TUGAS MEKANIKA
TANAH
“PEMADATAN TANAH”
DOSEN : SIANA DEWI ARTHA, ST.
NAMA
:
RESTU ILLAHI
NIM
:
DBD 111 0120
JURUSAN
:
TEKNIK PERTAMBANGAN
KEMENTRIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN
UNIVERSITAS PALANGKA RAYA
TEKNIK PERTAMBANGAN
2013
PEMADATAN TANAH 1. Pengertian
Pemadatan adalah suatu proses dimana udara pada pori-pori tanah dikeluarkan dengan salah satu cara mekanis (menggilas / memukul / mengolah). Tanah yang dipakai untuk pembuatan tanah dasar pada jalan, tanggul / bendungan , tanahnya harus dipadatkan, hal ini dilakukan untuk :
Menaikan kekuatannya.
Memperkecil daya rembesan airnya.
Memperkecil pengaruh air terhadap tanah tersebut.
Pada pembuatan timbunan tanah untuk jalan raya, dam tanah, dan banyak struktur teknik lainnya, tanah yang lepas (renggang) haruslah dipadatkan untuk meningkatkan berat volumenya. Pemadatan tersebut berfungsi untuk meningkatkan kekuatan tanah, sehingga dengan demikian meningkatkan daya dukung pondasi di atasnya. Pemadatan juga dapat mengurangi besarnya penurunan tanah yang tidak diinginkan dan meningkatkan kemantapan lereng timbunan (embankment). Penggilas besi berpermukaan halus (smooth whell rollers), dan penggilas getar (vibratory rollers) adalah alat-alat yang umum digunakan di lapangan uniuk pemadatan tanah. Mesin getar dalam (vibroflot) juga banyak digunakan untuk memadatkan tanah berbutir (granular soils) sampai kedalaman yang cukup besar dari permukaan tanah. Cara pemadatan tanah dengan sistem ini disebut vibroflotation (pemampatan getar apung). 2. Prinsip Umum Pemadatan
Tingkat pemadatan tanah diukur dari berat volume kering tanah yang dipadatkan. Bila air ditambahkan kepada suatu tanah yang sedang dipadatkan, air tersebut akan berfungi sebagai unsur pembasah (pelumas) pada partikel-partikel tanah. Karena adanya air, partikel- partikel tanah
tersebut akan lebih mudah bergerak dan bergeseran satu sama lain dan membentuk kedudukan yang lebih rapat/padat. Untuk usaha pemadatan yang sama, berat volume kering dari tanah akan naik bila kadar air- dalam tanah (pada saat dipadatkan) meningkat.
Harap dicatat bahwa pada saat kadar air w = 0, berat volume basah dari tanah (γ) adalah sama dengan berat volume keringnya (γd), atau
1 ) 0 ( d w
Bila kadar airnya ditingkatkan terus secara bertahap pada usaha pemadatan yang sama, maka berat dari jumlah bahan padat dalam tanah persatuan volume juga meningkat secara bertahap pula. Misalnya, pada w = w1,
berat volume basah dari tanah sama dengan:
2
Berat volume kering dari tanah tersebut pada kadar air ini dapat dinyatakan dalam: d d w w d w ( 1) ( 0)
Setelah mencapai kadar air tertentu w = w2 (lihat gambar.1) adanya
penambahan kadar air justru cenderung menurunkan berat volume kering dari tanah. Hal ini disebabkan karena air tersebut kemudian menempati ruang-ruang pori dalam tanah yang sebetulnya dapat ditempati oleh partikel-partikel padat dari tanah. Kadar air di mana harga berat volume kering maksimum tanah dicapai disebut kadar air optimum.Percobaan di laboratorium untuk menentukan kadar air optimum adalah:Proctor
Compaction Test (Uji Pemadatan Proctor, menurut nama pemiliknya,
Proctor, 1933).
3. Tes Pemadatan Tanah di Laboratorium
a. Uji Proctor Standar
Langkah-langkah :
Tanah dipadatkan dalam sebuah cetakan silinder bervolume 1/30 ft3
(943,3 cm3)
Diameter cetakan = 4 in. (= 101 6 mm).
