T A N A H
1.
Umum Pandan Pandangan gan Teknik eknik Sipil, Sipil, tanah tanah adalah adalah himpun himpunan an miner mineral, al, bahan bahan organi organik, k, dan endapa endapannendapan yang relatif lepas (loose ( loose), ), yang terletak di atas batuan dasar (bedrock (bedrock ). ). Ikatan antara butiran yang relatif lemah dapat disebabkan oleh karbonat, zar organik, atau oksida-oksida yang mengendap di antara partikel-partikel. Ruang di antara partikel-partikel dapat berisi air, udara, ataupun keduanya. Proses terjadinya tanah.
Proses pelapukan batuan atau proses geologi lainnya yang teradi di dekat permukaan bumi membentuk tanah. Proses pembentukan tanah dari batuan induknya! proses fisik maupun proses kimia. a. Pros Proses es seca secara ra fisik fisik ! proses batuan menadi partikel-partikel yang lebih ke"il, dapat teradi
akibat adanya pengaruh erosi, angin, air, manusia, atau han"urnya partikel tanah akibat perubahan suhu atau "ua"a. Partikel-partikel dapat berbentuk bulat, bergerigi maupun bentuk-bentuk di antaranya. pelapukan teradi oleh pengaruh pengaruh oksigen, karbon dioksida, b. Pros Proses es secar secara a kimia kimia ! proses pelapukan air (terutama yang mengandung asam atau alkali) dan proses-proses kimia yang lain. Jenis tanah berdasar letak hasil pelapukan
a. Tanah Tanah Residual Residual ! hasil pelapuk pelapukan an masih masih berada berada di tempat tempat asalnya asalnya (residual (residual soil ) b. Tanah Tanah terangkut ! hasil pelapukan telah berpindah tempatnya tempatnya (transported ( transported soil ). ). Istilah jenis tanah
a. Istila Istilah h enis enis tanah tanah yang yang mengga menggamba mbarka rkan n ukuran ukuran partikel! partikel! keriki kerikil, l, pasir pasir,, lempun lempung, g, lanau, lanau, atau lumpur. b. Istilah enis tanah yang menggambarkan sifat tanah yang khusus. Sebagai "ontoh, lempung adalah enis tanah yang bersifat kohesif dan plastis, sedang pasir digambarkan sebagai tanah yang tidak kohesif dan tidak plastis. #alam kondisi alam, kebanyakan enis tanah terdiri dari banyak "ampuran lebih dari satu ma"am ukuran partikelnya.$kuran partikel tanah dapat ber%ariasi dari lebih besar dari &'' mm sampai dengan lebih ke"il dari ',''& mm. Gambar 1. menunukkan batas inter%al dari ukuran butiran tanah lempung, lanau, pasir, dan kerikil dari ureau of soil $S#, ST*, *.I.T , dan International dan International Nomenclature. Nomenclature.
&
+
+
&
1. Tanah umumnya terdiri dari butiran partikel + rongga diantaranya
2. Volume total massa tanah (V) adalah Volume butir (Vs)+ Volume Pori (Vv) 3. Sedangkan Volume Pori (Vv) biasanya terdiri dari Volume ir (V!)+ Volume "dara (Va)
4 . J e n i s - J e n i s T an a h raksi-fraksi tanah (enis tanah berdasarkan ukuran butir)
(&). kerikil (gravel)
> +.'' mm &
(+). pasir (sand) +.'' '.'/ mm (0). lanau (silt) '.'/ '.''+ mm (1). lempung (clay) < '.''+ mm
2. Pengelompokan enis tanah dalam praktek berdasarkan "ampuran butir • Tanah berbutir kasar adalah tanah yang sebagian besar butir-butir tanahnya berupa pasir dan kerikil. • Tanah berbutir halus adalah tanah yang sebagian besar butir-butir tanahnya berupa lempung dan lanau. • Tanah organik adalah tanah yang "ukup banyak mengandung bahan-bahan organik, "ontohnya tanah gambut. /. Pengelompokan tanah berdasarkan sifat lekatannya &. Tanah 3ohesif ! adalah tanah yang mempunyai sifat lekatan antara butir-butirnya. (tanah lempungan 4 mengandung lempung "ukup banyak). +. Tanah 5on 3ohesif ! adalah tanah yang tidak mempunyai atau sedikit sekali lekatan antara butir butirnya. (hampir tidak mengandung lempung misal pasir). 0. Tanah 6rganik ! adalah tanah yang sifatnya sangat dipengaruhi oleh bahan-bahan organik. (sifat tidak baik).7ontohnya tanah gambut. ase Tanah
Se"ara umum, tanah dapat terdiri dari dua atau tiga bagian, kemungkinan tersebut adalah! a) Tanah kering, hanya terdiri dari dua bagian, yaitu butir-butir tanah dan pori-pori udara. b) Tanah enuh uga terdapat dua bagian, yaitu bagian padat atau butiran dan air pori. ") Tanah tidak enuh terdiri dari tiga bagian, yaitu bagian padat atau butiran, pori-pori udara, dan air pori. agian-bagian tanah dapat digambarkan dalam bentuk diagram fase, seperti yang ditunukkan Gambar !.
Gambar 2 Diagram fase tanah
Gambar !a memperlihatkan elemen tanah yang mempunyai %olume V dan berat total ,
sedang Gambar !b memperlihatkan hubungan berat dan %olumenya. #ari gambar tersebut dapat dibentuk persamaan berikut ! +
! S " 8
(&)
dan V ! V s " V 9 " V a
(+)
V % ! V 9 " V a
(0)
dengan ! s
4 berat butiran padat
9
4 berat air
V s
4 %olume butiran padat
V 9
4 %olume air
V a
4 %olume udara
8a (berat udara) dianggap sama dengan nol. :ubungan-hubungan antar parameter tanah tersebut di atas adalah sebagai berikut ! 3adar air ( # ), yakni perbandingan antara berat air ( 9 ) dengan berat butiran ( s ) dalam tanah tersebut, dinyatakan dalam persen. (;) =
# s
$ &''
(1)
Porositas ( n ), yakni perbandingan antara %olume rongga ( V % ) dengan %olume total ( V ). dapat digunakan dalam bentuk persen maupun desimal. n
V v
=
V
(2)
ngka pori ( e ), perbandingan %olume rongga ( V % ) dengan %olume butiran ( V s ). iasanya dinyatakan dalam desimal. e
=
V v V s
(/)
erat %olume basah ( γ b ), adalah perbandingan antara berat butiran tanah termasuk air dan udara ( ) dengan %olume tanah ( V ).
γ b
=
V
(<)
dengan ! 9 = s = a ( a 4 berat udara 4 ' ). ila ruang udara terisi oleh air seluruhnya ( V a 4 '), maka tanah menadi enuh.
erat %olume kering ( γ d ), adalah perbandingan antara berat butiran ( s ) dengan %olume total ( V ) tanah.
γ d =
s V
(>) 0
erat %olume butiran padat ( γ s ), adalah perbandingan antara berat butiran padat ( s ) dengan %olume butiran padat ( V s ).
γ s
=
s
(?)
V s
erat enis ( specific gravity ) tanah ( %s ), adalah perbandingan antara berat %olume butiran padat ( γ s ) dengan berat %olume air ( γ 9 ) pada temperatur 1o 7. % s =
γ s γ #
( &' )
%s tidak berdimensi. erat enis dari berbagai enis tanah berkisar antara +,/2 sampai +,<2. 5ilai berat enis sebesar +,/< biasanya digunakan untuk tanah-tanah tak berkohesi. Sedang untuk tanah kohesif tak organik berkisar di antara +,/> sampai +,<+. 5ilai-nilai berat enis dari berbagai enis tanah diberikan dalam Tabel 1. Tabel 1. &erat 'enis tanah #erat Jenis G s
"acam Tanah
3erikil
+,/2 - +,/>
Pasir
+,/2 - +,/>
@anau tak organik
+,/+ - +,/>
@empung organik
+,2> - +,/2
@empung tak organik
+,/> - +,<2
:umus
&,0<
Aambut
&,+2 - &,>'
#eraat keenuhan ( ) adalah perbandingan %olume air ( V 9 ) dengan %olume total rongga pori tanah ( V % ). iasanya dinyatakan dalam persen. ( (;) =
V # V s
$ &''
( && )
Tanah enuh, maka 4 &. erbagai ma"am deraat keenuhan tanah ditampilkan pada Tabel ! di ba9ah ini. Tabel 2. Dera'at ke'enuhan dan kondisi tanah %erajat $ejenuhan S
$eadaan Tanah
Tanah kering
'
Tanah agak lembab
B ' - ',+2
Tanah lembab
',+/ - ',2'
Tanah sangat lembab
',2& - ',<2
Tanah basah
',
Tanah enuh
& 1
#ari persamaan-persamaan tersebut di atas dapat disusun hubungan antara masing-masing persamaan, yaitu ! (a)
:ubungan antara angka pori dengan porositas. n
e
=
e
n
(b)
=
( &1 )
& + e
=
γ #
( % s + e )
( &2 )
& + e
$ntuk erat %olume tanah kering sempurna
γ d
(e)
% s γ # ( & + # )
$ntuk erat %olume tanah enuh air ( ! & ) γ sat
(d)
( &0 )
&− e
erat %olume basah dapat dinyatakan dalam rumus berikut
γ b = (c)
( &+ )
&− n
=
% s
&
γ #
+
( &/ )
e
ila tanah terendam air, berat %olume dinyatakan sebagai γ′ atau bisa uga disebut berat
%olume efektif, dengan
γ ι = ι
γ
=
% s γ # - γ # & + e
(% s - & ) γ # & + e
γ′ 4 γ sat C γ 9
( &< )
ila γ 9 4 &, maka γ′ 4 γ sat C &
( &> )
5ilai-nilai porositas, angka pori dan berat %olume pada keadaan asli di alam dari berbagai enis tanah diberikan oleh Terzaghi (&?1<) seperti terlihat pada Tabel &.
Tabel 3. Nilai n e # γ d dan γ b untuk tanah keadaan asli lapangan. "acam tanah
n (%)
E
w '()
d
b &
'* + cm )
'* + cm&)
Pasir seragam, tidak padat
46
0,85
32
1,43
1,89
Pasir seragam, padat
34
0,51
19
1,75
2,09
Pasir berbutir campuran, tidak padat
40
0,67
25
1,59
1,99
2
(f)
Pasir berbutir campuran, padat
30
0,43
16
1,86
2,16
Lempung lunak sedikit organis
66
1,90
70
1,58
Lempung lunak sangat organis
75
3,0
110
1,43
3erapatan relatif ( relative density ) emak - e
Dr =
( &? )
emak - emin
dengan emak 4 kemungkinan angka pori maksimum emin 4 kemungkinan angka pori minimum e
4 angka pori pada keadaan aslinya
ngka pori terbesar atau kondisi terlonggar dari suatu tanah disebut dengan angka pori maksimum ( emak ). ngka pori maksimum ditentukan dengan "ara menuangkan pasir kering dengan hati-hati dengan tanpa getaran ke dalam "etakan ( mold ) yang telah diketahui %olumenya. #ari berat pasir di dalam "etakan, emak dapat dihitung. ngka pori minimum ( emin ) adalah kondisi terpadat yang dapat di"apai oleh tanahnya. 5ilai emin dapat ditentukan dengan menggetarkan pasir kering yang diketahui beratnya, ke dalam "etakan yang telah diketahui %olumenya, kemudian dihitung angka pori minimumnya. Pada tanah pasir dan kerikil, kerapatan relatif ( relative density ) digunakan untuk menyatakan hubungan antara angka pori nyata dengan batas-batas maksimum dan minimum dari angka porinya. Persamaan ( &? ) dapat dinyatakan dalam persamaan berat %olume tanah, sebagai berikut !
=
*d (mak)
atau
emin =
% s *# & + emin % s *# *d (mak)
−&
( +' )
( +& )
#engan "ara yang sama dapat dibentuk persamaan ! e(mak) =
dan e =
% s *# *d (min) % s *# *d
−& −&
( ++ )
( +0 )
dengan γ d (mak), γ d (min), dan γ d berturut-turut adalah berat %olume kering maksimum, minimum, dan keadaan aslinya. Substitusi persamaan ( +' ) sampai ( +0 ) ke dalam persamaan (&? ) memberikan, /
*d (mak) *d
Dr =
γ d 4 '
*d - *d (min) ( kerapatan relatif biasanya dinyatakan dalam ;) ( +1 ) *d (mak) - *d (min)
berat %olume kering
e4D
angka pori kerapatan relatif
γ d (min)
γ d
γ d (mak)
emak
e
emin
'
&''
Dr (;)
'
kepadatan relatif +" (;)
+" E >'
&''
Gambar 3. ,erbedaan kerapatan relatif dan kepadatan relatif
3epadatan relatif ( relative compaction ) adalah perbandingan berat %olume kering pada kondisi yang ada dengan berat %olume kering maksimumnya atau, +" =
*d *d (mak)
( +2 )
Perbedaan antara kerapatan dan kepadatan relatif diberikan dalam Gambar &. :ubungan antara kerapatan relatif dengan kepadatan relatif adalah ! +" =
+" & − Dr ( & − +' )
( +/ )
dengan + ' 4 γ d (min) F γ d (mak) @ee dan Singh (&?<&) memberikan hubungan antara kepadatan relatif dan kerapatan relatif sebagai ! + " 4 >' = ',+ Dr
( +< )
dengan Dr dalam persen
Contoh soal 1 :
Pada kondisi asli di lapangan, tanah mempunyai %olume &' "m 0 dan berat basah &> gram. erat tanah kering o%en adalah &/ gram. ika berat enis tanah +,<&, hitung kadar air, berat %olume basah, berat %olume kering, angka pori, porositas, dan deraat keenuhannya. Penyelesaian : Diket ! " 1# m3
8 4 &> gram
<
8s 4 &/ gram As 4 +,<& :itung 9, γ b, γ d, e, n, S $
(a)
#
3adar air # =
− s
=
s
s
=
&> - &/ &/
= &+,2 ;
(b)
erat %olume basah ! γ b 4 - V ! &> F &' 4 &,> gram F "m0
(")
erat %olume kering ! γ d 4 s - V ! &/ F &' 4 &,/' gram F "m 0
(d)
ngka pori V s =
e
s
=
V v V s
&/
=
% s *#
+,<& G &
= 2,?' "m0
V % 4 V - V s 4 &' - 2,?' 4 1,&' gram F "m 0 e ! 1,&' F 2,?' 4 ',/? e
(e)
Porositas ! n =
(f)
#eraat keenuhan !
