KARAKTERISASI BAHAN TIMBUNAN TANAH PADA LOKASI RENCANA BENDUNGAN DANAU TUA, ROTE TIMOR, DAN BENDUNGAN HAEKRIT, ATAMBUA TIMOR

Transkripsi

1 KARAKTERISASI BAHAN TIMBUNAN TANAH PADA LOKASI RENCANA BENDUNGAN DANAU TUA, ROTE TIMOR, DAN BENDUNGAN HAEKRIT, ATAMBUA TIMOR Alpon Sirait NRP : Pembimbing : Theo F. Najoan, Ir., M.Eng FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK SIPIL UNIVERSITAS KRISTEN MARANATHA BANDUNG ABSTRAK Penelitian ini dilakukan pada dua lokasi yaitu pada rencana bendungan Haekrit dan Danau Tua. Hasil penelitian yang dilakukan di rencana bendungan Danau Tua menunjukkan bahwa bahan yang digunakan menurut klasifikasi USCS termasuk jenis tanah lanau lempungan MH, dengan kadar air asli rata-rata 20,18%, berat kering maksimum rata-rata 1,28 gr/cm 3, kadar air optimum rata 36,27%. kohesi efektif rata-rata 10,3 kpa, sudut geser dalam efektif 19,87 (tipe CU), kohesi ratarata 73,8 kpa, sudut geser dalam 7,6 (tipe UU); indeks pemampatan rata-rata c c = 0,41; indeks pemuaian rata-rata c s = 0,082; tegangan prakonsolidasi rata-rata p c = 1,99. Dari hasil penelitian swelling contoh tanah yang tidak dibebani atau beban 0 kg/cm 2 menghasilkan potensi pengembangan rata-rata 12,07%; bila dibebani sampai 0,8 kg/cm 2 menghasilkan potensi pengembangan rata-rata 1,27% dan kalau beban ditambah terus secara bertahap tanah akan terjadi penurunan. k ratarata 2,4x10-9 m/det dengan kadar air yang berbeda-beda. Hasil penelitian yang dilakukan di rencana bendungan Haekrit menunjukkan bahwa bahan yang digunakan menurut klasifikasi USCS termasuk jenis tanah CH (lempung berlanau) dan SC (pasir berlempung) dengan kadar air asli rata-rata 9,95%, berat kering maksimum rata-rata 1,64 gr/cm 3 dan mempunyai kadar air optimum 18,97%, kohesi efektif rata-rata 17,77 kpa, sudut geser dalam efektif 22,12 (tipe CU) dan kohesi rata-rata 79 kpa, sudut geser dalam 6,3 (tipe UU), indeks pemampatan rata-rata c c = 0,29; indeks pemuaian rata-rata c s = 0,055; tegangan prakonsolidasi rata-rata p c = 1,66; beban 0 kg/cm 2 menghasilkan potensi pengembangan rata-rata 6,76% dan bila dibebani 0,8 kg/cm 2 mengahasilkan potensi pengembangan rata-rata 0,68%, dan nilai k rata-rata 7,6x10-10 m/det dengan kadar air yang berbeda-beda. Juga telah dikembangkan persamaan empiris dengan menggabungkan data-data kedua bendungan tersebut dengan menggunakan hubungan batas plastis dengan parameter lain yang hasilnya, OMC = 0,9244(IP) 5,5122; MDD = - 0,0204(IP) + 2,191; φ = -0,0846(IP) + 14,416; φ = -0,0386(IP) + 22,554; c = 0,0002(IP) + 19,983; c = -0,2086(IP) ; c c = 0,006(IP) + 0,1455; c s = 0,0014(IP) + 0,0223; p c = 0,0068(IP) + 1,5779; Sw = a IP + b; k = 0,3707(IP) + 6,4769. iii

