Dasar-Dasar Mekanika Tanah| 251 Oleh karena itu, koreksi perlu diterapkan pada nilai penurunan yang dihitung berdasarkan asumsi bahwa beban diterapkan pada permukaan tanah. Fox (1948) mengusulkan suatu faktor koreksi untuk ini yang merupakan fungsi dari perbandingan /, / dan angka Poisson (v), sebagai berikut : ( ) 6 ( ) ' . average Se average S e I ......................(5.42) Yang mana : 6 = faktor koreksi untuk kedalaman pondasi, ' = penurunan elastisitas terkoreksi = penurunan elastis yang dihitung dengan asumsi bahwa beban diterapkan pada permukaan tanah. Dengan pemrograman komputer, dari persamaan yang diajukan oleh Fox (1948), Bowles (1977) memperoleh nilai 6 untuk berbagai nilai rasio /, dengan perbandingan panjang terhadap lebar pondasi (L/B), dan angka Poisson pada lapisan tanah. Nilai tersebut ditunjukkan pada gambar berikut : Gambar 5.16. Faktor koreksi untuk kedalaman dasar pondasi. (Bowles 1977)
252|Dasar-Dasar Mekanika Tanah Janbu dkk, (1956) mengusulkan persamaan umum untuk penurunan elastis rata-rata untuk landasan fleksibel yang dibebani secara merata, dalam bentuk persamaan : E q B Se average . ( ) 10 ; Untuk : = 0,50 .........(5.43) Yang mana : 1 = Faktor koreksi untuk ketebalan lapisan tanah elastis yang terbatas, H, seperti yang ditunjukkan pada gambar. 0 = Faktor koreksi kedalaman tanggul pijakan, , seperti terlihat pada gambar. B = Lebar untuk beban persegi, atau diameter untuk beban lingkaran. Gambar 5.17. Grafik Faktor Koreksi Janbu (Disempurnakan oleh Christian & Carrier, 1978)
Dasar-Dasar Mekanika Tanah| 253 Terdapat pula metode lain untuk memperkirakan penurunan elastis adalah dengan membagi lapisan tanah atas beberapa lapisan sesuai ketebalannya masing-masing (multi layer). Regangan ditinjau pada tengah setiap lapisan. Penurunan elastis total dapat diperoleh, di mana Δ() adalah ketebalan lapisan ke-i dan ε() adalah regangan vertikal di tengah lapisan ke-i. Persamaannya dapat dituliskan sebagai berikut : i n i Se z i z i 1 ( ). ( ) ......................(5.44) 5.3.2.Penurunan Konsolidasi Primer Menurut Barden (1968) bahwa model rheologi sederhana untuk menggambarkan perilaku deformasi pada elemen tanah liat jenuh, sebagai pemecahan masalah konsolidasi satu dimensi, cukup memuaskan. (a) Pembebanan Awal Air melawan beban Tanah (menjadi pegas) tidak memikul beban (b) Tekanan Air Poriberlebih Air berdisipasi Tanah mulai mengambil beban (c) Pembebanan Final Air mereda berdisipasi Tanah memikul beban
254|Dasar-Dasar Mekanika Tanah Gambar 5.20. Rheology Penurunan Konsolidasi Tanah Lempung Penurunan konsolidasi primer mengacu pada teori konsolidasi satu dimensi, sehingga analisisnya didasarkan pada kondisi konsolidasi yang dimiliki oleh lapisan tanah. Beberapa teori deformasi yang perlu dipahami dalam penjabaran teori penurunan konsolidasi primer, diantaranya ; 1. Hubungan antara perubahan volume dengan penurunan konsolidasi primer. Gambar 5.21. Konsolidasi Primer (B.M.Das, 2005) Dari gambar di atas, dapat dituliskan hubungan sebagai berikut : V V0 V1 HA (H Sp ).A Sp.A ...........(5.45) Yang mana : V0 = Volume Awal (initial volume) V1 = Volume Akhir (final volume) Sp = Penurunan Konsolidasi Primer
Dasar-Dasar Mekanika Tanah| 255 2. Hubungan antara volume butir dengan volume pori Gambar 5.22. Volume Butir dan Volume Pori (B.M.Das, 2005) Dari gambar di atas, dapat dituliskan hubungan berikut : V Sp A Vv0 Vv1 Vv . ......................(5.46) Yang mana : Vv0 = Volume Pori Awal (initial void volume) Vv1 = Volume Pori Akhir (final void volume) Selanjutnya : v Vs V e. Yang mana : e = perubahan angka pori Maka didapat : 0 0 0 1 . 1 e A H e V Vs ......................(5.47) Yang mana : e0 = angka pori awal 3. Hubunigan perubahan angka pori dengan regangan vertikal
256|Dasar-Dasar Mekanika Tanah Gambar 5.23. Angka Pori & Regangan Vertikal (B.M. Das, 2005) Dari gambar di atas, dapat dituliskan hubungan berikut : e e A H V Sp A eVs 1 0 . . atau : 1 0 e e Sp H Didapat : v e e H Sp 1 0 ......................(5.48) Yang mana :v = regangan vertikal Vv0 = Volume Pori Awal (initial void volume) Vv1 = Volume Pori Akhir (final void volume) Untuk lapis tanah dalam kondisi berkonsolidasi normal, lalu menerima beban, penurunan konsolidasi primernya dapat dihitung dengan persamaan berikut :
Dasar-Dasar Mekanika Tanah| 257 1. Penurunan pada tanah berkonsolidasi normal (NC) Gambar 5.24. Hubungan Angka Pori dengan Perubahan Tegangan Pada Kondisi Berkonsolidasi Normal (NC) Keterangan Gambar : ‟vm = tegangan vertikal akhir maksimum ‟f = tegangan efektif vertikal akhir e0 = angka pori awal ef = angka pori akhir Cc, didapat dari kemiringan kurva konsolidasi sesuai kondisi tanah asli di lapangan = Indeks Kompresi Cs = Cr, didapat dari kemiringan kurva rebound. = Indeks Pengembangan (Swell Index) Penurunan konsolidasi primeruntuk tanah berkonsolidasi normal (normally consolidated) seperti yang digambarkan di atas, dapat dituliskan sebagai berikut :
258|Dasar-Dasar Mekanika Tanah 0 0 ' ' ' log 1 eo C H Sp C ......................(5.49) Yang mana : Sp = penurunan konsolidasi primer Cc = koefisien konsolidasi H = ketebalan lapisan tanah e0 = angka pori awal ‟0 = tegangan efektif awal ‟ = perubahan tegangan efektif vertikal 2. Penurunan pada tanah berkonsolidasi berlebih (OC) Gambar 5.25. Hubungan Angka Pori dengan Perubahan Tegangan Pada Kondisi Berkonsolidasi Lebih (OC) Keterangan Gambar : ‟vm = tegangan vertikal akhir maksimum ‟f = tegangan efektif vertikal akhir
Dasar-Dasar Mekanika Tanah| 259 e0 = angka pori awal ef = angka pori akhir Cc, didapat dari kemiringan kurva konsolidasi sesuai kondisi tanah asli di lapangan = Indeks Kompresi Cs = Cr, didapat dari kemiringan kurva rebound. Penurunan konsolidasi primer untuk tanah berkonsolidasi lebih (over consolidated) seperti yang digambarkan di atas, dapat dituliskan sebagai berikut : (1) Untuk kondisi : o''p' ; maka : 0 0 ' ' ' log 1 . eo Cr H Sp ......................(5.50) (2) Untuk kondisi : o''p' ; maka : 0 0 0 ' ' ' log 1 . ' ' log 1 . eo Cc H eo Cr H Sp vm ...(5.51) Yang mana : Sp = penurunan konsolidasi primer Cc = koefisien konsolidasi H = ketebalan lapisan tanah e0 = angka pori awal ‟0 = tegangan efektif awal ‟ = perubahan tegangan efektif vertikal
260|Dasar-Dasar Mekanika Tanah Tabel 5.4. Perkiraan Kompresi (Cc) dari Beberapa Uji Laboratorium Jenis Tanah Persamaan Cc Referensi Lempung Tak Terganggu Cc = 0,009(LL – 10) Terzaghi & Peck Lempung (1967) Terganggu Cc = 0,007(LL – 10) Tanah Organik, Gambut CC = 0,0115.Wn Lempung Murni EM 1110-1-1904 Cc = 1,15(e0 – 0,35) Cc = 0,012.Wn Cc = 0,01(LL – 13) Lempung Hidup Cc=(1-e0)–[0,1+0,006(Wn-25)] Lanau Seragam Cc = 0,20 Lempung 2,38 1,2 1 0 0,141. Gs e Cc Gs Rendon & Herrero (1983) Lempung Gs LL Cc . 100 0,2343. Nagaraj & Murty (1985) Yang mana : LL = Batas cair (%) Wn = Kadar air natural (%) Gs = Berat jenis (spesific gravity) e0 = Angka pori awal
