commit to user
KAJIAN PENGEMBANGAN TANAH LEMPUNG
DITINJAU DARI BESARNYA KADAR AIR
The Study of Clay Soils’s Swelling Based on its Water Content Point of View
SKRIPSI
Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Pada Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sebelas Maret Surakarta
Disusun Oleh :
AULIA AJI SASANTI
NIM I 0107052
JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
commit to user
ii
HALAMAN PERSETUJUAN
KAJIAN PENGEMBANGAN TANAH LEMPUNG
DITINJAU DARI BESARNYA KADAR AIR
The Study of Clay Soils’s Swelling Based on its Water Content Point of View
Disusun Oleh :
AULIA AJI SASANTI
NIM I 0107052
Telah disetujui untuk dipertahankan di hadapan tim penguji pendadaran
Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
Disetujui,
Pembimbing II
Ir. Noegroho Djarwanti, MT NIP. 19561112 198403 2 007 Pembimbing I
commit to user
iii
KAJIAN PENGEMBANGAN TANAH LEMPUNG
DITINJAU DARI BESARNYA KADAR AIR
The Study of Clay Soils’s Swelling Based on its Water Content Point of View
SKRIPSI
Disusun Oleh :
AULIA AJI SASANTI
NIM I 0107052
Telah dipertahankan di hadapan Tim Penguji Pendadaran Jurusan Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret pada hari :
1. Dr. Niken Silmi Surjandari, ST, MT __________________
NIP. 19690903 199702 2 001
2. Ir. Noegroho Djarwanti, MT __________________
NIP. 19561112 198403 2 007
3. Ir. Ary Setyawan, M.Sc, Ph.D __________________
NIP. 19661204 199512 1 001
4. Bambang Setiawan, ST, MT __________________
NIP. 19690717 199702 1 001
Mengetahui, Disahkan,
a.n. Dekan Fakultas Teknik UNS Ketua Jurusan Teknik Sipil
Pembantu Dekan I Fakultas Teknik UNS
Kusno Adi Sambowo, ST, PhD Ir. Bambang Santosa, MT
commit to user
iv
MOTTO
“Ya Allah, sesungguhnya aku berlindung kepada-Mu dari ilmu yang tidak
bermanfaat, hati yang tidak khusyuk, amal yang tidak diterima, dan doa
yang tidak dikabulkan”
“Sesungguhnya sholatku, amalku, hidupku dan matiku hanyalah untuk
Allah pemilik alam semesta”
“Ya Allah yang maha menguasai hati, ubahlah hati kami untuk selalu taat
kepada-Mu”
“Lakukanlah sesuatu yang memang seharusnya dilakukan, dan
pertanggungjawabkan sesuatu yang telah kita pilih untuk kehidupan kita”
commit to user
v
PERSEMBAHAN
Kupersembahkan Hasil Karyaku untuk :
š Allah S.W.T yang selalu melimpahkan rahmat dan
nikmat yang luar biasa, Alhamdulillah, serta junjungan
kami Rasulullah Muhammad S.A.W yang selalu
menjadi teladan bagi hidup saya.
š Ayahku dan Ibuku tercinta yang selalu melimpahkan
kasih sayang serta dukungan secara moral, material
maupun spiritual sampai aku bisa mencapai
pendidikan jenjang Strata-1. J
š Kakakku mas Danang dan Adekku Rasyid yang selalu
memberi semangat. J
š Keponakanku tersayang Akhmal Radiansyah yang
membawa keceriaan. J
š Tanteku Asih Riyani dan Sepupuku Nikita Juliette,
yang selalu membawa suasana ramai dalam rumah. J
š Saudara-saudaraku yang ada di AJUSTA BRATA,
tanpa mereka tidak akan berarti hari-hari ku di
kampus. J
š Saudara-saudara seangkatanku Tata, Antika, Lita,
Ajeng, Saras dan Ipul yang heboh tetapi selalu
memberiku semangat. J
š Laily Fatmawati, yang banyak membantuku melewati
commit to user
vi
ABSTRAK
AULIA AJI SASANTI, 2012. Kajian Pengembangan Tanah Lempung Ditinjau dari Besarnya Kadar Air. Skripsi, Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Tanah lempung mempunyai karakteristik unik dan memiliki kemampuan mengembang lebih besar daripada jenis tanah yang lain. Akibat perubahan fluktuasi kadar air yang terjadi pada tanah lempung, sering menimbulkan kerusakan yang tergantung pada kadar lempung dan jenis mineral lempung yang terdapat dalam tanah. Efek yang sering terlihat adalah rusaknya struktur dinding, rusaknya struktur jalan maupun jembatan, terangkatnya struktur plat serta berbagai struktur bawah lainnya. Beberapa wilayah di sekitar Surakarta diduga memiliki klasifikasi tanah lempung yaitu di Sragen, Klaten dan Boyolali. Penelitian ini bertujuan untuk mengamati perilaku potensi mengembang yang dinyatakan dalam presentase mengembang tanah.
Perilaku mengembang tanah diamati dengan besar presentase mengembang tanah.
Perilaku mengembang ini diamati dengan menggunakan oedometer. Sampel uji
pengembangan tanah adalah sampel uji Proctor yang telah divariasikan kadar airnya. Pengujian presentase mengembang dimulai dari kondisi kadar air buatan yang ditetapkan sebagai kondisi awal sampel uji. Setelah kondisi kadar air buatan
tercapai, air ditambahkan pada sel Oedometer untuk memulai pengujian presentae
mengembang.
Berdasarkan analisis hasil identifikasi, tanah yang diamati merupakan tanah lempung dengan potensi mengembang antara 5% sampai dengan 10%. Hasil pengujian menunjukkan bahwa semakin rendah kadar air awal pada suatu tanah lempung, maka besar presentase mengembang pada tanah tersebut semakin tinggi. Hasil analisis juga menunjukkan bahwa semakin besar indeks plastisitas semakin besar presentase mengembangnya. Kajian pengembangan tanah ini menghasilkan model empiris yang dapat digunakan sebagai bahan pertimbangan dalam memprediksi besarnya presentase mengembang tanah dengan parameter indeks plastisitas dan kadar air awal.
commit to user
vii
ABSTRACT
AULIA AJI SASANTI, 2012. The Study of Clay Soils’s Swelling Based on its Water Content Point of View, Thesis, Civil Engineering Department, Faculty of Engineering, Sebelas Maret University.
Clay soil has unique characteristics and it has the ability to expand larger than the other soil types. Fluctuations in water levels due to changes that occur in clay soil, often causing damage depends on clay content and type of clay mineral contained in soil. The effect is often seen in destruction of the wall structure, damage to the structure of road and bridges, the lifting plate structures as well as various other structures down. Several areas around Surakarta suspected of having clay classification there are in Sragen, Klaten and Boyolali. This study aimed to observe the behavior of swelling potential that is expressed in percentage.
Behavior was observed with a large ground swell inflate the percentage of land. This expands behavior observed by using the oedometer. The test sample is a sample from Proctor test that has varied water content. Testing begins from variated water content that are designed as the initial water content of the test sample. After variated water content already, water was added in oedometer cels to start the swelling test.
Based on the analysis results of identification, the observed soil is clay with swelling potential from 5% until 10%. Test results showed that the lower initial moisture content on a clay soil, caused a large swelling percentage in the soils. The analysis highlights show that the greater plasticity index greater percentage of swelling. This soils study expands produce an empirical model that can be used as a material consideration in predicting the swelling percentage of soil with plasticity index and initial water content as parameters.
commit to user
viii
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan
karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul ” Kajian
Pengembangan Tanah Lempung Ditinjau dari Besarnya Kadar Air”. Skripsi
ini disusun sebagai salah satu syarat meraih gelar sarjana pada Jurusan Teknik
Sipil Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Pada pelaksanaannya, penulis telah banyak mendapatkan bantuan baik fasilitas,
bimbingan maupun kerjasama dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis
mengucapkan terima kasih kepada :
1. Pimpinan Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
Surakarta.
2. Ibu Niken Silmi Surjandari, ST, MT selaku Dosen Pembimbing I.
3. Ibu Noegroho Djarwanti, MT selaku Dosen Pembimbing II.
4. Bp. Bambang Setiawan, ST, MT dan Bp. Ir. Ary Setyawan, M.Sc, Ph.D
selaku Penguji.
5. Bp. Wibowo, ST, DEA selaku Dosen Pembimbing Akademik.
6. Staf Pengelola/Laboran Laboratorium Mekanika Tanah Jurusan Teknik Sipil
Universitas Sebelas Maret Surakarta.
7. Saudara Wahyudi, Bramantyo, Al Faruuq Habib yang telah membantu
penelitian.
