Parameter dan Faktor Dinamis Tanah serta Contoh Pengujiannya

      

Parameter Tanah

Parameter dinamis tanah sangat dibutuhan dalam analisis permasalahan tanah yang menerima beban dinamis seperti stabilitas timbunan terhadap beban gempa, interaksi tanah dengan struktur pada saat gempa dan respon dinamis dari pondasi mesin .  Parameter ini diantaranya : 

1. Modulus Geser Tanah

        Modulus geser tanah (G) adalah perbandingan tegangan geser (τ) dan regangan geser (γ) juga merupakan parameter tanah yang bergantung pada tingkat regangan (strain dependent). Selain itu nilai modulus geser juga akan semakin turun apabila regangan yang terjadi meningkat.

Berikut adalah pemodelan prilaku tanah berdasarkan tingkat regangan (Ishihara 1996)

Tingkat regangan tanah (Ishihara 1996)

Berikut adalah kurva perilaku tegangan dan regangan tanah dalam analisis non linier 

(Idris et al., 1978)

Modulus geser secant : gradien dari garis yang menghubungkan 2 titik dalam kurva  tegangan-regangan                                       dan biasanya salah satu titik terletak pada pusat sumbu

Modulus geser tangent : gradien titik singgung kurva pada suatu titik kurva tegangan regangan.

G max                           : gradien maximum kurva backbone yang terletak di titik asal

         Gambar diatas adalah rumus untuk mencari gelombang geser (Vs) dimana (Gs) adalah modulus geser tanah max dan (ρ) adalah massa  jenis tanah

           

Faktor-faktor yang mempengaruhi modulus geser tanah:

• jenis tanah : Pada tanah lempung nilai OCR akan mempengaruhi nilai modulus geser tanahnya, sedangkan pada tanah pasir bentuk  butiran  akan  mempengaruh i nilai  modulus  geser tanahnya ( Hardin dan Black 1968)

• tekanan kekang (confining pressure) : Berikut adalah beberapa rumus empiris yang menunjukkan hubungan modulus geser maksimum dengan tekanan kekang

• besar tegangan geser : Modulus geser tanah akan meningkat dengan meningkatnya nilai tegangan geser tanah.

• tingkat regangan geser : Semakin besar regangan yang terjadi, semakin kecil modulus geser tanahnya.

• lama confinement : Tanah yang mengalami tekanan confinement yang konstan dan dalam keadaan regangan kecil akan memiliki nilai modulus geser yang meningkat seiring dengan bertambahnya lama confinement

• derajat kejenuhan : Penelitian mengenai pengaruh derajat kejenuhan terhadap cepat rambat gelombang geser menunjukkan bahwa perbedaan cepat rambat gelombang geser dalam tanah jenuh dan tanah kering dapat diperhitungkan berdasarkan pengaruh berat air/fluida. Penentuan cepat rambat gelombang geser dalam tanah atau modulus geser tanah untuk tanah non kohesif cukup dihitung berdasar berat tanah in-situ dan berat efektif tanah.

• frekuensi dan jumlah siklis beban : Hardin dan Black (1969) menunjukkan bahwa modulus geser untuk regangan kecil tidak terpengaruh oleh nilai frekuensi. Sedangkan untuk jumlah siklis antara 1 sampai 100 diperoleh bahwa modulus geser tanah kohesif berbanding terbalik dengan jumlah beban siklis. Sedangkan modulus geser pada pasir kering sebanding dengan jumlah beban siklis.

• dynamic prestrain : nilai modulus geser tanah pasir meningkat sebanding dengan jumlah siklis prestrain (Hall dan Richard 1967)

Dibawah ini adalah beberapa pengujian / test yang bisa dilakukan untuk mendapatkan nilai modulus geser

• Resonant Columnt Test (Richart, Hall, dan Woods, 1970) ini dapat digunakan untuk menentukan Modulus Young (E) dan Modulus Geser (G) dan juga berguna untuk mengetahui karakteristik redaman dari tanah.

• Bender Elemnt Test, Uji ini menggunakan elemen piezoceramic bender yang terdiri dari dua buah piezoceramic plates yang direkatkan secara rigid satu sama lainnya.

• Cyclic Triaxial Compression Test Uji ini dilakukan dengan cara memberikan confining pressure pada sampel tanah terlebih dahulu lalu dibebani gaya aksial siklis. Modulus Young E diperoleh dari perbandingan antara gaya aksial dengan regangan aksial yang terjadi

• Cyclic Simple Shear, tes yang satu ini tesmaasuk dalam cyclic load deformation test. Uji jenis ini umumnya digunakan pada kasus regangan besar dan untuk menentukan kurva hystresis stress strain.

• Cyclic Torsional Simple Shear Test dikembangkan untuk mengatasi kekurangan yang ada pada uji cyclic simple shear yaitu tidk adanya kemampuan untuk mengukur confining pressure serta pengaturan Ko.

• Cross-bore hole wave propagation test Dilakukan dengan menggunakan metode travel time, yaitu pengukuran cepat rambah gelombang dalam tanah berdasar waktu tempuh dan jarak (antara dua lubang bor)

• Up-hole atau down-hole wave propagation test Prinsip kerjanya menyerupai uji cross-bore hole naun uji up-hole atau down-hole dapat dilakukan satu lubang bor saja. Alat penghasil gelombang serta penerima gelombang terletak pada lubang bor yang sama

• Surface-wave propagation test Gelombang permukaan seperti gelombang Rayleigh maupun Love dapat digunakan untuk menentukan nilai modulus geser tanah. Uji surface-wave memanfaatkan gelombangpermukaan Rayleigh.

• Vertical Footing Resonance Test Dapat menentukan modulus geser dan damping tanah dengan menggunakan fondasi blok.

