Pada tanah problematik terutama tanah lempung, kuat geser dan daya dukungnya dipengaruhi oleh perubahan volume dapat terjadi pada saat pengujian dengan drainase terbuka (drained). Perubahan volume dapat berupa pengurangan atau penambahan, karena tergantung dari kerapatan relatif maupun tekanan kekang atau tekanan sel (confining pressure). Demikian pula yang terjadi pada kelakuan tanah kohesif yang jenuh air bila mengalami pembebanan. Dalam kondisi pengujian dengan drainase terbuka, perubahan volume yang berupa kompresi ataupun pelonggaran tidak hanya tergantung pada kerapatan dan tegangan kekang saja, akan tetapi tergantung pula pada sejarah tegangan.
Demikian pula pada pembebanan kondisi tak terdrainase (undrained), nilai tekanan air pori sangat tergantung dari jenis lempung, apakah lempung tersebut normal-consolidated atau over- consolidated. Biasanya bekerjanya beban bangunan di lapangan, lebih cepat daripada kecepatan air untuk lolos dari pori-pori tanah lempung akibat pembebanan. Keadaan ini menimbulkan kelebihan air pori (excess pore pressure) dalam tanah. Jika pembebanan sedemikian rupa sehingga tak terjadi keruntuhan tanah, maka yang terjadi kemudian adalah air pori akan mempengaruhi perubahan volume terjadi.
Kecepatan perubahan volume yang terjadi pada tanah pasir dan lempung berbeda. Karena, kecepatan perubahan volume tanah akan sangat tergantung dari permeabilitas tanah. Karena tanah lempung berpermeabilitas sangat rendah, sedangkan tanah pasir tinggi, kecepatan berkurangnya tekanan air pori akan lebih cepat terjadi pada tanah pasir. Jadi, untuk tanah pasir, perubahan volume akibat tekanan air pori akan lebih cepat daripada tanah lempung.
Penerapan uji KEKUATAN GESER TANAH didasarkan pada parameter yang dipengaruhi oleh beberapa faktor:
1) FAKTOR PENGARUH LAPANGAN
• Keadaan tanah : angka pori, ukuran dan bentuk butiran • Jenis tanah : pasir, berpasir, lempung dsb
• Kadar air (terutama lempung) • Jenis beban dan tingkatnya • Kondisi Anisotropis
2) Faktor pemilihan uji LABORATORIUM • Metode pengujian
25
• Kadar air• Tingkat regangan
Penerapan uji laboratorium terhadap parameter kuat geser dipengaruhi oleh kondisi lapangan dan pembebannanya seperti diperlihatkan pada Gambar 2- 2 dan Gambar 2- 3. Kuat geser tanah lempung pada kondisi undrained dapat diperoleh pada pengujian triaksial dengan dua cara yaitu metode uji triaksial consolidated undrained dan metode uji triaksial unconsolidated undrained (Gambar 2- 4).
Adapun jenis uji dalam memperoleh nilai parameter kuat geser untuk jenis tanah dan konstruksi dalam mewujidkan agar dipenuhinya stabilitas jangka pendek (short term) atau jangka panjang (long term) diperlihatkan pada Gambar/tabel. dan pada Gambar 2- 1 diperlihatkan tentang penerapan uji jangka pendek dan jangka panjang terhadap diperolehnya parameter kuat geser. Parameter kuat geser yang perlu diperoleh dari uji laboratorium diperlihatkan pada Tabel 2 - 2 yang menggambarkan antara parameter kuat geser, jenis tanah dan faktor pengaruh lapangan dan laboratorium.
26
Tabel 2 - 1. Jenis uji Kuat Geser dan Jenis Konstruksi dalam memenuhi syarat stabilitas
27
Gambar 2- 2. Penerapan Uji Kuat Geser Tanah terhadap Kondisi Lapangan danPembebanannya
28
Tabel 2 - 2. Parameter Kuat Geser yang diujiPenerapan tipe uji triaxial dan prosedur pengujiannnya terhadap kondisi lapangan dan pembebanan yang bekerja dan harus diperhitungkan diperlihatkan pada Tabel 2 - 3.
