PAKSITYA PURNAMA PUTRA, S.T., M.T. Jurusan Teknik Sipil Universitas Jember MEKANIKA TANAH

(1)

MEKANIKA TANAH

PAKSITYA PURNAMA PUTRA, S.T., M.T.

(2)

PEMADATAN TANAH

(3)

BAGAN ALIR BAHASAN

PEM AM PATAN TANAH (9) PEM ADATAN (4) DISTRIBUSI TEGANGAN (8) TEGANGAN EFEKTIF (7) KLASIFIKASI TANAH (3)

REM BESAN AIR DALAM TANAH (5) GAYA ANGKAT DIBAW AH BANGUNAN AIR (6) KOM POSISI TANAH (2) TANAH (1) DAYA DUKUNG TANAH PERENCANAAN BANGUNAN TANAH STABILITAS DAN KEKUATAN TANAH PERENCANAAN PONDASI

(4)

1.

UMUM

(5)

Pemadatan Tanah

Tanah Biasanya:

Kurang kuat (geser)nya Kurang permeable

Kondisi permukaan t idak sesuai

(6)

Soil digunakan sebagai material dasar konstruksi

• Dinding penahan tanah

• Jalan raya, timbunan

• Lapangan terbang

• Dam, bendung, tanggul

(7)

• Pada

semua

konstruksi,

jika

tanah

diambilkan dari tempat lain, atau digali,

maka ketika tanah tersebut akan digunakan

harus

dipadatkan

• Kata

Pemadatan

dan

Konsolidasi

seperti

mendeskripsikan hal yang sama, namun

artinya berbeda

(8)

What do you think about this live

compaction machine

COM PACTION

densifikasi t anah dengan cara

rearansemen but iran t anah

t anpa ada air yang

keluar.

Dilakukan dengan memberikan energi

mekanis. Tidak akan menyebabkan aliran air,

namun t erjadi perubahan kadar air

(9)

• Konsolidasi

adalah densifikasi tanah dengan

cara

mengeluarkan air

dari tanah dari

rongga/pori tanah karena adanya beban.

• Tergantung dari permeabilitas

tanah dan

panjang lintasan air.

(10)

• Pemadatan berarti

menghilangkan

UDARA di rongga

tanah.

• Konsolidasi

berarti

menghilangkan air

di rongga tanah

Pemadatan VS

Konsolidasi

(11)

uncompacted compacted uncompacted compacted

Pemadatan adalah mengurangi volume rongga.

Bukan mengurangi volume butiran·

(12)

• Derajat kepadatan diukur dari berat jenis kering

tanah.

• Semakin padat tanah:

• Semakin kecil angka pori.

• Semakin besar berat volume kering (

γ

_d

)

• Semakin kecil kadar air

1

1 ₁

s s d w w s

G

wG

e

w

S

λ

γ









_

_

=

_

_

=

_

_

+





_

₊

_





Prinsip Pemadatan

(13)

Apakah

Kegunaan Pemadatan?

1) M eningkat kan Kekuat an Geser

Maksudnya adalah beban besar dapat diterima oleh tanah yang dipadatkkan karena kekuatannya telah meningkat

3) M engurangi Kompresibilit as

 Penurunan tanah terjadi karena adanya konsolidasi sebagai akibat besarnya pula angka pori, tanah yang dipadatkan akan mengurangi angka pori, sehingga penurunan juga dapat berkurang

2) M engurangi Permeabilit as

Tanah yang dipadatkan akan membuat jadi ruang pori semakin mengecil sehingga mempengaruhi

permeabilitas

5) M engurangi Pot ensi Likuifaksi

(14)

Peran Air Dalam Proses

Pemadatan

Kepadat an t anah meningkat dengan meningkat nya kadar air

 air berfungsi sebagai “pelumas”

Tapi:

penambahan air yang berlebihan



kepadatan

menurun

.

K arena:

air mengambil alih tempat-tempat yang semula

ditempati oleh butiran.

