Modul Mekanika Tanah 2012

MEKANIKA TANAH I TSITSI-241 OLEH: FADHILA MUHAMMAD LT. ST.

JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS IBN KHALDUN BOGOR 2012 2012

Mekanika Tanah I Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Ibn Khaldun Bogor

MODUL 1 SIFAT – SIFAT INDEKS TANAH 1. PENGERTIAN DASAR 1.1. PENGERTIAN TANAH Tanah didefinisikan sebagai material yang terdiri dari agregat (butiran) mineral-mineral padat yang tidak tersementasi (terikat secara kimia) satu sama lain dari bahan-bahan organik yang telah melapuk (yang berpartikel padat) disertai dengan zat cair dan gas yang mengisi ruang-ruang kosong di antara partikel-partikel padat tersebut. Ilmu Mekanika Tanah (Soil Mechanics): Adalah cabang ilmu pengetahuan yang mempelajari sifat fisik dari tanah dan kelakukan massa tanah tersebut bila menerima bermacam-macam gaya. Ilmu Rekayasa Tanah (Soil Engineering) Merupakan aplikasi dari prinsip-prinsip mekanika tanah dan problema praktisnya. 1. 2. JENIS DAN UKURAN PARTIKEL TANAH Tanah berasal dari pelapukan kimia / fisik pada pada batuan. Yang hal itu sangat mempengaruhi perilaku engineeringnya. Tanah merupakan campuran dari partikel-partikel yang terdiri dari salah satu/ seluruh jenis berikut : 1. Berangkal (boulder) : batuan yang besar (> 250 mm – 300 mm) 2. Kerikil (gravel) : 5 mm – 150 mm 3. Pasir (sand) : 0,0074 mm - 5 mm. Mulai dari pasir kasar sampai dengan pasir halus. 4. Lanau (silt) : 0,002 mm – 0,0074 mm 5. Lempung (clay) : < 0,002 mm dan kohesif 6. Koloid : partikel mineral yang diam

2


Tabel 1.1. Penggolongan tanah oleh beberapa lembaga berdasarkan ukuran butir.

1. 3. SIFAT-SIFAT KHUSUS PADA TANAH • Tingkat empiris tinggi dan lebih berseni disbanding ilmu lain. Pada jarak yang berbeda sifat-sifat tanah bisa berbeda. • Tanah adalah material yang heterogen. • Tanah adalah material yang non linear. • Tanah adalah material yang tidak konservatif, yaitu mempunyai memori apabila pernah dibebani. Hal ini sangat mempengaruhi engineering properties tanah. Dengan mengenal dan mempelajari sifat-sifat tersebut, keputusan yang diambil dalam perancangan akan lebih ekonomis. Karena sifat-sifat tersebut maka penting dilakukan penyelidikan tanah (soil investigation) yang terdiri dari : Uji laboratorium dan uji lapangan Soil investigation dilakukan untuk tiap lokasi proyek yang akan didirikan struktur bangunan. Soil investigation yang dilakukan biasanya terdiri dari : Pengujian lapangan : 1. Sondir 2. Bor dan SPT (Standart Penetration Test) Pada uji pengeboran juga dilakukan pengambilan sampel tanah untuk diuji di laboratorium antara lain : kadar air, kepadatan tanah dsb

3


Adapun contoh hasil resume uji laboratorium sebagai berikut : Tabel 1.2. Resume Hasil Uji Laboratorium

1. 4. TEKSTURE TANAH dan KARAKTERISTIK LAIN PADA TANAH • Teksture adalah bagian solid / padat pada massa tanah terdiri secara primer dari partikel mineral & bahan organik dalam ukuran yang bervariasi dan jumlahnya bervariasi. • Teksture tanah tergantung pada ukuran relatif dan bentuk partikel. Gravel atau sand lebih kasar daripada silt dan clay. • Pada tanah berbutir kasar, teksture mempunyai hubungan erat dengan perilaku engineering. (Merupakan dasar dari klasifikasi tanah) • Untuk tanah berbutir halus , pengaruh yang penting adalah kehadiran air.

4


Tabel 1.1. Teksture dan Karekteristik Lain pada Tanah Nama Tanah Gravel, Sand Silt Berbutir kasar Berbutir halus Grain size Butiran tampak Butiran tunggal mata tidak tampak mata Non kohesif Non kohesif Karakteristik Non plastis Non plastis Berbutir Berbutir Relatif tidak Pengaruh air penting (kecuali : pada perilaku material berbutir, Penting engineering lepas dengan pembebanan dinamis) Pengaruh distribusi ukuran butir pada Penting Relatif tidak perilaku penting engineering

Clay Berbutir halus Butiran tunggal tidak tampak mata Kohesif Plastis

Sangat Penting

Relatif tidak penting

2. KOMPOSISI TANAH DAN HUBUNGAN ANTAR FASE • • •

Tiap massa tanah terdiri dari kumpulan partikel padat dengan rongga di antaranya. Rongga dapat diisi air udara, sebagian air dan udara. Partikel tanah padat adalah butiran tanah padat dengan mineral yang berbeda-beda.

5


Volume solid /butiran (Vs) Total volume tanah /Vt Volume water/ air (Vw) Volume void / pori (Vv) Volume air/ udara (Va) Penyajian ketiga komponen tanah tersebut dapat digambarkan dalam diagram fase , sebagai berikut :

• Perbandingan Volumetric 1. void ratio e,

e =

Vv Vs

,0
6


sands : 0,4 s/d 1,0 clays : 0,3 s/d 1,5 2. porositas n ,

n=

e 1+ e

n=

Vv x100% Vt

dan

e=

, 0 < n < 100%

n 1− n S=

Vw x100% Vt

3. Derajat kejenuhan S, Tanah kering, S = 0% Jika pori berisi jenuh air, S = 100% •

Perbandingan Massa

w=

Mw x100% Ms

Kadar air w, Perhitungan kadar air dihitung di laboratorium (ASTM D : 2216(1980 )) •

Perbandingan yang menghubungkan sisi Volumetric dan sisi Massa

Densitas/ kepadatan ρ

Mt Ms + Mw = Vt Vt Ms Mw ρs = , ρw = Vs Vw

ρ=

Besar ρ akan tergantung bagaimana air tejadi dalam rongga, dan berbeda pada tiap-tiap jenis tanah. Ada 3 harga ρ yang berguna dalam mekanika tanah. Dry density/ kepadatan kering :

ρd =

Ms , Vt

Saturated density/ kepadatan jenuh :

Ms+ Mw Vt ( Va = 0, S= 100%)

Submerged density/ kepadatan tercelup :

ρ’= ρsat – ρw

ρ=

Contoh Soal : 1. Given : - density = 1,76 t/m3, density of solid = 2,7 t/m3 - water content = 10%

7


Required : Compute : dry density, void ratio, porosity, degree of saturation, saturated density 2. Volume total suatu spesimen tanah adalah 80.000 mm3 dan beratnya 145 g, sedang berat keringnya adalah 128 g. Kepadatan butir tanah tanah adalah 2,68. Berdasarkan informasi tersebut, hitunglah : b. kadar air d) derajat kejenuhan c. void ratio e) kepadatan kering c) porositas f) kepadatan jenuh

2.1. Pengujian Kadar Air (Laboratorium) (ASTM D : 2216(1980 ) Kegunaan : Untuk menentukan kadar air tanah yaitu perbandingan berat air yang terkandung dalam tanah dengan berat kering tanah. Dinyatakan dalam prosen Prosedur Pelaksanaan : Tanah yang akan diperiksa ditempatkan dalam cawan yang bersih dan telah diketahui beratnya Cawan dan isinya ditimbang dan beratnya dicatat Cawan dan tanah basah dimasukkan di oven pengering sampai beratnya konstan. Keluarkan dari oven, kemudian dinginkan dalam desikator. Setelah dingin ditimbang beratnya dan dicatat Perhitungan : Berat cawan + tanah basah = W1 gram Berat cawan + tanah kering = W2 gram Berat cawan kosong = W3 gram Berat air = (W1-W2) gram Berat tanah kering = (W2-W3) gram Kadar air = (W1-W2) / (W2-W3) x 100% Contoh Soal : A sample of wet soil in a drying dish has a mass of 462 g. After drying in an oven at 110 C overnigth, the sample and dish have a mass of 364 g. The mass of the dish alone is 39 g Required Determine the water content of the soil.

8


Soal Tugas : a) Apa yang dimaksud dengan indeks properties dan engineering properties pada tanah, dan bagaimana kita dapat menentukan parameter tersebut ? Jelaskan. b) Setelah menentukan indeks dan engineering properties di atas, apakah guna selanjutnya ? c) Dari data tersebut (table 1.2), sebutkan mana saja parameter yang merupakan index propesties dan mana yang merupakan engineering properties tanah. d) Dari data tersebut, prediksikan keadaan alami tanah di lapangan.

9


MODUL 2 KLASIFIKASI SIFAT-SIFAT TANAH 1. PENGERTIAN DASAR Dari modul 1 diketahui bahwa 2 golongan besar tanah , yaitu : - tanah berbutir kasar, yaitu : gravel dan sand - tanah berbutir halus, yaitu : silt dan clay Telah dijelaskan bahwa pada tanah berbutir kasar hal yang paling berpengaruh terhadap perilaku engineeringnya adalah tekstur dan distribusi ukuran butir. Sedang pada tanah berbutir halus yang mempengaruhi perilaku engineeringnya adalah kehadiran air. Sehingga untuk menentukan sifat-sifat tanah berbutir kasar yaitu dengan cara melihat kurva distribusi ukuran butir yang dihasilkan dari pengujian ANALISA SARINGAN (SIEVE ANALYSIS) di laboratorium . Untuk menentukan sifat-sifat tanah berbutir halus dengan melihat hasil dari pengujian BATAS-BATAS ATTERBERG (ATTERBERG LIMITS) di laboratorium. 2. UKURAN BUTIR DAN DISTRIBUSI UKURAN BUTIR • • •

Ukuran partikel pada tanah berbutir mempengaruhi perilaku tanah Tanah berada pada range berangkal (boulder) sampai butiran yang sangat halus (koloid) Bagaimana distribusi ukuran butir dihasilkan ? Dengan analisa saringan (sieve analysis) atau uji gradasi ASTM (1980) : C 136 dan D 422 AASHTO (1978) T27 dan T 88 Table 1. Standar ukuran saringan dan hubungannya dengan lubang Saringan US Standart Sieve No 4 10 20 40 60 100 140 200

Sieve opening (mm) 4,75 2,00 0,85 0,425 0,25 0,15 0,106 0,075

10


Untuk tanah berbutir halus (lebih halus dari saringan no 200 US Standart Sieve) Menggunakan analisa hidrometer : Analisa Hidrometer didasarkan pada Hukum Stokes : butiran yang mengendap dalam cairan mempunyai kecepatan mengendap yang tergantung pada diameter butir dan kerapatan butir dalam cairan. ASTM (1980) D422, AASHTO (1978) T88.

Gambar 1.Alat Uji Analisa Saringan 2. 1. KURVA DISTRIBUSI UKURAN BUTIR Hasil dari analisa mekanik (sieve analysis dan hidrometer), umumnya digambar di atas kertas semi logaritmik , dikenal sebagai kurva distribusi ukuran butir. Dari kurva tersebut dapat dibedakan : - well graded : tanah bergradasi tidak seragam - uniform graded : tanah bergradasi seragam poorly graded - gap graded/ skip graded : tanah bergradasi berjenjang Kurva distribusi ukuran butir dapat dilihat pada Gambar 2. Untuk menentukan tipe gradasi tersebut ada parameter lain, yaitu : • Koefisien keseragaman :

Cu =

D 60 D10

D60 = diameter butir (dalam mm) yang berhubungan dengan 60% lolos D10 = diameter butir (dalam mm) yang berhubungan dengan 10% lolos

11


- Harga Cu makin kecil : tanah makin seragam - Cu = 1 : tanah hanya mempunyai 1 ukuran - Tanah yang bergradasi sangat jelek misalnya : pasir pantai, Cu = 2 atau 3 - Tanah dengan gradasi sangat baik Cu>15 atau lebih - Harga Cu sampai dengan 1000 •

Koefisien kelengkungan :

Cc =

-

( D30) 2 ( D10)( D60)

D30 = diameter butir (dalam mm) dimana 30% lolos saringan Cc di antara 1 dan 3 : gradasi baik Sepanjang Cu > 4 untuk kerikil Cu > 6 untuk pasir

Gambar 2. Kurva distribusi ukuran Butir

12


Soal : 1. Dari kurva distribusi ukuran butir yang ditunjukkan pada gambar 2, hitung D10, Cu, Cc untuk tiap kurva distribusi ukuran butir tersebut. 2. Hasil percobaan analisa ayakan untuk dua jenis tanah adalah : Ukuran ayakan

Berat tanah tertinggal masing-masing pada ayakan (mm) Contoh A (gram) Contoh B (gram) 37.5 0.0 19 26 9.5 31 4.75 11 0.0 2.36 18 8.0 1.18 24 7.0 0.6 21 11.0 0.3 41 21.0 0.21 32 63.0 0.15 16 48.0 0.075 15 14.0 pan 15 3.0 250 175.0 a. Hitung Cu dan Cc untuk masing-masing tanah b. Hitung berapa prosentase kerikil, pasir, dan butir halus untuk masingmasing tanah. 3. Berikut ini adalah hasil dari analisis ayakan a. Tentukan presentase butiran yang lebih halus (yang lolos) dari tiap-tiap ayakan dan gambarkan kurva distribusi ukuran butirnya b. Tentukan D10, D30, D60 dari kurva distribusi ukuran butir tersebut c. Hitung koefisien keseragaman Cu d. Hitung koefisien gradasi Cc e. Beri komentar bagaimana gradasi tanah tersebut 3. BATAS-BATAS ATTERBERG Apabila tanah berbutir halus mengandung mineral lempung, maka tanah tersebut dapat diremas-remas tanpa menimbulkan retakan. Sifat kohesif ini disebabkan oleh karena adanya air yang terserap di sekeliling permukaan dari partikel lempung. Pada awal tahun 1900-an seorang ilmuwan dari Swedia bernama Atterberg menjelaskan pengaruh dari variasi kadar air terhadap konsistensi tanah berbutir halus. Bila kandungan air sangat tinggi, maka campuran tanah dan air akan menjadi sangat lembek seperti cairan. Oleh

13


sebab itu atas dasar kandungan air pada tanah, dapat dipisahkan ke dalam empat keadaan dasar , Yaitu : padat, semi padat, plastis dan cair seperti ditunjukkan pada gambar di bawah ini .

Padat/solid

semi padat/semi solid

plastis

cair

Kadar air bertambah Batas Susut (SL)

Batas Plastis (PL)

Batas Cair (LL)

Gambar 3. Pengertian batas-batas Atterberg Kadar air dinyatakan dalam prosen , dimana terjadi transisi dari keadaan padat ke semi padat didefinisikan sebagai batas susut (shrinkage limits). Kadar air dimana transisi dari keadaan semi padat ke keadaan plastis terjadi dinamakan batas plastis (plastic limits), dan dari keadaan plastis ke keadaan cair dinamakan batas cair (liquid limits). Batas-batas ini dinamakan dengan BATAS-BATAS ATTERBERG Karena batas-batas Atterberg adalah kadar air dimana perilaku tanah berubah, keadaan ini dapat dihubungankan dengan kurva teganganregangan yang dihasilkan pada Gambar 4.

Gambar 4. Hubungan tegangan –regangan pada masing-masing fase tanah

14


3.1. PENGUJIAN BATAS CAIR, BATAS PLASTIS, BATAS SUSUT Pengujian tersebut dilakukan di laboratorium berdasarkan ASTM sbb : Batas cair (LL) Batas plastis(PL) Batas susut

ASTM D-423 c ASTM D-424 ASTM D-427

BATAS CAIR (LL) Skema dari alat (tampak samping) yang digunakan untuk menentukan batas cair diberikan dalam Gambar 5 Alat tersebut terdiri dari mangkok kuningan yang bertumpu pada dasar karet yang keras . Mangkok kuningan dapat diangkat dan dijatuhkan di atas dasar karet keras tersebut dengan sebuah pengungkit eksentris (cam) dijalankan oleh suatu alat pemutar. Untuk melakukan uji batas cair, pasta tanah diletakkan dalam mangkok kuningan kemudian digores tepat di tengahnya dengan menggunakan alat penggores standar (gambar 5b). Dengan menjalankan alat pemutar , mangkok kemudian dinaikturunkan dari ketinggian 0,3937 in (10 mm). Kadar air dinyatakan dalam persen, dari tanah yang dibutuhkan untuk menutup goresan yang berjarak 0,5 in (12,7 mm) sepanjang dasar contoh tanah di dalam mangkok (lihat gambar 2.3c dan 2.3d) sesudah 25 pukulan didefinisikan sebagai batas cair (liquid limit).

•

Untuk mengatur kadar air dari tanah yang bersangkutan agar dipenuhi persyaratan di atas ternyata sangat sulit. Oleh karena itu kalau dilakukan uji batas cair paling sedikit empat kali pada tanah yang sama tetapi pada kadar air yang berbeda-beda sehingga jumlah pukulan N, yang dibutuhkan bervariasi antara 15 dan 35. Kadar air dari tanah, dalam persen, dan jumlah pukulan masing-masing uji digambarkan di atas kertas grafik semi log (Gambar 6). Hubungan antara kadar air dan log N dapat dianggap sebagai garis lurus. Garis lurus tersebut dinamakan sebagai kurva aliran (flow curve). Kadar air yang bersesuaian dengan N = 25, yang ditentukan dari kurva aliran, adalah batas cair dari tanah yang bersangkutan. Kemiringan dari garis aliran (flow line) didefinisikan sebagai indeks aliran (flow index) dan dapat ditulis sebagai :

If

=

w1 − w 2 N 2 log N1

dimana : If = indeks aliran w1 = kadar air, dalam persen dari tanh yang bersesuaian dengan jumlah pukulan N1

15


w2 = kadar air, dalam persen, dari tanah yang besesuaian dengan jumlah pukulan N2 Jadi, persamaan garis aliran dapat dituliskan dalam bentuk yang umum, sebagai berikut

w = −If logN + C Atas dasar hasil analisis dari beberapa uji batas cair, US waterways Experiment Station, Vicksburg, Mississippi (1949) mengajukan suatu persamaan empiris untuk menentukan batas cair yaitu :

N LL =    25 

tan β

dimana : N = jumlah pukulan yang dibutuhkan untuk menutup goresan selebar 0,5 in pada dasar contoh tanah yang diletakkan dalam mangkok kuningan dari alat uji batas cair. WN = kadar air dimana untuk menutup dasar goresan dari contoh tanah dibutuhkan pukulan sebanyak N tan β = 0,121 (harap dicatat bahwa tidak semua tanah mempunyai harga tan β =0,121)

Gambar 5. Uji batas cair : a)alat untuk uji batas cair, b) alat untuk menggores, d)contoh tanah sebelum diuji, d)contoh tanah setelah diuji

16


Gambar 6. Kurva aliran Soal : 1. Dari percobaan penentuan batas cair (LL) suatu contoh tanah berbutir diperoleh data sebagai berikut A) Jumlah ketukan Kadar air % 15 77 18 74 20 72 30 65 37 61 45 59 B) Jumlah ketukan 16 20 30 50

Kadar air (%) 58.0 56.6 54.0 50

Tentukan batas cair (LL) untuk tanah A maupun tanah B.

