bab ii tinjauan pustaka

 D3 TEKNIK SIPIL POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Tanah
Tanah menurut Teknik Sipil didefinisikan sebagai himpunan mineral, bahan
endapan-endapan yang relatif lepas (loose) yang terletak di atas batu
organic,dan
dasar (Badrock) (Hardiyatmo, H.C., 1992).
Dalam pengertian teknik secara umum, tanah didefinisikan sebagai material
yang terdiri dari agregat (butiran) mineral-mineral padat yang tersementasi (terikat
secara kimia) satu sama lain dan dari bahan-bahan organik yang telah melapuk
(yang berpartikel padat) disertai dengan zat cair dan gas yang mengisi ruangruang kosong diantara partikel-partikel padat tersebut (Das, B.M, 1998).
Diantara partikel-partikel tanah tersebut terdapat ruang kosong yang disebut
pori-pori yang berisi air dan udara. Ikatan yang lemah antara partikel-partikel
tanah disebabkan oleh pengaruh karbonat atau oksida yang tersenyawa diantara
partikel-partikel tersebut, atau dapat juga disebabkan oleh adanya material organik
bila hasil dari pelapukan tersebut di atas tetap berada pada tempat semula maka
bagian ini disebut tanah sisa/residu (residual soil). Hasil pelapukan terangkut
ketempat lain dan mengendap di beberapa tempat yang berlainan disebut tanah
bawaan (transported soil). Bahan atau media pengangkutan tanah berupa
gravitasi, angin, air, dan gletser . Pada saat akan berpindah tempat, ukuran, dan
bentuk partikel-partikel dapat berubah dan terbagi dalam beberapa rentang
ukuran.
Proses penghancuran dalam pembentukan tanah dari batuan terjadi secara
fisis, mekanis, atau kimiawi. Proses fisis antara lain berupa erosi akibat tiupan
angin dan hujan, pengikisan oleh air dan gletser, atau perpecahan akibat
pembekuan dan pencairan es dalam batuan. Pelapukan fisis terjadi apabila batuan
berubah menjadi fragmen yang lebih kecil tanpa terjadinya suatu perubahan
kimiawi. Sedangkan proses kimiawi antara lain oksidasi, pelarutan, pelarut, dan
hidrolisis yang menghasilkan perubahan mineral batuan menjadi senyawa mineral
Hermanto Sijabat., Sylvia Dewi A., Analisis Perbaikan Tanah....
7
D3 TEKNIK SIPIL POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
yang baru. Salah satu penyebabnya adalah air yang mengandung asam alkali,
oksigen,
dan karbondioksida. Pelapukan kimiawi menghasilkan pembentukan
kelompok-kelompok
partikel yang berukuran koloid (<0,002 mm) yang dikenal
sebagai mineral lempung.
Tanah ini berguna sebagai bahan bangunan pada berbagai macam pekerjaan
teknik sipil, disamping itu tanah memiliki peranan yang sangat penting dalam
perencanaan
dan pelaksanaan bangunan karena tanah tersebut berfungsi untuk
mendukung
beban yang ada diatasnya, oleh karena itu tanah yang akan
dipergunakan untuk mendukung konstruksi harus dipersiapkan terlebih dahulu
sebelum dipergunakan sebagai tanah dasar (subgrade).
2.2 Klasifikasi Tanah
Tanah pada umumnya dapat disebut sebagai kerikil (gravel), pasir (sand),
lanau (silt), atau lempung (clay). Hal itu tergantung pada ukuran partikel yang
paling dominan pada tanah tersebut. Untuk menerangkan tentang tanah berdasarkan ukuran-ukuran partikelnya, beberapa organisasi telah mengembangkan
batasan-batasan ukuran golongan jenis tanah (soil-separate-size limits).
Tabel 2.1 Batasan-batasan Ukuran Golongan Tanah.
Ukuran butiran (mm)
Nama golongan
Massachusetts Institute of
Technology (MIT)
U.S. Department of Agriculture
Kerikil
Pasir
Lanau
Lempung
>2
2-0,06
0,06-0,002
<0,002
2-0,05
0,05-0,002
<0,002
2-0,075
0,075-0,002
<0,002
>2
(USDA)
American Association of State
Highway and Transportation
76,2
2
Officials (AASHTO)
Unified Soil Classification System
(U.S. Army Corps of Engineerrs,
76,2- 4,75
4,75-0,075
U.S. Bureau of Reclamation)
Halus (yaitu lanau dan
lempung) <0,0075
Sumber : Braja M.Das,1988
Hermanto Sijabat., Sylvia Dewi A., Analisis Perbaikan Tanah....
