5
BAB 2
LANDASAN TEORI
2.1.
Tinjauan Pustaka
Penelitian mengenai stabilisasi tanah gambut sampai saat ini telah banyak dilakukan. Ada banyak variasi yang dilakukan pada penelitian stabilisasi tanah gambut diantaranya yaitu menggunakan portland cement, gypsum sintetis, gula pasir, dan abu sekam padi. Dari beberapa penelitian menunjukan pengaruh positif terhadap tanah gambut.
Yunan (2002) melakukan penelitian stabilisasi tanah gambut Rawa Pening dengan menggunakan 5% semen portland dan gypsum sintetis bervariasi yaitu 5%, 10%, dan 15% dengan masa perawatan 0 hari, 14 hari, dan 28 hari. Hasil penelitian paling optimum pada campuran 5% PC dan 10% gypsum pada masa perawatan 28 hari mengalami peningkatan nilai CBR dari 2,78% menjadi 8,17%.
Nugroho (2008) melakukan penelitian stabilisasi tanah gambut Rawa Pening dengan menggunakan menggunakan 5% portland cement dan gypsum sintetis (5%, 10%, dan 15%) dengan masa curing 0 hari dan 7 hari. Hasil penelitian menunjukan nilai CBR maksimum dihasilkan pada kadar 5% PC dan 15% gypsum sintetis dan masa curing 7 hari yaitu sebesar 8,985%.
Widodo (2008) melakukan penelitian stabilisasi tanah gambut Rawa Pening dengan menggunakan menggunakan variasi gypsum sintetis (0%, 7%, dan 14%) dan abu sekam padi (0%, 3%, dan 6%) dan masa curing 0 hari dan 7 hari. Dari hasil penelitiannya dapat diketahui bahwa penambahan gypsum sintetis, abu sekam padi (RHA) dan masa pemeraman meningkatkan kenaikan 2 kali lipat dari nilai CBR tanah gambut asli dan menurunkan nilai swelling.
Susilo (2008) mengemukakan bahwa penelitian yang dapat dilakukan dalam usaha stabilisasi tanah gambut adalah dengan mencampurkan gula pasir (0%, 3%, dan 6%) dan gypsum sintetis (0%, 7%, dan 14%) dengan masa curing 0 hari dan commit to user
7 hari. Dari hasil penelitian laboratorium menunjukkan bahwa penambahan gula pasir, gypsum sintetis, dan masa pemeraman dapat meningkatkan nilai CBR. Nilai CBR yang dihasilkan mengalami kenaikan dua kali lipat dari nilai CBR tanah gambut asli dan nilai pengembangan (swelling) menjadi lebih kecil dari tanah gambut asli.
Tommy (2008) mengemukakan bahwa dalam penelitiannya dilakukan penambahan bahan aditif semen portland tipe-V (10%, 20%, dan 30%) terhadap tanah gambut Kalimantan untuk mengkaji kekuatan geser dan perubahan struktur mikroskopiknya. Dari hasil uji Triaxial CU dapat meningkatkan nilai kohesi (c’). Namun untuk sudut geser dalam efektif (’) tidak selalu turun mengikuti penambahan kadar PC-V ataupun lamanya masa peram.
Berbekal dari penelitian–penelitian sebelumnya maka dilakukan penelitian lanjutan pada tanah gambut Rawa Pening menggunakan bahan campuran berupa gypsum sintetis dengan garam dapur sebagai salah satu cara stabilisasi secara kimiawi berdasarkan pengujian direct shear. Penelitian ini diharapkan mampu melengkapi penelitian-penelitian sebelumnya.
2.2.
Tanah Gambut (
Peat Soil
)
Tanah gambut adalah campuran dari fragmen-fragmen material organik yang berasal dari tumbuhan yang telah membusuk dan perubahannya secara kimiawi serta telah menjadi fosil. Selain itu dibawah ini ada beberapa definisi lain dari para pakar dan peneliti.
Gambut adalah bahan organis setengah lapuk berserat atau suatu tanah yang mengandung bahan organis berserat dalam jumlah besar. Gambut mempunyai angka pori yang sangat tinggi dan sangat kompresibel (Dunn, 1980).
