Studi Karakteristik Konsolidasi dan Kuat Geser dari Pengujian Konsolidasi dan Triaksial UU pada tanah lunak di daerah Kampung Susuk Medan

STUDI KARAKTERISTIK KONSOLIDASI DAN KUAT GESER

DARI PENGUJIAN KONSOLIDASI DAN TRIAKSIAL UU PADA

TANAH LUNAK DI DAERAH KAMPUNG SUSUK MEDAN

TESIS

OLEH

DERMINA RONI SANTIKA DAMANIK

107016016/TS

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2014

STUDI KARAKTERISTIK KONSOLIDASI DAN KUAT GESER

DARI PENGUJIAN KONSOLIDASI DAN TRIAKSIAL UU PADA

TANAH LUNAK DI DAERAH KAMPUNG SUSUK MEDAN

TESIS

Syarat untuk memperoleh Gelar Magister Teknik

Pada Program Studi Magister Teknik Sipil

Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara

OLEH

DERMINA RONI SANTIKA DAMANIK

107016016/TS

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

Judul Tesis : STUDI KARAKTERISTIK KONSOLIDASI DAN KUAT GESER TANAH DARI PENGUJIAN KONSOLIDASI DAN TRIAKSIAL UU PADA TANAH LUNAK DI DAERAH KAMPUNG SUSUK MEDAN Nama Mahasiswa : Dermina Roni Santika Damanik

Nomor Pokok : 107016016 Program Studi : Teknik Sipil

Menyetujui: Komisi Pembimbing,

Ketua

(Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE)

Anggota

(Ir. Rudi Iskandar, MT)

Ketua Program Studi Dekan

(Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE) Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME)

Tanggal Lulus : 30 Januari 2014

Telah diuji pada: Tanggal 30 Januari 2014

PANITIA PENGUJI TESIS

Ketua : Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE Anggota : 1. Ir. Rudi Iskandar, M.T

2. Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan

3. Dr. Ir. A. Perwira Mulia Tarigan, M.Sc 4. Dr. Ir. M. Sofian Asmirza Silalahi, M.Sc

ABSTRAK

Tanah lunak atau soft soil merupakan salah satu tanah yang bermasalah di bidang konstruksi. Tanah lunak memilikidua permasalahan utama yaitu kuat geser yang rendah dan kompresibilitasnya yang besar. Kuat geser yang rendah mengakibatkan terbatasnya beban yang dapat bekerja diatasnya sedangkan kompresibilitas yang besar mengakibatkan terjadinya penurunan setelah pembangunan selesai.

Tanak lunak di kota Medan dapat dijumpai di kelurahan Kampung Susuk kecamatan Medan Selayang Medan. Penelitian ini bertujuan mempelajari besar kuat geser dan penurunan dari tanah lunak yang terdapat di daerah tersebut sehingga diharapkan hasilnya nanti dapat dijadikan masukan dalam mendirikan suatu konstruksi di daerah tersebut.

Penelitian ini dilaksanakan dengan melakukan pengujian konsolidasi dan pengujian triaksial unconsolidated undrained (UU) terhadap sampel tanah lunak yang diambil dari kelurahan Kampung Susuk yang kemudian dibandingkan dengan program Plaxis berdasarkan parameter yang diperoleh dari hasil uji laboratorium.

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, diperoleh parameter untuk daya dukung yaitu nilai kohesi (cu) sebesar 99 kN/m2dan untuk karakteristik penurunan

diperoleh nilai koefisien konsolidasi (Cv) sebesar 3,307 x 10-8 m2/dtk dengan nilai

compression index (Cc) sebesar 0,0997 dan recompression index (Cr) sebesar 0,0344.

Pada pengujian triaksial dengan program Plaxis pada kondisi tegangan sel (σ3) = 50

kN/m2, diperoleh nilai tegangan normal σ1-σ3 adalah 211,89 kN/m2 dan pada pengujian di laboratorium σ1-σ3 adalah 203,7 kN/m2.

Kata kunci : Karakteristik, tanah lunak, konsolidasi, triaksial UU.

ABSTRACT

Soft soil is one that is problematic soils in the sector of construction. Soft soil has two main problems, namely the low shear strength and large compressibility. Low shear strength resulted in limited load that can work on it while the large compressibility resulted a settlement after the construction is completed.

Soft soil in Medan can be found in Kampung Susuk area of Medan city. This research aims to study the shear strength and settlement of soft soil are found in that area so that the expected results will be used as input to build a construction in the area.

This research was carried out by consolidation testing and triaxial testing unconsolidated undrained (UU) of the soft soil samples taken from the Kampung Susuk area is then compared with the Plaxis program based on parameters obtained from laboratory test results.

Based on the research that has been done, the parameters obtained for

bearing-capacity of cohesion cu worth 99 kN/m2 and characteristics of settlement of

coefficient of consolidation Cv worth 3.307 x 10-8 m2/s with the value of compression

index Cc is 0.0997 and recompression index Cr is 0.0344. In triaxial testing Plaxis

program at confining stress σ3 = 50 kN/m2 obtained deviator stress (σ1-σ3) are 211,89

kN/m2 and value of deviator stress (σ1-σ3 ) at laboratory are 203,7 kN/m2.

KATA PENGANTAR

Puji dan Syukur penulis panjatkan kepada Yesus Kristus karena berkat kasih dan AnugrahNya penulis dapat menyelesaikan tesis ini. Tesis ini disusun sebagai salah satu persyaratan untuk tercapainya penyelesaian pendidikan pada Program Studi Magister Teknik Sipil, Konsentrasi Bidang Geoteknik di Universitas Sumatera Utara. Tesis ini bejudul “Studi Karakteristik Konsolidasi dan Kuat Geser dari Pengujian Konsolidasi dan Triaksial UU pada tanah lunak di daerah Kampung Susuk Medan”. Tesis ini membahas tentang parameter-parameter uji konsolidasi dan triaksial UU pada tanah lunak di daerah Kampung Susuk Medan untuk mengetahui penurunan dan kuat geser di daerah tersebut.

Dalam proses penelitian serta penyusunan tesis ini penulis banyak mendapatkan bantuan dan berbagai pihak dan pada kesempatan ini, dengan segala kerendahan hati saya mengucapkan terima kasih yang sedalam-dalamnya kepada:

Bapak Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE sebagai Ketua Program Studi Magister Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara dan dosen Pembimbing I serta Bapak Ir. Rudi Iskandar, M.T sebagai Sekretaris Program Studi Magister Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang juga dosen pembimbing II yang telah banyak memberikan bimbingan serta masukan kepada penulis dalam penyelesaian tesis ini.

Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan dan Bapak Dr. Ir. A. Perwira Mulia Tarigan, M.Sc sebagai Dosen Pembanding dan Penguji yang telah memberi masukan dan saran demi perbaikan tesis ini, serta seluruh dosen-dosen di Magister Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara.

Bapak Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME sebagai Dekan Fakultas Teknik dan Bapak Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM&H, M.Sc (CTM), Sp.A(K) sebagai Rektor Universitas Sumatera Utara.

Ayahanda dan Ibunda yang selalu sabar dan selalu penuh kasih sayang, suami tercinta dan adik-adikku atas bantuan dan dukungan moril maupun materil serta doa yang penuh ketulusan dan keiklasan hati untuk memberikan dorongan dan semangat kepada Penulis.

Teman-teman mahasiswa di Magister Teknik Sipil USU bidang Geoteknik angkatan 2010 khususnya buat Muhammad Mabrur, Boby Iskandar, Suhairiani, Dodi Jurkamda Harahap dan Suryanti Pulungan serta teman-teman Magister lainnya Immanuel Panggabean, Irwansyah dan Valentana Tarigan yang banyak memberikan masukan, diskusi dan bertukar pikiran selama ini.

Rekan-rekan mahasiswa di Magister Teknik Sipil USU serta Pak Yun sebagai pegawai administrasi Magister Teknik Sipil USU yang telah banyak membantu kelancaran administrasi selama penulis menempuh pendidikan hingga selesai.

Dan semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu, yang telah mendukung hingga terselesaikannya program pendidikan dan penelitian ini.

Penulis menyadari tesis ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis sangat terbuka terhadap kritik dan saran untuk perbaikan-perbaikan di masa yang akan datang. Akhir kata, semoga tulisan ini dapat memberikan manfaat bagi pengembangan Rekayasa Geoteknik di tanah air.

Medan, Januari 2014

Penulis,

Dermina R. S. Damanik 107016016

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis dengan judul “Studi

Karakteristik Konsolidasi dan Kuat Geser dari Pengujian Konsolidasi dan Triaksial UU pada tanah lunak di daerah Kampung Susuk Medan” adalah karya saya dan belum pernah diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi

manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan

maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam tesis ini dan

dicantumkan dalam daftar pustaka.

Medan, Januari 2014

Dermina R. S. Damanik NIM. 107016016

RIWAYAT HIDUP

A. DATA PRIBADI

Nama : Dermina Roni Santika Damanik

Tempat/Tanggal Lahir : Pematangsiantar/25 Maret 1982

Alamat : Jln. Karangsari No. 13 Pematangsiantar

Email : dermina.rosando@email.com

Jenis Kelamin : Perempuan

B. RIWAYAT PENDIDIKAN

1987 - 1988 : TK Swasta Methodist Pematangsiantar

1988 - 1994 : SD Negeri 124394 Pematangsiantar

1994 - 1997 : SLTP Negeri 9 Pematangsiantar

1997 - 2000 : SMU RK Bintang Timur Pematangsiantar

2000 - 2006 : Universitas Lampung, Fakultas Teknik,

Jurusan Teknik Sipil, Konsentrasi Geoteknik

2010 - 2014 : Universitas Sumatera Utara, Fakultas Teknik, Program Studi Magister Teknik Sipil,