Dasar-Dasar Mekanika Tanah| 261 5.3.3.Penurunan Konsolidasi Sekunder Sebagaimana yang telah dijelaskan sebelumnya bahwa penurunan konsolidasi sekunder hanya terjadi secara spesifik pada kondisi tanah tertentu. Tanah yang dapat mengalami penurunan sekunder, adalah tanah yang mengalami konsolidasi sekunder, sehingga dapat merepresentasikan suatu nilai indeks kompresi sekundernya. Walaupun sangat jarang diterapkan di dalam rekayasa berbagai macam konstruksi, namun tetap dirasa perlu untuk dijabarkan di dalam buku ini, agar pembaca dapat menerapkannya sesuai dengan kebutuhannya. Kurva kompresi tanah yang mengalami konsolidasi sekunder seperti yang digambarkan berikut ini : Gambar 5.26. Grafik Konsolidasi Sekunder (B.M.Das, 2005) Indeks kompresi sekunder (C) yang tergambar di atas, dapat dituliskan sebagai berikut :
262|Dasar-Dasar Mekanika Tanah 2 1 logt logt e C Yang mana : C = Indeks kompresi sekunder e = Perubahan angka pori t1 = waktu awal kompresi sekunder t2 = waktu akhir kompressi sekunder Selanjutnya indeks kompresi sekunder dikoreksi sebagai berikut : p e C C 1 ' ......................(5.52) Yang mana : C = Indeks kompresi sekunder awal C‟ = Indeks kompresi sekunder terkoreksi ep = Angka pori di akhir periode konsolidasi primer. Penurunan konsolidasi primer, dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut : 1 2 ' .log t t Ss C H ......................(5.53) Yang mana : H = Ketebalan lapisan tanah 5.4. Kompaksi (Pemadatan) Material tanah bukan hanya dimanfaatkan sebagai sebagai lapisan pendukung konstruski, tetapi juga tidak jarang digunakan secara langsung sebagai bahan konstruksi. Tanah yang dimanfaatkan sebagai pendukung konstruksi seperti pada subgrade jalan, lapisan dasar pondasi untuk berbagai jenis konstruksi, dan lain lain. Sedangkan tanah yang digunakan secara langsung sebagai bahan konstruksi seperti backfill dinding penahan, subbase jalan, material bendung tipe urugan, material tanggul/pematang, dan lain sebagainya. bangunan
Dasar-Dasar Mekanika Tanah| 263 pada Dalam pemanfaatan material tanah, maka tanah biasa dipergunakan sebagai bahan bangunan seperti pada tubuh bendungan, badan tanggul, atau base perkerasan jalan. Apabila kondisi tanah kurang baik, maka perlu dilakukan perbaikan, dan metode pemadatan adalah salah satu cara perbaikan tanah yang sering dilakukan, baik untuk tanah yang digunakan sebagai material bangunan maupun tanah yang dimanfaatkan sebagai lapisan dasar pendukung pondasi. Peristiwa bertambahnya berat volume kering pada tanah akibat beban dinamis disebut ”pemadatan”. Akibat beban „dinamis‟ butir-butir tanah akan merapat satu sama lain, sehingga mengakibatkan berkurangnya rongga udara di dalam tanah. Jadi pemadatan adalah penerapan „energi mekanis‟ terhadap tanah sehingga dapat memperbaiki susunan partikelnya,dan mengurangi angka pori tanah. Sedangkan ”konsolidasi” adalah pengurangan secara pelan-pelan volume pori di dalam tanah, yang mengakibatkan bertambahnya berat volume kering tanah, sebagai akibat bekerjanya beban „statis‟ dalam periode tertentu. Dengan kata lain konsolidasi adalah penerapan „energi potensial‟ terhadap tanah, sehingga dapat memperbaiki susunan partikelnya, dan mengurangi angka pori tanah. Maksud dari pemadatan tanah adalah untuk memperbaiki sifat-sifat tanah yang ada,terutama pada pekerjaan urugan atau reklamasi seperti dalam konstruksi tanggul, subgrade jalan, landasan pacu, bendungan tanah, dan dinding tanah yang diperkuat, dan lain sebagainya. Pemadatan juga biasanya digunakan untuk menyiapkan lahan tempat material (stock field)selama pelaksanaan konstruksi. Pada dasarnya pemadatan tanah merupakan salah satu usaha yang dapat dilakukan untuk meningkatkan daya dukung dan kekuatan geser, serta memperbaiki sifat-sifat fisis pada tanah. Secara terinci tujuan dari pemadatan tanah antara lain adalah :
264|Dasar-Dasar Mekanika Tanah 1. Meningkatkan daya dukung tanah ; yang mana pemadatan dapat mengakibatkan meningkatnya berat volume () pada tanah, sehingga akan memperbesar daya dukung tanah (lihat formula berikut). qu = c.Nc + .h.Nq + ½ ..N ......................(5.54) 2. Meningkatkan kekuatan geser tanah ; yang mana peningkatan berat volume tanah akan meningkatkan tegangan () tanah, dan penurunan angka pori tanah akan menurunkan pula tekanan pori (u) pada tanah. = c + (.h – u).tan ......................(5.55) 3. Mengurangi permeabilitas tanah ; yang mana dengan penurunan angka pori akan menurunkan debit air yang mampu menembus massa tanah. h At Q L k . . ......................(5.56) 4. Mengurangi kompresibiltas tanah ; yang mana pemadatan tanah akan membuat perubahan angka pori sebelum dan setelah bekerjanya beban bangunan menjadi kecil, sehingga koefisien pemampatan (av) akan menurun pula. 1 2 1 2 p p e e p e av ......................(5.57) 5. Mengurangi volume change (perubahan volume) pada tanah sebagai akibat dari perubahan kadar air tanah, yang mana dengan pori yang mengecil akan menjadikan perubahan angka pori yang kecil pula. 1 1 2 1 1 1 e e e e a p V v ......................(5.58) Kepadatan tanah dapat diukur dengan nilai berat volume kering yang dapat dicapai (d). Faktor-faktor yang mempengaruhi efektivitas pemadatan di lapangan antara lain : (a) Jenis tanah yang dipadatkan,
Dasar-Dasar Mekanika Tanah| 265 (b) Cara pemadatan (c) Mesin pemadat (d) Jumlah lintasan/frekuensi pemadatan Tanah granuler lebih mudah dipadatkan dibandingkan dengan tanah bergradasi halus. Pemadatan pada tanah granuler akan mengakibatkan peningkatan kekuatan geser yang cukup besar, dengan hanya sedikit perubahan volume tanah (volume change). Akan tetapi pemadatan pada tanah granuler tidak banyak mengubah sifat permeabilitasnya. Tanah lanau juga akan memberikan hasil pemadatan yang cukup baik, yang mana kuat gesernya meningkat tinggi, dengan sedikit perubahan volume (volume change) yang lebih besar dibandingkan tanah pasir (granuler). Kelemahan tanah lanau adalah sulitnya dipadatkan dalam kondisi basah, karena permeabilitasnya yang rendah. Tanah lempung membutuhkan metode khusus untuk pemadatannya, dan hanya akan memberikan hasil optimal bila metode yang diterapkan sesuai dengan sifat dan kondisi lempungnya. Lempung montmorillonite memiliki perubahan volume yang cukup besar dibandingkan dengan lempung kaolinite, sehingga pada saat pemadatan berlangsung kadar air lapangan lempung montmorillonite harus lebih rendah dibandingkan kadar air lapangan pada tanah kaolinite. Tetapi pada umumnya semua jenis tanah lempung sangat sulit dipadatkan dalam kondisi basah apa lagi bila kondisi jenuh. Pada pemadatan beban yang dipergunakan adalah beban dinamis, dan proses bertambahnya berat volume kering pada tanah, sebagai akibat merapatnya partikel tanah, yang diikuti pengurangan volume udara, dengan volume air tetap (tidak berubah). Pada saat air ditambahkan pada proses pemadatan, air ini akan melunakkan partikel-partikel tanah, sehingga partikel tanah akan menggelincir dan bergerak pada posisi yang lebih rapat. Oleh karena itu maka pada pekerjaan pemadatan
