repository.unhas.ac.id › bitstream › handle › 123456789 › 8773 › BAB II.pdf?sequence=2 BAB II TINJAUAN PUSTAKA - Repository Homemagnesium. Karena adanya gaya ikatan van der

8

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Deskripsi Tanah

2.1.1. Definisi Tanah

Menurut Hary Christiady Hardiyatmo dalam bukunya, Mekanika

Tanah I Edisi Kelima, dalam pandangan teknik sipil, tanah adalah himpunan

mineral, bahan organik, dan endapan-endapan yang relatif lepas (loose),

yang terletak di atas batuan dasar (bedrock). Sedangkan menurut Terzaghi

yaitu ““tanah terdiri atas butiran-butiran hasil pelapukan massa batuan

massive, dimana ukuran tiap butirnya dapat sebesar kerikil-pasir-lanau-

lempung dan kontak antar butir tidak tersementasi termasuk bahan organik.

Ikatan antara butiran yang relatif lemah dapat disebabkan oleh

karbonat, zat organik atau oksida-oksida yang mengendap di antara

partikel-partikel. Ruang di antara partikel-partikel dapat berisi air, udara

ataupun keduanya. Proses pelapukan batuan atau geologi lainnya yang

terjadi di dekat permukaan bumi membentuk tanah. Pembentukan tanah

dari batuan induknya, dapat berupa proses fisik maupun kimia. Proses

pembentukan tanah secara fisik yang mengubah batuan menjadi partikel-

partikel yang lebih kecil, terjadi akibat pengaruh erosi, angin, air, es,

manusia atau hancurnya partikel tanah akibat perubahan suhu atau cuaca.

Umumnya, pelapukan akibat proses kimia dapat terjadi oleh pengaruh

oksigen, karbondioksida, air (terutama yang mengandung asam atau alkali)

dan proses-proses kimia lainnya.

9

Didalam bukunya “Sifat-Sifat Fisis dan Geoteknis Tanah (Mekanika

Tanah)” , Joseph E. Bowles mengartikan melalui pemeriksaaan visual akan

terlihat bahwa blok tanah itu akan terdiri atas pori-pori atau rongga (voids)

dan butiran tanah. Pori-pori tanah adalah ruang terbuka di antara butiran-

butiran tanah, dengan berbagai ukuran. Salah satu unsur yang terdapat

pada pori-pori tanah adalah kelembaban tanah yang dimana dapat

menyebabkan tanah terlihat basah, lembab ataupun kering. Air di dalam pori

atau rongga disebut air pori, mungkin ada dalam jumlah yang cukup untuk

memenuhi seluruh rongga (tanah jenuh) atau mungkin hanya ada di

sekeliling butiran tanah saja. Sedangkan butiran tanah adalah partikel padat

yang bersifat makroskopis atau mikroskopis dalam ukurannya. Sehingga

dapat disimpulkan bahwa tanah terdiri dari tiga komponen penyusun utama

yaitu udara, air dan butiran padat (Gambar 2.1)

Gambar 2.1 Diagram Fase Tanah

2.1.2. Komposisi dan Istilah Tanah

Tanah adalah campuran partikel-partikel yang terdiri atas salah satu

atau seluruh jenis berikut (Joseph E.Bowles) :

10

a. Berangkal (boulders), potongan batuan yang besar, biasanya

lebih besar dari 250 sampai 300 mm. Untuk kisaran ukuran 150

sampai 250 mm, fragmen batuan ini disebut kerakal (cobbles)

atau pebbles.

b. Kerikil (gravel), partikel batuan yang berukuran 5 mm sampai 150

mm.

c. Pasir (sand), partikel batuan berukuran 0,074 mm sampai 5 mm

berkisar dari kasar (3 sampai 5 mm) sampai halus (<1 mm).

d. Lanau (silt), partikel batuan yang berukuran dari 0,002 sampai

0,074 mm. Lanau (dan lempung) dalam jumlah yang besar

ditemukan dalam deposit yang disedimentasikan ke dalam danau

atau di dekat garis pantai pada muara sungai (sepanjang Pantai

Gulf dan Lautan Atlantik dan Lautan Teduh). Deposit loess terjadi

bila angin mengangkut partikel-partikel sedemikian rupa

sehingga deposit yang dihasilkan mempunyai ukuran butir yang

hampir sama.

e. Lempung (clay), partikel mineral yang berukuran lebih kecil dari

0,002 mm. Partikel-partikel ini merupakan sumber utama dari

kohesi pada tanah yang “kohesif”.

f. Koloid (colloids), partikel mineral yang “diam”, berukuran lebih

kecil dari 0,001 mm.

11

Istilah pasir, lempung, lanau atau lumpur digunakan untuk

menggambarkan ukuran partikel pada batas ukuran butiran tanah yang

telah ditentukan. Akan tetapi, istilah yang sama juga digunakan untuk

menggambarkan sifat tanah yang khusus. Sebagai contoh, lempung adalah

jenis tanah yang bersifat kohesif dan plasits, sedangkan pasir digambarkan

sebagai tanah yang tidak kohesif dan tidak plastis.

`

Gambar 2.2 Klasifikasi butiran menurut sistem USDA, ASTM, MIT

International Nomenclature dan British Standard BS 6930 (Kovacs, 1981)

Tanah yang rentang, partikelnya terdiri atas rentang ukuran kerikil

dan pasir disebut tanah berbutir kasar (coarse grained) dan bila partikelnya

kebanyakan berukuran partikel lanau dan lempung disebut tanah berbutir

12

halus (fine grained). Jika mineral lempung terdapat pada suatu tanah,

biasanya akan sangat mempengaruhi sifat tanah tersebut, meskipun

persentasenya tidak terlalu besar. Secara umum tanah disebut kohesif bila

partikel-partikelnya saling melekat setelah dibasahi kemudian dikeringkan

dan diperlukan gaya yang cukup besar untuk meremas tanah tersebut, dan

ini tidak termasuk tanah yang partikel-partikelnya saling melekat ketika

dibasahi akibat tegangan permukaan.

Tanah termasuk tipe pasir atau kerikil (disebut juga tanah berbutir

kasar) jika setelah kerakal atau berangkalnya disingkirkan, lebih dari 50%

material tersebut tertahan pada ayakan No. 200 (0,075 mm). Tanah

termasuk tipe lanau atau lempung (disebut juga tanah berbutir halus) jika

setelah kerakalnya atau berangkalnya disingkirkan, lebih dari 50% material

tersebut lolos ayakan No. 200. Pasir dan kerikil dapat dibagi lagi menjadi

fraksi-fraksi kasar, medium, dan halus. Pasir dan kerikil juga dapat

dideskripsikan sebagai bergradasi baik, bergradasi buruk, bergradasi

seragam, atau bergradasi timpang (gap-graded).

2.2. Deskripsi Tanah Lempung

2.2.1 Karakteristik Tanah Lempung

Tanah lempung merupakan tanah yang bersifat multi component

yang terdiri dari 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

13

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 kristalnya berukuran koliod

(<0,002 mm) dan hanya dapat dilihat dengan miksroskop electron.

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.

Mineral lempung merupakan pelapukan akibat reaksi kimia yang

menghasilkan susunan kelompok partikel berukuran koloid dengan

diameter butiran lebih kecil dari 0,002 mm. Partikel lempung dapat

berbentuk seperti lembaran yang mempunyai permukaan khusus. Karena

itu, tanah lempung mempunyai sifat sangat dipengaruhi oleh gaya-gaya

permukaan. Secara umum kira-kira 15 macam mineral diklasifikasikan

sebagai mineral lempung. Di antaranya terdiri dari kelompok-kelompok

14

yaitu montmorillonite, illite, kaolinite, dan polygorskite. Kelompok yang lain,

yang perlu diketahui adalah chlorite, vermiculite, dan hallosite.

Susunan pada kebanyakan tanah lempung terdiri dari silika

tetrahedra dan alumunium okthedra (Gambar 2.3). Silika dan aluminium

secara parsial dapat digantikan oleh elemen yang lain dalam kesatuannya,

keadaan ini dikenal sebagai substansi isomorf. Kombinasi dari susunan

kesatuan dalam bentuk susunan lempeng terbentuk oleh kombinasi

tumpukan dari susunan lempeng dasarnya dengan bentuk yang berbeda-

beda.

Gambar 2.3 Mineral-Mineral Lempung (Mitchell, 1976)

Kaolinite merupakan mineral dari kelompok kaolin, terdiri dari

susunan satu lembaran silika tetrahedra dengan lembaran aluminium

oktahedra, dengan satuan susunan setebal 7,2 Å (1 angstrom = 10-10 m)

(Gambar 2.4a). Kedua lembaran terikat bersama-sama, sedemikian rupa

sehingga ujung dari lembaran silika dan satu dari lepisan lembaran

15

oktahedra membentuk sebuah lapisan tunggal. Dalam kombinasi lembaran

silika dan aluminium, keduanya terikat oleh ikatan hydrogen (Gambar 2.4b).

