TUGAS AKHIR
PERILAKU KUAT GESER LANGSUNG TANAH EKSPANSIF AKIBAT PENAMBAHAN WATERGLASS DAN GARAM DENGAN STABILISASI
SEMEN SEBAGAI PEMBANDING
Oleh
ELVIAN TARRUA 45 12 041 017
UNIVERSITAS BOSOWA MAKASSAR FAKULTAS TEKNIK
JURUSAN SIPIL MAKASSAR
2018
ii
iii
iv
v
KATA PENGANTAR
Dengan penuh kerendahan hati penulis panjatkan puji dan syukur kehadirat Tuhan yang Maha Kuasa oleh karena anugerah, kemurahan dan kasih setia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini yang merupakan salah satu persyaratan akademik guna menyelesaikan studi pada jurusan Sipil Fakultas Teknik Universitas Bosowa Makassar.
Dalam tulisan ini penulis menyajikan pokok bahasan menyangkut masalah dibidang tanah sebagai tanah dasar, dengan judul :
“PERILAKU KUAT KUAT GESER LANGSUNG PADA TANAH EKSPANSIF YANG TELAH DISTABILISASI SEMEN PPC VARIASI
WATER GLASS DAN GARAM SEBAGAI PENGGANTI SEMEN ” Penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang tak terhingga kepada semua pihak yang membantu kelancaran penulisan skripsi ini, baik berupa dorongan moril maupun materil. Karena penulis yakin tanpa bantuan dan dukungan tersebut, sulit rasanya penulis untuk menyelesaikan penulisan skripsi ini.
1. Orang tuaku tercinta serta saudara-saudariku yang telah memberi dukungan moral dan materil serta doa-doanya yang tiada henti untuk kesuksesan dan kebahagiaan penilus.
2. Ibu Dr. Hamsina, S.T.,M.si. Selaku Fakultas Teknik Universitas Bosowa Makassar
vi
3. Ibu Savitri Prasandi Muyani, S.T., M.T. Selaku Ketua Jurusan Sipil Fakultas Teknik Universitas Bosowa Makassar
4. Bapak Ir. H. Syahrul Sariman, M.T. selaku Dosen Pembimbing I, yang senantiasa meluangkan waktunya untuk membimbing dan membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, sekaligus sebagai Kepala Laboratorium Mekanika Tanah.
5. Fauzy Lebang, S.T., M.T. Selaku Dosen Pembimbing II, yang senantiasa meluangkan waktunya untuk membimbing dan membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini
6. Seluruh staf Dosen jurusan Sipil Universitas Bosowa Makassar.
7. Bapak Hasrullah, S.T. Selaku Asisten Laboratorium yang selalu meluangkan waktunya untuk membimbing dan memberikan masukan sehubungan dengan penelitian ini.
8. Rekan-rekan Mahasiswa jurusan Sipil Fakultas Teknik Universitas Bosowa Makassar, Khususnya angkatan 2012 yang telah menjadi keluarga baru bagi penulis “saudara tak sedarah” senantiasa membagi kebahagian hingga penulisan skripsi ini.
9. Semua rekan - rekan seperjuangan di Laboratorium Teknik Sipil Universitas Bosowa Makassar yang telah banyak membantu, memberikan semangat dan dukungan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, semoga Tuhan senantiasa menyertai mereka.
Menyadari akan keterbatasan penulis sebagai manusia yang tidak luput dari kesalahan, maka penulis meminta maaf apabila terdapat kesalahan pada penyusunan laporan Tugas Akhir ini. Penulis menyadari
vii
bahwa penulisan Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu penulis dengan senang hati menerima kritik dan saran guna perbaikan penulisan Tugas Akhir ini.
Akhir kata, penulis menghaturkan doa kepada Tuhan Yang Maha Kuasa semoga kita semua selalu dituntun dan dilindungi-Nya, kiranya damai, kasih dan berkat-Nya selalu mengalir dan kita rasakan dalam kehidupan kita sehari – hari, Amin.
Salam Sejahtera Bagi Kita Semua
Makassar, November 2017 Penulis
ELVIAN TARRUA
viii ABSTRAK
Tanah merupakan material dasar yang sangat penting dalam bidang kontsruksi, sebab pada tanah inilah suatu kontsruksi bertumpu. Namun, tidak semua tanah baik digunakan dalam bidang konstruksi, karena ada beberapa jenis tanah dasar yang bermasalah baik dari segi daya dukung tanahnya maupun dari segi penurunan (deformasi) tanahnya. Salah satu jenis tanah yang bermasalah ialah tanah lempung ekspansif. Tanah lempung ekspansif adalah tanah yang memiliki sifat kembang susut yang besar dan prilakunya sangat dipengaruhi oleh air.
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui seberapa besar pengaruh penambahan waterglass dan garam dapur sebagai bahan stabilisasi pada pengujian kuat geser langsung. Waterglass hubungannya dengan stabilisasi adalah dapat meningkatkan kekuatan dan mengurangi permeabilitas tanah. Sedangkan garam mempunyai sifat karakteristik hidroskopis yang berarti mudah menyerap air.
Pengujian dilakukan yaitu pengujian kuat geser langsung dengan cara mencampurkan tanah asli dengan waterglass (WG) dan garam dapur (GR) dengan komposisi variasi yaitu GR 12%, WG 3% + GR 9%, WG 6% + GR 6%, WG 9% + GR 3% dan WG 12%. Hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai kohesi (c) dan sudut geser dalam () maksimum pada variasi waterglass (WG) 12%
sebesar (c) 0,1627 kg/cm2 dan () 30,90. Penembahan kadar garam (GR) 12%
justru menurunkan nilai kohesi (c) 0,1627 kg/cm2 dan sudut geser dalam () 11,93, bahkan lebih rendah dari tanah asli yaitu (c) 0,3396 kg/cm2 dan () yaitu, 21,17.
Kata kunci :Tanah lempung ekspansif, waterglass, garam dapur, kuat geser langsung.
ix DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
LEMBAR PENGAJUAN ... ii
LEMBAR PENGESAHAN ... iii
SURAT PERNYATAAN KEASLIAN ... iv
KATA PENGANTAR ... v
ABSTRAK ... viii
DAFTAR ISI ... ix
DAFTAR TABEL ... xiii
DAFTAR GAMBAR ... xv
DAFTAR NOTASI ... xvii
DAFTAR LAMPIRAN ... xviii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ... I-1 1.2 Rumusan Masalah ... I-3 1.3 Tujuan dan Manfaat Penelitian... I-3 1.4 Pokok Bahasan dan Batasan Masalah ... I-3 1.5 Sistematika Penulisan ... I-4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Umum………. ... II-1 2.2 Sistem Klasifikasi Tanah ... II-3 2.2.1. Sistem Klasifikasi AASHTO ... II-4
x
2.2.2. Sistem Klasifikasi USCS... II-7 2.3 Tanah Lempung Ekspansif ... II-9 2.3.1 Definisi Tanah Lempung Ekspansif ... II-9 2.3.2 Minerologi Tanah Lempung Ekspansif ... II-11 2.3.3 Sifat Umum Mineral Lempung Ekspansif ... II-15 2.3.4 Pengaruh Kadar Air terhadap Perilaku Lempung ... II-18 2.3.5 Identifikasi Tanah Lempung Ekaspansif ... II-11 2.4 Penelitian Sifat Fisik Tanah ... II-24 2.4.1. Kadar Air ... II-24 2.4.2. Berat Jenis ... II-25 2.4.3. Batas-batas Atterberg ... II-26 2.4.3.1. Batas Cair ... II-27 2.4.3.2. Batas Plastis ... II-28 2.4.3.3. Batas Susut ... II-29 2.4.4. Analisis Pembagian Butir... II-27 2.4.4.1. Analisis Ayakan ... II-30 2.4.4.2. Analisis Hidrometer ... II-30 2.5 Penelitian Sifat Mekanik Tanah ... II-31 2.5.1. Pemadatan Tanah ... II-31 2.5.2. Kuat Geser Tanah ... II-35 2.6 Stabilisasi Tanah ... II-39 2.7 Waterglass ... II-41 2.8 Garam Dapur ... II-42 2.9 Penelitian Terdahulu ... II-43