17


BATAS PLASTIS (PL) Batas plastis didefinisikan sebagai kadar air, dinyatakan dalam persen, dimana tanah apabila digulung sampai dengan diameter 1/8 in (3,2 mm) menjadi retak-retak. Batas plastis adalah batas terendah dari tingkat keplastisan suatu tanah. Cara pengujiannya sangat sederhana, yaitu dengan cara menggulung tanah berukuran elipsoida dengan telapak tangan di atas kaca datar ( gambar 8a dan 8b)

•

Indeks Plastisitas (plasticity index (PI)) adalah perbedaan antara batas cair dan batas plastis suatu tanah, atau :

PI = LL − PL

Gambar 7. Uji batas plastis. a) Contoh yang sedang digulung, b)gulungan tanah yang retak-retak • BATAS SUSUT (SL) Suatu tanah akan menyusut apabila air yang dikandungnya secara perlahan-lahan hilang dari dalam tanah. Dengan hilangnya air secara terusmenerus, air akan mencapai tingkat keseimbangan dimana penambahan kehilangan air tidak akan menyebabkan perubahan volume (gambar 9). Kadar air, dinyatakan dalam persen di mana perubahan volume suatu massa tanah berhenti dinamakan batas susut.

18


Uji batas susut di laboratorium dilakukan di laboratorium menggunakan mangkok poselin dengan diameter kira – kira 1,75 in (44,4 mm) dan tinggi kirakira 0,5 in ( 12,7 mm). Bagian dalam dari mangkok diolesi vaselin kemudian diisi tanah basah sampai penuh. Permukaan tanah di dalam mangkok kemudian diratakan dengan menggunakan penggaris yang bersisi lurussehingga permukaan tanah tersebut menjadi sama tinggi dengan sisi mangkok. Berat tanah basah di dalam mangkok ditentukan. Tanah dalam mangkok kemudian dikeringkan di dalam oven. Volume dari contoh tanah yang telah dikeringkan ditentukan dengan menggunakan air raksa.

Gambar 8. Definisi batas susut

Seperti ditunjukkan dalam Gambar 8. batas susut ditentukan dengan cara berikut :

SL = wi (%) − ∆w(%) dimana : wi = kadar air tanah mula-mula pada saat ditempatkan di dalam mangkok uji batas susut ∆w = perubahan kadar air (yaitu antara kadar air mula-mula dan kadar air pada batas susut

Tetapi :

wi (%) =

m1 − m 2 x100 m2

dimana : m1 = massa tanah basah dalam mangkok pada saat permulaan pengujian (gram) m2 = massa tanah kering (gram), lihat gambar .8

19


Selain itu :

∆w(%) =

(Vi − Vf ) ρw x100 m2

dimana : Vi = volume contoh tanah basah pada sat permulaan pengujian (yaitu volume mangkok, cm3. Vf = volume tanah kering sesudah dikeringkan di dalam oven Ρw = kerapatan air (gr/cm3) Dengan menggabungkan persamaan-persamaan di atas, maka didapat :

 m − m2 SL =  1  m2

  (Vi − Vf ) ρw  (100) −   (100) m2   

SOAL TUGAS 2. Hasil-hasil batas-batas Atterberg pada suatu contoh tanah memberikan hasil seperti pada tabel berikut ini : Uji Batas Cair (massa dalam gr) Jumlah ketukan 17 21 No.pengujian 1a 2a 2b 1b Massa basah 9,35 13,69 total (tanah + 9,68 12,16 cawan) Massa kering 8,79 11,35 total (tanah + 9,20 10,19 cawan) Massa cawan 7,11 4,05 7,77 4,05

26 3a

30 3b

34

10,11 9,27

4a 4b 10,31 11,08

5a 5b 11,50 9,59

8,67 8,02

8,84 9,42

9,78 8,31

4,10 4,07

4,10 4,10

4,07 4,05

Uji Batas Plastis (massa dalam gr) Nomor cawan Massa basah total Massa kering total Massa cawan

Pengujian 1 A B 6,32 6,56 5,94 6,15 4,06 4,10

a. Tentukan batas cair tanah tersebut. b. Tentukan batas plastis dari tanah tersebut. c. Berapakah indeks plastisitas tanah tersebut ?

20

Pengujian 2 C D 6,54 6,36 6,12 5,97 4,07 4,05


3. Dari percobaan penentuan batas cair (LL) suatu contoh tanah berbutir diperoleh data sebagai berikut Jumlah ketukan 15 18 20 30 37 45

Kadar air % 77 74 72 65 61 59

a. Tentukan batas cair (LL) untuk tanah tersebut b. Jika plastic limit = 32% untuk tanah tersebut, dan kadar air natural di lapangan sebesar 27%, tentukan harga PI dan LI tanah tersebut. Serta prediksikan keadaan tanah tersebut di lapangan, c. Berikan penjelasan apa yang dimaksud dengan LL, PL, PI dalam batas-batas Atterberg, dan apa fungsinya dalam mekanika tanah.

21


MODUL 3 KLASIFIKASI TANAH 1. PENGERTIAN KLASIFIKASI TANAH

Berbagai usaha telah dilakukan untuk memperoleh klasifikasi umum yang dapat membantu dalam memprediksi perilaku tanah ketika mengalami pembebanan. Metode yang telah dibuat didasarkan pada pengalaman yang diperoleh dalam perancangan fondasi dan riset. Dari sini, tanah fondasi yang ditinjau menurut klasifikasi tertentu dapat diprediksi perilakunya, yaitu didasarkan pada pengalaman di lokasi lain, namun memiliki tipe tanah yang sama. •

•

Sistem klasifikasi tanah adalah suatu sistem pengaturan beberapa jenis tanah yang berbeda-beda tapi mempunyai sifat yang serupa ke dalam kelompok-kelompok dan sub kelompok-sub kelompok berdasarkan pemakaiannya. Sistem klasifikasi memberikan bahasa yang mudah untuk menjelaskan secara singkat sifat-sifat tanah yang bervariasi tanpa penjelasan yang terinci.

2. FUNGSI KLASIFIKASI TANAH

Dalam perancangan fondasi, klasifikasi tanah berguna sebagai petunjuk awal dalam memprediksi kelakuan tanah. Engineer akan mempunyai gambaran yang baik mengenai perilaku tanah tersebut dalam berbagai situasi, misalnya selama konstruksi, di bawah beban-beban struktural dan lain lain. 3. Sistem Klasifikasi AASHTO

22


Soal : 1. Hasil dari uji analisis distribusi butir suatu tanah adalah sebagai berikut : Presentase butiran yang lolos ayakan No.10 = 100% Presentase butiran yang lolos ayakan No.40 = 58% Presentase butiran yang lolos ayakan No.200 = 58% Batas cair (LL) dan indeks plastisitas (PI) dari tanah yang lolos ayakan No.40 adalah 30 dan 10 Klasifikasikan tanah tsb dg cara AASHTO 2. 95% dari berat suatu tanah lolos ayakan no.200 dan mempunyai batas cair 60 dan indeks plastisitas 40. Klasifikasikan tanah tersebut dengan sistem AASHTO

23


3. Klasifikasikan tanah berikut dengan metode AASTHO

4. Sistem Klasifikasi USCS

Dalam sistem klasifikasi tersebut secara garis besar tanah dibagi dalam 2 kelompok : kelompok tanah berbutir kasar dan tanah berbutir halus yang didasarkan material yang lolos saringan nomor 200 (diameter 0,075 mm). Huruf pertama pada pemberian nama kelompoknya, adalah merupakan singakatan dari jenis-jenis tanah berikut : G = kerikil (gravel) S = pasir (sand) M = lanau (silt, hurf M singkatan dari MO, bahasa Skandinavia) C = lempung (clay) O = organik (organic) Pt = gambut (peat) Huruf-huruf kedua dari klasifikasi dinyatakan dalam istilah-istilah : W P L H

= gradasi baik (well graded) = gradasi buruk (poor graded) = plastisitas rendah (low plasticity) = plastisitas tinggi (high pasticity)

24


25


Soal : 1. Klasifikasikan tanah berikut berdasarkan USCS

Tanah A

Tanah B

LL

30

26

PL

22

20

SOAL TUGAS 1. Klasifikasikan berdasrkan AASTHO dan USCS

26


27


28


2. Diberikan data analisa saringan dan data plastisitas untuk tanah berikut : Ukuran saringan No.4 No.10 No.40 No.100 No.200 LL PL PI

Soil 1 % lolos 99 92 86 78 60 20 15 5

Soil 2 % lolos 97 90 40 8 5 NP

Soil 3 % lolos 100 100 100 99 97 124 47 77

Soil 4 % lolos 99 96 89 79 70 49 24 25

Soil 5 % lolos 23 18 9 5 4 NP

Klasifikasikan tanah-tanah tersebut menurut system AASHTO dan USCS

3. Diberikan data analisa saringan dan data plastisitas untuk tanah berikut :

Contoh soal: Contoh-contoh tanah kohesif yang diambil dari beberapa lokasi pekerjaan, dilihatkan dalam Tabel berikut. Pada tabel tersebut kadar air rata-rata di lapangan yang ditunjukkan dalam kolom 2 diambil dari beberapa contoh tanah. Nilai angka pori pada kondisi kadar air di lapangan diberikan dalam kolom 3, bersama-sama dengan angka pori yang diambil pada saat contoh tanah pada kedudukan bats cair dan batas plastis. Perhatikan, pada tanah 2,

29


nilai PL bnervariasi menurut kedalaman contohnya, yaitu semakin dalam, nilainya semakin mengecil. Nilai G, dapat dianggap sama dengan 2,65.

Penyelesaian : Pada saat tanah jenuh (S = 1) berlaku : e = wG, atau w = e/G Bila kadar air di lapangan (Wn), berkurang dari nilai w = e/G, maka tanah dalam kondisi tidak jenuh. Sebaliknya jika nilai Wn lebih besar dari pada nilai tersebut, berarti tanah di lapangan dalam kondisi jenuh. Tanah 1 : LL = 28% ; PL = 25% ; maka PI = LL – PL = 3%. PI sangat rendah, kemungkinan besar tanahnya adalah lanau sedikit kohesif. Kadar air di lapangan Wn = 21%, lebih kecil dari w = e/Gs = 0,63/2,65 = 0,24 = 24%, maka tanah di lapangan dalam kondisi tidak jenuh dengan kadar air di lapangan lebih rendah dari pada PL (karena kadar air oada batas plastis PL = 0,66/2,65 = 25%) Tanah 2 : WN = 38%, sedikit lebih besar dari pada PL maksimum = 36%, jadi tanah di lapangan dalam keadaan plastis. Dari nilai LL = 52% dan PI yang berkisar antara (52 – 36)% = 16% dan (52 – 26)% = 26%, menurut grafik plastisitas, tanah termasuk lanau anorganik berkompresibilitas tinggi (MH) (jika tanahnya anorganik). Dari variasi PI yang bertambah dengan kedalamannya, dapat diperkirakan kuat geser tanah ini bertambah jika kedalaman bertambah. Yaitu dengan mengingat korelasi antara kuat geser undrained (tak-terdrainasi) dan PI, cu/po’ = 0,11 + 0,0037(PI), yang disarankan oleh Skempton (1957) dengan po’ = tekanan overburden efektif).

30


Tanah 3 : LL = 38% dan PI = 25%, maka PL = (38 – 25)% = 13%. Dari nilai-nilai LL dan PI, menurut Gambar 1.11 maka diperkirakan tanah termasuk lempung anorganik berplastisitas sedang (CI). Nilai kadar air di lapangan WN = 21%, jadi tanah masih dalam daerah plastis. Dari angka pori e = 0,56, maka tanah dalam kondisi jenuh, karena w = 0,56/2,65 = 21% = WN. Tanah 4 : Dari LL = 19% dan PI = 30%, sedangkan dari kenampakan mata tanah adalah pasir halus, hasil-hasil pengujian laboratorium tersebut harus ditinjau kembali, karena tanah pasir tidak akan mempunyai PI = 30%. Tanah di lapangan mungkin dalam kondisi sangat basah, karena WN = e/Gs = 0,52/2,65 = 19,6 > LL = 19%. Jadi, tanah di lapangan pada kedudukan kadar air yang melebihi batas cairnya. Tanah 5 : Dari angka pori pada kedudukan batas plastis e = 0,85 = w/Gs, diperoleh kadar air pada batas plastis PL = 0,85/2,65 = 32%. Kadar air di lapangan WN = 35%, lebih besar dari bats plastisnya maka tanah dalam kondisi plastis. PI = LL – PL = (62 – 32)% = 30%. Jika PI dan LL diplot pada grafik plastisitas, maka akan jatuh di dekat batas antara lanau kompresibilitas tinggi (MH) dan lempung plastisitas tinggi (CH). Untuk perancangan fondasi, maka perlu dilakukan uiji konsolidasi. Contoh Soal: Hasil-hasil analisis ukuran butir dari 5 tipe tanah yang disertai dengan klasifikasi tanah menurut MIT. Bagaimana interpretasi yang dapat diberikan dari masingmasing kurvanya?

:

31


(a) Tanah SC : Kurva ini memperlihatkan tanah dengan kira-kira 25% berupa kerikil. Kuravanya banyak berada pada daerah pasir dengan sedikit kandungan lanau (kira-kira 6%) dan kandungan lempung 15%. Campuran pasir dan lempung yang demikian dapat saling mengikat dan dapat dipadatkan dengan baik. (b) Tanah CH Terdiri dari material lempung sebanyak 60%. Pada umumnya, jika tanah semakin halus, kurvanya akan semakin ke kanan. Walaupun 40% lebih kasar dari butiran lempung, tanah nampak bersifat sebagai tanah lempung. Pada kenyataannya, tanah dengan 30% lebih butiran lempung, diharapkan berperilaku seperti lempung. Karena konsentrasi butiran halusnya tinggi, maka tanah ini berplastisitas tinggi. (c) Tanah ML Kira-kira 70% dari material ini berada pada tanah pasir, terutama pada daerah pasir halus. Material sisanya adalah ukuran lanau. Tanah ini dapat dikatakan sebagai pasir berlanau atau pasir halus berlanau, karena kurva tercuram pada bagian pasir halus. (d) Tanah SF Tanah ini berada pada interval pasir dan lanau. Kira-kira 60% terdiri dari pasir halus, lanau, dan lempung, dengan kira-kira 30% berupa lempung. Tanah ini berupa pasir yang banyak mengandung butiran halus, jadi dapat dinyatakan sebagai pasir berlempung. (e) Tanah GP : Kira-kira 75& dari berat material terdiri dari butiran yang lebih besar 6 mm. Kurvanya menurun tajam, menunjukkan banyaknya butiran berukuran lebih besar dari 6 mm. Sebaliknya, pada kurva selanjutnya, kemiringan kurva kelihatan landai yang berarti kekurangan butiran-butiran pada ukuran tersebut. Tanah ini termasuk tanah berbutir kasar dan dapat dinyatakan sebagai kerikil berpasir. Soal : 1. Dari percobaan penentuan batas cair (LL) suatu contoh tanah berbutir diperoleh data sebagai berikut A) Jumlah ketukan Kadar air % 15 77 18 74 20 72 30 65 37 61 45 59

32


B) Jumlah ketukan 16 20 30 50

Kadar air (%) 58.0 56.6 54.0 50

a. Tentukan batas cair (LL) untuk tanah A maupun tanah B. b. Jika plastic limit = 33% untuk tanah A dan 40 % untuk tanah B, maka klasifikasikan tanah tersebut menurut USCS dan AASTHO 2). 30% Diberikan data analisa saringan dan data plastisitas untuk tanah berikut : Ukuran Soil 1 Soil 2 Soil 2 Soil 4 Soil 5 saringan % lolos % lolos % lolos % lolos % lolos No.4 99 97 100 99 23 No.10 92 90 100 96 18 No.40 86 40 100 89 9 No.100 78 8 99 79 5 No.200 60 5 97 70 4 LL 20 124 49 PL 15 47 24 PI 5 NP 77 25 NP Klasifikasikan tanah-tanah tersebut menurut system AASHTO dan USCS

33


MODUL 4 Aliran air Dalam Tanah 1. PENGERTIAN DASAR Tanah adalah merupakan susunan butiran padat dan pori-pori yang saling berhubungan satu sama lain sehingga air dapat mengelir dari satu titik yang mempunyai energi lebih tinggi ke titik yang mempunyai energi lebih rendah. Studi mengenai aliran air melalui pori-pori tanah diperlikan dalam mekanika tanah karena hal ini sangat berguna dalam : - memperkirakan jumlah rembesan air dalam tanah - menyelidiki masalah-masalah yang menyangkut pemompaan air untuk konstruksi di bawah tanah - menganalisis kestabilan suatu bendungan tanah dan konstruksi dinding penahan tanah yang terkena gaya rembesan. 2. GRADIEN HIDROLIK Menurut persamaan Bernoulli :

p v2 h= + +Z γw 2 g dimana : h = tinggi energi total p = tekanan v = kecepatan g = percepatan disebabkan oleh gravitasi γw = berat volume air Karena kecepatan rembesan air di dalam tanah adalah sangat kecil, maka bagian dari persamaan yang mengandung tinggi kecepatan dapat diabaikan. Gambar.1. menunjukkan hubungan antara tekanan, elevasi, dan tinggi energi total dari suatu aliran air dalam tanah. Tabung piezometer dipasang pada titik A dan titik B. Ketinggian air di dalam tabung piezometer A dan B disebut sebagai muka piezometer dari titik A dan tabung piezometer pada titik tersebut. Tinggi elevasi dari suatu titik merupakan jarak vertikal yang diukur dari suatu bidang datum yang diambil sembarang ke titik yang bersangkutan.