8
D3 TEKNIK SIPIL POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
Golongan kerikil dan pasir dikenal sebagai kelas bahan-bahan yang berbutir
(tidak kohesif), sedangkan golongan lanau dan lempung dikenal sebagai
kasar
bahan-bahan
yang berbutir halus (kohesif).
a. Kerikil (gravels) adalah kepingan-kepingan dari batuan yang kadang-kadang
juga mengandung partikel-partikel mineral quartz, feldspar, dan mineralmineral lain.
b. Pasir
(sand) sebagian besar terdiri dari mineral quartz dan feldspar. Butiran
mineral yang lain mungkin juga masih ada pada golongan ini.
dari
c. Lanau (silts) sebagian besar merupakan fraksi mikroskopis (berukuran sangat
kecil) dari tanah yang terdiri dari butiran-butiran quartz yang sangat halus, dan
sejumlah partikel berbentuk lempengan-lempengan pipih yang merupakan
pecahan dari mineral-mineral mika.
d. Lempung (clays) sebagian besar terdiri dari partikel mikroskopis dan
submikroskopis (tidak dapat dilihat dengan jelas bila hanya dengan
mikroskopis
biasa)
yang berbentuk
lempengan-lempengan
pipih dan
merupakan partikel-partikel dari mika, mineral-mineral lempung (clay mineral)
dan mineral-mineral sangat halus lainnya.
2.3 Tanah Lunak
Dalam buku Panduan Geoteknik istilah tanah lunak berkaitan dengan
tanah-tanah yang jika tidak dikenali dan diselidiki dapat menyebabkan masalah
ketidakstabilan dan penurunan jangka panjang yang tidak dapat ditolerir, tanah
tersebut mempunyai kuat geser yang rendah dan kompresibilitas yang tinggi.
Tanah lunak ini dibagi dalam 3 tipe, yaitu lempung lunak, gambut dan lempung
organik.
1. Lempung Lunak
Tanah ini mengandung mineral-mineral lempung dan memiliki kadar air
yang tinggi, yang menyebabkan kuat geser yang rendah. Dalam rekayasa
geoteknik istilah tanah lunak dan sangat lunak khusus didefinisikan untuk
lempung dengan kuat geser sepeti ditunjukan pada Tabel 2.2 berikut ini :
Hermanto Sijabat., Sylvia Dewi A., Analisis Perbaikan Tanah....
9
D3 TEKNIK SIPIL POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
Tabel 2.2 Definisi Kuat Geser Lempung Lunak
Kuat Geser kN/m2
Konsisitensi
Lunak
12,5
Sangat Lunak
25
<12,5
Sumber : Panduan Geoteknik 1
Sebagai indikasi dari kekuatan lempung tersebut prosedur identifikasi
lapangan dijelaskan pada tabel di bawah ini :
Tabel 2.3 Indikator Kuat Geser tak Terdrainase Tanah-tanah Lempung Lunak
Konsistensi
Lunak
Sangat Lunak
Indikasi Lapangan
Bisa dibentuk dengan mudah dengan jari tangan
Keluar di antara jari tangan jika di remas dalam
kepalan tangan
Sumber : Panduan Geoteknik 1
Adapun definisi tanah lunak menurut Lambe dan Whitmen (1959)
membagi konsistensi tanah berdasarkan nilai Nspt, berat isi tanah ( ) dan kuat
geser undrained (Cu) menjadi 6 macam seperti dalam Tabel 2.4 berikut ini :
Tabel 2.4 Common Properties of Clay Soils
Konsistensi
Nspt
(t/m2)
Cu (kg/cm2)
Kuat
> 30
>2
>4
Sangat kaku
15
30
2,08
2,24
2
4
Kaku
8
15
1,92
2,08
1
2
Teguh
4
8
1,76
1,92
0,5
Lunak
2
4
1,63
1,76
0,25
1,44
1,63
Sangat lunak
<2
1
0,5
< 0,25
Sumber : Noerhadi Yuniarto, 2003
Sedangkan menurut Mayor Hoft (1956) mengelompokan konsistensi tanah
berdasarkan nilai kuat geser undrained (qu), Nspt, dan berat isi tanah (). Dapat
dilihat pada tabel berikut :
Hermanto Sijabat., Sylvia Dewi A., Analisis Perbaikan Tanah....
10
D3 TEKNIK SIPIL POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
Tabel 2.5 Hubungan Konsistensi Tanah dengan Nilai Kuat Geser Undrained (qu), Nspt
dan Berat Isi Tanah untuk Tanah Berlempung
Konsistensi
Sangat lunak
Lunak
Tegak
Kaku
Sangat kaku
Keras
qu (kPa)
0-25
25-50
50-100
100-200
200-400
>400
Nspt
(kN/m3)
0-2
2-4
4-8
8-16
9-16
16-32
19-22
17-20
>32
Sumber : Noerhadi Yuniarto, 2003
2. Gambut
Tanah gambut adalah suatu tanah dimana pembentuk utama tanahnya
terdiri dari sisa-sisa tumbuhan. Tanah gambut mempunyai sifat rongga,
kompresibel struktur terbuka, dan dapat diremas dengan tangan dan
menyebar pada jari-jari.
3. Lempung organik
Lempung organik adalah suatu material transisi antar lempung dan
gambut, tergantung pada jenis dan kuantitas sisa-sisa tumbuhan yang
mungkin berperilaku seperti lempung atau gambut.