xi BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Bagan Alur Penelitian ... III-1 3.2 Jenis Pengujian ... III-2 3.3 Variabel Penelitian ... III-2 3.4 Jumlah dan Notasi Sampel ... III-3 3.5 Metode Analisis ... III-4 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Hasil Pemeriksaan Karateristik Tanah Asli ... IV-1 4.2. Pembahasan Hasil Pemeriksaan Karateristik Tanah Asli ... IV-1 4.2.1. Kadar Air ... IV-1 4.2.2. Berat Jenis ... IV-1 4.2.3. Pengujian Batas-Batas Konsistensi ... IV-2 4.2.3.1. Batas Cair ... IV-2 4.2.3.2. Batas Plastis ... IV-2 4.2.3.3. Indeks Plastisitas ... IV-2 4.2.3.4. Batas Susut ... IV-2 4.2.4. Analisis Butiran Tanah Lempung ... IV-2 4.2.5. Pengujian Kompaksi ... IV-3 4.3. Klasifikasi Tanah... IV-3 4.3.1. AASHTO ... IV-3 4.3.2. USCS ... IV-3 4.4. Aktivitas Tanah Berbutir Halus ... IV-4 4.5. Hasil Pengujian Kuat Geser Langsung dengan Variasi
Waterglass dan Garam ... IV-5
xii BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan ... V-1 5.2. Saran………. ... V-2 DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xiii
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 2.1. Klasifikasi AASHTO M145-82 ... II-6 Tabel 2.2. Klasifikasi Tanah USCS ... II-8 Tabel 2.3. Hubungan PI dengan Sifat, Macam Tanah dan Kohesi .... II-19 Tabel 2.4. Rentang Ukuran Beberapa Mineral Lempung ... II-20 Tabel 2.5. Korelasi Indeks Uji dengan Tingkat Pengembangan ... II-21 Tabel 2.6. Hubungan Aktifitas dan Kandungan Mineral ... II-22 Tabel 2.7. Kriteria Tanah Ekspansif Berdasarkan Linear dan
Shrinkage Limit ... II-23 Tabel 2.8. Kriteria Pengembangan Berdasarkan PI ... II-23 Tabel 2.9. Potensi Tanah Ekspansif Berdasarkan %Lewat
Saringan no.200 dan Batas Cair ... II-24 Tabel 2.10. Macam-macam Tanah Berdasarkan Berat Jenisnya ... II-26 Tabel 2.11. Nilai Batas Cair Tanah ... II-28 Tabel 2.12. Skema Jenis Tanah dan Batas-Batas Ukuran Butirnya .. II-32 Tabel 2.13. Harga Umum dari Sudut Geser Internal untuk
Beberapa Jenis Tanah ... II-39 Tabel 2.14. Karateristik Waterglass dengan Analisis Kimia... II-42 Tabel 3.1. Jumlah dan Notasi Sampel dalam Setiap Pengujian ... III-3 Tabel 3.2. Kebutuhan Material dalam Setiap Pengujian ... III-4
xiv
Tabel 4.1. Rekapitulasi Hasil pemeriksaan kaateristik tanah asli ... IV-1 Tabel 4.2. Hasil Pengujian Kuat Geser Langsung Variasi
Waterglass dan Garam ... IV-5
xv
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2.1. Molekul Air Dipolar dalam Lapisan Ganda ... II-16 Gambar 2.2. Mekanisme Kembang Susut pada Partikel Lempung. .. II-18 Gambar 2.3. Mekanisme Kembang Susut pada Partikel Lempung
yang Stabil ... II-18 Gambar 2.4. Grafik Hubungan antara Plastiscity Index dan
Prosentase Fraksi Lempung ... II-21 Gambar 2.5. Grafik Hubungan antara Persentasi Butiran Lempung
dan Aktivitas ... II-22 Gambar 2.6. Batas Atterber limit ... II-27 Gambar 2.7. Kurva Hubungan Kadar Air dan Berat Kering ... II-34 Gambar 2.8. Hubungan antara Kohesi dan Sudut Geser Dalam ... II-37 Gambar 2.9. Susunan Contoh dan Kotak Geser ... II-38 Gambar 3.1. Bagan Alur Penelitian ... III-1 Gambar 4.1. Grafik Gabungan antara Tegangan Normal terhadap
Tegangan Geser Variasi Waterglass dan Garam ... IV-4 Gambar 4.2. Grafik Nilai Kohesi dengan Penambahan masing-
masing12% Waterglass,Garam dan Semen PPC ... IV-5 Gambar 4.3. Grafik Hubungan antara Kohesi terhadap Variasi
Waterglass dan Garam ... IV-6
xvi
Gambar 4.4. Grafik Nilai Sudut Geser Dalam dengan Penambahan masing-masing12% Waterglass,Garam dan Semen
PPC ... IV-7 Gambar 4.5. Grafik Hubungan antara Sudut Geser Dalam terhadap
Variasi Waterglass dan Garam ... IV-8 Gambar 4.6. Grafik Nilai Kuat Geser dengan Penambahan masing-
masing12% Waterglass,Garam dan Semen PPC ... IV-9 Gambar 4.7. Grafik Hubungan antara Kuat Geser terhadap Variasi
Waterglass dan Garam ... IV-10 Gambar 4.8. Grafik Hubungan antara Kuat Geser terhadap Variasi
Waterglass ... IV-11
xvii
DAFTAR NOTASI
A Luas penampang
Tingkat keaktifan
C Persentase fraksi lempung
kohesi
d Diameter
Gs Berat Jenis
Faktor koreksi
PI Indeks plastisitas
LL Batas Cair
PL Batas Plastis
SL Batas susut
V Volume
w Kadar air
w Berat volume basah
d Berat volume kering
s Berat isi butir
Tegangan normal
Tegangan geser
Kekuatan geser
P Gaya geser
Sudut geser dalam
xviii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Pemeriksaan Karateristik Tanah Asli 1. Pemeriksaan Kadar Air
2. Pemeriksaan Berat Jenis
3. Pemeriksaan Atterberg (LL & PL) 4. Pemeriksaan Batas Susut
5. Pemeriksaan Analisa Saringan 6. Pemeriksaan Hidrometer 7. Pemeriksaan Kompaksi
Lampiran 2 Pemeriksaan Karateristik Tanah yang Distabilisasi (Kuat Geser Langsung)
Lampiran 3 Dokumentasi Pengujian
BAB I
PENDAHULUAN
PERILAKU KUAT GESER LANGSUNG TANAH EKSPANSIF AKIBAT PENAMBAHAN WATERGLASS DAN GARAM DENGAN STABILISASI
SEMEN SEBAGAI PEMBANDING
I-1 BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Dalam pembangunan konstruksi sipil, pekerjaan teknik sipil tidak akan lepas kaitannya dengan tanah, dimana tanah merupakan material yang sangat berpengaruh pada berbagai macam pekerjaan konstruksi ataupun sebagai tempat diletakkannya struktur. Dalam hal ini, tanah berfungsi sebagai penahan beban akibat konstruksi di atas tanah yang harus bisa memikul seluruh beban bangunan dan beban lainnya yang turut diperhitungkan, kemudian dapat meneruskannya ke dalam tanah sampai kelapisan atau kedalaman tertentu. Sehingga kuat atau tidaknya bangunan/konstruksi itu juga dipengaruhi oleh kondisi tanah yang ada.
Salah satu jenis tanah yang biasa ditemukan pada pekerjaan konstruksi adalah tanah ekspansif. Tanah ekspansif merupakan material tanah yang mengalami perubahan volume akibat perubahan kadar air.
Jika musim hujan, kadar air bertambah, maka terjadi pengembangan pada tanah dasar sehingga menyebabkan permukaan jalan menjadi cembung yang disertai retak-retak pada puncak cembungan. Sebaliknya pada musim kemarau bila kadar air berkurang, maka terjadi retak tarik akibat penyusutan tanah dasar dan dapat menjalar ke atas membentuk retak refleksi. Oleh karena itu salah satu cara untuk mengatasi perilaku tanah ekspansif yang kurang menguntungkan tersebut perlu dilakukan perbaikan tanah. Stabilisasi tanah adalah alternatif yang dapat diambil untuk
I-2
memperbaiki sifat - sifat tanah yang ada. Pada prinsipnya stabilisasi tanah merupakan suatu penyusunan kembali butir - butir tanah agar lebih rapat dan saling mengunci. Dengan kemajuan teknologi saat ini sudah banyak dilakukan stabilisasi tanah dengan berbagai cara. Stabilisasi tanah umumnya berkaitan dengan tanah yang mempunyai daya dukung yang rendah yang dicampur dengan bahan tambahan untuk meningkatkan daya dukung tanah, sehingga menjadi stabil dan aman untuk didirikan suatu konstruksi di atasnya. Banyak penelitian tentang perbaikan tanah yang pernah dilakukan sebelumnya seperti penggunaan fly ash, kapur, abu sekam padi dan lain-lain sebagai bahan stabilisasi.
