Buku Panduan Praktikum Mekanika Tanah

(1)

BUKU PANDUAN

(2)

PENDAHULUAN

Buku ini merupakan buku panduan untuk Mahasiswa dalam melakukan praktikum mekanika tanah. Buku panduan praktikum mekanika tanah ini dibagi menjadi 3 bagian:

 Bagian 1: Terdiri dari modul praktikum Mekanika Tanah Dasar. Praktikum Mekanika Tanah Dasar mencakup praktikum untuk mendapatkan indeks properti fisik tanah, seperti pengujian batas cair, batas plastis, dan batas susut tanah, pengujian berat jenis, ukuran butiran, pengujian CBR laboratorium, dan pengujian koefisien permeabilitas tanah.

 Bagian 2: Terdiri dari modul praktikum Mekanika Tanah. Praktikum Mekanika Tanah mencakup praktikum untuk mendapatkan indeks properti mekanik tanah, seperti pengujian kuat geser tanah, parameter konsolidasi; serta pengujian lapangan seperti pengambilan sampel tanah tak terganggu dan pengujian sondir.

 Bagian 3: Terdiri dari modul praktikum Investigasi Geoteknik Lanjut. Praktikum Investigasi Geoteknik Lanjut mencakup praktikum untuk mendapatkan indeks properti fisik tanah lanjutan, seperti pengujian pengembangan tanah, kerapatan tanah di lapangan, dan pengujian CBR lapangan.

Perbaruan yang dilakukan dalam buku panduan praktikum ini mencakup perubahan susunan modul praktikum menjadi:

1. Standar Acuan

2. Maksud dan Tujuan Percobaan 3. Alat-alat dan Bahan

4. Teori dan Rumus yang Digunakan 5. Prosedur Praktikum

6. Pengolahan Data

(3)

DAFTAR ISI

BAGIAN 1

BAB 1 ATTERBERG LIMITS ... 2

A. LIQUID LIMIT (BATAS CAIR) ... 2

B. PLASTIC LIMIT(BATAS PLASTIS) ... 10

C. SHRINKAGE LIMIT (BATAS SUSUT) ... 14

BAB 2 SPECIFIC GRAVITY ... 20

BAB 3 HYDROMETER... 29

BAB 4 SIEVE ANALYISIS ... 41

BAB 5 COMPACTION ... 46

BAB 6 CALIFORNIA BEARING RATIO ... 56

BAB 7 PERMEABILITY... 64

BAGIAN 2 BAB 8 HAND BORING & SAMPLING ... 87

BAB 9 CONE PENETRATION TEST (SONDIR) ... 93

BAB 10 TRIAXIAL UU (UNCONSOLIDATED-UNDRAINED) TEST ... 104

BAB 11 CONSOLIDATION TEST ... 120

BAB 12 DIRECT SHEAR TEST ... 137

BAB 13 UNCONFINED COMPRESSION TEST ... 145

BAGIAN 3 BAB 14 SWELLING TEST ... 160

BAB 15 SAND CONE TEST ... 170

(4)

(5)

BAB 1

ATTERBERG LIMITS

A. LIQUID LIMIT (BATAS CAIR)

1.1. Standar Acuan

ASTM D 4318 "Standard Test Methods for Liquid Limit, Plastic Limit, and Plasticity Index of Soils"

AASHTO T 89 "Determining the Liquid Limit of Soils" SNI 1967:2008 "Cara uji penentuan batas cair tanah"

1.2. Maksud dan Tujuan Percobaan

Mencari kadar air pada liquid limit (batas cair) dari sampel tanah.

Hasil uji batas cair ini dapat diterapkan untuk menentukan konsistensi perilaku material dan sifatnya pada tanah kohesif, dimana konsistensi tanah tergantung dari nilai batas cairnya. Disamping itu, nilai batas cair ini dapat digunakan untuk menentukan nilai indeks plastisitas tanah yaitu nilai batas cair dikurangi dengan nilai batas plastis.

1.3. Alat-alat dan Bahan a. Alat

 Alat Cassagrande

 Standard grooving tool

 Can

 Spatula

 Mangkuk porselin

 Oven

 Timbangan dengan ketelitian 0.01 gram

(6)

b. Bahan

 Sampel tanah lolos saringan No. 40 ASTM sebanyak ± 1 kg

 Air suling

Gambar 1.1 Peralatan praktikum liquid limit: a) Alat Cassagrande; b) Standard grooving tool; c) can; d) Alat penyemprot

1.4. Teori dan Rumus yang Digunakan

Di dalam laboratorium, liquid limit didefinisikan sebagai kadar air dimana sampel tanah yang telah dimasukkan pada alat cassagrande, dibuat celah di tengahnya dengan standard grooving tool lalu alat cassagrande diputar dengan kecepatan 2 ketukan per-detik dan tinggi jatuh 10 mm, sehingga pada ketukan ke-25 sampel tanah yang digores dengan grooving tool merapat sepanjang 0,5 inch.

Dalam batas cair kita mempelajari kadar air dalam keadaan tertentu. Dalam hal ini hanya dipelajari/diuji dalam tiga keadaan, yaitu batas cair, batas plastis, dan batas susut dari tanah, atau secara skematis diwakili pada sebuah diagram yaitu:

(7)

Cair Plastis Semi Plastis Solid

BATAS CAIR BATAS PLASTIS BATAS SUSUT Gambar 1.2 Diagram Atterberg Limits

Semakin ke kanan diagram di atas, kadar airnya semakin sedikit. Batas cair ini ditentukan dengan percobaan memakai alat percobaan liquid limit. Alat ini dikembangkan oleh Cassagrande dan besarnya batas cair ditentukan pada ketukan ke-25.

𝑊 =𝑤1−𝑤2

𝑤2−𝑤3× 100% (1.1)

dengan :

W = kadar air

w1 = berat tanah basah + can w2 = berat tanah kering + can w3 = berat can

1.5. Prosedur Praktikum 1.5.1. Persiapan

1. Siapkan tanah lolos saringan no. 40 ASTM, dengan kondisi kering udara. 2. Pastikan kebersihan alat–alat.

3. Kalibrasi timbangan yang akan digunakan. 4. Siapkan botol penyemprot dan air suling. 5. Siapkan dan keringkan can yang diperlukan.

1.5.2. Jalannya Praktikum

1. Masukkan sampel tanah ke dalam mangkuk porselin dan kemudian campur dengan air suling dan aduk dengan spatula hingga tanah menjadi

(8)

2. Masukkan sampel tanah ke dalam mangkuk cassagrande selapis demi selapis dan diusahakan tidak ada udara di antara setiap lapisan dengan spatula. Tebal tanah yang dimasukkan kurang lebih hingga setebal 0.5 inch pada bagian tengahnya.

3. Buat celah di tengah-tengah tanah dalam mangkuk cassagrande dengan menggunakan grooving tool dalam arah tegak lurus mangkuk, dilakukan dengan hati–hati agar tidak terjadi retak pada bagian bawahnya (gambar 1.3).

Gambar 1.3 Membuat celah dengan grooving tool

4. Jalankan alat cassagrande dengan kecepatan konstan 2 putaran per-detik dan tinggi jatuh 1 cm, dilakukan hingga tanah tepat merapat sepanjang 0.5 inch. Pada saat itu hentikan alat cassagrande dan catat jumlah ketukan (gambar 1.4).

(9)

Gambar 1.4 Tanah yang merapat sepanjang ½ inch

5. Timbang can terlebih dahulu, lalu ambil sebagian tanah dalam mangkuk cassagrande dan masukkan ke dalam can dan kemudian timbang berat can + tanah. Terakhir, masukkancan + tanah ke dalam oven.

6. Ulangi seluruh langkah di atas untuk lima sampel dan dengan nilai ketukan antara 10 hingga 50 ketukan, hal ini dibantu dengan cara menambahkan air suling atau menambahkan tanah.

7. Setelah kurang lebih 18 jam dalam oven, keluarkan sampel tanah dari oven dan timbang kembali.

8. Hitung kadar airnya.

1.5.3. Perbandingan dengan ASTM

Pada ASTM jumlah ketukkan adalah antara 25 – 35 ketukan, sedangkan pada percobaan ini jumlah ketukan adalah antara 10 – 50 ketukkan, hingga tanah merapat sepanjang 0.5 inch.

(10)

1.6. Pengolahan Data

1.6.1. Data Hasil Praktikum (terlampir)

1.6.2. Perhitungan

I II III IV V

Jumlah ketukan 1… 2… 3… 4… 5…

Berat tanah basah + can … … … … …

Berat tanah kering + can … … … … …

Berat can … … … … …

Berat tanah kering … … … … …

Berat air … … … … …

Kadar air … % … % … % … % … %

Kadar air rata-rata … %

Menentukan nilai Liquid Limit Cara 1

Batas cair didapat dengan menarik garis vertikal pada N = 25 sampai memotong grafik. Regresi logarithmic antara N (jumlah ketukan) dengan W (kadar air):

N ( x ) 1… 2… 3… 4… 5…

(11)

Gambar 1.5 Contoh grafik untuk menentukan liquid limit

Dari grafik di atas, didapat persamaan kurva: y = …Ln(x) + … maka untuk N = 25 Liquid Limit = …Ln(25) + … = … %

Cara 2 Dengan rumus: 𝐿𝐿 = 𝑊𝑛(₂₅𝑁) 0.121 (1.2) keterangan: LL = liquid limit

Wn = kadar air pada ketukan ke-n N = jumlah ketukan LL1 = … % LL2 = … % LL3 = … % LL4 = … % LL5 = … % y = … Ln(x) + … 74 75 76 77 78 79 80 81 82 0 10 20 30 40 50 60 Jumlah ketukan W ( % )

(12)

No. Can Jumlah ketukan Wn (%) LL (%) 1 1… … % … % 2 2… … % … % 3 3… … % … % 4 4… … % … % 5 5… … % … % LLrata-rata = … % Kesalahan relatif =

100 %

1 2 1





cara cara cara

LL

= … %

Menentukan harga Flow Index (FI)

Untuk mendapatkan harga Flow Index (FI) ialah dengan menarik garis lurus sehingga memotong sumbu pada ketukan ke-10 dan ketukan ke-100.

