Tinjauan Umum Kekuatan Geser Tanah Kriteria Umum tanah Timbunan

20

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Tinjauan Umum

Tanah merupakan material yang terdiri dari agregat butiran, beberapa mineral-mineral padat yang tidak tersedimentasi terikat secara kimia satu sama lain dari bahan-bahan organik yang telah melapuk disertai dengan zat cair dan gas yang mengisi ruang-ruang kosong di antara partikel-partikel padat tersebut. Salah satu kegunaan tanah adalah sebagai pendukung struktur bangunan atas sehingga tanah harus tetap stabil dan tidak mengalami penurunan yang mengakibatkan kerusakan konstruksi. Istilah penurunan menunjukkan tenggelamnya suatu bangunan akibat kompresi dan deformasi lapisan tanah di bawah bangunan. Karena rumitnya sifat-sifat mekanik tanah maka penurunan struktur hanya dapat diperkirakan dengan hasil analisis tanah tersebut, sehingga perlu diketahui sifat-sifat dasar tanah seperti komposisi tanah, permeabilitas tanah, dan daya dukungnya serta penyebab lainnya.

2.2 Parameter Tanah

Dalam mendesain bangunan geoteknik, diperlukan data tanah yang dapat menunjukkan kondisi tanah di lapangan. Data yang diperlukan dapat berupa data pengujian di laboratorium dan data hasil pengujian di lapangan. Pengambilan sampel tanah dan pengujian laboratorium tidak dilakukan pada seluruh lokasi melainkan di tempat-tempat yang memungkinkan dianggap mewakili lokasi sebenarnya. Universitas Sumatera Utara 21 Kelengkapan data dalam penyelidikan lapangan, menentukan akurasi dalam perencanaan, tetapi tidak semua data dapat diperoleh dengan lengkap. Hal terkait dengan masalah biaya pengambilan sampel atau kendala non teknis yang terjadi di lapangan. Oleh karena itu, perencana harus dapat mengambil asumsi yang dapat dipertanggung jawabkan dengan nilai kesalahan yang minimal. Asumsi tersebut diperoleh dari korelasi empiris yang telah dilakukan oleh ahli- ahli geoteknik yang mengacu pada pamahaman mekanika tanah yang baik. Secara umum elemen tanah mempunyai 3 tiga fase, yaitu butiran padat, air dan udara. Pemahaman mengenai komposisi tanah diperlukan untuk mengambil keputusan dalam memperoleh parameter tanah. Berdasarkan ketiga fase tersebut, diperoleh hubungan antara volume dengan berat seperti terlihat pada Gambar 2.1. Gambar 2.1. Hubungan antar fase tanah Universitas Sumatera Utara 22 Hubungan volume yang umum digunakan untuk suatu elemen tanah adalah angka pori void ratio, porositas porosity, derajat kejenuhan degree of saturation , sedangkan untuk hubungan berat digunakan istilah kadar air water content , dan berat volume unit weight. Hubungan-hubungan tersebut dapat dikembangkan sehingga dapat digunakan parameter tanah yang digunakan dalam perhitungan desain Tabel 2.1. Tabel 2.1 Korelasi berbagai jenis parameter tanah

2.2.1 Klasifikasi Tanah dari Data Sondir

Data tekanan conus qc dan hambatan pelekat fs yang didapatkan dari hasil pengujian sondir dapat digunakan untuk menentukan jenis tanah seperti yang ditunjukkan dalam Tabel 2.2: Universitas Sumatera Utara 23 Tabel 2.2 Klasifikasi tanah dari data sondir Hubungan antara konsistensi terhadap tekanan conus dan undrained cohesion adalah sebanding dimana semakin tinggi nilai c dan qc maka semakin keras tanah tersebut. Seperti yang terlihat dalam Tabel 2.3: Tabel 2.3 Hubungan antara konsistensi dengan nilai tekanan konus pada sondir Konsistensi Tanah Tekanan Konus qc kgcm 2 Undrained Cohesion Tm 2 Very Soft Soft Medium Stiff Stiff Very Stiff Hard 2,50 2,50 – 5,0 5,0 – 10,0 10,0 – 20,0 20,0 – 40,0 40,0 1,25 1,25 – 2,50 2,50 – 5,0 5,0 – 10,0 10,0 – 20,0 20,0 Begitu pula hubungan antara kepadatan dengan relative density, nilai N SPT, qc dan Ø adalah sebanding. Hal ini dapat dilihat dalam pada Tabel 2.4: Universitas Sumatera Utara 24 Tabel 2.4 Hubungan antara kepadatan, relative density, nilai N, qc, dan ø Mayerhoff, 1965 Kepadatan Relatif Density γd Nilai N SPT Tekanan Konus qc kgcm 2 Sudut Geser ø o Very Loose sangat lepas Loose lepas Medium Dense agak kompak Dense kompak Very Dense sangat kompak 0,2 0,2 – 0,4 0.4 – 0,6 0,6 – 0,8 0,8 – 1,0 4 4 – 10 10 – 30 30 – 50 50 20 20 – 40 40,0 – 120 120 – 200 200 30 30 – 35 35 – 40 40 – 45 45

