BUKU AJAR
MEKA ME KANI NIKA KA TANAH I [PRS 131]
Oleh :
Moch. Sholeh, ST.MT. NIP. 132 301 008
JURUSAN TEKNIK SIPIL POLITEKNIK NEGERI MALANG 2006 i
KATA PENGANTAR
Puji syukur, Alhamdulillah kami panjatkan kepada Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Buku Ajar Mekanika Tanah I walaupun masih banyak terdapat kekurangan disana-sini.
Buku Ajar ini adalah merupakan Bahan Kuliah Mekanika Tanah I bagi mahasiswa D-III dan D IV Politeknik yang diselenggarakan di Jurusan Teknik Sipil Politeknik Negeri Malang.
Bahan Kuliah ini diambil dari berbagai sumber/referensi yang terkait, antara lain dan buku-buku dalam negeri yang pakar di bidangnya. Bahan Kuliah ini dibuat sesederhana mungkin untuk dapat cepat dipahami oleh mahasiswa.
Bahan Kuliah ini masih perlu banyak penyempurnaan, sehingga koreksi dan tambahan yang berguna sangat dibutuhkan untuk penyempurnaan Bahan Kuliah berikutnya.
Semoga Bahan Kuliah ini bermanfaat dan dapat digunakan sebagaimana mestinya.
Malang, 11 September 2006.
Penulis
ii
KATA PENGANTAR
Puji syukur, Alhamdulillah kami panjatkan kepada Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Buku Ajar Mekanika Tanah I walaupun masih banyak terdapat kekurangan disana-sini.
Buku Ajar ini adalah merupakan Bahan Kuliah Mekanika Tanah I bagi mahasiswa D-III dan D IV Politeknik yang diselenggarakan di Jurusan Teknik Sipil Politeknik Negeri Malang.
Bahan Kuliah ini diambil dari berbagai sumber/referensi yang terkait, antara lain dan buku-buku dalam negeri yang pakar di bidangnya. Bahan Kuliah ini dibuat sesederhana mungkin untuk dapat cepat dipahami oleh mahasiswa.
Bahan Kuliah ini masih perlu banyak penyempurnaan, sehingga koreksi dan tambahan yang berguna sangat dibutuhkan untuk penyempurnaan Bahan Kuliah berikutnya.
Semoga Bahan Kuliah ini bermanfaat dan dapat digunakan sebagaimana mestinya.
Malang, 11 September 2006.
Penulis
ii
DAFTAR ISI Cover buku ................................................................................................................................................................... ii Kata Pengantar ............................................................................................................................................................ iii Daftar Isi ........................................................................................................................................................................ iiii Silabus............................................................................................................................................................................ iv Rencana Kegiatan Mingguan ..................................................................................................................................... v Faktor-faktor Konversi dan Notasi Huruf Romawi ................................................................................................... vi BAB I. PENDAHULUAN .............................................................................................................................................. 1 1.1. Tujuan Instruksional Khusus ................................................................ .................................................................................................................... .................................................... 1 1.2 Sejarah Perkembangan Mekanika Tanah ................................................................. ................................................................................................ ............................... 1 1.3. Siklus Batuan dan Asal Usul Tanah ............................................................... ......................................................................................................... .......................................... 2 1.4. Batuan (Rock ) ..................................................... ...................................................................................................................... ..................................................................................... .................... 2 1.5. Tanah (Soil) ........................................................ ......................................................................................................................... ..................................................................................... .................... 3 1.6. Ruang Lingkup Mekanika Tanah ............................................................................................................. ................................................................................................. ............ 4 1.7. Pendapat Umum Umum Mengenai Tanah (General Jugde of Soil ) ........................................................... .................................................................... ......... 5 1.8. Strafikasi Tanah (Strafication of The Ground) ........................................................... .......................................................................................... ............................... 6 1.9. Air di dalam Lapisan Tanah ...................................................................................... ............................... 6 BAB II. KARAKTERISTIK KARAKTERISTIK FISIK TANAH .................................................................................................................... 2.1. Tujuan Instruksional Khusus ................................................................ .................................................................................................................... .................................................... 2.2. Sifat Fisik Tanah (Indeks Properties) ............................................................. ....................................................................................................... .......................................... 2.3. Hubungan Berat – Berat – Volume ................................................................. ...................................................................................................................... ..................................................... 2.4. Hubungan Antara Porositas (n) dengan Angka Pori (e) ................................................................ .......................................................................... .......... 2.5. Pemakain Rumus-rumus dan Pengembangannya .............................................................. .................................................................................. ....................
8 8 8 8 10 10
BAB III. KLASIFIKASI TANAH TANAH ..................................................................................................................................... 3.1. Tujuan Instruksional Khusus ................................................................ .................................................................................................................... .................................................... 3.2. Umum ...................................................................................................................................................... 3.3. Cara Sederhana ............................................................. .............................................................................................................................. .......................................................................... ......... 3.4. Klasifikasi Tanah di Laboratorium ................................................................................................ ............................................................................................................ ............ 3.5. Sistem Pengklasifikasian Tanah .................................................................................................. .............................................................................................................. ............
18 18 18 18 20 28
BAB IV. KEKUATAN GESER DAN DEFORMASI TANAH ........................................................................................... 4.1. Tujuan Instruksional Khusus ................................................................ .................................................................................................................... .................................................... 4.2. Kekuatan Geser (Shear – – Strenght) Strenght) ............................................................... ......................................................................................................... .......................................... 4.3. Parameter Geser Tanah (c dan ) ........................................................................................................... 4.4. Tes untuk Menentukan Kekuatan Geser Tanah ....................................................... ...................................................................................... ............................... a. Test Geser Langsung (Direct (Direct Shear Test ) ........................................................... .......................................................................................... ............................... b. Tes Kuat Kuat Tekan Tekan Bebas (Unconfined Compression Test ) ................................................................... c. Triaxial Test ........................................................................................................................................ Test ........................................................................................................................................ 4.5. Perkiraan Sudut Geser-Dalam ............................................................ ................................................................................................................. .....................................................
36 36 36 37 38 38 40 42 43
BAB V. KEPADATAN TANAH DAN PEMADATAN TANAH ...................................................................................... 5.1. Tujuan Instruksional Khusus ................................................................ .................................................................................................................... .................................................... 5.2. Kepadatan Tanah ................................................................................................................ .................... 5.3. Kepadatan Relatif ................................................................................................................ .................... 5.4. Pemadatan Tanah ................................................................................................................................... .................................................................................................... ............................... 5.5. Pemadatan di Laboratorium ................................................................ ..................................................................................................................... ..................................................... 5.6. Pemadatan di Lapangan ........................................................... ......................................................................................................................... ................................................................
46 46 46 47 49 50 54
DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................................................................................... 59 LAMPIRAN .................................................................................................................................................................... 60 iii
Silabus Matakuliah Kode Matakuliah Semester SKS/Jam perminggu Tujuan Instruksional Umum
: : : : :
SKS/JAM Kompetensi Pokok Bahasan
: : :
Metode Penilian
:
Penyajian/penyampaian : materi/Strategi Penyajian Referensi :
MEKANIKA TANAH I PRS 131 1 (SATU) 2/5 Mahasiswa dapat memahami proses pembentukan tanah, mengklasifikasikan tanah berdasarkan beberapa sistem klasifikasi, menentukan sifat-sifat fisik tanah dan parameter teknik dasar tanah berdasarkan hasil pengujian di laboratorium dan lapangan 2/5 per minggu Prasyarat Teknisi Penyelidikan Tanah Geologi teknik Klasifikasi jenis tanah Sifat-sifat fisik dan teknik tanah Kekuatan geser dan deformasi tanah Kepadatan dan pemadatan tanah Konsep tegangan efektif Ujian harian (tiga kali = 40%) Tugas (studi kasus/literatur, presentasi = 30%) Ujian akhir (terjadwal = 30%) Ceramah, tutorial, asistensi tugas dan presentasi oleh mahasiswa Das, Braja M. (1994), Mekanika Tanah I-II, Alih bahasa Noor Endah & Indrasurya, Erlangga Hadiyatmo, H.C. (1994), Mekanika Tanah I-II, Gramedia Pustaka Utama Bowles J.E. (1993), Mekanika Tanah, Alih bahasa Johan K. Hainim, Erlangga Craig, R.F. (1984), Mekanika Tanah, Alih bahasa : Busi Susilo, Erlangga Liu,C. & Evett, J.B. (1992), Soil and Foundations, Prentice Hall, Inc. Soedarmo, G.D. & Purnomo, S.J.E (1993), Mekanika Tanah I-II, Kanisius
iv
RENCANA KEGIATAN MINGGUAN KONSENTRASI : MATA KULIAH : MEKANIKA TANAH SKS/JAM : 2/5
(WEEKLY PROGRAM) KELAS :SEMESTER : 1 (SATU) DOSEN : Moch. Sholeh, ST.
MINGGU
TOPIK
1
BAB I. PENDAHULUAN 1.1. Maksud dan Tujuan mempelajari Mekanika Tanah 1.2. Sejarah Perkembangan Mekanika Tanah 1.3. Tanah 1.3.1. Definisi Tanah
2
1.3.2. Proses Pembentukan Tanah 1.3.3. Bentuk Fisik dan Karakteristik Tanah 1.3.4. Pendapat Umum Mengenai Tanah 1.3.5. Stratifikasi Tanah
3
1.4. Air Dalam Lapisan Tanah (Air bawah permukaan) BAB II. KARAKTERISTIK FISIK TANAH
4
2.1. Kondisi Tanah dan Hubungannya 2.1.1. Hubungan Antara Berat dan Volume 2.1.2 Hubungan Antara Angka Pori (e) dan Porositas (n) TEST 1
5
2.1.3. Hubungan Antara Berat dan Berat Volume
6
2.1.4. Hubungan Antara , e, Wc dan Gs (Specific Gravity )
7
2.2. Kerapatan Relatif / Relative Density (Dr) TEST 2
8
Praktek Kerja Batu
9
Praktek Kerja Batu
10
2.3. Konsistensi Tanah
11
BAB III. KLASIFIKASI TANAH 3.1. Klasifikasi Tanah Cara Sederhana 3.2. Klasifikasi Tanah di Laboratorium 3.2.1. Analisa Ayakan 3.2.2. Analisa Hidrometer
12
3.3. Klasifikasi Tanah Berdasarkan Sistem UCCS dan AASTHO TEST 3
13
Praktek Kerja Beton
14
Praktek Kerja Beton
15
3.4. Pengujian Plastisitas Tanah
16
BAB IV. KEKUATAN GESER DAN DEFORMASI TANAH 4.1. Kekuatan Geser dan Kohesi 4.2. Tegangan Tanah dan Parameter Geser
17
BAB V. KEPADATAN TANAH DAN PEMADATAN TANAH 5.1. Kepadatan Tanah 5.2. Pemadatan Tanah
18
5.3. ZAVC 5.4. Kepadatan Tanah di LapanganTUGAS
19
UJIAN AKHIR SEMESTER
v
Faktor-faktor konversi No.
Besaran
1 Panjang
1 ft
SI Inggris = 0,3048 m
2 Luas
1 ft²
=
3 Volume
1 ft³
4 Gaya
1 lb
5 Tegangan
SI 1m
Inggris = 3,281 ft
929,03.10-4 m²
1 m²
= 10,764 ft²
=
28,317.10-3 m³
1 m³
=
35,32 ft³
=
4,448.10-3 kN
1 kN
=
224,8 lb
=
0,4536 kg
1 kg
= 2,2046 lb
1 lb/ft² =
0,04788 kN/m²
1 kN/m²
= 20,885 lb/ft²
=
4,88251 kg/m²
1 kg/m²
= 0,2048 lb/ft²
6 Berat volume 1 lb/ft³ =
0,1572 kN/m³
1 kN/m³
=
=
16,0186 kg/m³
1 kg/m³
= 0,0624 lb/ft³
6,361 lb/ft³
Catt :
= weight
(berat, kg)
= density
(kerapatan = massa, kN)
g
= gravitasi = 9,80665 m/s² 9,81 m/s² 10 m/s² (g = / )
1N
= gaya yang bekerja pada benda yang mempunyai massa 1 kg tiap 1 gravitasi = 10 m/s²
[N] = / g = 1 / 10 [kg] = 0,1 [kg] 1 kN = 100 kg 1 kPa = 1 kN/m² = 100 kg/m²
Notasi Huruf Romawi Huruf Besar Kecil
Nama
Huruf Besar Kecil
Nama
Huruf Besar Kecil
Nama
A
Alpha
Kappa
Tau
B
Beta
Lambda
Upsilon
Gamma
Mu
Phi
Delta
Nu
Chi
Epsilon
Xi
Psi
Zeta
Omicron
Omega
Eta
Phi
Theta
Rho
Iota
Sigma
vi
1
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Tujuan Instruksional Khusus a. Mahasiswa dapat mengetahui sejarah perkembangan Mekanika Tanah b. Mahasiswa dapat memahami proses pembentukan tanah c. Mahasiswa dapat memahami sifat-sifat tanah d. Mahasiswa dapat memahami stratifikasi tanah dan air tanah. 1.2. Sejarah Perkembangan Mekanika Tanah Mekanika tanah merupakan bagian dari ilmu Teknik yang mempelajari sifat-sifat fisik dari tanah serta perilaku yang bekerja pada tanah beserta pengaruh yang ditimbulkan oleh perilaku (behavior ) yang dimaksud. Mengapa ilmu Mekanika Tanah ini penting untuk Bidang Teknik Sipil? Kita ketahui bahwa hampir semua pekerjaan Teknik Sipil (bangunan gedung, jembatan, jalan raya, dan sebagainya) bertumpu pada tanah, sehingga bangunan-bangunan yang akan dibuat tersebut berkaitan erat dengan tanah pendukung dibawahnya. Hal-hal yang akan dipelajari dalam Mekanika Tanah I ini antara lain : proses pembentukan tanah, klasifikasi tanah, menentukan sifat-sifat fisik tanah dan parameter teknik dasar tanah berdasarkan hasil pengujian di laboratorium dan lapangan. Pengembangan selanjutnya dari Ilmu Mekanika Tanah antara lain Ilmu Rekayasa Tanah (Soil Engineering ) yang merupakan aplikasi dari prinsip-prinsip Mekanika tanah dalam problem-problem yang lebih praktis. Masalah-masalah yang berkaitan konstruksi tanah sebenarnya sudah lama dikenal oleh manusia, sejak mereka mulai menggali gua-gua dan membangun tempat tinggal dari tanah-tanah liat atau lumpur sebagai perekatnya. Terbukti banyaknya peninggalan bangsa-bangsa terdahulu yang masih bisa kita saksikan sampai sekarang, misalnya candi Borobudur dan Tembok Cina (dinasti
Gh’in 221 –
207 SM.) di wilayah Asia, piramida di wilayah Mesir, bangunan air,
jalan dan gedung megah di wilayah Romawi Kuno di Eropa. Pada abad pertengahan banyak bangunan-bangunan megah yang di bangun di Eropa seperti gereja, kastil dan menara. Salah satu diantaranya yang terkenal karena masalah penurunan/settlement yaitu
“ Menara
Pisa” yang
dibangun di kota Pisa, Italia Tengah. Menara ini mulai dibangun pada tahun 1174 dan tidak dilanjutkan lagi pembangunannya setelah penurunan yang tidak merata mulai terjadi. Dan akhirnya pembangunan dilanjutkan lagi dan baru selesai pada tahun 1350. Saat itu menara miring 5 meter dari tingginya 60m, dan diramalkan akan terguling 200 tahun lagi akibat penurunan tidak merata yang terus berlangsung, tetapi sampai sekarang menara tersebut masih tetap tegak berdiri dengan kokoh walaupun usianya sudah lebih dari 650 tahun. Pada perkembangan selanjutnya Mekanika Tanah sebagai suatu Ilmu Teknik dimulai dengan adanya publikasi buku “Erdbau Mechanik Auf Boden Physikasi Shear Grundlage” oleh Karl Terzaghi sebagai buku teks pertama mengenai Mekanika Tanah yang diterbitkan di Jerman pada tahun 1925. Buku tersebut membahas prinsip-prinsip dasar dari Ilmu Mekanika Tanah. Dapat dikatakan bahwa Ilmu Mekanika Tanah baru berkembang pada abad ke-20 , yaitu dengan banyaknya publikasi mengenai Mekanika Tanah yang ditulis oleh Karl Terzaghi dan tersebar di Eropa, Asia bahkan sampai ke Amerika, sehingga beliau disebut oleh banyak pakar sebagai “ Bapak Mekanika Tanah”. Sekarang ilmu ini telah berkembang dengan pesatnya sejalan dengan perkembangan teknologi, terutama di negara-negara maju dan telah banyak diciptakan peralatan-peralatan pengujian tanah, sehingga didapatkan hasil yang lebih akurat tentang perilaku. 1
1.3. Siklus Batuan dan Asal Usul Tanah Berdasarkan asal-usulnya, batuan dapat dibagi menjadi 3 (tiga) tipe dasar, yaitu : batuan beku (igneous rock ), batuan endapan (sedimentary rock ) dan batuan metamorf (metamorphic rock ). Siklus kejadian dan proses terjadinya tipe-tipe batuan tersebut dapat dilihat pada Gambar 1.1.
Gambar 1.1. Siklus Batuan Poses pembentukan tanah di permukaan bumi karena adanya proses pelapukan batuan dan proses geologi lainnya. Pembentukan tanah dari batuan induknya dapat berupa proses mekanis (mengubah batuan menjadi partikelpartikel yang lebih kecil akibat : erosi, angin, air, suhu, cuaca dan manusia) maupun kimia (akibat pengaruh : oksigen, karbon dioksida, air – sifat asam/alkali dan lain-lain). Jika hasil pelapukan terjadi di tempat asalnya maka tanah ini disebut tanah residual (residual soil ) dan bila telah berpindah tempat disebut tanah terangkut (transported soil ). 1.4. Batuan (Rock ) Pembahasan yang mendetail masalah batuan ini dibahas akan dibahas dalam materi Bahan Bangunan, sekilas penjelasan mengenai batuan ditinjau dari asal-asulnya (proses pembentukannya) adalah sebagai berikut : a. Batuan Beku (Igneous Rock ) Terbentuk karena proses pembekuan magma yang berasal dari perut bumi melalui letusan gunung berapi (volcanic eruption) atau melewati rekahan-rekahan pada kulit bumi (fissure eruption). Batuan beku yang terbentuk dipermukaan bumi disebut batuan vulkanik (ekstruksi ), sedang magma yang mengkristal jauh di bawah permukaan bumi disebut instrusi . b. Batuan Endapan (Sedimentary Rock ) Berasal dari proses sedimentasi butiran akibat erosi atau akibat pelapukan yang lambat laun menumpuk karena terbawa oleh air/angin maupun karena proses kimia. Karena berat lapisan di atasnya, maka terbentuklah bantuan sedimen ini yang tersusun berlapis-lapis. Bantuan ini banyak dijumpai di bantaran sungai, pantai, gurun pasir, dan sebagainya. Contoh batuan endapan : gipsum, batu kapur, dolomite dan lain-lain. c. Batuan Metamorf (Metamorphic Rock ) Berasal dari proses perubahan komposisi dan tekstur dari batuan akibat tekanan atau suhu yang sangat tinggi maupun keduanya sekaligus tanpa pernah menjadi cair. Dalam peristiwa ini mineral-mineral baru terbentuk dan butir-butir mineralnya terkena geseran yang kemudian membentuk tekstur batu metomorf yang berlapis-lapis, misalnya : granit, marmer, diorite dan lain-lain. 2
1.5. Tanah (Soil ) Dalam pengertian teknik, tanah merupakan material yang terdiri dari agregat/partikel-partikel padat (secara kimia tidak tersementasi [terikat secara kimia] satu sama lain dan dari bahan-bahan organik yang melapuk) disertai dengan zat cair dan gas yang mengisi ruang-ruang kosong diantara partikel-partikel padat tersebut. Berikut seluk beluk yang berhubungan dengan tanah : a. Proses Pembentukan Tanah Secara umum ada 4 (empat) proses pembentukan tanah, yaitu : 1). Pelapukan batuan adalah perubahan batuan menjadi butiran tanah/butiran yang lebih kecil sebagai proses mekanis, kimia dan biologi diakibatkan oleh pengaruh alam/cuaca dan manusia 2). Erosi yaitu pengikisan tanah akibat aliran air (sungai, hujan, dan sebagainya), sedang akibat ombak air laut disebut abrasi 3). Transportasi yaitu terjadinya pemindahan butiran tanah akibat angin atau air kemudian mengendap di suatu tempat membentuk lapisan tanah baru 4). Sedimentasi yaitu proses terjadinya lapisan tanah akibat pengendapan butiran tanah, misalnya proses terbentuknya delta di muara sungai akibat aliran air yang membawa lumpur dari letusan gunung berapi sedangkan tanah endapan yang dibawa oleh aliran air es disebutglacial soil. b. Bentuk Fisik dan Karakteristik Tanah Tanah merupakan material yang tidak homogen yang terdiri dari masa tanah yang padat, pori-pori dan air. Masa padat dari tanah berupa butiran atau susunan mineral yang ukuran dan kondisi permukaannya sangat menentukan karakteritik tanah yang dimaksud. Selain itu sifat fisik tanah juga tergantung pada plastisitas, kapasitas, permeabilitas dan parameter geser tanah. Berdasarkan sifat-sifat lekat dari butiran, tanah digolongkan menjadi tanah kohesif (cohesive soil) dan tanah tidak kohesif (non cohesive soil) 1). Tanah kohesif Sering disebut tanah berbutir halus dengan gaya lekat antar butiran (kohesi) yang mengakibatkan sifat plastis berbeda yang tergantung pada kadar air dan kandungan mineral dalam tanah, contohnya : lempung. 2). Tanah tidak kohesif Sering disebut tanah berbutir kasar dengan sudut geser-dalam sebagai parameter kekuatan geser utama dan tidak mempunyai gaya lekat antar butiran, contohnya : pasir dan kerikil. Berdasarkan zat-zat organik yang terkandung didalamnya, tanah digolongkan menjadi tanah anorganik dan tanah organik. 1). Tanah anorganik Tanah jenis ini yang terdiri dari mineral tanpa kandungan bahan organik, contoh : kerikil, pasir dan mineral lainnya. 2). Tanah organik Tanah yang banyak mengandung unsur organik dari tumbuhan maupun hewan, contoh : humus, gambut, batu bara dan lain-lain. Berdasarkan ukuran butiran, secara umum tanah digolongkan menjadi 4 (empat) golongan yaitu : kerikil (gravel ), pasir (sand ), lanau (silt ) dan lempung (clay ), golongan tersebut tergantung pada ukuran partikel yang paling dominan. Penggolongan tanah berdasarkan ukuran butiran dapat dilihat pada Table 1.1.
