16 Ht = Tinggi efektif sampel cm
Tinggi efektif sampel Ht didapat dengan rumus : 2.5
2.6.5 Porositas
Porocity
Porositas n
p
didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah volume ruang kosong dengan volume massa tanah. Porositas merupakan ukuran bagi
kerapatan tanah dan banyak gunanya untuk perhitungan-perhitungan pada rembesan. Porositas dinyatakan dalam Persamaan 2.6 dan Persamaan 2.7 yaitu :
x 100 2.6
atau 2.7
dengan : n
p
= Porositas Vv = Volume pori
V = Volume massa tanah e
= Angka pori
2.6.6 Derajat Kejenuhan
Degree of Saturation
Derajat kejenuhan S dan massa tanah didefinisikan sebagai perbandingan antara volume air dengan volume pori. Umunya derajat kejenuhan ini dinyatakan
dalam persen atau desimal. Derajat kejenuhan berkisar 0 – 100 atau 0 – 1.
Berbagai macam klasifikasi tanah berdasarkan derajat kejenuhannya Hardiyatmo, 1992 dapat dilihat pada Tabel 2.2.
Tabel 2.2 Klasifikasi tanah berdarkan derajat kejenuhan
Keadaan Tanah Derajat Kejenuhan S
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
17 Batas-batas antara masing-masing wujud tanah tersebut disebut Batas
Atterberg, yang terdiri atas batas cair LL, batas plastis PL, dan batas susut SL menurut
Das 1988,
dapat dilihat pada Gambar 2.9 Basah Makin kering
Kering Keadaan cair
liquid
Keadaan plastis
plastic
Keadaan semi
beku
semi solid
Keadaan beku
solid
Batas cair Batas Batas pengerutan
liquid limit plastic limit shrinkage limit
Gambar 2.6 Batas–batas konsistensi tanah
Pengukuran batas-batas ini dilakukan secara rutin untuk sebagian besar penyelidikan yang meliputi tanah berbutir halus
Bowles, 1997
. Dua angka yang paling penting adalah batas cair dan batas plastis yang disebut batas-batas
Atterberg. Penentuan batas-batas Atterberg ini dilakukan hanya pada bagian tanah yang melalui saringan no.40
Wesley, 1977
. Beberapa percobaan untuk menentukan batas-batas Atterberg adalah:
1. Batas Cair
Liquid Limit
Pemeriksaan ini dimaksudkan untuk menentukan kadar air suatu tanah pada keadaan batas cair. Batas cair LL adalah kadar air batas
dimana suatu tanah berubah dan keadaan cair menjadi keadaan plastis. Pendekatan yang digunakan untuk menentukan batas cair, dapat
digunakan data jumlah pukulan dan kadar air yang dihitung dengan persamaan:
....... 2.8 dengan :
LL = Batas cair Wc = Kadar air pada saat tanah menutup
N = Jumlah pukulan pada kadar air Wc
18 Nilai batas cair yang digunakan pada penelitian ini merupakan kadar
air pada jumlah pukulan N adalah 25. Nilai batas cair dapat
dikelompokkan menjadi beberapa kategori menurut Tabel 2.3 berikut ini :
Tabel 2.3 Nilai batas cair tanah
Kategori Persentase
Low Liquid Limit 20-25
Intermediate Liquid Limit 25-50
High Liquid Limit 50-70
Very High Liquid Limit 70-80
Extra High Liquid Limit 80
2. Batas Plastis
Plastic Limit
Batas plastis PL didefinisikan sebagai kadar air, dinyatakan dalam persen, di mana tanah apabila digulung sampai dengan diameter 18 in
3,2mm menjadi retak-retak. Batas platis merupakan batas terendah dari tingkat keplastisan suatu tanah Das, 1988. Cara pengujiannya adalah
sangat sederhana, yaitu dengan cara menggulung massa tanah berukuran elipsoida dengan telapak tangan di atas kaca datar hingga terjadi retak-retak
rambut. 3.
