Setiap kali massa tanah ditekan, itu berubah bentuk. Deformasi dapat berupa distorsi atau perubahan volume massa tanah. Seperti pada deposit alami, massa tanah dibatasi pada semua sisinya sehingga perubahan bentuk yaitu distorsi tanah tidak mungkin terjadi. Satu-satunya kemungkinan adalah perubahan volume yaitu, kompresi tanah.
Pada pemuatan, kompres tanah karena:
(i) Kompresi butiran padat
(ii) Kompresi air pori dan udara
(iii) Pengusiran air dan udara dari rongga massa tanah. Di bawah beban teknik yang khas, kompresi padatan tanah dan menuangkan air dapat diabaikan.
Oleh karena itu, kompresi udara dan pengusiran udara dan air dari rongga memberikan kontribusi terbesar dari perubahan volume tanah yang dibebani. Perubahan volume ini dapat disebabkan oleh dua proses yang berbeda. Pemadatan dan konsolidasi.
Pemadatan:
Pemadatan adalah proses di mana partikel-partikel tanah dikemas lebih dekat satu sama lain dengan cara mekanis yaitu pembebanan dinamis seperti penggulungan, tamping dan getaran dll. Hal ini dicapai melalui pengurangan rongga udara. Ada sedikit atau tidak ada pengurangan kandungan air.
Konsolidasi:
Konsolidasi adalah proses di mana partikel-partikel tanah terkemas lebih rapat bersama-sama selama periode waktu tertentu di bawah penerapan tekanan lanjutan yaitu pembebanan statis. Ini dicapai terutama dengan drainase air secara bertahap dari pori-pori tanah. Konsolidasi terjadi pada lempung jenuh atau hampir jenuh atau tanah lain dengan permeabilitas rendah.
Uji Konsolidasi:
Untuk memprediksi penurunan konsolidasi dalam tanah, kita perlu mengetahui sifat tegangan-regangan (yaitu, hubungan antara tekanan efektif dan angka pori) tanah. Ini biasanya melibatkan pemuatan sampel tanah di laboratorium ke serangkaian muatan dan pengukuran penurunan yang sesuai. Tes ini dikenal sebagai tes konsolidasi. Alat uji disebut konsolidometer.
Gambar 6.1 (a) dan (b) menunjukkan pengaturan konsolidometer tipe cincin tetap dan tipe cincin mengambang. Pada tipe fixed ring, hanya batu berpori atas yang dibiarkan bergerak ke bawah sedangkan pada tipe floating ring baik batu berpori atas maupun bawah bebas bergerak. Permeabilitas spesimen pada setiap tahap pemuatan dapat diukur hanya pada tipe cincin tetap. Kompresi spesimen diukur dengan menggunakan dial gauge yang dipasang pada tutup pemuatan. Spesimen diperbolehkan untuk mengkonsolidasikan di bawah sejumlah peningkatan tekanan vertikal seperti 0,1, 0,2, 0,5, 1, 2, 4, 8 dan 10 kg/ cm2 .
Pilihan tekanan vertikal terutama bergantung pada tekanan lokasi yang diharapkan, termasuk tekanan overburden. Rasio peningkatan beban (LIR) kesatuan digunakan dalam pengujian konvensional. LIR persatuan berarti bahwa beban digandakan setiap kali. Setiap kenaikan tekanan dipertahankan selama 24 jam. Spesimen berkonsolidasi dengan drainase bebas yang terjadi dari permukaan atas dan bawah. Pembacaan dial gauge dicatat pada 30 detik, 1, 2, 4, 8, 15, 30 menit, 1 jam, 2, 4, 8 dan 24 jam.
Ketika konsolidasi di bawah tekanan akhir selesai, spesimen diturunkan dan dibiarkan membengkak. Hasilnya disajikan dalam kertas grafik semi log dengan tekanan yang diterapkan pada skala log pada absis dan rasio pori yang sesuai sebagai ordinat pada skala linier. Rasio pori yang sesuai dengan setiap LIR yang diterapkan didefinisikan sebagai tekanan yang dapat dihitung dari pembacaan dial gauge dan berat kering spesimen diambil pada akhir pengujian.