34


Gambar 1. Tekanan, elevasi, dan tinnggi enegi total energy untuk aliran di dalam tanah Kehilangan energi antara dua titik A dan B, dapat ditulis dengan persamaan di bawah ini :

 pA  p  ∆h = hA − hB =  + Z A  −  B + Z B   γw   γw  Kehilangan energi ∆h tersebut dapat dinyatakan dalam bentuk persamaan tanpa dimensi seperti di bawah ini :

i=

∆h L

dimana : I = gradien hidrolik L = jarak antara titik A dan B , yaitu panjang aliran air dimana kehilangan tekanan terjadi Pada umumnya , variasi kevcepatan v dengan gradien hidrolik i dapat dijalankan seperti dalam gambar.2. Gambar ini membagi grafik dalam ketiga zone : a. Zona aliran laminar (zona I) b. Zona transisi (zona II) dan c. Zona aliran turbulen (zona III) Bilamana gradien hidrolik bertambah besar secara perlahan-lahan, aliran di zona I akan tetap laminar, dan kecepatan v akan mempunyai gradien hidrolik . Pada gradien hidrolik yang lebih tinggi, aliran menjadi turbulen (zona III). Bilamana gradien hidrolik berkurang , keadaan aliran laminar akan terjadi di

35


zona I saja. Pada kebanyakan tanah , aliran air melalui ruang pori dapat dianggap sebagai aliran laminar sehingga : V≈ i Di dalam batuan, kerikil dan pasir yang sangat kasar, keadaan aliran turbulen mungkin terjadi. Dalam hal ini mungkin persamaan di atas tidak berlaku.

Gambar 2. Variasi kecepatan aliran v dengan gradien hidrolik i 3. HUKUM DARCY Pada tahun 1856, Darcy memperkenalkan suatu persamaan sederhana yang digunakan untuk menghitung kecepatan aliran air yang mengalir dalam tanah jenuh, dinyatakan sbagai berikut :

v = ki dimana : v = kecepatan aliran, k = koefisien rembesan 4. KOEFISIEN REMBESAN Koefisien rembesan (coefficient of permeability) tergantung pada beberapa factor , yaitu kekentalan cairan, distribusi ukuran butir pori, distribusi ukuran butir, angka pori, kekasaran permukaan butiran tanah, dan derajat kejenuhan tanah. Pada tanah berlempung struktur tanah memegang peranan penting dalam

36


dalam menentukan koefisien rembesan. Faktor-faktor lain yang mempengaruhi sifat rembesan tanah lempung adalah konsentrsi ion dan ketebalan lapisan air yang menempel pada butiran lempung. Tabel 1 harga-harga koefisien rembesan pada umumnya.

Penentuan Koefisisen Rembesan di Laboratorium Ada 2 metode, yaitu : 1. Uji tinggi konstan 2. Uji tinggi jatuh TUGAS : Carilah referensi tentang pelaksanaan 2 uji tersebut.

Gambar 2. Uji rembesan dengan cara tinggi konstan

37


Gambar 3. Uji rembesan dengan cara tinggi jatuh Rembesan Ekivalen pada Tanah Berlapis –lapis a. Apabila arah aliran horizontal

Gambar 4. Penentuan koefisien rembesan ekivalen untuk aliran horizontal di dalam tanah yang berlapis-lapis

38


b. Apabila arah aliran vertical

Gambar 4. Penentuan koefisien rembesan ekivalen untuk aliran vertikal di dalam tanah yang berlapis-lapis berlapis

5. TINGGI ENERGI DAN ALIRAN SATU DIMENSI Pada awal modul ini telah diterangkan bahwa ada tiga macam tinggi energi yang dihubungkan dengan persamaan Bernoulli, dimana tinggi energi total adalah jumlah dari tinggi tekanan dan tinggi elevasi , atau

h = hp + z Dari gambar 1. kita dapat memahami konsep tersebut. Pada gambar 5. merupakan sebuah silinder terbuka yang separuhnya berisi tanah. Aliran air dalam tanah tersebut dimulai dari elevasi A dan berakhir di elevasi E. Pada piezometer C, tinggi tekanan adalah adalah jarak AC dan tinggi elevasi z adalah jarak CE. Jadi tinggi energi total pada titik C adalah jumlah dari dua

39


jarak tersebut atau AE. Untuk titik lain dapat dicari dengan cara yang sama ditunjukkan pada table 4.2. di bawahnya. Kehilangan energi pada titik C belum terjadi. Pada titik D yang letaknya di pertengahan sample kehilangan energi adalah ½ AE dan pada titik F kehilangan energi total telah terjadi.

Titik B C D F Contoh :

Tinggi Tekanan AB AC CD EF

Tinggi Elevasi BE CE DE -EF

Gambar 5 Tinggi Energi Total AE AE CE 0

Kehilangan Energi Melalui Tanah 0 0 ½ AE AE

Silinder horisontal yang berisi tanah ditunjukkan pada gambar berikut. Asumsikan L=10 cm, A = 10 cm2 dan ∆h = 5 cm. Elevasi muka air di tabung yang tinggi 5 cm di atas pertengahan silinder. Tanah adalah sand dengan e = 0,68.

Hitung : Tinggi tekanan, tinggi elevasi dan tinggi energi total A, B, C, D, E

40


MODUL 5 Rembesan dan Jaringan Aliran 1. PENGERTIAN DASAR Konsep dari tinggi energi dan kehilangan energi ketika air mengalir melalui tanah telah disebutkan dalam modul sebelumnya. Ketika air mengalir melalui medium berpori seperti tanah akan terjadi kehilangan energi yang terserap oleh tanah. Seperti pada gambar di bawah di mana air mengalir melalui bawah bendung atau di bawah sheet pile cofferdam (gb..1)

Gambar.1. Contoh-contoh kehilangan energi karena rembesan melalui tanah 2. ALIRAN DUA DIMENSI DI BAWAH BENDUNG Pada gambar 2. menunjukkan bagaimana energi atau kehilangan energi di bawah bendung. Terlihat bahwa tinggi muka air dalam piezometer berkurang sebagaimana air mengalir dari hulu ke kaki bendung.

41


Gambar 2.Contoh dari tinggi tekanan dan kehilangan energi akibat rembesan di bawah bendung 3. JARINGAN ALIRAN Garis aliran adalah suatu garis sepanjang mana butir-butir akan bergerak dari bagian hulu ke bagian hilir sungai melalui media tanah yang tembus air (permeable). Garis ekipotensial adalah suatu garis sepanjang mana tinggi potensial di semua titik pada garis tersebut adalah sama. Jadi apabila alat-alat piezometer diletakkan di beberapa titik yang berbeda-beda di sepanjang suatu garis ekipotensial, air di dalam piezometer tersebut akan naik pada ketinggian yang sama. Gambar 3 a menunjukkan definisi garis aliran dan garis ekipotensial untuk aliran di dalam lapisan tanah yang tembus air (permeable layer) di sekeliling jajaran turap yang ditunjukkan pada gambar tersebut (untuk kx = kz = k) Kombinasi dari beberapa garis aliran dan garis ekipotensial dinamakan jaringan aliran (flow net). Seperti telah disebutkan sebelumnya bahwa jaringan aliran dibuat untuk menghitung aliran air tanah.

42


Gambar.3

a) Definisi garis aliran dan garis ekipotensial. b) Gambar jaringan aliran yang lengkap

3.1. PENGGAMBARAN JARINGAN ALIRAN Dalam pembuatan jaringan aliran, garis-garis aliran dan ekipotensial digambar sedemikian rupa sehingga :

43


1. Garis ekipotensial memotong tegak lurus aliran 2. Elemen-elemen aliran dibuat kira-kira mendekati bentuk bujur sangkar. Gambar 3. b adalah suatu contoh jaringan aliran yang lengkap. Contoh lain dari jaringan aliran dalam lapisan tanah yang tembus air yang isotropic diberikan dalam gambar.4. Penggambaran suatu jaringan aliran biasanya harus dicoba berkali-kali. Selama menggambar jaringan aliran, harus selalu diingat kondisi-kondisi batasnya. Untuk jaringan aliran yang ditunjukkan dalam gambar.4 , keadaan batas yang dipakai adalah : 1. Permukaan lapisan tembus air pada bagian hulu dan hilir dari sungai (garis ab dan de) adalah garis-garis ekipotensial. 2. Karena garis ab dan de adalah garis-garis ekipotensial, semua garis-garis alirannya memotomh tegak lurus. 3. Batas lapisan kedap air, yaitu garis fg, adalah garis aliran ; begitu juga permukaan turap kedap air, yaitu garis acd. 4. Garis-garis ekipotensial memotong acd dan fg tegak lurus.

Gambar 4. Jaringan aliran di bawah bendungan. 3.2. PERHITUNGAN REMBESAN DARI SUATU JARINGAN ALIRAN Di dalam jaringan aliran (flow net), daerah di antara dua garis aliran yang berdekatan dinamakan saluran aliran (flow channel). Untuk memahami perhitungan rembesan yang melalui saluran aliran per satuan lebar (tegak lurus

44


terhadap bidang gambar) perhatikan gambar.5. Dengan melihat persegi dengan dimensi a x b. Dapat dilihat bahwa gradien hidrolik adalah :

i=

∆h ∆h hL / Nd = = ∆l b b

dimana : b = ∆l . Penurunan energi potensial (potential drop) di antara 2 garis adalah : ∆h = hL / Nd , dimana Nd adalah jumlah total potential drop, dan hL adalah kehilangan energi total dalam sistem. Dari hukum darcy kita tahu bahwa jumlah aliran tiap flow channel adalah :

∆q = k

∆h  hL / Nd  A = k a ∆l  b 

dan q total per satuan kedalaman adalah :

 a  Nf  q = ∆qNf = k hL     b  Nd  di mana : Nf : jumlah total flow channel dalam flow net. Nd : jumlah potential drop (banyaknya bidang bagi kehilangan energi potensial) k : koefisien permeabilitas tanah hL : kehilangan energi total (perbedaan tinggi muka air pada bagian hulu dan hilir) q : banyaknya air yang mengalir (jumlah total aliran). Di dalam menggambar flow net , semua alirannya tidak harus dibuat bujur sangkar. Hanya perhitungan menjadi lebih mudah apabila perbandingan panjang dan lebar dibuat sama ( a = b)

Gambar 5. Flow net yang mengilustrasikan definisi perhitungan debit

45


3.3. TEKANAN KE ATAS (UPLIFT PRESSURE) PADA DASAR BANGUNAN AIR. Jaringan aliran dapat dipakai untuk menghitung besarnya tekanan ke atas yang bekerja pada dasar sautu bangunan air. Cara perhitungannya dapat ditunjukkan dengan suatu contoh yang sederhana. Gambar .6 menunjukkan sebuah bendungan dimana dasarnya terletak pada kedalaman 6 ft di bawah muka tanah. Jaringan aliran yang diperlukan sudah digambar (dianggap kx = ky = k). Gambar distribusi tegangan yang bekerja pada dasar bendungandapat ditentukan dengan cara mengamati garis-garis ekipotensial yang telah digambar. Ada tujuh buah penurunan energi potensial (Nd) dalam jaringan aliran tersebut, dan perbedaan muka air pada bagian huku dan hilir sungai adalah H = 21 ft. Jadi kehilangan tinggi energi untuk tiap-tiap penurunan energi potensial adalah H/ 7 = 21/7 = 3. Tekanan ke atas (uplift pressure) pada titik-titik berikut adalah : Titik a (ujung kiri dasar bendungan) = (tinggi tekanan pada titik a ) x (γw) = ((21 +6)-3) γw = 24 γw Dengan cara yang sama, pada b = (27-(2)(3) γw = 21γw Dan pada f = (27 – (6)(3) γw = 9 γw tekanan ke atas tersebut yang telah dihitung tersebut kemudian digambar seperti ditunjukkan dalam gambar .6.b. Gaya ke atas (uplift force) persatuan panjang, yang diukur sepanjang sumbu bendungan, dapat dihitung dengan menghitung luas diagram tegangan yang digambar tersebut.

46


Gambar 6. (a)Bendungan, (b) Gaya angkat ke atas yang bekerja pada dasar suatu bangunan air SOAL TUGAS : 1) a) Gambarkan jaringan aliran untuk rembesan di bawah suatu struktur seperti pada gambar berikut dan hitunglah besarnya rembesan jika koefisien permeabilitas tanah adalah 5 x 10-5 m/detik. b) Berapakah gaya angkat (uplift) pada dasar struktur ?

47


MODUL 6 Tegangan Efektif 1. PENGERTIAN DASAR •

•

•

•

•

Tanah dapat divisualisasikan sebagai suatu kerangka partikel padat tanah (solid skeleton) yang membatasi pori-pori yang mana pori-pori tersebut mengandung air dan/atau udara. Untuk rentang tegangan yang biasa dijumpai dalam praktek, masing-masing partikel padat dan air dapat dianggap tidak kompresibel: di lain pihak, udara bersifat sangat kompresibel. Volume kerangka tanah secara keseluruhan dapat berubah akibat penyusunan kembali partikel-partikel padat pada posisinya yang baru, terutama dengan cara menggelinding dan menggelincir yang menyebabkan terjadinya perubahan gaya-gaya yang bekerja di antara partikel-partikel tanah. Kompresibilitas kerangka tanah yang sesungguhnya tergantung pada susunan struktural partikel tanah tersebut. Pada tanah jenuh, dengan menganggap air tidak kompresibel, pengurangan volume hanya mungkin terjadi bila sebagian airnya dapat melepaskan diri dan ke luar dari pori-pori. Pada tanah kering atau jenuh sebagian, pengurangan volume selalu mungkin terjadi akibat kompresi udara dalam pori-pori, dan terdapat suatu ruang untuk penyusunan kembali partikel-tanah. Tegangan geser dapat ditahan oleh kerangka partikel-padat tanah dengan memanfaatkan. gaya-gaya yang timbul karena persinggungan antar partikel. Tegangan normal ditahan oleh gaya-gaya antar partikel pada kerangka tanah. Jika tanah berada dalam kondisi jenuh sompurna, air pori akan mengalami kenaikan tekanan karena ikut menahan tegangan normal.

2. PRINSIP TEGANGAN EFEKTIF Besamya pengaruh gaya-gaya yang menjalar dari partikel ke partikel lainnnya dalam kerangka tanah telah diketahui sejak tahun 1923, ketika Terzaghi mengemukakan prinsip tegangan efektif yang didasarkan pada data hasil percobaan. Prinsip tersebut hanya berlaku untuk tanah jenuh sempurna Tegangan-tegangan yang berhubungan dengan prinsip tersebut adalah 1. tegangan normal total (σ) pada bidang di dalam tanah, yaitu gaya per satuan luas yang ditransmisikan pada arah normal bidang, dengan menganggap bahwa tanah adalah material padat saja (fase tunggal).

48


2. tekanan air pori (u), yaitu tekanan air pengisi pori-pori di antara partikel.partikel padat; 3. tegangan normal efektif (σ') pada bidang, yang mewakili teganganyang dijalankan hanya melalui kerangka tanah saja.

Hubungan ketiga tegangan di atas adalah :

σ = σ' + u

Gambar.1. Interpretasi tegangan efektif Prinsip tersebut dapat diwakili oleh model fisis sebagai berikut. Tinjaulah sebuah 'bidang' XX pada suatu tanah jenuh sempurna yang melewati titik-titik singgung antar partikel, seperti terlihat pada Gambar 1. Bidang X-X yang bergelombang tersebut, dalam skala besar, sama dengan bentuk bidang yang sebenarnya karena ukuran partikel tanahrelatif kecil. Sebuah gaya normal P yang bekerja pada bidang A sebagian ditahan oleh gaya-gaya antar partikel dan sebagian oleh tekanan pada air pori. Gaya-gaya antar partikel pada seluruh tanah, baik besar maupun arahnya, sangat tidak beraturan (acak), tetapi pada tiap titik singgung dengan bidang yang bergelombang dapat diuraikan menjadi komponen-komponen gaya yang arahnya normal dan tangensial terhadap bidang XX yang sebenarnya. Komponen normal dinyatakan dengan N' dan komponen tangensial dengan T tegangan normal efektif diinterpretasikan sebagai jumlah seluruh komponen N’ di dalam luas A, dibagi dengan luas A, yaitu :

σ '=

ΣN ' A

Tegangan normal total adalah :

σ =

P A

49


Jika di antara partikel-partikel diasumsikan terdapat titik singgung, maka tekanan air pori akan bekerja pada bidang seluas A. Kemudian agar dapat tercapai keseimbangan pada arah normal terhadap XX:

P = ΣN '+ uA

atau

P ΣN ' +u = A A

jadi σ = σ' + u Besarnya tekanan air pori sama pada semua arah dan bekerja pada seluruh permukaan partikel tetapi volume partikel diasumsikan tidak berubah. Juga, tekanan air pori tidak menyebabkan partikel-partikel saling tertekan satu sama lain. Kesalahan dalam mengasumsikan titik singgung antar partikel dapat diabaikan, karena luas total bidang singgung antarpartikel hanya berkisar sekitar 1 dan 3% dari luas penampang melintang A. Perlu diinengerti bahwa σ' tidak mewakili tegangan singgung yang sesungguhnya antara dua partikel, karena nilai N’/a, dimana a adalah luas bidang singgung yang sesungguhnya antara dua partikel, jauh lebih besar dan sangat tidak beraturan. Jika pada tanah terdapat partikel mineral lempung, partikel tersebut tidak bersinggungan secara langsung di antara mereka karena dihalangi oleh air yang terserap pada tiap partikel, tetapi dalam hal ini berlaku asumsi bahwa gaya antar partikel dapat dijalarkan melalui air terserap yang sangat kental. 3. TEGANGAN VERTIKAL EFEKTIF AKIBAT BERAT SENDIRI TANAH Misalkan tanah memiliki permukaan horisontal dan muka air tanah terletak pada permukaan tanah. Tegangan vertikal total (yaitu tegangan normal total pada bidang horisontal) pada kedalaman z sama dengan berat seluruh material (partikel padat + air) per satuan luas di atas kedalaman tersebut, maka:

σv = γ sat z Karena pori-pori di antara partikel-partikel padat saling berhubungan, tekanan air pori pada setiap kedalaman akan sama dengan tekanan hidrostatik, karena itu pada kedalaman z:

u = γw z Dari Persamaan 1, tegangan vertikal efektif pada kedalaman z adalah:

σ ' v = σv − u = (γ sat − γ w )z = γ ' z di mana γ’adalah berat isi apung tanah (buoyant unit weight) Contoh Soal.1. Bagian atas suatu lapisan lempung jenuh setebal 4 m dilapisi oleh pasir setebal 5 m, muka air tanah berada 3 in di bawah permukaan tanah. Berat isi jenuh

50


lempung dan pasir berturut-turut adalah 19 kN/m3 dan 20 kN/m3. Di atas muka air tanah, berat isi pasir 17 kN/m3. -

Plotlah nilai-nilai tegangan vertikal total dan efektif terhadap kedalaman. Jika pasir pada 1 m di atas muka air tanah bersifat jenuh karena efek kapiler, bagaimana pengaruhnya terhadap tegangan-tegangan di atas?

