12_Konsolidasi

Percobaan XII - Hal. 1 dari 13

H D E P A R T E M E N P E N D I D I K A N D A N K E B U D A Y A A NPOLITEKNIK UNIVERSITAS BRAWIJAYA

LABORATORIUM MEKANIKA TANAHJURUSAN TEKNIK SIPIL

Jl. Veteran, PO Box 04 MALANG - 65145 Telepon (0341) 551340, 551341 Fax. (0341) 551708

12 KONSOLIDASI (CONSOLIDATION)

I. PENDAHULUAN

Bila tanah jenuh dibebani, maka seluruh beban/tegangan tersebut mula-mula akan

ditahan oleh masa air yang terperangkap dalam ruang pori tanah. Hal ini terjadi

karena air bersifat tidak mudah dimampatkan (incompresible), sebaliknya struktur

butiran tanah bersifat dapat dimampatkan (compresible). Tegangan air yang timbul

akibat pembebanan disebut tegangan air pori lebih (excess pore pressure), dan jika

tegangan ini lebih besar dari tegangan hidrostatik, maka air akan mengalir keluar

secara perlahan-lahan dari ruang pori tanah. Seiring dengan keluarnya air,

tegangan akibat pembebanan secara berangsur-angsur dialihkan dan pada akhirnya

akan ditahan seluruhnya oleh kerangka butiran tanah. Kejadian diatas diikuti

dengan proses merapatnya butiran-butiran tanah tersebut satu sama lain, yang

mengakibatkan terjadinya perubahan volume (deformasi), yang besarnya kurang

lebih sama dengan volume air yang keluar.

Dengan demikian, peristiwa konsolidasi dapat didefenisikan sebagai proses

mengalirnya air keluar dari ruang pori tanah jenuh dengan kemampuan lolos air

(permeabilitas) rendah, yang menyebabkan terjadinya perubahan volume, sebagai

akibat adanya tegangan vertikal tambahan, yang disebabkan oleh beban luar.

Kecepatan perubahan volume pada proses konsolidasi selain tergantung pada besar

tegangan vertikal tambahan, juga sangat ditentukan oleh kemampuan lolos air

(permea-bilitas) tanah. Pada tanah pasir/berpasir yang biasanya mempunyai

koefisien permeabilitas tinggi, waktu yang diperlukan untuk proses konsolidasi

terjadi relatif cepat, sehingga pada umumnya tidak perlu diperhatikan.

Laboratorium Mekanika Tanah Politeknik Negeri Malang


Sebaliknya pada tanah-tanah lempung, terutama yang nilai permeabilitasnya

sangat rendah, proses konsolidasi akan berlangsung dalam selang waktu yang lebih

lama, sehingga sangat perlu untuk diperhatikan.

Tujuan percobaan ini meliputi penentuan kecepatan dan besarnya penurunan

konsolidasi tanah (rate and magnitude of settlement consolidation) yang ditahan

secara lateral akibat pembebanan dan pengaliran air secara vertikal.

Dimana kecepatan penurunan dinyatakan dalam Koefisien Konsolidasi (Conso-

lidation Coefficient ) Cv, sedangkan untuk menggambarkan besarnya penurunan,

digunakan Indeks Pemampatan (Compression index) Cc.

Kegunaan dari pengujian ini adalah untuk memperoleh gambaran mengenai

besaran kecepatan dan penurunan pondasi bangunan yang didirikan diatas tanah

lempung jenuh.

II. TUJUAN PERCOBAAN

II.1 Mahasiswa dapat melakukan percobaan konsolidasi satu dimensi dengan

prosedur yang benar.

II.2 Mahasiswa dapat menggambarkan kurva konsolidasi dari masing-masing

tahap pembebanan, serta menghitung Koefisien Konsolidasi (Cv) berdasar-

kan cara Casagrande dan cara Taylor.

II.3 Pesera pelatihan dapat menghitung dan menggambarkan kurva hubungan

antara perubahan angka pori terhadap tegangan efektif (P'), dengan skala

semi-log.