2 DAFTAR ISI Halaman SURAT KETERANGAN TUGAS AKHIR... SURAT KETERANGAN SELESAI TUGAS AKHIR..... ABSTRAK... PRAKATA... DAFTAR ISI... i ii iii v vii DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN... xiiv DAFTAR GAMBAR... xviii DAFTAR TABEL... xxii BAB 1 PENDAHULUAN Latar Belakang Penelitian Maksud dan tujuan Penelitian Metodologi dan Ruang Lingkup Penelitian Sistematika Pembahasan... 5 BAB 2 STUDI PUSTAKA Klasifikasi Tanah Klasifikasi Tanah Sistem USCS Klasifikasi Tanah Sistem AASHTO Hubungan Berat dan Volume Kadar Air Porositas Angka Pori vii

3 2.2.4 Berat Volume Basah Berat Volume Kering Berat Derajat Kejenuhan Batas-Batas Atterberg Batas Cair Batas Plastis Batas Susut Indeks Konsistensi Tanah Sifat-Sifat Teknis Bahan Timbunan Prinsip Umum Pemadatan Uji Proctor Standar Kadar Air Keseimbangan (Equilibrium Water Content) Parameter Kuat Geser Tanah Tegangan Efektif pada Tanah Parameter Kuat Geser c dan φ Tipe-Tipe Pengujian Kuat Geser dengan Triaksial Test Kemampumampatan Tanah (Konsolidasi) Uji Konsolidasi Grafik Angka Pori Tekanan Indeks Pemampatan (Compression Index, c c ) Indeks Pemuaian (Swell Index, c s ) Koefisien Konsolidasi, c v Pengembangan (Swelling) viii

4 2.8.1 Pengukuran Swelling Prediksi Swelling Cara-Cara Menanggulangi Swelling Daya Rembes (Permeability) Gradien Hidrolik Koefisien Rembesan Uji Falling Head Test Bendungan Tipe Urugan Klasifikasi Bendungan Urugan Karakteristik Bendungan Tipe Urugan Bahan Urugan Bahan Tanah Bahan Pasir dan Kerikil Bahan Batu Persyaratan Bahan Urugan Bahan untuk Zona Kedap Air Bahan-bahan untuk Filter dan Zone Transisi Bahan Batu Bahan-bahan Lainnya BAB 3 PROSEDUR UJI DAN PENGUJIAN Pengambilan Contoh Tanah Uji Specific Gravity Pengujian Kadar Air Alamiah Batas-Batas Atterberg ix

5 3.4.1 Pengujian Batas Cair (Liquid Limit / LL) Pengujian Batas Plastis (Plastic Limit / PL) Analisa Ukuran Butir Uji Hidrometer Uji Saringan Uji Pemadatan Uji Geser Triaksial Persiapan Contoh Tanah Tahap Pemasangan Specimen Pada Alat Uji Uji Geser Kondisi UU Uji Geser Kondisi CU Tahap Penjenuhan Specimen dengan Back Pressure Tahap Konsolidasi Tahap Pengujian Kuat Geser Tahap Pasca Uji Geser Uji Konsolidasi Uji Swelling Uji Permeabilitas BAB 4 ANALISA HASIL UJI Data Hasil Uji Properties Analisa Hasil Uji Atterberg Limit Test Kurva Distribusi Butir Klasifikasi Tanah Berdasarkan Hasil Uji Properties x

6 4.4.1 Klasifikasi Berdasarkan USCS Klasifikasi Berdasarkan AASHTO Hasil Uji Pemadatan (Proctor standar) Hasil Uji Geser Triaksial Uji Geser Triaksial Tipe UU Uji Geser Triaksial Tipe CU Hasil Uji Penjenuhan Spesimen dengan metode Back Pressure Perubahan Volume Akibat Penjenuhan dan Akibat Konsolidasi Spesimen Uji Analisa Uji Geser Triaksial Hasil Uji Konsolidasi Hasil Uji Swelling Hasil Uji Permeabilitas Persamaan-Persamaan Empiris Kumpulan Data Laboratorium Korelasi Batas Plastis dengan Parameter Kompaksi Korelasi Batas Plastis dengan Parameter Kuat Geser Korelasi Batas Plastis dengan Sudut Geser Dalam Korelasi Batas Plastis dengan Kohesi Korelasi Batas Plastis dengan Parameter Konsolidasi Korelasi Batas Plastis dengan Swelling Korelasi Batas Plastis dengan Permeabilitas Korelasi Indeks Plastis dengan Parameter Kompaksi xi

