5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Tanah

Dalam pengertian teknik secara umum, tanah didefinisikan sebagai material

yang terdiri dari agregat (butiran) mineral-mineral padat yang tidak tersementasi

(terikat secara kimia) satu sama lain dan dari bahan-bahan organik yang telah

melapuk (yang berpartikel padat) disertai dengan zat cair dan gas mengisi ruang-

ruang kosong di antara partikel-partikel padat tersebut. Tanah berguna sebagai

bahan bangunan pada berbagai macam pekerjaan teknik sipil, di samping itu tanah

berfungsi juga sebagai pendukung pondasi dari bangunan (Das, 1988).

Sifat dan karakteristik tanah sangat tergantung pada keadaan topografi dan

geologi yang membentuk tanah tersebut.Sifat-sifat fisik banyak tergantung pada

faktor ukuran, bentuk dan komposisi kimia butiran. Istilah tanah dalam bidang

mekanika tanah dimaksudkan sebagai campuran dari partikel yang terdiri dari

salah satu atau berbagai jenis partikel berikut, yang tergantung dari ukuran

partikel yang dominan seperti:

a. Berangkal (boolders)

Potongan batuan yang besar biasanya diambil lebih dari 250 sampai 300

mm. Untuk ukuran 150 sampai 250 mm fragmen batuan ini disebut krokol

(cobbles) atau pebbles

b. Kerikil (gravel)

Partikel batuan yang berukuran 5mm sampai 150 mm

c. Pasir (sand)

Partikel batuan yang berukuran 0,075 mm sampai 5 mm, berkisar dari

kasar (5 sampai 3 mm) sampai halus (< l mm)

d. Lanau (silt)

Partikel batuan berukuran 0,002 sampai 0,074 mm

e. Lempung (clay)

Partikel mineral yang berukuran lebih kecil 0,002 mm. Partikel-partikel

ini merupakan sumber utama dari kohesi bagi tanah kohesif.

6

f. Koloid (coloids)

Partikel mineral yang diam dan berukuran lebih kecil dari 0,001

mm.Apabila suatu ukuran partikel mendominasi suatu tanah, maka

tanahtersebut akan diberi nama sesuai dengan partikel tersebut. Misalnya

pasir, kerikil, kerikil kepasiran, lempung dan sebagainya. Suatu pengecualian

terdapatpada lempung dan lanau, yang deposit lanau dominan dengan

kandungan-kandungan lempung lebih dan 10 sampai 25 akan disebut lempung

(Bowles, 1997)

2.2 Lempung dan Mineral Penyusunnya

Mineral lempung merupakan senyawa aluminium silikat yang kompleks.

Mineral ini terdiri dari dua lempung kristal pembentuk kristal dasar, yaitu silica

tetrahedra dan aluminium oktahedra (Das, 1988).

Das (1988) menerangkan bahwa tanah lempung sebagian besar terdiri dari

partikel mikroskopis dan sub-mikroskopis (tidak dapat dilihat dengan jelas bila

hanya dengan mikroskopis biasa) yang berbentuk lempengan-lempengan pipih

dan merupakan partikel-partikel dari mika, mineral-mineral lempung (clay

mineral), dan mineral-mineral yang sangat halus lain. Tanah lempung sangat

keras dalam kondisi kering dan bersifat plastis pada kadar air sedang. Namun pada

kadar air yang lebih tinggi lempung akan bersifat lengket (kohesif) dan sangat

lunak. Kohesif menunjukan kenyataan bahwa partikel-pertikel itu melekat satu

sama lainnya sedangkan plastisitas merupakan sifat yang memungkinkan bentuk

bahan itu dirubah-rubah tanpa perubahan isi atau tanpa kembali ke bentuk aslinya

dan tanpa terjadi retakan-retakan atau terpecah-pecah.

Dalam terminologi ilmiah, lempung adalah mineral asli yang mempunyai

sifat plastis saat basah, dengan ukuran butir yang sangat halus dan mempunyai

komposisi berupa hydrous aluminium dan magnesium silikat dalam jumlah yang

besar. Batas atas ukuran butir untuk lempung umumnya adalah kurang dari 2 μm

(1μm = 0,000001m), meskipun ada klasifikasi yang menyatakan bahwa batas atas

lempung adalah 0,005 m

Menurut Das (1988), satuan struktur dasar dari mineral lempung terdiri dari

silika tetrahedron dan aluminium oktahedron. Satuan-satuan dasar tersebut bersatu

7

membentuk struktur lembaran (Das, 1988) seperti yang digambarkan pada

Gambar 2.1 sampai dengan Gambar 2.4 berikut ini. Jenis-jenis mineral lempung

tergantung dari komposisi susunan satuan struktur dasar atau tumpuan lembaran

serta macam ikatan antara masing-masing lembaran

Gambar 2.1 Single silica tetrahedral

Gambar 2.2 Isometric silica sheet

Gambar 2.3 Single alluminium oktahedron

8

Gambar 2.4 Isometric oktahedral sheet

Umumnya partikel-partikel lempung mempunyai muatan negatif pada

permukaannya. Hal ini disebabkan oleh adanya substitusi isomorf dan oleh karena

pecahnya keping partikel pada tepi-tepinya. Muatan negatif yang lebih besar dapat

dijumpai pada partikel-partikel yang mempunyai spesifik yang lebih besar. Jika

ditinjau dari mineraloginya, lempung terdiri dari berbagai mineral penyusun,

antara lain mineral lempung (kaolinite, montmorillonite dan illite group) dan

mineral-mineral lain yang mempunyai ukuran sesuai dengan batasan yang ada

(mika group, serpentinite group).

2.2.1 Kaolinite

Kaolinite merupakan hasil pelapukan sulfat atau air yang mengandung

karbonat pada temperatur sedang.Warna kaolinite murni umumnya putih, putih

kelabu, kekuning-kuningan atau kecoklat-coklatan. Kaolinite disebut sebagai

mineral lempung satu banding satu (1:1). Bagian dasar dari struktur ini adalah

lembaran tunggal silika tetrahedral yang digabung dengan satu lembaran alumina

oktahedran (gibbsite) membentuk satu unit dasar dengan tebal kira-kira 7,2 Å (1

Å=10-10 m) seperti yang terlihat pada Gambar 2.5, hubungan antar unit dasar

ditentukan oleh ikatan hidrogen dan gaya bervalensi sekunder. Mineral kaolinite

berwujud seperti lempengan – lempengan tipis, masing-masing dengan diameter

1000 Å sampai 20000 Å dan ketebalan dari 100 Å sampai 1000 Å dengan luasan

spesifik per unit massa ± 15 m2/gr.

9

Gambar 2.5 Struktur kaolinite

2.2.2 Montmorillonite

Montmorillonite disebut juga mineral dua banding satu (2:1) karena satuan

susunan kristalnya terbentuk dari susunan dua lempeng silika tetrahedral mengapit

satu lempeng alumina oktahedral ditengahnya. Struktur kisinya tersusun atas satu

lempeng Al2O3 diantara dua lempeng SiO2. Karena struktur inilah

Montmorillonite dapat mengembang dan mengkerut menurut sumbu C dan

mempunyai daya adsorbsi air dan kation lebih tinggi.

Tebal satuan unit adalah 9,6 Å (0,96 μm), seperti ditunjukkan Gambar 2.6 di

bawah ini yang dikutip Das (1988). Hubungan antara satuan unit diikat oleh

ikatan gaya Van der Walls, di antara ujung-ujung atas dari lembaran silika itu

sangat lemah, maka lapisan air (n.H2O) dengan kation yang dapat bertukar

dengan mudah menyusup dan memperlemah ikatan antar satuan susunan kristal

mengakibatkan antar lapisan terpisah. Ukuran unit massa sangat besar, dapat

menyerap air dengan sangat kuat, mudah mengalami proses pengembangan.

10

Gambar 2.6 Struktur montmorillonite

2.2.3 Illite

Mineral illite mempunyai hubungan dengan mika biasa, sehingga dinamakan

pula hidrat-mika.Illite memiliki formasi struktur satuan kristal, tebal dan

komposisi yanghampir sama dengan montmorillonite. Perbedaannya ada pada :

a. Pengikatan antar unit kristal terdapat pada kalium (K) yang berfungsi sebagai

penyeimbang muatan, sekaligus sebagai pengikat.

b. Terdapat ± 20% pergantian silikon (Si) oleh aluminium (Al) pada lempeng

tetrahedral.

c. Struktur mineralnya tidak mengembang sebagaimana montmorillonite

Gambar satuan unit illite seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.7 berikut

ini:

Gambar 2.7 Struktur illite

11

Substitusi dari kation–kation yang berbeda pada lembaran oktahedral akan

mengakibatkan mineral lempung yang berbeda pula. Apabila ion-ion yang

disubstitusikan mempunyai ukuran yang sama disebut ishomorphous. Bila sebuah

anion dari lembaran oktahedral adalah hydroxil dan dua per tiga posisi kation diisi

oleh aluminium maka mineral tersebut disebut gibbsite dan bila magnesium

disubstitusikan kedalam lembaran aluminium dan mengisi seluruh posisi kation,

maka mineral tersebut disebut brucite.