Dari penelitian-penelitian yang telah dilakukan, maka saya akan mencoba melakukan penelitian pada material stabilisasi yang lain seperti waterglass dan garam dapur. Hal ini dimungkinkan karena Waterglass hubungannya dengan stabilisasi adalah dapat meningkatkan kekuatan dan mengurangi permeabilitas tanah. Karena dengan wujudnya yang berupa cairan maka pori tanah dapat terisi dengan mengikatnya menjadi lebih kuat. Sedangkan garam mempunyai sifat karakteristik hidroskopis yang berarti mudah menyerap air.
Berpatokan pada latarbelakang tersebut, maka di pandang perlu untuk melakukan penelitian di laboratorium dan menuliskannya dalam bentuk tugas akhir yang berjudul :“ PERILAKU KUAT GESER LANGSUNG TANAH EKSPANSIF AKIBAT PENAMBAHAN WATERGLASS DAN GARAM DENGAN STABILISASI SEMEN SEBAGAI PEMBANDING”
I-3 1.2. Rumusan Masalah
Rumusan masalah dalam penelitian ini yaitu bagaimana pengaruh penambahan waterglass dan garam terhadap kuat geser langsung tanah ekspansif.
1.3. Tujuan dan Manfaat Penelitian 1.3.1. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini yaitu untuk mengetahui nilai kohesi (c) dan sudut geser dalam (φ) yang didapatkan dari pengujian kuat geser langsung variasi waterglass dan garam dengan persentase campuran yaitu : garam 12%, waterglass 3% + garam 9%, waterglass 6% + garam 6%, waterglass 9% + garam 3%, waterglass 12%.
1.3.2. Manfaat Penelitian
1. Dapat memberikan pengetahuan pengaruh nilai kuat geser langsung tanah ekspansif yang telah distabilisasi waterglass dan garam.
2. Dapat memberikan alternatif lain dalam penggunaan bahan tambah untuk stabilisasi tanah ekspansif dengan menggunakan waterglass dan garam.
1.4. Pokok Bahasan dan Batasan Masalah 1.4.1. Pokok Bahasan
1. Melakukan penelitian di laboratorium untuk mengetahui pengaruh penambahan waterglass dan garam terhadap kuat geser langsung tanah ekspansif.
I-4
2. Melakukan pengujian sifat-sifat fisik (kadar air, berat jenis, analisa saringan, batas batas atterberg dan analisis hidrometer)
3. Melakukan pengujian sifat-sifat mekanik (kompaksi dan kuat geser langsung)
4. Melakukan pengujian kuat geser langsung tanah ekspansif dengan penambahan waterglass dan garam.
1.4.2. Batasan Masalah
1. Sampel tanah yang diuji menggunakan tanah ekspansif yang diperoleh dari Kabupaten Jeneponto KM.60, Desa Banrimanurung Kecamatan Bangkala Barat.
2. Penelitian ini adalah penelitian perbaikan tanah yang hanya dibatasi pada stabilsasi tanah ekspansif dengan cara pencampuran dengan waterglass dan garam.
3. Penelitian hanya terbatas pada sifat fisik dan mekanik tanah ekspansif tidak menganalisa reaksi kimia yang terjadi didalam eksperimen.
4. Waterglass (Na2SiO3) yang digunakan dalam bentuk cairan kental.
5. Garam yang digunakan adalah garam dapur (NaCl).
6. Pengujian variasi waterglass dan garam hanya dilakukan pada pengujian kuat geser langsung.
1.5. Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan dalam tugas akhir ini terdiri dari lima bab yang berurutan sebagai berikut :
I-5
BAB I : PENDAHULUAN, bab ini merupakan pendahuluan yang menguraikan latar belakang, maksud dan tujuan penelitian, ruang lingkup dan batasan masalah, gambaran umum penulis serta sistematika penulisan.
BAB II : KAJIAN PUSTAKA, bab ini membahas tentang teori – teori yang menyangkut penelitian.
BAB III : METODOLOGI PENELITIAN, bab ini merupakan metodologi pelaksanaan penelitian yang menguraikan tentang bagan alir penelitian, jenis pengujian, pelaksanaan penelitian dan metode analisis data.
BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN, bab ini merupakan hasil dan pembahasan pengujian karateristik tanah asli dan pengujian kuat geser langsung varasi waterglass dan garam dapur.
BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN, bab ini merupakan penutup untuk memberikan kesimpulan dan saran-saran yang diharapkan sesuai dengan tujuan dan manfaat penulisan.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
PERILAKU KUAT GESER LANGSUNG TANAH EKSPANSIF AKIBAT PENAMBAHAN WATERGLASS DAN GARAM DENGAN STABILISASI
SEMEN SEBAGAI PEMBANDING
II-1 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Umum
Tanah merupakan lapisan kerak bumi yang berada di lapisan paling atas, yang juga merupakan tabung reaksi alami yang menyangga seluruh kehidupan yang ada di bumi. Tanah mempunyai ciri khas dan sifat-sifat yang berbedabeda antara tanah di suatu tempat dengan tempat yang lain.
Sifat-sifat tanah itu meliputi fisika dan sifat kimia. Beberapa sifat fisika tanah antara lain tekstur, struktur dan kadar lengas tanah. Untuk sifat kimia manunjukkan sifat yang dipengaruhi oleh adanya unsur maupun senyawa yang terdapat di dalam tanah tersebut.
Tanah adalah kumpulan dari bagian-bagian yang padat yang tidak terikat satu dengan yang lain yang diantara terdiri dari material organik, rongga-rongga diantara material tersebut berisi udara dan air. (Verhoef, 1994).
Tanah didefinisikan sebagai suatu lapisan kerak bumi yang tidak menjadi satu dengan ketebalan beragam yang berbeda dengan bahan- bahan dibawahnya, juga tidak beku dalam hal warna, bangunan fisik, struktur susunan kimiawi,sifat biologi, proses kimiawi ataupun reaksi- reaksi (Sutedjo, 1988).
Pengertian tanah menurut Bowles (1989), tanah merupakan campuran partikel-partikel yang terdiri dari salah satu atau seluruh jenis unsur-unsur sebagai berikut :
II-2
a. Berangkal (Boulder) adalah potongan batuan batu besar, biasanya lebih besar dari 200 mm - 300 mm dan untuk kisaran ukuran- ukuran 150 mm 250 mm, batuan ini disebut kerakal (cobbles/pebbles).
b. Pasir (sand) adalah partikel batuan yang berukuran 0,074 mm sampai 5 mm, berkisar dari kasar (3 mm sampai 5 mm) sampai halus (< l mm)
c. Lanau (silt) adalah partikel batuan berukuran 0,002 sampai 0,074 mm
d. Lempung (clay) adalah partikel mineral yang berukuran lebih kecil 0,002 mm. Partikel-partikel ini merupakan sumber utama dari kohesi bagi tanah kohesif.
e. Koloid (coloids) adalah partikel mineral yang diam dan berukuran lebih kecil dari 0,001 mm
Apabila suatu ukuran partikel mendominasi suatu tanah, maka tanah tersebut akan diberi nama sesuai dengan partikel tersebut. Misalnya pasir, kerikil, kerikil kepasiran, lempung dan sebagainya. Suatu pengecualian terdapat pada lempung dan lanau, yang deposit lanau dominan dengan kandungan-kandungan lempung lebih dan 10 sampai 25 akan disebut lempung (Bowles, 1989)
Antara partikel penyusun yang dominan ini terjadi ikatan partikel yang lemah, ini terjadi akibat oksidasi antara partikel yang berisi udara, air, ataupun keduanya dengan bahan organik dan karbonat penyusun.
Partikel berisi udara, air ataupun keduanya kemudian dikenal sebagai
II-3
pori-pori tanah. Dan tanah dikatakan jenuh air apabila ruang pori-pori tanah terisi penuh oleh air.
Lempung ekspansif merupakan salah satu jenis tanah berbutir halus yang ukuran koloid partikel (<0,002 mm) yang terbentuk dari meneral-mineral ekspansif. Lempung ini mempunyai sifat yang khas yakni kandungan mineral ekspansif mempunyai kapasitas pertukaan ion yang tinggi, mengakibatkan lempung ekspansif memiliki potensi kembang susut tinggi apabila terjadi perubahan kadar air. Apabila terjadi peningkatan kadar air, tanah ekspansif akan mengembang, sedangkan apabila kadar air berkurang sampai batas susutnya akan terjadi penyusutan yang cukup tinggi. Sifat kembang susut yang demikian bisa menimbulkan kerusakan pada bangunan di atasnya.