Indek Plastisitas
Plasticity Index
Indeks plastisitas PI suatu tanah adalah bilangan dalam persen yang merupakan selisih antara batas cair dengan batas plastis suatu tanah
Das,1988. Pendekatan untuk menentukan indeks plastisitas suatu tanah adalah:
IP = LL - PL 2.9
dengan: IP = Indek plastisitas
LL = Batas cair PL = Batas plastis
19 Besaran indeks plastis dapat digunakan sebagai indikasi awal
swelling
pada tanah lempung. Potensi mengembang didefinisikan sebagai persentase mengembang contoh tanah lempung yang telah dipadatkan pada
kadar air optimum metode AASHTO, setelah direndam dengan tekanan 1psi. Potensi mengembang
tanah ekspansif sangat erat hubungannya dengan indeks plastisitas seperti terlihat dalam Tabel 2.4 berikut :
Tabel 2.4 Hubungan potensi mengembang dengan indeks plastisitas
Potensi Mengembang Indeks Plastisitas
Rendah – 15
Sedang 15
– 35 Tinggi
35 – 55
Sangat Tinggi ˃55
4. Batas Susut
Shrinkage Limit
Suatu tanah akan
menyusut
apabila air yang dikandungnya secara perlahan-lahan hilang dalam tanah. Dengan hilangnya air secara terus-
menerus, tanah akan mencapai suatu tingkat keseimbangan dimana penambahan kehilangan air tidak menyebabkan perubahan volume. Kadar
air dinyatakan dalam persen dan perubahan volume suatu massa tanah berhenti didefinisikan sebagai batas susut
shrinkage limit Das, 1988.
Harus diketahui bahwa apabila batas susut ini semakin kecil, maka tanah akan lebih mudah mengalami perubahan volume, yaitu semakin sedikit
jumlah air yang dibutuhkan untuk menyusut Bowles, 1997. Perhitungan batas susut ini dapat digunakan rumus:
SL = 2.10
dengan : SL = Batas susut
: V
1
= Volume tanah basah W = Berat tanah kering
: V
2
= Volume tanah kering w = Kadar air tanah basah
Acuan mengenai hubungan derajat mengembang tanah lempung dengannilai persentase susut linier dan persentase batas susut Atterberg,
20 seperti yang tercantum dalam Tabel 2.5 berikut :
Tabel 2.5 Klasifikasi potensi mengembang didasarkan pada batas
Atterberg
Batas Susut
Atterberg
Susut Linier Derajat Mengembang
10 8
Kritis 10
– 12 5
– 8 Sedang
12 – 8
Tidak kritis
2.6.7
Spesific Surface
Spesific surface
merupakan perbandingan antara luas permukaan suatu bahan terhadap massa bahan yang bersangkutan. S
pesific surface
didapat dengan Persamaan 2.11 berikut ini:
Spesific Surface
SS = ............................................... 2.11
Makin kecil ukuran butiran, makin kecil
spesific surface
-nya.Sebagai contoh butiran lempung
montmorillonite
dapat mempunyai Ss mencapai 800m
2
gram.
2.6.8 Aktivitas Tanah
Sifat plastis suatu tanah diebabkan oleh air yang terserap di sekeliling permukaan partikel lempung
absorbed water
, maka tipe dan jumlah mineral lempung yang terkandung di dalam suatu tanah akan mempengaruhi batas plastis
dan batas cair tanah yang bersangkutan Das, 1988. Harga indeks plastis PI suatu tanah akan bertambah menurut garis lurus
sesuai dengan bertambahnya persentase dari fraksi berukuran lempung berat butiran yang Iebih kecil dari 2
� yang dikandung oleh tanah. Hubungan antara PI dengan fraksi berukuran lernpung untuk tiap tanah berbeda-beda
Skempton, 1953
dalam
Das, 1988.
Hubungan antara PI dan persentase butiran yang lolos ayakan 2
� didefinisikan sebagai suatu besaran yang disebut aktivitas
activity
atau yang dapat ditulis sebagai berikut : A
k
= 2.12
21 dengan :
A
k
= Aktivitas
activity
IP = Indeks plastisitas Dari rumus tersebut kategori tanah terbagi dalam tiga golongan menurut
Skempton 1953
dalam
Das 1988
yaitu : a.