2.3 Lapisan Tanah Dasar (Subgrade)

Konstruksi perkerasan lentur terdiri dari lapisan-lapisan yang diletakkan

diatas tanah dasar yang dipadatkan. Lapisan-lapisan tersebut berfungsi untuk

menerima beban lalu lintas dan menyebarkan ke lapisan dibawahnya (Sukirman,

1995).

Gambar 2.8 Susunan lapisan konstruksi perkerasan lentur

Dalam Sukirman (1995) dijelaskan bahwa lapisan tanah setebal 50-100 cm

diatas mana akan diletakkan lapisan pondasi bawah dinamakan lapisan tanah

dasar. Lapisan tanah dasar dapat berupa tanah asli yang dipadatkan jika tanah

aslinya baik, tanah yang didatangkan dari tempat lain dan dipadatkan atau tanah

yang distabilisasi dengan kapur atau bahan lainnya. Pemadatan yang baik

diperoleh jika dilakukan pada kadar air optimum dan diusahakan kadar air

tersebut konstan selama umur rencana. Hal ini dapat dicapai dengan perlengkapan

drainase yang memenuhi syarat. Ditinjau dari muka tanah asli, maka lapisan tanah

dasar dapat dibedakan atas:

12

- Lapisan tanah dasar, tanah galian

- Lapisan tanah dasar, tanah timbunan

- Lapisan tanah dasar, tanah asli

Gambar 2.9 Jenis-jenis lapisan tanah dasar

Sebelum diletakkan lapisan-lapisan lainnya, tanah dasar dipadatkan

terlebih dahulu sehingga tercapai kestabilan yang tinggi terhadap perubahan

volume. Ketentuan dan keawetan konstruksi perkerasan jalan sangat ditentukan

oleh sifat-sifat daya dukung tanah dasar. Masalah-masalah yang sering ditemui

menyangkut tanah dasar adalah:

- Perubahan bentuk tetap dari jenis tanah tertentu akibat beban lalu lintas.

- Sifat mengembang dan menyusut tertentu akibat perubahan kadar air.

- Daya dukung tanah dasar yang tidak merata pada daerah dengan macam

tanah yang sangat berbeda.

- Daya dukung tanah akibat pelaksanaan yang kurang baik.

- Perbedaan penurunan (differential settlement) akibat terdapatnya lapisan-

lapisan tanah lunak di bawah tanah dasar akan mengakibatkan perubahan

bentuk tetap.

- Kondisi geologist dari lokasi jalan perlu dipelajari dengan teliti, jika ada

kemungkinan lokasi jalan berada pada daerah patahan, dll.

a. Lapisan tanah dasar galian b. Lapisan tanah dasar timbunan

c. Lapisan tanah dasar asli

13

2.4 Tanah Lempung

Tanah lempung adalah tanah lempung yang lunak dan mudah tertekan

sehingga sering menjadi masalah dalam pelaksanaan konstruksi. Selain itu, tanah

ini mempunyai sifat-sifat yang kurang baik, seperti plastisitas yang tinggi, dan

permeabilitas rendah sehingga air susah keluar dari tanah. Sifat–sifat tersebut

menyebabkan tanah lempung memiliki kembang susut yang besar.

Proses pengembangan (swelling) terjadi karena kandungan air yang tinggi,

sehingga tanah yang jenuh air ini akan mengembang dan tegangan efektif tanah

akan mengecil seiring dengan peningkatan tegangan air pori. Begitu juga

sebaliknya saat terjadi proses susut (shringkage) pada tanah. Tanah yang

kehilangan air secara tiba-tiba akan mengalami penyusutan volume pori akibat

kehilangan air. Hal ini akan menyebabkan tanah mengalami kembang susut yang

besar. Untuk memperbaiki sifat tanah lempung tersebut, tanah lempung umumnya

distabilisasi dengan bahan-bahan yang sesuai dengan sifat tanah lempung

sehingga menjadi lebih baik dan memenuhi syarat sebagai bahan konstruksi.

Tanah lempung sebagian besar terdiri atas partikel mikroskopis yang

berbentuk lempengan–lempengan pipih dan merupakan partikel–partikel dari

mika, dan mineral–mineral tanah berbutir halus atau butir–butir koloid dengan

ukuran butiran partikel tanah <0,002 mm. Namun dalam beberapa kasus partikel

berukuran antara 0,002 sampai 0,005 mm juga masih digolongkan sebagai partikel

lempung.

Karakteristik tanah lempung dipengaruhi oleh dua hal, yaitu faktor

mikroskopik dan faktor makroskopik. Yang dimaksud faktor mikroskopik adalah

faktor–faktor dalam tanah yang menyebabkan tanah lempung mengalami

kembang susut, antara lain: mineralogi tanahnya, perilaku air dan jumlah

exchangeable cation serta besarnya specific surface dari partikel tanah.

Sedangkan yang dimaksud faktor makroskopik adalah properti tanah secara fisik,

antara lain indeks plastisitas dan berat volume tanah.

Faktor-faktor makroskopik tanah lempung dipengaruhi oleh perilaku

mikroskopiknya. Yang terjadi pada skala mikro akan mempengaruhi skala makro

tanah lempung Faktor makroskopik tanah lempung adalah faktor yang

menunjukkan perilaku kembang susut tanah. Batas Atterberg merupakan salah

14

satu parameter yang termasuk karakteristik makroskopis tanah yang dapat

digunakan sebagai indikator untuk mengetahui potensi kembang susut tanah.

Dilihat dan skala makronya, karakteristik tanah lempung yang berpotensi

besar untuk mengalami kembang susut, secara umum mempunyai ciri-ciri sebagai

berikut:

a. Mempunyai harga batas cair dan indek plastisitas yang tinggi.

b. Mempunyai harga swelling indeks yang besar.

c. Mempunyai kandungan organik.

2.5 Identifikasi Tanah Lempung

Cara-cara yang biasa digunakan untuk mengidentifikasi tanah lempung ada

tiga cara, yaitu :

2.5.1 Identifikasi Mineralogi

Analisa mineralogi sangat berguna untuk mengidentifikasi potensi kembang

susut suatu tanah lempung. Identifikasi dilakukan dengan cara :

a. Difraksi sinar X (X-Ray Diffraction)

b. Penyerapan terbilas (Dye Absorbsion)

c. Penurunan panas (Differensial Thermal Analysis)

d. Analisa kimia (Chemical Analysis)

e. Elektron microscope resolution

2.5.2 Cara Tidak Langsung

Hasil uji sejumlah indeks dasar tanah dapat digunakan untuk evaluasi

berpotensi lempung atau tidak pada suatu contoh tanah. Uji indeks dasar adalah

sebagai berikut :

a. Batas–batas Atterberg

b. Kembang Susut Tanah (Swelling)

c. Aktivitas Tanah

15

2.5.3 Cara Langsung

Metode pengukuran terbaik adalah dengan pengukuran langsung, yaitu suatu

cara untuk menentukan potensi pengembangan dan tekanan pengembangan dari

tanah lempung dengan menggunakan Oedometer Terzaghi. Contoh tanah yang

berbentuk silinder tipis diletakkan dalam konsolidometer yang dilapisi dengan

lapisan pori pada sisi atas dan bawahnya yang selanjutnya diberi beban sesuai

dengan yang diinginkan. Besarnya pengembangan contoh tanah dibaca beberapa

saat setelah tanah dibasahi dengan air. Besarnya pengembangan adalah

pengembangan tanah dibagi dengan tebal awal contoh tanah.

Adapun cara pengukuran tekanan pengembangan ada dua cara yang umum

digunakan. Cara pertama yaitu pengukuran dengan beban tetap sehingga

mencapai persentase mengembang tertinggi, kemudian contoh tanah diberi

tekanan untuk kembali ke tebal semula. Cara kedua yaitu contoh tanah direndam

dalam air dengan mempertahankan volume atau mencegah terjadinya

pengembangan dengan cara menambah beban diatasnya setiap saat. Metode ini

sering juga disebut constan volume method.

