KAJIAN PENGARUH BATAS CAIR (LL), KONSISTENSI TANAH DAN BEBAN VERTIKAL TERHADAP KECEPATAN PEMAMPATAN SEKUNDER TANAH LEMPUNG Arief Alihudien 1, Indrasurya B. Mochtar 2 1 Mahasiswa Program Pascasrjana Teknik Sipil Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2 Dosen Pengajar Program Pascasrjana Teknik Sipil Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya ABSTRAK Pemampatan tanah yang telah dikenal di lapangan dibedakan atas pemampatan primer dan pemampatan sekunder. Kedua jenis pemampatan terjadi dalam waktu yang tidak bersamaan yaitu dimulai dengan pemampatan primer dan dilanjutkan dengan pemampatan sekunder. Pemampatan primer adalah pemampatan yang terjadi pada tanah akibat keluarnya air pori dari dalam pori tanah akibat adanya penambahan beban di permukaan tanah. Sedang pemampatan sekunder dapat didefinisikan sebagai pemampatan yang terjadi setelah pemampatan primer selesai, yang merupakan penyesuaian yang bersifat plastis butiran-butiran tanah. Menurut Kosasih dan Mochtar (1997) besarnya indeks pamampatan Cc dan indeks pemuaian Cs pada pemampatan primer sangat tergantung pada batas cair (LL), angka pori(e), dan kadar air (w). Disamping itu, sudah diketahui pula penambahan tekanan vertikal dan konsistensi kekuatan tanah juga berpengaruh terhadap besar kecilnya pemampatan primer, bagaimana dengan kecepatan pemampatan sekunder apakah juga tergantung dengan batas cair, konsistensi kekuatan tanah, dan penambahan beban Konsolidasi. Kaitanya dengan hal tersebut penelitian ini bertujuan untuk mengetahui bagaimana pengaruh batas cair (LL), konsistensi kekuatan tanah (Cu o ) dan beban konsolidasi (P i) terhadap kecepatan pemampatan sekunder. Penelitian ini dilakukan dengan metode experimen di laboratorium dengan melakukan serangkaian pengujian konsolidasi terhadap tanah lempung dengan berbagai batas cair LL, kenaikan beban, dan konsistensi awal tanah. Adapun hasil penelitian yang telah dilakukan oleh peneliti memberikan diskripsi bahwa indek pemampatan sekunder C sangat tergantung pada Batas Cair (LL) tanah yaitu di sini dapat ditunjukan bahwa semakin besar Batas Cair (LL) akan semakin besar pula indek pemampatan sekunder C demikian pula sebaliknya makin kecil harga Batas cair, maka akan semakin kecil pula nilai indek pemampatan sekundernya C. Sedangkan pengaruh indek pemampatan sekunder terhadap tanah berada pada kondisi awal memiliki konsistensi sangat lunak (very soft) sampai dengan yang kaku (stiff) untuk beban konsolidasi yang tetap atau sama menunjukkan bahwa tanah tingkat kekakuanya meningkat indek pemampatan C mengalami penurunan. Kata Kunci : Indek Pemampatan Sekunder, Beban Vertikal, Konsistensi tanah, Batas cair PENDAHULUAN Dalam kondisi biasa pemampatan primer dan sekunder berlangsung dalam waktu tahunan bahkan ratusan tahun, dengan kata lain lama sekali. Oleh karena waktu yang dibutuhkan tanah untuk menyelesaikan pemampatan primer sangatlah lama, jarang orang dalam memperhatikan penurunan sekunder adalah karena pemampatan sekunder ini diperkirakan menghasilkan pemampatan yang kecil dibanding pemampatan primer. Akan tetapi dengan adanya perbaikan tanah menggunakan PVD (Prefabrikated Vertikal Drain) waktu pemampatan primer menjadi lebih pendek, yaitu terjadi dalam mingguan sampai dengan bulanan, sehingga terjadinya pemampatan sekunder menjadi lebih awal. Dari beberapa kenyataan