7 Korelasi Indeks Plastis dengan Parameter Kuat Geser Korelasi Indeks Plastis dengan Sudut Geser Dalam Korelasi Indeks Plastis dengan Kohesi Korelasi Indeks Plastis dengan Parameter Konsolidasi Korelasi Indeks Plastis dengan Swelling Korelasi Indeks Plastis dengan Permeabilitas Korelasi Persen Lolos Fraksi < 0,002 mm dengan Parameter Kompaksi Korelasi Persen Lolos Fraksi < 0,002 mm dengan Parameter Kuat Geser Korelasi Persen Lolos Fraksi < 0,002 mm dengan Sudut Geser Dalam Korelasi Persen Lolos Fraksi < 0,002 mm dengan Kohesi Korelasi Persen Lolos Fraksi < 0,002 mm dengan Parameter Konsolidasi Korelasi Persen Lolos Fraksi < 0,002 mm dengan Swelling Korelasi Persen Lolos Fraksi < 0,002 mm dengan Permeabilitas Aplikasi Untuk Desain BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran xii

8 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xiii

9 DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN a A AASTHO ASTM Au B c c c c s c v = Luas penampang melintang pipa tegak (uji tinggi jatuh) = Luas penampang contoh uji = American Association of State Highway and Transportation = American Society for Testing Materials = Peningkatan tekanan air pori akibat peningkatan tekanan sel = Koefisien tekanan air pori = Kohesi total = Indeks pemampatan = Indeks pemuaian = Indeks konsolidasi c = Kohesi efektif C Cc Cu e e 0 g G Gs h H = Lempung = Koefisien gradasi = Koefisien keseragaman = Angka pori = Angka pori awal = Gravitasi = Kerikil = Berat spesifik butir tanah = Tinggi energi total = Tinggi awal contoh uji xiv

10 Hdr = Panjang rata-rata yang harus ditempuh oleh air pori selama proses konsolidasi Hs Hv i IC IL IP k K LL M MDD n OMC p c p s p P PL P T Q S Sr = Tinggi contoh uji = Tinggi awal ruang pori = Gradien hidrolik = Indeks konsistensi = Indeks cair = Indeks plastisitas = Koefisien rembesan = Koefisien rembesan absolut = Batas cair = Lanau = Berat isi kering maksimum = Porositas = Kadar air optimum = Tekanan prakonsolidasi = Tambahan tegangan untuk menahan pengembangan = Tekanan total = Tekanan efektif = Batas plastis = Tegangan untuk menahan pengembangan = Tekanan geser efektif = Pasir = Derajat kejenuhan xv

11 Sw t = Potensi pengembangan = Waktu t 50, t 90 = Waktu yang dibutuhkan untuk konsolidasi 50% dan 90% u a u w u wf U USCS v V Va Vs Vv Vw w W Ws Ww Z ZAV H V sf α = Tekanan udara pori = Tekanan air pori = Tegangan air pori pada saat runtuh = Derajat konsolidasi rata-rata = Unified Soil Classification System = Kecepatan aliran = Volume total = Volume udara dalam pori = Volume butiran padat = Volume pori = Volume air dalam pori = Kadar air = Berat total = Butiran padat = Berat air = Kedalaman zona efektif = Zero Air Void = Perubahan tinggi contoh uji = Perubahan volume contoh uji = Free Surface Heave = Sudut geser xvi

