Selasa, 16 Agustus 2011

Pemadatan Tanah


            Pada pemadatan timbunan tanah untuk jalan raya, dam tanah, dan banyak struktur teknik lainnya, tanah yang lepas haruslah dipadatkan untuk meningkatkan berat volumenya. Pemadatan tersebut berfungsi  untuk meningkatkan kekuatan tanah, sehingga denagn demikian meningkatkan daya dukung pondasi diatasnya. Pemadatan juga dapat mengurangi besarnya penurunan tanah yang tidak diinginkan dan meningkatkan kemampatan lereng timbunan.

2.8.1 Pemadatan dan Prinsip-prinsip Umum
            Tingkat pemadatan tanah di ukur dari berat volume kering tanah yang dipadatkan. Bila air ditambahkan kepada suatu tanah yang sedang dipadatkan, air tersebut akan berfungsi sebagia unsur pembasah pada partikel-partikel tanah. Untuk usaha pemadatan yang sama, berat volume kering dari tanah akan naik bila kadar air dalam tanah  meningkat. Harap dicatat bahwa pada saat kadar air w = 0, berat volume basah dari tanah adalah sama dengan berat volume keringnya.
            Bila kadar airnya ditingkatkan terus secara bertahap pada usaha pemadatan yang sama, maka berat dari jumlah bahan padat dalam tanah persatuan volume juga meningkat secar bertahapmpula. Berat volume kering dari tanah pada kadar air dapat dinyatakan:
           
Setelah mencapai kadar air tertentu w = w2, adanya penambahan kadar air justru cenderung menurunkan berat volume kering dari tanah. Hal ini disebabkan karena air tersebut kemudian menempati ruang-ruang pori dalam tanah yang sebetulnya dapat ditempati oleh partikel-partikel padat dari tanah. Kadar air dimana harga berat volume kering maksimum tanah dicapai tersebut kadar air optimim.
            Percobaan-percobaan di laboratorium yang umum dilakukan untuk mendapatkan berat volume kering maksimum dan kadar air optimum adalah proctor compaction (uji pemadatan Proctor).

2.8.2 Faktor-faktor yang Mempengaruhu Peadatan
            Kadar air mempunyai pengaruh yang besar terhadap tingkat kemadatan yang dapat dicapai oleh suatu tanah. Disamping kadar air, faktor-faktor lain yang juga mempengaruhi pemadatan adalah jenis tanah dan usaha pemadatan.
            Lee dan Sedkamp (1972) telah mempelajari kurva-kurva pemadatan dari 35 jenis tanah. Mereka menyimpulkan bahwa kurva pemadatan tanah-tanah tersebut dapat dibedakan hanya menjadi empat tipe umum.
            Energi yang dibutuhkan untuk pemadatan pada uji Proctor Standart, dapat dituliskan sebagai berikut:
           
Dari kurva  pemadatan untuk empat jenis tanah (ASTM D-698) terlihat bahwa:
1)      Bila energi pemadatan bertambah, harga berat volume kering maksimum tanah hasil pemadatan juga bertambah, dan
2)      Bila energi pemadatan bertambah, harga kadar air optimum berkurang.

2.8.3 Uji protector Dimodifikasi
            Denagnberkembangnya alat-alat penggilas berat yang digunakan pada pemadatan dilapangan, uji proctor standart harus dimodifikasi untuk dapat lebih mewakili kondisi lapangan. Uji proctor yang dimodifikasi ini disebut Uji proctor Dimodifikasi. Energi pemadatan yang dilakukan dalam uji dimodifikasi dapat dihitung sebagi berikut:
           
                 = 56.250 ft-1b/ft3(≈2693,3 kJ/m3)
            Karena energi pemadatannya lebih besar, uji proctor dimodifikasi juga menghasilkan suatu harga berat volume kering maksimum yang lebih besar. Peningkatan berat volume kering maksimum ini disertai dengan penurunan kadar air optimum.

2.8.4 Spesifikasi ASTM dan AASHTO untuk Uji Pemadatan
            Spesifikasi yang diberikan untuk uji Proctor menurut ASTM dan AASHTO dengan volume cetakan sebesar 1/30 ft3 dn jumlah tumbukan 25 kali per lapisan pada umumnya dipakai untuk tanah-tanah berbutir halus yang lolos ayakan Amerika No. 4. Sebenarya, pada masing-masing ukuran cetakan masih ada empat metode lain yang disarankan, yang berbeda-beda menurut ukuran cetakan, jumlah tumbukan perlapis, dan ukuran partikel tanah maksimum pada agregat tanah yang dipadatkan.

