BUKU AJAR

MEKANIKA TANAH I[PRS 131]

Oleh :Moch. Sholeh, ST. MT.

NIP. 132 301 008

JURUSAN TEKNIK SIPILPOLITEKNIK NEGERI MALANG

2006

i

KATA PENGANTAR

Puji syukur, Alhamdulillah kami panjatkan kepada Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat

menyelesaikan Buku Ajar Mekanika Tanah I walaupun masih banyak terdapat kekurangan disana-sini.

Buku Ajar ini adalah merupakan Bahan Kuliah Mekanika Tanah I bagi mahasiswa D-III dan D IV Politeknik yang

diselenggarakan di Jurusan Teknik Sipil Politeknik Negeri Malang.

Bahan Kuliah ini diambil dari berbagai sumber/referensi yang terkait, antara lain dan buku-buku dalam negeri yang

pakar di bidangnya. Bahan Kuliah ini dibuat sesederhana mungkin untuk dapat cepat dipahami oleh mahasiswa.

Bahan Kuliah ini masih perlu banyak penyempurnaan, sehingga koreksi dan tambahan yang berguna sangat

dibutuhkan untuk penyempurnaan Bahan Kuliah berikutnya.

Semoga Bahan Kuliah ini bermanfaat dan dapat digunakan sebagaimana mestinya.

Malang, 11 September 2006.

Penulis

ii

DAFTAR ISI

Cover buku ..................................................................................................................................................................... iiKata Pengantar .............................................................................................................................................................. iiiDaftar Isi .......................................................................................................................................................................... iiiiSilabus.............................................................................................................................................................................. ivRencana Kegiatan Mingguan ....................................................................................................................................... vFaktor-faktor Konversi dan Notasi Huruf Romawi ..................................................................................................... vi

BAB I. PENDAHULUAN ................................................................................................................................................ 11.1. Tujuan Instruksional Khusus ...................................................................................................................... 11.2 Sejarah Perkembangan Mekanika Tanah ................................................................................................. 11.3. Siklus Batuan dan Asal Usul Tanah .......................................................................................................... 21.4. Batuan (Rock) ............................................................................................................................................ 21.5. Tanah (Soil) ............................................................................................................................................... 31.6. Ruang Lingkup Mekanika Tanah ............................................................................................................... 41.7. Pendapat Umum Mengenai Tanah (General Jugde of Soil) ...................................................................... 51.8. Strafikasi Tanah (Strafication of The Ground) ........................................................................................... 61.9. Air di dalam Lapisan Tanah ....................................................................................................................... 6

BAB II. KARAKTERISTIK FISIK TANAH ...................................................................................................................... 82.1. Tujuan Instruksional Khusus ...................................................................................................................... 82.2. Sifat Fisik Tanah (Indeks Properties) ......................................................................................................... 82.3. Hubungan Berat – Volume ....................................................................................................................... 82.4. Hubungan Antara Porositas (n) dengan Angka Pori (e) ........................................................................... 102.5. Pemakain Rumus-rumus dan Pengembangannya ................................................................................... 10

BAB III. KLASIFIKASI TANAH ....................................................................................................................................... 183.1. Tujuan Instruksional Khusus ...................................................................................................................... 183.2. Umum ........................................................................................................................................................ 183.3. Cara Sederhana ........................................................................................................................................ 183.4. Klasifikasi Tanah di Laboratorium .............................................................................................................. 203.5. Sistem Pengklasifikasian Tanah ................................................................................................................ 28

BAB IV. KEKUATAN GESER DAN DEFORMASI TANAH ............................................................................................. 364.1. Tujuan Instruksional Khusus ...................................................................................................................... 364.2. Kekuatan Geser (Shear – Strenght) .......................................................................................................... 364.3. Parameter Geser Tanah (c dan ) ............................................................................................................. 374.4. Tes untuk Menentukan Kekuatan Geser Tanah ........................................................................................ 38

a. Test Geser Langsung (Direct Shear Test) ........................................................................................... 38b. Tes Kuat Tekan Bebas (Unconfined Compression Test) ..................................................................... 40c. Triaxial Test .......................................................................................................................................... 42

4.5. Perkiraan Sudut Geser-Dalam ................................................................................................................... 43

BAB V. KEPADATAN TANAH DAN PEMADATAN TANAH ........................................................................................ 465.1. Tujuan Instruksional Khusus ...................................................................................................................... 465.2. Kepadatan Tanah ...................................................................................................................................... 465.3. Kepadatan Relatif ...................................................................................................................................... 475.4. Pemadatan Tanah ..................................................................................................................................... 495.5. Pemadatan di Laboratorium ...................................................................................................................... 505.6. Pemadatan di Lapangan ............................................................................................................................ 54

DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................................................................................... 59LAMPIRAN ....................................................................................................................................................................... 60

iii

SilabusMatakuliah : MEKANIKA TANAH IKode Matakuliah : PRS 131Semester : 1 (SATU)SKS/Jam perminggu : 2 / 5Tujuan Instruksional Umum

: Mahasiswa dapat memahami proses pembentukan tanah, mengklasifikasikan tanah ber-dasarkan beberapa sistem klasifikasi, menentukan sifat-sifat fisik tanah dan parameter teknik dasar tanah berdasarkan hasil pengujian di laboratorium dan lapangan

SKS/JAM : 2/5 per mingguKompetensi : Prasyarat Teknisi Penyelidikan TanahPokok Bahasan : Geologi teknik

Klasifikasi jenis tanah Sifat-sifat fisik dan teknik tanah Kekuatan geser dan deformasi tanah Kepadatan dan pemadatan tanah Konsep tegangan efektif

Metode Penilian : Ujian harian (tiga kali = 40%) Tugas (studi kasus/literatur, presentasi = 30%) Ujian akhir (terjadwal = 30%)

Penyajian/penyampaian materi/Strategi Penyajian

: Ceramah, tutorial, asistensi tugas dan presentasi oleh mahasiswa

Referensi : Das, Braja M. (1994), Mekanika Tanah I-II, Alih bahasa Noor Endah & Indrasurya, Erlangga

Hadiyatmo, H.C. (1994), Mekanika Tanah I-II, Gramedia Pustaka Utama Bowles J.E. (1993), Mekanika Tanah, Alih bahasa Johan K. Hainim, Erlangga Craig, R.F. (1984), Mekanika Tanah, Alih bahasa : Busi Susilo, Erlangga Liu,C. & Evett, J.B. (1992), Soil and Foundations, Prentice Hall, Inc. Soedarmo, G.D. & Purnomo, S.J.E (1993), Mekanika Tanah I-II, Kanisius

iv

RENCANA KEGIATAN MINGGUAN(WEEKLY PROGRAM)

KONSENTRASI : - KELAS : -MATA KULIAH : MEKANIKA TANAH SEMESTER : 1 (SATU)SKS/JAM : 2/5 DOSEN : Moch. Sholeh, ST.MINGGU TOPIK

1 BAB I. PENDAHULUAN 1.1. Maksud dan Tujuan mempelajari Mekanika Tanah 1.2. Sejarah Perkembangan Mekanika Tanah 1.3. Tanah 1.3.1. Definisi Tanah

2 1.3.2. Proses Pembentukan Tanah 1.3.3. Bentuk Fisik dan Karakteristik Tanah 1.3.4. Pendapat Umum Mengenai Tanah 1.3.5. Stratifikasi Tanah

3 1.4. Air Dalam Lapisan Tanah (Air bawah permukaan) BAB II. KARAKTERISTIK FISIK TANAH

4 2.1. Kondisi Tanah dan Hubungannya 2.1.1. Hubungan Antara Berat dan Volume 2.1.2 Hubungan Antara Angka Pori (e) dan Porositas (n) TEST 1

5 2.1.3. Hubungan Antara Berat dan Berat Volume6 2.1.4. Hubungan Antara , e, Wc dan Gs (Specific Gravity)7 2.2. Kerapatan Relatif / Relative Density (Dr) TEST 2

8 Praktek Kerja Batu9 Praktek Kerja Batu10 2.3. Konsistensi Tanah11 BAB III. KLASIFIKASI TANAH 3.1. Klasifikasi Tanah Cara Sederhana 3.2. Klasifikasi Tanah di Laboratorium

3.2.1. Analisa Ayakan 3.2.2. Analisa Hidrometer12 3.3. Klasifikasi Tanah Berdasarkan Sistem UCCS dan AASTHO TEST 3

13 Praktek Kerja Beton14 Praktek Kerja Beton15 3.4. Pengujian Plastisitas Tanah16 BAB IV. KEKUATAN GESER DAN DEFORMASI TANAH 4.1. Kekuatan Geser dan Kohesi 4.2. Tegangan

Tanah dan Parameter Geser17 BAB V. KEPADATAN TANAH DAN PEMADATAN TANAH 5.1. Kepadatan Tanah 5.2. Pemadatan Tanah18 5.3. ZAVC 5.4. Kepadatan Tanah di Lapangan TUGAS

19 UJIAN AKHIR SEMESTER

Faktor-faktor konversi

No. Besaran Inggris SI SI Inggris

v

1 Panjang 1 ft = 0,3048 m 1 m = 3,281 ft2 Luas 1 ft² = 929,03.10-4 m² 1 m² = 10,764 ft²3 Volume 1 ft³ = 28,317.10-3 m³ 1 m³ = 35,32 ft³4 Gaya 1 lb = 4,448.10-3 kN 1 kN = 224,8 lb

= 0,4536 kg 1 kg = 2,2046 lb5 Tegangan 1 lb/ft² = 0,04788 kN/m² 1 kN/m² = 20,885 lb/ft²

= 4,88251 kg/m² 1 kg/m² = 0,2048 lb/ft²6 Berat volume 1 lb/ft³ = 0,1572 kN/m³ 1 kN/m³ = 6,361 lb/ft³

= 16,0186 kg/m³ 1 kg/m³ = 0,0624 lb/ft³

Catt : = weight (berat, kg) = density (kerapatan = massa, kN)g = gravitasi = 9,80665 m/s² 9,81 m/s² 10 m/s² (g = / ) 1 N = gaya yang bekerja pada benda yang mempunyai massa 1 kg tiap 1 gravitasi = 10 m/s² [N] = / g = 1 / 10 [kg] = 0,1 [kg] 1 kN = 100 kg 1 kPa = 1 kN/m² = 100 kg/m²

Notasi Huruf Romawi

Huruf Nama Huruf Nama Huruf NamaBesar Kecil Besar Kecil Besar KecilA Alpha Kappa Tau

B Beta Lambda Upsilon Gamma Mu Phi Delta Nu Chi Epsilon Xi Psi Zeta Omicron Omega Eta Phi Theta Rho Iota Sigma

vi

1

BAB IPENDAHULUAN

1.1. Tujuan Instruksional Khususa. Mahasiswa dapat mengetahui sejarah perkembangan Mekanika Tanahb. Mahasiswa dapat memahami proses pembentukan tanahc. Mahasiswa dapat memahami sifat-sifat tanahd. Mahasiswa dapat memahami stratifikasi tanah dan air tanah.

1.2. Sejarah Perkembangan Mekanika Tanah

Mekanika tanah merupakan bagian dari ilmu Teknik yang mempelajari sifat-sifat fisik dari tanah serta perilaku yang bekerja pada tanah beserta pengaruh yang ditimbulkan oleh perilaku (behavior) yang dimaksud. Mengapa ilmu Mekanika Tanah ini penting untuk Bidang Teknik Sipil? Kita ketahui bahwa hampir semua pekerjaan Teknik Sipil (bangunan gedung, jembatan, jalan raya, dan sebagainya) bertumpu pada tanah, sehingga bangunan-bangunan yang akan dibuat tersebut berkaitan erat dengan tanah pendukung dibawahnya.

Hal-hal yang akan dipelajari dalam Mekanika Tanah I ini antara lain : proses pembentukan tanah, klasifikasi tanah, menentukan sifat-sifat fisik tanah dan parameter teknik dasar tanah berdasarkan hasil pengujian di laboratorium dan lapangan. Pengembangan selanjutnya dari Ilmu Mekanika Tanah antara lain Ilmu Rekayasa Tanah (Soil Engineering) yang merupakan aplikasi dari prinsip-prinsip Mekanika tanah dalam problem-problem yang lebih praktis.

Masalah-masalah yang berkaitan konstruksi tanah sebenarnya sudah lama dikenal oleh manusia, sejak mereka mulai menggali gua-gua dan membangun tempat tinggal dari tanah-tanah liat atau lumpur sebagai perekatnya. Terbukti banyaknya peninggalan bangsa-bangsa terdahulu yang masih bisa kita saksikan sampai sekarang, misalnya candi Borobudur dan Tembok Cina (dinasti Gh’in 221 – 207 SM.) di wilayah Asia, piramida di wilayah Mesir, bangunan air, jalan dan gedung megah di wilayah Romawi Kuno di Eropa.

Pada abad pertengahan banyak bangunan-bangunan megah yang di bangun di Eropa seperti gereja, kastil dan menara. Salah satu diantaranya yang terkenal karena masalah penurunan/settlement yaitu “Menara Pisa” yang dibangun di kota Pisa, Italia Tengah. Menara ini mulai dibangun pada tahun 1174 dan tidak dilanjutkan lagi pembangunannya setelah penurunan yang tidak merata mulai terjadi. Dan akhirnya pembangunan dilanjutkan lagi dan baru selesai pada tahun 1350. Saat itu menara miring 5 meter dari tingginya 60m, dan diramalkan akan terguling 200 tahun lagi akibat penurunan tidak merata yang terus berlangsung, tetapi sampai sekarang menara tersebut masih tetap tegak berdiri dengan kokoh walaupun usianya sudah lebih dari 650 tahun.

Pada perkembangan selanjutnya Mekanika Tanah sebagai suatu Ilmu Teknik dimulai dengan adanya publikasi buku “Erdbau Mechanik Auf Boden Physikasi Shear Grundlage” oleh Karl Terzaghi sebagai buku teks pertama mengenai Mekanika Tanah yang diterbitkan di Jerman pada tahun 1925. Buku tersebut membahas prinsip-prinsip dasar dari Ilmu Mekanika Tanah.

Dapat dikatakan bahwa Ilmu Mekanika Tanah baru berkembang pada abad ke-20 , yaitu dengan banyaknya publikasi mengenai Mekanika Tanah yang ditulis oleh Karl Terzaghi dan tersebar di Eropa, Asia bahkan sampai ke Amerika, sehingga beliau disebut oleh banyak pakar sebagai “Bapak Mekanika Tanah”.

Sekarang ilmu ini telah berkembang dengan pesatnya sejalan dengan perkembangan teknologi, terutama di negara-negara maju dan telah banyak diciptakan peralatan-peralatan pengujian tanah, sehingga didapatkan hasil yang lebih akurat tentang perilaku.1.3. Siklus Batuan dan Asal Usul Tanah

1

Berdasarkan asal-usulnya, batuan dapat dibagi menjadi 3 (tiga) tipe dasar, yaitu : batuan beku ( igneous rock), batuan endapan (sedimentary rock) dan batuan metamorf (metamorphic rock). Siklus kejadian dan proses terjadinya tipe-tipe batuan tersebut dapat dilihat pada Gambar 1.1.

Gambar 1.1. Siklus Batuan

Poses pembentukan tanah di permukaan bumi karena adanya proses pelapukan batuan dan proses geologi lainnya. Pembentukan tanah dari batuan induknya dapat berupa proses mekanis (mengubah batuan menjadi partikel-partikel yang lebih kecil akibat : erosi, angin, air, suhu, cuaca dan manusia) maupun kimia (akibat pengaruh : oksigen, karbon dioksida, air – sifat asam/alkali dan lain-lain). Jika hasil pelapukan terjadi di tempat asalnya maka tanah ini disebut tanah residual (residual soil) dan bila telah berpindah tempat disebut tanah terangkut (transported soil).

1.4. Batuan (Rock)

Pembahasan yang mendetail masalah batuan ini dibahas akan dibahas dalam materi Bahan Bangunan, sekilas penjelasan mengenai batuan ditinjau dari asal-asulnya (proses pembentukannya) adalah sebagai berikut :

a. Batuan Beku (Igneous Rock)Terbentuk karena proses pembekuan magma yang berasal dari perut bumi melalui letusan gunung berapi (volcanic eruption) atau melewati rekahan-rekahan pada kulit bumi (fissure eruption). Batuan beku yang ter-bentuk dipermukaan bumi disebut batuan vulkanik (ekstruksi), sedang magma yang mengkristal jauh di bawah permukaan bumi disebut instrusi.

b. Batuan Endapan (Sedimentary Rock)Berasal dari proses sedimentasi butiran akibat erosi atau akibat pelapukan yang lambat laun menumpuk karena terbawa oleh air/angin maupun karena proses kimia. Karena berat lapisan di atasnya, maka terbentuklah bantuan sedimen ini yang tersusun berlapis-lapis. Bantuan ini banyak dijumpai di bantaran sungai, pantai, gurun pasir, dan sebagainya. Contoh batuan endapan : gipsum, batu kapur, dolomite dan lain-lain.

c. Batuan Metamorf (Metamorphic Rock)Berasal dari proses perubahan komposisi dan tekstur dari batuan akibat tekanan atau suhu yang sangat tinggi maupun keduanya sekaligus tanpa pernah menjadi cair. Dalam peristiwa ini mineral-mineral baru terbentuk dan butir-butir mineralnya terkena geseran yang kemudian membentuk tekstur batu metomorf yang berlapis-lapis, misalnya : granit, marmer, diorite dan lain-lain.