2.6 Sifat Fisik Tanah Lempung

Tanah dalam keadaan asli mempunyai sifat-sifat yaitu sifat dasar dari tanah

yang berguna untuk mengetahui jenis tanah.Sifat fisik tanah berhubungan dengan

tampilan dan ciri umum tanah. Sifat fisik tanah lempung dapat diketahui dengan

melihat beberapa keadaan antara lain sebagai berikut:

2.6.1 Ukuran Butiran

Tanah memiliki ukuran partikel yang berbeda tergantung jenis tanah

tersebut.Tanah lempung merupakan jenis tanah dengan ukuran butir lebih kecil

dari 2 mikron.Ukuran butir dapat ditentukan dengan menyaring sejumlah tanah

melalui seperangkat saringan yang disusun dengan lubang yang paling besar

berada paling atas dan makin bawah semakin kecil. Menurut departemen pertanian

Amerika Serikat (USDA) dalam Das (1988) tanah dapat diklasifikasikan

berdasarkan teksturnya terlihat pada Gambar 2.10

16

Gambar 2.10 Klasifikasi tanah berdasarkan tekstur

2.6.2 Kadar Air Tanah (Water Content)

Kadar air (w) yang juga disebut sebagai water content didefinisikan sebagai

perbandingan antara berat air dan berat butiran padat dari volume tanah yang

diselidiki. Kadar air dihitung sebagai berikut:

w = 𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀

x 100% (2.1)

dengan :

w = Kadar air

Mw = Massa air

Ms = Massa tanah kering

2.6.3 Berat Jenis Tanah (Specific of Gravity)

Berat jenis (Gs) adalah perbandingan antar berat butir tanah dengan beratair

suling dengan volume sama pada suhu tertentu. Berat butir tanah adalah

perbandingan antara berat butir dan isi butir.Sedangkan berat isi air adalah

17

perbandingan antara berat air dengan isi air. Untuk isi air sama dengan isi butir

tanah maka berat jenis tanah adalah perbandingan antara berat butir tanah

denganair destilasi pada temperatur tertentu.

Besarnya berat jenis tanah didapat dengan rumus :

Gs = 𝛾𝛾𝑀𝑀𝛾𝛾𝑀𝑀

= 𝑀𝑀𝑀𝑀

𝑉𝑉𝑀𝑀𝑉𝑉𝛾𝛾𝑀𝑀=

(𝑀𝑀2−𝑀𝑀1)(𝑀𝑀4−𝑀𝑀1)−(𝑀𝑀3−𝑀𝑀2)

(2.2)

dengan :

Gs = Berat jenis tanah (specific gravity) M1 = Massa piknometer

γs = Berat volume butiran M2= Massa piknometer + tanah

γw = Berat volume air M3= Massa piknometer+tanah+air

Vw = Volume air M4= Massa piknometer + air

Ms = Massa butiran tanah

Menurut Bowles (1997), nilai berat jenis tanah dapat dikelompokkan

seperti pada Tabel 2.1 berikut ini :

Tabel 2.1 Macam-macam tanah berdasarkan berat jenisnya

Macam Tanah Berat Jenis (Gs)

Kerikil

Pasir 2,65 – 2,68

Lanau anorganik 2,62 – 2,68

Lempung organic 2,58 – 2,65

Lempung anorganik 2,68 – 2,75

Humus 1,37

Gambut 1,25 – 1,8

2.6.4 Angka Pori (Void Ratio)

Angka pori (e) didefinisikan sebagai perbandingan antara besarnya volume

ruang kosong dan volume butir padat. Semakin besar nilai angka pori maka daya

dukung tanah semakin kecil. Angka pori dihitung dengan rumus:

𝑒𝑒 = 𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑀𝑀 (2.3)

dengan :

e = Angka pori

18

Vv = Volume pori

Vs = Volume butir padat

Perhitungan angka pori juga dapat dilakukan dengan persamaan berikut :

𝑒𝑒 = (𝐻𝐻𝐻𝐻−𝐻𝐻𝐻𝐻)𝐻𝐻𝐻𝐻 (2.4)

dengan :

e = Angka pori

Ho = Tinggi sampel awal (cm)

Ht = Tinggi efektif sampel (cm)

Tinggi efektif sampel (Ht) didapat dengan rumus :

𝐻𝐻𝐻𝐻 = 𝐵𝐵𝑒𝑒𝐵𝐵𝐵𝐵𝐻𝐻 𝑇𝑇𝐵𝐵𝑇𝑇𝐵𝐵ℎ 𝐾𝐾𝑒𝑒𝐵𝐵𝐾𝐾𝑇𝑇𝐾𝐾𝐿𝐿𝐿𝐿𝐵𝐵𝑀𝑀 𝑝𝑝𝑒𝑒𝑇𝑇𝐵𝐵𝑝𝑝𝑝𝑝𝐵𝐵𝑇𝑇𝐾𝐾 𝑀𝑀𝐵𝐵𝑝𝑝𝑝𝑝𝑒𝑒𝑠𝑠 𝑉𝑉 𝐵𝐵𝑒𝑒𝐵𝐵𝐵𝐵𝐻𝐻 𝑗𝑗𝑒𝑒𝑇𝑇𝐾𝐾𝑀𝑀 (2.5)

2.6.5 Porositas (Porocity)

Porositas (np) didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah volume

ruang kosong dengan volume massa tanah. Porositas merupakan ukuran bagi

kerapatan tanah dan banyak gunanya untuk perhitungan-perhitungan pada

rembesan. Porositas dinyatakan dalam Persamaan 2.6 dan Persamaan 2.7 yaitu :

𝑇𝑇𝑝𝑝 = 𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉 x 100% (2.6)

atau

𝑇𝑇𝑝𝑝 = 𝑒𝑒1+𝑒𝑒 (2.7)

dengan :

np = Porositas Vv = Volume pori

V = Volume massa tanah e = Angka pori

2.6.6 Derajat Kejenuhan (Degree of Saturation)

Derajat kejenuhan (S) dan massa tanah didefinisikan sebagai perbandingan

antara volume air dengan volume pori. Umunya derajat kejenuhan ini dinyatakan

dalam persen atau desimal. Derajat kejenuhan berkisar (0% – 100%) atau (0 – 1).

Berbagai macam klasifikasi tanah berdasarkan derajat kejenuhannya (Hardiyatmo,

1992) dapat dilihat pada Tabel 2.2.

19

Tabel 2.2 Klasifikasi tanah berdarkan derajat kejenuhan

Keadaan Tanah Derajat Kejenuhan (S)

Tanah kering 0

Tanah agak lembab >0-0,25

Tanah lembab 0,26-0,50

Tanah sangat lembab 0,51-0,75

Tanah basah 0,76-0,99

Tanah Jenuh 1

Batas-batas antara masing-masing wujud tanah tersebut disebut Batas

Atterberg, yang terdiri atas batas cair (LL), batas plastis (PL), dan batas susut (SL)

menurut Das (1988), dapat dilihat pada Gambar 2.11

Basah Makin kering Kering

Keadaan cair

(liquid)

Keadaan plastis

(plastic)

Keadaan semi

beku

(semi solid)

Keadaan beku

(solid)

Batas cair Batas plastis Batas pengerutan

(liquid limit) (plastic limit) (shrinkage limit)

Gambar 2.11 Batas–batas konsistensi tanah

Pengukuran batas-batas ini dilakukan secara rutin untuk sebagian besar

penyelidikan yang meliputi tanah berbutir halus (Bowles, 1997). Dua angka yang

paling penting adalah batas cair dan batas plastis yang disebut batas-batas

Atterberg. Penentuan batas-batas Atterberg ini dilakukan hanya pada bagian tanah

yang melalui saringan no.40 (Wesley, 1977). Beberapa percobaan untuk

menentukan batas-batas Atterberg adalah:

20

1. Batas Cair (Liquid Limit)

Pemeriksaan ini dimaksudkan untuk menentukan kadar air suatu

tanah pada keadaan batas cair. Batas cair (LL) adalah kadar air batas

dimana suatu tanah berubah dan keadaan cair menjadi keadaan plastis.

Pendekatan yang digunakan untuk menentukan batas cair, dapat

digunakan data jumlah pukulan dan kadar air yang dihitung dengan

persamaan:

𝐿𝐿𝐿𝐿 = 𝑊𝑊𝑊𝑊 �𝑁𝑁25�

0,121 ....... (2.8)

dengan :

LL = Batas cair

Wc = Kadar air pada saat tanah menutup

N = Jumlah pukulan pada kadar air Wc

Nilai batas cair yang digunakan pada penelitian ini merupakan kadar

air pada jumlah pukulan (N) adalah 25. Nilai batas cair dapat

dikelompokkan menjadi beberapa kategori menurut Tabel 2.3 berikut ini :

Tabel 2.3 Nilai batas cair tanah

Kategori Persentase

Low Liquid Limit 20-25% Intermediate Liquid Limit 25-50%

High Liquid Limit 50-70%

Very High Liquid Limit 70-80%

Extra High Liquid Limit >80%

2. Batas Plastis (Plastic Limit)

Batas plastis (PL) didefinisikan sebagai kadar air, dinyatakan dalam

persen, di mana tanah apabila digulung sampai dengan diameter 1/8 in

(3,2mm) menjadi retak-retak. Batas platis merupakan batas terendah dari

tingkat keplastisan suatu tanah (Das, 1988). Cara pengujiannya adalah

sangat sederhana, yaitu dengan cara menggulung massa tanah berukuran

elipsoida dengan telapak tangan di atas kaca datar hingga terjadi retak-retak

21

rambut.