K adar air dimana kepadatan tanah maksimum dinamakan

(15)

General Compaction Methods

Coarse-grained soils Fine-grained soils

•Hand-operated vibration plates •Motorized vibratory rollers •Rubber-tired equipment

•Free-falling weight; dynamic

compaction (low frequency vibration, 4~10 Hz)

•Falling weight and hammers •Kneading compactors

•Static loading and press

•Hand-operated tampers •Sheepsfoot rollers •Rubber-tired rollers Lab or at or y Fiel d Vibration •Vibrating hammer (BS)

(Holtz and Kovacs, 1981; Head, 1992)

(16)

2.

TES PEMADATAN DI

LAB ORATORIUM

(17)

Tes Pemadatan Di Laboratorium

• Kegunaan Test Pemadat an

Test pemadat an dilakukan unt uk menent ukan kepadat an maksimum (γ_d-max) dan kadar air opt imum (w_c-opt).

• Jenis t est pemadat an a. St andard Proct or Test . b. Modified Proct or Test .

• Energy Pemadat an.

[

]

) ( . . @ . . Cetakan Volume Penumbuk Jatuh Ting x Pemukul Berat x lapis Jml x lapis tumb Jml E                   =

(18)

The Proctor

Test

• R.R. Proctor in the early

1930’s was building dams for

the old Bureau of

Waterworks and Supply in

Los Angeles, and he

developed the principles of

compaction in a series of

articles in Engineering

News-Record.

(19)

Variabel

pemadatan Proctor

Menurut proctor, kepadatan adalah fungsi dari:

• Kepadatan kering (ρ

_d

) atau berat volume

kering γ

_d

.

• Kadar air w

• Energi pemadatan (energy E)

• Tipe tanah (gradation, presence of clay

minerals, etc.)

(20)

The Standard Proctor Test

Equipments

Drop Height h=12” soil Volume 1/30 ft3 or 944 cm3 Diameter 4 in or 10.16 cm Height 4.584 in or11.643cm Hammer Weight 5.5 lb

(21)

The Standard Proctor Test

Equipments

collar (mould extension) Cylindrical soil mould Base plate Hammer for Handle Sleeve guide compacting soil

(22)

25 Blows/Layer

Standard Proctor Test

oTanah dicampur air untuk memperoleh

kadar

air yang berbeda

Layer or lift # 1

o Untuk setiap kadar air, tanah dipadatkan dengan

menjatuhkan hammer 25 kali dari ketinggian 12”

soil

o Tanah dalam mold dibuat menjadi 3 lapis, setiap

lapis dipadatkan dengan 25 kali hammer

Layer or lift # 3 Layer or lift # 2

(23)

Standard Energy

• Compactive (E) applied to soil per unit

volume:

mold

of

Volume

drop)

of

(height

*

ight)

(hammer we

*

layers)

of

(#

*

r)

blows/laye

(#

E

=

3 3 SP

12 ,

375 /

(1/30)ft

ft)

(1.0

*

lbs)

(5.5

*

layers)

of

(3

*

ayer)

(25blows/l

E

=

ft

−

lb

ft

(24)

Results from Standard Proctor

Test

Dr y Den sit y (γd ) Water Content (w)

Optimum water content



Maximum dry

unit weight • Optionally, the unconfined _{compressive strength of}

the soil is also measured

A sample from the

(25)

Cara

menggambar kurva hasil test

pemadatan.

• Data yang didapatkan dari test pemadatan :

– Kadar air, w

_c

– Berat volume,

γ.

