KAJIAN PENGEMBANGAN TANAH LEMPUNG …/Kajian... · tugas-tugas dan laporan selama kuliah. J. ......

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

KAJIAN PENGEMBANGAN TANAH LEMPUNG

DITINJAU DARI BESARNYA KADAR AIR

The Study of Clay Soils’s Swelling Based on its Water Content Point of View

SKRIPSI

Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Pada Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta

Disusun Oleh :

AULIA AJI SASANTI NIM I 0107052

JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA 2012


commit to user

ii

HALAMAN PERSETUJUAN




Disusun Oleh :


Telah disetujui untuk dipertahankan di hadapan tim penguji pendadaran

Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret

Disetujui,

Pembimbing II

Ir. Noegroho Djarwanti, MT NIP. 19561112 198403 2 007

Pembimbing I

Dr. Niken Silmi Surjandari, ST, MT NIP. 19690903 199702 2 001


commit to user

iii

HALAMAN PENGESAHAN




SKRIPSI

Disusun Oleh :


Telah dipertahankan di hadapan Tim Penguji Pendadaran Jurusan Teknik Sipil

Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret pada hari :

1. Dr. Niken Silmi Surjandari, ST, MT __________________

NIP. 19690903 199702 2 001

2. Ir. Noegroho Djarwanti, MT __________________ NIP. 19561112 198403 2 007

3. Ir. Ary Setyawan, M.Sc, Ph.D __________________ NIP. 19661204 199512 1 001

4. Bambang Setiawan, ST, MT __________________ NIP. 19690717 199702 1 001 Mengetahui, Disahkan, a.n. Dekan Fakultas Teknik UNS Ketua Jurusan Teknik Sipil Pembantu Dekan I Fakultas Teknik UNS Kusno Adi Sambowo, ST, PhD Ir. Bambang Santosa, MT NIP. 19691026 199503 1 002 NIP. 19590823 198601 1 001


commit to user

iv

MOTTO

“Ya Allah, sesungguhnya aku berlindung kepada-Mu dari ilmu yang tidak

bermanfaat, hati yang tidak khusyuk, amal yang tidak diterima, dan doa

yang tidak dikabulkan”

“Sesungguhnya sholatku, amalku, hidupku dan matiku hanyalah untuk

Allah pemilik alam semesta”

“Ya Allah yang maha menguasai hati, ubahlah hati kami untuk selalu taat

kepada-Mu”

“Lakukanlah sesuatu yang memang seharusnya dilakukan, dan

pertanggungjawabkan sesuatu yang telah kita pilih untuk kehidupan kita”

“Jadilah orang yang berguna untuk diri sendiri dan orang lain”


commit to user

v

PERSEMBAHAN

Kupersembahkan Hasil Karyaku untuk :

š Allah S.W.T yang selalu melimpahkan rahmat dan

nikmat yang luar biasa, Alhamdulillah, serta junjungan

kami Rasulullah Muhammad S.A.W yang selalu

menjadi teladan bagi hidup saya.

š Ayahku dan Ibuku tercinta yang selalu melimpahkan

kasih sayang serta dukungan secara moral, material

maupun spiritual sampai aku bisa mencapai

pendidikan jenjang Strata-1. J

š Kakakku mas Danang dan Adekku Rasyid yang selalu

memberi semangat. J

š Keponakanku tersayang Akhmal Radiansyah yang

membawa keceriaan. J

š Tanteku Asih Riyani dan Sepupuku Nikita Juliette,

yang selalu membawa suasana ramai dalam rumah. J

š Saudara-saudaraku yang ada di AJUSTA BRATA,

tanpa mereka tidak akan berarti hari-hari ku di

kampus. J

š Saudara-saudara seangkatanku Tata, Antika, Lita,

Ajeng, Saras dan Ipul yang heboh tetapi selalu

memberiku semangat. J

š Laily Fatmawati, yang banyak membantuku melewati

tugas-tugas dan laporan selama kuliah. J


commit to user

vi

ABSTRAK

AULIA AJI SASANTI, 2012. Kajian Pengembangan Tanah Lempung Ditinjau dari Besarnya Kadar Air. Skripsi, Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Tanah lempung mempunyai karakteristik unik dan memiliki kemampuan mengembang lebih besar daripada jenis tanah yang lain. Akibat perubahan fluktuasi kadar air yang terjadi pada tanah lempung, sering menimbulkan kerusakan yang tergantung pada kadar lempung dan jenis mineral lempung yang terdapat dalam tanah. Efek yang sering terlihat adalah rusaknya struktur dinding, rusaknya struktur jalan maupun jembatan, terangkatnya struktur plat serta berbagai struktur bawah lainnya. Beberapa wilayah di sekitar Surakarta diduga memiliki klasifikasi tanah lempung yaitu di Sragen, Klaten dan Boyolali. Penelitian ini bertujuan untuk mengamati perilaku potensi mengembang yang dinyatakan dalam presentase mengembang tanah. Perilaku mengembang tanah diamati dengan besar presentase mengembang tanah. Perilaku mengembang ini diamati dengan menggunakan oedometer. Sampel uji pengembangan tanah adalah sampel uji Proctor yang telah divariasikan kadar airnya. Pengujian presentase mengembang dimulai dari kondisi kadar air buatan yang ditetapkan sebagai kondisi awal sampel uji. Setelah kondisi kadar air buatan tercapai, air ditambahkan pada sel Oedometer untuk memulai pengujian presentae mengembang. Berdasarkan analisis hasil identifikasi, tanah yang diamati merupakan tanah lempung dengan potensi mengembang antara 5% sampai dengan 10%. Hasil pengujian menunjukkan bahwa semakin rendah kadar air awal pada suatu tanah lempung, maka besar presentase mengembang pada tanah tersebut semakin tinggi. Hasil analisis juga menunjukkan bahwa semakin besar indeks plastisitas semakin besar presentase mengembangnya. Kajian pengembangan tanah ini menghasilkan model empiris yang dapat digunakan sebagai bahan pertimbangan dalam memprediksi besarnya presentase mengembang tanah dengan parameter indeks plastisitas dan kadar air awal. Kata kunci : indeks plastisitas, Oedometer, pengembangan, persentase

mengembang, tanah lempung, kadar air.


commit to user

vii

ABSTRACT

AULIA AJI SASANTI, 2012. The Study of Clay Soils’s Swelling Based on its Water Content Point of View, Thesis, Civil Engineering Department, Faculty of Engineering, Sebelas Maret University. Clay soil has unique characteristics and it has the ability to expand larger than the other soil types. Fluctuations in water levels due to changes that occur in clay soil, often causing damage depends on clay content and type of clay mineral contained in soil. The effect is often seen in destruction of the wall structure, damage to the structure of road and bridges, the lifting plate structures as well as various other structures down. Several areas around Surakarta suspected of having clay classification there are in Sragen, Klaten and Boyolali. This study aimed to observe the behavior of swelling potential that is expressed in percentage. Behavior was observed with a large ground swell inflate the percentage of land. This expands behavior observed by using the oedometer. The test sample is a sample from Proctor test that has varied water content. Testing begins from variated water content that are designed as the initial water content of the test sample. After variated water content already, water was added in oedometer cels to start the swelling test. Based on the analysis results of identification, the observed soil is clay with swelling potential from 5% until 10%. Test results showed that the lower initial moisture content on a clay soil, caused a large swelling percentage in the soils. The analysis highlights show that the greater plasticity index greater percentage of swelling. This soils study expands produce an empirical model that can be used as a material consideration in predicting the swelling percentage of soil with plasticity index and initial water content as parameters. Keywords : plasticity index, Oedometer, swelling, swelling percentage, clay

soils, initial water content.


commit to user

viii

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-

Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul ” Kajian

Pengembangan Tanah Lempung Ditinjau dari Besarnya Kadar Air”. Skripsi

ini disusun sebagai salah satu syarat meraih gelar sarjana pada Jurusan Teknik

Sipil Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Pada pelaksanaannya, penulis telah banyak mendapatkan bantuan baik fasilitas,

bimbingan maupun kerjasama dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis

mengucapkan terima kasih kepada :

1. Pimpinan Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret

Surakarta.

2. Ibu Niken Silmi Surjandari, ST, MT selaku Dosen Pembimbing I.

3. Ibu Noegroho Djarwanti, MT selaku Dosen Pembimbing II.

4. Bp. Bambang Setiawan, ST, MT dan Bp. Ir. Ary Setyawan, M.Sc, Ph.D

selaku Penguji.

5. Bp. Wibowo, ST, DEA selaku Dosen Pembimbing Akademik.

6. Staf Pengelola/Laboran Laboratorium Mekanika Tanah Jurusan Teknik Sipil

Universitas Sebelas Maret Surakarta.

7. Saudara Wahyudi, Bramantyo, Al Faruuq Habib yang telah membantu

penelitian.

8. Semua pihak yang telah berpartisipasi dalam penyusunan skripsi ini.

Penulis menyadari skripsi ini masih banyak kekurangan, oleh karena itu saran dan

kritik akan sangat membantu demi kesempurnaan penelitian selanjutnya. Penulis

berharap skripsi ini bermanfaat bagi pembaca.

Surakarta, Februari 2012

Penulis


commit to user

ix

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL................................................................................................ i

HALAMAN PERSETUJUAN ................................................................................ ii

HALAMAN PENGESAHAN................................................................................ iii

MOTTO DAN PERSEMBAHAN ......................................................................... iv

ABSTRAK ............................................................................................................. vi

KATA PENGANTAR ......................................................................................... viii

DAFTAR ISI .......................................................................................................... ix

DAFTAR TABEL .................................................................................................. xi

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ xii

DAFTAR NOTASI DAN SIMBOL .................................................................... xiv

DAFTAR LAMPIRAN ......................................................................................... xv

BAB 1 PENDAHULUAN ...................................................................................... 1

1.1. Latar Belakang Masalah ...................................................................... 1

1.2. Rumusan Masalah ............................................................................... 2

1.3. Batasan Masalah .................................................................................. 2

1.4. Tujuan Penelitian ................................................................................. 3

1.5. Manfaat Penelitian ............................................................................... 3

BAB 2 LANDASAN TEORI ................................................................................. 4

2.1. Tinjauan Pustaka ................................................................................. 4

2.2. KlasifikasiTanah .................................................................................. 4

2.3. Batas-batas konsistensi Tanah ............................................................. 6

2.4. Berat Jenis ........................................................................................... 9

2.5. Pengujian Pemadatan Standar ............................................................. 9

2.6. Tanah Lempung ................................................................................. 11

2.7. Interaksi Air pada Tanah Lempung ................................................... 13

2.8. Derajat Mengembang (Swelling) ....................................................... 16

2.9. Hubungan Konsolidasi dan Pengembangan ...................................... 19


commit to user

x

BAB 3 METODE PENELITIAN ........................................................................ 21

3.1. Uraian Umum .................................................................................... 21

3.2. Bahan dan Alat yang Digunakan ....................................................... 21

3.3. Alur Penelitian ................................................................................... 22

3.4. Langkah-langkah Penelitian .............................................................. 23

a. Pengambilan Sampel (Tahap I) ...................................................... 23

b. Pengujian Indeks Properties (Tahap II).......................................... 23

c. Pengujian Pemadatan (Tahap III) ................................................... 23

d. Pengujian Swelling (Tahap IV) ...................................................... 24

d. Analisis dan Pembahasan ............................................................... 26

BAB 4 ANALISIS DAN PEMBAHASAN .......................................................... 27

4.1. Hasil Pengujian .................................................................................. 27

4.1.1. Klasifikasi Tanah ..................................................................... 27

4.1.2. Pengujian Pemadatan ............................................................... 29

4.1.3. Pengujian Presentase Mengembang ......................................... 29

4.2. Pembahasan ....................................................................................... 40

4.2.1. Korelasi antara Indeks Plastisitas dengan

Persentase Mengembang ......................................................... 40

4.2.2. Korelasi antara Kadar Air Awal dengan

Besar Presentase Swelling ....................................................... 41

4.2.3. Prediksi Presentase Mengembang ............................................ 44

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................ 54

5.1. Kesimpulan ........................................................................................ 54

5.2. Saran .................................................................................................. 55

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 56

LAMPIRAN


commit to user

xi

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Gradasi Ukuran Partikel Tanah ............................................................ 5