8. Semua pihak yang telah berpartisipasi dalam penyusunan skripsi ini.
Penulis menyadari skripsi ini masih banyak kekurangan, oleh karena itu saran dan
kritik akan sangat membantu demi kesempurnaan penelitian selanjutnya. Penulis
berharap skripsi ini bermanfaat bagi pembaca.
Surakarta, Februari 2012
commit to user
ix
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL... i
HALAMAN PERSETUJUAN ... ii
HALAMAN PENGESAHAN... iii
MOTTO DAN PERSEMBAHAN ... iv
ABSTRAK ... vi
KATA PENGANTAR ... viii
DAFTAR ISI ... ix
DAFTAR TABEL ... xi
DAFTAR GAMBAR ... xii
DAFTAR NOTASI DAN SIMBOL ... xiv
DAFTAR LAMPIRAN ... xv
BAB 1 PENDAHULUAN ... 1
1.1. Latar Belakang Masalah ... 1
1.2. Rumusan Masalah ... 2
1.3. Batasan Masalah ... 2
1.4. Tujuan Penelitian ... 3
1.5. Manfaat Penelitian ... 3
BAB 2 LANDASAN TEORI ... 4
2.1. Tinjauan Pustaka ... 4
2.2. KlasifikasiTanah ... 4
2.3. Batas-batas konsistensi Tanah ... 6
2.4. Berat Jenis ... 9
2.5. Pengujian Pemadatan Standar ... 9
2.6. Tanah Lempung ... 11
2.7. Interaksi Air pada Tanah Lempung ... 13
2.8. Derajat Mengembang (Swelling) ... 16
commit to user
x
BAB 3 METODE PENELITIAN ... 21
3.1. Uraian Umum ... 21
3.2. Bahan dan Alat yang Digunakan ... 21
3.3. Alur Penelitian ... 22
3.4. Langkah-langkah Penelitian ... 23
a. Pengambilan Sampel (Tahap I) ... 23
b. Pengujian Indeks Properties (Tahap II)... 23
c. Pengujian Pemadatan (Tahap III) ... 23
d. Pengujian Swelling (Tahap IV) ... 24
d. Analisis dan Pembahasan ... 26
BAB 4 ANALISIS DAN PEMBAHASAN ... 27
4.1. Hasil Pengujian ... 27
4.1.1. Klasifikasi Tanah ... 27
4.1.2. Pengujian Pemadatan ... 29
4.1.3. Pengujian Presentase Mengembang ... 29
4.2. Pembahasan ... 40
4.2.1. Korelasi antara Indeks Plastisitas dengan Persentase Mengembang ... 40
4.2.2. Korelasi antara Kadar Air Awal dengan Besar Presentase Swelling ... 41
4.2.3. Prediksi Presentase Mengembang ... 44
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ... 54
5.1. Kesimpulan ... 54
5.2. Saran ... 55
DAFTAR PUSTAKA ... 56
commit to user
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Gradasi Ukuran Partikel Tanah ... 5
Tabel 2.2 Sistem Klasifikasi Tanah (ASTM D 2487-66T) ... 6
Tabel 2.3 Nilai Indeks Plastisitas dan Macam Tanah ... 8
Tabel 2.4 Berat Jenis Tanah ( specific Gravity) ... 9
Tabel 3.1 Titik Pengambilan Sampel ... 23
Tabel 4.1 Hasil Pengujian Klasifikasi Tanah ... 28
Tabel 4.2 Hasil Pengujian Standard Proctor ... 29
Tabel 4.3 Hasil Pengujian Presentase Mengembang ... 30
4.3a Hasil Pengujian Presentase Mengembang Kalijambe, Sragen ... 30
4.3b Hasil Pengujian Presentase Mengembang Barepan, Klaten ... 30
4.3c Hasil Pengujian Presentase Mengembang Mlese, Klaten ... 31
4.3d Hasil Pengujian Presentase Mengembang Simo, Boyolali ... 31
Tabel 4.4 Perhitungan Presentase Mengembang ... 34
Tabel 4.5 Indeks Plastisitas Vs Swelling ... 40
4.5a Indeks Plastisitas Vs Swelling pada Kadar Air ± 21% ... 40
4.5b Indeks Plastisitas Vs Swelling pada Kadar Air ± 32% ... 40
4.5c Indeks Plastisitas Vs Swelling pada Kadar Air ± 39% ... 40
Tabel 4.6 Hasil Perhitungan Presentase Mengembang Berbagai Model Empiris ... 45
Tabel 4.7 Perbandingan Prediksi mengembang Tanah ... 47
4.7a Perbandingan Prediksi mengembang Tanah Kalijambe ... 47
4.7b Perbandingan Prediksi mengembang Tanah Mlese ... 48
4.7c Perbandingan Prediksi mengembang Tanah Barepan ... 48
commit to user
Gambar 2.3 Hubungan antara Berat Kering tanpa Rongga Dengan Kadar Air ... 11
Gambar 2.4 Kation dan Anion pada Partikel Lempung ... 13
Gambar 2.5 Sifat Dipolar Air ... 14
Gambar 2.6 Tarik-menarik Molekul Dipolar Air dengan Permukaan Partikel Lempung ... 14
Gambar 2.7 Air pada Partikel Lempung ... 15
Gambar 2.8 Hubungan Indeks Plastisitas dengan Potensi Mengembang ... 17
Gambar 3.1 Bagan Alur Penelitian ... 22
Gambar 3.2 Pencetakan Sampel dalam Ring Uji ... 25
Gambar 4.1 Grafik Swelling Kalijambe Kadar Air 21,15% ... 35
Gambar 4.2 Grafik Pengujian Mengembang Tanah ... 36
4.2a Grafik Pengujian Mengembang Tanah Kalijambe ... 36
4.2b Grafik Pengujian Mengembang Tanah Barepan ... 37
4.2c Grafik Pengujian Mengembang Tanah Mlese ... 38
4.2d Grafik Pengujian Mengembang Tanah Simo ... 39
Gambar 4.3 Grafik Korelasi antara Indeks Plastisitas dengan Persentase Mengembang ... 41
Gambar 4.4 Grafik Korelasi antara Kadar Air Awal dengan Persentase Mengembang ... 42
4.4a Grafik Korelasi antara Kadar Air Awal dengan Persentase Mengembang Kalijambe ... 42
4.4b Grafik Korelasi antara Kadar Air Awal dengan Persentase Mengembang Barepan ... 42
commit to user
xiii
4.4d Grafik Korelasi antara Kadar Air Awal dengan
Persentase Mengembang Simo ... 43
Gambar 4.5 Grafik Model-model empiris Prediksi
Presentase mengembang ... 45
Gambar 4.6 Grafik Perbandingan Besar Presentase Mengembang Beberapa
Model Penelitian ... 50
4.6a Grafik Perbandingan Besar Presentase Mengembang Beberapa
Model Penelitian Kalijambe ... 50
4.6b Grafik Perbandingan Besar Presentase Mengembang Beberapa
Model Penelitian Barepan ... 51
4.6a Grafik Perbandingan Besar Presentase Mengembang Beberapa
Model Penelitian Mlese ... 52
4.6a Grafik Perbandingan Besar Presentase Mengembang Beberapa
commit to user
xiv
DAFTAR NOTASI DAN SIMBOL
ASTM = American Society for Testing and Materials
CF = Fraksi lempung (Clay faction) pada Model Muntohar
C = Fraksi lempung (Clay faction) Pada Model Nayak dan Christensen
e = Angka pori
e0 = Angka pori awal
Gs = Berat jenis tanah (Specific gravity)
H = Tinggi sampel mula-mula
H0 = Tinggi awal
Ht = Tinggi sampel total saat mengembang
ΔH = Tinggi mengembang (Ht – H0)
LL = Batas cair
P = Tekanan
PL = Batas plastis
PI = Indeks Plastisitas
S = Persentase mengembang (Swelling percentage)
S(PI) = Persentase mengembang parameter indeks plastisitas
SL = Shringkage Limit
USCS = Unified Soil Classification System
w = Kadar air
wi = Kadar air awal
wopt = Kadar air optimum
ε = Regangan axial
γ = Berat isi
γd = Berat isi kering
γd = Berat isi Basah
commit to user
xv
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran A Data Hasil Pengujian Klasifikasi
· Specific Gravity Test
· Grain Size Analysis Test
· Atterberg Limit Test
Lampiran B Data Hasil Pengujian Kepadatan
· Standard Proctor Test
Lampiran C Data Hasil Pengujian Potensi Mengembang
· Pengujian Persentase Mengembang
commit to user
xvi
Lampiran A
Data Hasil Penguj ian Klasifikasi
Spesific Gravity Test
Grain Size Analysis Test
commit to user
xvii
Lampiran B
Data Hasil Penguj ian Pemadatan
commit to user
xviii
Lampiran C
Data Hasil Penguj ian Potensi
commit to user
xix
Lampiran D
commit to user
xx
Lampiran E
Data Hasil Penguj ian Potensi
Mengembang
Persentase Mengembang
commit to user
xxi
Lampiran F
Dokumentasi
Kerusakan Jalan
Pengambilan Sampel
commit to user
xxii
Lampiran G
commit to user
1
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Tanah lempung adalah jenis tanah yang paling banyak menimbulkan masalah pada
infrastruktur. Struktur tanah tidak selalu seragam dan sulit diprediksi hanya dengan
melihat rupa tanah tersebut secara fisik. Misal dengan menganalisis warnanya saja
kita belum bisa memastikan tanah tersebut termasuk golongan tanah apa. Ada
beberapa ciri fisik yang memungkinkan kita untuk mengidentifikasi secara kasar
klasifikasi tanah tersebut. Melalui uji laboratorium lebih lanjut kita dapat
mengidentifikasi jenis dari tanah dan dapat memprediksi sifat-sifat tanah serta
kekurangan tanah yang kita identifikasi.