12 α = Sudut geser efektif φ = Sudut geser dalam total φ = Sudut geser dalam efektif γ d γ n γ w σ σ 1 σ 3 = Berat volume kering = Berat volume basah = Berat volume air = Tegangan normal total = Tegangan utama mayor = Tegangan utama minor σ = Tegangan normal efektif σ 1 σ 3 σ ff τ τ ff = Tegangan utama mayor efektif = Tegangan utama minor efektif = Tegangan normal pada saat runtuh = Tegangan geser = Tegangan geser saat runtuh xvii

13 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Bagan plastisitas untuk menentukan jenis tanah Gambar 2.2 Hubungan berat dan volume tanah Gambar 2.3 Batas-batas Atterberg Gambar 2.4 Perbedaan proses konsolidasi dan pemadatan tanah Gambar 2.5 Prinsip pemadatan Gambar 2.6 Alat uji Proctor Standar Gambar 2.7 Hasil uji pemadatan Proctor standar Gambar 2.8 Seperangkat alat uji Triaksial Gambar 2.9 Garis keruntuhan tegangan total dan efektif uji triaksial kondisi consolidated-undrained Gambar 2.10 Grafik waktu pemampatan selama konsolidasi untuk suatu penambahan beban yang diberikan Gambar 2.11 Oedometer Gambar 2.12 Kurva hubungan antara tekanan dengan angka pori Gambar 2.13 Zona aktif Gambar 2.14 Tekanan, elevasi, dan tinggi total energi untuk aliran air di dalam tanah Gambar 2.15 Variasi kecepatan aliran ν dengan gradien hidrolik I Gambar 2.16 Uji rembesan dengan Falling Head Gambar 2.17 Klasifikasi umum bendungan urugan Gambar 3.1 Bagan alir penelitian xviii

14 Gambar 3.2 Skema Alat Pengujian Gambar 3.2a Pemberian tegangan keliling sebesar 0.5 kg/cm Gambar 3.2b Pemberian back pressure sebesar 0.4 kg/cm Gambar 3.2c Pemberian tegangan keliling sebesar 1 kg/cm Gambar 3.2d Pemberian back pressure sebesar 0.9 kg/cm Gambar 3.2e Pemberian tegangan keliling sebesar 1.5 kg/cm Gambar 3.2f Pemberian back pressure sebesar 1.4 kg/cm Gambar 3.2g Pemberian tegangan keliling sebesar 2 kg/cm Gambar 3.2h Pemberian back pressure sebesar 1.9 kg/cm Gambar 3.2i Pemberian tegangan konsolidasi sebesar σ 3 kg/cm Gambar 3.3 Proses Konsolidasi Gambara 3.4 Proses Uji Geser Gambar 4.1 Bagan plastisitas untuk penentuan jenis tanah Gambar 4.2 Distriusi ukuran butir Gambar 4.3 Kurva hubungan γ d dengan kadar air (w) Gambar 4.4 Hubungan axial strain dengan deviator stress Gambar 4.5 Lingkaran Mohr-Coulomb Triaksial Tipe UU Gambar 4.6 Hubungan axial strain dengan pore pressure Gambar 4.7 Lingkaran Mohr-Coulomb Triaksial Tipe CU Gambar 4.8 Diagram P dan Q hasil regresi linear Gambar 4.9 Metode logaritma waktu untuk mendapatkan derajat konsolidasi rata-rata 50% Gambar 4.10 Hubungan angka pori dengan tekanan Gambar 4.11 Hubungan swelling dengan time xix