II.4 Mahasiswa dapat menggambarkan garis konsolidasi laboratorium dan

lapangan, serta menghitung Indeks Pemampatan tanah (Cc).

II.5 Mahasiswa dapat menggambarkan dan menetapkan tegangan prakonsoli-

dasi (Pc)



III. PERALATAN

Perangkat peralatan yang diperlukan:

3.1 1 (satu) unit alat konsolidasi yang terdiri dari :

3.1.1 Sistim pembebanan (loading device), yang dapat menimbulkan

beban vertikal pada benda uji secara konstan dalam waktu yang

relatif lama, dengan ketelitian 1% dari beban total, serta peningkat-

an beban dapat dilakukan dalam waktu kurang dari 2 (dua) menit

tanpa menimbulkan efek tumbukan

3.1.2 Sel konsolidasi (Consolidometer), terdiri dari cincin konsolidasi

yang cukup kaku dan terbuat dari bahan yang tidak mudah berkarat,

serta permukaan dinding bagian dalamnya harus licin untuk meng-

hindari efek gesekan

3.1.3 Batu berpori dengan diameter yang lebih kecil 0.20mm dari

diameter dalam cincin, serta ukuran bukaan ruang pori yang cukup

halus untuk menjamin agar tanah tidak tertekan masuk kedalam

ruang pori pada saat pembebanan.

3.2 Peralatan untuk membuat benda uji, termasuk cincin untuk mengambil

contoh tanah, pisau/spatula, serta extruder.

3.3 Arloji pengukur deformasi (extensiometer) dengan ketelitian minimal

0.002mm

3.4 Timbangan dengan ketelitian 0.01gram.

3.5 Peralatan yang diperlukan untuk penentuan kadar air.

3.6 Pengukur waktu (Stopwatch).

IV. PERNYIAPAN BENDA UJI

IV.1 Bersihkan cincin konsolidasi, ukur diameter kemudian timbang dan catat

beratnya, gunakan timbangan dengan ketelitian 0,1gram

IV.2 Benda uji dapat dicetak langsung dari tabung contoh, dengan menggunakan

alat pengeluaran contoh tanah (extruder), dimana diameter luar cincin



konsolidasi harus lebih kecil minimal 6,00mm dari diameter dalam tabung

contoh. Jika benda uji akan diambil dari contoh kubus, hal ini harus

dilakukan dengan penekanan secara hati-hati. Cara penumbukkan tidak

dianjurkan, untuk menghindari terganggunya struktur tanah benda uji

IV.3 Kedua bidang permukaan benda uji harus benar-benar rata, dan tegak lurus

terhadap poros cincin konsolidasi

IV.4 Ukur tinggi dan timbang, serta catat berat benda uji dalam cincin konsoli-

dasi

IV.5 Ambil sisa-sisa tanah bekas potongan yang cukup representatif untuk

dihitung kadar airnya. Cari pula berat jenis (Gs), dan Indeks plastisitasnya

(Ip = LL-PL).

V. PROSEDUR PENGUJIAN

V.1 Pasang kertas saring dan batu berpori yang telah dijenuhkan sebelumnya,

pada kedua sisi permukaan benda uji yang telah dipersiapkan pada langkah

(4.14.4) diatas, kemudian letakkan kedalam sel konsolidasi.

V.2 Pasang alat penumpu diatas batu berpori, sehingga bagian atasnya

menyentuh tepat pada sistim pembeban, kemudian berikan pembebanan

awal (seating pressure) sebesar 0.05kg/cm2, serta atur arloji pengukur

deformasi pada posisi pembacaan awal. Untuk benda uji yang terdiri dari

jenis tanah lempung sangat lunak, beban awal yang diberikan adalah 0,025

kg/cm2 atau kurang.

V.3 Sebelum dibebani, benda uji dijenuhkan terlebih dahulu dengan

mengisikan air pada sel konsolidasi dan dibiarkan selama 24jam. Jika

benda uji berupa jenis tanah expansif, penambahan air baru dilakukan

pada pembacaan 1 (satu) menit setelah pembebanan pertama.

