KAJIAN PENGEMBANGAN TANAH LEMPUNG DITINJAU DARI BESARNYA KADAR AIR

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

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 commit to user 2012


digilib.uns.ac.id

HALAMAN PERSETUJUAN



Disusun Oleh :

AULIA AJI SASANTI NIM I 0107052 Telah disetujui untuk dipertahankan di hadapan tim penguji pendadaran Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Disetujui,

Pembimbing I

Pembimbing II

Dr. Niken Silmi Surjandari, ST, MT Ir. Noegroho Djarwanti, MT commit to user NIP. 19690903 199702 2 001 NIP. 19561112 198403 2 007

ii


digilib.uns.ac.id HALAMAN PENGESAHAN



SKRIPSI Disusun Oleh :

AULIA AJI SASANTI

NIM I 0107052

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, a.n. Dekan Fakultas Teknik UNS Pembantu Dekan I

Disahkan, Ketua Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik UNS

Kusno Adi Sambowo, ST, PhD commit to user NIP. 19691026 199503 1 002 iii

Ir. Bambang Santosa, MT NIP. 19590823 198601 1 001


digilib.uns.ac.id

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

iv


digilib.uns.ac.id

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 Ajeng,

Saras

seangkatanku

dan

Ipul

yang

Tata,

Antika,

Lita,

heboh

tetapi

selalu

memberiku semangat. J š

Laily Fatmawati, yang banyak membantuku melewati tugas-tugas dan laporan selama kuliah. J

commit to user

v


digilib.uns.ac.id

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, mengembang, tanah lempung, kadar air.

commit to user

vi

persentase


digilib.uns.ac.id

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

vii


digilib.uns.ac.id

KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karuniaNya, 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,

commit to user

viii

Februari 2012

Penulis


digilib.uns.ac.id

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

ix


digilib.uns.ac.id

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

x


digilib.uns.ac.id

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

xi


digilib.uns.ac.id

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

xii


digilib.uns.ac.id

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 4.6a Grafik Perbandingan Besar Presentase Mengembang Beberapa Model Penelitian Mlese ................................................................. 52 4.6a Grafik Perbandingan Besar Presentase Mengembang Beberapa Model Penelitian Simo .................................................................. 53

commit to user

xiii


digilib.uns.ac.id

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

xiv


digilib.uns.ac.id

DAFTAR LAMPIRAN Lampiran A

Lampiran B

Data Hasil Pengujian Klasifikasi ·

Specific Gravity Test

·

Grain Size Analysis Test

·

Atterberg Limit Test

Data Hasil Pengujian Kepadatan ·

Lampiran C

Data Hasil Pengujian Potensi Mengembang ·

Lampiran D

Standard Proctor Test

Pengujian Persentase Mengembang

Surat – surat Skripsi

commit to user

xv


digilib.uns.ac.id

Lampiran A

Data Hasil Pengujian Klasifikasi Spesific Gravity Test Grain Size Analysis Test Atterberg commit to user xvi

Limit Test


digilib.uns.ac.id

Lampiran B

Data Hasil Pengujian Pemadatan Standard Proctor Test

commit to user

xvii


digilib.uns.ac.id

Lampiran C

Data Hasil Pengujian Potensi Mengembang

commit to user

xviii


digilib.uns.ac.id

Lampiran D

Surat-surat Skripsi

commit to user

xix


digilib.uns.ac.id

Lampiran E

Data Hasil Pengujian Potensi Mengembang Persentase Mengembang Tekanan Mengembang commit to user

xx


digilib.uns.ac.id

Lampiran F

Dokumentasi Kerusakan Jalan Pengambilan Sampel Penelitian commit to user

xxi


digilib.uns.ac.id

Lampiran G

Surat – surat Skripsi

commit to user

xxii


digilib.uns.ac.id

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 halcommit dapat kita gunakan sebagai dugaan bahwa tanah to user

1


digilib.uns.ac.id

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

2


digilib.uns.ac.id

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

3


digilib.uns.ac.id

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 retakanretakan 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 commit totanah. user Karakteristik tersebut digunakan sederhana untuk memperoleh karakteristik

