Materi Mekanika Tanah 2 Presentasi

  • Published on
    05-Dec-2015

  • View
    97

  • Download
    62

Embed Size (px)

DESCRIPTION

mektan

Transcript

<p>MEKANIKA TANAH 2</p> <p>MEKANIKA TANAH 2Kelompok :1. Melia Rahmadaning PutrI2. Miftachul Munib3. Mochammad Sugiarto4. Muhammad Mahesa Ramadhan5. Nurin Shabrina Zata Lini Haidi KEKUATAN TANAH LATERALTekanan TanahTekanan tanah timbul selama pergeseran tanah (soil displacement) atau selama peregangan tetapi sebelum tanah tersebut mengalami keruntuhan. Agar dapat merencanakan konstruksi penahan tanah dengan benar, maka kita perlu mengetahui gaya horisontal yang bekerja antara konstruksi penahan dan massa tanah yang ditahan. Gaya horisontal disebabkan oleh tekanan tanah arah horisontal (lateral).Tekanan dari tanah ke suatu struktur, disebut Tekanan Tanah. Struktur/dinding penahan tanah umumnya ada dalam kondisi salah satu dari tiga jenis tekanan sebagai berikut:1. Tekanan tanah dalam kondisi diam2. Tekanan tanah aktif3. Tekanan tanah pasifDINDING PENAHAN TANAH</p> <p>TURAP</p> <p>TEKANAN LATERAL TANAH DIAMTanah tidak digali, kondisinya adalah tekanan lateral tanah diam (at rest lateral pressure)Jika tidak movement dari dinding, kondisinya adalah tekanan lateral tanah diam (at rest lateral pressure)Koefisien:Ko = [1 sin()] OCRgmoistTEKANAN LATERAL TANAH DIAM MOISTHsv = gmoist Hsh = Ko svgsatTEKANAN LATERAL TANAH DIAM SAT.Hsv = gsatHsv = sv gwHsh = Ko svsh = sh + gwHTekanan Tanah Diam</p> <p>Tekanan Tanah Diam</p> <p>TEKANAN TANAH AKTIF DAN TEKANAN TANAH PASIF</p> <p>Jika dinding turap mengalami keluluhan atau bergerak ke arah luar dari tanah urug di belakangnya, maka tanah urug akan bergerak ke bawah dan ke samping menekan dinding turap. Tekanan seperti ini disebut tekanan tanah aktif.Nilai tekanan tanah aktif lebih kecil dari nilai tekanan saat diam. Gerakan dinding menjauhi tanah urug menghilangkan pertahanan baji tanah di belakang dinding. Jadi, tekanan tanah aktif adalah gay a yang cenderung mengurangi keseimbangan dinding penahan tanah. Jika suatu gaya mendorong dinding penahan ke arah tanah urug, tekanan tanah dalam kondisi ini disebut tekanan tanah pasif (passive earth pressure). sedangkan nilai banding tekananhorisontal dan tekanan vertikal yang terjadi didefinisikan sebagai koefisien tekanan tanah pasif (coefficient of passive earth pressure) yang dinotasikan dengan Kp. Nilai tekanan tanah pasif lebih besar dari niJai koefi sien tekanan tanah saat diam.Tekanan Tanah AktifRankineCoulombTEORI COULOMBCharles Augustin Coulomb (1776) menggunakan teori keseimbangan batas, yang menganggap blok tanah gagal sebagai freebody untuk menentuken batasan tekanan tanah horizontal. Teoi Coulomb sering digunakan oleh National Concrete Masonry Association, seperti pada Design Manual for Segmental Retaining Walls-2nd Edition.