Tabel 2.2 Sistem Klasifikasi Tanah (ASTM D 2487-66T) .................................. 6

Tabel 2.3 Nilai Indeks Plastisitas dan Macam Tanah .......................................... 8

Tabel 2.4 Berat Jenis Tanah ( specific Gravity) ................................................... 9

Tabel 3.1 Titik Pengambilan Sampel ................................................................. 23

Tabel 4.1 Hasil Pengujian Klasifikasi Tanah ..................................................... 28

Tabel 4.2 Hasil Pengujian Standard Proctor ..................................................... 29

Tabel 4.3 Hasil Pengujian Presentase Mengembang ......................................... 30

4.3a Hasil Pengujian Presentase Mengembang Kalijambe, Sragen ........... 30

4.3b Hasil Pengujian Presentase Mengembang Barepan, Klaten .............. 30

4.3c Hasil Pengujian Presentase Mengembang Mlese, Klaten .................. 31

4.3d Hasil Pengujian Presentase Mengembang Simo, Boyolali ................ 31

Tabel 4.4 Perhitungan Presentase Mengembang ................................................ 34

Tabel 4.5 Indeks Plastisitas Vs Swelling ............................................................ 40

4.5a Indeks Plastisitas Vs Swelling pada Kadar Air ± 21% ....................... 40

4.5b Indeks Plastisitas Vs Swelling pada Kadar Air ± 32% ....................... 40

4.5c Indeks Plastisitas Vs Swelling pada Kadar Air ± 39% ....................... 40

Tabel 4.6 Hasil Perhitungan Presentase Mengembang

Berbagai Model Empiris .................................................................... 45

Tabel 4.7 Perbandingan Prediksi mengembang Tanah ..................................... 47

4.7a Perbandingan Prediksi mengembang Tanah Kalijambe ................... 47

4.7b Perbandingan Prediksi mengembang Tanah Mlese .......................... 48

4.7c Perbandingan Prediksi mengembang Tanah Barepan ....................... 48

4.7d Perbandingan Prediksi mengembang Tanah Simo ............................ 49


commit to user

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Grafik Atterberg Limis ................................................................... 7

Gambar 2.2 Kurva Hasil Pemadatan pada Berbagai Jenis Tanah

(ASTM D-698) .............................................................................. 10

Gambar 2.3 Hubungan antara Berat Kering tanpa Rongga

Dengan Kadar Air ......................................................................... 11

Gambar 2.4 Kation dan Anion pada Partikel Lempung .................................... 13

Gambar 2.5 Sifat Dipolar Air ............................................................................ 14

Gambar 2.6 Tarik-menarik Molekul Dipolar Air dengan Permukaan Partikel

Lempung ........................................................................................ 14

Gambar 2.7 Air pada Partikel Lempung ........................................................... 15

Gambar 2.8 Hubungan Indeks Plastisitas dengan Potensi Mengembang ......... 17

Gambar 3.1 Bagan Alur Penelitian ................................................................... 22

Gambar 3.2 Pencetakan Sampel dalam Ring Uji .............................................. 25

Gambar 4.1 Grafik Swelling Kalijambe Kadar Air 21,15% ............................. 35

Gambar 4.2 Grafik Pengujian Mengembang Tanah .......................................... 36

4.2a Grafik Pengujian Mengembang Tanah Kalijambe ...................... 36

4.2b Grafik Pengujian Mengembang Tanah Barepan ......................... 37

4.2c Grafik Pengujian Mengembang Tanah Mlese ............................. 38

4.2d Grafik Pengujian Mengembang Tanah Simo .............................. 39

Gambar 4.3 Grafik Korelasi antara Indeks Plastisitas dengan Persentase

Mengembang ................................................................................. 41

Gambar 4.4 Grafik Korelasi antara Kadar Air Awal dengan

Persentase Mengembang .............................................................. 42

4.4a Grafik Korelasi antara Kadar Air Awal dengan

Persentase Mengembang Kalijambe ............................................ 42

4.4b Grafik Korelasi antara Kadar Air Awal dengan

Persentase Mengembang Barepan ................................................. 42

4.4c Grafik Korelasi antara Kadar Air Awal dengan

Persentase Mengembang Mlese ................................................... 43


commit to user

xiii

4.4d Grafik Korelasi antara Kadar Air Awal dengan

Persentase Mengembang Simo ..................................................... 43

Gambar 4.5 Grafik Model-model empiris Prediksi

Presentase mengembang ............................................................... 45

Gambar 4.6 Grafik Perbandingan Besar Presentase Mengembang Beberapa

Model Penelitian ........................................................................... 50

4.6a Grafik Perbandingan Besar Presentase Mengembang Beberapa

Model Penelitian Kalijambe .......................................................... 50

4.6b Grafik Perbandingan Besar Presentase Mengembang Beberapa

Model Penelitian Barepan ............................................................. 51


Model Penelitian Mlese ................................................................. 52


Model Penelitian Simo .................................................................. 53


commit to user

xiv

DAFTAR NOTASI DAN SIMBOL

ASTM = American Society for Testing and Materials

CF = Fraksi lempung (Clay faction) pada Model Muntohar

C = Fraksi lempung (Clay faction) Pada Model Nayak dan Christensen

e = Angka pori

e0 = Angka pori awal

Gs = Berat jenis tanah (Specific gravity)

H = Tinggi sampel mula-mula

H0 = Tinggi awal

Ht = Tinggi sampel total saat mengembang

ΔH = Tinggi mengembang (Ht – H0)

LL = Batas cair

P = Tekanan

PL = Batas plastis

PI = Indeks Plastisitas

S = Persentase mengembang (Swelling percentage)

S(PI) = Persentase mengembang parameter indeks plastisitas

SL = Shringkage Limit

USCS = Unified Soil Classification System

w = Kadar air

wi = Kadar air awal

wopt = Kadar air optimum

ε = Regangan axial

γ = Berat isi

γd = Berat isi kering

γd = Berat isi Basah r = Angka Exponensial


commit to user

xv

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran A Data Hasil Pengujian Klasifikasi

· Specific Gravity Test

· Grain Size Analysis Test

· Atterberg Limit Test

Lampiran B Data Hasil Pengujian Kepadatan

· Standard Proctor Test

Lampiran C Data Hasil Pengujian Potensi Mengembang

· Pengujian Persentase Mengembang

Lampiran D Surat – surat Skripsi


commit to user

xvi

Lampiran A

Data Hasil Pengujian Klasifikasi

Spesific Gravity Test

Grain Size Analysis Test

Atterberg Limit Test


commit to user

xvii

Lampiran B

Data Hasil Pengujian Pemadatan

Standard Proctor Test


commit to user

xviii

Lampiran C

Data Hasil Pengujian Potensi

Mengembang


commit to user

xix

Lampiran D

Surat-surat Skripsi


commit to user

xx

Lampiran E

Data Hasil Pengujian Potensi

Mengembang

Persentase Mengembang

Tekanan Mengembang


commit to user

xxi

Lampiran F

Dokumentasi

Kerusakan Jalan

Pengambilan Sampel

Penelitian


commit to user

xxii

Lampiran G

Surat – surat Skripsi


commit to user

1

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Tanah lempung adalah jenis tanah yang paling banyak menimbulkan masalah pada

infrastruktur. Struktur tanah tidak selalu seragam dan sulit diprediksi hanya dengan

melihat rupa tanah tersebut secara fisik. Misal dengan menganalisis warnanya saja

kita belum bisa memastikan tanah tersebut termasuk golongan tanah apa. Ada

beberapa ciri fisik yang memungkinkan kita untuk mengidentifikasi secara kasar

klasifikasi tanah tersebut. Melalui uji laboratorium lebih lanjut kita dapat

mengidentifikasi jenis dari tanah dan dapat memprediksi sifat-sifat tanah serta

kekurangan tanah yang kita identifikasi.

Tanah lempung yang mempunyai sifat menyerap air yang tinggi dan mudah

menyusut dalam keadaan kering menjadi kendala yang besar dalam pembangunan

infrastruktur, selain itu ada kemungkinan kerugian yang besar apabila ternyata tanah

lempung pada suatu daerah memiliki nilai ekspansif yang tinggi. Akibat perubahan

volume yang terjadi pada tanah lempung, sering menimbulkan kerusakan

tergantung pada kadar lempung dan jenis mineral lempung yang terdapat dalam

tanah.

Tanah lempung yang memiliki daya rusak karena fluktuasi kadar air dapat dilihat

dari besarnya pengembangan tanah. Besar pengembangan tanah tersebut dapat

dipengaruhi oleh beberapa parameter misalnya indeks plastisitas, kadar air dan

persentase lempung. Penelitian ini dapat menjadi rujukan referensi untuk

pembangunan di daerah penelitian yaitu Kalijambe, Sragen; Mlese, Klaten;

Barepan, Klaten; Simo, Boyolali.

Pengambilan sampel dilakukan pada daerah yang diduga jenis tanah lempung yang

memiliki daya rusak. Beberapa hal dapat kita gunakan sebagai dugaan bahwa tanah


commit to user

2

di daerah tersebut adalah tanah lempung, Misalnya kondisi jalan raya yang retak-

retak dan bergelombang, rusaknya struktur dinding, rusaknya struktur jembatan,

terangkatnya struktur plat serta berbagai struktur bawah lainnya. Hal tersebut

merupakan ciri-ciri paling mudah yang di gunakan untuk menduga bahwa tanah di

suatu daerah adalah tanah lempung.

Penelitian ini untuk mengetahui karakteristik tanah lempung dengan uji swelling

untuk mengetahui potensi pengembangan tanah pada tanah lempung. Penelitian

ini juga untuk mengetahui ciri tanah lempung yang berdaya rusak dengan

menggunakan oedometer sebagai parameter besar pengembangan tanah lempung.

Perilaku potensi mengembang (swelling potential) yang dapat dinyatakan dalam

persentase mengembang (swelling percentage).

Metode yang dipakai adalah metode pengukuran langsung yaitu dengan

pengukuran perubahan volume mengembang (swelling volume change) di

laboratorium.

1.2 Rumusan Masalah

Bagaimanakah sifat pengembangan tanah lempung dilihat dari sisi besarnya kadar

air yang terdapat dalam tanah lempung?

1.3 Batasan Masalah

a. Penelitian dilakukan dengan uji laboratorium sesuai standar ASTM.

b. Sampel tanah diambil dari lokasi di Kalijambe, Sragen; Mlese, Klaten;

Barepan, Klaten dan Simo, Boyolali.

c. Jenis sampel tanah adalah terganggu (disturbed), diambil pada lapis

permukaan.

d. Pengujian persentase mengembang tanah pada penelitian ini menggunakan

alat Oedometer.

e. Pembebanan pada arah vertikal saja.


commit to user

3

1.4 Tujuan

a. Mengetahui besar persentase mengembang tanah .

b. Mengetahui hubungan antara kadar air awal dengan besarnya persentase

swelling.

c. Mengetahui prediksi mengembang tanah lempung pada lokasi pengujian.

1.5 Manfaat

Menambah referensi dalam mempelajari derajat mengembang tanah pada tanah

lempung serta kondisi geoteknik perilaku tanah antara lain di beberapa lokasi di

sekitar Surakarta.

Dapat menjadi acuan dalam menentukan uji pemadatan dengan memperhatikan

nilai derajat mengembang tanah di daerah dengan kondisi tanah lempung

khususnya di daerah Kalijambe, Sragen; Cawas, Klaten; Barepan, Klaten dan

Simo, Boyolali.


commit to user

4

BAB 2

LANDASAN TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka

Salah satu pertimbangan penting dalam pembangunan struktur bawah adalah

kadar air yang terkandung dalam tanah. Stabilitas struktur tanah dasar sangat

penting karena menopang infrasturktur yang berada diatasnya. Prinsipnya, dalam

pembangunan infrastruktur kondisi mengembang dan menyusutnya volume tanah

pada tanah dasar harus dikendalikan. Pemadatan tanah yang baik dapat

memperkecil kemungkinan perubahan volume dan penurunan tanah. Penyusutan

dan pengembangan pada tanah selain tergantung pada perbedaan kadar air juga

tergantung pada karakteristik dan klasifikasi tanah itu sendiri, (Peck, 1973 dalam

Setiawati, 1998).

