Catatan penting dari para ahli: Artikel ini adalah tinjauan arsip pendidikan dan bukan merupakan studi geoteknik, standar laboratorium yang valid, perhitungan pondasi, atau buku petunjuk. Istilah, prosedur, satuan pengukuran, nilai, klasifikasi, dan referensi asli pada “peraturan kami” dialihkan tanpa memeriksa kepatuhan terhadap standar dan peraturan yang berlaku. Pengujian tanah, pemilihan metode, interpretasi hasil dan keputusan desain harus dilakukan oleh ahli geoteknik yang berwenang dan laboratorium yang sesuai untuk objek dan lokasi tertentu.
Topik kompresibilitas tanah bukan bagian dari penawaran umum baru Savo Kusić. Fokus produksi saat ini terdiri dari jendela kayu, jendela kayu-aluminium dan pintu custom-made. Untuk proyek jendela atau pintu tertentu, Anda dapat mengirimkan permintaan penawaran.
Dasar tes oedometer
Kompresibilitas tanah ditentukan dengan uji kompresi dengan pencegahan ekspansi lateral, yang disebut juga uji oedometer atau uji konsolidasi.
Pengujian dilakukan dengan sampel yang tidak terganggu, dan dalam beberapa kasus dengan sampel yang terganggu. Dalam kasus pertama, sampel uji diambil dengan menekan cincin logam ke dalam sampel yang lebih besar dan tidak terganggu, yang kemudian dimasukkan ke dalam peralatan bersama dengan cincin setelah memotong kelebihan sampel dan meratakan permukaannya dengan tepi silinder. Dalam kasus kedua, cincin diisi dengan sampel dalam keadaan konsistensi pada titik luluh dan dalam keadaan tersebut sampel dimasukkan ke dalam oedometer.
Tes dilakukan dengan menggunakan alat yang pertama kali dibuat oleh Terzaghi dan disebut Oedometer. Saat ini, terdapat beberapa konstruksi yang berbeda dari peralatan ini, namun semuanya didasarkan pada prinsip yang sama, yaitu menguji kompresi sampel tanah di bawah beban dengan ekspansi lateral yang dicegah.
Oedometer: deskripsi perangkat
Gbr. 1. Odometer
Oedometer terdiri dari silinder logam yang sampelnya ditempatkan di antara dua batu penyaring (gbr. 1). Sampel dimasukkan ke dalam peralatan dalam cincin logam dengan diameter 7-10 cm dan tinggi 1-4 cm. Beban P ditransfer ke sampel melalui batu filter atas. Di bawah batu saringan bawah terdapat saluran di bagian bawah silinder untuk mengalirkan air dari sampel ke dalam tabung kapiler, serta untuk suplai air. Karena kompresi sampel dilakukan dengan mengorbankan pori-pori, karena partikel tanah padat dan air di dalam pori-pori praktis tidak dapat dimampatkan, maka perlu dipastikan bahwa air mengalir dari sampel selama pengujian, yang dimungkinkan melalui batu penyaring, saluran dan tabung kapiler.
Di sisi kiri alat terdapat pipa penyedia air dengan kran di depan silinder, sedangkan pipa kapiler di sisi kanan, dengan kran di belakang silinder. Tabung kapiler juga digunakan untuk menentukan koefisien permeabilitas tanah k.
