BAB 2 SIFAT-SIFAT DASAR TANAH
2.9. Variabilitas Tanah
Ada variabilitas yang signifikan terkait dengan material tanah dan batuan bila dibandingkan dengan bahan seperti baja atau beton (Ameratunga, 2016).
Variabilitas ini tentunya meningkatkan risiko terhadap perkiraan nilai yang dilakukan. Duncan (2000) dan Sivakugan (2011) telah merangkum koefisien variabilitas untuk beberapa parameter geoteknik dari berbagai literatur maupun penelitian yang disajikan pada Tabel 2.11.
26
Tabel 2.11 Nilai tipikal koefisien variasi (Duncan, 2000 dan Sivakugan, 2011)
Parameter Koefisien Variasi (%)
Void ratio, e 20-30
Porosity, n 20-30
Relative density, Dr 10-40
Specific gravity, Gs 2-3
Unit weight, 3-7
Buoyant unit weight, ’ 0-10
Liquid limit, LL 10-20
Plastic limit, PL 10-20
Plasticity index, PI 30-70A
Optimum water content, wopt 20-40B
Maximum dry density, d(max) 5
California bearing ratio, CBR 25
Permeability (saturated), k 70-90
Permeability (Unsaturated), k 130-240 Coefficient of consolidation, cv 25-70
Compression index, Cc 10-40
Preconsolidation pressure, ‘c 10-35
Friction angle (sands), ’ 10
Friction angle (clays), ’ 10-50
Friction angle (mine tailings), ’ 5-20
Undrained shear strength, cu 20-40
Standard penetration test blow count, N 20-40 Cone (Electric) resistance, qc 5-15 Cone (Mechanical) resistance, qc 15-35 Undrained shear strength from field vane, cu 10-30
Anilai rendah untuk lempung dan dan nilai tinggi untuk lempung berpasir/berkerikil
Bnilai rendah untuk lempung dan nilai tinggi untuk tanah granuler
Acuan
Ameratunga, J., Sivakugan, N., and Das, Braja M. (2016). Correlation of Soil and Rock Properties in Geotechnical Engineering, Springer India. New Delhi.
AS 4678-2002, Earth retaining structures, Australian Standard.
ASTM D 2487 – 06: Standard Practice for Classification of Soils for Engineering Purposes (Unified Soil Classification System).
Bell FG (2000) Engineering properties of soils and rocks, 4th edn. Blackwell Science, London.
Bowles JE (1997; 1996) Foundation analysis and design, 5th edn. McGraw-Hill, New York.
Casagrande A (1948) Classification and identification of soils. ASCE Trans 113:901–930.
Cedegren HR (1967) Seepage, drainage and flow nets. Wiley, New York.
Coulomb, C.A. (1776). Essay Sur Une Application des Regles des Maximis et Minimis a Quelques Problemes de Statique Relatifs a L’Architecture, Mem. Acad, Roy, Press, Div. Sav., Vol. 7, Paris, France.
D’Arcy H (1856) Les fontaines publiques de la ville de Dijon (The public fountains of the city of Dijon).
Dalmont, Paris.
Das, B.M. (1983;1985). Advanced Soil Mechanics. McGraw-Hill. New York
Domenico PA, Mifflin MD (1965) Water from low-permeability sediments and land subsidence. Water Resour Res Am Geophys Union 1(4):563–576.
Duncan JM (2000) Factor of safety and reliability in geotechnical engineering. J Geotech Geoenviron Eng ASCE 126(4):307–316.
Hardiyatmo, Hary C. (2017). Mekanika Tanah I & II edisi ketujuh. UGM Press. Yogyakarta.
Hausmann M (1990) Engineering principles of ground modification. McGraw Hill, Singapore, 632 p.
Lambe TW, Whitman RV (1979) Soil mechanics SI version. Wiley, New York, 553 p.
Sivakugan N (2011) Chapter 1: Engineering properties of soil. In: Das BM (ed) Geotechnical engineering handbook. J. Ross Publishing, Ft. Lauderdale.
Sivakugan N, Arulrajah A, Bo MW (2011) Laboratory testing of soils, rocks and aggregates. J. Ross Publishing, Ft. Lauderdale.
Skempton AW (1953) The colloidal activities of clays. In: Proceedings of the 3rd ICSMFE, I, Zurich, pp 57–61.
Taylor, D.W. (1948). Fundamental of Soil Mechanics. John Willey & Son. New York.
Terzaghi K (1925) Erdbaumechanik auf Bodenphysikalischer Grundlage. Franz Deuticke, Leipzig und Wein, 399.
Terzaghi, K. (1943). Theritical Soil Mechanics. John Willey & Son. New York.
