6 Uji laboratorium tanah dan jaminan mutu .1 Uji laboratorium
6.1.9 Kelulusan air
6.1.10.1 Uji konsolidasi satu dimensi
Tujuan uji konsolidasi satu dimensi adalah untuk menentukan sifat-sifat tegangan prakonsolidasi, karakteristik tekanan, rayapan, kekakuan, dan laju aliran dari tanah akibat pembebanan. Uji ini dapat dilakukan dengan mengacu pada standar uji SNI 03-2812 atau ASTM D 2435. Uraian prosedur dan penjelasan uji adalah sebagai berikut.
a) Prosedur uji
1) Uji ini dilakukan dengan menggunakan benda uji tipis (tebal 25 mm) yang berdiameter kecil antara 50-75 mm yang diambil dari contoh tidak terganggu. Pemilihan contoh yang representatif untuk pengujian biasanya sulit. Contoh yang disiapkan ditempatkan di dalam alat pembebanan berdinding kaku yang disebut konsolidometer atau oedometer (lihat Gambar 63a, 63b, 63c dan 63d). Semua beban dan deformasi yang tercatat adalah dalam arah vertikal.
2) Benda uji dibebani beban inkremental yang berupa ganda setelah tahap keseimbangan tercapai (setelah tp sesuai dengan akhir konsolidasi primer). Secara konvensional akan dibutuhkan waktu inkremen 24 jam per beban. Secara alternatif benda uji dapat dibebani menerus dengan pemantauan oleh sel beban dan transduser tekanan air pori.
3) Pada umumnya, dapat dilakukan siklus tanpa beban dan dibebani ulang selama pengujian tanpa pembebanan awal pada inkremen beban sepanjang bagian asli dari kurva konsolidasi. Siklus tanpa beban dan dibebani ulang memberikan perkiraan karakteristik rekompresi tanah yang lebih handal atau dapat dipercaya.
b) Penjelasan uji
1) Bila massa tanah jenuh dibebani dengan beban tambahan, tanah berada pada berbagai derajat perubahan dimensional. Pada awalnya beban tambahan ditahan dan dilakukan pada fase cair tanah, yang berkembang menjadi tekanan air pori berlebih (∆u) dalam pori tanah. Bergantung pada kelulusan air dan ketersediaan lapisan drainase berkaitan dengan tanah, air dalam pori mulai berdrainase dan terus sampai ∆u terdisipasi. Bila tekanan hidrostatik menurun, jumlah beban tambahan yang sebanding dipindahkan ke bagian tanah yang padat. Jika tekanan hidrostatik berlebih mencapai nol, semua beban baru dilakukan oleh bagian padat dari tanah. Proses ini disebut konsolidasi primer. Dalam tanah butiran dengan kelulusan air tinggi, pemindahan ini akan mengambil tempat dengan cepat sekali (karena air dapat berdrainase cepat). Dalam tanah lempung dan tanah dengan kelulusan air rendah, konsolidasi primer memerlukan waktu lebih lama dan dapat mempengaruhi kinerja bangunan jangka panjang yang didukung oleh tanah. Waktu laju dinyatakan oleh koefisien konsolidasi (cv).
2) Uji konsolidasi 1-dimensi adalah uji yang paling umum digunakan untuk penentuan hasil uji konsolidasi tanah. Metode uji ini mengasumsi bahwa perubahan dimensi akibat konsolidasi akan berada dalam arah vertikal. Asumsi ini umumnya dapat berlaku untuk tanah kohesif terkekang, kaku atau sedang, tetapi tidak berlaku untuk tanah lunak atau tanah yang tidak terkekang. Data dari hasil uji ini telah terbukti handal (dapat dipercaya) dan dapat digunakan untuk analisis.
3) Hasil-hasil uji konsolidasi 1-dimensi dapat disajikan dalam berbagai cara. Dua cara yang paling umum terdiri atas (1) grafik e-log σv’ untuk indeks tekanan (Cr, Cc, Cs) yang ditentukan sebagai kemiringan dari ∆e vs ∆log σv’ untuk garis rekompresi, garis kompresi murni, dan garis swelling masing-masing, dan (2) grafik ∆σv’ vs ∆εv dengan kemiringan sama dengan modulus tertahan (D’). Yang paling penting, uji konsolidasi menghasilkan besaran tegangan prakonsolidasi (σvmax’ = σp’ = Pc’) dari deposit alami, seperti diperlihatkan dalam Gambar 63c. Tegangan prakonsolidasi efektif menggambarkan sejarah tegangan tanah lampau yang tercatat yang mungkin telah mengalami erosi, pengeringan (desiccation), kejadian gempa, fluktuasi muka air tanah, dan mekanisme terkonsolidasi berlebih lainnya, seperti diuraikan lebih lanjut dalam buku pedoman volume III.