Pada keadaan tertentu, partikel kaolinite mungkin lebih dari seratus

tumpukan yang sukar dipisahkan. Karena itu, mineral ini stabil dan air tidak

dapat masuk di antara lempengannya untuk menghasilkan pengembangan

atau penyusutan pada sel satuannya.

Gambar 2.4 (a) Diagram Skematik Struktur Kaolinite dan (b) Struktur Atom

Kaolinite (Mitchell, 1976)

Halloysite hampir sama dengan kaolinite, tetapi kesatuan yang

berturutan lebih acak ikatannya dan dapat dipisahkan oleh lapisan tunggal

molekul air. Jika lapisan tunggal air menghilang oleh karena proses

penguapan, mineral ini akan berkelakuan lain. Maka, sifat tanah berbutir

halus yang mengandung halloysite akan berubah secara tajam jika tanah

dipanasi sampai menghilangkan lapisan tunggal molekul airnya. Sifat

khusus lainnya adalah bahwa bentuk partikelnya menyerupai silinder

silinder memanjang, tidak seperti kaolinite yang berbentuk pelat-pelat.

16

Montmorillonite, disebut juga dengan smectit, adalah mineral yang

dibentuk oleh dua buah lembaran silika dan satu lembaran aluminium

(gibbsite) (Gambar 2.5a). lembaran oktahedra terletak di antara dua

lembaran silika dengan ujung tetrahedral tercampur dengan hidroksil dari

lembaran oktahedra untuk membentuk satu lapisan tunggal (Gambar 2.5b).

Dalam lembaran oktahedra terdapat substitusi parsial aluminium oleh

magnesium. Karena adanya gaya ikatan van der Waals yang lemah di

antara ujung lembaran silika dan terdapat kekurangan muatan negative

dalam lembaran oktahedra, air dan ion-ion yang berpindah-pindah dapat

masuk dan memisahkan lapisannya. Jadi, kristal montmorillonite sangat

kecil, tapi pada waktu tertentu mempunyai gaya Tarik yang kuat terhadap

air. Tanah-tanah yang mengandung montmorillonite sangat mudah

mengembang oleh tambahan kadar air, yang selanjutnya tekanan

pengembangannya dapat merusak struktur ringan dan perkerasan jalan

raya. Di samping itu tanah yang mengandung montmorillonite juga

mempunyai daya susut yang tinggi pada waktu musim kemarau. Faktor

kembang susut ini yang mengakibatkan struktur perkerasan jalan maupun

struktur ringan lainnya mengalami kerusakan.

17

Gambar 2.5 (a). Diagram Skematik Struktur Monmorillonite dan (b).

Struktur Atom Monmorillonite (Mitchell, 1976)

Illite adalah bentuk mineral lempung yang terdiri dari mineral mineral

kelompok illite. Bentuk susunan dasarnya terdiri dari sebuah lembaran

aluminium oktahedra yang terikat di antara dua lembaran silica tetrahedra.

Dalam lembaran oktahedra, terdapat substitusi parsial aluminium oleh

magnesium dan besi, dan dalam lembaran tetrahedral terdapat pula

substitusi silikon oleh aluminium (Gambar 2.6). Lembaran lembaran terikat

besama-sama oleh ikatan lemah ion-ion kalium yang terdapat di antara

lembaranlembarannya. Ikatan-ikatan dengan ion kalium (K+) lebih lemah

daripada ikatan hidrogen yang mengikat satuan Kristal kaolinite, tapi sangat

lebih kuat daripada ikatan ionik yang membentuk kristal montmorillonite.

18

Susunan Illite tidak mengembang oleh gerakan air di antara lembaran-

lembarannya.

Gambar 2.6 Diagram Skematik Struktur Illite (Mitchell, 1976)

Air biasanya tidak banyak mempengaruhi kelakuan tanah

nonkohesif. Sebagai contoh, kuat geser tanah pasir mendekati sama pada

kondisi kering maupun jenuh air. Tetapi, jika air berada pada lapisan pasir

yang tidak padat, beban dinamis seperti gempa bumi dan getaran lainnya

sangat mempengaruhi kuat gesernya. Sebaliknya, tanah butiran halus

khususnya tanah lempung akan banyak dipengaruhi oleh air. Karena pada

tanah berbutir halus, luas permukaan spesifik menjadi lebih besar, variasi

kadar air akan mempengaruhi plastisitas tanahnya. Distribusi ukuran

butiran jarang-jarang sebagai faktor yang mempengaruhi kelakuan tanah

butiran halus. Batas-batas Atterberg digunakan untuk keperluan identifikasi

tanah ini.

19

2.2.2 Karakteristik Tanah Lempung Lunak

Tanah lempung lunak merupakan tanah kohesif yang terdiri dari

tanah yang sebagian terbesar terdiri dari butir-butir yang sangat kecil seperti

lempung atau lanau. Sifat lapisan tanah lempung lunak adalah 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 tanah yang rendah.

2. Berkurang kuat geser apabila kadar air bertambah.

3. Berkurang kuat geser apabila struktur tanahnya terganggu.

4. Bila basah, bersifat plastis dan mudah mampat.

5. Menyusut bila kering dan mengembang bila basah

6. Komprebilitasnya besar.

7. Berubah volumenya dengan bertambahnya waktu akibat rangkak

pada beban yang konstan.

8. Merupakan material kedap air.

Daerah dengan lempung lunak banyak dijumpai didaerah dataran

rendah dan disekitar pantai terutama dimuara sungai-sungai besar sebagai

tanah endapan alluvial atau delta. Misalnya dijumpai seperti dilokasi:

1. Pantai Sumatera sebelah timur, disekitar muara sungai Sigli,

muara sungai Kuala Tanjung, muara sungai Belawan. Dibagian

tengah Sumatera, disekitar Dumai, sungai Pakning, sungai

20

Kampaar, sungai Batanghari kodya Pekanbaru. Sumatera

selatan di daerah sungai Musi, wilayah sekitar Palembang.

Sebagian barat Sumatera, misalnya disekitar kota Meulaboh,

kota Tapak Tuan, kota Sibolga, Air Bangis.

2. Dihampir seluruh pantai utara pulau Jawa misalnya, sekitar

daerah Jakarta Utara atau Tanjung Priok, daerah Muara Angke,

Muara Karang, daerah Sunter, daerah kodya Cirebon, kodya

Semarang dan Sluke.

3. Kalimatan misalnya disekitar daerah kodya Pontianak, Ketapang,

Sebamban, Pulo Laut, Tarakan.

4. Sulawesi misalnya daerah Maros, Watampone, Malili, Poso,

Kolonadale, Luwuk.

5. Irian jaya misalnya Sorong, Biak, daerah Serui, Kaimana, Nabire,

Ewer.

Gambar 2.7 Daerah Penyebaran Tanah Lunak di Indonesia (Geosistem)

21

Menurut Terzaghi (1967) 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 2.1

Tabel 2.1 Sifat-Sifat Umum Lempung Lunak (Toha, 1989)

Menurut Bowles (1989), mineral-mineral pada tanah lempung

umumnya memiliki sifat-sifat sebagai berikut:

1. Hidrasi

Partikel-partikel lempung dikelilingi oleh lapisan-lapisan molekul

air yang disebut sebagai air terabsorbsi. Lapisan ini pada

umumnya mempunyai tebal dua molekul karena itu disebut

sebagai lapisan difusi ganda atau lapisan ganda.

2. Aktivitas

Tepi – tepi mineral lempung mempunyai muatan negatif netto. Ini

mengakibatkan terjadinya usaha untuk menyeimbangkan muatan

ini dengan tarikan kation. Tarikan ini akan sebanding dengan

22

kekurangan muatan netto dan dapat juga dihubungkan dengan

aktivitas lempung tersebut. Aktivitas ini didefinisikan sebagai :

𝑎𝑘𝑡𝑖𝑣𝑖𝑡𝑎𝑠 = 𝐼𝑛𝑑𝑒𝑘𝑠 𝑃𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠

𝑃𝑟𝑒𝑠𝑒𝑛𝑡𝑎𝑠𝑒 𝐿𝑒𝑚𝑝𝑢𝑛𝑔… … … … … … . . (2.1)

dimana persentasi lempung diambil dari fraksi tanah yang < 2 μm.

Aktivitas juga berhubungan dengan kadar air potensial relatif.