Tabel 2 - 3. Tipe Pengujian Triaxial dan Tahap Penerapannya
2.7.1 Uji Triaxial
2.7.1.1 Uji Triaksial unconsolidated undrained (UU test)
Uji triaksial dengan cara unconsolidated undrained, atau triaksial UU (tak terkonsolidasi-tak terdrainase), digunakan untuk menentukan kuat geser tanah lempung pada kondisi aslinya (di dalam tanah), dimana angka pori benda uji pada permulaan pengujian tidak berubah dari nilai aslinya di dalam tanah. Akan
29
tetapi dalam praktik, pada pengambilan contoh benda uji, akan terjadi sedikittambahan angka pori. Ada bukti bahwa kuat geser lempung kondisi undrained di lapangan adalah tidak isotropis (anisotropis), yaitu kuat gesernya tergantung dari arah tegangan utam
Saat pengujian, tegangan efektif benda uji tidak berubah sesudah bekerjanya tekanan sel. Sebab, untuk tanah jenuh pada kondisi tanpa drainase, sembarang tambahan tekanan sel menghasilkan tambahan tekanan air pori. Jika seluruh benda uji dari tanah yang sama, sejumlah uji unconsolidated undrained, dilakukan dengan tekanan sel yang berbeda, akan menghasilkan nilai-nilai
-Uji unconsolidated undrained dan uji unconsolidated drained dari bagian pengujian consolidated undrained (tahap pengujian setelah konsolidasi penuh diizinkan dengan jalan penerapan tekanan sel) dikerjakan dengan cepat, dan dapat pula dilakukan pengukuran tekanan air pori. Biasanya keruntuhan dihasilkan dalam periode 5 – 15 menit. Tiap pengujian dilaksanakan sampai tercapai nilai tegangan deviator maksimum atau regangan telah melampaui regangan aksial (axial strain) sampai sebesar 20%.
Dalam uji unconsolidated undrained, drainase tidak diijinkan selama proses
pembebanan untuk mengimplementasikan: 1. Tegangan utama mayor
Bila tanah jenuh, uji unconsolidated undrained, akan menghasilkan tegangan -olah mengabaikan. Sehingga bentuk selubung kegagalan tegangan total adalah
2- 48). Persamaan kuat geser pada kondisi undrained dapat dinyatakan dalam persamaan 8):
……… 8)
- si unconsolidated
30
Nilai kuat geser yang dihasilkan biasanya disebut kuat geser undrained (cu)- -
adalah kohesi lempung pada kondisi unconsolidated undrained.. Sehingga persamaan (9) sering ditulis dalam bentuk:
……….9)
-undrained.
jenuh B = 1, benda uji 1 dan 2 akan runtuh pada tegangan deviator yang sama, pada saat runtuh, diberikan oleh lingkaran nomor 3 (Gambar 2- 5).
Gambar 2- 4. Uji triaksial Kuat Geser tak terdrainase tak terkonsolidasi - UU (unconsolidated undrained) pada tanah lempung jenuh (Das, 1987)
Gambar 2- 5. Uji Triaxial Kuat Geser takkonsolidasi dan tak terdrainase UU - consolidated undrained pada tanah lempung jenuh dengan B=1 (Das, 1987)
31
2.7.1.2 Uji Triaksial consolidated undrained (CU test)Uji triaksial CU (consolidated undrained) digunakan untuk menentukan kuat geser lempung pada kondisi tak terdrainase (undrained), yaitu bila lempung angka porinya (e) telah berubah dari kondisi asli di lapangan oleh akibat konsolidasi. Dalam uji consolidated undrained, mula- mula benda uji diberikan tekanan sel supaya berkonsolidasi dengan drainase penuh diberikan. Setelah nol, t
uji. Selama pembebanan, saluran drainase ditutup. Karena drainase tertutup, tekanan air pori (tekanan air pori akibat tegangan deviator sewaktu drainase telah ditutup = ud) dalam benda uji bertambah. Pengukuran serempak tegangan
-
Keruntuhan dalam uji CU ini (failure) dapat diartikan sebagai ketidakmampuan elemen tanah untuk menahan beban akibat pembebanan. Keruntuhan dapat dihubungkan dengan regangan yang besar dan atau penurunan keadaan regangan yang sangat cepat dimana tidak dapat ditahan oleh tanah. Tujuan dari teori ini adalah untuk menyajikan hubungan dimana kekuatan sebagai fungsi dari beberapa propertis tanah dan beban yang terjadi dan dapat memperkirakan kombinasi tegangan yang kritis. Teori keruntuhan digunakan untuk menguji hubungan antara tegangan normal dan tegangan geser tanah. Landasan teori yang digunakan dalam teori keruntuhan Mohr-Coulomb ini adalah berdasarkan teori kekuatan geser tanah (Mohr-Coulomb) yang bila dinyatakan dalam fungsi tegangan normal efektif seperti pada persamaan (10).
