12
Tabel 2.3. Klasifikasi Tanah Unified Soil Classification System
Sumber :
Bowles, J.E., 1993
2.3 Pemadatan Tanah
Pemadatan tanah earthwoks compaction adalah proses mekanis dimana sejumlah tanah yang terdiri dari partikel padat solid particles, air dan udara
direduksi volumenya dengan menggunakan beban. Beban tersebut dapat berupa beban yang bergerak rolling, beban yang dipukulkan tamping maupun beban
Universitas Sumatera Utara
13 yang digetarkan vibrating. Kepadatan didapat dengan keluarnya udara dari antara
butiran tanah dimana proses ini merupakan kebalikan dari proses konsolidasi yang
merupakan keluarnya air dari antara butir-butir tanah.
Lapisan tanah dasar pada konstruksi jalan raya harus dipadatkan dimana kekuatan dan keawetan perkerasan jalan itu sangat tergantung pada sifat-sifat dan
daya dukung tanah dasar. Tujuan pemadatan adalah untuk meningkatkan kepadatan density, meningkatkan stabilitas, meningkatkan kekuatan tahanan bearing
strength subgrade, mengurangi sifat kemudahan ditembus oleh air permeability, mengurangi potensi likuifaksi dan mencegah erosi.
2.3.1 Jenis-jenis Pemadatan Tanah
Metode pemadatan tergantung kepada jenis pemadatan tanah yang akan dilakukan, ada pemadatan di lapangan dan pemadatan di laboratorium.
A. Pemadatan di Lapangan
Untuk pekerjaan pelaksanaan pemadatan di lapangan kita perlu memilih alat pemadat yang digunakan. Pemadatan di lapangan umumnya menggunakan alat-alat
berat seperti, Three Wheel Roller, Tandem Roller, Pneumatik Tired Roller PTR dan lain-lain. Untuk pemadatan tanah sebagai badan jalansubgrade maka pada
umumnya digunakan vibratory roller Surendro B, 2014. Alat ini cocok digunakan untuk pemadatan granular material material berbutir. Selain vibratory roller ada
beberapa alat yang dipakai untuk memadatkan tanah maupun batu-batuan. Secara garis besar alat pemadat dibagi menjadi 3 group:
Universitas Sumatera Utara
14 1. Rollers, termasuk didalamnya smooth-wheeled, pneumatic-tired, tamping
rollers juga pemadatan oleh beban lalu lintas kendaraan. 2. Vibrators, termasuk didalamnya rollers dan plates.
3. Rammers, termasuk didalamnya power rammers, tampers dan falling weight. Smooth-wheeled rollers Gambar 2.2 memiliki 3 roda dari drum besi atau
tandem dibagian belakang. Alat ini juga memiliki roda besi tunggal berbentuk drum dibagian depan. Beratnya antara 1.7-17 ton dan dapat diperberat lagi dengan
mengisi pasir atau air di roda besinya. Beban yang terpakai dibagi selebar rodanya. Kecepatan bergeraknya antara 2.5-5 kmjam.
Gambar 2.2. Smooth Wheeled Roller Surendro B, 2014
Pneumatic-tired rollers Gambar 2.3, mempunyai 2 sumbu dengan roda dari karet, dimana jumlah roda depan dan belakang berselisih satu dan letak roda
depan belakang berselang seling hingga yang tidak terinjak oleh roda depan dapat terinjak oleh roda belakang demikian sebaliknya. Kecepatan bergeraknya berkisar
1.6 hingga 24 kmjam.