Penentuan Void Ratio dengan Metode Berat Kering:
Metode ini berlaku untuk spesimen jenuh dan sebagian jenuh.
Misal M s = massa kering benda uji pada akhir pengujian
A = Luas benda uji
G = Sp. gravitasi tanah
Kemudian ketebalan ekuivalen padatan tanah ‘H S ‘ dihitung sebagai berikut:
Kurva kompresi yang dapat diperoleh dari uji konsolidasi yang dilakukan pada sampel lempung ditunjukkan pada Gambar 6.3.
Setelah mengkonsolidasikan spesimen hingga titik tekanan Q, spesimen dibiarkan mengembang dengan penurunan tekanan. Selama ekspansi, spesimen tidak pernah kembali ke volume aslinya karena kompresi permanen. Saat memuat ulang, kurva rekompresi RS diperoleh.
Ketika tekanan sebelumnya sesuai dengan titik 0 tercapai, kurva rekompresi memiliki rasio pori yang sedikit lebih rendah. Pengujian dilanjutkan dengan menaikkan tekanan lebih lanjut, kurva yang dihasilkan kurang lebih merupakan perpanjangan dari bagian awal PQ. Gambar 6.3 (b) menunjukkan plot tekanan efektif vs rasio pori pada kertas grafik semi log. Bagian lurus P 1 Q 1 dan S 1 T 1 di kedua sisi O 1 disebut sebagai kurva kompresi perawan.
Koefisien Kompresibilitas:
Koefisien kompresibilitas ‘a V ‘ didefinisikan sebagai penurunan rasio pori per satuan peningkatan tekanan.
dimana e 0 dan e adalah angka pori pada awal dan akhir konsolidasi di bawah kenaikan tekanan ∆σ’. Tanda negatif menunjukkan bahwa e berkurang ketika σ meningkat.
Koefisien Kompresibilitas Volume (m V )
[Kefisien Perubahan Volume]
Koefisien perubahan volume adalah perubahan volume suatu tanah per satuan volume awal per satuan kenaikan tekanan. Satuan m v sama dengan a v
ketika tanah dikekang secara lateral, perubahan volume sebanding dengan perubahan ketebalan ∆H dan volume awal sebanding dengan ketebalan awal H 0 . Oleh karena itu eqn. (i) menjadi
mv = ∆H / H 0 – 1/∆σ
Perubahan ketebalan, ∆H karena kenaikan tekanan diberikan oleh
∆H = – m v H o ∆σ
Indeks Kompresi (c c )
Ini adalah kemiringan bagian linear dari kurva e vs log σ dan tidak berdimensi.
Untuk bagian linear dari kurva:
Koefisien Konsolidasi:
Ini adalah rasio antara koefisien permeabilitas dan produk koefisien perubahan volume dengan berat satuan air. Ini dilambangkan sebagai cv = K/m v γ w
dimana K = Koefisien permeabilitas
γw = satuan berat air
C v = koefisien konsolidasi
m V = koefisien perubahan volume
Koefisien konsolidasi merupakan indikasi dari efek gabungan kompresibilitas dan permeabilitas tanah terhadap laju perubahan volume.
Koefisien konsolidasi juga dapat dihitung dari hubungan yang diberikan di bawah ini.
Tv = cv t /d 2
dimana T v = Faktor waktu yang merupakan fungsi derajat konsolidasi
t = Waktu yang diperlukan untuk konsolidasi
d = Jalur drainase, untuk kondisi drainase ganda d = H/2
Karena Tv konstan untuk derajat konsolidasi tertentu dan kondisi batas tertentu dari masalah yang ditinjau, waktu yang diperlukan untuk mencapai derajat konsolidasi ‘U’ tertentu berbanding lurus dengan kuadrat jalur drainasenya dan berbanding terbalik dengan koefisien konsolidasi. Untuk tanah tertentu pada rasio pori tertentu, cv meningkat dengan meningkatnya besarnya tekanan konsolidasi.