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

ABSTRACT ... ii

KATA PENGANTAR ... iii

PERNYATAAN ... v

RIWAYAT HIDUP ... vi

DAFTAR ISI ... vii

DAFTAR GAMBAR ... x

DAFTAR TABEL ... xiii

DAFTAR LAMPIRAN ... xv

DAFTAR NOTASI ... vxi

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar belakang ... 1

1.2 Tujuan ... 3

1.3 Pembatasan masalah ... 4

1.4 Metodologi penelitian ... 5

1.5 Sistematika Penulisan ... 7

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Tanah ... 9

2.2 Jenis-jenis tanah ... 10

2.3 Klasifikasi tanah ... 11

2.4 Tanah lempung ... 16

2.5 Karakter fisik tanah lempung ... 18

2.6 Konsolidasi ... 22

2.6.1 Pengertian konsolidasi ... 22

2.6.2 Jenis-jenis konsolidasi ... 23

2.7 Konsolidasi pada tanah lempung ... 27

2.7.1 Tanah lempung overconsolidated ... 28

2.7.2 Tanah lempung normally consolidated ... 28

2.8 Pengujian konsolidasi di laboratorium ... 29

2.9 Parameter-parameter konsolidasi ... 31

2.9.1 Indeks pemampatan (Cc) ... 31

2.9.2 Indeks pemampatan kembali (Cr) ... 33

2.9.3 Koefisien konsolidasi (Cv) ... 33

2.10 Tegangan geser ... 39

2.10.1 Konsep tegangan efektif ... 39

2.10.2 Kohesi tanah dan friksi ... 38

2.10.3 Teori keruntuhan Mohr Coulomb ... 39

2.11 Pengujian kuat geser tanah dengan uji triaksial ... 44

2.12 Tegangan regangan pada tanah ... 50

2.13 Tegangan Regangan pada Bidang Dua Dimensi ... 51

2.14 Finite Element Method (FEM) ... 53

2.15 Elemen hingga program Plaxis ... 63

2.15.1 Pemodelan tanah dengan menggunakan soft soil model ... 63

2.15.2 Pemilihan parameter tanah pada program Plaxis ... 69

BAB III METODELOGI PENELITIAN 3.1 Tahapan Persiapan Bahan ... 72

3.1.1 Sampel tanah tak terganggu (undisturbed) ... 74

3.1.2 Sampel tanah terganggu (disturbed) ... 75

3.2 Tahapan pengujian di laboratorium ... 76

3.2.1 Metode pengujian sifat fisis (index properties) ... 76

3.2.2 Metode pengujian sifat mekanis ... 82

3.3.1 Pengujian konsolidasi ... 86

3.3.2 Pengujian triaksial UU ... 87

3.4 Tahapan prediksi balik pada program Plaxis ... 88

3.4.1 Pemodelan pengujian konsolidasi dalam program Plaxis ... 88

3.4.2 Pemodelan pengujian triaksial UU dalam program Plaxis ... 91

3.5 Tahapan analisa hasil perhitungan ... 93

BAB IV HASIL UJI LABORATORIUM 4.1 Pengujian index properties ... 94

4.1.1 Atterberg limit ... 94

4.1.2 Specifik gravity ... 95

4.1.3 Hydrometer dan analisa saringan ... 96

4.2 Klasifikasi tanah ... 97

4.2.1 Klasifikasi tanah menurut USCS ... 97

4.2.2 Klasifikasi tanah menurut AASHTO ... 98

4.3 Pengujian konsolidasi laboratorium ... 99

4.3.1 Parameter umum ... 99

4.3.2 Penurunan (settlement) ... 101

4.3.3 Angka pori (e) ... 103

4.3.4 Compression index (Cc) ... 106

4.3.5 Recompression index (Cr) ... 108

4.3.6 Menghitung nilai indeks kompresi termodifikasi (λ*) . 108 4.3.7 Menghitung nilai index muai termodifikasi (κ*) ... 108

4.3.8 Koefisien konsolidasi (Cv) ... 109

4.3.9 Permeabilitas tanah (k) ... 127

4.4 Pengujian triaksial UU laboratorium ... 128

4.4.1 Proses penjenuhan ... 128

4.4.2 Hubungan tegangan regangan ... 129

4.4.3 Kuat geser tanah ... 131

BAB V PEMODELAN HASIL UJI LABORATORIUM 5.1 Input data untuk program Plaxis ... 136

5.2 Output perhitungan program Plaxis pada pemodelan konsolidasi ... 137

5.2.1 Analisis penurunan tanah ... 137

5.2.2 Analisis pemuaian kembali tanah ... 138

5.3 Output program Plaxis pada pemodelan uji triaksial UU ... 141

5.3.1 Analisa hubungan tegangan regangan pada σ3 = 0,5 kg/cm2 ... 143

5.3.2 Analisa hubungan tegangan regangan pada σ3 = 1,0 kg/cm2 ... 144

BAB VI APLIKASI 6.1 Gambaran rencana penimbunan ... 148

6.2 Analisa penurunan konsolidasi dengan metode analitis ... 150

6.2.1 Besar penurunan (S) ... 150

6.2.2 Lama konsolidasi ... 151

6.3 Analisa penurunan konsolidasi dengan program Plaxis ... 152

BAB VII KESIMPULAN DAN SARAN 7.1 Kesimpulan ... 156

7.2 Saran ... 157

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

DAFTAR GAMBAR

Nomor Judul Halaman

2.1 Diagram fase tanah ... 9

2.2 Batas cair (LL) dan indeks plastisitas (PI) tanah metode AASTHO 14 2.3 Batas cair (LL) dan indeks plastisitas (PI) tanah metode USCS ... 15

2.4 Karakteristik hubungan ∆H terhadap log t ... 24

2.5 Tipe penurunan sekunder ... 27

2.6 Skema alat pengujian konsolidasi ... 30

2.7 Indeks pemampatan (Cc) ... 32

2.8 Indeks pemampatan kembali (Cr) ... 33

2.9 Metode kecocokan log-waktu ... 36

2.10 Metode akar-waktu ... 38

2.11 Grafik hubungan tegangan geser τ - tegangan normal σ ... 43

2.12 Alat penguji triaksial ... 45

2.13 Kondisi tegangan pada uji triaksial UU ... 48

2.14 Garis keruntuhan untuk triaksial UU ... 49

2.15 Kurva hubungan tegangan regangan pada pengujian triaksialUU 50 2.16 Tegangan-tegangan pada bidang dua dimensi ... 51

2.17 Bentuk Axisymmetric pada Elemen Segitiga ... 54

2.18 Perpindahan nodal pada elemen segitiga ... 55

2.19 Hubungan logaritmik antara regangan volumetrik dan tegangan rata-rata ... 66

2.20 Bidang leleh dari model soft soil dalam bidang p - q ... 68

2.21 Ilustrasi dari seluruh kontur bidang leleh dari model soft soil

dalam ruang tegangan utama ... 68

3.1 Denah lokasi pengambilan sampel ... 73

3.2 Bagan pengolahan data hasil pengujian konsolidasi ... 86

3.3 Bagan pengolahan data hasil penguian triaksial UU ... 87

3.4 Konfigurasi model uji konsolidasi ... 89

3.5 Konfigurasi model uji triaksial ... 93

4.1 Penentuan klasifikasi tanah berdasarkan grafik USCS ... 97

4.2 Penentuan klasifikasi tanah berdasarkan grafik AASTHO ... 98

4.3 Grafik tekanan terhadap penurunan pada uji konsolidasi ... 102

4.4 Sampel tanah pada pengujian konsolidasi ... 103

4.5 Grafik angka pori terhadap waktu pada setiap pembebanan ... 106

4.6 Grafik hubungan e – log p’ pada hasil pengujian konsolidasi ... 107

4.7 Kurva penurunan tanah pada beban 1 kg ... 110

4.8 Kurva penurunan tanah pada beban 2 kg ... 112

4.9 Kurva penurunan tanah pada beban 4 kg ... 114

4.10 Kurva penurunan tanah pada beban 8 kg ... 116

4.11 Kurva penurunan tanah pada beban 16 kg ... 118

4.12 Grafik H - log waktu pada pembebanan 1 kg ... 121

4.13 Grafik H - log waktu pada pembebanan 2 kg ... 122

4.14 Grafik H - log waktu pada pembebanan 4 kg ... 123

4.15 Grafik H - log waktu pada pembebanan 8 kg ... 124

4.16 Grafik H - log waktu pada pembebanan 16 kg ... 125

4.18 Lingkaran Mohr (uji laboratorium) ... 132

4.19 Perbandingan sampel tanah sebelum dan sesudah pengujian triaksial ... 133

5.1 Perubahan bentuk sampel tanah setelah pengujian konsolidasi ... 139

5.2 Perbandingan kurva tekanan terhadap besar penurunan ... 140

5.3 Output kurva tegangan (σ1-σ3) pada program Plaxis ... 141

5.4 Grafik hubungan tegangan regangan pada pengujian triaksial UU pada kondisi σ3 = 0,5 kg/cm2 ... 144

5.5 Grafik hubungan tegangan regangan pada pengujian triaksial UU pada kondisi σ3 = 1,0 kg/cm2 ... 146

6.1 Rencana penimbunan pada tanah lempung ... 149

6.2 Gambaran pemodelan perencanaan timbunan ... 152

6.3 Output struktur deformasi dari perencanaan timbunan ... 154

6.4 Kurva hubungan besar penurunan terhadap waktu ... 154

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman

2.1 Sistim klasifikasi tanah AASTHO ... 13

2.2 Sistim klasifikasi tanah Unified ... 15

2.3 Klasifikasi kompresibilitas tanah ... 17

2.4 Sifat-sifat umum lempung lunak ... 18

2.5 Batas-batas Atterberg untuk mineral lempung ... 19

2.6 Nilai specific gravity untuk tiap mineral tanah lempung ... 19

2.7 Koefisien permeabilitas tanah ... 20

2.8 Nilai angka pori, kadar air, dan berat volume kering pada tanah lempung ... 21

2.9 Perbandingan tanah lempung dan tanah pasir ... 27

2.10 Nilai Compression Index (Cc) Tanah ... 32

2.11 Penentuan Nilai Tv ... 36

2.12 Nilai koefisien konsolidasi (Cv) ... 39

2.13 Konsistensi dan kekuatan tanah kohesif (lempung) ... 44

2.14 Nilai-nilai konstanta tanah untuk beberapa jenis tanah lempung ... 71

3.1 Konversi tekanan pada benda uji ... 90

3.2 Tahapan pembebanan yang biberikan pada sampel tanah ... 90

3.3 Uraian tahapan perhitungan pada uji Triaksial ... 92

4.1 Hasil pengujian hidrometer ... 96

4.2 Perhitungan penurunan tanah pada pengujian konsolidasi ... 102

4.3 Perhitungan angka pori pada tanah yang terjadi dari pengujian konsolidasi di laboratorium ... 104

4.4 Perolehan parameter tanah ... 109

4.5 Penurunan tanah pada beban 1 kg (uji laboratorium) ... 110

4.6 Penurunan tanah pada beban 2 kg (uji laboratorium) ... 112

4.7 Penurunan tanah pada beban 4 kg (uji laboratorium) ... 114

4.8 Penurunan tanah pada beban 8 kg (uji laboratorium) ... 116

4.9 Penurunan tanah pada beban 16 kg (uji laboratorium) ... 118

4.10 Nilai Cvdari metode akar waktu ... 120

4.11 Nilai Cv dari metode kecocokan log waktu ... 126

4.12 Perbandingan nilai Cv dari dua metode perhitungan ... 126

4.13 Perhitungan permeabilitas tanah pada benda uji ... 127

4.14 Proses penjenuhan pada σ3 = 0,5 kg/cm2 ... 128

4.15 Proses penjenuhan pada σ3 = 1,0 kg/cm2 ... 128

4.16 Persentase penjenuhan sampel tanah ... 128

4.17 Hubungan tegangan regangan dari hasil uji laboratorium ... 130

5.1 Parameter-parameter soft soil pada program Plaxis ... 136

5.2 Penurunan yang terjadi pada sampel tanah (output Plaxis) ... 137

5.3 Pemuaian yang terjadi pada sampel tanah (output Plaxis) ... 138

5.4 Output data tegangan (σ1-σ2) pada program Plaxis ... 142

5.5 Perbandingan data tegangan regangan pada σ3 = 0,5 kg/cm2 ... 143

5.6 Perbandingan data tegangan regangan pada σ3 = 1,0 kg/cm2 ... 145

6.1 Material properties perencanaan timbunan pada program Plaxis ... 153

6.2 Tahapan pengerjaan timbunan pada lempung ... 153

6.3 Perbandingan Waktu antara dua metode ... 155

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Hasil pengujian Atterberg Limit di laboratorium

Lampiran 2 Hasil pengujian Specific Gravity di laboratorium

Lampiran 3 Hasil pengujian Grain Size and Hydrometer Analysis di lab

Lampiran 4 Hasil pengujian Konsolidasi di laboratorium

Lampiran 5 Hasil pengujian Triaksial UU di laboratorium

DAFTAR NOTASI

A = luas potongan horizontal dari sampel tanah

c = kohesi

Cc = compression index

Cr = recompression index

Cv = koefisien konsolidasi

e = angka pori

e0 = angka pori awal

Ff = gaya gesek

Gs = specific gravity

H = tinggi

k = koefisien permeabilitas

LL = liquid limid

OCR = derajat over konsolidasi

p’ = tegangan efektif

p0’ = tekanan overbunden efektif

pc’ = tekanan prakonsolidasi efektif

PL = plastic limit

PI = indeks plastis

Pz = beban aksial

R = derajat penurunan

S = derajat jenuh

Tv = time factor konsolidasi

u = tekanan air pori

U = derajat konsolidasi

w = kadar air

γ = berat isi

ε = regangan

λ = indeks kompresi termodifikasi

τ = kuat geser

κ = indeks muai termodifikasi

μ = koefisien friksi

θ = sudut keruntuhan

ø = sudut geser dalam tanah

σ = tegangan total

ABSTRAK

Tanah lunak atau soft soil merupakan salah satu tanah yang bermasalah di bidang konstruksi. Tanah lunak memilikidua permasalahan utama yaitu kuat geser yang rendah dan kompresibilitasnya yang besar. Kuat geser yang rendah mengakibatkan terbatasnya beban yang dapat bekerja diatasnya sedangkan kompresibilitas yang besar mengakibatkan terjadinya penurunan setelah pembangunan selesai.