• Hitung kepadatan

(γ_d)

untuk masing-masing w

_c

c d

w

+

=

1 γ

γ

• Gambar kurva hubungan antara

γ

_d

dengan w

_c

• Dari kurva, tentukan kepadatan tanah maksimum,

(γ

_d-max

) dan kadar air optimum (w

_c-opt

)

(26)

Modified Proctor Test



Same as the Standard Proctor Test

with the following exceptions:

3 MP 3 MP / 250 , 56 E (1/30)ft ft) (1.5 * lbs) (10 * layers) of (5 * ayer) (25blows/l E ft lb ft − = = soil

 The soil is compacted in five layers

 Hammer weight is 10 Lbs or 4.54 Kg

 Drop height h is 18 inches or 45.72cm

# 1 # 3 # 2 # 5 # 4

 Then the amount of Energy is calculated

3

SP 12,375 /

E = ft −lb ft

 Remember Standard Proctor Energy

55 . 4 / 375 , 12 / 250 , 56 E E 3 3 SP MP = − − = ft lb ft ft lb ft

(27)

Comparison

-Summary

Standard Proctor Test

▷Mold size: 1/30 ft3 ▷12 in height of drop ▷5.5 lb hammer ▷3 layers ▷25 blows/layer ▷Energy 12,375 ft·lb/ft3

Modified Proctor Test

▷Mold size: 1/30 ft3 ▷18 in height of drop ▷10 lb hammer ▷5 layers ▷25 blows/layer ▷Energy 56,250 ft·lb/ft3 Dr y De ns ity (γ d ) Water Content (w) Modified E=E₂ Standard E=E1

(28)

Effects of Soil Types on

Compaction

Soil texture and Plasticity data

NO Description Sand Silt Clay LL PI

1 Well graded _{loamy sand} 88 10 2 16 NP 2 Well graded _{sandy loam} 72 15 13 16 NP 3 Med graded _{sandy loam} 73 9 18 22 4 4 Lean sandy _{silty clay} 32 33 35 28 9

5 Lean silty _clay 5 64 31 36 15

6 Loessial silt 5 85 10 26 2

7 Heavy clay 6 22 72 67 40

8 Poorly graded _sand 94 6 6 NP NP

2.2 2.1 2.0 1.9 1.8 1.7 1.6 5 10 15 20 25 Water content w (%) Dr y de ns ity (Mg / m 3 ) ₁ 2 3 4 5 6 7 8

Zero air voids, S= 100 %

The soil type-that is, grain-size distribution, shape of the soil grains, specific gravity of soil solids, and amount and type of clay minerals present

(29)

Example

w

V

M

d

=

+

−

=

1 ;

0

ρ

w

d

=

+

1 γ

γ

Or

(30)

(31)

W ater Role in

Compaction Process

Water lubricates the soil grains so that they

slide more easily over each other and can

thus achieve a more densely packed

arrangement.

A little bit of water facilitates compaction

too much water inhibits compaction.

(32)

Effect of Energy on Compaction

E2 > E1

D ry D ensit y (γ d ) Water Content (w) Modified E=E₂ Standard E=E₁

(33)

Comparison

-Summary

Standard Proctor Test

▷Mold size: 1/30 ft3 ▷12 in height of drop ▷5.5 lb hammer ▷3 layers ▷25 blows/layer ▷Energy 12,375 ft·lb/ft3

Modified Proctor Test

▷Mold size: 1/30 ft3 ▷18 in height of drop ▷10 lb hammer ▷5 layers ▷25 blows/layer ▷Energy 56,250 ft·lb/ft3 Dr y De ns ity (γ d ) Water Content (w) Modified E=E₂ Standard E=E1

(34)

Common Compaction Curves

Encountered in Practice

Bell-shaped One & one-half peaks

Double-peaked Odd-shaped

Water content (w)

Dry

un

it w

eight

γ

d

(35)

2.0 1.9 1.8 1.7 1.6 0 5 10 15 20 25 Water content w (%) D ry de ns ity ( Mg / m ) 3 Line of optimums "Zero Air Voids"

ZAV:The curve represents the fully saturated condition (S=100%).

ZAV cannot be reached by compaction.

Line of Optimum: A line drawn through the peak points of several compaction curves at different compactive efforts for the same soil will be almost parallel to a 100 % S curve

Entrapped Air: is the distance between the wet side of the compaction curve and the line of 100% saturation.

