pemadatan tanah

Mekanika Tanah I civil engineering

BAB I

PEMADATAN TANAH

1.1 Tujuan Percobaan

Untuk menentukan hubungan kadar air optimum dan berat isi tanah maksimum

pada percobaan pemadatan.

1.2 Teori Dasar

Pada pembuatan timbunan tanah untuk jalan raya, dan tanah, dan banyak

struktur lainnya, tanah yang lepas (renggang) haruslah dipadatkan untuk meningkatkan

berat volumenya pemadatan tersebut berfungsi untuk meningkatkan kekuatan tanah

atau memperbesar kekuatan dukung tanah dan memperkecil pori-pori tanah sehingga

gaya rembes air melalui tanah padat tersebut akan mengecil.

Pemadatan merupakan suatu proses dimana partikel - partikel tanah diatur

kembali dan dikemas menjadi bentuk yang padat dengan bantuan alat mekanis dan

bertujuan untuk mengurangi porositas tanah sehingga memperbesar berat isi tanah atau

berat isi kering tanah tersebut. Proses pemadatan berbeda dengan proses konsolidasi.

Konsolidasi merupakan proses pengurangan volume akibat pembebanan lama.

Sedangkan pemadatan merupakan proses pengurangan pori-pori tanah akibat

pembebanan yang singkat. Pemadatan juga dapat mengurangi besarnya penurunan

tanah yang tidak diinginkan dan meningkatkan kemantapan lereng timbunan

(enkbankments).

Peralatan mekanis untuk pemadatan tanah yaitu penggilas besi berpermukaan

halus (smooth - whell rollers), dan penggilas getar (vibratory rollers) adalah alat – alat

umum yang digunakan dilapangan untuk pemadatan tanah. Mesin getar dalam

(vibriflot) juga banyak digunakan untuk memadatkan tanah yang berbutir (granular

soil) sampai kedalaman yang cukup besar dari permukaan tanah. Cara pemadatan tanah

dengan sistem ini disebut pemadatan getar apung ( vibroflotation ).


1.2.1 Prinsip-prinsip Umum Pemadatan

Gambar 1.1 Prinsip Pemadatan

Pemadatan secara umum mengeluarkan udara dari massa tanah.

Tingkat pemadatan tanah diukur dari berat isi kering (d)

Perhatikan gambar diatas :

Pada saat w = 0 = d atau = d (w=0) = 1

Bila w secara bertahap bertambah pada usaha pemadatan yang sama

(w = w1) = 2 dan d (w=w1) = d (w=0) + d

Hal ini menunjukkan bahwa bila air ditambahkan pada saat pemadatan, air

tersebut akan berfungsi sebagai unsur pelumas bagi partikel-partikel tanah

sehingga partikel-partikel-partikel tanah tersebut saling bergeseran satu

sama lain dan membentuk posisi yang lebih padat.

Bila w melampaui woptimum (w2) Penambahan kadar air justru cenderung menurunkan dari tanah.

Hal ini disebabkan karena air mengambil tempat yang seharusnya ditempati oleh partikel-partikel padat dari tanah.

d setelah kompaksi akan naik seiring dengan naiknya kadar air (w).


Kadar air dimana d mencapai maksimum disebut kadar air optimum (optimum moisture content).

1.2.2 Uji Pemadatan di Laboratorium dan Spesifikasinya

Pengujian pemadatan di laboratorium untuk evaluasi d dan woptimum,

yang terdiri dari 2 cara yaitu :

1. Uji Proctor Standar : Energi Pemadatan (E) = 593 kJ/m3.

2. Uji Proctor Modifikasi : Energi pemadatan (E) = 2.695 kJ/m3.

Gambar 1.2 Hasil Uji Pemadatan Proctor Modifikasi dan Proctor Standar

Dari gambar diatas dapat disimpulkan :

d max dan wopt Tergantung kepada energi pemadatan.