Nilai-nilai khas dari aktivitas dapat dilihat pada Tabel 2.2

Tabel 2.2 Nilai-nilai khas dari aktivitas (Bowles, 1984)

3. Flukolasi dan Dispersi

Flokulasi adalah peristiwa penggumpalan partikel lempung di

dalam larutan air akibat mineral lempung umumnya mempunyai

pH > 7 dan bersifat alkali tertarik oleh ion- ion H+ dari air, gaya

Van Der Waal. Untuk menghindari flokulasi larutan air dapat

ditambahkan zat asam. Tiang pancang yang dipancang ke dalam

lempung lunak yang jenuh akan membentuk kembali struktur

tanah di dalam suatu zona di sekitar tiang tersebut. Kapasitas

beban awal biasanya sangat rendah, tetapi sesudah 30 hari atau

lebih, beban desain dapat terbentuk akibat adanya adhesi antara

lempung dan tiang.

23

4. Pengaruh Air

Fasa air di dalam tanah lempung tidaklah berupa air yang murni

secara kimiawi. Air ini menentukan sifat plastisitas lempung.

Fenomena utama dari lempung adalah massanya yang telah

mengering dari suatu kadar air awal mempunyai kekuatan yang

cukup besar. Apabila air ditambahkan, bahan tersebut akan

menjadi plastis dengan kekuatan yang lebih kecil dibandingkan

bongkahan sebelumnya. Terlihat bahwa kerapatan yang lebih

tinggi akibat pemampatan dan jarak yang berdekatan

menimbulkan pengaruh maksimum dari tarikan gaya

antarpartikel. Kita dapat langsung mengamati bahwa kekuatan

lempung akan bervariasi dari nilai yang sangat rendah (S=100%)

sampai nilai yang sangat tinggi.

Lapisan lunak umumnya terdiri dari tanah yang sebagian besar terdiri

dari butiran-butiran yang sangat kecil seperti lempung atau lanau. Pada

lapisan lunak, semakin muda umur akumulasinya, semakin tinggi letak

muka airnya. Lapisan muda ini juga kurang mengalami pembebanan

sehingga sifat mekanisnya buruk dan tidak mampu memikul beban.

Sifat lapisan tanah lunak adalah gaya gesernya yang kecil,

kemampatan yang besar, dan koefisien permeabilitas yang kecil. Jadi,

bilamana pembebanan konstruksi melampaui daya dukung kritisnya maka

dalam jangka waktu yang lama besarnya penurunan akan meningkat yang

akhirnya akan mengakibatkan berbagai kesulitan.

24

2.3. Penurunan Tanah Pada Lapisan Tanah Lunak.

Menurut Bowles (1984), semua tanah yang mengalami tegangan

akan mengalami regangan di dalam kerangka tanah tersebut. Regangan ini

disebabkan oleh penggulingan, penggeseran atau penggelinciran dan

terkadang juga kehancuran partikel-partikel tanah pada titik-titik kontaknya.

Akumulasi statistic dari deformasi dalam arah yang ditinjau ini merupakan

regangan. Integrasi regangan (deformasi per satuan panjang) sepanjang

kedalaman pengaruh disebut penurunan. Regangan pada tanah berbutir

kasar dan tanah berbutir halus yang kering atau jenuh sebagai akan terjadi

dengan segera sesudah bekerjanya tegangan. Bekerjanya tegangan

terhadap tanah berbutir halus yang jenuh (dan hampir jenuh) akan

menghasilkan regangan yang tergantung pada waktu. Penurunan yang

dihasilkan akan tergantung juga pada waktu dan disebut penurunan

konsolidasi. Waktu yang terpakai untuk itu didasarkan pada laju konsolidasi.

Jangka waktu terjadinya penurunan konsolidasi tergantung pada

bagaimana cepatnya tekanan pori yang berlebih akibat beban yang bekerja

dapat dihilangkan. Karena itu, koefisien permeabilitas merupakan factor

penting, disamping penentuan berapa jauh jarak air pori yang harus

dikeluarkan dari pori-pori yang ukurannya bertambah kecil untuk dapat

meniadakan tekanan yang berlebih.

Teori umum yang mencakup konsep tekanan pori dan tegangan

efektif adalah salah satu hal yang dikembangkan oleh Terzaghi selama

25

tahun 1920-1974. Teori konsolidasi Terzaghi membuat asumsi-asumsi

sebagai berikut :

1. Tanah adalah, dan tetap akan, jenuh (S = 100%). Penurunan

konsolidasi dapat diperoleh untuk tanah yang tidak jenuh, tetapi

peramalam waktu terjadinya penurunan sangat tidak dapat

dipercaya.

2. Air dan butiran-butiran tanah tidak dapat ditekan.

3. Terdapat hubungan linier antar tekanan yang bekerja dan perubahan

volume.

4. Koefisien permeabilitas (k) merupakan suatu konstanta,

5. Hukum Darcy berlaku (v = ki).

6. Terdapat temperatur yang konstan.

7. Konsolidasi merupakan konsolidasi satu-dimensi (vertikal), sehingga

tidak terdapat aliran air atau pergerakan tanah lateral.

8. Contoh yang digunakan merupakan contoh tidak terganggu

(undistrub sample).

Karakterikstik-karakteristik konsolidasi (atau parameter-parameter)

suatu tanah adalah indeks tekanan (compression index, Cc) dan koefisien

konsolidasi (coeffiecient of consolidation, Cv). Parameter-parameter

konsolidasi dapat diperoleh (atau diperkirakan) dari uji konsolidasi di

laboratorium. Contoh tanah yang telah dirapikan (diameternya biasanya

dari 6,3 sampai 11,3 cm) diletakkan di dalam cincin logam pengekang.

Tekanan tanah yang seragam dikerjakan melalui blok pembebanan, dan

26

batu berpori memungkinkan tekanan pori yang berlebih akibat pertambahan

beban untuk keluar secara bebas pada saat rongga-rongga tanah

mengalami tekanan. Suatu alat pengukur dipakai untuk mengukur besarnya

tekanan pada interval waktu yang berbeda, maka perubahan volume akan

dapat dihitung.

Penurunan, ∆H, pada setiap massa tanah yang mengalami tegangan

∆p terdiri atas penurunan-penurunan segera, konsolidasi dan tekanan

sekunder. Dalam bentuk persamaan, penurunan adalah

∆𝐻 = ∆𝐻𝐼 + ∆𝐻𝐶 + ∆𝐻𝑆 … … … … … … … … … (2.2)

Penurunan segera terjadi pada tanah berbutir kasar dan tanah

berbutir halus kering (tidak jenuh) terjadi segera setelah beban bekerja.

Penurunan ini bersifat elastis, dalam praktek sangat sulit diperkirakan

besarnya penurunan ini. Penurunan segera ini banyak diperhatikan pada

fondasi bangunan yang terletak pada tanah granuler atau tanah berbutir

kasar. Menurut Terzaghi, penurunan segera dibedakan pada penerapan

aplikasi beban yaitu :

1. Akibat beban terbagi rata pada luasan partikel fleksibel di

permukaan.

Jika tanah elastis dengan tebal tak berhingga, penurunan akibat

beban terbagi rata pada luasan fleksibel yang berbentuk

lingkaran dengan jari-jari R adalah

𝑆𝑖 = 𝑞𝑛 𝑥 𝑅

𝐸 𝑥 𝐼𝑟 … … … … … … (2.3)

Dimana,

27

Si = penurunan segera (m)

qn = tambahan tegangan atau tekanan pondasi netto

(kN/m2)

E = modulus elastisitas tanah (kN/m2)

Ir = faktor pengaruh untuk beban lingkaran tergantung

pada angka poisson (µ) dan jarak antar titik beban.

Gambar 2.8 Faktor Pengaruh beban terbagi rata berbentuk lingkaran

2. Penurunan segera pada pondasi empat persegi panjang

fleksibel.

Penurunan segera pada sudut dari beban berbentuk luasan

empat persegi panjang fleksibel adalah

𝑆𝑖 = 2𝑞𝑛𝐵

𝐸 (1 − µ2)𝐼𝑝 … … … … … … (2.4)

Dimana,

Si = penurunan segera (m)

qn = tambahan tegangan (kN/m2)

B = lebar area pembebanan (m)

28

Ip = faktor pengaruh

µ = angka poisson

Gambar 2.9 Faktor Pengaruh di sudut luasan segiempat persegi

3. Penurunan segera akibat beban terbagi rata luasan fleksibel

pada lapisan dengan tebal terbatas.

Penurunan segera akibat luasan beban empat persegi panjang

yang terletak pada lapisan tanah dengan tebal H yang terletak

diatas lapisan yang keras (Steinbrenner – 1934) adalah

𝑆𝑖 = 𝑞𝑛 𝑥 𝐵

𝐸 𝑥 𝐼𝑝 … … … … … … (2.5)

dengan,

𝐼𝑝 = (1 − µ2)𝐹1 + (1 − µ − 2µ2)𝐹2 … … … … … … … . (2.6)

29

F1 dan F2 adalah koefisien yang diperoleh dari gambar dan Si

adalah penurunan segera di sudut luasan empat persegi

panjang.