Tanah lempung yang mempunyai sifat menyerap air yang tinggi dan mudah
menyusut dalam keadaan kering menjadi kendala yang besar dalam pembangunan
infrastruktur, selain itu ada kemungkinan kerugian yang besar apabila ternyata tanah
lempung pada suatu daerah memiliki nilai ekspansif yang tinggi. Akibat perubahan
volume yang terjadi pada tanah lempung, sering menimbulkan kerusakan
tergantung pada kadar lempung dan jenis mineral lempung yang terdapat dalam
tanah.
Tanah lempung yang memiliki daya rusak karena fluktuasi kadar air dapat dilihat
dari besarnya pengembangan tanah. Besar pengembangan tanah tersebut dapat
dipengaruhi oleh beberapa parameter misalnya indeks plastisitas, kadar air dan
persentase lempung. Penelitian ini dapat menjadi rujukan referensi untuk
pembangunan di daerah penelitian yaitu Kalijambe, Sragen; Mlese, Klaten;
Barepan, Klaten; Simo, Boyolali.
Pengambilan sampel dilakukan pada daerah yang diduga jenis tanah lempung yang
commit to user
2
di daerah tersebut adalah tanah lempung, Misalnya kondisi jalan raya yang
retak-retak dan bergelombang, rusaknya struktur dinding, rusaknya struktur jembatan,
terangkatnya struktur plat serta berbagai struktur bawah lainnya. Hal tersebut
merupakan ciri-ciri paling mudah yang di gunakan untuk menduga bahwa tanah di
suatu daerah adalah tanah lempung.
Penelitian ini untuk mengetahui karakteristik tanah lempung dengan uji swelling
untuk mengetahui potensi pengembangan tanah pada tanah lempung. Penelitian
ini juga untuk mengetahui ciri tanah lempung yang berdaya rusak dengan
menggunakan oedometer sebagai parameter besar pengembangan tanah lempung.
Perilaku potensi mengembang (swelling potential) yang dapat dinyatakan dalam
persentase mengembang (swelling percentage).
Metode yang dipakai adalah metode pengukuran langsung yaitu dengan
pengukuran perubahan volume mengembang (swelling volume change) di
laboratorium.
1.2
Rumusan Masalah
Bagaimanakah sifat pengembangan tanah lempung dilihat dari sisi besarnya kadar
air yang terdapat dalam tanah lempung?
1.3
Batasan Masalah
a. Penelitian dilakukan dengan uji laboratorium sesuai standar ASTM.
b. Sampel tanah diambil dari lokasi di Kalijambe, Sragen; Mlese, Klaten;
Barepan, Klaten dan Simo, Boyolali.
c. Jenis sampel tanah adalah terganggu (disturbed), diambil pada lapis
permukaan.
d. Pengujian persentase mengembang tanah pada penelitian ini menggunakan
alat Oedometer.
commit to user
3
1.4
Tujuan
a. Mengetahui besar persentase mengembang tanah .
b. Mengetahui hubungan antara kadar air awal dengan besarnya persentase
swelling.
c. Mengetahui prediksi mengembang tanah lempung pada lokasi pengujian.
1.5
Manfaat
Menambah referensi dalam mempelajari derajat mengembang tanah pada tanah
lempung serta kondisi geoteknik perilaku tanah antara lain di beberapa lokasi di
sekitar Surakarta.
Dapat menjadi acuan dalam menentukan uji pemadatan dengan memperhatikan
nilai derajat mengembang tanah di daerah dengan kondisi tanah lempung
khususnya di daerah Kalijambe, Sragen; Cawas, Klaten; Barepan, Klaten dan
commit to user
4
BAB 2
LANDASAN TEORI
2.1
Tinjauan Pustaka
Salah satu pertimbangan penting dalam pembangunan struktur bawah adalah
kadar air yang terkandung dalam tanah. Stabilitas struktur tanah dasar sangat
penting karena menopang infrasturktur yang berada diatasnya. Prinsipnya, dalam
pembangunan infrastruktur kondisi mengembang dan menyusutnya volume tanah
pada tanah dasar harus dikendalikan. Pemadatan tanah yang baik dapat
memperkecil kemungkinan perubahan volume dan penurunan tanah. Penyusutan
dan pengembangan pada tanah selain tergantung pada perbedaan kadar air juga
tergantung pada karakteristik dan klasifikasi tanah itu sendiri, (Peck, 1973 dalam
Setiawati, 1998).
Derajat keaktifan tanah bergantung pada indeks plastisitas dan jumlah lempung
yang dikandung. Semakin besar indeks plastisitas maka tanah dinyatakan semakin
aktif. Tanah mengembang menunjukkan kecenderungan meningkatnya volume
apabila terdapat air yang memungkinkan, tetapi juga berarti berkurangnya volume
atau menyusut apabila airnya keluar. Pengembangan (swelling) ataupun
penyusutan (shrinkage) pada tanah biasanya ditandai dengan adanya
retakan-retakan akibat adanya penyusutan ataupun adanya pengembangan, (Abrianto,
2010).
2.2
Klasifikasi Tanah
Sistem klasifikasi tanah adalah suatu sistem pengaturan beberapa jenis tanah yang
berbeda-beda tapi mempunyai sifat yang serupa kedalam kelompok-kelompok
dan subkelompok-subkelompok berdasarkan pemakaiannya.
Kebanyakan klasifikasi tanah menggunakan indeks tipe pengujian yang sangat
commit to user
5
untuk menentukan kelompok klasifikasi. Klasifikasi tanah umumnya didasarkan
atas ukuran partikel yang diperoleh dari analisis distribusi ukuran (saringan dan
sedimentasi) dan plastisitas, (Hardiyatmo, 2006).
Berdasarkan ukuran partikel (gradasi butiran) nya, tanah dapat didefinisikan dari
komponennya sendiri-sendiri misalnya seperti : bongkah, kerakal, kerikil, pasir,
lanau dan lempung, seperti pada Tabel 2.1 :
Tabel 2.1 Gradasi Ukuran Partikel Tanah
Komponen tanah
Standar Ayakan Ukuran (mm)
Lolos
Sumber : (Hendarsin, Shirley L., 2003)
Sistem klasifikasi tanah yang paling banyak dipakai secara internasional untuk
pekerjaan geoteknik adalah sistem klasifikasi tanah USCS {Unified Soil Clasifications
Systems) yang berdasarkan pada ASTM (American Society of Testing Material
Standart). Berikut ini sistem klasifikasi standar ASTM, yang disajikan pada Tabel
commit to user
6
Tabel 2.2 Sistem Klasifikasi Tanah
Sumber : (ASTM D 2487-66T)
2.3
Batas-batas Konsistensi Tanah
Menurut kadar airnya, tanah lempung dapat berbentuk cair, plastis, semi padat,
atau padat. Kedudukan kadar air transisi bervariasi pada berbagai jenis tanah.
Kedudukan fisik tanah berbutir halus pada kadar air tertentu disebut konsistensi. Simbol terletak di bawah garis A atau Index Plastisitas < dari 4
GC
Kerikil berlempung, campuran kerikil, pasir dan lempung
Batas atterberg terletak di atas garis A dan Index Plastisitas > dari 7
SW terletak di bawah garis A atau Index Plastisitas < 4 Index Plastisitas > dari 7
ML
Lanau inorganik, pasir sangat halus, debu padas pasir halus atau lanau dari hitam dan tanah berkadar Organik lempung LL <= 50
Lanau dan lempung LL > 50
Tidak sesuai dengan kriteria GW
Bila batas Atterberg berada pada daerah yang diarsir dari diagram dibawah ini, dipakai 2 simbol sehubungan dengan batasan penggolongan
Tidak sesuai dengan kriteria SW
Bila batas Atterberg berada pada daerah yang diarsir dari diagram dibawah ini, dipakai 2 simbol sehubungan dengan batasan klasifikasi
Tanah dengan kadar organik tinggi
Dapat dibedakan dengan mata dan tangan ASTM lihat D 2488-66T.
