BAB II TINJAUN PUSTAKA
2.1 Tinjauan Umum 2.1.1 Tanah
Tanah adalah material yang terdiri dari agregat mineral – mineral padat yang tidak terikat satu sama lain dengan bahan – bahan organik yang telah hancur
yang kemudian disertai zat cair dan gas yang mengisi ruang – ruang kosong di antara partikel – partikel padat tersebut Das ,1991. Tanah biasanya terdiri dari
dua atau tiga fase bagian. Tanah kering terdiri dari dua bagian, yaitu butiran padat tanah dan rongga yang diisi oleh udara. Tanah asli terdiri terdiri tiga bagian, yaitu
butiran padat tanah, air, dan rongga yang diisi oleh udara. Bagian-bagian tanah dapat digambarkan dalam bentuk diagram fase, seperti yang ditunjukkan Gambar
2.1 .
Gambar 2.1 a elemen tanah dalam keadaan asli ; b tiga fase elemen tanah sumber : Das, Braja M, 1998, Mekanika Tanah Jilid 1, hal 30
Dari gambar di atas, kita dapat menggunakan persamaan 2.1 menghitung volume total dari suatu tanah.
� = �
�
+ �
�
= �
�
+ �
�
+ �
�
2.1 Dimana :
Universitas Sumatera Utara
V
s
= volume butiran padat V
v
= volume pori V
w
= volume air di dalam pori V
a
= volume udara di dalam pori Jika diasumsikan bahwa udara tidak memiliki berat, maka untuk menghitung berat
total tanah W dapat menggunakan persamaan 2.2 : � = �
�
+ �
�
2.2 Dimana :
�
�
= berat butiran padat �
�
= berat air
2.1.2 Sifat-sifat fisik tanah 2.1.2.1 Kadar air moisture content
Kadar air tanah ω yang disebut juga sebagai water content didefenisikan sebagai perbandingan antara berat air dan berat butiran padat pada volume tanah
yang diselidiki. Persamaan 2.3 digunakan untuk menhitung kadar air ω suatu
tanah. ω =
�
�
�
�
� 100 2.3
2.1.2.2 Porositas porocity
Porositas � didefenisikan sebagai perbandingan antara volume pori �
�
dengan volume total � pada tanah tersebut. Persamaan 2.4 digunakan untuk
menghitung nilai porositas tanah �.
� =
�
�
�
� 100 2.4
2.1.2.3 Angka pori void ratio
Angka pori � didefenisikan sebagai perbandingan antara volume pori
�
�
dengan volume butiran padat �
�
pada tanah tersebut. Persamaan 2.5 digunakan untuk menghitung angka pori tanah
� . � =
�
�
�
�
2.5
2.1.2.4 Berat jenis specific gravity
Berat jenis tanah �
�
didefenisikan sebagai perbandingan antara berat volume butiran padat
�
�
dengan berat volume air �
�
dengan isi yang sama
Universitas Sumatera Utara
pada temperatur tertentu. Nilai suatu berat jenis tanah tidak memiliki satuan tidak berdimensi. Persamaan 2.6 dapat digunakan untuk menghitung berat jenis tanah
�
�
dari suatu tanah. Tabel 2.1 menunjukkan nilai berat jenis dari bermacam jenis tanah.
�
�
=
�
�
�
�
2.6
2.1.2.5 Berat volume unit weight
Berat volume γ adalah berat tanah per satuan volume. Jadi,
γ =
� �
2.7 Para ahli tanah kadang-kadang menyebut berat volume unit weight sebagai berat
volume basah moist unit weight. 2.1.2.6. Berat volume kering dry unit weight
Berat volume kering �
�
didefenisikan sebagai perbandingan antara berat butiran padat tanah
�
�
dengan volume total tanah �. Persamaan 2.8 digunakan untuk
menghitung berat volume kering �
�
dari suatu tanah. �
�
=
�
�
�
2.8
Tabel 2.1 Berat jenis tanah Hardiyatmo,2002 Macam Tanah
Berat Jenis Kerikil
2,65 - 2,68 Pasir
2,65 - 2,68 Lanau tak organik
2,62 - 2,68 Lempung organik
2,58 - 2,65 Lempung tak organik
2,68 - 2,75 Humus
1,37 Gambut
1,25 - 1,80
2.1.2.7 Berat volume butiran padat soil volume weight
Berat volume butiran padat �
�
didefenisikan sebagai perbandingan antara berat butiran tanah
�
�
dengan volume butiran tanah padat �
�
. Persamaan 2.9 digunakan untuk menhitung berat volume butiran padat
�
�
suatu tanah. �
�
=
�
�
�
�
2.9
Universitas Sumatera Utara
2.1.2.8 Derajat kejenuhan S
Derajat kejenuhan � didefenisikan sebagai perbandingan antara volume
air �
�
dengan volume total rongga tanah �
�
. Bila suatu tanah dalam keadaan jenuh, maka nilai
� = 1. Persamaan 2.10 dapat digunakan untuk menghitung derajat kejenuhan suatu tanah
�. Tabel 2.2 menunjukkan nilai derajat kejenuhan dari beragam keadaan tanah.