Gambar 2.10 Diagram penentuan F1 dan F2 (Steinbrenner, 1934)

Jika tanah elastis dan pondasi tidak terletak dipermukaan tanah,

koreksi penurunan perlu diadakan. Fox dan Bowles (1977), nilai

koreksi merupakan fungsi dari Df/B, L/B, dan μ dimana L dan B

adalah dimensi fondasi, Df kedalaman pondasi.

𝑆𝑖′ = 𝛼 . 𝑆𝑖 … … … … … … … . (2.7)

dengan,

Si’ = Penurunan elastis yang telah di koreksi.

Si = Penurunan elastis pada hitungan dengan dasar

pondasi di permukaan.

α = Faktor koreksi dasar pondasi kedalaman Df.

30

Gambar 2.11 Faktor Koreksi Penurunan Elastis Pondasi Empat Persegi

(Fox & Bowles, 1977)

4. Penurunan segera pada pondasi kaku

Penurunan segera pada pondasi kaku dipermukaan sekitar 7%

lebih kecil dari penurunan rata-rata pondasi fleksibel dengan

dimensi yang sama (Schleicher, 1926) sehingga penurunan

pondasi kaku = 0,93 x penurunan fleksibel.

Penurunan konsolidasi terjadi pada tanah berbutir halus yang terletak

dibawah muka air tanah. Penurunan ini butuh waktu yang lamanya

tergantung pada kondisi lapisan tanah. Bila tanah mengalami pembebanan

dan berkonsolidasi maka penurunan tersebut berlangsung dalam 2 fase

yaitu

a. Fase Penurunan Segera (Immediately Settements)

Penurunan terjadi segera setelah beban bekerja, diakibatkan oleh

keluarnya udara dari rongga pori. Proporsi penurunan awal dapat

31

diberika dalam perubahan angka pori dan dapat ditentukan dari

kurva waktu terhadap penurunan dari uji konsolidasi.

b. Fase konsolidasi

Menurut Hary Christady Hardiyatmo, bila tanah lempung

jenuh terendam air dibebani mendadak, tekanan akibat beban

tersebut ke tanah selain menyebabkan kompresi elastis yang

menyebabkan penurunan segera (immediately settlement), juga

menyebabkan kelebihan tekanan air pore (excess pore pressure).

Pengurangan kelebihan tekanan air pori, hanya dapat terjadi jika air

meninggalkan rongga pori lapisan tanah tertekan. Pengurangan

volume air di dalam rongga pori, menyebabkan volume tanah

berkurang. Dikarenakan permeabilitas tanah lempung yang rendah,

perubahan volume tersebut berlangsung lama dan merupakan

fungsi dari waktu. Tanah yang sedang mengalami proses demikian

disebut tanah berkonsolidasi dan perubahan volume dalam arah

vertikalnya disebut penurunan konsolidasi primer. Proses

konsolidasi primer terjadi sampai tekanan air pori dalam

keseimbangan dengan tekanan hidrostatis air tanah di sekitarnya.

Dalam kenyataan, walaupun kelebihan tekanan air pori telah nol,

penurunan akibat rangkak (creep) terjadi pada tegangan efektif yang

telah konstan. Penurunan pada periode ini disebut penurunan

konsolidasi sekunder.

32

Besarnya penurunan konsolidasi lempung sangat bergantung pada

sejarah geologi lapisannya yaitu apakah lempung terkonsolidasi

normal (normally consolidated) atau terkonsolidasi berlebihan (over

consolidated). Cara pendekatan untuk membedakan kedua jenis

tanah lempung tersebut, dapat dilakukan sebagai berikut :

1. Dari mengetahui sejarah geologi lapisan tanah dengan cara

mengetahui historis tebal lapisan tanah waktu lampau.

2. Dengan cara yang diberikan Casagrande (1936), yaitu terlihat di

gambar 2.11. Jika pc’>po’ lempung termasuk terkonsolidasi

berlebihan (overconsolidated). Jika pc’=po’ lempung termasuk

terkonsolidasi normal (normally consolidated).

Gambar 2.12 Penentuan tekanan prakonsolidasi (Casagrande,

1936)

3. Dengan membandingkan kuat geser undrained (tak tedrainasi)

yang sesuai dengan karakteristik lempung terkonsolidasi normal

sehubungan dengan hubungan kuat geser tak drainasi dan nilai

indeks plastisitasnya (PI) (gambar 2.12). Jika kuat gesernya

33

diperoleh lebih tinggi dari lempung terkonsolidasi normal,

diperkirakan lempung tersebut termasuk terkonsolidasi

berlebihan.

Gambar 2.13 Hubungan kuat geser undrained (Cu) dengan

indeks plastisitas (PI) lempung terkonsolidasi normal

(Skempton, 1957)

4. Dengan membandingkan angka kompresibilitas Cc , akibat

tekanan overburden efektif (po’) dengan perkiraan Cc untuk

lempung terkonsolidasi normal, yaitu Cc = 0,009 (LL-10). Jika Cc

pada tekanan po’ kurang dari nilai yang diharapkan untuk

lempung terkonsolidasi normal, lempung dapat diharapkan

termasuk terkonsolidasi berlebihan.

5. Dengan menentukan indeks cair (LI) tanah lempung yaitu,

𝐿𝐼 = 𝑤𝑁 − 𝑃𝐿

𝐿𝐿 − 𝑃𝐿 … … … … … … … … (2.8)

dengan,

LI = indeks cair (%).

34

wN = kadar air asli di lapangan (%).

PL = batas plastis (%).

LL = batas cair (%).

Lempung terkonsolidasi normal mempunyai indeks cair (LI)

antara 0,6 sampai 1 dan lempung terkonsolidasi berlebih

mempunyai indeks cair 0 sampai 0,6.

Penurunan konsolidasi sekunder terjadi pada tegangan efektif

konstan, yakni setelah penurunan konsolidasi primer berhenti.

Besarnya penurunannya merupakan fungsi waktu (t) dan kemiringan

kurva indeks pemampatan (Ca). Kemiringan Ca dinyatakan dalam

persamaan :

𝐶𝑎 =∆𝑒

log(𝑡2/𝑡1) … … … … … … … … (2.9)

Rasio pemampatan sekunder (secondary compression index), Cαε ,

dinyatakan oleh :

Cαε = 𝐶𝑎(1 + 𝑒𝑝)⁄ … … … … … … … . (2.10)

Besarnya penurunan sekunder dapat dihitung melalui persamaan :

𝑆𝑥 = 𝐶𝑎

1 + 𝑒𝑝 𝐻 log

𝑡2

𝑡1… … … … … … … . . (2.11)

Dimana,

Sx = penurunan konsolidasi sekunder.

H = tebal benda uji awal atau tebal lapisan lempung

ep = angka pori saat akhir konsolidasi primer

35

t = waktu yang diukur setelah konsolidasi primer

pada waktu terjadinya konsolidasi sekunder, dua faktor dapat

mempengaruhi prosesnya. Pertama, pengurangan volume tanah

pada tegangan efektif konstan. Kedua, regangan vertikal akibat

gerakan tanah secara lateral dibawah struktur. Terzaghi (1948)

menyatakan bahwa kedua faktor tersebut dapat menghasilkan tipe

penurunan yang sangat berbeda dari struktur yang satu ke struktur

yang lainnya.

Dari hasil penelitian Ladd (1971) dan lain-lainnya, Raymond

dan Wahls (1976) mengenai asumsi-asumsi yang berkenaan

dengan kelakuan tanah berbutir halus dalama mengalami penurunan

konsolidasi sekunder sebagai berikut :

1. Ca tidak tergantung dari waktu (paling tidak selama masa

waktu yang diperhatikan).

2. Ca tidak tergantung pada lapisan tanah.

3. Ca tidak tergantung dari LIR (Load Increment Ratio) ,

selama konsolidasi primer terjadi.

4. Nilai banding Ca/Cc secara pendekatan adalah konstan

untuk kebanyakan tanah lempung terkonsolidasi normal

yang dibebani dengan tegangan-tegangan yang besarnya

normal.