Universitas Sumatera Utara
15
Gambar 2.3. Pneumatic-tired rollers Surendro B, 2014
Menurut Djatmiko Soedarmo 1993
Vibratory rollers Gambar 2.4 atau sering disebut vibro saja, mempunyai kisaran berat 0.5-17 ton, yang mempunyai
sumbu tunggal 1 roda biasanya ditarik traktor sedangkan yang mempunyai mempunyai sumbu ganda menggunakan mesin sendiri untuk bergerak. Frekuensi
getarannya tergantung pabrik pembuatnya namun untuk yang besar berkisar antara 20-35 Hz dan 40-75 Hz untuk vibratory roller yang kecil. Pada umumnya alat bisa
diatur getarannya menjadi 3 posisi: kecil, menengah dan besar. Untuk alat yang ditarik traktor kecepatannya 1.5-2.5 kmjam sedangkan untuk alat yang bergerak
sendiri kecepatannya 0.5-1 kmjam. Apabila sedang menggetarkan rodanya maka kecepatannya semakin rendah.
Universitas Sumatera Utara
16
Gambar 2.4 Vibratory rollers Surendro B, 2014
Vibrating plate compactors Gambar 2.5 sering disebut stamper. Mempunyai kisaran berat 100 kg- 2 ton dan luasan pelat antara 0.16-1.6 m2. Alat
ini cocok untuk memadatkan luasan yang kecil atau tempat yang terbatas untuk dipadatkan seperti daerah pinggiran perkerasan.
Gambar 2.5 Vibrating plate compactors Surendro B, 2014
Universitas Sumatera Utara
17
B. Pemadatan di Laboratorium
Pengujian pemadatan di laboratorium ada dua metode, yaitu: pengujian Pemadatan Standar Standard Proctor Test dan Pengujian Pemadatan Modified
Modified Proctor Test. Pada Uji Pemadatan Standar, tanah dipadatkan dalam sebuah cetakan silinder
bervolume 12,400 ft-lbfft³. Diameter cetakan silinder tersebut 4 in =10,16 cm. Selama percobaan di laboratorium, cetakan itu dikelam pada sebuah pelat dasar dan
di atasnya diberi perpanjangan. Tanah dicampur air dengan kadar yang berbeda- beda dan kemudian dipadatkan dengan menggunakan penumbuk khusus. Berat
penumbuk 5,5lb = 2,5 kg dan tinggi jatuh 12 in. =30,48 cm. Jumlah tumbukan tiap lapisan sebanyak 25 kali. Prosedur pelaksanaan pemadatan ini dilakukan untuk
3 tiga lapisan. Uji Pemadatan Standar mengacu pada ASTM D-698 dan AASHTO T-99.
Pada Pengujian Pemadatan Modified, tanah dipadatkan dalam sebuah cetakan silinder bervolume 56,000 ft-lbfft³. Diameter cetakan silinder tersebut 4
in =10,16 cm. Selama percobaan di laboratorium, cetakan itu dikelam pada sebuah pelat dasar dan di atasnya diberi perpanjangan. Tanah dicampur air dengan kadar
yang berbeda-beda dan kemudian dipadatkan dengan menggunakan penumbuk khusus. Berat penumbuk 10lb = 4,5 kg dan tinggi jatuh 18 in. =45,72 cm. Jumlah
tumbukan tiap lapisan sebanyak 25 kali. Prosedur pelaksanaan pemadatan ini dilakukan untuk 5 lima lapisan. Uji Pemadatan Standar mengacu pada ASTM D-
698 dan AASHTO T-99. Perbandingan alat Uji Pemadatan Standar dengan Uji Pemadatan Modified dapat
dilihat pada Gambar 2.6.
Universitas Sumatera Utara
18
Gambar 2.6 Perbandingan alat Uji Pemadatan Standar dengan Uji Pemadatan Modified
Pengujian pemadatan tanah baik Uji Pemadatan Standar maupun Uji Pemadatan Modified memiliki dua parameter penting, yaitu Berat Isi Kering
Maksimum γd
maks
dan Kadar Air Optimum w
opt
.