� =
�
�
�
�
� 100 2.10
Tabel 2.2 Derajat kejenuhan dan kondisi tanah Hardiyatmo,2002 Keadaan Tanah
Derajat Kejenuhan Tanah kering
Tanah agak lembab 0 - 0,25
Tanah lembab 0,26 - 0,50
Tanah sangat lembab 0,51 - 0,75
Tanah basah 0,76 - 0,99
Tanah jenuh 1
2.1.2.9 Batas-batas Atterberg Atterberg limit
Batas-batas Atterberg ditemukan oleh peneliti tanah berkebangsaan Swedia, Atterberg pada tahun 1911. Batas-batas Atterberg digunakan untuk
mengklasifikasikan jenis tanah untuk mengetahui engineering properties dan engineering behavior tanah berbutir halus.
Dua hal yang menjadi parameter utama untuk mengetahui plastisitas tanah lempung yaitu batas atas dan batas bawah plastisitas. Atterberg memberikan cara
untuk menggambarkan batas-batas konsistensi dari tanah berbutir halus dengan mempertimbangkan kandungan kadar airnya Holtz dan Kovacs, 1981. Batas-
batas tersebut adalah batas cair, batas plastis dan batas susut. Hal ini dapat dilihat dalam Gambar 2.2 .
2.1.2.9.1 Batas cair liquid limit
Batas cair liquid limit adalah sebagai kadar air pada tanah ketika tanah berada diantara keadaan plastis dan keadaan cair. Batas cair ditentukan dari
pengujian Cassagrande 1948, yakni dengan menggunakan cawan yang telah
Universitas Sumatera Utara
dibentuk sedemikian rupa yang telah berisi sampel tanah yang telah dibelah oleh grooving tool dan dilakukan dengan pemukulan
Gambar 2.2. Batas-batas Atterberg sampel dengan dua sampel dengan pukulan diatas 25 pukulan dan dua sampel
dengan pukulan dibawah 25 pukulan sampai tanah yang telah dibelah tersebut menyatu.
Hal ini dimaksudkan agar mendapatkan persamaan sehingga didapatkan nilai kadar air pada 25 kali pukulan. Batas cair memiliki batas nilai antara 0 – 1000,
akan tetapi kebanyakan tanah memiliki nilai batas cair kurang dari 100. Holtz dan Kovacs, 1981.
Alat uji batas cair berupa cawan Cassagrande dan grooving tool dapat dilihat pada Gambar 2.3.
