STUDI EKSPERIMENTAL KUAT GESER TANAH DI SEKITAR BATAS PLASTIS

Transkripsi

1 STUDI EKSPERIMENTAL KUAT GESER TANAH DI SEKITAR BATAS PLASTIS Budijanto Widjaja dan Ronny Santoso Program Studi Teknik Sipil Universitas Katolik Parahyangan, Bandung Abstrak Perubahan kuat geser tanah umumnya sangat tergantung pada kadar airnya. Semakin tinggi kadar air dapat menyebabkan semakin rendahnya kuat geser tanah. Untuk tanah berbutir halus, batas-batas Atterberg yaitu batas plastis dan batas cair dapat menjadi petunjuk perubahan kuat geser tanah. Namun, yang menarik adalah terdapat beberapa penelitian seperti Baver et al. (1972) dan Rajapakse (2008) yang menunjukkan bahwa nilai kuat geser tanah meningkat seiring dengan meningkatnya kadar air menuju batas plastis. Kemudian, kuat geser tanah akan menurun jika kadar air lebih tinggi dari batas plastis. Dengan demikian, kekuatan tanah pada saat kadar air sama dengan batas plastis merupakan nilai tertinggi. Pada penelitian ini dilakukan studi eksperimental di laboratorium dengan menggunakan sampel kaolin dan tanah longsoran di Parakan Muncang, Jawa Barat. Sampel tanah dipadatkan dengan metode kompaksi standar untuk delapan variasi kadar air di sekitar batas plastis dan kemudian dilakukan uji kuat tekan bebas untuk mengetahui kuat geser tanah. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada saat kadar air berada di batas plastis, kuat geser tanah mencapai nilai terbesar yang diuji dengan uji kuat tekan bebas. Pada saat kadar air lebih rendah atau lebih tinggi daripada batas plastis, kuat geser tanah mengalami reduksi. Hasil penelitian ini sesuai dengan hasil penelitian dari Rajapakse (2008), Hilf (1975), Huder (1964), dan Baver et al. (1972). Reduksi kuat geser tersebut dapat disebabkan oleh perubahan struktur tanah misalnya dalam keadaan terflokulasi atau dipersif, termasuk mineralogi dan jenis tanah. Kontribusi penelitian ini adalah untuk menjelaskan fenomena perubahan kekuatan tanah pada tanah berbutir halus di sekitar batas plastis. Kata kunci: batas plastis, kuat geser tanah, dan uji kuat tekan bebas. 1. Pendahuluan Batas plastis (PL) mengindikasikan suatu batas kadar air terbawah dari keplastisitisan tanah. Ketika kadar air berada di bawah PL, kekuatan tanah dapat tereduksi di bawah PL (Rajapakse, 2008). Nilai kekuatan geser meningkat seiring dengan meningkatnya kadar air menuju suatu nilai maksimum di batas atas kondisi semi solid (dalam hal ini PL) dan kemudian mengalami penurunan sampai pada suatu nilai terendah pada kondisi plastis. Pembatasan masalah dilakukan untuk menganalisis penurunan kuat geser tanah yang terjadi pada zona saat kadar air berada di sekitar PL dengan menggu- Manajemen dan Rekayasa Geoteknik D - 11

