ABSTRACT
LOADING AND UNLOADING BEHAVIOR OF CLAY SOIL SUBSTITUTED WITH ROUGH GRADATION MATERIAL (SAND)
By
VENY ANDAR SAPUTRA
Soil functions as weight supporter for any construction above the soil, so that the strength of a structure/construction is also influenced by conditions of soil. Clay soil is one types of soil can be used as embankment. A construction build on the clay soil will result in pore water pressure, and when clay soil has load on it, the clay soil will undergo surface subsidence (consolidation) that cause damage on the construction.
Soil in the field in a certain depth had undergone maximum effective pressure because of soil weight above it (a maximum effective overburden pressure) in its geological history. This maximum effective overburden pressure may be equal to or less than overburden pressure when the clay soil sample was taken. When the clay soil sample was taken, it was released from its overburden pressure so that the sample will expand. When consolidation test was conducted on the sample, a small compression, the change of small pore value, will occur when total load given in the experiment is less than maximum effective overburden pressure the sample ever underwent. When the total burden given at the experiment is bigger than the maximum effective overburden pressure it had ever undergone, the change of pore value will be bigger.
This condition was proven in the laboratory by loading the soil sample more than its maximum effective overburden pressure and then the load was unloaded, and then reloaded again. In addition, the weight loading one soil surface may cause the soil layer beneath the surface to compress. This compression is caused by soil particle deformation, particle relocation, water or air escape from the soil pores and by other causes. Some or all of the factors have correlations with real soil conditions.
ABSTRAK
PERILAKU LOADING UNLOADING PADA TANAH LEMPUNG YANG DISUBTITUSI MATERIAL BERGRADASI KASAR (PASIR)
Oleh
VENY ANDAR SAPUTRA
Tanah berfungsi sebagai penahan beban akibat konstruksi di atas tanah tersebut. Sehingga kekuatan bangunan/konstruksi itu juga dipengaruhi oleh kondisi tanah yang ada. Salah satu tanah yang biasa digunakan sebagai tanah timbunan yaitu tanah lempung. Jika bangunan dibuat pada tanah lempung akan menimbulkan tegangan air pori, apabila tanah lempung dikenakan beban diatasnya akan mengalami penurunan (konsolidasi) muka tanah yang berdampak kerusakan pada konstruksi tersebut. Suatu tanah di lapangan pada suatu kedalaman tertentu telah mengalami tekanan efektif maksimum akibat berat tanah diatasnya (maximum effective overburden pressure) dalam sejarah geologisnya. Tekanan efektif overburden maksimum ini mungkin sama atau lebih kecil dari tekanan overburden pada saat pengambilan contoh tanah. Pada saat diambil, contoh tanah tersebut terlepas dari tekanan overburden yang membebaninya selama ini sebagai akibatnya maka tanah tersebut akan mengembang. Pada saat tanah tersebut dilakukan uji konsolidasi, suatu pemampatan yang kecil yaitu perubahan angka pori yang kecil akan terjadi bila beban total yang diberikan pada saat percobaan adalah lebih kecil dari tekanan efektif overburden maksimum yang pernah dialami oleh tanah tersebut. Apabila beban total yang diberikan pada saat percobaan adalah lebih besar dari tekanan efektif overburden maksimum yang pernah dialami oleh tanah tersebut maka perubahan angka pori yang terjadi adalah lebih besar.
Keadaan ini dapat dibuktikan di laboratorium dengan cara membebani contoh tanah melebihi tekanan overburden maksimumnya atau dinamakan loading lalu beban tersebut diangkat (unloading) dan diberikan pembebanan kembali (reloading). Selain itu pemberian beban diatas suatu permukaan tanah dapat menyebabkan lapisan tanah di bawahnya mengalami pemampatan. Pemampatan tersebut diakibatkan oleh adanya deformasi partikel tanah, relokasi partikel, keluarnya air atau udara dari dalam pori dan sebab-sebab lainnya. Beberapa atau semua faktor tersebut mempunyai hubungan dengan keadaan tanah yang sebenarnya.
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
Veny Andar Saputra lahir di Bandar Lampung, pada tanggal Agustus 1992, merupakan anak kedua dari pasangan Bapak Drs. Sahmi Taba’I (Alm) dan Ibu Riyana S.Pd.,
Penulis memiliki satu orang saudara laki-laki bernama Asep Eka Saputra S.T., dan satu orang saudara perempuan bernama Nanda Mahkota Sari.
Penulis menempuh pendidikan dasar di SD Al-Azhar Bandar Lampung yang diselesaikan pada tahun 2003. Pendidikan tingkat pertama ditempuh di SMPN 21 Bandar Lampung yang diselesaikan pada tahun 2006. Kemudian melanjutkan pendidikan tingkat atas di SMAN 12 Bandar Lampung yang diselesaikan pada tahun 2009.
Persembahan
Sebuah karya kecil buah pemikiran dan kerja keras untuk,
Ayahandaku tercinta
Drs. Sahmi Taba’I (Alm.)
Ibundaku tercinta Riyana, S.Pd.,
Kakanda Asep Eka Saputra, S.T.,
Adinda Nanda Mahkota Sari
Serta saudara seperjuangan Teknik Sipil Angkatan 2009
MOTTO
“Jadikanlah dirimu oleh diri sendiri”
(AA BOXER)
“Aku Ramah Bukan Berarti Takut, Aku Tunduk Bukan Berarti Takhluk”
(AA BOXER)
“
Pengetahuan tidaklah cukup; kita harus mengamalkannya. Niat tidaklah
cukup; kita harus melakukannya
”
(Johann Wolfgang von Goethe)
“
Raihlah ilmu, dan untuk meraih ilmu be
lajarlah untuk tenang dan sabar”
(
Khalifah „Umar
)
“Hidup adalah pengorbanan, karena hidup tidak akan mencapai kesuksesan
tanpa suatu pengorbanan”
“Jangan pernah menyerah pada nasib karena
Allah tidak akan merubah nasib
seseorang kecuali kita yang merubahnya sendiri”
“Sesungguhnya dibalik kesukaran itu ada kemudahan”
(Al-Quran : Al-ayat)
SANWACANA
Alhamdulillahi Robbil ‘Alamin, puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah
Subhanahu Wa Ta’ala yang senantiasa memberikan rahmat dan hidayah-Nya,
sehingga skripsi dengan judul Perilaku Loading Unloading pada Tanah Lempung
Yang Disubtitusi Material Bergradasi Kasar (Pasir) dapat terselesaikan. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk meraih gelar Sarjana Teknik pada program reguler Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Lampung.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa pada penulisan skripsi ini masih banyak terdapat kekurangan dan kesalahan, oleh sebab itu penulis mohon maaf dan mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun dari semua pihak.
Pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang setulusnya kepada :
1. Prof. Drs. Suharno, M.sc., Ph.D., selaku Dekan Fakultas Teknik, Universitas Lampung.
2. Ir. Idharmahadi Adha, M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Lampung.
5. Ir. M. Jafri, M.T selaku Dosen Penguji skripsi.
6. Ir. Yohanes Martono.H, M.T Selaku Dosen Pembimbing Akademis
7. Seluruh Dosen Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Lampung. 8. Kedua orang tua penulis (Drs. Sahmi Taba’i (Alm.) dan Riyana S.Pd.) yang telah
memberikan restu dan doanya, Kakanda (Asep Eka Saputra S.T.) serta Adinda
(Nanda Mahkota Sari) yang selalu memberi warna dan do’a di kehidupan
penulis.
9. Rekan-rekan seperjuangan di Lab. (Anwar, Gatot, Anton, Catur, Ari, Donny, Renol) yang telah banyak membantu penulis selama di laboratorium.
10.Teknisi di laboratorium (Mas Pardin, Mas Miswanto, Mas Budi, Mas Bayu). 11.Seluruh keluarga besar Jurusan Teknik Sipil, Universitas Lampung, khususnya
angkatan 2009.
Serta semua pihak yang tidak bisa disebutkan satu persatu yang telah membantu dan memberikan dukungan dalam penyelesaian skripsi ini. Penulis sangat berharap karya kecil ini dapat bermanfaat bagi pembaca, terutama bagi penulis sendiri.