Zero-Air-Void

Points from the ZAV curve can be calculated from:

γ_dry = G_sγ_w / 1+ e

Holtz and Kovacs, 1981

Degree of Saturation Degree of Saturation Standard Proctor Modified Proctor 100% 60% 80%

(36)

Menggambar

kurva ZAV (zero

air void

Zero Air Void  Saturated (Jenuh)

• Menghitung :

e

G

_s _w zav d

=

+

1

) (

γ

• S_R.e = G_s.w_c  S_R = 100%  e = G_s w_c c s w s zav d

w

G

+

=

1

) (

γ

Hitung γ_d(zav) untuk w_c tertentu

• Gambar kurva antara w_c dan γ_d(zav) yang saling bersesuaian 2.0 1.9 1.8 1.7 1.6 0 5 10 15 20 25 Water content w (%) D ry de ns ity ( Mg / m ) 3 "Zero Air Voids" Degree of Saturation Degree of Saturation Standard Proctor Modified Proctor 100% 60% 80%

(37)

Wet Side Dry Side

Results

-Explanation

Dr y De ns ity (γ d ) Water Content (w) OMC



Below w_omc Dry of Optimum

•As the water content increases, the particles develop larger and larger water films around them, which tend to “lubricate” the particles and make them easier to be moved about and reoriented into a denser configuration.

Hammer Impact •Air expelled from the soil upon impact in quantities larger than the volume of water added.

At w_omc

The density is at the maximum, and it does not

increase any further.

Above w_omc

Wet of Optimum

Water starts to replace soil particles in the mold, and since ρ_w<<ρ_s the dry density starts to decrease.

Hammer Impact Moisture cannot escape under impact of the hammer. Instead, the entrapped air is energized and lifts the soil in the region around the hammer.

Wet side Entrapped

air Dry side

Escaping air Holtz and Kovacs, 1981

(38)

Effects of Soil Types on

Compaction

Soil texture and Plasticity data

NO Description Sand Silt Clay LL PI

1 Well graded _{loamy sand} 88 10 2 16 NP 2 Well graded _{sandy loam} 72 15 13 16 NP 3 Med graded _{sandy loam} 73 9 18 22 4 4 Lean sandy _{silty clay} 32 33 35 28 9

5 Lean silty _clay 5 64 31 36 15

6 Loessial silt 5 85 10 26 2

7 Heavy clay 6 22 72 67 40

8 Poorly graded _sand 94 6 6 NP NP

2.2 2.1 2.0 1.9 1.8 1.7 1.6 5 10 15 20 25 Water content w (%) Dr y de ns ity (Mg / m 3 ) ₁ 2 3 4 5 6 7 8

Zero air voids, S= 100 %

The soil type-that is, grain-size distribution, shape of the soil grains, specific gravity of soil solids, and amount and type of clay minerals present

(39)

Compaction Characteristics

U

nified

S

oil

C

lassification

S

tandard

Group Symbol Compaction

Characteristics GW GP GM GC SW SP SM SC CL ML Good to Poor OL, MH, CH, OH, PT Fair to Poor

Good

(40)

Embankment Materials

U

nified

S

oil

C

lassification

S

tandard

Group Symbol

Value as Embankment Material

GW SW CL Stable GP GM GC SC SP SM

ML Poor, gets better with high density

OL, MH, CH, OH, PT Poor, Unstable

Very Stable

Reasonably Stable

(41)

Subgrade

Materials

U

nified

S

oil

C

lassification

Group Symbol

Value as Subgrade Material

GW Excellent GP GM GC SW SP SM SC ML CL

OL, MH, CH, OH, PT _{Poor to Not Suitable}

Excellent to Good Good

Good to Fair Fair to Poor

(42)

Typical Compaction Curve for

Cohesionless Sands & Sandy Gravel

Air dry

Complete saturation

(increasing) Water content

(in cr ea si ng ) Den sit y



   



bulking Kepadatan rendah yang diperoleh pada _{kadar air rendah adalah karena kekuatan}

kapiler yang menahan susunan butiran pasir.