2 nakan uji kuat tekan bebas. Oleh karena itu, tujuan penelitian ini adalah untuk memverifikasi tren tentang terjadinya kehilangan kohesi dan kekuatan geser di bawah PL seperti hasil penelitian yang ditunjukkan oleh Rajapakse (2008) dan Baver et al. (1972). 2. Plastisitas dan Batas Plastis Plastisitas adalah suatu sifat yang memungkinkan tanah lempung untuk berubah bentuk tanpa terjadi keruntuhan ketika mengalami deformasi yang mengindikasikan besarnya serapan air. Untuk itu plastisitas digambarkan dalam hubungan batas-batas Atterberg dalam rentang batas plastis ( plastic limit, PL) dan batas cair (liquid limit, LL). PL adalah kadar air terendah di mana tanah mulai bersifat plastis. Secara definitif, nilai PL ditentukan berdasarkan kondisi kadar air tertentu di mana tanah yang digulung dengan diameter 3 mm mulai mengalami retak. Pada kadar air tersebut, tanah mempunyai kuat geser yang tertinggi jika dibandingkan dengan LL. LL sendiri merupakan kadar air yang merupakan batas teratas dari kondisi plastis. 3. Kuat Geser Tanah Kekuatan geser tanah ditentukan untuk mengukur kemampuan tanah menahan tegangan geser tanpa terjadi keruntuhan. Tanah dapat mengalami penyusutan volume jika menerima beban. Apabila menerima tegangan geser, tanah akan mengalami deformasi dan apabila deformasi yang terjadi cukup besar, maka partikel-partikel tanah akan bergeser satu partikel dengan partikel lainnya dan tanah dapat mencapai keruntuhan. Untuk tanah lempung, pendekatan yang digunakan dalam hal ini total stress analysis. 4. Uji Unconfined Compression Test Uji kuat tekan bebas adalah uji khusus dari uji triaksial Unconsolidated Undrained yaitu dengan memberikan tegangan keliling (σ3) sebesar nol. Tegangan aksial dilakukan terhadap benda uji relatif secara cepat hingga sampel tanah mencapai keruntuhan. Pada titik keruntuhan, harga tegangan prinsipal utama minor adalah nol dan tegangan utama mayor adalah σ1. Oleh karena itu, untuk memperoleh kohesi tak teralir dapat diturunkan dari rumus berikut: τf = σ1/2 = qu/2 = cu [2] dimana: τf = kuat geser σ1 = tegangan utama qu = kuat tekan bebas cu = kohesi tak teralir 5. Reduksi kuat geser Seperti ditunjukkan pada gambar 1, penurunan kuat geser dapat terjadi pada saat kadar air tidak hanya di atas batas cair. Namun, penurunan kuat geser dapat juga terjadi pada saat kadar air di bawah batas plastis (Rajapakse, 2008). Berdasarkan hasil penelitian Baver et al. (1972), pada saat tanah berada pada kondisi semi-solid (yaitu berada di bawah PL), nilai kuat geser dapat meningkat seiring dengan meningkatnya kadar air menuju PL. Kemudian, kuat geser tanah akan menurun pada saat kadar air lebih tinggi dari PL seperti ditunjukkan pada gambar 2. Tanah yang Manajemen dan Rekayasa Geoteknik D - 12

3 diuji oleh Baver et al. (1972) memiliki PL dan LL masing-masing sebesar 13 dan 17 (ICE, 1976). kompaksi standar untuk delapan variasi kadar air. Gambar 1. Penurunan kuat geser tanah terjadisaat kadar air di bawah batas plastis dan di atas batas cair (Rajapakse, 2008). 6. Parameter tanah kaolin dan Parakan Muncang Dari pengujian batas-batas Atterberg untuk tanah kaolin diperoleh batas cair (LL) sebesar 59 dan batas plastis ( PL) sebesar dengan indeks plastisitas (IP) sebesar Sedangkan untuk tanah Parakan Muncang didapat besarnya LL sebesar dan PL sebesar Berdasarkan klasifikasi tanah dengan menggunakan Unifield Soil Classification System (USCS), tanah kaolin digolongkan sebagai tanah lanau dengan plastisitas tinggi (MH), sedangkan tanah longsoran Parakan Muncang digolongkan sebagai tanah lempung dengan plastisitas tinggi (CH). 7. Hasil Uji Kuat Tekan bebas pada Kaolin dan Tanah Parakan Muncang Pada pengujian ini, sampel tanah dengan kadar air tertentu disiapkan dengan cara dikompaksi dengan menggunakan energi yang sama. Dalam hal ini, prosedur penyiapan sampel menggunakan Gambar 2. Kurva normalisasi kuat geser terhadap kadar air (after Baver, 1972; ICE, 1976). Sampel yang diuji adalah tanah kaolin dan tanah Parakan Muncang. Setelah sampel disiapkan, selanjutnya sampel diuji menggunakan uji kuat tekan bebas dan diuji hingga sampel mengalami keruntuhan. Hasil yang diperoleh dari uji ini adalah hubungan antara kuat tekan bebas dengan regangan tanah uji serta hubungan antara kadar air dengan kuat geser tanah uji. 7. Hasil Analisis dan Diskusi Pada prinsipnya, hasil pengujian dilakukan pada dua keadaan yaitu kondisi semi-solid (w < PL) dan plastis (PL<w<LL). Dalam hal ini, kadar air divariasikan di sekitar PL untuk memverifikasi hasil penelitian dari Baver et al. (1972) menggunakan dua jenis tanah yaitu kaolin dan Parakan Muncang. Untuk tanah kaolin, berdasarkan kurva normalisasi qu/qu,max gambar 3 (data lingkaran), besarnya kuat tekan bebas maksimum ( qu,max) kaolin adalah 1.93 kg/cm 2 untuk kadar air sebesar 36.45%. Nilai ini mendekati PL kaolin sebesar Manajemen dan Rekayasa Geoteknik D - 13