266|Dasar-Dasar Mekanika Tanah biasanya dilakukan dengan penambahan air secara bertahap, hingga kadar air mencapai nilai optimum (wopt). Pada proses pemadatan akan memperlihatkan fenomena bahwa “berat volume kering” akan bertambah seiring penambahan kadar air. Pada kadar air nol (w=0), berat volume tanah basah (b), akan sama dengan berat volume tanah kering (d).Apabila kadar air ditambahkan secara berangsur-angsur dan pemadatan tetap dilakukan dengan nilai usaha pemadatan yang sama, maka berat butiran tanah per satuan volume juga akan bertambah (lihat gambar) Gambar 5.27. Kurva Kadar Air vs Berat Volume pada Pemadatan Pada saat kadar air melampaui kadar air tertentu, terlihat fenomena lain bahwa kenaikan kadar air justru akan mengurangi berat volume kering pada tanah, maka nilai kadar air tersebut dinamakan “kadar air optimum”. Menurunnya nilai berat volume kering setelah kadar air optimum terlampaui, disebabkan karena air yang ditambahkan bukan lagi berfungsu melunakkan partikel tanah, tetapi justru mengisi rongga yang seharusnya diisi oleh butiran padat. Hal iniakan menyebabkan partikel tanah menjadi renggang kembali, karena volume pori meningkat akibat peningkatan tekanan air pori di dalam tanah.
Dasar-Dasar Mekanika Tanah| 267 5.4.1.Uji Pemadatan Laboratorium Sebelum pelaksanaan pemadatan tanah di lapangan, terlebih dahulu dilakukan simulasi pemadatan di laboratorium. Pengujian pemadatan tanag di laboratorium dimaksudkan untuk mengetahui kadar air optimum (optimum moisture content – OMC) pada material pilihan yang akan dipadatkan, dan juga diperlukan untuk mengetahui parameter tanah, sehingga dapat dilakukan perhitungan tingkat perbaikan kinerja tanah sesuai tujuan yang hendak dicapai, setelah tanah mengalami pemadatan seperti peningkatan daya dukung, kuat geser, dan lain sebagainya. Pada dasarnya uji pemadatan diperlukan untuk menentukan hubungan antara kadar air dengan berat volume, yang dibutuhkan untuk mengevaluasi persyaratan kepadatan tanah. Ada beberapa pengujian di laboratorium yang biasa dilakukan sebagai prosedur standar dalam uji pemadatan tanah, antara lain : 1. Uji Pemadatan Proctor Standard. 2. Uji Pemadatan Proctor Modified. 3. Uji Pemadatan yang bersifat lokal, seperti Indian Standard, Japan Standard, dan lain sebagainya. A. Uji Pemadatan Proctor Standard Standar pengujian kepadatan tanah yang pertama kali digunakan adalah pengujian standar Proctor (1933). Yang mana hasilnya akanmenggambarkan bahwa terdapat satu nilai “kadar air optimum” untuk mencapai “berat volume kering maksimum”. Pengujian Proctor Standard, menggunakan Mold dengan volume 9,44x10-4 m 3 (1/30 ft3 ), berat penumbuk sebesar 2,5 kg (5,5 lb), serta tinggi jatuh penumbuk 30,5 cm (1 feet), yang dilakukan dengan prosedur pengujian sebagai berikut :
268|Dasar-Dasar Mekanika Tanah 1. Masukkan tanah (dengan kadar air tertentu) sebanyak 1/3 dari volume uji ke dalam mold sebagai lapis pertama, kemudian tumbuk sebanyak 25 kali pukulan. 2. Masukkan tanah lapis kedua, dengan volume kuranglebih 1/3 dari volume uji, kemudian tumbuk sebanyak 25 kali pukulan. 3. Masukkan tanah lapis ketiga, dengan volume kuranglebih 1/3 dari volume uji, kemudian tumbuk sebanyak 25 kali pukulan. 4. Setelah tanah dipadatkan, lakukan sampling kemudian ukur berat volume keringnya (d). 5. Lakukan uji proctor ini minimal 5 kali dengan kadar air yang berbeda-beda (misalnya 5%, 10%, 15%, dst). 6. Buat grafik hubungan antara kadar air tanah yang dipadatkan, dengan berat volume kering tanah hasil pemadatan (d). 7. Dari grafik tersebut, dapat tentukan woptimum dan d(maks) Gambar 5.28. Grafik kadar air vs berat volume kering Hubungan antara berat volume kering (d), berat volume basah (b), dan kadar air (w), dapat ditunjukkan dengan formula berikut :
Dasar-Dasar Mekanika Tanah| 269 w b d 1 ......................(5.59) Nilai berat volume kering setelah tanah dipadatkan sangat tergantung pada ; jenis tanah, kadar air saat dipadatkan, dan enersi pemadatan yang diberikan. B. Uji Pemadatan Proctor Modified Pengujian Modified Proctor dilakukan dengan tetap menggunakan Mold volume 9,44x10-4 m 3 (1/30 ft3 ), dan jumlah tumbukan per lapis tetap 25 pukulan. Yang dimodifikasi adalah berat penumbuk sebesar 4,54 kg (10 lb), dan tinggi jatuh penumbuk 45,72 cm (1,5 feet), serta jumlah lapisan sebanyak 5-lapis. Jika berat volume kering maksimum dapat dinyatakan sebagai berat volume kering tanpa rongga udara atau “berat volume kering jenuh” (sav), yang dapat dihitung dengan formula sebagai berikut : wGs Gs w sav . . 1 ......................(5.60) Oleh karena tanah pada saat jenuh S = 1, dan e = w.Gs, maka persamaan tersebut dapat disederhanakan sebagai berikut : e Gs w sav 1 . ......................(5.61) Pada kadar air (w), dan kadar udara (A), yang mana V Va A , maka berat volume kering dapat dihitung sebagai berikut : wGs Gs A w d . .( ). 1 1 ......................(5.62) Untuk tanah dengan berat jenis (Gs) = 2,65 dapat dibuat gambaran hubungan antara berat volume kering dengan kadar
270|Dasar-Dasar Mekanika Tanah air, pada kadar udara tertentu dari hasil uji Proctor Standar atau uji Proctor Modified, dapat dilihat pada grafik berikut : Gambar. 5.29. Hubungan d vs w, pada kadar udara A (tertentu) dari Hasil Uji Froctor Standar & Froctor Modified C. Uji Pemadatan Indian Standard Dari hasil kajian mereka disimpulkan bahwa pengujianpemadatan standar (Standard Froctor), tidak dapat mereproduksi kerapatan yang diukur di lapangan dalam kondisi pembebanan yang lebih berat, dan ini menyebabkan mereka melakukan pengembangan yang hampir sama dengan pengujian Modified Proctor. Peralatan dan prosedur pada dasarnya sama dengan yang digunakan untuk pengujian Standard Froctor, kecuali bahwa tanah dipadatkan dalam 5 lapisan, masing-masing lapisan juga menerima 25 pukulan.