Tanah gambut terbentuk dari unsur-unsur organik seperti Karbon (C), Hidrogen (H), Oksigen (O), Nitrogen (N), dan umumnya memiliki pH rendah, kapasitas tukar kation (KTK) tinggi, kejenuhan basa rendah, sedikit unsur anorganik yaitu commit to user
Silicon (Si), Kalsium (Ca) dan Magnesium (Mg) dan kandungan unsur mikro (Cu, Zn, Mn, dan B) rendah.
Definisi tanah gambut berdasarkan ASTM D4427-92 (2002) adalah tanah yang memiliki kandungan organik tinggi yang terjadi atas dekomposisi material tumbuhan dan dibedakan dari material tanah organik lainnya dari kandungan abunya <25% abu dari berat keringnya.
Gambut terbentuk dari lingkungan yang khas, yaitu rawa atau suasana genangan yang terjadi hampir sepanjang tahun. Kondisi langka udara akibat genangan, ayunan pasang surut, atau keadaan yang selalu basah telah mencegah aktivitas mikroorganisme yang diperlukan dalam perombakan. Laju penimbunan gambut dipengaruhi oleh perpaduan antara keadaan topografi dan curah hujan dengan curahan perolehan air yang lebih besar dari pada kehilangan air serta didukung oleh sifat tanah dengan kandungan fraksi debu (silt) yang rendah.
Sifat fisik tanah gambut secara umum :
1. Kadar air, mempunyai kemampuan penyerapan air cukup tinggi, tergantung derajat komposisinya dapat mencapi 600%, tetapi akan turun drastis bila bercampur dengan bahan organiknya.
2. Susut, bila kering akan menjadi keras. Penyusutan dapat mencapai 50%. Apabila sudah menyusut maksimum, hanya dapat menyerap air kembali 35%-55% volume awal air yang dapat diserap.
3. Rembesan, kemampuannya tergantung pada kandungan bahan mineral, derajat dekomposisi, derajat konsolidasi, harga kelulusan airnya berkisar antara 10-3- 10-6 cm/detik.
4. Kadar gas, walaupun terendam air, gambut mengalami dekomposisi dan menghasilkan gas methan, sedikit nitrogen, dan gas karbondioksida.
5. Berat volume berkisar antara 0,9 t/m3–1,25 t/m3.
6. Berat jenis lebih besar dari 1,0 yaitu rata-rata 1,5–1,6. Bila >2,0 berarti bercampur dengan bahan inorganik.
7. Keasaman, mempunyai sifat “acidic reaction“ karena karbondioksida dan humid acid hasil proses pembusukan. Air gambut mempunyai pH antara 4-7. Keasamannya tergantung musim.
Ciri-ciri tanah gambut adalah sebagai berikut : 1. Warna
Salah satu ciri tanah gambut secara visual dapat dilihat dari warnanya yaitu coklat tua sampai kehitaman (Mac Farlane, 1959). Meskipun bahan asalnya berwarna abu-abu, coklat, atau kemerahan, namun setelah mengalami pembusukan (dekomposisi) selanjutnya diikuti dengan senyawa-senyawa humik yang berwarna gelap. Perubahan yang dialami bahan organik kelihatan sama dengan yang dialami bahan organik tanah mineral, meskipun aerasi tanah gambut yang terbatas.
2. Kadar Air dan Kapasitas
Tanah gambut mempunyai kapasitas lapang (field capacity) yang tinggi bahkan sangat tinggi, kapsitas ini ditunjukan dengan kemampuan menahan air yang dimiliki oleh tanah gambut yaitu berkisar antara 2-4 kali bobot keringnya. Akan halnya gambut (Moss Peat) yang belum mengalami dekomposisi lebih lanjut memiliki kapasitas menahan air yang jauh lebih besar, yaitu sekitar 12-20 kali bobot keringnya. Sifat menahan air yang tinggi ditunjukan dengan besarnya kadar air (water content) dari tanah gambut. 3. Struktur
Ciri lain yang mudah diketahui dari tanah gambut adalah dari strukturnya yang mudah dihancurkan dalam keadaan kering. Bahan organik yang sudah mengalami pembusukan bersifat koloidal dan mempunyai kohesi serta plastisitas yang rendah. Suatu tanah dengan kandungan bahan organik yang baik adalah mudah dilewati oleh air atau bersifat porous. Sifat ini tidak baik untuk bahan konstruksi sipil.