</p> <p>Anggapan coulomb adalah sebagai berikut:</p> <p>Coulomb mempertimbangkan gesekan dinding.Gaya lateral pada dinding penahan berdasarkan batas keseimbangan.Pergeseran dinding disebabkan masuknya bidang kedalam lengkungan, yang menyebabkan overestimasi tekanan tanah pasifTeori Rankine</p> <p>Ditinjau suatu tanah tak berkohesi yang homogen dan istropis yang terletak pada ruangan semi tak terhingga dengan permukaan horisontal, dan dinding penahan vertikal berupa dinding yang licin sempurna. Untuk mengevaluasi tekanan tanah aktif dan tahanan tanah pasif, ditinjau kondisi keseirnbangan batas pada suatu elemen di dalam tanah, dengan kondisi permukaan yang horisontal dan tidak adategangan geser pada kedua bidang vertikal maupun horisontalnya.Dianggap tanah ditahan dalam arah horisontal. Pada kondisi aktif sembarang elemen tanah akan sama seperti benda uji dalam alat triaksial yang diuji dengan penerapan tekanan sel yang dikurangi, sedang tekanan aksial tetap. Ketika tekanan horisontal dtkurangt pada suatu nilai tertentu, kuat geser tanah pada suatu saat akan sepenuhnya berkembang dan tanah kemudian mengalami keruntuhan. Gaya horisontal yang menyebabkan keruntuhan ini merupakan tekanan tanah aktif dan nilai banding tekanan horisontal dan vertikal pada kondisi ini merupakan koefisien tekanan aktif.</p> <p>Tekanan Tanah Aktif Rankine</p> <p>15Tekanan Tanah Aktif Rankine</p> <p>Tekanan Tanah Aktif Rankine</p> <p>Tensile crackSebelum crack</p> <p>Sesudah crack</p> <p>Tekanan Tanah Aktif Rankine</p> <p>Untuk disain dinding penahan tanahTekanan Tanah Aktif Coulomb</p> <p>Tekanan Tanah Aktif Coulomb</p> <p>Tekanan Tanah Pasif Rankine</p> <p>Tekanan Tanah Pasif Rankine</p> <p>Tekanan Tanah Pasif Coulomb</p> <p>Tekanan Tanah Pasif Coulomb</p> <p>AIR TANAH, PERMEABILITAS, DAN REMBESANAIR TANAHAir tanah didefinisikan sebagai air yang terdapat di bawah permukaan bumi.Salah satu sumber utama air ini adalah air hujan yang meresap ke dalam tanah lewat ruang pori diantara butiran tanahnya.Air biasanya sangat berpengaruh pada sifat-sifat teknis tanah, khususnya tanah berbutir halus. Demikian juga, air merupakan faktor yang sangat penting dalam masalah-masalah teknis yang berhubungan dengan tanah seperti : PenurunanStabilitas pondasiStabilitas lereng, dllTerdapat 3 zone penting di lapisan tanah yang dekat dengan permukaan bumi yaitu :Zone Jenuh AirZone KapilerZone Jenuh Sebagian</p> <p>3 ZONE LAPISAN TANAHPada Zone Jenuh Air, atau zone di bawah muka air tanah, air mengisi seluruh rongga-rongga tanah.Pada zone ini tanah dianggap dalam kedudukan jenuh sempurna.Batas atas dari zone jenuh adalah permukaan air tanah (water table) atau permukaan freatis.Pada permukaan air tanah, tekanan hidrostatis adalah nol.Zone Kapiler terletak di atas zone jenuh. Ketebalan zone ini tergantung dari jenis tanahnya.Akibat tekanan kapiler, air terhisap ke atas mengisi ruangan diantara butiran tanah. Pada keadaan ini, air mengalami tekanan negatif.Zone tak jenuh atau zone jenuh sebagian, berkedudukan paling atas, adalah zone di dekat permukaan tanah, dimana air dipengaruhi oleh penguapan dan akar tumbuh-tumbuhan.GRADIEN HIDROLIKMenurut persamaan Bernoulli, tinggi energi total pada suatu titik di dalam air yang mengalir dapat dinyatakan sebagai penjumlahan dari tinggi tekan, tinggi kecepatan, dan tinggi