Kadar air untuk N = 10; W = … Ln(10) + … = … %

Kadar air untuk N = 100; W = … Ln(100) + … = … %

FI = WN=100 – WN=10 (1.3)

(13)

B. PLASTIC LIMIT(BATAS PLASTIS) 1.1. Standar Acuan

ASTM D 4318 "Standard Test Methods for Liquid Limit, Plastic Limit, and Plasticity Index of Soils"

AASHTO T 90"Determining The Plastic Limit and Plasticity Index Of Soils" SNI 1966:2008 "Cara uji penentuan batas plastis dan indeks plastisitas tanah"

Mencari kadar air pada batas plastis (plastis limit) dari sebuah sampel tanah atau untuk menentukan batas terendah kadar air ketika tanah dalam keadaan plastis, dan angka Indeks Plastisitas suatu tanah.

1.3. Alat-alat dan Bahan: a. Alat  Pelat kaca  Container  Spatula  Mangkuk porselin  Oven

b. Bahan

 Sampel tanah lolos saringan No. 40 ASTM

 Air suling

1.4. Teori dan Rumus yang Digunakan:

Di dalam laboratorium, plastic limit didefinisikan sebagai kadar air pada batas dimana sampel tanah digulung pada pelat kaca hingga mencapai diameter kurang lebih ⅛ inch (3.2 mm) dan tanah tersebut tepat retak–retak halus.

(14)

IP = LL – PL (1.4)

Kadar air tanah dalam keadaan aslinya biasanya terletak antara batas plastis dan batas cair. Rumus yang digunakan sama seperti persamaan (1.1):

𝑊 = 𝑤1− 𝑤2

𝑤₂− 𝑤₃ × 100%

dengan:

W = kadar air

w1 = berat tanah basah + container w2 = berat tanah kering + container w3 = berat container

1. Bersihkan alat–alat yang akan digunakan. 2. Siapkan botol penyemprot dan air suling. 3. Siapkan tanah lolos saringan No.40 ASTM. 4. Timbang berat kedua container.

1. Masukkan sampel tanah ke dalam mangkuk porselin dan kemudian campur dengan air suling dan diaduk dengan spatula hingga homogen. 2. Ambil sampel tanah tersebut sedikit lalu gulung di atas pelat kaca sampai

berdiameter ⅛ inch. Bila kadar air berlebih, pada waktu sampel tanah mencapai diameter ⅛ inch tidak terjadi retak–retak, maka percobaan ini harus diulang kembali dengan menambahkan sampel tanah. Sedangkan bila kadar air kurang, sampel tanah akan retak-retak sebelum mencapai diameter ⅛ inch. Percobaan ini harus diulang kembali dengan

(15)

menambahkan air sehingga sampel tanah tepat retak–retak pada waktu mencapai diameter ⅛ inch (gambar 1.5)

Gambar 1.6 Proses menggulung sampel tanah

3. Masukkan sampel tanah yang mulai retak–retak halus pada diameter ⅛ inch ke dalam dua container yang sudah ditimbang beratnya. Berat container + tanah minimum adalah 15 gram.

4. Tutup container secepatnya agar kadar air tidak berkurang karena penguapan. Kemudian timbang container yang telah berisi tanah tersebut. 5. Masukkan container dalam keadaan terbuka ke dalam oven berisi tanah

yang telah ditimbang selama kurang lebih 18 jam.

6. Setelah kurang lebih 18 jam dalam oven, keluarkan lalu timbang container berisi tanah tersebut guna mencari kadar airnya. Pada saat menghitung kadar air ini jangan lupa tambahkan berat penutup container agar berat total container seperti pada saat menimbang berat tanah basah sebelumnya.

 Pada percobaan, waktu penggulungan tanah tidak ditentukan, sedangkan pada ASTM waktu penggulungan tanah maksimum adalah dua menit.

 Pada percobaan, setelah tanah digulung dan terjadi retak–retak, maka tanah tersebut dibagi menjadi dua bagian sama besar dan dimasukkan ke

(16)

diremukkan kembali dan digulung kembali sampai sampel tanah tersebut sukar untuk digulung kembali.

1.6.2. Perhitungan :

Can No. 1 2

Berat tanah basah + Can w1 (gr) … …

Berat tanah kering + Can w2 (gr) … …

Berat Can w3 (gr) … …

Berat tanah kering w2 – w3 (gr) … …

Berat air w1 – w2 (gr) … … Kadar air W = 100% 3 2 2 1 _x w w w w   … % … %

Kadar airrata–rata (plastic limit) …

Plastic Index (Rumus 1.4)

IP = LL – PL IP = …

(17)

C. SHRINKAGE LIMIT (BATAS SUSUT) 1.1. Standar Acuan

ASTM D 427 "Standard Test Method for Shrinkage Factors of Soils by the Mercury Method"

AASHTO T 92 "Standard Method of Test for Determining the Shrinkage Factors of Soils"

SNI 3422:2008 "Cara uji penentuan batas susut tanah"

Mencari kadar air pada batas susut dari suatu sampel tanah.

1.3. Alat-alat dan Bahan: a. Alat

 Coated dish

 Shrinkage dish

b. Bahan

 Air Raksa

 Sampel tanah lolos saringan no. 40 ASTM, kering oven

 Vaselin

a

b

(18)

1.4. Teori dan Rumus yang Digunakan:

Shrinkage limit adalah kadar air pada batas keadaan semi plastis dan beku. Di dalam laboratorium, shrinkage limit didefinisikan sebagai batas dimana tidak akan terjadi perubahan volume pada massa tanah, apabila kadar airnya dikurangi. Pada tahapan ini tanah mengering tanpa diikuti perubahan volume. Batas susut ditunjukkan dengan kadar air tanah pada tahap mengering dan tidak terdapat perubahan/pengurangan volume. Rumus yang digunakan:

𝑆𝐿 =(𝑤𝑤−𝑤𝑑)−(𝑉𝑤−𝑉𝑑) 𝜌𝑤

𝑤𝑑 × 100% (1.6)

dengan :

ww = berat tanah basah wd = berat tanah kering Vw = volume tanah basah Vd = volume tanah kering

ρw = berat jenis air = 1 gram/cm3

𝑆𝑅 =𝑤𝑑

𝑉𝑑 × 100% (1.7)

1. Siapkan tanah lolos saringan No. 40 ASTM kering udara. 2. Siapkan air suling dan botol penyemprot.

3. Timbang coated dish atau container yang diperlukan.

1. Masukkan butiran tanah ke dalam mangkuk porselin dan beri air suling secukupnya kemudian aduk dengan spatula hingga homogen.

(19)

2. Perlakukan sampel tanah yang sudah homogen tersebut seperti pada langkah-langkah percobaan liquid limit, usahakan tanah telah merapat sepanjang 0.5 inch pada kisaran 20-25 ketukan.

3. Ambil sampel tanah dari alat cassagrande tersebut ke dalam coated dish yang sudah diolesi vaseline. Jangan lupa untuk mengetuk-ngetuk coated dish agar sampel tanah mengisi penuh seluruh bagian coated dish dan permukaannya rata.

4. Timbang sampel tanah dan coated dish tersebut. 5. Ulangi percobaan tersebut sebanyak dua kali.

6. Diamkan coated dish dan sampel tanah di udara terbuka kurang lebih selama 18 jam agar tidak mengalami retak-retak akibat pemanasan secara tiba-tiba.

7. Setelah 18 jam, masukkan sampel tanah ke dalam oven.

8. Setelah sekitar 18–24 jam di oven, keluarkan coated dish dan tanah kering dari oven. Timbangnya lagi, dan kemudian hitung volume tanah basah dan volume tanah kering.

* Hitung volume tanah basah:

 Timbang coated dish (w1).

 Masukkan raksa ke dalam coated dish sampai penuh, lalu ratakan permukaan raksa dengan pelat kaca agar sejajar dengan pinggiran coated dish.

 Kemudian timbang coated dish beserta isinya (w2).

 Volume tanah basah adalah:

𝑉_𝑤 = 𝑤𝐻𝑔

𝜌𝐻𝑔 =

𝑤2−𝑤1

𝜌𝐻𝑔 (1.8)

** Hitung volume tanah kering:

(20)

 Timbang shrinkage dish beserta isinya sehingga diperoleh berat air raksa dalam shrinkage dish (wHg+S)

 Celupkan sampel tanah kering ke dalam shrinkage dish yang berisi raksa dengan menekannya secara hati–hati dengan pelat kaca berkaki tiga sehingga permukaan sampel tanah benar–benar berada tepat di permukaan air raksa. Sebagian raksa akan tumpah keluar. Proses ini disebut sub-merging soil cake (gambar 1.6).