Peranan tanah sangat penting dalam perencanaan atau pelaksanan bangunan, dikarnakan tanah tersebut berfungsi untuk mendukung beban yang diatasnya. Oleh karena itu tanah yang akan dipergunakan sebagai pendukung konstruksi haruslah dipersiapkan terlebih dahulu sebelum dipergunakan sebagai tanah dasar (subgrade).
Stabilisasi tanah ekspansif yang murah dan efektif adalah dengan menambahkan bahan kimia tertentu, dengan penambahan bahan kimia dapat meningkatkan mineral lempung menjadi padat, sehingga mengurangi kembang susut tanah lempung ekspansif (Ingles dan Matcalf, 1972).
2.2. Sistem Klasifikasi Tanah
Sistem klasifikasi tanah adalah suatu sistem pengaturan beberapa
II-4
jenis tanah yang berbeda-beda tetapi mempunyai sifat yang serupa ke dalam kelompok-kelompok berdasarkan pemakaiannya. Sistem klasifikasi memberikan suatu bahasa yang mudah untuk menjelaskan secara singkat sifat-sifat umum tanah yang sangat bervariasi tanpa penjelasan yang terinci (Das, 1995).
Tujuan klasifikasi tanah adalah untuk menentukan kesesuaian terhadap pemakaian tertentu, serta untuk menginformasikan tentang keadaan tanah dari suatu daerah kepada daerah lainnya dalam bentuk berupa data dasar. Klasifikasi tanah juga berguna untuk studi yang lebih terinci mengenai keadaan tanah tersebut serta kebutuhan akan pengujian untuk menentukan sifat teknis tanah seperti karakteristik pemadatan, kekuatan tanah, berat isi, dan sebagainya (Bowles, 1989).
Jenis dan sifat tanah yang sangat bervariasi ditentukan oleh perbandingan banyak fraksi-fraksi (kerikil, pasir, lanau dan lempung), sifat plastisitas butir halus. Klasifikasi bermaksud membagi tanah menjadi beberapa golongan tanah dengan kondisi dan sifat yang serupa diberi simbol nama yang sama.
Sistem klasifikasi tanah yang umum digunakan diantaranya yaitu sebagai berikut :
2.2.1. Sistem Klasifikasi AASHTO (American Association Of State Highway And Transportation Officials)
Tanah merupakan material yang sangat bervariasi sifat-sifat teknisnya, untuk suatu lokasi saja sifat-sifat teknisnya bisa berubah.
Sistem klasifikasi AASHTO (American Association of State Highway and
II-5
Transportation Official) dikembangkan pada tahun 1929 dan mengalami beberapa kali revisi hingga tahun 1945 dan dipergunakan hingga sekarang, yang diajukan oleh Commite on Classification of Material for Subgrade and Granular Type Road of the Highway Research Board (ASTM Standar No. D-3282, AASHTO model M145). Sistem klasifikasi ini bertujuan untuk menentukan kualitas material tanah untuk konstruksi pekerjaan lapis dasar (subbase) dan tanah dasar (subgrade). Pemilihan tanah tersebut, tentunya didasarkan atas hasil uji tanah. Menurut AASHTO tanah diklasifikasikan kedalam tujuh kelompok besar, yaitu A-1 sampai A-7. Tanah dengan klasifikasi A-1, A-2 dan A-3 adalah tanah berbutir yang kurang dari 35% tanah tersebut lolos ayakan no.200. Tanah A-1 granuler yang bergradasi baik, sedangkan A-3 adalah pasir yang bergradasi buruk. Tanah A-2 termasuk tanah granuler, tatapi masih terdiri atas lanau dan lempung. Tanah berbutir halus klasifikasi A-4, A-5, A-6 dan A-7 adalah tanah yang lebih dari 35% dari butirannya lolos ayakan No.
200, tanah lempung-lanau.
Adapun ukuran butir dibagi menjadi kerikil, pasir, lanau dan lempung yaitu :
a. Kerikil yaitu bagian tanah yang lolos ayakan dengan diameter 75 mm dan tertahan pada ayakan diameter 2 mm.
b. Pasir yaitu bagian yang lolos ayakan dengan diameter 2 mm dan tertahan pada ayakan diameter 0,075 mm.
c. Lanau dan lempung yaitu bagian tanah yang lolos ayakan 0,075 mm.
II-6
Tabel 2.1. Klasifikasi AASHTO M145-82 untuk Lapisan Tanah Dasar Jalan Raya
Klasifikasi Umum
material berbutir Tanah lanau-lempung
(<35% lolos saringan no.200) (>35% lolos saringan no.200) klasifikasi
kelompok
A-1
A-3
A-2 A-7
A- 1-a
A-1- b
A-2- 4
A-2- 5
A-2- -6
A-2- 7
A- 4
A- 5
A- 6
A-7-5 A-7-6 Analisis
ayakan (% lolos) No. 10 No. 40 No. 200
50 ma ks 30 ma ks 15 ma ks
--- -- 50 mak
s 25 mak
s
--- - 51 maks
10 maks
--- -- ---
-- 35 mak
s
--- -- ---
-- 35 mak
s
--- -- ---
-- 35 mak
s
--- -- ---
-- 35 mak
s ---- ---- ---- ---- 36 mi n
---- ---- ---- ---- 36 mi n
---- ---- ---- ---- 36 mi n
--- - ---
- 36 min Sifat Fraksi
yang lewat :
# No.40
--- --- -
Batas Cair
(LL) --- --- -
40 mak
s
41 min
40 Mak
s
41 min
40 ma
x 40 mi n
40 Ma x
41 min
Indeks Plastisitas
6 maks
N.P 10 mak
s
10 mak
s
11 min
11 min
10 ma
x 10 ma
x 11 mi n
12 min Indeks
kelompok (GI
0 0 0 maks 4 maks
8 ma ks
12 ma ks
16 ma ks
20 maks Jenis
Umum
Fragmen batuan Kerikil dan
pasir
Pasir halus
Kerikil atau pasir lanauan atau
lempung
Tanah lanau
Tanah Lempung Tingkat
umum sebagai Tanah dasar
Sangat baik sampai baik Cukup baik sampai Buruk
Sumber : Bowles (1989)
Catatan : Kelompok A-7 dibagi atas A-7-5 dan A-7-6 bergantung pada batas plastisnya (PL)
Untuk PL>30 klasifikasinya A-7-5 Untuk PL<30 klasifikasinya A-7-6 np = non plastis
GI = (F-35)((0.2+0.005(LL-40))+0.01(f-15)(PI-10) Dengan : GI = Indeks kelompok
LL = Batas cair
F = Persen material lolos saringan no.200 PI = Indeks plastisitas
II-7
2.2.2. Sistem Klasifikasi USCS (Unified Soil Classification System) Sistem klasifikasi tanah USCS (Unified Soil Classification System) merupakan sistem klasifikasi yang banyak digunakan dalam berbagai pekerjaan geoteknik. Sistem klasifikasi USCS mengklasifikasikan tanah ke dalam dua kategori utama yaitu :
1. Tanah berbutir kasar (coarse grained soil),
Tanah berbutir kasar berupa kerikil dan pasir dimana kurang dari 50% berat total contoh tanah lolos ayakan no.200. Adapun simbol yang digunakan pada tanah berbutir kasar ini antara lain:
G = kerikil (Gravel) atau tanah berkerikil (gravel soil) S = pasir (Sand) atau tanah berpasir (sand soil) 2. Tanah berbutir halus (fine graned soil)
Tanah berbutir halus yaitu tanah dimana lebih dari 50% berat total contoh tanah lolos ayakan no.200. Adapun simbol yang digunakan pada tanah berbutir kasar ini antara lain:
M = lanau (Silt) anorganik, C = lempung (Clay) anorganik
O = lanau organik dan lempung-organik.
PT = gambut (Peat)
Adapun simbol lain untuk klasifikasi tanah berbutir halus ini yaitu : W = tanah dengan gradasi baik (well graded)
P = tanah dengan gradasi buruk (poor graded)
L = tanah dengan plastisitas rendah (low plasticity) (LL<50) H = tanah dengan plastisitas tinggi (high pasticity) (LL>50)
II-8
Klasifikasi tanah berbutir kasar di tandai dengan simbol kelompok seperti : GW, GP, GM, GC, SW, SP, SM, dan SC. Sedangkan klasifikasi tanah berbutir halus dengan simbol ML, CL, OL, MH, CH, dan OH.
