Konsolidasi – Overview

Menurut Terzaghi, konsolidasi merupakan proses keluarnya air dari suatu volume tanah, dimana air yang keluar tersebut tidak disubstitusi oleh fase gas. Sedemikian sehingga, pada proses konsolidasi akan terjadi penurunan volume tanah.

Menara Miring Pisa

Konsolidasi tanah merupakan salah satu problem yang paling sering ditemui dalam studi geomekanik. Salah satu problem yang paling terkenal adalah menara miring Pisa, sebuah menara yang mengalami kegagalan pondasi namun menjadi terkenal. 😛

Menara ini dibangun diatas pondasi setebal 3 m diatas tanah yang tidak stabil (sumber), sehingga sebelum menara ini selesai dibangun, menara ini telah mengalami tilt. Cat: Sebelum dibuka kembali pada medio 2000an, menara ini sempat ditutup selama satu dekade untuk proses renovasi !! 😀

Retak di dinding akibat konsolidasi (sumber)

Problem konsolidasi sering ditemui pada rumah-rumah, misalnya retak pada dinding (cat: tidak semua retak di dinding diakibatkan konsolidasi). Retak ini umumnya terjadi karena pondasi rumah mengalami differential settlement yang kemudian menyebabkan terjadinya tegangan tarik pada dinding bangunan.

Differential settlement adalah settlement yang tidak merata pada struktur. Pada umumnya, bila besarnya settlement relatif uniform, maka tidak akan muncul masalah signifikan pada struktur.

Jembatan yang mengalami differential settlement

Penurunan tanah sangat mempengaruhi kestabilan superstruktur. Ambil contoh lainnya, sebuah jembatan yang didesain untuk ditopang oleh 3 buah perletakan sendi. Akibat proses konsolidasi, tiang dibagian tengah jembatan mengalami penurunan yang lebih besar dibandingkan kedua perletakan lainnya, sehingga praktis jembatan hanya ditopang oleh dua perletakan di ujung kiri dan kanannya.

Efeknya, bagian tengah struktur jembatan akan mengalami gaya dalam momen yang jauh lebih besar dibandingkan dengan desain awalnya sedemikian sehingga dapat menyebabkan terjadinya failure pada struktur jembatan.

Fenomena settlement akibat beban statik

Settlement atau deformasi volume tanah, dapat disebabkan oleh beban statik dan beban dinamik.

Dalam buku teks pada umumnya, penurunan tanah akibat beban statik dibagi menjadi 3 fase:

Pada tanah jenuh, segera setelah proses pembebanan, material tanah akan terkompresi mengakibatkan terjadinya immediate settlement . Bagian ini seringkali diformulasikan dengan pendekatan elastik (meskipun tanah bukan material elastik).

Untuk tanah lempung, saat tanah dibebani maka tegangan air pori tanah akan naik, namun seiring berjalannya waktu tegangan air pori ini akan turun secara gradual. Penurunan tegangan air pori akan dibarengi keluarnya air dari kerangka solid tanah, menyebabkan pengurangan volume tanah. Proses ini bisa berlangsung bulanan atau tahunan tergantung karakter tanah dan dikenal sebagai consolidation settlement .

Untuk tanah pasir, akibat permeabilitasnya yang tinggi, maka proses konsolidasi akan berlangsung segera, dan tidak akan menimbulkan masalah.

Terakhir, tanah juga akan mengalami reorganisasi/kompresi (deformasi) akibat pembebanan statik dalam jangka waktu panjang. Fenomena ini dikenal dengan creep, yang diklasifikasikan sebagai secondary settlement

Fenomena settlement akibat beban dinamik

Beban dinamik juga berpotensi mengakibatkan settlement, khususnya pada tanah pasir lepas. Akibat beban dinamik, pasir mengalami kondisi short term, sedemikian sehingga tegangan air pori naik. Namun tidak seperti pada kasus statik, dimana proses penurunan terjadi secara gradual dalam jangka waktu panjang, tegangan air pori ini akan turun secara segera akibat tingginya permeabilitas pasir.

Proses keluarnya air secara cepat inilah yang dapat menyebabkan tanah kehilangan tegangan efektifnya, sehingga menyebabkan tanah menjadi likuid.

Keluarnya air pada pembebanan dinamik ini akan terlihat dengan jelas, ambil contoh gempa di Jogja pada tahun 2006 silam atau Christchurch pada tahun 2011 yang lalu di New Zealand. Beberapa foto gempa di Christchurch dapat dilihat pada gambar dibawah ini. Cat: Air pada foto-foto tersebut bukan disebabkan hujan !!

Akibat proses settlement ini sangat fatal, bangunan bisa terjungkal (tilt) atau bahkan terbenam bila proses settlement-nya uniform. Fenomena yang menyebabkan settlement pada pembebanan dinamik ini juga dikenal dengan nama likuifaksi. 🙄

Sebaliknya pada tanah lempung, beban dinamik ini tidak akan menyebabkan problem likuifaksi, alasannya tentu saja karena permeabilitas lempung yang rendah.

Penutup

Untuk beberapa posting kedepan saya akan fokus pada pembahasan mengenai settlement untuk kondisi pembebanan statik (konsolidasi) saja, karena untuk memahami fenomena likuifaksi memerlukan pemahaman mengenai stress path yang harus dibahas terpisah. 😎

Secara garis besar, ada 2 hal yang menjadi perhatian utama pada problem konsolidasi, yaitu

• Seberapa besar konsolidasi yang akan terjadi ?
• Seberapa cepat konsolidasi akan berlangsung ?

Keduanya akan saya jawab bertahap pada posting mendatang. 😎