Ujian
Pada saat sampel dimasukkan ke dalam silinder dan peralatan sudah terpasang, tutuplah keran kiri, saluran air, dan buka keran kanan, agar air mengalir ke dalam tabung kapiler. Kemudian beban sampel didekati, yang diterapkan secara bertahap. Beban berikut biasanya diterapkan: 0,50; 1,00; 2,00; 4,00; 6,00 kp/cm2 dan selanjutnya hingga beban tanah tertinggi yang diharapkan di bawah bangunan, sebagian besar hingga 10 kp/cm2, dan untuk bendungan bahkan bisa lebih hingga 20 kp/cm2. Pada setiap tingkat beban, pada saat penerapannya, stopwatch dimulai dan pada interval waktu tertentu 15“, 30“, 1’, 2’, 5’, 15’, 45’, 2h, 5h, 24h, lalu setiap 24h berikutnya, hingga sampel terkonsolidasi pada derajat beban tersebut, penurunan yang sesuai dalam seperseribu milimeter dibaca pada pembanding dan dicatat dalam catatan. Untuk konsolidasi diasumsikan tercapai jika penyelesaian sampel Δh ≤ 0,02 mm dalam waktu 24 jam. Setelah konsolidasi tercapai, tingkat beban berikutnya diterapkan dan seluruh prosedur diulangi dengan cara yang sama dan seterusnya hingga tingkat beban akhir.
Uji konsolidasi dengan pencegahan pemuaian lateral dilakukan dengan bongkar muat, untuk mengetahui sifat elastis tanah. Setelah memuat sampel hingga tingkat tertentu, kami membongkarnya dengan bertahap yang sama seperti saat kami memuatnya. Pembebasan biasanya dilakukan setelah 2,0 kp/cm2, 4,0 kp/cm2 dan 6,0 kp/cm2.
Sebagai aturan, pengujian dilakukan dengan sampel di bawah air, yang dipegang pada tabung kaca kiri setinggi permukaan atas sampel di dalam peralatan. Pengujian kompresibilitas sampel dengan adanya air dilakukan karena alasan ini, karena pengujian memerlukan waktu yang lama dan sampel mengering selama waktu tersebut, sehingga kompresibilitas sampel akan lebih rendah dari kompresibilitas sebenarnya tanah dalam keadaan kelembaban alami. Selain itu, kelembaban alami tanah mungkin lebih tinggi dibandingkan pada saat pengambilan sampel, terutama ketika permukaan air tanah naik, yang dapat menyebabkan penyimpangan yang signifikan dari kompresibilitas tanah sebenarnya selama periode tinggi permukaan air.
Hasil pengujian diterapkan pada tiga jenis diagram, yaitu diagram kompresi relatif, diagram perubahan koefisien porositas, dan diagram penyelesaian waktu.
Diagram kompresi relatif
Diagram ini diperoleh ketika tekanan normal diterapkan pada sampel pada sumbu absis σ = P/A, di mana P adalah beban yang bekerja pada sampel melalui batu filter atas dalam kp/cm2, A adalah luas penampang sampel dalam peralatan, dan pada sumbu ordinat adalah kompresi relatif Δh/h di mana Δh adalah penyelesaian sampel di bawah beban Δσ selama konsolidasi, h tinggi sampel sebelum pemuatan (gbr. 2).
Gbr. 2. Diagram kompresi relatif
Selama pemuatan, diagram kompresi primer a.
Selama pembongkaran, jika pemasukan air tanpa hambatan diaktifkan, sehingga sampel tetap berada di bawah air selama pembongkaran, maka sampel akan kembali ke keadaan semula, yaitu membengkak. Namun sampel tidak kembali ke keadaan semula, artinya telah mengalami deformasi plastis (permanen) selain elastis. Oleh karena itu, dalam hal ini diagram pembengkakan b diperoleh selama pembongkaran. Namun, jika pengujian dilakukan tanpa menerima air, maka yang digunakan adalah diagram pembengkakan, yang disebut diagram elastisitas.
Jika sampel dimuat kembali setelah dibongkar, diagram kompresi sekunder c diperoleh. Diagram pembengkakan dan diagram kompresi sekunder c membentuk loop histeresis di antara keduanya. Di tanah liat, loop histeresis sangat signifikan dan oleh karena itu deformasi pada area pembengkakan dan kompresi sekunder (diagram b dan c) tidak dianggap elastis, tetapi reversibel, karena tidak sebanding dengan beban menurut hukum Hooke. Deformasi pada daerah tekan primer (diagram a) pada bagian yang tidak kembali bersifat permanen (tidak dapat diubah).