U.S. Navy (1982) Soil mechanics – design manual 7.1, Department of the Navy, Naval Facilities Engineering Command, U.S. Government Printing Office, Washington, DC.
28
BAB 3
KORELASI PARAMETER UJI LABORATORIUM
3.1. Permeabilitas
Permeabilitas tanah bergantung pada ukuran butir tanah. Hubungan permeabilitas untuk tanah granuler dan kohesif pun tergantung pada parameter yang berbeda. Pada bagian ini hal tersebut akan dibahas secara terpisah.
3.1.1.
Tanah Granuler (Granular soils)
Tanah granuler memiliki permeabilitas yang lebih tinggi dibandingkan oleh tanah kohesif. Karena memiliki permeabilitas yang relatif besar, tanah granuler sering digunakan sebagai bahan filter. Gambar 3.1 berikut merupakan grafik hubungan antara permeabilitas (k)-void ratio (e) – ukuran butir efektif D10
pada tanah berbutir kasar.
Gambar 3.1 Grafik hubungan antara permeabilitas (k)-void ratio (e) – ukuran butir efektif D10 pada tanah berbutir kasar (US Navy (1982) dan Chapuis (2004))
3.1.2. Tanah Kohesif
Pada tanah kohesif, hubungan antara koefisien permeabilitas dengan void ratio seperti pada persamaan berikut.
𝑙𝑜𝑔 𝑘 = 𝑙𝑜𝑔 𝑘0− 𝑒0− 𝑒 𝐶𝑘
Dimana, k0adalah koefisien permeabilitas lapangan pada kondisi void ratio lapangan e0. Ck merupakan indeks perubahan permeabilitas yang dapat diambil sekitar 0.5 e0.
3.2. Konsolidasi
Ada beberapa parameter yang menentukan perilaku konsolidasi tanah liat. Mereka termasuk, indeks kompresi, indeks recompression, modulus dibatasi, Koefisien konsolidasi dan koefisien kompresi sekunder. Mereka dibahas secara terpisah di bagian ini.
3.2.1. Indeks Kompresi (Compression Index) (C
c)
Indeks kompresi (Cc) berfungsi untuk mengukur seberapa kaku tanah lempung ketika kondisi terkonsolidasi biasa, dan merupakan parameter penting dalam proses konsolidasi akhir. Kulhawy dan Mayne (1990) mengklasifikasikan kompresibilitas tanah lempung seperti pada tabel 3.1.
Tabel 3.1 Klasifikasi Kompresibilitas berdasarkan nilai Cc (Kulhawy dan Mayne, 1990)
Kompresibilitas Cc
Sedikit atau rendah <0.2 Sedang atau menengah 0.2-0.4
Tinggi >0.4
Winterkorn dan Fang (1975) menghimpun berbagai korelasi empiris untuk Indeks Kompresibilitas seperti yang ditunjukkan pada tabel 3.2. Sridharan dan Nagaraj (2000) dan Djoenaidi (1985) secara lebih lanjut menghimpun berbagai nilai tipikal Indeks Kompresi berdasarkan jenis tanah seperti yang ditunjukkan pada tabel 3.3.
30
Tabel 3.2 Korelasi Empiris untuk Cc (Ameratunga et. al, 2016)
Korelasi Keterangan Referensi
Cc = 0.009 (LL-10) Undisturbed clay of sensitivity less
than 4. Reliability ± 30% Terzaghi and Peck (1948)
Cc = 0.007 (LL-10) Remoulded clay Skempton (1944)
Cc = 0.0046 (LL-9) Sao Paulo, Brazil clays Cozzolino (1961)
Cc = 0.0186 (LL-30) Soft silty Brazilian clays Cozzolino (1961)
Cc = 0.01 (LL-13) All clays USACE (1990)
Cc = 0.008 (LL-8.2) Indiana soils Lo and Lovell (1982)
Cc = 0.21 + 0.009 LL Weathered & soft Bangkok clays Balasubramaniam and Brenner (1981)
Cc = 0.30 (e0-0.27) Inorganic silty clay Hough (1957)