1.5. Tanah (Soil)

Dalam pengertian teknik, tanah merupakan material yang terdiri dari agregat/partikel-partikel padat (secara kimia tidak tersementasi [terikat secara kimia] satu sama lain dan dari bahan-bahan organik yang melapuk) disertai

2

dengan zat cair dan gas yang mengisi ruang-ruang kosong diantara partikel-partikel padat tersebut. Berikut seluk beluk yang berhubungan dengan tanah :

a. Proses Pembentukan TanahSecara umum ada 4 (empat) proses pembentukan tanah, yaitu :

1). Pelapukan batuan adalah perubahan batuan menjadi butiran tanah/butiran yang lebih kecil sebagai proses mekanis, kimia dan biologi diakibatkan oleh pengaruh alam/cuaca dan manusia

2). Erosi yaitu pengikisan tanah akibat aliran air (sungai, hujan, dan sebagainya), sedang akibat ombak air laut disebut abrasi

3). Transportasi yaitu terjadinya pemindahan butiran tanah akibat angin atau air kemudian mengendap di suatu tempat membentuk lapisan tanah baru

4). Sedimentasi yaitu proses terjadinya lapisan tanah akibat pengendapan butiran tanah, misalnya proses terbentuknya delta di muara sungai akibat aliran air yang membawa lumpur dari letusan gunung berapi sedangkan tanah endapan yang dibawa oleh aliran air es disebut glacial soil.

b. Bentuk Fisik dan Karakteristik Tanah

Tanah merupakan material yang tidak homogen yang terdiri dari masa tanah yang padat, pori-pori dan air. Masa padat dari tanah berupa butiran atau susunan mineral yang ukuran dan kondisi permukaannya sangat menentukan karakteritik tanah yang dimaksud. Selain itu sifat fisik tanah juga tergantung pada plastisitas, kapasitas, permeabilitas dan parameter geser tanah.

Berdasarkan sifat-sifat lekat dari butiran, tanah digolongkan menjadi tanah kohesif (cohesive soil) dan tanah tidak kohesif (non cohesive soil)

1). Tanah kohesifSering disebut tanah berbutir halus dengan gaya lekat antar butiran (kohesi) yang mengakibatkan sifat plastis berbeda yang tergantung pada kadar air dan kandungan mineral dalam tanah, contohnya : lempung.

2). Tanah tidak kohesifSering disebut tanah berbutir kasar dengan sudut geser-dalam sebagai parameter kekuatan geser utama dan tidak mempunyai gaya lekat antar butiran, contohnya : pasir dan kerikil.

Berdasarkan zat-zat organik yang terkandung didalamnya, tanah digolongkan menjadi tanah anorganik dan tanah organik.

1). Tanah anorganikTanah jenis ini yang terdiri dari mineral tanpa kandungan bahan organik, contoh : kerikil, pasir dan mineral lainnya.

2). Tanah organikTanah yang banyak mengandung unsur organik dari tumbuhan maupun hewan, contoh : humus, gambut, batu bara dan lain-lain.

Berdasarkan ukuran butiran, secara umum tanah digolongkan menjadi 4 (empat) golongan yaitu : kerikil (gravel), pasir (sand), lanau (silt) dan lempung (clay), golongan tersebut tergantung pada ukuran partikel yang paling dominan. Penggolongan tanah berdasarkan ukuran butiran dapat dilihat pada Table 1.1.

3

Tabel 1.1 Batasan-batasan Ukuran Golongan TanahTipe Tanah Min. Maks.

Kerikil (gravel) 2 mm 63 mmPasir (sand) 0,063 mm 2 mmLanau (silt) 0,002 mm 0,063 mmLempung (clay) 0,002 mm

Apabila ukuran butiran lebih besar dari 63 mm maka disebut sebagai batuan (stone).

1.6. Ruang Lingkup Mekanika Tanah

Ruang lingkup mekanika tanah sangat luas. Masalah-masalah penting yang berhubungan dengan tanah antara lain : menguji tanah, mengklasifikasi tanah, mengetahui sifat-sifat tanah alami serta pengaruhnya apabila mendapat beban/pengaruh dari luar dan lain-lain.

Gambar 1.2. Ruang Lingkup Permasalahan Mekanika Tanah

Ilmu Mekanika Tanah dapat memecahkan masalah-masalah dalam Teknik Sipil, antara lain :

a. Perencanaan dan pelaksanaan pemotongan lereng/tebing (cut slope)Pemotongan lereng ini umumnya untuk pembuatan jalan raya/kereta api atau untuk keperluan drainase. Hal-hal yang perlu diketahui adalah : kuat geser tanah, rembesan air tanah, pemadatan, daya dukung tanah dan besarnya pembenanan yang direncanakan serta teknik perbaikan tanah yang dipakai.

b. Perencanaan dan pelaksanaan bendungan tanah (embankment dam) Bendungan tanah umumnya untuk pembuatan PLTA dan irigasi. Hal-hal yang perlu diketahui adalah : sifat tanah alami (indeks kepadatan, sifat-sifat plastis, berat spesifik, ukuran butiran, rembesan, konsolidasi, sifat pemadatan, kuat geser-dalam tanah dan lain-lain).

c. Perencanaan dan pelaksanaan pondasi Pondasi digunakan sebagai penyalur beban struktur atas (upper structure), seperti pada bangunan gedung, jembatan, jalan raya, terowongan, kanal, dinding penahan tanah, bendungan dan lain-lain. Hal-hal yang perlu di ketahui adalah : daya dukung tanah, pola distribusi tegangan dalam tanah di bawah daerah pembebanan, ke-mungkinan penurunan pondasi, pengaruh/dampak air tanah dan getaran dan lain-lain.

d. Perencanaan dan pelaksanaan pengalian dan penimbunan Penggalian dan penimbunan tanah umumnya untuk pembuatan saluran drainase permukaan dan jalan raya. Hal-hal yang perlu diketahui adalah : kuat geser tanah dan sifat-sifat tanah seperti rembesan air tanah, sehingga ke-miringan dan tinggi galian dan timbunan dapat direncanakan. Untuk mencegah keruntuhan tanah galian biasanya dipakai penguat lateral/turap-turap pada kedalaman tertentu.

4

e. Perencanaan dan pelaksanaan bangunan bawah Bangunan bawah tanah ini umumnya berupa : terowongan (tunnel), gedung bawah tanah, bagunan drainase bawah tanah dan jaringan pipa/kabel). Hal-hal yang perlu diketahui selain sifat-sifat alami tanah juga pengetahuan tentang interaksi struktur tanah serta pembebanan yang ada.

f. Perencanaan dan pelaksanaan perkerasan jalanPerkerasan jalan dapat berupa jalan raya maupun jalur kerata api. Hal-hal yang perlu diketahui adalah : sifat tanah tanah dasar, besarnya pembebenan yang direncanakan dan teknik perbaikan tanah seperti kekuatan (data CBR, pemadatan dan daya dukung tanah) dan stabilitas tanah.

g. Perencanaan dan pelaksanaan konstruksi di tanah lunak (soft soil) Konstruksi ini umumnya dibangun di atas tanah lunak/karena lapisan tanah kerasnya sangat dalam (tanah gambut, rawa-rawa, pantai dan lain-lain). Hal-hal yang perlu diketahui adalah : sifat-sifat tanah alami dan metode-metode perbaikan tanahnya.

h. Perencanaan dan pelaksanaan pondasi daerah pantai/laut Bangunan daerah pantai/laut bisa berupa : mercusuar, dermaga, kilang minyak dan lain-lain. Hal-hal yang perlu di-ketahui seperti pembangunan pondasi di atas permukaan tanah ditambah adanya faktor beban karena gelombang dan angin serta faktor kondisi di lapangan yang ada (misalnya kedalaman laut waktu pasang dan surut).

Setelah mengetahui perilaku dan sifat-sifat tanah tersebut, seorang perencana/pelaksana dapat mengambil keputusan apakah bangunan dapat dilaksanakan atau tidak, besarnya biaya dan metode perencanaan/pelaksanan yang digunakan.

1.7. Pendapat Umum Mengenai Tanah (General Judget of Soil)

a. Tanah Sebagai Dasar Bangunan 1). Tanah non kohesif

Tanah ini sangat baik untuk landasan/dasar bangunan bila kepadatannya cukup besar. Tanah ini tidak mem-punyai kekuatan tarik, maka gesekan antar butiran akan meningkat pada saat mengalami tekanan yang besar sehingga kekuatan gesernya besar. Pada kondisi tanah lepas atau terlalu banyak mengandung pasir perlu dilakukan pemadatan untuk menghindari penurunan atau keruntuhan tanah (failure).

2). Tanah kohesifKondisinya licin, halus, kaku, agak keras dan keras sekali sehingga kapasitas daya dukung tergantung pada besarnya kadar air. Terhadap air tanah kohesif harus betul-betul dilindungi, dengan membuat saluran pe-ngeringan (drainase), karena dengan ruang pori yang besar mengakibatkan tanah ini mudah tenggelam dan rusak akibat beban di atasnya. Selain itu fraksi butir-butir halus juga mempengaruhi kualitas tanah kohesif, sehingga tanah ini dibedakan antara tanah kohesif kuat (sukar meyerap dan melepas air) dan tanah kohesif ringan (mudah berubah bila terkena air).

3). Tanah organikTanah humus (peat) dan tanah lumpur berlanau, tidak baik dipakai sebagai landasan dari suatu konstruksi bangunan, karena memiliki sifat kembang susut yang sangat besar.

b. Tanah Sebagai Bahan Bangunan1). Tanah non kohesif

Tanah ini sangat baik untuk material bangunan seperti untuk urugan jalan, urugan bangunan, dasar pondasi, karena dapat dipadatkan dengan mudah dan mempunyai kekuatan geser yang besar.

5

2). Tanah kohesifTanah ini mempunyai sifat compresibilitas yang tergantung pada kadar airnya, baik untuk bahan bangunan pada daerah-daerah yang kering tetapi tidak baik pada daerah-daerah yang banyak mengandung air, sehingga perlu distabilisasi/dipadatkan sebelum digunakan.

3). Tanah organikTanah ini tidak baik sebagai bahan bangunan/urugan karena mempunyai sifat susut yang besar dan mudah retak-retak bila kering.

1.8. Stratifikasi Tanah (stratification of the ground)Staritifikasi atau susunan tanah merupakan gambaran/bentuk lapisan tanah sampai dengan kedalaman tertentu. Selain proses pembentukan tanah yang telah disebutkan sebelumnya, berbagai bentuk lapisan tanah juga disebabkan oleh gejala alam seperti aktivitas tektonik atau pergeseran benua, sehingga terjadilah patahan, rekahan maupun lipatan-lipatan pada lapisan tanah.

Gambar 1.3. Model starifikasi tanah akibat rekahan (fault), patahan dan lipatan.

1.9. Air di dalam Lapisan Tanah Secara umum tanah terdiri dari tiga bahan, yaitu butiran tanah, air dan udara yang terdapat dalam ruangan

diantara butiran yang disebut pori-pori tanah. Berdasarkan kandungan air, kondisi tanah dapat dibedakan sebagai berikut :

a. Tanah kering adalah tanah yang semua ruang pori-pori terisi oleh udara. Keadaan semacam ini jarang kita temukan pada tanah yang masih asli di lapangan. Air hanya dapat dihilangkan sama sekali dari tanah untuk tujuan tertentu dengan cara memanaskan di dalam oven.

b. Tanah jenuh (saturated soil) adalah tanah yang ruang pori-pori tanah penuh terisi air. Tanah ini biasa terdapat di bawah permukaan air seperti pada dasar sungai, danau, kolam, sawah dan sebagainya.

c. Tanah kondisi sedang adalah tanah yang ruang pori-pori tanah sebagian terisi oleh udara dan sebagian terisi oleh air seperti tanah yang ada disekitar kita (tanah permukaan/surface soil).

Di dalam tanah, antara air dengan butiran tanah terjadi ikatan yang berbeda-beda tergantung pada sifat fisik dan kimia dari butiran yang dimaksud. Macam-macam ikatan air yang ada pada tanah dapat dibedakan menjadi enam yaitu :

a. Air meteorik adalah air yang berada pada lapisan tanah paling atas, berkaitan dengan hujan dan penguapan pada siklus hidrologi. Akibat gravitasi, air meteorik menembus menuju keair tanah di bawahnya. Air ini sedikit sekali yang sampai pada air tanah karena terhadang oleh air membran dan air kapiler.

b. Air kapiler adalah air yang merambat ke atas dari muka air tanah, karena adanya gaya kapiler dan ini berada tetap diantara butir-butir (karena adanya tegangan permukaan).

c. Air membran/air film adalah air yang melingkupi butiran dan behubungan erat dengan air kapiler.d. Air higroskopis adalah air yang terhisap oleh butiran akibat adanya tegangan permukaan, air ini melingkupi

butiran tanah kompak.e. Air absorbasi adalah air yang terserap oleh butiran akibat adhesi.

6

Sumur bor

Tanah pasirTanah kedap air

f. Air tanah adalah air yang mengisi ruang pori-pori tanah secara tetap/kontinyu, maka air ini dapat diketahui dari lubang bor atau sumur uji. Air ini dapat bergerak dengan bebas dan hanya dipengaruhi oleh gravitasi. Lapisan tanah yang mengandung air tanah disebut konduktor air tanah.

Jenis-jenis air tanah :1. Air tanah bebas

Air ini tidak dipengaruhi oleh tekanan pada permukan air, sebab tekan air dan tekanan udara adalah sama.

2. Air tanah melanyang

Air tanah ini terperangkap kedalam lapisan tanah kedap air dan apabila sering diambil suatu saat air ini akan habis.

3. Air artesis seperti sungai di bawah lapisan tanah yang kedap air, apabila dilakukan pengeboran pada saluran artesis, maka air akan memancar keluar akibat tekanan gravitasi.

4. Air tanah berkelompok beberapa lapisan tanah yang berisi air dipisahkan oleh lapisan tanah yang kedap air.

Gambar 1.4. Jenis-jenis air tanah.

BAB IIKARAKTERISTIK FISIK TANAH

Sumur observasiLempung

Pasir

Sumur observasi

7

2.1. Tujuan Instruksional Khususa. Mahasiswa dapat memahami tentang sifat fisik tanah.b. Mahasiswa dapat memahami hubungan volume dan berat pada tanah.c. Mahasiswa dapat menentukan indeks properties tanah berdasarkan hasil pengujian di laboratorium.

2.2. Sifat Fisik Tanah (propertis tanah)

Tanah sebagai bahan atau dasar konstruksi, mempunyai sifat teknik dan sifat fisik yang sangat berbeda-beda. Sifat-sifat fisik tanah yang biasa disebut indeks properties meliputi : kadar air, berat isi, berat jenis dan sebagainya, dapat mengubah perilaku tanah baik pada arah vertikal maupun arah lateral dengan adanya pengaruh dari luar. Dengan mempelajari sifat-sifat tanah, dapat diperoleh gambaran umum tentang tanah yang diselidiki.

Berbagai jenis tanah yang ada dipermukaan bumi ini pada kondisi alami terdiri dari tiga komponen utama yaitu : butir tanah (soil) dan ruang pori antar butiran (void) yang terisi air (water) dan atau udara (air). Berdasarkan kandungan air di dalam tanah, kondisi alami tanah dibedakan menjadi 3 (tiga), yaitu :

a. Tanah kering (dry soil)Tanah yang pori-porinya hanya berisi udara saja, jenis tanah ini hanya terdiri atas butir tanah dan pori udara. Untuk mendapatkan tanah kering ini bisa dengan sinar matahari atau dengan dioven.

b. Tanah lembab/kondisi sedangTanah ini terdiri atas tiga unsur ; butir tanah, air dan udara seperti tanah permukaan (surface soil/top soil) pada umumnya.

c. Tanah jenuh (saturated soil)Tanah yang seluruh pori-porinya terisi air. Jenis ini bisa dijumpai pada tanah di bawah sungai, danau, kolam, bendungan, sawah dan lain-lain.

Sedangkan jenis tanah berdasarkan kandungan pori-pori dalam tanah secara keseluruhan dibedakan menjadi 3 (tiga), yaitu :

a. Tanah padat (dense)b. Tanah sedang (medium)c. Tanah lepas (loose)

2.3. Hubungan Berat – Volume

Secara umum, hubungan antara berat dan volume tanah dapat digambarkan tiga fase elemen tanah [butiran/soil (s), air/water (w), udara/air (a)] dengan berat total (W = Wt) dan volume total (V = Vt) seperti pada Gambar 2.1.

- Berat total Wt = Ws + Ww + Wa = Ws + Ww ; Wa = 0

- Volume total Vt = Vs + Vw + Va = Vs + Vv ; Vv = Vw + Va (Vv = Volume void/volume pori)

Butiran

Void/poriberisi air dan udara

Air

Butiran

Tanah

Udara

Wt Vt VtWt

Ws

Wa

Ww Vw

VV

Va

Vs

8

Gambar 2.1. Elemen tanah dalam keadaan asli dan 3 (tiga) fase dari elemen tanah

Bila kita ambil segumpal contoh tanah, kemudian dibentuk kotak seperti gambar di atas maka volume tanah tersebut dapat dihitung, kemudian ditimbang sehingga diperoleh beratnya. Dari hubungan antara berat dan isi tanah tersebut diperoleh berat isi tanah (unit weight of soil) yang diberi notasi t atau m yang disebut juga sebagai berat isi tanah lembab atau wet.

Hubungan berat-volume untuk istilah-istilah yang lain serta simbol dan definisi-definsinya dapat dilihat tabel di bawah ini : Tabel 2.1 Hubunngan Berat-VolumeNo. Sebutan Istilah Notasi Definisi (perbandingan antara) Rumus

1. Kadar air Water Content / Moisture Content

w ; m ; wc

berat air dengan berat butir tanah Ww/Ws

2. Berat isi tanah Unit weight of soil ; t ; b ; asli

berat tanah keseluruhan dengan volume tanah keseluruhan Wt/Vt

3. Berat isi butir Unit weight of particles s berat butir dengan volume butir tanah Ws/Vs

4. Berat isi air Unit weight of water w berat air dengan volume air [w = 1 g/cm³] Ww /Vw

5. Berat isi tanah kering Dry density (unit weight of dry soil) d

berat butir tanah dengan volume tanah keseluruhan Ws/Vt

6. Berat isi tanah jenuh Unit weight of saturated soil sa t

berat tanah jenuh dengan volume tanah keseluruhan Wsat/Vt

7. Berat isi tanah basah Unit weight of submerged soil

sub ; b

berat tanah basah dengan volume tanah keseluruhan ; [ sub = sat – w (unsaturated)] Wsub/Vt

8. Angka pori Void ratio e volume pori dengan volume butiran tanah Vv/Vs

9. Porositas Porosity n volume pori dengan volume tanah seluruhnya Vv/Vt

10. Derajat kejenuhan Degre of saturation Sr ; S volume air dengan volume pori Vw/Vv

11. Berat jenis tanah Specific Gravity Gs ; G ; GS berat isi butir dengan berat isi air s/w

12. Kerapatan relatif Relative Density Dr ; ID

selisih angka pori maksimum dan angka pori alami dengan selisih angka pori maksimum dan angka pori minimum

13. Kepadatan relatif Relative Compaction Rc berat isi tanah kering dengan berat isi tanah kering maksimum d/d mak

14. Prosentase pori udara Degree air voids navolume udara dengan volume tanah seluruhnya Va/Vt

15. Kadar udara Air Content ac volume udara dengan volume pori Va/Vv

Catt : efektif = ’ = sat – w (saturated)

9

Hubungan Antara Porositas (n) dengan Angka Pori (e)

Sehingga :

Dengan cara yang sama didapatkan :

Porositas maupun angka pori merupakan salah satu parameter kepadatan tanah, sehingga nilai-nilainya sangat mempengaruhi besarnya penurunan (settlement) tanah akibat pembebanan di atasnya. Berbagai macam jenis tanah mempunyai porositas dan angka pori yang berlainan seperti yang ditampilkan dalam tabel di bawah ini .

