BAB
I
PENDAHULUAN
Land subsidence (penurunan tanah) adalah suatu
fenomena alam yang banyak terjadi di kota-kota besar yang berdiri di atas
lapisan sedimen, seperti Jakarta, Semarang, Bangkok, Shanghai, dan Tokyo. Dari
studi penurunan tanah yang dilakukan selama ini, diidentifikasi ada beberapa
faktor penyebab terjadinya penurunan tanah yaitu : pengambilan air tanah yang
berlebihan, penurunan karena beban bangunan, penurunan karena adanya
konsolidasi alamiah dari lapisan-lapisan tanah, serta penurunan karena
gaya-gaya tektonik. Dari empat tipe penurunan tanah ini, penurunan akibat
pengambilan air tanah yang berlebihan dipercaya sebagai salah satu tipe
penurunan tanah yang dominan untuk kota-kota besar tersebut.
Karena data dan informasi tentang penurunan muka
tanah akan sangat bermanfaat bagi aspek- aspek pembangunan seperti untuk
perencanaan tata ruang (di atas maupun di bawah permukaan tanah), perencanaan
pembangunan sarana/prasarana, pelestarian lingkungan, pengendalian dan
pengambilan airtanah, pengendalian intrusi air laut, serta perlindungan
masyarakat (linmas) dari dampak penurunan tanah (seperti terjadinya banjir);
maka sudah sewajarnya bahwa informasi tentang karakteristik penurunan tanah ini
perlu diketahui dengan sebaik-baiknya dan kalau bisa sedini mungkin. Dengan kata
lain fenomena penurunan tanah perlu dipelajari dan dipantau secara
berkesinambungan.
Pada lempung jenuh jika mengalami pembebanan maka
tekanan air pori akan bertambah bertahap. Tetapi untuk pasir yang mempunyai
permeabilitas besar maka beban mengakibatkan naiknya tekanan air pori cepat
selesai. Air pori yang berpindah menyebabkan butiran tanah mengisinya akhirnya
terjadi penurunan.Penurunan akibat elastisitas tanah dan konsolidasi terjadi
bersamaan.
Kompresibelitas lempung jenuh dengan bertambahnya tekanan, elastik
settlement terjaadi secara cepat. Disebabkan koefisien pemeabilitas lempung
yang kecil dari pasir maka peningkatan tekanan air pori secara perlahan dan
keluarnya air pada pori memerlukan waktu yang sangat lama. Penurunan yang
disebabkan konsolidasi lebih besar beberapa kali dar penurunan elastik.
BAB
II
TEORI
PENURUNAN
2.1. Pengertian Penurunan Tanah
Bila suatu lapisan tanah mengalami
pembebanan akibat beban di atasnya, maka tanah di dibawah beban yang bekerja
tersebut akan mengalami kenaikan tegangan, ekses dari kenaikan tegangan ini
adalah terjadinya penurunan elevasi tanah dasar (settlement). Pembebanan
ini mengakibatkan adanya deformasi partikel tanah, relokasi partikel tanah, dan
keluarnya air pori dari tanah yang disertai berkurangnya volume tanah. Hal
inilah yang mengakibatkan terjadinya penurunan tanah.
Pada umumnya tanah, dalam bidang
geoteknik, dibagi menjadi 2 jenis, yaitu tanah berbutir dan tanah kohesif. Pada
tanah berbutir (pasir/sand), air pori dapat mengalir keluar struktur
tanah dengan mudah, karena tanah berbutir memiliki permeabilitas yang tinggi.
Sedangkan pada tanah kohesif (clay), air pori memerlukan waktu yang lama
untuk mengalir keluar seluruhnya. Hal ini disebabkan karena tanah kohesif
memiliki permeabilitas yang rendah.
Secara umum, penurunan dapat
diklasifikasikan menjadi 3 tahap, yaitu :
Ø Immediate Settlement (penurunan seketika),
diakibatkan dari deformasi elastis tanah kering, basah, dan jenuh air, tanpa
adanya perubahan kadar air. Umumnya, penurunan ini diturunkan dari teori
elastisitas. Immediate settlement ini biasanya terjadi selama proses
konstruksi berlangsung. Parameter tanah yang dibutuhkan untuk perhitungan
adalah undrained modulus dengan uji coba tanah yang diperlukan seperti
SPT, Sondir (dutch cone penetration test), dan Pressuremeter test.