2.3.2 Parameter Pemadatan TanahKompaksi A.
Berat Isi Kering Maksimum γd
maks
RR Proctor 1993 dalam Kamarudin F.B 2005 mengatakan untuk suatu jenis tanah yang dipadatkan dengan daya pemadatan tertentu, kepadatan yang
dicapai tergantung pada banyaknya air kadar air tanah tersebut. Besarnya kepadatan tanah, biasanya dinyatakan dalam nilai berat isi kering
ᵞ
d
nya. Apabila tanah dipadatkan dengan adanya pemadatan yang tetap pada kadar
air yang bervariasi, maka pada nilai kadar air tertentu akan tercapai kepadatan maksimum
γd
maks
. Kadar air yang menghasilkan kepadatan maksimum disebut kadar air optimum w
opt
.
Universitas Sumatera Utara
19 Derajat kepadatan tanah dinyatakan dalam istilah berat isi kering
γ
d
, yaitu perbandingan berat butiran tanah dengan volume total tanah. Berat Volume Tanah
dapat dinyatakan dalam persamaan: �
�
= �
+ . dimana:
�
�
= Berat isi kering tanah grcm
3
� =
Berat isi basah tanah grcm
3
1 + = kadar air tanah
Redzuan, 2003 dalam Nendi 2010 mengatakan pertambahan dan pengurangan nilai kepadatan kering tergantung kepada kadar air dalam sampel
tanah, berat pemadatan dan tenaga pemadatan. Craig, 1993 dalam Nendi 2010 mengatakan pada umumnya penambahan air
akan memenuhi ruang antar partikel yang sebelumnya dipenuhi udara. Disamping itu, air juga akan merespon dengan partikel tanah dan menambah kemampuan
tanah. Peningkatan kemampuan tanah akan mengurangi sifat kaku tanah untuk dipadatkan dan menghasilkan berat isi kering
γ
d
yang lebih tinggi. Sedangkan penambahan volume air yang terlalu besar akan menyebabkan sebagian volume
tanah akan dipenuhi air dan akan mengurangi berat isi kering tanah γ
d
. Selain persamaan 2.3 juga terdapat persamaan lain dalam mengontrol
berat isi kering tanah γ
d
pada kondisi tanpa rongga udara zero air voidZAV yaitu:
�
�
= �
+ � × � .
Universitas Sumatera Utara
20 Dimana:
γd = Berat isi kering tanah grcm
3
γ =
Berat isi basah tanah grcm
3
Gs =
Berat jenis tanah 1+ wGs =
kadar air
Menurut Dandung Novianto 2012, untuk suatu kadar air tertentu, berat isi kering maksimum
ᵞd
max
secara teoritis didapat bila pada pori-pori tanah sudah hamper tidak ada udara lagi, yaitu pada saat dimana derajat kejenuhan tanah sama
dengan 100. Kondisi ini disebut Zero Air Voids ZAV.
B. Kadar Air Optimum w
opt
Menurut Bambang Surendro 2014 suatu tanah yang kohesif lempung dalam keadaan kering keras dan berbongkah-bongkah, sangat sukar dipadatkan.
Untuk memudahkan pemadatan, tanah lempung perlu dibasahi, karena semakin basah tanah akan mudah dihancurkan. Namun, bila terlalu basah akan
menghasilkan tanah yang kurang padat. Dengan peningkatan kadar air, partikel tanah memiliki lapisan air
disekelilingnya, sehingga lapisan air ini menjadi pelicinpelumas, sehingga lebih mudah untuk digerakkan. Kepadatan maksimum akan diperoleh pada saat tanah
memiliki kondisi kadar air optimum w
opt
yakni pada saat berai isi kering maksimum
ᵞd
max
. Hubungan antara kadar air optimum dengan berat isi kering tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.6.