Tabel 2.2 Nilai Porositas (n) dan Angka Pori (e) Tanah

Jenis Tanah Porositas (n) Angka pori (e)Lempung busuk & humus (peat) 0,70 – 0,90 2,33 – 9,00Lempung muda 0,60 – 0,90 1,50 – 9,00Lempung lunak 0,50 – 0,70 1,00 – 2,33Lempung kaku (stiff) 0,35 – 0,50 0,54 – 1,00Lempung mengeras 0,20 – 0,35 0,25 – 0,54Kapur bercampur gumpalan lempung 0,25 – 0,30 0,33 – 0,43Pasir (seragam) 0,30 – 0,50 0,43 – 1,00Pasir bercampur kerakal 0,25 – 0,35 0,43 – 0,54

2.4. Pemakaian Rumus-rumus dan Pengembangannya

Dari rumus-rumus yang telah dipelajari sebelumnya, dapat dikembangkan menjadi rumus turunan dan dapat di-pergunakan untuk berbagai hal.Contoh penggunaan :

a. Nyatakan : t = ƒ (w,d).Penyelesaian :

b. Nyatakan : d = ƒ (s,n)Penyelesaian :

10

c. Dari hasil pengujian laboratorium suatu contoh tanah, diperoleh data sbb :- Angka pori (e) = 0,40- Derajat kejenuhan (Sr) = 25 %- Berat jenis tanah (Gs) = 2,5

Tentukan :- Kadar air tanah tersebut (%)

Penyelesaian :

d. Berikut rumus pengembangan jika kondisi tanah jenuh/seluruh ruang pori terisi air (saturated soil) dan asumsi Vs = 1 :

Gambar 2.2. Elemen tanah dalam keadaan asli dan 3 (tiga) fase elemen tanah kondisi jenuh dengan Vs = 1

Contoh penggunaan :1). Nyatakan : d = ƒ (Gs, e).

Penyelesaian :

2). Nyatakan : sat = ƒ (Gs,e).Penyelesaian :

Catatan :Kondisi tanah jenuh nilai Sr = 100 % = 1, Sr = Vw/Vv = ew/e, ew = e Vw = Vv.

Air

ButiranWs = Gs.w

Ww = e.w Vv = e

Vs = 1

Air

Butiran

Udara

Ws =Gs.w

Wa = 0

Ww = w.Gs.w Vw = w.Gs

VV = e

Va = 0

Vs = 1

Air

Butiran

Udara

VtWt

Ws

Wa = 0

Ww Vw

VV

Va

Vs

Air

ButiranWs = Gs.w.(1-n)

Ww = n.w Vv = n

Vs = (1-n)

Air

Butiran

Udara

Ws =Gs.w.(1-n)

Wa = 0

Ww = w.Gs.w.(1-n) Vw = w.Gs.(1-n)

VV = n

Va = 0

Vs = (1-n)

Air

Butiran

Udara

VtWt

Ws

Wa = 0

Ww Vw

VV

Va

Vs

Vt = 1

11

Gambar 2.3. Elemen tanah dalam keadaan asli dan 3 (tiga) fase elemen tanah kondisi jenuh dengan Vt = 1

Contoh penggunaan :1). Nyatakan : d = ƒ (Gs, n).

Penyelesaian :

2). Nyatakan : sat = ƒ (Gs,n).Penyelesaian :

Pengembangan rumus diatas selengkapnya untuk kondisi tanah jenuh dapat dilihat pada Tabel 2.3 dan 2.4.

Tugas-tugas :Nyatakan :

1. d = f (e, Gs, w) 7. Gs = f (w, Sr, d, w) 13. w = f (w, Sr, d, Gs)2. d = f (w, Gs, w, Sr) 8. e = f (Gs, d, w) 14. w = f (e, Sr, Gs)3. d = f (w, t, Sr) 9. e = f (w, Gs, Sr) 15. w = f (t, d,)4. d = f (s, n) 10. e = f (s, d) 16. t = f (w, d)5. Gs = f (d, e, w) 11. w = f (e, d, Gs) 17. t = f (w, Gs, w, e)6. Gs = f (Sr, w, e) 12. w = f (Sr, d, w, Gs) 18. e = f (t, Gs, w, w)

12

Tabel 2.3. Functional relationships of various soil properties for “saturated soils”Sought quantities

Quatitiesw and :

Specific gravity(Gs)

Dry unit weight(d)

Saturated unit weight(sat)

Saturated moisturecontent (w) %

Porosity(n)

Void ratio(e)

Gs ; d

Gs ; sat

Gs ; w w.Gs

Gs ; n Gs.(1 – n).w [Gs – n.(Gs – 1)].w

Gs ; e

d ; sat

d ; w (1 + w).d

d ; n d + n.w

d ; e

sat ; w

sat ; n sat – n.w

sat ; e

w ; n

w ; e

(Jumikis, A. R., Soil Mechanics. 1962, pp. 90-91)

13

Tabel 2.4 Useful for rapid calculation of phase relationships

Property

Saturated sample (ms, mw,Gs are

known)

Unsaturated sample (ms,

mw,Gs, Vt are known)

Supplementary formulas relating measured and computed factors

Volume components

Vsvolume of

solids Vt – ( Va + Vw) Vt.(1 – n)

Vwvolume of

water Vv – Va Sr.Vv Sr.Vs.e

Vavolume of

air 0 Vt – ( Vs + Vw) Vv – Vw (1 – Sr).Vv (1 – Sr).Vs.e

Vvvolume of

voids Vt – Vs Vs.e

Vttotal volume of sample Vs + Vw

measured(Va + Vw + Vs)

Va + Vw + Vs Vs.(1 + e)

n porosity

e void ratio

mass for spesific sample

msmass of solids measured Gs.Vt.w.(1 – n) Vs.Gs.w

mwmass of water measured w.ms Sr.w.Vv Vt.d.w

mttotal mass of

sample ms + mw ms.(1 + w)

mass for sample of unit volume (density)

d dry density

wet density d.(1 + w)

satsaturated density

b

buoyant (submerged)

densitysat – w

Contoh soal :

14

1. Suatu tanah basah (asli) mempunyai volume (Vt) = 0,84 m³, berat (Wt) = 12 kN, apabila kadar air (w) = 12 % dan berat jenis (Gs) = 2,72, berapakah nilai : → [w = 9,81 kN/m³]

a). berat volume basah (t) d). porositas (n)b). berat volume kering (d) e). derajat kejenuhan (Sr = %)c). angka pori (e) f). volume air (Vw)

solusi :

a). d).

b). e).

c). f).

2. Suatu tanah jenuh air mempunyai berat jenis (Gs) = 2,67, berat tanah basah (Wt) = 150,63 gram, berat tanah kering (Ws) = 131,58 gram, berapakah nilai : → [w = 1 gr/cm³]

a). kadar air (w)b). berat volume kering (d)c). berat volume jenuh air (sat)

solusi :

a).

b).

c).

3. Suatu tanah jenuh air mempunyai derajat kejenuhan (Sr) = 100 %, berat volume tanah (t) = 17,72 kN/m³, kadar air (w) = 42 %, berapakah nilai : → [w = 9,81 kN/m³]

a). porositas (n)b). berat jenis tanah (Gs)

solusi :

kondisi jenuh air : Vt = 1 m³, Vv = Vw

a).

b).

4. Suatu tanah jenuh air mempunyai berat jenis tanah (Gs) = 2,67, Berat cawan + tanah basah (W1) = 150,63 gram, Berat cawan + tanah kering (W2) = 131,58 gram, sedangkan berat cawan (W3) = 26,48 gram, berapakah nilai :

a). kadar air (w)

15

b). berat volume kering (d) [w = 1 gr/cm³]c). berat volume jenuh air (sat)

solusi :

Ww = W1 – W2 = 150,63 – 131,58 = 19,05 gramWs = W2 – W3 = 131,58 – 26,48 = 105,10 gram

a).

b).

c.

5. Suatu tanah asli mempunyai nilai angka pori (e) = 0,85, derajat kejenuhan (Sr) = 42% dan berat jenis (Gs) = 2,74, berapakah nilai : → [w = 9,81 kN/m³]

a). kadar air (w)b). berat volume tanah (t)

solusi :

a).

b).

6. Suatu tanah asli mempunyai berat tanah (Wt) = 207 gram, volume tanah (Vt) = 110 cm³ sedangkan berat tanah kering (Ws) = 163 gr dan berat jenis tanah (Gs) = 2,68, berapakah nilai : → [w = 1,0 gr/cm³]

a). angka pori (e) c). berat volume tanah (t)b). derajat kejenuhan (Sr) d). berat volume tanah kering (d)

solusi :

a).

Ww = Wt – Ws = 207 – 163 = 44 gram

b).

c).

d).

2.5. Konsistensi dan Kepekaan Tanah

Tanah berbutir halus yang mengandung mineral lempung, jika dicetak ulang / diremas-remas tidak menimbulkan keretakan tanah. Hal ini disebabkan adanya sifat menyerap air dari partikel lempung, sehingga kadar air pada tanah berbutir halus (lempung atau lanau) dapat digunakan sebagai sifat penunjuk yang disebut konsistensi tanah.

Dalam keadaan plastis, konsistensi dinyatakan dengan :

16

- sangat lunak (very soft) sangat lunak / licin- lunak (soft) lunak- teguh (firms) agak kaku- kenyal (stiff) kaku / agak keras- keras (hard) keras sekali

Selain diuji dengan batas-batas Atterberg, konsistensi tanah juga dapat ditentukan dengan pengujian laboratorium yang lain yaitu uji kuat tekan bebas (unconfined compressive strenght), sehingga diperoleh nilai kekuatan tekan tanah maksimum yang dinotasikan dengan qu. Prinsip pengujian adalah dengan memberikan tekanan vertikal pada contoh tanah secara kontinyu dengan kecepatan tetap sampai tanah mengalami keruntuhan. Metoda pengujian batas-batas Atterberg selengkapnya akan dibahas pada BAB III sedangkan pengujian kuat tekan bebas akan dibahas dalam BAB IV.

17

18

BAB IIIKLASIFIKASI TANAH

3.1. Tujuan Instruksional Khususa. Mahasiswa dapat mengklasifikasikan tanah dengan cara sederhana (metoda visual dan manual).b. Mahasiswa memahami tentang pengujian yang harus dilakukan untuk pengklasifikasian tanahc. Mahasiswa dapat mengunakan diagram segitiga untuk klasifikasi tanahd. Mahasiswa dapat mengklasifikasikan tanah berdasarkan USCS atau ASTM.

3.2. Umum

Secara umum tanah diklasifikasikan sebagai tanah berbutir halus (tanah kohesif) dan tanah berbutir kasar (non kohesif) seperti yang telah diuraikan pada bab sebelumnya. Istilah tersebut terlalu umum karena pada kondisi alami, tanah terdiri dari susunan partikel yang tidak seragam sehingga sulit untuk mengidentifikasi tanah yang hampir sama sifat-sifatnya. Ini penting sekali karena dengan mengetahui klasifikasi dari tanah yang diselidiki dapat diperkirakan apakah tanah tersebut cocok sebagai bahan/pendukung bangunan atau tidak.

Ada dua cara yang dapat dilakukan untuk pengklasifikasian tanah yaitu dengan cara sederhana (metoda visual atau manual) atau dengan pengujian di laboratorium maupun pengujian lapangan.

3.3. Cara Sederhana

Cara sederhana banyak di lakukan di lapangan dengan pengamatan langsung atau pengujian-pengujian sederhana untuk memperoleh gambaran secara umum dari tanah yang diselidiki. Pengujian lapangan secara sederhanan ini dapat dilakukan dengan metode visual atau metode manual dengan alat-alat sederhana.

a. Metode visualPada metode ini dilakukan pengamatan secara langsung pada jenis tanah yang diselidiki berdasarkan ukuran butiran yang terkandung untuk tanah yang berbutir kasar dan berdasarkan warna serta bau untuk tanah yang berbutir halus.1). Untuk tanah yang berbutir kasar (dengan analisa ukuran butir)

- Kerikil dengan ukuran butiran berkisar 20 – 63 mm- Kerikil halus dengan ukuran butiran berkisar 3 – 6,3 mm- Pasir ukuran butiran berkisar 0,2 – 2 mm

2). Untuk tanah berbutir halus - Lempung, warna kehitaman, mengkilap (memantulkan cahaya)- Lanau, warna keabu-abuan, buram (tidak memantulkan cahaya).- Gambut, tanah humus/peat atau tanah organik lainnya mempunyai sifat mudah pecah bila kering

dan berbau.b. Metode manual

Metode ini dengan menggunakan alat-alat sederhana yang bisa dipakai untuk mengklasifikasikan tanah secara umum di lapangan seperti :1). Dengan ayakan sederhana dilakukan penyaringan contoh tanah yang kering dengan beberapa ukuran

ayakan, sehingga diperoleh prosentase ukuran butiran yang terkandung. Klasifikasi tanah berdasarkan analisa ukuran butiran dapat dilihat pada tabel di bawah ini.

Tabel 3.1 Klasifikasi Tanah Secara ManualAlat yang dipakai Nama/istilah klasifikasi Ukuran butiran

(mm)Observasi

(pengamatan langsung) Jenis tanah

19

Dengan saringan /

ayakan

Kerakal > 20 – 63 < telur ayam , > biji kenariTanah tidak

kohesif (berbutir kasar)

Kerikil kasar > 6,3 – 20 < biji kenari, > biji jagungKerikil halus > 2 - 6,3 < biji jagung , > kacang hijauPasir kasar > 0,6 – 2 < kcg hijau, > butir ampelas

Pasir sedang > 0,2 – 0,6 < butir ampelas atau gula pasirPasir halus > 0,06 - 0,2 Ukuran terkecil yang masih terlihat oleh mata

Lumpur kasar > 0,2 – 0,06 Bila hanya satu butiran Tanah kohesif (berbutir halus)

Lumpur sedang > 0,006 - 0,02 Terlihat oleh mataLumpur halus >0,002 - 0,006 Seperti tepung beras

Partikel-partikel halus dari lumpur 0,002 Seperti tepung tapioka

Partikrel-partikel organik Kadang-kadang berserat /dedaunan yang lepuk

Tanah organik

2). Percobaan kekuatan kering berhubungan dengan sifat plastis dari tanah dan dilakukan pada tanah dalam keadaan kering dengan hasil analisa sebagai berikut :

- Jenis tanah pasir, tidak ada kekuatan kering, contoh tanah dapat pecah dengan sendirinya bila disentuh dengan jari tangan

- Tanah lanau kekuatan keringnya kecil, contoh tanah mudah ditekan/dihancurkan dengan sedikit tekanan jari

- Tanah lempung kepasiran (sandy clay mixture) mempunyai kekuatan kering sedang, yaitu apabila contoh tanah tidak akan pacah/lepas sebelum mendapat tekanan djari secukupnya

- Tanah lempung (clay), mempunyai kekuatan kering yang besar, contoh tanah sulit dihancurkan dengan tekanan jari yang kuat.

3). Percobaan remas berkaitan dengan sifat dari plasitis tanah dengan cara pengujian menggulung contoh tanah di atas kaca sampai diperoleh diameter sebesar 3 mm, kemudian tanah tersebut diremas-remas, lalu digulung lagi seperti semula. Pekerjaan di atas dilakukan beberapa kali sampai tanah menjadi pecah-pecah. Dengan percobaan tersebut akan diperoleh hasil sebagai berikut :

- Tanah dengan plastisitas ringan (light plasticity), jika tanah sulit digulung atau dilengketkan lagi, jenis tanah ini biasanya pasir

- Plastisitas sedang (medium plasticity), bila contoh tanah setelah diremas sulit untuk digulung lagi, biasanya ini termasuk jenis tanah lanau

- Plastisitas tinggi (high plasticity), apabila contoh tanah tersebut mudah digulung dan diremas sampai beberapa kali percobaan, biasanya termasuk jenis tanah liat/tanah lempung.

4). Percobaan gesek (friction test) bertujuan untuk memperkirakan kandungan pasir, lanau dan lempung dengan cara mengambil contoh tanah secukupnya, kemudian gilas atau gesek-gesekan pada telapak tangan, dan jika perlu dilakukan di dalam air, hasil percobaan sbb :

- Bila tanah lempung akan memberikan rasa licin dan lengket pada telapak tangan.- Tanah lanau akan terasa halus seperti tepung. - Tanah pasir akan terasa kasar dan menggores pada telapak tangan.

5). Test ketajaman (cutting test) dilakukan pada contoh tanah yang telah dicetak pada suatu plat kubus/silinder, kemudian dipotong dengan pisau pemotong , dengan hasil pengujian seperti di bawah ini :

- Bila permukaan yang dipotong adalah kasar tidak merata, maka tanah tersebut banyak mengandung pasir.

- Bila permukaan yang dipotong agak halus tapi berwarna keabu-abuan dan tidak memantulkan cahaya, maka tanah tersebut mengandung lanau.

- Bila permukaan yang dipotong adalah halus, mengkilap dan berwarna kehitam-hitaman, maka tanah tersebut banyak mengandung lempung.

20

6). Test campuran organik untuk mengetahui kandungan organik di dalam tanah dapat diketahui dengan melihat warna atau bau dari jenis tanah yang diselidiki.

7). Test plastisitas dilakukan dengan memasukkan tanah kedalam dalam timba yang berisi air secukupnya, lalu diaduk sampai merata, bila partiel-partikel butiran tanah seperti larut dengan air (lama mengendap) adalah jenis tanah lempung atau lanau, tetapi bila partikel-partikel tanah memisah dan mengendap di dasar timba, maka tanah termasuk jenis pasir atau kerikil.