3. Indek Plastisitas (Plasticity Index)

Indeks plastisitas (PI) suatu tanah adalah bilangan dalam persen yang

merupakan selisih antara batas cair dengan batas plastis suatu tanah

(Das,1988). Pendekatan untuk menentukan indeks plastisitas suatu tanah

adalah:

IP = LL - PL (2.9)

dengan:

IP = Indek plastisitas

LL = Batas cair

PL = Batas plastis

Besaran indeks plastis dapat digunakan sebagai indikasi awal

swelling pada tanah lempung. Potensi mengembang didefinisikan sebagai

persentase mengembang contoh tanah lempung yang telah dipadatkan pada

kadar air optimum metode AASHTO, setelah direndam dengan tekanan

1psi. Potensi mengembang tanah lempung sangat erat hubungannya dengan

indeks plastisitas seperti terlihat dalam Tabel 2.4 berikut :

Tabel 2.4 Hubungan potensi mengembang dengan indeks plastisitas

Potensi Mengembang Indeks Plastisitas

Rendah 0 – 15

Sedang 10 – 35

Tinggi 20 – 55

Sangat Tinggi 55 <

4. Batas Susut (Shrinkage Limit)

Suatu tanah akan menyusut apabila air yang dikandungnya secara

perlahan-lahan hilang dalam tanah. Dengan hilangnya air secara terus-

menerus, tanah akan mencapai suatu tingkat keseimbangan dimana

penambahan kehilangan air tidak menyebabkan perubahan volume. Kadar

air dinyatakan dalam persen dan perubahan volume suatu massa tanah

22

berhenti didefinisikan sebagai batas susut (shrinkage limit) (Das, 1988).

Harus diketahui bahwa apabila batas susut ini semakin kecil, maka tanah

akan lebih mudah mengalami perubahan volume, yaitu semakin sedikit

jumlah air yang dibutuhkan untuk menyusut (Bowles, 1997). Perhitungan

batas susut ini dapat digunakan rumus:

SL = 𝑀𝑀 − 𝑉𝑉1−𝑉𝑉2𝑊𝑊

(2.10)

dengan : SL = Batas susut : V1 = Volume tanah basah

W = Berat tanah kering : V2 = Volume tanah kering

w = Kadar air tanah basah

Acuan mengenai hubungan derajat mengembang tanah lempung

dengannilai persentase susut linier dan persentase batas susut Atterberg,

seperti yangtercantum dalam Tabel 2.5 berikut :

Tabel 2.5 Klasifikasi potensi mengembang didasarkan pada batas

Atterberg

Batas Susut Atterberg (%) Susut Linier (%) Derajat Mengembang

< 10 >8 Kritis

10 – 12 5 – 8 Sedang

> 12 0 – 8 Tidak kritis

2.6.7 Spesific Surface

Spesific surface merupakan perbandingan antara luas permukaan suatu

bahan terhadap massa bahan yang bersangkutan. Spesific surface didapat dengan

Persamaan 2.11 berikut ini:

Spesific Surface (SS) = 𝐿𝐿𝐿𝐿𝐵𝐵𝑀𝑀 𝑃𝑃𝑒𝑒𝐵𝐵𝑝𝑝𝐿𝐿𝑃𝑃𝐵𝐵𝐵𝐵𝑇𝑇 (𝑝𝑝2)

𝑀𝑀𝐵𝐵𝑀𝑀𝑀𝑀𝐵𝐵 𝐵𝐵𝑒𝑒𝑇𝑇𝐵𝐵𝐵𝐵 ............................................... (2.11)

Makin kecil ukuran butiran, makin kecil spesific surface-nya.Sebagai contoh

butiran lempung montmorillonite dapat mempunyai Ss mencapai 800m2/gram.

23

2.6.8 Aktivitas Tanah

Sifat plastis suatu tanah diebabkan oleh air yang terserap di sekeliling

permukaan partikel lempung (absorbed water), maka tipe dan jumlah mineral

lempung yang terkandung di dalam suatu tanah akan mempengaruhi batas plastis

dan batas cair tanah yang bersangkutan (Das, 1988).

Harga indeks plastis (PI) suatu tanah akan bertambah menurut garis lurus

sesuai dengan bertambahnya persentase dari fraksi berukuran lempung (% berat

butiran yang Iebih kecil dari 2𝜇𝜇) yang dikandung oleh tanah. Hubungan antara PI

dengan fraksi berukuran lernpung untuk tiap tanah berbeda-beda (Skempton,

1953dalam Das, 1988). Hubungan antara PI dan persentase butiran yang lolos

ayakan 2𝜇𝜇 didefinisikan sebagai suatu besaran yang disebut aktivitas (activity)

atau yang dapat ditulis sebagai berikut :

Ak =IP

(% berat fraksi berukuran lempung ) (2.12)

dengan :

Ak = Aktivitas (activity)

IP = Indeks plastisitas

Dari rumus tersebut kategori tanah terbagi dalam tiga golongan menurut

Skempton (1953) dalam Das (1988)yaitu :

a. Ak < 0,75 ( tidak aktif)

b. 0,75 < Ak < 1,25 (normal)

c. Ak > 1,25 (aktif)

Untuk tanah yang dipadatkan dengan pemadatan standar pada kadar air

optimum, tingkat keaktifannya ditentukan berdasarkan persamaan berikut :

Ak =IP

(CF−10) (2.13)

dengan:

Ak = Aktivitas (activity)

IP = Indeks plastisitas

CF = Presentase fraksi lempung dalam tanah (%)

10 = Konstanta

24

Lempung yang aktif mempunyai potensi pengembang yang besar. Nilai

tipikal untuk aktivitas beberapa kandungan mineral lempung dapat dilihat pada

Tabel 2.6 sebagai berikut :

Tabel 2.6 Hubungan aktivitas dengan mineral lempung

Mineral Aktifitas

Kaolinite 0,33 – 0,46

Illite 0,99

Montmorillonite (Ca) 1,50

Montmorillonite (Na) 7,20

Harga aktifitas tanah tersebut dapat dipakai untuk mengidentifikasi potensi

mengembang dari tanah tersebut.Seed, Woodward, dan Lundgren (1964) dalam

Das (1988) mengidenfikasikan potensi mengembang dari tanah berdasarkan

aktivitas dengan rumus:

S’ = 3,6 x 10-5. Ak2,44.CF3,44 (2.14)

dengan:

S’ = Persen pengembang (swelling)

Ak = Aktivitas

CF = Persen fraksi lempung dalam tanah

Harga indeks plastisitas juga bisa secara langsung dipergunakan untuk

mengevaluasi potensi mengembang dari tanah lempung seperti yang terlihat pada

Tabel 2.7.

Tabel 2.7 Perkiraan sweeling potential berdasarkan indeks plastisitas

IP (%) Sweeling Potential

0 – 15 Lemah

15 – 25 Sedang

25 – 55 Tinggi

> 55 Sangat tinggi

25

Selain itu menurut Seed, Woodward dan Lundgren (1964) dalam Das (1988)

memberikan hubungan aktifitas dengan fraksi berukuran lempung untuk

menentukan potensi mengembang (swelling potential) dari suatu jenis tanah.

Hubungan tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.12.

Gambar 2.12 Grafik klasifikasi potensi pengembangan

2.6.9 Kembang Susut

Tanah lempung yang banyak mengandung butir-butir koloid mengakibatkan

kembang susut yang besar. Sifat mudah mengembang dan menyusut tanah

lempung dapat dikarakteristikkan dari batas plastis dan indeks plastisitas yang

tinggi. Permeabilitas tanah tergantung pada ukuran butir tanah. Karena ukuran

butiran tanah lempung berukuran kecil, kemampuan meloloskan air

(permeabilitas) juga kecil dengan koefisien permeabilitas berkisar antara 10-6

sampai 10-7 cm/detik.

Tanah lempung bersifat kohesif dan sedikit plastis. Kohesi menunjukan

kenyataan bahwa partikel-partikel tanah melekat satu sama lainnya, sedangkan

plastisitas adalah sifat yang memungkinkan bentuk bahan itu berubah ke bentuk

aslinya tanpa terjadi retakan atau terpecah-pecah.

Penyusutan (shrinkage) pada tanah lempung sebagian besar terjadi karena

peristiwa kapiler, dimana pada penurunan kadar air dalam proses mengering tanah

akan diikuti segera dengan kenaikan yang tajam dan tegangan efektif antar

26

butiran. Dan sebagai konsekuensinya volume tanah tersebut akan menyusut.