Derajat keaktifan tanah bergantung pada indeks plastisitas dan jumlah lempung

yang dikandung. Semakin besar indeks plastisitas maka tanah dinyatakan semakin

aktif. Tanah mengembang menunjukkan kecenderungan meningkatnya volume

apabila terdapat air yang memungkinkan, tetapi juga berarti berkurangnya volume

atau menyusut apabila airnya keluar. Pengembangan (swelling) ataupun

penyusutan (shrinkage) pada tanah biasanya ditandai dengan adanya retakan-

retakan akibat adanya penyusutan ataupun adanya pengembangan, (Abrianto,

2010).

2.2 Klasifikasi Tanah

Sistem klasifikasi tanah adalah suatu sistem pengaturan beberapa jenis tanah yang

berbeda-beda tapi mempunyai sifat yang serupa kedalam kelompok-kelompok

dan subkelompok-subkelompok berdasarkan pemakaiannya.

Kebanyakan klasifikasi tanah menggunakan indeks tipe pengujian yang sangat

sederhana untuk memperoleh karakteristik tanah. Karakteristik tersebut digunakan


commit to user

5

untuk menentukan kelompok klasifikasi. Klasifikasi tanah umumnya didasarkan

atas ukuran partikel yang diperoleh dari analisis distribusi ukuran (saringan dan

sedimentasi) dan plastisitas, (Hardiyatmo, 2006).

Berdasarkan ukuran partikel (gradasi butiran) nya, tanah dapat didefinisikan dari

komponennya sendiri-sendiri misalnya seperti : bongkah, kerakal, kerikil, pasir,

lanau dan lempung, seperti pada Tabel 2.1 :

Tabel 2.1 Gradasi Ukuran Partikel Tanah

Komponen tanah

Standar Ayakan Ukuran (mm)

Lolos

dari

Tertahan

Pada Maksimum Minimum

Bongkah Boulder - - - -

Kerakal Cobble - 3 inci - 75,00

Kerikil Gravel 3 inci No.4 75,00 4,75

Kasar Coarse 3 inci ¾ inci 75,00 19,00

Halus Fine ¾ inci No.4 19,00 4,75

Pasir Sand No.4 No.200 4,75 0,075

Kasar Coarse No.4 No.10 4,75 2

Sedang Medium No.10 No.40 2 0,425

Halus Fine No.40 No.200 0,425 0,075

Berbutir

Halus Fines No.200 - 0,075 -

Lanau Silt - - 0,075 0,005

Lempung Clay - - 0,005*) -

Sumber : (Hendarsin, Shirley L., 2003) Sistem klasifikasi tanah yang paling banyak dipakai secara internasional untuk

pekerjaan geoteknik adalah sistem klasifikasi tanah USCS {Unified Soil Clasifications

Systems) yang berdasarkan pada ASTM (American Society of Testing Material

Standart). Berikut ini sistem klasifikasi standar ASTM, yang disajikan pada Tabel

2.2 :


commit to user

6

Tabel 2.2 Sistem Klasifikasi Tanah

Sumber : (ASTM D 2487-66T)

2.3 Batas-batas Konsistensi Tanah

Menurut kadar airnya, tanah lempung dapat berbentuk cair, plastis, semi padat,

atau padat. Kedudukan kadar air transisi bervariasi pada berbagai jenis tanah.

Kedudukan fisik tanah berbutir halus pada kadar air tertentu disebut konsistensi.

Simbol Klasifik

asi

Nama Jenis

GW

Kerikil yang mempunyai pembagian ukuran butir yang baik

GP

Kerikil yang mempunyai pembagian ukuran butir yang buruk

GMKerikil berlanau, campuran kerikil, pasir dan lanau

Batas atterberg terletak di bawah garis A atau Index Plastisitas < dari 4

GCKerikil berlempung, campuran kerikil, pasir dan lempung

Batas atterberg terletak di atas garis A dan Index Plastisitas > dari 7

SW

Pasir yang mempunyai pembagian ukuran butir yang baik

SP

Pasir yang mempunyai pembagian ukuran butir yang buruk

SMPasir berlanau, campuran pasir dan lanau

Batas Atterberg terletak di bawah garis A atau Index Plastisitas < 4

SCPasir berlempung, campuran pasir dan lempung

Batas Atterbergterletak di atas garis A atau Index Plastisitas > dari 7

MLLanau inorganik, pasir sangat halus, debu padas

CL

Lempung inorganik dengan plastisitas rendah atau sedang

OL

Lanau organik dengan plastisitas rendah dan lempung berlanau

MH

Lanau inorganik, pasir halus atau lanau dari ganggang

CHLempung inorganik dengan plastisitas tinggi

OHLempung organik plastisitas sedang sampai tinggi

PT

Gambut, lumpur hitam dan tanah berkadar Organik tinggi lainnya

Tanah berbutir halus lebih dari 50% lolos ayakan 74 µ

Lanau dan lempung LL <= 50

Lanau dan lempung LL > 50

Tidak sesuai dengan kriteria GW

Bila batas Atterberg berada pada daerah yang diarsir dari diagram dibawah ini, dipakai 2 simbol sehubungan dengan batasan penggolongan

Tidak sesuai dengan kriteria SW

Bila batas Atterberg berada pada daerah yang diarsir dari diagram dibawah ini, dipakai 2 simbol sehubungan dengan batasan klasifikasi

Tanah dengan kadar organik tinggi

Kerikil berikut butiran halusnya

Kerikil bersih

Dapat dibedakan dengan mata dan tangan ASTM lihat D 2488-66T.

Klasifikasi Umum Kriteria Klasifikasi

Tanah berbutir kasar, lebih dari 50% tertahan pada ayakan 74 µ

50% atau lebih bagian kasar dari butiran kasar tertahan pada ayakan 4,76 mm

50% atau lebih pasir kasar dari butiran kasar lolos melalui ayakan 4,76 mm

Pasir berikut butiran halusnya

Pasir bersih

0

10

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Inde

ks p

lastis

itas I

p (%

)

Batas cair WL (%)

CL - ML

CL

ML dan OL

CH

A Ip = 0,73 (WL - 20 )

MH dan OH

Klasifikasi berdasarkan pada persentase butiran halus

50% atau kurang : GW, GP, SW, SPLebih dari 12% : GM, GC, SM, SC5% sampai 12% : Batasan klasifikasi yang mempunyai simbol ganda

3 - 1 antara benilai

6010

2)30('

4 daribesar lebih 1060

DD

D

cU

DDcU

´

=

=

3 - 1 antara benilai

DD

D

cC

6 dari besar lebih DDuC

6010

2)30('

1060

´

=

=


commit to user

7

Konsistensi tergantung pada gaya tarik antar partikel mineral lempungnya. Bila

tanah dalam keadaan plastis, besarnya jaringan gaya antarpartikel akan

sedemikian hingga partikelnya bebas untuk relatif menggelincir antara satu

dengan lainnya, dengan kohesi antaranya tetap terpelihara. Pengurangan kadar air

juga menghasilkan pengurangan volume tanah.

Berdasarkan standar ASTM D 4318-95a, suatu sampel yang berbutir halus

(lempung atau lanau) yang dicampur dengan air hingga mencapai keadaan cair

dari keadaan kering secara perlahan-lahan akan mencapai fase-fase seperti yang

ditunjukkan Gambar 2.1 berikut :

Gambar 2.1 Grafik Atterberg Limits (ASTM D 4318)

a. Batas cair (Liquid Limit = LL), didefinisikan sebagai kadar air tanah pada

batas antara keadaan cair dan keadaan plastis, yaitu batas atas dari daerah

plastis. Batas cair biasanya ditentukan dari pengujian Casagrande (1948).

Penentuan batas cair adalah kadar air dimana untuk nilai-nilai diatasnya akan

berperilaku sebagai cairan kental atau dapat juga didefinisikan sebagai kadar

air dimana 25 kali pukulan oleh Casagrande akan menutup celah (groove)

yang berjarak 0,5 in (12,7 mm) sepanjang dasar mangkuk.

Karena sulitnya mengatur kadar air pada waktu celah menutup di 25 ketukan,

maka biasanya percobaan dilakukan beberapa kali yaitu dengan kadar air yang

berbeda dan dengan jumlah pukulan yang berkisar antara 15-35. Kemudian,

hubungan kadar air dan jumlah pukulan digambar dalam grafik untuk

Indeks Plastisitas

Volume

Kadar Air

Cair Plastis Semi Padat

Padat

SL PL LL


commit to user

8

menentukan kadar air pada 25 ketukan.

b. Batas plastis (Plastic Limit = PL), kadar air dimana tanah apabila digulung

sampai dengan diameter 1/8 in (3,2 mm) menjadi retak-retak. Batas plastis

merupakan batas terendah dari tingkat keplastisan suatu tanah.

c. Indeks Plastisitas (Plasticity Indeks =PI), adalah perbedaan antara batas cair

dan batas plastis suatu tanah. PI= LL – PL

Indeks plastisitas merupakan interval kadar air di mana tanah masih bersifat

plastis. Jika tanah itu mempunyai interval indeks plastisitas yang pendek,

maka kondisi ini disebut tanah kurus. Sedangkan apabila interval indeks

plastisitanya panjang maka kondisi ini disebut tanah gemuk. Batasan

mengenai indeks plastisitas, sifat, macam tanah, dan kohesinya diberikan oleh

Atteberg dalam Tabel 2.3 sebagai berikut :

Tabel 2.3 Nilai indeks plastisitas dan macam tanah PI Sifat Macam Tanah Kohesi

0 Nonplastis Pasir Nonkohesif

<7 Plastisitas Rendah Lanau Kohesif Sebagian

7-17 Plastisitas Sedang Lempung berlanau Kohesif

>17 Plastisitas Tinggi Lempung Kohesif

Sumber : (Atteberg, 1991)

d. Batas susut (Shrinkage Limit = SL) ,yaitu presentase kadar air dimana

pengurangan kadar air selanjutnya tidak mengakibatkan perubahan volume

tanahnya. Batas susut dinyatakan dalam persamaan 2-1 sebagai berikut :

�Ė = 纵票前能票潜邹票潜阻− 纵瓢前能瓢潜邹齐嫂票潜阻× 100%.....................................................(2-1)

Dimana :

W1 = berat tanah basah (gram)

W1 = berat tanah kering oven (gram)

V1 = Volume tanah basah (cm3)

V2 = Volume tanah kering oven (cm3)


commit to user

9

gw = berat volume air (gram/cm3)

2.4 Berat Jenis

Berat jenis ( Spesific Gravity / Gs ) atau berat spesifik adalah perbandingan antara

berat volume butiran padat (gs), dengan berat volume air (gw). Berat jenis (Spesific

Gravity / Gs) tidak memiliki dimensi. Secara tipikal, berat jenis berbagai jenis

tanah berkisar antara 2.65 – 2.75. Berat jenis Gs = 2.67 biasanya digunakan untuk

tanah-tanah tidak berkohesi atau tanah granuler, sedangkan untuk tanah - tanah

kohesif yang tidak mengandung bahan organik Gs berkisar di antara 2.58 – 2.65.

Nilai-nilai berat jenis dari berbagai jenis tanah diberikan dalam Tabel 2.4 :

Tabel 2.4 Berat Jenis Tanah ( specific gravity)

Sumber : (Hardiyatmo, 2006)

2.5 Pengujian Pemadatan Standar (Standard Proctor Test)

Pemadatan tanah merupakan suatu proses mekanis dimana udara dalam pori tanah

dikeluarkan. Proses tersebut dilakukan pada tanah yang dipakai sebagai bahan

timbunan dengan maksud antara lain :

a. Mempertinggi kekuatan tanah.

b. Memperkecil pengaruh air pada tanah.

c. Memperkecil compressibility dan daya rembes airnya.

d. Mengurangi perubahan volume sebagai akibat perubahan kadar air.

Pada derajat kepadatan tinggi berarti :

a. Berat isi basah (γb) dan berat isi keringnya (γd) maksimum.

b. Kadar air ( w ) optimum.


commit to user

c. Angka porinya (e) dan porositas (n)

Proctor (1933) telah mengamati bahwa ada hubungan yang pasti antara kadar air

dan berat volume kering tanah padat. Untuk berbagai jenis tanah pada umumnya,

terdapat satu nilai kadar air optimum tertentu untuk mencapai berat

maksimumnya.

