suatu data hasil uji konsolidasi di laboratorium seperti tabel
disamping ini. :
Ditanyakan :
Tentukan parameter konsolidasi Cc dan Cs tanah tersebut
Tentukan tekanan pra konsolidasi tanah tersebut :
Jawab :
Gambar kurva e vs log P
untuk menentukan Cc, Cs,
dan Pc. Dari kurva
tersebut didapat :
Cc = 0,47
Cs = 0,09
Pc = 1,7 kg/cm2
3.4. Kecepatan Pemampatan (time rate of consolidation)
Prodi S-1 Sipil Untad Stabilitas & Perkuatan Tanah Hal.26.
Persamaan diferensial konsolidasi 1-D Terzaghi :
syarat batas : z = 0 u = 0
z = 2Hdr u = 0t = 0 u= uo
penyelesaiannya :
dimana : m adalah bilangan bulat
uo = ekses tegangan pori awal = faktor waktu
Cv = koefisien konsolidasi (dari hasil lab)
Hdr = lintasan drainase terpanjang
t = waktu
Derajat konsolidasi pada jarak z pada suatu waktu t adalah :
uz = tek. air pori pada jarak z pada waktu t
Derajat konsolidasi rata-rata untuk seluruh kedalaman lapisan :
Terzahgi mengusulkan hubungan sederhana U rata-2 vs. Tv. sbb.
Untuk U=0 s/d. 53%
Untuk U > 53% Tv = 1,781-0,933 log (`100-U%)
Prodi S-1 Sipil Untad Stabilitas & Perkuatan Tanah Hal.27.
Tv=0 0,1 0,2 0,4 0,6 0,8 Tv=0,9
0
0,5
1
1,5
2
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Derajat Konsolidasi, Uz
z /
Hd
r
Gambar 3.4. Variasi Uz terhadap Tv dan z / Hdr
3.5. Preloading dengan Vertical Drain
Saat ini vertical drain untuk mempercepat proses konsolidasi, menggunakan
material seperti kolom drainase pasir (sand drain), jute atau geosynthetic drain.
Pada penggunaan sand drain, dua kasus dasar ditinjau yaitu kasus regangan bebas
(free strain) dan regangan seragam (equal strain). Faktor lain yang diperhitungkan
adalah efek smear. Zone smear pada sand drain terbentuk akibat remoulding
lempung saat pemboran, yang mengurangi permeabilitas.
3.5.1. Konsolidasi regangan bebas tanpa smear
Gambar 3.5.b menunjukkan pola segitiga penempatan drain. Zona pengaruh tiap
drain berbentuk hexagonal yang dapat didekati dengan lingkaran eqivalen
diameter de ( jari-jari re = ½de ). rs = jarak radial dari pusat drain ke kulit luar zone
smear. Untuk kasus no smear, rs = rw
Persamaan diferensial konsolidasi Terzaghi untuk drainase radial :
dimana : u = ekses tekanan air pori
r = jarak radial dari pusat drain
Cvr = koefisien konsolidasi arah radial
Prodi S-1 Sipil Untad Stabilitas & Perkuatan Tanah Hal.28. clay
pasirMAT
batuan
de
re
rs
rw
H
a.
( a )
s s
drain
clay
zone smear
sand drain
( b ) ( c )
Gambar 3.5.. Vertical sand drain. (a) Penampang vertikal. (b). Pola Instalasi (c) Detail Sand Drain
Dengan syarat batas : r = re u/ r = 0
t = 0 u= ui
t>0 u = 0 pada r = rw
solusi persamaan “u” untuk setiap waktu t pada jarak radial r :
dimana : n=re/rw
U1()=J1()Yo() - Y1()Jo()
Uo(n)=Jo(n)Yo() - Yo(n)Jo()
Prodi S-1 Sipil Untad Stabilitas & Perkuatan Tanah Hal.29.
J0 = Fungsi Bessel bentuk pertama untuk order nol
J1 = Fungsi Bessel bentuk pertama untuk order satu
Y0 = Fungsi Bessel bentuk kedua untuk order nol
Y1 = Fungsi Bessel bentuk kedua untuk order satu
1, 2,..= akar-akar fungsi Bessel yang memenuhi
J1(n)Yo() - Y1(n)Jo()= 0
Tr = faktor waktu aliran radial
Tekanan air pori rata-rata :
Derajat konsolidasi rata-rata :
3.5.2. Konsolidasi regangan seragam tanpa smear
Solusi persamaan “u” untuk setiap waktu t pada jarak radial r menurut Barron
(1948) :
dimana :
uav = tek air pori rata-rata lapisan lempung =ui.e
Derajat konsolidasi rata-rata akibat drainase radial :
Prodi S-1 Sipil Untad Stabilitas & Perkuatan Tanah Hal.30.