Konsolidasi Tanah Tak Terganggu:
Tergantung pada sejarah konsolidasi, endapan tanah dapat dibagi menjadi tiga kelas:
(i) Tanah prakonsolidasi atau tanah konsolidasi berlebih.
(ii) Tanah terkonsolidasi normal.
(iii) Di bawah tanah yang terkonsolidasi.
(1) Tanah prakonsolidasi:
Suatu lempung dikatakan pra-konsolidasi jika selalu mengalami tekanan yang lebih besar dari tekanan overburden saat ini.
Suatu tanah mungkin telah terkonsolidasi sebelumnya oleh beban struktural yang sekarang sudah tidak ada lagi atau oleh berat lapisan es yang telah mencair.
(ii) Tanah terkonsolidasi normal:
Tanah yang tidak pernah mengalami tekanan efektif lebih besar dari tekanan overburden saat ini disebut tanah terkonsolidasi normal. Tanah benar-benar terkonsolidasi oleh tekanan overburden yang ada.
(iii) Di bawah tanah terkonsolidasi:
Tanah yang tidak sepenuhnya terkonsolidasi oleh tekanan overburden saat ini disebut tanah terkonsolidasi.
Rasio Konsolidasi Lebih (OCR):
Ini adalah rasio tekanan pra-konsolidasi terhadap tekanan overburden efektif saat ini.
OCR = Tekanan Pra-Konsolidasi/ Tekanan lapisan penutup saat ini
OCR>1, menunjukkan lempung terkonsolidasi normal.
Dan OCR > 1, menunjukkan lempung yang terlalu terkonsolidasi
Faktor-faktor yang Mempengaruhi Konsolidasi:
Faktor-faktor yang mempengaruhi konsolidasi adalah:
(a) Ketebalan lapisan lempung
(b) Jumlah jalur drainase
(c) Koefisien permeabilitas
(d) Koefisien konsolidasi
(e) Besarnya tekanan konsolidasi dan cara distribusinya melewati ketebalan lapisan.
(f) Faktor waktu
(a) Ketebalan lapisan lempung:
Semakin tebal maka konsolidasi lapisan akan semakin banyak akibat self overburden pressure.
(b) Jumlah jalur drainase:
Jalur drainase mewakili jarak maksimum yang harus dilalui partikel air untuk mencapai lapisan drainase bebas. Jika jalur pengaliran lebih dari jarak tempuh partikel air berkurang proporsionalitasnya dan pada gilirannya air akan keluar dari lapisan tanah sehingga terjadi konsolidasi. Oleh karena itu semakin banyak jalur drainase, semakin banyak konsolidasi.
(c) Koefisien permeabilitas:
Semakin besar koefisien permeabilitas tanah maka air akan lebih mudah keluar dari pori-pori tanah sehingga konsolidasi akan semakin besar.
(d) Koefisien konsolidasi:
Koefisien konsolidasi berbanding lurus dengan derajat konsolidasi dan karenanya semakin besar koefisien konsolidasi maka konsolidasi tanah akan semakin banyak.
(e) Besarnya tekanan konsolidasi dan distribusinya:
Konsolidasi tanah sangat dipengaruhi oleh tekanan konsolidasi dan distribusinya. Jika tekanan konsolidasi lebih besar dan didistribusikan secara merata ke seluruh area, konsolidasi akan lebih banyak.
(f) Faktor waktu:
Dari persamaan konsolidasi yaitu Tv = C v t/d 2 terlihat bahwa koefisien konsolidasi (Cv) berbanding lurus dengan faktor waktu (T V ). Jika faktor waktu lebih banyak konsolidasi akan lebih banyak.
Penyelesaian Total:
Kompresi total dari lapisan tanah jenuh selama periode waktu yang lama di bawah beban statis disebut penyelesaian total. Itu dilambangkan dengan S.