Tabel 2.2. Klasifikasi Tanah Sistem USCS
Sumber : (Das,(1995)
II-9 2.3. Tanah Lempung Ekspansif
2.3.1. Definisi Tanah Lempung Ekspansif
Setiap pekerjaan teknik sipil tidak lepas dengan aspek yang paling penting yaitu tanah. Sejumlah masalah dengan bangunan teknik sipil yang sering dijumpai di lapangan adalah akibat dari sifat-sifat teknis tanah yang buruk, yang ditandai dengan kadar air tanah yang tinggi, kompresibilitas yang besar dan daya dukung yang rendah. Sebagian dari jenis tanah memiliki sifat buruk tersebut adalah tanah yang mudah mengalami kembang susut besar.
Beberapa jenis tanah yang memiliki potensi kembang susut besar adalah tanah yang dapat mengalami perubahan volume secara signifikan dengan perubahan kadar airnya. Tanah jenis ini merupakan tanah lempung yang banyak mengandung mineral-mineral dengan potensi kembang tinggi. Tanah dengan kondisi seperti ini sering disebut sebagai tanah lempung ekspansif (Hardiyatmo,2006).
Tanah lempung ekspansif adalah salah satu jenis tanah berbutir halus berukuran koloidal yang terbentuk dari mineral-mineral ekspansif yaitu:montmorillonite, illite, kaolinite, halloysite, chlorite, vermiculite, dan attapulgite (Chen,1975). Tanah lempung ekspansif ini memiliki potensi kembang susut yang tinggi..
Proses pengembangan (swelling) terjadi karena kandungan air yang tinggi, sehingga tanah yang jenuh air ini akan mengembang dan tegangan efektif tanah akan mengecil seiring dengan peningkatan tegangan air pori. Begitu juga sebaliknya saat terjadi proses susut
II-10
(shringkage) pada tanah. Tanah yang kehilangan air secara tiba-tiba akan mengalami penyusutan volume pori akibat kehilangan air. Hal ini akan menyebabkan tanah mengalami kembang susut yang besar. Untuk memperbaiki sifat tanah ekspansif tersebut, tanah ekspansif umumnya distabilisasi dengan bahan-bahan yang sesuai dengan sifat tanah lempung sehingga menjadi lebih baik dan memenuhi syarat sebagai bahan konstruksi.
Tanah lempung sebagian besar terdiri atas partikel mikroskopis yang berbentuk lempengan–lempengan pipih dan merupakan partikel- partikel dari mika, dan mineral–mineral tanah berbutir halus atau butir-butir koloid dengan ukuran butiran partikel tanah <0,002 mm. Namun dalam beberapa kasus partikel berukuran antara 0,002 sampai 0,005 mm juga masih digolongkan sebagai partikel lempung.
Karakteristik tanah ekspansif dipengaruhi oleh dua hal, yaitu faktor mikroskopik dan faktor makroskopik. Yang dimaksud faktor mikroskopik adalah faktor–faktor dalam tanah yang menyebabkan tanah ekspansif mengalami kembang susut, antara lain: mineralogi tanahnya, perilaku air dan jumlah exchangeable cation serta besarnya specific surface dari partikel tanah. Sedangkan yang dimaksud faktor makroskopik adalah properti tanah secara fisik, antara lain indeks plastisitas dan berat volume tanah.
Faktor-faktor makroskopik tanah ekspansif dipengaruhi oleh perilaku mikroskopiknya. Yang terjadi pada skala mikro akan mempengaruhi skala makro tanah ekspansif. Faktor makroskopik tanah
II-11
ekspansif adalah faktor yang menunjukkan perilaku kembang susut tanah.
Batas Atterberg merupakan salah satu parameter yang termasuk karakteristik makroskopis tanah yang dapat digunakan sebagai indikator untuk mengetahui potensi kembang susut tanah.
Dilihat dan skala makronya, karakteristik tanah ekspansif yang berpotensi besar untuk mengalami kembang susut, secara umum mempunyai ciri-ciri sebagai berikut:
1. Mempunyai harga batas cair dan indek plastisitas yang tinggi.
2. Mempunyai harga swelling indeks yang besar.
3. Mempunyai kandungan organik.
2.3.2. Mineralogi Tanah Lempung Ekspansif 2.3.2.1. Terbentuknya Mineral Lempung
Sumber utama dari mineral lempung adalah pelapukan kimiawi dari batuan yang mengandung feldspar otoklas, feldspar plagioklas dan mika (muskovit), yang semuanya dapat disebut sebagai silikat alumunium kompleks.
Sapiie (2006), mengungkapkan bahwa mineral lempung terbentuk di atas permukaan bumi dimana udara dan air berinteraksi dengan mineral silika. Mineral lempung adalah mineral sekunder yang terbentuk karena proses pemecahan yang disebabkan oleh perubahan iklim dan alterasi air (hidrous alteration) dari suatu batuan induk dan mineral yang terkandung dalam batuan itu.
Grim (1968) berpendapat bahwa mineral lempung dapat terbentuk dari hamper setiap batuan selama terdapat cukup banyak alkali dan alkali
II-12
tanah untuk dapat membuat terjadinya reaksi kimia. Pelapukan pada batuan menghasilkan sejumlah besar mineral lempung dengan sifat daya gaung (affinity) yang sama terhadap air, tetapi dengan jumlah yang sangat berbeda.
2.3.2.2. Jenis-Jenis Mineral Lempung
Menurut Das (1995) berpendapat bahwa mineral tanah adalah silikat yang komplek.Mineral lempung adalah silikat kompleks dari alumunium, magnesium dan besi. Unit silica tetrahidra terdiri dari 4 atom oksigen yang mengelilingi 1 atom silicon, yang kombinasinya membentuk lembaran silica. Sedangkan Alumunium Oktahedra terdiri dari 6 atom hidroksil yang mengelilingi 1 buah atom alumunium. Kominasi beberapa oktahedra membentuk lembaran gibsit (gibbsite) atau lembaran brusit (brucite) jika atom utamanya adalah magnesium Sebenarnya ada beberapa contoh mineral lempung yang berperan dalam terjadinya peritiwa pergerakan pada lempung diantaranya adalah kaolinite, illite, montmorillonite, hallosyte, chlorite, vermiculite,anhydrite dan attapulgite (Gromko, 1974).
Untuk mineral tanah lempung dapat dibagi menjadi 3 kelompok struktur mineral tanah antara lain :
a. Kaolinite
Kaolinite merupakan mineral dari kelompok kaolin, terdiri dari susunan satu lembar silica tetrahedra dengan satu lembar aluminium oktahedra, dengan satuan susunan setebal 7,2 Ao (1 angstrom (Ao) = 10- 10 m). Kedua lembaran terikat bersama-sama, sedemikian hingga ujung
II-13
dari lembaran silika dan satu lapisan lembaran oktahedra membentuk suatu lapisan tunggal. Dalam kombinasi lembaran silika dan aluminium, keduanya terikat oleh ikatan hidrogen. Kedua lembaran terikat bersama- sama, sedemikian hingga ujung dari lembaran silika dan satu lapisan lembaran oktahedra membentuk suatu lapisan tunggal. Dalam kombinasi lembaran silika aluminium, keduanya terikat oleh ikatan hidrogen. Pada keadaan tertentu, partikel kaolinite mungkin lebih dari 100 tumpukan yang sukar dipisahkan. Karena itu, mineral ini stabil dan air tidak dapat masuk diantara lempengan (air dapat menimbulkan kembang susut pada sel satuannya). Karena pada pada satu lapis kaolnit terdiri dari 2 lembaran (silica dan gibsite) yang bergantian, maka kaolnit ini sering disebut juga mineral lempung dengan perbandingan 1:1 (satuan dasar 1:1). Ikatan Antar lapisan- lapisan tersebut berupa ikatan hydrogen dengan gaya bervalensi rendah (Craig, 1987)
b. Montmorillonite
Montmorillonite, disebut juga smectite, adalah mineral yang dibentuk oleh dua lembar silika ( atas dan bawah) dan satu lembar alumunium (gibbsite) (terletak diantara lembar silica). Dengan struktur seperti ini montmorillonite disebut juga struktur 2:1. Lembaran oktahedra terletak diantara dua lembar silika dengan ujung tetrahedra tercampur dengan hidroksil dari lembaran oktahedra untuk membentuk satu lapisan aluminium oleh magsenium. Karena adanya gaya ikatan Van der Waals yang lemah diantara ujung lembaran silika dan terdapat kekuatan muatan negatif dalam lembaran oktahedra, air dan ion-ion (exchangeable ion)
II-14
yang berpindah-pindah dapat masuk dan memisahkan lapisannya, jadi kristal montmorillonite sangat kecil namun dalam waktu tertentu mempunyai gaya Tarik yang kuat terhadap air sehingga tanah yang mengandung montmorillonite sangat mudah mengembang oleh tambahan kadar air. Tekanan pengembangan yang dihasilkan dapat merusak struktur ringan ataupun infrastruktur lainnya
c. Illite
Illite ditemukan pertama kali di Illinois oleh Prof. R.E Grimm dari Universitas Illnois. Illite merupakan unsur tanah lempung yang penting, yang biasanya disebut juga dengan lempung mika karena diturunkan dari muscovite (mika) dan biotite (biotit). Unsur ini juga mempunyai perbandingan 2:1 seperti montmorillonite dan terdiri dari lapisan octahedral gibsite yang terletak diantara lapisan silica. Hanya saja perbedaan mineral lempung Illite dengan montmorillonite menurut Das (1995) terletak pada ikatan antar lapisannya. Untuk mineral Illite, Ikatan antar lapisannya bukan berupa air (seperti pada mineral montmorillonite), tetapi berupa ion potassium (Ion Kalium). Illite adalah bentuk mineral lempung yang terdiri dari mineral-mineral kelompok illite. Bentuk susunan dasarnya terdiri dari sebuah lembaran aluminium oktahedra yang terikat diantara dua lembaran silika tetrahedra. Dalam lembaran oktahedra, terdapat subsitusi parsial aluminium oleh magnesium dan besi, dan dalam lembaran tetrahedra terdapat pula substitusi silikon oleh aluminium.