Cc = 1.15 (e0-0.35) All clays Azzouz et al. (1976)
Cc = 0.75 (e0-0.50) Soil of very low plasticity Azzouz et al. (1976) Cc = 0.4 (e0-0.25) Clays from Greece & part of US Azzouz et al. (1976) Cc = 0.141𝐺𝑆1.2 (1+ 𝑒0
𝐺𝑆 )2.382 90 samples; Bowles (1988) suggest
e0 be less than 0.8 Rendon-Herrero (1980) Cc = 0.256 + 0.43(e0-0.84) Brazilian clays Cozzolino (1961)
Cc = 0.54 (e0-0.35) All clays Nishida (1956)
Cc = 0.22 + 0.29 e0 Weathered and soft Bangkok clays Balasubramaniam and Brenner (1981)
Cc = 0.575 e0 - 0.241 French clays Balasubramaniam and
Brenner (1981) Cc = 0.5363( e0 - 0.411) Indiana soils Goldberg et al. (1979)
Cc = 0.496 e0 - 0.195 Indiana soils Lo and Lovell (1982)
Cc = 0.40( e0 - 0.25) Clays from Greece & parts of US Azzouz et al. (1976)
Cc = 0.01 wn Chicago clays Azzouz et al. (1976)
Cc = 0.01 wn Canada clays Koppula (1981)
Cc = 0.0115 wn Organic soils, peat USACE (1990) and Azzouz
et al. (1976)
Cc = 0.012 wn All clays USACE (1990)
Cc = 0.01 (wn – 5) Clays from Greece & parts of US Azzouz et al. (1976)
Cc = 0.0126 wn – 0.162 Indiana soils Lo and Lovell (1982)
Cc = 0.008 wn + 0.20 Weathered soft Bangkok clays Balasubramaniam and Brenner (1981)
Cc = 0.0147 wn – 0.213 French clays Balasubramaniam and
Brenner (1981) Cc = (1 + e0)[0.1 + 0.006 (wn – 25)] Varved clays USACE (1990)
Tabel 3.3 Nilai tipikal indeks kompresi untuk lempung tak terganggu (Ameratunga et. al, 2016)
Jenis Tanah Cc Referensi
Normally consolidated medium sensitive clays 0.2-0.5 Holtz and Kovacs (1981) Organic silt and clayey silts (ML-MH) 1.5-4.0
Organic clays (OH) >4
Peat (Pt) 10-15
Boston blue clay, undisturbed (CL) 0.35 Lambe and Whitman (1979)
Chicago clay undisturbed (CH) 0.42
Cincinnati clay (CL) 0.17
Louisiana clays, undisturbed (CH) 0.33 New Orleans clay undisturbed (CH) 0.29
Siburua clay (CH) 0.21
Kaolinte (CL/CH) 0.21-0.26
Na-Montmotillonite (CH) 2.6
Chicago silty clay (CL) 0.15-0.30 Holtz and Kovacs (1981)
Boston blue clay (CL) 0.3-0.5
Vicksburg buckshot clay (CH) 0.5-0.6
Swedish medium sensitive clays (CL-CH) 1-3
Canadian Leda clays (CL-CH) 1-4
Mexico City clay (MH) 7-10
San Francisco Bay mud (CL) 0.4-1.2
Bangkok clays (CH) 0.4
Uniform sand, loose (SP) 0.05-0.06 USACE (1990)
Uniform sand, dense (SP) 0.02-0.03
Uniform silts (ML) 0.2
3.2.2. Indeks Rekompresi (C
r) dan Indeks Pengembangan(C
s)
Belum ada korelasi yang dapat diandalkan dari literature yang ada terkait Indeks Rekompresi (Cr) atau Indeks Pengembangan (Cs). Selama proses rekompresi, hubungan antara mv dan Cr seperti pada persamaan berikut.
𝑚𝑣= 0.434𝐶𝑟
(1 + 𝑒0)𝜎′𝑎𝑣𝑒𝑟𝑎𝑔𝑒
Dimana 𝜎’average adalah rata-rata nilai tegangan normal vertikal.
3.2.3.
Compression Ratio (CR) dan Recompression Ratio (RR)Compression Ratio (CR) dan Recompresion Ratio (RR) umumnya digunakan untuk perhitungan penurunan konsolidasi. Berdasarkan nila CR dan RR, kompresibilitas pada tanah lempung dapat diklasifikasikan seperti pada Tabel 3.4. Djoenaidi (1985) menghimpun beberapa pilihan korelasi dari compression ratio yang ditunjukan pada Tabel 3.5.