Makin tinggi energi pemadatan Makin tinggi d max

Makin tinggi energi pemadatan Makin rendah Wopt

Tidak ada bagian dari kurva pemadatan yang boleh terletak disebelah kanan (memotong) kurva “zero air void”.

Nilai d max dan wopt yang bersesuaian bervariasi untuk setiap jenis tanah.

Untuk mendapatkan d max dan wopt dari suatu tanah adalah sbb :


Minimal 5x melakukan uji pemadatan dengan kadar air bervariasi.

Setelah pemadatan selesai, berat isi basah () dapat dihitung sebagai berikut :

Dimana :

W = Berat tanah

V = Volume tanah

Setelah kadar airnya (w) diketahui, d dapat dihitung sebagai berikut :

Membuat kurva hubungan antara w dan d sehingga didapatkan d max dan

wopt.d max secara teoritis pada suatu w tertentu dengan kondisi “zero air voids”

(pori-pori tanah sudah tidak ada udaranya lagi) dapat ditulis sbb :

Dimana :

e = w . Gs (untuk keadan tanah jenuh, S=100%)

zav = Berat isi pada kondisi “zero air voids”

w = Berat isi air

e = Angka pori

Gs = Berat spesifik butiran padat tanah.

1.2.3 Faktor-faktor yang Mempengaruhi pemadatan


Disamping Kadar air, faktor-faktor lain yang mempengaruhi pemadatan

antara lain

1. Tipe tanah (soil type)

2. Usaha pemadatan (compaction effort).

Pengaruh Tipe / Jenis Tanah

Distribusi ukuran butiran.

Bentuk butiran tanah.

Berat spesifik bagian padat tanah.

Jumlah dan jenis mineral lempung yang ada pada tanah.

Gambar 1.3 Bentuk Umum Kurva Pemadatan untuk Empat Jenis Tanah (ASTM D – 698)


1.2.4 Pengaruh Usaha Pemadatan

Energi yang dibutuhkan untuk pemadatan pada uji proctor yaitu

Energi pemadatan pada uji proctor standar :

Energi pemadatan pada uji proctor modifikasi :

Jika usaha pemadatan per satuan volume tanah berubah, kurva pemadatan

juga akan berubah.

Gambar 1.4 Pengaruh Energi Pemadatan Pada Pemadatan Suatu Lempung Berpasir

1.2.5 Struktur Tanah Kohesif Dipadatkan


Gambar 1.5 Pengaruh Pemadatan Pada Struktur Tanah Lempung (menurut Lambe, 1958)

Bila lempung dipadatkan pada kondisi kadar air disebelah kiri Wopt (titik A)

Struktur yang terbentuk adalah “flokulasi” ini akan menghasilkan orientasi

partikel yang acak dan d yang rendah.

Apabila w meningkat (pada titk B) Akan menghasilkan derajat flokulasi

yang lebih rendah dan d yang tinggi.

Jika w terus ditambah (dari titik B C) Akan menghasilkan struktur

“dispersi”. Pada suatu kadar air tertentu, usaha pemadatan yang lebih tinggi

akan menghasilkan lebih banyak partikel-partikel lempung dengan orientasi

yang sejajar sehingga lebih banyak struktur tanah terdispersi.

Partikel-partikel lebih dekat satu sama lain yang lebih tinggi (titik A &

E).

Pengaruh Pemadatan pada Sifat-sifat Tanah Kohesif

Pemadatan Menimbulkan struktur tanah kohesif.

Perubahan tersebut meliputi :

Permeability (daya rembes)

Compressibility (kemampumampatan)

Soil Strenght (kekuatan tanah).

1.2.6 Permeability (Daya Rembes)


Gambar 1.6 Pengaruh Pemadatan Pada Daya Rembes Tanah Lempung (menurut Lambe, 1958)

Harga koefisien rembesan (k) mengecil dengan bertambahnya w.

Nilai k mencapai minimum pada saat w mencapai optimum, sesudah wopt

Nilai k sedikit bertambah.

Nilai k pada sisi kering dari wopt tinggi Orientasi acak partikel

Menghasilkan susunan ruang pori yang lebih besar.