Selama percobaan lab. Cetakan dikelem pada sebuah pelat dasar dan di atasnya diberi perpanjangan juga berbentuk silinder.
Tanah dicampur air dengan kadar yang berbeda-beda dan kemudian dipadatkan menggunakan penumbuk khusus.
Pemadatan tanah tersebut dilakukan dalam 3 (tiga) lapisan (tebal lapisan + 1,0 in).
Jumlah tumbukan adalah 25 x setiap lapisan.
Berat penumbuk adalah 5,5 lb (massa = 2,5 kg) dan tinggi jatuh sebesar 12 in. (= 304,8 in).
Gambar 2. Alat uji proctor standar a). cetakan, b). penumbuk
Untuk setiap percobaan, berat volume basah γ dari tanah yang dipadatkan tersebut dapat dihitung sebagai berikut :
) (m V W di mana :
W = berat tanah yang dipadatkan dalam cetakan V(m) = volume cetakan (1/30 ft3 943, 3 cm3)
Juga pada setiap percobaan besarnya kadar air dalam tanah yang dipadatkan tersebut
ditentukan di laboratorium. Bila kadar air tersebut diketahui, berat volume kering γd dari tanah dapat dihitung sebagai berikut :
100 % 1 w d
di mana w% = presentase kadar air.
Harga γd tersebut dapat digambarkan terhadap kadar air untuk mendapatkan berat volume kering maksimum dan kadar air optimum
Prosedur pelaksanaan Uji Proctor Standar telah dirinci dalam ASTM Test Designation D-698 dan dalam AASHTO Test Designation T-99.(Disamping itu ada Modified Proctor)
Untuk suatu kadar air tertentu, berat volume kering maksimum secara teoritis didapat bila pada pori-pori tanah sudah tidak ada udaranya lagi yaitu pada saat di mana derajat kejenuhan tanah sama dengan 100%. Jadi, berat volume kering maksimum (teoritis) pada suatu kadar air tertentu dengan kondisi "zero air voids" (pori-pori tanah tidak mengandung udara sama sekali) dapat ditulis sebagai:
e w Gs zav 1 di mana :
γzav = berat volume pada kondisi zero air voids γw = berat volume air
e = angka pori
Gs = berat spesifik butiran padat tanah. Untuk keadaan tanah jenuh 100%, e= wGs ; jadi
Gs w wGs w Gs zav 1 1 1
di mana : w kadar air.
Untuk mendapatkan variasi dari γzav terhadap kadar air, gunakan prosedur berikut :
1. Tentukan berat spesifik butiran padat tanah. 2. Cari berat volume air γw
3. Tentukan sendiri beberapa harga kadar air w, misalnya : 5%, 10%,15%,… dan seterusnya
4. Gunakan persamaan.3 untuk mencari γzav dari kadar air-kadar air tersebut.
Gambar 4. Hasil uji pemadatan proctor untuk lempung berlanau b. Uji protector Dimodifikasi
Dengan berkembangnya alat-alat penggilas berat yang digunakan pada pemadatan di lapangan, uji proctor standart harus dimodifikasi untuk dapat lebih mewakili kondisi lapangan. Uji proctor yang dimodifikasi ini disebut Uji proctor Dimodifikasi. Energi pemadatan yang dilakukan dalam uji dimodifikasi dapat dihitung sebagi berikut: = 56.250 ft-1b/ft3(≈2693,3 kJ/m3)
Karena energi pemadatannya lebih besar, uji proctor dimodifikasi juga menghasilkan suatu harga berat volume kering maksimum yang lebih besar. Peningkatan berat volume kering maksimum ini disertai dengan penurunan kadar air optimum.