Klasifikasi Umum Kriteria Klasifikasi
commit to user
7
Konsistensi tergantung pada gaya tarik antar partikel mineral lempungnya. Bila
tanah dalam keadaan plastis, besarnya jaringan gaya antarpartikel akan
sedemikian hingga partikelnya bebas untuk relatif menggelincir antara satu
dengan lainnya, dengan kohesi antaranya tetap terpelihara. Pengurangan kadar air
juga menghasilkan pengurangan volume tanah.
Berdasarkan standar ASTM D 4318-95a, suatu sampel yang berbutir halus
(lempung atau lanau) yang dicampur dengan air hingga mencapai keadaan cair
dari keadaan kering secara perlahan-lahan akan mencapai fase-fase seperti yang
ditunjukkan Gambar 2.1 berikut :
Gambar 2.1 Grafik Atterberg Limits (ASTM D 4318)
a. Batas cair (Liquid Limit = LL), didefinisikan sebagai kadar air tanah pada
batas antara keadaan cair dan keadaan plastis, yaitu batas atas dari daerah
plastis. Batas cair biasanya ditentukan dari pengujian Casagrande (1948).
Penentuan batas cair adalah kadar air dimana untuk nilai-nilai diatasnya akan
berperilaku sebagai cairan kental atau dapat juga didefinisikan sebagai kadar
air dimana 25 kali pukulan oleh Casagrande akan menutup celah (groove)
yang berjarak 0,5 in (12,7 mm) sepanjang dasar mangkuk.
Karena sulitnya mengatur kadar air pada waktu celah menutup di 25 ketukan,
maka biasanya percobaan dilakukan beberapa kali yaitu dengan kadar air yang
commit to user
8
menentukan kadar air pada 25 ketukan.
b. Batas plastis (Plastic Limit = PL), kadar air dimana tanah apabila digulung
sampai dengan diameter 1/8 in (3,2 mm) menjadi retak-retak. Batas plastis
merupakan batas terendah dari tingkat keplastisan suatu tanah.
c. Indeks Plastisitas (Plasticity Indeks =PI), adalah perbedaan antara batas cair
dan batas plastis suatu tanah. PI= LL – PL
Indeks plastisitas merupakan interval kadar air di mana tanah masih bersifat
plastis. Jika tanah itu mempunyai interval indeks plastisitas yang pendek,
maka kondisi ini disebut tanah kurus. Sedangkan apabila interval indeks
plastisitanya panjang maka kondisi ini disebut tanah gemuk. Batasan
mengenai indeks plastisitas, sifat, macam tanah, dan kohesinya diberikan oleh
Atteberg dalam Tabel 2.3 sebagai berikut :
Tabel 2.3 Nilai indeks plastisitas dan macam tanah
PI Sifat Macam Tanah Kohesi
0 Nonplastis Pasir Nonkohesif
<7 Plastisitas Rendah Lanau Kohesif Sebagian
7-17 Plastisitas Sedang Lempung berlanau Kohesif
>17 Plastisitas Tinggi Lempung Kohesif
Sumber : (Atteberg, 1991)
d. Batas susut (Shrinkage Limit = SL) ,yaitu presentase kadar air dimana
pengurangan kadar air selanjutnya tidak mengakibatkan perubahan volume
tanahnya. Batas susut dinyatakan dalam persamaan 2-1 sebagai berikut :
Ė = − × 100%...(2-1)
Dimana :
W1 = berat tanah basah (gram)
W1 = berat tanah kering oven (gram)
V1 = Volume tanah basah (cm3)
commit to user
9
gw = berat volume air (gram/cm3)
2.4
Berat Jenis
Berat jenis ( Spesific Gravity / Gs ) atau berat spesifik adalah perbandingan antara
berat volume butiran padat (
g
s), dengan berat volume air (g
w). Berat jenis (SpesificGravity / Gs) tidak memiliki dimensi. Secara tipikal, berat jenis berbagai jenis
tanah berkisar antara 2.65 – 2.75. Berat jenis Gs = 2.67 biasanya digunakan untuk
tanah-tanah tidak berkohesi atau tanah granuler, sedangkan untuk tanah - tanah
kohesif yang tidak mengandung bahan organik Gs berkisar di antara 2.58 – 2.65.
Nilai-nilai berat jenis dari berbagai jenis tanah diberikan dalam Tabel 2.4 :
Tabel 2.4 Berat Jenis Tanah ( specific gravity)
Sumber : (Hardiyatmo, 2006)
2.5
Pengujian Pemadatan Standar (
Standard Proctor Test
)
Pemadatan tanah merupakan suatu proses mekanis dimana udara dalam pori tanah
dikeluarkan. Proses tersebut dilakukan pada tanah yang dipakai sebagai bahan
timbunan dengan maksud antara lain :
a. Mempertinggi kekuatan tanah.
b. Memperkecil pengaruh air pada tanah.
c. Memperkecil compressibility dan daya rembes airnya.
d. Mengurangi perubahan volume sebagai akibat perubahan kadar air.
Pada derajat kepadatan tinggi berarti :
a. Berat isi basah (γb) dan berat isi keringnya (γd) maksimum.
commit to user
c. Angka porinya (e) dan p
Proctor (1933) telah menga
dan berat volume kering ta
terdapat satu nilai kadar air
maksimumnya.
Percobaan pada uji pemada
air tiap percobaan di variasi
kadar air dan berat volum
memperlihatkan nilai kadar
kering terbesar atau kepada
pengujian pemadatan dari
ASTM D-698.
Gambar 2.2 Kurva Hasil Pe
Tanah dalam keadaan keri
dipadatkan. Ketika kadar a
Apabila seluruh udara dipa
kondisi jenuh sehingga ni
n porositas (n) minimum.
ngamati bahwa ada hubungan yang pasti antara k
tanah padat. Untuk berbagai jenis tanah pada um
air optimum tertentu untuk mencapai berat volum
adatan tanah di ulang paling sedikit 5 kali denga
iasikan. Kemudian di gambarkan sebuah grafik hubung
ume keringnya. Kurva yang dihasilkan dari pe
dar air yang optimum (wopt) untuk mencapai berat
padatan maksimum. Gambar 2.2 menunjukkan kur
ri beberapa macam tanah menurut prosedur pe
l Pemadatan Pada Berbagai Jenis Tanah (ASTM D
ering mempunyai sifat yang kaku sehingga sul
r air sedikit ditambah, tanah akan menjadi lebi
dipaksa keluar dari rongga maka tanah tersebu
commit to user
11
prakteknya keadaan ini sangat sulit untuk dicapai. Gambar 2.3 berikut
menunjukkan hubungan antara berat kering tanpa rongga dengan kadar air :
Gambar 2.3 Hubungan antara Berat Kering Tanpa Rongga Dengan Kadar Air (Hardiyatmo, 1992)
2.6
Tanah Lempung
Tanah lempung pada umumnya mempunyai butiran halus lebih dari 50%. ASTM
memberi batasan bahwa secara fisik ukuran lempung adalah lolos saringan No.
200. Partikel lempung dapat berbentuk seperti lembaran yang mempunyai
permukaan khusus. Karena itu, tanah lempung mempunyai sifat yang sangat
dipengaruhi oleh gaya-gaya permukaan.
Tanah lempung merupakan partikel mineral yang berukuran lebih kecil dari 0,002
mm. Partikel-partikel ini merupakan sumber utama dari kohesi di dalam tanah
yang kohesif, (Bowles, 1991). Tanah lempung merupakan tanah yang berukuran
mikroskopis sampai dengan sub mikroskopis yang berasal dari pelapukan
unsur-unsur kimiawi penyusun batuan, tanah lempung sangat keras dalam keadaan
kering dan bersifat plastis pada kadar air sedang. Kadar air yang lebih tinggi pada
lempung bersifat lengket (kohesif) dan sangat lunak, (Das, 1994).
Tanah lempung memiliki kira-kira 15 macan mineral yang diklasifikasikan
commit to user
12
montmorilonite, illite, kaolinite, dan polygorskite. Terdapat pula kelompok yang
lain misalnya : Chlorite, veermicullite dan halloysite, (Kerr, 1959 dalam
Hardiyatmo, 1992).