Sehubungan dengan sifat porous, sifat konduktifitas (permeabilitas) tanah gambut cukup tinggi, besarnya tergantung pada :
b) Derajat konsolidasi. c) Tingkat komposisi.
Jenis-jenis tanah gambut antara lain sebagai berikut : a. Berdasarkan Kandungan Organiknya.
Tanah gambut sangat kaya dengan unsur organik. Berdasarkan kandungan organiknya ada dua jenis gambut, yaitu:
1. Tanah mineral: Mengandung bahan organik antara ≤30%. 2. Tanah organik: Mengandung bahan organik >30 %.
b. Berdasarkan Faktor Pembentuknya
Tanah gambut terbentuk dengan cara yang berbeda-beda. Berdasakan faktor pembentuknya, ada 3 jenis antara lain :
1. Gambut Topogen
Tanah gambut yang terbentuk karena topografi di daerah tersebut. Biasanya, di daerah tepi pantai yang cekung sehingga hampir selalu digenangi air.
Tanah gambut ini masih banyak mengandung mineral yang diperoleh dari lapisan dasar cekungan, air hujan maupun sisa-sisa tumbuhan mati yang berasal dari tanaman paku-pakuan dan semak belukar.
Karena tidak terlalu asam dan mengandung unsur hara yang banyak, gambut ini masih bisa dimanfaatkan untuk pertanian dan perkebunan. 2. Gambut Ombrogen
Tanah gambut ini sebenarnya berasal dari gambut topogen, seperti tanah mangrove yang mengering. Namun, mendapat hujan asam terus-menerus sehingga keasamannya menjadi lebih tinggi dari gambut topogen dengan PH sekitar 3,0-4,4. Gambut jenis ini agak sukar dimanfaatkan sebagai lahan perkebunan karena kurang subur.
3. Gambut Pegunungan
Sesuai namanya, tanah gambut ini terletak di daerah pegunungan. Terbentuk dari sisa-sisa tumbuhan di daerah beriklim sedang, seperti sphagnum. Contohnya, gambut di dataran tinggi Dieng. commit to user
Sistem klasifikasi untuk gambut dan tanah organik telah dikembangkan untuk memenuhi kebutuhan yang berbeda-beda misalnya untuk pertanian, sumber-sumber bahan bakar dan rekayasa geoteknik. Sementara terdapat pendapat yang berlainan mengenai definisi gambut dan tanah organik, namun semua sistem mengklasifikasikan berdasarkan kandungan bahan organik, seperti yang ditunjukan oleh kandungan abu. Perbedaan pendapat dalam rekayasa geoteknik mengenai definisi gambut dan tanah organik diilustrasikan pada gambar 2.1. dimana klasifikasi yang digunakan atau disarankan untuk digunakan pada rekayasa geoteknik diberbagai negara dibandingkan berdasarkan kandungan abu. Negara-negara dimana sistemnya dibandingkan adalah :
1. Rusia 2. Swedia 3. Kanada
4. Amerika Serikat 5. Polandia
Sumber : Panduan Geoteknik 3 Puslitbang Prasarana Transportasi (2001)
Gambar 2.1. Perbandingan beberapa sistem klasifikasi untuk gambut dan tanah organik berdasarkan kandungan abu (Larsson, 1996)
Menurut Mac. Farlane (1959) mengklasifikasikan tanah gambut menjadi 2 yaitu : 1. Fibrous Peat (gambut berserat) yang mempunyai kandungan serat 20% atau
lebih. Jenis gambut ini mempunyai dua jenis pori yaitu pori antar serat dan pori yang ada dalam serat.
2. Amorphous Granular Peat yang mempunyai kandungan serat <20%. Jenis gambut ini sebagian besar air porinya terserap di sekeliling permukaan butiran tanah gambut.
Batasan-batasan tanah gambut menurut ASTM D4427-92 (2002) ditunjukan pada tabel 2.1.