4


digilib.uns.ac.id

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 Standar Ayakan Komponen tanah

Lolos

Tertahan

dari

Pada

Ukuran (mm) 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

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

Fines

No.200

-

0,075

-

-

0,075

-

-

0,005*)

Pasir

Berbutir Halus Lanau

Silt

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

5


digilib.uns.ac.id

Tabel 2.2 Sistem Klasifikasi Tanah Klasifikasi Umum

Simbol Klasifik asi GW

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

U c

Kerikil yang mempunyai pembagian ukuran butir yang baik

' U c

=

GP

Kerikil yang mempunyai pembagian ukuran butir yang buruk

GM

Kerikil berlanau, campuran kerikil, pasir dan lanau

GC

Kerikil berlempung, campuran kerikil, pasir dan lempung

SW

Pasir yang mempunyai pembagian ukuran butir yang baik

Kerikil berikut butiran halusnya

Pasir bersih

Pasir berikut butiran halusnya

10

´ D

Klasifikasi berdasarkan pada persentase butiran halus 50% atau kurang : GW, GP, SW, SP Lebih dari 12% : GM, GC, SM, SC 5% sampai 12% : Batasan klasifikasi yang mempunyai simbol ganda

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

C u

C

' c

=

D 60 (D

antara 1 - 3

60

= D

10

D 10 30 ´

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

SC

Pasir berlempung, campuran pasir dan lempung

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

ML

Lanau inorganik, pasir sangat halus, debu padas

CL

Lempung inorganik dengan plastisitas rendah atau sedang

Lanau dan lempung LL > 50

dari 4

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

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

Pasir berlanau, campuran pasir dan lanau

MH

besar

Tidak sesuai dengan kriteria GW

SM

Lanau organik dengan plastisitas rendah dan lempung berlanau Lanau inorganik, pasir halus atau lanau dari ganggang

lebih

2 benilai

D

Pasir yang mempunyai pembagian ukuran butir yang buruk

OL

)

lebih

besar

benilai D

dari

6

2 antara

1 - 3

60

Tidak sesuai dengan kriteria SW

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

60

CH

50

CL

40

A

Ip = 0,73 (WL - 20 )

30

CL - ML

20

MH dan OH 10

ML dan OL

CH

Tanah dengan kadar organik tinggi

D 10

( D 30 )

SP

Lanau dan lempung LL <= 50

Tanah berbutir halus lebih dari 50% lolos ayakan 74 µ

D 60

=

Kerikil bersih

Indeks plastisitas Ip (%)

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

Kriteria Klasifikasi

Nama Jenis

Lempung inorganik dengan plastisitas tinggi

OH

Lempung organik plastisitas sedang sampai tinggi

PT

Gambut, lumpur hitam dan tanah berkadar Organik tinggi lainnya

0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Batas cair WL (%)

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

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

6


digilib.uns.ac.id

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 : Volume

Indeks Plastisitas

Padat

Plastis

Semi Padat SL

Cair Kadar Air

PL

LL

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 commitpukulan to user digambar dalam grafik untuk

7


digilib.uns.ac.id

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 =

−

× 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

8


gw

digilib.uns.ac.id

= 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

9


digilib.uns.ac.id

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

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 volume kering 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. Kurva yang dihasilkan dari pengujian peng memperlihatkan nilai kadar air yang optimum (wopt) untuk mencapai berat volume kering terbesar atau kepadatan maksimum. Gambar 2.2 menunjukkan kurva hasil pengujian pemadatan dari beberapa macam tanah menurut prosedur pemadatan ASTM D-698.