3.4. Klasifikasi Tanah Dengan Pengujian Di Laboratorium

Untuk memperoleh hasil pengklasifikasian tanah yang lebih teliti dapat dilakukan dengan pengujian di laboratorium yang meliputi :

a. Distribusi ukuran butir (Grain Size Analysis) yang dilakukan dengan analisa ayakan dan analisa hidrometerb. Pengujian sifat plastis tanah dengan pengujian batas-batas Atterbergc. Pengujian campuran bahan-bahan organik dengan menggunakan bahan-bahan kimia.

Di negara kita belum ada standar untuk klasifikasi tanah yang baku, sehingga untuk klasifikasi tanah diambil standar yang sudah dikenal dinegara-negara maju, antara lain :

U S D A = United state Departement of AgricultureF A A = Federal Aviation Administration M I T = Massachusett Institute of TechnologyA S T M = American Society for Testing Material U S C S = Unified Soil Classification System AASHTO = American Association of State Highway and Transportation.

Dua sistem pengujian yang terkahir ini (USCS dan AASHTO) banyak dipakai di negara-negara maju.

a. Analisa Ukuran Butiran (Grain Size Analysis)

Pada dasarnya partikel pembentuk struktur tanah mempunyai ukuran dan bentuk yang beraneka ragam, baik pada tanah kohesif maupun pada tanah non kohesif. Sifat tanah banyak ditentukan oleh ukuran butiran dan distribusinya, sehingga dalam Mekanika Tanah, analisa ukuran butir banyak dipakai sebagai acuan. Selain itu, analisa ukuran butir ini dapat pula dipakai untuk :

1). Memperoleh informasi gradasi tanah2). Kandungan butiran halus dan bahan organik3). Mengetahui permeabilitas tanah4). Untuk perkiraan tinggi air kapiler5). Perencanaan filter pencegahan terhanyutnya butiran halus.

Pengujian analisa butiran ini dilakukan dengan dua cara yaitu : 1). analisa ayakan (sieve analysis - untuk kandungan tanah yang berbutir kasar → diameter 0,075 mm ) 2). analisa hidrometer (hydrometer analysis - untuk kandungan tanah yang butiran halus → diameter 0,075 mm ).

21

1). Analisa ayakan ( sieve analysis ) Pada analisa ayakan, masing-masing sistem mempunyai standar ukuran lubang ayakan yang berbeda. Sebagai contoh, ASTM dan USCS mempunyai kode tersendiri untuk masing-masing bukaan, demikian pula untuk batasan klasifikasi tanahnya.

Tabel 3.2 Ukuran Ayakan Berbagai StandarUkuran lubang ayakan/bukaan

(mm)

Kode/nomor saringan Standar Inggris Perancis Jerman/DIN

USCS ASTM No Ukuran Lobang No Ukuran

lobang No Ukuran lobang

9,51 # 3/8’ 9510 µ - - - - - -4,76 # 4 4760 µ - - - - - -2,00 # 10 2000 µ 8 2,057 34 2,00 - 2,0

0,841 # 20 841 µ 18 0,853 - - - -0,595 # 30 595 µ 25 0,599 29 0,630 630 0,6300,421 # 40 420 µ 36 0,422 27 0,400 400 0,4000,297 # 50 297 µ 52 0,295 - - - -0,210 # 70 210 µ 72 0,211 24 0,200 200 0,2000,149 # 100 149 µ 100 0,152 - - - -0,074 # 200 74 µ 200 0,076 - - - -0,063 # 230 63 µ - - - - - -0,053 # 270 53 µ 240 0,066 19 0,063 63 0,0630,044 # 325 44 µ 300 0,053 18 0,053 50 0,0500,037 # 400 37 µ - - 17 0,040 45 0,045

- - - - - - - 40 0,040

Tabel 3.3 Batasan Ukuran Butiran Menurut Berbagai Standar

Nama GolonganUkuran Butiran (mm)

Kerikil Pasir Lanau LempungMassachusetts Institute of Technology (MIT) >2 2 – 0,06 0,06 – 0,002 < 0,002U.S. Departement of Agriculture (USDA) >2 2 – 0,05 0,05 – 0,002 < 0,002American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) 76,2 – 2 2 – 0,075 0,075 – 0,002 < 0,002

Unified Soil Classification System (U.S.C.S) dan American Society for Testing Material (ASTM) 76,2 – 4,75 4,75 – 0,075 halus (lanau dan lempung)

< 0,075

Prosedur pengujian dengan ayakan/saringan secara garis besar adalah sebagai berikut :1. Menyiapkan sample (contoh tanah) diusahakan dalam kondisi kering2. Pisahkan contoh tanah dengan bahan-bahan lain (kotoran) dan timbang3. Susunan ayakan seperti pada Gambar 3.1 dengan ukuran lobang paling besar di atas dan paling bawah

sendiri adalah pan4. Lakukan pengayakan sesuai dengan prosedur yang berlaku5. Selesai pengayakan timbang masing-masing tanah yang tersisa/tertahan pada masing-masing ayakan6. Hitung prosentase yang lolos atau tertahan dari berat total pada masing-masing ayakan.

22

Gambar 3.1. Mesin pengayak dan ayakan

Berikut sebuah contoh tanah kering dengan massa 450 gram :

Tabel 3.4 Analisis Ayakan (massa contoh tanah kering = 450 gram)

No. saringan

Diameter saringan Massa tanah yang tertahan tiap ayakan

Prosentase tanah yang tertahan pada tiap ayakan

Prosentase yang lolos saringan *)

(mm) (gram) (%) (%)(1) (2) (3) (4) = (3) ÷ 450 x 100 % (5)

10 2,000 0 0 100,016 1,180 9,90 2,20 97,8030 0,600 24,66 5,48 92,3240 0,425 17,60 3,91 88,4160 0,250 23,90 5,31 83,10100 0,150 35,10 7,80 75,30200 0,075 59,85 13,30 62,00pan - 278,99 62,00 0

Keterangan :- Kolom (4) = (3)/(massa tanah total) x 100- *) Harga ini juga disebut sebagai prosentase (%) butiran yang lolos ayakan (percent finer).

23

2). Analisa hidrometer (hydrometer analysis) Untuk tanah yang berbutir halus (butiran yang lolos ayakan no. 200) analisa ukuran butirannya menggunakan alat yang disebut hidrometer. Analisa hidrometer didasarkan pada prinsip sedimentasi (pengendapan) butir-butir tanah dalam air. Bila suatu contoh tanah dilarutkan dalam air, partikel-partikel tanah akan mengendap dengan kecepatan yang berbeda-beda tergantung pada bentuk, ukuran dan beratnya. Cara pengujiannya akan dijelaskan secara detail pada praktikum Mekanika Tanah di laboratorium.

Gambar 3.2. Peralatan yang Digunakan dalam Pengujian Hidrometer

Dari hasi pengujian analisa ayak dan analisa hidrometer tersebut, kemudian tanah dapat dikelompok-kan/di klasifikasikan dengan berbagai cara atau metode.

b. Pengujian Batas-batas Atterberg (Atterberg Limits)

Untuk tanah berbutir halus, selain diuji ukuran butiran dengan analisa hidrometer, maka harus juga dianalisa sifat plastis dan kandungan organisnya. Metoda untuk menentukan sifat-sifat plastis atau konsistensi tanah pada kadar air yang bervariasi, pada awal tahun 1900 dikembangkan oleh seorang ilmuwan Swedia bernama Atterberg. Atas dasar air yang dikandung tanah, kondisi tanah dapat dipisahkan kedalam empat fase yaitu padat, semi padat, plastis dan cair seperti yang ditunjukkan dalam gambar di bawah ini.

Gambar 3.3. Empat fase tanah berbutir halus

Jika kadar air dari suatu suspensi tanah berbutir halus berangsur-angsur dikurangi, maka campuran tersebut akan mengalami pergantian keadaan dari cair menjadi semi plastis, plastis dan akhirnya menjadi padat. Kadar air (dalam persen) pada transisi keadaan-keadaan tanah seperti gambar di atas disebut batas cair (liquid limit – antara cair dan plastis), batas plastis (plastic limit – antara plastis dan semi padat) dan batas susut (shrinkage limit – antara semi padat dan padat). Batas-batas tersebut yang akhirnya dikenal dengan batas-batas Atterberg ( Atterberg Limts ) .

Alat Hidrometer ASTM 152H

Padat Semi padat Plastis Cair

Batas Susut Batas Plastis Batas Cair

Kadar air bertambahIndeks plastisitas

24

Berdasarkan pengujian pada berbagai jenis tanah berbutir halus diperoleh kesimpulan bahwa kadar air yang bersesuaian pada transisi keadaan tanah menunjukan nilai yang berbeda, sehingga nilai tersebut dapat dipakai sebagai sifat penunjuk untuk klasifikasi tanah berbutir halus (lempung atau lanau).

Menurut Atterberg nilai batas cair (LL = liquid limit), batas plastis (PL = plastic limit) dan indeks plastisitas (IP = plasticity index = LL – PL) berdasarkan jenis dan kondisi tanah digambar-kan seperti pada tabel berikut.

Tabel 3.5. Kondisi Tanah Berdasarkan Batas-batas AtterbergBatas-batas Atterberg Daerah IP Kondisi/keadaan Jenis tanahLL PL IP0,20 0,20 0 0 Tidak plastis/kaku Pasir0,25 0,20 0,05 0,02-0,10 Sedikit plastis Lanau0,40 0,25 0,15 0,10-0,25 Plastis baik Tanah liat0,80 0,30 0,50 0,25-0,75 Plastis tinggi Lempung gemuk2,50 1,50 1,0 - Plastis sebagian Tanah organis

1). Cara Menentukan Batas Cair

Pengujian Batas Cair menggunakan alat Casagrande yang terdiri dari sebuah mangkok kuningan yang dapat diangkat dan dijatuhkan pada plat dasar dengan menggunakan sebuah pengungkit eksentris, seperti pada Gambar 3.4. Adapun prosedur percobaan batas cait adalah sebagai berikut :

a). Ambil contoh tanah lewat ayakan 0,425 mm kemudian ditambah air secukupnya, aduk dengan spatula hingga rata (pasta tanah).

b). Siapkan alat Cassagrande.c). Ambil pasta tanah dan letakkan pada cawan dengan ketebalan 1 cm.d). Buatlah alur dengan membagi dua bagian benda uji dalam mengkok dengan alat pembuat alur

(Grooving tool). Pada waktu membuat alur grooving tool tegal lurus dasar mangkok.e). Putar engkol Cassagrande dan hitung jumlah ketukan yang terjadi pada saat alur bersinggungan

sepanjang 1 cm serta cari kadar airnya.f). Lakukan langkah tersebut di atas minimal tiga kali hingga mendapatkan jumlah ketukan antara 10 x

sampai dengan 50 x.g). Gambarkan grafik semi logaritma antara kadar air dan jumlah ketukan, (Gambar 2.5) kemudian cari nilai

kadar untuk jumlah ketukan 25x.h). Nilai kadar air tersebut yang dinamakan Batas Cair (Liquid Limit).

25

Gambar 3.4. Alat Pengujian Batas Cair

Gambar 3.5. Hasil Pengujian Batas Cair

11 mm

8 mm

2 mm

Casagrande

Sebelum diujiSetelah diuji

26

2). Cara Menentukan Batas Plastis

Pengujian Batas Plastis dilakukan secara manual, dengan langkah-langkah sebagai berikut :a). Contoh tanah lewat ayakan 0,425 mm (no. 40) ditambah air secukupnya.b). Letakkan contoh di atas plat kaca dan digeleng dengan telapak tangan sampai mempunyai diameter ± 3

mm dan retak-retak pada pada diameter tersebut, maka kadar inilah yang disebut Batas Plastis.

Gambar 3.6. Pengujian Batas Plastis

3). Cara Menentukan Batas Susut

Batas susut dilakukan dengan menggunakan tabung belah atau mangkok porselin (bagian dalam dilapisi vaselin atau petrolium jelly) yang standar (ASTM D-427), diisi dengan tanah berbutir halus jenuh sampai penuh, kemudian dioven.

Gambar 3.7. Peralatan Pengujian Batas Susut

Setelah dioven dihitung volume dan berat tanah pada kondisi basah atau kering. Nilai batas susut (SL = Shrinkage Limit) dapat dicari dengan rumusan seperti di bawah ini :

Dimana : m1 = berat tanah basah V1 = volume tanah basah

m2 = berat tanah kering V2 = volume tanah kering

w = kerapatan air

27

Selain itu dapat pula ditentukan nilai indeks konsistensi (Ic) guna menentukan kondisi tanah halus yang dimaksud. Rumus yang digunakan untuk mencari nilai Ic adalah sebagai berikut :

Sehingga :

Dimana : WL = Kadar air pada batas cair (liquid limit)WN = Kadar air normalWP = Kadar air pada batas plastis (plastic limit)Ip = Indeks plastis (plasticity index)Ic = Indeks Konsestensi

Dengan mengetahui nilai Ic, kita dapat mengetahui batas-batas masing-masing keadaan, maupun kondisi dari jenis tanah yang kita uji seperti pada tabel di bawah ini.

Tabel 3.6. Kondisi Tanah Berdasarkan Nilai IcIc Batas-batas Kondisi0 Batas cair (LL)

0,00 – 0,50 Lunak/ sangat lembek0,50 – 0,75 Lembek0,75 – 1,00 Agak kaku (plastis)

1,0 Batas plastis (PL)

Indeks cair (LI = liquidity index) : merupakan kondisi kadar air tanah asli relatif pada kedudukan plastis dan cair, dengan rumusan (sumber Mekanika Tanah I : Hary Christady H):

Dimana : Wn = Kadar air asli (normal)

Aktivasi (A = activity) merupakan kemiringan dari garis yang menyatakan hubungan antara PI dan persen butiran lolos ayakan 2 (0,002 mm) dengan kata lain :

Ketebalan air mengelilingi butiran tanah lempung tergantung dari mineralnya, sehingga diharapkan plastisitas tanah lempung tergantung oleh :

a). sifat mineral lempung yang ada pada butirannya, danb). jumlah materialnya.

28

3.5. Sistem Pengklasifikasian TanahSistem pengklasifikasian tanah adalah suatu sistem pengaturan beberapa jenis tanah yang berbeda tetapi mem-

punyai sifat yang serupa kedalam kelompok-kelompok dan sub-sub kelompok berdasarkan penggunaanya (pertanian, jalan raya atau yang lain). Sistem klasifikasi memberikan suatu bahasa yang mudah untuk menjelaskan secara singkat sifat-sifat umum tanah yang sangat bervariasi tanpa penjelasan yang terperinci. Sebagaian besar sistem klasifikasi tanah yang telah dikembangkan untuk tujuan rekayasa didasarkan pada sifat-sifat indeks tanah seperti distribusi ukuran butiran dan plastisitas.

Walaupun saat ini terdapat berbagai jenis klasifikasi tanah, tetapi tidak ada satupun dari sistem-sistem tersebut yang benar-benar memberikan penjelasan yang tegas mengenai segala kemungkinan pemakaiannya. Hal ini disebab-kan karena sifat-sifat tanah yang sangat bervariasi. Di dalam pengklasifikasian tanah, ada beberapa cara yang umum dikenal secara luas dikalangan pada ahli teknik, antara lain :

a. Berdasarkan tekstur (sistem USDA)b. Berdasarkan pengujian di laboratorium dengan sistem USCS atau ASTM dan ASSHTO.

a. Klasifikasi Berdasarkan Tekstur (sistem USDA)Dalam arti umum, yang dimaksud dengan tekstur tanah adalah keadaan permukaan tanah yang bersangkut-

an. Tekstur tanah dipengaruhi oleh ukuran tiap-tiap butir yang ada di dalam tanah. Pada umumnya tanah merupakan campuran dari butiran dengan ukuran berbeda. Dalam sistem klasifikasi tanah berdasarkan tekstur, tanah diberi nama atas dasar komponen utamanya, misalnya lempung berpasir (sandy clay), lempung berlanau (silty clay), dan seterusnya.

Beberapa sistem klasifikasi berdasarkan tekstur tanah telah dikembangkan sejak dulu oleh berbagai organisasi guna memenuhi kebutuhan mereka sendiri; beberapa dari sistem tersebut masih bisa dipakai sampai saat ini antara lain sistem klasifikasi berdasarkan tekstur tanah yang dikembangkan oleh Departemen Pertanian Amerika (USDA). Sistem ini didasarkan pada ukuran batas dari butiran tanah seperti yang diterangkan oleh sistem USDA dalam Tabel 3.3., yaitu :

Pasir : butiran dengan diameter 2,0 sampai dengan 0,05 mm.Lanau : butiran dengan diameter 0,05 sampai dengan 0,002 mm.Lempung : butiran dengan diameter lebih kecil dari 0,002 mm.

Sedangkan dalam sistem pengklasifikasiannya USDA menggunakan sebuah diagram segitiga (triangle chart) seperti pada gambar 3.8 yang terbagi menjadi 12 bagian/jenis tanah.

Gambar 3.8. Klasifikasi tanah berdasarkan tekstur tanah (USDA)Pemakaian bagan dalam Gambar 3.8. ini dapat diterangkan secara jelas dengan menggunakan sebuah

contoh. Apabila distribusi ukuran butir tanah A adalah 30% pasir, 40% lanau, 30% butiran dengan ukuran lempung (<

29

0,002 mm), klasifikasi tekstur tanah yang bersangkutan dapat ditentukan dengan cara seperti yang ditunjukkan dengan anak panah pada gambar tersebut. Jenis tanah A termasuk dalam daerah lempung tanah liat (clay loam). Perhatikan bahwa bagan ini hanya didasarkan pada bagian tanah yang lolos lewat ayakan No. 10. Oleh karena itu, apabila tanahnya mengandung butiran 2 mm dalam prosentase tertentu, maka perlu diadakan korelasi.

Sebagai contoh, apabila tanah B mempunyai pembagian ukuran butir : 20% kerikil, 10 % pasir, 30% lanau, dan 40 % lempung, komposisi teksturnya yang dimodifikasi adalah sebagai berikut :

; ;

Berdasarkan pada persentase butiran yang telah dimodifikasi tersebut, sistem klasifikasi USDA menunjukkan bahwa tanah B adalah termasuk tanah lempung.