2.8.5 Strutur dari Tanah Kohesi yang Dipadatkan
            Lambe telah menyelidiki pengaruh pemadatan terhadap struktur tanah lempung. Pada suatu kadar air tertentu, usaha pemadatan yang lebih tinggi cenderung menghasilkan lebih banyak partikel-partikel lempung dengan orientasi yang sejajar, sehingga lebih banyak struktur tanah yang terdispersi. Partikel-partikel tanah lebih dekat satu sama lain dan dengan dirinya didapatkan berat volume yang lebih tinggi. Penyelidikan yang dilakukan oleh Seed dan Chand juga memberikan hasil yang serupa untuk tanah lempung kaolin yang dipadatkan.

2.8.6 Pengaruh Pemadatan pada Sifat-sifat Tanah Berkohesi
            Pemadatan menimbulkan perubahan-perubahan pada struktur tanah berkohesi. Perubahan-perubahan tersebut meliputi perubahan pada daya rembes, kemampumampatan, dan kekuatan tanah.
            Sifat-sifat kemampumampatan satu dimensi tanah lempung yang dipadatkan pada sisi kering dan sisi basah dari kadar optimum adalah pada tekanan rendah, suatu tanah yang dipadatkan pada sisi basah dari kadar optimum akan lebih mudah memampat dibanding tanah yang dipadatkan pada sisi kering dari kadar air optimum. Kekuatan tanah lempung yang dipadatkan umumnya berkurang dengan bertambahnya kadar air. Harapdiperhatikan bahwa kira-kira kadar air optimum, terjadi penurunan kekuatan tanah yang besar.

2.8.7 Pemadatan di Lapangan
            Hampir semua pemadatan di lapangan dilakukan dengan penggilas. Jenis penggilas yang umum digunakan adalah:
1)      Penggilas besi berpermukaan halus
2)      Penggilas ban-karet (angin)
3)      Penggilas kaki kambing, dan
4)      Penggilas getar.
            Penggilas besi berpermukaan halus cocok untuk meratakan permukaan tanah dasar dan untuk pekerjaan penggilasan akhir pada timbunan tanah pasir atau lempung.
            Penggilas ban-karet dalam banyak hal lebih baik daripada penggilas besi bermukaan halus.  Penggilas ban-karet pada dasarnya merupakan sebuah kereta bermuatan berat dan beroda karet yang tersusun dalam beberapa baris yang berjarak dekat.
            Penggilas kaki kambing adalah berupa selinder yang mempunyai banyak kai-kaki yang menjulur ke luar dari drum. Alat ini sangat efektif untuk memadatkan tanah lempung.
            Penggilas getar sangat berfaedah untuk pemadatan tanah berbutir (pasir, kerikil, dan sebaginya) alat getas apa saja dipasangkan pada penggilas besi permukaan halus, penggilas ban-karet, atau pada penggilas kaki kambing untuk menghasilkan getaran pada tanah.

2.8.8 Spesifikasi untuk Pemadatan di Lapangan 
            Pada hampir semua spesifikasi untuk pekerjaan tnah, kontraktor diharuskan untuk mencapai suatu kepadatan lapangan yang berupa berat volume kering sebesar 90 sampai 95% berat volume kering maksimum tanah tersebut.
            Pada pemadatan tanah berbutir, spesifikasi pemadatan kadang-kadang diberikan dalam bentuk istilah kerapatan relatif Dr. Kepadatan relatif harap jangan disamakan dengan pemadatan relatif. Definisi dari Dr adalah:
           
Didapat:
           
Dimana:
           
            Berdasarkan pengamatan terhadap 47 buah contoh tanah, Lee dan Singh memberikan korelasi antara R dan Dr dari tanah berbutir:
            R = 80 + 0,2Dr