Gambar 2.2 Kurva Hasil Pemadatan Pada Berbagai Jenis Tanah (ASTM D-698) D

Tanah dalam keadaan kering mempunyai sifat yang kaku sehingga sulit untuk dipadatkan. Ketika kadar air sedikit ditambah, tanah akan menjadi lebih lunak. Apabila seluruh udara dipaksa keluar dari rongga maka tanah tersebut dalam commit to user kondisi ndisi jenuh sehingga nilai berat kering akan maksimum. Tetapi dalam

10


digilib.uns.ac.id

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 unsurunsur 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 commit to user sebagai mineral lempung. Diantaranya terdiri dari kelompok-kelompok

11


digilib.uns.ac.id

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

menggambarkan

(dalam batas

Hardiyatmo,

konsistensi

dari

1999), tanah

memberikan berbutir

cara halus

untuk 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

12


digilib.uns.ac.id

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 :

Permukan Partikel Lempung

commit to user

13


digilib.uns.ac.id

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 : Oksigen

105o Hidrogen

Hidrogen

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. (a)

(b)

commit to user

(c)

14


digilib.uns.ac.id

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 : Air serapan

Kristal Montmorillonite 100 x 1 nm

Air lapisan ganda

((a)

Air serapan

Kristal Kaolinite 1000 x 100 nm

Air lapisan(b) ganda

(b)

Gambar 2.7 Air pada Partikel Lempung commit to user (a) Montmorillonite

15


digilib.uns.ac.id

(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 commit to user mengembang (swelling), kebalikan dari konsolidasi, adalah bertambahnya volume

16


digilib.uns.ac.id

tanah secara perlahan-lahan lahan akibat tekanan air pori yang berlebihan negatif, (Craig, 1991).

Prediksi persentase mengembang sudah pernah dibuat oleh beberapa peneliti antara lain Seed (1962) dalam Muntohar (2006) (2006), Nayak dan Christensen (1974) dalam Phanikumar dan Bhyravajjula (2006), Chen ((1975) dalam Muntohar (2006),, Muntohar (2006) dengan model empiris yang menggunakan sejumlah parameter index properti ttanah. Seed (1962) dan Chen (1975)) mengemukakan hubungan persentase mengembang dengan indeks plastisitas sebagaimana pada Gambar 2.8 :

Gambar 2.8 Hubungan indeks plastisitas dan potensi mengembang (Chen, 1975)

Model Seed (1962) memberikan model empiris untuk persentase mengembang dengan menggunakan parameter PI. Model Seed ditunjukkan pada persamaan (2-2) sebagai berikut: Z

.

………………………. ……………………….…………………………...(2 …………………………...(2-2) commit to user

17


digilib.uns.ac.id

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=

I)

……………………….……………………………………(2-3)

dimana : S


A

= 0.0838, konstan

B

= 0.2558, konstan

PI

= Indeks plastisitas (%) = 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

dimana :

p

I Ǵ. n /

+ .

S


PI


C

= Fraksi lempung (%)

wi

= Kadar air awal (%)

m ……………………………….(2-4)

Muntohar (2006) mengusulkan model empiris dengan memasukkan parameter yang menurutnya mempunyai pengaruh yang kuat terhadap persentase mengembang yaitu fraksi lempung (CF),tobatas commit user cair (LL), dan indeks plastisitas

18


digilib.uns.ac.id

(PI). Rumus empiris yang didapatkan sebagaimana ditunjukkan pada persamaan (2-5) sebagai berikut: Z=

dimana :

. ǴƼǴ

+

.

Ǵp

+

.

S


CF

= Fraksi lempung (%)

LL

= Batas cair (%)

PI


m I− Ǵ.

m……………………..(2-5)

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 kepadatan maksimum dengan cara commitpada to user

19


digilib.uns.ac.id

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


digilib.uns.ac.id

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

20


digilib.uns.ac.id

3.3 Alur Penelitian Mulai

Pengambilan Sampel

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

Tahap I

Tahap II

Pengujian Standar Proctor

Pengeringan kembali sampel Proctor untuk mendapat tanah dengan kondisi kering lapangan

Tahap III

Menyiapkan sample mengembang tanah dengan memvariasikan kadar air awalnya.