32
Tabel 3.4 Klasifikasi kompresibilitas tanah lempung berdasarkan nilai CR/RR (Ameratunga et. al, 2016)
Deskripsi 𝐶𝑐
1+𝑒0 or 𝐶𝑟
1+𝑒0
Very slightly compressible <0.05
Slightly compressible 0.05-0.10
Moderately compressible 0.10-0.20
Highly compresibble 0.20-0.35
Very highly compressible >0.35
Tabel 3.5 Korelasi empiris untuk Compression Ratio (Djoenaidi, 1985)
Jenis Tanah Korelasi Referensi
Marine clays of southeast Asia CR = 0.0043 wn Azzouz et al. (1976)
CR = 0.0045 LL Balasubramaniam and
Brenner (1981)
Bangkok clays CR = 0.00463LL – 0.013 Balasubramaniam and
Brenner (1981) CR = 0.0039 wn + 0.013
French clays CR = 0.0039 wn + 0.013 Balasubramaniam and
Brenner (1981)
Indiana clays CR = 0.0249 +0.003 wn Lo and Lovell (1982)
CR = 0.0294 + 0.00238 LL CR = 0.0125 + 0.0152 e0
Indiana clays CR = 0.2037 (e0 – 0.2465) Goldberg et al. (1979) Clays from Greece & part of US CR = 0.002 (LL + 9) Azzouz et al. (1976)
CR = 0.14 (e0 – 0.007) CR = 0.003 (wn + 7)
CR = 0.126 (e0 + 0.003LL-0.06)
Chicago clays CR = 0.208 e0 + 0.0083 Azzouz et al. (1976) Inorganic & organic clays and silty
soils CR = 0.156 e0 + 0.0107 Elnaggar and Krizek
(1970)
3.2.4. Constrained Modulus (D)
Constrained modulus berkaitan dengan tekanan prakonsolidasi. Canadian Geotechnical Society (1992) mendefinisikan constrained modulus dalam persamaan berikut.
𝐷 = (40 𝑡𝑜 80)𝜎′𝑝
Dengan 𝜎’p yaitu tekanan prakonsolidasi serta kisaran batas atas berlaku untuk tanah lempung kaku dan kisaran batas bawah berlaku untuk tanah lempung lunak.
3.2.5. Koefisien Konsolidasi (c
v)
U.S. Navy (1982) mengusulkan grafik hubungan antara nilai cv dengan LL (Gambar 3.2) sebagai perkiraan awal untuk pengecekan nilai cv yang dilakukan pada laboratorium.
Gambar 3.2 Hubungan Cv – LL (U.S. Navy, 1982)
3.2.6. Konsolidasi Sekunder
Mesri dan Godlewski (1977) mengusulkan bahwa rasio dari Ca/Cc
umumnya bervariasi pada kisaran 0.025-0.10. Mesri et al. (1994) menyarankan beberapa hubungan Ca/Cc dengan jenis tanahnya seperti yang disajikan pada tabel 3.6.
Tabel 3.6 Beberapa nilai tipikal Ca/Cc (Mesri et al, 1994)
Material Ca/Cc
Granular soils including rockfill 0.02 ± 0.01
Shale and mudstone 0.03 ± 0.01
Inorganic clays and silts 0.04 ± 0.01 Organic clays and silts 0.05 ± 0.01
Peats and muskeg 0.06 ± 0.01
Menurut US Navy (1982), sebagai pendekatan awal Indeks pemampatan sekunder (Cae) pada tanah lempung terkonsolidasi normal dapat dihitung menggunakan persamaan berikut.
34 𝐶𝛼𝜀 = 0.0001𝑤𝑛 for 10 < 𝑤𝑛 (%) < 3000
Untuk kondisi termodifikasi, Indeks kompresi sekunder dapat diestimasikan menggunakan Gambar 3.3 untuk kondisi tanah lempung terkonsolidasi normal. Berdasarkan nilainya, Cae dapat diklasifikasikan seperti pada Tabel 3.7.
Tabel 3.7 Classification based on Cαε (Ameratunga et al, 2016)
Deskripsi Cαε
Sangat rendah <0.002 ± 0.01
Rendah 0.002 - 0.004
Sedang 0.004 - 0.008
Tinggi 0.008 - 0.016
Sangat tinggi 0.016 - 0.032
Tinggi sekali 0.064
Gambar 3.3 Hubungan indeks kemampatan sekunder termodifikasi dengan kadar air natural (Holtz and Kovacs 1981; Mesri 1973)
3.3. Parameter Kekuatan Geser c’ dan 𝜙’
3.3.1.
Kohesi pada Tegangan Efektif c’
Australian Standards for retaining walls (AS 4678) menyarankan nilai untuk c’ and 𝜙’ berdasarkan kelompok tanah seperti yang disajikan pada Tabel 3.8.
Tabel 3.8 Nilai Tipikal c’ and ’ (AS 4678, 2002) Kelompok
tanah Tipikal tanah Parameter Tanah
c’ (kPa) ’ (degrees) Buruk Tanah lempung lunak dan teguh dengan plastisitas
sedang ke tinggi; lempung berlanau; isian lempung
bervariabel lepas; lanau berpasir lepas. 0-5 17-25
Sedang Lempung berpasir kaku; lempung berkerikil; pasir
berlempung padat; lanau berpasir; isian lempung padat. 0-10 26-32 Bagus Pasir berkerikil; pasir padat; isian kerikil dan batu pasir
pecah; pasir padat bergradasi baik 0-5 32-37
Sangat
Bagus Batu terlapukan lemah; isian lapis dasar jalan terkontrol;
kerikil dan beton daur ulang 0-25 36-43
3.3.2.