3
Tabel 1.1 Batasan-batasan Ukuran Golongan Tanah Tipe Tanah Kerikil (gravel ) Pasir (sand ) Lanau (silt ) Lempung (clay )
Min. 2 mm 0,063 mm 0,002 mm
Maks. 63 mm 2 mm 0,063 mm 0,002 mm
Apabila ukuran butiran lebih besar dari 63 mm maka disebut sebagai batuan (stone). 1.6. Ruang Lingkup Mekanika Tanah Ruang lingkup mekanika tanah sangat luas. Masalah-masalah penting yang berhubungan dengan tanah antara lain : menguji tanah, mengklasifikasi tanah, mengetahui sifat-sifat tanah alami serta pengaruhnya apabila mendapat beban/pengaruh dari luar dan lain-lain.
Gambar 1.2. Ruang Lingkup Permasalahan Mekanika Tanah Ilmu Mekanika Tanah dapat memecahkan masalah-masalah dalam Teknik Sipil, antara lain : a. Perencanaan dan pelaksanaan pemotongan lereng/tebing (cut slope) Pemotongan lereng ini umumnya untuk pembuatan jalan raya/kereta api atau untuk keperluan drainase. Hal-hal yang perlu diketahui adalah : kuat geser tanah, rembesan air tanah, pemadatan, daya dukung tanah dan besarnya pembenanan yang direncanakan serta teknik perbaikan tanah yang dipakai. b. Perencanaan dan pelaksanaan bendungan tanah (embankment dam) Bendungan tanah umumnya untuk pembuatan PLTA dan irigasi. Hal-hal yang perlu diketahui adalah : sifat tanah alami (indeks kepadatan, sifat-sifat plastis, berat spesifik, ukuran butiran, rembesan, konsolidasi, sifat pemadatan, kuat geser-dalam tanah dan lain-lain). c. Perencanaan dan pelaksanaan pondasi Pondasi digunakan sebagai penyalur beban struktur atas (upper structure), seperti pada bangunan gedung, jembatan, jalan raya, terowongan, kanal, dinding penahan tanah, bendungan dan lain-lain. Hal-hal yang perlu di ketahui adalah : daya dukung tanah, pola distribusi tegangan dalam tanah di bawah daerah pembebanan, kemungkinan penurunan pondasi, pengaruh/dampak air tanah dan getaran dan lain-lain. d. Perencanaan dan pelaksanaan pengalian dan penimbunan Penggalian dan penimbunan tanah umumnya untuk pembuatan saluran drainase permukaan dan jalan raya. Halhal yang perlu diketahui adalah : kuat geser tanah dan sifat-sifat tanah seperti rembesan air tanah, sehingga kemiringan dan tinggi galian dan timbunan dapat direncanakan. Untuk mencegah keruntuhan tanah galian biasanya dipakai penguat lateral/turap-turap pada kedalaman tertentu.
4
e. Perencanaan dan pelaksanaan bangunan bawah Bangunan bawah tanah ini umumnya berupa : terowongan (tunnel ), gedung bawah tanah, bagunan drainase bawah tanah dan jaringan pipa/kabel). Hal-hal yang perlu diketahui selain sifat-sifat alami tanah juga pengetahuan tentang interaksi struktur tanah serta pembebanan yang ada. f. Perencanaan dan pelaksanaan perkerasan jalan Perkerasan jalan dapat berupa jalan raya maupun jalur kerata api. Hal-hal yang perlu diketahui adalah : sifat tanah tanah dasar, besarnya pembebenan yang direncanakan dan teknik perbaikan tanah seperti kekuatan (data CBR, pemadatan dan daya dukung tanah) dan stabilitas tanah. g. Perencanaan dan pelaksanaan konstruksi di tanah lunak (soft soil ) Konstruksi ini umumnya dibangun di atas tanah lunak/karena lapisan tanah kerasnya sangat dalam (tanah gambut, rawa-rawa, pantai dan lain-lain). Hal-hal yang perlu diketahui adalah : sifat-sifat tanah alami dan metode-metode perbaikan tanahnya. h. Perencanaan dan pelaksanaan pondasi daerah pantai/laut Bangunan daerah pantai/laut bisa berupa : mercusuar, dermaga, kilang minyak dan lain-lain. Hal-hal yang perlu diketahui seperti pembangunan pondasi di atas permukaan tanah ditambah adanya faktor beban karena gelombang dan angin serta faktor kondisi di lapangan yang ada (misalnya kedalaman laut waktu pasang dan surut). Setelah mengetahui perilaku dan sifat-sifat tanah tersebut, seorang perencana/pelaksana dapat mengambil keputusan apakah bangunan dapat dilaksanakan atau tidak, besarnya biaya dan metode perencanaan/pelaksanan yang digunakan. 1.7. Pendapat Umum Mengenai Tanah (General Judget of Soil ) a. Tanah Sebagai Dasar Bangunan 1). Tanah non kohesif Tanah ini sangat baik untuk landasan/dasar bangunan bila kepadatannya cukup besar. Tanah ini tidak mempunyai kekuatan tarik, maka gesekan antar butiran akan meningkat pada saat mengalami tekanan yang besar sehingga kekuatan gesernya besar. Pada kondisi tanah lepas atau terlalu banyak mengandung pasir perlu dilakukan pemadatan untuk menghindari penurunan atau keruntuhan tanah(failure). 2). Tanah kohesif Kondisinya licin, halus, kaku, agak keras dan keras sekali sehingga kapasitas daya dukung tergantung pada besarnya kadar air. Terhadap air tanah kohesif harus betul-betul dilindungi, dengan membuat saluran pengeringan (drainase), karena dengan ruang pori yang besar mengakibatkan tanah ini mudah tenggelam dan rusak akibat beban di atasnya. Selain itu fraksi butir-butir halus juga mempengaruhi kualitas tanah kohesif, sehingga tanah ini dibedakan antara tanah kohesif kuat (sukar meyerap dan melepas air) dan tanah kohesif ringan (mudah berubah bila terkena air). 3). Tanah organik Tanah humus ( peat ) dan tanah lumpur berlanau, tidak baik dipakai sebagai landasan dari suatu konstruksi bangunan, karena memiliki sifat kembang susut yang sangat besar. b. Tanah Sebagai Bahan Bangunan 1). Tanah non kohesif Tanah ini sangat baik untuk material bangunan seperti untuk urugan jalan, urugan bangunan, dasar pondasi, karena dapat dipadatkan dengan mudah dan mempunyai kekuatan geser yang besar.
5
2). Tanah kohesif Tanah ini mempunyai sifat compresibilitas yang tergantung pada kadar airnya, baik untuk bahan bangunan pada daerah-daerah yang kering tetapi tidak baik pada daerah-daerah yang banyak mengandung air, sehingga perlu distabilisasi/dipadatkan sebelum digunakan. 3). Tanah organik Tanah ini tidak baik sebagai bahan bangunan/urugan karena mempunyai sifat susut yang besar dan mudah retak-retak bila kering. 1.8. Stratifikasi Tanah (stratification of the ground ) Staritifikasi atau susunan tanah merupakan gambaran/bentuk lapisan tanah sampai dengan kedalaman tertentu. Selain proses pembentukan tanah yang telah disebutkan sebelumnya, berbagai bentuk lapisan tanah juga disebabkan oleh gejala alam seperti aktivitas tektonik atau pergeseran benua, sehingga terjadilah patahan, rekahan maupun lipatan-lipatan pada lapisan tanah.
Gambar 1.3. Model starifikasi tanah akibat rekahan (fault ), patahan dan lipatan. 1.9. Air di dalam Lapisan Tanah Secara umum tanah terdiri dari tiga bahan, yaitu butiran tanah, air dan udara yang terdapat dalam ruangan diantara butiran yang disebut pori-pori tanah. Berdasarkan kandungan air, kondisi tanah dapat dibedakan sebagai berikut : a. Tanah kering adalah tanah yang semua ruang pori-pori terisi oleh udara. Keadaan semacam ini jarang kita temukan pada tanah yang masih asli di lapangan. Air hanya dapat dihilangkan sama sekali dari tanah untuk tujuan tertentu dengan cara memanaskan di dalam oven. b. Tanah jenuh (saturated soil ) adalah tanah yang ruang pori-pori tanah penuh terisi air. Tanah ini biasa terdapat di bawah permukaan air seperti pada dasar sungai, danau, kolam, sawah dan sebagainya. c. Tanah kondisi sedang adalah tanah yang ruang pori-pori tanah sebagian terisi oleh udara dan sebagian terisi oleh air seperti tanah yang ada disekitar kita (tanah permukaan/surface soil ). Di dalam tanah, antara air dengan butiran tanah terjadi ikatan yang berbeda-beda tergantung pada sifat fisik dan kimia dari butiran yang dimaksud. Macam-macam ikatan air yang ada pada tanah dapat dibedakan menjadi enam yaitu : a. Air meteorik adalah air yang berada pada lapisan tanah paling atas, berkaitan dengan hujan dan penguapan pada siklus hidrologi. Akibat gravitasi, air meteorik menembus menuju keair tanah di bawahnya. Air ini sedikit sekali yang sampai pada air tanah karena terhadang oleh air membran dan air kapiler. b. Air kapiler adalah air yang merambat ke atas dari muka air tanah, karena adanya gaya kapiler dan ini berada tetap diantara butir-butir (karena adanya tegangan permukaan). c. Air membran/air film adalah air yang melingkupi butiran dan behubungan erat dengan air kapiler.
6
d. Air higroskopis adalah air yang terhisap oleh butiran akibat adanya tegangan permukaan, air ini melingkupi butiran tanah kompak. e. Air absorbasi adalah air yang terserap oleh butiran akibat adhesi. f. Air tanah adalah air yang mengisi ruang pori-pori tanah secara tetap/kontinyu, maka air ini dapat diketahui dari lubang bor atau sumur uji. Air ini dapat bergerak dengan bebas dan hanya dipengaruhi oleh gravitasi. Lapisan tanah yang mengandung air tanah disebut konduktor air tanah. Jenis-jenis air tanah : 1. Air tanah bebas Air ini tidak dipengaruhi oleh tekanan pada permukan air, Sumur observasi
sebab tekan air dan tekanan udara adalah sama.
2. Air tanah melanyang Lempung
Sumur observasi
Air tanah ini terperangkap kedalam lapisan tanah kedap air dan apabila sering diambil suatu saat air ini akan habis.
Pasir
3. Air artesis seperti sungai di bawah lapisan tanah yang kedap air, apabila dilakukan pengeboran pada saluran artesis, maka air akan memancar keluar akibat tekanan gravitasi.
4. Air tanah berkelompok beberapa lapisan tanah yang berisi air dipisahkan oleh lapisan tanah yang kedap air. Sumur bor
Tanah kedap air
Tanah pasir Gambar 1.4. Jenis-jenis air tanah. 7
BAB II KARAKTERISTIK FISIK TANAH
2.1. Tujuan Instruksional Khusus a. Mahasiswa dapat memahami tentang sifat fisik tanah. b. Mahasiswa dapat memahami hubungan volume dan berat pada tanah. c. Mahasiswa dapat menentukan indeks properties tanah berdasarkan hasil pengujian di laboratorium. 2.2. Sifat Fisik Tanah ( propertis tanah) Tanah sebagai bahan atau dasar konstruksi, mempunyai sifat teknik dan sifat fisik yang sangat berbeda-beda. Sifat-sifat fisik tanah yang biasa disebut indeks properties meliputi : kadar air, berat isi, berat jenis dan sebagainya, dapat mengubah perilaku tanah baik pada arah vertikal maupun arah lateral dengan adanya pengaruh dari luar. Dengan mempelajari sifat-sifat tanah, dapat diperoleh gambaran umum tentang tanah yang diselidiki. Berbagai jenis tanah yang ada dipermukaan bumi ini pada kondisi alami terdiri dari tiga komponen utama yaitu : butir tanah (soil ) dan ruang pori antar butiran (void ) yang terisi air (water ) dan atau udara (air ). Berdasarkan kandungan air di dalam tanah, kondisi alami tanah dibedakan menjadi 3 (tiga), yaitu : a. Tanah kering (dry soil ) Tanah yang pori-porinya hanya berisi udara saja, jenis tanah ini hanya terdiri atas butir tanah dan pori udara. Untuk mendapatkan tanah kering ini bisa dengan sinar matahari atau dengan dioven. b. Tanah lembab/kondisi sedang Tanah ini terdiri atas tiga unsur ; butir tanah, air dan udara seperti tanah permukaan (surface soil/top soil ) pada umumnya. c. Tanah jenuh (saturated soil ) Tanah yang seluruh pori-porinya terisi air. Jenis ini bisa dijumpai pada tanah di bawah sungai, danau, kolam, bendungan, sawah dan lain-lain. Sedangkan jenis tanah berdasarkan kandungan pori-pori dalam tanah secara keseluruhan dibedakan menjadi 3 (tiga), yaitu : a. Tanah padat
(dense)
b. Tanah sedang (medium) c. Tanah lepas
(loose)
2.3. Hubungan Berat – Volume Secara umum, hubungan antara berat dan volume tanah dapat digambarkan tiga fase elemen tanah [butiran/soil (s), air/water (w), udara/air (a)] dengan berat total (W = Wt) dan volume total (V = Vt) seperti pada Gambar 2.1. - Berat total
Wt = Ws + Ww + Wa = Ws + Ww
; Wa = 0
- Volume total
Vt = Vs + Vw + Va = Vs + Vv
; Vv = Vw + Va
(Vv = Volume void/volume pori)
8
Void/pori berisi air dan udara
Wa
Udara
Va VV
Ww Wt
Tanah
Vt
Air
Vw Vt
Wt
Ws
Butiran
Vs
Butiran
Gambar 2.1. Elemen tanah dalam keadaan asli dan 3 (tiga) fase dari elemen tanah Bila kita ambil segumpal contoh tanah, kemudian dibentuk kotak seperti gambar di atas maka volume tanah tersebut dapat dihitung, kemudian ditimbang sehingga diperoleh beratnya. Dari hubungan antara berat dan isi tanah tersebut diperoleh berat isi tanah (unit weight of soil ) yang diberi notasi t atau m yang disebut juga sebagai berat isi tanah lembab atau wet.
t
Wt Vt
(gr/cm³ ; ton/m³ ; KN/m³)
Berat isi tanah lembab
Berat tanah total Volume tanah total
Hubungan berat-volume untuk istilah-istilah yang lain serta simbol dan definisi-definsinya dapat dilihat tabel di bawah ini : Tabel 2.1 Hubunngan Berat-Volume No.
Sebutan
1. Kadar air 2. Berat isi tanah
Istilah Water Content / Moisture Content Unit weight of soil
Notasi Definisi (perbandingan antara) w;m; berat air dengan berat butir tanah wc ; t ; berat tanah keseluruhan dengan volume tanah b ; asli keseluruhan
Unit weight of s berat butir dengan volume butir tanah particles Berat isi air Unit weight of water w berat air dengan volume air [w = 1 g/cm³] berat butir tanah dengan volume tanah Dry density (unit Berat isi tanah kering d weight of dry soil) keseluruhan berat tanah jenuh dengan volume tanah Unit weight of Berat isi tanah jenuh sa t saturated soil keseluruhan berat tanah basah dengan volume tanah Unit weight of Berat isi tanah basah sub ; b submerged soil keseluruhan ; [ sub = sat – w (unsaturated)] Angka pori Void ratio e volume pori dengan volume butiran tanah Porositas Porosity n volume pori dengan volume tanah seluruhnya Derajat kejenuhan Degre of saturation Sr ; S volume air dengan volume pori Gs ; G ; berat isi butir dengan berat isi air Berat jenis tanah Specific Gravity GS
Rumus Ww/Ws Wt/Vt
3. Berat isi butir
Ws/Vs
4.
Ww /Vw
5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.
12. Kerapatan relatif
Relative Density
13. Kepadatan relatif
RelativeCompaction
14. Prosentase pori udara Degree air voids 15. Kadar udara Air Content Catt : efektif = ’ = sat – w (saturated)
selisih angka pori maksimum dan angka pori Dr ; ID alami dengan selisih angka pori maksimum dan angka pori minimum Rc na ac
berat isi tanah kering dengan berat isi tanah kering maksimum volume udara dengan volume tanah seluruhnya volume udara dengan volume pori
Ws/Vt Wsat/Vt Wsub/Vt Vv/Vs Vv/Vt Vw/Vv s/w e mak e emak
e min
d/d mak Va/Vt Va/Vv
9
Hubungan Antara Porositas (n) dengan Angka Pori (e) V V n v ; e v Vv e . Vs Vt Vs Sehingga : n
e . Vs Vt
e
Vt Vv Vt
e (1
Vv Vt
) e . (1 n)
e
n 1n
Dengan cara yang sama didapatkan :
n e . (1 n) e e.n
n e.n e n . (1 e) e n
e 1 e
Porositas maupun angka pori merupakan salah satu parameter kepadatan tanah, sehingga nilai-nilainya sangat mempengaruhi besarnya penurunan (settlement ) tanah akibat pembebanan di atasnya. Berbagai macam jenis tanah mempunyai porositas dan angka pori yang berlainan seperti yang ditampilkan dalam tabel di bawah ini . Tabel 2.2 Nilai Porositas (n) dan Angka Pori (e) Tanah Jenis Tanah Lempung busuk & humus (peat ) Lempung muda Lempung lunak Lempung kaku (stiff ) Lempung mengeras Kapur bercampur gumpalan lempung Pasir (seragam) Pasir bercampur kerakal
Porositas (n)
Angka pori (e)
0,70 – 0,90 0,60 – 0,90 0,50 – 0,70 0,35 – 0,50 0,20 – 0,35 0,25 – 0,30 0,30 – 0,50 0,25 – 0,35
2,33 – 9,00 1,50 – 9,00 1,00 – 2,33 0,54 – 1,00 0,25 – 0,54 0,33 – 0,43 0,43 – 1,00 0,43 – 0,54
2.4. Pemakaian Rumus-rumus dan Pengembangannya Dari rumus-rumus yang telah dipelajari sebelumnya, dapat dikembangkan menjadi rumus turunan dan dapat dipergunakan untuk berbagai hal. Contoh penggunaan : a. Nyatakan :
t = ƒ (w,d).