Mencetak sample swelling ke ring oedometer dengan tinggi ±16mm

Pengujian persentase mengembang

Tahap IV

Analisis dan Pembahasan

Kesimpulan dan Saran

Selesai

Gambar 3.1 Bagan Alur Penelitian

commit to user

21


digilib.uns.ac.id

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 Titik Pengambilan Ruas Jalan 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. commit to user Hasil pengujian pada kadar air optimum ( wopt) dimana tanah telah mencapai

22


digilib.uns.ac.id

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

23


digilib.uns.ac.id

H = 19mm

Ring Oedometer Kosong

1/3 bagian tanah

3 mm 16 mm

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 :

Sebelum Diberi Air Tekanan 6,9 KPa

Sampel Awal

Setelah Diberi Air Tekanan 6,9 KPa

Sampel Setelah Pengujian

Gambar 3.3 Perilakucommit Benda Uji to user pada Pengujian Swelling

24


digilib.uns.ac.id

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

25


digilib.uns.ac.id

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 Grain size analysis Nomor sampel

(1) KJ STA 14+200 MS STA 17+900 BR STA 20+700 SM STA 10+100

Klasifikasi

Atterberg limit

Kerikil

Pasir

Lanau

Lempung

(%)

(%)

(%)

(%)

(2)

(3)

(4)

(5)

0.00 0.00 0.00 0.00

8.52 27.32 36.60 29.40

68.73 44.85 36.87 48.06

22.75 20.69 17.34 17.81

LL

PL

IP

(%)

(%)

(%)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

2.48 2.41 2.45 2.63

74.417 53.61 67.98 48.29

36.048 33.07 35.07 26.72

38.368 18.53 29.90 21.56

CH MH MH CL

Gs

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.


digilib.uns.ac.id

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

wopt

gd maks

(%) (2)

( gr/cm3 ) (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

Nomor sampel (1)

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 : commit to user


digilib.uns.ac.id

Tabel 4.3a Hasil Pengujian Prosentase Mengembang Kalijambe, Sragen Prosentase mengembang Nama sampel Kadar air awal %

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 Prosentase mengembang Nama sampel Kadar air awal %

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% commit to user

0,31


digilib.uns.ac.id

Tabel 4.3c Hasil Pengujian Prosentase Mengembang Mlese, Cawas, Klaten Prosentase mengembang Nama sampel Kadar air awal %

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 Prosentase mengembang Nama sampel Kadar air awal %

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


digilib.uns.ac.id

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 commit to user yang lebih kecil dibandingkan


digilib.uns.ac.id

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

commit to user

29.86


digilib.uns.ac.id

Tabel 4.4 Perhitungan Presentase Mengembang Time Dial (minute) Reading

Swelling (cm)

Change of Ht (ΔH)

Final Ht of specimen (cm)

Strain ε%

Volume change (cm3)

(4)

(5)

(6)

(7)

0.0000 0.0455 0.0240 0.0490 0.0085 0.0055 0.0030 0.0035 0.0035 0.0030 0.0040 0.0020 0.0020 0.0050 0.0020 0.0020 0.0020 0.0010 0.0000 0.0000

1.6000 1.6000 1.6455 1.6695 1.7185 1.7270 1.7325 1.7355 1.7390 1.7425 1.7455 1.7495 1.7515 1.7535 1.7585 1.7605 1.7625 1.7645 1.7655 1.7655 1.7655

0.0000 0.0000 2.8438 4.3438 7.4063 7.9375 8.2813 8.4688 8.6875 8.9063 9.0938 9.3438 9.4688 9.5938 9.9063 10.0313 10.1563 10.2813 10.3438 10.3438 10.3438

0.0000 0.0000 1.6304 2.4904 4.2462 4.5508 4.7479 4.8554 4.9808 5.1062 5.2137 5.3571 5.4287 5.5004 5.6796 5.7512 5.8229 5.8946 5.9304 5.9304 5.9304

(1)

(2)

(3)

0 0.1 0.2 0.5 1 2 4 8 15 30 60 120 240 480 1440 2880 4320 5760 7200 8640 10080

39.5 39.5 85 109 158 166.5 172 175 178.5 182 185 189 191 193 198 200 202 204 205 205 205

0.0395 0.0395 0.0850 0.1090 0.1580 0.1665 0.1720 0.1750 0.1785 0.1820 0.1850 0.1890 0.1910 0.1930 0.1980 0.2000 0.2020 0.2040 0.2050 0.2050 0.2050

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


digilib.uns.ac.id

Regangan tanah, ε (%)

15

10

5

0 0

1000

2000

3000

4000

5000 6000 7000 8000 Waktu Swelling (menit)

9000 10000 11000

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

commit to user

pengujian

sampel.