2.8.9 Pemadatan Tanah Organik
            Adanya bahan-bahan organikpada suatu tanh cenderung mengurangi kekuatan tanah tersebut. Dibanyak hal pada umumnya, tanah dengan kadar bahan organik yang tinggi tidak dipakai sebagai tanah urug.. akan ttapi, karena alasan-alasan ekonomis tertentu, kadang-kadang tanah dengan kadar organik rendah terpaksa harus dipakai dalam pemadatan. Kadar organik (OC) dari suatu tanah didefinisikan sebagi berikut:
                
Pada penyelidikan yang dilakukan oleh Franklin, Orozco, dan Semrau di laboratorium untuk menyelidiki pengaruh kadar organik terhadap sifat komposisi tanah, dapat disimpulkan bahwa tanah dengan kadar organik lebih  tinggi dari10% adalah tidak baik untu pekerjaan pemadatan.

2.8.10 Penentu Berat Volume Akibat Pemadatan di Lapangan
            Pada waktu pekerjaan pemadatan berlangsung, tentunya perlu diketahui apakah berat volume yang ditentukan dalam spesifikasi dapat dicapai atau tidak. Prosedur standar untuk menentukan berat volume dilapangan akibat pemadatan adalah:
1)      Metode kerucut pasir
2)      Metode balon karet
3)      Penggunaan alat ukur kepadatan nuklir
            Kerucut pasir terdiri atas sebuah botol plastik atau kaca dengan sebuah kerucut logam dipasang diatasnya. Botol plastik dan kerucut ini diisi dengan pasir ottawa kering bergradasi buruk. Di lapangan, sebuah lubang kecil digali pada permukaan tanah yang telah dipadatkan. Bila berat tanah basah yang digali dari lubang tersebut dapat ditentkan dan kadar air dari tanah galian itu juga diketahui. Setelah lubang tersebut digali, kerucut dengan botol berisi pasir diletakkan di atas lubang itu.Pasirnya dibiarkan mengalir keluar dari botol mengisi seluruh lubang dan kerucut. Sesudah itu, berat dari tabung, kerucut, dan sisa pasir dalam botol ditimbang. Jadi,
            W5 = W1 – W4
Dimana:
            Ws = berat dari pasiryang mengisi lubang dan krucut volume dari lubang yang digali dapat ditentukan sebagai berikut:
           
Dimana:
            Wc = berat pasir yang mengisi kerucut saja
             = berat volume kering dari pasir ottawa
            Harga-harga Wc dan ᵧd(pasir) ditentukan denagn kalibrasi yang dilakukan dilaboratorium. Jadi berat volume kering hasil pemadatan dilapangan sekarang dapat sitentukan sebagai berikut:
           
            Prosedur pelaksanaan metode balon karet sama dengan metode kerucut pasir, yaitu sebuah lubang uji digali dan tanah asli diambil dari lubang tersebut dan ditimbang beratnya. Tetapi volume lubang ditentukan dengan memasang balon karet yang berisi air pada lubang tersebut. Air ini berasal dari suatu bejana yang sudah terkalibrasi , sehingga volume air yang mengisi lubang ( sama dengan volume lubang ) dapat langsung dibaca. Berat volume kering dari tanah yang dipadatkan dapat ditentukan dengan persamaan diatas.
            Alat ukur pemadatan nuklir sekarang telah digunakan pada beberapa  untuk menentukan berat volume kering dari tanah yang dipadatkan. Alat ini dapat dioprasikan didalam sebuah lubang galian atau permukaan tana.Alat ini dapat mengukur berat tanah basah persatuan volumedan juga berat air yang ada pada suatu satuan volume tanah.Berat volume kering dari tanah dapat ditentukan dengan cara mengurangi berat basah tanah dengan cara mengutangi berat basah tanah dengan barat air per satuan volume tanah.

2.8.11 Teknik-teknik Pemadatan khusus
            Beberapa tipe teknik pemadaatan khusus akhir-akhir ini telah dikembangkan, dan tipe-tipe khusus tersebut telah dilaksanakan di lapangan untuk pekerjaan-pekerjaan pemadatan skala besar. Diantaranya metode yang terkenal adalah pemadatan getar apung, pemadatan dinamis, ledakan, pembebanan, dan pemompa air dari dalam tanah.

