TEGANGAN EFEKTIF

1.    Pengertian

Berat tanah yang terendam air disebut berat tanah efektif, sedangkan tegangan yang terjadi akibat berat tanah efektif di dalam tanah disebut tegangan efektif. Pada tanah granuler, tanah pasir, dan kerikil dikenal dengan tegangan intergranuler. Tegangan efektif merupakan tegangan yang mempengaruhi kuat geser dan perubahan volume atau penurunan tanah.

2.    Tegangan Efektif dan Tegangan Netral

Terzaghi (1923) memberikan prisip tegangan efektif yang bekerja pada tanah jenuh air yang dinyatakan dalam persamaan :

σ = σ’ + u

                                                                                                                          (1.1)

dimana

σ    =  tegangan normal total pada suatu bidang di dalam massa tanah (tegangan akibat berat tanah total termasuk ruang pori, persatuan luas yang arahnya tegak lurus)

u    =    tekanan pori (u), dikenal dengan tekanan netral yang bekerja ke segala arah sama besar

σ’   =    tegangan normal efektif (σ’), yaitu tegangan yang dihasilkan dari beban butiran tanah efektif per satuan bidang luas

σz = γsat z

Tegangan efektif dalam tanah dapat ditentukan dengan cara meninjau lapisan tanah dengan permukaan mendatar dan dengan permukaan air tanah pada permukaan. Tegangan vertikal total  (σ_z) merupakan tegangan normal pada bidang horisontal pada kedalaman z, dengan persamaan :

                                                                                                                          (1.2)

σ_z   =    kedalaman titik di dalam tanah

γ_sat =    berat volume tanah jenuh

Jika air tidak mengalir maka tekanan air pori pada sembarang kedalaman akan berupa tekanan hidrostatis. Karena itu pada kedalaman z tekanan pori (u), dapat didefinisikan :

u = γw z

                                                                                                                          (1.3)

                                 

Gambar 1.1 Tegangan efektif

Menurut persamaan (1.1) tegangan vertikal efektif (σ_z’) pada kedalaman z :

	σz’ = σz – u σz’ = z γsat – z γw σz’ = (γsat – γw) z  σz’= γ’ z

           

                                                                                                                                

                                                                                                                          (1.4)

dengan γ’ merupakan berat volume apung atau berat volume tanah efektif saat tanah terendam air.

σ = σ’ + ua – X (ua - uw)

            Tekanan air pori (u_w) harus lebih kecil daripada tegangan yang terjadi dalam udara (u_a) akibat tarikan permukaan. Sehingga Bishop (1995) mengusulkan persamaan hubungan tegangan total(σ) dan tegangan efektif (σ’) untuk tanah jenuh :

                                                                                                                          (1.5)

Gambar 1.2

dengan :

X   =    parameter  yang ditentukan secara ekperimental

u_w =    tekanan air pori

u_a   =    tekanan udara dalam pori

Untuk tanah jenuh (S = 1) nilai X = 1 untuk tanah kering sempurna (S = 0) maka X = 0

3.    Tegangan pada Tanah Jenuh Air tanpa Rembesan

Gambar 1.3

Pada gambar 1.3 menunjukan suatu massa tanah jenuh air di dalam suatu tabung tanpa adanya rembesan air ke segala arah. Tegangan total di titik A dapat dihitung dengan cara :

σ = H γw + (HA - H) γsat

                                                                                                              (1.6)

dimana

σ    =    tegangan total pada titik A

γ_w   =    berat volume air

γ_sat  =    berat volume tanah jenuh air

H   =    tinggi muka air diukur dari permukaan tanah di dalam bidang

H_A =    jarak antara titik A dan muka air

Tegangan total (σ) dari persamaan (1.6) dapat dibedakan menjadi dua, yaitu :

a)      Bagian yang diterima oleh air di dalam ruang pori yang menerus (tegangan ini bekerja ke segala arah sama besar)

b)      Sisa dari tegangan total dipikul oleh butiran tanah padat pada titik-titik sentuhnya.