4) Dalam beberapa jenis lempung, konsolidasi primer secara khusus diikuti oleh kompresi sekunder atau rayapan jangka panjang dan dinyatakan dengan parameter Cα. Kompresi sekunder kemungkinan besar dapat terjadi dalam deposit lempung tebal. Tanah akan berpotensi mengalami kompresi sekunder yang besar akibat beban tambahan berat jangka panjang. Dalam hal ini, masing-masing tambahan beban uji berlanjut sampai kurva hubungan antara waktu versus penurunan yang digambarkan akibat beban itu menjadi asimtotik terhadap garis horisontal.
5) Lempung organik berat juga memerlukan waktu pembebanan lebih lama. Kurva hubungan antara waktu versus penurunan akibat tanah organik berat tidak dapat menunjukkan dengan jelas akhir dari konsolidasi primer. Dalam hal itu, diperlukan pemantauan tekanan air pori tanah untuk menentukan akhir tahapan konsolidasi primer. Oleh karena itu, besaran kompresi sekunder jangka panjang tanah organik berat (20% atau lebih) bisa sama atau lebih besar daripada konsolidasi primer. Kompresi sekunder dalam tanah ini akan menjadi hasil kompresi menerus dari serat organik. Disipasi besar (substantial) dari tekanan hidrostatik berlebih selama pengujian tidak memberikan tanda akhir kompresi yang signifikan. Pengeluaran air yang tertahan/ terabsorpsi yang berkaitan dengan kompresi bahan serat tanah dapat berlanjut sampai jangka waktu lama.
Gambar 63 Alat uji konsolidasi 1-dimensi dan hasil-hasil dari (a) Oedometer Wykeham Farrance dengan lengan beban momen, (b) Konsolidometer pneumatik (Anteus), (c) Sel Rowe menggunakan sistem beban hidraulik (GeoComp Corp),
dan (d) Grafik ideal e-log σv’ untuk mendapatkan parameter konsolidasi. 6.1.10.2 Uji potensi pengembangan (swelling) tanah lempung
Tujuan uji potensi pengembangan adalah untuk memperkirakan potensi pengembangan (swell) tanah ekspansif. Uji ini dapat dilakukan dengan mengacu pada standar uji SNI 12-6423 atau ASTM D 4546. Uraian dan penjelasan uji adalah sebagai berikut.
a) Prosedur uji
1) Uji pengembangan tanah dilakukan secara khusus dalam alat uji konsolidasi.
2) Potensi swell diuji dengan pengamatan pengembangan benda uji terkekang secara lateral bila ditambah beban dan dialiri.
3) Secara alternatif setelah benda uji digenangi, tinggi benda uji dijaga tetap konstan dengan menambah beban.
4) Tegangan vertikal yang diperlukan untuk mengatur perubahan volume nol merupakan tekanan swelling.
b) Penjelasan uji
1) Swelling adalah reaksi karakteristik tanah lempung menjadi jenuh. Potensi swelling bergantung pada komposisi mineralogi. Sementara montmorilonit (smectit) menunjukkan derajat potensi pengembangan (swell) yang tinggi, illit tidak bersifat mengembang sampai sedang, dan kaolinit hampir tidak menggambarkan pengembangan. Persentase volumetrik pengembangan tanah bergantung pada jumlah lempung, kepadatan relatif, kepadatan dan kadar air pemadatan, kelulusan air, lokasi muka air tanah, adanya tanaman dan pepohonan, dan tegangan overburden. Swelling tanah fondasi, bendungan urugan tanah, atau tanah dasar jalan akan menimbulkan kegagalan yang serius dan biaya tinggi terhadap bangunan di atasnya. Oleh karena itu, potensi swelling tanah perlu sekali diketahui. Uji potensi swell 1-dimensi digunakan untuk memperkirakan persentase dan tekanan swelling yang diakibatkan oleh tanah yang mengembang (swelling).
2) Uji ini dapat dilakukan pada benda uji tidak terganggu, cetak ulang atau yang dipadatkan. Jika struktur tanah tidak terkekang (misalnya ebatmen jembatan) sehingga swelling dapat terjadi secara lateral dan vertikal, dapat digunakan uji triaksial untuk menentukan karakteristik swelling tiga dimensi.