Kemampumampatan Tanah


Penambahan beban diatas suatu permukaan tanah dapat menyebabkan lapisan tanah dibawahnya mengalami pemampatan. Pemampatan tersebut disebabkan oleh adanya deformasi partikel tanah, relokasi partikel, keluarnya air atau udara dari dalam pori, dan sebab-sebab lain. Secara umum, penurunan pada tanah yang disebabkan oleh pembebanan dapat dibagi dalam dua kelompok besar, yaitu:
1) Penurunan konsolidasi (consolidation settlement), yang merupakan hasil dari perubahan volume tanah jenuh air sebagai akibat dari keluarnya air yang menempati pori-pori tanah.
            2)    Penurunan segera (immediate settlement), yang merupakan hasil dari deformasi elastis tanah kering, basah, dan jenuh air tanpa adanya perubahan kadar air.

2.7.1 Dasar-dasar Konsilidasi
            Bilamana suatu lapisan tanah jenuh air diberi penambahan beban, angka tekanan air pori akan naik secara mendadak. Pada tanah berpasir yang sangat tembus air (permeable), air dapat mengalir dengan cepat. Keluarnya air dari dalam pori selalu disertai dengan berkurangnya volume tanah, berkurangnya volume tanah tersebut dapat menyebabkan penurunan lapisan tanah tersebut.Karena air pori didalam tanah berpasir dapat mengalir keluar dengan cepat maka penurunan segera dan penurunan konsolidasi terjadi bersamaan.
            Bilamana suatu lapisan tanah lempung jenuh air yang mampumampat diberi penambahan tegangan , maka penurunan akan terjadi dengan segera. Koefisien rembesan lempung adalah sangat kecil dibandingkan  dengan koefisien rembesan pasir sehingga penambahan tekanan air pori yang disebabkan oleh pembebanan akan berkurang secara lambat laun dalam waktu yang sangat lama. Jadi untuk tanah lempung lembek perubahan volume yang disebabkan oleh keluarnya air dari dalam pori (yaitu konsolidasi) akan terjadi sesudah penurunan segera.Penurunan konsolidasi tersebut biasanya jauh lebih besar dan lebih lambat serta lama dibandingkan dengan penurunan segera.
            Deformasi sebagai fungsi waktu dari tanah lempung yang jenuh air dapat dipahami dengan mudah apabila digunakan suatu model reologis yang sederhana. Model reologis tersebut terdiri dari suatu pegas elastis linier yang dihubungkan secara paralel dengan sebuah dashpot. Hubungan tegangan-tegangan dari pegas dan dashpot dapat diberikan sebagai berikut:
            Pegas : σ =
            Dashpot : σ = η
            Diamana :
= teganagan
                         = regangan
                        = konstanta pegas
                        η  = konstanta dashpot
                         t  = waktu


2.7.2 Grafik Angka Pori
            Berikut ini adalah langkah demi langkah urutan pelaksanaannya:
1)      Hitung tinggi butiran padat Hs
                                           
                                    Dimana :
                                                = berat kering contoh tanah
                                                A = luas penampang contoh tanah
                                                 = berat spesifik contoh tanah
                                                = berat volume air
2)       Hitung tinggi awal dari ruang pori Hv
                                                Hv = H Hs
                                Dimana : H = tinggi awal contoh tanah
3)       Hitung angka pori awal :
                                   
4)      Untuk penambahan beban pertama p1 ( beban total/ luas penampang contoh tanah), yang menyebabkan penurunan ΔH1, hitung perubahan angka pori , Δe1 :       
                         
ΔH1 didapatkan dari pembacaan awal dan akhir pada skala ukur untuk beban sebesar p1.
5) Hitung angka pori yang baru, e1 setelah konsolidasi yang disebabkan oleh penambahan tekanan p1 :
                                        =  -

