Document

HUBUNGAN SENSITIFITAS DENGAN
PARAMETER KUAT GESER TANAH LEMPUNG
DI SEKITAR KOTA BANDA ACEH
Khaizal dan Mukhsin
Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Syiah Kuala
Abstrak
Tulisan ini mengemukakan hubungan nilai sensitifitas dengan
parameter kuat geser tanah menggunakan alat geser langsung pada lima lokasi
tanah lempung yang ada di sekitar kota Banda Aceh dan Aceh Besar, lima lokasi
tanah lempung tersebut yaitu Ulee Kareng, Prada, Surin, Gue Gajah dan Lueng
Bata. Pengambilan sampel tanah dibagi dalam dua tahap yaitu pengambilan
sampel terganggu untuk pengukuran sifat-sifat fisis dan kuat geser tanah pada
kadar air optimum dan +3% dari optimum. Tahap kedua pengambilan sampel
tidak terganggu untuk pengujian kuat geser dengan kadar air asli lapangan. Nilai
sensitifitas didapat dari perbandingan nilai kuat geser tanah tidak terganggu
terhadap tanah yang partikelnya sudah berubah bentuk aslinya (remolded). Hasil
yang diperoleh menunjukkan bahwa nilai parameter kuat geser (ф dan c)
bertambah kecil pada tanah yang nilai sensitifitasnya yang terus meningkat .
Kata kunci : Tanah remolded, Kuat geser, Nilai sensitifitas
1. Pendahuluan
Tanah terbentuk akibat pelapukan batuan
kerak bumi. Batuan ini merupakan campuran
dari berbagai mineral dan senyawa yang
komposisinya sangat bervariasi, sehingga di
alam banyak dijumpai berbagai jenis tanah
yang mempunyai spesifikasi berbeda. Tanah
umumnya dapat disebut sebagai kerikil
(gravel), pasir (sand), lanau (silt), atau lempung
(clay). Masing-masing jenis tanah tersebut
memiliki sifat fisis dan sifat mekanis yang
berbeda antara satu dengan yang lain.
Sebuah beban yang diletakkan pada suatu
massa tanah selalu akan menghasilkan
tegangan-tegangan yang berbeda di bawah
beban tersebut, massa tanah akan mengalami
dua kemungkinan yaitu penurunan dan
keruntuhan akibat pergeseran. Kekuatan tanah
merupakan kemampuan tanah dalam menahan
beban yang diberikan kepadanya. Kekuatan
tanah sangat tergantung pada kuat gesernya.
Kekuatan geser tanah adalah kemampuan tanah
dalam mempertahankan struktur butirnya dari
keruntuhan yang disebabkan oleh gaya luar
berupa tekanan atau tarikan. Kekuatan geser
tanah dipengaruhi oleh sudut geser dalam (ф)
dan koefisien kohesi (c).
Tanah yang diteliti adalah tanah kohesif
atau tanah lempung (clay). Sifat-sifat dasar dari
tanah lempung ini adalah sangat mudah
dipengaruhi oleh air. Tanah lempung ini juga
akan mempunyai kekuatan yang sangat besar
dalam keadaan kering, namun kekuatan itu
sendiri akan dengan mudah berkurang apabila
lempung tersebut bercampur dengan air yang
cukup banyak. Salah satu sifat khas dari tanah
lempung adalah sifat indeks cairnya, dimana
indeks cair ini menunjukkan tanah lempung
dalam keadaan cair atau dalam keadaan plastis.
Dalam keadaan cukup stabilpun, suatu getaran
yang tiba-tiba akan mengubah massanya
menjadi cairan atau kental yang biasanya
disebut tanah lempung sensitif. Dengan kondisi
yang demikian ini maka kompleksifitas dari
tanah lempung tidak hanya berkaitan dengan
kekuatannya saja, tetapi dapat juga berasal dari
sensitifitasnya. Penelitian ini bertujuan
mempelajari hubungan antara sensitifitas
dengan parameter kuat geser tanah (ф dan c)
yang dihasilkan.