Modul kompresibilitas tanah
Dari diagram kompresi relatif, menurut hukum Hooke, kita peroleh analog dengan modulus elastisitas Jung E untuk bahan elastis, modulus kompresibilitas tanah Ms
Ms = Δσ / (Δh/h) [kp/cm2],
di mana Δσ adalah kenaikan beban, Δh/h adalah kompresi relatif yang sesuai, yang diambil dari diagram kompresi primer a (gbr. 2).
Modulus kompresibilitas tanah Ms berbeda dengan modulus elastisitas E suatu bahan elastis, karena Ms tidak konstan untuk satu bahan yang sama tetapi bervariasi dan bertambah seiring dengan beban normal σ. Oleh karena itu, satu nilai spesifik modulus kompresibilitas Ms hanya dapat diberikan untuk satu interval sempit beban tanah normal Δσ. Jika nilai modul Ms semakin tinggi maka kompresibilitas tanah semakin rendah dan sebaliknya. Menurut peraturan yayasan kami, kriteria berikut untuk modulus kompresibilitas tanah dalam keadaan aslinya diadopsi:
Klasifikasi di bawah ini diambil dari teks aslinya, termasuk interval pengulangan 100-400 kp/cm2. Belum dicek atau diselaraskan dengan peraturan yang berlaku saat ini.
Ms = 0 - 20 kp/cm2 tanah sangat kompresibel
Ms = 20 - 50 kp/cm2 tanah sangat kompresibel
Ms = 50 - 100 kp/cm2 tanah kompresibel sedang
Ms = 100 - 400 kp/cm2 tanah kurang kompresibel
Ms = 100 - 400 kp/cm2 tanah agak kompresibel
Ms = 400 - 1000 kp/cm2 tanah agak kompresibel
Ms > 1000 kp/cm2 tanah dengan kompresibel sangat rendah.
Modul elastisitas tanah
Dengan cara yang sama, kita mendapatkan modulus elastisitas tanah E:
E = Δσ / (Δh/h) [kp/cm2],
dimana kenaikan kompresi relatif Δh/h diambil dari diagram elastisitas tanah untuk kenaikan tekanan normal yang sesuai Δσ.
Tanah konsolidasi normal dan tanah konsolidasi berlebih
Gbr. 3. Diagram perubahan koefisien porositas sampel tanah terganggu
Jika kita melakukan uji oedometer dengan sampel terganggu, yang kita masukkan ke dalam peralatan pada titik luluh, dan kita memplot hasil pengujian pada diagram perubahan koefisien porositas e tergantung pada tekanan σ (Gbr. 3), aliran konsolidasi diwakili oleh diagram 1 untuk beban primer, 2 untuk bongkar, 3 untuk beban sekunder sampai batas a perpanjangan beban primer σa dan 4 melebihi batas tersebut.
Diagram bongkar 2 dan diagram kompresi sekunder 3 membentuk loop histeresis yang di belakangnya diagram 4 berlanjut pada perpanjangan diagram 1, tanpa putus, seolah-olah tidak ada bongkar dan muat ulang.
Gbr. 4. Diagram perubahan koefisien porositas sampel tanah tidak terganggu
Namun jika kita melakukan uji oedometer dengan cara yang sama seperti sebelumnya dengan sampel tanah tidak terganggu yang diambil dari kedalaman tanah tertentu (gbr. 4), diagram beban sekunder 3 akan menunjukkan patahan σb di titik b pada beban tertentu, setelah itu diagram 4 akan mempunyai kemiringan yang lebih besar. Rekahan ini terjadi karena tanah tempat pengambilan sampel mendapat beban p=γt yang lebih besar dibandingkan dengan beban sampel σ pada oedometer. Beban p yang lebih tinggi berasal dari berat lapisan tanah bagian atas yang ada terhadap permukaan medan, yang kita sebut tekanan tanah, atau dari beban lapisan tanah sebelumnya yang terbawa oleh waktu oleh erosi atau dari tanah moraine atau es, yang kita sebut preload. Munculnya konsolidasi berlebih merupakan ciri khas tanah liat, dimana kita membedakan antara tanah liat terkonsolidasi normal dan tanah liat terkonsolidasi berlebih.