Percobaan pada uji pemadatan tanah di ulang paling sedikit 5 kali dengan kadar

air tiap percobaan di variasikan. Kemudian di gambarkan sebuah grafik hubungan

kadar air dan berat volume keringnya.

memperlihatkan nilai kadar air yang optimum (w

kering terbesar atau kepadatan maksimum.

pengujian pemadatan dari beberapa macam tanah menurut prosedur pemadatan

ASTM D-698.

Gambar 2.2 Kurva Hasil Pemadatan Pada Berbagai Jenis Tanah

Tanah dalam keadaan kering mempunyai sifat yang kaku sehingga sulit untuk

dipadatkan. Ketika kadar air sedikit ditambah,

Apabila seluruh udara dipaksa

kondisi jenuh sehingga nilai berat

dan porositas (n) minimum.



terdapat satu nilai kadar air optimum tertentu untuk mencapai berat volume kering



air dan berat volume keringnya. Kurva yang dihasilkan dari peng

memperlihatkan nilai kadar air yang optimum (wopt) untuk mencapai berat volume

kering terbesar atau kepadatan maksimum. Gambar 2.2 menunjukkan kurva hasil


Kurva Hasil Pemadatan Pada Berbagai Jenis Tanah (ASTM D


dipadatkan. Ketika kadar air sedikit ditambah, tanah akan menjadi lebih lunak.

Apabila seluruh udara dipaksa keluar dari rongga maka tanah tersebut dalam

ndisi jenuh sehingga nilai berat kering akan maksimum. Tetapi dalam

10



volume kering



Kurva yang dihasilkan dari pengujian

) untuk mencapai berat volume

menunjukkan kurva hasil


(ASTM D-698)


tanah akan menjadi lebih lunak.

tanah tersebut dalam

kering akan maksimum. Tetapi dalam


commit to user

11

prakteknya keadaan ini sangat sulit untuk dicapai. Gambar 2.3 berikut

menunjukkan hubungan antara berat kering tanpa rongga dengan kadar air :

Gambar 2.3 Hubungan antara Berat Kering Tanpa Rongga Dengan Kadar Air (Hardiyatmo, 1992)

2.6 Tanah Lempung

Tanah lempung pada umumnya mempunyai butiran halus lebih dari 50%. ASTM

memberi batasan bahwa secara fisik ukuran lempung adalah lolos saringan No.

200. Partikel lempung dapat berbentuk seperti lembaran yang mempunyai

permukaan khusus. Karena itu, tanah lempung mempunyai sifat yang sangat

dipengaruhi oleh gaya-gaya permukaan.

Tanah lempung merupakan partikel mineral yang berukuran lebih kecil dari 0,002

mm. Partikel-partikel ini merupakan sumber utama dari kohesi di dalam tanah

yang kohesif, (Bowles, 1991). Tanah lempung merupakan tanah yang berukuran

mikroskopis sampai dengan sub mikroskopis yang berasal dari pelapukan unsur-

unsur kimiawi penyusun batuan, tanah lempung sangat keras dalam keadaan

kering dan bersifat plastis pada kadar air sedang. Kadar air yang lebih tinggi pada

lempung bersifat lengket (kohesif) dan sangat lunak, (Das, 1994).

Tanah lempung memiliki kira-kira 15 macan mineral yang diklasifikasikan

sebagai mineral lempung. Diantaranya terdiri dari kelompok-kelompok


commit to user

12

montmorilonite, illite, kaolinite, dan polygorskite. Terdapat pula kelompok yang

lain misalnya : Chlorite, veermicullite dan halloysite, (Kerr, 1959 dalam

Hardiyatmo, 1992).

Sifat-sifat yang dimiliki tanah lempung adalah sebagai berikut (Hardiyatmo,

1999) :

1) Ukuran butir halus, kurang dari 0,002 mm,

2) Permeabilitas rendah,

3) Kenaikan air kapiler tinggi,

4) Bersifat sangat kohesif,

5) Kadar kembang susut yang tinggi,

6) Proses konsolidasi lambat.

Tanah butiran halus khususnya tanah lempung akan banyak dipengaruhi oleh air.

Sifat mengembang tanah lempung yang dipadatkan akan lebih besar pada

lempung yang dipadatkan pada kering optimum dari pada yang dipadatkan pada

basah optimum. Lempung yang dipadatkan pada kering optimum relatif

kekurangan air oleh karena itu lempung ini mempunyai kecenderungan yang lebih

besar untuk meresap air sebagai hasilnya adalah sifat mudah mengembang,

(Hardiyatmo, 1999).

Mineral lempung menunjukkan karakteristik daya tarik-menarik dengan air dan

menghasilkan plastisitas yang tidak ditunjukkan oleh material lain walaupun

mungkin material itu berukuran sama atau lebih kecil, (Bowles,1989).

Atterberg, 1911 (dalam Hardiyatmo, 1999), memberikan cara untuk

menggambarkan batas konsistensi dari tanah berbutir halus dengan

mempertimbangkan kandungan kadar airnya. Batas-batas tersebut adalah batas

cair (liquid limit), batas plastis (plastic limit), dan batas susut (shrinkage limit).

Tingkat plastisitas tanah dibagi dalam 4 tingkatan berdasarkan nilai indeks

plastisitasnya yang ada dalam selang antara 0 % dan 17 % yang ditunjukkan pada

Tabel 2.3.


commit to user

13

Permukan Partikel Lempung

2.7 Interaksi Air Pada Tanah Lempung

Air biasanya tidak banyak mempengaruhi kelakuan tanah nonkohesif. Sebaliknya

tanah berbutir halus khususnya tanah lempung akan banyak di pengaruhi oleh air.

Partikel-partikel lempung mempunyai muatan listrik negatif. Dalam suatu kristal

yang ideal, muatan-muatan negatif dan positif seimbang. Akan tetapi, akibat

substitusi isomorf dan kontinuitas perpecahan susunannya, terjadi muatan negatif

pada permukaan partikel lempungnya. Untuk mengimbangi muatan negatif

tersebut, partikel lempung menarik ion muatan positif (kation) dari garam yang

ada didalam air porinya. Kation-kation dapat disusun dalam urutan menurut

kekuatan daya tarik menariknya, sebagai berikut :

Al3+ > Ca2+ > Mg2+ > NH4+ > K+ > H+ > Na+ > Li+

Urutan tersebut memberikan arti bahwa ion Al3+ dapat menggantikan Ca2+, ion

Ca2+ dapat menggantikan Na+ dan seterusnya. Kation Al3+ memiliki kemampuan

terbesar mendesak terhadap kation yang lain, sedang kation Li+ tidak bisa

mendesak kation lain yang ada di deretan kirinya. Selanjutnya, bila air

ditambahkan pada mineral lempung tersebut, kation-kation dan sejumlah kecil

anion-anion mengapung diantara partikel lempung dimaksud. Fenomena ini

disebut diffuse double layer.

Ikatan air dengan permukaan lempung merupakan wujud reaksi permukaan

lempung yang bermuatan negatif dengan kutub dipolar air. Semakin luas

permukaan lempung (specific surface) tentunya semakin banyak air yang diserap.

Kondisi partikel kation dan anion ditunjukkan pada Gambar 2.4 berikut :


commit to user

14

Gambar 2.4 Kation dan Anion Pada Partikel Lempung (Hardiyatmo, 1992)

Molekul air merupakan molekul yang dipolar, yaitu atom hidrogen tidak tersusun

simetri di sekitar atom-atom oksigen (ditunjukkan Gambar 2.5a). Hal ini berarti

bahwa satu molekul air merupakan batang yang mempunyai muatan positif dan

negatif pada ujung yang berlawanan atau dipolar (dobel kutub) ditunjukkan

Gambar 2.5b sebagai berikut :

a. b.

Gambar 2.5 Sifat dipolar air (Hardiyatmo, 1992)

Terdapat mekanisme yang menyebabkan molekul dipolar dapat tertarik oleh

permukaan partikel lempung secara elektrik (ditunjukkan Gambar 2.6) :

a. Tarikan antara permukaan bermuatan negatif dari partikel lempung dengan

ujung positif dari dipolar.

b. Tarikan antara kation-kation dalam lapisan ganda dengan muatan negatif dari

ujung dipolar. Kation-kation ini tertarik oleh permukaan partikel lempung

yang bermuatan negatif.

c. Andil atom-atom hidrogen dalam molekul air, yaitu berada di sekitar partikel

lempung dan atom oksigen dalam molekul-molekul air.

Oksigen

Hidrogen Hidrogen

105o

(a)

(b)

(c)


commit to user

15

Gambar 2.6 Tarik-menarik Molekul Dipolar Air dengan Permukaan Partikel Lempung (Das, 1985)

Dengan kemampuan menyerap air yang besar, batas konsistensi tanah dalam

tinjauan indeks plastisitas (PI) akan sangat tinggi. Range antara batas cair (LL)

dan batas plastisitas (PL) akan tinggi. Untuk menurunkan kualitas kemampuan

menyerap air dari lempung, muatan negatif permukaan lempung harus

dinetralisasi dengan kation (muatan positif) melalui proses pertukaran kation

(exchangeable cation). Pada proses ini kation dengan kemampuan desak yang

lebih tinggi akan mendesak kation yang lebih rendah, akibatnya posisi kation

lemah digantikan oleh kation yang lebih kuat, (Das, 1983).

Air yang tertarik secara elektrik, yang berada di selitar partikel lempung disebut

air lapisan ganda (double layer water). Sifat plastis tanah lempung adalah akibat

eksistensi dari air lapisan ganda. Ketebalan air lapisan ganda untuk kristal

kaolinite dan montmorillonite dapat dilihat pada Gambar 2.7a dan 2.7b berikut :

((a)

(b) (b)

Gambar 2.7 Air pada Partikel Lempung

(a) Montmorillonite

Air serapan

Kristal Montmorillonite

Air lapisan ganda

100 x 1 nm

Air lapisan ganda

Air serapan

Kristal Kaolinite

1000 x 100 nm


commit to user

16

(b) Kaolinite (Lambe, 1960 dalam Hardiyatmo, 1992)

Air lapisan ganda pada bagian paling dalam yang sangat kuat melekat pada

partikel lempung disebut air serapan (adsorbed water). Schofield dan Samson

(1954) dalam penyelidikan kaolinite, Olphen (1951) dalam penyelidikan pada

montmorillonite menemukan bahwa jumlah dan distribusi muatan residu jaringan

mineral bergantung pada pH airnya. Lingkungan dengan pH rendah, ujung

partikel kaolinite dapat menjadi bermuatan positif dan selanjutnya dapat

menghasilkan gaya tarik ujung ke permukaan antara partikel yang berdekatan.

Gaya tarik ini menimbulkan sifat kohesif pada tanah lempung, (Hardiyatmo,

1992).

2.8 Derajad Mengembang (Swelling)

Pengertian mengembang (swelling) yaitu volume tanah menjadi lebih besar dari

volume sebelumnya karena bertambahnya kadar air, (Das, 1983). Perubahan

volume terjadi akibat dari perubahan lingkungan, (Mitchell, 1976 dalam

Setiawati, 1998). Faktor lingkungan yang dapat mempengaruhi terjadinya

penyusutan dan pengembangan antara lain :

a. Kadar air (water content)

b. Kepadatan (density)

c. Tekanan yang mengikat (confining pressure)

d. Suhu (temperature)

e. Susunan struktur tanah (fabric)

f. Air yang tersedia (availability of water)

Empat faktor pertama kecenderungan potensi mengembang bertambah dengan

meningkatnya nilai faktor tersebut. Sedangkan tiga faktor terakhir memiliki

kecenderungan yang sebaliknya, (Chen, 1975).

Salah satu metode yang paling banyak digunakan untuk memperkirakan tingkat

mengembang adalah menggunakan konsolidasi satu dimensi atau oedometer. Proses

mengembang (swelling), kebalikan dari konsolidasi, adalah bertambahnya volume


commit to user

tanah secara perlahan-lahan akibat

(Craig, 1991).