Tanah yang digunakan dalam penelitian ini
adalah tanah lempung yang berasal dari lima
lokasi tanah lempung yang ada di sekitar kota
Banda Aceh dan Aceh Besar, di mana lima
lokasi tanah lempung tersebut didapat secara
random dari 20 lokasi tanah lempung yang
direncanakan semula. Kelima lokasi tanah
lempung yang dimaksud adalah tanah Ulee
Kareng, tanah Prada, tanah Surine, tanah Gue
Gajah dan tanah Lueng Bata. Jika segumpal
tanah lempung dibentuk kembali (remolded)
dengan cermat, maka tanah lempung akan
sangat terganggu dan menyebabkan banyak
partikel terorientasi dengan susunan partikel
yang relatif sejajar sehingga kuat geser tanah
lempung tersebut akan berkurang banyak.
Dalam keadaan inilah dikatakan tanah lempung
tersebut bersifat sensitifitas (peka terhadap
gangguan).
Kekuatan geser suatu massa tanah
merupakan perlawanan internal tanah tersebut
per satuan luas terhadap keruntuhan atau
pergeseran sepanjang bidang geser dalam tanah
yang dimaksud. Untuk menganalisis masalah
stabilitas tanah seperti daya dukung, sensitifitas
dan tekanan tanah ke samping pada turap
maupun tembok penahan tanah, mula-mula
harus diteliti terlebih dahulu sifat-sifat
ketahanan pergeseran tanah.
Kuat geser yang dimiliki tanah adalah sifat
yang dimiliki tanah seandainya didalamnya
terdapat perbedaan tegangan. Oleh karena itu,
permukaan tanah yang ditinggikan atau tanggul
dapat tetap kuat berdiri karena kuat geser dari
material penyusunnya. Pada material yang
memiliki perbedaan tegangan selalu terdapat
sebuah arah di mana tegangan gesernya paling
tinggi. Apabila tegangan geser ini melampaui
kuat gesernya, maka material tersebut akan
kehilangan ketahanannya.
Menurut Perloff dan Baron (1976), sifat
sensitifitas tersebut didefinisikan sebagai
kehilangan kuat geser tanah lempung ketika
pada kadar air yang tetap, struktur tanahnya
terganggu, sehingga secara kuantitatif sifat
sensitif tanah lempung adalah perbandingan
antara kuat geser tanah tidak terganggu
(undisturbed) dengan kuat geser tanah yang
sudah berubah bentuk dari bentuk aslinya
(remolded).
St 
Kuat Geser Tanah Undisturbed
Kuat Geser Tanah Re molded
di mana:
St = sensitifitas
Tingkat sensitifitas tanah lempung berbeda
untuk tiap jenis tanah lempung. Untuk jenis
tanah lempung yang sama, sifat sensitifitasnya
akan berbeda pada kadar air berbeda, karena itu
beberapa ahli geoteknik mengelompokkan
tanah
lempung
berdasarkan
derajat
sensitifitasnya. Pada Tabel 1 diperlihatkan
pengelompokkan tanah lempung berdasarkan
derajat sensitifitasnya.
Tabel 1 Derajat Sensitifitas Tanah Lempung
Sensitivity
Insensitive
Slightly sensitive clay
Medium Sensitive clay
Very sensitive clay
Slightly quick clay
Medium quick clay
Very quick clay
Extra quick clay
Nilai
1,0
1-2
2-4
4-8
8-16
16-32
32-64
>64
Sumber : Hardiyatmo (1992)
Tanah lempung dengan derajat very sensitive
mampu menyebabkan terjadinya longsoran
pada sebuah kemiringan yang landai akibat
berubahnya massa tanah lempung menjadi
pelumas, sedangkan untuk tanah lempung yang
memiliki derajat sensitifitas rendah hanya
mengakibatkan deformasi local.
2. Metode Penelitian
2.1 Pembuatan benda uji
Tanah yang digunakan adalah tanah
lempung yang berasal dari lima lokasi tanah
lempung yang ada di sekitar kota Banda Aceh
dan Aceh Besar, di mana lima lokasi tanah
lempung tersebut didapat secara random dari
20 lokasi tanah lempung yang direncanakan
semula.Kelima lokasi tanah tersebut adalah
tanah Ulee Kareng, tanah Prada, tanah Surine,
tanah Gue Gajah dan tanah Lueng Bata.