Dalam rekayasa geoteknik, klasifikasi ketiga tanah tersebut dibedakan
berdasarkan kadar organiknya. Dapat dilihat pada tabel berikut ini :
Tabel 2.6 Tipe Tanah Berdasarkan Kadar Organik
Jenis Tanah
Kadar Organik (%)
Lempung
< 25
Lempung Organik
25
Gambut
75
> 75
Sumber : Panduan Geoteknik 1
2.4 Metode Penanganan Tanah Lunak
Untuk mendapatkan kondisi tanah yang memenuhi spesifikasi yang
disyaratkan oleh kontraktor maka perlu dilakukan perbaikan sifat-sifat tanah
lunak. Memperbaiki sifat-sifat tanah dapat dilakukan dengan beberapa cara,
diantaranya yaitu dengan cara pemadatan (secara teknis), mencampur dengan
Hermanto Sijabat., Sylvia Dewi A., Analisis Perbaikan Tanah....
11
D3 TEKNIK SIPIL POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
tanah lain, mencampur dengan semen, kapur atau belerang (secara kimiawi),
pemanasan
dengan temperatur tinggi, dan lain sebagainya.
Menurut Ingels dan Metcalf (1972), sifat-sifat tanah yang diperbaiki dengan
stabilisasi dapat meliputi : kestabilan volume, kekuatan/daya dukung tanah,
permeabilitas, dan kekekalan/keawetan.
Metode atau cara memperbaiki sifat-sifat tanah lunak ini juga sangat
bergantung
pada lama waktu penerapan dan biaya. Hal ini disebabkan karena
didalam
proses perbaikan sifat-sifat tanah lunak terjadi proses konsolidasi,
kenaikan air tanah yang dimana memerlukan waktu yang lama.
Berikut ini adalah metode-metode perbaikan tanah lunak yaitu :
1. Vibro-replacement
Vibro-replacement adalah suatu metode pemadatan tanah lunak dengan
cara penulangan pada deposit tanah kohesif dengan kolom-kolom batu
(stone columns) sehingga diperoleh tumpuan yang memadai untuk beban
pondasi yang relatif ringan. Metode ini biasanya tidak memuaskan untuk
mendukung beban berat karena kolom-kolomnya tidak menyalurkan
tegangan-tegangan pengaruh kedalam tanah. Kolom-kolom batu juga
memenuhi fungsi yang sama dengan saluran pasir vertikal (vertical sand
drain) dalam mempercepat laju konsolidasi tanah.
2. Konsolidasi dinamik
Konsolidasi dinamik adalah suatu metode perbaikan tanah lunak dengan
menjatuhkan sebuah massa berat seberat 8 - 40 (pounder ) ke atas muka
tanah dari ketinggian 5 - 30 m dengan menggunakan crowler crane.
Metode ini menaikkan kerapatan tanah di dekat permukaan dengan
penumbukan dan dapat digunakan pada hampir semua kondisi tanah.
Perbaikan kerapatan memungkinkan sampai kedalaman 10 m dimana
sebuah crowler crane atau tripod dipakai untuk menaikkan penumbukan
tersebut lalu dilepaskan sehingga jatuh bebas.
Hermanto Sijabat., Sylvia Dewi A., Analisis Perbaikan Tanah....
12
3. Metode Deep Cement-soil Mixing
Metode Deep Cement-Soil Mixing (DCM) adalah suatu metode perbaikan
(stabilisasi) tanah lunak yang bertujuan untuk meningkatkan kekuatan geser tanah dengan in-situ, pencampuran tanah dengan cement paste
(campuran semen dan air). Dimana campuran tersebut selanjutnya akan
dimasukan/dicampur dengan tanah di lapangan pada saat dilakukannya
D3 TEKNIK SIPIL POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
pengeboran ke dalam tanah dan akan membentuk kolom individu atau di
blok dengan menggunakan Deep Cement-Soil machine. Ukuran kolom
yang dapat dibangun yaitu dengan diameter dari 0,6 m sampai 1,2 m.
4. Metode Plastic Board Drain
Metode Plastic Board Drain (PBD) adalah salah satu metode yang
digunakan untuk persiapan proses konsolidasi dimana prinsip dasarnya
adalah dengan menggunakan aplikasi dari Prefabricated Vertical Drains
yaitu memasang PVD dengan cara menyelipkan PVD tersebut ke dalam
lubang bor atau dengan menempatkannya di dalam sebuah paksi (mandrel)
atau selubung (casing) bor yang kemudian dipancang atau digetarkan ke
dalam tanah lunak sehingga membentuk vertical drains. Tujuan dari
Vertical Drain adalah untuk memperpendek drainase jalannya air pori dari
lapisan tanah yang permeabilitasnya rendah ke lapisan permukaan air
bebas, sehingga mempercepat laju konsolidasi.