(43)

W ater & Compaction

Meningkatkan kadar air di mana

tanah dipadatkan:

• Meningkatkan kemungkinan mendapatkan

struktur tanah yang tersebar dengan

kekuatan geser yang rendah.

• Meningkatkan tekanan pori di dalam

tanah, menurunkan kekuatan geser jangka

pendek.

(44)

Structure of Compacted Clay

Dr y De ns ity Water Content High Compactive Effort Low Compactive Effort Flocculated Structure or Honeycomb Structure or Random Dispersed Structure or parallel Intermediate structure

Lambe and Whitman, 1979

Particle Arrangement Dry side more random

Water Deficiency Dry side more deficient; thus imbibes more water, swells more, has lower pore pressure

Structure

From Lambe and Whitman, 1979; Holtz and Kovacs, 1981

A

B

(45)

Structure of Compacted Clay

Lambe and Whitman, 1979

a. Pada titik A  struktur butiran : “flocculate”(acak).

Karena : w_c rendah  diffuse double layer tidak berkembang

sepenuhnya.

Akibatnya : gaya tolak menolak antar butir kecil. b. Pada titik B  diffuse double layer bertambah.

c. Pada titik C  gaya tolak-menolak antar butir besar

(46)

Effect of Compaction on permeability

Pe rme abil it y 10-9 10-7

Permeabilitas akan semakin menurun dengan meningkatnya kadar air dan akan mencapai

kondisi minimum pada kepadatan optimum

Jika kepadatan meningkat, permeabilitas akan menurun karena angka pori menurun

Water content

D

ensit

y

From Lambe and Whitman, 1979; Holtz and Kovacs, 1981

Magnitude Dry side more permeable

Permanence Dry side permeability reduced much more by permeation

(47)

3.

TES PEMADATAN DI

LAPANGAN

(48)

Tes Pemadatan Di Lapangan

1. Alat yang umum digunakan :

a. Smooth-wheel roller

b. Rubber-tired roller

c. Sheepfoot roller

d. Dynamic compaction

e. Vibratory roller

2. Spesifikasi pemadatan lapangan

a.

End Product Specification (EPS).

b. Method Specification (MS).

(49)

Tes Pemadatan Di Lapangan

(50)

Tes Pemadatan Di Lapangan

Photo rubber tired roller Photo sheepfoot roller

Photo sheepfoot roller type lain

(51)

Tes Pemadatan Di Lapangan

(52)

Tes Pemadatan Di Lapangan

Gambar 4.10

(53)

End

Product Specification.

Yang Ditentukan :

• Prosentase Kepadatan Akhir Yang Dicapai Dilapangan : Relative Compaction Atau Kepadatan Relative (R ).

% 100 (%) max x R lab d lapang d − − =

γ

lapang d d o o R o lapang d d d d d lapang d R R R D R R x D − − − − − − − = → − − =               − − = γ γ γ γ γ γ γ γ min max min max min ) 1 ( 1 Atau :

(54)

Method Specification

Yang ditentukan :

• Type dan berat alat pemadat.

• Jumlah lintasan alat pemadat.

• Ketebalan lapisan tanah yang dipadatkan.

Kontraktor hanya menjalankan “SPESIFIKASI”

(55)

Tes Pemadatan Di Lapangan

(Lanjutan)

Sand Cone

Kepadatan lapangan dapat dihitung dengan cara:

Menentukan berat tanah yang digali, dengan

urutan:

- Tentukan berat botol + corong + pasir ottawa = W1.

- Tentukan berat tanah galian = W₂

- Tentukan kadar air tanah galian = w_c

- Hitung berat kering tanah galian = W3, dengan formula sebagai berikut:

c w W W + = 1 2 3 Gambar 4.11 Sketsa alat Sand Cone

(56)

Tes Pemadatan Di Lapangan

(Lanjutan)

Rubber Balloon

Sama seperti sand cone.

Hanya : volume galian ditentukan dengan

cara memasukkan karet dalam lubang galian dan diisi dengan cairan yang sudah diketahui berat volumenya.