2.1.2.9.2 Batas plastis plastic limit
Batas plastis plastic limit dapat diartikan sebagai kadar air pada tanah ketika tanah berada diantara keadaan semi padat dan keadaan plastis. Untuk
mengetahui batas plastis suatu tanah dilakukan dengan pecobaan menggulung tanah berbentuk silinder dengan diameter sekitar 3,2 mm dan mulai mengalami
retak-retak ketika digulung. Kadar air dari sampel tersebut adalah batas plastisitas.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.3 Cawan Casagrande dan grooving tool Das,1998
2.1.2.9.3 Batas susut shrinkage limit
Batas susut shrinkage limit adalah kadar air tanah pada kedudukan antara daerah semi padat dan padat, yaitu persentase kadar air di mana
pengurangan kadar air selanjutnya mengakibatkan perubahan volume tanahnya. Percobaan batas susut dilaksanakan dalam laboratorium dengan cawan porselin
diameter 44,4 mm dengan tinggi 12,7 mm. Bagian dalam cawan dilapisi oleh pelumas dan diisi dengan tanah jenuh sempurna yang kemudian dikeringkan
dalam oven. Volume ditentukan dengan mencelupkannya dalam air raksa. Batas susut dapat dinyatakan dalam persamaan
�� = �
�
1
−�
2
�
2
−
�
1
−�
2
�
�
�
2
� � 100 2.11
dengan : �
1
= berat tanah basah dalam cawan percobaan gr �
2
= berat tanah kering oven gr �
1
= volume tanah basah dalam cawan ��
3
Universitas Sumatera Utara
�
2
= volume tanah kering oven ��
3
�
�
= berat jenis air
2.1.2.9.4 Indeks plastisitas plasticity index
Indeks plastisitas merupakan interval kadar air dimana tanah masih bersifat plastis. Indeks plastisitas dapat menunjukkan sifat keplastisitasan tanah
tersebut. Apabila tanah memiliki interval kadar air daerah plastis yang kecil, maka tanah tersebut disebut tanah kurus, sedangkan apabila suatu tanah memiliki
interval kadar air daerah plastis yang besar disebut tanah gemuk. Indeks Plastisitas PI dapat diketahui dengan menghitung selisih antara batas cair dengan batas
plastis dari tanah tersebut. Persamaan 2.12 dapat digunakan untuk menghitung besarnya nilai indeks plastisitas dari suatu tanah. Tabel 2.3 menunjukkan batasan
nilai indeks plastisitas dari jenis-jenis tanah. �� = �� − ��
2.12 Dimana :
LL = batas cair PL = batas plastis
2.1.2.10 Klasifikasi tanah
Klasisfikasi tanah merupakan hal yang dapat membantu perencana dalam pengarahan melalui cara empiris yang tersedia dari hasil pengalaman yang lalu.
Namun perencana harus berhati-hati dalam penerapannya karena penyelesaian masalah stabilitas, penurunan dan aliran air yang didasarkan pada klasifikasi tanah
biasanya menimbulkan kesalahan yang berarti. Umumnya klasifikasi tanah didasarkan atas ukuran partikel yang diperoleh dari analisa saringan dan
plastisitasnya. Terdapat dua sistem klasifikasi yang dapat digunakan yaitu Unified Soil Classification System USCS dan AASHTO.
Tabel 2.3 Indeks Plastisitas Tanah Hardiyatmo,2002 PI
Sifat Macam tanah
Kohesi Non – Plastis
Pasir Non - Kohesif
7 Plastisitas Rendah
Lanau Kohesif Sebagian
7 – 17 Plastisitas Sedang Lempung berlanau
Kohesif
Universitas Sumatera Utara
17 Plastisitas Tinggi
Lempung Kohesif
2.1.2.10.1. Sistem klasifikasi Unified soil classification system USCS
Pengklasifikasian menurut sistem Unified Soil Classification System USCS didasari atas hasil analisa saringan. Jika suatu tanah tertahan pada
saringan nomor 200 lebih dari 50 dari berat total tanah diklasifikasikan sebagai tanah berbutir kasar, namun apabila tanah yang tertahan pada saringan nomor 200
lebih kecil dari pada 50 dari berat total tanah diklasifikasikan sebagai tanah berbutir halus. Pengklasifikasian tanah berdasarkan system USCS dapat dilihat
pada Gambar 2.4. Simbol-simbol yang digunakan dalam sistem klasifikasi ini diantaranya :
G = kerikil gravel
W = bergradasi baik well-graded
S = pasir sand
P = bergradasi buruk poor-graded
C = lempung clay
H = plastisitas tinggihigh-plasticity
M = lanau silt
L = plastisitas rendah low-plasticity
O = lanauempung organik organic silt or clay
Pt = gambut peat
2.1.2.10.2. Sistem klasifikasi AASHTO
Universitas Sumatera Utara
Sistem AASHTO American Association of State Highway Transportation Official berguna untuk menentukan kualitas tanah dalam perencanaan timbunan
jalan, subbase dan subgrade. Sistem AASHTO membagi tanah ke dalam 7
kelompok, A-1 sampai dengan A-7. Tanah dalam tiap kelompok dievaluasi terhadap indeks kelompoknya yang dihitung dalam rumus empiris. Pengujian
yang digunakan hanya berupa analisa saringan dan nilai batas-batas Atterberg.