Dasar-Dasar Mekanika Tanah| 271 Cetakan yang sama juga digunakan. Untuk memberikan peningkatan usaha yang komperhensif, maka digunakan berat penumpuk yang lebih berat yaitu 4,9 kg, dan tinggi jatuh penumbuk setinggi 450 mm. Dalam menilai tingkat pemadatantanah yang dicapai, perlu menggunakan berat unit kering, yang merupakan indikator kekompakan partikel tanah padat dalam volume tertentu. Pengujian laboratorium dimaksudkan untuk menetapkan kepadatan kering maksimum yang dapat dicapai untuk tanah tertentu dengan jumlah standar usaha yang sesuai. Dalam pengujian, kerapatan kering tidak dapat ditentukan secara langsung, oleh karena itu kerapatan material curah(bulk) dan kadar air diperoleh terlebih dahulu untuk menghitung kerapatan kering. Dari serangkaian sampel tanah yang dipadatkan pada kandungan air yang berbeda, dan dibuat kurva dengan sumbu kerapatan kering dan kadar air. Lalu diplot ke dalam kurva, yang dihasilkan biasanya memiliki puncak yang berbeda, tergantung pada tingkat enersi pemadatan yang diterapkan.Kurva biasanya berbentuk lengkung"U" terbalik yang diperoleh untuk tanah kohesif (tanah berbutir halus), yang dikenal sebagai kurva pemadatan seperti yang tergambar berikut ini : Gambar. 5.30. Hubungan OMC vs MDD
272|Dasar-Dasar Mekanika Tanah Kepadatan kering dapat dikaitkan dengan kadar air dan derajat kejenuhan (S), yang ditunjukkan oleh persamaan berikut: S wGs Gs e Gs w w d . 1 . 1 . ......................(5.63) Dengan demikian, dapat divisualisasikan bahwa kenaikan kerapatan kering berarti penurunan rasio rongga dan tanah yang lebih kompak.Demikian pula kepadatan kering dapat dikaitkan dengan persentase rongga udara (na) sebagai : wGs n Gs a w d 1 . 1 . . ......................(5.64) Hubungan antara kadar air dan berat unit kering untuk tanah jenuh adalah garis nol pada pori udara. Dalam kondisi seperti ini tidak dapat mengeluarkan udara dari massa tanah sepenuhnya oleh pemadatan, tidak peduli berapa banyak usaha yang digunakan dan dengan cara apa pun. 5.4.2.Faktor Yang Mempengaruhi Hasil Pemadatan Ada tiga faktor utama yang mempengaruhi hasil pemadatan pada tanah, yakni : i. Kadar air tanah pada saat pemadatan. ii. Jenis tanah yang dipadatkan. iii. Enersi pemadatan per volume satuan tanah. A. Pengaruh Kadar Air Pengaruh kadar air tanah pada saat dipadatkan telah banyak diuraikan pada bagian sebelumnya, dan dengan jelas terlihat bahwa terdapat nilai kadar air optimum yang dapat memberikan hasil pemadatan yang maksimum pada tanah. Karena adanya air yang ditambahkan ke tanah yang memiliki kadar air rendah,maka partikel tanah akan menjadi
Dasar-Dasar Mekanika Tanah| 273 lebih lunak sehingga mudah bergerak melewati satu sama lain, pada saat dilakukan penerapan energi pemadatan. Partikel semakin dekat, rongga berkurang dan ini menyebabkan kerapatan kering meningkat. Saat kadar air meningkat, partikel tanah mengembangkan film air yang lebih besar di sekitar mereka. Kenaikan kerapatan kering ini berlanjut sampai pada kondisi tertentutercapai, dimana air mulai menempati ruang yang bisa ditempati oleh butiran tanah. Dengan demikian air pada tahap ini menghalangi penyusunan butir yang lebih rapat, dan akanmengurangi berat unit kering. Kerapatan kering maksimum (maximum dry density, MDD) terjadi pada kadar air optimum (optimum moisture content, OMC), dan nilainya dapat diktahui dari kurva pemadatan. B. Pengaruh Jenis Tanah Jenis tanah yang digambarkan dengan distribusi ukuran butir, bentuk butiran, berat jenis, dan mineral lempung yang terdapat dalam tanah, sangat berpengaruh pada berat volume kering maksimum dan kadar air optimum pada tanah.Untuk menggambarkan hubungan tersebut, berdasarkan hasil pengujian terhadap berbagai jenis tanah berdasarkan prosedur ASTM D-698, diperlihatkan dalam gambar berikut ini.
274|Dasar-Dasar Mekanika Tanah Gambar. 5.31. Kurva Hasil Pengujian Pemadatan Berbagai Jenis Tanah(ASTM-698) Pada grafik di atas, terlihat bahwa untuk jenis tanah berpasir, d cenderung berkurang saat kadar air bertambah. Hal ini disebabkan karena hilangnya tekanan kapiler dalam pori tanah pasir, saat kadar air bertambah. Pada kadar air rendah tekanan kapiler dalam rongga pori menghalangi kecenderungan partikel tanah untuk bergerak (distorsi), sehingga butiran cenderung akan merapat (padat). Lee dan Suedkamp (1972), melakukan uji pemadatan terhadap 35 jenis tanah, yang hasilnya digambarkan sebagai berikut :
Dasar-Dasar Mekanika Tanah| 275 Gambar. 5.32. Bentuk-BentukKurva Pemadatan(Lee & Suedkamp, 1972) Kurva tipe-A ; adalah kurva dengan satu puncak, yang paling umum terdapat pada jenis tanah yang normal. Kurva tipe-B ; adalah kurva yang berbentuk S arah horisontal, kurva tipe ini biasanya terjadi pada jenis tanah dengan batas cair (LL) kurang 30. Kurva tipe-C ; adalah kurva dengan dua puncak, biasanya terjadi pada jenis tanah yang mempunyai variasi batas cair. Kurva tipe-D ; adalah kurva tanpa puncak, biasanya terjadi pada jenis tanah dengan batas cair (LL) yang lebih besar dari 70.Jenis tanah yang memberikan kurva tipe-D, agar dihindarkan untuk menjadi
276|Dasar-Dasar Mekanika Tanah material urugan pada berbagai keperluan konstruksi. C. Pengaruh Enersi Pemadatan Efek dari upaya peningkatan enersi pemadatan dapat dilihat pada kurva pemadatan yang dihasilkan dari pengujian dengan penerapan enersi tumbukan yang bervariasi. Kurva yang berbeda akandiperoleh untuk berbagai tingkat enersi kompaksi yang diterapkan. Upaya kompaksi yang lebih besarakan mengurangi kadar air optimum, dan meningkatkan kerapatan kering maksimum.Gejala semacam ini dapat diamati pada gambar berikut : Gambar. 5.33. Kurva Pemadatan dengan Enersi Pemadatan Berbeda Peningkatan enersi pemadatan menghasilkan kerapatan kering tanah yang lebih besar, apabila tanah dipadatkan pada kandungan air yang lebih kering daripada kandungan kelembaban optimum. Perlu diketahui bahwa untuk tanah dengan kadarair lebih tinggi dari kadar air optimum, peningkatan enersi pemadatan, hanya akan memberikan sedikit efek terhadap peningkatan bobot unit kering. Dari kurva di atas, terlihat bahwa kurva pemadatan bukan merupakan