&+ e
=
',/? & + ',/?
= ',1&
4 V 9 F V %
V s 4 9 F γ 9 4 ( &> H &/ ) F & 4 + "m 0 adi, 4 + F 1,&' 4 ',1? 4 1? ; Contoh soal 2 :
Tanah mempunyai angka pori (e) 4 ',<', # 4 +'; 4 ',+ dan berat enis (As) 4 +,/2. :itung n, γ b, γ d dan dengan γ 9 4 & tFm0 (a) Porositas ! n =
e &+ e
(b) erat %olume basah !
=
γ b
',<' & + ',<'
=
= ',1&
( & + # ) %s *9 & + e
=
( & + ',+ ) +,/2 G & & + ',<'
4 &,>< gram F "m0 (") erat %olume kering ! γ d = (d) #eraat keenuhan !
γ b & + #
=
&,>< & + ',+'
= &,2/ gram F "m0
4 # %s F e 4 ',+' G +,/2 F ',<' 4
Perhatikan, saat tanah menadi enuh e 4 # %s . ',<'. ',
4 ',20
(ok)
>
Contoh soal 3
Tanah pada kondisi n 4 ',12 , %s 4 +,/> dan # 4 &+;. Tentukan berat air yang harus ditambahkan untuk &+,& m 0 tanah, supaya menadi enuh. 7at J γ sat adalah berat %olume enuh airJ γ 9 adalah berat %olume air 4 & tFm0 Penyelesaian :
e 4 n F ( & H n ) 4 ',12 F ( & H ',12 ) 4 ',>+ γ b
γ sat
=
( & + # ) %s *9
=
& + e ( %s + e ) *9 & + e
= =
( & + ',+ ) +,/> G & & + ',>+ ( +,/> + ',>& ) & & + ',>+
= ',>+
= &,?+ t F m0
erat air yang harus ditambahkan per meter kubik !
γ sat - γ b 4 &,?+ - &,/2 4 ',+< ton F m 0 3arena γ 9 4 & tFm0 , untuk membuat tanah menadi enuh maka harus ditambahkan air sebesar K9 489 Fγ 9 4 ',+< F & 4 ',+< m 0 Contoh soal :
#ata dari penguian di laboratorium pada benda ui enuh menghasilkan angka pori 4 ',12 dan berat enis 4 +,/2. $ntuk keadaan ini, tentukan berat %olume basah dan kadar airnya.
Penyelesaian :
enda ui dalam kondisi enuh. adi, seluruh ruang pori terisi dengan air. e 4 V % F V s 4 ',12 Tapi V % dan V s belum diketahui, Pada Gambar ,.1, anggap V s 4 &. 3arena itu, untuk kondisi enuh V % 4 e V s J V ! V % = e V s 4 & = ',12 G & 4 &,12
?
Gambar C.1
s
4 V s %s γ 9 4 & G +,/2 G & 4 +,/2 ton
9
4 V 9 γ 9 4 ',12 G & 4 ',12 ton
4 s = 9 4 +,/2 = ',12 4 0,& ton
γ b
4 - V 4 0,& F &,12 4 +,&1 tFm 0
#
4 9 F s 4 ',12 F +,/2 4 &< ;
adi, tanah ini mempunyai berat %olume basah +,&1 tFm 0 dan kadar air sebesar &< ;
Contob soal & :
Pada "ontoh benda ui asli (undisturbed sample), ','+< m 0 tanah yang diperoleh dari lapangan mempunyai berat 2&,/ kg. erat kering tanah 4 1+,+2 kg. erapakah berat %olume efektif tanah ini, ika tanah terendam di ba9ah muka air tanah L #iketahui pula berat enis 4 +,<'. Penyelesaian :
V s 4 s %s γ 9 4 1+,+2 G &' -0 F (+,< G &) 4 ','&2/ m0 V % 4 V V s 4 ','+< - ','&2/ 4 ','&&1 m 0 e
4 V % - V % 4 ','&&1 F ','&2/ 4 ',<0
γ ′ 4 ( %s H & ) F ( l = e ) 4 ( +,< H & ) F ( l = ',<0 ) 4 ',?> tFm 0 adi, berat efektif tanah ini 4 γ ′ 4 ',?> tFm 0.
Contob soal ' :
&'
Suatu "ontoh tanah tak enuh yang diambil dari lokasi tanah timbunan, mempunyai kadar air +'; dan berat %olume basah + gF"m 0. #engan menganggap berat enis tanah +,< dan berat enis air &, hitung deraat keenuhan dari "ontoh tersebut., ika tanah kemudian menadi enuh, hitung berat %olumenya.
Penyelesaian :
#engan mengambil berat butiran padat 4 & gram 4 s, *aka berat air 4 9 4 # G s 4 ',+ G & 4 ',+ gram erat total 4 ! 9 = s 4 & = ',+ 4 &,+ gram. erat %olume basah 4 - V 4 + gram F "m0 *aka %olume total 4 V 4 &,+ F + 4 ',/ "m 0 Kolume udara
4 V % 4 ',/ - ( V 9 V s ) 4 ',/ H ( ',+ = & F +,< ) 4 ','0 "m 0
#eraat keenuhan 4 V 9 F V s 4 ',+ F ( ',+ = ','0 ) 4 >< ; ngka pori e 4 V % F V s 4 ',+0 F ',0< 4 ',/+ &erat volume 'enuh γ sat =
berat tanah enuh
%olume tanah & + ',+0 = = +,&' g F "m 0 ',/'
Contoh soal :
#ari lokasi pengambilan bahan timbunan, diperoleh data bah9a angka pori tanah tersebut &,+. 3alau umlah material yang dibutuhkan untuk timbunan &2.''' m 0 dengan angka pori ',>, berapakah umlah material yang harus disediakan pada lokasi pengambilan L
Penyelesaian :
3eadaan di lokasi pengambilan e + 4 &,+ 3eadaan lokasi penimbunan e & 4 ',> ika V &, adalah %olume pada lokasi penimbunan dan V + adalah %olume pada lokasi pengambilan, maka ! V & F V + 4 ( & = e l ) F ( l = e+ ) Ingat bah9a V 4 V s= V % 4 V s ( &= e ). #alam hal ini V s tetap konstan. adi, tanah yang harus disediakan pada lokasi pengambilan 4 &>.000 m 0.
Contoh soal :
&&
Proyek bendungan memerlukan tanah padat +''.''' m 0 dengan angka pori ',/'. #ari peta terlihat dua lokasi yang memungkinkan untuk pengambilan tanah ini. #ari sur%ai di kedua lokasi, diperoleh data sebagai berikut ! okasi pen*ambilan
n*ka pori
Upah an*kutan per m&
I
',?'
Rp. 0'''
II
&,/2
Rp. +2''
Penyelesaian :
ika, V &
4 %olume yang dibutuhkan pada lokasi I.
V +
4 %olume yang dibutuhkan pada lokasi II
V s, di kedua lokasi sama, maka biaya pengambilan tanah pada lokasi pengaambilan I dapat dihitung dengan ! V & F V 4 ( & = e l ) F ( l = e ) V &
=
+''.''' G
&
+
',?'
&
+
',/'
=
+0<.2'' m
0
$pah angkutan total 4 +0<.2'' G Rp. 0''' 4 Rp. <&+.2''.''' @okasi pengambilan II ! V +
=
+''.''' G
&
+
&,/2
&
+
',/'
=
00&.+2' m 0
$pah angkutan total 4 00&.+2' G Rp. +2'' 4 Rp. >+>.&+2.'''. adi, lokasi I lebih ekonomis, 9alaupun upah angkutan per m 0 lebih mahal.
Contoh soal * :
uktikan ! (a) Persamaan ( &/ ) (b) Persamaan ( &1 ) (") Persamaan ( &2 )
Penyelesaian :
#engan melihat fase Gambar ,.&. #ianggap V s 4 &
&+
Gambar C.3
(a)
Persamaan ( &/ ) !
γ d 4 s - V 3arena, s ! %s V s γ 9 %s *9V s
maka ! γ d = (b)
V
=
%s *9 & + e
Persamaan ( &1 ) ! γ b
=
=
s + 9
V
V
3arena s ! # s dan s ! %s γ 9 V s , maka γ b
(")
=
%s *9V s
+
#%s *9V s
V
=
%s ( & + # ) *9 &
+
e
Persamaan ( &2 ) ! Kolume air ! s ! V % ! e erat air ! s ! γ 9 V 9 4 # s 4 #%s γ 9 V s atau γ 9 e 4 #%s γ 9 V s 3arena V s 4 & dan γ 9 4 &, maka e 4 #%s
Persamaan ini merupakan persamaan yang sangat penting untuk hitungan-hitungan. #ari persamaan tersebut dapat dibentuk persamaan lain, yaitu ! #ari γ b γ b
=
=
%s ( & + # ) *9
&
+
e
%s ( & + ( e F %s ) *9 &+
=
%s *9 + *9 ( e &+ e
&0
Pada 9aktu tanah men"apai enuh, 4 & γ b
=
γ sat
= =
%s *9 + *9 e
&+ e *9 ( %s + e ) &+ e
Contob soal 1# :
Tanah pasir yang akan digunakan untuk urugan kembali ( back fill ) mempunyai berat %olume + tFm0 dan kadar air &';. ngka pori dalam keadaan paling longgar ( e keadaan paling padat ( e
) 4 ',/1 dan dalam
mak
) 4 ',0?. Tentukan angka pori tanah urugan kembali dan kerapatan
min
relatifnya #iketahui pula tanah urugan kembali mempunyai berat enis +,/2.
Penyelesaian : %iket
γ b / ! t+m& 0 / 1( / 21 emaks / 234 emin / 2& Gs / !235 6itun* e dan %r 7
erat %olume basah !
γ b
=
+ =
%s ( & + # ) *9 &
+
e
+,/2 ( & + ',& ) & & + e
e = ',1/
3erapatan relatif !
Dr
=
=
emak emak
−
−
e emin
',/1 - ',1/ ',/1 - ',0?
=
',<+
adi, angka pori tanah urugan kembali e 4 ',1/ dan kerapatan relatif Dr 4 ',<+.
1.&
"ineral empun*
1.&.1 8usunan Tanah empun* Pelapukan akibat reaksi kimia menghasilkan susunan kelompok partikel berukuran koloid dengan diameter butiran lebih ke"il darl ',''+ mm, yang disebut mineral lempung. Partikel
&1
lempung dapat berbentuk seperti lembaran yang mempunyai permukaan khusus. 3arena itu, tanah lempung mempunyai sifat sangat dipengaruhi oleh gaya-gaya permukaan. $mumnya, terdapat kira-kira &2 ma"am mineral yang diklasifikasikan sebagai mineral lempung ( /err 0121 ). #i antaranya terdiri dari kelompok-kelompok ! montmorillonite illite kaolinite, dan polygorskite. 3elompok yang lain, yang perlu diketahui adalah! chlorite vermiculite, dan halloysite. Susunan kebanyakan tanah lempung terdiri dari silika tetrahedra dan aluminium oktahedra (Gambar 1a). Silika dan aluminium se"ara parsial dapat digantikan oleh elemen yang lain dalam kesatuannya, keadaan ini dikenal sebagal substitusi isomorf. 3ombinasi dari susunan kesatuan dalam bentuk susunan lempeng disaikan dalam simbol, dapat dilihat pada Gambar 1b.
Gambar 1. 3ineralmineral lempung
erma"am-ma"am lempung terbentuk oleh kombinasi tumpukan dari susunan lempeng dasarnya dengan bentuk yang berbeda-beda. /aolinite merupakan mineral dari kelompok kaolin, terdiri dari susunan satu lembaran silika tetrahedra dengan satu lembaran aluminium oktahedra, dengan satuan susunan setebal <,+ o (& angstrom 4 &'-&' m) (Gambar !a). 3edua lembaran terikat bersama-sama, sedemikian rupa sehingga uung dari lembaran silika dan satu dari lapisan lembaran oktahedra membentuk sebuah lapisan tunggal. #alam kombinasi lembaran silika dan aluminium, keduanya terikat oleh ikatan hidrogen (Gambar !b). Pada keadaan-tertentu, partikel kaolinite mungkin lebih dari seratus tumpukan yang sukar dipisahkan. 3arena itu, mineral
&2
ini stabil dan air tidak dapat masuk di antara lempengannya untuk menghasilkan pengembangan atau penyusutan pada sel satuannya. 4alloysite hampir sama dengan kaolinite, tetapi kesatuan yang berturutan lebih a"ak ikatannya dan dapat dipisahkan oleh lapisan tunggal molekul air. ika lapisan tunggal air menghilang oleh karena proses penguapan, mineral ini akan berkelakuan lain. *aka, sifat tanah berbutir halus yang mengandung halloysite akan berubah se"ara taam ika tanah dipanasi sampai menghilangkan lapisan tunggal molekul airnya. Sifat khusus lainnya adalah bah9a bentuk partikelnya menyerupai silinder-silinder memanang, tidak seperti kaolinite yang berbentuk pelat-pelat.