Penyelesaian :
W W W w w ; d s Vt s ; Wt Ww Ws d Vt Ws Vt W W W W Ws Ww Ws t t w d w s d (w 1). d Ws Vt Ws Ws Ws d t
Wt
b. Nyatakan
:
d = ƒ (s,n)
Penyelesaian :
W V V V n s s Ws s .Vs ; n v Vt v ; e v ; e Vt Vs Vt n Vs 1 n V W .V .V d s s s s s n s s n s n s n s .(1 n) Vv n Vt e Vv Vv 1 n n d
Ws
10
c. Dari hasil pengujian laboratorium suatu contoh tanah, diperoleh data sbb : - Angka pori (e)
= 0,40
- Derajat kejenuhan (Sr )
= 25 %
- Berat jenis tanah (Gs)
= 2,5
Tentukan : - Kadar air tanah tersebut (%) Penyelesaian : w w
Ww Ws
s Ww e w . w w W 1. ; Gs s Gs. w ; e w e.Sr ; w 1,0 s s w
100%
ew . w 1. s
ew . w Gs. w
ew Gs
e.Sr Gs
0,40.0.25 2.5
100% 4,0%
d. Berikut rumus pengembangan jika kondisi tanah jenuh/seluruh ruang pori terisi air (saturated soil ) dan asumsi Vs = 1 : Va
Udara
Wa = 0
Wa = 0
Udara
Va = 0
VV Ww
VV = e
Vw
Air
Ww = w.Gs.w
Air
Vw = w.Gs
Ww = e.w
Air
Vv = e
Ws = Gs.w
Butiran
Vs = 1
Vt
Wt
Ws
Vs
Butiran
Ws =Gs.w
Butiran
Vs = 1
Gambar 2.2. Elemen tanah dalam keadaan asli dan 3 (tiga) fase elemen tanah kondisi jenuh dengan Vs = 1 Contoh penggunaan : 1). Nyatakan :
d = ƒ (Gs, e).
Penyelesaian :
d
Ws
d
Ws
Ws s Ww w ; W .V ; V 1 ; V (1 e) ; Gs Gs. s s s s s t s w Ws Vs w
Vt
Vt
s .Vs Vt
2). Nyatakan :
s .1 Gs. w 1 e 1 e
sat = ƒ (Gs,e).
Penyelesaian :
sat
Wsat
sat
Wsat
Wsat Ws Ww
Vt Vt
Ww Ws Vt
; Ws
s .Vs w .Vw Vt
s .Vs ; Ww w.Vw ; V s 1 ; V w e ; V t 1 e
s .1 w .e Gs. w w .e (Gs e). w 1 e 1e 1 e
Catatan : Kondisi tanah jenuh nilai Sr = 100 % = 1, Sr = Vw/Vv = ew/e, ew = e Vw = Vv.
11
Va
Udara
Wa = 0
Udara
Wa = 0
Va = 0
VV Ww
VV = n
Vw
Air
Air
Ww = w.Gs.w.(1-n)
Vw = w.Gs.(1-n)
Ww = n.w
Air
Vv = n
Vt
Wt
Vt = 1 Ws
Vs
Butiran
Butiran
Ws =Gs.w.(1-n)
Vs = (1-n)
Ws = Gs.w.(1-n)
Butiran
Vs = (1-n)
Gambar 2.3. Elemen tanah dalam keadaan asli dan 3 (tiga) fase elemen tanah kondisi jenuh dengan Vt = 1 Contoh penggunaan : 1). Nyatakan :
d = ƒ (Gs, n).
Penyelesaian :
d
Ws
d
Ws
Ws s Ww w W ; s V Ws s .Vs ; Vt 1 ; V s (1 n) ; Gs s Gs. w s s w
Vt
Vt
s .Vs Vt
2). Nyatakan :
s .(1 n) 1
Gs. w .(1 n)
sat = ƒ (Gs,n).
Penyelesaian :
sat
Wsat
sat
Wsat
Wsat Ws Ww
Vt Vt
Ww
Ws 1
; Ws
s .Vs ; Ww w.Vw ; V t 1 ; V s (1 n)
Gs. w .(1 n) n. w [Gs n.(Gs 1)]. w lihat Tabel 2.3.
Pengembangan rumus diatas selengkapnya untuk kondisi tanah jenuh dapat dilihat pada Tabel 2.3 dan 2.4. Tugas-tugas : Nyatakan : 1. 2. 3. 4. 5. 6.
d d d d Gs Gs
= f (e, Gs, w) = f (w, Gs, w, Sr ) = f (w, t, Sr ) = f (s, n) = f (d, e, w) = f (Sr , w, e)
7. 8. 9. 10. 11. 12.
Gs = f (w, Sr , d, w) e = f (Gs, d, w) e = f (w, Gs, Sr ) e w w
= f (s, d) = f (e, d, Gs) = f (Sr , d, w, Gs)
13. 14. 15. 16. 17. 18.
w = f (w, Sr , d, Gs) w = f (e, Sr , Gs) w = f (t, d,) t = f (w, d) t = f (w, Gs, w, e) e = f (t, Gs, w, w)
12
Tabel 2.3. Functional relationships of various soil properties for “saturated soils” Quatities Specific gravity (Gs) w and :
Sought quantities Dry unit weight Saturated unit weight Saturated moisture content (w) % ( d) ( sat)
1 1 . Gs d w
Gs ; d
sat w Gs Gs 1
Gs ; sat
Gs
Gs ; w
1 w.Gs
Gs ; n
Gs.(1 – n).w
Gs
Gs ; e
1 e
d w d sat d d ; w w w. d d d ; n (1 n). w (1 e) d d ; e w sat sat ; w w w.( sat w ) sat n. w sat ; n (1 n) (1 e) sat e sat ; e w
1 w
w
1 w.Gs
w;e
n
d
1
Gs. w
sat sat w w.Gs n
Gs.(1 n)
1 n
Gs e w 1 e
e
e
Gs
1 e
1
(1 + w).d d + n.w
e. w 1 e
d
sat – n.w
w
e
e
e 1 w
w
(1 e).w
w 1 e
w
sat d w d sat w. d w w. d n
d
1 n
w 1 e d e
e 1 e w. sat
w. sat
(1 w). w
w w.( sat w )
n. w
n
sat n. w e. sat sat e.( sat w )
1 n
e 1 e
1 w w w
n
w
sat d w w d w
n. w
sat 1 w
n w w
(1 n).w
sat (Gs 1). w
Gs. w
n
d
1 e
Gs. w
Void ratio (e)
[Gs – n.(Gs – 1)].w
w
e
d Gs. w
1 w.Gs
sat
sat
1
w.Gs
Gs. w
d ; sat
w;n
1 1 . w d Gs. w Gs. w sat ( sat w ).Gs
Porosity (n)
n 1 n
e 1 e
(Jumikis, A. R., Soil Mechanics. 1962, pp. 90-91)
13
Tabel 2.4 Useful for rapid calculation of phase relationships Property
Saturated sample (ms, mw,Gs are known)
Unsaturated sample (ms, mw,Gs, Vt are known)
Supplementary formulas relating measured and computed factors
Volume components Vs
volume of solids
Vw
volume of water
Va
volume of air
Vv
volume of voids
Vt
total volume of sample
n
porosity
e
void ratio
ms Gs. w
Vt – ( Va + Vw)
Vt.(1 – n)
Vv – Va
Sr.Vv
Vv – Vw
(1 – Sr).Vv
mw w
0 mw w
Vs + Vw
Vt – ( Vs + Vw)
Vt
ms
Vt – Vs
Gs. w
measured (Va + Vw + Vs)
1
Vs
Vv
Vt
Vs
Vs
1
Vv Vt
Vt
1 e
e
1 e (1 Sr).V.e t 1 e
Vs.n
Vt .e
1 n
1 e Vs.(1 + e)
1 n
1
Vv
Sr.Vt .e
Vs
Va + Vw + Vs
Vt
ms
e
Gs.Vt . w
1 e
Gs.Vt . w ms
1
Sr.Vs.e (1 – Sr).Vs.e Vs.e
Vv .(1 e) e
mw.Gs
n
ms .Sr
1 n
w
Gs Sr
mass for spesific sample ms
mass of solids
measured
mw
mass of water
measured
mt 1 w
w.ms
total mass of ms + mw sample mass for sample of unit volume (density) mt
d
dry density
wet density
sat
saturated density
b
buoyant (submerged) density
Vw
mw Vs Vw
ms
mw Vs Vw
ms
Va
Sr. w.Vv
mt
Gs. w
Vs Vw
Vt .(1 w)
1 e
mw
mt
(Gs Sr.e). w
Vt
Vt
1 e
e w Vt 1 e
(Gs e). w
ms
ms
Vv . w Vt
sat – w
mw.Gs e.Sr e.mw .Sr Gs
Vs.Gs. w Vt. d.w
ms.(1 + w)
ms
ms Vs
Gs.Vt. w.(1 – n)
ms
1 e
e Gs e w 1 w Vt 1 e 1 e
ms
Gs. w w.Gs 1 Sr (1 w). w w 1 Sr Gs (1 w). w 1 w Gs
1 w
d.(1 + w)
1 1 Gs w w 1 Gs
14
Contoh soal : 1. Suatu tanah basah (asli) mempunyai volume (Vt) = 0,84 m³, berat (Wt) = 12 kN, apabila kadar air (w) = 12 % dan berat jenis (Gs) = 2,72, berapakah nilai : → [w = 9,81 kN/m³] a). berat volume basah (t)
d). porositas (n)
b). berat volume kering (d)
e). derajat kejenuhan (Sr = %)
c). angka pori (e)
f). volume air (Vw)
solusi : a).
t
Wt Vt
12 0,84
14,29kN/m³
d). n
t 14,29 12,76kN/m³ 1 w 1 0,12 Gs. w 2,72.9,81 c). e 1 1 1,09 d 12,76 b). d
e 1 e
1,09 0,52 1 1,09
e). Sr
w.Gs 0,12.2,72 0,2994 29,94% e 1,09
f). Vw
Sr.Vt .e 1 e
0,2994.0,84.1,09 0,13m³ 1 1,09
2. Suatu tanah jenuh air mempunyai berat jenis (Gs) = 2,67, berat tanah basah (Wt) = 150,63 gram, berat tanah kering (Ws) = 131,58 gram, berapakah nilai : → [w = 1 gr/cm³] a). kadar air (w) b). berat volume kering (d) c). berat volume jenuh air (sat) solusi : a). w
Ww Ws
Wt
Ws Ws
Gs w 1 w .Gs
b).
d
c).
sat
1 w 1 w.Gs
150,63 131,58 131,58
0,1448 14,48%
2,67 1 1,93gr / cm³ 1 0,1448 .2, 67
Gs. w
1 0,1448 1 0,1448.2,67
2,67.1 2,20 gr / cm³
3. Suatu tanah jenuh air mempunyai derajat kejenuhan (Sr) = 100 %, berat volume tanah (t) = 17,72 kN/m³, kadar air (w) = 42 %, berapakah nilai : → [w = 9,81 kN/m³] a). porositas (n) b). berat jenis tanah (Gs) solusi : kondisi jenuh air : Vt = 1 m³, Vv = Vw w
Ww Ws
0,42 Ww 0,42.Ws
t
Wt
Vt
Ww Ws 1
0,42. Ws Ws 17,72 kN Ws 17,72 /1,42 12, 48 kN d
Ws Vt
12, 48kN / m³
d 12,48 0,42 0,534 w 9,81 d 12,48 b). Gs 2,731 (1 n). w (1 0,534).9,81 a). n w
15
4. Suatu tanah jenuh air mempunyai berat jenis tanah (Gs) = 2,67, Berat cawan + tanah basah (W1) = 150,63 gram, Berat cawan + tanah kering (W2) = 131,58 gram, sedangkan berat cawan (W3) = 26,48 gram, berapakah nilai : a). kadar air (w) b). berat volume kering (d)
[w = 1 gr/cm³]
c). berat volume jenuh air (sat) solusi : Ww = W1 – W2 = 150,63 – 131,58 = 19,05 gram Ws = W2 – W3 = 131,58 – 26,48 = 105,10 gram Ww
a). w b).
100%
ws
d
c. sat
Gs 1 w.Gs 1 w 1 w.Gs
19,05 100% 18,13% 105,10
w
2,67 1 0,1813 .2, 67
Gs. w
1 1,799 gr / cm³
1 0,1813 1 0,1813.2,67
2,67.1 2,13 gr / cm³
5. Suatu tanah asli mempunyai nilai angka pori (e) = 0,85, derajat kejenuhan (Sr) = 42% dan berat jenis (Gs) = 2,74, berapakah nilai : → [w = 9,81 kN/m³] a). kadar air (w) b). berat volume tanah (t) solusi : e.Sr 0,85.0,42 100% 100% 13,03% Gs 2,74 Gs Sr .e 2,74 0, 42.0,85 w 9,81 16,42 kN/ m³ 1 e 1 0,85
a). w b). t
6. Suatu tanah asli mempunyai berat tanah (Wt) = 207 gram, volume tanah (Vt) = 110 cm³ sedangkan berat tanah kering (Ws) = 163 gr dan berat jenis tanah (Gs) = 2,68, berapakah nilai : → [w = 1,0 gr/cm³] a). angka pori (e)
c). berat volume tanah (t)
b). derajat kejenuhan (Sr)
d). berat volume tanah kering (d)
solusi : a). e
Gs.Vt . w Ws
1
2,68.110.1 163
1 0,81
Ww = Wt – Ws = 207 – 163 = 44 gram b). Sr
Ww .Gs
c). t
Wt
d). d
Ws
Ws .e Vt Vt
100%
207 110
44.2,68 163.0,81
100% 89,31%
1,88gr / cm³
163 1,48gr / cm³ 110
16
2.5. Konsistensi dan Kepekaan Tanah Tanah berbutir halus yang mengandung mineral lempung, jika dicetak ulang / diremas-remas tidak menimbulkan keretakan tanah. Hal ini disebabkan adanya sifat menyerap air dari partikel lempung, sehingga kadar air pada tanah berbutir halus (lempung atau lanau) dapat digunakan sebagai sifat penunjuk yang disebut konsistensi tanah. Dalam keadaan plastis, konsistensi dinyatakan dengan : -
sangat lunak (very soft ) sangat lunak / licin
-
lunak
(soft )
-
teguh
(f irms) agak kaku
-
kenyal (stiff )
kaku / agak keras
-
keras
keras sekali
(hard )
lunak
Selain diuji dengan batas-batas Atterberg, konsistensi tanah juga dapat ditentukan dengan pengujian laboratorium yang lain yaitu uji kuat tekan bebas (unconfined compressive strenght ), sehingga diperoleh nilai kekuatan tekan tanah maksimum yang dinotasikan dengan qu. Prinsip pengujian adalah dengan memberikan tekanan vertikal pada contoh tanah secara kontinyu dengan kecepatan tetap sampai tanah mengalami keruntuhan. Metoda pengujian batas-batas Atterberg selengkapnya akan dibahas pada BAB III sedangkan pengujian kuat tekan bebas akan dibahas dalam BAB IV.
17
18
BAB III KLASIFIKASI TANAH
3.1. Tujuan Instruksional Khusus a. Mahasiswa dapat mengklasifikasikan tanah dengan cara sederhana (metoda v isual dan manual). b. Mahasiswa memahami tentang pengujian yang harus dilakukan untuk pengklasifikasian tanah c. Mahasiswa dapat mengunakan diagram segitiga untuk klasifikasi tanah d. Mahasiswa dapat mengklasifikasikan tanah berdasarkan USCS atau ASTM. 3.2. Umum Secara umum tanah diklasifikasikan sebagai tanah berbutir halus (tanah kohesif) dan tanah berbutir kasar (non kohesif) seperti yang telah diuraikan pada bab sebelumnya. Istilah tersebut terlalu umum karena pada kondisi alami, tanah terdiri dari susunan partikel yang tidak seragam sehingga sulit untuk mengidentifikasi tanah yang hampir sama sifat-sifatnya. Ini penting sekali karena dengan mengetahui klasifikasi dari tanah yang diselidiki dapat diperkirakan apakah tanah tersebut cocok sebagai bahan/pendukung bangunan atau tidak. Ada dua cara yang dapat dilakukan untuk pengklasifikasian tanah yaitu dengan cara sederhana m ( etoda visual atau manual ) atau dengan pengujian di laboratorium maupun pengujian lapangan. 3.3. Cara Sederhana Cara sederhana banyak di lakukan di lapangan dengan pengamatan langsung atau pengujian-pengujian sederhana untuk memperoleh gambaran secara umum dari tanah yang diselidiki. Pengujian lapangan secara sederhanan ini dapat dilakukan dengan metode visual atau metode manual dengan alat-alat sederhana. a. Metode visual Pada metode ini dilakukan pengamatan secara langsung pada jenis tanah yang diselidiki berdasarkan ukuran butiran yang terkandung untuk tanah yang berbutir kasar dan berdasarkan warna serta bau untuk tanah yang berbutir halus. 1). Untuk tanah yang berbutir kasar (dengan analisa ukuran butir) - Kerikil dengan ukuran butiran berkisar 20 – 63 mm - Kerikil halus dengan ukuran butiran berkisar 3 – 6,3 mm - Pasir ukuran butiran berkisar 0,2 – 2 mm 2). Untuk tanah berbutir halus - Lempung, warna kehitaman, mengkilap (memantulkan cahaya) - Lanau, warna keabu-abuan, buram (tidak memantulkan cahaya). - Gambut, tanah humus/peat atau tanah organik lainnya mempunyai sifat mudah pecah bila kering dan berbau. b. Metode manual Metode ini dengan menggunakan alat-alat sederhana yang bisa dipakai untuk mengklasifikasikan tanah secara umum di lapangan seperti : 1). Dengan ayakan sederhana dilakukan penyaringan contoh tanah yang kering dengan beberapa ukuran ayakan, sehingga diperoleh prosentase ukuran butiran yang terkandung. Klasifikasi tanah berdasarkan analisa ukuran butiran dapat dilihat pada tabel di bawah ini. 19
Tabel 3.1 Klasifikasi Tanah Secara Manual Alat yang Ukuran butiran Observasi Nama/istilah klasifikasi Jenis tanah dipakai (mm) (pengamatan langsung) Kerakal > 20 – 63 < telur ayam , > biji kenari Kerikil kasar > 6,3 – 20 < biji kenari, > biji jagung Tanah tidak kohesif Kerikil halus > 2 - 6,3 < biji jagung , > kacang hijau Dengan (berbutir Pasir kasar > 0,6 – 2 < kcg hijau, > butir ampelas saringan / kasar) Pasir sedang > 0,2 – 0,6 < butir ampelas atau gula pasir ayakan Pasir halus > 0,06 - 0,2 Ukuran terkecil yang masih terlihat oleh mata Lumpur kasar > 0,2 – 0,06 Bila hanya satu butiran Tanah Lumpur sedang > 0,006 - 0,02 Terlihat oleh mata kohesif Lumpur halus >0,002 - 0,006 Seperti tepung beras (berbutir Partikel-partikel halus halus) Seperti tepung tapioka 0,002 dari lumpur Kadang-kadang berserat /dedaunan yang Tanah Partikrel-partikel organik lepuk organik 2). Percobaan kekuatan kering berhubungan dengan sifat plastis dari tanah dan dilakukan pada tanah dalam keadaan kering dengan hasil analisa sebagai berikut : - Jenis tanah pasir, tidak ada kekuatan kering, contoh tanah dapat pecah dengan sendirinya bila disentuh dengan jari tangan - Tanah lanau kekuatan keringnya kecil, contoh tanah mudah ditekan/dihancurkan dengan sedikit tekanan jari - Tanah lempung kepasiran (sandy clay mixture) mempunyai kekuatan kering sedang, yaitu apabila contoh tanah tidak akan pacah/lepas sebelum mendapat tekanan djari secukupnya - Tanah lempung (clay ), mempunyai kekuatan kering yang besar, contoh tanah sulit dihancurkan dengan tekanan jari yang kuat. 3). Percobaan remas berkaitan dengan sifat dari plasitis tanah dengan cara pengujian menggulung contoh tanah di atas kaca sampai diperoleh diameter sebesar 3 mm, kemudian tanah tersebut diremas-remas, lalu digulung lagi seperti semula. Pekerjaan di atas dilakukan beberapa kali sampai tanah menjadi pecah-pecah. Dengan percobaan tersebut akan diperoleh hasil sebagai berikut : - Tanah dengan plastisitas ringan (light plasticity ), jika tanah sulit digulung atau dilengketkan lagi, jenis tanah ini biasanya pasir - Plastisitas sedang (medium plasticity ), bila contoh tanah setelah diremas sulit untuk digulung lagi, biasanya ini termasuk jenis tanah lanau - Plastisitas tinggi (high plasticity ), apabila contoh tanah tersebut mudah digulung dan diremas sampai beberapa kali percobaan, biasanya termasuk jenis tanah liat/tanah lempung. 4). Percobaan gesek (friction test ) bertujuan untuk memperkirakan kandungan pasir, lanau dan lempung dengan cara mengambil contoh tanah secukupnya, kemudian gilas atau gesek-gesekan pada telapak tangan, dan jika perlu dilakukan di dalam air, hasil percobaan sbb : - Bila tanah lempung akan memberikan rasa licin dan lengket pada telapak tangan. - Tanah lanau akan terasa halus seperti tepung. - Tanah pasir akan terasa kasar dan menggores pada telapak tangan. 5). Test ketajaman (cutting test ) dilakukan pada contoh tanah yang telah dicetak pada suatu plat kubus/silinder, kemudian dipotong dengan pisau pemotong , dengan hasil pengujian seperti di bawah ini :
20
- Bila permukaan yang dipotong adalah kasar tidak merata, maka tanah tersebut banyak mengandung pasir. - Bila permukaan yang dipotong agak halus tapi berwarna keabu-abuan dan tidak memantulkan cahaya, maka tanah tersebut mengandung lanau. - Bila permukaan yang dipotong adalah halus, mengkilap dan berwarna kehitam-hitaman, maka tanah tersebut banyak mengandung lempung. 6). Test campuran organik untuk mengetahui kandungan organik di dalam tanah dapat diketahui dengan melihat warna atau bau dari jenis tanah yang diselidiki. 7). Test plastisitas dilakukan dengan memasukkan tanah kedalam dalam timba yang berisi air secukupnya, lalu diaduk sampai merata, bila partiel-partikel butiran tanah seperti larut dengan air (lama mengendap) adalah jenis tanah lempung atau lanau, tetapi bila partikel-partikel tanah memisah dan mengendap di dasar timba, maka tanah termasuk jenis pasir atau kerikil. 3.4. Klasifikasi Tanah Dengan Pengujian Di Laboratorium Untuk memperoleh hasil pengklasifikasian tanah yang lebih teliti dapat dilakukan dengan pengujian di laboratorium yang meliputi : a. Distribusi ukuran butir (Grain Size Analysis) yang dilakukan dengan analisa ayakan dan analisa hidrometer b. Pengujian sifat plastis tanah dengan pengujian batas-batas Atterberg c. Pengujian campuran bahan-bahan organik dengan menggunakan bahan-bahan kimia. Di negara kita belum ada standar untuk klasifikasi tanah yang baku, sehingga untuk klasifikasi tanah diambil standar yang sudah dikenal dinegara-negara maju, antara lain : USDA
= United state Departement of Agriculture
FAA
= Federal Aviation Administration
MIT
= Massachusett Institute of Technology
A S T M
= American Society for Testing Material
USCS
= Unified Soil Classification System
AASHTO
= American Association of State Highway and Transportation.