2.7.3 Lempung yang Terkonsolidasi Secara Normal atau Terlalu Terkonsolidasi
            Suatu tanah dilapangan pada suatu kedalaman tertentu telah mengalami “tekanan efek tif maksimum akibat berat tanah diatasnya” dalam sejarah geologisnya. Tekanan efektif overburden maksimum ini mungkin sama dengan atau lebih kecil dari tekanan overburden yang ada pada saat pengambilan contoh tanah. Berkurangnya tekanan dilapangan tersebut mungkin disebabkan oleh proses geologi alamiah atau proses yang disebabkan oleh makhluk hidup. Pada selama ini, sebagai akibatnya tanah tersebut akan mengembang. Pada saat terhadap contoh tanah tersebut dilakukan uji konsolidasi, suatu pemampatan yang kecil akan terjadi bila beban total yang diberikan pada saat percobaan adalah lebih kecil dari tekanan efektif overburden maksimum yang pernah dialami sebelumnya oleh tanah yang bersangkutan. Apabila, beban total yang diberikan pada saat percobaan adalah lebih besar dari tekanan efektif overburden maksimum yang pernah dialami oleh tanah yang bersangkutan, maka perubahan angka pori yang terjadi adalah lebih besar , dan hubungan antara e versus log p menjadi linier dan memiliki kemiringan yang tajam.
            Keadaan ini dapat dibuktikan di laboratorium dengan cara membebani contoh tanah melebihi tekanan overburden maksimumnya, lalu beban tersebut diangkat dan diberikan lagi.
            Keadaan ini mengarahkan kita kepada dua definisi dasar yang didasarkan pada sejarah tegangan:
1) Terkonsolidasi secara normal, dimana tekanan efektif overburden pada saat ini adalah merupakan tekanan maksimum yang pernah dialami oleh tanah itu.
     2) Terlalu terkonsolidasi, dimana tekanan efektif overburden pada saat ini adalah lebih kecil dari tekanan yang pernah dialami tanah itu sebelumnya. Tekanan efektif overburden maksimum yang pernah dialami sebelumnya dinamakan tekanan tekanan prakonsolidasi.

2.7.4 Pengaruh Kerusakan Struktur Tanah Pada Hubungan Antara Angka Pori Dan Tekanan
            Suatu contoh tanah dikatakan “ berbentuk kembali ” apabila struktur dari tanah itu terganggu . Keadaan ini akan mempengaruhi bentuk grafik yang menunjukkan antara angka pori dan tekanan dari tanah yang bersangkutan.Untuk suatu tanah lempung yang terkonsolidasi secara normal dengan derajat sensivitas rendah sampai sedang serta angka pori eo dan tekanan efektif overburden po, perubahan angka pori sebagai akibat dari penambahan tegangan dilapangan secara kasar.
             Untuk tanah lempung yang telalu terkonsolidasi dengan derajat sensivitas rendah sampai sedang dan sudah pernah mengalami tekanan prakonsolidasi pc serta angka pori eo dan tekanan efektif overburden po.
            Dengan pengetahuan yang didapat dari analisis hasil uji konsolidasi , sekarang kita dapat menghitung kemungkinan penurunan yang disebabkan oleh konsolidasi primer dilapangan dengan menganggap bahwa konsolidasi tersebut satu dimensi.
            Sekarang mari kita tinjau suatu lapisan lempung jenuh dengan tebal H dan luasan penampang melintang A serta tekanan efektif overburden rata-rata sebesar po. Disebabkan oleh suatu penambahan tekanan sebesar Δp, anggaplah penurunan konsolidasi primer yang terjadi adlah S. Jadi perubahan volume dapat diberikan sebagai berikut :
            ΔV = Vo – V1 = H . A – (H – S) . A = S . A
            Dimana :  Vo dan V1 berturut-turut adalah volume awal dan volume akhir dari pori , ΔVv  jadi :
            ΔV = S . A = Vv0  – Vv1 = ΔVv
            Dimana : V v0 dan V v1 berturut-turut adalah volume awal dan volume akhir dari pori.

2.7.5 Indeks Pemampatan
            Indeks pemampatan yang digunakan untuk menghitung besarnya penurunan yang terjadi dilapangan sebagai akibat dari konsolidasi dapat ditentukan dari kurva yang menunjukkan hubungan antara angka pori dan tekanan yang didapat dari uji konsolidasi di laboratorium.
1)      Indeks pemuaian
Indeks pemuaian adalah lebih kecil daripada indeks pemampatan dan biasanya dapat ditentukan dilaboratorium, pada umumnya. Batas cair, batas plastis, indeks pemampatan, dan indeks pemuaian untuk tanah yang masih belum rusak strukturnya
2)      Penurunan yang mengkibatkan oleh konsolidasi sekunder.
Pada akhir dari konsolidasi primer, penurunan masih tetap terjadi sebagai akibat dari penyesuaian plastis butiran tanah. Tahap konsolidasi ini dinamakan konsolidasi sekunder. Selama konsolidasi sekunder berlangsung, kurva hubungan antara deformasi dan log waktu adalah merupakan garis lurus. Variasi dari angka pori dan waktu untuk suatu penambahan beban akan sama. Indeks pemampatan sekunder dapat didefinisikan sebagai.
                       