12

w = 21,15% w = 22,84% 10

w = 26,43 % w = 29,42%

Strain, ε (%)

8

w = 32,98% w = 35,67% w = 40,16%

6

w = 42,53% w = 44,55% 4

w = 47,48%

2

0 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

11000

Time, minute (t)

Gambar 4.2a Grafik Uji Mengembang Tanah Kalijambe, Sragen

9 w = 18,29% w = 20,02%

8

w = 23,91% 7

w = 25,29% w = 28,64%

Strain , ε (%)

6

w = 31,8% w = 32,54%

5

w = 35,37% w = 37,92%

4

w = 39,39% 3 2 1 0 0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

Time, Minute (t)

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

18000

8 w = 16,5% w = 18,6%

7

w = 21,3% w = 23,91%

6

w = 24,12% w = 33,84%

Strain , ε (%)

5

w = 34,02% w = 36,06%

4

w = 37,07% w = 38,94%

3

2

1

0 0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

Time, Minute (t)

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

16000

7 w = 19,53% w = 23,41% 6

w = 27,43% w = 29,61%

5

w = 33,27%

Strain (%)

w = 36,11% w = 39,01%

4

w = 41,87% w = 43,00% 3

w = 46,2%

2

1

0 0

2000

4000

6000

8000

10000

Time (Minute)

Gambar 4.2d Grafik Uji Mengembang Tanah Simo, Boyolali

12000


digilib.uns.ac.id

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 Kalijambe Mlese Barepan Simo

STA

Kadar Air %

%

14+200 17+900 20+500 10+100

21,15 21,30 20,02 19,53

38,37 18,54 29,90 21,56

IP

Swell %

10,34 2,02 6,95 5,88

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

STA

Kadar Air

Kalijambe Mlese Barepan Simo

14+200 17+900 20+500 10+100

IP

Swell

%

%

%

32,98 33,84 31,80 33,27

38,37 18,54 29,90 21,56

3,69 0,97 2,59 3,20

Tabel 4.5c Indeks Plastisitas Vs Swelling pada Kadar Air ± 39% Ruas Jalan kalijambe mlese barepan Simo

STA 14+200 17+900 20+500 10+100

Kadar Air

IP

Swell

%

%

%

40,16 38,94 39,39 39,01

38,37 18,54 29,90 21,56

commit to user

2,00 0,28 0,31 0,62


digilib.uns.ac.id

15

Swelling Precentage (%)

IP VS Swell 21% y = 0,361x - 3,500 R² = 0,885

10

IP VS Swell 32% y = 0,095x + 0,016 R² = 0,521 5

IP VS Swell 39% y = 0,073x - 1,193 R² = 0,655

0 10

20

30

40

Plasticity Indeks ( % )

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. commit to user


digilib.uns.ac.id

12

Persentase Mengembang (%)

10 8 6 4 R² = 0,895 2 0 10

20

30

40

50

Kadar air (%)

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

12


10 8 6 4 R² = 0,969 2 0 10

20

30 Kadai Air(%)

40

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

50


digilib.uns.ac.id

12


10

8

6

4 R² = 0,898 2

0 10

20

30 Kadar Air(%)

40

50

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

12


10 8 6 4 R² = 0,919 2 0 10 -2

20

30

40

Kadar Air(%)

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

50


digilib.uns.ac.id

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(,)) − …, mŖ

Persamaan empiris Grafik 4.4b :

Ϝ ,) +

r,

*(,)) = − …, ……Ϝ(,)) − …, r

,) + Ϝ ,

*(,)) = …, …

m ,) +

Persamaan empiris Grafik 4.4c : (,)) − Ϝ,

Persamaan empiris Grafik 4.4d : *(,)) = …, ……… (,)) − …, rrŖ

Ŗ, r

r ………………...(4-1) …………………...(4-2)