Tanak lunak di kota Medan dapat dijumpai di kelurahan Kampung Susuk kecamatan Medan Selayang Medan. Penelitian ini bertujuan mempelajari besar kuat geser dan penurunan dari tanah lunak yang terdapat di daerah tersebut sehingga diharapkan hasilnya nanti dapat dijadikan masukan dalam mendirikan suatu konstruksi di daerah tersebut.

Penelitian ini dilaksanakan dengan melakukan pengujian konsolidasi dan pengujian triaksial unconsolidated undrained (UU) terhadap sampel tanah lunak yang diambil dari kelurahan Kampung Susuk yang kemudian dibandingkan dengan program Plaxis berdasarkan parameter yang diperoleh dari hasil uji laboratorium.

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, diperoleh parameter untuk daya dukung yaitu nilai kohesi (cu) sebesar 99 kN/m2dan untuk karakteristik penurunan

diperoleh nilai koefisien konsolidasi (Cv) sebesar 3,307 x 10-8 m2/dtk dengan nilai

compression index (Cc) sebesar 0,0997 dan recompression index (Cr) sebesar 0,0344.

Pada pengujian triaksial dengan program Plaxis pada kondisi tegangan sel (σ3) = 50

kN/m2, diperoleh nilai tegangan normal σ1-σ3 adalah 211,89 kN/m2 dan pada pengujian di laboratorium σ1-σ3 adalah 203,7 kN/m2.

Kata kunci : Karakteristik, tanah lunak, konsolidasi, triaksial UU.

ABSTRACT

Soft soil is one that is problematic soils in the sector of construction. Soft soil has two main problems, namely the low shear strength and large compressibility. Low shear strength resulted in limited load that can work on it while the large compressibility resulted a settlement after the construction is completed.

Soft soil in Medan can be found in Kampung Susuk area of Medan city. This research aims to study the shear strength and settlement of soft soil are found in that area so that the expected results will be used as input to build a construction in the area.

This research was carried out by consolidation testing and triaxial testing unconsolidated undrained (UU) of the soft soil samples taken from the Kampung Susuk area is then compared with the Plaxis program based on parameters obtained from laboratory test results.

Based on the research that has been done, the parameters obtained for

bearing-capacity of cohesion cu worth 99 kN/m2 and characteristics of settlement of

coefficient of consolidation Cv worth 3.307 x 10-8 m2/s with the value of compression

index Cc is 0.0997 and recompression index Cr is 0.0344. In triaxial testing Plaxis

program at confining stress σ3 = 50 kN/m2 obtained deviator stress (σ1-σ3) are 211,89

kN/m2 and value of deviator stress (σ1-σ3 ) at laboratory are 203,7 kN/m2.

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Suatu konstruksi bangunan harus dibangun di atas tanah yang stabil agar

struktur dan bangunan tersebut aman dan terhindar dari bahaya. Namun dalam

perencanaan suatu konstruksi bangunan sering dijumpai kondisi tanah yang tidak

stabil sehingga perlu dilakukan perbaikan kondisi tanah atau menyesuaikan suatu

konstruksi bangunan dengan parameter tanah yang ada. Penambahan beban di atas

suatu permukaan tanah dapat menyebabkan lapisan tanah dibawahnya mengalami

pemampatan. Pemampatan tersebut disebabkan antara lain karena adanya deformasi

partikel tanah atau keluarnya air atau udara dari dalam pori-pori tanah yang dapat

mengakibatkan terjadinya penurunan (settlement). Besarnya penurunan yang akan

terjadi pada setiap lapisan tanah tergantung dari sifat dan karakteristik tanah tersebut.

Tanah lunak atau soft soil merupakan salah satu tanah yang bermasalah di

bidang konstruksi. Tanah lunak memilikidua permasalahan utama yaitu kuat geser

yang rendah dan kompresibilitasnya yang besar. Kuat geser yang rendah

mengakibatkan terbatasnya beban (beban sementara ataupun beban tetap) yang dapat

bekerja diatasnya sedangkan kompresibilitas yang besar mengakibatkan terjadinya

penurunan setelah pembangunan selesai.

Namun dengan semakin terbatasnya lahan untuk pembangunan konstruksi yang

diperlukan manusia, mengakibatkan tidak dapat dihindarinya pembangunan diatas

soft soil. Oleh karena itu penelitian terhadap soft soil dinilai sangatlah penting

dilakukan agar dapat diketahui perilaku penurunan (settlement) tanah tersebut dan

besar beban yang dapat di terima oleh tanah tersebut.

Penelitian ini didasarkan atas penelitian sebelumnya yang berada di Pulau

Sicanang oleh Muhammad Mabrur dan untuk memperluas ruang lingkup penelitian,

khususnya di daerah Medan maka dipilihlah daerah Kampung Susuk sebagai salah

satu jenis soft soildi kota Medan. Kampung Susuk sendiri berada di Kecamatan

Medan Selayang, kota Medan. Karena selain dekat dengan laboratorium mekanika

tanah, di daerah ini kondisi fisik tanahnya berawa-rawa dan banyak timbunan.

Dengan kondisi tanah tersebut, daerah Kampung Susuk dapat dijadikan suatu

representasi dari karakter tanah lunak. Dan diharapkan hasilnya nanti dapat dijadikan

masukan dalam mendirikan suatu konstruksi di daerah tersebut.

Besarnya penurunan yang diakibatkan oleh pemberian beban pada tanah dapat

dihitung secara manual. Namun seiring dengan kemajuan teknologi, perhitungan

penurunan dapat diketahui dengan menggunakan suatu program komputer yaitu

program Plaxis. Sehingga perbedaan penurunan yang diperoleh di laboratorium

dengan penurunan yang dihasilkan oleh program Plaxis dapat dianalisa. Program

Plaxis merupakan suatu program metode elemen hingga yang ditujukan khusus untuk

Untuk mendapatkan hasil yang optimal dari program Plaxis, proses input data

parameter-parameter tanah yang akan dipakai, diusahakan sesuai dengan keadaan

yang sebenarnya dilapangan karena asumsi-asumsi dari rumusan empiris dapat

menghasilkan output dari program Plaxis tidak akurat. Percobaan-percobaan di

laboratorium harus dilakukan untuk mengetahui sifat-sifat fisis dan mekanis tanah

agar parameter-parameter tanah yang diperoleh sesuai dengan kondisi di lapangan

sehingga dapat diketahui perilaku penurunan (settlement) tanahdan besar beban yang

dapat di terima oleh tanah lunak.

Oleh karena itu, penelitan terhadap tanah lunak dinilai sangatlah penting

dilakukan agar dapatdiketahui perilaku penurunan (settlement) tanah sehingga dapat

diketahui metode stabilisasi atau perbaikan tanah yang akan digunakan agar dapat

mendukung konstruksi diatas lapisan tanah lunak tersebut.

1.2 Tujuan

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah untuk:

1. Mengetahui prosedur pengujian konsolidasi dan triaksial pada sampel tanah

yang akan diteliti.

2. Mengetahuikarakteristik sampel tanah berdasarkan parameter kuat geser

tanahyaitu nilai kohesi(cu) dan sudut geser dalam (ø) dari pengujian triaksial

UU.

3. Mengetahui karakteristik sampel tanah berdasarkan parameter nilai koefisien

konsolidasi (Cv) dari pengujian konsolidasi.

4. Memodelkan hasil uji konsolidasi dan uji triaksial tak terkonsolidasi dan tak

teralirkan (Triaxial UU) di laboratorium dalam program Plaxisdengan model

materialsoft soil model.

5. Menggunakan parameter-parameter hasil uji di laboratorium untuk aplikasi

suatu proyek di lapangan dengan perhitungan secara analitis dan prediksi

balik program Plaxis.

1.3 Pembatasan Masalah

Untuk dapat mencapai tujuan di atas maka dilakukan beberapa pembatasan

masalah. Adapun pembatasan masalah tersebut adalah sebagai berikut:

1. Sampel tanah yang akan diuji di laboratorium adalah tanah lempung yang

berada di daerah Kampung Susuk Kecamatan Medan Selayang, Sumatera

Utara.

2. Pengujian tanah yang dilakukandi laboratorium adalah uji sifat-sifat mekanis

yaitu uji konsolidasi dan uji triaksial UU dan uji sifat-sifat fisistanah berupa

Atterberg Limit, Specific Grafity, Hydrometer dan Sieve Analysis.

3. Tanah yang diuji adalah tanah tak terganggu(Undisturbed) untuk pengujian

konsolidasi dan triaksialsedangkan tanah terganggu (Disturbed)untuk

pengujian sifat fisis tanah.

4. Pemodelan material pada program Plaxis adalah Soft Soil Model.

5. Uji Triaksial yang dimodelkan pada Program Plaxis adalah Uji

TriaksialUnconsolidated UndrainedTest (UU Test).

Penelitian ini dilakukan dengan metodologi sebagai berikut:

1. Mengambil sampel tanah lunak di daerah Kampung Susuk Kecamatan

Medan Selayang. Pengambilan ini dilakukan dengan menggunakan alat

Hand Bore (Bor Tangan) pada kedalaman yang diinginkan.

2. Melakukan Pengujian sifat-sifat fisis tanah pada sampel yang telah diambil

yang meliputi pengujian Atterberg Limit, Specific Grafity dan Sieve Analysis.

3. Melakukan Pengujian Konsolidasidan Triaxialdengan alat uji Oedometer

Apparatus (Consolidometer) dan Triaxial Apparatusuntuk memperoleh

parameter - parameter model material soft soil model.

4. Melakukan prediksi balik dengan cara memodelkan pengujian konsolidasi

dan triaksial di laboratorium dalam program Plaxis dengan model material

adalah soft soil model.

5. Membandingkan grafik hubungan tegangan-regangan yang diperoleh dari

laboratorium dengan grafik hubungan tegangan-regangan dari program

Plaxis.

Tahapan-tahapan yang secara umum dilakukan mulai dari pengambilan

sampel tanah di lokasi, pengujian konsolidasi dan triaksial UU di laboratorium hingga

prediksi balik terhadap hasil di laboratorium dengan menggunakan program Plaxis

dapat dilihat pada Gambar 1.1.