Untuk tiga jenis tanah (pasir, lanau, dan lempung) dengan mudah dapat kita klasifikasikan berdasarkan diagram segitiga (Triangle Chart). Tetapi bila hasil analisa diperoleh bagian prosentase yang mengandung butiran kerikil, maka diperlukan koreksi untuk pengklasifikasiannya.

b. Klasifikasi Tanah Berdasarkan USCS atau ASTM dan AASHTO

Pada cara ini juga diperlukan beberapa pengujian laboratorium meliputi : analisa ukuran butiran, batas-batas Atterberg dan kandungan bahan organis. Adapun pengklasifikasiannya secara lengkap dapat dilihat pada Tabel 3.7 dan Tabel 3.8, sedangkan korelasi antara sistem klasifikasi USCS dan AASHTO dapat diliha pada Tabel 3.9 – 3.10.

Salah satu cara analisa ukuran butiran adalah dengan cara membuat garfik distribusi ukuran butiran hasil dari percobaan ayakan dan hidrometer. Grafik distribusi ukuran butiran digambarkan pada suatu sistem sumbu semi-logaritma seperti pada Gambar 3.9. Sumbu vertikal menunjukkan prosentase komulatif tertahan sedangkan pada sumbu horisontal menunjukkan diameter ukuran butir atau nomor ayakan berdasarkan ASTM.

Gambar 3.9. Jenis-jenis Lengkung Gradasi

Seperti digambarkan pada grafik di atas, ada tiga kemungkinan jenis gradasi yang dapat diperoleh dari hasil analisa ukuran butiran yaitu :

- Tanah bergradasi baik (well graded).- Tanah bergradasi seragam (uniform graded).

30

- Tanah bergradasi jelek (poorly graded).Cara lain yang juga dapat dipakai untuk menentukan jenis gradasi tanah berbutir kasar adalah dengan

menentukan nilai koefisien keseragaman Cu (uniformly coefficient) dan koefisien gradasi Cc (coefficient of gradation) yang dirumuskan sebagai berikut :

dimana :D10, D30, dan D60 : diameter ukuran butir yang bersesuaian dengan 10%, 30% dan 60% dari komulatif lolos saringan.

Contoh : Dari hasil analisa ukuran butir seperti pada tabel di bawah ini, tentukan nilai Cu dan Cc .

No. ayakan

Ukuran lubang (mm) (sb.X)

Berat tertahan (gr)

%Tertahan

% KomulatifTertahan Lolos (sb.Y)

3/8” 9,510 33,0 2,75 2,75 97,254 4,760 18,60 1,55 4,30 95,7010 2,000 41,40 3,45 7,75 92,2530 0,595 58,68 4,89 12,64 87,3650 0,297 265,80 22,15 34,79 65,2170 0,210 321,0 26,75 61,54 38,46100 0,149 277,44 23,22 84,66 15,34200 0,074 128,28 10,69 95,35 4,65

0,044 24,96 2,08 97,43 2,570,007 12,24 1,02 98,45 1,550,002 18,60 1,55 100,00 0,00

Jumlah 1.200,00 100,00

D10, D30, dan D60 dihitung dengan cara interpolasi sebagai berikut :

atau dengan cara lain :

demikian pula :

Berdasarkan D10, D30, dan D60 dihitung nilai Cu dan Cc.

Tabel 3.7 Sistem Klasifikasi Tanah menurut USCSDivisi utama Simbol Nama umum Kriteria klasifikasi

Tana h

kerik

il GW

kerikil gradasi baik dancampuran pasir-kerikil,sedikit atau tanpa butiran halus

5%

lolo

s D60

D30

D10

31

berb

utir

kasa

r<

50%

but

iran

lolo

s ay

akan

no.

200

≤ 50

% fr

aksi

kasa

r lol

os n

o. 4

(:

4,75

mm

)ke

riki

l F 200GP

kerikil gradasi buruk dancampuran pasir-kerikil,sedikit atau tanpa butiran halus

tidak sesuai kriteria GW

kerik

il den

gan

butir

an h

alus GM kerikil berlanau,

campuran pasir-kerikil-lanau

12

% lo

los

F 200

batas Atterberg di bawah garis A atau PI < 4

GC kerikil berlempung,campuran pasir-kerikil-lempung batas Atterberg pada / di atas garis A atau PI > 7

GM-GC Batas atterberg 4 ≤ PI < 7 (daerah yang diarsir)GW-GM

5% ≤

F20

0 ≤

12

%

Cu & Cc sesuai GW serta PI sesuai GMGW-GC Cu & Cc sesuai GW serta PI sesuai GCGP-GM Cu & Cc sesuai GP serta PI sesuai GMGP-GC Cu & Cc sesuai GP serta PI sesuai GC

pasir

50

% fr

aksi

kasa

r lol

os n

o. 4

(: 4

,75

mm

)

pasir

ber

sih SWpasir gradasi baik,pasir berkerikil,sedikit atau tanpa butiran halus

5%

lolo

s F 2

00

SPpasir gradasi buruk,pasir berkerikil,sedikit atau tanpa butiran halus

tidak sesuai kriteria SW

pasir

den

gan

butir

an h

alus SM pasir berlanau,

campuran pasir-lanau

12

% lo

los

F 200

batas Atterberg di bawah garis A atau PI 4

SC pasir berlempung,campuran pasir-lempung batas Atterberg pada / di atas garis A atau PI > 7

SM-SC Batas atterberg 4 ≤ PI < 7 (daerah yang diarsir)SW-SM

5% ≤

F20

0 ≤

12

%

Cu & Cc sesuai SW serta PI sesuai SMSW-SC Cu & Cc sesuai SW serta PI sesuai SCSP-SM Cu & Cc sesuai SP serta PI sesuai SMSP-SC Cu & Cc sesuai SP serta PI sesuai SC

Tana

h be

rbut

ir ha

lus

5

0% b

utira

n lo

los

ayak

an n

o. 2

00

lana

u da

n le

mpu

ngLL

≤ 5

0 %

MLlanau anorganik, pasir sangat halus, serbuk batuan, pasir halus berlanau/berlempung

CL

lempung anorganik dengan plastisitas rendah s/d sedang, lempung berkerikil/berpasir/ber-lanau, lempung kurus (clean clays)

CL-ML (daerah yang diarsir)

OL lanau organik dan lempung ber-lanau dengan plastisitas rendah

lana

u da

n le

mpu

ngLL

> 5

0 % MH

lanau anorganik / pasir halus diatome / lanau diatome, lanau elastis

CHlempung anorganik dengan plastisitas tinggi, lempung gemuk (fat clays)

OH lempung organik dengan plastisitas sedang s/d tinggi

Tanah dengan kadar organik sangat tinggi

PTgambut (peat) dan tanah lain dengan kandungan organik tinggi

manual untuk indentifikasi secara visual dapat dilihat dalam :ASTM Designation D-2488

Keterangan notasi : F200 = persentase butiran yang lolos ayakan No. 200 ( saringan 0,075 mm), sedangkan ayakan No. 4 ( saringan 4,75 mm)Simbol : G → (Gravel/kerikil) C → (Clay/lempung) W → (Well graded/gradasi baik)

S → (Sand/pasir) O → (Organik) P → (Poorly graded/gradasi buruk)M → (Silt/lanau) PT→ (Peat/gambut) L → (Low plasticity/plastisitas rendah : LL < 50)

H → (High plasticity/plasitisitas tinggi : LL > 50)Contoh soal : “Sistem klasifikasi USCS”

1. Hasil dari uji analisis distribusi butiran suatu tanah adalah sebagai berikut :Persentase butiran yang lolos ayakan no. 10 = 100 %, lolos ayakan no. 40 = 58 % dan lolos ayakan no. 200 = 58 %.Dari butiran yang lolos ayakan no. 40 diketahui : batas cair (LL) = 30 dan indeks plastisitas (PI) = 10

0 10 3020 40 50 60 70 80 90 100

10

20

30

40

50

60

70Garis U

Garis A

CL

Garis A : PI = 0,73.(LL– 20)

Batas cair (LL)

Inde

ks p

last

isita

s (P

I)

16

74

Garis U : PI = 0,90.(LL– 8)

CL atau OL MH atau OH

CH atau OH

ML atau OL

CH

CL–ML

32

Solusi :- Tanah butiran lolos no. 200 ( : 0,075 mm) = 58 % [ 50 % lolos F200] → Tanah berbutir halus- Bagan plastisitas nilai LL = 30 dan PI = 10 → Klasifikasi CL atau OL

2. Distribusi ukuran butiran 2 contoh tanah, seperti pada gambar di bawah ini :Data plastisitas untuk kedua jenis tanah, sebagai berikut :Jenis tanah : Tanah A Tanah B

LL 30 26PL 22 20

Solusi :Tanah A :Dari kurva distribusi diketahui :- kira-kira 8 % tanah lolos saringan no. 200 ( : 0,075 mm) [ < 50 % lolos F200] → Tanah berbutir kasar- harga 8 % tersebut terletak pada 5 % ≤ F200 ≤ 12 % → mempunyai simbol ganda- harga 100 % dari total tanah lolos saringan no. 4 ( : 4,75 mm) → Tanah berpasir- nilai D10 = 0,085, D30 = 0,12 dan D60 = 0,135, sehingga :

- batas cair (LL) = 30, indeks plastisitas (PI) = LL – PL = 30 – 22 = 8 > 7 → di atas garis ASehingga didapat hasil klasifikasi = SP-SC.

Tanah B :Dari kurva distribusi diketahui :- kira-kira 61 % tanah lolos saringan no. 200 ( : 0,075 mm) [ 50 % lolos F200] → Tanah berbutir halus- batas cair (LL) = 26, indeks plastisitas (PI) = LL – PL = 26 – 20 = 6 : 4 ≤ PI ≤ 7 → di daerah yang diarsirSehingga didapat hasil klasifikasi = CL-ML

Tabel 3.8 Klasifikasi tanah sistem AASHTO

Klasifikasi umumTanah berbutir

(35 % ≤ lolos saringan No. 200)Tanah lanau – lempung

(35 % > lolos saringan No. 200)

Klasifikasi kelompok A-1 A-3 A-2 A-4 A-5 A-6 A-7A-1-a A-1-b A-2-4 A-2-5 A-2-6 A-2-7 A-7-5/6*

Analisis ayakan (% lolos)No. 10 # max 50

33

No. 40 # max 30 max 50 min 51No. 200 # max 15 max 25 max 10 max 35 max 35 max 35 max 35 min 36 min 36 min 36 min 36

Sifat fraksi yang lolos ayakan No. 40Batas cair (LL) max 40 min 41 max 40 min 41 max 40 min 41 max 40 min 41Indeks plastisitas (PI) max 6 NP+ max 10 max 10 min 11 min 11 max 10 max 10 min 11 min 11

Tipe material yang dominan batu pecah, kerikil dan pasir

pasir halus

kerikil dan pasir yang berlanau atau berlempung tanah berlanau tanah

berlempungPenilaian sebagai bahan tanah dasar baik sekali sampai baik sedang sampai jelek

Keterangan :* Untuk A-7-5, PI ≤ LL – 30 dan A-7-6, PI > LL – 30+ NP = non plastis# Ayakan : No. 10 → ( saringan 2,0 mm)

No. 40 → ( saringan 0,425 mm)No. 200 → ( saringan 0,075 mm)

Indeks group (GI, Group Index) digunakan untuk mengevaluasi mutu (kualitas) dari suatu tanah sebagai lapisan tanah dasar (subgrade) dari jalan raya. Nilai GI dituliskan di dalam tanda kurung “()” dibelakang setelah nama kelompok dan subkelompok, misalnya : A-4(3), A-7-6(42) dan lain-lain. Secara umum semakin kecil nilai GI maka semakin baik pula kualitas tanah yang digunakan, begitu pula sebaliknya. Rumus GI sebagai berikut :

GI = (F200 – 35).[0,2 + 0,005.(LL – 40)] + 0,01.(F200 – 15).(PI – 10)

dimana :F200 = persentase butiran yang lolos ayakan No. 200 ( saringan 0,075 mm)

dengan aturan :a. nilai GI = 0 apabila persamaan GI menghasilkan nilai negatif (–), nilai nol (0) merupakan nilai batas bawahb. hasil hitungan persamaan GI dibulatkan satu desimal, contoh GI = 3,4 3,0 dan GI = 3,5 4,0c. nilai GI tidak ada batas atasd. nilai GI = 0 untuk kelompok : A-1-a, A-1-b, A-2-4, A-2-5 dan A-3e. nilai GI = 0,001.(F – 15).(PI – 10) untuk kelompok A-2-6 dan A-2-7

0 10 3020 40 50 60 70 80 90 100

10

20

30

40

50

60

70

A-2-6A-6

A-2-4A-4

A-2-5A-5

A-2-7A-7-5

A-7-6

Batas cair (LL)

Inde

ks p

last

isita

s (P

I)

34

Contoh soal : “Sistem klasifikasi AASHTO”

1. Hasil dari uji analisis distribusi butiran suatu tanah adalah sebagai berikut :Persentase butiran yang lolos ayakan no. 10 = 100 %, lolos ayakan no. 40 = 58 % dan lolos ayakan no. 200 = 58 %.Dari butiran yang lolos ayakan no. 40 diketahui : batas cair (LL) = 30 dan indeks plastisitas (PI) = 10Solusi :- Tanah butiran lolos no. 200 ( : 0,075 mm) = 58 % [ 50 % lolos F200] → Klasifikasi tanah lanau – lempung- Nilai plastisitas nilai LL = 30 dan PI = 10 → Klasifikasi A-4 (tanah berlanau) - Nilai GI = (F200 – 35).[0,2 + 0,005.(LL – 40)] + 0,01.(F200 – 15).(PI – 10)

= (58 – 35).[0,2 + 0,005.(30 – 40)] + 0,01.(58 – 15).(10 – 10) = 3,45 3Sehingga didapat hasil klasifikasi = A-4(3).

2. Hasil dari uji analisis distribusi butiran suatu tanah adalah sebagai berikut :95 % dari berat suatu tanah lolos saringan no. 200 dan batas cair (LL) = 60 dan indeks plastisitas (PI) = 40Solusi :- Tanah butiran lolos no. 200 ( : 0,075 mm) = 95 % [ 50 % lolos F200] → Klasifikasi tanah lanau – lempung- Nilai plastisitas nilai LL = 60 dan PI = 40 → Klasifikasi A-7 (tanah berlempung) - Penentuan tipe A-7 :

Nilai : PI > LL – 30 40 > 60 – 30 → Klasifikasi A-7-6 - Nilai GI = (F200 – 35).[0,2 + 0,005.(LL – 40)] + 0,01.(F200 – 15).(PI – 10)

= (95 – 35).[0,2 + 0,005.(60 – 40)] + 0,01.(95 – 15).(40 – 10) = 42Sehingga didapat hasil klasifikasi = A-7-6 (42).

3. Analisis butiran dari suatu tanah anorganik ditunjukkan tabel sebagai berikut :Ukuran saringan

(mm)No.

saringan % lolos Data plastisitas

2,000 10 100 Batas cair (LL) = 54 %0,075 200 75 Indeks plastisitas (PI) = 23 %0,050 650,005 330,002 18

Solusi :- Tanah butiran lolos no. 200 ( : 0,075 mm) = 75 % [ 50 % lolos F200] → Klasifikasi tanah lanau – lempung- Nilai plastisitas nilai LL = 54 dan PI = 23 → Klasifikasi A-7 (tanah berlempung) - Penentuan tipe A-7 :

Nilai : PI ≤ LL – 30 23 ≤ 54 – 30 → Klasifikasi A-7-5 - Nilai GI = (F200 – 35).[0,2 + 0,005.(LL – 40)] + 0,01.(F200 – 15).(PI – 10)

= (75 – 35).[0,2 + 0,005.(54 – 40)] + 0,01.(75 – 15).(23 – 10) = 18,6 19Sehingga didapat hasil klasifikasi = A-7-5 (19).

Tabel 3.9 Perbandingan sistem USCS dengan sistem AASHTO

USCS AASHTOkemungkinan besar mungkin kemungkinan kecil

35

GW A-1-a – A-2-4, A-2-5, A-2-6, A-2-7GP A-1-a A-1-b A-3, A-2-4, A-2-5, A-2-6, A-2-7

GM A-1-b, A-2-4, A-2-5, A-2-7 A-2-6 A-4, A-5, A-6, A-7-5, A-7-6, A-1-a

GC A-2-6, A-2-7 A-2-4, A-6 A-4, A-7-6, A-7-5SW A-1-b A-1-a A-3, A-2-4, A-2-5, A-2-6, A-2-7SP A-3, A-1-b A-1-a A-2-4, A-2-5, A-2-6, A-2-7SM A-1-b, A-2-4, A-2-5, A-2-7 A-2-6, A-4, A-5 A-6, A-7-5, A-7-6, A-1-a

SC A-2-6, A-2-7 A-2-4, A-6, A-4, A-7-6 A-7-5

ML A-4, A-5 A-6, A-7-5 –CL A-6, A-7-6 A-4 –OL A-4, A-5 A-6, A-7-5, A-7-6 –MH A-7-5, A-5 – A-7-6CH A-7-6 A-7-5 –OH A-7-5, A-5 – A-7-6PT – – –

Tabel 3.10 Perbandingan sistem AASHTO dengan sistem USCS

AASHTOUSCS

kemungkinan besar mungkin kemungkinan kecil

A-1-a GW, GP SW, SP GM, SMA-1-b SW, SP, GM, SM GP –A-3 SP – SW, GP

A-2-4 GM, SM GC, SC GW, GP, SW, SPA-2-5 GM, SM – GW, GP, SW, SPA-2-6 GC, SC GM, SM GW, GP, SW, SPA-2-7 GM, GC, SM, SC – GW, GP, SW, SP

A-4 ML, OL CL, SM, SC GM, GC

A-5 OH, MH, ML, OL – SM, GM

A-6 CL ML, OL, SC GC, GM, SM

A-7-5 OH, MH ML, OL, CH GM, SM, GC, SC

A-7-6 CH, CL ML, OL, SC

OH, MH, GC, GM, SM

36

BAB IVKEKUATAN DAN DEFORMASI TANAH

4.1. Tujuan Instruksional Khususa. Mahasiswa dapat memahami kekuatan geser dan deformasi tanah akibat adanya beban yang bekerja pada

suatu masa tanah.b. Mahasiswa dapat menguasai prosedur percobaan kekuatan geser tanah.c. Mahasiswa dapat menentukan parameter geser tanah berdasarkan hasil pengujian laboratorium.