4.    Tegangan pada Tanah Jenuh Air dengan Rembesan

Tegangan efektif pada suatu titik akan mengalami perubahan dikarenakan oleh adanya rembesan air yang melaluinya. Tegangan efektif ini akan bertambah besar atau kecil tergantung pada arah rembesan.

a)      Rembesan ke Atas

Gambar 1.4

Pada gambar 1.4 menunjukan suatu lapisan tanah berbutir di dalam silinder dimana terdapat rembesan air ke atas yang disebabkan adanya penambahan air melalui saluran pada dasar silinder.

Pada titik A

Tegangan total (σ_A)     = H₁γ_w

Tekaan air pori (u_A)     = H₁γ_w

Tegangan efektif (σ_A’)= σ_A - u_A = 0

Pada titik B

Tegangan total (σ_B)     = H₁γ_w + H₂γ_sat

Tekaan air pori (u_B)     = (H₁ + H₂ + h) γ_w

Tegangan efektif (σ_B’)= σ_B – u_B

                                    = H₂γ_sat - γ_w - h γ_w

                       

b)      Rembesan ke Bawah

Gambar 1.5

Keadaan di mana terdapat rembesan air ke bawah dapat dilihat dalam gambar 1.5. Ketinggian air di dalam silinder diusahakan tetap, hal ini diatur dengan cara menambahkan air dari atas dan pengaliran air ke luar melalui dasar selinder.

Tegangan total (σ_B)     = H₁γ_w + zγ_sat

Tekaan air pori (u_B)     = (H₁ + z – iz)γ_w

Tegangan efektif (σ_B’)= σ_B – u_B

                                    = (H₁γ_w + zγ_sat) – (H₁ + z – iz) γ_w

                                                = z γ’ + iz γ_w                                                                       (1.7)

5.    Penggelembungan pada Tanah yang Disebabkan oleh Rembesan di Sekeliling Turap

Gaya rembesan per satuan volume tanah dapat dihitung untuk memeriksa kemungkinan keruntuhan suatu turap di mana rembesan dalam tanah dapat menyebakan penggelemmbungan (heave) pada daerah hilir sesuai yang ditunjukan oleh gambar 1.6. Terzaghi (1992) menyimpulkan bahwa penggelembungan udara pada umumnya terjadi pada daerah sejauh D/2 dari turap (di mana D adalah kedalaman pemancangan turap).

            FS = 

Gambar 1.6

Dimana :

FS  =    faktor keamanan

W’ =    berat tanah basah di daerah gelembung per satuan lebar turap

6.    Penentuan Zona Potensi Likuifasi di Kota Maumere dengan Pendekatan Tegangan Efektif Melalui Metoda Poroelastisitas dan Elemen Hingga

Ketika pasir lepas jenuh mengalami getaran gempa maka tekanan air pori akan meningkat. Kenaikan ini akan mengurangi tegangan efektif tanah dan apabila terus berlanjut maka tegangan efektif akan menjadi nol sehingga tanah kehilangan kekuatannya. Kondisi ini disebut Likuffaksi. Kerugian yang diakibatkan likuifaksi sangat besar, oleh karena itu perlu dibuat suatu peta kerentanan likuifaksi pada daerah tertentu terutama yang terletak di daerah berpasir yang rawan gempa dan memiliki arti strategis tertentu. Penentuan zona kerentanan likuifaksi sangat bermanfaat karena membantu para perancang bangunan-bangunan sipil dalam menentukan lokasi proyeknya dan menentukan perlakuan-perlakuan apa saja yang diperlukan untuk menanggulangi fenomena ini.
Penentuan zone potensi likuifaksi yang digunakan adabab dengan analisis tegangan efektif melalui Metoda Karakteristik yang berdasarkan konsep poroelastisitas dan analisis dinamik. Hasil yang didapat menunjukkan rawannya daerah pantai terhadap bahaya likuifaksi yang diindikasikan dengan turunnya tegangan efektif mendekati nol.