Tegangan vertikal total sama dengan.berat seluruh material (partikel padat air) per satuan luas di atas kedalaman yang ditinjau. Tekanan air pori sama dengan tekanan hidrostatik sesuai kedalaman di bawah muka air tanah. Tegangan vertikal efektif sama dengan selisih antara tegangan vertikal total dengan tekanan air pori pada kedalaman yang sama. Dengan cara lain, tegangan vertikal efektif dapat dihitung secara langsung dengan memakai berat isi apung tanah di bawah muka air tanah. Tegangan hanya perlu dihitung pada kedalaman-kedalaman di mana terjadi perubahan berat isi (Tabel 1). Tabel 1 Kedalaman σ v(kN/m2) u(kN/m2) σ v’ = σ' + u (m) (kN/m2) 3 3 x 17 = 51 0 =0 51 5 (3 x 17) + (2 x 20) = 91 2 x 9,8 = 19,6 71,4 9 (3 x 17)+ (2 x 20)+(4x19) = 0,6 x 9,8 = 58,8 108,2 167 Cara lain untuk menghitung σ’v ,pada kedalaman 5m dan 9 m adalah sebagai berikut: Berat isi apung pasir = 20 - 9,8, = 10,2 kN/m3 Berat isi apung lempung = 19 – 9,8 = 9,2 kN/m3 Pads kedalaman 5 m: σ’v = (3 x 17) + (2 x 10,2) = 71,4 kN/m2 Pada kedalaman 9 m: σ’v = (3 x 17) + (2 x 10,2) + (4 x 9,2) = 108,2 kN/m2. Bila hanya akan menghitung tegangan efektif saja, dianjurkan memakai metode altematif di atas. Biasanya besar tegangan dibulatkan pada angka terdekat. Tegangan diplot terhadap kedalaman seperti pada Gambar.2.

51


Gambar 2. SOAL TUGAS Suatu Lapisan tanah ditunjukkan pada gambar di bawah ini. a. Hitungan tegang total, tegangan air pori dan tegangan efektif tanah pada posisi titik A. b. Gambarkan diagram tegangannya c. Berikan analisis terhadap hasil-hasil tersebut.

4. PENGARUH KENAIKAN KAPILER Muka air tanah adalah posisi air di mana tekanan air pori sama dengan tekanan atmosfer (yaitu u = 0). Di atas muka air tanah, tekanan air tetap negatif dan, meskipun tanah di atas muka air tanah jenuh, tidak akan menambah tekanan

52


hidrostatik di bawah muka air tanah. Tegangan-tegangan vertikal total dan efektif bawah kedalaman 3 m bertambah sebesar : 3 x 1 = 3 kN/m3 sedangkan tekananan air pori tidak berubah.

Contoh Soal Lapisan pasir halus dengan tebal 5 m mempunyai berat volume jenuh γsat = 20 kN/m3. Muka air tanah pada kedalaman 1 m. Di atas muka air tanah, pasir dalam kondisi jenuh air oleh tekanan kapiler. Hitung dan gambarkan diagram tegangan total dan tegangan efektif di titik A,B,C,D. Jawab : Penyelesaian Telah diketahui pasir halus diatas muka air tanah dalam kondisi jenuh air Tegangan di A σA = 4 γsat + 1 γsat = 5 γsat = 5 x 20 = 100 kN/m2. uA = hw γw = 4 x 9,81 = 39,24 kN/m2. σA’ = σA – uA = 100 - 39,24 = 90,76 kN/m2. Tegangan di B σB = 1 γsat t = 1 x 20 = 20 kN/m2. uB = 0 σB’ = σB – uB = 20 - 0 = 20 kN/m2. Tegangan di C Tekanan kapiler pada titik C = -0,7 γw = -0,7 x 9,81 = -6,87 kN/m2. σc = 0,3 x 20 = 6 kN/m2. uc = -6,87 kN/m2. σc’ = σB – uB = 6 – (-6,87) = 12,87 kN/m2. Tegangan di D Tekanan kapiler pada titik D = -1 γw = -1 x 9,81 = -9,81kN/m2. σD = 0 kN/m2. uc = -9,81 kN/m2. σD’ = σB – uB = 0 – (-9,81) = 9,81 kN/m2.

53


4. PENGARUH TIMBUNAN Contoh Soal Lapisan pasir setebal 5 m berada atas lapisan lempung setebal 6 m, muka air tanah berada pada permukaan tanah; permeabilitas lempung tersebut sangat rendah. Berat isi jenuh untuk pasir adalah 19 kN/m3 dan untuk lempung 20 kN/m3. Suatu material timbunan setebal 4 m dan luas tak-terhingga dengan berat jenis 20 kN/m3 ditempatkan di atas permukaan tanah. Tentukan tegangan vertikal efektif pada titik pusat lapisan lempung (a) segera setelah penimbunan dengan asumsi bahwa penimbunan berlangsung dengan cepat, (b) beberapa tahun setelah penimbunan.

Gambar.3

54


Profil tanah ditunjukkan pada Gambar .3. Karena luas timbunan tak-terhingga, dapat diasumsikan bahwa tidak terjadi regangan lateral. Karena permeabilitas lempung sangat rendah, disipasi tekanan air pori berlebiban akan sangat lambat, segera setelah penimbunan akan tetap sama seperti nilai awalnya, yaitu: σ’v = (5 x 9,2) + (3 x 10,2) = 76,5 kN/m2 (berat isi apung pasir dan lempung berturut-turut 9,2 kN/m2 dan 10,2 kN/m3). Beberapa tahun setelah penimbunan, disipasi tekanan-air-pori berlebihan harus telah selesai dan tegangan vertikal efektif pada titik pusat lapisan lempung adalah: σ’v = (4 x 20) + (5 x 9,2) + (3 x 10,2) = 156,6 kN/m' Segera setelah penimbunan, tegangan vertikal total pada titik pusat lapisan lempung bertambah sebesar 80 kN/m2 akibat berat sendiri timbunan. Karena lempung berada dalam kondisi jenuh dan tidak terjadi regangan lateral, maka tekanan air pori juga ikut bertambah sebesar 80 kN/m2 . Besarnya tekanan air pori statik dan tunak sama karena tidak terjadi perubahan tinggi muka air tanah, di mana besar tekanan air pori tersebut adalah (8 x 9,8) = 78,4 kN/m'. Segera. setelah penimbunan, tekanan air pori naik dari 78,4 kN/m2 menjadi 158,4 kN/m2 dan kemudian, karena proses konsolidasi, tegangan tersebut akan turun secara bertahap menjadi 78,4 kN/m2, diikuti dengan tegangan vertikal efektif dari 76,6 kN/m2 menjadi 156,6 kN/m2. 3. PENGARUH GAYA REMBESAN Pengaruh beda tinggi tekanan air akan menimbulkan gaya pada butiran tanah. Arah gaya rembesan ini searah dengan aliran.

55


Soal Kolam sangat luas dengan dinding yang dianggap sangat tipis dan tidak mempunyai berat, terletak pada tanah pasir dengan γsat = 15 kN/m3. Tinggi air dalam kolam = 2,5 m dari dasarnya dan tanah dasar kolam lolos air

Pertanyaan a) bila muka air tanah (di dalam kolam) dipermukaan tanah . Hitung tegangan total dan tegangan efektif di titk A dan B b) Pertanyaan yang sama dengan a)hanya kedudukan muka air tanah 1 meter diats permukaan tanah c) Muka air di dala kolam sama dengan didala kolam . Penyelesaian : a) Bila muka air tanah di permukaan tegangan total : σA = (0,5 x 15 ) + (2 x9,81) = 27,12 kN/m2 σA = σB = 27,12 kN/m2 tekanan air pori : uA = 2,5 x 9,81 = 24,53 kN/m2 uB = 0 kN/m2 tegangan efektif σA’ = σA – uA = 27,12 - 24,53 = 2,59 kN/m2 σB’ = 27,12 - 0 = 27,12 kN/m2 b) Permukaan air dalam kolam naiak 1 m di atas tanah . Pada kedudukan ini berat kolam total menjadi berkurang oleh adanya tekanan air ke atas. Tegangan di A tidak berubah oleh berubahnya kedudukan air di luar kolam. σA = 27,12 kN/m2 uA = 24,53 kN/m2 σA’ = 2,59 kN/m2 Tegangan di B σB = σB(awal) = 27,12 kN/m2 uB = 1 γw = 1x 9,81 = 9,81 kN/m2

56


σB’ = σB – uB = 27,12 – 9,81 = 17,31 kN/m2. c) Tegangan di A tidak berubah oleh berubahnya kedudukan air di luar kolam. σA = 27,12 kN/m2 uA = 24,53 kN/m2 σA’ = 2,59 kN/m2 Tegangan di B σB = σB(awal) = 27,12 kN/m2 uB = uA = 24,53 kN/m2 σB’ = σA’ = 27,12 – 24,53 = 2,59 kN/m2.

Soal Diketahui kolam yang luas berisi air seperti yang ditunjukkan pada Gambar C5.7. perbedaan tinggi air di dalam kolam dan muka air tanah 5,5 m. Akibat beda tinggi muka air ini , air di dalam kolam merembes ke bawah. Jika tinggi air dalam kolam 2 m, dan tebal tanah antara dasar kolam dan permukaan lapisan kerikil 2,5 m. Hitunglah tegangan total dan tegangan efektif: a) di titik-titik A dan C segera setelah kolam diisi air, yaitu sebelum ada aliran air ke bawah. b) di titik-titik A dan C sesudah rembesan tetap terjadi pada lapisan tnaha diatas kerikil ( dianggap air muka air tanah tetap ) c) sama dengan soal b), bila waktu tertentu setelah rembesan tetap muka air tanaha sama tinggi dengan permukaan air pada kolam. Penyelesaian : Segera setelah kolam terisi air, maka belum ada aliran air rembesan ke bawah.dan tanah dianggap dalam kondisi lembab γb = 18 kN/m3 Tegangan di A σA = 2 γw = 2 x 9,81 = 19,62 kN/m2. uA = 2 γw = 2 x 9,81 = 19,62 kN/m2. σA’ = σA – uA = 19,62 - 19,62 = 0 kN/m2 Tegangan di C σC = 2,5 γb + 2 γw = (2,5 x 18) + (2 x 9,81) = 64,62 kN/m2

57


uc = 0 kN/m2 σC’ = 64,62 kN/m2 b) Setelah rembesan tetap. Tegangan di A σA = 2 γw = 2 x 9,81 = 19,62 kN/m2. uA = 2 γw = 2 x 9,81 = 19,62 kN/m2. σA’ = σA – uA = 19,62 - 19,62 = 0 kN/m2 Tegangan di C σC = 2,5 γb + 2 γw = (2,5 x 20) + (2 x 9,81) = 69,62 kN/m2 uc = 0 kN/m2 σC’ = 69,62 kN/m2 Tegangan di B Penurunan tinggi energi hidrolik dari A ke C adalah proposional. Selisih tinggi energi antara A dan C = ∆hAC = 4,5 m Selisih tinggi energi antara B dan C = ∆hBC = (1/2,5) x 4,5 m = 1,8 m Jadi tinggi tekanan air di B atau hB = ∆hBC – LBC = 1,8 -1 = 0,8 m (LBC = jarak BC) Tekanan air pori di B, uB = hB γw = 0,8 x 9,81 = 7,85 kN/m2. Jadi, σB = 1,5 γsat + 2 γw = (1,5 x 20) + (2 x 9,81) = 49,62 kN/m2 σB’ = 49,62 – 7,85= 41,77 kN/m2 c) bila muka air tanah sama dengan permukaan air pada kolam, maka tidak ada aliran rembesan ke bawah . Tegangan di A σA = 2 γw = 2 x 9,81 = 19,62 kN/m2. uA = 2 γw = 2 x 9,81 = 19,62 kN/m2. σA’ = σA – uA = 19,62 - 19,62 = 0 kN/m2 Tegangan di B σB= 1,5 γsat + 2 γw = (1,5 x 18) + (2 x 9,81) = 49,62 kN/m2 uB = 3,5 γw = 3,5 x 9,81 = 34,34kN/m2 σB’ = 49,62 – 34,34 = 15,28 kN/m2 Tegangan di C σC = 2,5 γsat + 2 γw = (2,5 x 20) + (2 x 9,81) = 69,62 kN/m2 uc = 4,5 γw = 4,5 x 9,81 = 44,15 kN/m2 σC’ = 69,62- 44,15= 25,475 kN/m2

58


Hasil σB’ dan σC’ ini lebih kecil dibandingkan dengan σB’ dan σC’ saat muka air tanah di permukaan kerikil,. Disini tampak bahwa aliran rembesan yang arahnya ke bawah seperti soal b) menambah tegangan efektif di titik B Contoh : Lapisan tanah homogen dengan permukaan air yang berubah-ubah ditunjukkan seperti Gambar C5.6. Berat volume tanah air jenuh γsat = 20 kN/m3 dan berat volume basah (lembab) γb = 15 kN/m3. Hitung tegangan total dan tegangan efektif di titik Adan B pada kedudukan muka air di : 1) 3 m di bawah permukaan tanah 2) Di permukaan tanah 3) 2 m diatas permukaan tanah Penyelesaian : Berat volume apung : γ’ = γsat - γw = 20 – 9,81 = 10,19 kN/m3. a) muka air 3 m dari permukaan tanah Tegangan di A σA = 3 γb = 3 x 18 = 54 kN/m2. uA = 0 σA’ = σA – uA = 54 - 0 = 54 kN/m2 Tegangan di B σB = 3 γb + 2 γsat = (3 x 18) + (2 x 20) = 94 kN/m2 uB = 2 γw = 2 x 9,81 = 19,62 kN/m2 σB’ = σB – uB = 94 –19,62 = 74,38 kN/m2. Atau σA = 3 γb + 2 γ’ = (3 x 18) + (2 x 10,19) = 74,38 kN/m2. b) muka air permukaan tanah Tegangan di A σA = 3 γsat = 3 x 20 = 60 kN/m2. uA = 3 γw = 3 x 9,81 = 29,43 kN/m2 σA’ = σA – uA = 60 - 29,43 = 30,57 kN/m2 Atau σA = 3 γ’ =3 x 10,19 = 30,57 kN/m Tegangan di B σB = 5 γsat = 5 x 20= 100 kN/m2 uB = 5 γw = 5 x 9,81 = 49,05 kN/m2 σB’ = 100 - 49,05 = 50,95 kN/m2.

59


c) muka air 2 m di atas permukaan tanah Tegangan di A σA = 3 γsat + 2 γw = (3 x 20) + ( 2 x 9,81 ) = 79,62 kN/m2. uA = 5 γw = 5 x 9,81 = 49,05 kN/m2 σA’ = σA – uA = 79,62 - 49,05 = 30,57 kN/m2 Atau σA = 3 γ’ =3 x 10,19 = 30,57 kN/m Tegangan di B σB = 5 γsat + 2 γw = (5 x 20) + ( 2 x 9,81 ) = 119,62 kN/m2. uB = 7 γw = 7 x 9,81 = 68,67 kN/m2 σB’ = 119,62 - 68,67 = 50,95kN/m2 Atau σB = 5 γ’ = 5 x 10,19 = 50,95 kN/m Dari penyelesaian b) dan c) terlihat bahwa tinggi muka air dari permukan tanha sampai 2 m ( atau sembarang ketinggian muka air ) tidak merubah teganga efektif. Akan tetapi, bila muka air mula-mula di dalam tanha kemudian naik sampai ke permukaan, mka akan terjadi penurunan tegangan efktif. Hal ini disebabkan oleh tegangan efektf tanah yang semula tidak terndam, menjadi terndam air. Perhatikan bahwa, sebelum terendam tegangan efektif di hiitung berdasarkan γb , stelah terendam hitungan berdasarkan pada γ’

Soal : Suatu profil tanah terdiri dari 5 m compacted sandy clay diikuti oleh medium dense sand setebal 5 m . Di bawah sand ada lapisan compressible silty clay dengan tebal 20 m. Muka air tanah mula-mula berada pada dasar lapisan pertama (pada 5m di bawah muka tanah). Kepadatan tanah adalah 2,05 Mg/m3 (ρ), 1,94 Mg/ m3(ρsat), dan 1,22 Mg/ m3(ρ’) untuk masing-masing lapisan tanah tersebut. a) Hitung tegangan total, air pori dan efektif pada titik pertengahan lapisan compressible silty clay. b) Hitung tegangan total, air pori dan efektif pada titik tersebut jika muka air tanah turun 5 m pada permukaan lapisan silty clay. c) Beri komentar tentang perbandingan kedua kondisi tersebut..