A
k
0,75 tidak aktif b.
0,75 A
k
1,25 normal c.
A
k
1,25 aktif
Untuk tanah yang dipadatkan dengan pemadatan standar pada kadar air optimum, tingkat keaktifannya ditentukan berdasarkan persamaan berikut :
A
k
= 2.13
dengan: A
k
= Aktivitas
activity
IP = Indeks plastisitas CF = Presentase fraksi lempung dalam tanah
10 = Konstanta Lempung yang aktif mempunyai potensi pengembang yang besar. Nilai
tipikal untuk aktivitas beberapa kandungan mineral lempung dapat dilihat pada Tabel 2.6 sebagai berikut :
Tabel 2.6 Hubungan aktivitas dengan mineral lempung
Mineral Aktifitas
Kaolinite 0,33
– 0,46 Illite
0,99 Montmorillonite Ca
1,50 Montmorillonite Na
7,20
Harga aktifitas tanah tersebut dapat dipakai untuk mengidentifikasi potensi mengembang dari tanah tersebut.Seed, Woodward, dan Lundgren 1964 dalam
Das 1988 mengidenfikasikan potensi mengembang dari tanah berdasarkan aktivitas dengan rumus:
22 S’ = 3,6 x 10
-5
. Ak
2,44
.CF
3,44
2.14 dengan:
S’ = Persen pengembang
swelling
A
k
= Aktivitas CF = Persen fraksi lempung dalam tanah
Harga indeks plastisitas juga bisa secara langsung dipergunakan untuk mengevaluasi potensi mengembang dari tanah lempung seperti yang terlihat pada
Tabel 2.7. Tabel 2.7
Perkiraan
sweeling potential
berdasarkan indeks plastisitas
IP
Sweeling Potential
– 15 Lemah
15 – 25
Sedang 25
– 55 Tinggi
55 Sangat tinggi
Selain itu menurut
Seed, Woodward
dan
Lundgren
1964 dalam Das 1988 memberikan hubungan aktifitas dengan fraksi berukuran lempung untuk
menentukan potensi mengembang
swelling potential
dari suatu jenis tanah. Hubungan tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.10
.
Gambar 2.9. Grafik klasifikasi potensi pengembangan
23
2.6.9 Kembang Susut
Tanah lempung yang banyak mengandung butir-butir koloid mengakibatkan kembang susut yang besar.Sifat mudah mengembang dan menyusut tanah
lempung dapat dikarakteristikkan dari batas plastis dan indeks plastisitas yang tinggi. Permeabilitas tanah tergantung pada ukuran butir tanah. Karena ukuran
butiran tanah lempung berukuran kecil, kemampuan meloloskan air permeabilitas juga kecil dengan koefisien permeabilitas berkisar antara 10
-6
sampai 10
-7
cmdetik. Tanah lempung bersifat kohesif dan plastis. Kohesi menunjukan kenyataan
bahwa partikel-partikel tanah melekat satu sama lainnya, sedangkan plastisitas adalah sifat yang memungkinkan bentuk bahan itu berubah ke bentuk aslinya
tanpa terjadi retakan atau terpecah-pecah. Penyusutan
shrinkage
pada tanah lempung sebagian besar terjadi karena peristiwa kapiler, dimana pada penurunan kadar air dalam proses mengering tanah
akan diikuti segera dengan kenaikan yang tajam dan tegangan efektif antar butiran. Dan sebagai konsekuensinya volume tanah tersebut akan menyusut.
Mekanisme pengembangan dari tanah lempung sedikit lebih kompleks dari penyusutannya.
Tingkat pengembangan secara umum bergantung pada beberapa faktor, yaitu:
a. Tipe dan jumlah mineral yang ada di dalam tanah.
b. Kadar air.
c. Susunan tanah.
d. Konsentrasi garam dalam air pori.
e. Sementasi.
f. Adanya bahan organik, dll.