dilapangan, pembuatan embankment di atas tanah dasar lempung yang diperbaiki menggunakan PVD, waktu konsolidasi primer sudah selesai, ternyata pemampatan masih terjadi dan cukup besar, walaupun sudah diperkirakan berdasar dari kejadian diatas, perlu dilakukan kajian atau penyelidikan lebih lanjut tentang besar atau kecilnya pengaruh pemampatan sekunder. Dalam penelitian ini akan dicari bagaimana hubungan antara kecepatan pemampatan sekunder yang diwakili oleh indek pemamaptan sekunder C dengan batas cair (LL) tanah, konsistensi tanah, dan beban vertikal. Adapun hal hal yang dianalisa adalah ISBN 978-979-18342-1-6 pertama bagaimana pengaruh batas cair tanah yang berbeda terhadap besarnya C (indeks pemampatan sekunder) tanah lempung dengan beban vertikal tetap atau sama. Kedua bagaimana pengaruh konsistensi kekuatan tanah yang berbeda terhadap besarnya C (indeks pemampatan sekunder) tanah lempung dengan beban vertikal tetap atau sama. Ketiga bagaimana pengaruh beban vertikal berbeda terhadap besarnya C (indeks pemampatan sekunder) tanah lempung dengan konsistensi tertentu. DASAR DASAR TEORI Konsistensi tanah Konsistensi tanah dapat dilihat dari besar kecilnya kandungan air dalam tanah, pada kondisi dipadatkan kembali (remolded) untuk tanah lempung sangat bervariasi dalam proporsi kadar air. Pada kadar air tinggi, campuran memiliki sifat sifat cair, pada kadar air sedikit, volume campuran berkurang dan tanah menjadi menunjukkan sifat sifat plastis. Dan dalam keadaan yang sangat kurang, campuran tanah berperilaku semi solid dan akhirnya menjadi solid. Kadar air yang menunjukan perbedaan pada keadaan cair dan plastis disebut kadar air batas cair (LL). Kadar air menunjukan perbedaan tanah pada keadaan plastis dan semi solid disebut dengan kadar air batas plastis (PL). Kadar air yang menunjukan perbedaan tanah pada keadaan semi solid dan solid disebut dengan kadar air batas susut (SL). A-401
Definisi dari berbagai keadaan konsistensi dan bagaimana menentukan kriteria dari berbagai keadaan tersebut, untuk pertama kali pada tahun 1948 dikemukakan oleh Albert Atterberg, seoang ilmuwan Swedia. Dia sebenarnya memberi 6 nilai batas konsistensi, yaitu : Upper limit Visvous Flow, Liquit Limit, Sticky Limit, Plastic Limit dan Sringkage limit. Namun untuk tujuan perhitungan desain hanya dibuat diga batas konsistensi saja, yang kerap digunakan yaitu Liquit limit (LL), Pastic Limit dan sringkage limit. Nilai nilai batas tersebut mempunyai hubungan langsung dengan sifat sifat mekanika tanah, korelasi antara batas cair, dan batas plastis, dan batas susut telah digunakan dalam berbagai pekerjaan konstruksi. Konsistensi tanah lempung dan lanau bila dihubungkan dengan kuat geser menurut Mochtar (2006), berdasarkan uji Cone Penetration Tes (CPT), Standard Penetration Test (SPT), dan Uji geser vane dapat dibedakan atas beberapa istilah yaitu : Very soft, soft, medium, stiff, very stiff dan hard, seperti yang dilihat dalam tabel 1. log waktu adalah merupakan garis lurus (Gambar 1). Besarnya penurunan yang diakibatkan oleh peristiwa konsolidasi sekunder dapat diperhitungkan sebagai berikut : s = C H log (t 2 /t 1 )... (1) Dimana C = indek pemampatan sekunder = e/(log(t2/t1)) H = Tinggi Lapisan Tanah t1 dan t2 = Waktu C = C / (1 + e p ) e p = angka pori pada akhir konsolidasi primer = eo - e p e p = Cc (log (p o + p) log p o Tabel 1. Konsistensi tanah untuk tanah dominan lempung dan lanau Menurut Mochtar 2006 Konsistensi tanah Taksiran harga kekuatan Taksiran harga tahanan Taksiran geser undraine, Cu conus, qc harga SPT, (dari sondir) harga N kpa Ton/m 2 Kg/m 2 kpa Sangat lunak (very soft) 0 12.5 0 1.25 0 2 0 10 0 1000 Lunak (soft) 12.5 25 1.25 2.5 2 4 10 20 1000 2000 Gambar 1. Grafik hubungan antara void ratio dan waktu pemampatan Menengah (medium) 25 50 2.5 5. 