Gambar 1.8 Proses sub-merging soil cake

 Keluarkan sampel tanah dan timbang kembali shrinkage dish + raksa yang tersisa (wHg)

 Volume tanah kering adalah:

𝑉_𝑤 = 𝑤𝐻𝑔+𝑠 − 𝑤𝐻𝑔

𝜌𝐻𝑔 (1.9)

 Pada percobaan di dalam laboratorium, coated dish yang telah diolesi vaselin dan diisi tanah diketuk–ketuk agar tidak tersisa gelembung udara di dalamnya. Sedangkan menurut standar ASTM D-427, coated dish hanya digoyang–goyangkan.

 Pada metode ASTM alat yang dipakai untuk menampung tanah adalah mangkuk porselin yang mempunyai diameter ±1.75 inch dan tinggi ±0.5 inch, sedangkan dalam percobaan di dalam laboratorium dipakai coated

(21)

1.6.2. Perhitungan :

KeKeterangan :

Shrinkage Limit (SL)dish 1 =





 

 



100%

d w d w d w w V V w w  =



 



100% ... 1 ... ... ... ...   _ = …

Shrinkage Ratio (SR)dish 1 = 100%

d d V w

= ...100%

No. coated dish 1 2

Berat tanah basah + coated dish ww+c(gr) … …

Berat coated dish wc (gr) … …

Berat tanah basah ww = ww+c - wc (gr) … …

Berat tanah kering + coated dish wd+c (gr) … …

Berat tanah kering wd = wd+c - wc (gr) … …

Berat raksa + coated dish wHg+c (gr) … …

Berat raksa wHg (gr) … …

Volume tanah basah ( Vw ) wHg/ 13.53 … …

Berat raksa + shrinkage dish wHg+s (gr) … …

Berat raksa + shrinkage dish (setelah

sub-merging soil cake) w’Hg+s (gr)

… …

Berat raksa yang dipindahkan (wHg+s)–(w’Hg+s) … …

Volume tanah kering ( Vd ) (w’Hg) / 13.53 … …

Shrinkage Limit SL … …

(22)

Shrinkage Limit (SL)dish 2 =





 

 



100% d w d w d w w V V w w  =



 



100% ... 1 ... ... ... ...   _ = …

Shrinkage Ratio (SR)dish 2 = 100%

d d V w = 100% ... ..._ = …

Shrinkage Limit (SL)rata-rata =

2 2 1 dish dish SL SL  = 2 ... ... = …

Shrinkage Ratio (SR)rata-rata =

2 2 1 dish dish SR SR  = 2 ... ... = …

(23)

BAB 2

SPECIFIC GRAVITY

ASTM D 854 "Standard Test Methods for Specific Gravity of Soil Solids by Water Pycnometer"

AASHTO T 100 "Specific Gravity of Soils" SNI 1964:2008 "Cara Uji Berat Jenis Tanah"

Mendapatkan nilai specific gravity dari butiran tanah, yaitu perbandingan berat isi tanah dan berat isi air suling pada suhu 4°C.

Specific gravity pada tanah dapat digunakan untuk menghitung hubungan pada fase tanah, seperti angka pori (void ratio), derajat kejenuhan (degree of saturation), serta densitas dari tanah.

 Pycnometer dengan volume 500 ml

 Timbangan dengan ketelitian 0,01 gram

 Oven  Kompor Listrik  Termometer  Can  Alat Penyemprot b. Bahan

 Sampel tanah lolos saringan No. 40 sebanyak 500 gram, kering oven

(24)

Gambar 2.1 Peralatan praktikum specific gravity: a) Termometer; b) Can; c) Alat penyemprot; d) Pycnometer; e) Kompor listrik

Spesifik gravity pada tanah didefinisikan sebagai berat jenis tanah dibandingkan dengan berat jenis air suling pada suhu 4°C, dengan persamaan sebagai berikut:

𝐺𝑠 = _𝛾𝛾𝑠

𝑤 (2.1)

Dimana:

Gs = spesifik gravity 𝛾𝑠 = berat jenis tanah 𝛾𝑤 = berat jenis air

Untuk tanah, berat jenisnya merupakan perbandingan antara berat tanah dengan volume tanah:

𝛾𝑠 = 𝑤_𝑉𝑠 𝑠 (2.2) Dimana: w_s = berat tanah Vs = volume tanah a e b c d

(25)

Untuk air, berat jenisnya didefinisikan sebagai berikut: 𝛾𝑤 = 𝑤_𝑉𝑤 𝑤 (2.3) Dimana: 𝑤_𝑤 = berat air 𝑉_𝑤 = volume air

Dalam percobaan, volume tanah (Vs) selalu harus diusahakan sama dengan volume air (Vw), sehingga Vw = Vs dan persamaan 2.1. menjadi sebagai berikut:

𝐺_𝑠 = 𝑤𝑠

𝑤𝑤 (2.4)

Percobaan specific gravity ini dilakukan pada kondisi suhu T°C, sehingga nilai tersebut harus dikoreksi dengan faktor koreksi α, sehingga rumus 2.4 tersebut menjadi: 𝑮_𝒔 = 𝜶𝒘𝒔 𝒘𝒘 (2.5) Dimana: 𝑤𝑠 = berat tanah 𝑤_𝑤 = berat air

𝛼 = faktor koreksi suhu T°C yang berhubungan dengan temperatur ruangan pada saat percobaan

Tabel 2.1 berikut merupakan faktor koreksi suhu (𝛼) yang digunakan berdasarkan acuan standar SNI 1964:2008.

(26)

Tabel 2.1 Hubungan kerapatan relatif air dan faktor koreksi suhu No. Temperatur (°C) Hubungan Kerapatan Relatif Air Faktor Koreksi Suhu, α 1 18 0.99862 1.0004 2 19 0.99843 1.0002 3 20 0.99823 1.0000 4 21 0.99802 0.9998 5 22 0.99780 0.9996 6 23 0.99757 0.9993 7 24 0.99733 0.9991 8 25 0.99708 0.9989 9 26 0.99682 0.9986 10 27 0.99655 0.9983 11 28 0.99627 0.9980 12 29 0.99598 0.9977 13 30 0.99568 0.9974 Sumber: SNI 1964:2008

Nilai Gs pada umumnya yang dapat digunakan untuk mengetahui apakah hasil percobaan benar atau tidak adalah sebagai berikut:

Tabel 2.2 Nilai Gs beberapa jenis tanah

TIPE TANAH GS

Pasir 2.65 - 2.67

Pasir kelanauan 2.67 - 2.70

Lempung anorganik 2.70 - 2.80 Tanah dengan mika dan besi 2.75 - 3.00

Tanah organik 1.0+ - 2.60

Sumber: Bowles (2001)

1. Siapkan empat buah pycnometer yang telah dibersihkan dan dikeringkan. 2. Untuk bahan uji digunakan sampel tanah sebanyak 400 gram lolos saringan No. 40 ASTM dan sudah dikeringkan dalam oven selama ± 24 jam dengan temperatur 110° ± 5°C (230 ± 9° F).

(27)

1. Isi pycnometer dengan air suling sebanyak 500 ml dan timbangberatnya sehingga didapatkan berat air dan berat pycnometer (wbw).

2. Catat suhu air dalam pycnometer dengan menggunakan termometer. 3. Kembalikan air dalam pycnometer ke dalam wadah awalnya, kemudian

bersihkan dan keringkan kembali pycnometer.

4. Masukkan sampel tanah masing-masing sebanyak 100 gram kedalam empat pycnometer secara hati-hati (diusahakan tidak ada butiran tanah yang menempel pada dinding leher pycnometer karenaakan mengurangi volume tanah).

5. Isi kembali pycnometer dengan air suling hingga ± ¾ bagianvolumenya. 6. Panaskan pycnometer untuk menghilangkan udara yang terperangkap

dalam tanah pada pycnometerdengan cara dididihkan ± 15 menit (gunakan kompor listrik).

7. Diamkan pycnometer selama ± 15 jam agar suhu air akhir diharapkan sama dengan suhu air awal.

8. Catat kembali suhu yang terjadi setelah didiamkan selama ± 15 jam dengan menggunakan termometer. Apabila suhu akhir sudah sama dengan suhu awal air, timbang kembali pycnometer berisi air dan tanah tersebut sehingga didapatkan berat pycnometer + berat air + berat tanah (wbws).

Alat dan bahan yang digunakan pada prosedur ASTM D 854-58:

 Pycnometer yang digunakan dapat berupa botol labu dengan volume100 ml atau stop erred bottle dengan volume 50 ml.

 Sampel tanah yang digunakan adalah seberat 25 gram untuk botol labu dan 10 gram untuk stoperred bottle.

(28)

Jalannya percobaan menurut prosedur ASTM:

1. Pycnometer dibersihkan dan dikeringkan, kemudian dicatat beratnya. 2. Pycnometer diisi dengan air suling (dianjurkan memakai kerosin) dan

ditimbang beratnya (wbw).