60


MODUL 7 Pemadatan Tanah 1. PENGERTIAN DASAR Pada pembuatan timbunan tanah untuk jalan raya, dam tanah, dan banyak struktur teknik lainnya, tanah yang lepas (renggang) haruslah dipadatkan untuk meningkatkan berat volumenya. Pemadatan tersebut berfungsi untuk meningkatkan kekuatan tanah, sehingga dengan demikian meningkatkan daya dukung pondasi di atasnya. Pemadatan juga dapat mengurangi besarnya penurunan tanah yang tidak diinginkan dan meningkatkan kemantapan lereng timbunan (embankment). Penggilas besi berpermukaan halus (smooth whell rollers), dan penggilas getar (vibratory rollers) adalah alat-alat yang umum digunakan di lapangan untuk pemadatan tanah. Mesin getar dalam (vibroflot) juga banyak digunakan untuk memadatkan tanah berbutir (granular soils) sampai kedalaman yang cukup besar dari permukaan tanah. Cara pemadatan tanah dengan sistem ini disebut vibroflotation (pemampatan getar apung). 2. PRINSIP-PRINSIP UMUM Tingkat pemadatan tanah diukur dari berat volume kering tanah yang dipadatkan. Bila air ditambahkan kepada suatu tanah yang sedang dipadatkan air tersebut akan berfungi sebagai unsur pembasah (pelumas) pada partikelpartikel tanah. Karena adanya air, partikel- partikel tanah tersebut akan lebih mudah bergerak dan bergeseran satu sama lain dan membentuk kedudukan yang lebih rapat/padat. Untuk usaha pemadatan yang sama, berat volume kering dari tanah akan naik bila kadar air- dalam tanah (pada saat dipadatkan) meningkat. Harap dicatat bahwa pada saat kadar air w = 0, berat volume basah dari tanah (γ) adalah sama dengan berat volume keringnya (γd), atau

γ =γd(w=0) =γ1 Bila kadar airnya ditingkatkan terus secara bertahap pada usaha pemadatan yang sama, maka berat dari jumlah bahan padat dalam tanah persatuan volume juga meningkat secara bertahap pula. Misalnya, pada w = w1, berat volume basah dari tanah sama dengan:

γ =γ2 Berat volume kering dari tanah tersebut pada kadar air ini dapat dinyatakan dalam:

61


γd ( w = w1) = γd ( w= 0 ) + ∆γd

Gambar.1. Prinsip pemadatan. Setelah mencapai kadar air tertentu w = w2 (lihat gambar.1) adanya penambahan kadar air justru cenderung menurunkan berat volume kering dari tanah. Hal ini disebabkan karena air tersebut kemudian menempati ruang-ruang pori dalam tanah yang sebetulnya dapat ditempati oleh partikel-partikel padat dari tanah. Kadar air di mana harga berat volume kering maksimum tanah dicapai disebut kadar air optimum. Percobaan di laboratorium untuk menentukan kadar air optimum adalah: Proctor Compaction Test (Uji Pemadatan Proctor, menurut nama pemiliknya, Proctor, 1933). 3. UJI PROCTOR STANDAR Langkah-langkah : • Tanah dipadatkan dalam sebuah cetakan silinder bervolume 1/30 ft3 (943,3 cm3) • Diameter cetakan = 4 in. (= 101 6 mm). • Selama percobaan lab. Cetakan dikelem pada sebuah pelat dasar dan di atasnya diberi perpanjangan juga berbentuk silinder. • Tanah dicampur air dengan kadar yang berbeda-beda dan kemudian dipadatkan menggunakan penumbuk khusus. • Pemadatan tanah tersebut dilakukan dalam 3 (tiga) lapisan (tebal lapisan + 1,0 in). • Jumlah tumbukan adalah 25 x setiap lapisan.

62


•

Berat penumbuk adalah 5,5 lb (massa = 2,5 kg) dan tinggi jatuh sebesar 12 in. (= 304,8 in).

Gambar 2. Alat uji proctor standar a) cetakan, b)penumbuk

Gambar.3. Pemadatan tanah dengan mengunakan penumbuk Proctor standar. Untuk setiap percobaan, berat volume basah γ dari tanah yang dipadatkan tersebut dapat dihitung sebagai berikut :

γ =

W V( m )

(.1)

di mana :

63


W = berat tanah yang dipadatkan dalam cetakan V(m) = volume cetakan (1/30 ft3 943, 3 cm3) Juga pada setiap percobaan besarnya kadar air dalam tanah yang dipadatkan tersebut ditentukan di laboratorium. Bila kadar air tersebut diketahui, berat volume kering γd dari tanah dapat dihitung sebagai berikut :

γ

γd = 1+

w% 100

(.2)

di mana w% = presentase kadar air. Harga γd tersebut dapat digambarkan terhadap kadar air untuk mendapatkan berat volume kering maksimum dan kadar air optimum Gambar.4 menunjukkan suatu grafik hasil pemadatan suatu tanah lempung berlanau. Prosedur pelaksanaan Uji Proctor Standar telah dirinci dalam ASTM Test Designation D-698 dan dalam AASHTO Test Designation T-99.(Disamping itu ada Modified Proctor) Untuk suatu kadar air tertentu, berat volume kering maksimum secara teoritis didapat bila pada pori-pori tanah sudah tidak ada udaranya lagi yaitu pada saat di mana derajat kejenuhan tanah sama dengan 100%. Jadi, berat volume kering maksimum (teoritis) pada suatu kadar air tertentu dengan kondisi "zero air voids" (pori-pori tanah tidak mengandung udara sama sekali) dapat ditulis sebagai: .

γzav =

Gsγw 1+ e

di mana : γzav = berat volume pada kondisi zero air voids γw = berat volume air e = angka pori Gs = berat spesifik butiran padat tanah. Untuk keadaan tanah jenuh 100%, e= wGs ; jadi

γzav =

Gsγw = 1 + wGs

γw 1+

1 Gs

(.3)

di mana : w kadar air. Untuk mendapatkan variasi dari γzav terhadap kadar air, gunakan prosedur berikut : 1. Tentukan berat spesifik butiran padat tanah. 2. Cari berat volume air γw

64


3. Tentukan sendiri beberapa harga kadar air w, misalnya : 5%,10%,15%,… dan seterusnya 4. Gunakan persamaan.3 untuk mencari γzav dari kadar air-kadar air tersebut.

Gambar 4. Hasil uji pemadatan proctor untuk lempung berlanau

Gambar 5. Hasil kurva untuk uji standar proctor dan modified proctor

65


MODUL 8 Pemadatan Tanah di Lapangan 1. JENIS PENGGILAS

Hampir semua pemadatan di lapangan menggunakan penggilas(rollers) jenis penggilas yang umum dipakai adalah : a. penggilas besi berpermukaan halus (atau penggilas bentuk drum), b. penggilas ban-karet (angin), c. penggilas kaki-kambing d. penggilas getar 1.

Penggilas besi berpermukaan halus (Gambar 1) cocok untuk meratakan permukaan tanah dasar (subgrades) dan untuk pekerjaan penggilasan akhir pada timbunan tanah pasir atau lempung. Penggilas tipe ini dapat memadatkan 100% luasan muka tanah yang diialui rodanya dengan tekanan kontak antara tanah dan roda sebesar antara 45 sampai 55 psi (antara 310 sampai 380 kN/m2). Penggilas tipe ini tidak cocok untuk pekerjaan yang menginginkan tingkat pemadatan yang tinggi pada lapisan yang tebal.

Gambar.1. Penggilas besi berpermukaan halus Penggilas ban-karet (Gambar.2) dalam banyak hal masih lebih baik daripada penggilas besi berpermukaan halus. Penggilas ban-karet ini pada dasarnya

66


merupakan sebh kereta bermuatan berat dan beroda karet yang tersusun dalam beberapa baris. Baris-baris ban karet ini berjarak dekat satu sama lain di mana pada setiap baris ban terdapat empat sampai enam buah ban. Tekanan kontak di bawah ban berkisar antara 85 sampai 100 psi. (585 sampai 690 kN/m2), dan baris-baris ban tersebut memadatkan antara 70 sampai 80% luasan tanah yang dilalui penggilas. Penggilas ban-karet ini dapat digunakan pada pemadatan tanah tanah pasir dan lempung. Pemadatan dicapai dari kombinasi antara tekanan dan "kneading action" (pemadatan dengan diremasremas).

Gambar 2. Penggilas ban karet 2.

Penggilas getar sangat berfaedah untuk pemadatan tanah berbutir (pasir, kerikil, dan sebagainya). Alat getar dapat saja dipasang pada penggilas besi berpermukaan halus, penggilas ban-karet, atau pada penggilas kaki-kambing untuk menghasilkan getaran pada tanah. Pada Gambar 3 ditunjukkan dari prinsip-prinsip dari penggilas getar. Getaran dihasilkan dari berputarnya suatu beban yang tidak sentris. Pelat penggetar yang dioperasikan dengan tangan sangat efektif dalam pemadatan tanah berbutir bila ruang gerak yang tersedia sangat terbatas. Model pelat penggetar seperti ini ada yang dilengkapi dengan mesin yang dapat menggetarkan beberapa pelat sekaligus. Mesin seperti ini dapat digunakan ditempat -tempat di mana ruang geraknya lebih leluasa tetapi tidak cukup leluasa untuk penggilas getar yang besar.

67


Gambar 3. Penggilas getar sederhana (stamper) 3.

Penggilas kaki-kambing (Gambar 4) adalah berupa silinder (drum) yaiig mempunyai banyak kaki-kaki yang menjulur keluar dari drum. Kaki-kaki ini mempunyai luas proyeksi penampang sekitar 4 sampai 13 in2 (25 sampai 85 cm2 ). Alat ini saiigat efektif untuk memadatkan tanah lempung. Tekanan kontak di ujung kaki-kaki kambing dapat mencapai antara 200 sampai 1000 psi ( 1380 sampai 6900 kNm2 ). Pada waktu pemadatan di lapangan, mula-mula pada awal lintasan bagian tanah yang dipadatkan ialah bagian sebelah bawah dari "lift". Catatan: suatu timbunan tanah tidak langsung setinggi timbunan tersebut, tetapi dihamparkan selapis demi selapis dan setiap lapisan itu dipadatkan dengan baik. Setiap lapisan disebut "lift".) Pada lintasan-lintasan berikutnya barulah tanah di bagian tengah dan atas dari lift ikut terpadatkan

Gambar 4. Penggilas kaki kambing

68


Hal-hal lain yang perlu diperhatikan dalam mendapatkan berat volume pemadatan yang diinginkan di lapangan, yaitu :. tebal "lift" (satu lapisan tanah yang dipadatkan), intensitas tekanan yang dihasilkan oleh alat pemadat, dan besar luasan muka tanah dimana tekanan itu bekerja. Sebabnya ialah bahwa tekanan yang diberikan pada permukaan tanah akan berkurang menurut kedalamanannya, jadi tingkat pemadatan tanah juga berkurang menurut kedalamannya. Selama pemadatan, berat volume kering dari tanah juga berubah menurut banyaknya jumlah lintasan tanah terhadap jumlah lintasan penggilas. Gambar 5a menunjukkan kurva kepadatan tanah terhadap jumlah lintasan penggilas pada tanah lempung berlanau. Berat volume kering dari tanah pada kadar air tertentu akan meningkat (dengan makin bertambahnya jumlah lintasan penggilas) sampai pada kira –kira suatu titik tertentu. Setelah itu, kepadatan tanah akan menjadi konstan. Umumnya, kira-kira 10 sampai 15 lintasan sudah akan menghasilkan berat volume kering maksimum yang secara ekonomis dapat dicapai. Gambar 5b menunjukkan variasi dari berat volume tanah terhadap kedalaman dari tanah pasir pantai bergradasi buruk di mana pemadatan dilakukan dengan penggilas getar. Getaran dihasilkan oleh beban eksentris yang berputar pada silinder/drum. Berat penggilas di sini adalah 12,5 kips (55,6 kN) dan diameter drum adalah 47 in. (1,19 meter). Tebal lift diusahakan sebesar 8 ft. (2,44 m). Perhatikan bahwa untuk suatu kedalaman tertentu, harga berat volume kering dari tanah meningkat dengan bertambahnya jumlah lintasan penggilas. Namun laju kenaikan berat volume kering tersebut secara berangsurangsur akan berkurang setelah kira-kira 15 lintasan. Juga yang patut diperhatikan dari Gambar, 5b ialah tentang variasi dari berat volume kering tanah terhadap perubahan kedalaman dan jumlah lintasan. Berat volume kering, yang juga akivalen dengan kepadatan relatif (relative density) Dr-nya, mencapai harga maksimum pada kedalaman sebesar kira-kira 1,5 ft (0,5 m) dan berangsur-angsur berkurang pada kedalaman yang lebih dangkal. Hal ini disebabkan karena kurangnya tekanan pemampat (ke samping) didekat permukaan tanah. Bila hubungan antara kedalaman dan kepadatan relatif (atau berat volume kering ) untuk suatu jenis tanah pada suatu lintasan tertentu telah diketahui, maka dengan mudah ketebalan untuk tiap-tiap lift dapat ditentukan. Prosedur ini dapat dilihat pada Gambar 6 (dari D'Appolonia, Whitiman, dan D'Appolonia, 1969).

69


Gambar 5a. Kurva kepadatan untuk tanah lempung berlanau. Hubungan antara berat volume kering dan jumlah lintasan penggilas roda tiga dengan berat 9,5 ton bilaman tebal lapisan tanah lepas yang dipadatkan adalah 9 inci (228,6 mm) pada kadar air yang berbeda.

70


Gambar 5.b. Pemadatan pasir dengan penggilas getar ; variasi berat volume kering terhadap jumlah lapisan (lift) = 8 ft (2,44 m)

Gambar 6. Perkiraan tebal lapisan pemadatan untuk mendapatkan kepadatan relatif minimum yang disyaratkan sebesar 75% dengan menggunakan lintasan penggilas 2. PENENTUAN BERAT VOLUME AKIBAT PEMADATAN DI LAPANGAN

Tujuan : untuk mengecek apakah tanah di lapangan sudah mencapai kepadatan yang diinginkan Pada waktu pekerjaan pemadatan sedang berlangsung, tentunya perlu diketahui apakah berat volume yang ditentukan dalam spesifikasi dapat dicapai atau tidak. Prosedur standar untuk menentukan berat volume di lapangan akibat pemadatan adalah a. Metode kerucut pasir (sand cone method) b. Metode balon.karet (rubber balloon method) c. Penggunaan alat ukur kepadatan nuklir. Cara dengan pemindahan tanah : 1. Digali lubang pada permukaan tanah timbunan yang telah dipadatkan.

71


2. 3. 4. 5.

Ditentukan kadar airnya. Diukur volume tanah yang digali dari lubang yang dibuat Tentukan berat volume keringnya. Bandingkan berat volume kering di lapangan dengan berat volume kering maksimumnya. Kemudian hitung kepadatan relatifnya.

1. 1. 2. 3.

Metode kerucut pasir (ASTM D-1556) Ke dalam botol diisi pasir ottawa yg bergradasi seragam (W1) Di lapangan, lubang dibuat pada tanah yang akan kepadatannya, berat tanah hasil galian (W2), kadar air (w) Berat kering tanah : W3 = W2/(1+w)

4.

Metode balon karet (ASTM D-2167)

1. 2.

Prinsip = metode uji kerucut pasir Volume lubang dibuat dengan memasukkan balon karet yang berisi air yang berasal dari tabung yang telah dikalibrasi. Volume lubang = volume air yang mengisi lubang, dapat dibaca langsung pada alat pengujian Berat volume kering tanah : γd = (W3 / V)

3. 4.

diperiksa

Gambar 7. Botol gelas yang dihubungkan dengan kerucut pasir (sand cone). (catatan : pasir ottawa) 5.

Metode nuklir Alat ini mengukur berat tanah basah per satuan volume dan air yang ada pada volume satuan tanah.

72


Berat vol kering tanah yang dipadatkan dapat ditentukan dengan mengurangkan berat air dari berat vol tanah basah.

Gambar 8.

Alat ukur kepadatan nuklir

SOAL TUGAS 1. Hasil uji pemadatan standar proctor sbb : 1. Tentukan kadar air optimum dan berat vol kering maksimum. 2. Gambarkan garis-garis kadar udara 0%, 8%, Bila Gs=2,67 3. Berapa kadar udara pada kadar air optimum?

4.

No

W%

γb (kN/m3)

1

15,5

20,6

2

15,1

21,0

3

12,4

21,2

4

10,01

21,3

5

8,92

20,4

6

7,4

18,9

Setelah pemadatan timbunan untuk badan jalan contoh tanah tsb diuji kepadatannya dengan alat kerucut pasir (sand cone) Data : -Berat pasir yang dituangkan untuk memenuhi lubang dan corong kerucut adalah 860 g - Berat pasir untuk mengisi corong 324 g

73


- Berat vol pasir yg digunakan untuk uji kerucut pasir 1,82 gr/cm3 - Berat tanah basah yg digali dari lubang = 638g - Kadar air di tempat 22% Hitung : 1. Berapa volume kering tanah di lapangan ? 2.

Jika berat vol kering hasil uji standar proctor di lab adalah : 18,34 kN/m3, berapa derajat kepadatan di lapangan?

74


MODUL 9 DISTRIBUSI TEGANGAN DALAM TANAH 1. PENGERTIAN DASAR Tegangan di dalam tanah yang timbul akibat adanya beban di permukaan dinyatakan dalam istilah tambahan tegangan (stress increastment), karena sebelum tanah dibebani, tanah sudah mengalami tekanan akibat beratnya sendiri yang disebut tekanan overburden. Analis tegangan di dalam tanah didasrkan pada anggapan bahwa tanah bersifat elastis, homogen, isotropi,dan terdapat hubungan linier antara tegangan dan regangan. Dalam analisisnya,regangan volumetric pada bahan yang bersifat elastis dinyatakan oleh persamaan :

∆V 1 − 2 µ (σ X + σ Y + σ Z ) = V E

(1)

Dengan ∆V = perubahan volume V = volume awal µ = angka poison E = modulus elastis σx,σy, σz = tegangan-tegangn dalam arah x,y,dan z Dalam Persamaan (1), bila pembebanan yang mengakibtkan penurunan, terjadi pada kondisi tak terdrainase (undrained), atau penurunan trerjadi pada volume konstant, maka ∆V/V = 0. Dalam kondisi ini, angka poison µ= 0,5. Jika pembebanan menyebabkan perubahan volume (contohnya penurunan akibat proses konsolidasi), sehingga ∆V/V .0, maka µ < 0,5. 2. BEBAN TITIK Boussinesq (1885) memberikan persamaan penyebaran beban akibat pengaruh beban titik dipermukaan . Tambahan tegangan vertikal (∆σz) akibat beban titik dianalisi dengan meninjau sistem tegangan pada kordinat silender (Gambar.3). Dalam teori ini, tambahan tegangan vertikal (∆σz) pada suatu titik dalam tanahakibat beban titik Q dipermukaan, dinyatakan oleh persamaan:

3Q ∆σ z = 2πz 2

 1   1 + (r / z )2 

   

5/ 2

(.2)

dengan :

75


∆σz z r

= tambahan tegangan vertikal = kedalaman titik yang ditinjau = jarak horizontal titik didalam tanah terhadap garis kerja beban

Jika faktor pengaruh untuk beban titik didefinisikan sebagai :

3 I= 2π

 1   1 + (r / z )2 

   

5/ 2

(.3)

Maka Persamaan (4.2) akan menjadi

∆σ z =

Q I z2

(.4) Nilai IB yang disajikan dalam bentuk grafik diperlihatkan dalam (Taylor,1984)

Gambar 4

Gambar 3 Tambahan tegangan vertikal akibat beban titik

Gambar 4 Faktor pengaruh (I) akibat beban titik, didasarkan teori Boussinesq (Taylor, 1948)

76


Contoh Soal; Susunan fondasi diperlihatkan dalam Gambar C1 Beban kolom A = 400kN, kolom B = 200kN dan kolom-kolom C = 100kN. Bila beban kolom dianggap sebagai beban titik, hitung tambahan tegangan dibawah pusat fondasi-fondasi A,B, dan C, pada kedalaman 6m dibawah pondasi. Penyelesaian : Beban-beban kolom dianggap sebagai beban titik, karena itu tambahan tegangan dibawah masing-masing fondasi dapat dihitung dengan persamaan :

∆σ z =

Q I z2

Fondasi-fondasi diberi nama menurut nama kolom. Dalam soal ini, karena susunan fondasi simetri, tambahan tegangan dibawah pondasi B dan C, pada kedalaman yang sama akan menghasilkan ∆σ z yang sama.