Mekanisme pengembangan dari tanah lempung sedikit lebih kompleks dari

penyusutannya.

Tingkat pengembangan secara umum bergantung pada beberapa faktor,

yaitu:

a. Tipe dan jumlah mineral yang ada di dalam tanah.

b. Kadar air.

c. Susunan tanah.

d. Konsentrasi garam dalam air pori.

e. Sementasi.

f. Adanya bahan organik, dll.

Menurut Kormonik dan David (1969) dalam Trisnayani (2008)

pengembangan dan tanah disebabkan oleh dua hal:

a. Sebab mekanis

Bila kadar air dalam tanah naik dan tanah menjadi jenuh, maka tegangan

kapiler mengecil sedangkan tegangan pori didapat dari tegangan hidrostatis

biasa. Dengan sedirinya tegangan efektif menurun dan tanah cenderung untuk

mengembang seperti volume semula.

b. Sebab fisika–kimia

Pengembangan disebabkan oleh masuknya kadar air pada partikel-partikel

tanah lempung. Mineral jenis montmorillonite maupun illite akan

menyebabkan mengembangnya jarak antar unit lapisan struktur dasar.

Kondisi ini dapat bila kadar air dalam tanah naik. Hal ini disebabkan kadar air

yang masuk menghasilkan tegangan yang melampaui tegangan pengikat antar

unit lapisan struktur dan lapisan dasar tersebut, sehingga molekul air dari dua

kutub H dan OH tertarik untuk mengikat partikel tanah yang bermuatan

negatif. Tekanan air yang masuk sebagian disebabkan oleh tegangan osmosis.

Tegangan osmosis ini terjadi karena perbedaan konsentrasi larutan air

disekitarnya (air bebas). Sehingga terjadinya kecenderungan oleh air untuk

bergerak dari tempat yang konsentrasinya rendah ke tempat yang

konsentrasinya tinggi. Tekanan osmosis bersama dengan tekanan lainya,

27

mempunyai tendensi untuk memperkecil harga tegangan efektif tanah karena

proses absorbsi pada permukaan partikel.

2.7 Sifat Mekanik Tanah Lempung

Sifat mekanik tanah adalah sifat-sifat tanah yang mengalami perubahan

setelah diberikan gaya-gaya tambahan atau pembebanan dengan tujuan untuk

memperbaiki sifat-sifat tanah.

2.7.1 Pemadatan Tanah

Pemadatan merupakan suatu usaha untuk mempertinggi kerapatan tanah

dengan pemakaian energi mekanis untuk menghasilkan pemampatan partikel atau

suatu proses ketika udara pada pori-pori tanah dikeluarkan dengan cara mekanis.

Di lapangan biasanya digunakan mesin gilas, alat-alat pemadat dengan getaran

dan alat tekan statik yang menggunakan piston dan mesin tekanan.

Keuntungan yang diperoleh dengan pemadatan ini, antara lain:

a. Berkurangnya penurunan permukaan tanah yaitu gerakan vertikal di dalam

massa tanah itu sendiri akibat berkurangnya angka pori

b. Bertambahnya kekuatan tanah

c. Berkurangnya penyusutan akibat berkurangnya kadar air dari nilai patokan

pada saat pengeringan

Ada dua macam percobaan pemadatan yang dilakukan di laboratorium

(Wesley, 1977), yaitu:

a. Percobaan pemadatan standar (Standard Compaction Test)

Dalam percobaan ini, tanah dipadatkan dalam cetakan berdiameter 102

mm dan tinggi 115 mm, menggunakan alat tumbuk dengan diameter 50,8

mm, berat 2,5 kg dengan tinggi jatuh 30 cm. Tanah ini dipadatkan dalam 3

lapis dimana tiap lapis dipadatkan 25 kali pukulan.

b. Percobaan pemadatan modified (Modified Compaction Test)

Pelaksanaan percobaan ini tidak jauh berbeda dengan cara percobaan

pemadatan standar. Cetakan yang digunakan dan banyaknya tumbukan tiap

lapis sama, hanya berat pemukul yang digunakan lebih besar yaitu 4,5 kg

dengan tinggi jatuh 45 cm dan jumlah lapisan tanah sebanyak 5 lapis.

28

Pengujian-pengujian ini dilakukan dengan memadatkan sampel tanah basah

dalam cetakan dengan jumlah lapisan tertentu. Setiap lapisan dipadatkan dengan

sejumlah tumbukan yang ditentukan dengan massa dan tinggi jatuh tertentu.

Usaha pemadatan dilihat dari energi tiap satuan volume tanah yang telah

dipadatkan, sehingga didapat suatu hubungan berat volume tanah kering dengan

kadar air tanah. Bila kadar air suatu tanah rendah maka tanah tersebut akan kaku

dan sukar dipadatkan. Namun bila ditambahkan air pada tanah yang dipadatkan

tersebut maka air akan berfungsi sebagai pembasah/pelumas pada partikel-partikel

tanahnya. Karena adanya air, partikel-partikel tersebut akan lebih mudah bergerak

dan bergeser satu sama lainya dan membuat kedudukan yang lebih rapat. Untuk

usaha pemadatan yang sama, berat volume kering dari tanah akan naik pula pada

saat air sama dengan nol dan berat volume basah sama dengan berat volume

kering. Pada usaha yang sama itu pula, peningkatan kadar air secara bertahap akan

menyebabkan berat dari bahan padat tanah per satuan volume juga meningkat

secara bertahap, sampai adanya penambahan kadar air tertentu yang akan

menurunkan berat volume kering tanah dari tanah tersebut, hal ini disebabkan

karena air lebih banyak menempati ruang pori-pori tanah. Pada keadaan ini

dimana kadar air yang memberikan berat volume kering maksimum disebut kadar

air optimum. Dan setiap pekerjaan pemadatan yang telah dilakukan, dihitung :

1. Kadar air

2. Berat volume tanah basah (γb) , dengan persamaan:

γb =𝑊𝑊𝑉𝑉

(2.15)

dengan:

W = Berat tanah yang dipadatkan pada cetakan

V = Volume cetakan

3. Berat volume kering tanah (γd) , dengan persamaan:

γd =γb

1+𝑀𝑀 (2.16)

dengan:

w = Kadar air

γb = Berat volume basah

29

Berdasarkan data yang diperoleh maka dapat digambarkan grafik hubungan

antara berat volume kering dengan kadar air. Dari grafik ini dapat ditentukan juga

kadar air optimum (Wopt) dan berat volume kering maksimum (γdmax).

Secara teoritis berat volume kering maksimum pada suatu kadar air tertentu

dengan pori-pori tanah tidak mengandung udara sama sekali (zero air void/ZAV)

dapat dirumuskan:

γzav =Gs .γw

1+𝑒𝑒 (2.17)

dengan:

γzav = Berat volume pada kondisi ZAV

γw = Berat volume air

e = Angka pori

Gs = Berat jenis tanah

Untuk keadaan tanah jenuh 100% artinya e = w x Gs, sehingga:

γzav =γw

𝑀𝑀+ 1𝐺𝐺𝑀𝑀

(2.18)

Dalam keadaan bagaimanapun kurva pemadatan tidak mungkin memotong

zero void air (ZAV).

2.7.2 Percobaan Kuat Tekan Bebas (Unconfined Compression Test)

Percobaan kuat tekan bebas (Unconfined Compression Test) merupakan

suatu cara pemeriksaan untuk mendapatkan daya dukung tanah. Dalam percobaan

ini yang didapat adalah kuat tekan bebas dari tanah yaitu besarnya tekanan aksial

yang diperlukan untuk menekan suatu silinder tanah sampai pecah atau sebesar

20% dari tinggi tanah mengalami perpendekan bila tanah tersebut tidak pecah.