MULAI

Gambar 1.1Bagan (flow chart)tahapanumum penelitian 1.5 Sistematika penulisan

Metode Penulisan ini dibagi dalam tujuh tahap pembahasan yang

masing-masing merupakan bab-bab yang berbeda tetapi saling berkaitan dan saling

menunjang satu sama lain. Bab-bab tersebut adalah sebagai berikut:

Bab I : Pendahuluan

Bab ini menjelaskan tentang latar belakang dan permasalahan dan

tujuan yang akan dicapai dalam penelitian ini.

Bab II : Tinjauan Pustaka

Bab ini berisi tentang teori tentang tahapan pengklasifikasian tanah,

permasalahan pada tanah lempung, teori-teori tentang konsolidasi,

teori metode elemen hingga pada analisis tanah, teori tentang prinsip

tegangan-regangan dan kuat geser tanah, serta teori penggunaan

Program Plaxis yang digunakan sebagai alat bantu untuk analisa

numerik.

Bab III : Metodelogi Penelitian

Bab ini menerangkan seluruh rangkaian penelitian, mulai dari

pengambilan tanah lempung sebagai benda uji, analisis indeks

properties tanah, penyiapan benda uji untuk pengujian sifat mekanis

tanah, metode pengujian konsolidasi dan triaksial UUserta metode

pemodelan pengujian dalam Program Plaxis.

Bab IV : Hasil Uji Laboratorium

Bab ini memaparkan perhitungan dari indeks properties tanah,

pengujian konsolidasi dan triaksial UUdi laboratorium.

Bab V : Pemodelan Hasil Uji Laboratorium

Pada bab ini akan dipaparkan data hasil pemodelan pengujian

konsolidasi dan triaksial pada program Plaxis serta perbandingannya

dengan data hasil pengujian di laboratorium.

Bab VI : Aplikasi

Pada bab ini akan diuji penggunaan parameter-parameter tanah lunak

yang diperoleh dari hasil penelitian di laboratorium dengan aplikasi

di lapangan dengan program Plaxis.

Bab VII : Kesimpulan dan Saran

Bab ini merupakan bab penutup yang merupakan kesimpulan dari

seluruh rangkaian penelitian serta saran dan usulan yang didasarkan

pada data dan hasil yang diperoleh sehingga menjadi perhatian bagi

penelitian yang akan dilakukan kemudian.

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Tanah

Dalam pengertian teknik secara umum, tanah didefinisikan sebagai material

yang terdiri dari agregat (butiran) mineral-mineral padat yang tidak tersementasi

(terikat secara kimia) satu sama lain dan dari bahan-bahan organik yang telah

melapuk (yang berpartikel padat) disertai dengan zat cair dan gas yang mengisi

ruang-ruang kosong di antara partikel-partikel padat tersebut. Definisi tanah tersebut

dapat direpresentasikan seperti Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Diagram fase tanah (Das, 1994)

Butiran-butiran mineral yang membentuk bagian padat dari tanah merupakan

hasil pelapukan dari batuan. Ukuran setiap butiran padat tersebut sangat bervariasi

dan sifat-sifat fisik dari tanah banyak tergantung dari faktor-faktor ukuran, bentuk,

dan komposisi kimia dari butiran.

2.2 Jenis - Jenis Tanah

Tanah dapat dibagi atas beberapa jenis pengelompokan tanah yaitu berdasarkan

ukuran partikel tanah, campuran butiran dan sifat lekatannya. Berdasarkan ukuran

partikelnya, tanah dapat terdiri dari salah satu atau seluruh jenis partikel berikut ini:

1. Kerikil (gravel) yaitu kepingan-kepingan batuan yang kadang juga partikel

mineral quartz dan feldspar yang berukul lebih besar dari 2 mm.

2. Pasir (sand) yaitu sebagian besar mineral quartz dan feldspar yang berukuran

antara 0,06 mm - 2 mm.

3. Lanau (silt) yaitu sebagian besar fraksi mikroskopis (yang berukuran sangat

kecil) dari tanah yang terdiri dari butiran-butiran quartz yang sangat halus

dan dari pecahan-pecahan mika yang berukuran dari 0,002 sampai 0,06 mm.

4. Lempung (clay) yaitu sebagian besar terdiri dari partikel mikroskopis

(berukuran sangat kecil) dan sub-mikroskopis (tak dapat dilihat, hanya

dengan mikroskop) yang berukuran lebih kecil dari 0,002 mm (2 mikron).

Berdasarkan campuran butiran, tanah dapat dikelompokkan atas tiga jenis tanah

yaitu tanah berbutir kasar, tanah berbutir halus dan tanah organik yang diterangkan

sebagai berikut:

1. Tanah berbutir kasar adalah tanah yang sebagian besar butir-butir tanahnya

berupa pasir dan kerikil.

2. Tanah berbutir halus adalah tanah yang sebagian besar butir-butir tanahnya

3. Tanah organik adalah tanah yang cukup banyak mengandung bahan-bahan

organik.

Selain pengelompokan tanah berdasarkan ukuran partikel dan campuran

butiran, tanah juga dapat dikelompokkan berdasarkan sifat lekatannya. Pada jenis

pengelompokan ini, tanah dapat dibagi atas tiga jenis sifat lekatan yaitu tanah kohesif,

tanah non kohesif dan tanah organik. Yang didefenisikan sebagai berikut:

1. Tanah kohesif adalah tanah yang mempunyai sifat lekatan antara

butir-butirnya atau mengandung lempung cukup banyak.

2. Tanah non kohesif adalah tanah yang tidak mempunyai atau sedikit sekali

lekatan antara butir-butirnya. atau hampir tidak mengandung lempung.

3. Tanah organik adalah tanah yang sifatnya sangat dipengaruhi oleh

bahan-bahan organik.

2.3 Klasifikasi Tanah

Walaupun saat ini terdapat berbagai sistim klasifikasi tanah seperti yang

diuraikan pada subbab 2.2, namun dari beberapa sistim klasifikasi yang ada, hanya

dua buah sistim yang selalu digunakan oleh para ahli teknik sipil. Kedua isitim

tersebut memperhitungkan distribusi ukuran butir dan batas-batas Atterberg.

Sistim-sistim tersebut adalah Sistim-sistim klasifikasi tanah Unifieddan sistim klasifikasi tanah

American Association of State Highway and TransportationOfficials (AASHTO).

Sistim klasifikasi AASTHO pada umumnya dipakai oleh departemen jalan raya di

semua negara bagian di Amerika Serikat. Sedangkan sistim klasifikasi Unified pada

umumnya lebih disukai oleh para ahli geoteknik untuk keperluan-keperluan teknik

yang lain.

Klasifikasi tanah dimaksudkan untuk mempermudah pengelompokkan berbagai jenis tanah ke dalam kelompok tanah yang sesuai dengan sifat teknik dan karakteristiknya. Untuk sistim klasifikasi AASHTO ini dapat dilihat pada Tabel 2.1

dan pada kriteria di bawah ini:

a. Ukuran Butiran

Kerikil yaitu bagian tanah yang lolos ayakan dengan diameter 75 mm (3 in)

dan yang tertahan pada ayakan No. 20 ( 2 mm ).Pasir yaitu bagian tanah

yang lolos ayakan No. 10 ( 2 mm ) dan yang tertahan pada ayakan No. 200 (

0,075 mm ). Lanau dan lempung yaitu bagian tanah yang lolos ayakan No.

200.

b. Plastisitas

Nama berlanau dipakai apabila bagian-bagian yang halus dari tanah

mempunyai indeks plastisitas [ plasticity index (PI) ] sebesar 10 atau kurang.

Nama berlempung dipakai bilamana bagian-bagian yang halus dari tanah

mempunyai indeks plastis sebesar 11 atau lebih. Batas cair (LL) dan indeks

plastisitas (PI) tanah Metode AASTHO dapat dilihat pada Gambar 2.2.

c. Apabila batuan (ukuran lebih besar dari 75 mm) ditemukan di dalam contoh

tanah yang akan ditentukan klasifikasi tanahnya, maka batuan-batuan

tersebut harus dikeluarkan terlebih dahulu. Tetapi persentase dari batuan

Tabel 2.1 Sistim Klasifikasi Tanah AASTHO (Das, 1994)

Klasifikasi umum Tanah lanau - lempung

(lebih dari 35% dari seluruh contoh tanah lolos ayakan No. 200)

Klasifikasi kelompok A-4 A-5 A-6

A-7 A-7-5 A-7-6 Analisis ayakan (% lolos)

No. 10 No. 40

No. 200 Min 36 Min 36 Min 36 Min 36

Sifat fraksi yang lolos ayakan No. 40 Batas cair (LL)

Indeks plastisitas (PI)

Max 40 Max 10 Max 41 Max 10 Max 40 Min 11 Min 41 Min 11 Tipe material yang paling dominan Tanah berlanau Tanah berlempung

Penilaian sebagai bahan tanah dasar Biasa sampai jelek

Klasifikasi umum Tanah berbutir

(35% atau kurang dari seluruh contoh tanah lolos ayakan No. 200)

Klasifikasi kelompok

A-I

A-3

A-2

A-I-a A-I-b A-2-4 A-2-5 A-2-6 A-2-7 Analisis Ayakan (% lolos)

No. 10 No. 40 No. 200 Max 50 Max 30 Max 15 Max 50 Max 25 Min 51

Min 10 Max 35 Max 35 Max 35 Max 35 Sifat fraksi yang lolos ayakan No. 40

Batas cair (LL)

Indeks plastisitas (PI) Max 6 NP

Max 40 Max 10 Min 41 Max 10 Max 40 Min 11 Min 41 Min 11 Tipe material yang paling dominan Batu pecah,

kerikil dan pasir

Pasir halus

Kerikil dan pasir yang berlanau atau berlempung Penilaian sebagai bahan tanah dasar Baik sekali sampai baik

Gambar 2.2 Batas cair (LL) dan indeks plastisitas (PI) tanah Metode AASTHO (Das, 1994)

Sedangkan pada sistim klasifikasi USCS, tanah dikelompokkan dalam dua

kelompok besar, yaitu:

a. Tanah berbutir kasar (coarce grained soil) yaitu tanah kerikil dan pasir

dimana kurang dari 50% berat total contoh tanah lolos ayakan No. 200.

Simbol dari kelompok ini dimulai dengan huruf awal G atau S. G adalah

untuk kerikil (gravel) atau tanah berkerikil, dan S adalah untuk pasir (sand)

atau tanah berpasir.

b. Tanah berbutir halus (fine grained soil) yaitu tanah dimana lebih dari 50%

berat total contoh tanah lolos ayakan No. 200. Simbol dari kelompok ini

dimulai dengan huruf awal M untuk lanau (silt) anorganik, C untuk lempung

(clay) anorganik, dan O untuk lanau organik dan lempung organik. Simbol

PT digunakan untuk tanah gambut (peat), muck, dan tanah-tanah lain dengan

Kriteria klasifikasi sistim klasifikasi tanahUSCSdan nilai batas cair (LL) terhadap

indeks plastisitas (PI) tanah metode Unified ini dapat dilihat pada Tabel 2.2 dan

Gambar 2.3.

Tabel 2.2 Sistim Klasifikasi TanahUSCS (Das, 1994)

Gambar2.3 Batas cair (LL) dan indeks plastisitas (PI) tanah Metode USCS (Das, 1994)

Kriteria Klasifikasi K la si fi ka si be rda sa rka n pe rs ent as e but ir ha ls K ur an g da ri 5 % l ol os a ya ka n N o. 2 00 G W , G P , S W , S P L ebi h da ri 1 2 % l ol os a ya ka n N o. 2 00 G M, GC , S M , S C 5% s am pa i 1 2 % l ol os a ya ka n N o. 2 00 K la si fi ka si pe rba ta sa n ya n g m em er luka n p eng g una an dua s im bol

Cu = D60/D10 lebih besar dari 4

Cc = (D30)2/(D10 x D60) antara 1 dan 3

Tidak memenuhi kedua kriteria untuk GW

Batas-batas Attreberg di bawah garis A atau PI < 4 Batas-batas Atterberg yang digambar dalam daerah yang diarsir merupakan klasifikasi batas yang membutuhkan simbol ganda.