Bandar Lampung, Juli 2014 Penulis,
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN PENGESAHAN
SANWACANA ... i
DAFTAR ISI ... iii
DAFTAR TABEL ... vii
DAFTAR GAMBAR ... viii
DAFTAR NOTASI ... x
I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang ... 1
B. Batasan Masalah ... 3
C. Lokasi ... 3
D. Tujuan Penelitian ... 4
E. Manfaat Penelitian ... 4
II. TINJAUAN PUSTAKA A. Tanah ... 5
B. Tanah Lempung ... 9
D. Konsolidasi ... 22
E. Analogi Konsolidasi Satu Dimensi ... 22
F. Lempung Normal (Normally Consolidated and Overconsolidated) ... 26
G. Pengaruh Gangguan Benda Uji Pada Grafik e-log P ... 28
H. Landasan Teori ... 31
1. Pengujian Konsolidasi ... 31
2. Interpretasi Hasil Pengujian Konsolidasi ... 34
3. Koefisien Pemampatan dan Koefisien Perubahan Volume ... 35
4. Indeks Pemampatan (Cc) ... 38
5. Koefisien Konsolidasi (Cv) ... 40
6. Metode Kecocokan Waktu Log = Waktu ... 41
7. Metode Akar Waktu ... 43
8. Konsolidasi Sekunder ... 45
III. METODE PENELITIAN A.Sempel Tanah ... 47
B.Pelaksanaan Pengujian ... 47
1. Pengujian Sifat Fisik Tanah ... 47
a. Kadar Air ... 47
b. Berat Volume ... 48
c. Berat Jenis ... 49
d. Batas Cair ... 50
f. Analisis Saringan ... 52
g. Uji Hidrometer ... 53
2. Pengujian Konsolidasi ... 55
C. Prosedur Pengujian Utama ... 55
D. Analisi Data ... 59
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Uji Fisik ... 61
1. Analisa Hasil Pengujian Kadar Air ... 62
2. Analisa Hasil Pengujian Berat Volume ... 62
3. Analisa Hasil Pengujian Berat Jenis ... 62
4. Uji Berat Volume ... 63
5. Uji Analisa Saringan ... 64
6. Uji Batas Atterberg ... 66
7. Data Hasil Pengujian Pemadatan Tanah ... 67
B.Klasifikasi Tanah ... 67
1. Klasifikasi Sistem Unified (USCS) ... 68
C.Analisa Hasil Pengujian Konsolidasi ... 69
1. Hasil Pengujian Konsolidasi ... 69
D.Variasi Hubungan Persentase Pasir dengan Nilai Cv, Cc, dan Cr ... 74
1. Hubungan Persentase Pasir dengan Nilai Cv ... 74
2. Hubungan Persentase Pasir dengan Nilai Cc ... 75
E. Analisa Hasil Pengujian Perilaku Loading Unloading Pada Tanah Lempung Yang
Disubtitusi Material Bergradasi Kasar (Pasir) ... 78
1. Sampel A ... 78
2. Sampel B ... 80
3. Sampel C ... 81
V. PENUTUP A.Simpulan ... 86
B.Saran ... 88
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
1. Sistem Klasifikasi Tanah Unified ... 8
2. Nilai Indeks Plastisitas dan Sifat Tanah ... 18
3. Hasil Pengujian Sifat Fisik Tanah Lempung ... 61
4. Hasil Pengujian Berat Volume Tanah Asli ... 63
5. Hasil Pengujian Analisis Saringan ... 64
6. Hasil Pengujian Batas Atterberg Tanah Asli ... 66
7. Hasil Uji Pemadatan Standar ... 67
8. Hasil Perhitungan T90 ... 70
9. Hasil Perhitungan Koefisien Konsolidasi (Cv) Pada Sampel A ... 71
10.Hasil Perhitungan Koefisien Konsolidasi (Cv) Pada Sampel B ... 71
11.Hasil Perhitungan Koefisien Konsolidasi (Cv) Pada Sampel C ... 72
12.Hasil Perhitungan Indeks Pemampatan (Cc) dan (Cr) ... 73
13.Nilai Rata-rata Cv dan Persentase Pasir ... 74
14.Nilai Rata-rata Cc dan Persentase Pasir ... 75
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
1. Variasi Indeks Plastisitas Dengan Persen Fraksi Lempung ... 13
2. Batas Konsistensi ... 17
3. Analogipiston dan pegas ... 23
4. Reaksi Tekanan Air Pori Terhadap Beban Pondasi ... 25
5. Pengaruh Gangguan Contoh Pada Kurva Pemampatan ... 31
6. Gambar Skema Alat Pengujian Konsolidasi ... 32
7. Sifat Khusus Grafik Hubungan ΔH Terhadap Log T ... 33
8. Sifat Khusus Grafik Hubungan e-log P’ ... 34
9. Fase Konsolidasi ... 35
10.Hasil Pengujian Konsolidasi ... 37
11.Indeks Pemampatan ... 39
12.Metode Kecocokan Log-Waktu (Casagrande, 1940) ... 43
13.Metode Akar Waktu (Taylor, 1948) ... 44
14.Susunan Modul Uji Konsolidasi ... 58
15.Grafik Hasil Analisa Saringan ... 65
16.Diagram Plastisitas Berdasarkan USCS ... 69
18.Variasi Hubungan Persentase dengan Cv ... 76
19.Variasi Hubungan Persentase dengan Cv ... 77
20. Grafik Hubungan Anfka Pori dan P’ Sampel A1 ... 78
21. Grafik Hubungan Anfka Pori dan P’ Sampel A2 ... 79
22. Grafik Hubungan Anfka Pori dan P’ Sampel A3 ... 79
23. Grafik Hubungan Anfka Pori dan P’ Sampel B1 ... 80
24. Grafik Hubungan Anfka Pori dan P’ Sampel B2 ... 81
25. Grafik Hubungan Anfka Pori dan P’ Sampel B3 ... 81
26. Grafik Hubungan Anfka Pori dan P’ Sampel C1 ... 82
27. Grafik Hubungan Anfka Pori dan P’ Sampel C2 ... 83
DAFTAR NOTASI
γ = Berat Volume
γd = Berat Volume Kering
γu = Berat Volume Maksimum
ω = Kadar Air
Gs = Berat Jenis LL = Batas Cair PI = Indeks Plastisitas PL = Batas Plastis
q = Persentase Berat Tanah yang Lolos Saringan Wai = Berat Tanah Tertahan
Wbi = Berat Saringan + Tanah Tertahan Wc = Berat Container
Wci = Berat Saringan
Wcs = Berat Container + Sampel Tanah Sebelum dioven Wds = Berat Container + Sampel Tanah Setelah dioven Wm = Berat Mold
Wms = Berat Mold + Sampel
Wn = Kadar Air Pada Ketukan ke-n
Ww = Berat Air
W1 = Berat Picnometer
W2 = Berat Picnometer + Tanah Kering
W3 = Berat Picnometer + Tanah Kering + Air
W4 = Berat Picnometer + Air
e = Angka Pori
Cc = Indeks Pemampatan Cr = Rekompresi indeks Cv = Koefisien Konsolidasi
Pc’ = Tekanan Prakonsolidasi
ΔH = Perubahan Tinggi
H = Tinggi Awal
ΔV = Perubahan Volume
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Dalam pembangunan konstruksi sipil, tanah mempunyai peranan yang sangat penting. Dalam hal ini, tanah berfungsi sebagai penahan beban akibat konstruksi di atas tanah tersebut. Sebagai contoh timbunan pada konstruksi jalan raya, bendungan tipe urugan, dan timbunan saluran irigasi. Sehingga kuat atau tidaknya bangunan/konstruksi itu juga dipengaruhi oleh kondisi tanah yang ada. Salah satu tanah yang biasa digunakan sebagai tanah timbunan yaitu tanah lempung dan juga banyak sekali area atau daerah yang akan dibangun bangunan yang memiliki jenis tanah lempung.
Tanah lempung memiliki kemampuan menyerap air yang cukup tinggi dan kondisi pengaliran air sangat tinggi. Pada tanah lempung jika dibuat bangunan diatasnya akan menimbulkan tegangan air pori, yang mana apabila tanah lempung dikenakan beban diatasnya akan mengalami penyusutan yang tinggi. Dan dalam jangka waktu yang lama hal ini akan menyebabkan terjadinya kerusakan pada bangunan akibat penurunan yang berlebihan.
Suatu tanah di lapangan pada suatu kedalaman tertentu telah mengalami tekanan efektif maksimum akibat berat tanah diatasnya (maximum effective
maksimum ini mungkin sama atau lebih kecil dari tekanan overburden pada saat pengambilan contoh tanah. Pada saat diambil, contoh tanah tersebut terlepas dari tekanan overburden yang membebaninya selama ini sebagai akibatnya maka tanah tersebut akan mengembang. Pada saat tanah tersebut dilakukan uji konsolidasi, suatu pemampatan yang kecil yaitu perubahan angka pori yang kecil akan terjadi bila beban total yang diberikan pada saat percobaan adalah lebih kecil dari tekanan efektif overburden maksimum yang pernah dialami oleh tanah tersebut. Apabila beban total yang diberikan pada saat percobaan adalah lebih besar dari tekanan efektif overburden maksimum yang pernah dialami oleh tanah tersebut maka perubahan angka pori yang terjadi adalah lebih besar.