Tabel 2.1.Klasifikasi tanah gambut menurut ASTM D4427-92 (2002).
Klasifikasi Batasan A Kadar Abu 1 Low Ash < 5% 2 Medium Ash 5% - 15% 3 High Ash > 15% B Kadar Serat 1 Fabric > 67% 2 Hemic 33% - 67% 3 Saptic < 33%
C Kemampuan Menyerap Air
1 Extremely Absorbent >1500% 2 Highly Absorbent 800% - 1500% 3 Moderately Absorbent > 300% dan < 800% 4 Slightly Absorbent < 300%
Sumber : Yunan (2002)
2.3.
Stabilisasi Tanah
Stabilisasi tanah adalah usaha untuk meningkatkan stabilitas dan kapasitas dukung tanah. Apabila tanah yang terdapat di lapangan bersifat sangat lepas atau sangat mudah tertekan, atau apabila mempunyai indeks konsistensi yang tidak sesuai, permeabilitas yang terlalu tinggi, atau sifat lain yang tidak diinginkan sehingga
tidak sesuai untuk suatu proyek pembangunan, maka tanah tersebut harus distabilisasikan (Bowles, 1984).
Stabilisasi tanah berarti meningkatkan shear strenght tanah sehingga memenuhi syarat, dan tidak terpengaruh oleh kondisi cuaca dan pergerakan lalu lintas (Kezdi, 1979).
Stabilisasi tanah mempunyai beberapa tujuan antara lain sebagai berikut : 1. Meningkatkan kerapatan tanah.
2. Menambah material yang tidak aktif sehingga meningkatkan kohesi dan/atau tahanan gesek yang timbul.
3. Menambah bahan untuk menyebabkan perubahan-perubahan kimiawi dan/atau fisis pada tanah.
4. Menurunkan muka air tanah (drainase tanah). 5. Mengganti tanah yang buruk.
Tujuan perbaikan tanah tersebut adalah untuk mendapatkan tanah dasar yang stabil pada semua kondisi musim dan selama umur rencana. Adapun metode-metode stabilisasi yang dikenal yaitu :
1. Stabilisasi secara mekanis.
Stabilisasi mekanis adalah penambahan kekuatan atau daya dukung tanah dengan jalan mengatur gradasi tanah yang dimaksud. Usaha ini biasanya menggunakan sistem pemadatan. Pemadatan merupakan stabilisasi tanah secara mekanis, pemadatan dapat dengan berbagai jenis peralatan mekanis seperti mesin gilas (roller), benda berat yang dijatuhkan, ledakan, tekanan statis, dan sebagainya (Bowles, 1991).
2. Stabilisasi secara kimiawi.
Stabilisasi tanah secara kimiawi adalah panambahan bahan stabilisasi yang dapat mengubah sifat-sifat kurang menguntungkan dari tanah. Biasanya digunakan untuk tanah yang berbutir halus. Bahan yang biasanya digunakan untuk stabilisasi tanah disebut stabilizing agent karena setelah diadakan pencampuran menyebabkan tanah menjadi lebih stabil daripada sebelumnya.
Bahan pencampur yang sudah digunakan antara lain : Portland Cement (PC), abu sekam padi, dan gula.
Stabilisasi tanah gambut dengan bahan campuran gypsum sintetis dengan garam NaCl yang dilakukan dalam penelitian adalah termasuk jenis stabilisasi secara kimiawi.
2.4.
Gypsum Sintetis
(CaSO
4.2H
2O)
Gypsum Sintetis (CaSO4. 2H2O) merupakan fraksi dari hydrated lime (kapur
hidrasi) yaitu calcium sulfat dehydrate yang merupakan reaksi penggaraman dan penguapan (Prayitno, 1997).
Dengan reaksi sebagai berikut :
CaO + H2SO4 CaSO4 + H2O CaSO.2H2O (butiran) (2.1)
Cambell (1985) dalam Yunan (2002) mengatakan bahwa Gypsum Sintetis (CaSO4.2H2O) sangat berguna sebagai bahan industri karena :
1. Mempunyai sifat mudah larut dalam hidrasi air ketika dipanaskan.
2. Ketika air ditambahkan akan kembali pada hidrat semula, mengumpulkan dan memperkeras hasil gypsum. Dua fenomena tersebut adalah dehidrasi dan rehidrasi adalah teknologi dasar gypsum.