Prediksi persentase mengembang sudah pernah dibuat oleh beberapa peneliti

antara lain Seed (1962) dalam Muntohar (2006)

dalam Phanikumar dan Bhyravajjula (2006), Chen (

(2006), Muntohar (2006) dengan model empiris yang menggunakan sejumlah

parameter index properti t

hubungan persentase mengembang dengan

Gambar 2.8 :

Gambar 2.8 Hubungan indeks plastisitas dan potensi mengembang

Model Seed (1962) memberikan model empiris untuk persentase mengembang

dengan menggunakan parameter PI. Model Seed

(2-2) sebagai berikut:

Z 实� 溅纵官挂邹挠.恼恼 ……………………….

lahan akibat tekanan air pori yang berlebihan negatif,


dalam Muntohar (2006), Nayak dan Christensen (1974)

Bhyravajjula (2006), Chen (1975) dalam Muntohar

, Muntohar (2006) dengan model empiris yang menggunakan sejumlah

parameter index properti tanah. Seed (1962) dan Chen (1975) mengemukakan

hubungan persentase mengembang dengan indeks plastisitas sebagaimana pada

Hubungan indeks plastisitas dan potensi mengembang (Chen, 1975)

memberikan model empiris untuk persentase mengembang

dengan menggunakan parameter PI. Model Seed ditunjukkan pada persamaan

……………………….…………………………...(2

17

tekanan air pori yang berlebihan negatif,


Christensen (1974)

dalam Muntohar

, Muntohar (2006) dengan model empiris yang menggunakan sejumlah

) mengemukakan

plastisitas sebagaimana pada

(Chen, 1975)

memberikan model empiris untuk persentase mengembang

ditunjukkan pada persamaan

…………………………...(2-2)


commit to user

18

dimana :

S = Persentase mengembang (%)

K = 3,6 x 10-6

PI = Indeks plastisitas (%)

Model Chen (1975) memberikan model empiris untuk persentase mengembang

dengan PI sebagai parameter serta A dan B sebagai konstanta. Model Chen

ditunjukkan pada persamaan (2-3) sebagai berikut :

Z = 见胶贱(将I) ……………………….……………………………………(2-3)

dimana :


A = 0.0838, konstan

B = 0.2558, konstan

PI = Indeks plastisitas (%) 硅 = Angka Exponensial (2,78128)

Nayak dan Christensen (1974) memberikan persamaan model empiris untuk

persentase mengembang dengan beberapa parameter. Model Nayak dan

Christensen (1974) ditunjukkan pada persamaan (2-4) sebagai berikut :

Z = p,pmnǴ 能p纵将I邹Ǵ.秘觅n键/讲骄+ �.米m ……………………………….(2-4)

dimana :



C = Fraksi lempung (%)

wi = Kadar air awal (%)

Muntohar (2006) mengusulkan model empiris dengan memasukkan parameter

yang menurutnya mempunyai pengaruh yang kuat terhadap persentase

mengembang yaitu fraksi lempung (CF), batas cair (LL), dan indeks plastisitas


commit to user

19

(PI). Rumus empiris yang didapatkan sebagaimana ditunjukkan pada persamaan

(2-5) sebagai berikut:

Z = .ǴƼǴ 键健+ . Ǵp 涧涧+ .秘 m 将I− Ǵ.密�m ……………………..(2-5)

dimana :


CF = Fraksi lempung (%)

LL = Batas cair (%)


2.9 Hubungan Konsolidasi dan Pengembangan

Jika tekanan yang bekerja pada endapan di atasnya atau akibat beban luar, maka

kadar air dalam endapan menjadi berkurang, dan partikel dipaksa untuk saling

mendekat satu sama lain. Dalam keadaan seperti itu tanah dikatakan mengalami

proses konsolidasi. Sedangkan jika tekanan dihilangkan sementara tanah tetap

bersentuhan dengan air bebas, maka kadar air dan volume tanah akan bertambah

fenomena ini dikenal sebagai swelling, (Terzaghi dan Peck, 1993).

Konsolidasi adalah suatu proses mengalirnya air pori dari lapisan tanah yang

jenuh air dan disertai dengan mengecilnya volume tanah akibat adanya

penambahan beban vertikal diatasnya. Kasus yang paling sederhana adalah

konsolidasi satu dimensi, dimana kondisi regangan lateral nol. Proses

mengembang (swelling), kebalikan dari konsolidasi, adalah bertambahnya volume

tanah secara perlahan-lahan akibat tekanan air pori yang berlebihan negatif,

(Craig, 1991).

Berdasarkan keterangan bahwa swelling adalah suatu proses yang berlawanan

dengan konsolidasi, maka pengujian pengukuran besar swelling dicoba dengan

memanfaatkan alat pengujian konsolidasi yaitu Oedometer. Untuk campuran

lempung dan pasir yang terpadatkan pada kepadatan maksimum dengan cara


commit to user

20

pemadatan standard proctor dan dibiarkan untuk mengalami pengembangan pada

tambahan tekanan 6,9 kPa (1 psi), (Seed, dkk.,1962 dalam Holzt &

Kovacs.,1981).

Berdasarkan literatur tersebut untuk mengukur besarnya persentase mengembang

diberi tekanan sebesar 6,9 kPa, karena sampel uji yang digunakan adalah

disturbed dan dilakukan pemadatan. Pengujian persentase mengembang dalam

penelitian ini dimulai dari kondisi kadar air awal yang di variasikan.


commit to user

20

BAB 3

METODE PENELITIAN

3.1 Uraian Umum

Penelitian ini menggunakan metode eksperimen dimana pelaksanaan pengujian

dilakukan di laboratorium Mekanika Tanah Fakultas Teknik Universitas Sebelas

Maret Surakarta. Pengujian sampel tanah melalui prosedur-prosedur laboratorium

sesuai dengan standar ASTM (America Society for Testing and Material).

3.2 Bahan dan Alat yang Digunakan

Bahan dan alat yang digunakan dalam pengujian sampel tanah adalah sebagai

berikut:

a. Sampel tanah diambil dari daerah di Kalijambe, Sragen; Mlese, Klaten;

Barepan, Klaten dan Simo, Boyolali. Diambil dengan cara dicangkul untuk

selanjutnya mengeringkan sample sampai kondisi kering lapangan.

b. Menggunakan air yang berada di Laboratorium Mekanika Tanah Universitas

Sebelas Maret Surakarta.

c. Peralatan yang digunakan adalah peralatan standar yang berada di

Laboratorium Mekanika Tanah Universitas Sebelas Maret Surakarta yang

sesuai dengan standar yang ditentukan oleh ASTM (American Society for

Testing Materials). Alat yang digunakan antara lain :

· Specific Gravity Test

· Hydrometer Test

· Sieve Analysis Apparatus

· Atterberg Limit Test

· Standard proctor Test

· Oedometer


commit to user

21

3.3 Alur Penelitian

Gambar 3.1 Bagan Alur Penelitian

Tahap III

Tahap II

Tahap I

Analisis dan Pembahasan

Kesimpulan dan Saran

Selesai

Pengujian persentase mengembang

Pengujian Index Properties Specific Gravity(Gs), Grain Size Analysis,Atterberg Limit

(LL, Pl, PL)

Menyiapkan sample mengembang tanah dengan memvariasikan kadar air awalnya.

Mulai

Pengambilan Sampel

Pengeringan kembali sampel Proctor untuk mendapat tanah dengan kondisi kering

lapangan

Mencetak sample swelling ke ring oedometer dengan tinggi ±16mm

Tahap IV

Pengujian Standar Proctor


commit to user

22

3.4 Langkah-langkah Penelitian

Penelitian ini dibagi menjadi empat tahap pekerjaan yaitu :

a. Tahap I (Pengambilan Sampel)

Pengambilan sampel tanah dilakukan dengan dicangkul pada kedalaman sekitar

50 cm dibawah permukaan tanah asli, tanah yang digunakan tanah terganggu

(disturbed). Titik pengambilan sampel dapat dilihat dalam Tabel 3.1 :

Tabel 3.1 Titik Pengambilan Sampel

Ruas Jalan Titik Pengambilan

STA

Solo – Purwodadi 15+200

Ceper – Cawas 17+900

Ceper – Cawas 20+700

Bangak – Simo 10+100

b. Tahap II ( Pengujian Index Properties)

Pengujian Klasifikasi

Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui kondisi dan jenis tanah serta

perilakunya. Pengujian yang dilakukan meliputi :

a. Specific gravity (ASTM D 854-92), untuk mengetahui berat jenis butiran

tanah.

b. Grain size analysis (ASTM D 422-63), untuk mengetahui distribusi ukuran

butiran tanah.

c. Atterberg limit (ASTM D 4318–95a), untuk mengetahui batas-batas

konsistensi tanah (batas cair,batas plastis dan indeks plastisitas).

c. Tahap III (Pengujian Pemadatan/ Standar Proctor)

Pengujian dilakukan sesuai standard Proctor (ASTM D 698-91). Hasil pengujian

kemudian diplot pada grafik hubungan antara kepadatan kering dengan kadar air.

Hasil pengujian pada kadar air optimum ( wopt) dimana tanah telah mencapai


commit to user

23

kepadatan kering yang maksimum (gdmax), yaitu ditunjukkan pada puncak

lengkungan grafik ditetapkan sebagai nilai acuan. Pada kondisi ini dijadikan

sebagai standar kepadatan masing-masing sampel untuk pengujian potensi

mengembang.

d. Tahap IV (Pengujian Swelling)

Persiapan Sampel Uji

Menyiapkan sampel uji untuk pengujian potensi mengembang. Sampel tanah

diambil dari sampel proctor yang dikeringkan lapangan kembali. Sampel Proctor

yang telah kering ditumbuk kembali dan diperlakukan sama seperti pengujian

Proctor, tetapi pada persiapan sampel berat tanah yang dibutuhkan adalah 200 gr

kemudian tanah diberi variasi kadar air awal dengan menambahkan air yang

berbeda-beda pada setiap sampel yang akan di peram. Setiap lokasi pengujian

divariasikan 10 kadar air. Air yang dipakai untuk memeram sampel adalah 1/10

dari air yang dipakai untuk pengujian Proctor. Setelah 1 hari diperam kemudian

diambil sedikit tanah dari tiap-tiap sampel untuk di oven selama 24 jam.

Setelah tanah selesai di oven 24 jam, kemudian menghitung besarnya kadar air

pada tiap sampel pengujian swelling yang di peram. Hasil perhitungan kadar air

kemudian diplotkan pada grafik hasil pengujian Proctor untuk mendapatkan nilai

γb. Nilai γb yang didapat menjadi acuan berapa berat sampel yang akan dicetak

kedalam ring oedometer.

Setelah mendapat berat untuk tiap-tiap sampel uji, tanah dicetak dalam ring

oedometer. Pencetakan sampel kedalam ring oedometer diusahakan sama

kepadatannya dengan proctor, yaitu dicetak dengan 3 layer sampai tebal sampel

uji ± 1,6 cm. Proses pencetakan sampel dapat dilihat pada Gambar 3.2 Berikut :


commit to user

24

Ring Oedometer Kosong 1/3 bagian tanah

H=19 mm

Pola Tanah Dalam Ring 2/3 bagian tanah

Gambar 3.2 Pencetakan sampel dalam ring uji

Pengujian Persentase Mengembang (Swelling Percentage)

Pengujian presentase mengembang menggunakan beban kostan sebesar 6,9 KPa.

Pengujian persentase mengembang dimulai dengan membaca dial gauge yang

ditunjukkan sebagai kedudukan nol, beban diganti dengan 6,9 kPa (termasuk batu

pori atas dan blok tekanan) dan segera digenangi dengan air sambil dicatat

perubahan nilai dial yang terjadi pada T = 6; 12; 30 detik; 1; 2; 4; 8; 15; 30 menit;

1; 2; 4; 8 jam; 1; 2; 3; 4 dan 5 hari (ASTM D 4546-96) kemudian bila dial masih

naik swelling dilanjutkan sampai mencapai nilai swelling maksimal. Kondisi yang

terakhir ini, ditetapkan sebagai persentase mengembang maksimum yang terjadi.