Dan hasil tes ini akan dibuatkan tabel kuat tekan bebas dengan beberapa

perhitungan sebagi berikut:

a. Regangan dari setiap pembebanan dihitung dengan rumus :

ε = ∆𝐿𝐿𝐿𝐿0

(2.19)

dengan :

∆L = Pemendekan/pengurangan tinggi benda uji (cm)

30

L0 = Tinggi benda uji mula-mula

ε = Regangan aksial

b. Luas rata-rata penampang benda uji dengan koreksi akibat pemendekan

dengan rumus :

A = 𝐴𝐴0

1−𝜀𝜀 (2.20)

dengan :

A = Luas rata-rata benda uji (cm3)

A0 = Luas penampang benda uji mula-mula (cm3)

ε = Regangan aksial

c. Tekanan aksial yang bekerja pada benda uji pada setiap pembebanan dengan

rumus :

σ = 𝑃𝑃𝐴𝐴

(2.21)

dengan :

A = Luas rata-rata benda uji (cm3)

P = Gaya beban yang bekerja dihitung dari pembacaan arloji ukur cincin

beban (kg)

σ = Tekanan aksial

d. Besarnya kuat tekan bebas (qu) diperoleh dari nilai terbesar perhitungan pada

persamaan (2.21) dikalikan dengan faktor kalibrasi dari alat yang digunakan

e. Nilai sudut geser tanah yang diperoleh dari perhitungan :

𝜙𝜙 = (α – 450) x 2 (2.22)

dengan :

𝜙𝜙 = Sudut geser tanah

α = Sudut runtuh tanah saat tes

f. Besarnya nilai kohesi diperoleh dari perhitungan :

cu = 𝑞𝑞𝐿𝐿2

(2.23)

dengan :

cu = Nilai kohesi

qu = Kuat tekan bebas

31

2.7.3 Percobaan CBR (California Bearing Ratio)

Metode uji CBR pertama diperkenalkan oleh O.J Porter, California State

Highway Department. Metode ini mengkombinasikan load penetrationtest di

laboratorium maupun di lapangan dengan design chart empiris untuk

mendapatkan kekuatan tanah dan sekaligus mendapatkan tebal perkerasan jalan.

Tahanan penetrasi diukur dengan jarum berdiameter 5 cm (3 in2) yang ditekan ke

dalam massa tanah dengan kecepatan 1,25 mm/menit. Observasi dilakukan

dengan pembacaan beban dan penetrasi jarum ke dalam massa tanah. Beban

standar sesuai dengan penetrasi standar ditentukan dengan memakai crushed stone

(Redana, 2010). Nilai CBR didapat melalui persamaan:

CBR = 𝐵𝐵𝑒𝑒𝐵𝐵𝐵𝐵𝑇𝑇 𝐻𝐻𝑒𝑒𝑀𝑀

𝐵𝐵𝑒𝑒𝐵𝐵𝐵𝐵𝑇𝑇𝑀𝑀𝐻𝐻𝐵𝐵𝑇𝑇𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵x 100 % (2.24)

Beban standar untuk berbagai penetrasi standar CBR diberikan pada Tabel 2.8.

Tabel 2.8 Beban standar

Penetrasi Jarum (mm) Beban Standar (kg) Beban Standar (kPa)

2,5 1370 6900 5 2055 10300

7,5 2630 13000 10 3180 16000

12,5 3600 18000

Tes penetrasi CBR dilakukan setelah tanah dipadatkan pada CBR mould

berdiameter 150 mm dan tinggi 175 mm. Pada saat pemadatan, densitas kering

dan kadar air tanah dijaga sama dengan nilai dilapangan. Untuk mensimulasi

konsolidasi tanah paling jelek di lapangan, setelah dipadatkan, tanah direndam

selama kurang lebih 4 jam sebelum tes penetrasi dilakukan. Pada kondisi

terendam maupun tidak terendam, spesimen harus dibebani beban tambahn sesuai

beban yang terjadi di lapangan. Beban 2,5 kg setara dengan kira-kira lapisan tanah

setebal 6,5 cm di lapangan.

Pada saat pengujian penetrasi, pembacaan beban dilakukan pada penetrasi

0,05; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 7,5; 10,0; dan 12,5 mm. Grafik beban dan

penetrasi kemudian di-plot. Nilai CBR biasanya dihitung berdasar pembacaan

32

beban pada penetrasi 2,5; 5,0; 7,5; 10; dan 12,5 mm, dibagi dengan beban standar

masing-masing.

2.7.4 Konsolidasi

Konsolidasi adalah suatu proses pengecilan volume secara perlahan-lahan

pada tanah jenuh sempurna dengan permeabilitas rendah akibat pengaliran

sebagian air pori. Proses tersebut berlangsung terus sampai kelebihan tekanan air

pori yang disebabkan oleh kenaikan tegangan total telah benar-benar hilang.

Kasus yang paling sederhana adalah konsolidasi satu dimensi, yaitu pada kondisi

tegangan lateral nol mutlak ada.

Penurunan konsolidasi adalah perpindahan vertikal permukaan tanah

sehubungan dengan perubahan volume pada suatu tingkatdalam proses

konsolidasi. Sebagai contoh, penurunan konsolidasi akan terjadi bila suatu

struktur di bangun di suatu lapisan lempung, atau muka air tanah turun secara

permanen pada lapisan di atas lapisan lempung tersebut, serta bila dilakukan

penggalian pada suatu lempung jenuh.

Perkembangan konsolidasi di lapangan dapat dipantau dengan memasang

pizometer untuk mencatat perubahan tekanan air pori terhadap waktu. Besarnya

penurunan dapat diukur dengan mencatat ketinggian suatu titik acuan yang sesuai

pada suatu struktur atau pada permukaan tanah. Di sini diperlukan pengukuran

beda tinggi yang teliti yang dilakukan pada patok acuan yang penurunnya sangat

kecil. Dalam mencari data penurunan, setiap kesempatan harus diambil, sebab

hanya dengan pengukuran tersebut, ketepatan metode teoritis dapat terwujud.

2.7.4.1. Koefisien Konsolidasi

Koefisien konsolidasi sangat berpengaruh terhadap lamanya proses

konsolidasi yang akan terjadi pada tanah tertentu. Koefisien konsolidasi vertikal

(Cv) menentukan kecepatan pengaliran air pada arah vertikal dalam tanah. Pada

umumnya konsolidasi berlangsung satu arah saja yaitu arah vertikal, maka

koefisien konsolidasi vertikal sangatlah berpengaruh terhadap kecepatan

konsolidasi yang akan terjadi. Lamanya penurunan yang terjadi pada tanah

tergantung pada permeabilitas tanah dan sifat kompresibel tanah yang

33

bersangkutan. Koefisien konsolidasi vertikal dapat dicari menggunakan

Persamaan 2.25.

Cv =𝑃𝑃

𝛾𝛾𝑀𝑀 . 𝑝𝑝𝑉𝑉 (2.25)

dengan :

Cv = Koefisien konsolidasi (cm2/dt)

𝛾𝛾w = Berat volume air

k = Koefisien permeabilitas tanah

mv = Koefisien kompresibilitas volume

Harga Cv juga dapat dicari dengan Persamaan 2.26 sebagai berikut :

Cv =𝑇𝑇𝑉𝑉 . 𝐻𝐻2

𝐻𝐻 (2.26)

dengan :

Cv = Koefisien konsolidasi (cm2/dt)

Tv = Faktor waktu tergantung dari derajat konsolidasi

t = Waktu yang dibutuhkan untuk mencapai derajat konsolidasi

U%

H = Jarak lintasan air (cm)

Penentuan Cv dari uji konsolidasi satu dimensi di laboratorium dapat

dilakukan dengan metode logaritma waktu (logarithm time method) dan akar

waktu (square roote of time).

1. Metode Logaritma Waktu (Logarithm Time Method)

Metode logaritma waktu adalah prosedur untuk menentukan nilai koefisien

konsolidasi menurut Casagrande dan Fando (1940). Metode logaritma waktu

Casagrande dan Fando (1940) dalam Craig (1994) dapat dilihat pada Gambar

2.13.

Pada kurva eksperimental, titik yang sesuai dengan U = 0 dapat ditentukan

berdasarkan fakta bahwa bagian awal dari kurva mewakili hubungan yang

hampir parabol antara kompresi dan waktu. Dari kurva tersebut, dipilih titik A

dan titik B (dapat dilihat pada Gambar 2.13) yang memiliki nilai t dalam

34

perbandingan 4:1, dan kemudian diukur jarak vertikal antar titik – titik

tersebut. Suatu jarak yang sama dengan jarak vertikal tersebut diletakkan di

atas titik pertama dan didapat titik (𝐵𝐵𝑀𝑀) yang sesuai dengan U = 0. Sebagai

pemeriksaan, prosedur di atas diulang kembali dengan pasangan – pasangan

titik yang berbeda. Titik yang sesuai dengan U = 0 biasanya tidak sama

dengan titik (𝐵𝐵0) yang mewakili pembacaan arloji pengukuran awal,

perbedaan tersebut dibedakan oleh kompresi udara dengan jumlah sedikit di

dalam tanah, tingkat kejenuhan sedikit di bawah 100%. Kompresi ini disebut

kompresi awal. Bagian akhir dari kurva eksperimental tersebut linear tetapi

tidak horizontal dan titik (𝐵𝐵100 ) yang sesuai dengan U =100% diambil sebagai

titik potong dari dua bagian linear dari kurva tersebut. Kompresi antara titik

(𝐵𝐵𝑀𝑀) dan (𝐵𝐵100 ). Setelah melebihi titik potong tersebut, kompresi berlangsung

terus dengan laju yang sangat rendah selama periode waktu yang tidak tertentu

dan disebut kompresi sekunder.