Soal – soal :

           

1.   Hitung tegangan total dan tegangan efektif di A apabila γ_sat = 10 kN/m³

                                 

                                                    

      Jawab :

·         Tegangan Total

σ_A = (1 x 10) + (3 x 9,8)

     = 39.43 kN/m²

·         Tekanan Air Pori

u_a = 4 x 9,8

    = 39,2 kN/m²

·         Tegangan Efektif

σ’ = σ_A - u_a  

σ’ = 39.43 – 39,2

σ’ = 0,23 kN/m²

2. Hitung tegangan efektif di A apabila γ_sat = 15 kN/m³ dan γ_b = 10 kN/m³ apabila

    a. permukaan air di (a)

    b. permukaan air di (b)

                               

      Jawab :

a.       Tegangan di A

σ_A = 2 γ_b

     = 20 kN/m²

u_a = 0

σ’ = σ_A - u_a  

σ’ = 20– 0

σ’ = 20 kN/m²

b.      Tegangan di A

σ_A = 2 γ_sat + 2 γ_w

     = (2 x 15) + (2 x 9,8)

     = 49,6 kN/m²

u_a = 4 γ_w

    = 4 x 9.8

    = 39,2 kN/m²

σ’ = σ_A - u_a  

σ’ = 49.6 – 39.2

σ’ = 10,4 kN/m²

pengertian tanah

setelah sekian lama vacum dari dunia maya,, akhirnya ada waktu juga bat blogging,,

hhallloo prennd ayok kita lanjut blajarnya lagi.,

kl ini tentang Mekanika tanah 1.

mungkin ini pendahuluan dari materinya.

slamat belajar ^^

By:Gartha Wisma’Taz’

I. Pengetian
Tanah adlh :

1. kumpulan (agregat) butirann mineral alami yg bisa dipisahkan oleh suatu cara mekanik bila agregat tersebut diaduk dalam air.
2. kumpulan mineral, bahan organic dan endapan2 yang relative lepas (loose), yang terletak diatas batuan dasar (bad rock).

Proses pembentukan tanah secara fisik yang mengubah batuan menjadi partikel yang lebih kecil disebabkan pengaruh erosi, angin, air, es, manusia, cuaca / suhu. Partikelnya berbentuk bulat, bergerigi. Pembentukan tanah secara kimia terjadi oleh pengaruh oksigen, karbondioksida, air (mengandung asam / alkali).

Jenis2 tanah untuk klasifikasi tanah dilapangan

1. pasir dan kerikil

      yaitu agregat tak berkohesi yang tersusun dari vregmin2 sub anguler / angular. Partrikel berukuran sampai 1/8 inci dinamakan pasir dan yg berukuran 1/8 inci sampai 6/8 inci disebut kerikil. Fragmen bergaris tengah lebih bwesar dari 8 inci disebut boulders (bongkah).

2. Hardpan

Yaitu tnh yg tahanan trhdp penetrasi alat pemboran besar sekali. Cirinya sebagian besar dijumpai dlm keadaan bergradasi baik, luar biasa padat, dan mrpkan agregat partikel mineral yg kohesif.

3. Lanau anorganik (inorganic silt)

Merpkn tnh berbutir halus dengan plastisitas kecil/sama sekali tak ada. Jenis yg plastisitasnya plg kecil bysanya mngndung butiran  kuarsa sedimensi, yg kadang2 disebut: tepung batuan (rockfluor),sdgkn yg sgt plastis mngndung prtikel berwujud serpihan & dikenal sbg Lanau plastis.

4. Lanau organic

Mrpkan tnh agak plastis, berbutir halus dgn campuran prtkel2 bhn organic trpsah secara halus. Warna tnh bervariasi dari abu2 terang ke abu2 sgt gelap, di smping itu mgkn mngndung H₂S,CO₂, serta brbgai gas lain hsl peluruhan tmbuhan yg

By:Gartha Wisma’Taz’

akan mMbrikan bau khas kpd tnh. Permeabilitas Lanau organic sgt rendah sdgkn kompresibilitasnya sgt tinggi.                                     