4.2. Kekuatan Geser (Shear- Strength)

Dalam perhitungan bangunan yang berhubungan langsung dengan tanah seperti fondasi gedung, jalan raya, bendungan dan lain-lain, nilai kekuatan geser tanah mempunyai arti yang cukup penting, karena dapat dipergunakan untuk menghitung daya dukung tanah, tekanan tanah lateral, kestabilan lereng dan sebagainya.

Pembebanan yang melebihi daya dukung tanah pada suatu konstruksi dapat mengakibatkan maka keruntuhan geser (Shear Failure) dalam tanah dikarenakan terjadinya gerak relatif antara butiran (bukan karena hancurnya butir tanah). Oleh karena itu dalam perencanaan struktur bangunan bawah harus dihitung besarnya kekuatan geser tanah yang tergantung pada nilai kohesi dan sudut geser dalam.

Hubungan antara kohesi dengan sudut geser dalam diturunkan suatu rumus oleh Coloumb dan Mohr sebagai berikut : = c + tan

Dimana :

= Kekuatan geser

c = Kohesi pada tegangan total

= Tegangan total

= Sudut geser dalam

Mempelajari kekuatan geser tanah tidak terlepas dari tegangan-tegangan yang bekerja pada tanah baik yang diakibatkan oleh pembebanan tanah di atasnya (overburden pressure) atau akibat beban yang berasal dari konstruksi pondasi. Secara umum tegangan yang bekerja pada suatu masa tanah dibedakan menjadi tiga yaitu : tegangan total , tegangan efektif tanah ’ dan tegangan air pori.

Tegangan total adalah tegangan yang terjadi akibat beban normal sebesar N yang bekerja pada tanah dengan luasan sebesar A.

Sedangkan tegangan effektif ’ adalah tegangan yang bekerja pada bitur-butir tanah saja yang dirumuskan ’ = - , dimana adalah tegangan air pori. Untuk tanah yang terkonsolidasi (air telah keluar dari ruang pori) tegangan total adalah sama dengan tegangan effektif ’.

Tegangan air pori (Pore Water Pressure = ) yaitu tegangan yang ditimbulkan oleh air yang terperangkap dalam pori-pori tanah, secara prinsip dapat dijelaskan dengan gambar di bawah ini.

c

= c + tan

Gambar 4.1 Hubungan antara kohesi dengan sudut geser dari rumus Coloumb-Mohr

N N

37

a. Kran ditutup b. Kran dibuka

Gambar 4.2. Prinsip Tegangan Air Pori

Keterangan :Jika gaya luar bekerja pada tanah jenuh seperti gambar 4.2a, maka arloji bacaan akan menunjukan suatu tekanan akibat tegangan air pori. Setelah air pori dialirkan seperti gambar 4.2b, maka berangsur-angsur tegangan yang bekerja akan dipikul oleh butiran tanah saja (arloji bacaan menunjukan angka nol / tegangan air pori = 0).

4.3. Parameter Geser Tanah (c dan )

Parameter geser tanah merupakan sifat penentu sehubungan dengan kekuatan tanah menahan gaya geser yang bekerja antar butiran tanah. Parameter geser berupa nilai kohesi (c) dan sudut geser-dalam () dapat diperoleh melalui pengujian baik di laboratorium maupun pengujian di lapangan secara langsung. Beberapa pengujian yang dilakukan di laboratorium antara lain :

- Direct shear test (geser langsung)- Unconfined compression test (kuat tekan bebas)- Triaxial test (uji tiga sumbu) dengan tiga cara pengujiannya yaitu :

Unconsolidated undrained (UU- Test), Unconsolidated undrained (CU- Test) dan Drained test consolidated (CD- Test).

Sedangkan pengujian di lapangan dapat dilakukan dengan geser baling (vane test), khususnya untuk tanah lempung lunak. Hasil penelitian perkiraan nilai c dan untuk berbagai jenis (kohesif dan non kohesif) dapat dilihat pada tabel di bawah ini.

Tabel 4.1 Nilai Sudut Geser-Dalam () untuk Jenis Tanah non KohesifJenis tanah dalam derajat

Pasir halus 30ºPasir agak padat/padat 30,5ºKerikil 35ºPasir kerikil tidak seragam 37,5ºBerangkal (pecahan batu/krakal) 40º

38

Tabel 4.2 Nilai c dan untuk Tanah KohesifJenis tanah c (MP/m²)

Lempung agak padatLempung kakuLempung lunak Lempung berpasirLempung padatLempung lunakLemp/lanau organik Gambut

15º15º15º

22,5º22,5º22,5º10º15º

2,51,00

0,50,2000

Dalam prakteknya, dengan alasan keamanan, kesalahan yang mungkin timbul akibat ketidak-telitian pelaksanaan test, maka parameter geser diambil lebih kecil dari nilai pengujian yang dihasilkan. Dibawah ini beberapa rumus pen-dekatan dari nilai-nilai parameter geser dengan angka keamanan untuk masing-masing besaran :

4.4. Test Untuk Menentukan Kekuatan Geser Tanah.

Nilai parameter kekuatan geser tanah di laboratorium dapat dilakukan dengan dua pengujian yang utama yaitu : pengujian geser langsung dan pengujian triaksial. Prosedur pengujian masing-masing akan dijelaskan lebih rinci pada bagian berikut.

a. Test Geser Langsung (Direct Shear Test)

Pengujian ini merupakan pengujian yang tertua dan sederhana dengan bentuk peralatan seperti pada Gambar 4.4. Tergantung pada jenis tanahnya, uji ini dapat dilaksanakan dengan tegangan geser terkendali (penambahan gaya geser dibuat konstan) atau dengan tegangan terkendali (kecepatan geser yang diatur).

Prinsip dasar dari pengujian ini adalah dengan pemberian beban geser/horisontal pada contoh tanah melalui cincin/kotak geser seperti pada Gambar 4.3 dengan kecepatan yang tetap sampai tanah mengalami keruntuhan. Sementara itu tanah juga diberi beban vertikal yang besarnya tetap selama pengujian berlangsung. Selama peng-ujian dilakukan pembacaan dial regangan pada interval yang sama dan secara bersamaan dilakukan pembacaan dial beban geser pada bacaan regangan yang bersesuaian, sehingga dapat digambarkan suatu grafik hubungan regangan dan tegangan geser yang terjadi.

Umumnya pada pengujian ini dilakukan pada 3 contoh yang identik, dengan beban normal yang berbeda untuk melengkapi satu seri pengujian geser langsung. Dari ketiga hasil pengujian akan didapatkan 3 pasang data teganngan normal dan tegangan geser, sehingga dapat digambarkan suatu grafik hubungan keduanya untuk menentukan nilai c dan .

39

Gambar 4.3. Susunan Contoh dan Kotak Geser

Gambar 4.4. Alat Geser Langsung

Gambar 4.5. Grafik Geser Langsung

b. Test kuat tekan bebas (Unconfined compression test)

Pengukur beban geser

Beban normal

Contoh tanahPengukur regangan

Engkol beban geser

40

Selain diuji dengan batas-batas Atterberg, konsistensi tanah juga dapat ditentukan dengan pengujian laboratorium yang lain yaitu uji kuat tekan bebas (unconfined compressive strenght), sehingga diperoleh nilai kekuatan tekan tanah maksimum yang dinotasikan dengan qu. Prinsip pengujian adalah dengan memberikan tekanan vertikal pada contoh tanah secara kontinyu dengan kecepatan tetap sampai tanah mengalami keruntuhan. Metoda pengujian kuat tekan bebas (alat seperti gambar 4.7) adalah sebagai berikut :

a. Ambil contoh tanah dengan menggunakan tabung contoh.b. Keluarkan contoh tanah dari tabung dengan extruder dan cetak dalam bentuk silender dengan tinggi h 2d – 3d,

dimana d = diameter.c. Letakkan contoh tanah pada alat penekan UCS.d. Lakukan pengujian dengan kecepatan pemberian beban sesuai dengan prosedur yang berlaku.e. Lakukan pembacaan pada dial beban pada reganngan-regangan tertentu, sampai tanah mengalami keruntuhan.f. Olah data yang diperoleh dan gambarkan grafik hubungan antara regangan dan tegangan yang terjadi.g. Tegangan maksimum yang terjadi merupakan nilai qu.h. Lakukan langkah-langkah tersebut di atas untuk contoh tanah yang dicetak ulang (remoulded) untuk mendapatkan

sensifitas tanah. i. Contoh tanah remoulded diperoleh dengan cara meremas-remas contoh tanah yang telah digunakan dan men-

cetak kembali sesuai dengan kondisi aslinya (w dan t sama dengan yang asli).

Contoh pengolahan data hasil percobaan UCS :

Tinggi awal contoh : hoDiameter awal contoh : do

Luas awal contoh :

Volume awal contoh : Vo = Ao . hoBacaan dial regangan : l1 , l2, l3 … dstBacaan dial beban : F1, F2, F3 … dstKalibrasi regangan : k1

Kalibrasi beban : k2

Perubahan tinggi contoh : h1= l1 . k1 ; h2 = l2 . k1 ; h3 = l3 . k1 … dstRegangan yang terjadi : 1= h1/ho ; 2 = h2/ho ; 3 = h3/ho … dstLuasan contoh akibat tekanan : A1= Ao/(1-1) ; A2= Ao/(1-2) … dstNilai beban yang terjadi : P1= F1 . k2 ; P2 = F2 . k2 ; P3 = F3 . k2 … dstTegangan yang terjadi : 1 = P1/A1 ; 2 = P2/A2 ; 3 = P3/A3 … dst

Gambarkan grafik hubungan tegangan dan regangan seperti contoh di bawah ini.

Gambar 4.6 Grafik hubungan tegangan dan reganganDari pengujian seperti tersebut di atas akan diperoleh nilai konsistensi untuk tanah asli qu undisturb dan untuk tanah

cetak ulang qu remoulded sehingga dapat ditentukan nilai sensitivitas tanah dengan menggunakan rumus sebagai berikut :

qumaks

Reg runtuh

41

Berdasarkan nilai St, tanah diklasifikasikan menjadi beberapa bagian yaitu : Untuk St < 2 Tanah tidak sensitif

St 2 4 Tanah sensitif sedangSt 4 8 Tanah sensitif cukup/normalSt 8 16 Tanah sensitif

Tabel 3.3 Hubungan antara Consistency of

clay & qu

Consistency qu (kg/cm²)Very softSoftMediumStiffVery stiffHard

< 0,250,25 – 0,50,5 – 1,01,0 – 2,02,0 – 4,0

> 4,0

Tabel 3.4 Klasifikasi Tanah Berdasar Nilai St

Sensitive Nature of Clay1

1 – 22 – 44 – 8

8 – 16 > 16

In sensitive slaysLow sensitive slaysMedium sensitive slaysMedium sensitive slaysExtra sensitive Quick Clay

Gambar 4.7 Peralatan Uji Kuat Tekan Bebas

Ring beban

Dial regangan

Contoh tanah

Engkol - pembebanan Arloji Pengukur

42

Gambar 4.8 Mekanisme Keruntuhan Tanah

c. Triaxial Test

Peralatan yang digunakan hampir sama dengan peralatan uji kuat tekan bebas (Unconfined Compressive Strength), hanya saja pada triaksial dilengkapi dengan tabung untuk pemberian tegangan keliling. Meskipun pengujian ini termasuk jenis pengujian yang cukup rumit, namun diakui sebagai cara terbaik untuk menentukan parameter geser tanah. Selain itu percobaan ini juga dapat digunakan untuk mengukur tegangan air pori dan perubahan volume selama pengujian.

Pengujian triaksial dibagi menjadi tiga jenis yaitu : a). Unconsolidated undrained test, dimana sistem tekanan air pori selama percobaan tertutup.

Hasil-hasilnya berdasarkan tegangan-tegangan total, pengujian ini memberikan parameter geser cu dan u. b). Consolidated undrained test, dimana sebelum geseran contoh tanah dibebani dahulu

(beban normal) dan menunggu konsolidasi selesai. Sistem tekanan air pori terbuka selama konsolidasi dan sesudah konsolidasi didalam contoh tanah tidak ada tekanan air pori. Parameter geser yang didapatkan berdasarkan konsep tegangan efektif yang dinotasikan dengan c’ dan ’.

c). Consolidated drained test, percobaan ini dilaksanakan dengan lambat. dimana sistem tekanan air pori tetap selama tes tersebut berlangsung. Parameter geser yang didapatkan berdasarkan konsep tegangan efektif yang dinotasikan dengan c’ dan ’.

Untuk melengkapi satu seri pengujian triaksial, biasanya contoh yang diuji sebanyak dua buah yang masing-masing diuji dengan tegangan keliling yang berbeda. Berdasarkan tegangan normal maksimum yang terjadi dapat digambarkan diagram lingkaran Mohr (Gambar 4.10) untuk mendapatkan nilai parameter geser c dan .

Percobaan ini mempunyai beberapa kelebihan antara lain : Bisa untuk berbagai jenis tanah, ketiga percobaan pengukuran tegangan geser dapat dilakukan, dapat mengukur tegangan pori dan dapat mengukur pada kondisi isotropis/non isotropis.

ho

Ao

A1

h1

ho – h1atau

43

Gambar 4.7

Gambar 4.9. Uji Triaksial

Gambar 4.10 Lingkaran Mohr

4.5. Perkiraan Sudut Geser Dalam

Menurut Dhawan, sudut geser dalam tergantung pada distribusi ukuran butir, tetapi hal ini masih mendapatkan hasil yang kurang akurat. Oleh sebab itu Brinch Hansen berpendapat, selain tergantung pada ukuran butir, besarnya sudut geser dalam juga tergantung pada : bentuk butiran, lengkung gradasi dan kepadatan tanah. Sehingga dalam perkiraan sudut geser dalam Bronch Hansen memberikan koreksi terhadap rumus-rumus yang telah diturunkan oleh Dhawan.

Sebelum diberi beban vertikal

Dengan beban vertikal

44

Rumus Dhawan :

0 = A + B + C + D

Dimana :0 = sudut geser dalam, sebelum dikoreksiA = 1/7 x prosentase berat butir 0,002 mmB = 1/5 x prosentase berat butir 0,002 – 0,01 mmC = 1/3 x prosentase berat butir 0,01 – 0,2 mmD = 1/2,5 x prosentase berat butir > 0,2 mm.

Gambar 4.11 Distribusi Ukuran Butir

Koreksi menurut Brinch Hansen : eff = 0 + 1 + 2 + 3 (dalam derajat)

Dimana :0 = Sudut geser menurut Dhawan ; 2 = Korelasi bentuk lengkung distribusi gradasi1 = Korelasi bentuk butir ; 3 = Korelasi kepadatan

Bentuk butir (1) : (1) = + 1º (butir-butir bersudut)= 0º (butir-butir menengah)= - 3º (butir-butir bulat)

Distribusi Gradasi (2) : (2) = - 3º (gradasi seragam/uniform grad)= 0º (gradasi menengah)= + 3º (gradasi baik/well graded)

Kepadatan (3) : (3) = - 6º (lapisan lepas)= 0º (lapisan sedang) = + 6º (lapisan padat)

Contoh :

Suatu tanah mempunyai distrubusi ukuran butir sebagai berikut :0,002 mm 10 % berat lolos

45

0,01 mm 27 % berat lolos 0,2 mm 93 % berat lolos

Apabila jenis butirannya bersudut, lengkung gradasinya seragam dan lapisan tanahnya padat tentukan nilai sudut geser dalam berdasarkan koreksi dari Brinch Hansen.

Jawab :Saringan :

No. % lolos Notasi100 % 7 D

0,20 93 % 66 C0,01 27 % 17 B0,002 10 % 10 A

100 %

Menurut Dhawan :

Koreksi Brinch Hansen :1 = + 1º (bersudut)2 = - 3º (uniform graded) 3 = + 6º (lapisan padat)Sehingga :eff = 0 + 1 + 2 + 3 = 29,4º +1º – 3º + 6º = 33,4º

46

BAB VKEPADATAN DAN PEMADATAN TANAH

5.1. Tujuan Instruksional Khususa. Mahasiswa dapat menentukan nilai kepadatan relatif tanah berdasarkan hasil pengujian laboratorium.b. Mahasiswa dapat memahami prosedur pengujian pemadatan di laboratorium dan kontrol kepadatan di lapangan

berdasarkan standar ASTM.c. Mahasiswa dapat menganalisa hasil pengujian pemadatan laboratorium dan lapangan.

5.2. Kepadatan Tanah

Kondisi tanah di lapangan berdasarkan kandungan ruang pori (volume void), sangat beranekaragam ada yang padat sekali (dense), ada pula yang lepas (loose). Kondisi seperti ini dapat kita jumpai baik pada tanah kohesif maupun pada tanah non kohesif. Untuk tanah non kohesif seperti pasir dan kerikil, nilai kepadatan merupakan parameter penentu sifat fisik dan perilaku tanah apabila mendapat pengaruh dari luar. Peningkatan kepadatan pada tanah non kohesif dapat dicapai dengan penggetaran/vibrasi atau penumbukan.

Dalam menentukan kepadatan tanah, dihitung dulu porositas terlonggarnya (nmin), kemudian tanah tersebut dipadatkan dan dihitung porositas terpadatnya (nmax). Untuk mendapatkan kedua kondisi yang dimaksud dapat dilakukan pengujian sebagai berikut :

a. Menentukan nmin

Digunakan tabung silinder yang telah diketahui volumenya dan sebuah corong untuk memasukan tanah yang diuji. Tanah harus dalam keadaan kering, dengan menggunakan corong, isikan tanah kedalam tabung sampai penuh. Pada saat pengisian diusahakan dasar corong selalu menyentuh permukaan tanah sehingga tanah tidak jatuh bebas dan penggetaran/pemadatan. Ratakan permukaan tanah dengan permukaan tabung dengan menggunakan pisau perata kemudian timbang. Tentukan berat isi tanah, berat isi butir dan kadar air yang terkandung, sehingga porositas tanah tersebut dapat dihitung.

Pada kondisi terlonggar, nilai porositasnya adalah maksimum (nmax), sehingga dapat dihitung angka pori maksimumnya (emax) sebagai berikut :

Gambar 5.1. Pengujian Kepadatan Tanah Kondisi Terlonggar

47

b. Menentukan nmax

Alat yang digunakan untuk pengujian ini adalah silinder yang telah diketahui ukurannya yang dilengkapi dengan alat penghisap dan saringan sehingga air dapat dihisap keluar tanpa terbawanya butiran halus.