Dehidrasi :
CaSO4.2H2O panas CaSO4+ 2H2O (2.2)
Rehidrasi :
CaSO4+ 2H2O CaSO4.2H2O + panas (2.3)
Ditambahkan lagi bahwa Calsium Sulfat Dihydrate (CaSO4.2H2O) adalah material
awal sebelum dehidrasi dan produk akhir setelah rehidrasi.
Pembuatan gypsum sintetis sendiri dapat dilakukan dengan cara mengolah batu kapur (kapur tohor) dicampur dengan asam sulfat atau kapur dicampur dengan air
accu (H2SO4). Dalam keadaan yang murni gypsum sintetis berwarna putih seperti
putih salju dan butirannya sangat halus dan lembut.
Alasan pemilihan bahan campuran gypsum sintetis pada stabilisasi tanah gambut Rawa Pening yaitu karena sifat gypsum sintetis yang apabila ditambahkan air maka akan mengeras dan diharapkan dapat meningkatkan kerapatan tanah gambut sehingga daya dukung tanah gambut juga mengalami kenaikan.
2.5.
Garam Dapur (NaCl)
Dalam ilmu kimia NaCl (Natrium chlorida) merupakan bahan utama dari garam dapur. Struktur NaCl meliputi ion positif (kation) dan ion negatif (anion). Garam terbentuk dari berbagai reaksi kimia antara lain :
HCl (Asam klorida) + NH3 (Amoniak) NH4Cl (Amonium klorida) (2.4)
Ca2+(Calsium) + Cl-(Klorida) CaCl2 (Calsium klorida) (2.5)
Na+(Natrium) + Cl-(Klorida) NaCl (Natrium klorida) (2.6) Larutan garam dapur (NaCl) merupakan suatu elektrolit yang mempunyai gerakan di permukaan lebih besar dari gerakan pada air murni sehingga bisa menurunkan air. Dalam bentuk kering garam berbentuk kristal mengisi ruang pori di antara butir-butir tanah.
Larutan garam dapur (NaCl) dapat menambah gaya kohesi antar partikel tanah sehingga ikatan partikel menjadi lebih rapat (Bowles, 1984).
Larutan garam dapur (NaCl) dapat memudahkan dalam pekerjaan pemadatan tanah. Garam mempunyai sifat yang sama dengan bahan stabilisasi yang menggunakan zat kimia lainnya. Dalam penelitiannya berpendapat bahwa keuntungan yang didapat dari penggunaan garam dapur (NaCl) adalah menaikkan kepadatan dan menambah kekuatan tanah. Tanah dengan LL (Liquid Limits) yang tinggi biasanya memberikan reaksi yang bagus dengan penambahan garam (Ingles, 1972).
2.6.
Pengujian Pemadatan Standar
(Standard Proctor Test)
Pemadatan tanah merupakan suatu proses mekanis dimana udara dalam pori tanah dikeluarkan. Adapun proses tersebut dilakukan pada tanah yang digunakan sebagai bahan timbunan. Tujuan dari pemadatan adalah :
a. Mempertinggi kekuatan tanah.
b. Memperkecil pengaruh air pada tanah.
c. Memperkecil compressibility dan daya rembes airnya.
Salah satu pengujian di laboratorium untuk pengujian pemadatan adalah pengujian pemadatan standar (Standard Proctor Test). Pengujian ini digunakan untuk mengetahui kadar air optimum (wopt) dan berat isi kering maksimum (ɣd maks). Adapun hasil percobaan berupa grafik hubungan kadar air dan berat isi
kering tanah sehingga didapatkan kadar air optimum dan berat isi kering maksimum.
Spesifikasi alat dan percobaan untuk Standard Proctor Test sebagai berikut: a. Diameter mould ± 10cm.
b. Berat hammer 2,5 kg, diameter hammer 5 cm, dan tinggi jatuh hammer 30 cm. c. Jumlah pukulan 25 kali.
d. Jumlah lapisan yaitu 3 lapisan. e. Sampel tanah lolos saringan No. 4
2.7.