5. Lempung

Mrpkan agregat prtikel2 berukuran mikroskopik & submikroskopik yg brasal dr pembusukan kimiawi unsur2 penyusun batuan, dan brsifat plastis dlm selang kadar air sedang sampai luas. Dalam keadaan kering sangat keras, dan tak mudah terkelupas hanyta dengan jari tangan . permebilitas lempung sangat rendah.

6. lempung organic

merupakan lempung yang sebagian sifat2 fifis pentingnya dipengaruhi aadanya bahan organic yang terpisah dalam keadaan jenuh lempung organic cenderung bersifat sangat kopresibel tapi pada keadaan kering kekuatannya sangat tinggi. Warnanya abu2 tua atau hitam, berbau menyolok.

7. Gambut  (peat)

Merupakan agregat agak berserat yang berasal dari serpihan makroskopik dan mikroskopik tumbuh2an. Warnanya coklat terang dan hitam bersifat kompresibel , sehingga tak mungkin menopang pondasi.

Sifat2 agregat pasir & kerikil diistilahkan sbb:

-          lepas (loose)

-          sedang (medium)

-          padat (dense)

sedangkan untuk lempung adlh:

-          keras (hard)

-          kaku (stiff)

-          sedang (medium)

-          lunak (soft)

           

Berdasarkan asal mulanya, tanah dapat dibedakan dalam dua kelompok :

1. sebagai hasil pelapukan atau weathering secara fisis dan kimia
2. berasal dari bahan organic

By:Gartha Wisma’Taz’

jenis tanah berdasarkan hasil pelapukan :

1. tanah residual, apabila hasil pelkapukan masih berada ditempat asalnya. Cirinya tanahnya kaku dan stabil serta tidak meluas kedalaman yang besar untuk didaerah iklim sedang.                                                                               
2. tanah angkutan, apabila hasil pelapukan telah berpindah tempat, cirinya endapan tanah angkutan bersifat lunak dan lepas hingga kedalaman beberapa ratus meter dan dapat menimbulkan berbagai masalah serius.

II. Klasifikasi Tanah

Dua system klasifikasi tanah yg sering digunakan, yaitu:

1. Unified Soil Classification System
2. AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials).

2.1.  Sistem Klasifikasi Unified

a.       tanah berbutir kasar (kerikil dan pasir), jika kurang dr 50% lolos saringan nomor 200.

b.      Tanah berbutir halus(lanau dan lempung), jika lebih dr 50% lolos saringan nomer 200.

Simbol2 yg sering digunakan dalam kelompok dan subklmpok klasifikasi tnh ini adlh:

-          G  =  kerikil (gravel)

-          S  =  pasir (sand)

-          C  =  lanau (silt)

-          O  =  lanau/lempung organic (organic silt or clay)

-          Pt  =  tnh gambut dan tnh organic tnggi (peat & highly organic soil)

-          W  = Gradasi baik (well-graded)

-          P  =  gradasi buruk (poorly-graded)

-          H  =  Plastisitas tinggi (high-plasticity)

-          L  =  Plastisitas rendah (low- Plasticity)

By:Gartha Wisma’Taz’

Tabel 2.1.

Klasifikasi tnh berbutir halus brdsrkan USCS

Kelompok	Kekuatan kering	Reaksi trhdp uji guncangan	Kekerasan pada bts cair
ML	Tdk ada-sgt rendah	Cepat-lambat	Tidak ada
CL	Sedang-tinggi	Tdk ada-sgt lambat	Sedang
OL	Sgt rendah-sedang	lambat	Sedikit
MH	Sgt rendah-sedang	Lambat-tidak ada	Sedikit-sedang
CH	Tinggi-sgt tinggi	Tdk ada	Tinggi
OH	Sedang-tinggi	Tdk ada-sgt rendah	Sedikit-sedang

2.2.  system klasifikaasi AASHTO

system klasifikasi ini berguna untuk menentukan kualitas tanah dalam perancangan timbunan jln, subbase, dan subgrade.

III. PEMADATAN

Yaitu peristiwa bertmbahnya berat V kerimg oleh beban dinamis. Karen beba dinamis, butir2 tnh mrapat 1 sama lain sgb akibat brkurangnya rongga udara.