Dua sistem pengujian yang terkahir ini (USCS dan AASHTO) banyak dipakai di negara-negara maju. a. Analisa Ukuran Butiran (Grain Size Analysis) Pada dasarnya partikel pembentuk struktur tanah mempunyai ukuran dan bentuk yang beraneka ragam, baik pada tanah kohesif maupun pada tanah non kohesif. Sifat tanah banyak ditentukan oleh ukuran butiran dan distribusinya, sehingga dalam Mekanika Tanah, analisa ukuran butir banyak dipakai sebagai acuan. Selain itu, analisa ukuran butir ini dapat pula dipakai untuk : 1). Memperoleh informasi gradasi tanah 2). Kandungan butiran halus dan bahan organik 3). Mengetahui permeabilitas tanah 4). Untuk perkiraan tinggi air kapiler 5). Perencanaan filter pencegahan terhanyutnya butiran halus. Pengujian analisa butiran ini dilakukan dengan dua cara yaitu : 1). analisa ayakan (sieve analysis - untuk kandungan tanah yang berbutir kasar → diameter 0,075 mm ) 2). analisa hidrometer (hydrometer analysis - untuk kandungan tanah yang butiran halus → diameter 0,075 mm).
21
1). Analisa ayakan (sieve analysis) Pada analisa ayakan, masing-masing sistem mempunyai standar ukuran lubang ayakan yang berbeda. Sebagai contoh, ASTM dan USCS mempunyai kode tersendiri untuk masing-masing bukaan, demikian pula untuk batasan klasifikasi tanahnya. Tabel 3.2 Ukuran Ayakan Berbagai Standar Ukuran lubang Kode/nomor saringan ayakan/bukaan USCS ASTM (mm) 9,51 # 3/8’ 9510 µ 4,76 #4 4760 µ 2,00 # 10 2000 µ 0,841 # 20 841 µ 0,595 # 30 595 µ 0,421 # 40 420 µ 0,297 # 50 297 µ 0,210 # 70 210 µ 0,149 # 100 149 µ 0,074 # 200 74 µ 0,063 # 230 63 µ 0,053 # 270 53 µ 0,044 # 325 44 µ 0,037 # 400 37 µ -
Standar Inggris Ukuran No Lobang 8 2,057 18 0,853 25 0,599 36 0,422 52 0,295 72 0,211 100 0,152 200 0,076 240 0,066 300 0,053 -
Perancis Ukuran No lobang 34 2,00 29 0,630 27 0,400 24 0,200 19 0,063 18 0,053 17 0,040 -
Jerman/DIN Ukuran No lobang 2,0 630 0,630 400 0,400 200 0,200 63 0,063 50 0,050 45 0,045 40 0,040
Tabel 3.3 Batasan Ukuran Butiran Menurut Berbagai Standar Nama Golongan
Kerikil >2 >2
Ukuran Butiran (mm) Pasir Lanau 2 – 0,06 0,06 – 0,002 2 – 0,05 0,05 – 0,002
Lempung < 0,002 < 0,002
Massachusetts Institute of Technology (MIT) U.S. Departement of Agriculture (USDA) American Association of State Highway and 76,2 – 2 2 – 0,075 0,075 – 0,002 < 0,002 Transportation Officials (AASHTO) Unified Soil Classification System (U.S.C.S) dan halus (lanau dan lempung) 76,2 – 4,75 4,75 – 0,075 American Society for Testing Material (ASTM) < 0,075 Prosedur pengujian dengan ayakan/saringan secara garis besar adalah sebagai berikut : 1. Menyiapkan sample (contoh tanah) diusahakan dalam kondisi kering 2. Pisahkan contoh tanah dengan bahan-bahan lain (kotoran) dan timbang 3. Susunan ayakan seperti pada Gambar 3.1 dengan ukuran lobang paling besar di atas dan paling bawah sendiri adalah pan 4. Lakukan pengayakan sesuai dengan prosedur yang berlaku 5. Selesai pengayakan timbang masing-masing tanah yang tersisa/tertahan pada masing-masing ayakan 6. Hitung prosentase yang lolos atau tertahan dari berat total pada masing-masing ayakan.
22
Gambar 3.1. Mesin pengayak dan ayakan
Berikut sebuah contoh tanah kering dengan massa 450 gram : Tabel 3.4 Analisis Ayakan (massa contoh tanah kering = 450 gram) Massa tanah yang Prosentase tanah yang Diameter saringan No. tertahan tiap ayakan tertahan pada tiap ayakan saringan (mm) (gram) (%)
Prosentase yang lolos saringan *) (%)
(1)
(2)
(3)
(4) = (3) ÷ 450 x 100 %
(5)
10 16 30 40 60 100 200 pan
2,000 1,180 0,600 0,425 0,250 0,150 0,075 -
0 9,90 24,66 17,60 23,90 35,10 59,85 278,99
0 2,20 5,48 3,91 5,31 7,80 13,30 62,00
100,0 97,80 92,32 88,41 83,10 75,30 62,00 0
Keterangan : - Kolom (4) = (3)/(massa tanah total) x 100 - *) Harga ini juga disebut sebagai prosentase (%) butiran yang lolos ayakan percent ( finer ).
23
2). Analisa hidrometer (hydrometer analysis) Untuk tanah yang berbutir halus (butiran yang lolos ayakan no. 200) analisa ukuran butirannya menggunakan alat yang disebut hidrometer. Analisa hidrometer didasarkan pada prinsip sedimentasi (pengendapan) butir-butir tanah dalam air. Bila suatu contoh tanah dilarutkan dalam air, partikel-partikel tanah akan mengendap dengan kecepatan yang berbeda-beda tergantung pada bentuk, ukuran dan beratnya. Cara pengujiannya akan dijelaskan secara detail pada praktikum Mekanika Tanah di laboratorium.
Alat Hidrometer ASTM 152H
Gambar 3.2. Peralatan yang Digunakan dalam Pengujian Hidrometer Dari hasi pengujian analisa ayak dan analisa hidrometer tersebut, kemudian tanah dapat dikelompokkan/di klasifikasikan dengan berbagai cara atau metode. b. Pengujian Batas-batas Atterberg (Atterberg Limits) Untuk tanah berbutir halus, selain diuji ukuran butiran dengan analisa hidrometer, maka harus juga dianalisa sifat plastis dan kandungan organisnya. Metoda untuk menentukan sifat-sifat plastis atau konsistensi tanah pada kadar air yang bervariasi, pada awal tahun 1900 dikembangkan oleh seorang ilmuwan Swedia bernama Atterberg. Atas dasar air yang dikandung tanah, kondisi tanah dapat dipisahkan kedalam empat fase yaitu padat, semi padat, plastis dan cair seperti yang ditunjukkan dalam gambar di bawah ini. Padat
Semi padat
Cair
Plastis
Kadar air bertambah Indeks plastisitas Batas Susut
Batas Plastis
Batas Cair
Gambar 3.3. Empat fase tanah berbutir halus Jika kadar air dari suatu suspensi tanah berbutir halus berangsur-angsur dikurangi, maka campuran tersebut akan mengalami pergantian keadaan dari cair menjadi semi plastis, plastis dan akhirnya menjadi padat. Kadar air (dalam persen) pada transisi keadaan-keadaan tanah seperti gambar di atas disebut batas cair (liquid limit – antara cair dan plastis), batas plastis (plastic limit – antara plastis dan semi padat) dan batas susut (shrinkage limit – antara semi padat dan padat). Batas-batas tersebut yang akhirnya dikenal dengan batas-batas Atterberg Atterberg ( Limts). 24
Berdasarkan pengujian pada berbagai jenis tanah berbutir halus diperoleh kesimpulan bahwa kadar air yang bersesuaian pada transisi keadaan tanah menunjukan nilai yang berbeda, sehingga nilai tersebut dapat dipakai sebagai sifat penunjuk untuk klasifikasi tanah berbutir halus (lempung atau lanau). Menurut Atterberg nilai batas cair (LL = liquid limit ), batas plastis (PL = plastic limit ) dan indeks plastisitas (IP = plasticity index = LL – PL) berdasarkan jenis dan kondisi tanah digambar-kan seperti pada tabel berikut. Tabel 3.5. Kondisi Tanah Berdasarkan Batas-batas Atterberg Batas-batas Atterberg LL PL IP 0,20 0,20 0 0,25 0,20 0,05 0,40 0,25 0,15 0,80 0,30 0,50 2,50 1,50 1,0
Daerah IP
Kondisi/keadaan
Jenis tanah
0 0,02-0,10 0,10-0,25 0,25-0,75 -
Tidak plastis/kaku Sedikit plastis Plastis baik Plastis tinggi Plastis sebagian
Pasir Lanau Tanah liat Lempung gemuk Tanah organis
1). Cara Menentukan Batas Cair Pengujian Batas Cair menggunakan alat Casagrande yang terdiri dari sebuah mangkok kuningan yang dapat diangkat dan dijatuhkan pada plat dasar dengan menggunakan sebuah pengungkit eksentris, seperti pada Gambar 3.4. Adapun prosedur percobaan batas cait adalah sebagai berikut : a). Ambil contoh tanah lewat ayakan 0,425 mm kemudian ditambah air secukupnya, aduk dengan spatula hingga rata ( pasta tanah ). b). Siapkan alat Cassagrande. c). Ambil pasta tanah dan letakkan pada cawan dengan ketebalan 1 cm. d). Buatlah alur dengan membagi dua bagian benda uji dalam mengkok dengan alat pembuat alur (Grooving tool ). Pada waktu membuat alur grooving tool tegal lurus dasar mangkok. e). Putar engkol Cassagrande dan hitung jumlah ketukan yang terjadi pada saat alur bersinggungan sepanjang 1 cm serta cari kadar airnya. f). Lakukan langkah tersebut di atas minimal tiga kali hingga mendapatkan jumlah ketukan antara 10 x sampai dengan 50 x. g). Gambarkan grafik semi logaritma antara kadar air dan jumlah ketukan, (Gambar 2.5) kemudian cari nilai kadar untuk jumlah ketukan 25x. h). Nilai kadar air tersebut yang dinamakan Batas Cair (Liquid Limit ).
25
Casagrande
11 mm
8 mm 2 mm Setelah diuji
Sebelum diuji
Gambar 3.4. Alat Pengujian Batas Cair
) 51.00 w ( r i A r a 49.00 d a K 47.00
LL 45.00
43.00 10
100
25 Jumlah Ketukan
Gambar 3.5. Hasil Pengujian Batas Cair
26
2). Cara Menentukan Batas Plastis Pengujian Batas Plastis dilakukan secara manual, dengan langkah-langkah sebagai berikut : a). Contoh tanah lewat ayakan 0,425 mm (no. 40) ditambah air secukupnya. b). Letakkan contoh di atas plat kaca dan digeleng dengan telapak tangan sampai mempunyai diameter ± 3 mm dan retak-retak pada pada diameter tersebut, maka kadar inilah yang disebut Batas Plastis.
Gambar 3.6. Pengujian Batas Plastis 3). Cara Menentukan Batas Susut Batas susut dilakukan dengan menggunakan tabung belah atau mangkok porselin (bagian dalam dilapisi vaselin atau petrolium jelly ) yang standar (ASTM D-427), diisi dengan tanah berbutir halus jenuh sampai penuh, kemudian dioven.
Gambar 3.7. Peralatan Pengujian Batas Susut Setelah dioven dihitung volume dan berat tanah pada kondisi basah atau kering. Nilai batas susut (SL = Shrinkage Limit) dapat dicari dengan rumusan seperti di bawah ini :
V V2 . w m1 m2 .100 1 .100 m m 2 2
SL
Dimana :
m1 = berat tanah basah
V1 = volume tanah basah
m2 = berat tanah kering
V2 = volume tanah kering
w = kerapatan air
27
Selain itu dapat pula ditentukan nilai indeks konsistensi (Ic) guna menentukan kondisi tanah halus yang dimaksud. Rumus yang digunakan untuk mencari nilai Ic adalah sebagai berikut :
WL WN dimana : WL - WP = IP W W L P
Ic
Sehingga :
WL WN untuk : WN = WP IP 1,0 I P W WN Ic L untuk : WL = WN IP 0 I P Ic
Dimana :
WL = Kadar air pada batas cair (liquid limit ) WN = Kadar air normal WP = Kadar air pada batas plastis (plastic limit ) Ip
= Indeks plastis (plasticity index )
Ic
= Indeks Konsestensi
Dengan mengetahui nilai Ic, kita dapat mengetahui batas-batas masing-masing keadaan, maupun kondisi dari jenis tanah yang kita uji seperti pada tabel di bawah ini. Tabel 3.6. Kondisi Tanah Berdasarkan Nilai Ic Ic 0 0,00 – 0,50 0,50 – 0,75 0,75 – 1,00 1,0
Batas-batas Batas cair (LL)
Kondisi Lunak/ sangat lembek Lembek Agak kaku (plastis)
Batas plastis (PL)
Indeks cair (LI = liquidity index ) : merupakan kondisi kadar air tanah asli relatif pada kedudukan plastis dan cair, dengan rumusan (sumber Mekanika Tanah I : Hary Christady H):
LI
Wn PL
Wn PL
LL PL PI Dimana : Wn = Kadar air asli (normal) Aktivasi (A = activity ) merupakan kemiringan dari garis yang menyatakan hubungan antara PI dan persen butiran lolos ayakan 2 (0,002 mm) dengan kata lain : A
PI % berat fraksi berukuran lempung
Ketebalan air mengelilingi butiran tanah lempung tergantung dari mineralnya, sehingga diharapkan plastisitas tanah lempung tergantung oleh : a). sifat mineral lempung yang ada pada butirannya, dan b). jumlah materialnya.
28
3.5. Sistem Pengklasifikasian Tanah Sistem pengklasifikasian tanah adalah suatu sistem pengaturan beberapa jenis tanah yang berbeda tetapi mempunyai sifat yang serupa kedalam kelompok-kelompok dan sub-sub kelompok berdasarkan penggunaanya (pertanian, jalan raya atau yang lain). Sistem klasifikasi memberikan suatu bahasa yang mudah untuk menjelaskan secara singkat sifat-sifat umum tanah yang sangat bervariasi tanpa penjelasan yang terperinci. Sebagaian besar sistem klasifikasi tanah yang telah dikembangkan untuk tujuan rekayasa didasarkan pada sifat-sifat indeks tanah seperti distribusi ukuran butiran dan plastisitas. Walaupun saat ini terdapat berbagai jenis klasifikasi tanah, tetapi tidak ada satupun dari sistem-sistem tersebut yang benar-benar memberikan penjelasan yang tegas mengenai segala kemungkinan pemakaiannya. Hal ini disebabkan karena sifat-sifat tanah yang sangat bervariasi. Di dalam pengklasifikasian tanah, ada beberapa cara yang umum dikenal secara luas dikalangan pada ahli teknik, antara lain : a. Berdasarkan tekstur (sistem USDA) b. Berdasarkan pengujian di laboratorium dengan sistem USCS atau ASTM dan ASSHTO. a. Klasifikasi Berdasarkan Tekstur (sistem USDA) Dalam arti umum, yang dimaksud dengan tekstur tanah adalah keadaan permukaan tanah yang bersangkutan. Tekstur tanah dipengaruhi oleh ukuran tiap-tiap butir yang ada di dalam tanah. Pada umumnya tanah merupakan campuran dari butiran dengan ukuran berbeda. Dalam sistem klasifikasi tanah berdasarkan tekstur, tanah diberi nama atas dasar komponen utamanya, misalnya lempung berpasir (sandy clay ), lempung berlanau (silty clay ), dan seterusnya. Beberapa sistem klasifikasi berdasarkan tekstur tanah telah dikembangkan sejak dulu oleh berbagai organisasi guna memenuhi kebutuhan mereka sendiri; beberapa dari sistem tersebut masih bisa dipakai sampai saat ini antara lain sistem klasifikasi berdasarkan tekstur tanah yang dikembangkan oleh Departemen Pertanian Amerika (USDA). Sistem ini didasarkan pada ukuran batas dari butiran tanah seperti yang diterangkan oleh sistem USDA dalam Tabel 3.3., yaitu : Pasir
: butiran dengan diameter 2,0 sampai dengan 0,05 mm.