S=S i + S c + S s
S i = penyelesaian segera
Sc = penurunan konsolidasi atau penurunan primer
Ss = pemukiman sekunder
Penyelesaian Segera:
Ini adalah bagian dari penurunan yang terjadi segera setelah penerapan beban. Hal ini terutama disebabkan oleh kompresi langsung lapisan tanah dalam kondisi tidak terlatih. Penyelesaian langsung sangat kecil dibandingkan dengan penyelesaian primer.
Penyelesaian Konsolidasi pada Penyelesaian Utama:
Ini adalah bagian dari pemukiman di mana ada pengeluaran air pori dari rongga tanah. Proses ini menyebabkan penurunan volume rongga.
Penurunan konsolidasi Sc dapat dihitung dengan salah satu metode berikut:
(i) Berdasarkan koefisien perubahan volume, m v
Pergerakan ke bawah dari permukaan lapisan konsolidasi disebut penurunan konsolidasi. Gerakan ini disebabkan penurunan volume massa tanah jenuh di bawah beban yang diterapkan.
Penyelesaian Sekunder:
Hal ini disebabkan reorientasi partikel, creep dan dekomposisi bahan organik. Itu tidak membutuhkan pengusiran air pori. Penurunan sekunder dapat diabaikan pada pasir dan kerikil, tetapi dapat signifikan pada lempung yang sangat plastis, tanah organik, dan timbunan tingkat sanitasi.
Penyelesaian Seragam:
Jika massa tanah di bawah struktur terkompresi secara merata, maka penurunan struktur akan seragam. Ini disebut sebagai penyelesaian seragam. Diagram garis tegas (Gbr. 6.6) menunjukkan kondisi struktur sebelum penurunan dan garis putus-putus menunjukkan kondisi setelah penurunan.
Jika suatu struktur memiliki pondasi yang kaku, struktur tersebut mengalami penurunan yang seragam.
Penyelesaian Diferensial:
Gambar 6.8 menunjukkan sebuah bola tekanan yang fleksibel sempurna, area yang dibebani dengan lebar B. Nilai tegangan vertikal yang diinduksi di bawah garis tengah area yang dibebani selalu lebih besar dari nilainya pada kedalaman yang sama di bawah tepi area yang dibebani. Karena perbedaan tegangan induksi ini, penurunan lebih banyak di tengah daripada di tepi.
Karena penurunannya tidak merata, maka disebut penurunan diferensial. Penurunan diferensial adalah perbedaan penurunan antara dua pondasi atau antara dua titik pondasi tunggal. Ini terutama disebabkan oleh ketidakseragaman dalam tanah, perbedaan beban struktural, dll.
Tingkat Penyelesaian:
Tingkat penyelesaian adalah waktu di mana beberapa persentase penyelesaian total terjadi.
Tingkat penyelesaian tergantung pada faktor-faktor berikut:
(i) Ketebalan lapisan tanah
(ii) Permeabilitas tanah
(iii) Jumlah permukaan drainase
(iv) Besarnya beban yang diterapkan.
Tingkat penyelesaian dapat dihitung dengan menggunakan rumus
(i) T = Cvt / h 2
dimana T = Faktor waktu
C v = koefisien konsolidasi
h = panjang jalur drainase terpanjang
Penyelesaian karena Operasi Konstruksi dan Penurunan Muka Air:
Penggalian tanah menginduksi pergerakan tanah di sekitarnya menuju penggalian yang menyebabkan penurunan permukaan tanah yang berdekatan dengan penggalian. Penurunan dapat terjadi hampir dua kali kedalaman penggalian di sekitar penggalian terbuka. Selama pembuatan terowongan, penurunan permukaan tanah di atas terowongan dapat terjadi. Fondasi struktur yang ada di zona yang terkena dampak dapat bergerak yang mengakibatkan kemiringan struktur atau pembentukan retakan pada struktur.