Batas-batas Attreberg di bawah garis A atau PI > 7 Cu = D60/D10 lebih besar dari 6

Cc = (D30)2/(D10 x D60) antara 1 dan 3

Tidak memenuhi kedua kriteria untuk SW

Batas-batas Atterberg di bawah garis A atau PI < 4 Batas-batas Atterberg _{yang digambar dalam} daerah yang diarsir merupakan klasifikasi batas yang membutuhkan simbol ganda.

Batas-batas Atterberg di bawah garis A atau PI > 7

2.4 Tanah Lempung

Tanah lempung merupakan tanah yang bersifat multi component yang terdiri

dari tiga fase yaitu padat, cair dan udara. Bagian yang padat merupakan

polyamorphous terdiri dari mineral inorganis dan organis. Mineral-mineral lempung

merupakan substansi-substansi kristal yang sangat tipis yang pembentukan utamanya

berasal dari perubahan kimia pada pembentukan mineral-mineral batuan dasar.

Semua mineral lempung sangat tipis kelompok-kelompok partikel kristalnya

berukuran koloid (<0,002 mm) dan hanya dapat dilihat dengan menggunakan

mikroskop elektron.

Mitchell (1976) memberikan batasan bahwa yang dimaksud dengan ukuran

butir lempung adalah partikel tanah yang berukuran lebih kecil dari 0,002 mm,

sedangkan mineral lempung adalah kelompok-kelompok partikel kristal berukuran

koloid (< 0,002 mm) yang terjadi akibat proses pelapukan dan batuan ditambah

dengan sifatnya yang dijelaskan lebih lanjut. Sedangkan menurut Craig (1987), tanah

lempung adalah mineral tanah sebagai kelompok-kelompok pertikel kristal koloid

berukuran kurang dari 0,002 mm, yang terjadi akibat proses pelapukan kimia pada

batuan yang salah satu penyebabnya adalah air yang mengandung asam ataupun

alkali, dan karbondioksida.

Lapisan soft soil umumnya terdiri dari tanah yang butiran-butiran sangat kecil

semakin tinggi letak muka airnya. Lapisan muda ini juga kurang mengalami

pembebanan sehingga sifat mekanisnya buruk dan tidak mampu memikul beban.

Lapisan tanah lempung lunak memiliki gaya gesernya yang kecil, kemampatan

yang besar, koefisien permeabilitas yang kecil dan mempunyai daya dukung rendah

dibandingkan tanah lempung lainnya. Tanah-tanah lempung lunak secara umum

mempunyai sifat-sifat sebagai berikut:

1. Kuat geser rendah.

2. Berkurang kuat gesernya bila kadar air bertambah.

3. Berkurang kuat gesernya bila struktur tanahnya terganggu.

4. Bila basah bersifat plastis dan mudah mampat.

5. Menyusut bila kering dan mengembang bila basah.

6. Kompresibilitasnya besar (Tabel 2.3)

Tabel 2.3 Klasifikasi kompresibilitas tanah (Coduto, 1994)

Kompresibilitas Klasifikasi

0,00 -0,05 0,05-0,10 0,10 -0,20

0,20 -0,35 > 0,35

Very slightly compressible Slightly compressible Moderately compressible Highly compressible Very highly compressible

7. Berubah volumenya dengan bertambahnya waktu akibat rangkak pada beban

yang konstan.

8. Merupakan material kedap air.

Menurut Terzaghi dan Peck (1987) tanah lempung kohesif diklasifikasikan

sebagai tanah lempung lunak apabila mempunyai daya dukung ultimit lebih kecil dari

0,5 kg/cm2 dan nilai standard penetrasi tes lebih kecil dari 4 (N-value < 4).

Berdasarkan uji lapangan, lempung lunak secara fisik dapat diremas dengan mudah

oleh jari-jari tangan. Toha (1989) menguraikan sifat umum lempung lunak seperti

dalam Tabel 2.4.

Tabel 2.4 Sifat-sifat umum lempung lunak (Toha, 1989)

No. Parameter Nilai

1. 2. 3. 4. 5.

Kadar air, w Batas cair, LL Batas plastik, PL Lolos saringan no. 200

Kuat geser, τ

80-100% 80-110%

30-45% > 90% – 40 kN/m2

2.5 Karakter Fisik Tanah Lempung

Untuk meninjau karakteristik tanah lempung maka perlu diketahui sifat fisik

atau Index Properties dari tanah lempung tersebut, yaitu:

a. Batas - batas Atterberg (Atterberg Limits)

Atterberg telah meneliti sifat konsistensi mineral lempung pada kadar air

yang bervariasi yang dinyatakan dalam batas cair, batas plastis, dan batas

susut. Ada tiga jenis mineral lempung yang diteliti, yaitu: montmorillonite,

Tabel 2.5Batas-batas Atterberg untuk mineral lempung (Mitchell, 1976)

Mineral Batas Cair Batas Plastis Batas Susut

Montmorillonite 100 – 90 50 – 100 8,5 – 15

Illite 60 – 120 35 – 60 15 – 17

Kaolinite 30 – 110 25 – 40 25 – 29

Berdasarkan Tabel 2.5dan pada Gambar 2.3, tanah lempung lunak dapat

dikategorikan ke dalam kelompok MH atau OH.

b. Menurut Sistem klasifikasi Tanah USCS

Dalam sistem USCS, yang dikembangkan di Amerika Serikat oleh

Casagrande (1948), simbol kelompok terdiri dari huruf-huruf deskriptif

primer dan sekunder. Klasifikasi didasarkan atas prosedur-prosedur di

laboratorium dan di lapangan. Tanah yang mempertunjukkan karakteristik

dari dua kelompok harus diberi klasifikasi pembatas yang di tandai oleh

simbol yang dipisahkan oleh tanda hubung.

c. Berat Jenis (SG)

Nilai Specific Gravity yang didasarkan pada tiap-tiap mineral pada tanah

lempung lunak dapat dilihat pada Tabel 2.6.

Tabel 2.6Nilai Specific Gravity untuk tiap mineral tanah lempung (Mitchell, 1976)

Mineral Lempung Lunak Specific Gravity (SG)

Kaolinite 2,6 – 2,63

Illite 2,8

Montmorillonite 2,4

d. Permeabilitas Tanah (k)

Struktur tanah, konsistensi ion, dan ketebalan lapisan air yang menempel

pada butiran lempung berperan penting dalam menentukan koefisien

permeabilitas tanah lempung. Umumnya nilai permeabilitas tanah k untuk

lempung kurang dari 10-6 cm/detik. Nilai permeabilitas tanah dapat diperoleh

dari hasil uji konsolidasi yang dihitung dengan menggunakan rumus:

�= ������

1+ �0 (2.1)

dimana Cv = koefisien konsolidasi

γw = berat isi air

e0 = angka pori, dan

av= perbandingan angka pori (e1-e2) dan

tegangan (σ2-σ1)

dengan�_� = �1−�2

�2−�1. Nilai koefisien permeabilitas k tanah ini dapat dilihat

padat Tabel 2.7 di bawah ini.

Tabel 2.7 Koefisien permeabilitas tanah (Gunawan, 1997)

Jenis tanah Koefisien k(cm/s)

Kerikil Murni ≥ 1

Pasir Kasar 1 s/d 0,01

Pasir Campuran 0,01 s/d 0,05

Pasir Halus 0,05 s/d 0,001

Pasir Berlanau (Silty Sand) 0,002 s/d 0,0001

Lanau (Silt) 0,0005 s/d 0,00001

e. Komposisi Tanah

Angka pori, kadar air, dan berat volume kering pada beberapa tipe tanah

lempung dapat dilihat pada Tabel 2.8.

Tabel 2.8Nilai angka pori, kadar air, dan berat volume kering pada tanah lempung (Mitchell, 1976)

Tanah kohesif seperti lempung memiliki perbedaan yang cukup mencolok

terhadap tanah non kohesif seperti pasir. Perbedaan tersebut adalah:

1. Tahanan friksi tanah kohesif lebih besar dari tanah non kohesif

2. Kohesi Lempung lebih besar tanah granular

3. Permeability lempung lebih kecil tanah berpasir

4. Pengaliran air pada lempung lebih lambat dibandingkan pada tanah berpasir

5. Perubahan volume pada lempung lebih lambat dibandingkan pada tanah

granular.

Tipe Tanah Angka Pori

e

Kadar air dalam keadaan jenuh

Berat volume kering (kN/m3)

Lempung kaku 0,6 21 17

Lempung lunak 0,9 – 1,4 30 – 50 11,5 – 14,5

Lempung organik lembek 2,5 – 3,2 30 – 120 6 - 8

2.6 Konsolidasi

Pengertian konsolidasi dan jenis-jenis konsolidasi pada lapisan tanah akan

dipaparkan pada subbab di bawah ini:

2.6.1 Pengertian konsolidasi

Konsolidasi merupakan proses berkurangnya kadar air pada lapisan tanah

lempung yang jenuh tanpa pergantian air oleh udara (Terzaghi, 1946), (Wahls dan

Smith,1969).

Menurut (Tuma dan Hadi, 1973), (Holtz dan Kovacs, 1981) dan (Cernia,1982),

proses berkurangnya volume yang terjadi selama konsolidasi disebabkan oleh salah

satu atau rangkaian dari beberapa faktor berikut:

1. Penyusunan kembali butiran-butiran lempung.

2. Deformasi dari butiran lempung.

3. Deformasi air pori dan udara.

4. Keluarnya air pori dan udara.

Pengukuran konsolidasi di lapangan dapat dipantau dengan memasang

pizometer. Alat ini mencatat perubahan tekanan air pori terhadap waktu. Besarnya

penurunan dapat diukur dengan mencatat ketinggian suatu titik acuan yang sesuai

pada suatu struktur atau pada permukaan tanah. Dalam mencari data penurunan,

setiap kesempatan harus diambil, sebab hanya dengan pengukuran tersebut ketepatan

2.6.2 Jenis-jenis konsolidasi

Ada dua jenis konsolidasi pada tanah, yaitu konsolidasi primer dan konsolidasi

sekunder. Pengertian dan penjelasan mengenai kedua konsolidasi tersebut akan

dipaparkan di bawah ini:

1. Konsolidasi primer

Penurunan konsolidasi primer merupakan salah satu proses penurunan yang

terjadi pada lempung jenuh berbutir halus dengan koefisien dan daya rembes yang

kecil dan tergantung pada waktu, dimana proses terjadinya diakibatkan oleh adanya

dissipasi tekanan air pori serta keluarnya udara dalam rongga dari masa tanah (Wahls,

1962).

Jika tegangan yang terjadi melebihi kapasitas kerangka tanah pada kondisi

angka pori tertentu, maka kelebihan tegangan tersebut seluruhnya akan ditahan oleh

air pori. Dengan berkurangnya angka pori, kapasitas gaya antar butir dari kerangka

tanah meningkat yang selanjutnya akan mengurangi besarnya tegangan air pori.

Proses selanjutnya akan berlangsung terus sampai terjadi keseimbangan dimana

tegangan air pori akan sama besar dengan tegangan hidrostatik dan seluruh tegangan

akan ditahan oleh struktur antar butir. Karakteristik penurunan yang umumnya terjadi

saat konsolidasi dapat dilihat pada Gambar 2.4.