Lembaran-lembaran terikat bersama-sama oleh ikatan lemah ion-ion kalium. Susunan illite tidak mudah mengembang oleh air diantara
II-15
lembaran-lembarannya. Illite adalah suatu unit tiga lapis yang sangat stabil, yang terdiri dari unit - unit dasar pada mineral montmorillonite serta terikat oleh gaya bervalensi sekunder dan ion-ion potassium. Disini selalu terdapat cukup banyak (kira-kira 20%) subtitusi isomorfis dari alumunium bagi lapisan silicon oleh lapis silica dari illite, yang berfungsi sebagai muatan negatif untuk penyeimbang ion Potassium. Sedangkan pengertian substitusi isomorfosis (Isomorphouse Subtitution) adalah subtitusi suatu elemen pada elemen lain tanpa mengubah bentuk struktur kristalnya (dalam hal ini antara alumunium dan silica pada lapisan tetrahedral).
Mineral tersebut tidak mengembang oleh masuknya air diantara mineral lempung sebagaimana pada monmorillonite.
2.3.3. Sifat Umum Mineral Lempung Ekspansi
Air sangat mempengaruhi sifat tanah lempung, karena butiran dari tanah lempung sangat halus sehingga luas permukaan spesifikasinya menjadi lebih besar.
Dalam suatu partikel lempung yang ideal, muatan negatif dalam keadaan seimbang, selanjutnya terjadi substitusi isomorf dan kontinuitas perpecahan susunannya, sehingga tejadi muatan negatif pada permukaan partikel kristal lempung. Salah satu untuk mengimbangi muatan negatif, partikel tanah lempung menarik muatan positif (kation) dari garam yang ada dalam air porinya. Hal ini disebut pertukaran ion-ion.
Pertemuan antara molekul air dan partikel lempung akan menimbulkan lekatan yang sangat kuat, sebab air akan tertarik secara elektrik dan air akan berada disekitar partikel lempung yang disebut air
II-16
lapisan ganda, sedangkan air yang berada pada lapisan dalam disebut air resapan. Lapisan air inilah yang menimbulkan gaya tarik menarik antar partikel lempung yang disebut unhindered moisture film.
Pada Gambar 2.1 Hardiyatmo (2006) menerangkan bahwa molekul air bersifat dipolar, yang berarti memiliki muatan positif dan negative pada ujung yang berlawanan, sehingga dapat tertarik oleh permukaan lempung secara elektrik dalam 3 kasus, yaitu:
1. Tarikan antar permukaan negatif dan partikel lempung dengan ujung positif dipolar.
2. Tarikan antar kation-kation dalam lapisan ganda dengan muatan negative dari ujung dipolar. Kation-kation ini tertarik oleh permukaan partikel lempung yang bermuatan negative.
3. Andil atom-atom hidrogen dalam molekul air, yaitu ikatan hidrogen antara atom oksigen dalam molekul-molekul air.
Gambar 2.1. Molekul air dipolar dalam lapisan ganda (Hardiyatmo, 2006)
II-17
Jadi jelaslah bahwa semakin luas permukaan spesifik tanah lempung, air yang tertarik secara elektrik disekitar partikel lempung yang disebut air lapisan ganda jumlahnya akan semakin besar. Air lapisan ganda inilah yang mengakibatkan sifat plastis tanah lempung.
Konsentrasi air resapan dalam mineral lempung memberi bentuk dasar dari susunan tanahnya, tiap partikelnya terikat satu sama lain lewat lapisan air serapannya. Selain itu, jarak antar partikel juga akan mempengaruhi hubungan tarik menarik atau tolak menolak antar partikel tanah lempung yang diakibatkan oleh pengaruh ikatan hidrogen, gaya Van Der Walls serta semacam ikatan kimia organiknya. Bertambahnya jarak akan mengurangi gaya antar partikel.
Jadi jelaslah bahwa ikatan antara partikel tanah yang disusun oleh mineral lempung akan sangat besar dipengaruhi oleh besarnya jaringan muatan negatif pada mineral, tipe, konsentrasi dan distribusi kation-kation yang berfungsi untuk mengimbangi muatannya.
Gaya elektrostatik (gaya tarik menarik antara partikel bermuatan) yang terjadi pada permukaan lempung (bermuatan negative) dengan kation-kation yang berada diantaranya, berpengaruh terhadap penyusutan ketebalan lapisan ganda karena jumlah air yang terhidrasi menjadi berkurang.
Lempung akan bersifat labil (kembang susutnya besar) bila kation- kation yang berada diantara partikel lempung adalah kation-kation yang lemah, atau dapat dengan mudah digantikan oleh kation-kation yang lain atau tergeser oleh molekul-molekul air yang konsentrasinya tinggi. Kation
II-18
yang lemah adalah kation-kation yang berasal dari garam-garam mineral yang terdapat di alam misalnya Na+. Sehingga akan dihasilkan gaya elektrostatis yang lemah serta jari-jari antar partikel besar, sehingga akan didapatkan lempung yang mengembang disaat banyak air dan menyusut pada saat air keluar dari lempung, dengan perbedaan kembang susut yang besar dapat dilihat pada Gambar 2.2, sedangkan lempung yang bersifat stabil dapat dilihat pada Gambar 2.3.
Gambar 2.2. Mekanisme kembang susut pada partikel lempung.
Gambar 2.3. Mekanisme kembang susut pada partikel lempung yang stabil
2.3.4. Pengaruh Kadar Air terhadap Perilaku Lempung
Kandungan air sangat berpengaruh terhadap perilaku tanah berbutir halus, sehingga tingkatan plastis tanah dapat ditentukan apabila batas plastis dan batas cairnya telah diketahui. Tingkat plastisitas tanah ditentukan berdasarkan Indeks Plastisitas (PI) tanah yaitu :
II-19
PI = LL - PL ... (II.1) Dengan :
PI : Plasticity Index LL : Liquid Limit PL : Plastic Limit
Pengelompokkan tingkat plastisitas tanah dapat dilihat pada Tabel 2.3. Pada tiap jenis tanah lempung, batas cair dan batas plastis tanah bervariasi, dan batas cair lebih besar dari batas plastis. Besaran plastisitas menunjukkan bahwa semakin besar nilai numeriknya, semakin besar terjadinya susut pada waktu proses menjadi kering.