Untuk meminimalkan kerusakan struktur yang berdekatan, Insinyur Geotektonik yang bertanggung jawab memilih metode penggalian yang meminimalkan pergerakan tanah. Sebelum pembuatan terowongan, dilakukan tindakan perlindungan pondasi dalam bentuk grouting tanah yang meminimalkan pergerakan tanah ke dalam selama pembuatan terowongan dan mengurangi penurunan permukaan.
Tanah yang gembur, jenuh, dan berbutir kasar dipadatkan oleh getaran yang dihasilkan selama operasi konstruksi, yang mengakibatkan penurunan permukaan tanah yang cukup besar. Sumber utama getaran konstruksi adalah pemancangan tiang pancang, pembuatan parit mekanis, penghancuran eksplosif, dll. Sampai saat ini, langkah-langkah perlindungan didasarkan pada kecepatan partikel puncak yang diinduksi getaran dan peluruhannya dengan jarak dari sumber. Pedoman yang lebih rasional sekarang sedang dikembangkan.
Penurunan muka air tanah meningkatkan berat volume efektif tanah yang awalnya berada di bawah muka air tanah, yang dapat menyebabkan penurunan yang cukup besar baik di zona yang dikeringkan maupun di tanah di bawahnya. Peningkatan tekanan efektif ini menyebabkan penurunan pada pasir lepas. Pada tanah lempung, kenaikan tekanan efektif akan menyebabkan penurunan yang besar karena lempung sangat kompresibel.
Naik-turun:
Pergerakan tanah ke atas disebut naik-turun. Masalah heave muncul ketika tanah mengembang karena pengurangan tekanan pembatas atau peningkatan kadar air. Tingkat karakteristik naik-turun yang tinggi diamati pada tanah ekspansif. Masalah heave sangat umum terjadi di daerah gersang. Di daerah seperti itu, tanah mengering dan menyusut selama cuaca kering dan mengembang ketika kelembaban tersedia.
Di daerah di mana tanah mengalami pembekuan, ada gerakan ke atas di tanah karena pembentukan es bawah tanah dan fenomena ini disebut frost heave.
Frost heave terutama disebabkan oleh alasan berikut:
(i) Ketika tanah membeku, tuangkan air mengembang sekitar 9% volume dan tanah mengembang 4% volume. Hembusan seperti itu cukup seragam dan menyebabkan kerusakan yang relatif kecil.
(ii) Jika muka air tanah tinggi, aksi kapiler dapat menarik air ke zona beku yang membentuk garis es seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6.11. Mekanisme ini dapat memindahkan air dalam jumlah besar dan dapat menghasilkan gelombang permukaan tanah setinggi 12 inci atau lebih. Hembusan seperti itu sangat tidak teratur dan dapat menyebabkan kerusakan yang luas pada pekerjaan teknik sipil.
Masalah heave umumnya terkait dengan struktur ringan seperti bangunan kecil, perkerasan jalan, bendungan, saluran pelimpah, dll.
Orang aneh:
Creep adalah gerakan lambat dan jangka panjang dari tanah di lereng curam. Pergerakan ini biasanya di urutan milimeter per tahun. Ini terjadi karena gravitasi yang menginduksi tegangan geser lereng, aksi beku, ekspansi dan kontraksi lempung. Jika tegangan geser pada lempung melebihi sekitar 70% dari kekuatan geser, gerakan geser lambat atau rangkak mulai terjadi.
Beberapa lempung menunjukkan rangkak yang signifikan jika tegangan geser melebihi sekitar 50% dari kekuatan geser. Creep meluas hingga kedalaman 0,3 hingga 3 m, dengan perpindahan maksimum terjadi di permukaan tanah. Dalam jangka pendek efek creep pada struktur tidak signifikan, tetapi dalam jangka panjang creep dapat menghasilkan distorsi yang signifikan pada struktur yang dibangun di atas tanah tersebut. Karena creep, tanah bergerak menurun, menghasilkan material yang lebih rendah dari tanah induknya. Perilaku creep ini adalah salah satu alasan mengapa faktor keamanan yang lebih tinggi diperlukan pada tanah liat. 