2. Konsolidasi sekunder

Definisi baku tentang penurunan konsolidasi sekunder belum sepenuhnya

terdefinisikan dengan jelas. Penurunan sekunder secara umum dipandang sebagai

penurunan yang terjadi akibat adanya perubahan tegangan efektif, meskipun

kejadiannya secara lengkap belum sepenuhnya dipahami.

Gambar 2.4 Karakteristik hubungan ΔH terhadap log t (Mitchell, 1976). Penurunan konsolidasi sekunder merupakan terjadinya perubahan angka pori

yang dihasilkan dari terjadinya pelelehan viscous dari struktur butir tanah (Wahls,

1962). Penurunan konsolidasi sekunder merupakan perubahan volume yang

berlangsung secara terus menerus, yang dimulai selama konsolidasi primer meskipun

terjadi pada kecepatan yang rendah pada tegangan efektif yang konstan setelah semua

Penurunan konsolidasi sekunder ditandai oleh terjadinya rangkak (pelelehan)

dari struktur lempung akibat adanya tegangan efektif yang konstan (Lo, 1961).

Sedangkan rangkak merupakan hasil dari tergelincirnya kontak partikel pada ikatan

yang lemah diikuti dengan pengaliran bahan dari ikatan yang lemah ke ikatan yang

lebih kuat (Christiansen, 1964).

Teori konsolidasi sekunder adalah sangat luas, pendekatan matematiknya

sangat komplek dimana parameter-parameter tanahnya tidak dapat ditentukan secara

baik oleh karenanya pembahasan konsolidasi sekunder masih tetap kontroversi (Lo,

1961). Meskipun model reologinya telah dikembangkan oleh Gibson dan Lo (Wahls,

1962) komponen penurunannya merupakan hasil dari adanya tekanan yang terjadi

pada ikatan antara partikel-partikel lempung itu sendiri serta adanya interaksi antara

pertikel-partikel tanah dengan air dimana efeknya pada ukuran yang paling kecil

belum secara tuntas dipahami.

Faktor komplikasi lainnya terjadi pada tanah lempung adalah kesulitan

memisahkan antara penurunan sekunder dari penurunan total. Jika konsolidasi yang

terjadi pada lapisan tanah lempung yang cukup tebal, bagian yang lebih dekat dengan

permukaan mungkin dapat secara sempurna terkonsolidasi, namun bagian yang

berada di tengah-tengah lapisan lempung mungkin masih mengalami konsolidasi

primer. Namun kedua jenis penurunan memberikan kontribusi terhadap penurunan

total pada permukaan.

Oleh karenanya, beberapa hipotesis praktis untuk memperkirakan penurunan

sekunder telah dapat diterima untuk maksud penggunaan praktis dalam praktek

rekayasa (Lo, 1961).

Konsolidasi sekunder yang dihasilkan dari kurva hubungan penurunan

dengan waktu, kurva konsolidasi sekunder dapat dikelompokkan dalam tiga bentuk

berdasarkan perilakunya:

1. Tipe I

Kurva yang mempunyai bentuk cekung yang bagus, konsolidasi

sekunder berkurang dengan waktu selanjutnya kurva menjadi horizontal

ketika penurunan maksimum telah tercapai.

2. Tipe II

Karakteristik type II menunjukkan, bagian lurus mengikuti pendekatan

logaritmik untuk batas waktu yang cukup besar.

3. Tipe III

Kecepatan tekanan sekunder meningkat dengan log waktu selanjutnya

menerus secara perlahan sampai selesai. Ketiga tipe kurva penurunan

Gambar 2.5 Tipe penurunan sekunder (Lo, 1961)

2.7 Konsolidasi pada tanah lempung

Jika dibandingkan dengan tanah berpasir, tanah lempung memiliki sifat yang

kurang menguntungkan pada proses konsolidasi. Hal tersebut dapat diperhatikan pada

Tabel 2.9. dibawah ini:

Tabel 2.9 Perbandingan tanah lempung dan tanah pasir

Jenis Tanah Rembesan Penurunan Waktu

Tanah Lempung Rendah Relatif Besar Lambat

Tanah Berpasir Besar Relatif Kecil Cepat

2.7.1Tanah lempung over consolidated

Lapisan tanah lempung biasanya terbentuk dari proses pengendapan. Pada

proses pengendapannya, lempung akan mengalami konsolidasi ataupun penurunan

akibat tekanan tanah yang mengendapdiatasnya. Lapisan-lapisan tanah yang diatas ini

suatu ketika mungkin kemudian hilang akibat proses alam. Hal ini berarti lapisan

bawah pada suatu saat dalam sejarah geologi pernah mengalami konsolidasi akibat

dari tekanan yang lebih besar dari tekanan yang bekerja sekarang. Lapisan semacam

ini disebut lapisan overconsolidated (OC) atau terkonsolidasi berlebihan.

Tanah lempung pada kondisi overconsolidated memiliki tekanan prakonsolidasi

lebih besar dari tekanan overburden efektif yang ada pada waktu sekarang (Pc’>Po’).

Nilai banding overconsolidation (OverConsolidation Ratio, OCR) didefinisikan

sebagai nilai banding tekanan prakonsolidasi (pc) terhadap tegangan efektif (p0) yang

ada, atau bisa dinyatakan dalam persamaan:

OCR =Pc′

P_o′ (2.2)

Karena memiliki tekanan prakonsolidasi lebih besar dari tekanan overburden

efektif yang ada pada waktu sekarang (Pc’>Po’), maka tanah lempung

overconsolidated memiliki nilai OCR > 1).

2.7.2 Tanah lempung normally consolidated

Bila suatu lapisan tanah lempung memiliki tegangan efektif yang bekerja pada

waktu sekarang adalah tegangan maksimumnya, maka endapan lempung ini disebut

lapisan tanah lempung pada kondisi normally consolidated memiliki tekanan

prakonsolidasi (preconsolidation pressure) (Pc’) yang sama dengan tekanan

overburden efektif (Po’). Oleh karena itu, tanah normally consolidated mempunyai

nilai OCR = 1. Dapat juga ditemui tanah lempung mempunyai OCR < 1. Kondisi ini

disebut underconsolidated. kondisi ini dapat terjadi pada tanah-tanah yang baru saja

diendapkan baik secara geologis maupun oleh manusia.

Menurut Wheeless dan Sowers untuk lempung yang terkonsolidasi secara

normal (normally consolidated) penurunan konsolidasi dapat dihitung dengan rumus:

�= ���

1+ �0log�

�0+ ∆�

�0 �(2.3)

dimana S = penurunan

Cc = indeks pemampatan

2.8 Pengujian konsolidasi di laboratorium

Pengujian konsolidasi satu dimensi (one dimensional consolidation) biasanya

dilakukan di laboratorium dengan alat oedometer atau konsolidometer. Gambar

skematik alat ini dapat dilihat pada Gambar2.6.Contoh tanah yang mewakili elemen

tanah yang mudah mampat pada lapisan tanah yang diselidiki dimasukkan secara

hati-hati ke dalam cincin besi. Pada bagian atas dan bawah benda uji dibatasi oleh

batu tembus air (porous stone).

Gambar 2.6 Skema alat pengujian konsolidasi

Beban P diterapkan pada benda uji tersebut, dan penurunan diukur dengan

arloji pembacaan (dial gauge). Beban diterapkan dalam 24 jam, dengan benda uji

tetap terendam dalam air. Penambahan beban secara periodik diterapkan pada contoh

tanahnya. Hasil terbaik diperoleh jika penambahan beban adalah 2 kali beban

sebelumnya, dengan urutan besar beban 0,25; 0,50; 1; 2; 4; 8; 16 kg/cm2.

Untuk tiap penambahan beban, deformasi dan waktunya dicatat, kemudian

diplot pada grafik semi logaritmis. Gambar 2.7 memperlihatkan sifat khusus dari

grafik hubungan antara penurunan ΔH dan logaritma waktu (log t). kurva bagian atas (kedudukan 1), merupakan bagian dari kompresi awal disebabkan oleh pembebanan

awal dari benda uji. Bagian garis lurus (kedudukan 2), menunjukkan proses

konsolidasi primer. Bagian garis lurus terendah (kedudukan 3), menunjukkan

konsolidasi sekunder.

Beban

2.9 Parameter-parameter konsolidasi

Parameter-parameter konsolidasi yang diperoleh dari pengujian konsolidasi di

laboratorium antara lain adalah:

2.9.1 Indeks pemampatan (Cc)

Indeks pemampatan, Cc, adalah kemiringan dari bagian lurus e-log p’, untuk

dua titik yang terletak pada bagian lurus dari grafik dalam Gambar 2.7, nilai Cc dapat

dinyatakan dalam persamaan:

�� =_log��1−�2

2 ′_{−����}

1

′ =_{��� ��}∆� 2′� ��1′

(2.4)

Untuk tanah normally consolidated, Terzaghi dan Peck (1967) juga

memberikan hubungan angka kompresi Cc sebagai berikut:

�� = 0,009(�� −10) (2.5)

Dengan LL adalah batas cair (liquid limit). Persamaan ini dapat digunakan

untuk tanah lempung tak organik yang mempunyai sensitivitas rendah sampai sedang

dengan kesalahan 30%.Namun rumus ini tidak dapat digunakan untuk tanah yang

memiliki sensitivitas lebih besar dari 4.

Gambar 2.7Indeks pemampatan Cc

Terzaghi dan Peck juga memberikan hubungan yang sama untuk tanah lempung

dibentuk kembali (Remoulded) yaitu:

�� = 0,007 (�� −10) (2.6)

Kovacs (1981) mengemukakan beberapa nilai Cc dari penelitian-penelitian yang

pernah dilakukan yang ditunjukkan pada Tabel 2.10.

Tabel 2.10 Nilai Compression Index (Cc) Tanah

Jenis Tanah Cc

Normally consolidated medium sensitive clays 0,2 -0,5

Chicago silty clay (CL) 0,15-0,3

Boston blue clay (CL) 0,3-0,5

Vicksburg buckshot clay (CH) 0,5-0,6

Swedish medium sensitive clay (CL-CH) 1-3

Canadian Leda clays (CL-CH) 1-4

Mexico city clay (MH) 7-10

Organic clay (OH) > 4

Peats (Pt) 10-15

Organics silt and clayey silts (ML-MH) 1,5-4,0

San Fransisco Bay Mud (CL) 0,4-1,2

San Fransisco Old Bay clays (CH) 0,7-0,9

2.9.2 Indeks pemampatan kembali (Cr)

Indeks pemampatan kembali (Cr) adalah kemiringan dari kurva pelepasan

beban dan pembebanan kembali pada grafik e-log p’(Gambar 2.8).

�� = _{��� �}�1−�1

2 ′_{−��� �}

1′

= ∆�

��� ��2′� ��1′

(2.7)

Gambar 2.8 Indeks pemampatan kembali (Cr)

2.9.3 Koefisien konsolidasi (Cv)

Kecepatan penurunan dapat dihitung dengan menggunakan koefisien

konsolidasi (Cv). Kecepatan penurunan perlu diperhitungkan bila konsolidasi yang

terjadi pada suatu struktur diperkirakan sangat besar. Bila penurunan sangat kecil,

kecepatan penurunan tidak begitu penting diperhatikan, karena penurunan yang

terjadi sejalan dengan waktunya akan tidak menghasilkan perbedaan yang begitu

besar.