Pengujian Geser Langsung
(Direct Shear Test)
Keamanan atau kenyamanan struktur yang berdiri di atas tanah tergantung pada kekuatan tanah dibawahnya. Jika tanah dasar mengalami keruntuhan, maka struktur tersebut akan runtuh yang merenggut korban jiwa dan kerugian materi. Kekuatan tanah yang dimaksud adalah kuat geser tanah (shear strength). Kuat geser tanah merupakan gaya tahanan internal yang bekerja per satuan luas masa tanah untuk menahan keruntuhan atau kegagalan sepanjang bidang runtuh dalam masa tanah tersebut. commit to user
Kekuatan geser yang dimiliki oleh suatu tanah disebabkan oleh :
Pada tanah berbutir halus (kohesif) misalnya lempung kekuatan geser yang dimiliki tanah disebabkan karena adanya kohesi atau lekatan antara butir-butir tanah (c).
Pada tanah bebutir kasar (non kohesif) kekuatan geser disebabkan karena adanya gesekan antara butiran-butiran sehingga sering disebut sudut gesek dalam ().
Pada tanah yang merupakan campuran antara tanah halus dan tanah kasar, kekuatan geser disebabkan karena adanya lekatan dan gesekan antara butir-butir tanah (karena c dan ).
Parameter kuat geser dapat digunakan untuk menghitung : Kuat dukung tanah dasar.
Stabilitas lereng.
Tegangan lateral untuk struktur penahan tanah.
Jenis percobaan untuk kuat geser tanah antara lain : 1. Uji Geser Langsung (Direct Shear Test).
2. Uji Tekan Bebas (Unconsolidated-Undrained = Unconfined Compression). 3. Uji Triaksial (Confined Compression).
4. Uji Geser Kipas (Vane Shear Test).
Pada penelitian ini hanya menggunakan uji geser langsung (Direct Shear Test). Hal ini disebabkan karena pada kondisi sampel tanah gambut Rawa Pening secara visual yang cenderung kasar dan berserat menyebabkan kesulitan pada pembuatan sampel untuk uji triaksial sehingga hanya bisa dilakukan dengan uji geser langsung (Direct Shear Test).
Percobaan geser langsung biasanya dibagi menjadi dua tingkat yaitu tingkat pertama pemberian tegangan normal dan tingkat kedua pemberian tegangan geser sampai terjadi tingkat keruntuhan (failure) yaitu sampai terjadi tegangan geser
Pada alat geser langsung parameter kuat geser tanah dapat diukur secara langsung. Sampel yang akan diuji dipasang dalam alat dan diberikan tegangan vertikal yaitu tegangan normal yang konstan. Kemudian sampel diberikan tegangan geser sampai tercapai nilai maksimum. Tegangan ini diberikan dengan memakai kecepatan bergerak (strain rate) yang konstan, yang cukup perlahan-lahan sehingga tegangan air pori selalu tetap nol. Maka percobaan ini dilakukan dalan kondisi “drained”.
Nilai c dan maka perlu dilakukan beberapa percobaan dengan memakai nilai Pv (tegangan normal) yang berbeda. Dengan demikian hasilnya dapat digambar dalam grafik. Grafik ini menyatakan hubungan nilai tegangan geser maksimum terhadap tegangan normal dari masing-masing percobaan. Nilai c dan diambil dari garis yang paling sesuai dengan titik-titik yang dimasukkan pada grafik tersebut.
Tegangan Normal Tegangan Geser
A Pv A Ph
Gambar 2.2. Tegangan Normal dan Tegangan Geser
Dari hasil percobaan ini akan didapat kohesi dan sudut geser dalam tanah, sehingga besarnya kekuatan geser dalam tanah dapat dicari dengan rumus :
σ = c + σn tan (2.7)
dimana : σ = Kekuatan geser dalam tanah (kg /cm2) c = Kohesi tanah (kg /cm2)
σn = Tegangan normal bidang geser (kg/cm2)
= Sudut geser dalam tanah (..°)
Parameter kuat geser ini digunakan salah satunya untuk menghitung kapasitas dukung tanah. Analisis kapasitas dukung tanah untuk mempelajari kemampuan tanah dalam mendukung beban fondasi dari struktur yang terletak diatasnya. Kapasitas dukung menyatakan tahanan geser tanah untuk melawan penurunan
Ph Pv
akibat pembebanan, yaitu tahanan geser yang dapat dikerahkan oleh tanah disepanjang bidang-bidang gesernya.