Titik yang sesuai dengan U = 50% merupakan pertengahan antara titik –

titik (𝐵𝐵𝑀𝑀) dan (𝐵𝐵100 ), kemudian didapat waktu t50. Nilai Tv yang sesuai

dengan U = 50% adalah 0,197 dan besar keofisien konsolidasinya dapat dicari

dengan Persamaan 2.27 sebagai berikut :

Cv =𝑇𝑇𝑉𝑉 . 𝐻𝐻2

𝐻𝐻50=

0,197 . 𝐻𝐻2

𝐻𝐻50 (2.27)

Gambar 2.13 Grafik logaritma waktu

35

2. Metode Akar Waktu (Square Roote of Time Methode).

Penggunaan dari cara ini adalah dengan menggambarkan hasil pengujian

konsolidasi pada grafik hubungan akar waktu melawan penurunannya. Metode

akar waktu menurut (Taylor, 1984) dalam (Craig, 1994) dapat dilihat pada

Gambar 2.14.

Kurva teoritis yang terbentuk biasanya linier sampai dengan menentukan

U= 90%. Karakteristik cara akar waktu ini yaitu dengan menentukan U = 90%

konsolidasi, yang pada U = 90%, absis AC akan sama dengan 1,15 kali absis AB.

Karakteristik ini digunakan untuk menentukan titik yang sesuai dengan U = 90%

pada kurva eksperimental.

Gambar 2.14 Grafik akar waktu

Kurva eksperimental biasanya terdiri dari kurva pendek yang mewakili

kompresi awal, bagian linear dan kurva kedua. Titik yang sesuai dengan U = 0 (D)

didapat dengan memperpanjang bagian linear dari kurva tersebut sampai ordinat

pada waktu nol. Suatu garis lurus (DE) kemudian digambarkan dengan absis 1,15

kali absis bagian linear dari kurva eksperimental tersebut. Perpotongan garis (DE)

36

dengan kurva eksperimental tersebut merupakan titik yang sesuai dengan U =

90% dan nilai �𝐻𝐻90 dapat ditentukan. Nilai Tv yang sesuai untuk U= 90% adalah

0,848 dan koefisien konsolidasi dapat dicari dengan menggunakan Persamaan

2.28.

Cv =𝑇𝑇𝑉𝑉 . 𝐻𝐻2

𝐻𝐻90=

0,848 𝐻𝐻2

𝐻𝐻90 (2.28)

Dalam penelitian ini digunakan metode akar waktu untuk mendapatkan

t90 dari masing-masing pembebanan. Hubungan derajat konsolidasi (U) dengan

faktor waktu (T) dapat dilihat pada Tabel 2.9.

Tabel 2.9 Hubungan derajat konsolidasi (U) dengan faktor waktu (T)

% 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0,008 0,031 0,071 0,126 0,197 0,287 0,403 0,567 0,848 ~

2.7.4.2. Waktu Konsolidasi (t)

Waktu konsolidasi akibat pengaliran vertikal adalah waktu yang

diperlukan oleh tanah untuk proses konsolidasi yang diperlukan. Waktu

konsolidasi didapat dengan Persamaan 2.28 sebagai berikut :

t =𝑇𝑇𝑉𝑉 . 𝐻𝐻2

𝐶𝐶𝑉𝑉 (2.29)

dengan :

t = Waktu konsolidasi

Cv = Koefisien konsolidasi (cm2/dt)

Tv = Faktor waktu tergantung dari derajat konsolidasi

H = Jarak lintasan air (cm)

2.7.4.3. Tekanan Prakonsolidasi

Tekanan prakonsolidasi (Pc') merupakan suatu tekanan tanah yang pernah

bekerja pada tanah lempung di masa lalu. Perhitungan tekanan prakonsolidasi

didapatkan melalui penggambaran grafik dari kurva e log P pada Gambar 2.15.

37

Gambar 2.15 Penentuan tekanan prakonsolidasi

Langkah-langkah mencari Pc' terdiri dari beberapa tahap berikut ini:

a. Memperkirakan titik dimana kurva melengkung paling tajam dan

menggambarkan garis singgung di titik tersebut.

b. Menggambarkan garis horizontal melalui titik singgung tersebut yang

membentuk sudut 𝛼𝛼 dengan garis singgung.

c. Membagi sudut 𝛼𝛼 menjadi dua.

d. Memperpanjang bagian lurus dari cabang akhir sampai memotong garis pada

sudut 𝛼𝛼/2.

e. Mendapatkan Pc'dengan memproyeksikan perpotongan yang didapat pada

langkah ke empat ke sumbu tekanan.

Tekanan prakonsolidasi yang dibandingkan dengan tekanan efektif dapat

mengetahui jenis konsolidasi dari suatu tanah, yaitu dengan mengetahui jumlah

relatif dari prakonsolidasi yang dinyatakan dalam ratio konsolidasi berlebih (over

consolidated ratio= OCR) yang didefinisikan dengan Persamaan 2.30

sebagaiberikut:

38

OCR = Pc'/Po (2.30)

dengan :

OCR = Ratio konsolidasi berlebih

Pc' = Tekanan prakonsolidasi

Po = Tekanan efektif

2.7.4.4. Angka Pori

Nilai e yang dipakai dalam perhitungan didapat melalui percobaan di

laboratorium. Untuk memperoleh nilai angka pori (e), nilai angka pori awal

(e0)harus diketahui terlebih dahulu. Angka pori awal didapat dengan Persamaan

2.31 dan Persamaan 2.32yaitu :

Ht = 𝑊𝑊𝑀𝑀𝐴𝐴 . 𝐺𝐺𝑀𝑀

(2.31)

e0 = 𝐻𝐻𝐻𝐻−𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻

(2.32)

dengan :

e0 = Angka pori awal dengan tekanan Po

Ws = Berat kering

A = Luas benda uji

Gs = Berat jenis tanah

Ht = Tinggi efektif benda uji

Ho = Tinggi contoh tanah mula – mula

Setelah itu dicari nilai ∆𝑒𝑒 terlebih dahulu menggunakan Persamaan 2.33.

∆𝑒𝑒 = 𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻

(2.33)

dengan :

Δe = Beda angka pori

H = Pembacaan arloji pengukuran pada percobaan dikurangi dengan

pembacaan arloji pengukuran sesudah pembebanan yang

bersangkutan

Ht = Tinggi efektif benda uji

39

Nilai angka pori (e) didapat dengan Persamaan 2.34

𝑒𝑒 = 𝑒𝑒0 − ∆𝑒𝑒 (2.34)

dengan :

e = Angka pori

e0 = Angka pori awal

Δe = Beda angka pori

Setelah mendapat angka pori, maka indek pemampatan (Cc) dapat dicari

secara empiris melalui Persamaan 2.35 sebagai berikut:

Cc = Δe

log 𝑝𝑝1/𝑝𝑝2 (2.35)

2.8 Daya Dukung Tanah

Struktur perkerasan didesain untuk dapat menahan dan menyalurkan beban

roda kendaraan sedemikian rupa sehingga tegangan yang disalurkan pada lapisan-

lapisan perkerasan dan tanah dasar yang ada dibawahnya mampu dipikul oleh

masing-masing lapisan tersebut sesuai kapasitasnya.Tanah dasar yang umumnya

tanah asli (galian atau timbunan), yang relatif lemah, memiliki peranan yang

sangat penting bagi kestabilan sistem perkerasan dan juga nilai ekonomi. Untuk

kondisi desain tertentu, makin tinggi stabilitas tanah dasar akan makin tipis

struktur perkerasan yang diperlukan.

Stabilitas tanah dasar dapat diperoleh dari berbagai percobaan di lapangan

dan di laboratorium, seperti misalnya pengujian CBR, Dinamic Cone Penetration,

Resistance dan Plate Bearing.Oleh karena itu, untuk penyederhanaan ditetapkan

parameter bebas daya dukung tanah (DDT) yang dapat dikorelasikan secara

empiris dengan berbagai nilai stabilitas tanah dasar.Adapun persamaannya adalah

sebagai berikut:

DDT = 4,3 log(CBR) + 1,7 (2.36)

2.9 Abu Sekam Padi

Gabah yang merupakan hasil dari produksi padi terdiri dari beras 65%,

sekam 20%, katul 8%, bagian lainnya yang hilang sebesar 7% (Trisnayani, 2008).

40

Sekam tersusun dari bahan – bahan selulosa 50%, lignin 30%, dan abu 20% yang

terdiri ari opline silika yang terdapat pada jaringan sederhana.