Metode tradisional dalam membuat drainase vertikal (vertical drain)
adalah dengan membuat lubang bor pada lapisan lempung dan mengurug
kembali dengan pasir yang bergradasi sesuai atau sering disebut sand
column. Pasir harus dapat dialiri air secara efisien tanpa membawa partikel
partikel tanah yang halus. Drainase urugan biasanya dalam pelaksanaan
membutuhkan biaya yang mahal. Namun seiring dengan berjalannya waktu
dan perkembangan yang terjadi kini kebanyakan kontraktor proyek memilih
menggunakan drainase cetakan karena bahan tersebut harganya relatif lebih
murah dibandingkan dengan menggunakan Drainase urugan. Salah satu jenis
drainase cetakan adalah drainase prapakat yang terdiri dari selubung filter.
Hermanto Sijabat., Sylvia Dewi A., Analisis Perbaikan Tanah....
13
D3 TEKNIK SIPIL POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
Jenis lain dari drainase cetakan adalah drainase pita yang terdiri dari inti
plastik datar, dengan saluran drainase yang dikelilingi oleh lapisan filter tipis.
Fungsi utama dari lapisan itu adalah untuk mencegah penyumbatan partikelpartikel tanah halus pada saluran di dalam inti.
2.5 Hubungan Beberapa Properties Tanah Dengan Nilai SPT (Nspt)
Adapun
hubungan beberapa properties tanah yang telah dijelaskan
sebelumnya
dengan Nilai SPT (NSPT). Berikut adalah penjelasannya :
1. Tanah yang berbutir (granular)
Tabel 2.7 Hubungan antara Nspt dengan Dr
No
Uraian
1
2
3
Relative Density (Dr)
NSPT /30cm
Sudut geser dalam
4
Berat Isi
Sangat
lepas
0
0
Lepas
Sedang
Padat
0,15
4
0,35
10
0,65
30
Sangat
Padat
0,85
50
25-30
28-32
30-35
35-40
38-43
70-100
90-115
110-130
110-140
130-150
Sumber : Modul Lab. Tanah POLBAN
2. Tanah yang berlempung
Tabel 2.8 Hubungan antara Nspt dengan qu
No
Konsistensi
1
Compression
Strength qu (t/ft2)
2
NSPT/30 cm
3
Sat (pcf)
Sangat
lembek
(Very soft)
Lembek
(Soft)
Sedang
(Medium)
Kaku
(Stiff)
Sangat
kaku
(Very stiff)
Keras
(Hard)
0,25
0,25-0,50
0,5-1
1-2
2-4
4-8
2
4
8
16
32
>32
100
200
110-130
120
140
>140
Sumber : Modul Lab. Tanah POLBAN
Tabel 2.9 Nilai Kohesi Tanah dari Hasil Unconfined Compression Strength
Sangat lemah
0,3
Kohesi
C = ½ qu (kg/cm2)
0,15
Lemah
Sedang
Solid
Sangat solid
2,4
1,2
Konsistensi
Unconfined Compression Strength
qu (kg/cm2)
Sumber : Arsip data PT. Krakatau Posco
Hermanto Sijabat., Sylvia Dewi A., Analisis Perbaikan Tanah....
14
D3 TEKNIK SIPIL POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
2.6 Konsolidasi
Konsolidasi adalah suatu proses pengecilan volume secara perlahan lahan
pada tanah jenuh sempurna dengan permeabilitas rendah akibat pengaliran
sebagian air pori. Proses tersebut berlangsung terus menerus sampai kelebihan
tekanan air pori yang disebabkan oleh kenaikan tegangan total benar benar
hilang. Jangka waktu terjadinya konsolidasi tergantung pada bagaimana cepatnya
tekanan
air pori yang berlebih akibat beban yang bekerja dapat dihilangkan.
Karena
itu koefisien permeabilitas merupakan faktor penting di samping
penentuan berapa jauh jarak air pori yang harus dikeluarkan dari pori-pori yang
ukurannya bertambah kecil untuk dapat meniadakan tekanan yang berlebihan.
Kasus yang paling sederhana adalah konsolidasi satu dimensi, dimana kondisi
regangan lateral nol mutlak ada.
Prosedur untuk melakukan uji konsolidasi satu dimensi pertama-tama
diperkenalkan oleh Terzaghi. Uji tersebut dilakukan di dalam konsolidometer
(kadang-kadang disebut sebagai oedometer). Skema konsolidometer ditunjukkan
dalam gambar di bawah. Dimana contoh tanah diletakkan di dalam cincin logam
dengan dua buah batu berpori yang diletakkan di atas dan di bawah contoh tanah
tersebut, ukuran contoh tanah yang digunakan biasanya adalah diameter 2,5 inci
(63,5 mm) dan tebal 1 inci (25,4 mm). Pembebanan pada contoh tanah dilakukan
dengan cara meletakkan beban pada ujung sebuah balok datar, dan pemampatan
(compression) contoh tanah diukur dengan menggunakan skala ukur dengan skala
mikrometer. Contoh tanah selalu direndam air selama percobaan. Tiap-tiap beban
biasanya diberikan selama 24 jam. Setelah itu, beban dinaikkan sampai dengan
dua kali lipat dari sebelumnya dan pengukuran pemampatan diteruskan. Berikut
adalah gambar konsolidometer :
Hermanto Sijabat., Sylvia Dewi A., Analisis Perbaikan Tanah....