Maksud pemadatan tanah adalah antara lain :

1.      Mempertinggi kuat geser tanah

2.      mengurangi sifat mudah mampat (kompresibilitas).

3.      mengurangi permeabilitas.

4.      Mengurangi perubahan volume sebagai akibat perubahan kadar air dll.

Tingkat kepadatan tanah diukur dari nilai berat volume keringnya (ﻻ_d). Berat volume kering tidak berubah oleh adanya kenaikan kadar air. Dengan demikian tanah yang selesai di padatkan di lapangan, dan kemudian berubah kadar airnya maka berat volume kering tidak berubah, sepanjang volume total tanah tetap. Hal ini karena kepadatan/ berat volume kering dinyatakan olehﻻ_{d =} Ws/V, bila berat butiran (Ws) dan volume total (V) tetap maka ﻻ_d juga tetap.

Tanah granuler memberikan kuat geser yg tinggi dg sdkit prbhan volume sesudah dipadatkn.Permeabilitas tnh granuler yg tinggi dpt mnguntungkn/merugikan.

Tanah lanau yg dipadatkn akn stabil & mampu mMberikn kuat geser yg cukup sdikit kecenderungan prubahn V. Tapi, lanau sgt sulit dipadatkn bila keadaan basah krn permeabilitasnya rendah.

Tnh lempung yg dipadatkan dg cara yg benar akn dpt mMberikn kuat geser tinggi. Stabilitas trhdp kembang-susut trgntung dr jnis mineral yg trkndung. Cth, lempung Montmorillonite akan Mmpunyai kcnderungan yg lbh besar  thdp prubahn V disbanding dg lempung kaolinite. Lempung padat mMpnuyai permeabilitas yg rendah & tnh ini tdk dpt dipadatkn dg baik pd wktu sgt basah(jenuh). Bekerja dg tnh lempung yg sgt basah akn mengalami byk kesulitan, krn pd saat dipadatkn, air sulit mengalir ke luar drn rongga pori lempung. Air yg tdk mau klwr dr rongga pori tnh mMyebabkn butiran sulit merapat satu sama lain saat dipadatkn.

3.1. Uji Pemadatan

Proctor (1933) tlh mengamati bahwa ada hubungan yg pasti antara kadar air & berat V kering tnh padat. Hubungan berat V kering (γ_d) dg berat V basah (γ_b) & kadar air (w), dinyatkn dlm prsamaanz:

γ_{d =}    γ_b

          _{1 +} w

Berat V kering setelah pmdatan bergantung pd jenis tnh, kadar air, usaha yg diberikn oleh alat penumbuknya. Berat V kering max. dinytakn sbg berat V kering dg tnpa rongga udara/berat V kering saat tnh mnjadi jenuh (γ_zav), dpt dihitung dg persamaan :

γ_{zav =}  Gs  γ _w

              1 + wGs

Karna saat tnh jenuh (S = 1) & e = wGs, maka :

γ_{zav =}  Gs  γ _w

               1 + e

By:Gartha Wisma’Taz’

Berat V kering kering (γ_d) stlh pemadatan pd kadar air w dg kadar udara (air content), A (A = Va/V= Vudara/V total) dpt dihitung dg prsamaan:

γ_{d =} Gs (1-A)  γ _w

              1+ wGs

3.2. Faktor2 Yang Mempengaruhi Hasil Pemadatan

a. Macam Tanah

            seperti distribusi ukuran butir, btk butiran, berat jenis, mcm mineral lempung yg trdpt dalam tnh brpngaruh pd berat V max. & kadar air optimumnya.

b. Usaha Pemadatan

Energi pemadatan per satuan volume (E) dinyatakan :

E = N_bN_tWH

                       V

Di mana : Nb = jmlh pukulan per lapisan

                 Nt = jmlh lapisan

                 W = berat pukulan

                 H = tnggi jatuh pemukul

                 V = volume mould ( 9,44 x 10^-4m³)

                 E = kJ/m³