&/
Gambar 2 (a) Diagram skematik struktur kaolinite (5ambe 0126) (b) truktur atom kaolinite (%rim 0121)
&<
Gambar 3
(a) Diagram skematik struktur montmorillonite (5ambe 0126) (b) truktur atom montmorillonite (%rim 0121)
3ontrnorillonite, disebut uga dengan sme"tite, adalah mineral yang dibentuk oleh dua lembaran silika dan satu lembaran aluminium (gibbsite) (Gambar &a). @embaran oktahedra terletak di antara dua lembaran silika dengan uung tetrahedra ter"ampur dengan hidroksil dari lembaran oktahedra untuk membentuk satu lapisan tunggal ( Gambar &b). #alam lembaran oktahedra terdapat subtitusi parsial aluminium oleh magnesium. 3arena adanya gaya ikatan %an der 8aals yang lemah di antara uung lembaran silika dan terdapat &>
kekurangan muatan negatif dalam lembaran oktahedra, air dan ion-ion yang berpindah pindah dapat masuk dan memisahkan lapisannya. adi, kristal montmorillonite sangat ke"il, tapi pada 9aktu tertentu mempunyai gaya tarik yang kuat terhadap air. Tanah-tanah yang mengandung montmorillonite sangat mudah mengembang oleh tambahan kadar air, yang selanutnya tekanan pengembangannya dapat merusak struktur ringan dan perkerasan alan raya. Illite adalah bentuk mineral lempung yang terdiri dari mineral-mineral kelompok illite. entuk susunan dasarnya terdiri dari sebuah lembaran aluminium oktahedra yang terikat di antara dua lembaran silika tetrahedra. #alam lembaran oktahedra, terdapat subtitusi parsial aluminium oleh magnesium dan besi, dan dalam lembaran tetrahedra terdapat pula subtitusi silikon oleh aluminium ( Gambar 4). @embaran-lembaran terikat bersama-sama oleh ikatan lemah ion-ion kalium yang terdapat di antara lembaran-lembarannya. Ikatan-ikatan dengan ion kalium (3=) lebih lemah daripada ikatan hidrogen yang mengikat satuan kristal kaolinite, tapi sangat lebih kuat daripada ikatan ionik yang membentuk kristal montmorillonite. Susunan illite tidak mengembang oleh gerakan air di antara lembaranlembarannya.
Gambar . Diagram skematik struktur illite (5ambe 0126)
1.&.! Pen*aruh ir pada Tanah empun* ir biasanya tidak banyak mempengaruhi kelakuan tanah nonkohesif. Sebagai "ontoh, kuat geser tanah pasir mendekati sama pada kondisi kering maupun enuh air. Tetapi, ika air &?
berada pada lapisan pasir yang tidak padat, beban dinamis seperti gempa bumi dan getaran lainnya sangat mempengaruhl kuat gesernya. Sebaliknya, tanah butiran halus khususnya tanah lempung akan banyak dipengaruhi oleh air. 3arena pada tanah berbutir halus, luas permukaan spesifik menadi lebih besar, %ariasi kadar air akan mempengaruhi plastisitas tanahnya. #istribusi ukuran butiran arang-arang sebagai faktor yang mempengaruhi kelakuan tanah butiran halus. atas-batas tterberg digunakan untuk keperluan identifikasi tanah ini. Partikel-partikel lempung, mempunyai muatan listrik negatif. #alam suatu kristal yang ideal, muatan-muatan negatif dan positif seimbang. kan tetapi, akibat substitusi isomorf dan kontinuitas perpe"ahan susunannya, teradi muatan negatif pada permukaan partikel lempungn%a. $ntuk mengimbangi muatan negatif tersebut, partikel lempung menarik ion muatan positif (kation) dari garam yang ada di dalam air porinya. :al ini disebut dengan pertukaran ion-ion. Selanutnya, kation-kation dapat disusun dalam urutan menurut kekuatan daya tarik menariknya, sebagai berikut! l0= B 7a+= B *g+= B 5: 1= B 3 = B := B 5a= B @i= $rutan tersebut memberikan arti bah9a ion l 0= dapat mengganti ion 7a +=, ion 7a+= dapat mengganti 5a=, dan seterusnya. Proses ini disebut dengan pertukaran kation. Sebagai "ontoh ! 5a ( lempung ) = 7a7l + → 7a ( lempung ) = 5a7l 3apasitas pertukaran kation tanah lempung didefinisikan sebagai umlah pertukaran ion-ion yang dinyatakan dalam milieki%alen per &'' gram lempung kering. eberapa garam uga terdapat pada permukaan partikel lempung kering. Pada 9aktu air ditambahkan pada lempung, kation-kation dan anion-anion mengapung di sekitar partikelnya ( Gambar 5 ).
Gambar &. /ation dan anion pada partikel
*olekul air merupakan molekul yang dipolar, yaitu atom hidrogen tidak tersusun simetri di sekitar atom-atom oksigen ( Gambar 3a). :al ini berarti bah9a satu .molekul air merupakan +'
batang yang mempunyai muatan positif dan negatif pada uung yang berla9anan atau dipolar (dobel kutub) ( Gambar 3b).
Gambar '. Si+at ,i-olar air
Terdapat 0 mekanisme yang menyebabkan molekul air dipolar dapat tertarik oleh permukaan partikel lempung se"ara elektrik (Gambar 9) ! (&)
Tarikan antara permukaan bermuatan negatif dari partikel lempung dengan uung positif darl dipolar.
Gambar . 3olekul air dipolar dalam lapisan ganda
(+)
Tarikan antara kation-kation dalam lapisan ganda dengan muatan negatif dari uung dipolar. 3ation-kation ini tertarik oleh permukaan partikel lempung yang bermuatan negatif.
(0)
ndil atom-atom hidrogen dalam molekul air, yaitu dengan ikatan hidrogen antara atom oksigen dalam partikel lempung dan atom oksigen dalam molekulmolekul air.
+&
ir yang tertarik se"ara elektrik, yang berada di sekitar partikel lempung, disebut air lapisan ganda (double-layer 9ater). Sifat plastis tanah lempung adalah akibat eksistensi dari air lapisan ganda. 3etebalan air lapisan ganda untuk kristal kaolinite dan montmorillonite diperlihatkan dalam Gambar :.
Gambar . 7ir partikel lempung (a) /aolinite (b) 3ontmorillonite (8.. 5ambe 019:).
air lapisan ganda pada bagian paling dalam, yang sangat kuat melekat pada partikel disebut air serapan (adsorbed #ater ). Pertalian hubungan mineral-mineral dengan air serapannya, memberikan bentuk dasar dari susunan tanahnya. Tiap-tiap partikel saling terikat satu sama lain, le9at lapisan air serapannya. *aka, adanya ion-ion yang berbeda, material organik, beda konsentrasi, dan lain-lainnya akan berpengaruh besar pada sifat tanahnya. Partikel lempung dapat tolak-menolak antara satu dengan yang lain se"ara elektrik, tapi prosesnya bergantung pada konsentrasi ion, arak antara partikel, dan faktor-faktor lainnya. Se"ara sama, dapat uga teradi hubungan tarik-menarik antara partikelnya akibat pengaruh ikatan hidrogen, gaya %an der 8aals, ma"am ikatan kimia dan organiknya. Aaya antara partikel berkurang dengan bertambahnya arak dari permukaan mineral seperti terlihat pada Gambar . entuk kur%a potensial sebenarnya akan tergantung pada %alensi dan konsentrasi ion, larutan ion dan pada sifat dari gaya-gaya ikatannya. adi, elaslah bah9a ikatan antara partikel tanah yang disusun oleh mineral lempung akan sangat besar dipengaruhi oleh besarnya aringan muatan negatif pada mineral, tipe, konsentrasi, dan distribusi kation-kation yang berfungsi untuk mengimbangkan muatannya. S"hofield dan Samson (&?21) dalam penyelidikan pada kaolinite, 6lphen (&?2&) dalam penyelidikan pada montmorillonite, menemukan bah9a umlah dan distribusi muatan residu aringan mineral, bergantung pada p: airnya. #alam lingkungan dengan p: yang rendah, ++
uung partikel kaolinite dapat menadi bermuatan positif dan selanutnya dapat menghasilkan gaya tarik uung ke permukaan antara partikel yang berdekatan. Aaya tarik ini menimbulkan sifat kohesifnya.
Gambar *. 4ubungan potensial elektrostatis kimia dan sebagainya dengan 'arak permukaan lempung
1.4 8usunan Tanah Granuler utiran tanah yang dapat mengendap pada suatu larutan suspensi se"ara indi%idu tak bergantung pada butiran yang lain (butiran lebih besar ','+ mm) akan berupa susunan tunggal. Sebagai "ontohnya, tanah pasir, kerikil, atau beberapa "ampuran pasir dan lanau. erat butiran menyebabkan butiran itu mengendap. Susunan tanah ( Gambar 1) mungkin tidak padat (angka pori tinggi atau kerapatan rendah) atau padat (angka pori rendah atau kerapatan tinggi). ngka pori tergantung pada distribusi ukuran butiran, s usunan, serta kerapatan butirannya.
Gambar 1#. usunan butiran tanah granuler
+0
Tanah granuler dapat membentuk hubungan sarang lebah ( honeycomb) (Gambar 11) yang dapat mempunyai angka pori yang tinggi. @engkungan butiran dapat mendukung beban statis, tapi susunan ini sangat sensitif terhadap longsoran, getaran, atau beban dinamis. danya air dalam susunan butiran yang sangat tidak padat dapat mengubah sifat-sifat teknisnya. 3erapatan relatif sangat berpengaruh pada sifat teknis tanah granuler. 3arena itu, diperlukan penguian terhadap "ontoh-"ontoh tanah pasir pada kondisi kerapatan relatif yang sama seperti kondisi lapangannya. kan tetapi, pengambilan "ontoh benda ui untuk tanah pasir yang longgar di lapangan, sangat sulit. *aterial ini sangat sensitif terhadap getaran, sehingga sangat sulit untuk menyamakan kondisinya, sama seperti kondisi asli di lapangan. 3arena itu, dalam praktek digunakan beberapa ma"am alat penetrasi untuk mengetahui sifat-sifat tanah granuler. Pada "ara ini, nilai tahanan penetrasi se"ara kasar dihubungkan dengan nilai kerapatan relatifnya.
Gambar 11. usunan sarang lebah
Perlu diperhatikan bah9a dalam banyak masalah teknis, karakteristik tanah granuler tidak "ukup hanya ditinau kerapatan relatifnya saa. Sebab, ada kemungkinan dua tanah pasir dengan angka pori dan kerapatan relatif yang sama, mempunyai susunan butiran yang berbeda. 3ondisi demikian akan mengakibatkan perbedaan pada sifat teknisnya. Pada Gambar 1!, kedua tanah pasir identik, keduanya mempunyai distribusi ukuran butiran yang
sama dan angka pori yang sama, tapi susunannya elas sangat berbeda. Searah tegangan yang pernah
dialami
pada
9aktu
yang
lampau,
merupakan
suatu
faktor
yang
harus
dipertimbangkan. @apisan tanah granuler yang pernah mengalami pembebanan yang lebih besar dari tekanan yang ada sekarang,. akan mempunyai sifat tegangan-regangan dan penurunan yang sangat berbeda dari enis tanah granuler yang belum pernah menderita beban yang lebih besar dari sekarang ( 5ambrecbts dan 5eonard 01;).
+1
Gambar 12. 8anah dengan kerapatan realtif yang sama tapi susunan butirannya berbeda (5eonard 01;) 1.5
Penyesuaian antara Partikel-partikel
Tinauan struktur tanah meliputi pertimbangan komposisi mineral dan sifat-sifat elektrik dari partikel padatnya. #emikian uga mengenai bentuk, penyesuaian terhadap yang lain, sifat dan kelakuannya terhadap air tanah, komposisi ion, serta gaya tarik antara partikelnya. Aaya tarik antara partikel pada tanah-tanah berbutir kasar sangat ke"il. Pada tanah enis ini, bentuk partikel akan sangat mempengaruhi sifat teknisnya. Sebagai "ontoh, pada sedimen pasir, khususnya butiran yang besar, sedikit perubahan dari bentuk bulat ke bentuk kubus "ukup menyebabkan %ariasi yang besar pada karakteristik permeabilitas dalam arah paralel maupun tegak lurusnya. Selanutnya, posisi butiran relatif uga akan berpengaruh besar terhadap stabilitas, permeabilitas dan karakteristik perubahan bentuknya, dan uga akan berpengaruh pada distribusi tegangan di dalam lapisan tanahnya. arak antara partikel uga mempengaruhi ikatan antar partikelnya.
Gambar 13. kema susunan partikel (+osen=vist 0121)
Susunan partikel dapat dibagi atas + ma"am ( +osen=vist 0121), yaitu! susunan terflokulasi ( flocculated ) (hubungan tepi partikel yang satu dengan permukaan partikel yang lain) dan susunan terdispersi (dispersed) (hubungan permukaan partikel yang satu dengan permukaan +2
partikel yang lain) (Gambar 1&). Sifat endapan lempung akan mempunyai lebih atau kurang susunan terflokulasi, tergantung dari lingkungan di mana tanah tersebut berada. Pada peristi9a konsolidasi, "enderung teradi penyesuaian partikel ke bentuk susunan terflokulasi atau paralel. #alam hal konsolidasi satu dimensi (one dimensional consolidation), seluruh partikel kadang-kadang menyesuaikan sendiri ke dalam bidang paralel ( 4vorslev 016 5ambe 012) (Gambar 14a).
Gambar 1. kema penyesuaian partikel lempung
Pembentukan tanah se"ara a"ak menghasilkan pengelompokan penyesuaian susunan partikel yang seaar se"ara a"ak ( 3ichaels 0121) (Gambar 14b). Regangan geser uga "enderung untuk menyusun partikel dalam tipe susunan terdispersi ( eed dan ?ban 0121) (Gambar 14c).