Menurut Kormonik dan David 1969 dalam Trisnayani 2008 pengembangan dan tanah disebabkan oleh dua hal:
a. Sebab mekanis
Bila kadar air dalam tanah naik dan tanah menjadi jenuh, maka tegangan kapiler mengecil sedangkan tegangan pori didapat dari tegangan hidrostatis
24 biasa. Dengan sedirinya tegangan efektif menurun dan tanah cenderung untuk
mengembang seperti volume semula. b.
Sebab fisika–kimia Pengembangan disebabkan oleh masuknya kadar air pada partikel-partikel
tanah lempung. Mineral jenis
montmorillonite
maupun
illite
akan menyebabkan mengembangnya jarak antar unit lapisan struktur dasar.
Kondisi ini dapat bila kadar air dalam tanah naik. Hal ini disebabkan kadar air yang masuk menghasilkan tegangan yang melampaui tegangan pengikat antar
unit lapisan struktur dan lapisan dasar tersebut, sehingga molekul air dari dua kutub H dan OH tertarik untuk mengikat partikel tanah yang bermuatan
negatif. Tekanan air yang masuk sebagian disebabkan oleh tegangan osmosis. Tegangan osmosis ini terjadi karena perbedaan konsentrasi larutan air
disekitarnya air bebas. Sehingga terjadinya kecenderungan oleh air untuk bergerak dari tempat yang konsentrasinya rendah ke tempat yang
konsentrasinya tinggi. Tekanan osmosis bersama dengan tekanan lainya, mempunyai tendensi untuk memperkecil harga tegangan efektif tanah karena
proses absorbsi pada permukaan partikel.
2.7 Sifat Mekanik Tanah Ekspansif
Sifat mekanik tanah adalah sifat-sifat tanah yang mengalami perubahan setelah diberikan gaya-gaya tambahan atau pembebanan dengan tujuan untuk
memperbaiki sifat-sifat tanah.
2.7.1 Pemadatan Tanah
Pemadatan merupakan suatu usaha untuk mempertinggi kerapatan tanah dengan pemakaian energi mekanis untuk menghasilkan pemampatan partikel atau
suatu proses ketika udara pada pori-pori tanah dikeluarkan dengan cara mekanis. Di lapangan biasanya digunakan mesin gilas, alat-alat pemadat dengan getaran
dan alat tekan statik yang menggunakan piston dan mesin tekanan. Keuntungan yang diperoleh dengan pemadatan ini, antara lain:
a. Berkurangnya penurunan permukaan tanah yaitu gerakan vertikal di dalam
massa tanah itu sendiri akibat berkurangnya angka pori
25 b.
Bertambahnya kekuatan tanah c.
Berkurangnya penyusutan akibat berkurangnya kadar air dari nilai patokan pada saat pengeringan
Ada dua macam percobaan pemadatan yang dilakukan di laboratorium
Wesley, 1977
, yaitu: a.
Percobaan pemadatan standar
Standard Compaction Test
Dalam percobaan ini, tanah dipadatkan dalam cetakan berdiameter 102 mm dan tinggi 115 mm, menggunakan alat tumbuk dengan diameter 50,8
mm, berat 2,5 kg dengan tinggi jatuh 30 cm. Tanah ini dipadatkan dalam 3 lapis dimana tiap lapis dipadatkan 25 kali pukulan.
b. Percobaan pemadatan modified
Modified Compaction Test
Pelaksanaan percobaan ini tidak jauh berbeda dengan cara percobaan pemadatan standar. Cetakan yang digunakan dan banyaknya tumbukan tiap
lapis sama, hanya berat pemukul yang digunakan lebih besar yaitu 4,5 kg dengan tinggi jatuh 45 cm dan jumlah lapisan tanah sebanyak 5 lapis.