V.4 Pasang beban pertama sehingga tegangan yang bekerja pada benda uji

sebesar 0.25kg/cm2. Catat perubahan arloji deformasi pada menit-menit

ke: 0.25; 1.00; 2.25; 4.00; 6.25; 9.00; 12.25; 16.00; 25.00; 36.00; 49.00;

64.00; 81.00; 100.00.



Pembacaan dihentikan pada saat pembacaan arloji deformasi telah

menunjukkan angka yang tetap, atau dengan perubahan yang relatif sangat

kecil, biasanya sekitar 24 jam. Jika memungkinkan sebaiknya pembacaan

dilakukan pula pada jam-jam antara tertentu.

V.5 Catat pembacaan terakhir dari arloji deformasi, dan berikan beban berikut-

nya dengan rasio peningkatan beban (Load Increment Ratio - LIR) = 1,

sebagai contoh bila beban pertama adalah 0.25kg/cm2, maka dengan LIR =

1, beban kedua adalah 0,50kg/cm2.

V.6 Ulangi langkah (5.5) dan (5.6) diatas, hingga beban terakhir pada pengujian

menimbulkan tegangan sebesar 16.00kg/cm2. Pemberian beban maksimum

sebetulnya tergantung pada kebutuhan, yaitu sebesar beban yang diperkira-

kan akan bekerja pada lapisan tanah tersebut.

V.7 Pada akhir pembebanan maksimum, beban dikurangi paling sedikit dalam

2 (dua) tahap, sampai mencapai beban awal. Misalnya jika pembebanan

pertama dan terakhir masing-masing sebesar 0.25kg/cm2 dan 8.00kg/cm2,

maka lakukanlah pengurangan beban mulai dari 8.00kg/cm2 menjadi

4.00kg/cm2, dan kemudian 0.25kg/cm2. Pada setiap tahap pengurangan

beban, biarkan benda uji berada dibawah tekanan sekurang-kurangnya

selama 5 (lima) jam, kemudian baca dan catat perubahan (pengembangan)

dari arloji deformasi

V.8 Keluarkan benda uji dalam cincin dari sel konsolidasai, timbang beratnya,

kemudian keringkan di dalam oven, timbang kembali beratnya, sekaligus

cari kadar airnya.

VI. PERHITUNGAN & PELAPORAN

VI.1 Gambarkan kurva hubungan antara penurunan kumulatif terhadap waktu

berdasarkan cara Casagrande (Log-time method) dan cara Taylor (Square

root-time method).



- Cara Casagrande

Tetapkan 2 (dua) buah titik pada awal kurva yang berbentuk pa-

rabola, misalnya titik (a) dan (b) pada gambar 12.1 dengan rasio selang

waktu 1 : 4. Sebagai contoh titih (a) digambarkan pada waktu (t) = 0.5

menit, maka titik (b) digambarkan pada waktu (t) = 2menit.

Tentukan letak titik (d), dengan mengukur jarak (ad) sama dengan (ac)

secara vertikal.

Ulangi langkah diatas dengan interval waktu (t) yang lain, misalnya 0.25

dan 1.00menit, serta 0.75 dan 3.00menit, tetapkan letak titik (d) dengan

cara yang sama.

Tetapkan letak titik (d) rata-rata dari dua atau tiga pembacaan diatas yang

merupakan posisi teoritis derajat konsolidasi U = 0%.

Letak teoritis derajat konsolidasi U = 100% yaitu titik (E), dapat dicari

dengan menggambarkan garis-garis singgung (AB) dan (CD) melalui

perubahan arah lengkungan pada akhir kurva.

Dengan demikian waktu (t50) untuk U = 50% yang merupakan standar

perhitungan Cv dengan cara Casagrande, dapat ditentukan

- Cara Taylor

Perpanjang bagian garis yang lurus pada kurva sehingga memotong

sumbu vertikal dan horisontal masing-masing dititik A dan B.