+/
1.3
nalisis Ukuran #utiran
Sifat-sifat tanah sangat bergantung pada ukuran butirannya. esarnya butiran diadikan dasar untuk pemberian nama dan klasifikasi tanahnya. 6leh karena itu, analisis butiran ini merupakan penguian yang sangat sering dilakukan. nalisis ukuran butiran tanah adalah penentuan persentase berat butiran pada satu unit saringan, dengan ukuran diameter lubang tertentu.
1.3.1 Tanab #erbutir $asar
#istribusi ukuran butir darl tanah berbutir kasar dapat ditentukan dengan "ara menyaringnya. Tanah benda ui disaring le9at satu unit saringan standar untuk penguian tanah. erat tanah yang tinggal pada masing-masing saringan ditimbang dan persentase terhadap berat kumulatif pada tiap saringan dihitung. 7ontoh nomor-nomor saringan dan diameter lubang dari standar merika dapat dilihat dalam Tabel 4. 8abel @. aringan standar 7merika
3.!
;omer 8arin*an
%iameter uban*2 mm
0
/,02
1
1,<2
/
0,02
>
+,0/
&'
+,''
&/
&,&>
+'
',>2
0'
',/'
1'
',1+
2'
',0'
/'
',+2
<'
',+&
&''
',&2
&1'
',&'/
+''
','<2
+<'
','20
Tanah #erbutir 6alus
#istribusi ukuran butiran dari tanah berbutir halus atau bagian berbutir halus dari tanah berbutir kasar, dapat ditentukan dengan "ara sedimentasi. *etode ini didasarkan pada hukum Stokes yang berkenaan dengan ke"epatan butiran mengendap pada larutan suspensi. *enurut Stokes, ke"epatan mengendap butiran dapat ditentukan oleh persamaan !
+<
v =
γ b
− *9 &> µ
D +
( +> )
dengan v
4 ke"epatan, sama dengan arak F9aktu ( 5 - t )
γ 9 4 berat %olume air ( g F "m0 ) γ s 4 berat %olume butiran padat ( g F "m0 ) µ 4 kekentalan air absolut ( g det F "m+ ) D 4 diameter butiran tanah (mm).
Persamaan (+>) dapat diubah dalam bentuk, D =
&> µ v γ s
=
&> µ
=
− *9
γ s
&> µ
5
%s − &) *9
t
− *9
5 t
#engan menganggap γ 9 4 & gr F "m0, D (mm) =
dengan / =
5 ("m) t (menit)
( +? )
0' µ % s - &
( 0' )
5ilai / merupakan fungsi dari %s, dan µ yang tergantung pada temperatur benda ui. utiran yang lebih besar akan mengendap lebih "epat dan sebaliknya butiran lebih halus akan mengendap lebih lama di dalam suspensinya. :ukum Stokes tidak "o"ok untuk butiran yang lebih ke"il dari ','''+ mm, karena gerak turunnya butiran akan dipengaruhi oleh gerak &ro#nian. $kuran butiran diberikan sebagai diameter bola yang akan mengendap pada ke"epatan yang sama, pada besar butiran yang sama. Tanah benda ui sebelumnya harus dibebaskan dari zat organik, selanutnya dilarutkan ke dalam air destilasi yang di"ampur dengan agen pendeflokulasi (deflocculating agent ) agar partikelnya menadi bagian %ang terpisah satu dengan yang lain. 3emudian, larutan suspensi ditempatkan pada tabung sedimentasi. #engan :ukum Stokes, hubungan 9aktu ( t ) untuk ukuran-ukuran butiran tertentu ( D ) ( diameter pengendapan eki%alen ) pada kedalaman suspensinya dapat ditentukan. Pada 9aktu tertentu ( t & ) benda ui diambil dengan pipet pada kedalaman tertentu di ba9ah permukaan. enda ui yang terambil ini akan berisi hanya
+>
butiran yang lebih ke"il dari diameter tertentu D&. ika benda ui diambil darl kedalaman tertentu pada 9aktu-9aktu yang dihubungkan dengan pemilihan butiran yang lain, maka distribusi ukuran butirannya dapat ditentukan dari berat endapannya. 7ara hidrometer uga biasa digunakan, yaitu dengan memperhitungkan berat enis suspensi yang tergantung dari berat butiran tanah dalam suspensi pada 9aktu tertentu. Penguian laboratorium dilakukan dengan menggunakan gelas ukuran .Mengan kapasitas &''' ml yang diisi dengan larutan air, bahan pendispersi dan tanah yang akan diui. Gambar 15 menunukkan skema alat ui hidrometer.
Gambar 1&. 7lat pengu'ian hidrometer
Selanutnya dari "ara yang dipilih, yaitu salah satu dari "ara sedimentasi atau hidrometer, distribusi ukuran butir tanah digambarkan dalam bentuk kur%a semi logaritmis. 6rdinat grafik merupakan persentase berat dari butiran yang lebih ke"il daripada ukuran butiran yang diberikan dalam absisnya. $ntuk tanah yang terdiri dari "ampuran butiran halus dan kasar, gabungan antara analisis saringan dan sedimentasi dapat digunakan. #ari hasil penggambaran kur%a yang diperoleh, tanah berbutir kasar digolongkan sebagai gradasi baik bila tidak ada kelebihan butiran pada sembarang ukurannya dan tidak ada yang kurang pada ukuran butiran sedang. $mumnya, tanah bergradasi baik ika distribusi ukuran butirannya meluas pada ukuran butirannya. Tanah berbutir kasar digambarkan sebagai gradasi buruk, bila umlah berat butiran sebagian besar mengelompok di dalam batas inter%al diameter butir yang sempit (disebut dengan tanah seragam). #an uga dikatakan bergradasi buruk ika butiran besar maupun ke"il ada, tapi dengan pembagian butiran yang relatif rendah pada ukuran sedang (Gambar 15). +?
5ilal D&' didefinisikan sebagai &'; dari berat butiran total yang mempunyai diameter butiran lebih ke"il dari ukuran butiran tertentu. D&' 4 ',12 mm, artinya &'; dari berat butiran total berdiameter kurang dari ',12 mm. $kuran-ukuran yang lain seperti D0', D/' dapat didefinisikan seperti "ara di atas. $kuran D&' didefinisikan sebagai ukuran efektif (effective siAe). 3emiringan dan bentuk umum dari kur%a distribusi dapat digambarkan oleh koefisien keseragaman (coefficient of uniformity), ? u, dan koefisien gradasi (coefficient of gradation), ? ", yang diberikan menurut persamaan ! ? u
? "
=
=
D/' D&'
( D0' ) + ( D/' ) ( D&' )
( 0& )
( 0+ )
Tanah bergradasi baik ika mempunyai koefisien gradasi ? " antara & dan 0 dengan ? u lebih besar 1 untuk kerikil dan lebih besar / untuk pasir, selanutnya tanah disebut bergradasi sangat baik bila ? u B &2.
,ontob soal 11 <
#ari diagram distribusi butiran Gambar 13. Tentukan D&', ? u dan ? ", untuk tiap kur%anya.
Penyelesaian <
(a) Tanah ! Tanah ini termasuk bergradasi baik terlihat dari bentuk kur%anya. D&' 4 ','+ mm J
D0'
4 ',/ mmJ D/' 4 >,2 mm
0'
Gambar 1'. 7nalisis distribusi ukuran butiran
? u = ? " =
D/' D&'
=
>,2 ','+
( D0' ) + ( D/' ) ( D&' )
= 1+2 ( ',/ ) +
=
','+ G >,2
= +,&
3arena ? u B &2 dan ? u antara & dan 0, tanah ini benar bergradasi baik. (b)
Tanah ! Tanah ini bergradasi buruk kalau dilihat dari bentuk kur%anya. D&' 4 ','+& mm J D/' 4 & mm ? u =
? " =
D/'
&
=
','+&
D&'
( D0' ) + ( D/' ) ( D&' )
= 1<,/ ( ',+1 ) +
=
','+& G &
= ','
8alau menurut kriteria koefisien keseragaman tanah ini bergradasi baik, tapi karena tidak memenuhi kriteria koefisien gradasi ( ? " 4 ','
Tanah 7 ! Tanah ini termasuk tanah seragam (uniform) kalau dilihat dari bentuk kur%anya. D&' 4 ',02 mm J D/' 4 ',>' mm ? u = ? " =
D/' D&'
=
',>' ',02
( D0' ) + ( D/' ) ( D&' )
= +,+?
=
( ',/2 ) + ',02 G ',>'
= &,2&
8alaupun ? " N & , tapi karena ? u sangat ke"il, maka tanah ini masuk golongan gradasi buruk. Contoh soal 12 :
:asil penguian analisis saringan adalah sebagai berikut ! Diameter lban/ ( mm )
0erat btiran yan/ tin//al ( /ram )
1,<2 +,0/ &,&> ',/' ',0' ',+& ',&2 ','<2
',' >,' <,' &&,' +&,' /0,' 1>,' &1,' 0&
#ari penguian hidrometer diperoleh data sebagai berikut ! %iameter butiran ' mm )
#erat butiran ' *ram )
','/ C ','+ ','+ C ',''/ ',''/ C ',''+ lebih ke"il ',''+
+ & ' '
Aambarkan kur%a distribusi ukuranbutiran, D&' dan nilai koefisien keseragaman ( ? u ) agaimana dengan gradasinya L
Penyelesaian :
Gambar C.
%iameter luban* ' mm )
1,<2 +,0/ &,&> ',/' ',0' ',+& ',&2 ','<2 ','+ ',''/ ',''/ C ',''+ lebih ke"il ',''+
#erat butiran yan* tin**al ' *ram ) ',' >,' <,' &&,' +&,' /0,' 1>,' &1,' +,' &,' ' '
( tin**al
( lolos
',' 1,/ 1,' /,0 &+,' 0/,' +<,1 >,' &,& ',/ C C
&'' ?2,1 ?&,1 >2,& <0,& 0<,& ?,< &,< ',/ C C C 0+
#ari diagram distribusi butiran dapat dilihat! D&' 4 ',&2 mm D0' 4 ',&> mm D/' 4 ',+/ mm ? u = ? c =
D/' D/'
=
',+/
( D0' )
',&2 +
D/' G D&'
=
= &,<0 < / ',&>
+
',+2 G ',&2
= ',>/ < &
*aka, tanah bergradasi buruk.
9.
#atas-batas tterber* Suatu hal yang penting pada tanah berbutir halus adalah sifat plastisitasnya. Plastisitas disebabkan oleh adanya partikel mineral lempung dalam tanah. Istilah plastisitas digambarkan sebagai kemampuan tanah dalam menyesuaikan perubahan bentuk pada %olume yang konstan tanpa retak-retak atau remuk. Tergantung pada kadar airnya, tanah mungkin berbentuk "air, plastis, semi padat, atau padat. 3edudukan kadar air transisi ber%ariasi pada berbagai enis tanah. 3edudukan fisik tanah berbutir halus pada kadar air tertentu disebut konsistensi. 3onsistensi tergantung pada gaya tarik antara partikel mineral lempungnya. Sembarang pengurangan kadar air menghasilkan berkurangnya tebal lapisan kation dan teradi penambahan gaya tarik antarpartikelnya. ila tanah dalam kedudukan plastis, besarnya aringan gaya antarpartikel akan sedemikian hingga partikelnya bebas untuk relatif menggelin"ir antara satu dengan yang lainnya, dengan kohesi antaranya tetap terpelihara. Pengurangan kadar air uga menghasilkan pengurangan %olume tanah. Sangat banyak tanah berbutir halus yang ada di alam dalam kedudukan plastis.
Gambar 2#. &atasbatas 7tterberg
00
tterberg (&?&&), memberikan "ara untuk menggambarkan batas-batas konsistensi dari tanah berbutir halus dengan mempertimbangkan kandungan kadar airnya. atas-batas tersebut adalah batas "air, batas plastis, dan batas susut. 3edudukan batas konsistensi dari tanah kohesif disaikan dalam Gambar !.
9.1
#atas ,air 'i=uid imit)
atas "air (@@), didefinisikan sebagai kadar air tanah pada batas antara keadaan "air dan keadaan plastis, yaitu batas atas dari daerah plastis.
Gambar 21. kema alat pengu'ian batas cair
atas "air biasanya ditentukan dari penguian 7asagrande (&?1>). Aambar skematis dari alat pengukur batas "air dapat dilihat pada Gambar !1. 7ontoh tanah dimasukkan dalam "a9an. Tinggi "ontoh tanah dalam "a9an kira-kira > mm. lat pembuat alur ( grooving tool ) dikerukkan tepat di tengah-tengah "a9an hingga menyentuh dasarnya. 3emudian, dengan alat penggetar, "a9an diketuk-ketukkan pada landasannya dengan tinggi atuh & "m. Persentase
01
kadar air yang dibutuhkan untuk menutup "elah sepanang &+,< mm pada dasar "a9an, sesudah +2 kali pukulan, didefinisikan sebagai batas "air tanah tersebut. 3arena sulitnya mengatur kadar air pada 9aktu "elah menutup pada +2 kali pukulan, maka biasanya per"obaan dilakukan beberapa kali, yaitu dengan kadar air yang berbeda dan dengan umlah pukulan yang berkisar antara &2 sampai 02. 3emudian, hubungan kadar air dan umlah pukulan, digambarkan dalam grafik semi logaritmis untuk menentukan kadar air pada +2 kali pukulannya.
9.!
#atas Plastis 'Plastic imit)
atas plastis (P@), didefinisikan sebagai kadar air pada kedudukan antara daerah plastis dan semi padat, yaitu persentase kadar air di mana tanah dengan diameter silinder 0,+ mm mulai retak-retak ketika digulung.
9.&
#atas 8usut '8hrinka*e imit)
atas susut (S@), didefinisikan sebagai kadar air pada kedudukan antara daerah semi padat dan padat, yaitu persentase kadar air di mana pengurangan kadar air selanutnya tidak mengakibatkan perubahan %olume tanahnya. Per"obaan batas susut dilaksanakan dalam laboratorium dengan "a9an porselin diameter 11,1 mm dengan tinggi &+,< mm. agian dalam "a9an dilapisi dengan pelumas dan diisi dengan tanah enuh sempurna. 3emudian dikeringkan dalam o%en. Kolume ditentukan dengan men"elupkannya dalam air raksa. atas susut dinyatakan dalam persamaan !