Sifat-sifat yang dimiliki tanah lempung adalah sebagai berikut (Hardiyatmo,
1999) :
1) Ukuran butir halus, kurang dari 0,002 mm,
2) Permeabilitas rendah,
3) Kenaikan air kapiler tinggi,
4) Bersifat sangat kohesif,
5) Kadar kembang susut yang tinggi,
6) Proses konsolidasi lambat.
Tanah butiran halus khususnya tanah lempung akan banyak dipengaruhi oleh air.
Sifat mengembang tanah lempung yang dipadatkan akan lebih besar pada
lempung yang dipadatkan pada kering optimum dari pada 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).
Mineral lempung menunjukkan karakteristik daya tarik-menarik dengan air dan
menghasilkan plastisitas yang tidak ditunjukkan oleh material lain walaupun
mungkin material itu berukuran sama atau lebih kecil, (Bowles,1989).
Atterberg, 1911 (dalam Hardiyatmo, 1999), memberikan cara untuk
menggambarkan batas konsistensi dari tanah berbutir halus dengan
mempertimbangkan kandungan kadar airnya. Batas-batas tersebut adalah batas
cair (liquid limit), batas plastis (plastic limit), dan batas susut (shrinkage limit).
Tingkat plastisitas tanah dibagi dalam 4 tingkatan berdasarkan nilai indeks
plastisitasnya yang ada dalam selang antara 0 % dan 17 % yang ditunjukkan pada
commit to user
13
Permukan Partikel Lempung
2.7
Interaksi Air Pada Tanah Lempung
Air biasanya tidak banyak mempengaruhi kelakuan tanah nonkohesif. Sebaliknya
tanah berbutir halus khususnya tanah lempung akan banyak di pengaruhi oleh air.
Partikel-partikel lempung mempunyai muatan listrik negatif. Dalam suatu kristal
yang ideal, muatan-muatan negatif dan positif seimbang. Akan tetapi, akibat
substitusi isomorf dan kontinuitas perpecahan susunannya, terjadi muatan negatif
pada permukaan partikel lempungnya. Untuk mengimbangi muatan negatif
tersebut, partikel lempung menarik ion muatan positif (kation) dari garam yang
ada didalam air porinya. Kation-kation dapat disusun dalam urutan menurut
kekuatan daya tarik menariknya, sebagai berikut :
Al3+ > Ca2+ > Mg2+ > NH4+ > K+ > H+ > Na+ > Li+
Urutan tersebut memberikan arti bahwa ion Al3+ dapat menggantikan Ca2+, ion
Ca2+ dapat menggantikan Na+ dan seterusnya. Kation Al3+ memiliki kemampuan
terbesar mendesak terhadap kation yang lain, sedang kation Li+ tidak bisa
mendesak kation lain yang ada di deretan kirinya. Selanjutnya, bila air
ditambahkan pada mineral lempung tersebut, kation-kation dan sejumlah kecil
anion-anion mengapung diantara partikel lempung dimaksud. Fenomena ini
disebut diffuse double layer.
Ikatan air dengan permukaan lempung merupakan wujud reaksi permukaan
lempung yang bermuatan negatif dengan kutub dipolar air. Semakin luas
permukaan lempung (specific surface) tentunya semakin banyak air yang diserap.
commit to user
14
Gambar 2.4 Kation dan Anion Pada Partikel Lempung (Hardiyatmo, 1992)
Molekul air merupakan molekul yang dipolar, yaitu atom hidrogen tidak tersusun
simetri di sekitar atom-atom oksigen (ditunjukkan Gambar 2.5a). Hal ini berarti
bahwa satu molekul air merupakan batang yang mempunyai muatan positif dan
negatif pada ujung yang berlawanan atau dipolar (dobel kutub) ditunjukkan
Gambar 2.5b sebagai berikut :
a. b.
Gambar 2.5 Sifat dipolar air (Hardiyatmo, 1992)
Terdapat mekanisme yang menyebabkan molekul dipolar dapat tertarik oleh
permukaan partikel lempung secara elektrik (ditunjukkan Gambar 2.6) :
a. Tarikan antara permukaan bermuatan negatif dari partikel lempung dengan
ujung positif dari dipolar.
b. Tarikan antara kation-kation dalam lapisan ganda dengan muatan negatif dari
ujung dipolar. Kation-kation ini tertarik oleh permukaan partikel lempung
yang bermuatan negatif.
c. Andil atom-atom hidrogen dalam molekul air, yaitu berada di sekitar partikel
lempung dan atom oksigen dalam molekul-molekul air.
Oksigen
Hidrogen Hidrogen
105o
(a)
(b)
commit to user
15
Gambar 2.6 Tarik-menarik Molekul Dipolar Air dengan Permukaan Partikel
Lempung (Das, 1985)
Dengan kemampuan menyerap air yang besar, batas konsistensi tanah dalam
tinjauan indeks plastisitas (PI) akan sangat tinggi. Range antara batas cair (LL)
dan batas plastisitas (PL) akan tinggi. Untuk menurunkan kualitas kemampuan
menyerap air dari lempung, muatan negatif permukaan lempung harus
dinetralisasi dengan kation (muatan positif) melalui proses pertukaran kation
(exchangeable cation). Pada proses ini kation dengan kemampuan desak yang
lebih tinggi akan mendesak kation yang lebih rendah, akibatnya posisi kation
lemah digantikan oleh kation yang lebih kuat, (Das, 1983).
Air yang tertarik secara elektrik, yang berada di selitar partikel lempung disebut
air lapisan ganda (double layer water). Sifat plastis tanah lempung adalah akibat
eksistensi dari air lapisan ganda. Ketebalan air lapisan ganda untuk kristal
kaolinite dan montmorillonite dapat dilihat pada Gambar 2.7a dan 2.7b berikut :
((a)
(b) (b)
Gambar 2.7 Air pada Partikel Lempung
(a) Montmorillonite
Air serapan
Kristal Montmorillonite
Air lapisan ganda
100 x 1 nm
Air lapisan ganda Air serapan
Kristal Kaolinite
commit to user
16
(b) Kaolinite (Lambe, 1960 dalam Hardiyatmo, 1992)
Air lapisan ganda pada bagian paling dalam yang sangat kuat melekat pada
partikel lempung disebut air serapan (adsorbed water). Schofield dan Samson
(1954) dalam penyelidikan kaolinite, Olphen (1951) dalam penyelidikan pada
montmorillonite menemukan bahwa jumlah dan distribusi muatan residu jaringan
mineral bergantung pada pH airnya. Lingkungan dengan pH rendah, ujung
partikel kaolinite dapat menjadi bermuatan positif dan selanjutnya dapat
menghasilkan gaya tarik ujung ke permukaan antara partikel yang berdekatan.
Gaya tarik ini menimbulkan sifat kohesif pada tanah lempung, (Hardiyatmo,
1992).
2.8
Derajad Mengembang (Swelling)
Pengertian mengembang (swelling) yaitu volume tanah menjadi lebih besar dari
volume sebelumnya karena bertambahnya kadar air, (Das, 1983). Perubahan
volume terjadi akibat dari perubahan lingkungan, (Mitchell, 1976 dalam
Setiawati, 1998). Faktor lingkungan yang dapat mempengaruhi terjadinya
penyusutan dan pengembangan antara lain :
a. Kadar air (water content)
b. Kepadatan (density)
c. Tekanan yang mengikat (confining pressure)
d. Suhu (temperature)
e. Susunan struktur tanah (fabric)
f. Air yang tersedia (availability of water)
Empat faktor pertama kecenderungan potensi mengembang bertambah dengan
meningkatnya nilai faktor tersebut. Sedangkan tiga faktor terakhir memiliki
kecenderungan yang sebaliknya, (Chen, 1975).
Salah satu metode yang paling banyak digunakan untuk memperkirakan tingkat
mengembang adalah menggunakan konsolidasi satu dimensi atau oedometer. Proses
commit to user tanah secara perlahan-laha
(Craig, 1991).