2.2.2 Berat isi

γ sat dan γ unsat Berat volume atau berat isi γ merupakan berat tanah persatuan volume, jadi: V Volume W Berat γ = Tabel 2.5 Korelasi empiris antara nilai N-SPT dengan unconfined compressive strength dengan berat jenis tanah jenuh γ sat untuk tanah kohesif. N-SPT Blowsft Konsistensi q u Unconfined Compressive Stength tonsft 2 γ sat kNm 3 2 Very Soft 0.25 16 - 19 2 – 4 Soft 0.25 – 0.50 16 - 19 4 – 8 Medium 0.50 – 1.00 17 - 20 8 – 15 Stiff 1.00 – 2.00 19 - 22 15 – 30 Very Stiff 2.00 – 4.00 19 - 22 30 Hard 4.00 19 - 22 Korelasi untuk menentukan berat jenis tanah γ dan berat jenis tanah jenuh γ sat pada tanah kohesif dan non kohesif dapat dilihat pada tabel 2.6 dan tabel 2.7. Universitas Sumatera Utara 25 Tabel 2.6 Korelasi berat jenis tanah γ untuk tanah non kohesif dan kohesif. Cohesionless Soil N 0 - 10 11 - 30 31 – 50 50 Unit Weight γ, kNm 3 12 -16 14 - 18 16 - 20 18 - 23 Angle of Friction , φ 25 - 32 28- 36 30 - 40 35 State Loose Medium Dense Very Dense Cohesive N 4 4 - 6 6 – 15 16 - 25 25 Unit Weight γ, kNm 3 14 -18 16 - 18 16 - 18 16 - 20 20 q u , kPa 25 20 - 50 30 - 60 40 - 200 100 State Very Soft Soft medium Stiff Hard Soil Mechanics, William T., Whitman, Robert V., 1962 Tabel 2.7 Korelasi berat jenis tanah jenuh γ sat untuk tanah non kohesif. Desciption Very Loose Loose Medium Dense Very Dense N-SPT Fine 1 - 2 3 - 6 7 - 15 16 - 30 Medium 2 - 3 4 - 7 8 - 20 21 - 40 40 Coarse 3 - 6 5 – 9 10 - 25 16 - 45 45 Angle of friction φ Fine 26 - 28 28 - 30 30 - 34 33 - 38 Medium 27 - 28 30 - 32 32 - 36 36 - 42 50 Coarse 28 - 30 30 - 34 33 - 34 40 - 50 γ wet kNm 3 11 - 16 14 - 18 17 - 20 17 - 22 20 - 23 Universitas Sumatera Utara 26

2.2.3 Modulus Young

Nilai modulus young menunjukkan besarnya nilai elastisitas tanah yang merupakan perbandingan antara tegangan yang terjadi terhadap regangan. Nilai ini bisa didapatkan dari Traxial Test. Dengan menggunakan data sondir, booring dan grafik triaksial dapat digunakan untuk mencari besarnya nilai elastisitas tanah. Nilai yang dibutuhkan adalah nilai qc atau cone resistance. Yaitu dengan menggunakan rumus : E = 2.qc kgcm² E = 3.qc untuk pasir E = 2. sampai 8. qc untuk lempung Nilai yang dibutuhkan adalah nilai N. Modulus elastisitas didekati dengan menggunakan rumus : E = 6 N + 5 kft² untuk pasir berlempung E = 10 N + 15 kft² untuk pasir Tabel 2.8 Nilai Perkiraan Modulus Elastisitas Tanah Bowles, 1997 Macam Tanah E Kgcm 2 Lempung Sangat Lunak Lunak Sedang Berpasir Pasir Berlanau Tidak Padat Padat Pasir Dan Kerikil Padat Tidak Padat Lanau Loess Cadas 3 - 30 20 - 40 45 - 90 300 - 425 50 - 200 100 - 250 500 - 1000 800 - 2000 500 - 1400 20 - 200 150 - 600 1400 - 14000 Universitas Sumatera Utara 27

2.2.4 Poisson Ratio

Nilai poisson ratio ditentukan sebagai rasio kompresi poros terhadap regangan pemuaian lateral. Nilai poisson ratio dapat ditentukan berdasar jenis tanah seperti yang terlihat pada Tabel 2.9 di bawah ini. Tabel 2.9 Nilai Perkiraan Angka Poisson Tanah Bowles, 1997 Macam Tanah v angka poisson tanah Lempung Jenuh Lempung Tak Jenuh Lempung Berpasir Lanau Pasir Padat Pasir Kasar Pasir Halus Batu Loess 0,40 – 0,50 0,10 – 0,30 0,20 – 0,30 0,30 – 0,35 0,20 – 0,40 0,15 0,25 0,10 – 0,40 0,10 – 0,30