( m& − m+ )
S@ =
m+
−
(v& − v+ ) O # m+
G &'';
( 00 )
dengan ! m& 4 berat tanah basah dalam "a9an per"obaan ( gr ) m+ 4 berat tanah kering o%en ( gr ) vl
4 %olume tanah basah dalam "a9an ( "m0 )
v+
4 %olume tanah kering o%en ( "m0 )
γ 9 4 berat enis air
Gambar !! menyaikan hubungan %ariasi kadar air dan %olume total dari tanah pada
kedudukan batas "air, batas plastis dan batas susutnya. atas-batas tterberg sangat berguna untuk identifikasi dan klasifikasi tanah. atas-batas ini sering digunakan se"ara langsung dalam spesifikasi, guna mengontrol tanah yang digunakan untuk struktur urupan tanah
02
Gambar 22.
9.4
Variasi volume dan kadar air pada kedudukan batas cair batas plastis dan batas susutnya
Indeks Plastisitas 'Plasticity Inde>)
Indeks plastisitas (PI) adalah selisih batas "air dan batas plastis. PI 4 @@ - P@
( 01 )
Indeks plastisitas akan merupakan inter%al kadar air di mana tanah masih bersifat plastis. 3arena itu, indeks plastis menunukkan sifat keplastisan tanahnya. ika tanah mempunyai inter%al kadar air daerah plastis yang ke"il, maka keadaan ini disebut dengan tanah kurus. 3ebalikannya, ika tanah mempunyai inter%al kadar air daerah plastis yang besar disebut tanah gemuk. atasan mengenai indeks plastis, sifat, ma"am tanah, dan kohesinya diberikan oleh tterberg terdapat dalam Tabel 2. Tabel &. Nilai Indeks plastisitas dan macam tanah PI
8ifat
"acam tanah
$ohesi
'
5onplastis
Pasir
5onkohesif
N <
Plastisitas rendah
@anau
3ohesif sebagian
< C &<
Plastisitas sedang
@empung berlanau
3ohesif
B &<
Plastisitas tinggi
@empung
3ohesif
0/
9.5
Indeks ,air 'i=uidity Inde>)
3adar air tanah asli relatif pada kedudukan plastis dan "air dapat didefinisikan oleh indeks "air (li=uidity inde$), @I, menurut persamaan ! @I =
8 5 − P@ @@ − P@
=
8 5 − P@ PI
( 02 )
dengan 5 adalah kadar air aslinya. #apat dilihat dari persamaan ( 02 ) bah9a ika 5 4 @@, maka indeks "air akan sama dengan &. Sedang, ika 5 a 4 P@, indeks "air akan sama dengan nol. adi, untuk lapisan tanah asli yang dalam kedudukan plastis, nilai @@ B 5 B P@. 5ilai indeks "air akan ber%ariasi antara ' dan &. @apisan tanah asli dengan 5 B @@ akan mempunyai @I B &.
:.
kti?itas
3etebalan air mengelilingi butiran tanah lempung tergantung dari ma"am mineralnya. adi, dapat diharapkan plastisitas tanah lempung tergantung dari ! &) Sifat mineral lempung yang ada pada butirannya. +) umlah mineralnya. erdasarkan penguian laboratorium pada beberapa tanah (Skempton, &?20), diperoleh bah9a indeks plastisitas berbanding langsung dengan persen fraksi ukuran lempungnya (yaitu persen dari berat yang le.bih ke"il dari ukuran ',''+ mm), seperti yang diberikan dalam Gambar !&.
Gambar 23. Variasi indeks plastis dengan persen fraksi lempung (kempton 0126)
0<
#ari #ari hasil hasil pengam pengamatan atan ini, ini, Skempt Skempton on (&?20) (&?20) mendefi mendefinis nisika ikan n parame parameter ter 7 yang disebut disebut akti%itas sebagai ! 7 =
,I
( 0/ )
?
#engan ? adalah persentase berat dari fraksi ikuran lempung. kti%itas tanah yang diui akan merupakan fungsi dari ma"am mineral lempung yang dikandungnya.
Contoh soal 13 :
eberapa per"obaan penentuan batas-batas konsistensi, menghasilkan data sebagai berikut ! #enda uji
umlah pukulan
1
!
&
4
&+
&<
+0
+>
+>,&2
+0,++
+0,+'
+0,&>
erat tanah basah = "a9an
( gram )
erat tanah kering = "a9an
( gram )
+1,+'
+',>?
+',>?
+',?'
erat "a9an
( gram )
&2,0'
&2,&'
&2,+'
&2,''
Tentukan Tentukan batas "air, indeks plastis ( PI ) dan indeks ( @I ) tanah tersebut nggap P@ 4 +';, 8 5 4 0>;. Penyelesaian Penyelesaian : %iket < P / !( @; / &:( 'kadar air asli+kadar air dilapan*an) %itanya < 2PI2I #
=
(berat tanah basah + "a9an) - (berat tanah kering + "a9an) (berat tanah kering + "a9an) - (berat "a9an)
G &'';
0>
7ontoh benda ui & !
#
+ !
#
0 !
#
1 !
#
=
=
=
=
+>,&2
−
+1,+'
+1,+'
−
&2,0'
+0,++
−
+',>'
+',>'
−
&2,&'
+0,+'
−
+',>?
+',>?
−
&2,+'
+0,&>
−
+',?'
+',?'
−
&2,''
G &'';
=
11,0> ;
G &'';
=
1+,1/ ;
G &'';
=
1',/' ;
G &'';
=
0>,>1 ;
:asil kadar air ( # ) dan umlah pukulan digambarkan pada diagram batas "air pada Gambar pukulan diperoleh kadar air 0?;. 0?;. adi, batas "air @@ ,.5. dari gambar diagram ini, pada +2 G pukulan 4 0?;. Indeks plastis ( PI ) 4 @@ - P@ 4 ( 0? H +' ) ; 4 &? ;. Indeks "air ( @I ) 4
8 5 − P@ PI
=
0> − +' &?
= ?1,<1;
Gambar C.&. 4ubungan kadar kadar air dan 'umlah pukulan
Contoh soal 1 :
0?
#ari penguian batas susut di laboratorium, diperoleh data sebagai berikut! erat tanah dalam "a9an mula-mula 4 1< gram dengan %olume &/,+2 "m 0. Setelah dikeringkan dalam o%en, beratnya tinggal 0' grain. Kolume Kolume ditentukan dengan men"elupkan tanah kering ini ke dalam air raksa. ir raksa yang tumpah seberat &2',?/ gram. :itunglah batas susut tanah ini.
Penyelesaian Penyelesaian : %iketahui #erat tanah A ca0an mula! 'm 1)/ 49 *ram #erat tanah A ca0an setelah dikerin*kan 'm !) / & *ram Bolume tanah mula! '?1) / 132!5 cm& Bolume tanah setelah dikerin*kan '? !) / 7 #erat air raksa yan* tumpah / 1523 *ram #erat jenis air raksa / 1&23 *ram+cm & O # / 1 t+m& atau 2:1 k;+m &
%itanya < 6itun* #atas 8usutnya 7
Gambar C.'
#ihitung %olume tanah setelah kering ! erat enis air raksa &0,/ gram F"m0
Kolume tanah kering o%en (V ( V +) 4 erat air raksa yang tumpah F berat enis air raksanya Kolume tanah kering o%en ! V + 4 &2',?/ gram F &0,/ gramF"m 0 4 &&,l "m0 atas susut ditentukan dengan menggunakan persamaan !
( m& − m+ )
S@ =
m+
−
(v& − v+ ) O # m+
G &'';
( &/,+2 − &&,& ) & ( 1< − 0' ) = − G &''; = 0?,2 ; 0' 0'
adi, batas susut ( S@ ) tanah ini adalah 0?,2;. 0?,2;.
1'
Contob soal 1& :
@empung enuh berbentuk kubus mempunyai %olume & m 0 dengan berat enis 4 +,< dan batas susut (S@) 4 &+;. @empung mempunyai kadar air +';, dikeringkan di ba9ah sinar matahari sampai men"apai kadar air 0;. nggap lempung ini adalah homogen dan isotropis, tentukan tinggi kubus lempung setelah kering. #iket! Klempung 4 & m0 (%olume) Aslempung 4 +,< (berat enis) S@ 4 &+ ; (batas susut) 9& 4 +'; (kadar air mula+) 9+ 4 0; (kadar air setelah dikeringkan)
γ 9 4 & tFm0 atau ?,>& k5Fm 0 ( erat %olume air) Penyelesaian :
3arena batas susut adalah batas kadar air di mana tanah tidak mengalami pengurangan %olume lagi, maka tinggi kubus setelah kering akan diperhitungkan terhadap kadar air pada batas susutnya, yaitu pada kadar air &+; (S@ 4 9+) 3ondisi sebelum dikeringkan ! 3adar air # 4 +'; 9
4 89 F8s
89 4 berat air 8s 4 berat butiran padat 9 F s 4 ',+' →
9 4 ',+' s
(&)
erat enis %s 4 s F ( V s γ 9) 4 +,< J s 4 +,< V s
(+)
#ari ( & ) dan ( + ) diperoleh hubungan, (γ 9 4 &) ! 9 F s 4 ',+ G +,< V s 4 ',21 V s $ntuk & m 0 tanah enuh (tanpa rongga udara), Kolume padat ! Kolume air !
V s
V #&
=
=
& & + ',21 ',21
& + ',21
G & m 0
G & m 0
=
=
',/2 m 0
',02 m 0
3ondisi setelah dikeringkan ! 3adar air yang d.iperhitungkan, # 4 &+;. 9 F s 4 ',&+ J 9 4 ',&+ s s 4 +,< V s J V 9 4 ',&+ G +,< V s 4 ',0+ V s 3ondisi sebelum dan sesudah dikeringkan, V s tetap sama. 1&
*aka %olume air 4 V 9+ 4 ',0+ G ',/2 4 ',+& m 0 Perubahan %olume air 4 V 9& - V 9+ 4 ',&1 m0. Kolume tanah setelah kering 4 & - ',&1 4 ',>/ m0 adi, tinggi kubus setelah kering 4 ( ',>/ ) &F0 4 ',?2 m.
.
$lasifikasi Tanah $mumnya, penentuan sifat-sifat tanah banyak diumpai dalam masalah teknis yang berhubungan dengan tanah. :asil dari penyelidikan sifat-sifat ini kemudian dapat digunakan untuk menge%aluasi masalah-masalah tertentu, seperti ! (&)
Penentuan penurunan bangunan, yaitu dengan menentukan kompresibilitas tanahnya.. #ari sini selanutnya digunakan dalam persamaan penurunan yang didasarkan pada teori konsolidasi dari Terzaghi.
(+)
Penentuan ke"epatan air yang mengalir le9at benda ui, guna menghitung koefisien permeabilitasnya. #ari sini kemudian dihubungkan dengan :ukum #ar"y dan aring arus untuk menentukan debit aliran yang le9at struktur tanahnya.
(0)
$ntuk menge%aluasi stabilitas tanah yang miring, dengan menentukan kuat geser tanahnya. #ari sini kemudian dimasukkan dalam rumus statika.
#alam banyak masalah teknis (sema"am peren"anaan perkerasan alan, bendungan dalam urugan, dan lain-lainnya), pemilihan tanah-tanah ke dalam kelompok ataupun subkelompok yang menunukkan sifat atau kelakuan yang sama akan sangat membantu. Pemilihan ini yang kemudian disebut klasifikasi. 3lasifikasi tanah sangat membantu peren"ana dalam memberikan pengarahan melalui "ara empiris yang tersedia dari hasil pengalamari yang lalu. Tetapi, peren"ana harus berhati-hati dalam. penerapannya karena penyelesaian masalah stabilitas, kompresi (penurunan), aliran air yang didasarkan pada klasifikasi tanah sering menimbulkan kesalahan yang berarti. 3ebanyakan klasifikasi tanah menggunakan indeks tipe pengulan yang sangat sederhana untuk
memperoleh
karakteristik
tanahnya.
3arakteristik
tersebut
digunakan
untuk
menentukan kelompok klasifikasinya. $mumnya, klasifikasi tanah didasarkan atas ukuran partikel yang diperoleh dari analisis saringan (dan per"obaan sedimentasi) dan plastisitasnya. Sekarang, terdapat dua sistem klasifikasi yang dapat digunakan. 3eduanya adalah Bnified oil ?lasification ystem dan S:T6. Sistem-sistem ini menggunakan sifat-sifat indeks tanah yang sederhana seperti distribusi ukuran butiran, batas "air dan indeks plastisitasnya. 3lasifikasi tanah dari sistem $nified mula pertama diaukan oleh 7asagrande (&?1+), kemudian dire%isi oleh kelompok teknisi dari $SR ( Bnited tate &ureau of +eclamation).
1+
#alam bentuk yang sekarang, sistem ini banyak digunakan oleh berbagai organisasi konsultan geoteknik.
10
1. 8istem $lasifikasi Unifified Pada sistem Bnified , suatu tanah diklasifikasikan ke dalam tanah berbutir kasar (kerikil dan pasir) ika lebih dari 2'; tinggal dalam saringan nomer +'', dan sebagai tanah berbutir halus (lanau dan lempung) ika lebih dari 2'; le9at saringan nomer +''. Selanutnya, tanah diklasifikasikan dalam seumlah kelompokm dan subkelompok yang dapat dilihat Tabel 1.