Keadaan ini dapat dibuktikan di laboratorium dengan cara membebani contoh tanah melebihi tekanan overburden maksimumnya atau dinamakan loading
lalu beban tersebut diangkat (unloading) dan diberikan pembebanan kembali
(reloading). Selain itu pemberian beban diatas suatu permukaan tanah dapat
B. Batasan Masalah
Pada penelitian ini lingkup pembahasan dan masalah yang akan dianalisis dibatasi dengan:
1. Sampel tanah yang diuji adalah tanah lempung yang disubtitusi material bergradasi kasar.
2. Pengujian sifat fisik tanah yang dilakukan adalah: a. Pengujian kadar air
b. Berat jenis
c. Batas cair dan batas plastis d. Analisa saringan
e. Analisa hidrometry
f. Berat volume
3. Pengujian Konsolidasi pada tanah lempung yang disubtitusi material bergradasi kasar dengan memperhatikan dan membandingkan perilaku tanah pada saat diberi pembebanan (loading) dan tanpa pembebanan (unloading).
C. Lokasi
1. Pengujian sifat fisik dan konsolidasi tanah dilakukan di Laboratorium Mekanika Tanah Fakultas Teknik Universitas Lampung.
D. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Untuk mengetahui pola pengembangan tanah yang terjadi tanpa pembebanan (unloading) pada tanah lempung yang disubtitusi material bergradasi kasar (pasir).
2. Untuk mengetahui pola grafik penurunan tanah yang diberi pembebanan
(loading).
3. Untuk mengetahui perbandingan nilai Cc (indeks pemampatan), Cv (koefisien konsolidasi), Cr (recompression index atau pemampatan kembali) dan T90 pada saat pembebanan (loading) dan tanpa pembebanan (unloading).
4. Untuk melihat hubungan hasil dari variasi persentase pasir dengan Cc, Cv, dan Cr.
E. Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan mempunyai manfaat antara lain :
1. Untuk menambah pengetahuan mengenai perilaku tanah terhadap konsolidasi dan untuk menganalisa penurunan pada struktur.
2. Sebagai bahan pertimbangan bagi para engineer dibidang teknik sipil untuk penerapan di lapangan khususnya pondasi pada tanah yang kurang baik.
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Tanah
Tanah merupakan material yang sangat penting dalam bidang Teknik Sipil. Semua sistem pembebanan produk Teknik Sipil berhubungan langsung dengan tanah serta sifat – sifatnya, baik itu sifat fisik, mekanis, maupun kimiawi. Tanah pada kondisi alam, terdiri dari campuran butiran-butiran mineral dengan atau tanpa kandungan bahan organik. Butiran-butiran tersebut dapat dengan mudah dipisahkan satu sama lain dengan kocokan air. Material ini berasal dari hasil pelapukan batuan, baik secara fisik maupun kimia. Sifat-sifat fisik tanah, kecuali dipengaruhi oleh Sifat-sifat batuan induk yang merupakan material asalnya, juga dipengaruhi oleh unsur-unsur luar yang menjadi penyebab terjadinya pelapukan batuan tersebut (Setyanto, 1999).
Adapun menurut para ahli teknik sipil, tanah dapat didefinisikan sebagai :
1. Tanah adalah kumpulan butiran (agregat) mineral alami yang bisa dipisahkan oleh suatu cara mekanik bila agregat termaksud diaduk dalam air (Terzaghi, 1987).
3. Tanah adalah material yang terdiri dari agregat (butiran) mineral-mineral padat yang terikat secara kimia satu dengan yang lain dan dari bahan-bahan organik yang telah melapuk (partikel padat) disertai zat cair dan gas yang mengisi ruang-ruang kosong diantara parikel-partikel padat tersebut (Das, 1995).
4. Secara umum tanah terdiri dari tiga bahan, yaitu butir tanahnya sendiri serta air dan udara yang terdapat dalam ruangan antar butir-butir tersebut (Wesley, 1997).
1. Sistem Klasifikasi Tanah
Terdapat dua sistem klasifikasi tanah yang umum digunakan untuk mengelompokkan tanah. Kedua sistem tersebut memperhitungkan distribusi ukuran butiran dan batas-batas Atterberg, sistem-sistem tersebut adalah Sistem Unified Soil Clasification System (USCS) dan Sistem AASHTO (American Association Of State Highway and Transporting Official). Tetapi pada penelitian ini penulis memakai system klasifikasi tanah unified (USCS).
Sistem Klasifikasi Unified (USCS)
Sistem ini pada awalnya diperkenalkan oleh Casagrande (1942) untuk dipergunakan pada pekerjaan pembuatan lapangan terbang (Das, 1995). Oleh Casagrade sistem ini pada garis besarnya membedakan tanah atas dua kelompok besar (Sukirman, 1992), yaitu :
1) Tanah berbutir kasar (coarse-grained-soil), kurang dari 50 % lolos saringan No. 200, yaitu tanah berkerikil dan berpasir. Simbol kelompok ini dimulai dari huruf awal G untuk kerikil (gravel) atau tanah berkerikil dan S untuk Pasir (Sand) atau tanah berpasir.
2) Tanah berbutir halus (fire-grained-soil), lebih dari 50 % lolos saringan No. 200, yaitu tanah berlanau dan berlempung. Simbol dari kelompok ini dimulai dengan huruf awal M untuk lanau anorganik, C untuk lempung anorganik, dan O untuk lanau organik dan lempung organik.
ditambahkan, juga sebagai pelengkap klasifikasi yang di lakukan di laboratorium agar tidak terjadi kesalahan label.
Tabel 1. Sistem Klasifikasi Unified
Divisi Utama Simbol Nama Umum Kriteria Klasifikasi
Ta
Tidak memenuhi kedua kriteria untuk GW GC Kerikil berlempung, campuran
kerikil-pasir-lempung
Tidak memenuhi kedua kriteria untuk SW
SM Pasir berlanau, campuran pasir-lanau SC Pasir berlempung, campuran
pasir-lempung sekali, serbuk batuan, pasir halus berlanau atau berlempung
Diagram Plastisitas:
Untuk mengklasifikasi kadar butiran halus yang terkandung dalam tanah berbutir halus dan kasar. Batas Atterberg yang termasuk dalam daerah yang di arsir berarti batasan klasifikasinya menggunakan dua simbol.
Lanau anorganik atau pasir halus diatomae, atau lanau diatomae, kandungan organik sangat tinggi
PT
Peat (gambut), muck, dan tanah-tanah lain dengan kandungan organik tinggi
Manual untuk identifikasi secara visual dapat dilihat di ASTM Designation D-2488
B. Tanah Lempung
Tanah lempung merupakan agregat partikel-partikel berukuran mikroskopik dan submikroskopik yang berasal dari pembusukan kimiawi unsur-unsur penyusun batuan, dan bersifat plastis dalam selang kadar air sedang sampai luas. Dalam keadaan kering sangat keras, dan tidak mudah terkelupas hanya dengan jari tangan. Selain itu, permeabilitas lempung sangat rendah (Terzaghi dan Peck, 1987).
Sifat khas yang dimiliki oleh tanah lempung adalah dalam keadaan kering akan bersifat keras, dan jika basah akan bersifat lunak plastis, dan kohesif, mengembang dan menyusut dengan cepat, sehingga mempunyai perubahan volume yang besar dan itu terjadi karena pengaruh air. Sedangkan untuk jenis tanah lempung lunak mempunyai karakteristik yang khusus diantaranya daya dukung yang rendah, kemampatan yang tinggi, indeks plastisitas yang tinggi, kadar air yang relatif tinggi dan mempunyai gaya geser yang kecil. Kondisi tanah seperti itu akan menimbulkan masalah jika dibangun konstruksi diatasnya.
Tanah lempung terdiri dari berbagai golongan tekstur yang agak susah dicirikan secara umum. Sifat fisika tanah lempung umumnya terletak di antara sifat tanah pasir dan liat. Pengolahan tanah tidak terlampau berat, sifat merembeskan airnya sedang dan tidak terlalu melekat.
dimana kesemuanya hanya dipengaruhi oleh unsur Natrium saja yang paling mendominasi. Semakin tinggi plastisitas, grafik yang dihasilkan pada masing-masing unsur kimia belum tentu sama. Hal ini disebabkan karena unsur-unsur warna tanah dipengaruhi oleh nilai Liquid Limit (LL) yang berbeda-beda (Marindo, 2005 danAfryana, 2009).
Tanah lempung terdiri dari butir – butir yang sangat kecil ( < 0.002 mm) dan menunjukkan sifat – sifat plastisitas dan kohesi. Kohesi menunjukkan kenyataan bahwa bagian – bagian itu melekat satu sama lainnya, sedangkan plastisitas adalah sifat yang memungkinkan bentuk bahan itu dirubah – rubah tanpa perubahan isi atau tanpa kembali ke bentuk aslinya, dan tanpa terjadi retakan – retakan atau terpecah – pecah (L.D Wesley, 1977).