15
D3 TEKNIK SIPIL POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
Sumber : Braja M.Das,1988
Gambar 2.1 Konsolidometer
Pada umumnya, bentuk grafik yang menunjukkan hubungan antara pemampatan dan waktu adalah seperti yang ditunjukkan pada dibawah ini.
Sumber : Braja M.Das,1988
Gambar 2.2 Grafik waktu-pemampatan selama konsolidasi untuk penambahan beban.
Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa ada tiga tahapan pemampatan yang
berbeda yang dapat dijalankan yaitu :
Hermanto Sijabat., Sylvia Dewi A., Analisis Perbaikan Tanah....
16
D3 TEKNIK SIPIL POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
Gs
W
HS 2.
= berat spesifik contoh
= berat volume air
WS
AGS W
(2.1)
Angka pori awal (eo) dari contoh tanah :
eo Vv H v .A H v
Vs H s .A H s
(2.2)
3. Untuk penambahan beban pertama (p1) yaitu beban total/luas penampang
contoh tanah, yang menyebabkan penurunan (H1), hitung perubahan
1 angka pori (e1) :
1
Hs
(2.3)
H 1 didapatkan dari pembacaan awal dan akhir pada skala ukur untuk
beban sebesar P1.
4. Angka pori yang baru (e1) setelah konsolidasi yang disebabkan oleh
penambahan tekanan P1.
e1 = e0 - e1
(2.4)
Untuk beban berikutnya, yaitu P 2 (catatan : P 2 sama dengan beban
kumulatif persatuan luas contoh tanah) yang menyebabkan penambahan
pemampatan sebesar H 2, angka pori e2 pada saat akhir konsolidasi dapat
dihitung sebagai berikut: e 2 e1 2
Hs
(2.5)
Dengan melakukan cara yang sama, angka pori pada saat akhir konsolidasi
untuk semua penambahan beban dapat diperoleh.
Tekanan total (P) dan angka pori yang bersangkutan (e) pada akhir
konsolidasi digambarkan pada kertas semi-logaritma. Bentuk umum dari
grafik e versus log p ditunjukan pada gambar berikut ini :
Hermanto Sijabat., Sylvia Dewi A., Analisis Perbaikan Tanah....
18
D3 TEKNIK SIPIL POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
Sumber : Braja M.Das,1988
Gambar 2.4 Bentuk khas grafik e versus log P
2.6.1 Lempung
yang
Terkonsolidasi
secara
Normal
(Normally
consolidated) dan Terlalu Terkonsolidasi (overconsolidated)
Pada Gambar 2.4 menunjukkan bahwa bagian atas dari grafik e versus
log p adalah garis lengkung dengan kemiringan agak datar, kemudian
diikuti dengan bagian grafik yang mempunyai hubungan linear antara
angka pori dengan log p yang mempunyai kemiringan agak curam.
keadaan ini dapat diterangkan dengan cara berikut ini.
Suatu tanah dilapangan pada kedalaman tertentu telah mengalami
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 di
lapangan disebabkan oleh proses geologi alamiah atau proses yang
disebabkan oleh makhluk hidup. Pada saat diambil, contoh tanah
tersebut terlepas dari tekanan overburden yang membebaninya selama
ini, sebagai akibatnya tanah tersebut akan mengembang. Pada saat
contoh tanah tersebut dilakukan uji konsolidasi, suatu pemampatan
kecil akan terjadi bila beban total yang diberikan pada saat percobaan
Hermanto Sijabat., Sylvia Dewi A., Analisis Perbaikan Tanah....
19
lebih kecil dari tekanan efektif overburden maksimum yang pernah
dialami sebelumnya. Apabila, beban total yang diberikan pada saat
percobaan adalah lebih besar dari tekanan efektif overburden
maksimum yang pernah dialaminya, maka perubahan angka pori
adalah lebih besar, dan hubungan antara e versus log p menjadi linear
yang menjadi kemiringan yang tajam.
D3 TEKNIK SIPIL POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
Keadaan ini dapat dibuktikan di laboratorium dengan cara membebani
contoh tanah melebihi tekanan overburden maksimumnya, lalu beban
tersebut diangkat (unloading) dan diberikan lagi (reading). Grafik e
versus log p untuk keadaan tersebut diatas ditunjukkan dalam gambar
2.5 dimana cd menunjukkan keadaan pada saat beban diangkat dan dfg
menunjukkan keadaan pada saat beban diberikan kembali.
Keadaan ini mendefinisikan 2 dasar landasan sejarah tegangan yaitu :
1. Terkonsolidasi secara normal (Normally consolidated), dimana
tekanan efektif overburden pada saat ini adalah tekanan
maksimum yang pernah dialami tanah tersebut.