• Pemadatan proctor modifikasi hampir sama dengan standar, hanya saja tinggi jatuh palu dan jumlah lapis tanah yang berbeda
• s s w s d
dengan
e
wG
wG
G
,
1
Pada saat derajat kejenuhan tanah S = 100% (rongga udara/ kadar udara = 0), persamaan berat volume kering (d) adalah:
• Berat volume kering setelah pemadatan, pada kadar air w dengan kadar udara A, dihitung dengan persamaan :
s w s d wG A G 1 ) 1 (
Gambar 5. Hasil kurva untuk uji standar proctor dan modified proctor 4. Faktor – faktor yang mempengaruhi pemadatan
. a. Tebal lapisan yang dipadatkan.
Untuk mendapatkan suatu kepadatan tertentu makin tebal lapisan yang akan dipadatkan, maka diperlukan alat pemadat yang makin berat. Untuk mencapai kepadatan tertentu maka pemadatan harus dilaksanakan lapis demi lapis bergantung dari jenis tanah dan alat pemadat yang dipakai, misalnya untuk tanah lempung tebal lapisan 15 cm, sedangkan pasir dapat mencapai 40 cm.
b. Kadar Air Tanah.
Bila kadar air tanah rendah, tanah tersebut sukar dipadatkan, jika kadar air dinaikkan dengan menambah air, air tersebut seolah-olah sebagai pelumas antara butiran tanah sehingga mudah dipadatkan tetapi bila kadar air terlalu tinggi kepadatannya akan menurun. Jadi untuk memperoleh kepadatan maximum, diperlukan kadar air yang optimum. Untuk mengetahui kadar air optimum dan kepadatan kering maximum diadakan percobaan pemadatan dilaboratorium yang dikenal dengan :
Standard Proctor Compaction Test; dan
Modified Compaction Test
c. Alat Pemadat
Pemilihan alat pemadat disesuaikan dengan kepadatan yang akan dicapai. Pada pelaksanaan dilapangan, tenaga pemadat tersebut diukur dalam jumlah lintasan alat pemadat dan berat alat pemadat itu sendiri. Alat pemadat maupun tanah yang akan dipadatkan bermacam-macan jenisnya, untuk itu pemilihan alat pemadat harus disesuaikan dengan jenis tanah yang akan dipadatkan agar tujuan pemadatan dapat tercapai.
d. Pengaruh Usaha Pemadatan
Energi pemadatan per volume satuan (E), dinyatakan dalam persamaan : E = V WH i N b N Dengan :
N b = Jumlah pukulan per lapisan
N I = Jumlah lapisan
W = Berat pemukul
H = Tinggi jatuh pemukul
V = Volume mould
5. Alat – alat Pemadat dan Prosedur Pemadatan
Macam-macam peralatan yang dipergunakan sehubungan dengan pekerjaan pemadatan lapis pondasi jalan umumnya ada dua jenis yaitu yang dilaksanakan secara mekanik darl manual dimana keduanya diuraikan sbb :
Jenis peralatan ini digerakkan oleh tenaga mesin sehingga pekerjaan pemadatan dapat dilaksanakan lebih cepat dan lebih baik.
Adapun macam-macam / type dari alat ini adalah sebagai berikut : 1. Three Wheel Roller.
Penggilas type ini juga sering disebut penggilas Mac Adam, karena jenis ini sering dipergunakan dalam usaha-usaha pemadatan material berbutir kasar. Pemadat ini mempunyai 3 buah silinder baja, untuk menambah bobot dari pemadat jenis ini maka roda silinder dapat diisi dengan zat cair (minyak/air) ataupun pasir. Pada umunya berat penggilas ini berkisar antara 6 s/d 12 ton.
Three Wheel Roller 2. Tandem Roller
Penggunaan dari alat ini umumnya untuk mendapatkan permukaan yang agak halus. Alat ini mempunyai 2 buah roda silinder baja dengan bobot 8 s/d 14 ton. Penambahan bobot dapat dilakukan dengan
menambahkan zat cair.
Tandem Roller 3. Pneumatik Tired Roller ( PTR ).