36

Mesri dan Godlewski (1977) menyatakan bahwa nilai Ca bergantung

pada tegangan konsolidasi, yaitu bergantung pada tegangan efektif

akhir. Nilai-nilai Ca/Cc untuk kebanyakan macam tanah mendekati

konstan telah dibuktikan oleh Mesri dan Godlewski (1977) dan

hasilnya ditunjukkan dalam Tabel 2.5

Tabel 2.3 Nilai Ca/Cc beberapa macam tanah (Mesri dan

Godlewski, 1977)

2.4. Metode Perbaikan Tanah

Lapisan tanah lunak umumnya terdiri dari tanah yang sebagian besar

terdiri dari butir-butir yang sangat kecil seperti lanau dan lempung. Dalam

lapisan sedemikian, makin muda umur akumulasinya, makin tinggi letak

muka air tanahnya. Lapisan muda demikian juga kurang mengalam

pembebanan sehingga sifat mekanisnya buruk dan tidak mampu memikul

beban berlebih. Sifat lapisan tanah yang lunak adalah gaya gesernya yang

kecil, kemampatan yang besar dan koeffisien permeabilitasnya kecil. Jadi,

37

bilamana pembebanan konstruksi melampaui daya dukung kritis, maka

akan terjadi kerusakan tanah pondasi. Meskipun intensitas beban itu kurang

dari daya dukung kritis, dalam jangka panjang besarnya penurunan akan

meningkat akhirnya akan mengakibatkan berbagai kesulitan. Gejala

kerusakan tanah pondasi atau penurunan tambahan bukan hanya akan

menyebabkan konstruksi itu tidak berfungsi sebagaimana mestinya,

melainkan dapat mengakibatkan permukaan tanah di sekeliling konstruksi

itu akan naik dan turun, atau penurunan muka air tanah serta

penggenangan air di area konstruksi.

Besarnya penurunan dapat diperkirakan dengan menghitung

konsolidasi lapisan lunak berdasarkan data penurunan di lapangan yang di

observasi. Pedoman dari “Japan Road Association” mengenai pekerjaan

tanah untuk jalan menyebutkan bahwa penurunan residual yang diizinkan

pada badan tanggul jalan jembatan atau sambungan bagian-bagian tinggi

adalah kira-kira 10-30 cm atau kurang selama 3 tahun setelah perkerasan

dibangun. Data ini telah diperoleh dengan metode yang mencerminkan

keadaan sebenarnya di lapangan. Bilamana suatu badan tanggul jalan

dibangun di atas suatu lapisan tanah lunak, perbedaan penurunan selalu

akan mengakibatkan terjadinya gelombang-gelombang jalan yang harus

sering diperbaiki. Prosedur umum mengenai tindakan terhadap lapisan

dasar tanah lunak, sebaiknya dilakukan sesuai dengan prosedur yang

diperlihatkan pada Gambar 2.14

38

Gambar 2.14 Prosedur Tindakan Pekerjaan Untuk Lapisan Lunak

Prinsip dasar perbaikan tanah pada dasarnya adalah memperbaiki

karakteristik mekanis tanah. Sehingga dapat dijabarkan berbagai macam

metode perbaikan tanah sebagai berikut

2.4.1 Metode Perbaikan dengan Bahan Perkuatan

Metode ini bermaksudkan suatu lapisan lunak ditambahkan

benda/material kaku atau yang lebih kokoh. Secara umum, klasifikasi jenis

perkuatan berdasarkan jenis bahan dan system arah perkuatannya antara

lain arah vertikal dan horisontal. Dimana faktor efektivitas dari masalah

keamanan dan biaya menjadi penting. Disamping itu, perencanaan atau

metode untuk perbaikan tanah dengan bahan perkuatan disesuaikan

dengan jenis perkuatan yang dipilih.

39

Tabel 2.4 Klasifikasi Bahan Perkuatan Tanah

a. Tipe Perkuatan dengan Batu/Pasir

Dalam praktek, dapat dibuat beberapa tipe perkuatan dengan

susunan batu atau pondasi dangkal. Perkuatan dangkal bias

bermacam-macam bentuk, misalnya tipe menerus atau cukup dari

susunan batu kali atau batu belah.

Prinsip keseimbangan perkuatan dangkal dimana gaya luar ditahan

oleh kohesi dan gaya geser dalam tanah sepanjang bidang geser.

Secara mekanika maka,

𝑄 = 𝑎. 𝑐 . 𝑁𝑐 + 𝛾 . 𝐵 . 𝑁𝛾 + 𝑏 . 𝛾 . 𝐷 . 𝑁𝑞 … … … … … … . (2.12)

Dimana,

Q = daya dukung tanah, kg/cm2

C = kohesi tanah, kg/cm2

γ = berat volume basah, kg/cm3

B = lebar pondasi, cm

D = dalam dasar pondasi, cm

40

Nc, Nγ, Nq = faktor daya dukung tanah

Untuk tapak memanjang, a = 1, b = 0,5.

Untuk tapak persegi empat, a = 1,3 , b = 0,4

Untuk pondasi bulat, a = 1,3 , b = 0,3

b. Tipe Perkuatan dengan Cerucuk

Sistem perkuatan dengan kumpulan kayu cerucuk merupaka metode

yang tepat pada tanah lunak dikarenakan sebagai memperkuat gaya

geser tanah, kayu dapat menyerap air sehingga pada saat

dipancang kedalam tanah, kayu dapat menancap dengan baik.

Gambar 2.15 Konfigurasi Pemasangan Cerucuk Kayu

c. Tipe Perkuatan dengan Sistem Anyaman Bambu atau Geogrid

Perkuatan dengan sistem ini adalah perkuatan secara horisontal

seperti anyam bambu (PLTA Semarang atau Pemecah ombak

pelabuhan ikan Muara Karang, Jakarta) yang diikat satu dengan

lainnya. Pada sistem ini digunakan kayu yang tahan air terutama di

41

daerah dengan muka air yang tinggi. Sistem ini efektif untuk

perkuatan badan jalan dan timbunan.

Sistem perkuatan sintetis dibuat secara pabrikasi dari bahan polymer

dikenal dengan nama pasar geogrid. Banyak tipe geotextile yang

telah diproduksi oleh pabrik-pabrik dengan kualitas yang berbeda

serta perunjukan pemakaian yang berbeda pula.

Gambar 2.16 Jenis-jenis Geogrid

2.4.2 Metode Perbaikan Permukaan

Metode ini diterapkan bilamana lapisan permukaan tanah itu sangat

lunak. Tujuan metode ini untuk meningkatkan kekuatan tanah di sekitar

permukaan tanah dengan menggunakan drainasi, bahan lembaran tipis dan

bahan-bahan tambahan. Permukaan tanah akan terhindar dari deformasi

geser local sehingga alat-alat berat dapat bekerja dengan lancar dan beban

timbunan akan didistribusikan secara merata ke tanah dasar. Dalam

kelompok metode jenis ini termasuk metode drainasi permukaan (surface

42

drainage method), metode alas pasir (sand mat method), metode bahan

lembaran tipis (sheet material) dan metode bahan tambahan.

Metode drainasi permukaan adalah penggalian di permukaan tanah

sebelum pelaksanaan penimbunan untuk mengalirkan air permukaan dan

mengurangi kadar air tanah sehingga memungkinkan alat-alat berat

bergerak. Seringkali saluran itu diisi dengan kerikil yang mempunyai

permeabilitas yang baik yang dapat berfungsi sebagai drainasi parit

(drainasi penampang tertutup) sehinga pelaksanaan dapat berlangsung

lancar di atasnya. Pelaksanaan saluran drainasi harus dipertimbangkan

perubahan gradient air tanah yang dapat terjadi oleh penurunan tanah

akibat penimbunan sehingga air tidak akan mengalir dari saluran ke dalam

lokasi pembangunan. Dimensi saluran umumnya kira-kira 0,50 m lebar dan

0,50 – 1,00 m dalam dan diisi dengan pasir atau kerikil.

Metode alas pasir (sand mat method) menggambarkan bahwa di

atas tanah lunak itu dihamparkan pasir secara merata setebal kira-kira 0,50

– 1,20 m yang mempunyai fungsi sebagai drainasi bagian atas proses

konsolidasi lapisan lunak itu. Biasanya di samping lapisan pasir ini sering

dibuatkan juga drainasi vertikal, tetapi bilamana lapisan lunak itu tidak tebal,

cukup diberikan hamparan lapisan pasir. Pasir yang cocok untuk digunakan

sebagai alas pasir adalah pasir yang mempunyai fraksi kurang dari 3%

melalui ayakan 74µ. Dalam pelaksanaannya, alas pasir ini tidak boleh

dibebani berlebihan oleh alat-alat yang digunakan. Bila bahan timbunan

yang digunakan itu merupakan jenis tanah lanau yang mempunyai

43

permeabilitas yang sangat kecil, maka harus diusahakan supaya ujung tepi

alas pasir yang dihamparkan itu tidak akan tersumbat. Tebal lapisan pasir

itu harus menjamin kelancaran pekerjaan alat-alat berat. Untuk itu

dianjurkan agar menggunakan harga standar seperti tertera pada Tabel 2.5

Tabel 2.5 Tebal Standar Hamparan Pasir

Daya dukung permukaan konus (kg/cm2)

Tebal hamparan pasir (cm)

2,0 dan lebih 2,0-1,0

1,0-0,75 0,75-0,5

0,5 dan kurang

50 50-80

80-100 100-120

120

Metode bahan hamparan (Method of sheet materials) adalah metode

yang menggunakan lembaran atau jaringan serat kimia yang diletakkan di

atas lapisan yang lunak. Penimbunan kemudian dilaksanakan di atas

lembaran yang diletakkan ini. Tujuan metode ini adalah untuk menjamin lalu

lintas alat-alat berat atau memperbaiki daya dukung tanah. Kekuatan

regang (tensile strength) lembaran dapat memberikan perlawan aliran

horizontal tanah.