Tabel 2.3. Hubungan PI dengan Sifat, Macam Tanah dan Kohesi
PI Sifat Macam Tanah Kohesi
0 Non plastis Pasir. Non kohesif
<7 Plastisitas rendah Lanau Kohesif sebagian 7-17 Plastisitas sedang Lempung berlanau Kohesif
>17 Plastisitas tinggi Lempung Kohesif
Sumber : Hardiyatmo (2006)
2.3.5. Identifikasi Tanah Lempung Ekspansif
Tanah dengan karakter ekspansif ditemukan pada jenis tanah lempung (clay). Tanah lempung dapat didefinsikan berdasarkan ukuran partikel, indeks plastisitas, batas cair dan kandungan mineral. ASTM mensyaratkan lebih dari 50% lolos saringan no.200 (0,075 mm) dengan indeks plastisitas minimum 35%. Ukuran partikel kandungan mineral yang lazim dijumpai dapat dilihat pada table 2.4, pada tanah lempung yang
II-20
berukuran partikel lebih kecil 0,002 mm unsur yang dominan adalah montmorillonite, beidellite, illite. Sedangkan tanah lempung yang berukuran partikel lebih besar dari 0,002 mm unsur mineral yang dominan adalah kaolinite, micas, illite dan felspar.
Tabel 2.4. Rentang Ukuran Beberapa Mineral Lempung Ukuran partikel
(µm)
Unsur pokok yang dominan
Unsur pokok yang biasa
Unsur pokok yang jarang 0,1 Montmorillonite,
Beidellite
Illite (intermediate)
Illite (traces) 0,1 – 0,2 Illite
(intermediate)
Kaolinite Montmorillonite
Illite Quartz (traces) 0,2 – 2,0 Kaolinite
Illite Mica (intermediate) Micas Halloysite
Quartz Montmorillonite
Feldspar 2,0 – 11,0 Micas Illites Quartz Kaolinite
Halloysite (traces) Montmorillonite
(traces)
Sumber : Hunt, R.E (1984)
Pengidentifikasian tanah ekspansif pada awal penyelidikan tanah diperlukan untuk melakukan metode pengujian yang tepat di laboratorium.
Klasifikasi yang didasarkan atas indeks properties tanah seperti kandungan lempung dan plastisitas. Beberapa cara identifikasi tanah lempung ekspansif oleh beberapa ahli yaitu sebagai berikut :
1. Cara Van Der Merwe (1964)
Dengan menggunakan Plasticity Index (PI) dan prosen fraksi lempung (CF), tanah dapat digolongkan dalam aktivitas kelas rendah (low), kelas sedang (medium), dan kelas tinggi (high).
II-21
Sumber : Van Der Merwe (1964)
Gambar 2.4. Grafik Hubungan antara Plastiscity Index dan Prosentase Fraksi Lempung
2. Cara Holz dan Gibbs (1956)
Tabel 2.5. menunjukan hubungan antara pengembangan dengan parameter-parameter tanah, antara lain Plasticity Index, Shrinkage Limit, Colloid Content, dan kemungkinan perubahan volume.
Tabel 2.5. Korelasi Indeks Uji dengan Tingkat Pengembangan Data dari Indeks Tests Kemungkinan
Pengembanhan (% perubahan
volume)
Tingkat Pengembangan Colloid
Content (%)
Plasticity Index (%)
Shrinkage Limit (&)
>28 >35 >11 >30 Sangat tinggi
20 - 31 25 – 41 7 – 12 20 – 30 Tinggi
13 – 25 15 – 28 10 - 16 10 – 20 Sedang
<15 <18 <15 <10 Rendah
Sumber : Holz & Gribbs (1956)
II-22 3. Cara Skempton (1953)
Skempton mengidentifikasi tanah ekspansif dengan aktivitas, yaitu perbandingan antara harga indeks plastisitas (IP) dengan prosentase fraksi lempung (C), dengan persamaan :
A = IP/(C-5) ... (II.2) Dengan: A = adalah tingkat keaktivan (tanpa satuan)
IP = adalah indeks plastisitas (%)
C = adalah porsentase fraksi lempung <0,002 (%)
Untuk nilai A >1,25 digolongkan aktif dan sifatnya ekspansif. Nilai A 1,25 <
A < 0,75 digolongkan normal sedangkan nilai A<0,75 digolongkan tidak aktif.
Tabel 2.6. Hubunga Aktivitas dan Kandungan Mineral
Mineral Aktivitas
Kaolinite 0,4 – 0,5
Illite 0,5-1,0
Montmorillonite 1,0-7,0
Sumber : (Skempton, 1953)
Sumber : Seed, (1962)
Gambar 2.2. Grafik Hubungan antara Prosentase Lempung dan Aktivitas
II-23 4. Cara Altmeyer (1995)
Tabel 2.7. Kriteria Tanah Ekspansif Berdasarkan Linear Shrinkage dan Shrinkage Limit
Linear Shrinkage
SL (%) Probable Swell
Degree Of Expansion
<5 >12 <0,5 Non Critical 5 – 8 10 - 12 0,5 – 1,6 Marginal
>8 <12 <1,5 Critical
Sumber : Altmeyer 1995 5. Cara Chen (1975)
Ada dua cara yang dikemukakan Chen dalam melakukan identifikasi tanah ekspansif, yaitu: cara pertama, Chen mempergunakan indeks tunggal, yaitu Plasticity Index (PI). Sedangkan cara kedua, Chen mempergunakan korelasi antara fraksi lempung lolos saringan no. 200, batas cair (LL), dan nilai N dari hasil uji Standart Penetration Test (SPT).
Tabel 2.8. menunjukan hubungan antara harga PI dengan potensi pengembangan yang dibagi menjadi 4 kategori, yaitu: potensi pengembangan rendah, sedang, tinggi, dan sangat tinggi.
Tabel 2.8. Kriteria Pengembangan Berdasarkan PI Plasticity Indeks (%) Swelling Potensial
0 - 15 Rendah
15- 25 Sedang
20-55 Tinggi
>55 Sangat tinggi
Sumber : Chen (1975)
II-24
Sedangkan pada Tabel 2.9. menunjukan korelasi antara tingkat pengembangan dengan prosentase lolos saringan no. 200, Liquid limit, N hasil uji SPT, dan kemungkinan pengembangan. Tanah ekspansif dengan tingkat pengembangan tinggi sampai sangat tinggi dengan nilai Liquid Limit lebih besar dari 40% dan lebih besar dari 60% lolos saringan no.200
Tabel 2.9. Potensi Tanah Ekspansif Berdasarkan % Lewat Saringan No. 200 dan Batas Cair
Laboratory and Field Data
Volume Change
Degree of Expansion
Persen Passing No.200
Liquid Limid (%)
Standart Penetration
>95 >60 >30 >10 Very high
60 – 95 40 – 60 20 – 30 3 – 10 High
30 – 60 30 – 40 10 - 20 1 - 5 Medium
<30 <30 <10 <1 Low
Sumber : Chen (1975)
2.4. Penelitian Sifat Fisik Tanah 2.4.1. Kadar Air Tanah (Water Content)
Kadar air (w) yang juga disebut water content didefinisikan sebagai perbandingan antara berat air dan berat butiran padat dari volume tanah yang diselidiki. Kadar air dihitung sebagai berikut:
II-25
w =
WwWd
𝑥
100% ... (II.3) Dengan : w = Kadar airWw = Berat air
Wd = Berat tanah kering 2.4.2. Berat Jenis Tanah (Specific of Gravity)
Berat jenis (Gs) adalalah perbandingan antara berat isi butir tanah dengan berat isi air suling dengan volume yang yang sama pada suhu tertentu.
Besarnya berat jenis tanah didapat dengan rumus :
Gs =
ws 𝑊2−𝑊1(𝑊4−𝑊1)−(𝑊3−𝑊2)
𝛼
...(II.4)Dengan :
Gs = Berat jenis tanah
W1 = Berat picnometer (gram)
W2 = Berat picnometer + tanah kering (gram) W3 = Berat picnometer + tanah + air (gram) W4 = Berat picnometer + air (gram)
s = Berat volume butiran
w = Berat volume air α = Faktor koreksi
II-26
Tabel 2.10. Macam-macam tanah berdasarkan berat jenisnya Macam tanah Berat Jenis (Gs)
Kerikil 2,65 – 2,68
Pasir 2,65 – 2,68
Lanau anorganik 2,62 – 2,68
Lanau organik 2,58 – 2,65
Lempung anorganik 2,68 – 2,75
Humus 1,37
Gambut 1,25 – 1,80
Sumber : (Hardiyatmo, 2006)
2.4.3. Batas-Batas Atterberg
Batas-batas Atterberg (Atterberg Limit) adalah suatu metode untuk menjelaskan sifat konsistensi tanah berbutir halus pada kadar air yang bervariasi. Suatu tanah lempung dapat berbentuk padat, semi padat, plastis, dan cair, tergantung pada kadar air yang dikandungnya. Bila kadar air dalam tanah tersebut tinggi, campuran tanah dan air akan menjadi sangat lembek seperti cairan. Jika campuran itu kemudian dikeringkan lagi sedikit demi sedikit, maka tanah tersebut akan melalui keadaan tertentu dari keadaan cair sampai keadaan yang keras.Kadar air pada saat tanah mengalami perubahan dari satu keadaan ke keadaan yang lainnya tidak sama pada tanah yang-tanah yang berlainan. Batas antara masing- masing wujud tanah tersebut dikenal dengan nama batas-batas Atterberg,
II-27
yang terdiri dari Batas Cair (LL), Batas Plastis (PL), dan Batas Susut (SL), sebagaimana terlihat pada Gambar 2.6 berikut.