Lanau
: butiran dengan diameter 0,05 sampai dengan 0,002 mm.
Lempung : butiran dengan diameter lebih kecil dari 0,002 mm. Sedangkan dalam sistem pengklasifikasiannya USDA menggunakan sebuah diagram segitiga (triangle chart ) seperti pada gambar 3.8 yang terbagi menjadi 12 bagian/jenis tanah.
Gambar 3.8. Klasifikasi tanah berdasarkan tekstur tanah (USDA) 29
Pemakaian bagan dalam Gambar 3.8. ini dapat diterangkan secara jelas dengan menggunakan sebuah contoh. Apabila distribusi ukuran butir tanah A adalah 30% pasir, 40% lanau, 30% butiran dengan ukuran lempung (< 0,002 mm), klasifikasi tekstur tanah yang bersangkutan dapat ditentukan dengan cara seperti yang ditunjukkan dengan anak panah pada gambar tersebut. Jenis tanah A termasuk dalam daerah lempung tanah liat (clay loam). Perhatikan bahwa bagan ini hanya didasarkan pada bagian tanah yang lolos lewat ayakan No. 10. Oleh karena itu, apabila tanahnya mengandung butiran 2 mm dalam prosentase tertentu, maka perlu diadakan korelasi. Sebagai contoh, apabila tanah B mempunyai pembagian ukuran butir : 20% kerikil, 10 % pasir, 30% lanau, dan 40 % lempung, komposisi teksturnya yang dimodifikasi adalah sebagai berikut :
Pasir
10 x 100 12,5 % (100 20)
; Lanau
40 x 100 30 x 100 37,5 % ; Lempung (100 20) (100 20)
50,5 %
Berdasarkan pada persentase butiran yang telah dimodifikasi tersebut, sistem klasifikasi USDA menunjukkan bahwa tanah B adalah termasuk tanah lempung. Untuk tiga jenis tanah (pasir, lanau, dan lempung) dengan mudah dapat kita klasifikasikan berdasarkan diagram segitiga (Triangle Chart ). Tetapi bila hasil analisa diperoleh bagian prosentase yang mengandung butiran kerikil, maka diperlukan koreksi untuk pengklasifikasiannya. b. Klasifikasi Tanah Berdasarkan USCS atau ASTM dan AASHTO Pada cara ini juga diperlukan beberapa pengujian laboratorium meliputi : analisa ukuran butiran, batas-batas Atterberg dan kandungan bahan organis. Adapun pengklasifikasiannya secara lengkap dapat dilihat pada Tabel 3.7 dan Tabel 3.8, sedangkan korelasi antara sistem klasifikasi USCS dan AASHTO dapat diliha pada Tabel 3.9 – 3.10. Salah satu cara analisa ukuran butiran adalah dengan cara membuat garfik distribusi ukuran butiran hasil dari percobaan ayakan dan hidrometer. Grafik distribusi ukuran butiran digambarkan pada suatu sistem sumbu semilogaritma seperti pada Gambar 3.9. Sumbu vertikal menunjukkan prosentase komulatif tertahan sedangkan pada sumbu horisontal menunjukkan diameter ukuran butir atau nomor ayakan berdasarkan ASTM.
Gambar 3.9. Jenis-jenis Lengkung Gradasi
30
Seperti digambarkan pada grafik di atas, ada tiga kemungkinan jenis gradasi yang dapat diperoleh dari hasil analisa ukuran butiran yaitu : -
Tanah bergradasi baik (well graded ).
-
Tanah bergradasi seragam (uniform graded ).
-
Tanah bergradasi jelek (poorly graded ).
Cara lain yang juga dapat dipakai untuk menentukan jenis gradasi tanah berbutir kasar adalah dengan menentukan nilai koefisien keseragaman Cu (uniformly coefficient ) dan koefisien gradasi Cc (coefficient of gradation) yang dirumuskan sebagai berikut :
Cu
D60
Cc
dan
D10
(D30 )2 D10 x D60
dimana : D10, D30, dan D60 : diameter ukuran butir yang bersesuaian dengan 10%, 30% dan 60% darikomulatif lolos saringan. Contoh : Dari hasil analisa ukuran butir seperti pada tabel di bawah ini, tentukan nilai Cu dan Cc . % Komulatif No. Ukuran lubang Berat tertahan % ayakan (mm) (sb.X) (gr) Tertahan Tertahan Lolos (sb.Y) 3/8” 9,510 33,0 2,75 2,75 97,25 4 4,760 18,60 1,55 4,30 95,70 10 2,000 41,40 3,45 7,75 92,25 30 0,595 58,68 4,89 12,64 87,36 50 0,297 265,80 22,15 34,79 65,21 D60 70 0,210 321,0 26,75 61,54 38,46 D30 100 0,149 277,44 23,22 84,66 15,34 D10 200 0,074 128,28 10,69 95,35 4,65 0,044 24,96 2,08 97,43 2,57 0,007 12,24 1,02 98,45 1,55 0,002 18,60 1,55 100,00 0,00 Jumlah 1.200,00 100,00 D10, D30, dan D60 dihitung dengan cara interpolasi sebagai berikut :
D60
60,00 65,21 0,297 x(0,210 0,297 0,280 mm 38,46 65,21
atau dengan cara lain :
D60
65,21 60,00 0,297 x(0,297 0,210 0,280 mm 65,21 38,46
demikian pula :
38,46 30,00 0,210 x(0,210 0,149 0,188 mm 38,46 15,34 15,34 10,0 D10 0,149 x(0,149 0,074 0,112 mm 15,34 4,65 D30
Berdasarkan D10, D30, dan D60 dihitung nilai Cu dan Cc.
Cu
Cc
D60 D10
0,280 0,112
(D30 )² D60 x D10
2,5 (0,188)²
0,280 x 0,112
1,13
31
Tabel 3.7 Sistem Klasifikasi Tanah menurut USCS Divisi utama Simbol Nama umum
0 0 2 . o r n a n s a a k k a r y i t a u s b o r l e o b l h n a a i r n t a u T b % 0 5 <
) m h i GW m s r 5 e 7 , b i 4 l k : i r e ( k GP 4 . o s n l i u GM l k s i o a r l h e o k l r n a a i r GC s t a u k b i s n GM-GC k a a gGW-GM r n f e % d GW-GC i 0 l i 5 k r GP-GM ≤ e k GP-GC
kerikil gradasi baik dan campuran pasir-kerikil, sedikit atau tanpa butiran halus kerikil gradasi buruk dan campuran pasir-kerikil, sedikit atau tanpa butiran halus kerikil berlanau, campuran pasir-kerikil-lanau kerikil berlempung, campuran pasir-kerikil-lempung
) m h SW m i s 5 r e 7 , b r 4 i : s a p SP ( 4 . o n s r s u SM i s l o l a a o h p l r n a a SC r s i a t u k b i SM-SC s k n a a r g SW-SM f n e % d SW-SC r 0 i 5 s SP-SM a p SP-SC
pasir gradasi baik, pasir berkerikil, sedikit atau tanpa butiran halus pasir gradasi buruk, pasir berkerikil, sedikit atau tanpa butiran halus pasir berlanau, campuran pasir-lanau pasir berlempung, campuran pasir-lempung
0 0 2 . o n s n u a l a k h a r y i t a u s b o r l e o b l h n a a i r n t a u T b % 0 5
g n u p % m e 0 l 5 n a ≤ d L u L a n a l
g n u p % m e 0 l 5 n a > d L u L a n a l
Tanah dengan kadar organik sangat tinggi
Kriteria klasifikasi 0 0
D
(D )²
60 30 2 ; Cc 4 F Cu D10 D10 .D 60 s o l o l % 5 tidak sesuai kriteria GW
1 Cc 3
s o l o l
batas Atterberg di bawah garis A atau PI < 4
0 0 % 2
Fbatas 2 1
Atterberg pada / di atas garis A atau PI > 7
Batas atterberg 4 ≤ PI < 7 (daerah yang diarsir) 0 Cu & Cc sesuai GW serta PI sesuai GM 0 2 % F 2 Cu & Cc sesuai GW serta PI sesuai GC ≤ 1 Cu & Cc sesuai GP serta PI sesuai GM % ≤ 5 Cu & Cc sesuai GP serta PI sesuai GC
lanau anorganik, pasir sangat ML halus, serbuk batuan, pasir halus berlanau/berlempung lempung anorganik dengan plastisitas rendah s/d sedang, CL lempung berkerikil/berpasir/berlanau, lempung kurus (clean clays) CL-ML (daerah yang diarsir) lanau organik dan lempung berOL lanau dengan plastisitas rendah lanau anorganik / pasir halus MH diatome / lanau diatome, lanau elastis lempung anorganik dengan CH plastisitas tinggi, lempung gemuk (fat clays) lempung organik dengan OH plastisitas sedang s/d tinggi gambut (peat) dan tanah lain PT dengan kandungan organik tinggi
0 0 2
Cu
F s o l o l % 5
D60 D10
4
; Cc
(D30 )² D10 .D 60
1 Cc 3
tidak sesuai kriteria SW
s o batas l o l 0 0 % 2 Fbatas 2 1
Atterberg di bawah garis A atau PI 4 Atterberg pada / di atas garis A atau PI > 7
Batas atterberg 4 ≤ PI < 7 (daerah yang diarsir) 0 Cu & Cc sesuai SW serta PI sesuai SM 0 2 F %Cu & Cc sesuai SW serta PI sesuai SC 2 ≤ 1 Cu & Cc sesuai SP serta PI sesuai SM % ≤ 5 Cu & Cc sesuai SP serta PI sesuai SC 70 60 ) I 50 P ( s a t i s 40 i t s a l p 30 s k e d 20 n I
107
CH Garis A
CH atau OH CL
CL atau OL
MH atau OH
CL –ML ML atau OL
4
0
Garis U
Garis A : PI = 0,73.(LL – 20) Garis U : PI = 0,90.(LL – 8)
10
16
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Batas cair (LL)
manual untuk indentifikasi secara visual dapat dilihat dalam : ASTM Designation D-2488
Keterangan notasi : F200 = persentase butiran yang lolos ayakan No. 200 ( saringan 0,075 mm), sedangkan ayakan No. 4 ( saringan 4,75 mm) Simbol : G → (Gravel/kerikil) C → (Clay/lempung) W → (Well graded/gradasi baik) S → (Sand/pasir) O → (Organik) P → (Poorly graded/gradasi buruk) M → (Silt/lanau) PT → (Peat/gambut) L → (Low plasticity/plastisitas rendah : LL < 50) H → (High plasticity/plasitisitas tinggi : LL > 50) 32
Contoh soal :
“Sistem klasifikasi USCS”
1. Hasil dari uji analisis distribusi butiran suatu tanah adalah sebagai berikut : Persentase butiran yang lolos ayakan no. 10 = 100 %, lolos ayakan no. 40 = 58 % dan lolos ayakan no. 200 = 58 %. Dari butiran yang lolos ayakan no. 40 diketahui : batas cair (LL) = 30 dan indeks plastisitas (PI) = 10 Solusi : - Tanah butiran lolos no. 200 ( : 0,075 mm) = 58 % [ 50 % lolos F200] → Tanah berbutir halus - Bagan plastisitas nilai LL = 30 dan PI = 10 → Klasifikasi CL atau OL 2. Distribusi ukuran butiran 2 contoh tanah, seperti pada gambar di bawah ini : Data plastisitas untuk kedua jenis tanah, sebagai berikut : Jenis tanah : Tanah A Tanah B LL 30 26 PL 22 20
Solusi : Tanah A : Dari kurva distribusi diketahui : - kira-kira 8 % tanah lolos saringan no. 200 ( : 0,075 mm) [ < 50 % lolos F200] → Tanah berbutir kasar - harga 8 % tersebut terletak pada 5 % ≤ F200 ≤ 12 % → mempunyai simbol ganda - harga 100 % dari total tanah lolos saringan no. 4 ( : 4,75 mm) → Tanah berpasir - nilai D10 = 0,085, D30 = 0,12 dan D60 = 0,135, sehingga : Cu Cc
D60 D10
0,135 0,085
(D30 )² D10 .D60
1,59 4 (0,12)²
0,085.0,135
tidak terpenuhi 1,25 1 Cc 3 terpenuhi
- batas cair (LL) = 30, indeks plastisitas (PI) = LL – PL = 30 – 22 = 8 > 7 → di atas garis A Sehingga didapat hasil klasifikasi = SP-SC. Tanah B : Dari kurva distribusi diketahui : - kira-kira 61 % tanah lolos saringan no. 200 ( : 0,075 mm) [ 50 % lolos F200] → Tanah berbutir halus - batas cair (LL) = 26, indeks plastisitas (PI) = LL – PL = 26 – 20 = 6 : 4 ≤ PI ≤ 7 → di daerah yang diarsir Sehingga didapat hasil klasifikasi = CL-ML 33
Tabel 3.8 Klasifikasi tanah sistem AASHTO Tanah berbutir (35 % ≤ lolos saringan No. 200) A-1 A-2 A-3 A-1-a A-1-b A-2-4 A-2-5 A-2-6
Klasifikasi umum Klasifikasi kelompok
Analisis ayakan (% lolos) No. 10 # max 50 # No. 40 max 30 max 50 # No. 200 max 15 max 25 Sifat fraksi yang lolos ayakan No. 40 Batas cair (LL) Indeks plastisitas (PI) max 6 batu pecah, Tipe material yang dominan kerikil dan pasir Penilaian sebagai bahan tanah dasar
A-2-7
Tanah lanau – lempung (35 % > lolos saringan No. 200) A-7 A-4 A-5 A-6 A-7-5/6*
min 51 max 10 max 35 max 35 max 35 max 35 min 36 min 36 min 36 min 36 max 40 min 41 max 40 min 41 max 40 min 41 max 40 min 41 NP+ max 10 max 10 min 11 min 11 max 10 max 10 min 11 min 11 pasir kerikil dan pasir yang berlanau tanah tanah berlanau halus atau berlempung berlempung baik sekali sampai baik sedang sampai jelek
Keterangan : * Untuk A-7-5, PI ≤ LL – 30 dan A-7-6, PI > LL – 30 + NP = non plastis # Ayakan : No. 10 → ( saringan 2,0 mm) No. 40 → ( saringan 0,425 mm) No. 200 → ( saringan 0,075 mm) 70 60 ) I P ( s a t i s i t s a l p s k e d n I
50 40 A-7-6 30 20 10 0
A-2-6 A-6
A-2-4 A-4 10 20
30
40
A-2-7 A-7-5 A-2-5 A-5 50 60 70
80
90
100
Batas cair (LL)
Indeks group (GI, Group Index ) digunakan untuk mengevaluasi mutu (kualitas) dari suatu tanah sebagai lapisan tanah dasar (subgrade) dari jalan raya. Nilai GI dituliskan di dalam tanda kurung “()” dibelakang setelah nama kelompok dan subkelompok, misalnya : A-4(3), A-7-6(42) dan lain-lain. Secara umum semakin kecil nilai GI maka semakin baik pula kualitas tanah yang digunakan, begitu pula sebaliknya. Rumus GI sebagai berikut : GI = (F200 – 35).[0,2 + 0,005.(LL – 40)] + 0,01.(F200 – 15).(PI – 10) dimana : F200 = persentase butiran yang lolos ayakan No. 200 ( saringan 0,075 mm) dengan aturan : a. nilai GI = 0 apabila persamaan GI menghasilkan nilai negatif –), ( nilai nol (0) merupakan nilai batas bawah b. hasil hitungan persamaan GI dibulatkan satu desimal, contoh GI = 3,4 3,0 dan GI = 3,5 4,0 c. nilai GI tidak ada batas atas d. nilai GI = 0 untuk kelompok : A-1-a, A-1-b, A-2-4, A-2-5 dan A-3 e. nilai GI = 0,001.(F – 15).(PI – 10) untuk kelompok A-2-6 dan A-2-7
34
Contoh soal :
“Sistem klasifikasi AASHTO”
1. Hasil dari uji analisis distribusi butiran suatu tanah adalah sebagai berikut : Persentase butiran yang lolos ayakan no. 10 = 100 %, lolos ayakan no. 40 = 58 % dan lolos ayakan no. 200 = 58 %. Dari butiran yang lolos ayakan no. 40 diketahui : batas cair (LL) = 30 dan indeks plastisitas (PI) = 10 Solusi : - Tanah butiran lolos no. 200 ( : 0,075 mm) = 58 % [ 50 % lolos F200] → Klasifikasi tanah lanau – lempung - Nilai plastisitas nilai LL = 30 dan PI = 10 → Klasifikasi A-4 (tanah berlanau) - Nilai GI = (F200 – 35).[0,2 + 0,005.(LL – 40)] + 0,01.(F200 – 15).(PI – 10) = (58 – 35).[0,2 + 0,005.(30 – 40)] + 0,01.(58 – 15).(10 – 10) = 3,45 3 Sehingga didapat hasil klasifikasi = A-4(3). 2. Hasil dari uji analisis distribusi butiran suatu tanah adalah sebagai berikut : 95 % dari berat suatu tanah lolos saringan no. 200 dan batas cair (LL) = 60 dan indeks plastisitas (PI) = 40 Solusi : - Tanah butiran lolos no. 200 ( : 0,075 mm) = 95 % [ 50 % lolos F200] → Klasifikasi tanah lanau – lempung - Nilai plastisitas nilai LL = 60 dan PI = 40 → Klasifikasi A-7 (tanah berlempung) - Penentuan tipe A-7 : Nilai : PI > LL – 30 40 > 60 – 30 → Klasifikasi A-7-6 - Nilai GI = (F200 – 35).[0,2 + 0,005.(LL – 40)] + 0,01.(F200 – 15).(PI – 10) = (95 – 35).[0,2 + 0,005.(60 – 40)] + 0,01.(95 – 15).(40 – 10) = 42 Sehingga didapat hasil klasifikasi = A-7-6 (42). 3. Analisis butiran dari suatu tanah anorganik ditunjukkan tabel sebagai berikut : Ukuran saringan No. % lolos Data plastisitas (mm) saringan 2,000 10 100 Batas cair (LL) = 54 % 0,075 200 75 Indeks plastisitas (PI) = 23 % 0,050 65 0,005 33 0,002 18 Solusi : - Tanah butiran lolos no. 200 ( : 0,075 mm) = 75 % [ 50 % lolos F200] → Klasifikasi tanah lanau – lempung - Nilai plastisitas nilai LL = 54 dan PI = 23 → Klasifikasi A-7 (tanah berlempung) - Penentuan tipe A-7 : Nilai : PI ≤ LL – 30 23 ≤ 54 – 30 → Klasifikasi A-7-5 - Nilai GI = (F200 – 35).[0,2 + 0,005.(LL – 40)] + 0,01.(F200 – 15).(PI – 10) = (75 – 35).[0,2 + 0,005.(54 – 40)] + 0,01.(75 – 15).(23 – 10) = 18,6 19 Sehingga didapat hasil klasifikasi = A-7-5 (19).