Perancangan fondasi harus mempertimbangkan adanya keruntuhan geser dan penurunan yang berlebihan. Persyaratan-persyaratan yang harus dipenuhi dalam perancangan fondasi adalah:
1. Faktor aman terhadap keruntuhan akibat terlampauinya kapasitas dukung tanah harus dipenuhi. Dalam hitungan kapasitas dukung, umumnya digunakan faktor aman 3.
2. Penurunan fondasi harus masih dalam batas-batas nilai yang ditoleransikan. Khususnya penurunan yang tak seragam harus tidak mengakibatkan kerusakan pada struktur.
Persamaan umum kapasitas dukung Terzaghi : untuk fondasi memanjang:
qu = cNc + poNq + 0,5 BN (2.8)
untuk fondasi bujur sangkar:
qu = 1,3 cNc + poNq + 0,4 BN (2.9)
untuk fondasi lingkaran:
qu = 1,3 cNc + poNq + 0,3 BN (2.10)
untuk fondasi empat persegi panjang:
qu = cNc (1+0,3 B/L)+ poNq + 0,5 BN (1-0,2B/L) (2.11)
dengan:
qu = kapasitas dukung ultimit (kg/cm2)
c = kohesi (kg/cm2)
po = Df. = tekanan overbuden pada dasar fondasi (kg/cm2)
Df = kedalaman fondasi (cm)
B = lebar atau diameter fondasi (cm) L = panjang fondasi (cm)
= berat volume tanah (kg/cm3) Nc, Nq, N = faktor kapasitas dukung Terzaghi commit to user
Untuk nilai-nilai faktor kapasitas dukung Terzaghi dapat dilihat pada tabel 2.2. Tabel 2.2. Nilai-nilai fakor kapasitas dukung Terzaghi (1943)
Keruntuhan geser umum Keruntuhan geser lokal
Nc Nq N Nc Nq N 0 5,7 1,0 0,0 5,7 1,0 0,0 5 7,3 1,6 0,5 6,7 1,4 0,2 10 9,6 2,7 1,2 8,0 1,9 0,5 15 12,9 4,4 2,5 9,7 2,7 0,9 20 17,7 7,4 5,0 11,8 3,9 1,7 25 25,1 12,7 9,7 14,8 5,6 3,2 30 37,2 22,5 19,7 19,0 8,3 5,7 34 52,6 36,5 35,0 23,7 11,7 9,0 35 57,8 41,4 42,4 25,2 12,6 10,1 40 95,7 81,3 100,4 34,9 20,5 18,8 45 172,3 173,3 297,5 51,2 35,1 37,7 48 258,3 287,9 780,1 66,8 50,5 60,4 50 347,6 415,1 1153,2 81,3 65,6 87,1
2.8.
Pengujian
Scanning Electron Microscope (SEM)
Scanning Electron Microscope (SEM) adalah salah satu jenis dari pengujian mikroskop elektron yang menggunakan elektron berenergi tinggi dalam membentuk bayangan elektron berinteraksi dengan atom-atom yang membentuk sampel menghasilkan sinyal yang berisi informasi tentang topografi permukaan dari material yang diujikan, komposisi, dan sifat lain seperti konduktifitas listrik.
Gambar 2.4. Skema Alat Pengujian SEM
Pada pengujian SEM terdiri dari berbagai macam peralatan utama antara lain : 1. Penembak Elektron (Electron Gun)
Penembak Elektron berupa filamen yang terbuat dari unsur yang mudah melepas elektron (misalnya tungsten). Ada dua tipe penembak elektron yaitu:
a. Termal
Untuk jenis ini, energi luar yang masuk ke bahan dalam bentuk energi panas kemudian oleh elektron energi panas tadi diubah menjadi energi kinetik.
b. Field emission
Pada jenis ini yang menjadi penyebab terlepasnya elektron dari bahan karena ada gaya tarik medan listrik luar yang diberikan pada bahan. Pada katoda yang digunakan pada proses emisi ini dikenakan medan listrik yang cukup besar sehingga tarikan yang terjadi dari medan listrik pada elektron menyebabkan elektron memiliki energi yang cukup untuk lompat keluar dari permukaan katoda.