2.4.3 Metode Perpindahan (Displacement Method)

Pada metode ini, lapisan yang lunak diganti dengan bahan tanah

yang baik untuk memperbaiki daya dukung tanah dan mengurangi besarnya

penurunan akibat konsolidasi. Metode ini dibagi dalam dua jenis. Pertama,

sesudah penggalian lapisan lunak dengan alat berat, bahan tanah yang

44

baik dimasukkan dan dipadatkan dan kedua tanah yang lunak itu didesak

dengan beban timbunan tanah yang baik atau didesak dengan ledakan.

2.4.4 Metode Timbunan Imbangan Berat (Counterweight fill method)

Maksud metode ini untuk mengimbangi sisi tanggul supaya stabil

bilamana tidak diperoleh faktor keamanan yang diperlukan terhadap

longsoran selama penimbunan dilaksanakan. Akan tetapi, mengingat

metode ini membutuhkan pelebaran dasar timbunan, maka kemungkinan

besar metode ini tidak ekonomis bilamana pembebasan tanah pada lokasi

pembangunan sulit atau bahan timbunan yang digunakan itu mahal. Metode

ini sangat berguna digunakan sebagai tindakan untuk mengatasi timbunan

yang tidak stabil atau terhadap longsoran timbunan yang terus terjadi

sementara pelaksanaan timbunan masih berlangsung.

Bilamana metode imbangan berat diterapkan sejak permulaan

pembuatan rencana maka biasanya analisa stabilitasnya diadakan secara

kontinu. Imbangan berat yang dibutuhkan dari momen penahan yang

diperlukan pada lingkaran kritis longsoran kemudian ditentukan bentuk

penampang melintang timbunan imbangan tersebut. Sebaliknya bilamana

metode ini digunakan sebagai tindakan darurat atau tindakan perbaikan,

maka harus diselidiki letak bidang longsoran yang terjadi. Dalam analisa

stabilitas, bidang ini diambil sebagai lingkaran kritis. Kekuatan tanah

kemudian dihitung untuk menentukan dimensi timbunan imbangan berat.

45

2.4.5 Metode Pembebanan

Metode ini diterapkan untuk mengusahakan konsolidasi lapisan yang

lunak dan memperbesar gaya geser tanah. Untuk mengusahakan

konsolidasi, beban konsolidasi itu ditempatkan terlebih dahulu sebelum

konstruksi utama dilaksanakan. Suatu metode yang disebut pra-

pembebanan (preloading) adalah penimbunan beban yang sama besarnya

dengan beban konstruksi yang akan dilaksanakan yang kemudian

disingkirkan sewaktu konstruksi mulai dilaksanakan, maka metode ini

disebut metode beban tambahan (surcharge method).

Gambar 2.17 Metode Preloading pada Tanah Lunak

Seperti yang kita ketahui, deformasi konsolidasi tidak dapat pulih

kembali (irreversible), jadi besarnya penurunan sisa (residual settlement)

menjadi kecil. Meskipun metode ini tidak menyebabkan kerusakan tanah,

bilamana kekuatan tanah rendah, maka perlu dipertimbangkan penerapan

bersama metode drainasi vertikal atau bersamaan pembebanan perlahan-

lahan. Untuk mengetahui tahapan penurunan yang disebabkan oleh

46

konsolidasi diperlukan data lapangan yang diperoleh dengan pemasangan

alat ukur penurunan atau alat ukur tekanan air pori.

2.4.6 Metode Pembebanan Perlahan-Lahan

Metode ini diterapkan bilamana kekuatan geser tanah tidak besar

dan cenderung runtuh jika timbunan dilaksanakan dengan cepat. Untuk

menghindari keruntuhan, maka kecepatan pekerjaan timbunan harus

diperlambat. Metode ini membutuhkan waktu yang cukup lama, tetapi tidak

membutuhkan peralatan pembangunan dan bahan tertentu. Metode ini

ekonomis untuk dilaksanakan bilaman tersedia waktu pelaksanaan yang

cukup dan umumnya selalu dipilih lebih dahulu sebagai tindakan terhadap

lapisan tanah yang lunak daripada metode lainnya.

Gambar 2.18 Perbandingan Kecepatan tiap Pemberian Pembebanan

2.4.7 Metode Penurunan Muka Air Tanah

Metode ini berdasarkan prinsip yaitu dengan menurunkan muka air

tanah, tekanan efektif vertikal meningkat dari :

𝑃0′ = 𝑃 − 𝛾𝑤. 𝑧 … … … … … … … … (2.13)

Menjadi

𝑃0′ = 𝑃 − 𝛾𝑤. (𝑧 − ∆𝑧) … … … … … … … … (2.14)

47

Jadi peningkatan ini sebanding dengan peningkatan 1t/m2 untuk penurunan

muka air sebesar 1 m. tinggi teoritis pemompaan ke atas bilamana

digunakan titik sumur (well point) adalah 10,3 m akan tetapi mengingat

kehilanagn tinggi tekanan atau tenaga, penurunan muka air hanya akan

mencapai 5,50 – 6,00 m.

Metode ini dapat diterapkan dengan efektif untuk tanah yang

mempunyai lapisan pasir pada bagian atas dan bagian tengahnya dengan

koefisien permeabilitas kira-kira, k = 10-1 – 10-4 cm/dtk.

2.4.8 Metode Pembebanan Tekanan Atmosfir

Suatu lapisan pasir diletakkan di atas lapisan yang lunak kemudian

ditutup dengan suatu selaput yang kedap udara. Udara dalam lapisan pasir

dipompa keluar sehingga tekanan udara dapat dimanfaatkan sebagai

beban konsolidasi. Secara teoritis dapat diperoleh beban sebesar kira-kira

10 t/m2, akan tetapi oleh adanya kebocoran maka dalam praktek hanya

diperoleh tekanan sebesar 5-6 t/m2. Biaya penggunaan pompa vakum

adalah besar, sehingga pembebanan untuk suatu jangka lama tidak praktis

digunakan metode ini.

2.4.9 Metode Drainasi Vertikal

Dengan metode ini, jarak antara drainasi untuk konsolidasi

berkurang oleh kolom drainasi yang dibuat menembus lapisan-lapisan

lunak tanah yang kohesif. Dapat dilihat bahwa jarak drainasi tanpa drainasi

vertikal adalah H/2 sedangkan dengan drainasi vertikal, jarak drainasi

adalah sama dengan jarak antara kolom-kolom drainasi.

48

Metode drainasi vertikal ini sering diterapkan bersama-sama dengan

metode pembebanan perlahan-lahan atau dengan metode pembebanan.

Ada beberapa jenis bahan yang digunakan untuk drainasi vertikal, sehingga

drainasi-drainasi disebut juga sesuai bahan yang digunakan seperti

drainasi pasir (sand drain method), metode drainasi sumbu kertas karton

(cardboard wicks drain method) dan metode drainasi kertas plastik (plastic

board drain method).

1. Metode Drainasi Pasir

Drainasi pasir terdiri atas kolom-kolom pasir yang dibuat secara

vertikal dalam lapisan tanah lunak. Metode ini dibagi dalam

beberapa jenis, sesuai dengan metode pelaksanaannya yakni

jenis dorongan (driven type), jenis vibroflotasi (vibrofloation type)

dan jenis jet air (water jet type).

Waktu t yang diperlukan untuk konsolidasi lapisan tanah kohesif

sebelum digunakan metode drainasi adalah

𝑡 = 𝑇𝑣

𝐶𝑣 (

𝐻

2)

2

… … … … … … (2.15)

Sewaktu dibuatkan drainasi pasir, maka dengan asumsi bahwa

tanah dapat diganti dengan suatu model silender dan air pori

mengalir secara horizontal ke arah drainasi pasir itu, waktu

konsolidasi menjadi

𝑡 = 𝑇𝑣

𝐶ℎ 𝑑𝑒

2 … … … … … … (2.16)

dimana,

49

t = waktu konsolidasi (hari)

Th = faktor waktu konsolidasi horisontal

Ch = koefisien konsolidasi horisontal (m2/hari)

de = panjang efektif (m)

bilamana ruang antar kolom pasir = d , maka untuk susunan

segitiga sama sisi, de = 1,05 d dan untuk susunan bujur sangka,

de = 1,13 d. jadi semakin pendek ruang antar kolom-kolom,

semakin pendek pula waktu konsolidasinya.