Gambar C1 (1) Untuk fondasi-fondasi B:

∆σ z (B1) = ∆σ z (B2) = ∆σ z (B3) = ∆σ z (B4) (2) Untuk fondasi-fondasi C:

∆σ z (C1) = ∆σ z (C2) = ∆σ z (C3) = ∆σ z (C4) (a) Tambahan tegangan dibawah pusat pondasi A

77


Hitung faktor pengaruh I pada kedalaman 6 m dibawah fondasi A, dilakukan dalam Tabel C1a. Tabel C1a. Faktor pengaruh I dibawah fondasi A

Tambahan tegangan akibat beban fondasi A = 1 x 400/62 x 0,478 = 5,2 kN/ m2 Tambahan tegangan akibat beban fondasi B = 1 x 200/62 x 0,273 = 6,0 kN/ m2 Tambahan tegangan akibat beban fondasi C = 1 x 100/62 x 0,172 = 1,9 kN/ m2 Tambahan tegangan dibawah fondasi A pada kedalaman 6 m:

∆σ z (A) = 5,2 + 6,0 + 1,9 = 13,1 kN/m2 (b) Tambahan tegangan dibawah pusat pondasi B Ditinjau fondasi B1. Dihitung jarak-jarak antara pusat fondasi B1 dengan yang lain: BC1= B1C2 = B1A = 3 m B1B2 = B1B3 = B1C3 = B1C4 = B1B4 = 6,0 m

3 2 + 3 2 = 4,24 m 6 2 + 3 2 = 6,71 m

Hitung I dibawah pusat pondasi B1, pada kedalaman z = 6 m, oleh akibat beban-bebanseluruh pondasi diletakkan pada Tabel C.1b Tabel C.1b Faktor pengaruh I dibawah fondasi B1

78


Tambahan tegangan dibawah pusat pondasi B1, akibat beban fondasi A = 400/62 x 0,273 = 3,03 kN/ m2 Tambahan tegangan dibawah pusat pondasi B1, akibat beban fondasi B = 200/62 x (0,478 + 0,172 + 0,172 + 0,084) = 5,03 kN/ m2 Tambahan tegangan dibawah pusat pondasi B1, akibat beban fondasi C = 100/62 x (0,273 + 0,273 + 0,063 +0,063) = 1,87 kN/ m2 Tambahan tegangan akibat beban seluruh fondasi, dibawah pusat pondasi B1, pada kedalaman 6m:

∆σ z (B1) = 3,03 + 5,03 + 1,87 = 9,93 kN/ m2 Tegangan-tegangan dibawah masing-masing pusat pondasi B1 sampai B4, pada kedalaman 6m:

∆σ z (B1) = ∆σ z (B2) = ∆σ z (B3) = ∆σ z (B4) = 9,93 (c) Tambahan tegangan dibawah pusat pondasi C C1A = 4,24 m C1B4 = C1B3 = 6,71 m C1C4 = 6 2 = 8,48 m Hitung I dibawah pusat pondasi C1, pada kedalaman z = 6 m, oleh akibat beban-bebanseluruh pondasi diletakkan pada Tabel C.1c Tabel C.1c Faktor pengaruh I dibawah fondasi C1

Tambahan tegangan dibawah pusat pondasi C1, akibat beban fondasi A = 400/62 x 0,172 = 1,19 kN/ m2 Tambahan tegangan dibawah pusat pondasi C1, akibat beban fondasi B = = 200/62 x (0,273 + 0,273 + 0,063 +0,063) = 3,73 kN/ m2 Tambahan tegangan dibawah pusat pondasi C1, akibat beban fondasi C = 100/62 x (0,478 + 0,084 + 0,084 +0,031) = 1,88 kN/ m2 Tambahan tegangan dibawah pusat pondasi C1, pada kedalaman 6m:

79


∆σ z (C1) = 1,91 + 3,73 + 1,88 = 7,52 kN/ m2 Jadi tegangan-tegangan dibawah masing-masing pusat pondasi C1 sampai C4, pada kedalaman 6m:

∆σ z (C1) = ∆σ z (C2) = ∆σ z (C3) = ∆σ z (C4) = 7,52 kN/ m2 3. BEBAN TERBAGI RATA BERBENTUK LAJUR MEMANJANG Tambahan tegangan vertikal pada titik A didalam tanah akibat beban terbagi rata q fleksible berbentuk lajur memanjang ( Gambar 5), dinyatakan oleh persamaan :

∆σ z =

q

π

(α + sin α cos 2β )

(5)

dengan λ dan β dalam radian yang ditunjukkan dalam Gambar 4.5. Isobar tegangan yang menunjukkan tempat kedudukan titik- titik yang mempunyai tregangan vertikal yang sama oleh akibat beban berbentuk lajur memanjang ditunjukkan dalam Gambar 6

Gambar 5. Tegangan aqkibat beban terbagi rata berbentuk lajur memanjang 4. BEBAN TERBAGI RATA BERBENTUK EMPAT PERSEGI PANJANG Tambahan tegangan vertikal akibat beban terbagi rata fleksible berbentuk lempat persegi panjang, dengan ukuran panjang L dsan lebar B (Gambar 7) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan yang diperoleh dari penjabaran persamaan Boussinesq,sebagai berikut ∆σz = ql (6a) Dalam persamaan tersebut

80


1 I= 4π

(

)

( (

) )

(

)

1/ 2  2mn m 2 + n 2 + 1 1 / 2 m 2 + n 2 + 2 2mn m 2 + n 2 + 1  × 2 + arctg 2 2  m2 + n2 + 1 + m2n2 m + n + 1 m + n2 + 1 − m2n2 

   

(6b)

Dengan : q = tekanan sentuh atau tekanan fondasi ke tanah

B L m= Z ,n = Z

Gambar 6 Isobar tegangan untuk beban terbagi rata berbentuk lajur memanjang dan bujur sangkar teori Boussinesq

Gambar 7 Tegangan di bawah beban terbagi rata berbentuk empat persegi panjang

81


MODUL 10 PENYELIDIKAN TANAH DI LAPANGAN I.

PENDAHULUAN

Penyelidikan tanah di lapangan di butuhkan untuk data perancangan fondasi bangunan-bangunan, seperti : bangunan gedung, dinding penahan tanah, bendungan, jalan, dermaga, dll. Bergantung pada maksud dan tujuannya, penyelidikan dapat dilakukan dengan cara-cara : menggali lubang uji (test pit), pengeboran, dan uji secara langsung di lapangan (in-situ test). Dari data yang diperoleh sifat-sifat teknis tanah dipelajari, kemudian digunakan sebagai bahan pertimbangan dalam menganalisa kapasitas dukung dan penurunan. Tuntutan ketelitian penyelidikan tanah tergantung dari besarnya beban bangunan, tingkat keamanan yang diinginkan, kondisi lapisan tanah, dan biaya yang tersedia untuk penyelidikan. Oleh karena itu, untuk bangunanbangunan sederhana atau ringan, kadang-kadang tidak dibutuhkan penyelidikan tanah, karena kondisi tanahnya dapat diketahui berdasarkan pengalaman setempat. Tujuan penyelidikan tanah antara lain: 1. menentukan kapasitas dukung tanah menurut tipe fondasi yang dipilih 2. menentukan tipe dan kedalaman fondasi 3. untuk mengetahui posisi muka air tanah 4. untuk mengetahui besarnya penurunan 5. menentukan besarnya tekanan tanah terhadap dinding penahan tanah atau pangkal jembatan (abutment) 6. menyelidiki keamanan suatu struktur bila penyelidikan dilakukan pada bangunan yang telah ada sebelumnya 7. pada proyek jalan raya dan irigasi, penyelidikan tanah berguna untuk menentukan letak-letak saluran, gorong-gorong, penentuan lokasi dan macam bahan timbunan II. CARA PENYELIDIKAN Informasi kondisi tanah dasar fondasi, dapat diperoleh dengan cara menggali lubang secara langsung di permukaan tanah yang disebut lubang uji (test-pit), maupun dengan cara pengeboran tanah. Penyelidikan mendetail dengan pengeboran tanah yang diikuti dengan pengujian-pengujian di laboraturium dan atau dilapangan, selaludilakukan untuk penyelidikan tanah pada proyekproyek besar seperti : gedung bertingkat tinggi, jembatan, bendungan, bangunan industri, dll. Penyelidikan tanah terdiri dari 3 tahap yaitu : pengeboran atau penggalian lubang uji, pengambilan contoh tanah (sampling) dan pengujian contoh tanah. Pengujian contoh tanah dapat dilakukan di laboraturium atau di lapangan. Bergantung pada tingkat ketelitian yang dikehendaki, pengambilan contoh tanah dilakukan pada setiap jarak kedalaman 0,75-2 meter dengan cara

82


menekan tabung contoh tanah (sampler) secara hati-hati (terutama untuk contoh tak terganggu) yang dipasang pada ujung bawah batang bor. Pada waktu pengeboran dilakukan, contoh tanah dapat diperiksa di dalam pipa bor yang ditarik keluar. Jika pada tahap ini ditemui perubahan jenis tanah, kedalaman perubahan jenis tanah dan kedalamannya dicatat, dan kemudian, contoh tanah tambahan diambil. Pada lapisan-lapisan yang dianggap penting untuk dikatahui karakteristik tanahnya, kadang-kadang pengambilan contoh kontinu (continous sampling) diperlukan. Bila pengeboran dilakukan pada lapisan batuan, contoh inti batu (rock core) diambil dengan alat bor putar (rotary drill). Kedalaman muka air tanah harus diperiksa dengan teliti. Kesalahan data muka air tanah dapat mempersulit pelaksanaan pembangunan fondasi dan dapat mengakibatkan kesalahan analisis stabilitasnya. III.ALAT- ALAT PENYELIDIKAN Data hasil penyelidikan tanah dapat memberikan gambaran tentang kondisikondisi lapisan pada sifat-sifat fisik tanah dalam arah vertical. Berdasarkan data ini, perancang dituntut untuk menggabar profil lapisan tanah dengan cara interpolasi data dari tiap-tiap lapisan yang mengandung material-material yang secara pendekatan mempunyai sifat-sifat yang sama. Terdapat beberapa cara penyelidikan yang berguna untuk mengetahui kondisi lapisan tanah dan sifat-sifat teknisnya. 1. Lubang-uji (test pit)

Cara ini berguna untuk mengetahui kondisi lapisan tanah dengan teliti. Lagi pula, bila perlu dapat mengambil contoh tanah tak terganggu (undisturbed sample) pada lapisan-lapisan yang dikehendaki.

83


2. Bor tangan (hand auger) Cara ini termasuk yang paling sederhana dalam pembuatan lubang dalam tanah dengan menggunakan alat bor. Alat bor seperti pada gambar 2.2 hanya dapat digunakan bila tanah mempunyai kohesi yang cukup, sehingga lubang bor dapat tetap stabil di sepanjang lubangnya. Alat ini tidak dapat digunakan pada pasir yang terendam air. Penetrasi mata bor terbatas pada kekuatan tangan yang memutarnya, oleh karena itu tanah harus tidak mengandung batu atau lapisan tanah keras lainnya. Bor tangan dapat menembus sampai 10m, tapi umumnya kedalaman bor maksimum 6 sampai 8 meter. Alat ini sering digunakan dalam penyelidikan tanah untuk proyek-proyek jalan raya , kereta api, dan lapangan terbang, dimana kedalaman lubang yang dibutuhkan pada jalan raya hanya berkisar pada kedalaman 4m. untuk pembuatan lubang yang lebih dalam pada tanah kohesif, bor ulir dapat digunakan ( GAMBAR 2.2B).

3. Bor cuci (wash boring) Pada cara ini, pengeboran tanah dilakukan dilakukan dengan cara penyemprotan air sambil memutar-mutar pipa selubung (casing) untuk memudahkan penetrasi ujung mata bor gambar…. Tanah yang diambil merupakan contoh terganggu (disturbed) yang terangkut keluar bersama aliran air. Tanah yang keluar dari lubang bor diidentifikasi secara kasar. Pengambilan contoh tanah dilakukan secara kering dengan cara mengganti ujung mata bor denga tabung contoh. Cara ini tidak mengganggu tanah dibawah mata bor . oleh karena itu contoh tanah yang diambil memungkinkan dalam kondisi tak terganggu (udisterbed sample). Metode bor cuci tidak dapat digunakan jika tanah mengandung batu-batu besar.

84


Penyelidikan dengan pencucian (Wash Probing) Wash probing digunakan untuk mengetahui kedalaman pertemuan antara tanah lunak dan tanah keras atau padat . caranya, air yang bertekanan tinggi disemprotkan melalui pipa-pipa yang digerakan keatas dan kebawah pada lubang yang dilindung pipa gambar… cara ini dilakukan untuk penyelidikan tanah di pelabuhan dan penentuan lapisan tanah dibawah lipisan sungai, yang dimaksudkan untuk menentukan kedalaman pasir atau lanau yang terletak di atas lapisan keras atau batu. Hal tersebut teutama digunakan dalam pekerjaan pemancangan dan pengerukan. 3.Bor putar (rotary drill) Penyelidikan tanah dengan menggunakan bor putar atau bor mesin gambar… dapat dilakukan pada semua jenis tanah. Alat bor putar yang digerakan dengan mesin dapat menembus lapisan tanah keras atau bat sampai kedalaman lebih dari 40m. alat ini dapat digunakan pada lapisan tanah keras, batu,tanah lempung dan bahkan tanah pasir.

85


Pengeboran inti dilakukan jika pengeboran menembus lapisan batu. Dan bila pada penyelidikan diinginkan untuk memperoleh contoh inti kontinu (continous core sample) . putaran batang bor menekan ujung matan bor. Tabung inti luar berputar bersama-sama batang bor dan manekan ke lapisan keras atau batu di bawahnya mata bor dipasang pada ujung alat bornya. Putaran mata bor membentuk gerusan yang berbentuk cincin. Contoh inti batu masuk kebagian mata bor dan sekaligus masuk kedalam tabung inti dalam , yang dibuat tidak ikut berputar. Selama pengeboran, air disirkulasikan lewat batang bor yang berlubang. Contoh bentuk mata bor dari type double-tube core barrel, ditunjukan dalam. Gambar 2.5 Pengeboran dapat dilakukan dengan tanpa mengunakan pipa selubung (casing). Jika lubang cenderung akan longsor, dilakukan pengeboran dengan memasukan kedalam lubang bor suatu cairan kental dari bahan lempung vulkanik tiksotropik dan air. Cairan ini berfungsi menahan sisi lubang bor dan menutup pori-pori tanah yang lolos air sekeliling lubang bor.

86


II.ALAT – ALAT PENGAMBILAN CONTOH TANAH Macam-macam contoh tanah yang harus diperoleh dari pengeboran bergantung pada maksud penyelidikannya. Untuk identifikasi serta penentuan sifat-sifat teknis tanah, dibutuhkan contoh tanah yang mewakili. Dari sini, kemudian ditentukan nilai-nilai kuat geser, batas-batas Atterbeg, berat volume, kandungan karbonat, dan kandunga material organiknya. Contoh tanah diambil dari pengeboran dengan cara memasang tabung contoh (sampler) pada ujung pipa bor di kedalaman yang berbeda-beda. Pada contoh tanah yang tidak rusak susunan tanahnya atau sedikit sekali dwrajat ketergantungannya, maka contoh tersebut disebut contoh tak terganggu (undisturbed sample). Karakteristik tegangasn-tegangan tanah harus diambil dari contoh tanah tak terganggu. Dalam praktek, sangat sulit diperoleh contoh yang benar-benar tak terganggu, walaupun penanganan contohnya sudah sangat hati-hati. Gangguan contoh ini sering mempengaruhi hasil-hasil pengujian laboraturium. Penyebab gannguan contoh tanah yang diambil dengan cara pengeboran, antara lain: 1. perubahan kondisi tegangan dari tempat asal. 2. perubahan kadar air tanah dan angka pori. 3. gangguan susunan butir tanah. 4. perubahan kandungan bahan kimia. Hvorslev (1984) menyarankan dalam pengambilan contoh tanah, yang terbaik adalah dengan cara menekan tabung dengan tidak memukulnya kedalam

87


tanah. Selain itu, dimensi tabung contoh harus sedemikian hingga rasio area (Ca) direduksi sampai minimum.

Untuk memperkecil gesekan antara tanah dengan dinding bagian dalam tabung, supaya derajat gangguan contohnya kecil, ujung tabung agak dibengkokkan kedalam atau dilengkapi dengan alat pemotong yang diiameterdalamnya lebih kecil dari dimeter dalam tabung contoh (Gambar 2.6a). Namun, hal ini juga menyebabkan akibat sampingan yang berupa pengembangan contoh setelah berada didalam tabung. Untuk klasifikasi dan untuk mempelajari karakteristik kepadatan tanah, contoh targanggu (disturbed sample) dapat digunakan. Prinsip persyaratan contoh terganggu adalah bahwa contoh tersebut harus mewakili kondisi lapisan tanahnya. Hasil penyelidikan dengan bor tangan mewakili kondisi tanah dalam kondisi terganggu. Berbagai macam tabumg pengambilan contoh tanah telah dipakai hingga saat ini, beberapa contohnya antara lain : A.Tabung Contoh Tekanan Terbuka (Open Drive Sample) Tabung contoh tekan terbuka terdiri dari tabung tabung baja yang dilengkapi dengan alat pemotong pada ujungnya. Batang bor dihubungkan dengan ujung atas tabung contoh (gambar 2.7). Diameter dalam tabung berkisar antara 100 sampai 450 mm. Pada saat pengambilan contoh tanah, tabung contoh ditekan secara dinamis atau statis oleh alat penekan.