Mineral lempung merupakan senyawa alumunium silikat yang kompleks yang terdiri dari satu atau dua unit dasar, yaitu silica tetrahedral dan alumunium octahedral. Silicon dan alumunium mungkin juga diganti sebagian dengan unsur lain yang disebut dengan substitusi isomorfis. Sifat-sifat yang dimiliki tanah lempung adalah sebagai berikut:
a. Ukuran butir halus, kurang dari 0,002 mm. b. Permeabilitas rendah.
c. Kenaikan air kapiler tinggi. d. Bersifat sangat kohesif.
Tanah butiran halus khususnya tanah lempung akan banyak dipengaruhi oleh air. Sifat pengembangan tanah lempung yang dipadatkan akan lebih besar pada lempung yang dipadatkan pada kering optimum daripada yang dipadatkan pada basah optimum. Lempung yang dipadatkan pada kering optimum relatif kekurangan air, oleh karena itu lempung ini mempunyai kecenderungan yang lebih besar untuk meresap air sebagai hasilnya adalah sifat mudah mengembang (Hardiyatmo, 1999).
Partikel lempung dapat berbentuk seperti lembaran yang mempunyai permukaan khusus.Karena itu, tanah lempung mempunyai sifat sangat dipengaruhi oleh gaya-gaya permukaan.Umumnya, terdapat kira-kira 15 macam mineral yang diklasifikasikan sebagai mineral lempung. Beberapa mineral yang diklasifikasikan sebagia mineral lempung yakni :
montmorrillonite, illite, kaolinite, dan polygorskite (Hardiyatmo, 2006).
1. Sifat-Sifat Umum Mineral Lempung :
a. Hidrasi
alamiah, tetapi sebagian air juga dapat menghilang cukup dengan pengeringan udara saja.
b. Aktivitas (A)
Mendefinisikan aktivitas tanah lempung sebagai perbandingan antara Indeks Plastisitas (PI) dengan presentase butiran yang lebih kecil dari 0,002 mm atau dapat pula dituliskan sebagai persamaan berikut:
A = PI
% � �
Aktivitas digunakan sebagai indeks untuk mengidentifikasi kemampuan mengembang dari suatu tanah lempung.Ketebalan air mengelilingi butiran tanah lempung tergantung dari macam mineralnya. Jadi dapat disimpulkan plastisitas tanah lempung tergantung dari :
1. Sifat mineral lempung yang ada pada butiran 2. Jumlah mineral
Gambar 1. Variasi indeks plastisitas dengan persen fraksi lempung
(Hary Christady, 2006).
Gambar di atas mengklasifikasikan mineral lempung berdasarkan nilai aktivitasnya, yaitu :
1. Montmorrillonite : Tanah lempung dengan nilai aktivitas (A) ≥ 7,2
2. Illite: Tanah lempung dengan nilai aktivitas (A) ≥ 0,9dan< 7,2 3. Kaolinite: Tanah lempung dengan nilai aktivitas (A) ≥ 0,38dan < 0,9
4. Polygorskite: Tanah lempung dengan nilai aktivitas (A) < 0,38
c. Flokulasi dan Disversi
dan membentuk sendimen yang sangat lepas. Flokulasi larutan dapat dinetralisir dengan menambahkan bahan-bahan yang mengandung asam (ion H+), sedangkan penambahan.bahan-bahan alkali akan mempercepat flokulasi. Lempung yang baru saja berflokulasi dengan mudah tersebar kembali dalam larutan semula apabila digoncangkan, tetapi apabila telah lama terpisah penyebarannya menjadi lebih sukar karena adanya gejala, dimana kekuatan didapatkan dari lamanya waktu.
d. Pengaruh Zat Cair
Fase air yang berada di dalam struktur tanah lempung adalah air yang tidak murni secara kimiawi. Pada pengujian di laboratorium untuk batas
Atterberg, ASTM menentukan bahwa air suling ditambahkan sesuai
dengan keperluan. Pemakaian air suling yang relatif bebas ion dapat membuat hasil yang cukup berbeda dari apa yang didapatkan dari tanah di lapangan dengan air yang telah terkontaminasi. Air berfungsi sebagai penentu sifat plastisitas dari lempung.Satu molekul air memiliki muatan positif dan muatan negatif pada ujung yang berbeda (dipolar).Fenomena hanya terjadi pada air yang molekulnya dipolar dan tidak terjadi pada cairan yang tidak dipolar seperti karbon tetrakolrida yang jika dicampur lempung tidak akan terjadi apapun.
e. Sifat Kembang Susut (Swelling)
bangunan. Tingkat pengembangan secara umum bergantung pada beberapa faktor, yaitu :
1) Tipe dan jumlah mineral yang ada di dalam tanah. 2) Kadar air.
3) Susunan tanah.
4) Konsentrasi garam dalam air pori. 5) Sementasi.
6) Adanya bahan organik, dll.
Secara umum sifat kembang susut tanah lempung tergantung pada sifat plastisitasnya, semakin plastis mineral lempung semakin potensial untuk menyusut dan mengembang.
Tanah Lempung mempunyai beberapa jenis, antara lain :
1. Tanah Lempung Berlanau
Lanau adalah tanah atau butiran penyusun tanah/batuan yang berukuran di antara pasir dan lempung.Sebagian besar lanau tersusun dari butiran-butiran quartz yang sangat halus dan sejumlah partikel berbentuk lempengan-lempengan pipih yang merupakan pecahan dari mineral-mineral mika.Sifat-sifat yang dimiliki tanah lanau adalah sebagai berikut (Das, 1991). :
a. Ukuran butir halus, antara 0,002 – 0,05 mm. b. Bersifat kohesif.
d. Permeabilitas rendah.
e. Potensi kembang susut rendah sampai sedang. f. Proses penurunan lambat.
Lempung berlanau adalah tanah lempung yang mengandung lanau dengan material utamanya adalah lempung.Tanah lempung berlanau merupakan tanah yang memiliki sifat plastisitas sedang dengan Indeks Plastisitas 7-17 dan kohesif.
2. Tanah Lempung Plastisitas Rendah
Plastisitas merupakan kemampuan tanah dalam menyesuaikan perubahan bentuk pada volume yang konstan tanpa retak-retak/remuk.Sifat dari plastisitas tanah lempung sangat di pengaruhi oleh besarnya kandungan air yang berada di dalamnya dan juga disebabkan adanya partikel mineral lempung dalam tanah.
Gambar 2. Batas Konsistensi
Bila pada tanah yang berada pada kondisi cair (titik P) kemudian kadar airnya berkurang hingga titik Q, maka tanah menjadi lebih kaku dan tidak lagi mengalir seperti cairan. Kadar air pada titik Q ini disebut dengan batas cair (liquid limit) yang disimbolkan dengan LL. Bila tanah terus menjadi kering hingga titik R, tanah yang dibentuk mulai mengalami retak-retak yang mana kadar air pada batas ini disebut dengan batas plastis (plastic limit), PL. Rentang kadar air dimana tanah berada dalam kondisi plastis, antara titik Q dan R, disebut dengan indek plastisitas (plasticity index), PI, yang dirumuskan :
PI = LL - PL dengan,
LL = Batas Cair (Liquid Limit) PL = Batas Plastis (Liquid Plastic)
Tabel 2. Nilai indeks plastisitas dan sifat tanah (Hardiyatmo, 2002) PI % PI % Sifat Tanah Kohesi
0 Non Plastis Non Kohesif
< 7 Plastisitas Rendah Kohesi Sebagian
7 - 17 Plastisitas Sedang Kohesif
> 17 Plastisitas Tinggi Kohesif
Pada tabel diatas dapat dilihat bahwa lempung plastisitas rendah memiliki nilai index plastisitas (PI) < 7 % dan memiliki sifat kohesi sebagian yang disebabkan oleh mineral yang terkandung didalamnya. Dalam sistem klasifikasi Unified (Das, 1995).
tanah lempung plastisitas rendah memiliki simbol kelompok CL yaitu Tanah berbutir halus 50% atau lebih, lolos ayakan No. 200 dan memiliki batas cair (LL) ≤ 50 %.
3. Tanah Lempung Berpasir
Pasir merupakan partikel penyusun tanah yang sebagian besar terdiri dari mineral quartz dan feldspar.Sifat-sifat yang dimiliki tanah pasir adalah sebagai berikut (Das, 1991).:
a. Ukuran butiran antara 2 mm – 0,075 mm. b. Bersifat non kohesif.
c. Kenaikan air kapiler yang rendah, antara 0,12 – 1,2 m.
e. Proses penurunan sedang sampai cepat.