Pola perilaku pengembangan sampel dapat dilihat pada Gambar 3.3 berikut :

Sampel Awal Sampel Setelah Pengujian

Gambar 3.3 Perilaku Benda Uji pada Pengujian Swelling

Sebelum Diberi Air Setelah Diberi Air

Tekanan 6,9 KPa

H = 19mm

16 mm

3 mm

Tekanan 6,9 KPa


commit to user

25

e. Analisis dan Pembahasan

Menganalisis data yang didapat dari pengujian untuk mengidentifikasi tanah

lempung dan derajat mengembang pada tanah yang diamati dengan metode

pengukuran langsung. Untuk metode pengukuran langsung sebagaimana telah

dilakukan pada pengujian utama (pengujian persentase mengembang).

Selanjutnya dibuat korelasi (hubungan) antara indeks plastisitas dan kadar awal

air awal dengan potensi mengembangnya (persentase mengembang) yang

diwujudkan dalam bentuk grafik.


commit to user

BAB 4

ANALISIS DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Pengujian

4.1.1 Klasifikasi Tanah

Klasifikasi tanah pada penelitian ini menggunakan beberapa percobaan antara lain

uji berat jenis tanah/ specific gravity (ASTM D 854-92), uji distribusi ukuran

butiran tanah / grain size analysis (ASTM D 422-63), dan uji batas-batas

konsistensi tanah / Atterberg limit (ASTM D 4318–95a). Hasil pengujian yang

dilakukan berdasarkan aturan ASTM, tanah-tanah yang diamati rata-rata

mempunyai plastisitas yang sedang sampai tinggi dengan dengan klasifikasi

tanah termasuk jenis CL (Clay Low Plasticity), CH (Clay High Plasticity) dan

MH (Mo/Silt High Plasticity). Tanah dengan klasifikasi yang masuk ke dalam MH

kemungkinan disebabkan oleh pengambilan sampel yang berada di sekitar areal

sawah serta tanah uji yang mengambil sampel tanah terganggu (disturb).

Penentuan pengambilan sampel dengan cara survey terlebih dahulu di sekitar

daerah yang diduga mempunyai tanah lempung. Pemilihan lokasi pengambilan

sampel adalah dengan melihat ciri-ciri jalan raya yang rusak dari rusak ringan

seperti retak memanjang maupun retak melintang, hingga jalan rusak berat seperti

jalan bergelombang, jalan berlubang serta jalan dengan rigid pavement.

Pengambilan sampel adalah disturb, walaupun begitu pengambilan sampel

diupayakan untuk mengambil tanah yang agak dalam dengan mencangkul bagian

permukaannya ± 50 cm untuk mendapatkan tanah yang bebas dari bahan-bahan

organik berupa akar rumput, pasir dan debu permukaan.


commit to user

Tabel 4.1 Hasil Pengujian Klasifikasi Tanah

Nomor sampel

Grain size analysis

Gs

Atterberg limit Klasifikasi

Kerikil Pasir Lanau Lempung LL PL IP

(%) (%) (%) (%) (%) (%) (%)

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10)

KJ STA 14+200 0.00 8.52 68.73 22.75 2.48 74.417 36.048 38.368 CH

MS STA 17+900 0.00 27.32 44.85 20.69 2.41 53.61 33.07 18.53 MH

BR STA 20+700 0.00 36.60 36.87 17.34 2.45 67.98 35.07 29.90 MH

SM STA 10+100 0.00 29.40 48.06 17.81 2.63 48.29 26.72 21.56 CL

Deskripsi dari klasifikasi tanah tersebut adalah sebagai berikut :

CL : Lempung dengan plastisitas rendah.

CH : Lempung inorganik dengan plastisitas tinggi dan viskositas tinggi.

MH : Lanau inorganik, pasir halus atau lanau dari ganggang (diatomae), lanau elastis dengan plastisitas sedang sampai tinggi.

Hasil pengujian grain size analysis dapat dilihat pada lampiran A.


commit to user

4.1.2 Pengujian Pemadatan (Standar Proctor)

Pengujian pemadatan menghasilkan nilai kadar air optimum dan berat isi

maksimum. Nilai tersebut dipakai dalam menentukan kadar air awal pada Swelling

Test, yaitu dengan membuat 5 sampel dengan kadar air di bawah kadar air

optimum dan 5 sampel di atas kadar air optimum per lokasi pengambilan sampel.

Tabel 4.2 menunjukkan hasil pengujian standard Proctor sebagai berikut :

Tabel 4.2 Hasil Pengujian Standard Proctor

Pengujian standard Proctor pada lokasi Kalijambe menghasilkan kadar air

optimum (wopt ) yang paling tinggi, hal ini karena Kalijambe termasuk tanah

lempung dengan plastisitas tinggi (CH) sehingga kadar air optimumnya pun lebih

tinggi dibandingkan dengan sampel yang lain yang termasuk klasifikasi tanah MH

pada sampel Mlese dan Barepan, termasuk tanah dengan klasifikasi CL untuk

Simo. Sedangkan Simo mempunyai berat isi maksimum (γd maks) yang paling

tinggi, hal ini karena tanah didaerah Simo mempunyai nilai Gs yang paling tinggi.

Hasil pengujian Standard Proctor selengkapnya dapat dilihat pada lampiran B.

4.1.3 Pengujian Persentase Mengembang

Pengujian swelling adalah pengujian utama yang bertujuan untuk mengetahui

besar prosentase mengembang pada sampel, untuk pengujian ini pengamatan

sampel dilakukan pada jumlah kadar air yang berbeda-beda. Besarnya prosentase

mengembang pada tiap sampel ditunjukkan pada Tabel 4.3a sampai dengan 4.3d

sebagai berikut :

Nomor sampel wopt gd maks (%) ( gr/cm3 )

(1) (2) (3)

KJ STA 14+200 34,5 1,18

MS STA 17+000 27,5 1,34

BR STA 20+500 33 1,38

SM STA 10+100 32 1,41


commit to user

Tabel 4.3a Hasil Pengujian Prosentase Mengembang Kalijambe, Sragen

Nama sampel Kadar air awal Prosentase mengembang %

Kalijambe 1 21,15% 10,34

Kalijambe 2 22,84% 5,44

Kalijambe 3 26,43% 7.22

Kalijambe 4 29,42% 6.78

Kalijambe 5 32,98% 3,69

Kalijambe 6 35,67% 2.37

Kalijambe 7 40,16% 2.00

Kalijambe 8 42,53% 1.06

Kalijambe 9 44,55% 0,81

Kalijambe 10 47,48% 0.16

Tabel 4.3b Hasil Pengujian Prosentase Mengembang Barepan, Cawas, Klaten


Barepan 1 18,79% 8,50

Barepan 2 20,02% 6,95

Barepan 3 23,90% 6,69

Barepan 4 25,29% 5,72

Barepan 5 28,64% 4,16

Barepan 6 31,80% 2,59

Barepan 7 32,54% 3,75

Barepan 8 35,38% 1,94

Barepan 9 37,92% 0,66

Barepan 10 39,39% 0,31


commit to user

Tabel 4.3c Hasil Pengujian Prosentase Mengembang Mlese, Cawas, Klaten


Mlese 1 16,50% 6,81

Mlese 2 18,60% 6,33

Mlese 3 21,30% 2,02

Mlese 4 23,91% 1,69

Mlese 5 24,12% 1,44

Mlese 6 33,84% 0,97

Mlese 7 34,02% 0,75

Mlese 8 36,06% 0,38

Mlese 9 37,07% 0,13

Mlese 10 38,94% 0,28

Tabel 4.3d Hasil Pengujian Prosentase Mengembang Simo, Boyolali


Simo 1 19,53% 5,88

Simo 2 23,41% 5,68

Simo 3 27,43% 5,50

Simo 4 29,61% 3,66

Simo 5 33,27% 3,20

Simo 6 36,11% 0,69

Simo 7 39,01% 0,62

Simo 8 41,87% 0,00

Simo 9 43,00% 0,00

Simo 10 46,20% 0,00


commit to user

Gambar 4.3a sampai dengan Gambar 4.3d adalah hasil pengamatan antara

besarnya strain dengan lama waktu mengembang pada tiap sampel uji. Hasil

pengujian yang terlihat di grafik menunjukan bahwa semakin besar kadar air awal

pada tanah sampel maka akan memperoleh strain yang lebih kecil, kecuali pada

kadar air 22,48% yang mempunyai nilai strain di bawah kadar air 26,43% dan

29,42%. Kesalahan pada saat pengujian merupakan dugaan utama mengapa hanya

pada kadar air tersebut yang memiliki nilai swelling yang lebih kecil dibanding

kadar air yang lebih besar yaitu 26,43% dan 29,42%. Rata-rata tiap sampel tanah

membutuhkan waktu 7 hari untuk mencapai nilai swelling maksimal, kecuali pada

kadar air 26,43% ; 32,98% ; 47,48%. Nilai kadar air pada awal pengujian tidak

menentukan lama waktu yang dibutuhkan tiap sampel untuk mencapai nilai

sweeling yang maksimal. Grafik juga menunjukkan bahwa swelling mempunyai

nilai mengembang yang signifikan di awal pengujian. Setelah menit ke-1440 (1

hari) tidak terjadi pengembangan yang signifikan karena sampel telah terendam

air (jenuh). Sampel Kalijambe pada persentase paling kecil yaitu 21,15%

memiliki persentase mengembang yang paling besar yaitu 10,3438 %, sedangkan

sampel dengan kadar air paling besar memiliki persentase mengembang paling

kecil yaitu 0,0896%.

Pengujian mengembang tanah barepan juga menunjukkan bahwa semakin besar

kadar air awal maka presentase mengembangnya semakin kecil. Kesalahan juga

terjadi pada kadar air 31,8% dan 32,54%. Yaitu pada kadar air 32,54% yang

memiliki kadar air awal yang lebih tinggi, menghasilkan presentase mangembang

yang lebih tinggi di bandingkan dengan kadar air 31,8%. Sampel Barepan pada

prosentase paling kecil yaitu 18,79% memiliki prosentase mengembang yang

paling besar yaitu 8,5 %, sedangkan sampel dengan kadar air paling besar

memiliki prosentase mengembang paling kecil yaitu 0,3125 %. Rata-rata waktu

swelling yang diperlukan untuk mencapai nilai maksimal adalah 8 hari.

Hasil uji pada tanah Mlese juga menunjukkan sifat mengembang yang serupa

terhadap nilai kadar air awal. Tetapi sama seperti sampel sebelumnya, pada kadar

air 23,91% juga memiliki persentase mengembang yang lebih kecil dibandingkan


commit to user

dengan 24,12%. Sampel Mlese pada persentase paling kecil yaitu 16,5% memiliki

persentase mengembang yang paling besar yaitu 6,81 %, sedangkan sampel

dengan kadar air paling besar yaitu 38,94% memiliki persentase mengembang

paling kecil yaitu 0,28 %.

Hasil uji pada daerah Simo sifat pengembangannya serupa yaitu pada kadar air

paling rendah hasil pengujian swelling memperoleh nilai yang paling tinggi. Pada

kadar air 19,53% persentase mengembangnya sebesar 5,5%, sedangkan untuk

kadar air 41,87% , 43,00% dan 46,20% tidak terjadi pengembangan tanah sama

sekali. Hasil pengujian Swelling selengkapnya dapat dilihat pada lampiran C.