Simbol-simbol yang digunakan tersebut adalah ! A 4 kerikil ( gravel ) S
4 pasir ( sand )
7 4 lempung ( clay ) * 4 lanau ( silt )
11
6 4 lanau atau lempung organik ( organic silt or clay ) Pt 4 tanah gambut dan tanah organik tinggi ( peat and highly organic soil ) 8 4 gradasi baik ( #ell graded ) P
4 gradasi buruk ( poorlygraded )
: 4 plastisitas tinggi ( highplasticity ) @ 4 plastisitas rendah ( lo#plasticity ).
erikut ini diterangkan penggunaan Tabel 1. *isalnya, dari hasil penguian laboratorium diperoleh data ! batas plastis (P@) 4 &/;J batas "air (@@) 4 1+;, sedang dari analisis saringan diperoleh ! ;omer sarin*an
( lolos
1
&'','
&'
?0,+
1'
>&,'
+''
/&,2
12
3arena persentase lolos saringan nomer +'' adalah /&,2;, yang berarti lebih besar dari 2';, maka dalam Tabel 1 harus digunakan kolom ba9ah yaitu butiran halus. 3arena nilai @@ 4 1+; (lebih ke"il dari 2';), maka termasuk 7@ atau *@. Selanutnya, di"ari nilai indeks plastisnya, PI 4 @@ H P@. #ari sini ditemukan nilai PI 4 1+; - &/; 4 +/;. 5ilai-nilai PI dan @@ kemudian diplot pada diagram plastisitas, sehingga akan ditemukan letak titik di atas garis , yang menempati zone 7@. adi, enis tanah tersebut diklasifikasikan sebagai 7@ (lempung inorganik berplastisitas rendah). Prosedur untuk menentukan klasifikasi tanah sistem $nified adalah sebagai berikut ! (&)
Tentukan apakah tanah berupa butiran halus atau butiran kasar se"ara %isual atau dengan "ara menyaringnya dengan saringan nomer +''.
(+)
ika tanah berupa butiran kasar ! (a) Saring tanah tersebut dan gambarkan grafik distribusi butirannya. (b) Tentukan persen butiran lolos saringan no. 1. ila persentase butiran yang lolos kurang dari 2';, klasifikasikan tanah tersebut sebagai kerikil. ila persen butiran yang lolos lebih dari 2';, klasifikasikan sebagai pasir. (") Tentukan umlah butiran yang lolos saringan no. +''. ika persentase butiran yang lolos kurang dari 2;, pertimbangkan bentuk grafik distribusi butiran dengan menghitung 7 u dan 7". ika termasuk bergradasi baik, maka klasifikasikan sebgai A8 (bila kerikil) atau S8 (bila pasir). ika termasuk bergradasi buruk, klasifikasikan sebagai AP (bila kerikil) atau SP (bila pasir). (d) ika persentase butiran tanah yang lolos saringan no. +'' di antara 2 sampai &+;, tanah akan mempunyai simbol dobel dan mempunyai sifat keplastisan (A8-A*, S8-S*, dan sebagainya). (e) ika persentase butiran tanah yang lolos saringan no. +'' lebih besar &+;, harus diadakan penguian batas-batas tterberg dengan menyingkirkan butiran tanah yang tinggal dalam saringan no. 1'. 3emudian, dengan menggunakan diagram plastisitas, tentukan klasifikasinya (A*, A7, S*, S7, A*-A7 atau S*-S7).
(0)
ika tanah berbutir halus ! (a) 3erakan penguian batas-batas tterberg dengan menyingkirkan butiran tanah yang tinggal dalam saringan no. 1'. ika batas "air lebih dari 2', klasifikasikan sebagai : (plastisitas tinggi) dan ika kurang dari 2', klasifikasikan sebagai @ (plastisitas rendah), (b) $ntuk : (plastisitas tinggi), ika plot batas-batas tterberg pada grafik plastisitas di ba9ah garis , tentukan apakah tanah organik (6:) atau anorganik (*:) ika plotnya atuh di atas garis , klasifikasikan sebagai 7:. 1/
(") $ntuk @ (plastisitas rendah), ika plot batas-batas tterberg pada grafik plastisitas di ba9ah garis dan area yang diarsir, tentukan klasisifikasi tanah tersebut sebagai organik (6@) atau anorganik (*@) berdasar 9arna, bau, atau perubahan batas "air dan batas plastisnya dengan mengeringkannya di dalam o%en. (d) ika plot batas-atas tterberg pada grafik plastisitas atuh pada area yang diarsir, dekat dengan garis atau nilai @@ sekitar 2', gunakan simbol dobel.
II.
8istem $lasifikasi 86TC
Sistem
klasifikasi
S:T6
( 7merican
7ssociation
of
tate
4igh#ay
and
8ransportation Cfficials ?lassification) berguna untuk menentukan kualitas tanah guna peren"anaan tibunan alan, subbase dan subgrade. 3arena sistem ini dituukan untuk maksudmaksud
dalam
lingkup
tersebut,
penggunaan sistem ini
dalam
prakteknya
harus
dipertimbangkan terhadap maksud aslinya. Sistem klasifikasi S:T6 membagi tanah ke dalam tanah > kelompok, -& sampai > termasuk sub-subkelompok. Tanah-tanah dalam tiap kelompoknya die%aluasi terhadap indeks kelompoknya yang dihitung dengan rumus-rumus empiris. Penguian yang digunakan hanya analisis saringan dan batas-batas tterberg. Sistem klasifikasi S:T6, dapat dilihat dalam Tabel !. Indeks kelompok ( group inde$) digunakan untuk menge%aluasi lebih lanut tanah-tanah dalam kelompoknya. Indeks kelompok dihitung dengan persamaan ! AI 4 ( H 02) ',+ = ',''2 (@@ H 1')Q = ','& ( H &2)(PI H &') (&.0<) dengan AI 4 indeks kelompok ( group inde$)
4 persen material lolos saringan no. +''
@@ 4 batas "air PI 4 indeks plastisitas
ila nilai indeks kelompok (AI) semakin tinggi, semakin berkurang ketepatan penggunaan tanahnya. Tanah granuler diklasifikasikan ke dalam klasifikasi -& sampai -0. Tanah -& granuler yang bergradasi baik, sedang -0 adalah pasir bersih yang bergradasi buruk. Tanah -+ termasuk tanah granuler (kurang dari 02; le9at saringan no. +''), tetapi masih terdiri atas lanau dan lempung. Tanah berbutir halus diklasifikasikan dari -1 sampai <, yaitu tanah lempung-lanau. Perbedaan keduanya didasarkan pada batas-batas tterberg, Gambar 1. dapat digunakan untuk memperoleh batas-batas antara batas "air (@@) dan indeks
plastis (PI) untuk kelompok -1 sampai -< dan untuk sub kelompok dalam -+. 1<
%ambar 0. Nilainilai batasbatas 7tterberg untuk subkelompok 7@ 72 79 dan 7;
#alam Gambar 1, garis dari 7asagrande dan garis $ digambarkan bersama-sama. Tanah 6rganik tinggi seperti tanah gambut ( peat ) diletakkan dalam kelompok ->. :ubungan antara sistem
klasifikasi
$nified
dan
S:T6
ditinau
dari
kemungkinan-kemungkinan
kelompoknya, diperlihatkan dalam Tabel !a dan Tabel !b. 7ara penggunaan sistem klasifikasi S:T6 dinyatakan dalam"ontoh soal berikut ! nalisis butiran dari suatu tanah tak organik ditunukan dalam tabel di ba9ah ini ! Ukuran sarin*an ' mm )
( lolos
+,''' (no. &')
&''
','<2 (no. +'')
<2
','2'
/2
',''2
00
',''+
&>
#ata tanah lainnya, @@ 4 21;, PI 4 +0;, Penyelesaian dari data di atas dengan sistem klasifikasi S:T6 adalah sebagai berikut !
4 <2;,
lebih besar dari 02; lolos saringan no. +'', maka termasuk enis lanau atau lempung
@@
4 21;,
kemungkinan dapat dikelompokkan -2 (1&; minimum), -<-2 atau -<-/ (1&; minimum). 1>
PI
4 +0;,
untuk -2 PI maksimum &';. adi, kemungkinan tinggal salah satu -<-2 atau -<-/.
$ntuk membedakan keduanya, dihitung P@ 4 @@ H PI 4 21 H +0 4 0&, lebih besar 0'. ika dihitung indeks kelompoknya, AI 4 (<2 H 02)',+ = ',''2(21-1')Q = ','& (<2 H &2)(+0 H &'). 4 &? ( dibulatkan ) *engingat P@ B 0';, maka tanah diklasifikasikan -<-2 (&?). Perhatikan, nilai AI biasanya dituliskan pada bagian belakang dengan tanda kurung. Terdapat beberapa aturan untuk menggunakan nilai AI, yaitu ! (&)
ila AI N ', maka dianggap AI 4 '.
(+)
5ilai AI yang dihitung dari persamaan (&.0<), dibulatkan ke angka yang terdekat.
(0)
5ilai AI untuk kelompok tanah -&a, -&b, -+-2, dan -0 selalu nol.
(1)
$ntuk kelompok tanah -+-/ dan -+-<, hanya bagian dari persamaan indeks kelompok yang digunakan AI 4 ','& ( H &2)(PI H &').
(2)
Tak ada batas atas nilai AI.
1?
Tabel 1.9. 3lasifikasi tanah sistem S:T6
!atatan " #elompok $%7 dibagi atas $%7%5 dan $%7%6 bergantung pada batas plastisn&a ' PL () *ntuk PL + 30, klasiikasin&a $%7%5 *ntuk PL . 30, klasiikasin&a $%7%6 np / nonplastis
Contoh soal 1.1' :
nalisis saringan dan plastisitas pada + "ontoh tanah ditunukkan seperti pada Tabel berikut ini. ;o. 8arin*an
%iameter butiran 'mm)
Tanah I ' ( lolos )
Tanah I ' ( lolos )
1 &' 1' &'' +'' @@ P@ PI
1,<2 +,'' ',1+2 ',&2 ','<2
&'' ?+ >< <> /& +& &2 /
?/ >? 1& > 2 -- 5onplastis
3lasifikasi kedua enis tanah tersebut.
2'
Penyelesaian :
Aunakan Tabel 1.3 Aambarkan kur%a distribusi butiran untuk kedua "ontoh tanah ini ( Gambar ,1.9). $ntuk tanah I, dapat dilihat dari gambarnya , lebih dari 2'; lolos saringan no. +'' tterberg dibutuhkan untuk klasifikasinya. #ari nilai @@ 4 +& dan PI 4 /, menurut diagram plastisitas, tanah termasuk 7@ H *@. Tanah II termasuk tanah berbutir kasar, hanya 2; lolos saringan no. +''. 3arena ?/; tanah lolos saringan no. 1, tanah ini termasuk pasir (bukan kerikil). Perhatikan bah9a material lolos saringan no. +'' 4 2;. #ari Tabel 1.3 dapat diba"a bah9a tanah mempunyai dobel simbol, yaitu SP-S* bergantung pada nilai 7 u dan 7" nya. #ari grafik distribusi butiran diperoleh D/' 4 ',<0 mm, D0' 4 ',01 mm, D&' 4 ',&2 mm. 3oefisien keseragaman ! ? u =
D/' D&'
=
',<0 ',&2
= 1,>< < /
%ambar
3oefisien gradasi ! ? u =
( D/' )
+
( D&' )( D/' )
=
(',01)
+
',&2 G ',<0
= &,'/ < &
Tanah termasuk bergradasi baik, ika 7 " di antara & dan 0, sedang 7 u B /, 3arena tanah ini tak masuk kriteria tersebut, tanah adalah SP H S* dengan gradasi buruk. 3arena butiran halus lanau (nonplastis), tanah adalah S*.
2&
Contoh soal 1.1 :
nalisis saringan pada + "ontoh tanah P dan menghasilkan data sebagai berikut ! Perkiraan diameter butiran ( mm )
2
0,6
0,2
0,06
0,02
0,002
Persentase berat
P
100
34
24
20
14
0
Lolos saringan (%)
Q
95
72
60
41
34
19
Tanah P dengan berat %olume basah di lapangan &,<' tFm 0, kadar air +&; dan berat enis +,/2. Tanah diperoleh dari "ontoh asli ( undisturbed sample) menghasilkan nilai berat %olume basah +,' tFm 0, kadar air +0;, dan berat enis +,/>. 3lasifikasikan tanah-tanah tersebut. Tanah mana yang mempunyai kemungkinan kuat geser dan tahanan terhadap deformasi (penurunan) yang tinggi.
Penyelesaian :
Penyelesaian dengan menggunakan kur%a distribusi sangat tepat. Tapi, ada satu "ara yang lain yaitu dengan membagi-bagi kelompok butirannya. #ari klasifikasi butiran menurut *IT ! (a)
Tanah P utiran ukuran pasir
! ( &'' H +' ) 4 >';
utiran ukuran lanau
! ( +' H ' )
4 +';
#ari hitungan ini, dapat disimpulkan bah9a tanah P adalah pasir berlanau (S*), karena unsur pasir lebih banyak. erat %olume kering ! λ d = #ari
λ d = e=
% s λ #
&+ e +,/2 G &
n=
&,1' e &+ e
=
λ b &,<' = = &,1 tFm 0 & + ω & + ',+&
diperoleh
- & = ',>? ',>? & + ',>?
= ',1<
#ari nilai porositas yang diperoleh, dapat diketahui bah9a tanah P dalam kondisi sangat tidak padat. 6leh karena itu, kuat geser dan tahanan terhadap deformasi sangat rendah.
(b)
Tanah utiran ukuran kerikil
! ( &'' H ?2 ) 4 2;
utiran ukuran pasir
! ( ?2 H 1& )
4 21;
utiran ukuran lanau
! ( 1& H &? )
4 ++;
utiran ukuran lempung ! ( &? H ' )
4 &?; 2+
Total
4 &'';
#isini, terlihat seumlah material butiran halus. Penguian plastisitas diperlukan pada ukuran butiran halus untuk mendapatkan data yang dapat diper"aya. #ari pembagian ukuran butiran, tanah ini termasuk pasir berlanau-berlempung (S7) karena &?; butiran ukuran lempung akan memberikan nilai kohesi yang berarti. erat %olume kering
λ d e
n
=
=
=
+
=
& + ',+0 +,/> G & &,/0
-&
',/1
=
& + ',/1
&,/0 =
',/1
',0?