elevasi, yaitu :</p> <p>Tinggi tekanan Tinggi kecepatanTinggi elevasiDimana :h= tinggi energi totalp= tekananv= kecepatang=percepatan gravitasiw= berat volume airApabila persamaan Bernoulli tersebut dipakai untuk air yang mengalir melalui pori-pori tanah, bagian pearsamaan yang mengandung tinggi kecepatan dapat diabaikan.Hal ini disebabkan karena kecepatan rembesan air di dalam tanah adalah sangat kecil. Sehingga tinggi energi total pada suatu titik dapt dinyatakan sbb :</p> <p>Berikut ini adalah hubungan antara tekanan, elevasi, dan tinggi energi total dari suatu aliran air di dalam tanah.</p> <p>Tabung pizometer dipasang pada titik A dan titik B.Ketinggian air di dalam tabung pizometri A dan B disebut sebagai muka pizometer (piezometric level) dari titik A dan B.Kehilangan energi antara titik A dan B : </p> <p>Kehilangan energi h tersebut dapat dinyatakan balam bentuk persamaan tanpa dimensi yaitu :</p> <p>Dimana : i= gradien hidrolikL= jarak antara titik A dan B, yaitu panjang aliran air dimanakehilangan tekanan terjadi</p> <p>Darcy (1956) memperkenalkan hubungan antara kecepatan aliran air dalam tanah (v) dan gradien hidrolik, sbb :Hukum Darcy</p> <p>dimana : v= kecepatan aliran air dalam tanah (cm/det)k= koefisien permeabilitas (cm/det)i= gradien hidrolikSelanjutnya, debit rembesan (q) dapat ditulis dengan :dengan A = luas penampang tanah.</p> <p>Koefisien permeabilitas/koefisien rembesan, (k) mempunyai satuan yang sama dengan satuan kecepatan yaitu cm/detik atau mm/det, dan menunjukkan ukuran tahanan tanah terhadap aliran air.Bila pengaruh sifat-sifat air dimasukkan, maka :</p> <p>dengan :K= koefisien absolut (cm2), tergantung dari sifat butirannya.w=kerapatan air (gr/cm3) =koefisien kekentalan air (gr/cm det)g=gravitasi (cm/det2)Karena air hanya dapat mengalir lewat ruang pori, maka kecepatan nyata rembesan lewat tanah (vs) adalah, sbb :dengan n = porositas tanahHukum DarcyBeberapa nilai koefisien permeabilitas (k) dari berbagai jenis tanah diperlihatkan pada tabel berikut, dimana nilai k tersebut biasanya dinyatakan pada temperatur 20 0C.</p> <p>Jenis Tanahk (mm/det)Butiran kasar10 103Kerikil halus, butiran kasar bercampur pasir butiran sedang10-2 10Pasir halus, lanau longgar10-4 10-2Lanau padat, lanau berlempung10-5 10-4Lempung berlanau,lempung10-8 10-5Pengujian Permeabilitas di LaboratoriumTerdapat empat macam cara pengujian untuk menentukan koefisien permeabilitas di laboratorium, yaitu :Pengujian tinggi energi tetap (Constan-head)Pengujian tinggi energi turun (falling-head)Penentuan secara tidak langsung dari pengujian konsolidasi.Penentuan secara tidak langsung dari pengujian kapiler horizontal.