Dasar-Dasar Mekanika Tanah| 277 karakteristik tanah yang unik. Bentuk kurva pemadatan tergantung pada enersi pemadatan. Oleh karena itu, sangat penting untuk mempertimbangkan metode uji pemadatan laboratorium yang digunakan, karena faktor enersi pemadatan sangat menentukan nilai MDD dan OMC yang dihasilkan. Sebaiknya pemilihan metode uji pemadatan di laboratorium disesuaikan dengan tingkat pembebanan yang akan diterapkan pada bangunan pasca-konstruksi. Besarnya enersi pemadatan per volume satuan (E), dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut : V Nb Nl W H E . . . ......................(5.65) Yang mana : E = enersi pemadatan per volume satuan Nb = jumlah pukulan per lapisan Nl = jumlah lapisan W = berat penumbuk H = tinggi jatuh penumbuk V = volume mould Contoh Perhitungan Enersi Pemadatan: Pada uji Standard Proctor : ( , / ) ( / ) ( ).( ).( , ).( ) 3 3 12375 592 5 1 30 25 3 55 1 k J m ft ft lb E 1 kJ/m3 = 20,88 ft-lb/ft3 . Pada uji Modified Proctor : ( , / ) ( / ) ( ).( ).( ).( , ) 3 3 22500 1077 3 1 30 25 5 10 15 k J m ft ft lb E Apabila enersi pemadatan per volume satuan berubah, maka akan mengakibatkan pula perubahan mendasar pada kurva pemadatan. Untuk melihat kurva lintasan titik optimum pada kurva pemadatan, dapat dilihat pada hasil pengujian pemadatan (Standard Proctor), terhadap tanah lempung berpasir, dengan memberikan enersi pemadatan yang berbeda-
278|Dasar-Dasar Mekanika Tanah beda, mulai dari 20 pukulan sampai 50 pukulan per lapisan. Jumlah enersi yang diterapkan pada setiap pengujian dihitung dengan persamaan di atas, yang hasilnya dapat dilihat pada tabel berikut : Tabel 5.5. Perhitungan Enersi Pemadatan No. Kurva Jumlah pukulan per lapisan (Nb) Enersi pemadatan (ft-lb/ft3 ) 1 20 9900 2 25 12375 3 30 14850 4 50 24750 Catatan : 1 ft-lb/ft3 = 47,88 J/m3 atau 1 kJ/m3 = 20,88 ftlb/ft3 . Dari pengujian ini dihasilkan grafik seperti yang tergambar berikut : Gambar 5.34. Pengaruh Enersi Pemadatan terhadap Hasil Pemadatan (Das,1994)
Dasar-Dasar Mekanika Tanah| 279 Dari grafik dan tabel di atas, maka dapat disimpulkan dua hal penting, yakni : 1. Jika enersi ditambah, berat volume kering maksimum juga bertambah. 2. Jika enersi ditambah, kadar air optimum akan berkurang. Kedua fenomena tersebut hampir berlaku umum pada semua jenis tanah, akan tetapi perlu diingat bahwa ; derajat kepadatan tidak langsung bertambah secara proporsional dengan penambahan enersi pemadatan. 5.4.3.Kondisi Khusus Dalam Pemadatan Tanah Terdapat beberapa kondisi yang akan menjadi masalah khusus di dalam pengujian laboratorium dan pada pekerjaan pemadatan di lapangan, baik yang berasal dari kondisi tanah yang dipadatkan, maupun masalah yang berasal dari alat pemadatan yang dipergunakan. A. Pemadatan Tanah Tanpa Kohesi Untuk tanah tanpa kohesi (non cohesive soils), pengujian pemadatan standar sulit dilakukan. Untuk pemadatan tanah non cohesive, penerapan beban dinamik (getaran) adalah metode yang paling efektif. Metode penyiraman juga menjadi alternatif yang sering dipilih dalam uji pemadatan tanah granuler.Daya rembesan air yang meresap melalui tanah tak berkohesi, akan membuat butiran tanah menempati posisi yang lebih stabil. Namun diperlukan sejumlah besar air dalam metode ini. Untuk mencapai kepadatankering maksimum, sebaiknya tanah granulerdipadatkan dalam kondisi jenuh. Untuk jenis tanah granuler, biasanya untuk menentukan parameter standar diambil dari nilai kerapatan relatif (Dr) yang harus dicapai. Jika e adalah angka pori saat ini atau d adalah kepadatan kering saat ini, kerapatan relatif (Dr) biasanya didefinisikan dalam persentase sebagaiberikut :
280|Dasar-Dasar Mekanika Tanah 100 max min max x e e e e Dr ......................(5.66) atau : 100 max min max min Dr x d d d d d d ......................(5.67) Yang mana : emax = angka pori maksimum emin = angka pori minimum dmax = kepadatan kering maksimum dmin = kepadatan kering minimum Berdasarkan nilai kerapatan relatif yang dimiliki, selanjutnya pasir dan kerikil dapat dikelompokkan ke dalam beberapa kategori yang berbeda, seperti yang diperlihatkan pada tabel berikut : Tabel 5.6. Klasifikasi Tanah Berdasarkan Nilai Dr. Nilai Kerapatan Relatif (%) Klasifikasi Tanah < 15 Sangat longgar 15 – 35 Longgar 35 – 65 Sedang 65 – 85 Padat > 85 Sangat padat Dalam kasus pemadatan tanah granuler tidak mungkin untuk menentukan kerapatan kering dari nilai kerapatan relatif. Alasannya adalah bahwa nilai kerapatan kering maksimum dan minimum, serta nilai angka pori maksimum dan minimum, semuanya sangat tergantung pada gradasi, bentuk dan sudut butir partikel tanah. B. Pemadatan dan Struktur Tanah Bentuk dan struktur tanah sangat mempengaruhi tingkat pemadatan yang dicapai, disamping pengaruh enersi yang diterapkan. Untuk tanah memiliki struktur flokulasi pada sisi
Dasar-Dasar Mekanika Tanah| 281 kering (yaitu partikel tanah yang diorientasikan secara acak), memiliki rensponsi pemadatan yang lebih rendah, sehingga dibutuhkan enersi pemadatan yang lebih besar. Sedangkan jenis tanah yang memiliki struktur dispersi pada sisi basah (partikel lebih berorientasi pada susunan paralel yang tegak lurus terhadap arah penerapan beban), relatif lebih responsif menerima enersi pemadatan. Hal ini disebabkan oleh lapisan air teradsorpsi dengan baik dari water film, yang mengelilingi masing-masing partikel di sisi basah. Gambar 5.35. Bentuk-Bentuk & Struktur Partikel Tanah C. Hasil Pemadatan dan Sifat-Sifat Tanah Terdapat beberapa karakteristik tanah yang cukup menentukan hasil akhir dari suatu pekerjaan pemadatan, antara lain ; sifat kembang-susut, tekanan air pori, permeabilitas, kompresibilitas, dan lain sebagainya. (1) Sifat kembang (Swell) Apabila tanah yang memiliki kadar air rendah, lalu ditambahkan air sehingga meningkatkan kadar airnya, maka partikel tanah lempung yang memiliki potensi kembang-susut (swelling potential), akan menyerap sebanyak mungkin air melalui lapisan water film, sehingga akan mengalami pembengkakan (mengembang), hingga