Jenis katoda yang digunakan adalah : a. Cold Field Emission
b. Schottky Field Emission Gun
2. Lensa untuk elektron
Lensa untuk elektoron berupa lensa magnetis karena elektron yang bermuatan negatif dapat dibelokkan oleh medan magnet.
Ada dua macam lensa magnetik yang digunakan antara lain: a. Lensa Condenser – Focusing
b. Lensa Objective – Final Probe Forming 3. Detektor
SEM memiliki beberapa detektor yang berfungsi untuk menangkap hamburan elektron dan memberikan informasi yang berbeda-beda. Detektor tersebut antara lain:
a. Backscatter detector, yang berfungsi untuk menangkap informasi mengenai nomor atom dan topografi.
b. Secondary detector, berfungsi untuk menangkap informasi mengenai topografi.
4. Sample Holder, untuk meletakkan sampel yang akan dianalisis dengan SEM. 5. Monitor CRT (Cathode Ray Tube)
Di layar CRT inilah gambar struktur obyek yang sudah diperbesar dapat dilihat.
a. Topografi, yaitu ciri-ciri permukaan dan teksturnya (kekerasan, sifat memantulkan cahaya).
b. Morfologi, yaitu bentuk dan ukuran dari partikel penyusun objek (kekuatan, cacat pada Integrated Circuit (IC) dan chip).
c. Komposisi, yaitu data kuantitatif unsur dan senyawa yang terkandung di dalam objek (titik lebur, kereaktifan, kekerasan).
d. Informasi kristalografi, yaitu informasi mengenai bagaimana susunan dari butir-butir di dalam objek yang diamati (konduktifitas, sifat elektrik, kekuatan).
6. Sistem vakum
Sistem Vakum diperlukan karena elektron sangat kecil dan ringan maka jika ada molekul udara yang lain elektron yang berjalan menuju sasaran akan terpencar oleh tumbukan sebelum mengenai sasaran sehingga menghilangkan molekul udara menjadi sangat penting. commit to user
Gambar 2.5. Prinsip Kerja Pengujian SEM
Prinsip kerja dari SEM adalah sebagai berikut:
1. Sebuah penembak elektron memproduksi sinar elektron dan dipercepat dengan anoda.
2. Lensa magnetik memfokuskan elektron menuju ke sampel.
3. Sinar elektron yang terfokus memindai (scan) keseluruhan sampel dengan diarahkan oleh koil pemindai.
4. Ketika elektron mengenai sampel maka sampel akan mengeluarkan elektron baru yang akan diterima oleh detektor dan dikirim ke monitor (CRT).
Aplikasi dari pengujian SEM dirangkum sebagai berikut :
a. Topografi : Menganalisa permukaan dan tekstur (kekerasan, reflektivitas) b. Morfologi : Menganalisa bentuk dan ukuran dari benda sampel
c. Komposisi : Menganalisa komposisi dari permukaan benda secara kuantitatif dan kualitatif.
Keuntungan alat uji SEM antara lain, yaitu :
a. Menghasilkan bayangan dengan resolusi yang tinggi. Maksudnya adalah pada jarak yang sangat dekat tetap dapat menghasilkan perbesaran maksimal tanpa memecah gambar.
b. Persiapan sampel relatif mudah.
Sedangkan kelemahan dari teknik SEM antara lain: a. Memerlukan kondisi vakum.
b. Hanya menganalisa permukaan.
c. Resolusi lebih rendah dari Transmission Electron Microscope (TEM).
d. Sampel harus bahan yang konduktif, jika tidak konduktor maka perlu dilapis logam seperti emas dengan alat Fine Coat Ion Sputter.
Pengujian SEM dilaksanakan di Balai Konservasi Peninggalan Borobudur yang terletak di Pintu 7, Jalan Badrawati Borobudur, Magelang.