88


Tabung contoh tipe ini cocok untuk tanah berlempung. Jika digunakan dalam tanahgranuler (berbutir lepas), penahan inti (core catcher) yang berfungsi menahan contoh tanah agar tertahan dalam tabung harud digunakan. Akibat pengaruh pekerjaan pengeboran, tanah dasar lubang bor yang berupa lempung atau lanau sensitive, akan terganggu sampai pada kedalamn tertentu. Oleh karena itu, bila tabung tekan terbuka kedalaman terbuka ditekan, bagian atas dari tabung tersebutakan terisi oleh tanah yang telah rusak susunannya. Selain itu, pada waktu tabung diputar untuk memotong tanah didalam lubang bor, putaran akan merusakkan susunan tanahnya pada bagian bawah contoh. Untuk menanggulangi kerusakan ini, lebih baik jika digunakan tabung contoh berpiston. B.Tabung Contoh Berpiston Tabung contoh berdinding tipis yang cocok digunakan untuk tanah kohesif ini, diperkenalkan oleh Hvorslev (1949). Diameter dalam tabung bervariasi dari 50100 mm, dan panjangnya bervariasi dari 450-750. tabung yang pendek dipakai untuk dipakai tabung yang berdiameter kecil. Terdapat 2 tipe tabung contoh untuk tabung berdinding tipis, yaitu tabung berpiston mengapung dan tabung berpiston tetap . tabung contoh berpiston cocok digunakan untuk tanah-tanah yang sensitive terhadap gangguan, seperti lempung lunak dan lempung plastis. Kecuali itu dapat pula digunakan dalam pengambilan contoh tanah pada lubang uji dan pengambilan contoh tanah pada lubag bor yang dangkal.

89


( a ) tabung contoh berpiston mengapung (floating piston) Alat ini terdiri dari tabung baja tipis yang kadang-kadang dilengkapi dengan alat pemotong pada ujungnya (gambar 2.8). Tabung contoh dilengkapi dengan piston yang tergantung oleh sebuah kabel. Pada waktu tabung dimasukan kedalam lubang bor hingga menyentuh dasar lubang, posisi piston mula-mula terletak pada ujung bawah tabung, agar tanah tidak masuk kedalamnya. Setelah tabung dan piston menyentuh tanah dasar, tabung contoh ditekan kebawah sedang piston tetap ditempatnya. Untuk pengambilan contoh, tabung harus sedikit diputar (atau alat pemotong tambahan harus dipasang pada ujungnya). Gesekan antara contoh tanah dan dinding tabung membuat contoh tanah tetap tinggal dalam tabungnya. Pada tabung contoh ditarik keluar dan dilepas dari tangkai bor, kedua ujung tabung contoh tanah yang telah berisi tanah tidak terganggu ditutup dengan lilin, dan dibawa ke laboratorium. ( b. ) tabung contoh berpiston tetap (fixed piston) Pada tabung contoh berpiston tetap (gambar 2.8) piston dapat diletakan pada posisinya oleh sebuah batang baja yang memanjangsampai permukaan tanah. Pengambilan contoh tanah dipilih pada kedalaman tertentu, dimana diperkirakan tanahnya tidak terganggu oleh operasi pengeboran. Saat pengambilan contoh tanah, piston ditahan pada posisinya dan tabung ditekan ke bawah. Dengan cara ini, jika tanah lunak, tabung dapat ditekan ke bawah sampai kedalaman yang diinginkan dngan tanpa memperdalam pengeboran. ( c ) tabung contoh belah (split barrel sample) Tabung contoh terdiri dari tabung yang dapat dibelah menjadi dua bagian satu sama lain pada waktu mengeluarkan contoh tanah (gambar 2.9) secara keseluruhan, bagian-bagian tabung contoh tanah dari bawah keatas terdiri dari: bagian pemotong pada ujung bawah tabung yang dapat dibelah,

90


tabung penghubung dan bagian kepala tabung. Untuk menahan contoh tanah tetap di tempatnya, pada bagian atas alat pemotong diberi katup penutup. Salah satu dari jenis tabung contoh ini, digunakan untuk pengujian penetrasi standart (SPT).

III,PENANGANAN CONTOH TANAH Hal penting yang perlu diperhatikan dalam penanganan contoh tanah adalah bahwa setelah tabung contoh tanah diambil dari lubang bor, ujung-ujungnya harus dibersihkan dan ditutup lilin. Maksudnya adalah agar contoh tanah tidak berubah kadar airnya, dan juga unuk menahan gangguan contoh tanah yang mungkin timbul dalam perjalanan ke laboraturium. Selain itu pada tabung contoh tanah bor, dan kedalaman contoh. Ujung atas dan bawah tabung contoh harus ditandai dengan benar, sehingga pada pengujian di laboraturium akan diketahui ke arah mana contoh tanah akan dikeluarkan dari dalam tabung contoh. Contoh tanah lempung sensitive harus dijaga dengan baik pada waktu diangkut ke laboratorium,terutama jangan sampai terjadi getaran yang besar yang dapat merusak contoh tanah. IV.LAPORAN HASIL PENGEBORAN Laporan hasil pengeboran tanah harus dibuat jelas dan tepat pengawas lapangan yang menangani pekerjaan selain harus selalu mencatat hal-hal kecil yang berkaitan dengan pelaksanaan pekerjaan, seperti : pergantian alat dan tipenya, kedalaman pada waktu penggantian alat, metode penahanan lubang bor agar stabil atau penahan tebing lubang uji. Sesudah contoh tanah diuji di laboratorium, ditentukan klasifikasinya. Catatan lapangan bersama dengan hasil pengujian laboratorium tersebut dirangkum sedemikian sehingga batas-batas antara material yang berbeda diplot pada elevasi yang benar, menurut skala yang ditentukan. Semua hasil-hasil pengeboran dicatat dalam laporan hasil pengeboran (atau disebut boring log), yang berisi antara lain: 1. Kedalaman lapisan tanah. 2. Elevasi permukaan tiik bor, lapisan tanah dan muka air tanah. 3. Simbol jenis tanah secara grafis. 4. Deskripsi tanah. 5. Posisi dan kedalaman pengambilan contoh. Disebutkan kondisi contoh terganggu atau tak terganggu.

91


6. Nama proyek, lokasi, tanggal, dan nama penanggung jawab pekerjaan pengeboran. Dalam penggambaran profil lapisan tanah, lapisan tanah disajikan dalam bentuk simbol-simbol yang digambar secara vertical. Gambar 2.10 menyajikan contoh symbol-simbol tersebut. Kebanyakan tanah terdiri dari beberapa campuran dari jenis tanah-tanah tertentu, seperti lempung berlapis, lanau berlapis, lanau berpasir, kerikil berlanau, dan sebagainya. Dalam kondisi ini, symbol-simbol dapat dikombinasokan, dengan kandungan tanah yang dominan digambar lebih banyak atau lebih tebal.

V.PENYELIDIKAN TANAH DILAPANGAN Jenis-jenis tanah tertentu sangat mudah sekali terganggu oleh pengaruh pengambilan contoh didalam tanah. Unuk menanggulanginya sering dilakukan beberapa pengujian-pengujian tersebut antara lain : o Uji penetrasi standart atau uji SPT (standart penetration test) o Uji penetrasi kerucut statis (static penetration test) o Uji beban plat (plate load test) o Uji geser kipas atau geser baling-baling (vane shear test) Pengujian dilapangan sangat berguna untuk mengetahui karakter tanah dalam mendukung beban fondasi dengan tidak dipengaruhi oleh kerusakan Contoh : tanah akibat operasi pengeboran dan penanganan, contoh. Khususnya berguna untuk menyelidiki tanah lempung sensitive, lanau dan tanah pasir tidak padat. Perlu diperhatikan bahwa hasil-hasil uji geser kipas dan uji penetrasi , hanya memberikan informasi kuat geser (kekuatan) tanah saja, oleh karena itu pengujian-pungujian tersebut seharusnya tidak digunakan sebagai pengganti pengeboran, namun hanya sebagai pelengkap data hasil penyelidikan. Suatu yang tidak dapat diidentifikasikan oleh pengujian tersebut adalah mengenai

92


jenis tanah yang ditembusnya secara pasti, atau perbedaan jenis tanahnya. Sebagai contoh, pengujian tidak dapat memberikan informasi mengenai tanah yang diuji apakah tanah organic atau lempung lunak, atau tanah berupa pasir tak padat atau lempung kaku, karena yang diketahui hanya tahanan penetrasi atau kuat gesernya saja. Demikian pula, hasil-hasil pengujian tidak dapat memberikan informasi mengenai kondisi air tanah. Untuk itu, kekurangan-kekurangan data dapat dilengkapi dengan mengadakan pengeboran tanah. a.Uji Penetrasi Standar (SPT) Uji penetrasi standar dilakukan karena sulitnya memperoleh contoh tanah tak terganggu pada tanah granuler. Pada pengujian ini, sifat-sifat tanah ditentukan dari pengukuran kerapatan relative secara langsung dilapangan. Pengujian untuk mengetahui nilai kerapaatan relative yang sering digunakan adalah Uji Penetrasi Standar atau disebut Uji SPT (Standar Penetration Test). Uji SPT dilakukan dengan cara sebagai berikut: Sewaktu melakukan pengeboran inti, jika kedalaman pengeboran telah mencapai lapisan tanah yang akan diuji, mata bor dilepas dan diganti dengan alat yang disebut tabung belah standar (Standar Split barrel sampler) (Gambar 2.11a). Setelah tabung ini dipasang, bersama-sama dengan pipa bor, alat diturunkan sampai ujungnya menumpu lapisan tanah dasar, dan kemudian dipukul dari atas. Pukulan diberikan oleh alat pemukul yang beratnya 63,5 kg (140 pon), yang ditarik naik turun denagn tinggi jatuh 76,2 cm (30”) (Gambar 2.11c). Nilai SPT diperoleh dengan cara sebagai berikut: Tahapan pertama, tabung belah standar dipukul sedalam 15 cm (6”). Kemudian dilanjutkan pemukulan tahap kedua sedalam 30,48 (12”). Jumlah pukulan tahap kedua ini, yaitu jumlah pukulan yang dibutuhkan untuk penetrasi tabung belah standar sedalam 30,48 cm, didevinisikan sebagai nilai-N. Pengujian yang lebih baik dilakukan dengan menghitung pukulan pada tiap-tiap penembusan sedalam 7,62 cm (3 inci) atau setiap 15 cm (6 inci). Dengan cara ini, kedalaman sembarang jenis tanahdidasar lubang bor dapat ditaksir, dan elevasi dimana gangguan terjadi dalam usaha menembus lapisan yang keras seperti batu, dapat dicatat. Pada kasus-kasus umum, uji SPT dilakukan setiap penetrasi bor 1,5 – 2 m atau paling sedikit pada tiap-tiap pergantian jenis lapisan tanah disepanjang kedalaman lubang bornya. Untuk fondasi dangkal interval pengujian dapat lebih rapat lagi. Untuk tanah berbatu, palmer dan stuart (1957) memodifikasi tabung belah standar yang terbuka menjadi tertutup dan meruncing 30º pada ujungnya (Gambar 2.22b). pengamatan telah menunjukan bahwa pada umumnya nilai N yang diperoleh oleh kedua tipe alat ini mendekati sama, untuk jenis tanah dan kerapatan relative tanah yang sama. Pada perancangan fondasi, nilai N dapat dipakai sebagai indikasi kemungkinan model keruntuhan fondasi yang akan terjadi (Terzaghi dan Peck, 1948). Kondisi

93


keruntuhan geser local (Local shear failure) dapat dianggap mterjadi, bila N < 5, dan keruntuhan geser umum (general shear failure) terjadi pada nilai N >30. Untuk nilai N antara 5 dan 30, interpolasi linier dari koefisien kapasitas dulung tanah Na, Nq dan Ny dapat dilakukan. Bila nilai-nilai kerapatan relative (Dr) diketahui, nilai N dapat didekati dengan persamaan (meyerhof, 1957). N = 1,7 D r² (14,2po´ + 10) Dengan: Dr = Kerapatan relative po ’ = tekanan vertical akibat beban tanah efektif pada kedalaman tanah yang ditijau, atau tekanan overburden efektif.

94


Hubungan nilai N dengan kerapatan relative (Dr) yang diusulkan oleh Terzaghi dan Peck (1948), untuk tanah pasir, disajikan dalam Tabel 2.1 Nilai N <4 4-10 10-30 30-50 >50

Kerapatan relative (Dr) Sangat tidak padat Tidak padat Kepadatan sedang Padat Sangat padat

Untuk tanah lempung jenuh, Terzaghidan Peck (1948) memberikan hubungan N secara kasar dengan kuat tekan-bebas, seperti yang diperlihatkan dalam Tabel 2.2. kuat tekan-bebas (qu) diperoleh dari uji tekan-bebas, Cu= 0,5qu dan simbul . akan tetapi, penggunaan hubungan nilai N dan kuat geser tanah lempung jenuh pada Tabel 2.2tersebut tidak direkomendasikan. Peck, dkk. (1953) menyatkan bahwa nilai N hasil uji SPT untuk tanah lempung hanyalah sebagai pendekatan kasar, sedang pada tanah pasir, nilai N hasil uji SPT dapat di percaya. Untuk menentukan kuat geser tanah lempung jenuh, lebih baik jika nilainya di peroleh dari uji geser kipas (vane shear test) di lapangan atau dari pengujian contoh tanah tak terganggu di laboraturium. Untuk menentukan kapasitas dukung izin dari hasil uji SPT, diperlukan estimasi kasar nilai lebar fondasi (B) dari fondasi terbesar pada bangunan. Untuk fondasi dangkal, uji SPT dilakukan pada interval 2,5 ft (76 cm) dibawah dasar fondasi, dimulai dari kedalaman dasar fondasi (Df) sampai kedalaman Df + B (Terzaghi dan Peck, 1948). Nilai N rata-rata sepanjang kedalaman ini akan berfungsi sebagai gambaran kasar dari kerpatan relative pasir ang berada di bawah dasar fondasi, yang masih mempengaruhi besar penurunan. Jika uji SPT dilakukan pada beberapa lubang pada lokasi yang berlainan, nilai N rata-rata terkecil digunakan dalam mamperkirakan nilai kapasitas dukung tanahnya (Terzaghi dan Peck, 1948).

Table 2.2 Hubungan nilai N, konsistensi dan kuat tekan bebas (qu) untuk tanah lempung jenuh (Terzaghi dan Peck, 1948) Kuat tekan bebas (qu) Nilai N Konsistensi (KN/m²)

95


<2 2-4 4-8 8 - 15 15 - 30 > 15

Sangat lunak Lunak Sedang Kaku Sangat Kaku Keras

< 25 25 – 50 50 – 100 100 – 200 200 – 400 > 400

b. Uji Penetrasi Kerucut Statis Uji penetrasi kerucut statis atau uji sondir banyak digunakan diindonesia, di samping uji SPT. Pengujian ini sangat berguna untuk memperoleh nilai variasi kepadatan tanah pasir yang tidak padat. Pada tanah pasir yang padat dan tanah – tanah berkerikil dan berbatu, penggunaan alat sondir menjadi tidak efektif, karena mengalami kesulitan dalam menembus tanah. Nilai –nilai tahanan kerucut statis atau tahanan konus (q˛) yang diperoleh dari pengujian, dapat dikorelasikan secara langsung dengan kapasitas dukung tanah dan penurunan pada fondasi – fondasi dangkal dan fondasi tiang. Ujung alat ini terdiri dari kerusut baja yang mempunyai sudut kemiringan 60°dan berdiameter 35,7 mm atau mempunyai luas tampang 1000 mm²bentukstematis dan cara kerja alat ini dapat dilihat pada Gambar 2.12 a. Salah atu macam alat sondir dibuat sedemikian rupa sehingga dapat mengukur tahanan ujung dan tahanan gesek dari selimut silinder mata sondirnya. Cara pengguanaan alat ini, adalah dengan menekan pipa penekanan dan mata sondir secara terpisah, melalui alata penekanan mekanis atau dengan tangan yang memberikan gerakan kebawah. Kecepatan penekanan kira – kira 10 mm/detik. Pembacaan tahanan kerucut statis atau tahan konus dilakukan dengan melihat arloji pengukur. Nilai q˛ adalah besarnya tahanan kerucut dibagi dengan luas penampangnya. Pembacaan arloji pengukur, dilakukan pada tiap – tiap penetrasi sedalam 20 cm. Tahanan ujung serta tahanan gesek selimut alat sondir dicatat. Dari sini diperoleh grafik tahanan kerucut statis atau tahanan konus yang menyajikan nialai ke duanya ( Gambar 2.12 b).