……….………10) Tegangan normal ini dinotasikan dalam suatu tegangan utama, yang terdiri dari:
Pada kondisi di lapangan,
umumnya tanah mengalami tegangan anisotrpis, tetapi pada
pengujian dengan menggunakan alat triaksial, tanah mengalami tegangan secara isotropis, sehingga diperlukan suatu penyederhanaan dimana σ2 = σ3 sebagai tegangan utama minimum.
32
Hasil dari suatu seri pengujian triaksial secara berurutan dapat digambarkandalam lingkaran- lingkaran Mohr dan hubungan antar titik tegangan pada keadaan runtuh akan mendapatkan suatu selubung keruntuhan (Gambar 2- 6).
tersebut.
Gambar 2- 6. Kondisi tegangan pada keadaan runtuh (Das, 1987)
Beberapa penelitian telah disampaikan perbandingan antara hasil pengujian lapangan dengan sondir (DCP=dutch cone penetrometer) terdapat korelasi hubungan yang sangat signifikan antara nilai konus dengan nilai cu pada uji Triaxial CU seperti diperlihatkan pada Tabel 2 - 4.
33
Tabel 2 - 4. Hubungan Antara Konsistensi Dengan Tekanan Conus Pada Tanah Problematik dengan mineral Lempung terhadap parameter kuat geser berupa nilai kohesi
takterdrainase (Cohesion Undrained)
Tabel 2 - 5. Hubungan Antara Kepadatan, Relative Density, Nilai N SPT, qc dan Ø Pada Tanah Pasir
2.7.1.3 Uji Triaxial Terdrainase dan terkonsolidasi (CD test)
Uji triaksial CD (consolidated drained) digunakan untuk menentukan kuat geser lempung pada kondisi terdrainase (drained), yaitu bila lempung angka porinya (e) telah berubah dari kondisi asli di lapangan oleh akibat konsolidasi. Prinsip hampir sama dengan uji triaxial CU, perbedaannya selama pembebanan tidak dilakukan pengukuran teganagan air pori (U) karena air dibebasakan untuk
34
keluar. Hasil yang diperoleh akan mendekati dengan gambar yang diperolehpada Perbedaan antara uji Triaxial terdainase CD dan uji Triaxial CU, adalah: pada uji Triaxial terdrainase (CD test) pengaliran pada contoh taanh diperbolehkan di bawah tekanan cell sampai tanah terkonsolidasi selesai. Kemudian, dengan pengaliran yang masih diperbolehkan digunakan selisih tegangan utama dengan kecepatan sedang untuk membuat kelebihan tekanan air pori tetap nol. Parameter kuat geser yang diperoleh dinyatakan dalam tegangan efektif yaitu c’ dan Ø’, sedangkan pada Terkonsolidasi tak terdrainase (CU test), sampel tanah dikonsoldiasi dimana air diperbolehkan mengalir keluar dari sampel tanah di bawah tekanan cell. Kemudian digunakan selisih tegangan utama tanpa pengaliran. Pengukuran tekanan air pori dilakukan selama keadaan tanpa pengaliran. Parameter kuat geser yang diperoleh dinyatakan dalam tegangan total yaitu cu dan Øu.