Gambar 5.2. Peralatan Pengujian Kondisi Terpadat

Cara pengujian :

Contoh tanah dimasukkan ke dalam silinder secara berlapis (5 lapis) dengan tinggi setiap lapisannya sama. Setiap pengisian per lapisan ditambahkan air secukupnya sambil diketuk pada bagian luar silinder se-banyak 30 ketukan ganda, dengan palu penggetar. Akibatnya air akan keluar dan menyebabkan volume lapisan tersebut menjadi padat. Pada kondisi terpadat diperoleh nilai porositas terkecil nmin sehingga dapat ditentukan nilai angka pori minimumnya.

5.3. Kepadatan Relatif

Istilah kepadatan relatif (relative density) dipakai untuk menyatakan kepadatan dari tanah berbutir kasar (non cohesive soil), yakni pasir dan krikil. Kepadatan relatif adalah salah satu sifat yang menentukan nilai kekuatan geser (shear strength) dan kemampumampatan tanah (compressibility), sehingga kemampuan tanah menahan gaya luar seperti gempa atau getaran mesin tergantung pada nilai tersebut. Seperti pasir yang kepadatan relatifnya rendah, kemungkinan akan mudah mengalami “Liguifaction” (yaitu akan mengalir seperti cair), jika kena gempa atau getaran mesin. Kepadatan relatif di definisikan sebagai berikut :

Dimana :Dr = kepadatan relatif/indeks kepadatane = angka pori tanah asli (sebelum diuji)emax = angka pori terbesar (kondisi terlonggar)emin = angka pori terkecil (kondisi terpadat)

48

Selain itu juga dikenal istilah kepadatan (D) yang dinyatakan dalam persamaan :

Nilai n dapat diperoleh dari persamaan :

Pengukuran angka pori asli/ditempat pada pasir atau kerikil agar sulit, karena pengambilan contoh tanah asli seringkali tidak dapat dilaksanakan, hal ini disebabkan tanah tersebut mudah sekali terganggu waktu diadakan peng-ambilan contoh. Untuk mengatasi hal tersebut biasanya digunakan “penetrometer” , yang secara kasar dapat langsung memberi petunjuk nilai kepadatan relatif tanah yang dimaksud.

Pada standar Jerman (DIN – Deutsche Industrie Normen) diperlukan kepadatan D 0,5 untuk dipakai sebagai tanah pondasi bangunan. Berikut kondisi tanah, berdasarkan nilai kepadatan relatif tanah.

Tabel 5.1 Tabel Kepadatan RelatifKepadatan relatif (Dr) Kondisi

0 - 0,33 Lepas (loose)0,33 - 0,67 Sedang (medium)0,67 - 1,00 Padat (dense)

Contoh :Hasil pengujian kepadatan di Laboratorium tanah berpasir mendapatkan data sebagai berikut :

nmax = 40% ; nmin = 25% ; n = 35%

Hitung : nilai kepadatan relatif dan nilai kepadatan tanah yang dimaksud ?

Latihan Soal :Suatu pengujian tanah di laboratorium diperoleh data sebagai berikut :

Kadar air (w) = 15 %Berat isi tanah (t) = 19,2 kN/m3 Berat janis tanah (Gs) = 2,65emax = 0,85emin = 0,50

Hitung :a. Derajat kejenuhan (Sr)b. Index kepadatan (Id) atau kepadatan relatifnya.

49

5.4. Pemadatan Tanah

Untuk beberapa pekerjaan teknik sipil, diperlukan pemadatan tanah sebelum bangunan didirikan di atasnya, untuk meningkatkan daya dukung tanah maupun untuk maksud-maksud yang lain seperti kerapatan tanah. Pekerjaan-pekerjaan yang memerlukan pemadatan atau perbaikan kualitas tanah antara lain : landasan untuk dasar pondasi mesin-mesin, tanggul sungai, tanggul saluran irigasi, bendungan type urugan, landasan perkerasan jalan, landasan lapangan terbang, dan lain-lain.

Pemadatan tanah dapat didefinisikan sebagai suatu proses/usaha memampatkan butir-butir tanah dengan me-ngeluarkan udara yang ada di dalam pori-pori tanah dengan cara mekanis (digilas atau ditumbuk). Selain itu tujuan dari pemadatan tanah antara lain untuk :

a. Meningkatnya gaya geser tanah dan berat isi kering tanah, yang akhirnya akan meningkatkan daya dukung tanah.

b. Memperkecil sifat susut tanah c. Memperkecil koefisien rembesan tanah (permabilitas)

Sedangkan hasil dari proses pemadatan tanah dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu:a. Struktur butir tanah, dimana butiran tanah yang keras, tajam dan bergradasi seragam akan sulit dipadatkan bila

dibanding dengan tanah yang mengandung butir halus dan bergradasi baik.b. Hancurnya butir tanah dari gumpalan besar menjadi butir-butir yang kecil.c. Sifat kohesi tanah, terutama tanah lempung dan lanau.d. Kandungan air yang melingkupi butiran tanah (air film/air absorbsi).e. Air pemadat yang digunakan.

Pada kadar air yang rendah, butiran-butiran tanah akan ditahan oleh air membran, sehingga akan sulit dipadat-kan, tetapi jika kadar air ini ditingkatkan sampai batas tertentu maka air itu akan berfungsi sebagai pelumas yang memungkinkan tanah lebih mudah dipadatkan sampai mencapai kepadatan yang paling maksimum. Sebab bila bila kadar airnya terus ditingkatkan, tanah tidak menjadi semakin padat, tetapi malah semakin menurun, bahkan sampai menjadi lembek (gambar 5.3).

Gambar 5.3 Prinsip Pemadatan Tanah

Tingkat kepadatan suatu tanah dinilai dengan berat volume kering tanah yang dipadatkan. Makin tinggi berat isi kering (dry) suatu contoh tanah, makin kecil angka porinya dan semakin tinggi pula indeks kepadatannya (Id). Tetapi nilai porositas tanah tidak dapat langsung dipakai sebagai acuan perilaku tanah yang sebenarnya termasuk kepadatan-nya. Sebagai contoh : dua macam tanah yang berbutir kasar dapat mempunyai nilai porositas yang sama, tetapi kondisinya berbeda, yang satu dalam keadaan padat dan yang satunya lagi kondisi lepas.

Untuk itu, dalam menentukan tingkat kepadatan tanah dapat dipakai kepadatan relatifnya atau yang juga disebut sebagai nilai Indek Kepadatan (Id) yang dirumuskan sebagai berikut

50

Dimana :emax = angka pori dalam keadaan paling lepasemin = angka pori dalam keadaan paling padate = angka pori yang sesungguhnya

5.5. Pemadatan di Laboratorium

Pengujian pemadatan di laboratorium dilakukan untuk mendapatkan nilai kadar air yang optimum pada saat nilai berat isi kering maksimum. Nilai kadar air optimum (OMC – Optimum Moisture Content) inilah yang akan dipakai sebagai air pemadat di lapangan untuk mencapai nilai berat isi maksimum. Di laboratorium pengujian pemadatan dapat dilakukan dengan dua metoda yaitu : pemadatan standar (standard proctor test) dan pemadatan yang dimodifikasi (modified compaction test).

a. Standard Proctor Test (SPT)

Percobaan ini pertama kali dikenalkan oleh R.R. Proctor pada tahun 1933, dengan menggunakan alat pemadat standar dengan dimensi sebagai berikut :

Tabel 5.2 Procotor Standard TestDimensi British SI unit

Volume cetakan (mould) 1/30 ft³ 0,001 m³Berat Pemukul (hammer) 5,5 lb 24,50 NTinggi jatuh hammer 12 in 0,305 mJumlah lapisan per contohJumlah pukulan tiap lapis

3 lapis25 pukulan

Prosedur pengujian :1). Persiapan contoh tanah, ambil contoh tanah secukupnya dalam keadaan kering udara, bersihkan dari

kotoran dan kalau ada gumpalan, remas atau tumbuk pelan-pelan dengan palu karet agar butiran tidak hancur. Kemudian ayak dengan ayakan 4,75 mm atau 19,00 mm sampai mencapai 15 kg. Bagi contoh menjadi 5 bagian yang masing-masing diberi air sampai merata dengan jumlah yang berbeda, kemudian peram dalam kantong selama 24 jam

2). Siapkan cetakan, bersihkan, timbang berat cetakan dan ukur dimensinya (diameternya, tingginya). A3). Ambil salah satu contoh tanah yang sudah diperam, masukkan ke dalam cetakan secara merata kira-kira

2/3 tinggi cetakan sebagai lapisan pertama4). Tumbuk secara merata pada permukaan sebanyak 25 kali5). Untuk lapis kedua, isi lagi cetakan tersebut dengan tanah setinggi mould, agar tanah tidak tumpah, mould

disambung dengan cetakan penyambung dan umbuk lagi sebanyak 25 kali seperti pada lapis 1 dan untuk lapis ketiga lakukan seperti pada cara-cara di atas

6). Lepas cetakan penyambung dan ratakan permukaan benda uji dengan pisau perata7). Timbang contoh dengan cetakannya8). Keluarkan contoh dari cetakan dengan extruder dan belah contoh menjadi dua dan masing-masing belahan

dicari kadar airnya9). Lakukan langkah yang sama untuk contoh tanah yang kedua sampai ke-5.10). Hitung berat isi tanah, kadar air dan berat isi kering kemudian gambarkan diagram pemadatan untuk

memperoleh nilai kadar air optimum (OMC – Optimum Moisture Content) dan berat isi kering maksimum (MDD – Maximum Dry Density).

51

Perhitungan :

dimana : Wt 1 = berat cetakan dengan contoh 1 – berat cetakannya.V t 1 = volume cetakan.

misalnya untuk contoh yang pertama diperoleh kadar air w1, maka berat isi kering (d) untuk sampel 1 dapat di-tentukan dengan rumus :

Gambar 5.4. Peralatan Pemadatan Laboratorium

Gambar 5.5 Grafik PemadatanContoh :

Suatu pengujian pemadatan di laboratorium menggunakan standat proctor, dengan cetakan berdiameter 15 cm dan tinggi 20 cm. Setelah dilakukan penumbukan dan dicari kadar air tiap-tiap contoh, diperoleh data sbb :

Nomor contoh 1 2 3 4Berat contoh (gr) Wt 3227,82 4773,29 5519,50 3815,10Kadar air (%) w 7,5 15 25 35

1.00

1.05

1.10

1.15

1.20

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Kadar air (%)

dry

OMC

MDD

52

Tentukan : MDD dan OMC - nya

Penyelesaian :Volume sampel (Vt) : Vt = ¼ . . d² . t = ¼ . . 15² . 20 = 3534,29 cm3

Berat isi tanah (t) : t = Wt Vt

Berat isi kering (d) : d = t (1 + w)

Hasil perhitungan :Nomor sampel Satuan 1 2 3 4

Kadar air (w) % 7,5 15 25 35Berat isi tanah (t) gr/cm³ 0,91 1,35 1,56 1,08Berat isi kering (d) gr/cm³ 0,85 1,17 1,25 0,80

b. Modified Compaction Test

Dengan berkembanya alat pemadat dilapangan terutama untuk konstruksi-konstruksi berat seperti bandara, jalan tol dll, maka dilakukan penyesuaian atas energi pemadatan yang harus diberikan pada saat pemadatan di laboratorium sehingga terjadilah modifikasi dari proctor test (modified compaction test). Metoda pengujiannya sama dengan pengujian standar, hanya penumbuk dan jumlah lapisannya yang berbeda seperti pada tabel di bawah ini.

Tabel 5.3 Modified Compaction TestDimensi British SI unit

Berat hammer 10 lb 44,5 NTinggi jatuh hammer 18 in 0,457 mJumlah lapisan 5 lapisan

Dengan adanya energi pemadat yang lebih besar per satuan luasnya, dengan sendirinya akan terjadi kenaikan berat isi kering dan berkurangnya jumlah air pemadat yang dibutuhkan.

Gambar 5.6. A Modified - B Standard

Dengan pemadatan yang lebih besar (modified) diperoleh berat isi kering yang lebih besar dibanding dengan cara standar, sedang kadar air yang dibutuhkan lebih kecil dibanding dengan cara proctor sehingga ter-jadi pergeseran OMC dan MDD yang mengikuti garis optimum.

c. Zero Air Void Curve

Secara teoritis, berat isi kering pada kadar air tertentu didapatkan bila pori-pori tanah tidak terisi udara lagi, yaitu pada saat derajat kejenuhan = 100%. Kondisi semacam ini yang dinamakan “Zero Air Void” (pori-pori tidak mengandung udara sama sekali), sehingga berat isi keringnya dapat ditentukan seperti di bawah ini.

OMCa OMCb

53

Hubungan antara berat isi kering dan kadar air pada kondisi yang demikian dapat digambarkan dalam bentuk kurva yang disebut ZAVC (Zero Air Void Curve), yang juga berfungsi sebagai penunjuk bahwa kurva pemadatan riil yang terjadi tidak akan pernah memotong ZAVC.

dimana :Gs = Berat jenis tanah w = Kadar airw = Berat isi air Sr = Derajat kejenuhan = 100 %

Gambar 5.7. Zero Air Void Curve

Latihan soal : 1). Suatu pemadatan di lab dengan proctor, volume mold 2000 cm data-data diperoleh sebagai berikut :

Sampel 1 2 3 4 5 6Berat tanah (gr) 3600 3800 3450 4060 4125 4180w % 20 23 28 35 40 48

2). Suatu tanah galian digunakan untuk urugan pada pekerjaan bangunan mempunyai berat isi kondisi asli = 1,8 gr/cm³ dengan kadar air = 8%.Pada hasil pengurugan diperoleh berat isi kering = 1,5 gr/cm3 dengan w = 10% dan Gs = 2,67. Hitung juga angka pori dan derajat kejenuhan dari tanah asli dan urugan.

54

3). Data di bawah diperoleh dari test proctor :Sampel 1 2 3 4 5 6 7

Kandungan air w (%) 9,6 11,0 12,5 14,0 16,0 18,0 19,5Berat isi tanah wet (g/cm3) 1,80 1,90 1,96 2,05 2,10 2,05 2,01

Jika Gs = 2,6 w = 1 gr/cm³Tentukan : MDD dan OMC dan juga gambarkan ZAVC

5.6. Pemeriksaan Pemadatan di Lapangan

Setelah tanah yang akan dipadatkan diuji di laboratorium, maka pemadatan di lapangan dilakukan dengan jumlah air pemadat sesuai dengan yang dibutuhkan (OMC). Pemadatan di lapangan juga dilakukan lapis demi lapis dengan ketebalan lapisan 20 cm, dimaksudkan agar diperoleh nilai kepadatan yang maksimum. Mesin pemadat yang diguna-kan di lapangan dapat berupa mesin penggilas atau mesin penggetar, pemilihan jenis mesinnya disesuaikan dengan kondisi tanahnya.

Pada hasil pemadatan di lapangan perlu dilakukan pemeriksaan untuk mengetahui apakah kepadatan yang diperoleh sesuai dengan yang direncanakan (MDD). Penyimpangan hasil di lapangan masih dapat diijinkan selama derajat kepadatan (perbandingan lap/lab) masih berada dalam batas yang diijinkan, misal tidak kurang dari 90%.

Pemeriksaan hasil pemadatan di lapangan dapat dilakukan dengan berbagai metoda antara lain : Core cutter method (cincin pemotong) Sand cone replacement method (kerucut pasir) Rubber ballon method (balon karet) Nuclear method

a. Core Cutter Method

Cara ini dengan menggunakan alat pemotong berbentuk seperti cincin ukuran standar dan dilengkapi dengan peralatan lain seperti : palu karet, pelumas, plastik pembungkus sampel, pisau pemotong dan lain-lain.

Cara pengujian metoda ini adalah sebagai berikut :1). Menyiapkan peralatan dan menentukan titik yang akan diuji, yang jaraknya diatur sedemikian rupa agar

dapat mewakili daerah yang dipadatkan2). Cincin pemotong diberi sedikit pelumas, agar licin3). Tempatkan cincin pada titik yang telah ditentukan, pukul pelan-pelan ke dalam tanah yang telah dipadatkan,

dengan palu karet4). Bila dirasa cukup, ambil cincin beserta tanah didalamnya, dan ratakan kedua sisi permukaannya dengan

pisau pemotong5). Segera bungkus dengan plastik, jangan dibiarkan contoh terlalu lama berhubungan dengan udara luar6). Penentuan berat isi dan kadar air dapat dilakukan di laboratorium7). Menentukan d lapangan dan membandingkan dengan d laboratorium. (derajat kepadatan)

55

Gambar 5.8 Peralatan Cincin Pemotong

b. Sand Cone Replacement Method

Cara ini dengan menggunakan kerucut pasir seperti pada gambar, yang dilengkapi peralatan lain yaitu : alat penggali tanah, penyimpan contoh dengan tutup rapat, pasir kwarsa (ottawa sand).

Gambar 5.9 Peralatan Sand Cone

Adapun prosedur pengujiannya adalah sebagai berikut : 1). Menentukan berat isi pasir yang digunakan untuk pengujian (p s)2). Menyiapan peralatan dan menentukan titik-titik yang akan diuji3). Menggali tanah pada titik yang telah ditetapkan dengan diameter dan tinggi lubang sebesar diamater mulut

kerucut, bekas tanah galian dimasukkan tempat sampel dan tutup rapat-rapat, agar kadar airnya tidak berubah

4). Memasukkan pasir ke dalam tabung dan ditimbang beratnya (W1)5). Corong (kerucut) ditempatkan pada lobang galian dan kran dibuka, dibiarkan pasir mengisi lobang sampai

penuh, kemudian kran ditutup lagi6). Sisa pasir di dalam tabung ditimbang beratnya (W2), maka pasir yang masuk lobang adalah :

Wp s = W1 – W2

- Menghitung volume pasir : Vp s = Wp s p s

- Volume tanah galian = volume pasir : Vt = Vp s

- Timbang tanah dari lobang galian = Wt

Sand cone

Alas

Tabung kalibrasi

56

- Hitung berat isi tanah adalah: t = Wt Vt atau t = Wt Vp s

- Menentukan kadar air (w) dari tanah galian tersebut dan dihitung d.

c. Rubber Balon Method

Cara ini prinsipnya mirip dengan kerucut pasir, hanya media yang digunakan untuk mencari volume lubang adalah air di dalam balon karet.