Gambar 2.19 Lengkungan Konsolidasi Pengaruh Drainasi Pasir

(Takagi)

Panjang drainasi pasir ditentukan oleh tebal lapisan tanah kohesif

atau dalamnya tanah yang akan diperbaiki. Akan tetapi

mengingat kolom drainasi yang terlalu panjang akan sulit

dilaksanakan dan mahal, maka panjang kolom drainasi dibatasi

sampai kira-kira 25-30 m. Diameter dw dari kolom pasir

ditentukan antara 25-50 cm yang tergantung dari mesin penggali.

Sehingga dimensi yang ditentukan dalam perencanaan drainasi

pasir adalah ukuran efektif de atau harga n = de/dw. Jika de telah

50

ditentukan, maka pada tahap berikut diperkirakan peningkatan

kekuatan geser lapisan tanah kohesif itu pada keadaan

konsolidasi 80%-90%. Kemudian menentukan beban yang

diijinkan pada tahap ini dengan menggunakan kekuatan geser

rata-rata.

Peningkatan gaya geser rata-rata tanah bersamaan dengan

kemajuan konsolidasi dihitung dengan persamaan berikut :

𝐶𝑢 𝑝⁄ = 0,25 ~ 0,35 … … … … … … … (2.17)

𝐶𝑢 𝑝⁄ = 0,11 + 0,0037𝐼𝑝 … … … … … (2.18)

Dimana,

Cu = Kekuatan tanpa drainasi lempung

P = Beban konsolidasi

Ip = Indeks plastisitas

2. Metode Sumbu Kertas Karton (Cardboard Wicks Method) dan

Metode Drainasi Ketas Plastik (Plastic Board Drain Method).

Metode ini berdasarkan prinsip yang sama dengan metode

drainasi pasir. Perbedaannya adalah bahwa metode-metode ini

tidak menggunakan pasir tetapi menggunakan bahan kertas

karton atau vinylchlorida. Metode sumbu kertas karton telah

dikembangkan oleh laboratorium di Swedia. Kertas karton yang

mempunyai alur drainasi (Gambar 2.20), didorong ke dalam

lapisan tanah sesuai dengan prosedur.

51

Bahan kertas karton yang digunakan mempunyai kualitas yang

tetap, ringan, dan mudah dikerjakan. Mesin yang ringanpun

dapat digunakan untuk mendorong bahan ini. Jadi metode ini

dapat diterapkan di tanah yang sangat lunak yang

permeabilitasnya lebih buruk daripada pasir, k = 10-3 – 10-10

cm/dtk.

Gambar 2.20 Pemancangan Kertas Karbon

2.5. Penerapan Metode Preloading Dikombinasikan dengan

Prefabricated Drain dalam Permasalahan Tanah Lunak

Seiring dengan meningkatnya jumlah penduduk, urbanisasi,

dan pembangunan, banyak kegiatan konstruksi yang semakin fokus

terhadap perilaku tanah. Apalagi dengan kondisi tanah yang

beragam dan tidak selalu sama pada masing-masing areal

konstruksi sehingga mengharuskan ketelitian dalam perencanaan

dan pelaksanaan konstruksi itu sendiri. Untuk mengatasi kondisi

tanah yang tidak sesuai dengan yang diharapkan, maka ada

52

beberapa teknik yang digunakan dalam rangka meningkatkan mutu

tanah tertentu, diantaranya yaitu teknik preloading dan vertical drain.

Preloading dan vertical drain pada dasarnya bertujuan

untuk meningkatkan kekuatan geser pada tanah, mengurangi

kompresibilitas/kemampumampatan tanah, dan mencegah

penurunan (settlement) yang besar serta kemungkinan kerusakan

pada struktur bangunan. Preloading dan vertical drain umumnya

digunakan pada tanah dengan daya dukung yang rendah seperti

pada tanah lempung lembek dan tanah organik. Jenis tanah tersebut

biasanya memiliki ciri seperti berikut : kadar air yang ekstrim,

kompresibilitas yang besar, dan koefisien permeabilitas yang kecil.

Pada prinsipnya teknik preloading menggunakan vertical drains

merupakan metode perkuatan tanah dengan cara mengurangi kadar

air dalam tanah (dewatering). Biasanya waktu konsolidasi yang

dibutuhkan untuk jenis tanah seperti ini memakan waktu yang lama

meski dengan menggunakan beban tambahan yang besar, sehingga

teknik preloading mungkin kurang cocok untuk jadwal kontruksi yang

mepet. Ilustrasinya dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

53

Gambar 2.21 Ilustrasi dari Aliran pada Metode Preloading

Jika beban sementara melebihi beban akhir konstruksi maka

kelebihan beban tersebut mengacu kepada beban tambahan

(surcharge), dimana dengan menggunakan beban tambahan

sementara (surcharge) yang melebihi beban kerja, tanah akan

berada pada kondisi overconsolidated dan secondary compression

untuk tanah overconsolidated akan jauh lebih kecil daripada tanah

dengan normally consolidated. Hal ini akan menguntungkan

perencanaan tanah selanjutnya (Chu et all., 2004).

Pada tahun 1925, Daniel E. Moran memperkenalkan pemakaian

drainase dari kolom-kolom pasir untuk stabilitas tanah pada

kedalaman yang besar dan selanjutnya keberhasilan drainase tipe

ini dipakai disebelah barat benua Amerika (Amerika Serikat) dan

pada tahun 1944 disebelah timur negara tersebut. Tipe drainase

selanjutnya dikenal dengan drainase vertikal. Sejak tahun itu,

54

pemanfaatan drainase vertikal yang dikenal dengan metode vertikal

drain berkembang demikian pesat, umumnya dalam pekerjaan-

pekerjaan konstruksi timbunan untuk jalan raya, tanggul, tanah hasil

reklamasi pantai.

Pada tahun 1936, diperkenalkan sistem vertikal drain dengan bahan

sintesis oleh Kjellman di Swedia. Setelah di tes di beberapa tempat

pada tahun 1937 dengan bahan calboard wick mendapat sambutan

yang hangat dari para ilmuwan. Sejak saat itu pengembangan

vertikal drain dilanjutkan menggunakan berbagai macam bahan. Ini

dilakukan para ilmuan agar dapat mempercepat waktu penurunan

konsolidasi yang lama. Pengembangan yang terbaru bagi vertikal

drain adalah vertikal drain sintesis. Dengan memenuhi persyaratan

untuk kelayakan vertikal drain dan bahkan vertikal drain sintesis

dapat mempercepat waktu penurunan konsolidasi lebih cepat dari

bahan-bahan terdahulunya sehingga menjadi pilihan utama saat

mengatasi masalah konsolidasi.

2.5.1 Vertikal Drain Konvensional

Tipe ini klasik yang sudah banyak digunakan. Bahan yang digunakan

adalah bahan bergradasi atau pasir (sand drain). Umumnya terdiri

dari pasir atau kerikil yang mempunyai permeabiitas tinggi.

Metode tradisional dalam membuat vertikal drain adalah dengan

membuat lubang bor pada lapisan lempung dan mengurung kembali

dengan pasir yang bergradasi sesuai diameternya sekitar 200 - 400

55

mm dan saluran drainasi tersebut dibuat sedalam lebih dari 30 m.

Pasir harus dapat dialiri air secara efisien tanpa membawa partikel-

partikel tanah yang halus. Drainasi cetakan juga banyak digunakan

dan biasanya Iebih murah daripada drainasi urugan untuk suatu

daerah tertentu. Salah satu jenisnya adalah drainasi prapaket

(prepackage drain) yang terdiri dari sebuah selubung filter, biasanya

dibuat dari polypropy¬lene, yang diisi pasir dengan diameter 65 mm.

Jenis ini sangat fleksibel dan biasanya tidak terpengaruh oleh

adanya gerakan-gerakan tanah lateral.

2.5.2 Vertikal Drain Sintetik

Vertikal drain sintetik umunya berbentuk strip dan terdiri dari dua

komponen utama yaitu inti plastik yang dibungkus dengan material

geosintesis. Inti plastik berfungsi sebagai penyalur air dan

pembungkus sebagai filter bagi partikel tanah halus.

Dibanding dengan vertikal drain dari bahan pasir (sand drain),

vertikal drain sintesis mempunyai beberapa keuntungan menurut

Young (1997), diantaranya :

1. Gangguan tanah akibat pemasangan lebih kecil.

2. Alat-alat pemasangan lebih ringan.

3. Meniadakan kontrol kualitas pasir dilapangan.

4. Kualitas vertikal drain sintesis lebih seragam.

5. Menjamin jalur drainase yang kontinyu.

6. Kontaminasi partikel halus jauh lebih kecil.

56

7. Menahan deformasi yang besar tanpa menghilangkan

fungsinya.

8. Lebih cepat pemasangannya dan lebih ekonomis.

Gambar 2.22 Vertikal Drain Sintetik (PVD)

Karena alasan-alasan tersebut metode sand drain semakin jarang

digunakan dan banyak yang memilih menggunakan vertikal drain

jenis sintesis.