Perhitungan tiap sampel swelling dapat dilihat pada contoh berikut :

Contoh perhitungan persentase mengembang Kalijambe, kadar air 21,15% :

Ukuran Cincin

Diameter 6.20 Cm

Tinggi, Ho 1.900 Cm

Luas ring, A 30.18 cm2

Volume ring, V 57.33 cm3

Berat cincin, Wr 22.75 Gs

Data Sampel

Berat Jenis Tanah, G 2.48

Kadar Air, wo 21.15 %

Berat cawan + tanah basah, W1 85.24 gr

Berat tanah basah, Wb = W1-Wr 62.49 gr

Berat tanah kering, Wd = Wb/(1+wo) 51.58 gr

Tinggi bahan padat, Hs = Wd/(Gs.A) 0.69 Cm

Angka pori, eo = (Ho - Hs)/Hs 1.76

Derajat kejenuhan, So = wo.G/eo 29.86


commit to user

Tabel 4.4 Perhitungan Presentase Mengembang

Time (minute)

Dial Reading

Swelling (cm)

Change of Ht (ΔH)

Final Ht of specimen

(cm)

Strain ε %

Volume change (cm3)

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)

0 39.5 0.0395 1.6000 0.0000 0.0000

0.1 39.5 0.0395 0.0000 1.6000 0.0000 0.0000

0.2 85 0.0850 0.0455 1.6455 2.8438 1.6304

0.5 109 0.1090 0.0240 1.6695 4.3438 2.4904

1 158 0.1580 0.0490 1.7185 7.4063 4.2462

2 166.5 0.1665 0.0085 1.7270 7.9375 4.5508

4 172 0.1720 0.0055 1.7325 8.2813 4.7479

8 175 0.1750 0.0030 1.7355 8.4688 4.8554

15 178.5 0.1785 0.0035 1.7390 8.6875 4.9808 30 182 0.1820 0.0035 1.7425 8.9063 5.1062 60 185 0.1850 0.0030 1.7455 9.0938 5.2137 120 189 0.1890 0.0040 1.7495 9.3438 5.3571 240 191 0.1910 0.0020 1.7515 9.4688 5.4287 480 193 0.1930 0.0020 1.7535 9.5938 5.5004 1440 198 0.1980 0.0050 1.7585 9.9063 5.6796 2880 200 0.2000 0.0020 1.7605 10.0313 5.7512 4320 202 0.2020 0.0020 1.7625 10.1563 5.8229 5760 204 0.2040 0.0020 1.7645 10.2813 5.8946 7200 205 0.2050 0.0010 1.7655 10.3438 5.9304 8640 205 0.2050 0.0000 1.7655 10.3438 5.9304

10080 205 0.2050 0.0000 1.7655 10.3438 5.9304

Kolom (1) : Waktu pembacaan dial

Kolom (2) : Bacaan dial

Kolom (3) : Swelling = (2) x 10-3

Kolom (4) : Change of Ht (ΔH )= Swelling n – Swelling (n-1)

Kolom (5) : Final Ht = Final Ht (n-1) + ΔH

Kolom (6) : Strain ε = (Final Ht – tinggi sampel awal) / tinggi sampel awal

Kolom (7) : Volume Change = ( V x Strain)/100

Dari perhitungan Tabel 4.4 didapat satu grafik pengembangan tanah yang

ditunjukkan pada Gambar 4.1 sebagai berikut :


commit to user

Gambar 4.1 Grafik Swelling Kalijambe Kadar air 21,15%

Tiap-tiap sampel menghasilkan satu grafik swelling, kemudian dari grafik yang

berada dalam satu lokasi direkapitulasi sehingga menghasilkan grafik hasil uji

mengembang pada satu lokasi pengujian sampel.

0

5

10

15

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000

Rega

ngan

tana

h, ε

(%)

Waktu Swelling (menit)


commit to user

Gambar 4.2a Grafik Uji Mengembang Tanah Kalijambe, Sragen

0

2

4

6

8

10

12

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000

Str

ain

, ε (

%)

Time, minute (t)

w = 21,15%

w = 22,84%

w = 26,43 %

w = 29,42%

w = 32,98%

w = 35,67%

w = 40,16%

w = 42,53%

w = 44,55%

w = 47,48%


commit to user

Gambar 4.2b Grafik Uji Mengembang Tanah Barepan, Cawas, Klaten

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000

Stra

in ,

ε(%

)

Time, Minute (t)

w = 18,29%

w = 20,02%

w = 23,91%

w = 25,29%

w = 28,64%

w = 31,8%

w = 32,54%

w = 35,37%

w = 37,92%

w = 39,39%


commit to user

Gambar 4.2c Grafik Uji Mengembang Tanah Mlese, Cawas, Klaten

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000

Stra

in ,

ε(%

)

Time, Minute (t)

w = 16,5%

w = 18,6%

w = 21,3%

w = 23,91%

w = 24,12%

w = 33,84%

w = 34,02%

w = 36,06%

w = 37,07%

w = 38,94%


commit to user

Gambar 4.2d Grafik Uji Mengembang Tanah Simo, Boyolali

0

1

2

3

4

5

6

7

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000

Stra

in (%

)

Time (Minute)

w = 19,53%

w = 23,41%

w = 27,43%

w = 29,61%

w = 33,27%

w = 36,11%

w = 39,01%

w = 41,87%

w = 43,00%

w = 46,2%


commit to user

4.2 Pembahasan

4.2.1 Korelasi antara Indeks Plastisitas dengan Persentase Mengembang

Grafik korelasi antara indeks plastisitas dengan persentase mengembang diambil

pada nilai kadar air yang mendekati pada tiap sampel, karena kadar air tiap sampel

pada tiap lokasi berbeda-beda. Tabel 4.5a sampai dengan 4.5c menunjukkan besar

pengembangan pada persentase ± 21%, ± 32%, dan ± 39 %.

Tabel 4.5a Indeks Plastisitas Vs Swelling pada Kadar Air ± 21%

Ruas Jalan STA Kadar

Air IP Swell

% % %

Kalijambe 14+200 21,15 38,37 10,34 Mlese 17+900 21,30 18,54 2,02 Barepan 20+500 20,02 29,90 6,95 Simo 10+100 19,53 21,56 5,88

Tabel 4.5b Indeks Plastisitas Vs Swelling pada Kadar Air ± 32%


Air IP Swell

% % %

Kalijambe 14+200 32,98 38,37 3,69 Mlese 17+900 33,84 18,54 0,97

Barepan 20+500 31,80 29,90 2,59 Simo 10+100 33,27 21,56 3,20

Tabel 4.5c Indeks Plastisitas Vs Swelling pada Kadar Air ± 39%


Air IP Swell

% % %

kalijambe 14+200 40,16 38,37 2,00 mlese 17+900 38,94 18,54 0,28

barepan 20+500 39,39 29,90 0,31 Simo 10+100 39,01 21,56 0,62


commit to user

Gambar 4.3 Grafik Korelasi antara Index Plastisitas dengan Persentase Mengembang

Grafik korelasi antara index plastisitas dengan persentase mengembang

(ditunjukkan Gambar 4.3) menunjukkan bahwa semakin besar index plastisitas

maka semakin besar pula persentase mengembang tanah tersebut. Hal ini

menujukkan index plastisitas dapat dipakai sebagai parameter awal untuk

menduga besar pengembangan tanah. Tetapi Gambar 4.3 juga menunjukkan

bahwa makin besar kandungan air, maka pergerakan atau penambahan indeks

plastisitas tidak terlalu berpengaruh signifikan terhadap swelling.

4.2.2 Korelasi antara Kadar Air Awal dengan Besar Persentase Swelling

Kadar air merupakan salah satu faktor yang berpengaruh pada besarnya persentase

mengembang tanah. Grafik-grafik yang ditunjukkan pada Gambar 4.4a sampai

dengan Gambar 4.4d menunjukkan korelasi antara kadar air awal dengan besar

persentase swelling.

y = 0,361x - 3,500R² = 0,885

y = 0,095x + 0,016R² = 0,521

y = 0,073x - 1,193R² = 0,655

0

5

10

15

10 20 30 40

Swel

ling

Prec

enta

ge (%

)

Plasticity Indeks ( % )

IP VS Swell 21%

IP VS Swell 32%

IP VS Swell 39%


commit to user

Gambar 4.4a Grafik Korelasi antara Kadar Air Awal dengan Persentase Mengembang Lempung Kalijambe

Gambar 4.4b Grafik Korelasi antara Kadar Air Awal dengan Persentase Mengembang Lempung Barepan

R² = 0,895

0

2

4

6

8

10

12

10 20 30 40 50

Pers

enta

se M

enge

mba

ng (%

)

Kadar air (%)

R² = 0,969

0

2

4

6

8

10

12

10 20 30 40 50

Pers

enta

se M

enge

mba

ng (%

)

Kadai Air(%)


commit to user

Gambar 4.4c Grafik Korelasi antara Kadar Air Awal dengan Persentase Mengembang Lempung Mlese

Gambar 4.4d Grafik Korelasi antara Kadar Air Awal dengan Persentase Mengembang Lempung Simo

R² = 0,898

0

2

4

6

8

10

12

10 20 30 40 50

Pers

enta

se M

enge

mba

ng (%

)

Kadar Air(%)

R² = 0,919

-2

0

2

4

6

8

10

12

10 20 30 40 50

Pers

enta

se M

enge

mba

ng (%

)

Kadar Air(%)


commit to user

Perhitungan hasil uji pada penelitian ini mendapatkan persamaan empiris antara

kadar air dengan persentase mengembang dari Grafik 4.4a sampai dengan 4.4d

sebagai berikut :

Persamaan empiris Grafik 4.4a : *(,)) = …,……mϜ(,))弥− …,mŖ Ϝ 纵,)邹+ 弥r, r ………………...(4-1)

Persamaan empiris Grafik 4.4b : *(,)) = − …,……Ϝ(,))弥− …,r弥秘秘纵,)邹+ Ϝ秘, 秘泌 …………………...(4-2)

Persamaan empiris Grafik 4.4c : *(,)) = …,…弥秘 (,))弥− Ϝ,泌泌泌m 纵,)邹+ 弥Ŗ,r弥Ϝ …………………...(4-3)

Persamaan empiris Grafik 4.4d : *(,)) = …,………幂 (,))弥− …,rrŖ弥纵,)邹+ Ϝ弥,mϜr …………………...(4-4)

Grafik-grafik korelasi pada Gambar 4.4a sampai dengan 4.4b menunjukkan

bahwa semakin rendah kadar air awal maka semakin tinggi persentase

mengembang pada tanah tersebut. Variasi kadar air yang diberikan pada sampel

saat pengujian adalah pengamatan terhadap faktor yang berpengaruh di lapangan.

Sehingga pengamatan terhadap kadar air dapat memberikan prediksi berapa

persen pengembangan dari tanah tersebut.

4.2.3 Prediksi Persentase Mengembang

Prediksi persentase mengembang dilakukan oleh beberapa peneliti. Berikut

adalah besarnya persentase mengembang dari model-model empiris yang pernah

dikembangkan yaitu model Seed (1962), model Nayak & Christensen (1974),

model Chen (1975), model Muntohar (2006), dan model Peneliti (2011) yang

disajikan pada Tabel 4.6 :


commit to user

Tabel 4.6 Hasil Perhitungan Persentase Mengembang Berbagai Model Empiris

Nomor sampel

Model Seed

(1962)

Model Nayak &

Christensen ( 1974)

Model Chen

(1975)

Model Muntohar

(2006)

Model Peneliti (2011)

% % % % %

(1) (2) (3) (4) (5) (6)

KJ STA 14+500 1.58 11.27 6.37 17.80 10.34

MS STA 17+000 1.58 7.24 6.37 14.76 2.02

BR STA 20+500 0.86 9.13 3.13 13.41 6.95

SM STA 10+100 0.39 8.13 1.56 10.05 5.88

Chen (1975) membandingkan beberapa model hubungan indeks plastisitas dengan

persentase mengembang seperti pada Gambar 2.8, pada penelitian ini akan

mengusulkan hubungan seperti yang dilakukan Chen (1975) untuk model –model

prediksi persentase mengembang tersebut terhadap sampel tanah yang diamati

seperti pada Gambar 4.6 sebagai berikut :

Gambar 4.5 Grafik Model- model Empiris Prediksi Persentase Mengembang

y = 0,009x2 - 0,507x + 7,515R² = 0,620

y = 0,003x2 + 0,008x + 6,192R² = 0,980

y = 0,040x2 - 2,224x + 32,59R² = 0,674

y = 0,039x2 - 2,028x + 37,39R² = 0,760

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

20,0

15 20 25 30 35 40

Pres

enta

se M

enge

mba

ng(%

)