Klasifikasi tanah tergantung pada analisis ukuran butiran, distribusi ukuran butiran dan batas konsistensi tanah.Perubahan klasifikasi utama dengan penambahan ataupun pengurangan persentase yang lolos saringan no.4 atau no.200 adalah alasan diperlukannya mengikutsertakan deskripsi verbal beserta simbol-simbolnya, seperti pasir berlempung, lempung berlanau, lempung berpasir dan sebagainya. Pada tanah lempung berpasir persentase didominasi oleh partikel lempung dan pasir walaupun terkadang juga terdapat sedikit kandungan kerikil ataupun lanau.Identifikasi tanah lempung berpasir dapat ditinjau dari ukuran butiran, distribusi ukuran butiran dan observasi secara visual. Sedangkan untuk batas konsistensi tanah digunakan sebagai data pendukung identifikasi karena batas konsistensi tanah lempung berpasir disuatu daerah dengan daerah lainnya akan berbeda tergantung jenis dan jumlah mineral lempung yang terkandung di dalamnya.
Untuk tanah urugan dan tanah pondasi, Sistim Klasifikasi Unified
mengklasifikasikan tanah lempung berpasir sebagai (Sosrodarsono dan Nakazawa, 1988). :
a. Stabil atau cocok untuk inti dan selimut kedap air. b. Memiliki koefisien permeabilitas.
c. Efektif menggunakan penggilas kaki domba dan penggilas dengan ban bertekanan untuk pemadatan di lapangan.
d. Berat volume kering 1,52-1,92 t/m3. e. Daya dukung tanah baik sampai buruk.
Penggunaan untuk saluran dan jalan, Sistim Klasifikasi Unified
mengklasifikasikan tanah lempung berpasir sebagai (Sosrodarsono dan Nakazawa, 1988). :
a. Cukup baik sampai baik sebagai pondasi jika tidak ada pembekuan. b. Tidak cocok sebagai lapisan tanah dasar untuk perkerasan jalan. c. Sedang sampai tinggi kemungkinan terjadi pembekuan.
d. Memiliki tingkat kompresibilitas dan pengembangan yang sedang. e. Sifat drainase kedap air.
f. Alat pemadatan lapangan yang cocok digunakan penggilas kaki domba dan penggilas dengan ban bertekanan.
g. Berat volume kering antara 1,6 – 2 t/m3. h. Memiliki nilai CBR lapangan antara 5-15 %.
C. Penurunan
Jika lapisan tanah dibebani, maka tanah akan mengalami penurunan
(settlement).Penurunan yang terjadi dalam tanah disebabkan oleh
berubahnya susunan tanah maupun oleh pengurangan rongga pori/air di dalam tanah tersebut.Jumlah dari penurunan sepanjang kedalaman lapisan merupakan penurunan total tanah.Penurunan akibat beban adalah jumlah total dari penurunan segera dan penurunan konsolidasi.
Pada tanah berpasir yang sangat tembus air (permeable),air dapa tmengalir dengan cepat sehingga pengaliran air pori keluar sebagai akibat dari kenaikan tekanan air pori dapat selesai dengan cepat.
Keluarnya air dari dalam pori selalu disertai dengan berkurangnya volume tanah,berkurangnya volume tanah tersebut dapat menyebabkan penurunan lapis tanah itu karena air pori didalam tanah berpasir dapat mengalir keluar dengancepat,maka penurunan segera dan penurunan konsolidasi terjadi secara bersamaan (Das, 1995).
Hal ini berbeda dengan lapis tanah lempung jenuh air yang compressible
dan lebih lambat serta lama dibandingkan dengan penurunan segera (Das, 1995).
D. Konsolidasi
Bila suatu lapisan tanah jenuh yang berpermeabilitas rendah dibebani, maka tekanan air pori dalam tanah tersebut akan segera bertambah. Perbedaan tekanan air pori pada lapisan tanah, berakibat air mengalir kelapisan tanah dengan tekanan air pori yang lebih rendah, yang diikuti penurunan tanahnya. Karena permeabilitas yang rendah, proses ini membutuhkan waktu. Konsolidasi adalah proses berkurangnya volume atau berkurannya rongga pori dari tanah jenuh yang berpermeabilitas rendah akibat pembebanan, dimana prosesnya dipengaruhi oleh kecepatan terperasnya air pori keluar dari rongga tanahnya. Proses kosolidasi dapat diamati dengan pemasangan piezometer, untuk mencatat perubahan tekanan air pori dengan waktunya. Besarnya penurunan dapat diukur dengan berpedoman pada titik referensi ketinggian pada tempat tertentu.
E. Analogi Konsolidasi Satu Dimensi
meloloskan air atau permeabilitas tanahnya. Gambar 3.a melukiskan kondisi dimana sistem dalam keseimbangan. Kondisi ini identik dengan lapisan tanh yang dalam keseimbangan dengan tekanan overburden. Alat pengukur tekanan yang dihubungakan dengan silider memperlihatkan tekanan hidrostatis sebesar uo, pada lokasi tertentu didalam tanah.
Gambar 3. Analogipiston daan pegas
Bila tegangan sebesar ∆p dikerjakan diatas piston dengan posisi katup V
tertutup (Gambar 3.b), maka akibat tekanan ini piston tetap tidak akan bergerak. Hal ini disebabkan karena air tu\idak mudah mampat. Pada kondisi ini, tekanan pada piston tidak dipindah ke pegas, tapi sepenuhnya didukung oleh air. Pengukur tekanan air dalam silinder menunjukkan kenaikan tekanan ∆u = ∆p, atau pembacaan tekanan sebesar uo + ∆p. Kenaikan tekanan ∆u
disebut dengan kelebihan tekanan air pori (excess pore water pressure). Kondisi pada kedudukan katup V tertutup melukiskan kondisi tanpa drainasi
(undrained) didalam tanah.
bergerak ke bawah, sehingga pegas secara berangsur-angsur mendukung beban akibat ∆p (Gambar 3.1). Pada setiap kenaikan tekanan yang didukung
oleh pegas, kelebihan tekanan air pori (∆u) didalam silinder berkurang.
Akhirnya pada suatu saat, tekanan air pori nol dan seluruh tekanan didukung oleh pegasnya dan kemudian piston diam (Gambar 3.d). Kedudukan ini melukiskan kondisi dengan drainasi (drained).
Pada sembarang waktunya, tekanan yang terjadi pada pegas identik dengan kondisi tegangan efektif didalam tanah. Sedang tegangan air didalam silinder identik dengan tekanan air pori. Kenaikan tekanan ∆p akibat beban yang
diterapkan identik dengan tambahan tegangan normal yang bekerja. Gerakan piston menggambarkan perubahan volume tanah, dimana gerakan ini dipengaruhi oleh kompresibilitas (kemudahmampatan) pegasnya, yaitu ekivalen dengan kompresibilitas tanahnya.
Walaupun model piston dan pegas ini agak kasar, tetapi cukup menggambarkan apa yang terjadi bila tanah kohesif jenuh dibebani di laboratorium maupun dilapangan. Sebagai contoh nyatanya dapat dilihat pada Gambar 4.a, Disini diperlihatkan suatu pondasi yang dibagun diatas tanah lampung yang diapit oleh lapisan tanah pasir dengan muka air tanah dibatas lapisan lempung sebelah atas. Segera sesudah pembebanan, lapisan lempung mengalami kenaikan tegangan sebesar ∆p. Air pori didalam lapisan lempung
Gambar 4. Reaksi tekanan air pori terhadap beban pondasi a. Pondasi pada tanah lempung jenuh
b. Diagram perubahan tekanan air pori dengan waktunya
Jalannya proses konsolidasi diamati lewat pipa-pipa piezometer yang dipasang sepanjang kedalamannya (Gambar 4.b), sedemikian rupa sehingga tinggi air dalam pipa piezometer menyatakan besarnya kelebihan tekanan air pori (excess pore water pressure) di kedalaman pipanya.
Akibat tambahan tekanan ∆p, yaitu segera setelah beban pondasi bekerja,
tinggi air dalam pipa piezometer naik setinggi h = ∆p/yw, atau menurut garis
Dalam tahapan waktu sesudahnya, ketinggian air dalam pipa ditunjukkan dalam kurva K2. Setelah waktu yang lama, tinggi air dalam pipa piezometer
mencapai kedudukan yang sama dengan kedudukan muka air tanah (garis AC). Kedudukan garis AC ini menunjukkan kedudukan proses konsolidasi telah selesai, yaitu ketika kelebihan tekanan air pori telah nol.
Pada mulanya, tiap kenaikan beban akan didukung sepenuhnya oleh tekanan air pori, dalam hal ini berupa kelebihan tekanan air pori ∆u yang besarnya
sama dengan ∆p. Dalam kondisi demikian tidak ada perubahan tegangan
efektif didalam tanahnya. Setelah air pori sedikit demi sedikit terperas keluar, secara berangsur-angsur tanah mampat, beban perlahan-lahan ditransfer kebutiran tanah, dan tegangan efektif bertambah. Akhirnya, kelebihan tekana air pori menjadi nol. Pada kondisi ini, tekanan air pori sama dengan tekanan hidrostatis yang diakibatkan oleh air tanahnya.