Derajat konsolidasi pada sembarang waktunya, dapat ditentukan dengan

menggambarkan grafik penurunan vs waktu untuk satu beban tertentu yang

diterapkan pada alat konsolidometer. Caranya dengan mengukur penurunan total pada

akhir fase konsolidasi. Kemudian dari data penurunan dan waktunya, sembarang

waktu yang dihubungkan dengan derajat konsolidasi rata-rata tertentu (missal U =

50%) ditentukan. Hanya sayangnya, walaupun fase konsolidasi telah berakhir, yaitu

ketika tekanan air pori telah nol, benda uji di dalam konsolidometer masih terus

mengalami penurunan akibat konsolidasi sekunder. Karena itu, tekanan air pori

mungkin perlu diukur selama proses pembebanannya atau suatu interpretasi data

penurunan dan waktu harus dibuat untuk menentukan kapan konsolidasi telah selesai.

Jika sejumlah kecil udara terhisap masuk dalam air pori akibat penurunan

tekanan pori dari lokasi aslinya di lapangan, kemungkinan terdapat juga penurunan

yang berlangsung dengan cepat, yang bukan bagian dari proses konsolidasi. Karena

itu, tinggi awal atau sebelum adanya penurunan saat permulaan proses konsolidasi

juga harus diinterpretasikan.

1. Metode kecocokan log-waktu (Log-time fitting method)

Prosedur untuk menentukan nilai koefisien konsolidasi Cv diberikan oleh

Casagrande dan Fadum (1940). Cara ini sering disebut metode kecocokan log-waktu

casagrande (Casagrande log-time fitting method). Adapun prosedurnya adalah

a. Gambarkan grafik penurunan terhadap log waktu, seperti yang ditunjukkan

dalam Gambar 2.9untuk satu beban yang diterapkan.

b. Kedudukan titik awal kurva ditentukan dengan pengertian bahwa kurva awal

mendekati parabol. Tentukan dua titik yaitu pada saat t1 (titik P) dan saat 4t1

(titik Q). Selisih ordinat (jarak vertikal) keduanya diukur, misalnya x.

kedudukan R = R0 digambar dengan mengukur jarak x ke arah vertikal di

atas titik P. Untuk pengontrolan, ulangi dengan pasangan titik yang lain.

c. Titik U = 100%, atau titik R100, diperoleh dari titik potong dua bagian linier

kurvanya, yaitu titik potong bagian lurus kurva konsolidasi primer dan

sekunder.

d. Titik U = 50% ditentukan dengan:

�50 = (�0+�100)/2 (2.8)

Dari sini diperoleh waktu t50. Nilai Tv sehubungan dengan U = 50% adalah

0,197. Selanjutnya koefisien konsolidasi Cv,diberikan oleh Persamaan 2.8

dan nilai Tv dapat diperoleh dari Tabel 2.11.

�� =����

2

�50

(2.9)

dimana Tv = koefisien waktu

Ht = setengah ketebalan benda uji

t50 = waktu pada U50

Tabel 2.11 Penentuan Nilai Tv

Pada pengujian konsolidasi dengan drainasi atas dan bawah, nilai Ht diambil

setengah dari tebal rata-rata benda uji pada beban tertentu. Jika suhu rata-rata dari

tanah asli di lapangan diketahui, dan ternyata terdapat perbedaan dengan suhu

rata-rata pada waktu pengujian, koreksi Cvharus diberikan.

Gambar 2.9 Metode kecocokan log-waktu (Cassagrande, 1940)

U (%) Tv U (%) Tv U (%) Tv

5 0,002 40 0,126 75 0,447

10 0,008 45 0,159 80 0,567

15 0,018 50 0,197 85 0,684

20 0,031 55 0,238 90 0,848

25 0,049 60 0,287 95 1,129

30 0,071 65 0,342 100 -

2. Metode Akar Waktu (Square Root of Time Method) (Taylor,1948)

Penggunaan dari cara ini adalah menggambarkan hasil pengujian konsolidasi

pada grafik hubungan akar waktu dan penurunannya (Gambar 2.10). Kurva teoritis

yang terbentuk, biasanya linier sampai dengan kira-kira 60% konsolidasi.

Karakteristik cara akar waktu ini, yaitu dengan menentukan U = 90% konsolidasi,

dimana pada U = 90%, absis OR akan sama dengan 1,15 kali absis OQ. Prosedur

untuk memperoleh derajat konsolidasi U=90%, adalah sebagai berikut:

a. Gambarkan grafik hubungan penurunan dan akar waktu dari data hasil

pengujian konsolidasi pada beban tertentu yang diterapkan.

b. Titik U = 0 diperoleh dengan memperpanjang garis dari bagian awal kurva

yang lurus sehingga memotong ordinatnya di titik P dan memotong absis di

titik Q. Anggapan kurva awal berupa garis lurus adalah konsisten dengan

anggapan bahwa kurva awal berbentuk parabol.

c. Garis lurus PR digambar dengan absis OR sama dengan 1,15 kali absis OQ.

Perpotongan dari PR dan kurvanya ditemukan titik R90 pada ordinatnya dan

t90 pada absis.

d. TV untuk U = 90% adalah 0.848. Pada keadaan ini, koefisien konsolidasi

diberikan menurut persamaan:

�_� =0,848 ��

2

�90

(2.10)

Gambar 2.10 Metode Akar Waktu (Taylor,1948)

Jika akan menghitung batas konsolidasi primer (U=100%), titik R100 pada kurva

dapat diperoleh dengan mempertimbangkan menurut perbandingan kedudukannya.

Seperti dalam penggambaran kurva log-waktu, gambar kurva akar waktu yang

terjadi memanjang melampaui titik 100% ke dalam daerah konsolidasi sekunder.

Metode akar waktu membutuhkan pembacaan penurunan (kompresi) dalam periode

waktu yang lebih pendek dibandungkan dengan metode log-waktu. Tetapi kedudukan

garis lurus tidak selalu diperoleh dari penggambaran metode akar waktu. Dalam hal

menemui kasus demikian, metode log-waktu seharusnya digunakan.

Nilai koefisien konsolidasi yang diperoleh dari berbagai jenis tanah pada

Tabel 2.12 Nilai koefisien konsolidasi (Cv)

Jenis Tanah Koefisien Cv(x10-4cm2/s)

Boston Blue Clay (CL)

(Ladd and Luscher, 1965) 40 ± 20

Organic Silt (OH)

(Lowe, Zaccheo, and Feldman, 1964) 2 s/d 10

Glacial Lake Clay (CL)

(Wallace and Otto, 1964) 6,5 s/d 8,7

Chicago Silty Clay (CL)

(Terzaghi and Peck, 1967) 8,5

San Francisco Bay Mud (CL) 2 s/d 4

Mexico City Clay (CL)

(Leonards and Girault, 1961) 0,9 s/d 1,5

Swedish Medium Sensitive Clay (CL-CH) (Holtz and and Broms, 1972)

1. Laboratory

2. Field

0,4 s/d 0,7 0,7 s/d 3,0

2.10 Tegangan geser

Konsep dan teori mengenai tegangan geser akan dipaparkan pada subbab di

bawah ini:

2.10.1 Konsep tegangan efektif

Apabilasuatu lapisan tanah tanah berada dibawah muka air tanah,

makalapisan tanah dipengaruhi oleh gaya angkat ke atas sebagai akibat tekanan

hidrostatis. Berat tanah yang terendam ini, disebut berat tanah efektif dan, sedangkan

tegangan yang terjadi akibat berat tanah efektif di dalam tanahnya, disebut tegangan

efektif. Tegangan efektif (σ’) ini merupakan tegangan yang mempengaruhi kuat geser

(τ) dan perubahan volume atau penurunan tanahnya.

Menurut Terzaghi (1923), tegangan efektif (effective stress concept) yang

bekerja pada segumpal tanah, hanya berlaku pada tanah yang jenuh sempurna,

dimana tegangan-tegangan yang berhubungan tersebut adalah:

1. Tegangan normal total (σ) pada bidang tanah, yaitu gaya per satuan luas yang di transmisikan pada arah normal bidang, dengan menganggap bahwa

tanah adalah material padat saja (fase tunggal).

2. Tekanan air pori (u), yaitu tekanan air pengisi pori-pori diantara

partikel-partikel padat.

3. Tegangan normal efektif (σ’) pada bidang, yang mewakili tegangan yang dijalarkan hanya melalui kerangka tanah saja.

Tegangan total yang bekerja pada tanah jenuh sempurna akan menimbulkan

reaksi dari tegangan efektif tanah (σ’) dan tegangan air pori (μ). Sehingga dapat dikatakan komponen tegangan total (σ) normal pada seluruh bidang dalam tanah dibagi menjadi dua bagian yaitu tekanan pori (μ) dan komponen tegangan efektif (σ’) dari struktur tanah, dan dapat dirumuskan sebagai berikut:

σ' = σ

- u

w

(2.11)

Jika ada tegangan dari luar tanah maka air pori yang terdesak akan mengalir

melalui sela-sela partikel padat tanah dan meningkatkan tegangan air pori. Apabila

pada elemen tanah tersebut tidak ada drainase maka tegangan air pori akan terus

meningkat, tetapi bila pada tanah tersebut ada drainase maka akan terjadi konsolidasi

2.10.2 Kohesi tanah dan friksi

Daya tarik antara partikel-partikel tanah kohesif disebut kohesi yang

disimbolkan dengan (c). Sedangkan ketahanan terhadap perpindahan relatif pada

tanah yang tidak kohesif disebut friksi. Friksi yang diartikan disini adalah gaya gesek

(Ff), sebesar:

Ff = µ . σ (2.12)

dimana µ= koefisien friksi

σ = gaya normal di antara partikel-partikel

Banyak jenis tanah (termasuk tanah yang tidak kohesif) yang menunjukkan

kohesi maupun tahanan geser terhadap perpindahan partikel. Koefisien geser dalam

pekerjaan geoteknis diambil sebagai:

µ = tanø (2.13)

Dimana ø disebut sebagai sudut tahanan geser dalam dari tanah. Salah satu

nilai ø dan c mungkin lebih besar dari nol atau sama dengan nol tetapi tidak mungkin

lebih kecil dari nol.

2.10.3 Teori keruntuhan Mohr-Coulomb

Kekuatan geser pada tanah merupakan bentuk perlawanan internal tanah per

satuan luas terhadap keruntuhan atau pergeseran sepanjang bidang geser dalam tanah

yang dimaksud.

Mohr (1910) mengemukakan suatu teori tentang keruntuhan pada material yang

dinyatakan bahwa keruntuhan terjadi pada suatu material akibat kombinasi kritis

antara tegangan normal dan geser, dan bukan hanya akibat tegangan normal

maksimum atau tegangan geser maksimum saja. Jadi, hubungan antara tegangan

normal (σ) dan geser (τf) pada sebuah bidang keruntuhan dapat dinyatakan dalam

bentuk berikut (Gambar 2.11).