                        Dimana :
                                    = indeks pemampatan sekunder
                                     = perubahan angka pori
                                     t1 . t2 = waktu 

2.7.6 Kecepatan Waktu Konsolidasi
            Penurunan total akibat konsolidasi primer yang disebabkan oleh adanya penambahan tegangan diatas permukaan tanah dapat dihitung dengan menggunakan persamaan-persamaan.
            Penurunan matematis dari persamaan didasarkan pada anggapan-anggapan berikut ini :
1)      Tanah ( sistem lempung air ) adalah homogen.
2)   Tanah benar-benar jenuh.
3)      Kemampumampatan air diabaikan.
4)      Kemampumampatan butiran tanah diabaikan.
5)      Aliran air hanya satu arah saja.
6)      Hukum darcy berlaku.

2.7.7 Koefisien Konsolidasi
            Koefisien konsolidasi, biasanya akan berkurang dengan bertambahnya batas cair dari tanah. Rentang dari variasi harga cv untuk suatu batas cair tanah tertentu adalah agak lebar.
            Untuk suatu penambahan beban yang diberikan pada suatu contoh tanah ada dua metode grafis yang umum dipakai untuk menentukan harga cv dari uji konsolidasi satu dimensi dilaboratorium. Salah satu dari dua metode tersebut dinamakan metode logaritma waktu yang diperkenalkan oleh Casagrande dan Fadum,sedangkan metode yang satunya dinamakan metode akar waktu yang diperkenalkan oleh taylor.
            Penambahan tegangan vertikal didalam tanah yang disebabkan oleh beban dengan luasan yang terbatas akan bertambah kecil dengan bertambahnya kedalaman z yang diukur dari permukaan tanah kebawah. Perhitungan penambahan Δp pada persamaan-persamaan tersebut seharusnya merupakan penambahan tekanan rata-rata , yaitu:
             

2.7.8 Perhitungan Penurunan Segera Berdasarkan Teori Elastis
            Penurunan segera untuk pondasi yang berada diatas meterial yang elastis dapat dihitung dari persamaan-persamaan yang diturunkan dengan menggunakan prinsip dasar teori elastis. Bentuk persamaannya sebagai berikut :
     
Dimana :
 = penurunan elastis
  = tekanan bersih yang dibebankan
B = lebar pondasi ( = diameter pondasi yang berbentuk lingkaran )
 = angka Poisson
                        = modulus elastisitas tanah (modulus young)
                        = faktor pengaruh yang tidak memounyai dimensi

2.7.9 Penurunan Pondasi Total
            Penurunan total suatu pondasi dapat diberikan sebagai berikut:
            ST = S + Ss + ρi
            Dimana :
            ST =  penurunan total
            S = penurunan akibat konsolidasi primer
            Ss = penurunan akibat konsolidasi sekunder
            ρi = penurunan segera
            contoh kejadian penurunan dilapangan
            pada saat ini banyak tersedialiteratur contoh-contoh kejadian dimana prinsip dasar kemampumampatan tanah yang digunakan untuk memperkaya besarnya penurunan yang terjadi pada suatu lapisan tanah di lapangan yang diberi penambahan beban. Dalam beberapa kejadian, besarnya penurunan yang terjadi dilapangan adalah satu atau hampir sama dengan besarnya penurunan yang diperkirakan. Dalam kejadian yang lain, perkiraan penurunan ternyata jauh menyimpang dari penurunan yang terjadi sebenarnya dilapangan. Ketidak cocokan antara penurunan yang diperkirakan dengan penurunan yang terjadi sesungguhnya dilapangan mungkin disebabkan oleh beberapa sebab, antara lain :
1) evaluasi sifat-sifat tanah yang dilakukan ternyata kurang benar.
2) lapisan tanahnya ternyata tidak homogen dan tidak teratur.
3)    kesalahan dalam mengevaluasi penambahan tegangan bersih terhadap kedalaman, yang ternyata sangat mempengaruhi besarnya penurunan