(Sumber : Wesley, L.D, 1994, Mekanika Tanah)
Gambar 2.6. Batas-batas Atterberg Limit
Selisih antara Batas Cair (LL) dan Batas Plastis {PL) disebut PI (Plasticity Index atau Indek Plastis). Pengukuran batas-batas Atterberg ini dilakukan secara rutin untuk sebagian besar penyelidikan yang meliputi tanah berbutir halus. Penentuan batas-batas Atterberg ini dilakukan hanya pada tanah yang lolos saringan No. 40 (Wesley,1994) Beberapa percobaan untuk menentukan Batas-batas Atterberg adalah :
2.4.3.1. Batas Cair (Liquid Limit)
Batas cair (LL) adalah kadar air tanah pada batas antara keadaan cair dan keadaan plastis (yaitu batas atas dan daerah plastis). Cara menentukannya adalah dengan menggunakan alat Cassagrande. Tanah yang telah dicampur dengan air ditaruh di dalam mangkuk Cassagrande dan di dalamnya dibuat alur dengan menggunakan alat spatel (grooving tool). Bentuk alur sebelum dan sesudah percobaan tampak berbeda.
Engkol dibuka sehingga mangkuk dinaikan dan dijatuhkan pada dasar dan banyaknya pukulan dihitung sampai kedua tepi alur tersebut berhimpit.
Batas plastis
Keadaan padat (Solid)
Basah Makin kering Kering
Batas cair Batas susut
Keadaan Cair (Liquid)
Keadaan Plastis
Keadaan semi (Semi-Plastic)
II-28
Biasanya percobaan ini dilakukan terhadap beberapa contoh tanah dengan kadar air berbeda dan banyaknya pukulan dihitung untuk masing- masing kadar air. Dengan demikian dapat dibuat grafik kadar air terhadap banyaknya pukulan. Dari grafik ini dapat dibaca kadar air pada pukulan tertentu.Setelah kadar air dari masing-masing percobaan diketahui maka datanya diplot pada grafik semi-logaritma dengan jumlah ketukan (N) sebagai absis dan kadar air (w) sebagai ordinat. Batas cair adalah harga kadar air (w) pada ketukan (N) ke 25. Nilai batas cair yang digunakan pada penelitian ini merupakan kadar air pada jumlah pukulan (N) adalah 25. Nilai batas cair dapat dikelompokkan menjadi beberapa kategori menurut Tabel 2.11 berikut :
Tabel 2.11. Nilai Batas Cair Tanah
Kategori Persentase
Low Liquid Limit 20-25%
Intermediate Liquid Limit 25-50%
High Liquid Limit 50-70%
Very High Liquid Limit 70-80%
Extra High Liquid Limit >80%
Sumber : (Krebs, 1971)
2.4.3.2. Batas Plastis (Plastic Limit)
Batas plastis (PL) didefinisikan sebagai kadar air, dinyatakan dalam persen, di mana tanah apabila digulung sampai dengan diameter 1/8 in (3,2mm) menjadi retak-retak. Batas platis merupakan batas terendah dari
II-29
tingkat keplastisan suatu tanah. Cara pengujiannya adalah sangat sederhana, yaitu dengan cara menggulung massa tanah dengan telapak tangan di atas kaca datar hingga terjadi retak-retak.
2.4.3.3. Batas Susut (Shrinkagr Limit)
Suatu tanah akan menyusut apabila air yang dikandungnya secara perlahan-lahan hilang dalam tanah. Dengan hilangnya air secara terusmenerus, tanah akan mencapai suatu tingkat keseimbangan dimana penambahan kehilangan air tidak menyebabkan perubahan volume.
Kadar air dinyatakan dalam persen dan perubahan volume suatu massa tanah berhenti didefinisikan sebagai batas susut (shrinkage limit) (Das, 1988). Harus diketahui bahwa apabila batas susut ini semakin kecil, maka tanah akan lebih mudah mengalami perubahan volume, yaitu semakin sedikit jumlah air yang dibutuhkan untuk menyusut (Bowles, 1989).
Perhitungan batas susut ini dapat digunakan rumus:
x100%
W V SL V
d d
w ...(II.5)
Dengan :
SL = Batas susut ( % ).
w = Kadar air (%).
Vw = Volume tanah basah (cm3).
Vd = Volume tanah kering (cm3).
Wd = Berat tanah kering (gram)
II-30
2.4.4. Analisis Pembagian Butir (Grain size analysis)
Analisis pembagian butir umumnya dibagi menjadi dua bagian sifat - sifat tanah sangat tergantung pada ukuran butirannya. Besarnya butiran dijadikan dasar untuk pemberian nama dan klasifikasi tanah. Oleh karena analisis ukuran butiran merupakan penentuan persentase berat butiran pada satu unit saringan dengan ukuran diameter lubang tertentu. Pada umumnya pengukuran analisis ukuran butiran dapat dilakukan dengan dua cara (soedarmo,1997) yaitu analisis ayakan (sieve analysis)dan analisis pengendapan (hydrometer analysis)
2.4.4.1. Analisis Ayakan (Sieve analysis)
Analisis ayakan (sieve analysis) digunakan untuk menyaring tanah berbutir kasar.yang tertahan saringan no. 200 (lebih besar dari 0,075 mm).
Caranya, diguncang dengan kecepatan tertentu dengan cara mekanis lewat satu unit saringan standar. Berat tanah yang tinggal pada masing- masing saringan ditimbang, lalu persentase terhadap berat kumulatif tanah dihitung kemudian digambar dalam satu grafik hubungan diameter butiran dengan prosentase lolos.
% tertahan =
l Berat tota
komulatif Berat
x 100%... (II.6)
% lolos = 100% - persentase tertahan... (II.7)
2.4.4.2. Analisis Hidrometer (Hydrometer analysis)
Analisis pengendapan (hidrometer analysis) digunakan untuk distribusi ukuran butir tanah berbutir halus yang lolos saringan no. 200
II-31
(lebih kecil dari 0,075 mm) dengan cara sedimentasi. Metode ini didasarkan pada hukum Stokes yang berkenaan dengan kecepatan mengendap butiran pada larutan suspensi. Biasanya butiran yang besar akan mengendap terlebih dahulu dan yang lebih kecil akan lebih lambat.
Dari pengujian ini akan diketahui prosentase masing-masing ukuran butir (Hardiyatmo, 2006).
Dalam kondisi alam, kebanyakan jenis tanah terdiri dari banyak campuran lebih dari satu macam ukuran partikelnya.Ukuran partikel tanah dapat bervariasi dari lebih besar dari 100 mm sampai dengan lebih kecil dari 0,001 mm Table 2.12. menunjukkan batas interval dari ukuran butiran tanah lempung, lanau, pasir, dan kerikil
Table 2.12.Skema jenis tanah dan batas - batas ukuran butirnya
Sumber : Dasar mekanika tanah (Budi Santoso, Heri Suprapto, Suryadi HS)
2.5. Penelitian Sifat Mekanik Tanah
2.5.1. Pemadatan Tanah (Standart Proctor Test)
Pemadatan adalah suatu proses dimana udara pada pori-pori tanah dikeluarkan dengan salah satu cara mekanis atau suatu proses berkurangnya volume tanah akibat adanya energi mekanis, pengaruh kadar air dan gradasi butiran.
Cara mekanis yang dipakai untuk memadatkan tanah boleh bermacam-macam. Di lapangan biasanya dengan cara menggilas, sedangkan di laboratorium dengan cara memukul. Untuk setiap daya
halus medium kasar halus medium kasar halus medium kasar 0,002 0,006 0,02 0,06 0,2 0,6 2 6 20 60
Lempung Lanau Pasir Kerikil