Roda-roda penggilas ini terdiri dari roda-roda ban karet. Susunan dari roda muka dan belakang berselang-seling sehingga bagian dari roda yang tidak tergilas oleh roda bagian muka akan tergilas oleh roda bagian belakang. Tekanan yang diberikan roda terhadap permukaan tanah dapat diatur dengan cara mengubah tekanan ban. PTR ini sesuai digunakan untuk pekerjaan penggilasan bahan yang granular; juga baik digunakan pada tanah lempung dan pasir.
Pneumatik Tired Roller (PTR)
B. Peralatan Manual
Jenis peralatan ini digerakkan dengan tenaga manusia / hewan sehingga pekerjaan pemadatan ditaksanakan lebih lambat dan hasil pemadatan kurang memuaskan tetapi sangat berguna untuk pelaksanaan pemadatan didaerah terpencil / pedesaan dimana sulit untuk mendatangkan peralatan pemadat mekanik karena biaya yang mahal.
Ada 2 jenis alat pemadat manual :
Alat Pemadat Tangan Alat
Alat pemadat ini dibuat dari beton cor yang diberi tangkai untuk menumbukkan beban tersebut ke tanah yang akan dipadatkan.
Alat pemadat silinder beton
Alat ini berupa roda yang berbentuk silinder terbuat dari beton cor. Cara melakukan pemadatannya adalah ditarik dengan hewan seperti kerbau atau lembu dan dapat juga mempergunakan kendaraan bermotor sebagai penariknya.
Alat Pemadat Tangan
Alat Pemadat Silinder Beton. 6. Spesifikasi Pemadatan Tanah Di Lapangan
Tujuan pemadatan adalah untuk memperoleh stabilitas tanah dan memperbaiki sifat-sifat teknisnya. Oleh karena itu, sifat teknis timbunan sangat penting di perhatikan, tidak hanya kadar air dan berat volume keringnya.
Terdapat dua kategori spesifikasi untuk pekerjaan tanah : 1. Spesifikasi hasil akhir dari pemadatan
2. Spesifikasi untuk cara pemadatan
Untuk spesifikasi hasil akhir, kepadatan relative atau persen kepadatan tertentu dispesifikasikan (Kepadatan Relatif : adalah nilai banding dari berat volume kering dilapangan dengan berat volume kering maksimum dilaboratorium menurut percobaan standar, seperti Percobaan Standar Proctor atau Modeifikasi Proctor). Dalam spesifikasi hasil akhir ( Banyak digunakanpada proek-proyek jalan raya dan pondasi bangunan).
Perlu diingat bahwa memadatkan tanah pada sisi basah optimum (wet side of optimum), umumnya menghasilkan kuat geser tanah hasil pemadatan lebih rendah bila dibandingkan dengan kadar air pada sisi kering optimum (dry side of optimum), Sifat-sifat tanah yang lain seperti permeabilitas dan potensi kembang susut juga dipengaruhi oleh kadar air saat pemadatan. Karena itu, selain persen kepadatan ditentukan, rentang kadar air tanah yang akan dipadatkan sebaiknya juga ditentukan.
Untuk spesifikasi cara pemadatan, macam dan berat mesin pemadat, jumlah lintasan serta ketebalan setiap lapisan juga ditentukan. Hal ini banyak dipakai untuk proyek pengerjaan tanah yang besar seperti bendungan.
Hampir semua pemadatan di lapangan menggunakan penggilas (rollers) jenis penggilas yang umum dipakai adalah :
a. penggilas besi berpermukaan halus (atau penggilas bentuk drum), b. penggilas ban-karet (angin),
c. penggilas kaki-kambing d. penggilas getar
a. Penggilas besi berpermukaan halus cocok untuk meratakan permukaan tanah dasar (subgrades) dan untuk pekerjaan penggilasan akhir pada timbunan tanah pasir atau lempung. Penggilas tipe ini dapat memadatkan 100% luasan muka tanah yang diialui rodanya dengan tekanan kontak antara tanah dan roda sebesar antara 45 sampai 55 psi (antara 310 sampai 380 kN/m2).