Ø Primary Consolidation Settlement (penurunan konsolidasi
primer), yaitu
penurunan yang disebabkan perubahan volume tanah selama periode keluarnya air
pori dari tanah. Pada penurunan ini, tegangan air pori secara kontinyu
berpindah ke dalam tegangan efektif sebagai akibat dari keluarnya air pori.
Penurunan konsolidasi ini umumnya terjadi pada lapisan tanah kohesif (clay
/ lempung)
Ø Secondary Consolidation Settlement (penurunan konsolidasi
sekunder), adalah
penurunan setelah tekanan air pori hilang seluruhnya. Hal ini lebih disebabkan
oleh proses pemampatan akibat penyesuaian yang bersifat plastis dari
butir-butir tanah.
2.2. Immediate Settlement
– Penurunan Seketika
Penurunan seketika / penurunan
elastic terjadi dalam kondisi undrained (tidak ada perubahan volume).
Penurunan ini terjadi dalam waktu yang sangat singkat saat dibebani secara
cepat. Besarnya penurunan elastic ini tergantung dari besarnya modulus
elastisitas kekakuan tanah dan beban timbunan diatas tanah.
Dimana :
Sc = Immediate settlement
Δσ = Beban timbunan (kN/m2)
Es = Modulus elastisitas tanah
μs = Poisson’s Ratio
B = Lebar / diameter timbunan (m)
Ip = non-dimensional influence
factor
Schleicher (1926) mendefinisikan
factor Ip ini sebagai :
Dimana m1 = L/B (panjang/lebar beban
yang bekerja)
2.3. Primary Consolidation – Konsolidasi Primer
Pada tanah lempung jenuh air,
penambahan total tegangan akan diteruskan ke air pori dan butiran tanah. Hal
ini berarti penambahan tegangan total (Δσ) akan terbagi ke tegangan efektif dan
tegangan air pori. Dari prinsip tegangan efektif, dapat diambil korelasi :
Δσ = Δσ’ +
Δu
Dimana :
Δσ’ = penambahan
tegangan efektif
Δu =
penambahan tegangan air pori
Karena lempung mempunyai daya rembes
yang sangat rendah dan air adalah tidak termampatkan (incompressible)
dibandingkan butiran tanah, maka pada saat t = 0, seluruh penambahan tegangan,
Δσ, akan dipikul oleh air (Δu = Δσ) pada seluruh kedalaman lapisan tanah.
Penambahan tegangan tersebut tidak
dipikul oleh butiran tanah (Δσ’ = 0).Sesaat setelah pemberian penambahan
tegangan, Δσ, pada lapisan lempung, air dalam pori mulai tertekan dan akan
mengalir keluar. Dengan proses ini, tekanan air pori pada tiap-tiap kedalaman
pada lapisan lempung akan berkurang secara perlahan-lahan, dan tegangan yang
dipikul oleh butiran tanah keseluruhan (tegangan efektif / Δσ’) akan bertambah.
Jadi pada saat 0 < t < ∞
Δσ = Δσ’+
Δu
(Δσ’ > 0 dan Δu < Δσ)
Tetapi, besarnya Δσ’ dan Δu pada
setiap kedalaman tidak sama, tergantung pada jarak minimum yang harus ditempuh
air pori untuk mengalir keluar lapisan pasir yang berada di bawah atau di atas
lapisan lempung.
Pada saat t = ∞, seluruh kelebihan
air pori sudah hilang dari lapisan lempung, jadi Δu = 0. Pada saar ini tegangan
total, Δσ, akan dipikul seluruhnya oleh butiran tanah seluruhnya (tegangan
efektif, Δσ’). Jadi Δσ = Δσ’.
Berikut adalah variasi tegangan total,
tegangan air pori, dan tegangan efektif pada suatu lapisan lempung dimana air
dapat mengalir keluar struktur tanah akibat penambahan tegangan, Δσ, yang
ditunjukan gambar dibawah.