Gambar 2.4. Klasifikasi tanah sistem Unified Soil Classification System USCS
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.5. Klasifikasi Tanah Sistem AASHTO
2.1.3 Sifat-sifat mekanis tanah 2.1.3.1 Pemadatan tanah Compaction
Pemadatan adalah densifikasi tanah yang jenuh dengan penurunan volume rongga diisi dengan udara, sedangkan volume butiran tanah padat dan kadar air
tetap pada dasarnya sama. Pemadatan tanah dimaksudkan untuk mempertinggi kuat geser tanah, mengurangi sifat mudah mampat kompresibilitas, mengurangi
permeabilitas serta dapat mengurangi perubahan volume sebagai akibat perubahan kadar air dan lainnya.
Pada tanah granuler dipandang paling mudah penanganannya untuk pekerjaan di lapangan. Material ini mampu memberikan kuat geser yang tinggi
dengan sedikit perubahan volume sesudah dipadatkan. Pada tanah lanau yang dipadatkan umumnya akan stabil dan mampu memberikan kuat geser yang cukup
dan sedikit kecenderungan mengalami perubahan volume, tetapi sangat sulit didapatkan bila tanah lanau dalam keadaan basah karena permeabilitasnya yang
rendah. Tanah lempung yang dipadatkan dengan cara yang benar akan memberikan kuat geser yang tinggi. Stabilitas terhadap sifat kembang-susut
tergantung dari jenis kandungan mineralnya.
Universitas Sumatera Utara
Pada tahun 1933, Proctor menemukan dasar-dasar pemadatan tanah, dimana terdapat 4 empat variabel yang digunakan dalam fungsi compaction,
yaitu: berat jenis kering tanah, kadar air tanah, jenis tanah dan compactive effort Bowles, 1984.
Hubungan berat volume kering �
�
dengan berat volume basah �
�
dan kadar air dinyatakan dalam persamaan :
�
�
=
�
�
1 + �
2.13 Pada pengujian compaction di laboratorium alat pemadatan berupa silinder
mould dengan volume 9,34 x 10
−4
�
3
, dan penumbuk dengan berat 2,5 kg dengan tinggi jatuh 30,5 cm. Pada pengujian ini tanah dipadatkan dalam 3 lapisan
standart Proctor dan 5 lapisan modified Proctor dengan pukulan sebanyak 25 kali pukulan.
Hasil dari pengujian compaction berupa kurva yang menunjukkan hubungan antara kadar air dan berat volume kering tanah yang ditunjukkan
Gambar 2.6.
Gambar 2.6. Hubungan antara kadar air dan berat isi kering tanah
2.1.3.2 Pengujian Unconfined Compression Test UCT
Uji kuat tekan bebas Unconfined Compression Test merupakan salah satu cara percobaan laboratorium untuk menghitung kuat geser tanah, dimana uji kuat tekan
ini mengukur kemampuan tanah untuk menerima kuat tekan yang diberikan
Universitas Sumatera Utara
sampai tanah terpisah dari butir-butirannya, pengujian ini juga mengukur regangan tanah akibat tekanan tersebut. Pada Gambar 2.7 menunjukkan skema
pengujian Unconfined Compression Test. Tegangan aksial yang diterapkan di atas benda uji berangsur-angsur ditambah sampai benda uji mengalami keruntuhan.
Pada saat keruntuhannya, karena σ
3
= 0, maka: �
�
=
�
1
2
=
�
�
2
= �
�
2.14 Dimana:
�
�
= Kuat geser
Gambar 2.7 Skema uji tekan bebas �
1
= Tegangan utama �
�
= kuat tekan bebas tanah �
�
= kohesi Pada gambar 2.8 menunjukkan lingkaran Mohr untuk pengujian
Universitas Sumatera Utara
Unconfined Compression Test UCT.
Gambar 2.8. Keruntuhan geser kondisi air termampatkan q
u
di atas sebagai kekuatan tanah kondisi tak tersekap Das, 2008
Hubungan konsistensi dengan kuat tekan bebas tanah lempung diperlihatkan dalam Tabel 2.4.
Tabel 2.4. Hubungan kuat tekan bebas tanah lempung dengan konsistensinya Das, 2008
Konsistensi
�
�
kNm
2
Lempung keras 400
Lempung sangat kaku
200 – 400
Lempung kaku 100 – 200
Lempung sedang
50 – 100
Lempung lunak 25 – 50
Lempung sangat lunak 25
Faktor konversi : 1 lbin
2
= 6,894.8 Nm
2
2.1.3.3 Teori keruntuhan Mohr-Coulomb
Teori keruntuhan berfungsi untuk menguji hubungan antara tegangan normal dengan tegangan geser tanah, dimana keruntuhan failure adalah
ketidakmampuan elemen tanah untuk menahan beban akibat pembebanan. Keruntuhan juga dapat didefenisikan sebagai keadaan dimana tanah tidak dapat
menahan regangan yang besar dan atau penurunan keadaan regangan yang sangat cepat.