282|Dasar-Dasar Mekanika Tanah berlipat kali dari volume pada saat kadar air tanah rendah. Tanah semacam ini disebut tanah ekspansif (expansive soils). Terhadap jenis tanah semacam ini, hampir dipastikan bahwa upaya pemadatan tidak ada manfaatnya, karena pasca pemadatan, apabila kadar airnya mengalami perubahan akan segera berakibat pada pembengkakan tanah, yang dengan sendirinya membuat tanah kembali longgar (loose condition). (2) Sifat susut (Shrinkage) Masih terkait dengan sifat tanah ekspansif, maka sifat penyusutan yang besar juga ditimbulkan oleh keluarnya air dari partikel tanah selama terjadi proses pengeringan. Keluarnya air dalam jumlah besar dari partikel tanah pada saat pengeringan (musim kemarau), akan berakibat menyusutnya volume partikel tanah, dan juga berdampak pada lepasnya ikatan antar partikel tanah. Dengan demikian tanah semacam ini, kepadatannya tidak akan bertahan dalam kondisi kadar air yang turun secara drastis. Dalam kasus penerapan pemadatan, tanah yang dipadatkan di sisi basah cenderung menunjukkan susut lebih banyak daripada yang dipadatkan di sisi kering. Di sisi yang basah, orientasi partikel yang lebih teratur memungkinkan mereka merekatsecara lebih efisien. (3) Tekanan Air Pori Pemadatan merupakan buatan manusia, yang dilakukan secara berlapis-lapis, sehingga tekanan air poriakan diinduksikan pada lapisan di bawahnya, saat dilakukan pemadatan lapis yang di atas. Tanah yang dipadatkan pada kondisi basah optimum,akan memiliki tekanan air pori yang lebih tinggi dibandingkan dengan tanah yang dipadatkan pada kondisi kering optimum, yang pada awalnya memiliki tekanan air pori negatif. (4) Permeabilitas
Dasar-Dasar Mekanika Tanah| 283 Tanah yang berorientasi acak di sisi kering (floculate oriented) menunjukkan permeabilitas yang sama ke segala arah.Sedangkan tanah yang terdispersi permeabilitasnya berbeda-beda ke segala arah, dan lebih permeabel pada arah sejajar orientasi partikelnya. Permeabilitas tanah pasca pemadatan, akan mengecil dengan penambahan kadar air pada usaha pemadatan yang sama. Dan akan mencapai permeabilitas minimum pada kira-kira kadar air optimumnya.Jika enersi pemadatan ditambahkan, maka koefisien permeabilitas akan berkurang, karena pori-pori di dalam tanah akan semakin menyempit. Dari hasil penyelidikan Lambe (1958), didapat gambaran tentang perubahan permeabilitas tanah lempung yang dipadatkan, dengan tingkat kadar air pemadatan yang berbeda-beda, seperti grafik di bawah. Gambar 5.36. Hubungan permeablitas dengan kadar air pemadatan(Lambe,1958)
284|Dasar-Dasar Mekanika Tanah Bila diperhatikan grafik Lambe di atas, terlihat bahwa nilai koefisien permeabilitas tanah lempung akan lebih ”kecil” bila tanah dipadatkan pada konsisi ”basah optimum” dari pada tanah yang dipadatkan pada kondisi ”kering optimum”. (5) Kompresibilitas Kompresibiltaspada tanah lempung, adalah fungsi dari tingkat tekanan yang dibebankan terhadap tanah.Pada kondisi ”basah optimum”, tingkat tekanan yang ”rendah” pada pemadatan akan mengakibatkan tanah lempung lebih kompresibel, dibandingkan dengan pemadatan yang dilakukan dengan tingkat tekanan yang ”tinggi”. Hal ini disebabkan oleh karena proses dispersi berjalan lebih beraturan pada tekanan yang rendah. Sedangkan tanah lempung pada kondisi ”kering optimum” akan lebih kompresibel di bawah tekanan yang ”tinggi” (lihat gambar). Gambar 5.37. Hubungan angka pori dengan tingkat tekanan pemadatan(Lambe,1958)
Dasar-Dasar Mekanika Tanah| 285 Selanjutnya untuk membandingkan hasil pemadatan tanah yang dipadatkan dalam kondisi kering dan tanah yang dipadatkan dalam kondisi basah, dapat disimak pada kurva berikut ini. Gambar 5.38. Kurva Tegangan-Regangan Tanah Dipadatkan (6) Ekspansifitas Ekspansifitastanah lempung pada umumnya akan lebih besar bila dipadatkan pada kondisi ”kering optimum” dibandingkan tanah lempung yang dipadatkan pada kondisi ”basah optimum”. Karena lempung yang dipadatkan dalam kondisi kering optimum relatif ”kekurangan” air, sehingga mempunyai kecenderungan besar untuk menyerap air, dan akibatnya adalah tanah tersebut ”mudah mengembang”. Oleh karena itu maka tanah yang dipadatkan dalam kondisi kering optimum akan lebih sensitif terhadap perubahan kadar air dan/atau perubahan iklim lingkungannya.Sedangkan tanah lempung yang dipadatkan dalam kondisi ”basah optimum” akan memiliki sifat ”mudah susut” yang lebih besar. Gambaran ini dapat disimak pada gambar di bawah ini.
286|Dasar-Dasar Mekanika Tanah Gambar 5.39. Hubungan penyusutan dan berat volume kering tanah lempung dengan kadar air (Seed & Chan, 1959) (7) Kuat Geser Kuat geser (shear strength) tanah lempung yang dipadatkan, pada kondisi kering optimum akan memiliki kekuatan yang lebih besar dibandingkan dengan tanah lempung yang dipadatkan dalam kondisi basah optimum.Kuat geser tanah lempung yang dipadatkan pada kondisi basah optimum sangat tergantung pada tipe pemadatan yang dilaksanakan. Tanah lempung yang dipadatkan dengan cara ”remasan (kneading)” pada beberapa jenis enersi pemadatan dapat dilihat pada gambar berikut.
Dasar-Dasar Mekanika Tanah| 287 Gambar 5.40. Hubungan kuat geser dengan enersi pemadatan dan kadar air (Seed & Chan, 1959) Kurva di atas memperlihatkan bahwa pada konsisi kadar air basah optimum dengan regangan sebesar 5%, tekanan yang menyebabkan regangan 5% akan lebih kecil pada penerapan energi yang lebih tinggi dibandingkan dengan penerapan enersi yang lebih rendah.Hasil pengujian CBR (California Bearing Ratio) yang diperlihatkan pada grafik berikut ini.