Proses terdisipasinya air pori
secara perlahan, sebagai akibat pembebanan yang disertai dengan pemindahan
kelebihan tegangan air pori ke tegangan efektif, akan menyebabkan terjadinya
penurunan yang merupakan fungsi dari waktu (time-dependent settlement)
pada lapisan lempung. Suatu tanah di lapangan pada kedalaman tertentu telah
mengalami tegangan efektif maksimum akibat beban tanah diatasnya (maximum
effective overburden pressure) dalam sejarah geologisnya. Tegangan ini
mungkin sama, atau lebih kecil dari tegangan overburden pada saat
pengambilan sample.
Berkurangnya tegangan di lapangan
tersebut bisa diakibatkan oleh beban hidup. Pada saat diambil, contoh tanah
tersebut terlepas dari tegangan overburden yang telah membebani selama ini.
Sebagai akibatnya, tanah tersebut akang mengalami pengembangan. Pada saat
dilakukan uji konsolidasi pada tanah tersebut, suatu pemampatan yang kecil
(perubahan angka pori yang kecil) akan terjadi bila beban total yang diberikan
pada saat percobaan adalah lebih kecil dari tegangan efektif overburden
maksimum (maximum effective overburden pressure) yang pernah dialami
sebelumnya.
Apabila beban total yang dialami
pada saar percobaan lebih besar dari maximum effective overburden pressure,
maka perubahan angka pori yang terjadi akan lebih besar. Ada 3 definisi dasar
yang didasarkan pada riwayat geologis dan sejarah tegangan pada tanah, yaitu :
Ø Normally consolidated
(Terkonsolidasi secara normal), dimana tegangan efektif overburden saat ini
merupakan tegangan maksimum yang pernah dialami oleh tanah selama dia ada.
Ø Overconsolidated,
dimana tegangan efektif overburden saat ini lebih kecil daripada
tegangan yang pernah dialami oleh tanag tersebut. Tegangan efektif overburden
maksimum yang pernah dialami sebelumnya dinamakan tegangan prakonsolidasi. (preconsolidation
pressure / PC).
Ø Underconsolidated,
dimana tegangan efektif overburden saat ini belum mencapai maksimum,
sehingga peristiwa konsolidasi masih berlangsung pada saat sample tanah
diambil.
Ada 2 hal penting yang perlu
diperhatikan dalam penurunan konsolidasi ini, yaitu :
1.
Besarnya penurunan yang terjadi.
2.
Kecepatan penurunan terjadi.
2.4. Secondary Consolidation – Konsolidasi Sekunder
Pada akhir konsolidasi primer
(setelah tegangan air pori U = 0), penurunan pada tanah masih tetap terjadi
sebagai akibat dari penyesuaian plastis butiran tanah. Tahapan konsolidasi ini
dinamakan konsolidasi sekunder. Variasi angka pori dan waktu untuk penambahan
beban akan sama seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut.
Besarnya konsolidasi sekunder dapat
dihitung dengan rumus :
dimana :
Ca = Indeks
pemampatan sekunder
Δe =
Perubahan angka pori
t
= Waktu
ep = angka pori pada akhir
konsolidasi primer
H = tebal
lapisan lempung, m
Penurunan yang diakibatkan
konsolidasi sekunder sangat penting untuk semua jenis tanag organic dan tanah
anorganik yang sangat mampu mampat (compressible). Untuk lempung
anorganik yang terlalu terkonsolidasi, indeks pemampatan sekunder sangat kecil
sehingga dapat diabaikan.
DAFTAR PUSTAKA
1.Bowles, Joseph E, Foundation
Analysis & Design, 5thedition, The McGraw HillCompanies, Inc, 1996.
2.Terzaghi. K., and R. Peck,Soil
Mechanics in Engineering Practice,
John Wiley, andSons, 1948.
3.Mc Phail, Jennifer, et al.,
Evaluation of Consolidation Settlement Using TheSublayer Method,
Electronic Journal of
Geotechnical Engineering, 2000.
4.Hardiyatmo, Hary
Christady,Mekanika Tanah 2, Jakarta, Gramedia Pustaka Utama,1994.
5.Coduto, D.P.,Geotechnical
Engineering Principles and Practices, Prentice-Hall,1994