Tabel 2 - 6. Hasil Uji Triaxial CD (Consolidated Drained)
2.7.2 Uji Nilai Kuat Geser
2.7.2.1 Uji Kuat Geser Tanah Berdasarkan pengujian Kuat Tekan Bebas (Unconfined Compression Test)
Uji kuat tekan bebas mempunyai kemiripan dengan uji triaksial unconsolidated-undrained, UU (tak terkonsolidasi-tak terdrainase). Gambar skematik dari prinsip pembebanan dalam percobaan ini dapat dilihat pada Gambar 2.10.
35
Kondisi pembebanan sama dengan yang terjadi pada uji triaksial, hanya tekanankeliling atau tegangan selnya nol (σ3 = 0). Tegangan aksial yang diterapkan di atas benda uji berangsur-angsur ditambah sampai benda uji mengalami keruntuhan.
persamaan 11):
……….……….….11) Dimana
tekan bebas (unconfined compression strength). Secara teoritis, pada lempung jenuh seharusnya sama seperti yang diperoleh dari pengujian-pengujian triaksial unconsolidated-undrained dengan benda uji yang sama. Sehingga diperoleh persamaan 12):
…….. ………..……….12) dimana su atau cu adalah kuat geser undrained dari tanahnya. Hubungan konsistensi dengan kuat tekan bebas tanah lempung diperlihatkan dalam Tabel 2.7.Hasil uji tekan bebas biasanya tidak begitu meyakinkan bila digunakan untuk menentukan nilai parameter kuat geser tanah tak jenuh diperlihatkan pada Tabel 2 - 7 yang menyatakan hubungan korelasi empiris antara tahanan ujung dari uji UCS dengan sudut geser tanah yang dikembangkan oleh Mayerhoff (1976) dan korelasinya terhadap nilai N-SPT serta berat isinya diperlihatkan pada Tabel 2 - 8.
Tabel 2 - 7. Hubungan kuat tekan bebas (qu) tanah lempung dengan konsistensinya(Christady, 2006)
36
Tabel 2 - 8. Korelasi antara konsistensi tanah, N-SPT dan Nilai Sondir serta Berat isinyaPada tanah-tanah lempung yang terdeposisi (terendapkan) secara alamiah dapat diamati bahwa kekuatan tekanan tak tersekap berkurang banyak, bila tanah tersebut duji-ulang lagi setelah tanah tersebut menderita kerusakan struktural (remoulded) tanpa adanya perubahan dari kadar air, sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 2- 7. Sifat berkurangnya kekuatan tanah akibat adanya kerusakan struktural tanah tersebut disebut kesensitifan (sensitifity). Tingkat kesensitifan dapat ditentukan sebagai rasio (perbandingan) antara kekuatan tanah yang masih asli dengan kekuatan tanah yang sama setelah terkena kerusakan (remoulded), bila kekuatan tanah tersebut diuji dengan cara tekanan tak tersekap. Jadi, sensitifitas diperoleh (acquired sensitivity) dinyatakan dalam persamaan 13):
………13)
37
Gambar 2- 7. Sensitifitas Tanah (St) yang merupakan nilai UCS asli(undiresturbed) dan buatan (remolded)
2.7.2.2 Uji Kuat Geser Tanah Berdasarkan pengujian Geser langsung (Shear Strength Test)
Pengujian geser langsung semula dikembangkan sebagai sarana mengukur sudut geser dalam (angle of internal friction) tanah khususnya tanah berbutir. Pada pasir bersih, pengujian ini bersifat cepat karena drainasi sedemikian cepatnya sehingga tidak terbentuk tekanan pori berlebih.
Dari rangkaian tiga pengujian dengan tekanan normal berlainan, nilai pada Persamaan Coulomb τ = σ tan Φ dapat ditentukan Nilai Φ tidak hanya tergantung pada jenis dan bentuk ikatan butir tanah. Prinsip pengujian geser langsung diperlihatkan pada Gambar 4 - 8. Terlihat bahwa pada Gambar 4 - 8 Φ untuk pasir dalam keadaan padat, lebih besar dari Φ untuk pasir dalam keadaan lepas, walaupun pasir terdiri dari butiran kuarsa yang sama.