288|Dasar-Dasar Mekanika Tanah Gambar 5.41. Hubungan kuat geser dan berat volume kering dengan kadar air (Turnbull & Foster, 1956) Dari kurva di atas terlihat bahwa enersi pemadatan yang lebih besar akan menghasilkan CBR kering optimum yang lebih besar, tetapi nilai CBR basah optimum akan lebih kecil pada enersi pemadatan yang lebih tinggi. Kenyataan seperti ini sangat penting untuk diperhatikan dalam perencanaan, dan harus dipertimbangkan pada setiap penanganan pekerjaan penimbunan tanah.Pengaruh kadar air kering optimum dan basah optimum terhadap beberapa sifat teknis tanah lempung yang dipadatkan dapat dilihat pada tabel berikut :
Dasar-Dasar Mekanika Tanah| 289 Tabel 5.7. Perbandingan sifat-sifat teknis tanah dari hasil pemadatan pada kondisi kering optimum dan basah optimum (Lambe, 1958) No Sifat Perbandingan 1 Susunan : a. Susunan butiran b. Kekurangan Air c. Sifat permanen Kering optimum lebih acak Kering optimum lebih kekurangan air, akibatnya lebih menyerap air, lebih mudah mengembang, mempunyai tekanan pori lebih rendah. Kering optimum lebih sensitif untuk berubah 2 Permeabilitas : a. Ukuran besarnya b. Sifat permanen Kering optimum lebih lolos air Permeabilitas pada kering optimum akan terkurangi lebih banyak oleh penyerapan. 3 Kompressibilitas (sifat mudah mampat) : a. Ukuran besarnya b. Kecepatannya Basah optimum lebih mudah mampat dalam interval tekanan yang lebih rendah. Kering optimum dalam interval tekanan yang tinggi. Konsolidasi pada kering optimum, lebih cepat. 4 Kuat Geser : a. Selama pelaksanaan - Undrained (tak terdrainase) - Drained (terdrainase) b. Kekurangan Air - Undrained (tak terdrainase) - Drained (terdrainase) c. Tekanan air pori pada keruntuhan geser d. Modulus Kering optimum sangat tinggi Kering optimum agak lebih tinggi Kering optimum agak lebih tinggi bila pengembangan dicegah, basah optimum dapat lebih tinggi bila pengembangan diizinkan (dilepaskan) Kering optimum sedikit lebih besar atau kurang lebih sama. Basah optimum lebih tinggi Kering optimum sangat lebih besar Kering optimum cenderung lebih sensitif
290|Dasar-Dasar Mekanika Tanah teganganregangan e. Sensitivitas 5.4.4.Spesifikasi Pekerjaan Pemadatan Tanah Untuk melakukan pekerjaan pemadatan tanah, sebelumnya diperlukan penetapan spesifikasi pemadatan. Ada dua spesifikasi pada pemadatan tanah yang perlu ditetapkan, yakni : (1) Spesifikasi untuk pelaksanaan pemadatan (2) Spesifikasi hasil akhir pemadatan (3) Pengujian pemadatan tanah di laboratorium dilaksanakan terhadap contoh tanah (sampel) yang diambil dari lokasi quarry (pengambilan) dalam bentuk tanah asli (borrow material). Sehingga dihasilkan sifat-sifat teknis tanah timbunan yang dibutuhkan dalam perencanaan, untuk merumuskan spesifikasi pelaksanaan. Sesudah bangunan tanah (tanggul, jalan, bendung, bendungan, dan sebagainya) direncanakan, selanjutnya ditentukan spesifikasi hasil akhir, yaitu spesifikasi yang akan menjadi pedoman standar dalam pengontrolan kualitas pekerjaan pemadatan. A. Spesifikasi Pelaksanaan Untuk mengendalikan sifat tanah di lapangan selama konstruksi pekerjaan tanah, biasanya ditentukan tingkat pemadatan (juga dikenal sebagai pemadatan relatif). Spesifikasi ini biasanya adalah persentase tertentu dari kerapatan kering maksimum, seperti yang ditemukan dari uji laboratorium (Light atau Heavy Compaction), harus dicapai. Misalnya, dapat ditentukan bahwa kerapatan kering di lapangan harus lebih besar dari 95% kerapatan kering maksimum (MDD) sebagaimana ditentukan dari uji laboratorium. Nilai target untuk kisaran kadar air di dekat
Dasar-Dasar Mekanika Tanah| 291 kadar air optimum (OMC) yang akan diadopsi di lokasi kemudian dapat diputuskan, seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut. Gambar 5.42. Kurva Pemadatan Lapangan Oleh karena itu sangat penting untuk memiliki parameter kontrol yang baik terhadap kadar air selama pemadatan lapisan tanah dilaksanakan di lapangan. Kemudian kepada kontraktor lapangan, diperkenankan untuk memilih penerapan ketebalan lapisan tanah yang akan dipadatkan, namun harus memilih jenis alat pemadatan yang sesuai dan dapat memenuhi spesifikasi lapangan yang telah ditentukan. Hasil pelaksanaan pemadatan yang dilakukan oleh kontraktor di lapangan, harus diperiksa oleh pihak yang memiliki kewenangan teknis, dengan menggunakan spesifikasi akhir, yang juga biasa disebut spesifikasi pemeriksaan. Standar pemadatan lapangan biasanya dikendalikan melalui spesifikasi produk dan spesifikasi metode. Dalam spesifikasi produk, kerapatan kerapatan lapangan yang dibutuhkan ditentukan sebagai persentase kepadatan kering maksimum laboratorium, biasanya 90% sampai
292|Dasar-Dasar Mekanika Tanah 95%. Parameter target ditentukan berdasarkan hasil uji laboratorium, adalah : LabMaximumDryDensity AchievedFieldDryDensity RelativeCompaction ..(6.69) Kisaran rentang kadar air lapangan biasanya berada dalam ± 2% dari kadar air optimum laboratorium.Hal ini diperlukan untuk mengontrol kadar air sehingga mendekati nilai yang dipilih. Pemompaan air dari sumur air tanah, dapat digunakan jika tanahnya kering.Airnya disiramkansecara merata sebelum dipadatkan. Jika tanahnya terlalu basah, maka terlebih dahulu perlu dikeringkan (alami). Di lapangan, pemadatan dilakukan secara bertahap lapis per lapis. Setelah setiap lapisan telah dipadatkan, kadar air dan kerapatan lapangan diperiksa di beberapa titik secara acak. Ini kemudian dibandingkan dengan nilai OMC dan MDD yang ditentukan dalam spesifikasi pelaksanaan, dengan menggunakan salah satu dari kedua metode, yakni metode sand cone atau metode bor inti. Sedangkan spesifikasi metode, meliputi ketentuanketentuan yang mencakup : 1. Jenis dan berat peralatan pemadat 2. Ketebalan lapisan tanah maksimal 3. Jumlah lintasan untuk setiap lapisan Spesifikasi metode ini sangat penting terutama untuk proyek berskala besar, yang memiliki kuantitas pekerjaan yang banyak. Hal ini memerlukan pengetahuan sebelumnya untuk bekerja dengan tanah pilihan yang akan digunakan.
Dasar-Dasar Mekanika Tanah| 293 B. Spesifikasi Pemeriksaan (Akhir) Untuk spesifikasi hasil akhir dari pemadatan, parameter ”kepadatan relatif (Rc)” sangat penting. Kepadatan relatif untuk pelaksanaan didasarkan pada hasil pengujian di laboratorium, yaitu perbandingan antara berat volume kering di lapangan dengan berat volume kering di laboratorium (Proctor standar atau Proctor modified).Pertimbangan ekonomis untuk memperoleh hasil pemadatan dapat dillustrasikan seperti pada kurva berikut : Gambar 5.43. Garis Optimum Faktor Ekonomis untuk Memaksimalkan Hasil Pemadatan Kurva di atas memperlihatkan gambaran hasil pemadatan pada tanah yang sama dengan 3 macam enersi pemadatan yang berbeda.
294|Dasar-Dasar Mekanika Tanah Kurva-A ; adalah kurva pemadatan yang diperoleh dari alat pemadat standar. Kemudian untuk memperoleh kepadatan sebesar 90% dari kepadatan maksimum, maka kadar air tanah yang akan dipadatkan harus diatur antara kadar air w1 dan w2. Interval kadar air dari w1 sampai w2, didapat dengan menarik garis horisontal 90% dari maks pada kurva-A. Jika tanah yang akan dipadatkan kadar airnya berada di luar interval w1 sampai w2, maka akan sulit diperoleh hasil pemadatan sesuai dengan yang diinginkan. Kurva-B dan Kurva-C ; adalah kurva pemadatan yang diperoleh dengan mengurangi enersi pemadatan. Enersi pemadatan yang paling ekonomis adalah bila kadar air tanah pada saat pemadatan sebesar w3. Interval kadar air tanah yang paling baik dilakukan (aspek efisiensi enersi) di lapangan adalah tanah dengan kadar air antara Wopt sampai w3. Pemadatan tanah pada kondisi basah optimum, pada umumnya akan menghasilkan kuat geser yang lebih rendah dibandingkan dengan pemadatan pada kondisi kering optimum. Selain itu potensi kembang susut dan sifat permeabilitas sangat dipengaruhi pula oleh kadar air tanah yang dipadatkan. Oleh karena itu parameter yang penting untuk ditentukan pada spesifikasi hasil pemadatan adalah : a. Tingkat kepadatan relatif (%) b. Interval kadar air tanah yang dipadatkan Untuk pekerjaan pemadatan tanah yang berskala besar seperti pada bendungan tanah, maka perlu pula ditentukan parameter pemadatan yang meliputi : a. Jenis alat pemadat b. Berat mesin pemadat c. Jumlah lintasan mesin pemadat d. Ketebalan tiap lapisan pemadatan.