3. Dibuat tabel untuk wbw pada beberapa suhu air yang diinginkan.

4. Sampel tanah dimasukkan ke dalam botol labu/stoperred bottle yang berisi air suling/kerosin.

5. Udara yang terperangkap di dalamnya dapat dihilangkan dengan cara:

 Dididihkan

 Diberi tekanan udara

6. Pycnometer diisi dengan air suling kembali sampai penuh.

7. Berat botol labu/stoperred bottle yang telah berisi tanah dihitungdan dicatat suhunya.

Perbedaan antara prosedur praktikum dengan prosedur ASTM:

 Volume pycnometer yang digunakan adalah 500 ml.

 Sampel tanah yang dipakai 100 gram, lolos saringan No. 40 ASTM dankering oven.

 Banyaknya percobaan yang dilakukan bukan berdasarkan suhu air yangdiinginkan tetapi berdasarkan jumlah sampel yang diinginkan.

(29)

𝒘_𝒘 = 𝒘_𝒔+ 𝒘_𝒃𝒘 − 𝒘_bws (2.6)

Dimana:

Ww = berat air

ws = berat tanah = 100 gram

wbw = berat pycnometer + air 500 ml

wbws = berat pycnometer + air + tanah setelah didinginkan

𝐺_𝑠 = 𝛼 𝑤𝑠 𝑤_𝑤 Sampel 1 Ww = ws = wbw - wbws = ... + ... - ... = ... Gs = 𝛼𝑤𝑠 𝑤𝑤 = ... x …_… = ... Sampel 2 Ww = ws = wbw - wbws = ... + ... - ... = ...

(30)

Gs = 𝛼𝑤𝑠 𝑤𝑤 = ... x …_… = ... Sampel 3 Ww = ws = wbw - wbws = ... + ... - ... = ... Gs = 𝛼𝑤𝑠 𝑤𝑤 = ... x …_… = ... Sampel 4 Ww = ws = wbw - wbws = ... + ... - ... = ... Gs = 𝛼𝑤𝑠 𝑤𝑤 = ... x …_… = ...

Nilai specific gravityrata-rata

𝐺_𝑠 ̅̅̅ =∑ 𝐺𝑠

(31)

Kesalahan Relatif Sampel 1 𝑋₁ =|𝐺𝑠1−𝐺̅̅̅|𝑠 𝐺𝑠 ̅̅̅ 𝑋1 = ⋯ % Sampel 2 𝑋₂ =|𝐺𝑠2−𝐺̅̅̅|𝑠 𝐺𝑠 ̅̅̅ 𝑋₂ = ⋯ % Sampel 3 𝑋₃ =|𝐺𝑠3−𝐺̅̅̅|𝑠 𝐺𝑠 ̅̅̅ 𝑋3 = ⋯ % Sampel 4 𝑋₄ =|𝐺𝑠4−𝐺̅̅̅|𝑠 𝐺𝑠 ̅̅̅ 𝑋₄ = ⋯ %

Kesalahan Relatifrata-rata

𝑋̅ =𝑋1+𝑋2+𝑋3+𝑋4

4

(32)

BAB 3

HYDROMETER

ASTM D 421 "Standard Practice for Dry Preparation of Soil Samples for Particle-Size Analysis and Determination of Soil Constants"

ASTM D 422 "Standard Test Method for Particle-Size Analysis of Soils" AASHTO T 88 "Standard method of test for particle size analysis of soils" SNI 3423:2008 “Cara uji analisis ukuran butir tanah"

Menentukan distribusi dari butiran tanah yang memiliki diameter yang lebih kecil dari 0.074 mm (lolos saringan No. 200 ASTM) dengan cara pengendapan (hydrometer analysis).

 Hydrometer (tipe 152 H)

 Hydrometer jar (1000 ml)

 Gelas ukur

 Stopwatch

 Pengaduk mekanis (mixer)

 Oven

 Termometer Celcius

 Gelas belimbing

 Saringan No. 200 ASTM

 Timbangan (ketelitian 0.01 gram)

b. Bahan

(33)

 Larutan pendispersi 4% (water glass)

Gambar 3.1 Peralatan praktikum hydrometer: a) Gelas mixer; b) Hydrometer jar; c) Termometer; d) Stopwatch; e) Gelas ukur; f) Hydrometer 152H; g) Alat penyemprot;

h) Waterglass; i) Gelas belimbing; j) Mixer 3.4. Teori dan Rumus yang Digunakan

Praktikum ini didasarkan pada hubungan antara kecepatan jatuh dari suatu butiran di dalam suatu larutan, diameter butiran, berat jenis butiran, berat jenis larutan dan kepekaan larutan tersebut. Hubungan tersebut dapat dijabarkan oleh hukum Stokes sebagai:

𝜈 =2𝛾𝑠−𝛾𝑤 9𝜂 ( 𝐷 2) 2 menjadi d a g c f i j h e b

(34)

dengan:

V = kecepatan jatuh dari butiran ( cm/s ) γS = berat jenis butiran ( gr/cm3₎

γW = berat jenis larutan ( gr/cm3₎ η = kepekatan larutan ( dyne.s/cm2₎ D = diameter butiran ( cm )

Batasan dari Hukum Stokes:

 Hukum ini hanya berlaku jika: 0.0002 mm < D < 0.2 mm.

 Butiran yang lebih besar dari 0.2 mm akan menyebabkan turbulensipada larutan, sedangkan butiran yang lebih dari 0.0002 mm cenderungakan melakukan gerak Brown (hal ini dipengaruhi oleh gaya tarik dantolak antar partikel).

 Jumlah sampel yang dipergunakan harus jauh lebih sedikit dari padabutiran yang dipakai (±5 %) ini dilakukan agar tidak terjadi interferensiselama pengendapan berlangsung. Menurut Bowles, hydrometer tipe152 H dikalibrasi untuk suspensi larutan yang mengandung 60 gramdalam 1000 ml air.

 Butiran tanah diasumsikan bundar, walaupun asumsi ini tidak 100 %benar. Tanah–tanah yang akan dipakai harus diuraikan dengan bahandispersi berikut:

 untuk tanah yang bersifat alkali/basa diberi sodium metafosfat (NaPO3) dengan nama dagang Calgon.

 untuk tanah yang bersifat asam diberi sodium silikat (Na2SiO3)dengan nama dagang WaterGlass.

Kecepatan jatuh butiran:

𝜈 =𝐿

𝑡 (3.2)

(35)

dengan:

v = kecepatan jatuh dari butiran. L = tinggi jatuh butiran

T = waktu

Vb = volume Bulb Hydrometer A = luas penampang Hydrometer

L1 = dapat dilihat pada tabel 3.5 sesuai pembacaanhydometer tipe 152 H dan dikoreksi terhadap miniskus

Untuk yang sudah dikoreksi :

𝑅_𝐶 = 𝑅_{𝑎𝑘𝑡𝑢𝑎𝑙}+ 𝑍𝑒𝑟𝑜 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 + C_T (3.4)

dengan:

CT = koreksi terhadap temperatur yang dapat dilihat pada tabel 3.3

untuk GS = 2.65 rumus yang digunakan :

% 𝑓𝑖𝑛𝑒𝑟 = 𝑅𝐶 𝑊𝑠× 100% (3.5) sedangkan untuk Gs ≥ 2.65 : % 𝑓𝑖𝑛𝑒𝑟 =𝑅𝐶×𝑎 𝑊𝑠 × 100% (3.6) Dimana: 𝑎 = 𝐺𝑠 . 1.65 (𝐺𝑠−1) 2.65 (3.7)

(36)

Untuk memudahkan perhitungan : 𝐷 = √_(𝐺 30.𝜂 𝑠−𝐺𝑤)980 𝐿 𝑡 menjadi 𝐷 = 𝐾√𝐿_𝑡 (3.8) keterangan :

- satuan dalam L (cm) dan t (menit) - koefisien K dapat dilihat pada tabel 3.2

Setelah % finer dan D yang saling terkait telah dihitung, maka didapatsuatu grafik distribusi butiran. Dari grafik ini akan didapat D10, D30 dan D60.

 D10 = diameter yang koresponding dengan lolosnya butiran sebanyak10% (%finer = 10%)

Sehingga koefisien keseragaman (CU) kita bisa dapatkan dengan rumus:

𝐶_𝑈 =𝐷60

𝐷10 (3.9)

Definisi koefisien keseragaman untuk beberapa nilai:

CU = 1 , tanah yang hanya memililki satu ukuran butiran 2 < CU< 3 , tanah yang gradasinya sangat buruk

(37)

Selain itu koefisien curvature (kelengkungan) CC kita bisa dapatkan denganrumus:

𝐶_𝐶 = 𝐷302

𝐷10×𝐷60 (3.10)

1 < CC < 3, dapat dianggap suatu range untuk tanah yang bergradasi baik.

Berikut merupakan tabel yang digunakan pada perhitungan analisis butiran metode hidrometer. Semua tabel (3.1–3.5) bersumber dari “Engineering Properties of Soil and Their Measurement” (Bowles, 2001).