Ϝ…………………...(4-3)

,) + Ϝ , 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


digilib.uns.ac.id

Tabel 4.6 Hasil Perhitungan Persentase Mengembang Berbagai Model Empiris Model Model Model Model Model Seed Nayak & Chen Muntohar Peneliti Nomor sampel (1962) Christensen (1975) (2006) (2011) ( 1974) % (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

(1)

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 :

20,0 18,0

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

Presentase Mengembang(%)

16,0 14,0

Model Nayak&Christensen y = 0,003x2 + 0,008x + 6,192 R² = 0,980

12,0 10,0

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

8,0 6,0 4,0

Model Muntohar

2,0

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

0,0 15

20

25

30

35

40

Indeks Plastisitas (%)

Gambar 4.5 Grafik Model- model Empiris Prediksi Persentase commitMengembang to user


digilib.uns.ac.id

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


digilib.uns.ac.id

Tabel 4.7a Perbandingan Prediksi Mengembang Tanah Kalijambe, Sragen Nayak dan Hasil Seed Chen Muntohar Nomor sample Christensen Uji % (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

(1)

Tabel 4.7b Perbandingan Prediksi Mengembang Tanah Mlese, Cawas, Klaten Nayak dan Hasil Seed Chen Muntohar Nomor sample Christensen 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


digilib.uns.ac.id

Tabel 4.7c Perbandingan Prediksi Mengembang Tanah Barepan, Cawas, Klaten Nayak dan Hasil Seed Chen Muntohar Nomor sample Christensen 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 Nayak dan Hasil Seed Chen Muntohar Nomor sample Christensen 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


digilib.uns.ac.id

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

16

14


12

10 Seed % 8

Nayak % Chen %

6

Muntohar % Hasil Uji %

4

2

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

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

8

7

Persentase Mengembang(%)

6

5 Seed % 4

Nayak % Chen %

3

Muntohar % Hasil Uji %

2

1

0 Mlese 1

Mlese 2

Mlese 3

Mlese 4

Mlese 5

Mlese 6

Mlese 7

Mlese 8

Mlese 9

Mlese 10

Nama Sampel

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

12


10

8

Seed %

6

Nayak % Chen % Muntohar %

4

Hasil Uji % 2

0 Barepan 1 Barepan 2 Barepan 3 Barepan 4 Barepan 5 Barepan 6 Barepan 7 Barepan 8 Barepan 9 Barepan 10 Nama Sampel

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

12


10

8 Seed % 6

Nayak % Chen % Muntohar %

4

Hasil Uji %

2

0 Simo 1

Simo 2

Simo 3

Simo 4

Simo 5

Simo 6

Simo 7

Simo 8

Simo 9

Simo 10

Nama Sampel

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

Kadar Air Vs Swelling

Presentase Pengembangan (%)

12 10

Kalijambe

8

Barepan 6

Mlese Simo

4 2 0 10

15

20

25

30

35

40

45

50

Kadar Air (%)

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


digilib.uns.ac.id

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) − , 1Ŗ̜̜… éǴ + Persamaan empiris Barepan :

, ̜̜

…

Ú(éǴ) = − , …(éǴ) − ,

…………………...(4-2)

Persamaan empiris Mlese :

éǴ + … , ̜

Ú(éǴ) = ,

1 éǴ +

… ………

̜ (éǴ) − …,

Persamaan empiris Simo :

Ú(éǴ) = , (éǴ) − ,

Ŗ,

Ŗ éǴ + … , 1… …………………...(4-4)

Persamaan tersebut diatas diharapkan dapat memprediksikan besar persentase mengembang di daerah penelitian dengan parameter kadar air (water content). commit to user


digilib.uns.ac.id

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.

commit to user

KAJIAN PENGEMBANGAN TANAH LEMPUNG DITINJAU DARI BESARNYA KADAR AIR

Recommend Documents