96


Karena uji kerucut statis ( sondir) tidak mengeluarkan tanah saat pengujian berlangsung, maka jenis tanah tidak diketahui dengan pasti. Robertson dan Campanella (1983) mengusulkan hubungtan tanah konus (q˛) dengan rasio gesekan Rf, untuk mengklasifikasikan tanah secara pendekatan, seperti yang ditunjukan dalam Gambar 2.12 b dan 2. 13. pada Gambar tersebut Rf adalah rasio gesekan ( Fricition ratio ) yang merupakan perbandingan antara gesekan selimut local, fs ( gaya gesek yang bekerja pada selimut konus dibagi dengan luas selimutnya atau disebut gesek satuan ) dengan tahanan konus q˛ atau rasio gesekan dinyatakan oleh persamaan: Rf = fs/q˛ x100%

97


c. Uji Beban Pelat Uji beban pelat (plate lood test ) sangat cocok untuk penyediaan tanah timbunan atau tanah yang mengan dung banyak kerikil atau batuan, dimana uji-uji lapanga yang sulit dilaksanakan. Pelat beban berupa pelat besi berbentuk lingkaran atau bujursangkar dengan diameter yang bervariasi dari 30 cm atau lebih besa lagi. Dimensi pelat tergantung dar ketelitian hasil pengujian yang dikehendaki. Pada prinsipnya, bila ukuran pelat menedekati atau sama dengan lebar pondasi sebenarnya, maka semakin teliti hasil yang diperoleh. Pelat diletakan pada dasar pondasi rencana dengna lebar lubang paling sedikit 4 kali lebar pelat yang digunakan ( Gambar 2.14). Pengamatan besar beban dan penurunan terjadi dilakukan sampai tanah mengalami keruntuhan atau pengujian dihentikan bila tekanannya mencapai kira- kira 2 kali kapasitas dukungan pondasi yang dirancang. Penambahan beban yang diterapkan, kira kira 0,1 kali nilai estimasi kapasitas dukungan tanah. Bentuk dan ukuran pelat pengujian bervariasi tergantung dari tujuan pengujian. Kapasitas dukungan ultimit yan gdiperoleh dapat digunakan langsung, jika ukuran pelat beban sama dengan ukuran pondasi yang akan digunakan. Untuk itu, kapasitas ujung izin dihitung dengan cara membagi kapasitas dukung ultimit dengan factor aman. Jika penurunan merupakan kriteria yang dijadikan pedoman dalam penentuan kapasitas dukung , kapasitas beban yang menyebabkan terlampauinya persyaratan penurunan yang perlu diperhatikan.

d. Uji kipas di Lapangan Beberapa macam alat telah digunakan untuk mengukur tahanan geser tanah kohesif. Salah satunya adalah, alat uji geser kipas atau geser baling baling (vane shear test). Salah satu macam alatnya terdiri dari kipas baja seinggi 10 cm dan diameter 5 cm yang berpotongan saling tegak lurus (Gambar 2.15a). dalam peraktek, terdapat beberpa ukuran kipas yang bisa digunakan. Pada saat melakukan pengujian, alat ini di pasang pada ujung bor, kipas berserta tangkainya ditekan ke dalam tanah, kemudian di putar dengan

98


kecepatan 6 sampai 12˚ per menit. Besarnya torsi (tenga puntiran) yang di butuh kan untuk memutar kipas diukur karena tanah tergeser menurut bentuk silinder vertical yang terjadi di pinggir baling-baling, tahanan geser tanah dapat dihitung, jika dimesi baling-baling dan gaya puntiran diketahui.untuk kipas berbentuk segi empat, kuat geser tanah lempung jenuh, dihitung dengan persamaan:1 Pengukuran dilakukan sepanjang kedalaman tanah yang diselidiki, pada jarak interval kira-kira 30 cm. bila pengukuran dilakukan dengan pembuatan lubang dari alat bor, kipas ditancapkan paling sedikit berjarak 3 kali diameter lubang bor diukur dari dasar lubangnya. Hal ini dimaksudkan untuk menyelidiki tanah yang benar-benar tak terganggu oleh operasi pengeboran. Kuat geser tanah yang telah berubah susunan tanahnya (remoulded) dapat pula dilakukan dengan pengukuran torsi minimum yang dibutuhkan untuk memutar balingbaling secara cepat dan kontinu.

Studi yang mendetail telah membuktikan bahwa kuat geser tanah lempung yang diperoleh dari uji geser kipas di lapangan terlalu besar (Aman,dkk., 1975). Hal ini disebabkan oleh zona geser yang terjadi saat tanah geser,lebih besar dari bidang runtuh tanahnya (Gambar 2.15b). perluasan bidang runtuh, tergantung dari macam dan kohesi tanah. Bjerrum (1972), mengusulkan koreksi kuat geser dari kuat geser yang diperoleh dari uji geser kipas di lapangan, sebagai berikut : Su (nyata) = α Su (lapangan) (2.7) Dengan: Su = cu = kohesi tak terdrainasi (kohesi undrained). Su (nyata) = Kuat geser tak terdrainasi yang digunakan dalam perancangan. Su (lapangan) = kuat geser tak terdrainasi yang diperoleh dari uji geser kipas dilapangan. α = factor kohesi yang ditunjukkan pada Gambar 2.16.

99


VI. DENAH TITIK-TITIK PENYELIDIKAN Lokasi titik-titik penyelidikan tanah harus diusahakan sedekat mungkin dengan letak fondasi. Hal ini penting, terutama bila bentuk lapisan tanah pendukung fondasi tidak beraturan. Bila denah struktur belum tersedia pada waktu di lakukan penyelidikan tanah, maka denah bor umumnya disusun dalam bentuk segiempat (lihat Gambar 2.17).

100


Untuk area yang luas, diperlukan jarak lubang bor yang agak lebar dan diselengi dengan beberpa uji lapangan tambahan, seperti : uji kerucut stastis (sondir)atau pemeriksaan dengan cara lubang uji (test-pi). Letak titik-titik penyelidikan tambahan tersebut, dipilih pada jarak yang dekat, yaitu diantara lubang-lubang bor. Jumlah lubang bor yang diperlukan sangat bergantung pada kekomplekan kondisi pada lapisan tanah dan biaya yang tersedia. Yang jelas, semakin banyak lubang bor, semakin teliti informasi yang di peroleh dari kondisi tanahnya. Bila biaya penyelidikan terbatas, diperlukanpertimbaqngan matang guna memutuskan jumlah lubang bor yang mewakili kondisi tanah. Pada bangunan yang bebannya tidak begitu besar, paling tidak harus ada 2 atau sebaliknya 3 lubang bor, sehingga benuk kemiringan lapisan tanah dapat diketahui. Jika jumlah lubang terlalu sedikit, estimasi bentuk kemiringan lapisan tanah dpat meleset dari sebenarnya, disamping kurangny informasi yang diperoleh dari kondisi tanah. Untuk fondasi bangunan tingkat tinggi dan bangunan industri, paling sedikit diperlukan satu lubang bor pada tiap-tiap sudut bangunannyayang diselingi dengan uji penetrasi kerucut statis. Untuk tiap-tiap sudut bangunan-bangunan tersebut, sebaiknya jarak titik bor tidak melebihi 15 m (Terzaghi dan Peck, 1948). Untuk jembatan dan bendungan, 2 set pengeboran perlu dikerjakan. Pengeboran pertama terletakpada sumbu-sumbuny, untuk mengetahui apakah pada lokasi tersebut tanahnya mampu mendukung beban. Pengeboran kedua dilakukan pada lokasi tepat dibawah pangkal jembatan atau pilarnya. Pada bendungan, set kedua dilakukan pada lokasi bangunan pelengkap, seperti lokasi bendungan elak. Terzaghi dan Peck (1948),menyarankan jarak titik borminimum 30 m dan maksimum 60 m untuk proyek yang sangat luas dan besar. Untuk proyek jalan raya, pengeboran dilakukan pada jarak interval kira-kira 30 msepanjang jalannya. Kedalaman lubang bor disarankan 2-4 m dibawah tanah asli, bila dasr perkersan tanah asli, dan 1-4 m dibawh perkerasn jalan, bila perkersannya diletakkan dengan menggali tanah asli. VII. KEDALAMAN LUBANG BOR Kedalaman pada lubang bor bergantung pada kedalaman tanah yang masih dipengaruhi oleh penyebaran tekanan fondasi bangunan. Tekanan vertical pada kedalaman 1,5 kali lebar fondasi (B) adalah masih kira-kira 0,2 kali besarnya tekanan pada dasar fondasi. Oleh karna itu, kedalaman lubang bor harus kira-kira 1,5 kali lebar fondasinya atau 1,5B, dengan B adalah lebar fondasi. Untuk fondasi telapak (sepread footing) atau fondasi memanjang (continuous footing) kedalaman lubang bor agak dangkal (Gambar 2.18a). namun untuk fondasi rakit (raft atau mat foundation) kedalaman lubang bor akan lebih dalam (Gambar 2.18c).

101


Pada fondasi telapak yang jaraknya terlalu dekat, penyebaran beban ketanahdibawahnya saling tumpang indih, maka kedalaman lubang bor akan sama halnya dengan kedalaman fondasi rakit, yaitu1,5B (Gambar 2.18b) untuk fondasi tiang, kedalamanlubsng bor harus lebih dalam dari bawah dasar tiangnya. Dengan pertimbangan bahwa lapisan tanah di bawah tiang masih mendukung beban yang ditranfer lewat tiang, umumnya, untuk fondasi tiang yangterletak pada tanah homogen, prilakunya akan sama seperti rakit yang dasar fondasinya dihitung dari kedalaman 2/3 panjang tiang (Gambar 2.18c). Untuk itu, kedaslaman lubang bor untuk fondasi tiang adalah 2/3D + 1,5B, dengan D adalah panjang tiang dan B adalah lebar area kelompok tiang. Dalam hal fondasi akan di letakkan pada lapisan batu, harus yakin benar apakah ketebalan lapisan batu tersebut mampu mendukung penyebaran bebannya. Untuk itu, apabila lapisan batu terletak dipermukaan, ketebalan lapisan dapat diketahui dengan cara membuat lubang uji secara langsung. IX.INFORMASI YANG DIBUTUHKAN UNTUK PENYELIDIKAN TANAH Bila Penyelidikan tanah dilakukan secara detail, maka perancang harus berusaha memperolah data, sebagai berikut : (1) Kondisi topografi lokasi pekerjaan. Data ini diperlukan untuk perancangan fondasi dan penentuan cara pelaksanaan di lapangan terutama pada proyek-proyek bangunan air dan jalan. (2) Lokasi-lokasi bangunan yang terpendam di dalam tanah, seperti kabel telepon, pipa-pipa atau gorong-gorong untuk air kotor dan air bersih, dan lain-lainnya.

102


(3) Pengalaman setempat sehubungan dengan kerusakan-kerusakan bangunan yang sering terjadi di sekitar lokasi pekerjaan. (4) Kondisi tanah secara global, muka air tanah dan kedalaman batuan. Keterangan ini sering dapat diperoleh dari penduduk setempat. (5) Keadaan iklim, elevasi muka air banjir, erosi tanah, dan besarnya gempa yang sering terjadi. (6) Tersedianya material alam dan kualitasnya,yang berguna untuk bahan pembentuk bangunan seperti campuran beton. (7) Data geologi yang disertai keterangan tentang proses pembentukan lapisan tanah dan batuan di lokasi pekerjaan, serta kemungkinan terjadinya penurunan tanah maupun bangunan akibat penurunan muka air tanah. (8) Hasil-hasil penyelidikan laboratorium pada contoh-contoh tanah dan batuan, yang dibutuhkan untuk perancangan fondasi atau penanganan problem-problem pelaksanaannya. (9) Foto kondisi lapangan dan bangunan-bangunan di dekatnya. Di bawah ini diberikan data tambahan yang diperlukan untuk perancangan fondasi bangunan-bangunan tertentu. (a) Fondasi Bangunan Gedung (1) Ukuran dan tinggi bangunan serta kedalaman ruang bawah tanah (basement), bila ada. (2) Susunan dan jarak antar kolom serta besar beban. (3) Tipe rangka bangunan dan bentangnya, serta kemungkinan adanya tempat-tempat tertentu yang mendukung beban khusus, seperti fondasi mesin. (4) Tipe tembok luar dan kaca pintu jendela yang sensitive terhadap penurunan bangunan. (b) Fondasi Jembatan (1) Tipe dan bentang jembatan. (2) Besarnya beban pada pangkal jembatan dan pilar. Perlu diperatikan bahwa pemeriksaan langsung di lapangan dengan berjalan kaki sangat penting pada penyelidikan tanah. Pertimbanganpertimbangan dalam perancangan fondasi sering dihasilkan dari pekerjaan tersebut. Hal ini untuk mengetahui masalah-masalah penting yang perlu dipertimbangkan dalam perancangan dan pelaksanaan. Selain itu, juga untuk mengetahui bentuk dan kondisi permukaan tanahnya. X.LAPORAN PENYELIDIKAN TANAH UNTUK PERANCANGAN FONDASI Laporan penyelidikan tanah untuk perancangan fondasi dibuat untuk mempertimbangkan seluruh data bor, lubang uji, observasi lapangan, uji-uji

103


lapangan dan laboratorium. Selanjutnya, laporan penyelidikan tanah secara lengkap harus berisi: (1) Pendahuluan. (2) Deskripsi Lokasi Proyek. (3) Kondisi Geologi Lokasi Proyek. (4) Deskripsi Lapisan Tanah yang diperoleh dari hasil pengeboran. (5) Hasil pengujian Laboratorium. (6) Pembahasan. (7) Kesimpulan. Berikut ini penjelasan mengenai isi dari bab-bab tersebut. Pendahuluan. Pendahuluan berisi tentang maksud dan tujuan diadakannya penyelidikan tanah, waktu penyelidikan, dan untuk siapa penyelidikan tersebut dilakukan. Harus dijelaskan maksud penyelidikan yang dilakukan: hanya untuk memperoleh data yang terbatas, yang akan digunakan dalam penyelidikan yang sifatnya taksiran, atau untuk penyelidikan lengkap dengan pengeboran, pengujian laboratorium, dan analisis hasil, yang dilaksanakan untuk pertimbangan perancangan fondasi, cara pelaksanaan, serta untuk menghitung kapasitas hitung dukung tanah izin. Deskripsi Lokasi Proyek. Pada bagian ini harus dijelaskan: letak proyek, kondisi permukaan tanah, adanya pohon-pohon, bangunan lama, kubangan, tempat pembuangan sampah, sungai, jalan, saluran atau gorong-gorong air, dan lain-lainnya. Selian itu, dijelaskan pula mengenai kemungkinan adanya banjir, erosi permukaan, gempa bumi, stabilitas tebing, serta retakan-retakan akibat penurunan yang seringkali terjadi pada bangunan di sekitar lokasi tersebut. Kondisi Geologi Lokasi Proyek. Keterangan kondisi geologi di lokasi pekerjaan diberikan berdasarkan hasil data pengeboran. Data hasil pengeboran sebaiknya dibandingkan dengan data yang telah ada sebelumnya, untuk pertimbangan ketelitian hasil pengujian. Dari data geologi yang diperoleh, perhatian diberikan jika terdapat patahan, sumber air, rongga-rongga bawah tanah, lapisan lunak, dan lain-lain yang nantinya akan sangat mempengaruhi basarnya kapasitas dukung fondasi. Deskripsi Lapisan Tanah yang diperoleh dari hasil Pengeboran. Pada bab ini, deskripsi kondisi lapisan tanah dibuat dari hasil data pengeboran. Disini harus dijelaskan mengenai gambaran jenis dan bentuk lapisan tanah, elevasi perubahan lapisan serta elevasi muka air tanah. Penggambaran bentuk lapisan akan berguna sebagai pertimbangan teknis dalam perancangan. Gambar 2.19 memberikan contoh cara penggambaran gabungan beberapa data bor.

104


Hasil Uji Laboratorium. Bab ini berisi penjelasan mengenai macam-macam pengujian laboratorium yang dilakukan. Prosedur pengujian dijelaskan hanya bila dilakukan pengujian yang tidak standar, khususnya untuk alat penyelidikan. Perhatian diberikan bila terdapat hasil pengujian yang tidak seperti biasanya atau ada hal-hal khusus lainnya. Untuk penjelasan secara detail, hasil pengujian sebaiknya dibuat dalam bentuk tabel-tabel dan grafik-grafik. Hal ini dilakukan pada hasl-hasil uji triaksial, tekan-bebas, geserlangsung, analisis butiran, dan uji konsolidasi. Pembahasan. Bab ini merupakan inti pokok dari isi laporan. Penyajian harus diusahakan untuk membahas masalahnya secara jelas dan singkat. Pembahasan dilakukan pada kondisi bangunan rencana dan beban-beban rencana yang nantinya akan dipertimbangkan terhadap kondisi tanah fondasi dan jenis fondasi yang cocok untuk mendukung bangunan. Bagian selanjutnya adalah pembahasan pada bangunan pelengkap, seperti ruang generator listrik, ruang mesin-mesin yang berat, ruang pemanas, dan lainlain, yang akan membutuhkan fondasi yang khusus. Bila dipakai fondasi memanjang atau fondasi telapak, harus ditetapkan beberapa kedalaman fondasi, dimensi, kapasitas dukung izin dan penurunan yang diharapkan akan terjadi pada tekanan tanah yang diizinkan tersebut. Dijelaskan pula, kemungkinan keuntungan-keuntungan yang dapat diperoleh bila elevasi dasar fondasi lebih dalam, untuk memperoleh kapasitas dukung tanah yang lebih besar atau dapat memperkecil penurunan tanpa mengabaikan segi ekonomis. Jika dipakai fondasi tiang, dijelaskan mengenai lapisan tanah pendukung tempat tiang harus dipancang, kedalaman penetrasi ke lapisan pendukung, beban maksimum yang diizinkan per tiang atau kelompok tiang, serta penurunan yang diharapkan akan terjadi pada tiang tunggal atau kelompok tiangnya.

105


Masalah-masalah harus dipelajari dengan tanpa prasangka,sebagai contoh hasil pengujian yang hasilnya terlalu yang hasilnya rendah herus tidak diabaikan hanya karena tidak cocok dengan kapasitas dukung yang diperkirakan sebelumnya. Selanjutnya, sebab-sebab kenapa kapasitas dukung sangant rendah harus dipelajari. Jika hal itu akibat kerusakan contoh, aau jika nilai yang terlalu rendah hanya sedikit saja sehingga tidak berpengaruh besar pada hasil keseluruhannya, hasil tersebut dapat diabaikan. Jika hasil pengeboran lokasi tertetu menunjukkan perbedaan dengan hasil-hasil lain di sekitarnya, sehingga susunan fondasi menjadi tidak teratur, maka mengenai hal ini harus diberikan. Bila terdapat keraguan mengenai hasil pengeboran, pengeboran ulang harus diadakan, sehingga diperoleh hasil yang memuaskan. Rekomendasi untuk perancangan fondasi harus didasarkan pada hal- hal yang hubungannya dengan hasil penyelidikan yang diperoleh, yaitu didasarkan pada hasil pengeboran dan pengujian, dan tidak boleh didasarkan pada dugaan. Kesimpulan. Jika laporan penylidikan yang disajikan terlalu panjang, maka sebaiknya diringkas dalam bentuk item-item, dan di dalam bab kesimpulan. Hal ini berguna untuk membantu perancangan yang terlalu sibuk yang tidak mempunyai cukup waktu untuk membaca seluruh pembahasan. Atau dengan cara lain, laporan penyelidikan dimulai dengan ringkasan prosedur penyelidikan dan garis besar kesimpulan.

Sumber : a. Braja M.Das, Noor Endah, Indrasurya B Mochtar, Mekanika Tanah (Prinsip-prinsip Rekayasa Geoteknis), jilid 1, Erlangga b. Craig . R.F, Budi Susilo, Mekanika Tanah, Erlangga1989 c. Holtz & WD Kovacs, An Introduction to Geotechnical Engineering. d. Joseph E.Bowlesh, Physical and Geotechnical Properties of Soils, McGraw Hill,1984. e. Vidayanti Desiana, Mekanika Tanah I, Jakarta, Pusat Pengembangan Bahan Ajar UMB

106

Modul Mekanika Tanah 2012

Recommend Documents