Tanah liat terkonsolidasi normal
Lempung terkonsolidasi normal berada pada kedalaman yang lebih dangkal di bawah permukaan tanah, yang sebelumnya tidak terkena beban awal. Contoh tanah liat ini, yang dimasukkan ke dalam oedometer dengan beban lebih besar dari berat lapisan “tekanan tanah” bagian atas, menunjukkan aliran konsolidasi yang terus menerus, tanpa putus pada diagram kompresi relatif atau pada diagram perubahan koefisien porositas. Penurunan tanah liat ini karena adanya beban benda adalah normal, yaitu pada suatu beban tertentu penurunannya seiring berjalannya waktu.
Tanah liat terkonsolidasi berlebih
Lempung yang terkonsolidasi berlebihan berada pada kedalaman yang lebih dalam atau sebelumnya terkena preload. Contoh tanah liat yang dimasukkan ke dalam oedometer dengan tekanan lebih besar dari tekanan tanah atau beban awal menunjukkan patahan pada diagram kompresi relatif atau pada diagram perubahan koefisien porositas, yang disebut. retakan geologi g, dengan perubahan arah yang kuat (gbr. 5a). Penurunan tanah liat di bawah struktur kecil untuk beban di bawah tekanan tanah atau beban awal σ1, namun menjadi jauh lebih besar untuk beban di atas σ1.
Jika patahan geologi tidak terdefinisi dengan jelas, maka ditentukan dengan menggunakan garis singgung diagram (gbr. 5b).
Gbr. 5. Diagram perubahan koefisien porositas lempung terkonsolidasi
Diagram penyelesaian waktu
Diagram ini, disebut juga diagram konsolidasi, diperoleh ketika untuk setiap derajat pembebanan sampel di oedometer, waktu t dalam jam diterapkan pada sumbu absis, dan penurunan dalam mm (gbr. 6a) atau dalam % dari total penurunan (gbr. 6b) diterapkan pada ordinat sumbu.
Gbr. 6. Diagram penyelesaian waktu
Tanah yang tidak terikat dan terikat berperilaku berbeda ketika diberi beban. Tanah gembur, seperti pasir, mempunyai pori-pori yang besar, sehingga air cepat keluar karena adanya beban, sehingga tanah cepat mengendap, dengan penurunan terbesar terjadi pada awal beban dan mencapai penurunan akhir pada beban tertentu dalam jangka waktu yang relatif singkat. Tanah kohesif seperti tanah liat memiliki pori-pori kecil sehingga air sulit keluar karena adanya beban. Ada dua fase dalam proses waktu penyelesaian tanah yang dipadatkan. Pada tahap pertama, segera setelah pemberian beban pada tanah, karena air tidak dapat mengalir keluar dari pori-pori, maka tanah menjadi tertekan dan menerima seluruh beban yang diberikan. Pada tahap kedua, air pori yang tertekan mulai terdorong keluar karena tekanannya sendiri karena adanya beban, yang secara bertahap dipindahkan ke partikel tanah padat. Pada fase kedua ini, partikel-partikel menyatu dan pori-pori mengecil. Proses penurunan muka tanah berlanjut hingga air bertekanan dipaksa keluar dari pori-pori, yaitu hingga kondisi tekanan air di pori-pori tidak ada lagi. Oleh karena itu, konsolidasi tanah pada dasarnya merupakan masalah hidrodinamik, yang bergantung pada permeabilitas dan porositas tanah. Dalam kasus tanah liat, yang permeabilitasnya rendah, proses konsolidasinya bisa memakan waktu yang sangat lama, dan selain itu, penurunannya bisa jauh lebih besar karena porositas keseluruhannya lebih tinggi dibandingkan pasir. Berdasarkan uji konsolidasi, jalur waktu penyelesaian dapat dihitung untuk seluruh durasi konsolidasi dan dalam fase individual.