Penggilas tipe ini tidak cocok untuk pekerjaan yang menginginkan tingkat pemadatan yang tinggi pada lapisan yang tebal.
b. Penggilas ban-karet dalam banyak hal masih lebih baik daripada penggilas besi berpermukaan halus. Penggilas ban-karet ini pada dasarnya merupakan sebh kereta bermuatan berat dan beroda karet yang tersusun dalam beberapa baris. Baris-baris ban karet ini berjarak dekat satu sama lain di mana pada setiap baris ban terdapat empat sampai enam buah ban. Tekanan kontak di bawah ban berkisar antara 85 sampai 100 psi. (585 sampai 690 kN/m2), dan baris-baris ban tersebut memadatkan antara 70 sampai 80% luasan tanah yang dilalui penggilas. Penggilas ban-karet ini dapat digunakan pada pemadatan tanah tanah pasir dan lempung. Pemadatan dicapai dari kombinasi antara tekanan dan "kneading action" (pemadatan dengan diremas-remas).
c. Penggilas getar sangat berfaedah untuk pemadatan tanah berbutir (pasir, kerikil, dan sebagainya). Alat getar dapat saja dipasang pada penggilas besi berpermukaan halus, penggilas ban-karet, atau pada penggilas kaki-kambing untuk menghasilkan getaran pada tanah. Pada Gambar 3 ditunjukkan dari prinsip-prinsip dari penggilas getar. Getaran dihasilkan dari berputarnya suatu beban yang tidak sentris.
Pelat penggetar yang dioperasikan dengan tangan sangat efektif dalam pemadatan tanah berbutir bila ruang gerak yang tersedia sangat terbatas. Model pelat penggetar seperti ini ada yang dilengkapi dengan mesin yang dapat menggetarkan beberapa pelat
sekaligus. Mesin seperti ini dapat digunakan ditempat -tempat di mana ruang geraknya lebih leluasa tetapi tidak cukup leluasa untuk penggilas getar yang besar.
d. Penggilas kaki-kambing adalah berupa silinder (drum) yaiig mempunyai banyak kaki-kaki yang menjulur keluar dari drum. Kaki-kaki ini mempunyai luas proyeksi penampang sekitar 4 sampai 13 in2 (25 sampai 85 cm2 ). Alat ini saiigat efektif untuk memadatkan tanah lempung. Tekanan kontak di ujung kaki-kaki kambing dapat mencapai antara 200 sampai 1000 psi ( 1380 sampai 6900 kNm2 ). Pada waktu pemadatan di lapangan, mula-mula pada awal lintasan bagian tanah yang dipadatkan ialah bagian sebelah bawah dari "lift". Catatan: suatu timbunan tanah tidak langsung setinggi timbunan tersebut, tetapi dihamparkan selapis demi selapis dan setiap lapisan itu dipadatkan dengan baik. Setiap lapisan disebut "lift".) Pada lintasan-lintasan berikutnya barulah tanah di bagian tengah dan atas dari lift ikut terpadatkan.
Hal-hal lain yang perlu diperhatikan dalam mendapatkan berat volume pemadatan yang diinginkan di lapangan, yaitu :. tebal "lift" (satu lapisan tanah yang dipadatkan), intensitas tekanan yang dihasilkan oleh alat pemadat, dan besar luasan muka tanah dimana tekanan itu bekerja.
Sebabnya ialah bahwa tekanan yang diberikan pada permukaan tanah akan berkurang menurut kedalamanannya, jadi tingkat pemadatan tanah juga berkurang menurut kedalamannya. Selama pemadatan, berat volume kering dari tanah juga berubah menurut banyaknya jumlah lintasan tanah terhadap jumlah lintasan penggilas. Gambar 5a menunjukkan kurva kepadatan tanah terhadap jumlah lintasan penggilas pada tanah lempung berlanau. Berat volume kering dari tanah pada kadar air tertentu akan meningkat (dengan makin bertambahnya jumlah lintasan penggilas)
sampai pada kira –kira suatu titik tertentu. Setelah itu, kepadatan tanah akan menjadi konstan. Umumnya, kira-kira 10 sampai 15 lintasan sudah akan menghasilkan berat volume kering maksimum yang secara ekonomis dapat dicapai.