F. Lempung Normal Normally Consilidated dan Overconsildated
Mengenai istilah normally consilidated (terkonsolidasi normal) dan
overconsildated (terkonsolidasi berlebihan), Istilah normally consilidated dan
overconsildated digunakan untuk menggambarkan suatu sifat penting dari
tekanan yang lebih besar dari tekanan yang bekerja sekarang. Lapisan semacam ini disebut lapisan overconsolidated (OC) atau terkosolidasi
berlebihan. Bila tegangan efektif yang bekerja pada waktu sekarang adalah
tegangan maksimumnya, maka endapan lempung ini disebut lempung pada kondisi normally consilidated (NC) atau terkonsolidasi normal.
Jadi lempung pada kondisi normally consilidated, bila tekanan prakonsolidasi (preconsolidationpressure) (pc’ ) sama dengan tekanan overburden efektif (po’). Sedang lempung pada kondisi overconsolidated, jika tegangan
prakonsolidasi lebih besar dari tekanan overburden efektif yang ada pada
waktu sekarang (pc’ >po’). Nilai banding overconsolidation (Overconsolidation
ratio, OCR) didefinisikan sebagai nilai banding tekanan prakonsolidasi
terhadap tegangan efektif yang ada, atau bila dinyatakan dalam persamaan :
' OCR>1 adalah overconsolidated. Dapat ditemui pula, tanah lempung mempunyai OCR < 1. Dalam hal ini tanah adalah sedang dalam (keadaan) konsolidasi (underconsolidated). Kondisi underconsolidated dapat terjadi pada tanah-tanah yang baru saja diendapkan baik secara geologis maupun oleh manusia. Dalam kondisi ini, lapisan lempung belum mengalami keseimbangan akibat beban diatasnya. Jika tekanan air pori diukur dalam kondisi
Telah disebutkan bahwa akibat perubahan tegangan efektif, tanah dapat menjadi overconsolidated. Perubahan tegangan efektif ini, misalnya akibat adanya perubahan tegangan total, atau perubahan tekanan air pori. Lapisan tanah yang terkonsolidasi sebenarnya tidak dalam kondisi seimbang seperti yang sering diperkirana. Perubahan volume dan rayapan sangat mungkin masih berlangsung pada tanah tersebut. Dalam lapisan tanah asli, dimana permukaan tanah tersebut horizontal, keseimbangan mungkin didapatkan. Tetapi kalau tanah tersebut dalam kemiringan, rayapan dan perubahan volume mungkin masih terjadi.
G. Pengaruh Ganguan Benda Uji pada Grafik e-log p
Kondisi tanah yang mengalami pebebanan seperti yang ditunjukkan dalam grafik e-log p yang diperoleh dari laboratorium, tidak sama dengan kondisi pembebanan tanah asli pada lokasi dilapangan. Beda reaksi terhadap beban antara benda uji di laboratorium dan dilapangan adalah karena adanya ganguan tanah benda uji (soil disturbance) selama persiapan pengujian oedometer. Karena dibutuhkan untuk mengetahui hubungan angka pori-tegangan efektif pada kondisi asli dilapangan, maka diperlukan koreksi terhadap hasil pengujian dilaboratorium.
Dilapangan, elemen tanah dipengaruhi oleh tegangan efektif-vertikal σz' dan
tegangan efektif horizontal σz' = Ko σz' (dengan Ko adalah koefisien tekanan
lateral tanah diam). Umumnya Ko tidak sama dengan 1, yaitu kurang dari 1
untuk lempung normally consolidated atau sedikit normally overconsolidated
sangat berlebihan (heavily overconsolidated). Ketika contoh tanah diambil dari dalam tanah dengan pengeboran tekanan keliling luar (external confining
pressure) hilang. Kecendrungan tanah jenuh setelah terambil dari dalam tanah
untuk mengembang karena hilangnya tekanan keliling, ditahan oleh berkembangnya tekanan air pori negatif akibat tegangan kapiler (capillary tension). Jika udara tidak keluar dari larutannya, volume contoh tidak akan berubah dan tegangan keliling efektif (σz') sama dengan besarnya tekanan air
pori ( - u ). Dalam kondisi ini σz' = σz' n= .
Jadi, nilai banding σz' / σz' berubah dengan perubahan yang tergantung pada
nilai Ko. Regangan yang ditimbulkan menyebabkan kerusakan benda uji, atau
benda uji menjadi terganggu. Pengaruh ini telah diselidiki oleh Skewmpton dan Sowa (1963), Ladd dan Lambe (1963), dan Ladd (1964). Pengaruh dari pengambilan contoh tanah, dan lain-lain pengaruh kerusakan benda uji diberikan dalam Gambar 5.
Sejarah pembebanan dari suatu contoh tanah lempung normally consolidated
disajikan dalam Gambar 5.a. Kurva pemampatan asli diperlihatkan sebagai garis penuh AB, yang menggambarkan kondisi asli dilapangan, dengan Po' =
pori yang terjadi akibaht ganguan, contohnya adalah seperti kondisi yang
ditunjukkan oleh kurva laboratorium CD
.
Dalam hal lempung overconsolidated (Gambar 5.b), sejarah tegangan dilapangan disajikan oleh kurva pemampatan asli ke titik dimana tekanan
prakonsilidasi (Pc' ) tercapai (bagian AB). Sesudah itiu, karena sesuatu hal terjadi di waktu lampau, beban berkurang sampai mencapai tekanan
overburden (Po'). Kurva garis penuh BC memperlihatkan hubungan e-log P ' dilapangan selama pengurangan bebannya. Penambahan beban dilapangan akan mengikuti kurva pemampatan kembali yang berupa garis patah-patah CB, yang bila beban bertambah hinga melampaui tekanan prakonsildasi, kurva akan terus kebawah mengikuti pelurusan dari kurva pemampatan asli dilapangan (bagian BF). Akibat gangguan contohnya, maka tekanan konsolidasi efektif tereduksi pada angka pori konstan, yang bila kemudian diadakan pengujian dilaboratorium kurvanya akan mengikuti garis penuh DE. Penambahan derajat ganguan benda uji, mengakibatkan kurva laboratorium akan cenderung bergeser lebih kekiri.
Gambar 5. Pengaruh ganguan contoh pada kurva pemampatan (a) Lempung Normally Consolidated
(b) Lempung Overconsolidated
H. Landasan Teori
1. Pengujian Konsolidasi
Pengujian konsolidasi satu dimensi (one-dimensional consolidation) biasanya dilakukan dilaboratorium dengan alat oedometer atau
konsolidometer. Gambar skematik alat ini dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar 6. Gambar skema alat pengujian konsolidasi
Beban P diterapkan pada benda uji tersebut, dan penururnan diukur dengan arloji pembacaan (dial gauge). Beban diterpkan dalam periode 24 jam, dengan benda uji tetap terendam dalam air. Penambahan beban secara periodik diterapkan pada contoh tanahnya. Penelitian oleh Leonard (1962) menunjukkan bahwa hasil terbaik diperoleh jika penambahan beban adalah dua kali beban sebelumnya, dengan urutan besar beban 0,25; 0,50; 1; 2; 4; 8; 16 kg/cm2. Untuk tiap penambahan beban, deformasi dan waktunya dicatat, kemudian diplot pada grafik semi logaritmis, Gambar 7 memperlihatkan sifat khusus dari grafik hubungan antara penurunan ∆H dan
Gambar 7. Sifat khusus grafik hubungan ∆H terhadap log t
Gambar 8. Sifat khusus grafik hubungan e-log p’
2. Interpretasi Hasil Pengujian Konsolidasi
Pada konsoliodasi satu dimensi, perubahan tinggi (∆H) persatuan dari awal (H) adalah sama dengan perubahan volume (∆V) per satuan volume awal,
atau
V V H
H
Gambar 9. Fase Konsolidasi
(a) Sebelum konsolidasi
(b)
Sesudah konsolidasiBila volume padat Va = 1 dan volume pori awal adalah eo, maka kedudukan
akhir dari proses konsolidasi dapat dilihat dalam Gambar 9. volume pdat besarnya tetap, angka pori berkurang karena adanya ∆e. Dari Gambar 9.
dapat diperoleh persamaan.
o
e e H H
1 (2)
3. Koefisien Pemampatan (Coeficient of Compression) (av) dan keofisien
perubahan Volume (mv) (Coeficient of Volume Change)
Koefisine pemampatan (av) adalah koefisien yang menyatakan kemiringan
kurva e--p. Jika tanah dengan volume V1 mamapat sehingga volumenya
pengurangan rongga pori, maka perubahan volume hanya dalam arah vertikal dapat dinyatakan oleh :
Gambar 10. Hasil pengujian konsolidasi
(a) Plot Angka pori vs. Tegangan efektif e –p’ (b) Plot regangan vs tegangan efektif ∆H/H –P’
Keofisien perubahan volume(Mv) didifenisikan sebagai perubahan volume
persatuan penambahan tegangan efektif. Satuan dari mV adalah kebalikan
dari tegangan (cm2/kg) . perubahan volume dapat dinyatakan dengan perubahan ketebalan ataupun angka pori. Jika terjadi penambahan tegangan efektif p’ ke p’, maka angka pori akan berkurang dari e1 ke e2
(Gambar 10.b) dengan perubahan ∆H.