2.5.3 Horisontal Drain Sintetik

Hampir sama dengan peranan pada vertikal drain sintetik, akan

tetapi pemasangan horisontal drain sintetik berada dipermukaan

tanah lunak yang akan diperbaiki. Pola aliran air yang terembes oleh

vertikal drain, dialirkan menuju horisontal drain lalu dialirkan menuju

penampungan yang sengaja dibuat atau sungai. Pada

pemasangannya, vertikal drain dan horisontal drain diikatkan agar

kombinasi dari aliran air tidak terputus.

57

2.6. Penerapan Analisa Numerik pada Aplikasi di bidang Geoteknik

Analisis dengan metode elemen hingga (FEM) digunakan

untuk memprediksi besarnya deformasi tanah dengan perkuatan,

selain itu, kita dapat memperkirakan perilaku elastis, perilaku plastic

dan potensi kegagalan (batas ultimate) yang didasarkan pada

kondisi awal yang benar. Untuk tujuan ini, kondisi awal yang benar,

model yang tepat dan penggunaan analisa numerik yang benar

harus dipersiapkan sebelum analisis. Pilihan model tanah seperti

kompresibilitas dengan rangkak adalah suatu pendekatan yang

cocok untuk tanah gambut terutama untuk perhitungan penurunan

(Erly Bahsan et al. 2004).

Plaxis adalah paket program elemen hingga yang telah

dikembangkan secara khusus untuk analisis deformasi dan stabilitas

di proyek geoteknik yang menggunakan metode FEM. Prosedur

input grafis yang sederhana memungkinkan penghitungan cepat dan

kompleks pada model elemen hingga, dan hasil komputasi yang

tepat. Perhitungan itu sendiri sepenuhnya otomatis dan berdasarkan

prosedur numerik yang tepat. Dalam merampungkan mesh, cluster

dibagi menjadi elemen segitiga. Sebuah pilihan yang dapat dibuat

antara 15 elemen node dan 6 elemen node (Gambar 2.23). Simpul

dengan 15 elemen memberikan perhitungan dan potensi kegagalan

konstruksi yang akurat, sedangkan perhitungan dengan 6 elemen-

node memberikan proses komputasi yang lebih cepat.

58

titik tegangan

Titik Nodal

Segitiga 6 titik nodal Segitiga 15 titik nodal

Gambar 2.23 Elemen Node yang Terdapat pada Plaxis

Aplikasi geoteknik umumnya membutuhkan model konstitutif

tingkat lanjut untuk memodelkan perilaku tanah maupun batuan yang

non-linear, bergantung pada waktu serta anistopis. Progam Plaxis

dilengkapi oleh beberapa fitur untuk menghadapi berbagai aspek

struktur dan geoteknik yang kompleks. Ringkasan mengenai fitur-

fitur penting dalam plaxis antara lain adalah sebagai berikut.

Pembuatan model geometi secara grafis : Masukan berupa

pelapisan tanah, elemen-elemen struktur, tahapan konstruksi,

pembebanan serta kondisi-kondisi batas dilakukan dengan

menggunakan prosedur grafis yang mudah dengan bantuan

komputer, yang memungkinkan pembuatan model geometri berupa

59

penampang melintang yang mendetail. Dari model geometri ini jaring

elemen hingga 2D dapat dengan mudah dibentuk.

Pembentukan jaring elemen secara otomatis : plaxis secara

otomatis akan membentuk jaring elemen hingga 2D yang acak

dengan pilihan untuk memperhalus jaring elemen secara global

maupun lokal. Program penyusun jaring elemen hingga 2D

merupakan vesi khusus dari program Triangle.

Elemen ordo tinggi : tersedia elemen segitiga kuadratik dengan 6

buah titik nodal dan elemen segitiga ordo keempat dengan 15 buah

titik nodal untuk memodelkan deformasi dan kondisi tegangan dalam

tanah.

Pelat : elemen balok khusus dapat digunakan untuk memodelkan

lentur dari dinding penahan, lining terowongan, elemen cangkang

serta struktur-struktur tipis lainnya. Perilaku dari elemen-elemen ini

diatur oleh kekakuan lentur, kekakuan arah normal penampang dan

momen lentur batas. Sendi plastis dapat digunakan untuk elemen

pelat yang bersifat elastoplastis saat momen batas termobilisasi.

Elemen pelat dengan antarmuka dapat digunakan untuk melakukan

analisis yang realistis dari struktur-struktur geoteknik.

Antarmuka : elemen antar muka atau elemen penghubung dapat

digunakan untuk memodelkan interaksi tanah-stuktur. Sebagai

contoh, elemen-elemen ini dapat digunakan untuk memodelkan

zona tipis diantara lining terowongan dengan tanah disekelilingnya

60

yang mengalami intensitas geser yang tinggi. Nilai sudut geser dan

kohesi dari elemen antarmuka umumnya berbeda dengan nilai sudut

geser dan kohesi dari tanah disekitarnya.

Angkur : Elemen pegas elastoplastis digunakan untuk memodelkan

pengangkuran dan penopang horizontal. Perilaku elemen-elemen ini

diatur oleh kekakuan normal penampang dan sebuah gaya

maksimum. Sebuah pilihan khusus juga tersedia untuk analisis pada

angkur tanah prategang ataupun system penopang prategang

lainnya pada galian.

Geogrid : geogrid (geotekstil) sering digunakan dalam praktek untuk

timbunan yang membutuhkan perkuatan atau untuk struktur

penahan tanah. Elemen-elemen ini dapat dimodelkan dalam plaxis

dengan menggunakan elemen-elemen yang khusus untuk menahan

gaya tarik. Elemen ini juga dapat dikombinasikan dengan elemen

antar muka untuk memodelkan interaksi dengan tanah

disekelilingnya.

Model Moh-Coulomb : model yang sederhana namun handal ini

didasakan pada parameter-parameter tanah yang telah dikenal

dengan baik dalam praktek rekayasa teknik sipil. Walaupun

demikian, tidak semua fitur non-linear tercakup dalam model ini.

Model Mohr-Coulomb dapat digunakan untuk menghitung tegangan

pendukung yang realistis pada muka terowongan, beban batas pada

pondasi dan lain-lain. Model ini juga dapat digunakan untuk

61

menghitung faktor keamanan dengan menggunakan pendekatan

‘reduksi phi-c’.

Model tanah dari pengguna : sebuah fitur khusus dalam Plaxis

Versi 8 adalah pilihan untuk membuat suatu model tanah yang

didefinisikan oleh pengguna. Fitur ini memungkinkan pengguna

untuk menerapkan model tanah yang didefinisikan sendiri oleh

pengguna dalam perhitungan. Pilihan ini ditujukan terutama untuk

para peneliti dan ilmuwan di perguruan-perguruan tinggi dan pusat-

pusat penelitian, tetapi tetap dapat berguna juga untuk para praktisi.

Dalam tahun-tahun mendatang, model-model tanah yang

didefinisikan sendiri oleh pengguna dan yang telah divalidasi

diharapkan dapat tersedia melalui jaringan internet.

Tekanan air pori hidrostatis : distribusi tekanan air pori yang

kompleks dapat dihitung berdasarkan elevasi dari grafis freatik atau

masukan langsung berupa nilai-nilai tekanan air. Sebagai alternatif,

perhitungan aliran air statis dalam tanah dapat dilakukan untuk

memperoleh distribuisi tekanan air pori pada amasalah-masalah

aliran statis atau rembesan.

Analisis konsolidasi : semakin berkurangnya tekanan air pori

berlebih terhadap waktu dapat dihitung dengan menggunakan

sebuah analisis konsolidasi. Suatu perhitungan konsolidasi

membutuhkan masukan berupa koefisien permebilitas tanah untuk

tiap lapisan tanah. Penggunaan prosedur peningkatan langkah

62

waktu secara otomatis akan membuat analisis menjadi mudah

dilakukan namun tetap handal.

Tampilan dari keluaran : program plaxis memiliki fitur-fitur grafis

yang sangat baik untuk menampilkan hasil-hasil dari perhitungan.

Nilai-nilai perpindahan, tegangan, regangan dan gaya-gaya dalam

dari elemen struktural dapat diperoleh dari tabel keluaran. Keluaran

berbentuk grafis maupun tabel dapat langsung dicetak, disimpan ke

media penyimpan ataupun langsung ke dalam memori clipboard dari

windows untuk dapat digunakan dalam perangkat lunak lain.

Lintasan tegangan : sebuah pilihan khusus tersedia untuk

menggambarkan kurva beban terhadap perpindahan, lintasan

tegangan atau jalur tegangan, lintasan regangan, kurva tegangan-

regangan serta kurva penurunan terhadap waktu. Visualisasi dari

lintasan tegangan akan memberikan informasi yang berharga

terhadap prilaku tanah secara lokal dan memungkinkan analisis yang

mendetail terhadap hasil dari perhitungan dengan menggunakan

Plaxis.