Temp. (°C) Unit weight of water, g/cm3 Viscosity of water, poise* 4 1.00000 0.01567 16 0.99897 0.01111 17 0.99880 0.01083 18 0.99862 0.01056 19 0.99844 0.01030 20 0.99823 0.01005 21 0.99802 0.00981 22 0.99780 0.00958 23 0.99757 0.00936 24 0.99733 0.00914 25 0.99708 0.00894 26 0.99682 0.00874 27 0.99655 0.00855 28 0.99627 0.00836 29 0.99598 0.00818 30 0.99568 0.00801 Gs of soil

solids Correction factor α

2.85 0.96 2.80 0.97 2.75 0.98 2.70 0.99 2.65 1.00 2.60 1.01 2.55 1.02 2.50 1.04 Temp. (°C) CT 15 1.10 16 -0.90 17 -0.70 18 -0.50 19 -0.30 20 0.00 21 +0.20 22 +0.40 23 +0.70 24 +1.00 25 +1.30 26 +1.65 27 +2.00 28 +2.50 29 +3.05 30 +3.80

Tabel 3.1 Properti dari air suling (η = absolut)

Tabel 3. 2 Faktor koreksi α untuk Gs tanah

Tabel 3.3 Faktor koreksi temperatur, CT

(38)

Tabel 3.4 Nilai K* untuk beberapa nilai Gs tanah dan temperaturnya

Temp. (°C) Gs of Soil Solids

2.50 2.55 2.60 2.65 2.70 2.75 2.80 2.85 16 0.0151 0.0148 0.0146 0.0144 0.0141 0.0139 0.0137 0.0136 17 0.0149 0.0146 0.0144 0.0142 0.0140 0.0138 0.0136 0.0134 18 0.0148 0.0144 0.0142 0.0140 0.0138 0.0136 0.0134 0.0132 19 0.0145 0.0143 0.0140 0.0138 0.0136 0.0134 0.0132 0.0131 20 0.0143 0.0141 0.0139 0.0137 0.0134 0.0133 0.0131 0.0129 21 0.0141 0.0139 0.0137 0.0135 0.0133 0.0131 0.0129 0.0127 22 0.0140 0.0137 0.0135 0.0133 0.0131 0.0130 0.0128 0.0126 23 0.0138 0.0136 0.0134 0.0132 0.0130 0.0128 0.0126 0.0124 24 0.0137 0.0134 0.0132 0.0130 0.0128 0.0126 0.0125 0.0123 25 0.0135 0.0133 0.0131 0.0129 0.0127 0.0125 0.0123 0.0122 26 0.0133 0.0131 0.0129 0.0127 0.0125 0.0124 0.0122 0.0120 27 0.0132 0.0130 0.0128 0.0126 0.0124 0.0122 0.0120 0.0119 28 0.0130 0.0128 0.0126 0.0124 0.0123 0.0121 0.0119 0.0117 29 0.0129 0.0127 0.0125 0.0123 0.0121 0.012 0.0118 0.0116 30 0.0128 0.0126 0.0124 0.0122 0.0120 0.0118 0.0117 0.0115

Tabel 3.5 Nilai L (kedalaman efektif) yang digunakan pada rumus Stokes untuk diameter partikel pada alat hidrometer 152 H berdasarkan ASTM

Original hydrometer reading (corrected for meniscus only) Effective depth L, cm Original hydrometer reading (corrected for meniscus only) Effective depth L, cm Original hydrometer reading (corrected for meniscus only) Effective depth L, cm 0 16.3 21 12.9 42 9.4 1 16.1 22 12.7 43 9.2 2 16.0 23 12.55 44 9.1 3 15.8 24 12.4 45 8.9 4 15.6 25 12.2 46 8.8 5 15.5 26 12.0 47 8.6 6 15.3 27 11.9 48 8.4 7 15.2 28 11.7 49 8.3 8 15.0 29 11.5 50 8.1 9 14.8 30 11.4 51 7.9 10 14.7 31 11.2 52 7.8 11 14.5 32 11.1 53 7.6 12 14.3 33 10.9 54 7.4 13 14.2 34 10.7 55 7.3 14 14.0 35 10.5 56 7.1 15 13.8 36 10.4 57 7.0 16 13.7 37 10.2 58 6.8 17 13.5 38 10.1 59 6.6 18 13.3 39 9.9 60 6.5 19 13.2 40 9.7 20 13.0 41 9.6

(39)

1. Siapkan sampel tanah sebanyak 50 gram kering oven.

2. Timbang 40 gram water glass sebagai bahan dispersi danmasukkan water glass ke dalam hydrometer jar, kemudiancampur dengan air suling hingga mencapai 1000 ml, diaduk hinggahomogen. Campuran ini kemudian disebut sebagai larutan dispersi.

3. Tuang larutan dispersi sebanyak 125 ml ke dalam gelasbelimbing yang sudah berisi tanah sebanyak 50 gram dandiamkan selama ± 18 jam. 4. Siapkan satu tabung silinder (1000 ml), kemudian masukkan125 ml

larutan dispersi dan tambahkan air suling hingga 1000 mlke dalam tabung silinder, tabung ini berfungsi sebagai tabung kontrol.

1. Periksa koreksi miniskus dan koreksi nol pada alat hydrometer tipe152 H dengan jalan memasukkannya ke dalam tabung kontrol dancatat pembacaannya.

2. Masukkan campuran tanah dan larutan dispersi yang telah direndam selama ± 18 jam ke dalam mixer cup dan kemudian tambahkan sejumlah air suling dengan pipet sehingga mencapai kurang lebih 2/3 dari mixer cup. Kemudian aduk selama kurang lebih 10 menit.

3. Pindahkan campuran dari mixer cup ke dalam hydrometer jar lalu tambahkan air suling hingga mencapai 1000 ml.

4. Tutup tabung dengan karet penutup dan mengocoknya secara horizontal selama kurang lebih satu menit, sampai homogen (gambar 3.1).

(40)

Gambar 3.2 Proses pengadukan hydrometer jar

5. Segera setelah tabung diletakkan, masukkan hydrometer tipe 152 H (lakukan dengan hati-hati seperti gambar 3.2). Baca hydrometer (R1) tepat pada menit pertama, lalu pada menit kedua kembali membaca hydrometer (R2) kemudian angkat kembali hydrometer.

Gambar 3.3 Cara memasukkan hydrometer yang benar (tidak dilepas tiba-tiba)

6. Pada menit yang ke-2.5, masukkan kembali hydrometer dan baca kembali skalanya hingga menit keempat (R4).

(41)

7. Kembali melakukan pembacaan hidrometer untuk menit ke-8, 15, 30, 60, 120, 240, 960 dan 1440.

8. Pada tiap pembacaan hydrometer, suhu pada tabung control selalu dibaca. 9. Ulangi langkah 1 sampai 8 untuk beberapa sampel, sebaiknya rentang antara setiap pembacaan menit ke-1 untuk seluruh sampel adalah 10 menit (misal: R1 sampel no. 1 adalah pada pukul 10.00, maka R1 sampel no. 2 adalah pada pukul 10.10, dan seterusnya).

10. Setelah seluruh sampel sudah dilakukan pencatatan, tuang larutan setiap sampel ke saringan No. 200 ASTM (jangan dicampur). Butiran tanah yang tertahan pada saringan ini selanjutnya akan dipakai pada percobaan Sieve Analysis.

Pada prosedur ASTM, pembacaan hydrometer tidak dilakukan pada menit ke- 120, 240, 480 dan 960.

(42)

3.6.2. Perhitungan:

Sampel No. 1

Dari percobaan Specific Gravity didapat Gs= ... Dari tabel 3.2., a = ...

Berat tanah Ws = 50 gram Koreksi nol = ...

Koreksi miniskus = ...

Contoh perhitungan pada pembacaan menit pertama: T = 29°C → CT dari tabel 3.3 →...

Ra (Actual Hydrometer Reading) = R1 = ...

Rc (Correction Hydrometer Reading) = Ra - koreksi nol + CT = ... - ... + ... = ... % 𝑓𝑖𝑛𝑒𝑟 =𝑅𝐶×𝑎 𝑊𝑠 × 100% = …×… … × 100%= ...

Rc (Hydrometer Correction only for Reading) = Ra+ koreksi miniskus = ... + ...

= ...

Dari tabel 3.5, dengan R = ... maka akan diperoleh L= ... Pada saat menit pertama, t = 1, maka L/t = .../1 = ...

Dari relasi temperatur dengan Gs pada tabel 3.4, maka akan diperoleh nilai K = ...

Terakhir, diperoleh nilai 𝐷 = 𝐾√𝐿_𝑡 _{= √}…_…= ...

(43)

Tanggal Waktu pembacaan t (menit ke-) Temp. (o_C) Actual Hyd. Reading (Ra) Corr. Hyd. reading (RC) % Finer Hyd.Corr. only for Reading (Rh) L (Tabel 3.5) L/t K (Tabel 3.4) D (mm) 1 2 4 8 15 30 60 120 240 480 960 1440

(44)

BAB 4

SIEVE ANALYISIS

ASTM D 421"Standard Practice for Dry Preparation of Soil Samples for Particle-Size Analysis and Determination of Soil Constants"

ASTM D 422 "Standard Test Method for Particle-Size Analysis of Soils" AASHTO T 88 "Standard method of test for particle size analysis of soils" SNI 3423:2008 “Cara uji analisis ukuran butir tanah"

Mengetahui distribusi ukuran butiran tanah yang berdiameter 4.76 mm sampai 0.074 mm (lolos saringan No. 4 ASTM dan tertahan saringan No. 200) dengan cara mekanis.