Prediksi persentase menge
antara lain Seed (1962) da
dalam Phanikumar dan B
(2006), Muntohar (2006)
parameter index properti t
hubungan persentase meng
Gambar 2.8 :
Gambar 2.8 Hubungan inde
Model Seed (1962) membe
dengan menggunakan para
(2-2) sebagai berikut:
Z . ………
ahan akibat tekanan air pori yang berlebihan
ngembang sudah pernah dibuat oleh beberapa
dalam Muntohar (2006), Nayak dan Christensen
Bhyravajjula (2006), Chen (1975) dalam M
) dengan model empiris yang menggunakan se
i tanah. Seed (1962) dan Chen (1975) mengem
ngembang dengan indeks plastisitas sebagaima
n indeks plastisitas dan potensi mengembang (Chen,
mberikan model empiris untuk persentase menge
commit to user
18
dimana :
S = Persentase mengembang (%)
K = 3,6 x 10-6
PI = Indeks plastisitas (%)
Model Chen (1975) memberikan model empiris untuk persentase mengembang
dengan PI sebagai parameter serta A dan B sebagai konstanta. Model Chen
ditunjukkan pada persamaan (2-3) sebagai berikut :
Z= ( I) ……….………(2-3)
dimana :
S = Persentase mengembang (%)
A = 0.0838, konstan
B = 0.2558, konstan
PI = Indeks plastisitas (%)
= Angka Exponensial (2,78128)
Nayak dan Christensen (1974) memberikan persamaan model empiris untuk
persentase mengembang dengan beberapa parameter. Model Nayak dan
Christensen (1974) ditunjukkan pada persamaan (2-4) sebagai berikut :
Z =p,pmnǴ p IǴ. n / +. m ……….(2-4)
dimana :
S = Persentase mengembang (%)
PI = Indeks plastisitas (%)
C = Fraksi lempung (%)
wi = Kadar air awal (%)
Muntohar (2006) mengusulkan model empiris dengan memasukkan parameter
yang menurutnya mempunyai pengaruh yang kuat terhadap persentase
commit to user
19
(PI). Rumus empiris yang didapatkan sebagaimana ditunjukkan pada persamaan
(2-5) sebagai berikut:
Z= .ǴƼǴ + . Ǵp + . m I− Ǵ. m ………..(2-5)
dimana :
S = Persentase mengembang (%)
CF = Fraksi lempung (%)
LL = Batas cair (%)
PI = Indeks plastisitas (%)
2.9
Hubungan Konsolidasi dan Pengembangan
Jika tekanan yang bekerja pada endapan di atasnya atau akibat beban luar, maka
kadar air dalam endapan menjadi berkurang, dan partikel dipaksa untuk saling
mendekat satu sama lain. Dalam keadaan seperti itu tanah dikatakan mengalami
proses konsolidasi. Sedangkan jika tekanan dihilangkan sementara tanah tetap
bersentuhan dengan air bebas, maka kadar air dan volume tanah akan bertambah
fenomena ini dikenal sebagai swelling, (Terzaghi dan Peck, 1993).
Konsolidasi adalah suatu proses mengalirnya air pori dari lapisan tanah yang
jenuh air dan disertai dengan mengecilnya volume tanah akibat adanya
penambahan beban vertikal diatasnya. Kasus yang paling sederhana adalah
konsolidasi satu dimensi, dimana kondisi regangan lateral nol. Proses
mengembang (swelling), kebalikan dari konsolidasi, adalah bertambahnya volume
tanah secara perlahan-lahan akibat tekanan air pori yang berlebihan negatif,
(Craig, 1991).
Berdasarkan keterangan bahwa swelling adalah suatu proses yang berlawanan
dengan konsolidasi, maka pengujian pengukuran besar swelling dicoba dengan
memanfaatkan alat pengujian konsolidasi yaitu Oedometer. Untuk campuran
commit to user
20
pemadatan standard proctor dan dibiarkan untuk mengalami pengembangan pada
tambahan tekanan 6,9 kPa (1 psi), (Seed, dkk.,1962 dalam Holzt &
Kovacs.,1981).
Berdasarkan literatur tersebut untuk mengukur besarnya persentase mengembang
diberi tekanan sebesar 6,9 kPa, karena sampel uji yang digunakan adalah
disturbed dan dilakukan pemadatan. Pengujian persentase mengembang dalam
commit to user
20
BAB 3
METODE PENELITIAN
3.1
Uraian Umum
Penelitian ini menggunakan metode eksperimen dimana pelaksanaan pengujian
dilakukan di laboratorium Mekanika Tanah Fakultas Teknik Universitas Sebelas
Maret Surakarta. Pengujian sampel tanah melalui prosedur-prosedur laboratorium
sesuai dengan standar ASTM (America Society for Testing and Material).
3.2
Bahan dan Alat yang Digunakan
Bahan dan alat yang digunakan dalam pengujian sampel tanah adalah sebagai
berikut:
a. Sampel tanah diambil dari daerah di Kalijambe, Sragen; Mlese, Klaten;
Barepan, Klaten dan Simo, Boyolali. Diambil dengan cara dicangkul untuk
selanjutnya mengeringkan sample sampai kondisi kering lapangan.
b. Menggunakan air yang berada di Laboratorium Mekanika Tanah Universitas
Sebelas Maret Surakarta.
c. Peralatan yang digunakan adalah peralatan standar yang berada di
Laboratorium Mekanika Tanah Universitas Sebelas Maret Surakarta yang
sesuai dengan standar yang ditentukan oleh ASTM (American Society for
Testing Materials). Alat yang digunakan antara lain :
· Specific Gravity Test
· Hydrometer Test
· Sieve Analysis Apparatus
· Atterberg Limit Test
· Standard proctor Test
commit to user
21
3.3 Alur Penelitian
Gambar 3.1 Bagan Alur Penelitian
Tahap III Tahap II Tahap I
Analisis dan Pembahasan
Kesimpulan dan Saran
Selesai
Pengujian persentase mengembang Pengujian Index Properties
Specific Gravity(Gs), Grain Size Analysis,Atterberg Limit (LL, Pl, PL)
Menyiapkan sample mengembang tanah dengan memvariasikan kadar air awalnya.
Mulai
Pengambilan Sampel
Pengeringan kembali sampel Proctor untuk mendapat tanah dengan kondisi kering
lapangan
Mencetak sample swelling ke ring oedometer dengan tinggi ±16mm
commit to user
22
3.4
Langkah-langkah Penelitian
Penelitian ini dibagi menjadi empat tahap pekerjaan yaitu :
a. Tahap I (Pengambilan Sampel)
Pengambilan sampel tanah dilakukan dengan dicangkul pada kedalaman sekitar
50 cm dibawah permukaan tanah asli, tanah yang digunakan tanah terganggu
(disturbed). Titik pengambilan sampel dapat dilihat dalam Tabel 3.1 :
Tabel 3.1 Titik Pengambilan Sampel
Ruas Jalan Titik Pengambilan
STA
Solo – Purwodadi 15+200
Ceper – Cawas 17+900
Ceper – Cawas 20+700
Bangak – Simo 10+100
b. Tahap II ( Pengujian Index Properties)
Pengujian Klasifikasi
Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui kondisi dan jenis tanah serta
perilakunya. Pengujian yang dilakukan meliputi :
a. Specific gravity (ASTM D 854-92), untuk mengetahui berat jenis butiran
tanah.
b. Grain size analysis (ASTM D 422-63), untuk mengetahui distribusi ukuran
butiran tanah.
c. Atterberg limit (ASTM D 4318–95a), untuk mengetahui batas-batas
konsistensi tanah (batas cair,batas plastis dan indeks plastisitas).
c. Tahap III (Pengujian Pemadatan/ Standar Proctor)
Pengujian dilakukan sesuai standard Proctor (ASTM D 698-91). Hasil pengujian
kemudian diplot pada grafik hubungan antara kepadatan kering dengan kadar air.
commit to user
23
kepadatan kering yang maksimum (gdmax), yaitu ditunjukkan pada puncak
lengkungan grafik ditetapkan sebagai nilai acuan. Pada kondisi ini dijadikan
sebagai standar kepadatan masing-masing sampel untuk pengujian potensi
mengembang.
d. Tahap IV (Pengujian Swelling)
Persiapan Sampel Uji
Menyiapkan sampel uji untuk pengujian potensi mengembang. Sampel tanah
diambil dari sampel proctor yang dikeringkan lapangan kembali. Sampel Proctor
yang telah kering ditumbuk kembali dan diperlakukan sama seperti pengujian
Proctor, tetapi pada persiapan sampel berat tanah yang dibutuhkan adalah 200 gr
kemudian tanah diberi variasi kadar air awal dengan menambahkan air yang
berbeda-beda pada setiap sampel yang akan di peram. Setiap lokasi pengujian
divariasikan 10 kadar air. Air yang dipakai untuk memeram sampel adalah 1/10
dari air yang dipakai untuk pengujian Proctor. Setelah 1 hari diperam kemudian
diambil sedikit tanah dari tiap-tiap sampel untuk di oven selama 24 jam.
Setelah tanah selesai di oven 24 jam, kemudian menghitung besarnya kadar air
pada tiap sampel pengujian swelling yang di peram. Hasil perhitungan kadar air
kemudian diplotkan pada grafik hasil pengujian Proctor untuk mendapatkan nilai
γb. Nilai γb yang didapat menjadi acuan berapa berat sampel yang akan dicetak
kedalam ring oedometer.
