perbaikan secara hidrolik

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


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


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 .


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


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)


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%)


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()


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 :


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 :


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 :


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:


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


perbaikan secara hidrolik

Documents