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