35
Tabel 3.9 Perbandingan sistem USCS dengan sistem AASHTO AASHTO USCS kemungkinan besar mungkin GW A-1-a – GP A-1-a A-1-b
kemungkinan kecil A-2-4, A-2-5, A-2-6, A-2-7 A-3, A-2-4, A-2-5, A-2-6, A-2-7 A-4, A-5, A-6, A-7-5, A-7-6, A-1a A-4, A-7-6, A-7-5 A-3, A-2-4, A-2-5, A-2-6, A-2-7 A-2-4, A-2-5, A-2-6, A-2-7 A-6, A-7-5, A-7-6, A-1-a
GM
A-1-b, A-2-4, A-2-5, A-2-7
A-2-6
GC SW SP SM
A-2-6, A-2-7 A-1-b A-3, A-1-b A-1-b, A-2-4, A-2-5, A-2-7
SC
A-2-6, A-2-7
ML CL OL MH CH OH PT
A-4, A-5 A-6, A-7-6 A-4, A-5 A-7-5, A-5 A-7-6 A-7-5, A-5
A-2-4, A-6 A-1-a A-1-a A-2-6, A-4, A-5 A-2-4, A-6, A-4, A-7 A-7-5 6 A-6, A-7-5 A-4 A-6, A-7-5, A-7-6 – A-7-6 A-7-5 – A-7-6 –
–
– – – – –
Tabel 3.10 Perbandingan sistem AASHTO dengan sistem USCS USCS AASHTO kemungkinan mungkin kemungkinan kecil besar A-1-a GW, GP SW, SP GM, SM A-1-b SW, SP, GM, SM GP – A-3 SP – SW, GP A-2-4 GM, SM GC, SC GW, GP, SW, SP A-2-5 GM, SM – GW, GP, SW, SP A-2-6 GC, SC GM, SM GW, GP, SW, SP A-2-7 GM, GC, SM, SC – GW, GP, SW, SP CL, SM, A-4 ML, OL GM, GC SC A-5 OH, MH, ML, OL – SM, GM ML, OL, A-6 CL GC, GM, SM SC ML, OL, A-7-5 OH, MH GM, SM, GC, SC CH ML, OL, OH, MH, GC, GM, A-7-6 CH, CL SC SM
36
BAB IV KEKUATAN DAN DEFORMASI TANAH
4.1. Tujuan Instruksional Khusus a. Mahasiswa dapat memahami kekuatan geser dan deformasi tanah akibat adanya beban yang bekerja pada suatu masa tanah. b. Mahasiswa dapat menguasai prosedur percobaan kekuatan geser tanah. c. Mahasiswa dapat menentukan parameter geser tanah berdasarkan hasil pengujian laboratorium. 4.2. Kekuatan Geser (Shear- Strength) Dalam perhitungan bangunan yang berhubungan langsung dengan tanah seperti fondasi gedung, jalan raya, bendungan dan lain-lain, nilai kekuatan geser tanah mempunyai arti yang cukup penting, karena dapat dipergunakan untuk menghitung daya dukung tanah, tekanan tanah lateral, kestabilan lereng dan sebagainya. Pembebanan yang melebihi daya dukung tanah pada suatu konstruksi dapat mengakibatkan maka keruntuhan geser (Shear Failure) dalam tanah dikarenakan terjadinya gerak relatif antara butiran (bukan karena hancurnya butir tanah). Oleh karena itu dalam perencanaan struktur bangunan bawah harus dihitung besarnya kekuatan geser tanah yang tergantung pada nilai kohesi dan sudut geser dalam. Hubungan antara kohesi dengan sudut geser dalam diturunkan suatu rumus oleh Coloumb dan Mohr sebagai berikut :
= c + tan = c + tan
Dimana : = Kekuatan geser
c = Kohesi pada tegangan total = Tegangan total
c
= Sudut geser dalam Gambar 4.1 Hubungan antara kohesi dengan sudut geser dari rumus Coloumb-Mohr
Mempelajari kekuatan geser tanah tidak terlepas dari tegangan-tegangan yang bekerja pada tanah baik yang diakibatkan oleh pembebanan tanah di atasnya (overburden pressure) atau akibat beban yang berasal dari konstruksi pondasi. Secara umum tegangan yang bekerja pada suatu masa tanah dibedakan menjadi tiga yaitu : tegangan total, tegangan efektif tanah ’ dan tegangan air pori. Tegangan total adalah tegangan yang terjadi akibat beban normal sebesar N yang bekerja pada tanah dengan luasan sebesar A.
N
(gr / cm²) A Sedangkan tegangan effektif ’ adalah tegangan yang bekerja pada bitur -butir tanah saja yang dirumuskan ’ = - , dimana adalah tegangan air pori. Untuk tanah yang terkonsolidasi (air telah keluar dari ruang pori) tegangan total adalah sama dengan tegangan effektif ’. Tegangan air pori (Pore Water Pressure = ) yaitu tegangan yang ditimbulkan oleh air yang terperangkap dalam pori-pori tanah, secara prinsip dapat dijelaskan dengan gambar di bawah ini. 37
N
N
a. Kran ditutup
b. Kran dibuka Gambar 4.2. Prinsip Tegangan Air Pori
Keterangan : Jika gaya luar bekerja pada tanah jenuh seperti gambar 4.2a, maka arloji bacaan akan menunjukan suatu tekanan akibat tegangan air pori. Setelah air pori dialirkan seperti gambar 4.2b, maka berangsur-angsur tegangan yang bekerja akan dipikul oleh butiran tanah saja (arloji bacaan menunjukan angka nol / tegangan air pori = 0). 4.3. Parameter Geser Tanah (c dan ) Parameter geser tanah merupakan sifat penentu sehubungan dengan kekuatan tanah menahan gaya geser yang bekerja antar butiran tanah. Parameter geser berupa nilai kohesi (c) dan sudut geser-dalam () dapat diperoleh melalui pengujian baik di laboratorium maupun pengujian di lapangan secara langsung. Beberapa pengujian yang dilakukan di laboratorium antara lain : -
Direct shear test (geser langsung)
-
Unconfined compression test (kuat tekan bebas)
-
Triaxial test (uji tiga sumbu) dengan tiga cara pengujiannya yaitu :
Unconsolidated undrained (UU- Test),
Unconsolidated undrained (CU- Test) dan
Drained test consolidated (CD- Test).
Sedangkan pengujian di lapangan dapat dilakukan dengan geser baling (vane test ), khususnya untuk tanah lempung lunak. Hasil penelitian perkiraan nilai c dan untuk berbagai jenis (kohesif dan non kohesif ) dapat dilihat pada tabel di bawah ini. Tabel 4.1 Nilai Sudut Geser-Dalam () untuk Jenis Tanah non Kohesif Jenis tanah Pasir halus Pasir agak padat/padat Kerikil Pasir kerikil tidak seragam Berangkal (pecahan batu/krakal)
dalam derajat 30º 30,5º 35º 37,5º 40º
38
Tabel 4.2 Nilai c dan untuk Tanah Kohesif Jenis tanah Lempung agak padat Lempung kaku Lempung lunak Lempung berpasir Lempung padat Lempung lunak Lemp/lanau organik Gambut
c (MP/m²)
15º 15º 15º 22,5º 22,5º 22,5º 10º 15º
2,5 1,0 0 0,5 0,2 0 0 0
Dalam prakteknya, dengan alasan keamanan, kesalahan yang mungkin timbul akibat ketidak-telitian pelaksanaan test, maka parameter geser diambil lebih kecil dari nilai pengujian yang dihasilkan. Dibawah ini beberapa rumus pendekatan dari nilai-nilai parameter geser dengan angka keamanan untuk masing-masing besaran : c 1,3 c' C'c 1,3 cu Cuc 1,3 Cc
dan dan dan
tg 1,1 tg ' tg 'c 1,1 tg u tg uc 1,1
tg c
4.4. Test Untuk Menentukan Kekuatan Geser Tanah. Nilai parameter kekuatan geser tanah di laboratorium dapat dilakukan dengan dua pengujian yang utama yaitu : pengujian geser langsung dan pengujian triaksial. Prosedur pengujian masing-masing akan dijelaskan lebih rinci pada bagian berikut. a. Test Geser Langsung (Direct Shear Test ) Pengujian ini merupakan pengujian yang tertua dan sederhana dengan bentuk peralatan seperti pada Gambar 4.4. Tergantung pada jenis tanahnya, uji ini dapat dilaksanakan dengan tegangan geser terkendali (penambahan gaya geser dibuat konstan) atau dengan tegangan terkendali (kecepatan geser yang diatur). Prinsip dasar dari pengujian ini adalah dengan pemberian beban geser/horisontal pada contoh tanah melalui cincin/kotak geser seperti pada Gambar 4.3 dengan kecepatan yang tetap sampai tanah mengalami keruntuhan. Sementara itu tanah juga diberi beban vertikal yang besarnya tetap selama pengujian berlangsung. Selama pengujian dilakukan pembacaan dial regangan pada interval yang sama dan secara bersamaan dilakukan pembacaan dial beban geser pada bacaan regangan yang bersesuaian, sehingga dapat digambarkan suatu grafik hubungan regangan dan tegangan geser yang terjadi. Umumnya pada pengujian ini dilakukan pada 3 contoh yang identik, dengan beban normal yang berbeda untuk melengkapi satu seri pengujian geser langsung. Dari ketiga hasil pengujian akan didapatkan 3 pasang data teganngan normal dan tegangan geser, sehingga dapat digambarkan suatu grafik hubungan keduanya untuk menentukan nilai c dan .
39
Gambar 4.3. Susunan Contoh dan Kotak Geser Pengukur regangan
Contoh tanah Pengukur beban geser
Engkol beban geser
Beban normal
Gambar 4.4. Alat Geser Langsung
Gambar 4.5. Grafik Geser Langsung
40
b. Test kuat tekan bebas (Unconfined compression test ) Selain diuji dengan batas-batas Atterberg, konsistensi tanah juga dapat ditentukan dengan pengujian laboratorium yang lain yaitu uji kuat tekan bebas (unconfined compressive strenght ), sehingga diperoleh nilai kekuatan tekan tanah maksimum yang dinotasikan dengan qu. Prinsip pengujian adalah dengan memberikan tekanan vertikal pada contoh tanah secara kontinyu dengan kecepatan tetap sampai tanah mengalami keruntuhan. Metoda pengujian kuat tekan bebas (alat seperti gambar 4.7) adalah sebagai berikut : a. Ambil contoh tanah dengan menggunakan tabung contoh. b. Keluarkan contoh tanah dari tabung dengan extruder dan cetak dalam bentuk silender dengan tinggi h 2d – 3d, dimana d = diameter. c. Letakkan contoh tanah pada alat penekan UCS. d. Lakukan pengujian dengan kecepatan pemberian beban sesuai dengan prosedur yang berlaku. e. Lakukan pembacaan pada dial beban pada reganngan-regangan tertentu, sampai tanah mengalami keruntuhan. f. Olah data yang diperoleh dan gambarkan grafik hubungan antara regangan dan tegangan yang terjadi. g. Tegangan maksimum yang terjadi merupakan nilai qu. h. Lakukan langkah-langkah tersebut di atas untuk contoh tanah yang dicetak ulang (remoulded) untuk mendapatkan sensifitas tanah. i. Contoh tanah remoulded diperoleh dengan cara meremas-remas contoh tanah yang telah digunakan dan mencetak kembali sesuai dengan kondisi aslinya (w dant sama dengan yang asli). Contoh pengolahan data hasil percobaan UCS : Tinggi awal contoh
: ho
Diameter awal contoh
: do
Volume awal contoh
1 : Ao ..do2 4 : Vo = Ao . ho
Bacaan dial regangan
: l1 , l2, l3 … dst
Bacaan dial beban
: F1, F2, F3 … dst
Kalibrasi regangan
: k1
Kalibrasi beban
: k2
Perubahan tinggi contoh
: h1= l1 . k1 ; h2 = l2 . k1 ; h3 = l3 . k1 … dst
Regangan yang terjadi
: 1= h1/ho ; 2 = h2/ho ; 3 = h3/ho … dst
Luas awal contoh
Luasan contoh akibat tekanan : A1= Ao/(1-1) ; A2= Ao/(1-2) … dst Nilai beban yang terjadi
: P1= F1 . k2 ; P2 = F2 . k2 ; P3 = F3 . k2 … dst
Tegangan yang terjadi
: 1 = P1/A1 ; 2 = P2/A2 ; 3 = P3/A3 … dst
Gambarkan grafik hubungan tegangan dan regangan seperti contoh di bawah ini.
qu maks
Re runtuh Gambar 4.6 Grafik hubungan tegangan dan regangan 41
Dari pengujian seperti tersebut di atas akan diperoleh nilai konsistensi untuk tanah asli qu undisturb dan untuk tanah cetak ulang qu St
remoulded
sehingga dapat ditentukan nilai sensitivitas tanah dengan menggunakan rumus sebagai berikut :
quUDS qu
REM
Berdasarkan nilai St, tanah diklasifikasikan menjadi beberapa bagian yaitu : Untuk
St < 2
Tanah tidak sensitif
St 2 4
Tanah sensitif sedang
St 4 8
Tanah sensitif cukup/normal
St 8 16 Tanah sensitif
Tabel 3.3 Hubungan antara Consistency of clay & qu Consistency Very soft Soft Medium Stiff Very stiff Hard
Tabel 3.4 Klasifikasi Tanah Berdasar Nilai St
qu (kg/cm²)
Sensitive
Nature of Clay
< 0,25 0,25 – 0,5 0,5 – 1,0 1,0 – 2,0 2,0 – 4,0 > 4,0
1 1 – 2 2 – 4 4 – 8 8 – 16 > 16
In sensitive slays Low sensitive slays Medium sensitive slays Medium sensitive slays Extra sensitive Quick Clay
Ring beban Dial regangan
Contoh tanah
Engkol - pembebanan
Arloji Pengukur
Gambar 4.7 Peralatan Uji Kuat Tekan Bebas
42
h1
ho
atau
ho – h1
Ao A1 Gambar 4.8 Mekanisme Keruntuhan Tanah c. Triaxial Test Peralatan yang digunakan hampir sama dengan peralatan uji kuat tekan bebas (Unconfined Compressive Strength), hanya saja pada triaksial dilengkapi dengan tabung untuk pemberian tegangan keliling. Meskipun pengujian ini termasuk jenis pengujian yang cukup rumit, namun diakui sebagai cara terbaik untuk menentukan parameter geser tanah. Selain itu percobaan ini juga dapat digunakan untuk mengukur tegangan air pori dan perubahan volume selama pengujian. Pengujian triaksial dibagi menjadi tiga jenis yaitu : a). Unconsolidated undrained test , dimana sistem tekanan air pori selama percobaan tertutup. Hasil-hasilnya berdasarkan tegangan-tegangan total, pengujian ini memberikan parameter geser cu dan u. b). Consolidated undrained test , dimana sebelum geseran contoh tanah dibebani dahulu (beban normal) dan menunggu konsolidasi selesai. Sistem tekanan air pori terbuka selama konsolidasi dan sesudah konsolidasi didalam contoh tanah tidak ada tekanan air pori. Parameter geser yang didapatkan berdasarkan konsep tegangan efektif yang dinotasikan dengan c’ dan ’. c). Consolidated drained test , percobaan ini dilaksanakan dengan lambat. dimana sistem tekanan air pori tetap selama tes tersebut berlangsung. Parameter geser yang didapatkan berdasarkan konsep tegangan efektif yang dinotasikan dengan c’ dan ’. Untuk melengkapi satu seri pengujian triaksial, biasanya contoh yang diuji sebanyak dua buah yang masingmasing diuji dengan tegangan keliling yang berbeda. Berdasarkan tegangan normal maksimum yang terjadi dapat digambarkan diagram lingkaran Mohr (Gambar 4.10) untuk mendapatkan nilai parameter geser c dan . Percobaan ini mempunyai beberapa kelebihan antara lain : Bisa untuk berbagai jenis tanah, ketiga percobaan pengukuran tegangan geser dapat dilakukan, dapat mengukur tegangan pori dan dapat mengukur pada kondisi isotropis/non isotropis.
43
Sebelum diberi beban vertikal
Dengan beban vertikal
Gambar 4.7
Gambar 4.9. Uji Triaksial
Gambar 4.10 Lingkaran Mohr
4.5. Perkiraan Sudut Geser Dalam Menurut Dhawan, sudut geser dalam tergantung pada distribusi ukuran butir, tetapi hal ini masih mendapatkan hasil yang kurang akurat. Oleh sebab itu Brinch Hansen berpendapat, selain tergantung pada ukuran butir, besarnya sudut geser dalam juga tergantung pada : bentuk butiran, lengkung gradasi dan kepadatan tanah. Sehingga dalam perkiraan sudut geser dalam Bronch Hansen memberikan koreksi terhadap rumus-rumus yang telah diturunkan oleh Dhawan.
44
Rumus Dhawan : 0 = A + B + C + D Dimana : 0 = sudut geser dalam, sebelum dikoreksi A = 1/7
x prosentase berat butir 0,002 mm
B = 1/5
x prosentase berat butir 0,002 – 0,01 mm
C = 1/3
x prosentase berat butir 0,01 – 0,2 mm
D = 1/2,5 x prosentase berat butir > 0,2 mm.
Gambar 4.11 Distribusi Ukuran Butir Koreksi menurut Brinch Hansen : eff = 0 + 1 + 2 + 3 (dalam derajat) Dimana : 0 = Sudut geser menurut Dhawan
;
2 = Korelasi bentuk lengkung distribusi gradasi
1 = Korelasi bentuk butir
;
3 = Korelasi kepadatan
Bentuk butir (1) :
Distribusi Gradasi (2) :
Kepadatan (3) :
(1) = + 1º
(butir-butir bersudut)
= 0º
(butir-butir menengah)
= - 3º
(butir-butir bulat)
(2) = - 3º
(gradasi seragam/uniform grad )
= 0º
(gradasi menengah)
= + 3º
(gradasi baik/well graded )
(3) = - 6º
(lapisan lepas)
= 0º
(lapisan sedang)
= + 6º
(lapisan padat) 45
Contoh : Suatu tanah mempunyai distrubusi ukuran butir sebagai berikut : 0,002 mm 10 % berat lolos 0,01
mm 27 % berat lolos
0,2
mm 93 % berat lolos
Apabila jenis butirannya bersudut, lengkung gradasinya seragam dan lapisan tanahnya padat tentukan nilai sudut geser dalam berdasarkan koreksi dari Brinch Hansen. Jawab : Saringan : No. 0,20 0,01 0,002
% lolos 100 % 93 % 27 % 10 %
Notasi 7D 66 C 17 B 10 A 100 %
Menurut Dhawan : 1 7
0 A B C D x 10
1 x 17 5
1 x 66 3
1 x7 2,5
29,4º
Koreksi Brinch Hansen : 1 = + 1º
(bersudut)
2 = - 3º
(uniform graded)
3 = + 6º
(lapisan padat)
Sehingga : eff = 0 + 1 + 2 + 3 =
29,4º +1º – 3º + 6º = 33,4º
46
BAB V KEPADATAN DAN PEMADATAN TANAH
5.1. Tujuan Instruksional Khusus a. Mahasiswa dapat menentukan nilai kepadatan relatif tanah berdasarkan hasil pengujian laboratorium. b. Mahasiswa dapat memahami prosedur pengujian pemadatan di laboratorium dan kontrol kepadatan di lapangan berdasarkan standar ASTM. c. Mahasiswa dapat menganalisa hasil pengujian pemadatan laboratorium dan lapangan. 5.2. Kepadatan Tanah Kondisi tanah di lapangan berdasarkan kandungan ruang pori (volume void ), sangat beranekaragam ada yang padat sekali (dense), ada pula yang lepas (loose). Kondisi seperti ini dapat kita jumpai baik pada tanah kohesif maupun pada tanah non kohesif. Untuk tanah non kohesif seperti pasir dan kerikil, nilai kepadatan merupakan parameter penentu sifat fisik dan perilaku tanah apabila mendapat pengaruh dari luar. Peningkatan kepadatan pada tanah non kohesif dapat dicapai dengan penggetaran/vibrasi atau penumbukan. Dalam menentukan kepadatan tanah, dihitung dulu porositas terlonggarnya (nmin), kemudian tanah tersebut dipadatkan dan dihitung porositas terpadatnya (nmax). Untuk mendapatkan kedua kondisi yang dimaksud dapat dilakukan pengujian sebagai berikut : a. Menentukan nmin Digunakan tabung silinder yang telah diketahui volumenya dan sebuah corong untuk memasukan tanah yang diuji. Tanah harus dalam keadaan kering, dengan menggunakan corong, isikan tanah kedalam tabung sampai penuh. Pada saat pengisian diusahakan dasar corong selalu menyentuh permukaan tanah sehingga tanah tidak jatuh bebas dan penggetaran/pemadatan. Ratakan permukaan tanah dengan permukaan tabung dengan menggunakan pisau perata kemudian timbang. Tentukan berat isi tanah, berat isi butir dan kadar air yang terkandung, sehingga porositas tanah tersebut dapat dihitung. Pada kondisi terlonggar, nilai porositasnya adalah maksimum (nmax), sehingga dapat dihitung angka pori maksimumnya (emax) sebagai berikut : emax
nmax 1 nmax
Gambar 5.1. Pengujian Kepadatan Tanah Kondisi Terlonggar
47
b. Menentukan nmax Alat yang digunakan untuk pengujian ini adalah silinder yang telah diketahui ukurannya yang dilengkapi dengan alat penghisap dan saringan sehingga air dapat dihisap keluar tanpa terbawanya butiran halus.