Pada sekitar tahun 1776, Coulomb memperkenalkan hubungan linear yang terjadi antara tegangan normal dan tegangan geser.
�
�
= � + � tan ∅
2.16 dimana : c = kohesi
Ø = sudut geser internal
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.9 Grafik hubungan tegangan normal dan tegangan geser.
2.1.3.4 Sensitifitas tanah lempung
Uji tekan bebas ini dilakukan pada contoh tanah asli undisturbed dan contoh tanah tidak asli remoulded. Pada uji tekan bebas ini yang diukur adalah
kemampuan masing-masing contoh terhadap kuat tekan bebas, sehingga didapat nilai kuat tekan maksimum. Dari nilai kuat tekan maksimum yang didapat akan
didapat nilai sensitivitas tanah. Nilai sensitivitas adalah ukuran bagaimana perilaku tanah apabila ada gangguan yang diberikan dari luar.
Kekuatan tekanan tak tersekap berkurang banyak pada tanah-tanah lempung yang terdeposisi terendapkan secara alamiah, dan jika tanah tersebut
diuji ulang kembali setelah tanah tersebut mengalami kerusakan struktural remoulded tanpa adanya perubahan dari kadar air, seperti yang ditunjukkan pada
Gambar 2.11.
Gambar 2.10 Grafik sensitifitas tanah asli dan tanah remoulded
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.11 Kuat tekan tanah asli dan tanah remoulded Sifat berkurangnya kekuatan tanah akibat adanya kerusakan struktural
tanah disebut sensitifitas sensitifity. Tingkat sensitifitas adalah rasio perbandingan antara kekuatan tanah yang masih asli dengan kekuatan tanah
yang sama setelah terkena kerusakan remoulded, bila kekuatan tanah tersebut diuji dengan cara tekanan tak tersekap. Jadi, sensitifitas diperoleh acquired
sensitivity dinyatakan dalam persamaan: �
�
=
�
�
���� �
�
���������
2.17 Umumnya, nilai rasio sensitifitas tanah lempung berkisar antara 1 sampai 8, akan
tetapi pada beberapa tanah-tanah lempung maritim yang mempunyai tingkat flokulasi yang sangat tinggi, nilai sensitifitas berkisar antara 10 sampai 80.
Karena beberapa jenis lempung mempunyai sifat sensitif terhadap gangguan yang berbeda-beda, oleh karena itu perlu adanya pengelompokan yang
berhubungan dengan nilai sensitifitas. Klasifikasi secara umum dapat dilihat pada Tabel 2.5.
Tabel 2.5. Sensitifitas lempung Das, 2008
Universitas Sumatera Utara
Syarat-syarat yang perlu diperhatikan pada pengujian kuat tekan: Penekanan
Sr = Kecepatan regangan berkisar antara 0,5 –2 per menit Kriteria keruntuhan suatu tanah :
Bacaan proving ring turun tiga kali berturut-turut. Bacaan proving ring tiga kali berturut-turut hasilnya sama.
Ambil pada ε= 20 dari contoh tanah, Sr = 1 permenit, berarti waktu maksimum runtuh = 20 menit.
Untuk menghitung regangan axial dihitung dengan rumus : � =
∆� �
2.18 Dimana :
ε = Regangan axial
∆L = Perubahan panjang cm Lo
= Panjang mula-mula cm Besarnya luas penampang rata-rata pada setiap saat :
� =
� 1
− �
2.19 Dimana :
A = Luas rata-rata pada setiap saat cm2 Ao = Luas mula-mula cm2
Besarnya tegangan normal : � =
� �
=
�.� �
2.20 Dimana :
σ = Tegangan kgcm2
P = Beban kg
k = Faktor kalibrasi proving ring
N = Pembacaan proving ring div
Sensitifitas tanah dihitung dengan rumus : �
�
=
� �′
2.21 Dimana :
S
t
= Nilai sensitivitas tanah σ
= Kuat tekan maks. tanah asli kgcm2
Universitas Sumatera Utara
σ‘ = Kuat tekan maks. tanah tidak asli kgcm2
2.2 Bahan-bahan penelitian 2.2.1 Tanah lempung
Kategori