</p> <p>Pengujian constant-head ini cocok untuk jenis tanah granular (berbutir).Prinsip pengujiannya, tanah benda uji diletakkan di dalam silinder.Pemberian air dari pipa masuk dijaga sedemikian rupa sehingga perbedaan tinggi air pada pipa masuk dan pipa keluar (h) selalu konstan selama percobaan.Pada kedudukan ini tinggi energi hilang adalah h.Setelah kecepatan aliran air yang melalui contoh tanah menjadi konstan, banyaknya air yang keluar ditampung dalam gelas ukur (Q) dan waktu pengumpulan air dicatat (t).Volume air yang terkumpul adalah :Pengujian Permeabilitas dengan Cara Tinggi Energi Tetap (Constant-head)</p> <p>Dengan A adalah luas penampang benda uji, dan L adalah panjangnya.Karena i = h/L, maka :Q = k (h/L) i A tsehingga : </p> <p>Contoh SoalHitung besarnya koefisien permeabilitas suatu contoh tanah berbentuk silinder mempunyai 7,3 cm dan panjang 16,8 cm akan ditentukan permeabilitasnya dengan alat pengujian permeabilitas constant-head.Tinggi tekanan konstan sebesar 75 cm di kontrol selama masa pengujiannya.Setelah 1 menit pengujian berjalan, air yang tumpah pada gelas ukur ditimbang, beratnya 940 gram.Temperatur pada waktu pengujian 20 0C.Solusi :Luas penampang benda uji (A) = D2 = 7,32 = 41,9 cm2.Volume air pada gelas ukur = 940 cm3, karena w = 1 gr/cm3.Koefisien permeabilitas :</p> <p>Pengujian falling-head ini cocok untuk jenis tanah berbutir halus.Prinsip pengujiannya, tanah benda uji diletakkan di dalam silinder.Pipa pengukur didirikan di atas benda uji kemudian air dituangkan ke dalamnya dan air dibiarkan mengalir melewati benda uji.Perbedaan tinggi air pada awal pengujian (t1 = 0) adalah h1.Kemudian air dibiarkan mengalir melewati benda uji sampai waktu tertentu (t2) dengan perbedaan tinggi muka air adalah h2. </p> <p>Pengujian Permeabilitas dengan Cara Tinggi Energi Turun (Falling-head)</p> <p>Debit air yang mengalir melalui benda uji pada waktu t adalah sbb :</p> <p>Sehingga :Dimana :h=perbedaan tinggi muka air pada sembarang waktuA=luas penampang contoh tanaha=luas penampang pipa pengukurL=panjang contoh tanahPengujian Permeabilitas dengan Cara Tinggi Energi Turun (Falling-head)</p> <p>Contoh SoalPada pengujian permeabilitas falling-head diperoleh data sbb :Luas penampang benda uji A = 20 cm2; Luas pipa pengukur a = 2 cm2;Sebelum contoh tanah diuji, tahanan saringan alat pengujian falling-head diuji terlebih dahulu. Hasilnya, waktu yang dibutuhkan untuk menurunkan air di pipa bagian atas dari 100 cm menjadi 15 cm adalah 5 detik.Kemudian controh tanah tebal 5 cm dimasukkan ke dalam tabung silinder untuk diuji.Waktu yang diperlukan untuk penurunan muka air dari 100 cm menjadi 15 cm adalah 2,5 menit.Hitunglah koefisien permeabilitas tanah ini dengan cara pengujian falling-head.Solusi :Dianggap bahwa air mengalir vertikal ke bawah, melewati dua lapis tanah dengan luas penampang yang sama, tetapi dengan nilai k yang berbeda.Solusi (lanjutan)Debit air yang lewat adalah sama pada masing-masing potongan tanahnya. Dimana debit = luas x kecepatan.Oleh karena kedua tanah terletak pada luas tabung yang sama, maka kecepatan pada masing-masing tanah juga sama.Berdasarkan hukum Darcy : v = k i</p> <p>Untuk Tanah 1 :</p> <p>Untuk Tanah 2 :</p> <p>Solusi (lanjutan)Jika kz adalah koefisien permeabilitas rata-rata untuk kedua lapisan, maka :</p> <p>Substitusi pers (1) ke pers (2) :</p> <p>Solusi (lanjutan)Dari persamaan koefisien permeabilitas untuk falling head :Untuk aliran lewat kedua lapisan tanah, t = 2,5 menit = 150 