Perubahan volume =
(karena area contoh tetap)
=
Perubahan volume =
Karena mv adalah perubahan volume/satuan penambahan tegangan, maka
MV =
4. Indeks Pemampatan (Cc) (Compressioon Index)
Indeks pemampatan, Cc adalah kemiringan dari bagian garis lurus grafik
e-log p’. Untuk dua titik yang terletak pada bagian lurus dari grafik dalam
Gambar 11. Cc dapat dinyatakan dalam persamaan :
Cc =
Untuk tanah noremally consolidated, Terzaghi dan Peck (1967) memberikan hubungan angka kompresi Cc sebagaib berikut:
Dengan LL adalah batas cair (liquid limit). Persamaan ini dapat dipergunakan untuk tanah lempung tak organik yang mempunyai sensitivitas rendah sampai sedang dengan kesalahan 30% (rumus ini seharusnya tak diggunakan untuk sensitivitas lebih besar dari 4).
Terzaghi dan Peck juga memberikan hubungan yang sama untuk tanah lempung,
Cc = 0,009 (LL -10) (7)
Gambar 11. Indeks pamampatan Cc
Beberapa niulai Cc, yang didasarkan pada sifat-sifat tanah pada
tempat-tempat tertentu yang diberikan oleh azzouz dkk, (1976) sebagai berikut :
Cc = 0,0046 (LL – 9) (untuk lempung Brasilia) (9)
Cc = 0,208 eo + 0,0083 (untuk lempung Chicago) (10)
Cc = 0,0115 WN (untuk tanah organik, gambut) (11)
Dengan WN adalah kadar air asli (%) dan eo adalah angka pori.
5. Koefisien Konsolidasi (Cv) (Coefficient of Consolidation)
Kecepatan penurunan dapat dihitung dengan menggunakan koefisien konsolidasi Cv. Kecepatan penurunan perlu diperhitungkan bila penurunan
konsolidasi yang terjadi pada suatu struktur diperkirakan sangat besar. Bila penurunan sangat kecil, kecepatan penurunan tidak begitu penting diperhatikan, karena penurunan yang terjadi sejalan dengan waktunya akan tidak menghasilkan perbedaan yang begitu besar.
Jika sejumlah kecil udara terhisap masuk dalam air pori akibat penurunan tekanan pori dari lokasi aslinya di lapangan, kemungkinan terdapat juga penurunan yang berlangsung dengan cepat, yang bukan bagian dari proses konsolidasi. Karena itu, tinggi awal atau kondisi sebelum adanya penurunan saat permulaan proses konsolidasi juga harus diinterpretasikan.
6. Metode Kecocokan Log = Waktu (Log-Time Fitting method)
Prosedur untuk menentukan nilai koefisien konsolidasi Cv diberikan oleh Casagrande dan Fadum (1940). Cara ini sering disebut metode kecocokan log-waktu Casagrande (Casagrande log-time fitting method). Adapun prosedurnya adalah sebagai berikut:
1. Gambarkan grafik penurunan terhadap log waktu, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 12 untuk satu beban yang diterapkan.
2. Kedudukan titik awal kurva ditentukan dengan pengertian bahwa kurva awal mendekati parabol. Tentukan dua titik yaitu pada saat t1 (titik P) dan
saat 4t1 (titik Q). Selisih ordinat (jarak vertical) keduanya diukur,
misalnya x. Kedudukan R = Ro digambar dengan mengukur jarak x kea rah vertical di atas titik P. Untuk pengontrolan, ulangi dengan pasangan titik yang lain.
3. Titik U = 100%, atau titik R100, diperoleh dari titik potong dua bagian
linier kurvanya, yaitu titik potong bagian garis lurus kurva konsolidasi primer dan sekunder.
4. Titik U = 50%, ditentukan dengan
Dari sini diperoleh waktu t50. Nilai Tv sehubungan dengan U = 50% adalah 0,197. Selanjutnya koefisien konsolidasi Cv, diberikan oleh persamaan:
50 2 197 , 0
t H
C t
v (11)
Pada pengujian konsolidasi dengan drainasi atas dan bawah, nilai Ht diambil
setengah dari tebal rata-rata benda uji pada beban tertentu. Jika temperature rata-rata dari tanah asli di lapangan diketahui, dan ternyata terdapat perbedaan dengan temperature rata-rata pada waktu pengujian, koreksi nilai
Cv harus diberikan.
Terdapat beberapa hal di mana cara log-waktu Casagrande tidak dapat diterapkan. Jika konsolidasi sekunder begitu besar pada waktu fase konsolidasi primer selesai, mungkin tidak dapat terlihat dengan jelas dari patahnya grafik log waktu. Tipe kurvanya akan sangat tergantung pada nilai banding penambahan tekanan LIR (Leonard dan Altschaeffl, 1964). Jika
R100 tidak dapat diidentifikasikan dari grafik waktu vs. penurunan, salah satu
pengukuran tekanan air pori atau cara lain untuk menginterpretasikan Cv,
Gambar 12. Metode kecocokan log-waktu (Casagrande, 1940)
7. Metode Akar Waktu (Square Root of Time Method) (Taylor, 1948)
Penggunaan dari cara ini adalah dengan menggambarkan hasil pengujian konsolidasi pada grafik hubungan akar dari waktu vs. penurunannya (Gambar 7.20). Kurva teoritis yang terbentuk, biasanya linier sampai dengan kira-ira 60% konsolidasi. Karakteristik cara akar waktu ini, yaitu dengan menentukan U = 90% konsolidasi, di mana U = 90%, absis OR akan sama dengan 1,15 k ali absis OQ. Prosedur untuk memperoleh derajat konsolidasi
Gambar 13. Metode Akar Waktu (Taylor, 1948)
1. Gambarkan grafik hubungan penurunan vs. akar waktu dari data hasil pengujian konsolidasi pada beban tertentu yang diterapkan.
2. Titik U = Q diperoleh dengan memperpanjang garis dari bagian awal kurva yang lurus sehingga memotong ordinatnya di titik P dan memotong absis di titik Q. Anggapan kurva awal berupa garis lurus adalah konsisten dengan anggapan bahwa kurva awal berbentuk parabol.
3. garis lurus PR digambar dengan absis OR sma dengan 1,15 kali absis OQ.
4. Tv untuk U = 90% adalah 0,848. Pada keadaan ini, koefisien konsolidasi Cv diberikan menurut persamaan :
Jika akan menghitung batas konsolidasi primer U = 100%, titik R100 pada kurva dapat diperoleh dengan mempertimbangkan menurut perbandingan kedudukannya. Seperti dalam penggambaran kurva log-waktu, gambar kurva akar waktu yang terjadi memanjang melampaui titik 100% ke dalam daerah konsolidasi sekunder. Metode akar waktu membutuhkan pembacaan penurunan (kompresi) dalam periode waktu yang lebih pendek dibandingan dengan metode log-waktu. Tetapi kedudukan garis lurus tidak selalu diperoleh dari penggambaran metode akar waktu. Dalam hal menemui kasus demikian, metode log-waktu seharusnya digunakan.
8. Konsolidasi Sekunder
Konsolidasi sekunder terjadi setelah konsolidasi prmer berhenti. Lintasan
kurva konsolidasi sekunder didefinisikan sebagai kemiringan kurva (C)
pada bagian akhir dari kurva H-log t atau dari kurva e-log t. untuk
memperoleh kemiringan kurva konsolidasi sekunder yang baik, diperlukan memperanjang proses pengamatan pengujian di laboratorium. Dengan cara ini akan mempermudah hitungan kemiringan kurva kompresi
Penurunan akibat konsolidasi sekunder, dihitung dengan persamaan
H = tebal benda uji awal atau tebal lapisan tanah yang ditinjau
H = perubahan tebal benda uji di laboratorium dari t1 ke t2
t2 = t1 + t
t1 = saat waktu setelah konsolidasi primer selesai.
Dala tanah organik tinggi dan beberapa jenis lempung lunak, jumlah konsolidasi sekunder mungkin akan sebanding dengan konsolidasi primernya. Akan tetapi, kebanyakan jenis tanah, pengaruh konsolidasi sekunder biasanya sangat kecil sehingga sering diabaikan.
III. METODE PENELITIAN
A. Sampel Tanah
Sampel tanah yang akan diuji adalah jenis tanah lempung (soft clay) yang diambil dari Desa Belimbing Sari, Kecamatan Jabung, Lampung Timur.