Titik A menunjukkan derajat konsolidasi teoritis U = 0%, yang dinyatakan

dengan d0. Dari titik A buatlah garis lurus AC sedemikian rupa, sehingga

jarak OC = 1.15 x jarak OB. Garis AC akan memotong kurva pada titik D,

yang merupakan posisi derajat konsolidasi U = 90%, yang ditunjukkan

dengan deformasi kumulatif d90. Dengan demikian waktu konsolidasi t90

sebagai dasar perhitungan Cv menggunakan rumus Taylor dapat

ditentukan, yaitu pangkat dua dari t90. Letak teoritis derajat konsolidasi U

= 100% yang ditunjukkan dengan deformasi kumulatif d100, dapat dicari

dengan cara interpolasi jarak d0 dan d90.


d0

d100

t50

U100%

U50%

U0%d

ba

c

A

D

CEBE

Waktu - t [menit]

d100

t50

U100%U90%

U0%

Dd90

Pembacaan awal

O B

A

C


Gambar 12.1

Gambar 12.2


d0

Waktu t [menit] - scala log

Penu

runa

n ku

mul

atif

[mm

]

Der

ajat

kon

solid

asi U

[%]

Penu

runa

n ku

mul

atif

[mm

]

Der

ajat

kon

solid

asi U

[%]

0.15 x OB


VI.2 Menghitung koefisien konsolidasi (Cv)

- Cara Casagrande

- Cara Taylor

dimana:

H = panjang pengaliran (ketebalan benda uji rata-rata untuk peng-

aliran tunggal) pada tahap pembebanan tertentu [mm]

t50 = waktu yang diperlukan untuk derajat konsolidasi 50% [menit]

t90 = waktu yang diperlukan untuk derajat konsolidasi 90% [menit]

VI.3 Gambarkan kurva hubungan antara perubahan angka pori (e) terhadap

pembebanan/tegangan efektif (P') menggunakan skala semi-log.

Perhitungan tinggi butir tanah awal, 2H0

dimana:

2H0 = tinggi butir tanah awal

Ws = berat tanah kering

Gs = berat jenis tanah

A = luas permukaan benda uji

Perhitungan Angka Pori (e)


Log - Tegangan (kg/cm2) PcO

A

Pengurangan beban

Penambahan beban

Garis bagi

0.42 e0

Garis konsolidasi lapangan

Garis konsolidasi laboratorium

Jari-jari minimum

e0

P0


dimana:

e0 = angka pori

2H = tinggi benda uji awal

2H0 = tinggi butir tanah awal

Gambar 12.3

6.4 Perhitungan Indeks Pemampatan tanah Cc

Gambar 12.4


Ang

ka p

ori (

e)

Log - Tegangan (kg/cm2) P2O

e2

Garis konsolidasi lapangan

e1

P1

e


dimana:

Cc adalah Indeks Pemampatan

e1 dan e2 adalah angka pori yang bersesuaian dengan tegangan P1 dan P2

6.5 Evaluasi terhadap riwayat pembebanan (sifat konsolidasi)

6.5.1 Hitung geostatik efektif (Insitu Effective Stress) P'o,

P'0 = (wet .d) - (w .dw)

dimana:

wet = berat isi tanah basah [gram/cm3]

w = bera isi air [gram/cm3]

d = kedalaman lokasi pengambilan benda uji [cm]

dw = ketinggian muka air [cm]


Ang

ka p

ori (

e)


6.5.2 Bandingkan P0 dengan tegangan prakonsolidasi (Precompression

pressure) Pc.

- Jika P0 > Pc : termasuk tanah lempung yang sedang

dalam proses konsolidasi (Under Consolidated Clay).

- Jika P0 = Pc : termasuk tanah lempung berkonsolidasi

normal (Normally Consolidated Clay).

- Jika Po < Pc : termasuk tanah lempung berkonsolidasi

lebih (Over Consolidated Clay).

7 REFERENSI

7.1 ASTM D 2435-80

7.2 AASHTO T216-81

7.3 Bowles, J. E.,"Engineering Properties of Soils and their Measurement"

Experiment No.13

7.4 British Standart BS Test 17

7.5 Head, K. H.,"Manual of Soil Laboratory Testing", Vol.2 - Chapter 14

7.6 Manual Pemeriksaan Bahan Jalan No.01/MN/BM/1976, PB - 0115 - 76






Documents

12_Konsolidasi