Sampel benda uji diambil dalam dua tahap,
yaitu :
a. Sampel
tanah
tidak
terganggu
(undisturbed sample). Untuk pengujian
kuat geser dengan kadar air lapangan
b. Sampel terganggu (disturbed sample);
Untuk pengukuran sifat-sifat fisis dan
kuat geser tanah pada kadar air optimum
dan +3% dari kadar air optimum.
Kekuatan tanah remolded didapat dengan
membentuk kembali sampel yang telah dipakai
untuk pengujian kekuatan tanah tidak
terganggu sehingga kadar airnya hampir sama.
Pengujian tanah undisturbed dan tanah
remolded terdiri dari 5 lokasi sampel tanah,
setiap sampel tanah terdiri dari 2 sub sampel.
Pembuatan benda uji untuk pengujian
pemadatan dilakukan dengan memberi air
sesuai dengan kadar air rencana.
Tabel 2 Rancangan Benda Uji
Benda Uji
Pengujian geser kadar air optimum
Tanah
Ulee
Kareng
2
Pengujian geser +3% dari optimum
2
2
2
2
2
Pengujian geser tanah undisturbed
2
2
2
2
2
Pengujian geser tanah remolded
2
2
2
2
2
Jumlah
8
8
8
8
8
Jenis Pengujian
Rancangan benda uji pada Tabel 2. di atas.
Berat volume kering maksimum dan kadar air
optimum menjadi dasar pemadatan untuk
pengujian kuat geser, dari nilai kadar air
optimum dibuat benda uji dengan kadar air
optimum dan +3% optimum. Nilai berat
volume kering maksimum (gr/cm3) dan kadar
air optimum dapat dilihat pada Tabel 3.
2.3 Pengujian Kuat Geser
Pengujian kuat geser menggunakan alat
geser langsung (direct shear) dengan metode
UU (Unconsolidation Undrained) yang
dilakukan menurut standar ASTM D3080-72,
di mana air tidak diperbolehkan keluar masuk
sampel selama pengujian geser berlangsung
dan sebelumnya tidak dilakukan proses
konsolidasi. Kecepatan geser diatur secara
tetap yaitu sebesar 1% dari diameter benda uji
permenit (0,60 mm/menit).
Tanah
disturbed
digunakan
untuk
mendapatkan nilai parameter kuat geser (ф dan
c) kadar air optimum dan kadar air +3% dari
optimum. Setelah sampel dibentuk dengan
kadar air tersebut maka diuji kuat gesernya.
3. Hasil dan Pembahasan
3.1 Hasil
Hasil pengujian sifat-sifat fisis digunakan
untuk klasifikasi tanah yang diperlihatkan pada
tabel 2.
Tabel 2 Hasil Klasifikasi Tanah
No
Sistem Klasifikasi
Lokasi Tanah
AASHTO
USCS
1
Ulee Kareng
A-6 (16)
CL
2
Prada
A-6 (13)
CL
3
Surine
A-6 (15)
CL
4
Gue Gajah
A-6 (12)
CL
5
Lueng Bata
A-6 (17)
CL
2
Tanah
Gue
Gajah
2
Tanah
Lueng
Bata
2
Tanah
Prada
Tanah
Surine
2
Tabel 3 Hasil Pengujian Pemadatan
No
Parameter
Lokasi Tanah
1
2
3
4
5
Ulee Kareng
Prada
Surine
Gue Gajah
Lueng Bata
γkmaks
(gr/cm3)
1.562
1.544
1.508
1.531
1.519
W opt
(%)
21.03
20.50
21.60
21.10
21.70
Hasil pengujian kuat geser dengan kadar
air optimum dan +3% dari optimum
diperlihatkan lihat pada tabel 4. Nilai
sensitifitas setiap lokasi sampel dihubungkan
dengan nilai parameter kuat geser (ф dan c)
pada kondisi tanah undisturbed dan tanah
disturbed dengan kadar air optimum dan +3%
optimum.
Pada Gambar 1 diperlihatkan hubungan
yang terjadi antara nilai sensitifitas (St) dengan
sudut geser tanah (ф ) kadar air alami, kadar air
optimum dan +3% dari optimum. Dari gambar
1 dapat dilihat bahwa nilai sudut geser (ф)
bertambah besar pada tanah yang nilai
sensitifitasnya kecil.