1.2.7 Compressibility (Kemampumampatan)


Konsolidasi dengan Tekanan Rendah Konsolidasi dengan Tekanan Tinggi

Gambar 1.7 Pengaruh Pemadatan Pada Kemampumampatan Satu Dimensi Tanah Lempung

Pada tekanan yang rendah, tanah yang dipadatkan pada sisi basah dari wopt

akan lebih mudah memampat dibandingkan tanah yang dipadatkan pada sisi

kering dari wopt.

Pada tekanan yang tinggi, tanah yang dipadatkan pada sisi kering dari wopt

akan lebih mudah mampat karena tekanan cenderung mengubah arah orientasi

partikel menjadi tegak lurus arah tekanan dan jarak antar partikel-partikel

lempung berkurang sedangkan tanah yang dipadatkan pada sisi basah hanya

mengurangi jarak antar partikel-partikel lempung saja.

Pada tekanan yang sangat besar adalah mungkin untuk mendapatkan struktur

yang sama bagi tanah yang dipadatkan pada sisi basah maupun sisi kering dari

wopt.

1.2.8 Soil Strenght (Kekuatan Tanah)


Gambar 1.8 Pengaruh Pemadatan Pada Kekuatan Tanah Lempug

Kekuatan tanah lempung yang dipadatkan umumnya berkurang dengan

bertambahnya kadaw air (w).

Pada kira-kira wopt, terjadi penurunan kekuatan tanah yang besar.

Tanah yang dipadatkan pada sisi kering dari wopt akan memiliki kekuatan yang

lebih tinggi dibandingkan tanah yang dipadatkan pada sisi basah dari wopt.

1.2.9 Pemadatan Tanah Organik

Proses terjadinya tanah organik Merupakan campuran fragmen-fragmen

material organik yang berasal dari tumbuh-tumbuhan yang membusuk.


Adanya bahan organik Cenderung mengurangi kekuatan tanah dan tidak

disukai sebagai tanah urug.

Kadar organik (organic content = OC) didefinisikan sebagai :

OC = Kehilangan berat kering akibat pemanasan dalam oven dari 105 0 C - 400 0 C Berat kering tanah pada suhu 1050C

Pengaruh Kadar Organik

Pengaruh kadar organik terhadap Terhadap wopt

Berat Isi Kering Maksimum

(Franklin, Orozco dan Semrav, 1973)

Gambar 1.9 Pengaruh Kadar Organik terhadap Berat Isi Kering Maksimum dan Wopt

Bila kadar organik lebih dari 8% - 10% d max menurun tajam.Kadar air optimim (wopt) untuk suatu usaha pemadatan meningkat dengan bertambahnya kadar organik.

1.2.10 Pemadatan di Lapangan


Jenis penggilas yang paling umum dipakai adalah :

Penggilas besi berpermukaan halus.

Penggilas ban karet.

Penggilas kaki kambing.

Penggilas getar.

Secara umum, pemadatan di lapangan tergantung pada beberapa faktor :

1. Tipe kompactor

2. Tipe tanah

3. Kadar air

4. Ketebalan layer (lapisan tanah)

5. Jumlah lintasan penggilas.

Gambar 1.10 Kurva Pemadatan Untuk Tanah Lempung Berlanau; Hubungan Antara Berat Volume

Kering dan Jumlah Lintasan Penggilas.

Kurva kepadatan untuk tanah lempung berlanau dengan berat penggilas 9,5

ton (84,5 KN) dan tebal lapisan tanah lepas yang dipadatkan 9 inch (228,6 mm)

pada kadar air (w) yang berbeda.