2. Terlalu terkonsolidasi (overconcolidated), dimana tekanan efektif
overburden pada saat ini adalah lebih kecil dari tekanan yang
pernah dialami oleh tanah itu sebelumnya. Tekanan efektif
overburden
maksimum
yang
pernah
dialami
sebelumnya
dinamakan tekanan prakonsolidasi (Preconsolidation pressure).
Hermanto Sijabat., Sylvia Dewi A., Analisis Perbaikan Tanah....
20
D3 TEKNIK SIPIL POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
Sumber : Braja M.Das,1988
Gambar 2.5 Grafik e versus log p yang menunjukkan keadaan akibat pembebanan
(loading ), peangkatan beban (unloading ), dan pembebanan kembali (reloading )
Casagrande (1936) menyarankan suatu cara yang mudah untuk menentukan besarnya tekanan prakonsolidasi (Pc) dari grafik e versus log P
yang digambar dari hasil percobaan konsolidasi di laboratorium.
Prosedurnya adalah sebagai berikut :
1. Dengan melakukan pengamatan secara visual, menentukan titik a
di mana grafik e versus log p mempunyai jari-jari kelengkungan
yang paling minimum.
2. Gambar garis datar ab.
3. Gambar garis singgung ac pada titik a.
4. Gambar garis ad yang merupakan garis bagi sudut bac.
5. Perpanjang bagian grafik e versus log p yang merupakan garis
lurus hingga memotong garis ad di titik f. Absis untuk titik f
adalah besarnya tekanan prakonsolidasi.
Hermanto Sijabat., Sylvia Dewi A., Analisis Perbaikan Tanah....
21
D3 TEKNIK SIPIL POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
=
=
Jadi, v s (2.7)
atau
"#
! dimana : = perubahan angka pori
(2.8)
Untuk lempung yang terkonsolidasi secara normal dimana e versus
log p merupakan garis lurus maka :
$%&'()&* + *, '() *,
(2.9)
Maka penurunan konsolidasi yaitu,
-. ! /0&12"3 ,
4
(2.10)
Untuk penurunan total dari beberapa lapisan tanah lunak yaitu :
-. ! '() 612"3 77
5 6
4
(2.11)
dimana:
s = konsolidasi (m)
Po = tegangan vertikal efektif (overburden)awal (t/m2)
89 : ;<=><?<@ ;AB<@B<@ CAD;EF<G AHAF;EH (t/m2)
Cc = indeks pemampatan (compression index)(t/m3)
H = tebal lapisan (m)
eo = angka pori awal (t/m3)
2.6.3
Waktu Konsolidasi
Penurunan total akibat konsolidasi primer yang disebabkan oleh
adanya penambahan tegangan dipermukaan tanah dapat dihitung dengan
Hermanto Sijabat., Sylvia Dewi A., Analisis Perbaikan Tanah....
23
D3 TEKNIK SIPIL POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
seluruh kedalaman lapisan yang mengalami konsolidasi. Hubungan antara
nilai waktu konsolidasi (U) dan faktor waktu (Tv) yaitu :
Tabel 2.10 Variasi Faktor Waktu terhadap Derajat Konsolidasi
U (%)
Tv
0
0
10
0,008
20
0,031
30
0,071
35
0,096
40
0,126
45
0,159
50
0,197
55
0,238
60
0,278
65
0,342
70
0,403
75
0,478
80
0,567
85
0,684
90
0,848
95
1,127
100
Sumber : Braja M.Das,1988
Hermanto Sijabat., Sylvia Dewi A., Analisis Perbaikan Tanah....
25
D3 TEKNIK SIPIL POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
2.7 Metode Deep Cement-Soil Mixing
Metode Deep Cement-Soil Mixing (DCM) adalah suatu metode perbaikan
(stabilisasi)
tanah lunak dengan mencampur semen dan air. Dimana campuran
tersebut selanjutnya akan dimasukan/dicampur dengan tanah di lapangan pada
saat dilakukannya pengeboran ke dalam tanah dan akan membentuk kolom
individu atau di blok dengan menggunakan Deep Cement-Soil Machine. Ukuran
kolom
yang dapat di bangun yaitu dengan diameter dari 0,6 m sampai 1,2 m.
mempunyai 2 fungsi utama yaitu :
DCM
1.
Meningkatkan kekuatan geser tanah.
2.
Mengurangi permeabilitas tanah.
Adapun karakteristik DCM itu sendiri yaitu :
a.
Dengan proses ini konsolidasi tidak diperlukan.
b.
Proses pengerjaan konstruksi dan efek terhadap konstruksi cepat.
c.
Penyusutan dan perubahan di bawah struktur utama rendah, karena tanah
mulai mengeras.
d.
Metode ini dapat diterapkan pada semua tanah pasir dan tanah adhesive.
e.
Proses pengerjaannya tidak banyak menimbulkan getaran dan suara yang
bising sehingga menjamin ketenangan suasana di sekitar proyek.