τf= f(σ) (2.14)

Garis keruntuhan (failure envelope) yang dinyatakan oleh persamaan 2.14. di

atas sebenarnya berbentuk garis lengkung. Untuk sebagian besar masalah mekanika

tanah, garis tersebut cukup didekati dengan sebuah garis lurus yang menunjukkan

hubungan linier antara tegangan normal (σ) dan geser (τf) yang dirumuskan oleh

Columb (1776) sebagai persamaan:

(τf)= c + σ tan ø (2.15)

dengan c = kohesi

ø = sudut tahanan geser – internal

Keruntuhan pada suatu material tanah dapat juga dianalisa dengan menghitung

sudut keruntuhan(θ) yang disebut juga sebagai kriteria keruntuhan Mohr-Coulomb dengan menggunakan rumus:

� = 45° + ø

2 (2.16)

dimana ø = Sudut geser dalam

Gambar 2.11 Grafik hubungan tegangan geser τ terhadap tegangan normal σ Berdasarkan konsep dasar Terzaghi, tegangan geser pada suatu tanah hanya

dapat ditahan oleh tegangan partikel-partikel padatnya. Karena itu Terzaghi

mengubah rumus kekuatan geser Coloumb dalam bentuk fungsi tegangan normal

efektif sebagai berikut:

τf= c’+ σ’. tan ø’ (2.17)

σ’ = σ - μ (2.18)

dimana c’ = kohesi tanah efektif

σ’ = tegangan normal efektif μ = tekanan air pori

ø_{’ = sudut tahanan geser-internal efektif}

Oleh sebab itu keruntuhan akan terjadi pada titik yang mengalami keadaan

kritis yang disebabkan oleh kombinasi antara tegangan geser dan tegangan normal

efektif. Kekuatan geser suatu jenis tanah dapat diperhatikan pada Tabel 2.13 dibawah

ini.

Tabel 2.13 Konsistensi dan kekuatan tanah kohesif (lempung) Lambe dan Whitman, 1979

Konsistensi sangat

lunak lunak medium kaku sangat kaku keras

Undrained Cohesion

(t/m2)

< 1.25 1.25 – 2.50 2.50 -5.00 5.00 -10.00 10.00-20.00 >20.00

2.11 Pengujian kuat geser tanah dengan uji triaksial

Pada umumnya pengukuran parameter-parameter kekuatan geser tanah (τ) dapat dilakukan dengan menggunakan tiga macam alat pengujian yaitu alat pengujian

triaksial, alat uji geser langsung(Direct Shear Test)dan alatuji tekan bebas

(Unconfining Compressed Test). Namun pada tesis ini, pengukuran parameter

kekuatan geser tanah akan dilakukan dengan menggunakan alat uji triaksial (Gambar

Gambar 2.12 Alat pengujian triaksial

Menurut Bowles, nilai kuat geser pada tanah lempung tergantung pada jenis

dan keadaan tanah (undisturbed atau remolded) serta prosedur pengujian yang

dilakukan. Selain itu, saturasi pada contoh uji tanah harus diasumsikan 100% untuk

mendapatkan parameter kekuatan geser seperti di lapangan, dengan kata lain tanah

tersebut adalah kondisi jenuh air. Akan tetapi, penjenuhan tersebut terkadang tidak

bisa menggambarkan kondisi real di lapangan karena tanah terkadang mengalami

pemampatan akibat beban yang dipikulnya. Pemampatan ini jika disimulasikan di

laboratorium sama dengan tes konsolidasi.

Uji triaksial dibedakan menjadi 3 (tiga) jenis, tergantung dari kondisinya.

Adapun ketiga uji triaksial tersebut adalah:

1. Keadaan tak terkonsolidasi tak terdrainase (Unconsolidated Undrained

Test/UU Test).

2. Keadaan terkonsolidasi takterdrainase (Consolidated Undrained Test/CU

Test)

3. Keadaan terkonsolidasi terdrainase (Consolidated Drained Test/CD Test)

Pada tesis ini, jenis uji yang digunakan hanya uji Unconsolidated Undrained

Test saja.

Kondisi pada test Unconsolidated Undrained Test ini, tanah tidak mengalami

tahapan konsolidasi. Dimana pada prosedur umumnya, pengujian triaksial terdiri dari

tiga tahapan, yaitu : penjenuhan, konsolidasi, dan kompresi (shear test). Pada uji

triaksial unconsolidated undrained atau quick test (pengujian cepat ) hanya melalui

dua tahapan. Dua tahapan tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut:

1. Penjenuhan

Istilah “penjenuhan”sebagai suatu tahapan dari test, dilakukan dengan

langkah-langkah meningkatkan tekanan air pori (μ) di dalam sampel sehingga udara dapat dihilangkan. Tekanan air pori dinaikkan secara terkontrol, biasanya dengan

memberikan tekanan balik (back pressure), sehingga udara dalam rongga dipaksa

Setelah dilakukan perhitungan dengan program Plaxis berdasarkan

inputproperties dan parameter yang direncanakan maka total deformasi yang terjadi akibat beban tanah timbunan terlihat seperti Gambar 6.3 Dan kurva besar penurunan terhadap lama waktu penurunan pada suatu titik yang ditinjau dapat dilihat pada Gambar 6.4.

Berdasarkan hasil output dari program Plaxis dua dimensi maka diperoleh nilai-nilai sebagai berikut:

Penurunan = 2,334 cm Lama Penurunan = 1738 hari

Dengan menggunakan perhitungan program Plaxis, besar dan lama waktu penurunan lebih cepat dibandingkan dengan perhitungan metode analitis. Hal ini dikarenakan pengaruh gaya horizontal dan permeabilitas arah horizontal diikutsertakan terhadap besar dan lama waktu penurunan. Sehingga hasil ini sesuai dengan karakteristik tanah lunak yang diuji di laboratorium.

Perbandingan antara hasil perhitungan analitis dan pemodelan pada program Plaxis dapat diperhatikan pada Tabel 6.3.

Tabel 6.3 Perbandingan waktuantara dua metode perhitungan Metode

Perhitungan

Penurunan Maksimum (cm)

Penurunan 90% (cm)

Waktu (hari)

Analitis 2,3 2,1 1823

BAB VII

KESIMPULAN DAN SARAN

7.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil pengujian di laboratorium dan pemodelan dengan program Plaxis yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut:

1. Berdasarkan hasil yang diperoleh dari pengujian sifat-sifat fisik tanah lempung di laboratorium maka sampel tanah yang diuji termasuk dapat diklasifikasikan kedalam jenis CL (klasifikasi USCS) atau jenis A-6 (klasifikasi AASHTO) yaitu tanah lempung anorganik dengan plastisitas rendah.

2. Nilai Compression IndexCcpada sampel tanah yang diuji rata-rata sebesar

0,0997.

3. Nilai Recompression indexCrpada sampel tanah yang diuji rata-rata sebesar

0,0344.

4. Nilai koefisien konsolidasi Cvpada sampel tanah yang diuji rata-rata sebesar

3,307 x 10-4cm2/det.

5. Regangan yang terjadi pada sampel tanah sesaat sebelum runtuh rata-rata sebesar 9,5% dengan Tegangan runtuh σfpada sampel tanah rata-rata sebesar

7.2 Saran

Adapun saran yang dapat disampaikan dari analisis dan pengujian yang telah dilakukan adalah sebagai berikut:

1. Pada pengujian konsolidasi sebaiknya saat sampel tanah yang diuji dimasukkan ke sel konsolidasi haruslah benar-benar rata dan benar-benar dalam keadaan undisturbed sehingga penurunan yang diperoleh bisa mendekati kondisi yang sebenarnya di lapangan.

2. Pada Pengujian triaksial UU sebaiknya sampel tanah yang diuji dijenuhkan terlebih dahulu sampai 100%, sehingga sudut geser yang diperoleh sama dengan 0°.

3. Pada setiap pengujian yang dilakukan di laboratorium harus dilakukan sesuai dengan prosedur pelaksanaan (standar operasional) agar hasil yang diperoleh mendekati kondisi yang sebenarnya di lapangan.

4. Perlu dibandingkan Pemodelan dengan program Plaxis dengan program yang berbasis metode elemen hingga lainnya agar hasil yang diperoleh lebih berimbang.

5. Perlu dilakukan penelitian lebih mendalam terhadap tanah lunak di kelurahan Kampung Susuk untuk mempelajari perilaku konsolidasi dan kuat geser di daerah tersebut.

DAFTAR PUSTAKA

Annual Book of ASTM Standards. 1997. Pennsylvania. USA.

Ardana, M. D. W. 2008. Korelasi kekuatan geser undrained tanah lempung dari uji Unconfined Compression dan uji Laboratory Vane Shear (Studi tanah remolded clay). Jurnal Ilmiah Teknik Sipil. Volume 12. Nomor 2.

Atkinson, J.H. dan Bransby, P.L.1978., The Mechanics of Soil and Introduction Critical State Soil Mechanics, MC Graw – Hill Book Company (UK) Limited.

Brinkgreve, R. B. J. 2002. Plaxis 2D version 8. A. A. Balkema Publishers. Nederlands.

Casagrande, A. and Fadum, R. E. 1940. Notes Soil Testing for Engineering Purpose. Harvard Soil Mechanics. Series No. 8. Cambrigde.

Christensen, R. W. and Wu, T. H. 1964. Analysis of Clay Deformation as a Rate Process. Journal of Soil Mechanics and Foundation Engineering Div. ASCE. pp. 125-157.

Craig, R. F. 1987. Soil Mechanics, Fourth Edition. Terjemahan Budi Susilo. Erlangga. Jakarta.

Coduto, D. P. 1994. Foundation Design Principles and Practise. Prentice-Hall Inc. Das, B. M. 1987. Advanced Soil Mechanics. Mc. Graw-Hill International Edition.

New York.

Das, B. M. 1994. Principles of Geotechnical Engineering. Mc. Graw-Hill Third Edition. New York.

Fatal, A., Nasution, S., dan Suratman, I. 2006. Studi Karakteristik Parameter Kuat Geser Tanah Lempung Pasir Honje-Tol Cipularang, Jawa Barat. Jurnal

Irdhiani. 2007. Analisis Deformasi Dua Dimensi pada Raft Footing di atas Tanah Lunak akibat Bangunan dengan Menggunakan Metode Elemen Hingga. Jurnal Teknik Sipil dan Perencanaan. Nomor 1. Volume 9.

Kovac, W. D. dan Holtz, R. D. 1981. An Introduction to Geotechnical Engineering. Prentice-Hall. New Jersey.

Lambe, T. W. dan Whitman, R.V. 1969. Soil Mechanics. John Wiley & Sons. New York.

Lo, K. Y. 1961. Secondary Compression of Clays. Journal Soil Mechanics and Foundations Engineering Division. ASCE. 87(4). 61-87.

Logan, D. L. 1992. A First Course in the Finete Element Method. Second Edition. PWS-KENT Publishing Company. Boston.

Mabrur, M. 2013. Studi Parameter Konsolidasi dan Kuat Geser Tanah Lunak Pulau Sicanang berdasarkan Pengujian Laboratorium serta Pemodelan dengan Metode Elemen Hingga. Universitas Sumatera Utara. Medan.

Mitchell, J.K. 1976. Fundamentals of Soil Behavior. University Berkeley, California. Shirly L., 1994. Geoteknik dan Mekanika Tanah (Penyelidikan Lapangan dan

Laboratorium). Nova. Bandung.

Smith, R. E. and Wahls, H. E. 1969. Consolidation Under Constant Rates of Strain. Jounal of the Soil Mechanics and Foundations Division. ASCE. 95(2), 519-539.

Taylor, D. W. 1948. Foundamentals of Soil Mechanics. John Wileyand Sons. New York.

Terzaghi, K. dan Peck, R. 1987. Soil Mechanics in Engineering Practice, 2nd edition. terjemahan Krisna, B. dan Witjaksono, B. Erlangga. Jakarta.

Toha, F. X. 1989. Karakteristik Konsolidasi Lempung Lunak Banjarmasin. National Symposium on Soft Soil and Landslides. HATTI. Bandung.

Wahls, H. E. 1962. Analysis of Primary and Secondary Compression. Proc. ASCE. SM 6. 207-231.