 Saringan standar ASTM No. 10, 18, 40, 60, 100, 200, serta Pan

 Piringan kaleng

 Can

 Motorized Dynamic Sieve Shaker

 Sikat gigi

 Oven

b. Bahan

 Tanah dari percobaan hydrometer yang tertahan saringan No. 200 ASTM

(45)

Gambar 4.1 Peralatan praktikum sieve analyisis: a) Satu set saringan standar ASTM dan pan; b) Motorized dynamic sieve shaker

Tanah terdiri atas tiga unsur yaitu butiran, air, dan udara. Sifat-sifat suatu tanah tertentu banyak tergantung pada ukuran butirannya. Ukuran butiran menentukan klasifikasi macam tanah tersebut. Untuk butiran yang kasar dipakai metode sieving dalam penentuan distribusi ukurannya.

Tanah dikeringkan dan disaring pada serangkaian saringan dengan ukuran diameter kisi saringan tertentu mulai dari yang kasar hingga yang halus. Dengan demikian butiran tanah terpisah menjadi beberapa bagian dengan batas ukuran yang diketahui. Rumus yang digunakan untuk percobaan sieve analysis ini adalah:

Persentase tanah tertahan (% tertahan) = 𝑊𝑡𝑒𝑟𝑡𝑎ℎ𝑎𝑛

𝑊𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 × 100% (4.1)

Persentase tanah lolos (% lolos) = 100 % - % tertahan (4.2) a

(46)

wtertahan= wtanah – wtanah total sesudah penyaringan

Kesalahan relatif penimbangan sampel tanah sebelum dan sesudah penyaringan adalah:

KR = Wd−Wt

Wd × 100% * tidak boleh melebihi 2%

dengan :

wd = berat butiran tanah sebelum proses sieving wt =berat butran tanah total setelah proses sieving

1. Saring tanah yang digunakan dalam percobaan hydrometer dengan saringan No. 200 ASTM agar bersih dari butiran clay, silt, dan koloid-koloid.

2. Masukkan tanah yang sudah bersih ke dalam can, lalu masukkan ke dalam oven selama _{18 jam.}

1. Keluarkan tanah dari oven dan diamkan sejenak, lalu timbang beratnya.

2. Susun saringan menurut urutan nomor yaitu: 4, 10, 18, 40, 100, 200 (dari yang terbesar di atas hingga yang terkecil), dan terbawah adalah pan.

3. Masukkan tanah yang telah ditimbang ke atas saringan No. 4 ASTM.

4. Letakkan susunan saringan pada mesin pengguncang listrik (Motorizied Dynamic Sieve Shaker) dan tutup, kemudian nyalakan selama 15 menit.

(47)

5. Kumpulkan sampel tanah yang tertahan pada masing-masing saringan dan selanjutnya timbang dan catat beratnya.

6. Bersihkan saringan dari butiran-butiran tanah yang tertinggal pada setiap saringan dengan bantuan sikat gigi.

Menurut standar ASTM, susunan saringan yang dipakai adalah No. 4, 10, 18, 40, 60, 100, 200, dan pan. Sedangkan pada praktikum ini susunan saringan yang digunakan hampir sama dengan ASTM, hanya saja saringan No. 60 dan saringan No. 4 tidak dipasang.

Sampel No. 1

Berat sampel tanah pada percobaan hydrometer = 50 gram

Berat sampel setelah percobaan hydrometer kering oven (w1) = … gram

Berat sampel yang tertahan pada saringan:

No. 10 ASTM = … gram No. 18 ASTM = … gram No. 40 ASTM = … gram No. 100 ASTM = … gram No. 200 ASTM = … gram Pan = … gram

(48)

Presentase Kesalahan= 100% 1 2 1  _ w w w = … %

Hasil pengolahan data dapat dirangkum seperti pada tabel di bawah ini :

SIEVE

NO. DIAMETER (mm) W. RETAINED (gram) RETAINED % PASSING %

4 4.75 … … … 10 2 … … … 18 0.84 … … … 40 0.42 … … … 100 0.15 … … … 200 0.075 … … … … … PAN … … …

(49)

BAB 5

COMPACTION

ASTM D 698 "Standard Test Methods forLaboratory Compaction Characteristics of Soil UsingStandard Effort"

ASTM D 1557 "Standard Test Methods forLaboratory Compaction Characteristics of Soil UsingModified Effort"

AASHTO T 99 "The Moisture-Density Relations of Soils Using a 2.5-kg (5.5-lb) Rammer and a 305-mm (12-in) Drop"

AASHTO T 180 "The Moisture-Density Relations of Soils Using a 4.54-kg (10-lb) Rammer and 457-mm (18-in) Drop"

SNI 03-2832-1992 "Metode pengujian untuk mendapatkan kepadatan tanah maksimum dengan kadar air optimum"

Mencari nilai kerapatan kering (γdry) maksimum pada kadar air optimum (Wopt) dari suatu sampel tanah yang dipadatkan.

Uji pemadatan laboratorium digunakan sebagai dasar dalam menentukan presentase pemadatan dan kadar air yang dibutuhkan untuk mencapai kondisi pemadatan yang sesuai di lapangan.

5.3. Alat-alat dan Bahan (Standard) a. Alat

 Mould, lengkap dengan collar dan base plate

 Hammer seberat 5.5 lbs, dengan tinggi jatuh 12 inch

 Hydraulic extruder

(50)

 Wadah untuk mencampur tanah dengan air

 Pelat besi/penggaris untuk mengukur tinggi tanah

 Timbangan

 Oven

 Jangka sorong

b. Bahan

 Sampel tanah lolos saringan No. 4 ASTM sebanyak minimal 5 kantong @ 2kg (lebih baik digunakan 6 kantong)

Gambar 5.1 Peralatan praktikum compaction: a) Mould (lengkap); b) Hammer; c) Pelat besi/penggaris; d) Jangka sorong

Compaction (pemadatan tanah) adalah suatu proses dimana pori-pori tanah diperkecil dan kandungan udara dikeluarkan secara mekanis. Suatu pemadatan tanah adalah juga merupakan usaha (energi) yang dilakukan

a

b

(51)

padamassa tanah. Suatu pemadatan (Compactive Effort = CE) yang dilakukan tersebut adalah fungsi dari variabel-variabel berikut:

𝐶𝐸 =𝑊.𝐻.𝐿.𝐵_𝑉 (5.1)

dengan:

CE = Compactive Effort (lb/ft2₎ W = berat hammer (lb)

H = tinggi jatuh (inch) L = jumlah layer

B = jumlah pukulan per-layer V = volume tanah (ft3₎

Pemadatan tanah yang dilakukan di laboratorium pada umumnya terdiridari dua macam, yaitu:

1. Standard Proctor - AASHTO T 99 (ASTM D 698) 2. Modified Proctor - AASHTO T 180 (ASTM D 1557)

Perbedaan mengenai dua metode tersebut dirangkum pada tabel di bawah ini:

Table 5.1. Perbedaan Modified Proctor dan Standard Proctor pada uji pemadatan

Test Identification Standard Proctor AASHTO T 99 (ASTM D 698) Modified Proctor AASHTO T 180 (ASTM D 1557)

Diameter Mould (inch) 4 6 4 6

Berat Hammer (lbs) 5.5 5.5 10 10

Tinggi Jatuh Hammer

(Inch) 12 12 18 18

Jumlah Layer 3 3 5 5

Jumlah Pukulan

Per-Layer 25 56 25 56

C.E (ft-lb/ft3₎ _12.400 _12.400 _56.000 _56.000

Ukuran Butiran

(52)

Kepadatan tanah bergantung pada kadar airnya. Untuk membuat suatu hubungan tersebut dibuat beberapa sampel tanah minimal empat contoh dengan kadar air yang berbeda-beda, dengan perbedaan kurang lebih 4% antara setiap sampel.

Dari percobaan tersebut kemudian dibuat grafik yang menggambarkan hubungan antara kepadatan dan kadar air, sehingga dari grafik tersebut diperoleh γdry maksimum pada kadar air optimumnya. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa suatu tanah yang dipadatkan dengan kadar air tanah lebih dari Wopt akan diperoleh nilai kepadatan yang lebih kecil dari γdry maksimum.

Gambar 5.2. Perbedaan grafik pemadatan Modified Proctor dan Standard Proctor

Gambar 5.1. menunjukkan perbedaan dari energi pemadatan antara metode standard proctor dan juga menggunakan modified proctor. Penggunaan modified proctor yang memiliki energi pemadatan yang hampir 5 kali lebih besar dari standard proctor menghasilkan γdry maksimum yang lebih tinggi dibanding standard proctor namun menghasilkan kadar air optimum (wopt) yang lebih rendah dibandingkan standard proctor.