Metode Deep Cement-Soil Mixing (DCM) telah berhasil diterapkan dalam
berbagai proyek perbaikan tanah, seperti :
a.
Fondasi untuk pembangunan jalan, kereta api, tanggul, bandara, dan
pelabuhan,
b.
proyek Industri,
c.
excavation works untuk fondasi dan konstruksi basement, dll.
2.7.1
Pola dan Tipe Penampang Deep Cement-soil Mixing
Pola dasar penampang DCM yaitu :
1. Single
2. Wall type
3. Block type
Hermanto Sijabat., Sylvia Dewi A., Analisis Perbaikan Tanah....
26
D3 TEKNIK SIPIL POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
Tabel 2.12 Bentuk Spindles dari Jepang
Sumber : Arsip data PT. Krakatau Posco
3.
Eropa
Diameternya lebih kecil dari bentuk korea selatan dan jepang dan biasanya
waktu instalasi lebih cepat (lihat Gambar 2.13).
Tabel 2.13 Bentuk Spindles dari Eropa
Sumber : Arsip data PT. Krakatau Posco
4. Indonesia
Bentuk spindle yang digunakan di indonesia (lihat Gambar 2.14).
Tabel 2.14 Bentuk Spindles dari Indonesia
Sumber : Arsip data PT. Krakatau Posco
Hermanto Sijabat., Sylvia Dewi A., Analisis Perbaikan Tanah....
28
2.7.3 Analisis Daya Dukung Tanah pada Metode DCM
Hal ini digunakan untuk menganalisis daya dukung tanah untuk
menjadikan lapisan tanah tersebut kuat dan mampu menahan beban
yang berada diatasnya. Berikut persamaan yang digunakan :
D3 TEKNIK SIPIL POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
(2.15)
Dimana :
Fs
: faktor keamanan ( > 1)
quck
: daya dukung tanah (t/
)
: beban superstucture rencana
As
: replacement ratio (%)
2.7.4 Kontrol Konstruksi dan Kualitas
1. Kontrol konstruksi
Untuk metode DCM, perlu dilakukan kontrol konstruksi selama
konstruksi berlangsung dikarenakan pengerjaan DCM ini sulit.
Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam kontrol konstruksi yaitu :
a. Kecepatan agitator
b. Jumlah rotasi
c. Pengerasan pada campuran beton
d. Frekuensi agitator (350/menit atau lebih)
e. Kedalaman pengeboran
2. Kontrol kualitas
Setelah pelaksanaan pengolahan Soft Soil Improvement dengan
metode DCM (Deep Cement-Soil Mixing) selesai, dilakukan
Quality Control agar pelaksanaannya diharapkan sesuai dengan
perencanaan yang telah dibuat.
Pengujian yang dilakukan pada material DCM seperti :
1. Core sampling
2. UCS test on core samples
Hermanto Sijabat., Sylvia Dewi A., Analisis Perbaikan Tanah....
30
3. Grout samples dan UCS test
4. Extraction of columns
5. Static load test on columns
6. CPT test on columns
D3 TEKNIK SIPIL POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
Berikut adalah contoh gambar proses pengujian DCM, dapat dilihat di bawah ini :
Sumber : Internet
Gambar 2.11 Pengujian material DCM dengan UCS test on core samples
Sumber : Arsip data PT. Krakatau Posco
Gambar 2.12 Pengujian material DCM dengan Core Drilling Test
2.8 Metode Plastic Board Drain
Metode Plastic Board Drain (PBD) adalah salah satu metode yang digunakan
untuk persiapan proses konsolidasi dimana prinsip dasarnya
adalah dengan
menggunakan aplikasi dari Prefabricated Vertical Drains yaitu memasang PVD
dengan cara menyelipkan PVD tersebut ke dalam lubang bor atau dengan
menempatkannya di dalam sebuah paksi (mandrel) atau selubung (casing) bor
yang kemudian dipancang atau digetarkan ke dalam tanah lunak sehingga
Hermanto Sijabat., Sylvia Dewi A., Analisis Perbaikan Tanah....
31
D3 TEKNIK SIPIL POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
membentuk vertical drains. Tujuan dari vertical drain adalah untuk memper pendek
drainase jalannya air pori dari lapisan tanah yang permeabilitasnya rendah
ke lapisan
permukaan air air bebas, sehingga mempercepat laju konsolidasi.
Aplikasi metode perbaikan tanah dengan menggunakan Prefabricated Vertical
Drain (PVD) ditambah dengan beban tambahan atau preloading, secara signifikan
dapat mempersingkat periode penurunan (Lihat Gambar 2.13)
Sumber : Arsip data PT. Krakatau Posco
Gambar 2.13 Aliran air pori pada vertikal drain
Karakteristik PVD itu sendiri yaitu menggunakan material berupa core dan
geotextil sintetis Filter Jacket tanah/lahan pengerjaan.