Setelah mendapat berat untuk tiap-tiap sampel uji, tanah dicetak dalam ring
oedometer. Pencetakan sampel kedalam ring oedometer diusahakan sama
kepadatannya dengan proctor, yaitu dicetak dengan 3 layer sampai tebal sampel
commit to user
24
Ring Oedometer Kosong 1/3 bagian tanah
H=19 mm
Pola Tanah Dalam Ring 2/3 bagian tanah
Gambar 3.2 Pencetakan sampel dalam ring uji
Pengujian Persentase Mengembang (Swelling Percentage)
Pengujian presentase mengembang menggunakan beban kostan sebesar 6,9 KPa.
Pengujian persentase mengembang dimulai dengan membaca dial gauge yang
ditunjukkan sebagai kedudukan nol, beban diganti dengan 6,9 kPa (termasuk batu
pori atas dan blok tekanan) dan segera digenangi dengan air sambil dicatat
perubahan nilai dial yang terjadi pada T = 6; 12; 30 detik; 1; 2; 4; 8; 15; 30 menit;
1; 2; 4; 8 jam; 1; 2; 3; 4 dan 5 hari (ASTM D 4546-96) kemudian bila dial masih
naik swelling dilanjutkan sampai mencapai nilai swelling maksimal. Kondisi yang
terakhir ini, ditetapkan sebagai persentase mengembang maksimum yang terjadi.
Pola perilaku pengembangan sampel dapat dilihat pada Gambar 3.3 berikut :
Sampel Awal Sampel Setelah Pengujian
Gambar 3.3 Perilaku Benda Uji pada Pengujian Swelling
Sebelum Diberi Air Setelah Diberi Air
Tekanan 6,9 KPa
H = 19mm
16 mm 3 mm
commit to user
25
e. Analisis dan Pembahasan
Menganalisis data yang didapat dari pengujian untuk mengidentifikasi tanah
lempung dan derajat mengembang pada tanah yang diamati dengan metode
pengukuran langsung. Untuk metode pengukuran langsung sebagaimana telah
dilakukan pada pengujian utama (pengujian persentase mengembang).
Selanjutnya dibuat korelasi (hubungan) antara indeks plastisitas dan kadar awal
air awal dengan potensi mengembangnya (persentase mengembang) yang
commit to user
BAB 4
ANALISIS DAN PEMBAHASAN
4.1
Hasil Pengujian
4.1.1 Klasifikasi Tanah
Klasifikasi tanah pada penelitian ini menggunakan beberapa percobaan antara lain
uji berat jenis tanah/ specific gravity (ASTM D 854-92), uji distribusi ukuran
butiran tanah / grain size analysis (ASTM D 422-63), dan uji batas-batas
konsistensi tanah / Atterberg limit (ASTM D 4318–95a). Hasil pengujian yang
dilakukan berdasarkan aturan ASTM, tanah-tanah yang diamati rata-rata
mempunyai plastisitas yang sedang sampai tinggi dengan dengan klasifikasi
tanah termasuk jenis CL (Clay Low Plasticity), CH (Clay High Plasticity) dan
MH (Mo/Silt High Plasticity). Tanah dengan klasifikasi yang masuk ke dalam MH
kemungkinan disebabkan oleh pengambilan sampel yang berada di sekitar areal
sawah serta tanah uji yang mengambil sampel tanah terganggu (disturb).
Penentuan pengambilan sampel dengan cara survey terlebih dahulu di sekitar
daerah yang diduga mempunyai tanah lempung. Pemilihan lokasi pengambilan
sampel adalah dengan melihat ciri-ciri jalan raya yang rusak dari rusak ringan
seperti retak memanjang maupun retak melintang, hingga jalan rusak berat seperti
jalan bergelombang, jalan berlubang serta jalan dengan rigid pavement.
Pengambilan sampel adalah disturb, walaupun begitu pengambilan sampel
diupayakan untuk mengambil tanah yang agak dalam dengan mencangkul bagian
permukaannya ± 50 cm untuk mendapatkan tanah yang bebas dari bahan-bahan
Tabel 4.1 Hasil Pengujian Klasifikasi Tanah
Nomor sampel
Grain size analysis
Gs
Atterberg limit Klasifikasi
Kerikil Pasir Lanau Lempung LL PL IP
(%) (%) (%) (%) (%) (%) (%)
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10)
KJ STA 14+200 0.00 8.52 68.73 22.75 2.48 74.417 36.048 38.368 CH
MS STA 17+900 0.00 27.32 44.85 20.69 2.41 53.61 33.07 18.53 MH
BR STA 20+700 0.00 36.60 36.87 17.34 2.45 67.98 35.07 29.90 MH
SM STA 10+100 0.00 29.40 48.06 17.81 2.63 48.29 26.72 21.56 CL
Deskripsi dari klasifikasi tanah tersebut adalah sebagai berikut :
CL : Lempung dengan plastisitas rendah.
CH :Lempung inorganik dengan plastisitas tinggi dan viskositas tinggi.
MH : Lanau inorganik, pasir halus atau lanau dari ganggang (diatomae), lanau elastis dengan plastisitas sedang sampai tinggi.
commit to user
4.1.2 Pengujian Pemadatan (Standar Proctor)
Pengujian pemadatan menghasilkan nilai kadar air optimum dan berat isi
maksimum. Nilai tersebut dipakai dalam menentukan kadar air awal pada Swelling
Test, yaitu dengan membuat 5 sampel dengan kadar air di bawah kadar air
optimum dan 5 sampel di atas kadar air optimum per lokasi pengambilan sampel.
Tabel 4.2 menunjukkan hasil pengujian standard Proctor sebagai berikut :
Tabel 4.2 Hasil Pengujian Standard Proctor
Pengujian standard Proctor pada lokasi Kalijambe menghasilkan kadar air
optimum (wopt ) yang paling tinggi, hal ini karena Kalijambe termasuk tanah
lempung dengan plastisitas tinggi (CH) sehingga kadar air optimumnya pun lebih
tinggi dibandingkan dengan sampel yang lain yang termasuk klasifikasi tanah MH
pada sampel Mlese dan Barepan, termasuk tanah dengan klasifikasi CL untuk
Simo. Sedangkan Simo mempunyai berat isi maksimum (
γ
d maks) yang palingtinggi, hal ini karena tanah didaerah Simo mempunyai nilai Gs yang paling tinggi.
Hasil pengujian Standard Proctor selengkapnya dapat dilihat pada lampiran B.
4.1.3 Pengujian Persentase Mengembang
Pengujian swelling adalah pengujian utama yang bertujuan untuk mengetahui
besar prosentase mengembang pada sampel, untuk pengujian ini pengamatan
sampel dilakukan pada jumlah kadar air yang berbeda-beda. Besarnya prosentase
mengembang pada tiap sampel ditunjukkan pada Tabel 4.3a sampai dengan 4.3d
sebagai berikut :
Nomor sampel
w
optgd maks
(%) ( gr/cm3 )
(1) (2) (3)
KJ STA 14+200 34,5 1,18
MS STA 17+000 27,5 1,34
BR STA 20+500 33 1,38
commit to user
Tabel 4.3a Hasil Pengujian Prosentase Mengembang Kalijambe, Sragen
Nama sampel Kadar air awal Prosentase mengembang
%
Kalijambe 1 21,15% 10,34
Kalijambe 2 22,84% 5,44
Kalijambe 3 26,43% 7.22
Kalijambe 4 29,42% 6.78
Kalijambe 5 32,98% 3,69
Kalijambe 6 35,67% 2.37
Kalijambe 7 40,16% 2.00
Kalijambe 8 42,53% 1.06
Kalijambe 9 44,55% 0,81
Kalijambe 10 47,48% 0.16
Tabel 4.3b Hasil Pengujian Prosentase Mengembang Barepan, Cawas, Klaten
Nama sampel Kadar air awal Prosentase mengembang
%
Barepan 1 18,79% 8,50
Barepan 2 20,02% 6,95
Barepan 3 23,90% 6,69
Barepan 4 25,29% 5,72
Barepan 5 28,64% 4,16
Barepan 6 31,80% 2,59
Barepan 7 32,54% 3,75
Barepan 8 35,38% 1,94
Barepan 9 37,92% 0,66
commit to user
Tabel 4.3c Hasil Pengujian Prosentase Mengembang Mlese, Cawas, Klaten
Nama sampel Kadar air awal Prosentase mengembang
%
Mlese 1 16,50% 6,81
Mlese 2 18,60% 6,33
Mlese 3 21,30% 2,02
Mlese 4 23,91% 1,69
Mlese 5 24,12% 1,44
Mlese 6 33,84% 0,97
Mlese 7 34,02% 0,75
Mlese 8 36,06% 0,38
Mlese 9 37,07% 0,13
Mlese 10 38,94% 0,28
Tabel 4.3d Hasil Pengujian Prosentase Mengembang Simo, Boyolali
Nama sampel Kadar air awal Prosentase mengembang
%
Simo 1 19,53% 5,88
Simo 2 23,41% 5,68
Simo 3 27,43% 5,50
Simo 4 29,61% 3,66
Simo 5 33,27% 3,20
Simo 6 36,11% 0,69
Simo 7 39,01% 0,62
Simo 8 41,87% 0,00
Simo 9 43,00% 0,00
commit to user
Gambar 4.3a sampai dengan Gambar 4.3d adalah hasil pengamatan antara
besarnya strain dengan lama waktu mengembang pada tiap sampel uji. Hasil
pengujian yang terlihat di grafik menunjukan bahwa semakin besar kadar air awal
pada tanah sampel maka akan memperoleh strain yang lebih kecil, kecuali pada
kadar air 22,48% yang mempunyai nilai strain di bawah kadar air 26,43% dan
29,42%. Kesalahan pada saat pengujian merupakan dugaan utama mengapa hanya
pada kadar air tersebut yang memiliki nilai swelling yang lebih kecil dibanding
kadar air yang lebih besar yaitu 26,43% dan 29,42%. Rata-rata tiap sampel tanah
membutuhkan waktu 7 hari untuk mencapai nilai swelling maksimal, kecuali pada
kadar air 26,43% ; 32,98% ; 47,48%. Nilai kadar air pada awal pengujian tidak
menentukan lama waktu yang dibutuhkan tiap sampel untuk mencapai nilai
sweeling yang maksimal. Grafik juga menunjukkan bahwa swelling mempunyai
nilai mengembang yang signifikan di awal pengujian. Setelah menit ke-1440 (1
hari) tidak terjadi pengembangan yang signifikan karena sampel telah terendam
air (jenuh). Sampel Kalijambe pada persentase paling kecil yaitu 21,15%
memiliki persentase mengembang yang paling besar yaitu 10,3438 %, sedangkan
sampel dengan kadar air paling besar memiliki persentase mengembang paling
kecil yaitu 0,0896%.