Grafik hubungan nilai sensitifitas dengan
koefisien kohesi (c) kadar air lapangan, kadar
air optimum dan +3% dari optimum dapat
dilihat pada Gambar 2. Gambar 2 menunjukkan
bahwa semakin tinggi nilai sensitifitas maka
nilai koefisien kohesi c semakin rendah.
3.2 Pembahasan
Pengujian kuat geser tanah pada kadar air
lapangan menunjukkan bahwa nilai kuat geser
tanah undisturbed lebih besar dari pada nilai
kuat geser tanah remolded, karena partikel
tanah remolded telah mengalami gangguan,
Tabel 4 Hasil Pengujian Kuat Geser Tanah Undisturbed dan Tanah Remolded
Hasil Pengujian
Lokasi Tanah
No
1
2
3
4
5
Ulee Kareng
Prada
Surine
Gue Gajah
Lueng Bata
Kuat geser (τ)
tanah Undisturbed
(kg/cm2)
1.920
1.679
1.344
1.793
1.860
Kuat geser (τ)
tanah Remolded
(kg/cm2)
0.932
0.712
0.525
0.792
0.869
Tabel 5 Nilai Sensitifitas dan Parameter Kuat Geser Tanah Undisturbed
Koef.
Nilai
Sudut
Kuat Geser
Lokasi Tanah
Kohesi
Sensitifitas
Geser (º)
(kg/cm²)
(kg/cm²)
Ulee Kareng
2.060
38.344
0.370
1.920
Prada
2.358
35.146
0.299
1.679
Surine
2.56
31.048
0.165
1.344
Gue Gajah
2.264
36.464
0.344
1.793
Lueng Bata
2.140
37.344
0.366
1.860
Nilai
Sensitifitas
0.932
0.712
0.525
0.792
0.869
Kadar Air (%)
25.13
29.08
30.33
27.99
26.46
Tabel 6 Nilai Sensitifitas dan Parameter Kuat Geser Tanah Disturbed Kadar Air Optimum
Koef.
Nilai
Sudut Geser
Kuat Geser
Lokasi Tanah
Kohesi
Kadar air (%)
sensitifitas
(º)
(kg/cm²)
(kg/cm²)
Ulee Kareng
2.060
42.707
0.391
2.199
21.03
Prada
2.358
39.042
0.321
1.910
21.7
Surine
2.56
36.204
0.311
1.746
21.6
Gue Gajah
2.264
41.605
0.360
2.100
21.1
Lueng Bata
2.140
42.365
0.371
2.158
20.5
Tabel 7
Nilai Sensitifitas dan Parameter Kuat Geser Tanah Disturbed Kadar Air +3% Optimum
Koef.
Nilai
Sudut Geser
Kuat Geser
Lokasi Tanah
Kohesi
Kadar air (%)
Sensitifitas
(º)
(kg/cm²)
(kg/cm²)
Ulee Kareng
2.060
40.431
0.277
1.947
24.03
Prada
2.358
36.723
0.246
1.708
24.7
Surine
2.56
34.177
0.242
1.573
24.6
Gue Gajah
2.264
39.591
0.265
1.885
24.1
Lueng Bata
2.140
40.198
0.269
1.925
23.5
di mana partikelnya berubah menjadi kurang
padat sehingga kuat gesernya akan berkurang
banyak. Nilai sensitifitas didapat dari
perbandingan antara nilai kuat geser tanah yang
tidak terganggu (undisturbed) dengan nilai kuat
geser tanah yang partikelnya sudah berubah
dari bentuk aslinya (remolded). Hal ini sesuai
dengan pernyataan Perloff dan Baron (1976)
bahwa sifat sensitifitas didefinisikan sebagai
kehilangan kuat geser tanah lempung ketika
pada kadar air yang tetap, struktur tanahnya
terganggu, sehingga secara kuantitatif tingkat
kesensitifan dapat ditentukan dengan membuat
perbandingan kekuatan antara keduanya.
Tanah lempung pada lokasi tanah Ulee
Kareng, Prada, Surine, Gue Gajah, dan Lueng
Bata, mempunyai nilai sensitifitas berkisar 2-4.