’peak,
’cv,
’res, Hubungan terhadap Indeks Plastisitas pada tanah lempung
U.S Navy (1971) dan Ladd et al. (1977) menyatakan hubungan antara
’peak dan ’ res untuk tanah lempung terkonsolidasi normal seperti pada Gambar 3.4.
Gambar 3.4 Variasi ’peak dan ’ res dengan Indeks Plastisitas untuk tanah lempung NC (U.S Navy (1971) dan Ladd et al. (1977))
Mitchell (1976); Kulhawy dan Mayne (1990) menyatakan hubungan antara ’cv dengan Indeks Plastisitas untuk tanah lempung terkonsolidasi normal seperti pada Gambar 3.5.
36
Gambar 3.5 Variasi dari ’cv dengan Indeks Plastisitas untuk tanah lempung NC (Kulhawy dan Mayne, 1990)
3.3.3. Korelasi Lainnya untuk Sudut Geser
US. Navy (1982) mengusulkan hubungan antara sudut geser terhadap berat isi kering dan kepadatan relatif pada tanah granuler seperti pada Gambar 3.6.
Gambar 3.6 Sudut geser untuk tanah granuler (U.S. Navy, 1982)
Terzaghi dan Peck (1967) mengusulkan nilai sudut geser untuk beberapa jenis tanah pasir dan lanau seperti pada Tabel 3.9.
Tabel 3.9 Nilai tipikal ’ untuk pasir dan lanau (Terzaghi dan Peck, 1967)
Jenis Tanah ’ (degrees)
Loose Dense
Pasir, berbutir bulat, seragam 27.5 34
Pasir, berbutir sudut, gradasi baik 33 45
Kerikil berpasir 35 50
Pasir berlanau 27-33 30-34
Lanau Anorganik 27-30 30-35
Gambar 3.7 Hubungan antara kerapatan relatif, sudut geser dan nilai pukulan dari uji penetrasi standar untuk pasir (Ameratunga, 2016)
Hubungan antara sudut geser, N-SPT dan kepadatan relatif untuk tanah pasir ditunjukan seperti pada Gambar 3.7. Schmertmann (1978) mengusulkan hubungan sudut geser yang diperoleh dari uji triaksial terhadap kepadatan relatif untuk tanah granuler.
38
Gambar 3.8 Hubungan antara ’tc - Dr (Schmertmann, 1978)
Tabel 3.10 menyajikan nilai sudut geser efektif (𝜙’) yang diusulkan oleh Australian Standard for earth retaining structures (AS 4678-2002).
Tabel 3.10 Nilai Tipikal ’ beberapa jenis tanah dan batuan (AS 4678, 2002)
Material ’ (O)
Tanah Tanah lempung lunak dan teguh dengan plastisitas sedang ke tinggi;
lempung berlanau; isian lempung bervariabel lepas; lanau berpasir lepas. (use c’ = 0–5 kPa)
17-25
Lempung berpasir kaku; lempung berkerikil; pasir berlempung padat;
lanau berpasir; isian lempung padat. (use c’ = 0–10 kPa) 26-32 Pasir berkerikil; pasir padat; isian kerikil dan batu pasir pecah; pasir
padat bergradasi baik (use c’ = 0–5 kPa) 32-37
Batu terlapukan lemah; isian lapis dasar jalan terkontrol; kerikil dan
beton daur ulang 36-43
Batu Kapur 35
Granit terlapukan 33
basalt segar 37
Batu pasir lemah 42
Batu lanau lemah 35
Batu lempung lemah 28
Nilai puncak sudut geser efektif 𝜙’peak dan nilai kondisi kritis sudut geser 𝜙’cv dapat diperoleh melalui persamaan berikut. Untuk nilai kA, kB dan kC mengacu kepada Tabel 3.11.
𝜙′𝑝𝑒𝑎𝑘= 30 + 𝑘𝐴+ 𝑘𝐵+ 𝑘𝐶 ; 𝜙′𝑐𝑣 = 30 + 𝑘𝐴+ 𝑘𝐵
Tabel 3.11 Nilai kA, kB, kC (AS 4678, 2002)
Jenis Tanah k - value
kA Butiran bulat 0
Butiran sub-bersudut 2
Butiran bersudut 4
kB Bergradasi seragam (Cu < 2) 0 Bergradasi menengah (2 < Cu < 6) 2 Bergradasi baik (Cu > 6) 4
kC N60 <10 0
N60 = 20 2
N60 = 40 6
N60 = 60 9
3.3.4. Parameter Tekanan Pori Skempton
Skempton (1954) mengusulkan sebuah metode singkat untuk mengestimasikan perubahan tekanan pori air pada kondisi tanah jenuh atau jenuh sebagian. Nilai A-parameter dapat bervariasi selama proses geser dan didefinisikan sebagai Af
pada kondisi runtuh. Tabel 3.12 menyajikan nilai Af untuk berbagai kondisi tanah.