3arena terdapat butiran ukuran lempung, maka perlu ditinau kadar airnya. erat air dalam & m0 tanah 4 + - &,/0 4 ',0< m 0. Kolume air 4 ',0< m0 ( air & t F m0 ). 3adar air (9) telah diketahui +0;. Kolume rongga dalam & m 0 4 ',0? m 0. #eraat keenuhan ( = 3andungan udara =
V # V V
=
',0< ',0?
= ',?2 m0
& - ',0< - ( &,/0 F +,/> ) &
= ','+ = +;
Tanah ini hampir mendekati enuh, maka diharapkan tanah ini tidak akan menderita kehilangan kuat geser yang berarti pada 9aktu enuh sempurna. 3adar airnya (9 4 +0;) relatif rendah bila ditinau dari segi plastisitasnya. Tanah ini relatif akan mempunyai kuat geser yang tinggi dan tahanan yang baik terhadap deformasi (penurunan). 3arena itu, tanah lebih ideal untuk keperluan peren"anaan bangunan. nalisis di atas berguna sebagai pertimbangan a9al. 3arena, estimasi sifat-sifat tanah akan menadi bahan pertimbangan untuk melanutkan penyelidikan tanah se"ara detail. :al ini terutama untuk keperluan proyek-proyek yang besar. $ntuk mengetahui sifat tanah tersebut se"ara detail harus diadakan penyelidikan lebih lanut. Contob soal 1.1 :
$raikan karakteristik tanah-tanah yang diberikan oleh sistem klasifikasi $nified di ba9ah ini ! Tanah
PI
$lasifikasi
'
'
A8
1+ ;
1&;
7@
Penyelesaian :
(a)
Tanah 20
Tanah adalah kerikil bergradasi baik, seperti yang terlihat dalam simbol 8. Tanah ini akan memberikan drainasi yang baik dan sudut gesek dalam yang tinggi. adi, tanah ini merupakan bahan pendukung pondasi yang sangat baik kalau tidak terletak di atas lapisan yang kompresibel (mudah mampat).
(b)
Tanah Tanah adalah lempung (7), tapi dengan batas "air (@@) di ba9ah 2'; (ditanda dengan @ dalam klasifikasi). $ntuk memperoleh plastisitas yang rendah, lempung in harus di"ampur dengan pasir halus atau lanau atau "ampuran keduanya. Penguian yang saksama dibutuhkan untuk meren"anakan pondasi bangunan atau bila akan digunakan untuk bahan timbunan. ika lempung ini dekat dengan permukaan tanah, kemungkinan pengaruh kembang-susut harus dipertimbangkan.
Contoh soal 1.1* :
erapakah nilai perkiraan batas "air (@@) yang diharapkan pada tanah dan . 3emudian, ika drainasi alam sangat penting dalam pelaksanaan teknis proyeknya, tanah mana yang lebih "o"ok untuk itu L #iketahui data tanah dan sebagai berikut ! Tanah
PI
$lasifikasi
L
+&;
SP
L
1+;
7:
Penyelesaian :
Tanah adalah pasir bergradasi buruk, terlihat dalam huruf P dan S dalam klasifikasi. #rainasi pasir ini akan sangat baik, 9alaupun gradasinya buruk. atas "air akan nol dan nilai indeks plastisitas +&; pastilah merupakan kesalahan. tau, ika nilai PI benar, maka pasti ada partikel lempung di dalam tanahnya, 9alaupun
disebutkan bah9a tanah adalah SP.
Penge"ekan lebih lanut harus dilakukan untuk menentukan apakah tanah tersebut dapat diklasifikasikan sebagai S7 atau 7@. Tanah mempunyai indeks plastis yang sesuai dengan klasifikasinya. atas "air (@@) akan kira-kira sebesar /';. Tanah ini diharapkan kedap air. *aka, pada
kondisi yang
diberikan dalam soal ini, tanah lebih "o"ok. Contoh soal 1.2# :
21
#ua enis tanah kohesif diui menurut standar penguian batas plastis dan batas "air. atas plastis dari tanah adalah ++; dan tanah adalah 0+;. elaskan tanah-tanah
ini dan
berikan kemungkinan klasifikasinya. ika benda ui mempunyai kadar air asli lapangan /'; dan kandungan lempung +2;, bagaimana pula dengan indeks "air dan akti%itasnya L pakah yang dapat disimpulkan dari nilai terakhir ini L Tabel di ba9ah ini menunukkan hasil yang diperoleh dari penguian batas "airnya. Jumlah pukulan
< ? &1
$adar air ' w )
Tanah ',2+ ',1? ',1<
&/ &? +& +> 0'
',<> ',<2 ',<0 ',02 ',00
0& 01
Tanah
',// ',0+
0> 12
',/+ ',/'
Penyelesaian : Diket " aktiitas C " -resentase berat +raksi kran lem-n/ (kran btiran #4##2 mm )
Plot data pada tabel ke dalam diagram batas "air. :asilnya seperti Aambar 0. #ari gambar diagram batas "air, dapat dilihat bah9a tanah mempunyai batas "air @@ 4 0<;, sedang batas "air tanah 4 /?;. (a)
Tanah ! PI 4 @@ - P@ 4 (0< - ++); 4 &2;. PI &2; dan @@ 0<;. #ari diagram plastisitas Tabel &./, tanah adalah lempung Tanah, inorganik dengan plastisitas rendah (7@).
(b)
Tanah ! PI 4 (/? - 0+); 4 0<;. 3arena PI 0<; dan @@ 4 0+;, maka tanah adalah lempung inorganik dengan plastisitas tinggi.
22
5I = 7 =
N − ,5
=
,I ,I 0<;
=
?
+2;
/'; - 0+; 0<;
= ',
= &,1>
#ari nilai akti%itasnya, dapat ditentukan bah9a lempung "enderung mengandung lebih besar mineral montmorillonite.
%ambar 6
2/
PD"%T; !.1
Umum
Tanah, ke"uali berfungsi sebagai pendukung pondasi bangunan, uga digunakan sebagai bahan timbunan seperti tanggul, bendungan, dan alan. $ntuk situasi keadaan lokasi aslinya membutuhkan perbaikan guna mendukung bangunan di atasnya, ataupun karena digunakan sebagai bahan timbunan, maka pemadatan sering dilakukan. *aksud pemadatan tanah antara lain ! (&)
*empertinggi kuat geser tanah.
(+)
*engurangi sifat mudah mampat (kompresibilitas).
(0)
*engurangi permeabilitas.
(1)
*engurangi perubahan %olume sebagai akibat perubahan kadar air, dan lainlainnya.
*aksud tersebut dapat ter"apai dengan pemilihan tanah bahan timbunan, "ara pemadatan, pemilihan mesin pemadat, dan umlah lintasan yang sesuai. Tanah granuler dipandang paling mudah penanganannya untuk pekeraan lapangan. *aterial ini mampu memberikan kuat geser yang tinggi dengan sedikit perubahan %olume sesudah
dipadatkan.
Permeabilitas
tanah
granuler yang
tinggi dapat
menguntungkan maupun merugikan. Tanah lanau yang dipadatkan umumnya akan stabil dan mampu memberikan kuat geser yang "ukup dan sedikit ke"enderungan perubahan %olume. Tapi, tanah lanau sangat sulit dipadatkan bila dalam keadaan basah karena permeabilitasnya rendah. Tanah lempung yang dipadatkan dengan "ara yang benar akan memberikan kuat geser yang tinggi. Stabilitas terhadap sifat kembang-susut tergantung dari enis kandungan mineralnya. Sebagai "ontoh, lempung montmorillonite akan mempunyai ke"enderungan yang lebih besar terhadap perubahan %olume dibanding dengan lempung lenis kaolinite. @empung padat mempunyai permeabilitas yang rendah dan tanah ini tidak dapat dipadatkan dengan baik pada 9aktu basah. ekera dengan tanah lempung yang basah akan mengalami banyak kesulitan. Peristi9a bertambahnya berat %olume kering oleh beban dinamis disebut pemadatan. da perbedaan yang mendasar antara peristi9a pemadatan dan peristi9a konsolidasi tanah. 3onsolidasi adalah pengurangan pelan-pelan %olume porl yang berakibat bertambahnya berat %olume kering akibat beban statis yang bekera dalam periode tertentu. Sebagai "ontoh, pengurangan %olume pori tanah akibat berat tanah timbunan atau karena beban struktur di atasnya. #alam tanah kohesif yang enuh, proses 2<
konsolidasi akan diikuti oleh pengurangan %olume pori dan kandungan air dalam tanahnya yang berakibat pengurangan %olume tanahnya. Pemadatan adalah proses bertambahnya berat %olume kering tanah sebagal akibat memadatnya partikel yang diikuti oleh pengurangan %olume udara dengan %olume air tetap tidak berubah.
!.!
Pen*ujian Pemadatan
$ntuk men"ari hubungan kadar air dan berat %olume, dan untuk menge%aluasi tanah agar memenuhi persyaratan kepadatan, perlu diadakan penguian pemadatan. Pro"tor (&?00) telah mengamati bah9a ada hubungan yang pasti antara kadar air dan berat %olume kering supaya tanah padat. Selanutn%a, terdapat satu nilai kadar air optimum tertentu untuk men"apai nilal berat %olume kering maksimumnya. #eraat kepadatan tanah diukur dari berat %olume keringn%a. :ubungan berat %olume kering ( γ d) dengan berat %olume basah ( γ b) dan kadar air (9), dinyatakan dalam persamaan ! γ d
=
γ b
& + ω
erat %olume tanah kering setelah pemadatan bergantung pada enis tanah, kadar air, dan usaha yang diberikan oleh alat pemadatnya.. 3arateristik kepadatan tanah dapat dinilai dari penguian standar laboratorium yang disebut dengan Penguian Pro"tor. Prinsip penguiannya diterangkan di ba9ah ini. lat pemadatan berupa silinder mould yang mempunyai %olume ?,11 G &' -1 m0 (Aambar +.&), Tanah di dalam mould dipadatkan dengan penumbuk yang beratnya +,2 kg dengan tinggi atuh 0',2 "m. Tanah dipadatkan dalam tiga lapisan dengan tia p lapisan ditumbuk +2 kali pukulan (tanah dengan diameter B +' mm lebih dulu disingkirkan). #i dalam Upenguian beratU, mould yang digunakan masih tetap sama, hanya berat penumbuk diganti dengan yang 1,2 kg dengan tinggi atuh penumbuk 1',> "m. Pada per"obaan ini, butiran tanah dengan diameter B +' mm uga harus disingkirkan dengan ditumbuk dalam 2 lapisan.
2>
%ambar .0. 7lat ,engu'ian ,roctor
#alam penguian pemadatan, per"obaan diulang paling sedikit 2 kali dengan kadar air tiap per"obaan di%ariasikan. Selanutnya, digambarkan sebuah grafik hubungan kadar air dan berat %olume keringnya. Sifat khusus kur%anya dapat dilihat pada Gambar !.!.
%ambar . /urva hubungan kadar air dan berat volume ker ing.
3ur%a yang dihasilkan dari penguian memperlihatkan nilai kadar air yang terbaik untuk men"apai berat %olume kering terbesar atau kepadatan maksimum. 3adar air pada keadaan ini disebut kadar air optimum. 2?
Pada nilai kadar air yang rendah, untuk kebanyakan tanah, tanah "enderung bersifat kaku dan sulit dipadatkan. Setelah kadar air ditambah, tanah menadi lebih lunak. Pada kadar air yang tinggi, berat %olume kering berkurang. ila seluruh udara di dalam tanah dapat dipaksa keluar pada 9aktu pemadatan, tanah akan berada dalam kedudukan enuh dan nilai berat %olume kering akan menadi maksimum. kan tetapi, dalam praktek, kondisi ini sangat sulit di"apai. 3emungkinan berat %olume kering maksimum dinyatakan sebagai berat %olume kering dengan tanpa rongga udara atau berat %olume kering enuh, dapat dihitung dari persamaan ! γ d
=
%( γ & + ω %(
erat %olume kering setelah pemadatan pada kadar air 9 dengan kadar udara dapat dihitung dengan persamaan ! γ d
=
%( ( & - ) γ & + ω %(
:itungan hubungan berat %olume kering dengan tanpa rongga udara dan kadar air untuk A, 4 +,/2 diberikan dalam Aambar +.0.
%ambar .6. &erat volume kering dan kadar air untuk berbagai bentuk pemadatan
/'
!.&
8ifat-sifat Tanah empun* yan* %ipadatkan
Sifat-sifat teknis tanah lempung setelah pemadatan akan bergantung pada "ara atau usaha pemadatan, ma"am tanah, dan kadar airnya. Seperti sudah diterangkan di muka, pada per"obaan Pro"tor, usaha pemadatan yang dilakukan dengan lima lapisan akan memberikan hasil tanah yang lebih padat. daripada yang tiga lapisan. adi, dengan usaha pemadatan yang lebih besar akan diperoleh tanah yang lebih padat. iasanya, kidar air tanah yang dipadatkan didasarkan pada posisi-posisi kadar air sisi kering optimum (dry side of optimum), dekat optimum atau optimum, dan sisi basah optimum (9et side of optimum). 3ering optimum didefinisikan sebagai kadar air yang kurang dari kadar air optimumnya, sedang basah optimum didefinisikan sebagai kadar air yang lebih tinggi daripada kadar air optimumnya. #emikian uga dengan dekat optimum atau optimum, yang berarti kadar air %ang kurang lebih mendekati optimumnya. Penyelidikan pada tanah lempung yang dipadatkan memperliliatka n bah9a bila lempung dipadatkan pada kering optimum, susunan tanah akan tidak bergantung pada ma"am pemadatannya (Seed dan 7han, &?2?). Pemadatan tanah dengan kadar air pada basah optimum akan mempengaruhi susunan, kekuatan geser, serta sifat kemampatan tanahnya. Pada usaha pemadatan yang sama. dengan penambahan kadar air, penyesuaian susunan butiran menadi bertambah. Pada kering optimum, tanah selalu terflokulasi. Sebaliknya, pada basah optimum susunan tanah menadi lebih terdispersi beraturan. #alam Aambar +.1, susunan tanah pada titik 7 lebih teratur dari pada . ika usaha pemadatan ditambali, susunan tanah "enderung untuk lebih beraturan penyesuaiannya, bahkan berlaku uga pada kondisi kering optimumnya. #engan melihat Aambar +.1, "ontoh dalam titik V lebih teratur dari pada titik . Sedang pada kondisi basah optimum, susunan pada titik # akan lebih teratur dari pada titik 7.