Gambar 3.6. Variasi derajat konsolidasi Ur vs Tr ( Das B.M., 1983)
3.5.3. Pengaruh Zone Smear
Barrons (1948) melakukan analisis efek smear dengan anggapan ekses tekanan air
pori “nol” pada satu bondary zone smear dan boundary lainnya ada ekses yang
tergantung waktu. Solusinya :
dimana : ks = koefisien rembes zone smear.
S = rs / rw
Derajat konsolidasi rata-rata :
Prodi S-1 Sipil Untad Stabilitas & Perkuatan Tanah Hal.31.
2 1.52 1.5
1.2 1.2
S=1
n=5 S=1n=15
0
1
2
3
4
5
0 4 8 12 16 20
kh/ks
m
Gambar 3.7. Nilai m untuk beberapa nilai kh/ksdan S ( Das B.M., 1983)
Gambar 3.8. Kurva m vs n untuk beberapa nilai S (kh/ks=20)( Das B.M., 1983)
3.5.4. Derajat Konsolidasi Kombinasi Drainase Vertikal dan Radial
Bila konsolidasi berjalan bersamaan antara drainase vertikal dan radial, derajat
konsolidasi gabungan menurut Carrillo (1942) adalah :
Prodi S-1 Sipil Untad Stabilitas & Perkuatan Tanah Hal.32.
U = 1 – ( 1 - Uv ).( 1 - Ur )
Dimana : U = derajat konsolidasi rata-rata gabungan vertikal dan radial
UV = derajat konsolidasi rata-rata untuk drainase veretikal saja
Ur = derajat konsolidasi rata-rata untuk drainase radial saja
Contoh. Suatu lapisan lempung dengan ketebalan 20 ft terdapat lapisan kerikil
pada batas atas dan bawahnya, dipasang sand drain vertikal. Koefisien konsolidasi
arah vertikal CV = 0,055 ft2/hari. Koefisien rembes arah vertikal sama dengan arah
horisontal. Diameter sand drain, dw = 18 inci. Diameter eqivalen lingkaran
pengaruh tiap drain, de = 10 ft. Anggap tidak ada efek smear, sehingga rs = rw.
Penurunan konsolidasi dianggap seragam.
Ditanyakan :
a) Hitunglah derajat konsolidasi tanpa sand drain dan dengan sand drain setelah
0,4 tahun.
b) Bila penurunan konsolidasi total setelah 100% derajat konsolidasi sebesar 10
inci, berapakah penurunan yang terjadi setelah 0,4 tahun tanpa dan dengan
sand drain.
Jawab :
a. Untuk regangan seragam tanpa smear.
re = ½ de = 5 ft = 5 x 12 in = 60 in
rw = ½ dw = 9 in.
n = re / rw = 60 / 9 = 6,667
= 1,196
Koefisien rembes vertikal = horisontal sehingga
Cv = Cvr = 0,055 ft2/hari = 0,055 x 365 = 20,08 ft2/tahun
Faktor waktu setelah 0,4 tahun:
Prodi S-1 Sipil Untad Stabilitas & Perkuatan Tanah Hal.33.
Arah vertikal, = (20,08 x 0,4)/(20/2)2 = 0,08
Arah radial = (20,08 x 0,4)/ 102 = 0,08
Derajat konsolidasi :
Arah vertikal :
atau = (4 x 0,08 / ) ½ = 0,3198=31,98 %
Arah radial = 0,415 = 41.5%
Derajat konsolidasi gabungan :
U = 1 – ( 1 - Uv ).( 1 - Ur ) = 0,6024 = 60,24%
b. Penurunan total setelah 100% konsolidasi = 10 in. (U = 1 = 100% )
Penurunan yang terjadi setelah 0,4 tahun tanpa sand drain
Sc = Uv. x 10 in = 31,98% x 10 in = 3,198 in 3,2 in
Penurunan yang terjadi setelah 0,4 tahun kombinasi dengan sand drain
Sc = U x 10 in = 60,24% x 10 in = 6,024 in 6 in
Prodi S-1 Sipil Untad Stabilitas & Perkuatan Tanah Hal.34.