Tabel 3.12 Nilai tipikal Skempton A-parameter saat runtuh (Winterkom dan Fang (1975 dan Leonards (1962)
Jenis Tanah Af
Lempung Sensitif 1.2-3
Lempung Normally consolidated 0.7-1.3
Lempung Overconsolidated 0.3-0.7
Lempung Heavily overcosolidated -0.5-0
Pasir halus sangat lepas 2-3
Pasir halus sedang 0
Pasir halus rapat -0.3
Loess -0.2
Lanau jenuh, kerapatan sedang 0.5
3.3.5. Sensitivitas Tanah Lempung
Tingkat sensitivitas tanah lempung bervariasi menurut kondisi geografisnya.
Tabel 3.13 mengklasifikasikan tingkat sensitivitas tanah pada area US, Kanada dan Swedia.
Tabel 3.13 Klasifikasi Sensitivitas (Ameratunga, 2016)
Deskripsi St
U.S Canada Sweden
Low Sensitive 2-4 1-2 <10
Medium Sensitive 4-8 2-4 10-30
Highly Sensitive 8-16 4-8 30-50
Extra Sensitive 16 8-16 50-100
Quick - >16 >100
40
3.4. Kekuatan Geser Undrained Tanah Lempung (cu )
Gambar 3.9 berikut merupakan grafik hubungan kuat geser undrained (cu) dengan Indeks Likuiditas yang diusulkan Skempton dan Northey (1952).
Gambar 3.9 Hubungan kekuatan geser Undisturbed undrained shear strength dengan Indeks Likuiditas (Skempton dan Northey, 1952)
Gambar 3.10 berikut merupakan grafik hubungan kuat geser geser undrained (cu), Indeks likuiditas dan sensitivitas yang diusulkan Skempton dan Northey (1952)
Gambar 3.10 Hubungan kekuatan geser tanah undrained – Indeks Likuiditas, dan sensitifitas (Skempton dan Northey, 1952)
3.5. Kekakuan Tanah dan Modulus Young
Modulus Young (E) merupakan parameter paling umum sebagai ukuran kekakuan. Hal ini diperlukan dalam menentukan deformasi termasuk penurunan tanah. Modulus kekakuan tak terdrainase pada tanah lempung umumnya di estimasi dengan pendekatan nilai rasio modulus Eu/cu. Duncan dan Buchignani (1976) dan U.S Army (1994) mengusulkan hubungan antara Eu/cu dengan overconsolidation ratio (OCR) pada Gambar 3.11 Berikut.
Gambar 3.11 Hubungan antara Eu/cu
-
PI-OCR untuk lempung (Duncan dan Buchignani (1976) dan U.S Army (1994))U.S Army (1994) merekomendasikan nilai Eu untuk berbagai jenis tanah lempung disajikan pada Tabel 3.14. Tabel 3.15 merupakan kumpulan nilai Poisson’s ratio untuk berbagai jenis material.
Tabel 3.14 Nilai tipikal Eu untuk tanah lempung (U.S Army (1994) dan Bowles (1986))
Clay Eu (MPa)
Lempung sangat lunak 0.5-5
Lempung lunak 5-20
Lempung sedang 20-50
Lempung kaku; lempung berlanau 50-100
Lempung berpasir 25-200
Lempung serpihan 100-200
42
Tabel 3.15 Nilai Tipikal Poisson’s ratio (Bowles (1986), Kulhawy dan Mayne (1990), and Lambe dan Whitman (1979))
Material Poisson’s ratio
Lempung jenuh (undrained) 0.5
Lempung jenuh (drained) 0.2-0.4
Pasir rapat 0.3-0.4
Pasir lepas 0.1-0.3
Loess 0.1-0.3
Es 0.36
Alumunium 0.35
Baja 0.29
Beton 0.15
3.6. Koefisien Tekanan Tanah Lateral Diam (Ko)
Untuk kondisi tanah terkonsolidasi normal, Jaky (1948) mengusulkan persamaan berikut.
(𝐾0)𝑁𝐶= 1 − 𝑠𝑖𝑛𝜙′
Untuk kondisi tanah overkonsolidasi, Mayne dan Kulhawy (1982) menggunakan persamaan sebagai berikut.