Rosenqvist (1993) mengelompokkan tanah
dengan nilai sensitifitas 2-4 ke dalam
kelompok medium sensitive clay. Tanah
lempung pada kelima lokasi tanah di atas
adalah tergolong tanah lempung dengan
Grafik Hubungan Nilai Sensitifitas (St) dengan Sudut Geser
(ф)
Nilai Sensitifitas
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
31
33
35
37
39
41
43
Sudut Geser (kg/cm²)
OMC
Poly. ( OMC +3%)
OMC +3%
Poly. (Undisturb)
Undisturb
Poly. (OMC)
Gambar 1: Grafik Hubungan Nilai Sensitifitas dengan Sudut Geser (ф) Tanah Undisturb
Grafik Hubungan Nilai Sensitifitas (St) dengan Koefisien
Kohesi (c)
Nilai Sensitifitas
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
Koefisien Kohesi (kg/cm²)
OMC
OMC +3%
Undisturb
Poly. (OMC +3%)
Poly. (OMC)
Poly. (Undisturb)
Gambar 2 : Hubungan Nilai Sensitifitas dengan Koefisien Kohesi (c)
sensitifitas sedang, karena memiliki nilai
ф menurun, maka nilai kuat geser tanah juga
sensitifitas lebih besar dari dua dan lebih kecil
akan turun. Walaupun nilai c juga merupakan
dari empat.
parameter kuat geser tanah, tetapi pengaruhnya
Nilai kuat geser yang diperoleh dari
sangat kecil sekali untuk dapat meningkatkan
hasil pengujian kuat geser tanah disturbed
kuat geser tanah. Hal ini sesuai dengan yang
pada kadar air optimum dan +3% dari kadar
dijelaskan oleh Bowles (1991) dan Das (1995)
air optimum digambarkan dalam sebuah
bahwa nilai ф sangat berperan dalam
grafik. Nilai kuat geser terbesar diperoleh
meningkatkan kekuatan geser tanah.
pada kadar air optimum. Secara umum dapat
Dari Gambar 1 terlihat bahwa semakin
dikatakan bahwa nilai parameter kuat geser (ф
tinggi nilai sensitifitas suatu jenis tanah maka
dan c) tanah disturbed akan besar apabila
nilai sudut geser tanah (ф) akan semakin turun.
tanah tersebut memiliki kadar air optimum dan
Sudut geser ф dipengaruhi oleh keadaan tanah,
berat kering maksimum, karena pada kondisi
apabila tanah dalam keadaan padat maka bidang
ini tanah sudah mencapai
kepadatan
geser antara butir tanah semakin besar sehingga
maksimum. Secara umum penurunan kuat
sudut geser juga akan naik. Partikel tanah bila
geser tanah diiringi dengan menurunnya sudut
menderita kerusakan maka partikel tanah
geser tanah. Hal ini terjadi karena adanya
tersebut berbentuk menyebar sehingga membuat
hubungan yang berbanding lurus antara sudut
tanah tidak padat dan akan sangat peka terhadap
geser tanah dengan kuat geser tanah. Jika nilai
gangguan sehingga akan mudah runtuh apabila
diberi gaya geser. Kehilangan kuat geser tanah
disebabkan oleh perubahan susunan partikelpartikel menjadi berstruktur menyebar,
semakin besar kekuatan yang hilang berarti
makin tinggi sensitifitas tanah tersebut.
Dari Gambar 2 terlihat bahwa
semakin tinggi nilai sensitifits maka nilai
koefisien kohesi c akan turun. Apabila suatu
jenis tanah mengalami kerusakan maka
partikel tanah tersebut akan berbentuk
menyebar sehingga daya tarik partikel atau
kohesi menjadi berkurang.
4
5
Daftar Pustaka
1.
Bowles, J.E., Sifat-sifat Fisis dan
Geoteknis Tanah, Terjemahan Hainim, J.
K., Erlangga, Jakarta.
Dunn, I. S., dkk, 1980, Dasar-Dasar
Analisis Geoteknis, terjemahan Toekirman,
A., dan Daruslan, IKIP Semarang Press,
Semarang.
Hardiyatmo, H.C., 1992, Mekanika Tanah
I, PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta.
Perloff, W.H. dan Baron, W., 1976, Soil
Mechanics, The Ronald Press Publishsing
Inc, New York, USA.
Wesley, L.D., 1977, Mekanika Tanah,
Cetakan Keenam, Badan Penerbit
Pekerjaan Umum.
2.
3.
4.
Kesimpulan
5.