            Cu = koefisien elastic uniform compression

             fnz = frekuensi alami

• Horizontal Footing Resonance Test Pengujian ini memiliki kesamaan dengan uji vertical footing resonance. Perbedaannya terletak pada arah getaran yang digunakan dimana arahnya horisontal.

• Free Vibration Test on Footing Pengujian ini dilakukan pada fondasi blok dengan getaran arah horisontal maupun vertikal. Pengujian arah horiontal dilakukan dengan menarik pondasi blok dan melepaskan dalam arah horisontal, sedangkan pengujian arah vertikal dilakukan dengan cara memukul fondasi blok dengan palu untuk menimbulkan vertikal excitation.

• Cyclic Plate Load Test Pengujian ini dilakukan dengan cara memberikan siklik loading, unloading, dan reloading dengan nilai terendah sampai nilai beban ultimate yang telah ditentukan.

• Standard penetration test, Pengujian ini dilakukan bersamaan dengan pengeboran tanah untuk mengambil coring dan sampel tanah undistrub. Nilai SPT yang diperoleh dapat digunakan untuk menentukan modulus geser tanah dari korelasi nilai SPT

• Cone Penetration Test and Seismic Cone Penetration Test, Robertson dan Campanella merumuskan korelasi antara modulus geser tanah maksimum dengan tahanan konus secara tidak langsung. Korelasi tersebut mengaitkan hubungan antara Gmax- relative density dengan 

• Pressuremeter Test Pengujian ini digunakan untuk menentukan parameter tanah berupa limit pressure (pi) merupakan nilai yang menggambarkan kuat geser tanah dan modulus pressure meter yang menggambarkan kemampuan deformasi tanah.

• Dilatometer Test, Pengujian ini digunakan untuk menentukan tiga parameter tanah, yaitu Indeks material (ID), Indeks tegangan lateral (KD), dan Modulus dilatometer (ED). Modulus dilatometer digunakan sebagai korelasi untuk mendapatkan Gmax tanah pasir.

2. Redaman Tanah

        Tanah selain memiliki sifat elastis juga memiliki sifat inelastis. Perilaku inelastis ditunjukkan dengan terjadi disipasi energi redaman tanah (damping) saat menerima beban siklik. Keberadaan disipasi energi tidak dapat diabaikan dikarenakan adanya permasalahan dinamis tanah seperti gempa maupun fondasi mesin. Redaman dikategorikan menjadi dua jenis: 

    Redaman material/internal (material damping) Redaman Material dalam tanah dapat didefinisikan sebagai specific damping capacity yang merupakan perbandingan dari energi yang terendam dalam satu siklus getaran dengan energi potensial pada amplitude maksimum. Metode yang dapat digunakan untuk memperoleh nilai redaman material tanah, diantaranya:

• Decay curve (resonant column test) dilakukan dengan menghilangkan beban siklik pada uji resonant column setelah kondisi resonansi steady-state tercapai yang selanjutnya sampel tanah akan mengalami getaran bebas dan amplitudo akan mengalami penurunan.

• Response curve Pada sistem berderajat kebebasan  tunggal  dengan  constant  excitation dapat digunakan untuk menentukan redaman material dengan cara mengukur lebar relative kurva ini.

• Kurva hysteretic tegangan geser - regangan geser Pengukuran redaman material dengan metode ini dilakukan dengan mengukur input energi pada saat resonansi.

Dimana:

A1 = luas hystresis loop, menggambarkan total energi yang hilang

A2 = luas segitiga OAB dan OA’B’, energy regangan pada saat perpindahan maksimum

        Redaman geometrik/dispersi (geometrical damping), Gelombang  P,  S, dan  R   akan tersebar ke dalam tanah secara radial dari sumber getaran. Penyebaran tiap gelombang tersebut akan semakin membesar  sehingga  kepadatan energy  berkurang. Kehilangan kepadatan energy tersebut dikategorikan sebagai redaman geometrik.

Faktor-faktor yang mempengaruhi redaman tanah

• Tingkat regangan Hall dan Richard serta Hardin menyimpulkan bahwa redaman tanah akan meningkat seiring dengan meningkatnya amplitudo regangan geser yang terjadi.

 

• Tekanan Kekang Hall dan Richard serta Hardin, redaman tanah bergantung tekanan kekang. Pada pasir, apabila tekanan kekang menurun maka rasio redaman akan meningkat. Pada lempung, redaman tanah akan menurun seiring meningkatnya tekanan kekang.

• Angka pori Menurut Kokusho, rasio redaman berbanding lurus dengan angka pori pada tanah pasir. Sedangkan Kim dan Novak mengatakan bahwa angka pori kurang dari 0.6 rasio redaman menurun bila angka pori meningkat dan jika melebihi 0.6 rasio redaman akan meningkat seiring dengan meningkatnya angka pori.

• Indeks Plastisitas Vucetic dan Dobry,  rasio redaman menurun seiring dengan meningkatnya indeks plastisitas.

• Jumlah siklik dari tegangan dinamis Silver dan Seed serta Hardin dan Drnevich menyimpulkan bahwa rasio redaman akan menurun dengan meningkatnya jumlah beban siklik. Namun setelah mencapai suatu nilai tertentu rasio redaman akan meningkat dengan bertambahnya nilai frekuensi beban siklik.

3. Angka Poisson

        Rasio antara regangan tegak lurus arah gaya dengan regangan searah gaya disebut Angka Pori juga memperlihatkan sensitifitas yang rendah terhadap jenis tanah dan angka pori dan konstanta ini sangat dipengaruhi oleh derajat kejenuhan dan kondisi drainage tanah

.

Berbagi :