Universitas Sumatera Utara
21 Gambar 2.7 Hubungan kadar air optimum dengan berat isi kering maksimum.
Untuk memastikan apakah pemadatan dilapangan sudah sesuai dengan spesifikasi maka perlu diuji di lapangan, kemudian sampel dibawa ke laboratorium
agar dapat diketahui nilai kepadatannya. Menurut spesifikasi umum kepadatan dilapangan harus mencapai 100 dari pemadatan di laboratorium dan 95 untuk
material granural. Jika kondisi tersebut tidak tercapai maka pemadatan dinyatakan gagal atau tidak memenuhi syarat.
� �
= �
� �
× .
Dalam pemadatan tanah, ada 4 faktor yang mempengaruhi kontrol
pemadatan, yaitu : tipe tanah dan gradasi, kadar air optimum w
opt
, berat isi kering γ
d
, energi pemadatan compaction effort. Pemadatan tanah merupakan fungsi dari kadar air, karena pada saat ini air
berperan sebagai pelembut softening agent atau lubrikasi pada partikel tanah yang akan membantu menyusun partikel tanah mengisi rongga udara menjadi lebih
padat. Namun, kelebihan air tidak akan membantu tanah mencapai densitas yang
Universitas Sumatera Utara
22 padat, karena rongga udara telah terisi oleh air yang bersifat inkompresibel yang
membuat partikel tanah akan mengalir atau kehilangan friksi dan energi pamadatan langsung diterima oleh air.
Tipe tanah serta gradasi juga akan mempengaruhi kurva pemadatan. Umumnya tanah yang dominan berbutir halus atau fine grain akan membutuhkan kadar air lebih
untuk mencapai pemadatan optimum, sebaliknya tanah dominan berbutir kasar atau coarse grain membutuhkan sedikit kadar air untuk mencapai kadar air pemadatan
optimum. Hal ini juga terkait pada sifat plastisnya dimana tanah berbutir halus atau fine grain seperti lempung kelanauan memiliki sifat plastis dibanding tanah berbutir kasar
seperti pasir kelanauan yang memiliki indeks plastis rendah
. Secara umum, semakin tinggi derajat pemadatannya maka kemampuannya
menahan gaya geser shearing force akan semakin rendah penurunannya. Namun demikian, Capper dan Cassie 1969 dalam Surendro B. 2016 menyatakan bahwa
apabila dibandingkan kekuatan geser dan kadar air tanah pada kondisi kepadatan tertentu, akan diperoleh nilai kekuatan geser tertinggi dicapai pada saat kadar air
dibawah kondisi optimum pada pemadatan yang maksimum.
2.3.3 Energi Pemadatan
Proses pemadatan dipengaruhi oleh hubungan antara Kadar Air w
opt
dengan Berat Isi Kering γd
maks
. Energi pemadatan yang lebih besar akan menghasilkan kondisi tanah yang lebih padat. Energi pemadatan bergantung kepada
beberapa faktor seperti berat penumbuk, tinggi jatuh penumbuk, jumlah tumbukan perlapisan dan jumlah lapisan.
Hubungan antara energi pemadatan E untuk Proctor Standard dengan factor-faktor yang yang mempengaruhinya dapat ditulis sebagai berikut:
Universitas Sumatera Utara
23
E = jumlah tumbukanlapisan × jumlah lapisan × berat penumbuk × tinggi jatuh penumbuk
volume cetakan
Energi pemadatan tanah akan mempengaruhi suatu karakteristik kurva pemadatan, dimana semakin besar energi pemadatan yang diterima tanah maka efek
densifikasinya akan semakin besar, sehingga nilai kadar air optimum w
opt
akan bergeser lebih kecil namun akan diperoleh nilai berat isi kering maksimum
γd
maks
yang lebih besar. Hubungan kadar air optimum w
opt
dan berat isi kering maksimum
γd
maks
sebagai berikut :
Gambar 2.8. Hubungan antara kadar air dan berat isi kering dengan beberapa jenis tanah yang telah dipadatkan HoltzandKovacs,1981, Das,1998
2.4 Hubungan Parameter Kompaksi dengan Index Properties