Pengujian-pengujian ini dilakukan dengan memadatkan sampel tanah basah dalam cetakan dengan jumlah lapisan tertentu. Setiap lapisan dipadatkan dengan
sejumlah tumbukan yang ditentukan dengan massa dan tinggi jatuh tertentu. Usaha pemadatan dilihat dari energi tiap satuan volume tanah yang telah
dipadatkan, sehingga didapat suatu hubungan berat volume tanah kering dengan kadar air tanah. Bila kadar air suatu tanah rendah maka tanah tersebut akan kaku
dan sukar dipadatkan. Namun bila ditambahkan air pada tanah yang dipadatkan tersebut maka air akan berfungsi sebagai pembasahpelumas pada partikel-partikel
tanahnya. Karena adanya air, partikel-partikel tersebut akan lebih mudah bergerak dan bergeser satu sama lainya dan membuat kedudukan yang lebih rapat. Untuk
usaha pemadatan yang sama, berat volume kering dari tanah akan naik pula pada saat air sama dengan nol dan berat volume basah sama dengan berat volume
kering. Pada usaha yang sama itu pula, peningkatan kadar air secara bertahap akan menyebabkan berat dari bahan padat tanah per satuan volume juga meningkat
secara bertahap, sampai adanya penambahan kadar air tertentu yang akan menurunkan berat volume kering tanah dari tanah tersebut, hal ini disebabkan
karena air lebih banyak menempati ruang pori-pori tanah. Pada keadaan ini
26 dimana kadar air yang memberikan berat volume kering maksimum disebut kadar
air optimum. Dan setiap pekerjaan pemadatan yang telah dilakukan, dihitung : 1.
Kadar air 2.
Berat volume tanah basah
γ
b
, dengan persamaan: γ
b
= 2.15 dengan:
W = Berat tanah yang dipadatkan pada cetakan V = Volume cetakan
3. Berat volume kering tanah
γ
d
, dengan persamaan: γ
d
= 2.16
dengan: w = Kadar air
γ
b
= Berat volume basah Berdasarkan data yang diperoleh maka dapat digambarkan grafik hubungan
antara berat volume kering dengan kadar air. Dari grafik ini dapat ditentukan juga kadar air optimum W
opt
dan berat volume kering maksimum γ
dmax
. Secara teoritis berat volume kering maksimum pada suatu kadar air tertentu
dengan pori-pori tanah tidak mengandung udara sama sekali
zero air void
ZAV dapat dirumuskan:
γ
zav
= 2.17
dengan: γ
zav
= Berat volume pada kondisi ZAV γ
w
= Berat volume air e
= Angka pori Gs
= Berat jenis tanah Untuk keadaan tanah jenuh 100 artinya e = w x Gs, sehingga:
γ
zav
= 2.18
Dalam keadaan bagaimanapun kurva pemadatan tidak mungkin memotong
zero
void
air
ZAV.
27
2.7.2 Percobaan Kuat Tekan Bebas
Unconfined Compression Test
Percobaan kuat tekan bebas
Unconfined Compression Test
merupakan suatu cara pemeriksaan untuk mendapatkan daya dukung tanah. Dalam percobaan
ini yang didapat adalah kuat tekan bebas dari tanah yaitu besarnya tekanan aksial yang diperlukan untuk menekan suatu silinder tanah sampai pecah atau sebesar
20 dari tinggi tanah mengalami perpendekan bila tanah tersebut tidak pecah. Dan hasil tes ini akan dibuatkan tabel kuat tekan bebas dengan beberapa
perhitungan sebagi berikut: a.
Regangan dari setiap pembebanan dihitung dengan rumus : ε =
2.19 dengan :
∆L = Pemendekanpengurangan tinggi benda uji cm L
= Tinggi benda uji mula-mula ε = Regangan aksial
b. Luas rata-rata penampang benda uji dengan koreksi akibat pemendekan
dengan rumus : A =
2.20 dengan :
A = Luas rata-rata benda uji cm
3
A = Luas penampang benda uji mula-mula cm
3
ε = Regangan aksial c.
Tekanan aksial yang bekerja pada benda uji pada setiap pembebanan dengan rumus :
σ = 2.21
dengan : A = Luas rata-rata benda uji cm
3
P = Gaya beban yang bekerja dihitung dari pembacaan arloji ukur cincin beban kg
σ = Tekanan aksial d.
Besarnya kuat tekan bebas qu diperoleh dari nilai terbesar perhitungan pada
Kategori