(53)

Penentuan kadar air 𝑊 =𝑤𝑤𝑎𝑡𝑒𝑟 𝑤𝑑𝑟𝑦 × 100% (5.2) 𝑤_𝑤𝑒𝑡 = 𝑤_𝑑𝑟𝑦(1 + 𝑊) (5.3) 𝑤𝑑𝑟𝑦 =_(1+𝑊)𝑤𝑤𝑒𝑡 (5.4) dengan: W = kadar air

wwater = berat air (gram)

wdry = berat tanah kering (gram) wwet = berat tanah basah (gram)

Penentuan penambahan volume air 𝑉𝑎𝑑𝑑 = 𝑊_1+𝑊𝑋−𝑊0

0 × 𝑤 (5.5)

dengan:

Vadd = volume air yang akan ditambahkan WX = kadar air yang akan dibuat

W0 = kadar air awal

w = berat sampel tanah (gram)

Perhitungan nilai γwet dan γdry

γ_𝑤𝑒𝑡 = 𝑤𝑤𝑒𝑡 V (5.6) γ_𝑑𝑟𝑦 =𝑤𝑑𝑟𝑦 V = 𝑤𝑤𝑒𝑡 (1+W)V= 𝛾𝑤𝑒𝑡 (1+W) (5.7)

(54)

dengan:

γwet = berat isi tanah dalam keadaan basah (gr/cm3₎ wwet = berat tanah basah (gr)

V = volume sampel tanah yang telah dipadatkan (cm3₎ γdry = berat isi tanah dalam keadaan kering (gr/cm3₎ wdry = berat tanah kering(gr)

W = kadar air (%)

Perhitungan nilai Zero Air Void Line (ZAV-line)

ZAV-line adalah garis yang menggambarkan hubungan antara berat isikering dengan kadar air dalam kondisi derajat kejenuhan (Sr) 100%.

𝑍𝐴𝑉 =

𝐺𝑠. 𝛾𝑤

1+(W.G_s)/Sr (5.8)

dengan:

GS = nilai specific gravity γW = berat jenis air (gr/cm3₎ W = kadar air (%)

Sr = derajat kejenuhan

Perhitungan nilai Compaction Effort (CE) lihat kembali persamaan (5.1)

𝐶𝐸 =

𝑊.𝐻.𝐿.𝐵 𝑉

(55)

1. Siapkan 6 kantong sampel tanah masing-masing 2 kg, lolos saringan No. 4 ASTM.

2. Campur seluruh sampel dalam kantong dengan rata dalam satu wadah, nilai kadar air awal dalam hal ini dianggap sama.

3. Ambil sebagian sampel yang dianggap mewakili nilai kadar air seluruhnya, dan mencari nilai kadar air sampel tersebut.

4. Kembalikan sampel tanah ke kantongnya masing-masing.

5. Hitung kadar air pada keesokan harinya, lalu tambahkan air pada masing-masing kantong agar mencapai kadar air yang berbeda-beda.

6. Masukkan sampel tanah ke dalam kantong plastik dan diamkan selama 18-24 jam (diperam) agar kadar airnya merata.

1. Siapkan mould, collar, dan base plate.

2. Timbang mould dan ukur dimensinya untuk mengetahui volume tanah hasil pemadatan.

3. Masukkan sampel tanah ke dalam mould, perkirakan jumlahnya sedemikian rupa sehingga setelah dipadatkan tingginya mencapai 1/3 tinggi mould (karena total lapisan pemadatan sebanyak 3 lapis).

4. Tumbuk 25 kali pada setiap lapisan secara merata dengan hammer seberat 5.5 lb dan tinggi jatuh 12 inch (Standard Proctor ASTM).

5. Setelah pemadatan lapis ketiga selesai, buka collar dan ratakan kelebihan tanah pada mould dengan pelat pemotong.

6. Timbang berat tanah beserta mould.

7. Keluarkan sampel tanah dari mould dengan bantuan extruder.

8. Ambil bagian atas, tengah, bawah dari sampel tanah tersebut untuk diperiksa kadar airnya, dengan demikian akan diperoleh kadar air rata-rata dari sampel tanah setelah dipadatkan.

(56)

Menentukan Hubungan W - γdry (contoh: sampel I)

Dimensi mould:

 d = … cm

 tinggi = … cm

 berat = … gram

 volume = ¼.π.d2_.tinggi _{= … cm}3

Menentukan kadar air sebelum pemadatan

wcan = … gr w(c+w) = wcan + wwet = … gr * setelah dioven w(c+d) = wcan + wdry = … gr wwater = w(c+w) - w(c+d) = … gr wdry = w(c+d) - wcan = … gr W0 = 𝑤𝑤𝑎𝑡𝑒𝑟 𝑤𝑑𝑟𝑦 × 100% = ... %

Kadar air untuk sampel lainnya dapat dirangkum dalam sebuah tabel seperti di bawah ini:

Sample wcan w(c+w) w(c+d) wwater wdry W0

I … gr … gr … gr … gr … gr … %

II … gr … gr … gr … gr … gr … %

III … gr … gr … gr … gr … gr … %

IV … gr … gr … gr … gr … gr … %

(57)

Menghitung penambahan volume air untuk compaction (contoh: sampel I) W0 =… % Wx =… % w =… gr Vadd = 𝑊𝑥−𝑊0 1+𝑊0 × 𝑤 = ... ml

Untuk volume air yang perlu ditambahkan pada sampel lainnya, dapat dirangkum dalam sebuah tabel seperti di bawah ini:

Sample wcan w(c+w) w(c+d) wwater wdry W0 Wx Vadd

I … gr … gr … gr … gr … gr … % … % … ml

II … gr … gr … gr … gr … gr … % … % … ml

III … gr … gr … gr … gr … gr … % … % … ml

IV … gr … gr … gr … gr … gr … % … % … ml

V … gr … gr … gr … gr … gr … % … % … ml

Menentukan kadar air sesudah pemadatan

Pada percobaan, tanah yang sudah dipadatkan diambil sebagian kecil bagian atas, tengah, dan bawahnya. Sampel tanah pada ketiga lapisan ini dianggap sama kadar airnya sehingga dapat disatukan dalam satu can.

wcan = … gr w(c+w) = wcan + wwet = … gr * setelah dioven w(c+d) = wcan + wdry = … gr wwater = w(c+w) - w(c+d) = … gr wdry = w(c+d) - wcan = … gr W = 𝑤𝑤𝑎𝑡𝑒𝑟 𝑤𝑑𝑟𝑦 × 100% = ... %

(58)

Menentukan kerapatan kering γdry W = … % Wsoil+mould = … gr Wmould = … gr Wsoil = … gr Vsoil = Vmould = … cm3 γwet = Wsoil / Vsoil = … cm3 𝛾𝑑𝑟𝑦 =_(1+𝑊)𝛾𝑤𝑒𝑡 = … gr/cm3

Untuk hubungan W - γdry setelah compaction pada sampel lainnya, dapat dirangkum dalam sebuah tabel seperti di bawah ini:

Sample w γdry I … gr … gr/cm3 II … gr … gr/cm3 III … gr … gr/cm3 IV … gr … gr/cm3 V … gr … gr/cm3

Menghitung Garis “Zero Air Void” (contoh: sampel I)

Sr = 100%

GS = … (percobaan specific gravity) γwater = 1 gr/cm3

ZAV =

𝐺𝑠. 𝛾𝑤 1+(W.G_s)/Sr

Sample W Gs ZAV I … % … … II … % … … III … % … … IV … % … … V … % … …

(59)

BAB 6

CALIFORNIA BEARING RATIO

ASTM D 1883 “Standard Test Method for CBR (California Bearing Ratio) of Laboratory-Compacted Soils”

AASHTO T 193 “Standard Method of Test for The California Bearing Ratio” SNI 1744:1989 “Metode Pengujian CBR Laboratorium”

Mendapatkan nilai CBR (California Bearing Ratio) tanah pada kondisi kadar air optimum atau pada rentang kadar air tertentu dari uji pemadatan.

Nilai CBR ini merupakan metode dalam evaluasi kualitas dan kekuatan dari lapisan subgrade, subbase, dan base soils pada perkerasan jalan berdasarkan uji laboratorium.

 Compaction Hammer

 Mould

 Sendok pengaduk tanah

 Wadah untuk mencampur tanah dengan air

 Botol penyemprot air

 Pisau baja (straight edge)

 Timbangan

 Oven

 Aluminum can

 Stopwatch

(60)

 Bak air

 Piringan berlubang dengan dial pengukur swell

 Mesin Uji CBR

b. Bahan

 Sampel tanah lolos saringan No. 4 ASTM sebanyak minimal 3 kantong @ 5 kg

Gambar 5.1 Peralatan praktikum CBR: a) mesin CBR; b) Piringan berlubang dengan dial; c) Beban logam

Nilai CBR adalah perbandingan antara kekuatan sampel tanah (dengan kepadatan tertentu dan kadar air tertentu) terhadap kekuatan batu pecah

(61)

bergradasi rapat sebagai standar material dengan nilai CBR = 100. Untuk mencari nilai CBR dipakai rumus:

CBR =_{standard unit load (psi)}test unit load (psi) × 100% (6.1)

Dengan Standard Unit Stress pada harga-harga penetrasi:

Tabel 6.1 Standard Unit Stress pada pengujian CBR

PENETRATION STANDARD UNIT STRESS

mm inch MPa psi

2.5 0.10 6.9 1000 5.0 0.20 10.3 1500 7.5 0.30 13.0 1900 10.0 0.40 16.0 2300 12.7 0.50 18.0 2600 Sumber: AASHTO T 193

Beban (load) didapat dari hasil pembacaan dial penetrasi yang kemudian dikorelasikan dengan grafik Calibration Prooving Ring.