Dasar-Dasar Mekanika Tanah| 295 Ada berbagai jenis peralatan pemadatan. Sebagaimana yang telah diuraikan sebelumnya, maka hasil pemadatan yang dicapai sangat tergantung pada ketebalan lapisan, jenis alat pemadat, jumlah. lintasan, dan intensitas tekanan pada tanah. Pemilihan peralatan tergantung pada jenis tanah, seperti yang ditunjukkan pada table berikut : Tabel 5.8. Jenis Alat Pemadatan & Kesesuaiannya. Jenis Peralatan Tanah Paling Cocok Tanah Kurang Cocok Smooth Steel Drum Rollers (static or vibratory) Kerikil pasir bergradasi baik, batu pecah, & pengaspalan Pasir sergam, pasir berlumpur, tanah liat lunak. Pneumatic Tyred Rollers Tanah berbutir kasar sampai halus Tanah liat lembut (very soft clay) Sheepsfoot Rollers Tanah berbutir halus, yang mengandung pasir/kerikil> 20% Kerikil seragam, tanah berbutir kasar Grid Rollers Tanah dari lapukan batuan dan bergradasi baik Material seragam, lempung berlanau, lempung. Vibrating Plates Tanah kasar dengan 4 sampai 8% butir halus - Tampers and Rammers Semua jenis tanah - Sumber :NPTEL (2009).
296|Dasar-Dasar Mekanika Tanah BAB –VI KEKUATAN TANAH 6.1. Ruang Lingkup Kekuatan Tanah Kekuatan tanah sering diartikan persis sama dengan kekuatan geser tanah. Walapun asumsi seperti itu tidaklah salah, namun juga tidak sepenuhnya benar. Karena kekuatan tanah (soil strength), sebenarnya bukan hanya terbatas berupa kekuatan geser tanah (soil shear strength) saja, namun meliputi beberapa aspek, antara lain : - Kuat geser (shear strength) - Daya dukung (bearing capacity) - Tekanan tanah lateral (earth lateral pressure), dan - Stabilitas lereng (slope stability). Oleh karena tanah pada dasarnya merupakan gabungan bahan yang saling bergesekan (frictional materials), dimana tanah terdiri atas susunan partikel yang relatif bisa meluncur dan berguling satu sama lain. Salah satu konsekuensi dari sifat gesekan butir itu, adalah bahwa kekuatan tanah bergantung pada tekanan efektif di dalam tanah. Seiring saat tekanan efektif meningkat dengan kedalaman, maka secara umum kekuatannya juga akan meningkat. Kekuatan tanah juga tergantung pada apakah deformasi tanah terjadi dalam kondisi berdrainse, atau pada kondisi volume konstan karena tanah tidak berdrainase (undrained), atau terjadi kondisi berdrainase transisi (intermediate state of drainage). Dalam setiap kasus dimana tekanan pori berlebih, akan menghasilkan tekanan
Dasar-Dasar Mekanika Tanah| 297 efektif yang berbeda, dan karenanya akan memberikan kekuatan tanah yang berbeda pula. 6.2. Kekuatan Geser Tanah Di bidang teknik, pengertian kekuatan geser adalah kekuatan material atau komponen material terhadap jenis beban atau kegagalan struktur dimana material atau komponennya gagal dalam geser. Beban geser adalah gaya yang cenderung menghasilkan kegagalan geser pada material sepanjang bidang yang sejajar dengan arah gaya. Contoh saat kertas digunting dengan gunting, kertas terpotong berarti kertas gagal terhadap gaya guntingan. Secara umum Kekuatan geser tanah diartikan sebagai kemampuan tanah melawan tegangan geser yang timbul di dalam tanah. Kekuatan geser adalah istilah yang digunakan dalam mekanika tanah untuk menggambarkan besarnya tegangan geser yang dapat dipertahankan oleh tanah. (Wikipedia, the free encyclopedia). Kekuatan geser tanah didefinisikan oleh Duncan dan Wright (2005) sebagai, "Tegangan geser maksimum yang dapat bertahan dari tanah". Penilaian yang tepat terhadap kekuatan geser untuk analisis stabilitas lereng merupakan aspek penting dalam memahami dan memprediksi kinerja stabilitas suatu lereng. Pengertian lain dari kekuatan geser tanah adalah fungsi dari tekanan yang diterapkan padanya dan juga cara tekanan ini diterapkan. Dengan kata lain bahwa kuat geser tanah adalah gaya perlawanan yang dilakukan oleh butir-butir tanah terhadap desakan atau tarikan. Pengetahuan tentang kekuatan geser dalam bidang mekanika tanah diperlukan untuk ; (1) menentukan daya dukung pondasi, (2) tekanan lateral yang diberikan pada dinding penahan, dan (3) stabilitas lereng.
298|Dasar-Dasar Mekanika Tanah Berdasarkan anggapan bahwa ada dua unsur pokok yang menentukan kuat geser di dalam tanah, yakni gaya kohesi yang bergantung pada jenis dan kepadatan tanah, serta gaya gesekan antara butir-butir tanah yang besarnya berbanding lurus dengan tegangan normal pada bidang gesernya, maka Coulumb (1776) mendefinisikan kuat geser sebagai berikut : = + .............(6.1) Yang mana : ԏ = kuat geser tanah (kN/m2 ) c = kohesi tanah (kN/m2 ) = sudut gesek dalam tanah atau sudut gesek intern (derajat) ζ = tegangan normal pada bidang runtuh (kN/m2 ) 6.2.1.Teori Lingkaran Mohr Sebagaimana yang telah diuraikan sebelumnya bahwa secara umum pengertian kuat geser tanah adalah gaya perlawanan yang dilakukan oleh butir-butir tanah terhadap desakan atau tarikan. Dengan dasar pengertian ini, maka apabila tanah mengalami pembebanan, beban tersebut akan akan ditahan oleh: (1) Kohesi tanah yang bergantung pada jenis tanah dan kepadatannya, tetapi tidak bergantung dari tegangan normal yang bekerja pada bidang geser. (2) Gesekan antara butir-butir tanah yang besarnya berbanding lurus dengan tegangan normal pada bidang gesernya. Untuk mengetahui nilai dari kedua parameter kuat geser tanah tersebut perlu dilakukan pengujian terhadap tanahnya. Dalam pengujian tanah, sampel berbentuk silinder biasanya digunakan, dimana tegangan radial dan aksial bekerja pada bidang utama. Bidang vertikal biasanya merupakan bidang utama minor sedangkan bidang horizontal adalah bidang utama
Dasar-Dasar Mekanika Tanah| 299 major. Tegangan radial (r) adalah tegangan utama minor (3), dan tegangan aksial (a) adalah tegangan utama major (1). Gambar 6.1. Sampel Silinder Untuk Pengujian Kuat Geser Tanah Untuk memvisualisasikan tegangan normal dan tegangan geser yang bekerja pada bidang runtuh di dalam sampel tanah, dibuat representasi grafis dari tegangan yang disebut „lingkaran Mohr‟, diperoleh dengan merencanakan tegangan utama. Kaidah umum atau konvensi yang digunakan di dalam analisis tegangan, adalah bahwa untuk tegangan tekan dianggap sebagai „positif‟, dan sudut yang diukur berlawanan arah jarum jam juga „positif‟. Begitu pula sebaliknya, bahwa tegangan tarik adalah „negatif‟ dan sudut yang searah jarum jam adalah „negatif‟.
300|Dasar-Dasar Mekanika Tanah Gambar 6.2. Lingkaran Mohr. Tarik garis miring dari garis horisontal dengan , hingga memotong lingkaran Mohr. Koordinat titik potong tersebut adalah merupakan letak tegangan normal () dan kuat geser tanah () yang bekerja pada bidang, yang cenderung pada sudut di dalam sampel tanah. Nilai tegangan normal dan kuat geser tanah dapat dirumuskan sebagai berikut : Tegangan normal, adalah : cos 2 2 2 1 3 1 3 .............(6.2) Kuat geser, adalah : cos 2 2 1 3 .............(6.3) Untuk bidang runtuh yang condong membentuk sudut 45o terhadap arah horizontal, maka pada kuat geser maksimumdan tegangan normal maksimumnya, masingmasing adalah : 2 1 3 2 1 3