2.2.5 Sudut Geser Dalam

Kekuatan geser dalam mempunyai variabel kohesi dan sudut geser dalam. Sudut geser dalam bersamaan dengan kohesi menentukan ketahanan tanah akibat tegangan yang bekerja berupa tekanan lateral tanah. Nilai ini juga didapatkan dari pengukuran engineering properties tanah dengan Direct Shear Test. Hubungan antara sudut geser dalam dan jenis tanah ditunjukkan pada Tabel 2.10: Tabel 2.10 Hubungan antara sudut geser dalam dengan jenis tanah Jenis Tanah Sudut Geser Dalam ø Kerikil kepasiran 35 ̊ - 40̊ Kerikil kerakal 35 ̊ - 40̊ Pasir padat 35 ̊ - 40̊ Pasir lepas 30 ̊ Lempung kelanauan 25 ̊ – 30̊ Lempung 20 ̊ – 25̊ Universitas Sumatera Utara 28

2.2.6 Kohesi

Kohesi merupakan gaya tarik menarik antar partikel tanah. Bersama dengan sudut geser dalam, kohesi merupakan parameter kuat geser tanah yang menentukan ketahanan tanah terhadap deformasi akibat tegangan yang bekerja pada tanah dalam hal ini berupa gerakan lateral tanah. Deformasi ini terjadi akibat kombinasi keadaan kritis pada tegangan normal dan tegangan geser yang tidak sesuai dengan faktor aman dari yang direncanakan. Nilai ini didapat dari pengujian Direct Shear Test. Nilai kohesi secara empiris dapat ditentukan dari data sondir qc yaitu sebagai berikut: Kohesi c = qc20

2.3 Kekuatan Geser Tanah

Kekuatan geser tanah diperlukan untuk menghitung daya dukung tanah bearing capacity, tegangan tanah terhadap dinding penahan earth pressure dan kestabilan lereng. Kekuatan geser tanah dalam tugas akhir ini pada ruas jalan P. Siantar – Parapat Km. 152+750 menggunakan analisa Direct Shear Test. Kekuatan geser tanah terdiri dari dua parameter, yaitu: 1. Bagian yang bersifat kohesi c yang tergantung dari macam 2. Bagian yang mempunyai sifat gesekan frictional yang sebanding dengan tegangan efektif σ yang bekerja pada bidang geser. Kekuatan geser tanah dapat dihitung dengan rumus: S = c + σ – u tan ø Dimana : S = Kekuatan geser σ = Tegangan total pada bidang geser Universitas Sumatera Utara 29 u = Tegangan air pori c = kohesi ø = Sudut geser

2.4 Kriteria Umum tanah Timbunan

Sebelum melakukan desain, terlebih dahulu kita harus mengetahui nilai- nilai berat volume γ, kohesi c, sudut geser dalam tanah ø yang digunakan dalam hitungan tekanan tanah lateral. Nilai-nilai c dan ø dapat ditentukan dari uji geser dan tes triaksial. Tipe-tipe tanah timbunan tanah untuk dinding penahan tanah menurut Terzaghi dan Peck 1948 adalah : 1 Tanah berbutir kasar, tanpa campuran partikel halus, sangat lolos air pasir bersih atau kerikil. 2 Tanah berbutir kasar dengan permeabilitas rendah karena tercampur oleh partikel lanau. 3 Tanah residu residual soil dengan batu-batu, pasir berlanau halus dan material berbutir dengan kandungan lempung yang cukup besar. 4 Lempung lunak atau sangat lunak, lanau organik, atau lempung berlanau. 5 Lempung kaku atau sedang yang diletakkan dalam bongkahan-bongkahan dan dicegah terhadap masuknya air hujan kedalam sela-sela bongkahan tersebut saat hujan atau banjir. Jika kondisi ini tidak dapat dipenuhi, maka lempung sebaiknya tidak dipakai untuk tanah timbunan. Dengan bertambahnya kekakuan tanah lempung maka bertambah pula bahaya ketidakstabilan dinding penahan akibat infitrasi air yang bertambah dengan cepat. Universitas Sumatera Utara 30 Hal pertama yang dilakukan saat mendesain dinding penahan tanah adalah menggunakan salah satu dari lima material di atas. Contoh 1 sampai 3 mempunyai sudut geser dalam tanah dengan permeabilitas sedang, ditentukan dengan uji triaksial drained, karena angka pori-pori tanah ini dapat menyesuaikan sendiri selama melaksanakan pekerjaan. Penyesuaian butiran sering dengan berjalannya waktu, akan mengurangi angka pori dan meningkatkan kuat geser dalam tanah. Untuk perhitungan, kohesi untuk tanah timbunan jenis 1-3 sebaiknya diabaikan. Untuk jenis 4 dan 5, nilai c dan ø ditentukan dari pengujian triaksial undrained . Pengujian dilakukan pada contoh tanah dengan kepadatan dan kadar air yang diusahakan sama seperti yang diharapkan terjadi di lapangan, pada waktu tanah timbunan selesai diletakkan. Penggunaan tanah timbunan berupa tanah lempung sebaiknya dihindari sebab tanah ini dapat berubah kondisinya sewaktu pekerjaan telah selesai.

2.5 Pemadatan Tanah Timbunan