4 Untuk tanah Parakan Muncang (Gambar 3, data segitiga), nilai qu,max adalah sebesar 8.29 kg/cm 2 dengan kadar air sebesar 28.34% yang mendekati PL sebesar Berdasarkan nilai qu,max, kaolin memiliki konsistensi stiff, sedangkan untuk tanah Parakan Muncang memiliki konsistensi hard pada saat qu,max dan dapat ditunjukkan kedua jenis tanah uji memiliki nilai qu,max pada saat kadar air mendekati PL. Hal ini cukup konsisten dengan karakteristik kuat geser tanah berdasarkan jenis tanah (kaolin adalah MH dan Parakan Muncang adalah CH) di mana karakteristik kuat geser untuk CH relatif lebih tinggi dibandingkan MH. Gambar 3. Kurva Hubungan Kekuatan Tanah dengan Kadar Air untuk Tanah Kaolin, Parakan Muncang, dan Baver et al.(1972) Dari hasil percobaan dapat diketahui terjadi penurunan kuat geser tanah di bawah nilai batas plastis (PL) (gambar 3). Baik tanah kaolin dan Parakan Muncang menunjukkan perilaku yang serupa. Karakteristik umum hasil penelitian ini adalah pada zona di bawah PL, peningkatan kadar air ( w) diikuti oleh peningkatan kuat geser di mana nilai maksimuk kuat geser terjadi pada saat sekitar PL. Setelah melewati nilai PL, peningkatan w diikuti oleh reduksi kuat geser tanah. Tren tersebut sesuai dengan Rajapakse (2008) dan Baver et al. (1972) yang menyatakan terjadi reduksi kuat geser tanah pada saat kadar air berada di bawah PL. Hal ini serupa dengan penelitian dari Johnson and Sallberg (1962), untuk tanah yang dikompaksi kadar air optimum berada sedikit lebih rendah dari PL. Namun, pada titik tertentu ternyata kuat geser tanah dapat mengalami reduksi seperti ditunjukkan pada gambar 3. Hilf (1975) dan Huder (1964) me - nunjukkan bahwa penurunan (settlement) tanah pada saat PL (setara dengan kadar air optimum), penurunan tanah yang terjadi adalah yang paling rendah. Jika kadar air lebih rendah atau lebih tinggi dari PL, maka penurunan yang terjadi menjadi lebih besar (gambar 4). Penurunan memiliki hubungan dengan kekakuan tanah dan kekakuan tanah berhubungan erat dengan kuat geser tanah. Jadi, kuat geser tanah terbesar adalah di PL. Jika kadar air lebih rendah atau lebih tinggi dari PL, maka kuat geser tanah akan mengalami penurunan seperti ditunjukkan pada gambar Kesimpulan Berdasarkan hasil penelitian ini, dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut: Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada saat kadar air berada di batas plastis, kuat geser tanah mencapai nilai terbesar yang diuji dengan uji kuat tekan bebas. Pada Manajemen dan Rekayasa Geoteknik D - 14

5 saat kadar air lebih rendah atau lebih tinggi daripada batas plastis, kuat geser tanah mengalami reduksi. Hasil penelitian ini sesuai dengan hasil penelitian dari Rajapakse (2008), Hilf (1975), Huder (1964), dan Baver et al. (1972). Gambar 4. Hubungan antara penurunan tanah akibat beban terhadap kadar air untuk tanah yang dikompaksi (Huder, 1964). Reduksi kuat geser tersebut dapat disebabkan oleh perubahan struktur tanah misalnya dalam keadaan terflokulasi atau dipersif, termasuk juga mineralogi dan jenis tanah. Tanah Parakan Muncang (lempung berplastisitas tinggi) memiliki kuat geser yang lebih tinggi disbandingkan kaolin (lanau berplastisitas r endah). Berdasarkan nilai kuat geser yang diperoleh dari uji kuat tekan beban, kaolin dan Parakan Muncang masing-masing dikategorikan sebagai tanah stiff dan hard. Ucapan Terima Kasih Penulis mengucapkan terima kasih kepada Lembaga Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat Universitas Katolik Parahyangan yang telah memberikan bantuan financial untuk menyelesaikan penelitian ini. Daftar Pustaka Baver, L. D., Gardner, W.H. and Gardner, W.R. (1972). Soil Physics, 4 th ed., John Wiley & Sons, New York. Hilf, J.W. (1975). Compacted Fill. Chapter 7 in Winterkon, H.F., and Fang, H.Y., Foundation Engineering Handbook, Van Nostrand Reinhold, pp Huder, J. (1964). Die Zusammen-druckbarkeit des Bodens und deren Bestimmung (The compressibility of the soil and their determination), Schwezeriche Bauzeitung, Heft 41 ICE (1976). Manual of Applied Geology for Engineers, ICE, Great Britain, UK. Johnson, A.W. and Sallberg, J.R. (1962). Factor affecting compaction results, Highway Research Board, Bulletin, 319, Nat. Academy of Sci., Nat. Res. Council, Washington, D.C. Rajapakse, R., (2008). Geotechnical engineering calculations and rules of thumb. Butterworth Heinemann, Maryland, USA. Manajemen dan Rekayasa Geoteknik D - 15

6 Halaman ini sengaja dikosongkan Manajemen dan Rekayasa Geoteknik D - 16