Penentuan Berat Isi Hasil Pemadatan di Lapangan


Prosedur standar untuk menentukan berat isi di lapangan :

1. Sand Cone Method (ASTM Designation D-1556)

2. Rubber Ballon Method (ASTM Designation D-2167)

3. Penggunaan alat ukur kepadatan nuklir.

Spesifikasi Pemadatan Tanah di Lapangan

Ada 2 kategori spesifikasi untuk pekerjaan tanah :

1. Spesifikasi Hasil Akhir dari Pemadatan

Pada pemadatan tanah berbutir, spesifikasi pemadatannya dapat dalam

bentuk istilah Kepadatan/Kerapatan Relatif (Dr) atau Pemadatan Relatif (R)

yaitu sbb :

2. Spesifikasi untuk Cara Pemadatan

a. Macam dan berat mesin pemadatan.

b. Jumlah lintasan.

c. Ketebalan tiap lapisan.

1.3 Alat dan Bahan Yang Digunakan

1. Cetakan (mould) berdiameter 102 mm berkapasitas 943 × 10-6 – 8 10-5m2.

2. Alat tumbuk dengan permukaan rata, berdiameter 50,8 seberat 4,5 kg.


3. Alat pengeluar contoh tanah ( Ekstrunder ).

4. Ayakan No. 4 (4,75 mm) dan No. ¾ (19 mm).

5. Timbangan dengan ketelitian 0,01 gram.

6. Oven dengan pengatur suhu (110 )

7. Jangka sorong (caliper).

8. Alat perata, mistar, spatula, talam, sendok, palu karet dan cawan 5 buah.

1.4 Persiapan Sampel

1. Contoh tanah dikeringkan lalu dikeluarkan dengan penumbuk dari karet

2. Tanah yang sudah dihaluskan dibagi dalam 5 bagian dan masing – masing

contoh tanah dimasukkan dalam plastik dan didiamkan selama 24 jam.

3. Sebelum dimasukkan kedalam plastik contoh tanah terlebih dahulu

ditambahkan air dengan volume berbeda

1.5 Cara Melakukan Percobaan

1. Menimbang cetakan pada timbangan dengan ketelitian 0,01 gram.

2. Memasang cetakan dengan kepingan alas, kemudian memasukkan contoh tanah

1/5 tinggi cetakan kemudian ditumbuk 25 kali. Lapis kedua dan ketiga diisi

lagi dengan ketinggian yang sama dan jumlah yang sama.

3. Memasang leher penyambung pada lapisan ketiga (terakhir).

4. Melepas leher penyambung tanah yang tingginya lebih diratakan dengan

spatula.

5. Menimbang berat cetakan dan tanah yang dipadatkan.

6. Mengeluarkan contoh tanah dengan alat pengeluar contoh tanah lalu diambil

bagian atas, tengah dan bawah, kemudian memasukkan kedalam cawan dan

menimbangnya.

7. Contoh dalam cawan dioven selama 24 jam untuk dihitung kadar airnya.

8. Setiap contoh tanah dengan kadar air yang berbeda tadi dilakukan percobaan

seperti langkah diatas.

1.7 Kesimpulan dan Saran

1.7.1. Kesimpulan


Air dalam proses pemadatan berfungsi sebagai pelumas dan apabila air

kurang atau lebih pada proses pemadatan maka pemadatan maksimum sukar

dicapai.

Pemadatan dilakukan untuk meningkatkan daya dukung tanah dan

memperkecil permeabilitas tanah.

Dari hasil percobaan, diperoleh kepadatan kering maksimum sebesar

4,52 gram/cm3 dan kadar air optimum sebesar 8,6 %.

Selain itu, didapatkan besarnya nilai berat volume jenuh air antara 1,999

kN/m3 sampai 0,728 kN/m3.

1.7.2 Saran

Untuk memperoleh data yang teliti agar memperhatikan hal–hal sebagai

berikut :

Ketebalan tiap lapisan diusahakan sama.

Jumlah tumbukan diperhatikan, jangan sampai kurang atau lebih untuk

setiap lapisan.

Tinggi jatuh dari hammer selalu sama.

Posisi hammer selalu tegak lurus.

1.8 Gambar Alat Percobaan


Alat Penumbuk (Hammer)Cetakan (Mold)

Ekstruder (Alat pengeluar contoh tanah)

OvenTalang

pemadatan tanah

Documents