(𝐾0)𝑂𝐶= (𝐾0)𝑁𝐶𝑂𝐶𝑅𝑚
Dimana m umumnya diambil sebesar 0.5. Ladd et al. (1977) menyarankan untuk lempung berplastisitas rendah, m = 0.42 dan untuk tanah lempung berplastisitas tinggi, m = 0.32.
Nilai K0 dapat dihitung dengan menggunakan data Indeks Plastisitas.
Alpan (1967) mengusulkan persamaan berikut untuk lempung terkonsolidasi normal.
𝐾0= 0.19 + 0.233𝑙𝑜𝑔𝑃𝐼
Massarach (1979) mengusulkan persamaan berikut untuk lempung terkonsolidasi normal.
𝐾0= 0.44 + 0.0042𝑃𝐼
Tabel 3.16 berikut menyajikan kumpulan nilai K0 berdasarkan jenis tanah dari berbagai sumber literatur.
Tabel 3.16 Nilai tipikal K0 (Craig, 2004)
Deskripsi Tanah K0
Pasir rapat 0.35
Pasir lepas 0.60
Lempung Normally consolidated (Norways) 0.5-0.6
Lempung dengan OCR = 3.5 (London) 1.0
Lempung dengan OCR = 20 (London) 2.8
Acuan
Ameratunga, J., Sivakugan, N., and Das, Braja M. (2016). “Correlation of Soil and Rock Properties in Geotechnical Engineering”, Springer India. New Delhi.
AS 4678-2002, Earth retaining structures, Australian Standard.
Alpan I (1967) The empirical evaluation of the coefficient K0 and K0R. Soils Found 7(1):31–40 Ameratunga, J., Sivakugan, N., and Das, Braja M. (2016). Correlation of Soil and Rock Properties in
Geotechnical Engineering, Springer India. New Delhi.
Bowles JE (1988) Foundation analysis and design, 4th edn. McGraw-Hill, New York.
Chapuis RP (2004) Predicting the saturated hydraulic conductivity of sand and gravel using effective diameter and void ratio. Can Geotech J 41(5):787–795.
Craig RF (2004) Craig’s soil mechanics, 7th edn. Spon Press/Taylor and Francis Group, London.
Djoenaidi WJ (1985) A compendium of soil properties and correlations, MEngSc thesis, University of Sydney, Australia.
Duncan JM, Buchignani AL (1976) An engineering manual for settlement studies, Geotechnical Engineering Report, Department of Civil Engineering, University of California, Berkeley, USA, 94 p.
U.S.Army (1994) Settlement analysis, Technical Engineering and Design Guides, ASCE.
Hardiyatmo, Hary C. (2017). Mekanika Tanah I & II edisi ketujuh. UGM Press. Yogyakarta.
Holtz RD, Kovacs WD (1981) An introduction to geotechnical engineering. Prentice-Hall, Engle-wood Cliffs.
Mesri G (1973) Coefficient of secondary compression. J Soil Mech Found Div ASCE 99(SM1):123–137.
Jaky J (1948) Pressures in silos. In: Proceedings of 2nd ICSMFE, Rotterdam, Holland, 1, pp 103–107.
Kulhawy FH, Mayne PW (1990) Manual on estimating soil properties for foundation design, Report EL-6800, Electric Power Research Institute, Palo Alto, California, USA.
Lambe TW, Whitman RV (1979) Soil mechanics SI version. Wiley, New York, 553 p.
Mayne PW, Kulhawy FH (1982) K0-OCR relationships in soils. J Geotech Eng Div ASCE 108 (GT6):851–
872.
Mesri G, Godlewski PM (1977) Time and stress compressibility interrelationship. J Geotech Eng Div ASCE 103(GT5):417–430.
Mesri G, Lo DOK Feng TW (1994) Settlement of embankments on soft clays. In: Proceedings of settlement ’94, ASCE specialty conference, Geotechnical Special Publication No. 40, 1, pp 8–56.
Mitchell JK (1976) Fundamentals of soil behavior. Wiley, New York.
Schmertmann JH (1978) Guidelines for cone penetration test performance and design, Report FHWA- TS-78-209. U.S. Dept of Transportation, Washington, 145 pp.
Skempton AW (1954) The pore pressure coefficients A and B. Geotechnique 4:143–147.
Skempton AW, Northey RD (1952) The sensitivity of clays. Geotechnique 3:30–53.
Sridharan A, Nagaraj HB (2000) Compressibility behavior of remoulded fine grained soils and correlations with index properties. Can Geotech J 37(3):712–722.
Terzaghi K, Peck R (1967) Soil mechanics in engineering practice, 2nd edn. Wiley, New York.
U.S. Navy (1971) Soil mechanics, foundations and earth structures, NAVFAC Design manual DM-7, Washington, DC.