Sumber : Arsip data PT. Krakatau Posco
Gambar 2.14 PVD
Prefabricated Vertical Drains diaplikasikan dalam berbagai proyek, seperti :
a. Konstruksi jalan, jalur kereta api, landasan pesawat, dan tanggul,
Hermanto Sijabat., Sylvia Dewi A., Analisis Perbaikan Tanah....
32
D3 TEKNIK SIPIL POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
b. konstruksi pelabuhan,
c. lahan industri,
d. perkuatan tanah dasar timbunan, dll.
Laju konsolidasi yang rendah pada lempung dan permeabilitas yang
rendah dinaikkan dengan drainase vertikal (vertical drain) yang memperpendek
jalan aliran air. Tujuannya adalah untuk mengurangi panjang lintasan pengaliran,
maka
jarak antara drainase merupakan hal yang terpenting. Drainase tersebut
biasanya
diberi jarak dengan pola bujur sangkar atau segitiga. Jarak antara
drainase tersebut harus lebih kecil dari pada tebal lapisan tanah lempung karena
tidak akan ada gunanya apabila menggunakan vertical drain dalam lapisan tanah
lempung yang relatif tipis. Untuk mendapatkan desain yang baik, koefisien
konsolidasi horizontal (Ch) dan vertikal (Cv) yang akurat sangat penting untuk
diketahui. Biasanya rasio Ch/Cv terletak diantara 1 dan 2. Semakin tinggi rasio
ini, pemasangan drainase semakin bermanfaat. Nilai koefisien untuk lempung di
dekat drainase kemungkinan menjadi berkurang akibat proses peremasan
(remoulding) selama pemasangan (terutama bila digunakan paksi), pengaruh
tersebut dinamakan pelumasan (smear ). Efek pelumasan ini dapat diperhitungkan
dengan mengasumsikan suatu nilai Ch yang sudah direduksi atau dengan
menggunakan diameter drainase yang diperkecil. Masalah lainnya adalah diameter
sand drain yang besar cenderung menyerupai tiang-tiang yang lemah, yang
mengurangi kenaikan tegangan vertikal dalam lempung sampai tingkat yang tidak
diketahui dan menghasilkan nilai tekanan air pori berlebih. Pengalaman
menunjukkan bahwa vertikal drain tidak baik untuk tanah yang memiliki rasio
kompresi sekunder yang tinggi, seperti lempung yang sangat plastis dan gambut
(peat), karena laju konsolidasi sekunder tidak dapat dikontrol oleh drainase
vertikal.
Pada drainase yang diberi jarak dengan pola bujur sangkar atau segitiga.
untuk gambar pola bujur sangkar, segitiga dan jarak antar PVD data dilihat pada
gambar di bawah ini.
Hermanto Sijabat., Sylvia Dewi A., Analisis Perbaikan Tanah....
33
D3 TEKNIK SIPIL POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
Tv
= faktor waktu untuk konsolidasi akibat pengaliran arah
vertikal
Cv
= koefisien konsolidasi (cm2/detik)
Sumber : Arsip data PT. Krakatau Posco
Gambar 2.16 Proses konsolidasi tanpa PVD
Sedangkan jika pada tanah dipasang PVD dengan jarak S. Jika terjadi
konsolidasi, maka H = 1/2 S, S adalah jarak efektif kolom, sehingga waktu yang
diperlukan dalam konsolidasi tanah lempung lebih cepat (perbedaan proses
konsolidasi tanpa PVD dapat dilihat pada Gambar 2.16 dan 2.17).
Sumber : Arsip data PT. Krakatau Posco
Gambar 2.17 Proses konsolidasi dengan PVD
Selain itu dengan adanya pemakaian PVD diharapkan dapat terjadi peristiwa
settlement secara bersamaan perlu diketahui pemakaian PVD hanya efektif untuk
timbunan yang tingginya > 4 m (Amalia, 2007).
Hermanto Sijabat., Sylvia Dewi A., Analisis Perbaikan Tanah....
35
D3 TEKNIK SIPIL POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
Dalam koordinat polar, bentuk tiga dimensi dari persamaan konsolidasi
dengan
sifat tanah yang berbeda dalam arah horizontal dan vertikal adalah :
(2.17)
Blok
blok prismatis vertikal dari tanah yang mengelilingi drainase diganti oleh
blok
blok silinder dengan jari
jari R dengan luas penampang melintang yang
sama.
Penyelesaian Persamaan 2.1 di atas dapat ditulis dalam dua bagian :
Uv = f(Tv)
(2.18)
Ur = f(Tr)
(2.19)
dimana :
Uv = tingkat konsolidasi rata-rata akibat pengaliran vertikal
Ur = tingkat konsolidasi rata-rata akibat pengaliran horizontal (radial)
atau
(2.20)
(2.21)
dimana :
Tv = faktor waktu untuk konsolidasi akibat pengaliran arah vertikal
Tr = faktor waktu untuk konsolidasi akibat pengaliran arah radial
H = ½ panjang efektif kolom
R = jari-jari drainase
Hermanto Sijabat., Sylvia Dewi A., Analisis Perbaikan Tanah....
36