Pengujian mengembang tanah barepan juga menunjukkan bahwa semakin besar
kadar air awal maka presentase mengembangnya semakin kecil. Kesalahan juga
terjadi pada kadar air 31,8% dan 32,54%. Yaitu pada kadar air 32,54% yang
memiliki kadar air awal yang lebih tinggi, menghasilkan presentase mangembang
yang lebih tinggi di bandingkan dengan kadar air 31,8%. Sampel Barepan pada
prosentase paling kecil yaitu 18,79% memiliki prosentase mengembang yang
paling besar yaitu 8,5 %, sedangkan sampel dengan kadar air paling besar
memiliki prosentase mengembang paling kecil yaitu 0,3125 %. Rata-rata waktu
swelling yang diperlukan untuk mencapai nilai maksimal adalah 8 hari.
Hasil uji pada tanah Mlese juga menunjukkan sifat mengembang yang serupa
terhadap nilai kadar air awal. Tetapi sama seperti sampel sebelumnya, pada kadar
commit to user
dengan 24,12%. Sampel Mlese pada persentase paling kecil yaitu 16,5% memiliki
persentase mengembang yang paling besar yaitu 6,81 %, sedangkan sampel
dengan kadar air paling besar yaitu 38,94% memiliki persentase mengembang
paling kecil yaitu 0,28 %.
Hasil uji pada daerah Simo sifat pengembangannya serupa yaitu pada kadar air
paling rendah hasil pengujian swelling memperoleh nilai yang paling tinggi. Pada
kadar air 19,53% persentase mengembangnya sebesar 5,5%, sedangkan untuk
kadar air 41,87% , 43,00% dan 46,20% tidak terjadi pengembangan tanah sama
sekali. Hasil pengujian Swelling selengkapnya dapat dilihat pada lampiran C.
Perhitungan tiap sampel swelling dapat dilihat pada contoh berikut :
Contoh perhitungan persentase mengembang Kalijambe, kadar air 21,15% :
Ukuran Cincin
Diameter 6.20 Cm
Tinggi, Ho 1.900 Cm
Luas ring, A 30.18 cm2
Volume ring, V 57.33 cm3
Berat cincin, Wr 22.75 Gs
Data Sampel
Berat Jenis Tanah, G 2.48
Kadar Air, wo 21.15 %
Berat cawan + tanah basah, W1 85.24 gr
Berat tanah basah, Wb = W1-Wr 62.49 gr
Berat tanah kering, Wd = Wb/(1+wo) 51.58 gr
Tinggi bahan padat, Hs = Wd/(Gs.A) 0.69 Cm
Angka pori, eo = (Ho - Hs)/Hs 1.76
commit to user Tabel 4.4 Perhitungan Presentase Mengembang
Time
Kolom (1) : Waktu pembacaan dial
Kolom (2) : Bacaan dial
Dari perhitungan Tabel 4.4 didapat satu grafik pengembangan tanah yang
commit to user
Gambar 4.1 Grafik Swelling Kalijambe Kadar air 21,15%
Tiap-tiap sampel menghasilkan satu grafik swelling, kemudian dari grafik yang
berada dalam satu lokasi direkapitulasi sehingga menghasilkan grafik hasil uji
mengembang pada satu lokasi pengujian sampel.
0 5 10 15
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000
R
e
g
an
g
an
t
an
ah
,
ε
(%
)
Gambar 4.2a Grafik Uji Mengembang Tanah Kalijambe, Sragen
0 2 4 6 8 10 12
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000
S
tr
a
in
,
ε
(%
)
Time, minute (t)
w = 21,15%
w = 22,84%
w = 26,43 %
w = 29,42%
w = 32,98%
w = 35,67%
w = 40,16%
w = 42,53%
w = 44,55%
Gambar 4.2b Grafik Uji Mengembang Tanah Barepan, Cawas, Klaten
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000
Gambar 4.2c Grafik Uji Mengembang Tanah Mlese, Cawas, Klaten
0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000
S
tr
ai
n
,
ε
(%
)
Time, Minute (t)
w = 16,5%
w = 18,6%
w = 21,3%
w = 23,91%
w = 24,12%
w = 33,84%
w = 34,02%
w = 36,06%
w = 37,07%
Gambar 4.2d Grafik Uji Mengembang Tanah Simo, Boyolali
0 1 2 3 4 5 6 7
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
S
tr
ai
n
(
%
)
Time (Minute)
w = 19,53%
w = 23,41%
w = 27,43%
w = 29,61%
w = 33,27%
w = 36,11%
w = 39,01%
w = 41,87%
w = 43,00%
commit to user
4.2
Pembahasan
4.2.1 Korelasi antara Indeks Plastisitas dengan Persentase Mengembang
Grafik korelasi antara indeks plastisitas dengan persentase mengembang diambil
pada nilai kadar air yang mendekati pada tiap sampel, karena kadar air tiap sampel
pada tiap lokasi berbeda-beda. Tabel 4.5a sampai dengan 4.5c menunjukkan besar
pengembangan pada persentase ± 21%, ± 32%, dan ± 39 %.
Tabel 4.5a Indeks Plastisitas Vs Swelling pada Kadar Air ± 21%
Ruas Jalan STA
Tabel 4.5b Indeks Plastisitas Vs Swelling pada Kadar Air ± 32%
Ruas Jalan STA
Tabel 4.5c Indeks Plastisitas Vs Swelling pada Kadar Air ± 39%
commit to user
Gambar 4.3 Grafik Korelasi antara Index Plastisitas dengan Persentase Mengembang
Grafik korelasi antara index plastisitas dengan persentase mengembang
(ditunjukkan Gambar 4.3) menunjukkan bahwa semakin besar index plastisitas
maka semakin besar pula persentase mengembang tanah tersebut. Hal ini
menujukkan index plastisitas dapat dipakai sebagai parameter awal untuk
menduga besar pengembangan tanah. Tetapi Gambar 4.3 juga menunjukkan
bahwa makin besar kandungan air, maka pergerakan atau penambahan indeks
plastisitas tidak terlalu berpengaruh signifikan terhadap swelling.
4.2.2 Korelasi antara Kadar Air Awal dengan Besar Persentase Swelling
Kadar air merupakan salah satu faktor yang berpengaruh pada besarnya persentase
mengembang tanah. Grafik-grafik yang ditunjukkan pada Gambar 4.4a sampai
dengan Gambar 4.4d menunjukkan korelasi antara kadar air awal dengan besar
Plasticity Indeks ( % )
IP VS Swell 21%
IP VS Swell 32%