detik</p> <p>Untuk aliran hanya lewat tanah 1 (pengukuran tahanan saringan) : </p> <p>Dari persamaan (4) :</p> <p>Jadi, k2 = 6,5 x 10-3 cm/detKoefisien permeabilitas tanah (lempung ) dari 10-6 sampai 10-9 cm/det dapat ditentukan dalam sebuah falling head permeameter yang direncanakan khusus dari percobaan konsolidasi.Pada alat ini, luas benda uji dibuat besar.Panjang lintasan air L dibuat kecil dan tinggi h dibuat besar.Penentuan Koefisien Permeabilitas dari Pengujian KonsolidasiUntuk menghindari penggunaan pipa yang tinggi, tinggi tekanan dapat dibuat dengan jalan pemberian tekanan udara.Penentuan koefisien permeabilitas diperoleh dari persamaan konsolidasi sebagai berikut :dengan :Tv=faktor waktuCv=koefisien konsolidasiH=panjang rata-rata lintasan drainaset=waktu pengaliran</p> <p>Persamaan koefisien konsolidasi, adalah :dengan :w=berat jenis airmv=koefisien kompresibilitas volumee=perubahan angka pori pada perubahan bebannya=tambahan tekanan yang diterapkan .Penentuan Koefisien Permeabilitas dari Pengujian KonsolidasiSubstitusi dari ketiga persamaan tersebut, menghasilkan :</p> <p>Untuk 50% konsolidasi, Tv = 0,198, maka :</p> <p>Benda uji setebal 2,74 cm diletakkan diantara batu tembus air alat konsolidasimeter.Dari percobaan dihasilkan waktu untuk mencapai derajat penurunan konsolidasi 50% (t50) = 12 menit.Hitung koefisien konsolidasi dari benda uji.Dianggap bahwa benda uji pada tekanan p1 = 1,473 kg/cm2 mempunyai angka pori e1 = 0,585.Pada akhir pengujian tekanan p2 = 2,946 kg/cm, angka pori e2 = 0,499.Penyelesaian :Pada pengujian ini, nilai e rata-rata = (0,585 + 0,499)/2 = 0,542</p> <p>Contoh SoalT50 = 12 menit = 720 detikKarena kondisi drainase dari contoh benda uji adalah drainase atas dan bawah, maka H = 2,74/2 cm.Koefisien permeabilitas selama pengujian ini :</p> <p>Hubungan Empiris untuk Koefisien RembesanHubungan persamaan empiris untuk memperkirakan harga koefisien rembesan tanah telah diperkenalkan pada masa lalu.Beberapa dari persamaan-persamaan tersebut akan di bahas secara singkat pada bab ini.Untuk tanah berpasir dengan ukuran butir yang merata (yaitu, koefisien keseragaman kecil), Hazen (1930) memperkenalkan suatu hubungan empiris untuk koefisien rembesan dalam bentuk sebagai berikut :</p> <p>dimana :c=konstanta yang bervariasi dari 1,0 sampai 1,5D10=ukuran efektif, dalam satuan melimeter.Persamaan di atas berdasarkan hasil penyelidikan yang dilakukan oleh Hazen pada tanah pasir bersih yang lepas.</p> <p>Hubungan Empiris untuk Koefisien RembesanCasagrande mengajukan suatu rumus sederhana untuk menghitung koefisien rembesan dari tanah pasir bersih yang halus sampai dengan yang agak kasar dalam bentuk sbb:k = 1,4 e2 k0,85dimana :k= koefisien rembesan pada angka pori ek0,85= koefisien rembesan yang sesuai dengan angka pori e = 0,85Dengan menggunakan persamaan Kozeny-Carman, didapat :</p> <p>dimana :k= koefisien rembesan pada angka pori eC1= konstanta</p> <p>Contoh SoalKoefisien rembesan suatau tanah pasir pada angka pori 0,8 adalah 0,047 cm/det. Perkirakan besarnya koefisien rembesan tanah tersebut...</p>