Test Unit Load (psi) = tegangan (σ)

𝜎 =

𝑃 𝐴

=

𝑀 (𝐿𝑅𝐶) 𝐴 (6.2) Dengan: A = Luas Piston P = M. LRC M = dial reading LRC = faktor kalibrasi

(62)

Nilai CBR didapatkan berdasarkan rasio beban untuk penetrasi sedalam 2.5 mm (0.1 inch). Namun, jika nilai CBR pada saat penetrasi 5.0 mm lebih besar, maka pengujian seharusnya diulang. Jika pengujian kedua memiliki nilai CBR yang lebih besar pada saat penetrasi 5.0 mm, maka nilai CBR tersebut dapat digunakan.

Dalam uji CBR, dilakukan dua pengujian, yaitu pengujian segera (unsoaked condition) dan pengujian jenuh (soaked condition). Pengujian unsoaked condition dilakukan segera setelah sampel tanah dipadatkan. Pengujian soaked condition dilakukan setelah sampel tanah dalam mould direndam/dijenuhkan selama 96 jam sambil dibebani oleh beban surcharge sesuai dengan tekanan perkerasan jalan. Dilakukan pula pembacaan pengembangan tanah (swell reading) pada interval waktu tertentu.

Perendaman ini dilakukan untuk mengetahui nilai CBR pada saat berada dalam kondisi jenuh. Nilai CBR pada kondisi jenuh ini akan memberikan informasi terkait peristiwa pengembangan tanah (soil expansion) di bawah perkerasan jalan ketika tanah menjadi jenuh, serta memberikan indikasi adanya perlemahan kekuatan tanah akibat penjenuhan yang terjadi.

Nilai CBR digunakan untuk mengetahui kualitas tanah terutama yang digunakan sebagai lapisan base dan subgrade dibawah perkerasan jalan atau lapangan terbang. Berikut merupakan penilaian CBR dan klasifikasinya berdasarkan The Asphalt Handbook (1970).

(63)

Tabel 6.2 Nilai CBR tanah beserta kualitas dan juga kegunaan serta sistem klasifikasinya

Nilai

CBR Kualitas Kegunaan

Sistem Klasifikasi Unified AASHTO 0-3 Sangat rendah Subgrade OH, CH, MH, OL A5, A6, A7

3-7 Rendah s/d cukup baik Subgrade OH, CH, MH, OL A4, A5, A6, A7

7-20 Cukup baik Subbase OL, CL, ML, SC, SM, SP

A2, A4, A6, A7

20-50 Baik Base atau

Subbase

GM, GC, SW, SM, SP, GP

A1b, A2-5, A-3, A2-6

>50 Sangat baik Base GW, GM A1a, A2-4, A3 Sumber: The Asphalt Handbook (1970)

1. Siapkan 3 plastik sampel tanah lolos saringan No.4 ASTM seberat 5 kg. 2. Rencanakan kadar air pada masing-masing kantong. Kadar air ini

divariasikan -2% s/d -2.5% dari kadar air optimum pada percobaan Compaction, dan +2 s/d +2.5% dari kadar air optimum. Untuk membuat kadar air yang diinginkan, cari kadar air awal terlebih. Kemudian tambahkan air dengan volume tertentu (V) untuk mencapai kadar air yang diinginkan menggunakan persamaan berikut:

𝑉_𝑎𝑑𝑑 =𝑊𝑋−𝑊0

1+𝑊0 × 𝑤 = … ml (5.5)

3. Setelah sampel tanah dicampur dengan air hingga merata, diamkan/peram sampel tanah tersebut selama ± 24 jam sebelum dilakukan proses pemadatan.

(64)

a. Timbang mould dan tanah, kemudian diletakan pada mesin CBR dan berikan beban ring di atas permukaan sampel tanah. Piston diletakkan di tengah-tengah beban ring sehingga menyentuh permukaan tanah. b. Periksa dan set coading dan dial sehingga menjadi nol.

c. Lakukan penetrasi dengan penurunan konstan 0.05“/menit.

d. Catat pembacaan dial pada penetrasi sebagai berikut: 0.025”, 0.050”, 0.075”, 0.100”, 0.125”, 0.150”, 0.175”, 0.200”, 0.250”.

3. Lakukan penetrasi pada kondisi Soaked.

a. Setelah percobaan pada kondisi unsoaked, rendam sampel tanah tadi ± 96 jam untuk mengetahui nilai CBR pada kondisi swelling.

b. Lakukan pencatatan swelling pada jam pertama dan jam kedua sejak mulai dimasukkan ke dalam bak air. Catat pembacaan selanjutnya pada jam ke-24, 48, 72, dan 96 jam.

c. Setelah ± 96 jam, angkat mould dan tanah, kemudian lakukan penetrasi seperti pada percobaan unsoaked namun permukaan yang digunakan adalah yang sebaliknya.

d. Setelah selesai, keluarkan sampel tanah dan kemudian ambil sebagian tanah di lapisan atas, sebagian tanah di lapisan tengah, dan sebagian lagi tanah pada lapisan bawah untuk dihitung kadar airnya.

1. Menurut ASTM, pembacaan dial dilakukan pada jam pertama, kedua, ketiga, hari ke-2, hari ke-3, dan hari ke-4. Sedangkan pada praktikum ini hanya dilakukan pembacaan pada dua jam pertama berturut-turut dan dilanjutkan hari ke-2, hari ke-3, dan hari ke-4.

2. Menurut ASTM pembacaan dial dilakukan hingga dial menunjukkan 0.3“, sedangkan pada praktikum ini dilakukan pembacaan dial hingga 0.25“.

(65)

Menentukan Volume air yang ditambahkan

W0 = … % W1 = … %

𝑉𝑎𝑑𝑑 =𝑊_1+𝑊𝑋−𝑊0

0 × 𝑤 = … ml (5.5)

𝑉_𝑎𝑑𝑑 = …− …_{1+ …}× … = … ml

Membuat Grafik yang Menunjukkan Penetrasi Tanah terhadap Tegangan/Beban (terlampir)

Menentukan Nilai CBR pada penetrasi 0.1” dan 0.2” pada kondisi Unsoaked dan Soaked Penetrasi 0.1”  Unsoaked : CBR =…×…_… × 100% = … %  Soaked : CBR =…×…_… × 100% = … % Penetrasi 0.2”  Unsoaked : CBR =…×… … × 100% = … %  Soaked : CBR =…×…_… × 100% = … % Penetration (inch) CBR Unsoaked Soaked 0.1 ... ... 0.2 ... ...

(66)

Membuat Grafik Tegangan Terhadap Penetrasi

Menghitung Nilai Swelling Test

𝑆𝑤𝑒𝑙𝑙 =dial (96 jam × 2.54 × 0.001)_{tinggi mould} × 100%

Hasil pengamatan dapat dirangkum seperti tabel di bawah ini:

t (waktu) Dial Reading Swell (%) 0 jam

1 jam 2 jam 3 jam 4 jam

(67)

BAB 7

PERMEABILITY

ASTM D 2434 "Standard Test Method for Permeability of Granular Soils (Constant Head)"

AASHTO T 215 "Standard Method of Test for Permeability of Granular Soil (Constant Head)"

Mencari nilai permeabilitas k dari suatu sampel tanah.

7.3. Alat-alat dan Bahan a. Alat  Mould permeability  Gelas ukur  Penggaris  Jangka sorong  Stopwatch

 Alat Constant Head Test

b. Bahan

 Tanah lolos saringan No. 4 ASTM sebanyak ± 3 kg

 Pasir

(68)

Gambar 7.1 Peralatan praktikum permeability: a) Alat constant head test; b) penggaris; c) Mould Permeability; d) Jangka sorong; e) Hammer; f) Gelas ukur

Debit air yang mengalir q melalui tanah pada suatu cross-section areaA adalah proporsional terhadap gradien i yaitu :

A

q_{~ i q = k i A} _(7.1)

Koefisien k disebut sebagai “koefisien permeabilitas” Darcy atau “koefisien permeabilitas” atau “permeabilitas tanah”. Sehingga dengan begitu,

c

d e f a

(69)

permeabilitas adalah properti tanah yang menunjukkan kemampuan tanah untuk meloloskan air melalui partikel-partikelnya.

Permeabilitas dapat digunakan untuk menyelesaikan masalah-masalah yang berhubungan dengan seepage (rembesan) di bawah bendungan, disipasi air akibat pembebanan tanah, dan drainase dari lapisan subgrade, bendungan, atau timbunan. Selain itu tegangan efektif yang diperlukan dalam perhitungan masalah-masalah di atas juga secara tidak langsung berkaitan dengan permeabilitas.

Permeabilitas tergantung oleh beberapa faktor. Yang utama adalah sebagai berikut :

1. Ukuran butiran. Secara proporsional, ukuran pori berhubungan dengan ukuran partikel tanah

2. Properti aliran pori. Untuk air adalah viskositasnya, yang akan berubah akibat dipengaruhi perubahan temperatur.

3. Void ratio

4. Bentuk dan susunan pori-pori tanah

5. Derajat saturasi. Kenaikan derajat saturasi pada tanah akan menyebabkan kenaikan nilai permeabilitas.

Setidaknya ada empat metode di laboratorium untuk mencari nilai permeabilitas tanah, yaitu metode Capillarity Head Test, korelasi data konsolidasi untuk menghitung permeabilitas, Variable Head Test, dan

Constant Head Test. Constant Head umumnya lebih sering digunakan pada

tanah cohesionless daripada Variable Head karena instrumen yang lebih sederhana.

Metode Constant Head Test