Indeks Plastisitas (%)

model SEED

Model Nayak&Christensen

Model Chen

Model Muntohar


commit to user

Gambar 4.5 adalah plotting antara indeks plastisitas vs prediksi persentase

mengembang beberapa peneliti (Tabel 4.6), menunjukkan bahwa regresi paling

baik dengan nilai R2 terkecil sampai dengan terbesar adalah Model Seed (1962) (

y=0.0093 x2 – 0.5078 x+7.5158, R2 =0.620 ), Model Chen (1975) ( y=0.0404 x2 –

2.2245x+32.597, R2 =0.674), Model Muntohar (2006) ( y=-0.0398 x2

+2.0287x+37.395, R2 =0.760), dan yang terakhir adalah Model Nayak dan

Christensen (1974) ( y=0.0032 x2 – 0.0084x+6.1924, R2 =0.980). Model yang

dikembangkan Seed (1962) dan Chen (1975) memang memiliki regresi yang

cenderung lebih rendah dibandingkan dengan model lainnya karena dalam

perhitungan model ini memakai indeks plastisitas (PI) untuk prediksi

mengembang tanah. Sedangkan model yang dikembangkan oleh Muntohar (2006)

dan Nayak dan Christensen (1974) memiliki nilai regresi yang lebih tinggi karena

memasukkan nilai parameter yang lebih kompleks. Model Muntohar (2006) dan

Nayak dan Christensen (1974) mempunyai nilai lebih karena tidak hanya

memperhatikan parameter indeks plastisitas (PI) saja, melainkan parameter-

parameter yang mempengaruhi persentase mengembang antara lain fraksi

lempung (CF), batas cair (LL) dan kadar air awal (wi). Penelitian dilakukan dari

lokasi yang berbeda, hal ini menjadi salah satu alasan perbedaan prediksi

mengembang oleh rumus empiris yang dikemukakan oleh Muntohar (2006),

Nayak dan Christensen (1974), Seed (1962) dan Chen (1975). Selain itu dari

empat rumus empiris tiga diantaranya mempunyai nilai minimum pada grafiknya,

berarti pada satu nilai indeks platisitas tertentu menghasilkan swelling yang paling

kecil.

a. Perbandingan Persentase Mengembang

Prediksi mengembang pada penelitian ini akan ditentukan berdasarkan persamaan

dari hasil pengamatan hubungan antara indeks dengan persentase mengembang

sebagaimana pada Gambar 4.5.

Perbandingan hasil hitungan tekanan mengembang model Seed (1962), Nayak dan

Christensen (1974), Chen (1975), dan Muntohar (2006) dengan hasil pengujian

peneliti ditunjukkan dalam Tabel 4.7a sampai dengan Tabel 4.7d sebagai berikut :


commit to user

Tabel 4.7a Perbandingan Prediksi Mengembang Tanah Kalijambe, Sragen

Nomor sample Seed Nayak dan Christensen Chen Muntohar

Hasil Uji

% % % % % (1) (2) (3) (4) (5) (6)

Kalijambe 1 1.58 11.27 6.37 17.80 10.34

Kalijambe 2 1.58 10.91 6.37 17.80 5.44

Kalijambe 3 1.58 10.29 6.37 17.80 7.22

Kalijambe 4 1.58 9.90 6.37 17.80 6.78

Kalijambe 5 1.58 9.52 6.37 17.80 3.69

Kalijambe 6 1.58 9.28 6.37 17.80 2.37

Kalijambe 7 1.58 8.96 6.37 17.80 2.00

Kalijambe 8 1.58 8.82 6.37 17.80 1.06

Kalijambe 9 1.58 8.71 6.37 17.80 0.81

Kalijambe 10 1.58 8.56 6.37 17.80 0.16

Tabel 4.7b Perbandingan Prediksi Mengembang Tanah Mlese, Cawas, Klaten


Hasil Uji

% % % % % (1) (2) (3) (4) (5) (6)

Mlese 1 1.58 7.46 6.37 14.77 6.81

Mlese 2 1.58 7.38 6.37 14.77 6.33

Mlese 3 1.58 7.24 6.37 14.77 2.02

Mlese 4 1.58 7.16 6.37 14.77 1.69

Mlese 5 1.58 7.07 6.37 14.77 1.44

Mlese 6 1.58 7.02 6.37 14.77 0.97

Mlese 7 1.58 6.95 6.37 14.77 0.75

Mlese 8 1.58 6.92 6.37 14.77 0.38

Mlese 9 1.58 6.90 6.37 14.77 0.13

Mlese 10 1.58 6.87 6.37 14.77 0.28


commit to user

Tabel 4.7c Perbandingan Prediksi Mengembang Tanah Barepan, Cawas, Klaten

Nomor sample Seed Nayak dan Christensen

Chen Muntohar Hasil Uji

% % % % % (1) (2) (3) (4) (5) (6)

Barepan 1 0.86 9.31 3.13 13.41 8.50

Barepan 2 0.86 9.13 3.13 13.41 6.95

Barepan 3 0.86 8.68 3.13 13.41 6.69

Barepan 4 0.86 8.56 3.13 13.41 5.72

Barepan 5 0.86 8.30 3.13 13.41 4.16

Barepan 6 0.86 8.11 3.13 13.41 2.59

Barepan 7 0.86 8.07 3.13 13.41 3.75

Barepan 8 0.86 7.94 3.13 13.41 1.94

Barepan 9 0.86 7.83 3.13 13.41 0.66

Barepan 10 0.86 7.78 3.13 13.41 0.31

Tabel 4.7d Perbandingan Prediksi Mengembang Tanah Simo, Boyolali


Hasil Uji

% % % % % (1) (2) (3) (4) (5) (6)

Simo 1 0.39 8.18 1.56 10.05 5.88

Simo 2 0.39 7.89 1.56 10.05 5.69

Simo 3 0.39 7.67 1.56 10.05 5.50

Simo 4 0.39 7.57 1.56 10.05 3.66

Simo 5 0.39 7.44 1.56 10.05 3.20

Simo 6 0.39 7.36 1.56 10.05 0.69

Simo 7 0.39 7.29 1.56 10.05 0.62

Simo 8 0.39 7.23 1.56 10.05 0.00

Simo 9 0.39 7.20 1.56 10.05 0.00

Simo 10 0.39 7.15 1.56 10.05 0.00


commit to user

Gambar 4.6a sampai dengan Gambar 4.6d adalah plotting antara nomor sampel vs

persentase mengembang hasil prediksi oleh beberapa model empiris,

menunjukkan perbandingan besar persentase mengembang terukur dari beberapa

sampel yang diuji dengan prediksi dari model empiris yang diusulkan oleh Seed

(1962), Chen (1975), Nayak dan Christensen (1974), Muntohar (2006) dan

Peneliti (2011). Semua rangkaian pada grafik memperlihatkan nilai pengukuran

dan prediksi dari semua sampel tanah. Grafik untuk persamaan Chen (1975) dan

Muntohar (2006) cenderung datar. Parameter yang dipakai oleh Chen adalah PI,

dan dalam satu sampel indeks plastisitasnya sama sehingga nilai prediksi

mengembang untuk satu lokasi sama. Model Muntohar menggunakan parameter

CF, LL, dan PI dimana nilai parameter tersebut sama untuk tiap sampel dalam

satu lokasi. Model empiris yang dikembangkan Nayak dan Christensen (1974)

dan peneliti menunjukkan tren yang cenderung menurun akibat bertambahnya

kadar air awal pengujian, hal ini karena Nayak dan Christensen memakai kadar air

awal sebagai salah satu parameter dalam rumus empirisnya. Sedangkan model

empiris yang dikembangkan Seed (1962) mempunyai nilai yang lebih rendah

dibanding model-model yang lain. Hal ini disebabkan karena mungkin dalam

pengujian , Seed menggunakan tanah dimana nilai swellingnya tidak terlalu tinggi.


commit to user

Gambar 4.6a Grafik Perbandingan Besar Persentase Mengembang Beberapa Model Penelitian Tanah Kalijambe, Sragen

0

2

4

6

8

10

12

14

16

kalijambe 1 Kalijambe 2 kalijambe 3 kalijambe 4 kalijambe 5 kalijambe 6 kalijambe 7 kalijambe 8 kalijambe 9 kalijambe 10

Pers

enta

se M

enge

mba

ng (%

)

Nama Sampel

Seed %

Nayak %

Chen %

Muntohar %

Hasil Uji %


commit to user

Gambar 4.6b Grafik Perbandingan Besar Persentase Mengembang Beberapa Model Penelitian Tanah Barepan, Cawas, Klaten

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Mlese 1 Mlese 2 Mlese 3 Mlese 4 Mlese 5 Mlese 6 Mlese 7 Mlese 8 Mlese 9 Mlese 10

Pers

enta

se M

enge

mba

ng(%

)

Nama Sampel

Seed %

Nayak %

Chen %

Muntohar %

Hasil Uji %


commit to user

Gambar 4.6c Grafik Perbandingan Besar Persentase Mengembang Beberapa Model Penelitian Tanah Mlese, Cawas, Klaten

0

2

4

6

8

10

12

Barepan 1 Barepan 2 Barepan 3 Barepan 4 Barepan 5 Barepan 6 Barepan 7 Barepan 8 Barepan 9 Barepan 10

Pers

enta

se M

enge

mba

ng(%

)

Nama Sampel

Seed %

Nayak %

Chen %

Muntohar %

Hasil Uji %


commit to user

Gambar 4.6d Grafik Perbandingan Besar Persentase Mengembang Beberapa Model Penelitian Tanah Simo, Boyolali

0

2

4

6

8

10

12

Simo 1 Simo 2 Simo 3 Simo 4 Simo 5 Simo 6 Simo 7 Simo 8 Simo 9 Simo 10

Pers

enta

se M

enge

mba

ng(%

)

Nama Sampel

Seed %

Nayak %

Chen %

Muntohar %

Hasil Uji %


commit to user

Gambar 4.8 Rekapitulasi Grafik Korelasi antara Kadar Air Awal dengan Presentase Mengembang

0

2

4

6

8

10

12

10 15 20 25 30 35 40 45 50

Pres

enta

se P

enge

mba

ngan

(%)

Kadar Air (%)

Kadar Air Vs Swelling

Kalijambe

Barepan

Mlese

Simo


commit to user

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

a. Persentase mengembang (swelling percentage) terbesar terjadi pada sampel

KJ STA 14+500 adalah 10,34 %. Sedangkan sampel SM STA 10+100

memiliki persentase mengembang terkecil 5.88 %, dimana swelling

maksimum terjadi pada kadar air paling rendah.

b. Hasil analisis hubungan antara kadar air awal dengan besarnya presentase

mengembang menunjukkan bahwa semakin kecil kadar air awal maka potensi

mengembang tanahnya akan semakin besar dan berlaku pada semua tanah

sampel pengujian.

c. Prediksi besar swelling pada lokasi penelitian yaitu sebagai berikut :

Persamaan empiris Kalijambe : Ú(éǴ) = �,��1…(éǴ)弥− �,1Ŗ̜̜… 纵éǴ邹+ 弥米,̜̜米 …

Persamaan empiris Barepan : Ú(éǴ) = − �,��…(éǴ)弥− �,米弥秘秘纵éǴ邹+ …秘,̜秘泌 …………………...(4-2)

Persamaan empiris Mlese : Ú(éǴ) = �,�弥̜秘 (éǴ)弥− …,泌泌泌1 纵éǴ邹+ 弥Ŗ,米弥… ………

Persamaan empiris Simo : Ú(éǴ) = �,��幂 (éǴ)弥− �,米米Ŗ弥纵éǴ邹+ …弥,1…米 …………………...(4-4)

Persamaan tersebut diatas diharapkan dapat memprediksikan besar persentase

mengembang di daerah penelitian dengan parameter kadar air (water content).


commit to user

5.2. Saran

Permasalahan akibat tanah lempung yang banyak terjadi dalam kondisi geoteknik

hendaknya menjadi pacuan untuk kita agar melakukan berbagai penelitian demi

mendapatkan referensi yang lebih akurat tentang tanah lempung baik yang

ekspansif maupun tidak ekspansif.

Saran untuk penelitian kedepan adalah untuk menguji kekuatan geser dari tanah

lempung yang ada di sekitar Surakarta, serta menganalisis berapa besar kerusakan

yang dapat ditimbulkan akibat kandungan lempung tersebut.

KAJIAN PENGEMBANGAN TANAH LEMPUNG …/Kajian... · tugas-tugas dan laporan selama kuliah. J. ......

Documents

Transcript of KAJIAN PENGEMBANGAN TANAH LEMPUNG …/Kajian... · tugas-tugas dan laporan selama kuliah. J. ......