Gambar 5.2. Peralatan Pengujian Kondisi Terpadat Cara pengujian : Contoh tanah dimasukkan ke dalam silinder secara berlapis (5 lapis) dengan tinggi setiap lapisannya sama. Setiap pengisian per lapisan ditambahkan air secukupnya sambil diketuk pada bagian luar silinder sebanyak 30 ketukan ganda, dengan palu penggetar. Akibatnya air akan keluar dan menyebabkan volume lapisan tersebut menjadi padat. Pada kondisi terpadat diperoleh nilai porositas terkecil nmin sehingga dapat ditentukan nilai angka pori minimumnya. e min
nmin 1 nmin
5.3. Kepadatan Relatif Istilah kepadatan relatif (relative density ) dipakai untuk menyatakan kepadatan dari tanah berbutir kasar (non cohesive soil ), yakni pasir dan krikil. Kepadatan relatif adalah salah satu sifat yang menentukan nilai kekuatan geser (shear strength) dan kemampumampatan tanah (compressibility ), sehingga kemampuan tanah menahan gaya luar seperti gempa atau getaran mesin tergantung pada nilai tersebut. Seperti pasir yang kepadatan relatifnya rendah, kemungkinan akan mudah mengalami “Liguifaction” (yaitu akan mengalir seperti cair), jika kena gempa atau getaran mesin. Kepadatan relatif di definisikan sebagai berikut : Dr
e max e emax
emin
Dimana : Dr
= kepadatan relatif/indeks kepadatan
e
= angka pori tanah asli (sebelum diuji)
emax = angka pori terbesar (kondisi terlonggar) emin = angka pori terkecil (kondisi terpadat)
48
Selain itu juga dikenal istilah kepadatan (D) yang dinyatakan dalam persamaan : D
nmax n
Nilai Dr D, Dr D
nmin
nmax
Nilai n dapat diperoleh dari persamaan : n 1
t (1 w). s
Pengukuran angka pori asli/ditempat pada pasir atau kerikil agar sulit, karena pengambilan contoh tanah asli seringkali tidak dapat dilaksanakan, hal ini disebabkan tanah tersebut mudah sekali terganggu waktu diadakan pengambilan contoh. Untuk mengatasi hal tersebut biasanya digunakan “penetrometer ” , yang secara kasar dapat langsung memberi petunjuk nilai kepadatan relatif tanah yang dimaksud. Pada standar Jerman (DIN – Deutsche Industrie Normen) diperlukan kepadatan D 0,5 untuk dipakai sebagai tanah pondasi bangunan. Berikut kondisi tanah, b erdasarkan nilai kepadatan relatif tanah. Tabel 5.1 Tabel Kepadatan Relatif Kepadatan relatif (Dr) 0 - 0,33 0,33 - 0,67 0,67 - 1,00
Kondisi Lepas (loose) Sedang (medium) Padat (dense)
Contoh : Hasil pengujian kepadatan di Laboratorium tanah berpasir mendapatkan data sebagai berikut : nmax = 40% ; nmin = 25% ; n = 35% Hitung : nilai kepadatan relatif dan nilai kepadatan tanah yang dimaksud ? D
emin D
nmax n nmax
nmin
nmin 1 nmin
emax e emax
emin
0,40 0,35 0,40 0,25
0,25 1 0,25
0,33
0,33 ; e max
0,67 0,54 0,38 0,67 0,33
nmax 1 nmax
0,40 1 0,40
0,67 ; e
n 1 n
0,35 1 0,35
0,54
Dr D
Latihan Soal : Suatu pengujian tanah di laboratorium diperoleh data sebagai berikut : Kadar air (w)
= 15 %
Berat isi tanah (t)
= 19,2 kN/m3
Berat janis tanah (Gs) = 2,65 emax = 0,85 emin = 0,50 Hitung : a. Derajat kejenuhan (Sr) b. Index kepadatan (Id) atau kepadatan relatifnya.
49
5.4. Pemadatan Tanah Untuk beberapa pekerjaan teknik sipil, diperlukan pemadatan tanah sebelum bangunan didirikan di atasnya, untuk meningkatkan daya dukung tanah maupun untuk maksud-maksud yang lain seperti kerapatan tanah. Pekerjaanpekerjaan yang memerlukan pemadatan atau perbaikan kualitas tanah antara lain : landasan untuk dasar pondasi mesin-mesin, tanggul sungai, tanggul saluran irigasi, bendungan type urugan, landasan perkerasan jalan, landasan lapangan terbang, dan lain-lain. Pemadatan tanah dapat didefinisikan sebagai suatu proses/usaha memampatkan butir-butir tanah dengan mengeluarkan udara yang ada di dalam pori-pori tanah dengan cara mekanis (digilas atau ditumbuk). Selain itu tujuan dari pemadatan tanah antara lain untuk : a. Meningkatnya gaya geser tanah dan berat isi kering tanah, yang akhirnya akan meningkatkan daya dukung tanah. b. Memperkecil sifat susut tanah c. Memperkecil koefisien rembesan tanah (permabilitas) Sedangkan hasil dari proses pemadatan tanah dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu: a. Struktur butir tanah, dimana butiran tanah yang keras, tajam dan bergradasi seragam akan sulit dipadatkan bila dibanding dengan tanah yang mengandung butir halus dan bergradasi baik. b. Hancurnya butir tanah dari gumpalan besar menjadi butir-butir yang kecil. c. Sifat kohesi tanah, terutama tanah lempung dan lanau. d. Kandungan air yang melingkupi butiran tanah (air film/air absorbsi ). e. Air pemadat yang digunakan. Pada kadar air yang rendah, butiran-butiran tanah akan ditahan oleh air membran, sehingga akan sulit dipadatkan, tetapi jika kadar air ini ditingkatkan sampai batas tertentu maka air itu akan berfungsi sebagai pelumas yang memungkinkan tanah lebih mudah dipadatkan sampai mencapai kepadatan yang paling maksimum. Sebab bila bila kadar airnya terus ditingkatkan, tanah tidak menjadi semakin padat, tetapi malah semakin menurun, bahkan sampai menjadi lembek (gambar 5.3).
Gambar 5.3 Prinsip Pemadatan Tanah Tingkat kepadatan suatu tanah dinilai dengan berat volume kering tanah yang dipadatkan. Makin tinggi berat isi kering (dry) suatu contoh tanah, makin kecil angka porinya dan semakin tinggi pula indeks kepadatannya (Id). Tetapi nilai porositas tanah tidak dapat langsung dipakai sebagai acuan perilaku tanah yang sebenarnya termasuk kepadatannya. Sebagai contoh : dua macam tanah yang berbutir kasar dapat mempunyai nilai porositas yang sama, tetapi kondisinya berbeda, yang satu dalam keadaan padat dan yang satunya lagi kondisi lepas.
50
Untuk itu, dalam menentukan tingkat kepadatan tanah dapat dipakai kepadatan relatifnya atau yang juga disebut sebagai nilai Indek Kepadatan (Id) yang dirumuskan sebagai berikut Id Id
e max e e max emin e max e e max
emin
; Id 1 kondisi tanah paling padat ; Id 0 kondisi tanah paling lepas
Dimana : emax = angka pori dalam keadaan paling lepas emin = angka pori dalam keadaan paling padat e
= angka pori yang sesungguhnya
5.5. Pemadatan di Laboratorium Pengujian pemadatan di laboratorium dilakukan untuk mendapatkan nilai kadar air yang optimum pada saat nilai berat isi kering maksimum. Nilai kadar air optimum (OMC – Optimum Moisture Content ) inilah yang akan dipakai sebagai air pemadat di lapangan untuk mencapai nilai berat isi maksimum. Di laboratorium pengujian pemadatan dapat dilakukan dengan dua metoda yaitu : pemadatan standar (standard proctor test ) dan pemadatan yang dimodifikasi (modified compaction test ). a. Standard Proctor Test (SPT) Percobaan ini pertama kali dikenalkan oleh R.R. Proctor pada tahun 1933, dengan menggunakan alat pemadat standar dengan dimensi sebagai berikut : Tabel 5.2 Procotor Standard Test Dimensi Volume cetakan (mould) Berat Pemukul (hammer) Tinggi jatuh hammer Jumlah lapisan per contoh Jumlah pukulan tiap lapis
British 1/30 ft³ 5,5 lb 12 in
SI unit 0,001 m³ 24,50 N 0,305 m
3 lapis 25 pukulan
Prosedur pengujian : 1). Persiapan contoh tanah, ambil contoh tanah secukupnya dalam keadaan kering udara, bersihkan dari kotoran dan kalau ada gumpalan, remas atau tumbuk pelan-pelan dengan palu karet agar butiran tidak hancur. Kemudian ayak dengan ayakan 4,75 mm atau 19,00 mm sampai mencapai 15 kg. Bagi contoh menjadi 5 bagian yang masing-masing diberi air sampai merata dengan jumlah yang berbeda, kemudian peram dalam kantong selama 24 jam 2). Siapkan cetakan, bersihkan, timbang berat cetakan dan ukur dimensinya (diameternya, tingginya). A 3). Ambil salah satu contoh tanah yang sudah diperam, masukkan ke dalam cetakan secara merata kira-kira 2/3 tinggi cetakan sebagai lapisan pertama 4). Tumbuk secara merata pada permukaan sebanyak 25 kali 5). Untuk lapis kedua, isi lagi cetakan tersebut dengan tanah setinggi mould, agar tanah tidak tumpah, mould disambung dengan cetakan penyambung dan umbuk lagi sebanyak 25 kali seperti pada lapis 1 dan untuk lapis ketiga lakukan seperti pada cara-cara di atas 6). Lepas cetakan penyambung dan ratakan permukaan benda uji dengan pisau perata 7). Timbang contoh dengan cetakannya 8). Keluarkan contoh dari cetakan dengan extruder dan belah contoh menjadi dua dan masing-masing belahan dicari kadar airnya 51
9). Lakukan langkah yang sama untuk contoh tanah yang kedua sampai ke-5. 10). Hitung berat isi tanah, kadar air dan berat isi kering kemudian gambarkan diagram pemadatan untuk memperoleh nilai kadar air optimum (OMC – Optimum Moisture Content ) dan berat isi kering maksimum (MDD – Maximum Dry Density ). Perhitungan :
t
Wt1 Vt1
dimana : Wt 1 = berat cetakan dengan contoh 1 – berat cetakannya. V t 1 = volume cetakan. misalnya untuk contoh yang pertama diperoleh kadar air w1, maka berat isi kering (d) untuk sampel 1 dapat ditentukan dengan rumus :
d1
t1 1 w 1
Gambar 5.4. Peralatan Pemadatan Laboratorium 1.20
MDD 1.15
dry 1.10
1.05
1.00 10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
OMC Kadar air (%)
Gambar 5.5 Grafik Pemadatan 52
Contoh : Suatu pengujian pemadatan di laboratorium menggunakan standat proctor, dengan cetakan berdiameter 15 cm dan tinggi 20 cm. Setelah dilakukan penumbukan dan dicari kadar air tiap-tiap contoh, diperoleh data sbb : Nomor contoh Berat contoh (gr) Wt Kadar air (%) w
1 3227,82 7,5
2 4773,29 15
3 5519,50 25
4 3815,10 35
Tentukan : MDD dan OMC - nya Penyelesaian : Volume sampel (Vt) :
Vt = ¼ . . d² . t = ¼ . . 15² . 20 = 3534,29 cm3
Berat isi tanah (t)
t = Wt Vt
:
Berat isi kering (d) :
d = t (1 + w)
Hasil perhitungan : Nomor sampel Satuan Kadar air (w) % Berat isi tanah (t) gr/cm³ Berat isi kering (d) gr/cm³
1 7,5 0,91 0,85
2 15 1,35 1,17
3 25 1,56 1,25
4 35 1,08 0,80
b. Modified Compaction Test Dengan berkembanya alat pemadat dilapangan terutama untuk konstruksi-konstruksi berat seperti bandara, jalan tol dll, maka dilakukan penyesuaian atas energi pemadatan yang harus diberikan pada saat pemadatan di laboratorium sehingga terjadilah modifikasi dari proctor test (modified compaction test ). Metoda pengujiannya sama dengan pengujian standar, hanya penumbuk dan jumlah lapisannya yang berbeda seperti pada tabel di bawah ini. Tabel 5.3 Modified Compaction Test Dimensi Berat hammer Tinggi jatuh hammer Jumlah lapisan
British 10 lb 18 in
SI unit 44,5 N 0,457 m 5 lapisan
Dengan adanya energi pemadat yang lebih besar per satuan luasnya, dengan sendirinya akan terjadi kenaikan berat isi kering dan berkurangnya jumlah air pemadat yang dibutuhkan.
OMC b a OMC
Gambar 5.6. A Modified - B Standard 53
Dengan pemadatan yang lebih besar (modified ) diperoleh berat isi kering yang lebih besar dibanding dengan cara standar, sedang kadar air yang dibutuhkan lebih kecil dibanding dengan cara proctor sehingga ter jadi pergeseran OMC dan MDD yang mengikuti garis optimum. c. Zero Air Void Curve Secara teoritis, berat isi kering pada kadar air tertentu didapatkan bila pori-pori tanah tidak terisi udara lagi, yaitu pada saat derajat kejenuhan = 100%. Kondisi semacam ini yang dinamakan “Zero Air Void ” (pori-pori tidak mengandung udara sama sekali), sehingga berat isi keringnya dapat ditentukan seperti di bawah ini. Hubungan antara berat isi kering dan kadar air pada kondisi yang demikian dapat digambarkan dalam bentuk kurva yang disebut ZAVC (Zero Air Void Curve), yang juga berfungsi sebagai penunjuk bahwa kurva pemadatan riil yang terjadi tidak akan pernah memotong ZAVC.
ZAV
Gs. w Gs.w 1 Sr
dimana : Gs = Berat jenis tanah w
= Berat isi air
w = Kadar air Sr = Derajat kejenuhan = 100 %
Gambar 5.7. Zero Air Void Curve
Latihan soal : 1). Suatu pemadatan di lab dengan proctor, volume mold 2000 cm data-data diperoleh sebagai berikut : Sampel Berat tanah (gr) w%
1 3600 20
2 3800 23
3 3450 28
4 4060 35
5 4125 40
6 4180 48
2). Suatu tanah galian digunakan untuk urugan pada pekerjaan bangunan mempunyai berat isi kondisi asli = 1,8 gr/cm³ dengan kadar air = 8%. Pada hasil pengurugan diperoleh berat isi kering = 1,5 gr/cm3 dengan w = 10% dan Gs = 2,67. Hitung juga angka pori dan derajat kejenuhan dari tanah asli dan urugan.
54
3). Data di bawah diperoleh dari test proctor : Sampel Kandungan air w (%) Berat isi tanah wet (g/cm3) Jika Gs = 2,6 Tentukan :
1 9,6 1,80
2 11,0 1,90
3 12,5 1,96
4 14,0 2,05
5 16,0 2,10
6 18,0 2,05
7 19,5 2,01
w = 1 gr/cm³ MDD dan OMC dan juga gambarkan ZAVC
5.6. Pemeriksaan Pemadatan di Lapangan Setelah tanah yang akan dipadatkan diuji di laboratorium, maka pemadatan di lapangan dilakukan dengan jumlah air pemadat sesuai dengan yang dibutuhkan (OMC). Pemadatan di lapangan juga dilakukan lapis demi lapis dengan ketebalan lapisan 20 cm, dimaksudkan agar diperoleh nilai kepadatan yang maksimum. Mesin pemadat yang digunakan di lapangan dapat berupa mesin penggilas atau mesin penggetar, pemilihan jenis mesinnya disesuaikan dengan kondisi tanahnya. Pada hasil pemadatan di lapangan perlu dilakukan pemeriksaan untuk mengetahui apakah kepadatan yang diperoleh sesuai dengan yang direncanakan (MDD). Penyimpangan hasil di lapangan masih dapat diijinkan selama derajat kepadatan (perbandingan lap/lab) masih berada dalam batas yang diijinkan, misal tidak kurang dari 90%. Pemeriksaan hasil pemadatan di lapangan dapat dil akukan dengan berbagai metoda antara lain :
Core cutter method (cincin pemotong)
Sand cone replacement method (kerucut pasir)
Rubber ballon method (balon karet)
Nuclear method
a. Core Cutter Method Cara ini dengan menggunakan alat pemotong berbentuk seperti cincin ukuran standar dan dilengkapi dengan peralatan lain seperti : palu karet, pelumas, plastik pembungkus sampel, pisau pemotong dan lain-lain. Cara pengujian metoda ini adalah sebagai berikut : 1). Menyiapkan peralatan dan menentukan titik yang akan diuji, yang jaraknya diatur sedemikian rupa agar dapat mewakili daerah yang dipadatkan 2). Cincin pemotong diberi sedikit pelumas, agar licin 3). Tempatkan cincin pada titik yang telah ditentukan, pukul pelan-pelan ke dalam tanah yang telah dipadatkan, dengan palu karet 4). Bila dirasa cukup, ambil cincin beserta tanah didalamnya, dan ratakan kedua sisi permukaannya dengan pisau pemotong 5). Segera bungkus dengan plastik, jangan dibiarkan contoh terlalu lama berhubungan dengan udara luar 6). Penentuan berat isi dan kadar air dapat dilakukan di laboratorium 7). Menentukan d lapangan dan membandingkan dengan d laboratorium. (derajat kepadatan)
55
Gambar 5.8 Peralatan Cincin Pemotong b. Sand Cone Replacement Method Cara ini dengan menggunakan kerucut pasir seperti pada gambar, yang dilengkapi peralatan lain yaitu : alat penggali tanah, penyimpan contoh dengan tutup rapat, pasir kwarsa (ottawa sand ).
Sand cone
Tabung kalibrasi
Alas
Gambar 5.9 Peralatan Sand Cone Adapun prosedur pengujiannya adalah sebagai berikut : 1). Menentukan berat isi pasir yang digunakan untuk pengujian (p s) 2). Menyiapan peralatan dan menentukan titik-titik yang akan diuji 3). Menggali tanah pada titik yang telah ditetapkan dengan diameter dan tinggi lubang sebesar diamater mulut kerucut, bekas tanah galian dimasukkan tempat sampel dan tutup rapat-rapat, agar kadar airnya tidak berubah 4). Memasukkan pasir ke dalam tabung dan ditimbang beratnya (W1) 5). Corong (kerucut) ditempatkan pada lobang galian dan kran dibuka, dibiarkan pasir mengisi lobang sampai penuh, kemudian kran ditutup lagi 6). Sisa pasir di dalam tabung ditimbang beratnya (W2), maka pasir yang masuk lobang adalah : Wp s = W1 – W2 56
- Menghitung volume pasir : Vp s = Wp s p s - Volume tanah galian galian = volume pasir : Vt = Vp s - Timbang tanah dari lobang galian = Wt - Hitung berat isi tanah adalah: t = Wt Vt atau t = Wt Vp s - Menentukan kadar air (w) dari tanah galian tersebut ters ebut dan dihitung dihitung d. c. Rubber Balon Method Cara ini prinsipnya mirip dengan kerucut pasir, hanya media yang digunakan untuk mencari volume lubang adalah air di dalam balon karet. Prosedur pengujian adalah sebagai berikut : 1). Peralatan diisi air, kemudian balon karet dipasangkan 2). Menggali lubang dengan diameter dan tinggi sesuai dengan ukuran alat 3). Tanah galian ditimbang beratnya dan dicari kadar airnya 4). Tempatkan alat di atas lobang, buka kran dan pompa sehingga air di dalam alat akan mengalir ke dalam balon karet 5). Volume air yang masuk ke dalam balon karet dapat dapat terbaca di dalam alat dan itu merupakan volume tanah galian 6). Dengan demikian dapat ditentukan berat isi kering tanah yang telah dipadatkan.