38
Gambar 4 - 8. Prinsip Pengujian Kuat Geser Langsung2.7.2.3 Penaksiran Kuat Geser
Dalam pembangunan infrastruktur jalan dan jembatan saat perencanaannya perlu dianalisa stabilitasnya terhadap kekuatan daya dukung, penurunan dan karakterstik properties tanah pendukungnya. Hal tersebut perlu dilakukan disamping tentunya juga tanah yang digunakan untuk konstruksi timbunan dalam mewujudkan daya dukung yang cukup untuk pondasi perkerasan jalan sebagai subgrade. Kekuatan daya dukung tanah problematik untuk tanah lunak terutama terjadi karena nilai Kuat Geser tak terdrainase yang dampaknya akan sangat fatal karena dapat mengakibatkan keruntuhan pondasi dan keruntuhan lereng serta penurunan yang dapat memakan waktu lama atau penurunan mendadak (subsidence) yang tentunya tergantung dari karakteristik dan properties tanah problematik tersebut.
39
Kuat geser diperoleh dari kriteria kelongsoran baik lereng maupun timbunanmenggunakan Mohr-Coulomb dan berdasarkan uji kekuatan geser yang direkomendasikan dan telah dibahas sebelumnya, namun bagi tanah lempung jenuh umumnya yang diuji pada kondisi tidak terdrainase (UU test atau CU test) maka sudut tahanan geser adalah = 0 dan diperlihatkan pada Gambar 4 - 9 a. Ini berarti bahwa kuat geser lempung merupakan nilai yang tetap dan sama dengan kohesi (c), diperlihatkan pada Gambar 4 - 9 b. dengan demikian khusus untuk tanah lempung jenuh terdapat beberapa kondisi bilaman kejenuhan tidak tercapai 100% sehingga diperoleh lingkaran Mohr-coulomb yang berbeda, maka perlu kehati-hatian dalam melakukan uji laboratoriumnya.
Gambar 4 - 9. Nilai Kuat geser untuk a). untuk Pasir b). untuk Tanah Lempung Jenuh
Nilai parameter kuat geser langsung dalam mendiskripsi jenis tanah dan karakteristiknya dilapangan diperlihatkan pada Tabel 2 - 9.
40
Maka untuk tanah yang mengadung mineral lempung perlu dilakukan ujilaboratorium dengan ketelitian misalnya menggunakan metode uji Triaxial baik untuk CU maupun CD, karena parameter kuat geser berupa kohesi (c)
dalam teori Mohr-Coulomb seperti diperlihatkan pada Gambar 4 - 10.
Untuk memeproleh nilai kuat geser efektifnya maka perlu diperhatikan dan dapat diukur misalnya dengan menerapkan prinsip penjenuhan seperti mengukur dan menerapkan tegangan back pressurenya yaitu dengan mengukur tegangan air pori saat kondisi jenuh.
Gambar 4 - 10. Teori Mohr-Coulomb untuk menentukan nilai Kuat Geser
bidang tersebut pada titik yang sama, sebagai berikut :
……….14)
sedangkan untuk menentukan tegangan geser antara tanah dengan bahan lain adalah sebagai berikut :
41
sedangkan untuk tanah pasir kohesi (c) nol maka:Nilai kuat geser tak terdrainase secara sederhanan dapat ditaksir dengan menekan lempung diantara jari-jari lalu diamati menurut tabel berikut ini menggunakan formula Mohr-Coulomb dan diperlihatkan pada Tabel 2 - 10.
Tabel 2 - 10. Koefisien adhesi antara tanah lempung dengan bahan dan material lain.
42
KEGIATAN BELAJAR 2
KETENTUAN DAN PEMILIHAN METODE
PENANGANAN TANAH PROBLEMATIK
Ketentuan sebelum menerapkan teknologi tanah problematik adalah dengan mengevaluasi jenis dan macam tanah problematik tersebut apakah berupa tanah lunak yang mengandung mineral lempung baik non-organik maupun organik, tanah ekspansif dan tanah gambut karena mesing-masing jenis tanah problematik tersebut mempunyai sifat karakteristik properties yang sangat berbeda. Langkah pertama adalah melakukan uji laboratorium terhadap jenis tanah problematik tersebut yang pada dasarnya melakunan uji terhadap tanah untuk mengklasifikasi, uji terhadap kekuatan dan uji terhadap durabilitas atau kinerjanya.