%ambar .@. ,engaruh pemadatan pada susunan tanah ( 5ambe 012 )
/&
%ambar .2. ,erubahan permeabilitas dengan kadar air yang diberikan ( 5ambe 012 )
Permeabilitas tanah akan berkurang dengan penambahan kadar airnya pada usaha pemadatan yang sama dan men"apai minimum pada kira-kira kadar air optimumnya. ika usaha pemadatan ditambah, koefisien permeabilitas akan berkurang, sebab angka pori berkurang. Perubahan permeabilitas ini, bersama dengan pembentukan kadar airnya, dituniukkan pada Aambar +.2. #i sini, terlihat bah9a permeabilitasnya kira-kira lebih tinggi bila tanah dipadatkan pada kering optimum daripada bila tanah dipadatkan pada basah optimum. 3ompresibilitas atau sifat mudah mampat lempung yang dipadatkan adalah fungsi dari tingkat tekanan. yang dibebankan pada tanahnya. Pada tingkat tekanan yang relatif rendah, lempung yang dipadatkan pada basah optimum akan mempunyai sifat lebih mudah mampat /+
atau kompresibel. Sedang pada tingkat tekanan yang tinggi adalah kebalikannya (tidak mudah mampat). #alam Aambar +./ telihat bah9a perubahan (pengurangan) angka pori yang lebih besar teradi pada tanah yang dipadatkan basah optimum untuk penambahan tekanan diterapkan. Sifat pengembangan tanah lempung yang dipadatkan, akan lebih besar pada lempung yang dipadatkan pada kering optimum dari pada
yang dipadatkan pada basah optimum.
@empung yang dipadatkan pada kering optimum relatif kekurangan air. 6leh karena itu, lempung ini mempunyai ke"enderungan yang lebih besar untuk meresap air. Sebagai hasilnya adalah sifat mudah berkembang. Tanah lempung kering optimum umumnya lebih sensitif pada perubahan lingkungan seperti kadar air. :al ini kebalikan pada tinauan penyusutan (Aambar +.<). Tanah yang dipadatkan pada basah optimum akan mempunyai sifat mudah susut yang lebih besar.
(a) 3onsolidasi tekanan rendah
/0
%ambar .9 ,erubahan kemampatan pada kadar air yang diberikan (5ambe 012).
Pada tinauan kuat geser tanah lempung, tanah yang dipadatkan pada kering optimum akan mempunyai kekuatan yang lebih tinggi daripada yang dipadatkan pada basah optimum. 3uat geser tanah lempung pada basah optimum agak bergantung pada tipe pemadatannya karena perbedaan yang teradi pada susunan tanahnya. 3ur%a kekuatan tanah lempung berlanau yang dipadatkan dengan "ara remasan (kneading ) untuk usaha pemadatan yang berbeda diperlihatkan dalam Aambar +.>. Aambar ini menunukkan tekanan yang dibutuhkan untuk memberikan +2; regangan dan 2; regangan untuk tiga usaha pemadatan. 3ekuatan tanah kirakira sama pada kondisi basah optimum dan bertambah pada sisi kering optimum. Perhatikan bah9a pada kadar air basah optimum yang diberikan, tekanan pada regangan 2;, ternyata kurang pada energi pemadatan yang lebih tinggi. 3enyataan ini dilukiskan dalam Gambar !., di mana kekuatan didasarkan pada penguian 7R (7alifornia earing Ratio).
#alam penguian ini, tahanan penetrasi piston dengan luas penampang 0 in"i + diterapkan dalam "ontoh yang dipadatkan, kemudian dibandingkan dengan tahanan penetrasi dari "ontoh standar nemadatan kerikil yang dipe"ah. 7R adalah penguian untuk perkerasan alan. #alam Gambar !., usaha pemadatan yang lebih besar menghasilkan 7R kering optimum yang lebih besar. Tapi, perhatikan, 7R berkurang pada basah optimum untuk usaha pemadatan yang lebih tinggi. 3enyataan ini penting dalam peren"anaan, dan harus dipertimbangkan pada penanganan tanah timbunan. Tabel !.1 merupakan kesimpulan dari pengaruh kadar air kering optimum dan basah optimum terhadap beberapa sifat teknisnya ( 5ambe 012). /1
/2
(a) /uat geser (tekanan yang meyebabkan 2E regangan) terhadap kadar air
(b) /uat geser (tekanan yang meyebabkan2E regangan) terhadap kadar air
//
(c) &erat volume kering terhadap kadar air
%ambar .1. /uat geser diukur dengan ?&+ dan berat volume kering terhadap kadar air untuk pemadatan di laboratorium (8urnbull dan Foster 0129).
/<
8abel. .0
,erbandingan sifat tanah pada pemadatan kering optimum dan basah optimum (5ambe 012).
!.4
8pesifikasi Pemadatan Tanah di apan*an
Tuuan pemadatan adalah untuk memperoleh stabilitas tanah dan memperbaiki sifat teknisnya. 6leh karena itu, sifat teknis timbunan sangat penting diperhatikan, tidak hanya kadar air dan berat %olume keringnya. Prosedur pelaksanaan di lapangan pada umumnya, diterangkan di ba9ah ini.
/>
Per"obaan laboratorium dilaksanakan pada "ontoh tanah yang diambil dari borro9material (lokasi pengambilan bahan timbunan), untuk ditentukan sifat-sifat tanah yang akan diterapkan dalam peren"anaan. Sesudah bangunan dari tanah (tanggul, alan, dan sebagainya) diren"anakan, spesifikasi dibuat. Penguian kontrol pemadatan di lapangan dispesifikasikan dan hasilnya menadi standar pengontrolan proyek. Terdapat dua kategori spesifikasi untuk pekeraan tanah ! (&)
Spesifikasi hasil akhir dari pemadatan.
(+)
Spesifikasi untuk "ara pemadatan. $ntuk
kategori
pertama,
kepadatan
relatif
atau
persen
kepadatan
tertentu
dispesifikasikan (kepadatan relatif adalah nilai banding dari berat %olume ke lapangan dengan berat %olume kering maksimum di laboratorium menurut per"obaan standar, seperti per"obaan standar Pro"tor atau modifikasi Pro"tor). #alam spesifikasi hasil akhir (banyak digunakan pada proyek-proyek alan raya dan pondasi bangunan), sepanang kontraktor mampu men"apai spesifikasi kepadatan relatifnya, alat maupun "ara apa saa yang akan digunakan, diizinkan. $ntuk kategori kedua, yaitu spesifikasi untuk "ara pemadatan, ma"am dan berat mesin pemadat, umlah lintasan serta ketebalan tiap lapisan ditentukan. $kuran butiran maksimum bahan timbunan pun uga ditentukan. :al ini banyak untuk proyek pekeraan tanah yang besar seperti bendungan tanah.
!.5
$ontrol $epadatan di apan*an
da dua ma"am "ara untuk mengontrol kepadatan di lapangan, yaitu pemindahan tanah dan "ara langsung. 7ara dengan pemindahan tanah adalah berikut ! (&)
#igali lubang pada permukaan tanah timbunan yang dipadatkan.
(+)
#itentukan kadar airnya.
(0)
$kur %olume dari tanah yang digali. Teknik yang biasa dipakai untuk metode keru"ut pasir (sand "one) dan balon karet (rubber baloon). #alam "ara keru"ut pasir, pasir kering yang telah diketahui berat %olumenya dituangkan keluar le9at keru"ut pengukur ke dalam lubangnya. Kolume lubang dapat ditentukan dari berat pasir di dalam lubang dan berat %olume keringnya. #alam "ara balon karet, %olume ditentukan se"ara langsung dari pengembangan balon yang mengisi lubangnya.
(1)
#ihitung berat %olume basahnya ( γ b). 3arena berat dari tanah yang di ditentukan dan %olume telah diperoleh darl butir (0), maka
γ b dapat ditentukan. #engan kadar air yang
telah ditentukan di laboratorium, berat %olume lapangan dapat ditentukan.
/?
(2)
andingkan berat %olume kering lapangan dengan berat %olume kering maksimumnya, kemudian hitung kepadatan relatifnya.
Aambar se"ara skematis dari per"obaan keru"ut pasir dan balon karet dapat dilihat pada Gambar !.1a dan Gambar !.1b. 7ara langsung pengukuran kepadatan di lapangan dengan
penguian yang menggunakan isotop radioaktif, disebut dengan metode nuklir. #alam "ara ini penguian kepadatan di lapangan dapat dilaksanakan dengan "epat. Aambar skematis alat ini dapat dilihat pada Gambar !.1c.
%ambar .0: c <'
Contoh soal 2.1 :
$ntuk mengetahui berat %olume tanah di lapangan, dilakukan per"obaan keru"ut pasir (sand "one). Tanah seberat 1,2/ kg digali dari lubang di permukaan tanah. @ubang diisi dengan 0,21 kg pasir kering sampai memenuhi lubang tersebut. (a)
ika dengan pasir yang sama membutuhkan /,2< kg untuk mengisi "etakan dengan %olume ',''1+ m 0, tentukan berat %olume basah tanah tersebut.
(b)
$ntuk menentukan kadar air, tanah basah seberat +1 gram, dan berat kering +' gram dipakai sebagai benda ui. ika berat enis tanah +,/>, tentukan kadar air, berat %olume kering, dan deraat keenuhannya.
Penyelesaian :
(a)
Kolume lubang 4
',''1+ /,2<
erat %olume basah
(b)
γ b 4
G 0,21 = ',''+0 m 0
V
=
#ari penentuan kadar air =
erat %olume kering V = V s =
γ b
% sγ b
',''+0
γ d =
=
+'
γ b &+ #
+,/> G &''' G &'''
=
1
=
(
+1 G &''' 0
=
s
γ b 4
1,2/
=
+'&> kgFm 0
= ',+' = +'; +'&> & + ',+'
= &/>+ kgFm 0
= &&,>?0 mm0
+' G &''' 0 +,/> G &''' G &'''
= <1/0 mm0
0 V s = V - V s = 110' mm
V # = 1'' mm0 ( =
1''' 110'
= ',?'
adi, deraat keenuhan tanah tersebut 4 ?';
Contoh soal 2.2 :
#alam penguian pemadatan standar Pro"tor, diperoleh data sebagai berikut ! erat %olume basah ( gF"m0 ) ! 3adar air ( ; ) (a)
+,'/
+,&0
+,&2
+,&/
+,&1
! &+,?'
&1,0'
&2,<'
&/,?'
&<,?'
Aambarkan grafik hubungan berat %olume kering dan kadar air, dan tentukan besarnya berat %olume kering maksimum dan kadar airnya.
<&
(b)
:itung kadar air yang dibutuhkan untuk membuat tanah menadi enuh pada berat %olume kering maksimum, ika berat enis tanah +,<0.
(")
Aambarkan garis rongga udara nol ( Aero air void ) dan rongga udara 2;.
Penyelesaian :
(a) #ari persamaan ! #
! :01
γ b
!
γ d
!
γ d
=
γ b
&+ #
:0@6
:02;
:091
:0;1
:9
06
02
09
0@
0
09
09
02
0
#ari Gambar , !.1, diperoleh berat %olume kering maksimum γ d 4 &,>< tFm0 dan kadar air optimum 9opt 4 &1,?;
(b) Pada berat %olume kering γ d 4 &,>< t F m0. $ntuk & m 0 benda ui ! Kolume padat 4
&,>< +,<0 + &,'
=
',/>0 m0
<+
Kolume air untuk penenuhan 4 & H ',/>0 4 ',0&< m 0 erat air 4 ',0&< G & 4 ',0&< ton 3adar air # 4 ',0&< F &,>< G &'' 4 &< ;
(") Pilihlah nilai-nilai kadar air ! #E
!
&1
&2
&/
&<
&>
(& = 9A+ ) !
&,0>
&,1&
&,11
&,1/
&,1?
&,><
&,>0
- Untuk ron**a udara no2 1 E / 1 F G s γ 9 4 +,<0
γ d
&,?>
!
&,?1
&,?'
- Untuk 5( ron**a udara 1 E / 25 F Gs γ 9 (& H ) 4 +,/'
γ d
&,>>
!
&,>1
&,>'
&,<>
&,<1
Aambar kur%anya dapat dilihat pada Gambar ,.!1.
Contoh soal 2.3 :
(a) uktikan persamaan hubungan berat %olume kering, untuk sembarang deraat keenuhan sebagai fungsi dari kadar air, berat enis, dan berat %olume air, adalah !
γ d =
% s γ # & + % s # F (
(b) uktikan persamaan hubungan berat %olume kering terhadap kadar air untuk persen
rongga udara tertentu adalah !
γ d
=
% s (& − 7)γ # & + # % s
Penyelesaian :
(a) #eraat keenuhan !
(
=
V #
(&)
V v
Kolume air dalam tanah ! V # =
#γ d γ #
(+)
#engan kadar air # dalam desimal. Kolume rongga pori ! V V = & − V ( = & -
γ d γ #% s
(0)
Substitusi persamaan (+) dan (0) ke persamaan (&),
<0