Prosedur pengujian adalah sebagai berikut :1). Peralatan diisi air, kemudian balon karet dipasangkan2). Menggali lubang dengan diameter dan tinggi sesuai dengan ukuran alat3). Tanah galian ditimbang beratnya dan dicari kadar airnya4). Tempatkan alat di atas lobang, buka kran dan pompa sehingga air di dalam alat akan mengalir ke dalam

balon karet5). Volume air yang masuk ke dalam balon karet dapat terbaca di dalam alat dan itu merupakan volume tanah

galian6). Dengan demikian dapat ditentukan berat isi kering tanah yang telah dipadatkan.

Gambar 5.10. Rubber Balon

d. Nuclear Method

Untuk pengujian pemadatan dengan nulear method tidak dibahas disini, mengingat peralatannya yang masih langka dalam penggunaanya, hal ini dikarenakan biaya investasi dan perawatan serta operasional untuk alat yang dimaksud masih relatif mahal. Secara garis besar prinsip kerja methode ini dapat dilihat pada gambar

Tabung berisi air

Alas

Pompa tekan

Kran

Balon

57

Gambar 5.11 Nuclear Method Apparatus

5.7. Derajat Kepadatan (Dc = Degree of Compaction)

Derajat kepadatan adalah istilah yang digunakan untuk membandingkan hasil pamadatan tanah di lapangan dengan perencanaan pemadatan di laboratorium. Derajat kepadatan ini dapat di rumuskan sebagai berikut :

Dimana :Dc = derajat kepadatan (dalam persen)lap = berat isi tanah kering (MDD) lapanganlab = berat isi tanah kering (MDD) hasil laboratorium.

Pada pekerjaan jalan raya, derajat kepadatan dari timbangan biasanya berkisar antara 90–100% dari berat satu-an tanah kering hasil test pemadatan modified.

Dan untuk saat ini, derajat kepadatan tanah ini dapat dilakukan pengujian dengan pengujian CBR (California Bearing Ratio) yang intinya membandingkan beban penetrasi di lapangan dengan suatu beban standar. Lebih detail mengenai hal ini akan dibahas pada mata kuliah Laboratorium Uji Tanah.

58

Untuk memperkirakan nilai OMC dan MDD dari standard proctor, dapat dihitung dengan rumus-rumus empiris sebagai berikut :

Dimana :SL = shrinkage limit (batas susut)SR = shrinkage ratio

IP = Plasticity Index = LL – PLk2 = 0,33 . IP – 4,0A = Prosentase bahan lebih kecil No. 4 (4,76 mm)B = Prosentase bahan lebih kecil No. 40 (0,42 mm)

Contoh : Hasil pengujian tanah timbunan diperolah data seperti di bawah ini :- Shrinkage limit (batas susut) (SL) = 16 %- Plastic limit (batas plastis) (PL) = 24 %- Liquid limit (batas cair) (LL) = 45 %- Shrinkage ratio (SR) = 1,85- Tanah lewat ayakan No. 4 (A) = 90 %- Tanah lewat ayakan No. 40 (B) = 78 %

Berdasarkan data di atas perkirakan nilai MDD dan OMC.IP = LL – PL = 45 – 24 = 21

k2 = 0,33. IP – 4,0 = 0,33.(21) – 4,0 = 2,93

59

DAFTAR PUSTAKA

1. Head, KH, MANUAL OF SOIL LABORATORY TESTING, Volume 1 & 2, Pentech Press, London, 1980.

2. Joseph E. Bowles, PHYSICAL AND GEOTHECNICAL PROPERTIES OF SOILS, Mc. Graw-Hill, Inc, 1984.

3. Braja M, Das, PRINCIPLES OF GEOTECHNICAL ENGINEERING, PWS Publishers, 1985.

4. Braja M, Das, Indra Surya, Noor Endah MEKANIKA TANAH 1 & 2, Erlangga, Jakarta, 1991

5. Hadiyatmo, H.C. MEKANIKA TANAH 1 & 2, Gadjah Mada University Press, Jogjakarta, 2003

6. Craig, R.F. MEKANIKA TANAH, alih bahasa : Budi Susilo, Erlangga, Jakarta, 1984

7. Liu, C. & Evett, J.B. Soil and Foundations, Prentice Hall, 1992

8. Soedarmo, G.D. & Purnomo, S.J.E. MEKANIKA TANAH 1 & 2, Kanisius, Jogjakarta, 1993

9. Sosrodarsono, Suyono, MEKANIKA TANAH DAN TEKNIK PONDASI, Pradnya Paramita, Jakarta, 1994

10. Terzaghi, Karl, SOIL MECHANICS IN ENGINEERING AND PRACTICE, third edition, John Wiley & Sons Inc. , New York, 1995

11. Aponno, Gerard, PETUNJUK PRAKTIKUM UJI TANAH, Politeknik Negeri Malang, 2000

Lampiran :

Elemen tanah dalam keadaan asli dan fase elemen tanah asli :

60

Rumus dasar :No. Istilah Rumus No. Istilah Rumus1 w ; m ; Wc ; mc Ww ÷ Ws 11 Sr ; S Vw ÷ Vv

2 ; t ; ; t Wt ÷ Vt 12 Gs ; G s ÷ w

3 s ; s Ws ÷ Vs13 Dr ; ID4 w ; w Ww ÷ Vw

5 d ; d Ws ÷ Vt 14 Rc d ÷ d maks

6 sat ; sat Wsat ÷ Vt 15 na Va ÷ Vt

7 sub ; sub Wsub ÷ Vt 16 ac Va ÷ Vv

8 ’ ; ’ sat – w 17 Vw ÷ Vs

9 e Vv ÷ Vs (water ratio)10 n Vv ÷ Vt

Catatan := weight (berat) → = . g → g = gravitasi = 9,81 m/s² 10 m/s²) = density (kerapatan = massa)1 N = gaya yang bekerja pada benda yang mempunyai massa 1 kg diberi kecepatan 1 m/s²

Berat / massa air (w ; w) :Notasi Besaran Satuan

w62,4 lb/ft³ (pcf) berat Inggris9,81 kN/m³ 10 kN/m³

SIw

1,0 ton/m³massa1000 kg/m³

1,0 gr/cm³

Berat / massa tanah basah ; buoyant / submerged (b ; b) :

Notasi Besaran Istilahb ; b = ; t indonesia basahb ; b = sat – w = sat – w inggris buogyant

Faktor-faktor konversi :No. Besaran Inggris → SI SI → Inggris1 Panjang 1 ft = 0,3048 m 1 m = 3,281 ft2 Luas 1 ft² = 929,03.10-4 m² 1 m² = 10,764 ft²3 Volume 1 ft³ = 28,317.10-3 m³ 1 m³ = 35,32 ft³4 Gaya 1 lb = 4,448.10-3 kN 1 kN = 224,8 lb

= 0,4536 kg 1 kg = 2,2046 lb5 Tegangan 1 lb/ft² = 0,04788 kN/m² 1 kN/m² = 20,885 lb/ft²

= 4,88251 kg/m² 1 kg/m² = 0,2048 lb/ft²6 Berat volume 1 lb/ft³ = 0,1572 kN/m³ 1 kN/m³ = 6,361 lb/ft³

= 16,0186 kg/m³ 1 kg/m³ = 0,0624 lb/ft³

Butiran

Void/poriberisi air dan udara

Air

Butiran

Tanah

Udara

Wt Vt VtWt

Ws

Wa

Ww Vw

VV

Va

Vs

61

Elemen tanah dalam keadaan asli dan jenuh air ( saturated soils ) :

Diagram fase :

Rumus dasar kondisi tanah asli Rumus turunan kondisi tanah asli Rumus turunan kondisi tanah jenuh air (saturated soils) ; Sr = 100% = 1

Air

ButiranWs = Gs.w

Ww = e.w Vv = Vw = e

Vs = 1

Air

ButiranWs =Gs.w

Wa = 0

Ww = w.Gs.w Vw = w.Gs

VV = e

Va = 0

Vs = 1

Air

Butiran

Udara

Vt

Wt

Ws

Wa = 0

Ww Vw

VV

Va

Vs

Air

Butiran

Udara

Ws =Gs.w.Vs

Wa = 0

Ww = w.Gs.w.Vs Vw = w.Gs.Vs

VV = Va+Vw

Va

Vs

Udara

Air

ButiranWs = Gs.w.(1-n)

Ww = n.w Ww = w.Gs.w.(1-n)

Vv =Vw = nVv = w.Gs.(1-n)

Vs = (1-n)

Air

ButiranWs =Gs.w.(1-n)

Wa = 0

Ww = w.Gs.w.(1-n) Vw = w.Gs.(1-n)

VV = n

Va = 0

Vs = (1-n)

Vt = 1

Udara

e = Vv ÷ Vs

e = Vv → Vs =1

n = Vv ÷ Vt

n = Vv → Vt =1

Keterangan penurunan rumus : Rumus dasar kondisi tanah asli :

Rumus turunan kondisi tanah asli :

Ww = w . Ws = w . Gs . w . Vs

Rumus turunan kondisi tanah jenuh air (saturated soils), Sr = 100% = 1:

Bila unsur angka pori (e) yang diketahui/dicari, supaya nilai (e) = Vv maka diasumsikan Vs = 1

Ws = Gs . w . Vs = Gs . w

Ww = w . Ws = w . Gs . w . Vs = w . Gs

Vv = Vw = w . Ws = w . Gs . Vs = e

Bila unsur porositas (n) yang diketahui/dicari, supaya nilai (n) = Vv maka diasumsikan Vt = 1, Vs = (1 – n)

Ws = Gs . w . Vs = Gs . w . (1 – n)

Ww = w . Ws = w . Gs . w . Vs = w . Gs . w . (1 – n) = n . w

Vv = Vw = w . Ws = w . Gs . Vs = w . Gs . (1 – n) = n

63

Distribusi butiran tanah :

64

no. 2

00

no. 1

0

no. 4

no. 4

0

no. 1

00

19 4.75

2.0

0.42

5

0.15

0.07

5

75

Gravelcoarse fine

Sandcoarse medium fine

Silt and Clayfines

no. 2

00

no. 1

0

no. 4

no. 4

0

no. 1

00

19 4.75

2.0

0.42

5

0.15

0.07

5

75

Gravelcoarse fine

Sandcoarse medium fine

Silt and Clayfines

Table Matrik of test type and test purpose related to reclamations and foundation ploblems

NO. Type of the test

Test Purpose

Soilproperties

Shallowfoundation

stability

Deepfoundation

stability

Retainingwall

stability

Sheetpile

stabilityPavement Vertical

draine Preloading Stonecolumn

Othersoil

improvement

Slopestability Settlement

1 Seismic Refraction O O O O O O2 Resistivity Electric O O O O O O3 Magneto Tellurique Artificielle O O O O O O4 Boring Logs X X X X X O X X X O X X5 Standart Penetration Test O X6 Cone Penetration Test O X7 Pressiometre Test O X X O8 Vane Test O O O X9 Piezometre Test O O O O O X X O O O10 Tassometre Test O X11 Inclinometer Test X O12 Grain Size Analysis X X X X X O X X X O X X13 Volumetric-Gravimetric X X X X X O X X X O X X14 Atterberg Limits X X O X X X X X O X X15 Proctor Test X O X O16 Sand Cone Test X O17 Ballon Density Test X O18 California Bearing Rasio Test O X O19 Plate Bearing Test O O X O20 Permeability Test X O O O X X X O O21 Electronic Analogy Test O O22 Consolidation Test X O O X X O O X23 Triaxial Test X X O X X O O O O X24 Direct Shear Test O X O O O X25 Unconfiend Compression Test O O O O O O

Note : X : First priorityO : Secondary

65

1

20 30 40 50 60 8025

20 30 40 50 60 8025

2

Alternatif DAFTAR ISI KATA PENGANTARDAFTARISIBAB. 1 PENDAHULUAN..........................................................................................................1.1. Definisi1.2. Siklus Batuan dan Asal Usul Tanah .1.2.1 BatuanBeku1.2.2 Pelapukan1.2.3 Transportasi dari Hasil Pelapukan .1.2.4 Batuan Sedimen1.2.5 Batuan Metamorf1.3. Partikel Tanah1.4. Mineral Lempung1.5. Berat Spesifik (Gs)1.6. Tanah(Soil)1.6.1 Proses Pembentukan Tanah...............................................................................................1.7. Analisis Mekanis dari Tanah..........................................................1.7.1 Analisis Ayakan1.7.2 Analisis Hidrometer1.7.3 Kurva Distribusi Ukuran Butiran ...1.8. Ukuran Efektif, Koef. KeseragamanBAB. II KOMPOSISI TANAH...................................................................................................2.1. Hubungan Volume-Berat.................................................................................................2.2. Kerapatan Relatif2.3. Konsistensi Tanah2.3.1 BatasCair2.3.2 Batas Plastis2.3.3 Batas Susut2.4. Aktivitas2.5. Struktur Tanah.................................................................................................................................................................................. 272.5.1 Struktur Tanah Tak Berkohesi................................................................................................................................................. 272.5.2 Struktur Tanah Kohesif :...........................................................................................................................................................29BAB. I I I KLASIFIKASI TANAH....................................................................................................................................................... 313.1. Klasiflkasi Berdasarkan Tekstur.................................................................................................................................................. 313.2. Klasifikasi Berdasarkan Pemakaian............................................................................................................................................ 333.2.1 Sistem Klasifikasi AASHTO...................................................................................................'................................................. 343.2.2 Sistem Klasifikasi Unified........................................................................................................................................................ 373.3. Perbandingan Antara Sistem AASHTO dan Unifled................................................................................ 40BAB. IV KEKUATAN DAN DEFORMASl TANAH............................................................................................................................... 424.1. Kekuatan Geser ...............................................................................................................................................................424.2. Kekuatan Rekat/Kohesi ( C )...................................................................................................................................................... 434.2.1 KohesiNyata ............................................................................................................................................................434.2.2 Kohesi Semu ..........................................................................................................................................................444.3. Kekuatan Geser anlara Butir....................................................................................................................................................... 44

3

4.4. Tegangan Total, Teg. Efektif &Teg. Air Pori............................................................................................................................. 454.4.1 Tegangan Total .............................................................................................................................................................454.4.2 Tegangan Efektif ............................................................................................................................................................454.4.3 Tegangan Air Pori ............................................................................................................................................................454.5. Parameter Geser Tanah.............................................................................................................................................................. 464.6. Test Untuk Menentukan Kekuatan Geser Tanah....................................................................................................................... 484.6.1 Test Geser Langsung ............................................................................................................................................................494.6.2 Test Triaksial ............................................................................................................................................................514.7. Pcrkiraan Sudut Geser Dalam............................................................................................................... 53BAB. V KEPADATAN TANAH DAN PEMADATAN TANAH................................................................................................................. 565.1. Tujuan Instruksional Khusus......................................................................................................................................................... 565.2. Kepadatan Tanah ................................................................................................................................................................565.3. Kepadatan Relatif ...............................................................................................................................................................585.4. Pemadatan Tanah ..............................................................................................................................................................605.5. Pemadatan di Laboratorium......................................................................................................................................................... 645.5.1 Standard Proctor Test....................................................................................................................... 645.5.2 Modified Compaction Test................................................................................................................ 675.5.3 Zero Air Void Curve........................................................................................................................... 685.6. Pemeriksaan Pemadatan di Lapangan................................................................................................. 705.6.1 Core Cutter Method............................................................................................................................ 715.6.2 Sand Cone Replacement Method..................................................................................................... 725.6.3 Rubber Ballon Method...................................................................................................................... 735.6.4 Nuclear Method.................................................................................................................................. 745.7. Derajat Kepadatan (Dc)......................................................................................................................... 75DAFTAR PUSTAKA 77

DAFTAR ISIHAL

KATA PENGANTAR iDAFTAR ISI iiBAB I PENDAHULUAN1.1. Tujuan Instruksional Umum 11.2. Tujuan Instruksional Khusus 11.3. Sejarah Perkembangan Mekanika Tanah 11.4. Susunan Tanah dan Asal Usulnya 21.4.1. Batuan 31.4.2. Tanah 31.5. Pendapat Umum Mengenai Tanah 51.5.1. Tanah Sebagai Dasar Bangunan 51.5.2. Tanah Sebagau Bahan Bangunan 61.6. Stratifikasi Tanah 71.7. Air di Dalam Lapisan Tanah 8BAB II KLASIFIKASI TANAH2.1. Tujuan Instruksional Khusus 102.2. Umum 102.3. Cara Sederhana 102.4. Klasifikasi dengan Pengujian di Laboratorium 132.4.1. Analisa Ukuran Butir 142.4.2. Pengujian Batas-batas Atterberg 172.5. Sistem Klasifikasi Tanah 222.5.1. Klasifikasi Berdasarkan Tekstur 232.5.2. Klasifikasi Tanah Berdasarkan USCS atau ASTM 24BAB III KARATERISTIK FISIK TANAH3.1. Tujuan Instruksional Khusus 313.2. Sifat Fisik Tanah 313.3. Hubungan Berat-Volume 32

HAL3.4. Hubungan Porositas dengan Angka Pori 333.5. Pemakaian Rumus-Rumus dan Pengembangannya 343.6. Konsistensi Tanah 37BAB IV KEKUATAN DAN DEFORMASI TANAH4.1. Tujuan Instruksional Khusus 414.2. Kekuatan Geser 414.3. Parameter Geser Tanah 434.4. Tes Untuk Menentukan Kekuatan Geser Tanah 444.4.1. Tes Geser Langsung 454.4.2. Tes Triaksial 474.5. Perkiraan Sudut Geser Dalam 49BAB V KEPADATAN DAN PEMADATAN TANAH5.1. Tujuan Instruksional Khusus 52

4

5.2. Kepadatan Tanah 525.3. Kepadatan Relatif 535.4. Pemadatan Tanah 565.5. Pemadatan di Laboratorium 585.5.1. Standard Proctor Test 585.5.2. Modified Compaction Test 635.5.3. Zero Air Void Curve 645.6. Pemeriksaan Pemadatan di Lapangan 665.6.1. Core Cutter Method 665.6.2. Sabd Cone Replacement Method 675.6.3. Rubber Balon Method 695.6.4. Nuclear Method 705.7. Derajat Kepadatan 71DAFTAR PUSTAKA 73

5