B. Pelaksanaan Pengujian
Pelaksanaan pengujian dilakukan dalam 2 tahap. Pertama adalah pengujian sifat fisik dan kedua pengujian konsolidasi tanah lempung (soft clay). Tahap pengujian tersebut dilakukan di laboratorium Mekanika Tanah Fakultas Teknik, Universitas Lampung.
1. Pengujian Sifat Fisik Tanah
Pengujian-pengujian yang dilakukan antara lain:
a. Kadar air (Moisture Content)
Bahan - bahan:
1) Sampel tanah yang akan diuji seberat 30 – 50 gram sebanyak 2 sampel
2) Air secukupnya
Peralatan yang digunakan: 1. Container sebanyak 3 buah 2. Oven
3. Neraca dengan ketelitian 0,01 gram 4. Desicator
Wds = Berat cawan yang berisi tanah yang sudah di oven.
Perbedaan kadar air diantara ketiga sampel tersebut maksimum sebesar 5% dengan nilai rata-rata
b. Berat Volume (Unit Weight)
berat tanah dengan volume tanah. Pengujian berdasarkan ASTM D
3) Timbangan dengan ketelitian 0,01 gram. Perhitungan:
1) Berat ring (Wc).
2) Volume ring bagian dalam (V). 3) Berat ring dan tanah (Wcs). 4) Berat tanah (W) = Wcs – Wc.
c. Berat Jenis (Specific Gravity)
Percobaan ini dilakukan untuk menentukan kepadatan massa butiran atau partikel tanah yaitu perbandingan antara berat butiran tanah dan berat air suling dengan volume yang sama pada suhu tertentu. Pengujian berdasarkan ASTM D 854-02.
Bahan-bahan :
1) Sampel tanah lempung seberat 30 – 50 gram sebanyak 2 sampel. 2) Air Suling.
Peralatan :
2) Thermometerdengan ketelitian 0,01 ˚ C. 3) Timbangan dengan ketelitian 0,01 gram.
4) Boiler (tungku pemanas) atau Hot plate.
Perhitungan :
d. Batas Cair (Liquid Limit)
Tujuan pengujian ini adalah untuk menentukan kadar air suatu jenis tanah pada batas antara keadaan plastis dan keadaan cair. Pengujian berdasarkan ASTM D 4318-00.
Bahan-bahan :
1) Sampel tanah yang telah dikeringkan di udara atau oven. 2) Air bersih atau air suling sebanyak 300 cc.
Peralatan :
1) Alat batas cair (mangkuk cassagrande).
2) Alat pembuat alur (grooving tool) ASTM untuk tanah yang lebih plastis.
3) Spatula.
5) Container 4 buah. 6) Plat kaca.
7) Porselin dish (mangkuk porselin)
8) Timbangan dengan ketelitian 0,01 gram.
9) Oven.
Perhitungan :
1) Menghitung kadar air (w) masing-masing sampel sesuai dengan jumlah ketukan
2) Membuat hubungan antara kadar air dan jumlah ketukan pada grafik semi logaritma, yaitu sumbu x sebagai jumlah pukulan dan sumbu y sebagai kadar air.
3) Menarik garis lurus dari keempat titik yang tergambar.
4) Menentukan nilai batas cair pada ketukan ke-25 atau x = log 25
e. Batas Plastis (Plastic Limit)
Tujuannya adalah untuk menentukan kadar air suatu jenis tanah pada keadaan batas antara keadaan plastis dan keadaan semi padat. Pengujian berdasarkan ASTM D 4318-00.
Bahan-bahan :
1) Sampel tanah sebanyak 100 gram yang telah dikeringkan. 2) Air bersih atau suling sebanyak 50 cc.
3) Gelas ukur 100 cc.
4) Container 3 buah.
5) Timbangan dengan ketelitian 0,01 gram.
6) Oven.
Perhitungan :
1) Nilai batas plastik (PL) adalah kadar air rata-rata dari ketiga benda uji
2) Plastik Indek (PI) adalah harga rata-rata dari ketiga sampel tanah yang diuji, dengan rumus:
PI = LL – PL
f. Analisis Saringan (Sieve Analysis)
Tujuan pengujian analisis saringan adalah untuk mengetahui persentasi butiran tanah dan susunan butiran tanah (gradasi) dari suatu jenis tanah yang tertahan di atas saringan No. 200 (Ø 0,075 mm). Pengujian berdasarkan ASTM D 422.
Bahan-bahan :
1) Tanah asli yang telah dikeringkan dengan oven sebanyak 500 gram.
2) Air bersih atau air suling 1500 cc. Peralatan :
1) Saringan (sieve) 1 set.
4) Kuas halus. 5) Oven. 6) Pan. Perhitungan :
1) Berat masing-masing saringan (Wci).
2) Berat masing-masing saringan beserta sampel tanah yang tertahan di atas saringan (Wbi).
3) Berat tanah yang tertahan (Wai) = Wbi – Wci.
4) Jumlah seluruh berat tanah yang tertahan di atas saringan ( Wai
Wtot.).
5) Persentase berat tanah yang tertahan di atas masing-masing saringan (Pi)
6) Persentase berat tanah yang lolos masing-masing saringan (q): %
Dimana : i = l (saringan yang dipakai dari saringan dengan diameter maksimum sampai saringan nomor 200).
g. Uji Hidrometer
2. Pengujian Konsolidasi
Tujuan pengujian ini adalah untuk mengetahui sifat-sifat pemampatan (perubahan volume) suatu jenis tanah pada saat menerima beban tertentu. Pengujian berdasarkan ASTM D 2435-96.
Bahan-bahan:
1) Sampel tanah asli (undisturbed sample) yang diambil melalui tabung contoh atau sumur percobaan.
2) Air bersih secukupnya. Peralatan yang digunakan:
1) Frame alat konsolidasi dan Consolidometer 2) Cincin (cetakan) benda uji.
3) Extruder
4) Batu pori dan bola baja 5) Piringan (plat penekan)
6) Stopwatch
7) Dial deformasi
8) Timbangan dengan ketelitian 0,01 gram. 9) Pisau pemotong dan Oven
C. Prosedur Pengujian Utama
1. Pengujian sifat fisik tanah yaitu pengujian : a. Kadar Air
d. Analisa Saringan e. Batas Plastis f. Batas Cair g. Hidrometer
2. Melakukan pencampuran sampel tanah asli dengan material bergradasi kasar atau pasir dengan pembagian sampel yaitu Sampel A, Sampel B, dan Sampel C masing-masing terdiri dari 3 sampel.
a. Sampel A
Sampel tanah asli dicampur dengan material bergradasi kasar atau pasir dengan persentase 10 %, kemudian sampel dipadatkan.
b. Sampel B
Sampel tanah asli dicampur dengan material bergradasi kasar atau pasir dengan persentase 15 %, kemudian sampel dipadatkan.
c. Sampel C
Sampel tanah asli dicampur dengan material bergradasi kasar atau pasir dengan persentase 20 %, kemudian sampel dipadatkan.
3. Melakukan uji pemadatan standar (standar proctor) untuk mendapatkan kadar air optimum dengan cara :
a. Menyiapkan sampel tanah asli seberat 2500 gr
b. Menyiapkan gelas ukur yang berisi air seberat 1000 ml
d. Setelah air dicampur dengan sampel tanah diamkan selama ± 24 jam. e. Setelah didiamkan atau diperam ± 24 jam masukkan sampel tanah ke
dalam mol untuk dilakukannya pemadatan standar.
f. Pemadatan dilakukan dengan 3 lapisan dimana pada setiap masing-masing lapisan ditumbuk atau dipadatkan sebanyak 25 kali tumbukan. g. Setelah ditumbuk dan dipadatkan, menimbang berat mol + tanah lalu
ambil beberapa untuk melihat kadaar air mula-mula sampel tersebut.
4. Prosedur Pengujian Utama Konsolidasi
Pengujian konsolidasi ini dilakukan pada sampel tanah yang disubtitusi material bergradasi kasar. Adapun langkah-langkah prosedur pengujiannya antara lain :
a. Memasukkan sampel tanah yang sudah dicampur dengan pasir serta dipadatkan ke dalam cetakan benda uji sampel tanah sehingga cetakan terisi penuh dengan sampel tanah.
b. Setelah sampel dicetak di cetakan benda uji tersebut, lalu melakukan penyusunan modul ke dalam sel konsolidasi dengan urutan yang dari bawah :
Batu pourus
Kertas pori
Sampel tanah dalam ring
Kertas Pori
Silinder tembaga yang berfungsi meratakan beban
Penahan dengan 3 mur
Gambar 14. Susunan Modul Uji Konsolidasi
c. Mencatat pembacaan awal lalu isi air dan berikan beban awal kemudian diamkan selama 24 jam. Besarnya beban awal adalah :
Po = w.h.Vo
Dimana : w = Berat isi basah
h = Kedalaman pengambilan tanah Vo = Volume sampel tanah