15 Gambar 4.12 Hubungan swelling dengan pressure Gambar 4.13 Hubungan PL dengan OMC untuk jenis tanah MH, SC, CH, dan MH+SC+CH Gambar 4.14 Hubungan PL dengan MDD untuk jenis tanah MH, SC, CH, dan MH+SC+CH Gambar 4.15 Hubungan PL dengan sudut geser dalam untuk jenis tanah MH+SC+CH Gambar 4.16 Hubungan PL dengan kohesi untuk jenis tanah MH+SC+CH Gambar 4.17 Hubungan PL dengan parameter konsolidasi untuk jenis tanah MH+SC+CH Gambar 4.18 Hubungan PL dengan swelling untuk jenis tanah MH+SC+CH Gambar 4.19 Hubungan PL dengan k untuk jenis tanah MH+SC+CH Gambar 4.20 Hubungan IP dengan parameter kompaksi untuk jenis tanah MH+SC+CH Gambar 4.21 Hubungan IP dengan sudut geser dalam untuk jenis tanah MH+SC+CH Gambar 4.22 Hubungan IP dengan kohesi untuk jenis tanah MH+SC+CH Gambar 4.23 Hubungan IP dengan parameter konsolidasi untuk jenis tanah MH+SC+CH Gambar 4.24 Hubungan IP dengan swelling untuk jenis tanah MH+SC+CH xx

16 Gambar 4.25 Hubungan IP dengan k untuk jenis tanah MH+SC+CH Gambar 4.26 Hubungan persen lolos fraksi < 0,002 mm dengan parameter kompaksi untuk jenis tanah MH+SC+CH Gambar 4.27 Hubungan persen lolos fraksi < 0,002 mm dengan sudut geser dalam untuk jenis tanah MH+SC+CH Gambar 4.28 Hubungan persen lolos fraksi < 0,002 mm dengan kohesi untuk jenis tanah MH+SC+CH Gambar 4.29 Hubungan persen lolos fraksi < 0,002 mm dengan parameter konsolidasi untuk jenis tanah MH+SC+CH Gambar 4.30 Hubungan persen lolos fraksi < 0,002 mm dengan swelling untuk jenis tanah MH+SC+CH Gambar 4.31 Hubungan persen lolos fraksi < 0,002 mm dengan k untuk jenis tanah MH+SC+CH xxi

17 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Klasifikasi tanah berdasarkan sistem USCS Tabel 2.2 Klasifikasi tanah berdasarkan sistem AASHTO Tabel 2.3 Fariasi faktor waktu terhadap derajat konsolidasi Tabel 2.4 Harga-harga koefisien rembesan pada umumnya Tabel 2.4 Jenis batuan yang cocok untuk bendungan Tabel 2.5 Bahan batuan yang dapat digunakan untuk pembangunan bendungan Tabel 4.1 Hasil uji soil properties Tabel 4.2 Hubungan antara plasticity index dan tingkat plastisitas Tabel 4.3 Hubungan antara plasticity index dan potensi pengembangan 100 Tabel 4.4 Sifat-sifat tanah berdasarkan plasticity index Tabel 4.5 Penentuan jenis tanah dari plasticity chart Tabel 4.6 Kalsifikasi tanah berdasarkan sistem USCS Tabel 4.7 Kalsifikasi tanah berdasarkan sistem AASHTO Tabel 4.8 Kadar air optimun dan isi kering maksimum Tabel 4.9 Data uji geser tipe UU Tabel 4.10 Data Parameter sudut geser dalam dan kohesi tipe UU Tabel 4.11 Perubahan volume contoh uji Tabel 4.12 Data uji geser tipe CU Tabel 4.13 Parameter sudut geser dalam dan kohesi dari lingkaran Mohr-Coulomb tipe CU xxii

18 Tabel 4.14 Parameter sudut geser dalam dan kohesi dari diagram P dan Q Tabel 4.15 Hasil uji konsolidasi Tabel 4.16 Hasil uji swelling Tabel 4.17 Hasil uji permeabilitas Tabel 4.18 Konstanta hubungan PL dengan OMC Tabel 4.19 Konstanta hubungan PL dengan MDD Tabel 4.20 Konstanta hubungan PL dengan swelling Tabel 4.21 Konstanta hubungan IP dengan swelling Tabel 4.22 Konstanta hubungan persen lolos fraksi < 0,002 mm dengan swelling Tabel 4.23 Parameter-parameter desain teknis dari hasil korelasi empiris xxiii