Tabung berisi air Pompa tekan
Kran Alas Balon Gambar 5.10. Rubber Balon
d. Nuclear Method Untuk pengujian pemadatan dengan nulear method tidak dibahas disini, mengingat peralatannya yang masih langka dalam penggunaanya, hal ini dikarenakan biaya investasi dan perawatan serta operasional untuk alat yang dimaksud masih relatif mahal. Secara garis besar prinsip kerja methode ini dapat dilihat pada gambar
57
Gambar 5.11 Nuclear Method Apparatus 5.7. Derajat Kepadatan (Dc = Degree of Compaction) Compaction) Derajat kepadatan adalah istilah yang digunakan untuk membandingkan hasil pamadatan tanah di lapangan dengan perencanaan pemadatan di laboratorium. laboratorium . Derajat kepadatan ini dapat di rumuskan sebagai berikut : Dc
lap 100 % lab
Dimana : Dc = derajat kepadatan (dalam persen) lap = berat isi tanah kering (MDD) lapangan lab = berat isi tanah kering (MDD) hasil laboratorium. Pada pekerjaan jalan raya, derajat kepadatan dari timbangan biasanya berkisar antara 90 –100% –100% dari berat satuan tanah kering hasil test pemadatan modified. Dan untuk saat ini, derajat kepadatan tanah ini dapat dilakukan pengujian dengan pengujian CBR (California (California Bearing Ratio) Ratio) yang intinya membandingkan beban penetrasi di lapangan dengan suatu beban standar. Lebih detail mengenai hal ini akan dibahas pada mata kuliah Laboratorium Uji Tanah. 58
Untuk memperkirakan nilai OMC dan MDD MDD dari standard proctor, dapat dihitung dengan rumus-rumus empiris sebagai berikut :
B OMC SL k 2 A MDD
100,125.k1 B 100 SL . 1 A SR
Dimana : SL = shrinkage limit (batas susut)
IP = Plasticity Index = LL – LL – PL
SR = shrinkage ratio
k2 = 0,33 . IP – IP – 4,0
k1
104,0 104,0 0,6 0,67. 7. IP
A = Prosentase bahan lebih kecil No. 4 (4,76 mm) B = Prosentase bahan lebih kecil No. 40 (0,42 mm)
100
Contoh : Hasil pengujian tanah timbunan diperolah data seperti di bawah ini : -
Shrinkage limit (batas susut) (SL) = 16 %
-
Plastic limit (batas plastis)
(PL) = 24 %
-
Liquid limit (batas cair)
(LL) = 45 %
-
Shrinkage ratio
(SR) = 1,85
-
Tanah lewat ayakan No. 4
(A) = 90 %
-
Tanah lewat ayakan No. 40
(B) = 78 %
Berdasarkan data di atas perkirakan nilai MDD dan OMC. IP = LL – LL – PL = 45 – 45 – 24 = 21 k2 = 0,33. IP – IP – 4,0 = 0,33.(21) – 0,33.(21) – 4,0 = 2,93
k1
104,0 104,0 0,67 0,67.. IP 104,0 104,0 0,67 0,67.. (21) (21) 100 100
B OMC SL k 2 A MDD
16
0, 8993
78 2, 93 16, 80 % 90
100,125.k1 B 100 SL . 1 A SR
100,125.0,8993 78 100 16 . 1 90 1,85
1, 74 g/cm³
59
DAFTAR PUSTAKA
1. Head, KH, MANUAL OF SOIL LABORATORY TESTING, Volume 1 & 2, Pentech Press, London, 1980. 2. Joseph E. Bowles, PHYSICAL AND GEOTHECNICAL PROPERTIES OF SOILS, Mc. Graw-Hill, Inc, 1984. 3. Braja M, Das, PRINCIPLES OF GEOTECHNICAL ENGINEERING, PWS Publishers, 1985. 4. Braja M, Das, Indra Surya, Noor Endah MEKANIKA TANAH 1 & 2 , Erlangga, Jakarta, 1991 5. Hadiyatmo, H.C. MEKANIKA TANAH 1 & 2 , Gadjah Mada University Press, Jogjakarta, 2003 6. Craig, R.F. MEKANIKA TANAH , alih bahasa : Budi Susilo, Erlangga, Jakarta, 1984 7. Liu, C. & Evett, J.B. Soil and Foundations, Prentice Hall, 1992 8. Soedarmo, G.D. & Purnomo, S.J.E. MEKANIKA TANAH 1 & 2 , Kanisius, Jogjakarta, 1993 9. Sosrodarsono, Suyono, MEKANIKA TANAH DAN TEKNIK PONDASI , Pradnya Paramita, Jakarta, 1994 10. Terzaghi, Karl, SOIL MECHANICS IN ENGINEERING AND PRACTICE , third edition, John Wiley & Sons Inc. , New York, 1995 11. Aponno, Gerard, PETUNJUK PRAKTIKUM UJI TANAH , Politeknik Negeri Malang, 2000
60
Lampiran : Elemen tanah dalam keadaan asli dan fase elemen tanah asli : Void/pori berisi air dan udara
Wa
Udara
Va VV
Ww Wt
Tanah
Vt
Air
Vw Vt
Wt
Ws
Butiran
Vs
Butiran
Rumus dasar : No. Istilah 1 w ; m ; Wc ; mc 2 ; t ; ; t 3 s ; s 4 w ; w 5 d ; d 6 sat ; sat 7 sub ; sub 8 ’ ; ’ 9 e 10 n
Rumus Ww ÷ Ws Wt ÷ Vt Ws ÷ Vs Ww ÷ Vw Ws ÷ Vt Wsat ÷ Vt Wsub ÷ Vt sat – w Vv ÷ Vs Vv ÷ Vt
Catatan : = weight (berat)
→
No. Istilah 11 Sr ; S 12 Gs ; G 13
Dr ; ID
14 15 16
Rc na ac
17
Rumus Vw ÷ Vv s ÷ w
e emak e min e mak
d ÷ d maks Va ÷ Vt Va ÷ Vv Vw ÷ Vs (water ratio)
= . g → g = gravitasi = 9,81 m/s² 10 m/s²)
= density (kerapatan = massa)
1 N = gaya yang bekerja pada benda yang mempunyai massa 1 kg diberi kecepatan 1 m/s² Berat / massa air (w ; w) : Notasi Besaran 62,4 lb/ft³ (pcf) w 9,81 kN/m³ 10 kN/m³ 1,0 ton/m³ w 1000 kg/m³ 1,0 gr/cm³ Faktor-faktor konversi : No. Besaran 1 ft 1 Panjang 1 ft² 2 Luas 1 ft³ 3 Volume 1 lb 4 Gaya
Satuan Inggris berat
Berat /massa tanah basah ; buoyant/submerged (b ; b) : Notasi Besaran Istilah indonesia basah b ; b = ; t b ; b = sat – w = sat – w
massa
inggris
buogyant
SI
Inggris → SI 0,3048 m = = 929,03.10-4 m² = 28,317.10-3 m³ = 4,448.10-3 kN 0,4536 kg = 1 lb/ft² = 0,04788 kN/m² 5 Tegangan 4,88251 kg/m² = 0,1572 kN/m³ 6 Berat volume 1 lb/ft³ = 16,0186 kg/m³ =
SI → Inggris 1m = 3,281 ft 1 m² = 10,764 ft² 1 m³ = 35,32 ft³ 1 kN = 224,8 lb 1 kg = 2,2046 lb 1 kN/m² = 20,885 lb/ft² 1 kg/m² = 0,2048 lb/ft² 1 kN/m³ = 6,361 lb/ft³ 1 kg/m³ = 0,0624 lb/ft³
61
Elemen tanah dalam keadaan asli dan jenuh air (saturated soils) : Diagram fase : Wa = 0
e = Vv ÷ Vs e = Vv → Vs =1
Va = 0
Udara
VV = e Ww = w.Gs.w
Ws =Gs.w Va
Udara
Wa = 0
Wa = 0
Ww
Vs = 1
Udara
Va = 0
Air
Ws = Gs.w
Butiran
Vv = Vw = e
Vs = 1
VV = Va+Vw
Vw
Air
Butiran
Ww = e.w
Va
Udara
VV Wt
Vw = w.Gs
Air
Vw = w.Gs.Vs
Air
Ww = w.Gs.w.Vs Vt
Ws
Vs
Butiran
Ws =Gs.w.Vs
Vs
Butiran
Wa = 0
n = Vv ÷ Vt n = Vv → Vt =1 VV = n
Ww = w.Gs.w.(1-n)
Vw = w.Gs.(1-n)
Air
Ww = n.w Ww = w.Gs.w.(1-n)
Air
Vv =Vw = n Vv = w.Gs.(1-n) Vt = 1
Ws =Gs.w.(1-n)
Rumus dasar kondisi tanah asli
Rumus turunan kondisi tanah asli
Vs = (1-n)
Butiran
Ws = Gs.w.(1-n)
Butiran
Vs = (1-n)
Rumus turunan kondisi tanah jenuh air ( saturated soils) ; Sr = 100% = 1
62
Keterangan penurunan rumus :
Rumus dasar kondisi tanah asli : w
Ww Ws
e
Vv
s
n
n
e
Vs
1 n
Ws Vs
Vv Vt
Ws s .Vs
w
e
Gs
n
1 e
Ww Vw
Vw
s w
Ww
w
Sr
Vw Vv
Rumus turunan kondisi tanah asli :
s V Gs. w .Vs w w s
Ws
s .Vs
Ww
= w . Ws = w . Gs . w . Vs
Vw
Ww w.Ws
Ww
w
w .Gs . w .Vs
w
w.Gs.Vs
Rumus turunan kondisi tanah jenuh air (saturated soils), Sr = 100% = 1: Sr
Vw Vv
Ww / w Vv
w .Ws Vv . w
w .Gs. w .Vs Vv . w
w.Gs.Vs Vv
Bila unsur angka pori (e) yang diketahui/dicari, supaya
Sr
w.Gs e
1 e w.Gs
w .Gs e
w .Gs .(1 n) n
1
nilai (e) = Vv maka diasumsikan Vs = 1
Keterangan penurunan rumus :
Rumus dasar kondisi tanah asli : w
Ww Ws
e
Vv
s
n
n
e
Vs
1 n
Ws Vs
Vv Vt
Ws s .Vs
w
e
Gs
n
1 e
Ww Vw
Vw
s w
Ww
w
Sr
Vw Vv
Rumus turunan kondisi tanah asli :
s V Gs. w .Vs w w s
Ws
s .Vs
Ww
= w . Ws = w . Gs . w . Vs
Vw
Ww w.Ws
Ww
w
w .Gs . w .Vs
w
w.Gs.Vs
Rumus turunan kondisi tanah jenuh air (saturated soils), Sr = 100% = 1: Sr
Vw Vv
Ww / w Vv
w .Ws Vv . w
w .Gs. w .Vs Vv . w
w.Gs.Vs Vv
Bila unsur angka pori (e) yang diketahui/dicari, supaya
Sr
e
w .Gs .(1 n) n
1
nilai (e) = Vv maka diasumsikan Vs = 1
w.Gs
1 e w.Gs e Ws = Gs . w . Vs = Gs . w
Ww = w . Ws = w . Gs . w . Vs = w . Gs
Vv = Vw = w . Ws = w . Gs . Vs = e
Bila
w .Gs
unsur porositas (n) yang diketahui/dicari, supaya nilai (n) = Vv maka diasumsikan Vt = 1, Vs = (1 – n)
Sr
w.Gs.(1 n)
1 n w.Gs.(1 n) n Ws = Gs . w . Vs = Gs . w . (1 – n)
Ww = w . Ws = w . Gs . w . Vs = w . Gs . w . (1 – n) = n . w
Vv = Vw = w . Ws = w . Gs . Vs = w . Gs . (1 – n) = n
63
Distribusi butiran tanah : U.S. Standard sieve sizes 4 . o n
100
0 1 . o n
0 4 . o n
0 0 1 . o n
0 0 2 . o n
5 1 . 0
5 7 0 . 0
90 80 70 r e n i f t n e c r e P
60 50 40 30 20 10 0 5 7 100
9 1
10
5 7 . 4
0 . 2
1
5 2 4 . 0
0.1
0.01
0.001
Grain diameter (mm) Gravel coarse fine
coarse
Sand medium
Silt and Clay fines
fine
U.S. Standard sieve sizes 4 . o n
100
0 1 . o n
0 4 . o n
0 0 1 . o n
0 0 2 . o n
5 1 . 0
5 7 0 . 0
90 80 70 r e n i f t n e c r e P
60 50 40 30 20 10 0 5 7 100
9 1
10
5 7 . 4
0 . 2
1
5 2 4 . 0
0.1
0.01
0.001
Grain diameter (mm) Gravel coarse fine
coarse
Sand medium
fine
Silt and Clay fines
64
Table Matrik of test type and test purpose related to reclamations and foundation ploblems NO.
Type of the test
1 Seismic Refraction 2 Resistivity Electric 3 Magneto Tellurique Artificielle 4 Boring Logs 5 Standart Penetration Test 6 Cone Penetration Test 7 Pressiometre Test 8 Vane Test 9 Piezometre Test 10 Tassometre Test 11 Inclinometer Test 12 Grain Size Analysis 13 Volumetric-Gravimetric 14 Atterberg Limits 15 Proctor Test 16 Sand Cone Test 17 Ballon Density Test 18 California Bearing Rasio Test 19 Plate Bearing Test 20 Permeability Test 21 Electronic Analogy Test 22 Consolidation Test 23 Triaxial Test 24 Direct Shear Test 25 Unconfiend Compression Test Note : X : First priority O : Secondary
Test Purpose Shallow Deep Retaining Sheet Other Soil Vertical Stone Slope foundation foundation wall pile Pavement Preloading soil Settlement properties draine column stability stability stability stability stability improvement O O O X O O O O O
O O O X
O O
O
O O
O O
X X X X
X X X O
X X O
X X X
X X X
X
O O O
X X O O
O X X O
X
O O O X X X X
O O
X
X
O
X
X
X
O O O O
O O O X
O O O X
O
O O O O X O O
O O
X
X
O
X X X
X X X
X X X
O O O O O O O
X
X
X
O
X O
X O
O O
O O
O
O
X X X X X O O X O O
X O X X X X
O X O X X X
O O X X X
65
66
66
45 44
) % ( r 43 i a r a d 42 a K
41 40 10
20
25 30 40 Jumlah pukulan (N)
50
60
80
100
1
45 44
) % ( r 43 i a r a d 42 a K
41 40 10
20
25 30 40 Jumlah pukulan (N)
50
60
80
100
2
Alternatif DAFTAR ISI KATA PENGANTAR DAFTARISI BAB. 1 PENDAHULUAN ........................................................................................................... 1.1. Definisi 1.2. Siklus Batuan dan Asal Usul Tanah . BatuanBeku 1.2.1 1.2.2 Pelapukan Transportasi dari Hasil Pelapukan . 1.2.3 1.2.4 Batuan Sedimen 1.2.5 Batuan Metamorf 1.3. Partikel Tanah 1.4. Mineral Lempung 1.5. Berat Spesifik (Gs) Tanah(Soil) 1.6. 1.6.1 Proses Pembentukan Tanah ................................................................................................ 1.7. Analisis Mekanis dari Tanah ......................................................... 1.7.1 Analisis Ayakan Analis is Hidromete r 1.7.2 1.7.3 Kurva Distribusi Ukuran Butiran ... 1.8. Ukuran Efektif, Koef. Keseragaman BAB. II KOMPOSISI TANAH .................................................................................................... 2.1. Hubungan Volume-Berat ................................................................................................. 2.2. Kerapatan Relatif 2.3. Konsistensi Tanah 2.3.1 BatasCair 2.3.2 Batas Plastis Batas Susut 2.3.3 2.4. Aktivitas 2.5. Struk tur Tanah .................................................................................................................................................................................... 2.5.1 Struktur Tanah Tak Berkohesi .................................................................................................................................................. Struktur Tanah Kohesif : ....................................................................................... ..................................................................... 29 2.5.2 BAB. I I I KLASIFIK ASI TANAH ......................................................................................................................................................... Klasiflkasi Berdasarkan Tekstur ................................................................................................................................................... 3.1.
27 27 31 31
3
3.2. Klasifikasi Berdasarkan Pemakaian ............................................................................................................................................. Sistem Klasifikasi AASHTO ....................................................................................................'................................................. 3.2.1 3.2.2 Sistem Klasifikasi Unified ......................................................................................................................................................... 3.3. Perbandingan Antara Sistem AASHTO dan Unifled ................................................................................ BAB. IV KEKUATAN DAN DEFORMASl TANAH ................................................................................................................................. Kekuatan Geser ................................................................................................................................................................. 42 4.1. 4.2. Kekuatan Rekat/Kohesi ( C ) ........................................................................................................................................................ Koh esi Nya ta ............................................................................................................................................................. 43 4.2.1 4.2.2 Kohesi Semu ............................................................................................................................................................ 44 Kekuatan Geser anlara Butir ......................................................................................................................................................... 4.3. 4.4. Tegangan Total, Teg. Efektif &Teg. Air Pori .............................................................................................................................. Tegangan Total .............................................................................................................................................................. 45 4.4.1 4.4.2 Tegang an Efekti f ............................................................................................................................................................. 45 Tegangan Air Pori ............................................................................................................................................................. 45 4.4.3 4.5. Parameter Geser Tanah ............................................................................................................................................................... Test Untuk Menentukan Kekuatan Geser Tanah ........................................................................................................................ 4.6. 4.6.1 Test Geser Langsung ............................................................................................................................................................. 49 Test Triaksial .............................................................................................................................................................. 51 4.6.2 4.7. Pcrkiraan Sudut Geser Dalam ............................................................................................................... BAB. V KEPADATAN TANAH DAN PEMADATAN TANAH ................................................................................................................. 5.1. Tujuan Instruksional Khusus........................................................................................................................................................... 5.2. Kepadatan Tanah ..................................................................................................................................................................56 5.3. Kepad atan Relati f ................................................................................................................................................................ 58 Pemadatan Tanah ................................................................................................................................................................ 60 5.4. 5.5. Pemadatan di Laboratorium .......................................................................................................................................................... Standard Proctor Test ........................................................................................................................ 64 5.5.1 5.5.2 Modified Compaction Test................................................................................................................. 67 Zero Air Void Curve ............................................................................................................................ 68 5.5.3 5.6. Pemeriksaan Pemadatan di Lapangan .................................................................................................. 70 5.6.1 Core Cutter Method ............................................................................................................................. 71 5.6.2 Sand Cone Replacement Method ...................................................................................................... 72 5.6.3 Rubbe r Ballo n Metho d ....................................................................................................................... 73 5.6.4 Nuclear Method .................................................................................................................................... 74 5.7. Derajat Kepadatan (Dc) .......................................................................................................................... 75 DAFTAR PUSTAKA 77
33 34 37 40 42 43
44 45
46 48
53 56 56
64
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR DAFTAR ISI BAB I PENDAHULUAN 1.1. Tujuan Instruksional Umum 1.2. Tujuan Instruksional Khusus 1.3. Sejarah Perkembangan Mekanika Tanah 1.4. Susunan Tanah dan Asal Usulnya 1.4.1. Batuan 1.4.2. Tanah 1.5. Pendapat Umum Mengenai Tanah 1.5.1. Tanah Sebagai Dasar Bangunan 1.5.2. Tanah Sebagau Bahan Bangunan 1.6. Stratifikasi Tanah 1.7. Air di Dalam Lapisan Tanah BAB II KLASIFIKASI TANAH 2.1. Tujuan Instruksional Khusus 2.2. Umum 2.3. Cara Sederhana 2.4. Klasifikasi dengan Pengujian di Laboratorium 2.4.1. Analisa Ukuran Butir 2.4.2. Pengujian Batas-batas Atterberg 2.5. Sistem Klasifikasi Tanah 2.5.1. Klasifikasi Berdasarkan Tekstur 2.5.2. Klasifikasi Tanah Berdasarkan USCS atau ASTM BAB III KARATERISTIK FISIK TANAH 3.1. Tujuan Instruksional Khusus 3.2. Sifat Fisik Tanah 3.3. Hubungan Berat-Volume
HAL i ii 1 1 1 2 3 3 5 5 6 7 8 10 10 10 13 14 17 22 23 24 31 31 32
4