Hasil proses pembakaran sekam padi berupa abu sekam padi yang

merupakan bahan anorganik yang tidak membusuk oleh proses waktu baik bentuk

maupun struktur kimianya. Menurut Cox (1993) dalam Trisnayani (2008), abu

sekam padi dibedakan menjadi tiga jenis, hal ini berdasarkan penelitian yang telah

dilakukan terlebih dahulu mengenai karakteristik abu sekam padi yaitu :

a. Abu sekam padi berwarna hitam keperakan berbutir kasar

b. Abu sekam padi berwarna hitam berbutir halus

c. Abu sekam padi berwarna abu–abu kehitaman, yang cenderung menjadi lebih

hitam pada keadaan lembab

LazarodanMoh (1970) dalam Trisnayani (2008), mengadakan penelitian

komposisi kimia abu sekam padi dengan hasil seperti yang terlihat pada tabel

2.10.

Tabel 2.10 Komposisi kimia abu sekam padi

No Komposisi Persen (%)

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

Silikon Dioksida (SiO2)

Aluminuim Oksida (Al2O3)

Besi Oksida (Fe2O3)

Sulfat (SO3)

Kalsium Oksida (CaO)

Magnesium Oksida (MgO)

Karbondioksida (CO2)

Hilang saat pembakaran

88,66

1,48

0,36

0,91

0,75

3,53

0,51

3,80

Abu sekam padi memiliki senyawa (SiO2) yang tinggi sehingga bersifat

pozzolanik. Sehingga, seiring dengan bertambahnya waktu, apabila bereaksi

dengan senyawa alumia Al2O3 dan CaO yang terkandung dalam tanah lempung

akan bertambah keras. Selain itu, unsur Al, Fe, Ca, Mg yang bermuatan positif

mampu mengikat tanah lempung yang bermuatan negatif sehingga perbedaan

kembang susut menjadi tidak terlalu besar.

41

Menurut hasil percobaan Williams dan Sukpatrapirome (1971) dan Cox dan

Hengchaovanish (1973) dalam Trisnayani (2008), berat jenis spesifik dari abu

sekam padi adalah antara 2,2 - 2,4.

Pada tahun 1975, Direktorat Penyelidikan Masalah Tanah dan Jalan dalam

Trisnayani (2008), telah mengadakan penelitian laboratorium untuk mengetahui

sifat–sifat abu sekam padi beserta komposisi kimianya. Berdasarkan penelitian

tersebut, abu sekam padi memiliki berat isi rata – rata 0,45 gram/cc dan kadar air

0,5%. Pemeriksaan analisa saringan memberikan susunan butiran rata–rata abu

sekam padi seperti yang terlihat pada Tabel 2.11

Tabel 2.11 Analisa saringan

Nomor Saringan Presentase yang Lewat (%)

4

10

20

30

40

60

80

100

200

100

95

86

71

64

45

25

15

6

2.10 Semen

Dalam Mulyono (2003) dijelaskan bahwa semen merupakan hasil industri

yang sangat kompleks, dengan campuran serta susunan yang berbeda-beda.

2.10.1 Jenis-jenis Semen

Semen dapat dibedakan menjadi 2 kelompok, yaitu:

a. Semen Non-hidrolik

Semen non-hidrolik tidak dapat mengikat dan mengeras di dalam air, akan

tetapi dapat mengeras di udara. Contoh utama dari semen hidrolik adalah kapur.

Kapur dihasilkan oleh proses kimia dan mekanis alam. Kapur telah

digunakan/ selama berabad-abad lamanya sebagai bahan adukan dan plesteran

42

untuk bangunan. Hal tersebut terlihat pada piramida-piramida di Mesir yang

dibangun 4500 tahun sebelum masehi. Kapur digunakan sebagai bahan pengikat

selama zaman Romawi dan Yunani. Orang-orang Romawi menggunakan beton

untuk membangun Colleseum dan Parthenon, dengan cara mencampur kapur

dengan abu gunung yang mereka peroleh didekat Pozzuoli, Italia dan mereka

namakan Pozollan.

Pondasi jalan pada zaman Romawi, termasuk jalan Via Appia, merupakan

tanah yang distabilkan dengan kapur. Kini kapur digunakan dalam bidang

pertanian, industri kimia, industri karet, industri kayu, industrifarmasi, industri

baja, industri gula, industri semen.

b. Semen Hidrolik

Semen hidrolik mempunyai kemampuan untuk mengikat dan mengeras di

dalam air. Contohnya antara lain:

- Kapur Hidrolik

Sebagian besar (65-75) bahan kapur hidrolik terbuat dari batu gamping,

yaitu kalsium karbonat beserta bahan pengikutnya berupa silika, alumina,

magnesia dan oksida besi.

- Semen Pozollan

Pozzolan adalah sejenis bahan yang mengandung silisium atau

aluminium, yang tidak mempunyai sifat penyemenan. Butirannya halus dan

dapat bereaksi dengan kalsium hidroksida pada suhu ruang serta membentuk

senyawa-senyawa yang mempunyai sifat semen

Semen pozollan adalah bahan ikat yang mengandung silika amorf, yang

apabila dicampur dengan kapur akan membentuk benda padat yang keras.

Bahan yang mengandung pozollan adalah teras, semen merah, abu terbang,

dan bubukan terak tanur tinggi.

- Semen Terak

Semen Terak adalah semen hidrolik yang sebagian besar terdiri dari

suatu campuran seragam serta kuat dari terak kapur tanur tinggi dan kapur

tohor.Campuran ini biasanya tidak dibakar.

43

- Semen Alam

Semen Alam dihasilkan melalui pembakaran batu kapur yang

mengandung lempung pada suhu lebih rendah dari suhu pengerasan.Hasil

pembakaran kemudian di giling menjadi serbuk halus. Kadar silika, alumina

dan oksida besi pada serbuk cukup untuk membuatnya bergabung dengan

kalsium oksida sehingga membentuk senyawa kalsium silikat dan aluminat

yang dapat dianggap mempunyai sifat hidrolik

- Semen Portland

Semen Portland adalah bahan konstruksi yang paling banyak

digunakan dalam pekerjaan beton. Menurut ASTM C-150, 1985, semen

Portland didefinisikan sebagai semen hidrolik, yang umumnya mengandung

satu atau lebih bentuk kalsium sulfat sebagai bahan tambahannya yang

digiling bersama-sama dengan bahan utamanya. Kandungan utama penyusun

semen Portlandadalah :

Tabel 2.12 Kandungan utama penyusun semen portland

No Komposisi Persen (%)

1.

2.

3.

Kalsium Oksida (CaO)

Silikon Dioksida (SiO2)

Aluminuim Oksida (Al2O3) dan Besi

Oksida (Fe2O3)

60-65%

20-25%

7-12%

- Semen Putih

Semen putih adalah semen Portland yang kadar oksida besinya rendah,

kurang dari 0,5%. Bahan baku yang digunakan harus kapur murni, lempung

putih yang tidak mengandung oksida besi dan pasir silika. Semen putih

digunakan untuk membuat siar ubin/ keramik dan benda yang lebih banyak

nilai seninya, tetapi biasanya tidak digunakan untuk bangunan struktur.

- Semen Alumina

Semen alumina dihasilkan melalui pembakaran batu kapur dan bauksit

yang telah digiling halus pada temperature 1600o C. Hasil pembakaran

44

tersebut berbentuk klinker dan selanjutnya dihaluskan hingga menyerupai

bubuk.Jadilah semen alumina yang berwarna abu-abu.

2.10.2 Interaksi Semen dengan Tanah

Ada beberapa interaksi yang terjadi antara semen dan tanah yaitu:

a. Absorpsi Air Dan Reaksi Pertukaran Ion

Menurut Herzog dan Mitchell (1963) dalam Suardi (2005), bahwa partikel

semen yang kering tersusun secara heterogen dan berisi kristal-kristal 3CaO.

SiO2, 4CaO.SiO4, 3CaO.Al2O3 dan bahan-bahan yang padat berupa

4CaO.Al2O3Fe2O3. Bila semen ditambahkan pada tanah, ion kalsium Ca+++

dilepaskan melalui hidrolisa dan pertukaran ion berlanjut pada permukaan

partikel-partikel lempung. Dengan reaksi ini partikel-partikel lempung

menggumpal sehingga mengakibatkan konsistensinya tanah menjadi lebih baik.

b. Reaksi Pembentukan Kalsium Silikat

Dari reaksi-reaksi kimia yang berlangsung diatas, maka reaksi utama yang

berkaitan dengan kekuatan adalah hidrasi dari A-lite (3CaO.SiO2) dan B-lite

(2CaO.SiO2) terdiri dari kalsium silikat dan melalui hidrasi tadi hidrat-hidrat

seperti kalsium silikat dan aluminat terbentuk.Senyawa-senyawa ini berperan

dalam pembentukan atau pengerasan.

c. Reaksi pozzolan

Kalsium hidroksida yang dihasilkan pada waktu hidrasi akan membentuk

reaksi dengan tanah (reaksi pozzolan) yang bersifat memperkuat ikatan antara

partikel, karena ia berfungsi sebagai binder (pengikat).