Ladd CC, Foott R, Ishihara K, Schlosser F, Poulos HG (1977) Stress-deformation and strength characteristics. In: Proceedings of 9th ICSMFE, Tokyo, 2, pp 421–494.
U.S. Navy (1982) Soil mechanics – design manual 7.1, Department of the Navy, Naval Facilities Engineering Command, U.S. Government Printing Office, Washington, DC.
Winterkorn HF, Fang H-Y (1975) Foundation engineering handbook. Van Nostrand Reinhold Company, New York.
44
BAB 4
UJI PENETRASI STANDAR (SPT)
4.1. Pendahuluan
Uji penetrasi standar (SPT) merupakan salah satu pengujian tanah lapangan yang dilakukan untuk memperoleh parameter fisik maupun kekuatan tanah. Pada uji SPT akan diperoleh sampel tanah perlapisan tanah dan juga nilai N. Nilai N merupakan jumlah pukulan yang dibutuhkan untuk penetrasi tabung belah standar sedalam 30,48 cm (Hardiyatmo, 2017). Pada perancangan pondasi, nilai N dapat dipakai sebagai indikasi kemungkinan model keruntuhan pondasi yang akan terjadi (Terzaghi dan Peck, 1948). Prosedur pelaksanaan uji penetrasi standar mengacu kepada SNI 4153:2008 dan ASTM D1586, ilustrasi pengujian SPT disajikan pada Gambar 4.1 berikut.
Gambar 4.1 Skema urutan pengujian uji penetrasi standar (SNI 4153, 2008)
4.1.1. Koreksi Hasil Uji SPT
Menurut ASTM D-4633 setiap alat uji SPT yang digunakan harus dikalibrasi tingkat efisiensi tenaganya dengan menggunakan alat ukur strain gauges dan aselerometer, untuk memperoleh standar efisiensi tenaga yang lebih teliti. Di dalam praktek, efisiensi tenaga sistem balok derek dengan palu donat (donut hammer) dan palu pengaman (safety hammer) berkisar antara 35%
sampai 85%, sementara efisiensi tenaga palu otomatik (automatic hammer) berkisar antara 80% sampai 100%. Jika efisiensi yang diukur (Ef) diperoleh dari kalibrasi alat, nilai N terukur harus dikoreksi terhadap efisiensi sebesar 60%, dan dinyatakan dalam rumus,
N60 = (Ef/60) NM
Dengan :
N60 = Efisiensi 60%;
Ef = efisiensi yang terukur (1
⁄2mv2)/(mgh);
NM = Nlai N terukur yang harus dikoreksi.
Dalam beberapa hubungan korelatif, nilai tenaga terkoreksi N60 yang dinormalisasi terhadap pengaruh tegangan efektif vertikal (overburden), dinyatakan dengan (N1)60, seperti dijelaskan dalam persamaan berikut dan Tabel 4.1. Nilai ((N1)60 menggambarkan evaluasi pasir murni untuk interpretasi kepadatan relatif, sudut geser, dan potensi likuifaksi.
(N1)60 = NM x CN x CE x CB x CR x CS CN = 2.2
(1.2+(𝜎′𝑣𝑜⁄𝑃𝑎))
Dengan,
(N1)60 = Nilai SPT yang dikoreksi terhadap pengaruh efisiensi tenaga 60%
CN = Faktor koreksi terhadap tegangan vertical efektif (nilainya ≤ 1.70) Tabel 4.1 Koreksi-koreksi yang digunakan dalam uji SPT (SNI 4153 : 2008)
Faktor Jenis Alat Parameter Koreksi
Tegangan vertikal
efektif - CN 2.2/(1.2+(𝜎′𝑣𝑜
⁄𝑃𝑎)) Tegangan vertikal
efektif - CN CN ≤ 1.7
Rasio Tenaga Palu donat (Donut hammer) CE 0.5 s.d 1.0 Rasio Tenaga Palu pengaman (Safety hammer) CE 0.7 s.d 1.2 Rasio Tenaga Palu otomatik (Autimatic-trip
Donut-type hammer) CE 0.8 s.d 1.3
Diameter Bor 65 s.d 115 mm CB 1.0
Diameter Bor 150 mm CB 1.05
Diameter Bor 200 mm CB 1.15
Panjang Batang <3 m CR 0.75
Panjang Batang 3 s.d 4 m CR 0.8
Panjang Batang 4 s.d 6 m CR 0.85
Panjang Batang 6 s.d 10 m CR 0.95
Panjang Batang 10 s.d 30 m CR 1.0
Pengambilan Contoh Tabung standar CS 1.0
Pengambilan Contoh Tabung dengan pelapis (liner) CS 1.1 s.d 1.3 [Youd, T.L. & Idriss, I.M. (2001)]