4 8 20 40 2000 4000 Kaku (stiff) 50 100 5. 10. 8 15 40 75 4000 7500 Sangat kaku (very stiff) 100 200 10. 20. 15 30 75 150 A-402 7500 15000 Keras (hard) >200 >20. >30 >150 >15000 Konsolidasi Sekunder Pemampatan atau konsolidasi tanah yang telah dikenal di lapangan dibedakan atas pemampatan primar dan pemampatan sekunder. Kedua jenis pemampatan terjadi dalam waktu yang tidak bersamaan yaitu dimulai dengan pemampatan primer dan dilanjutkan dengan pemampatan sekunder. Pemampatan primer adalah pemampatan yang terjadi pada tanah akibat keluarnya air pori dari dalam pori tanah akibat adanya penambahan beban di permukaan tanah. Sedang pemampatan sekunder dapat didefinisikan sebagai pemampatan yang terjadi setelah pemampatan primer selesai, yang merupakan penyesuaian yang bersifat plastis butiran-butiran tanah. Seperti telah diketahui, bahwa pada akhir dari konsolidasi primer (setelah tekanan air pori sama dengan nol), penurunan masih terus terjadi sebagai akibat dari penyesuaian plastis butiran butiran tanah. Yang di atas telah disebutkan peristiwa ini adalah penurunan sekunder. Selama tahap penurunan ini berlangsung, hubungan kurva antara deformasi dan Ada banyak faktor yang mungkin mempengaruhi besar kecilnya pemampatan sekunder, beberapa dari faktor faktor tersebut belum dapat dimengerti dengan jelas (Mesri 1973). Perbandingan pemampatan sekunder terhadap pemampatan primer untuk suatu lapisan tanah dengan ketebalan tertentu adalah tergantung dari perbandingan antara penambahan tegangan ( p) dengan tegangan efektif awal (p). Apabila p/p kecil, perbandingan pemampatan sekunder dan primer adalah besar. METODELOGI PENELITIAN Penelitian ini adalah penelitian dengan metode eksperimen di laboratorium dengan melakukan serangkaian pengujian pada benda uji berupa tanah lempung. Tanah lempung ini berupa tanah lempung dengan berbagai variasi batas cair LL. Kemudian masing masing variasi batas cair (LL) tersebut dibuat lagi benda uji dengan berbagai macam kepadatan dari yang sangat lunak (very soft) sampai dengan yang kaku (stiff), untuk dites pemampatannya dengan alat uji konsolidasi yaitu Tes Odometer. Adapun diagram alir pelaksanaan penelitian dapat dilihat dalam gambar 2. Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Prasarana Wilayah 2009
Gambar 2. Diagram alir Pelaksanaan Penelitian ANALISA HASIL PENELITIAN Analisa Pengaruh Batas Cair LL Tanah Terhadap Besarnya indek pemampatan sekunder C Analisa pengaruh batas cair (LL) terhadap kecepatan pemampatan sekunder yang diwakili oleh indek pemampatan sekunder C digunakan regresi linier. Dalam hal ini yang perlu dianalisa adalah bagaimana pengaruh batas cair LL terhadap indek pemampatan sekunder C untuk kondisi beban konsolidasi tertentu dan konsistensi kekuatan tanah awal konsolidasi tertentu. Adapun regresi linier terhadap kondisi kondisi tersebut dapat dilihat dalam Gambar 3. Gambar 3. Hubungan C - LL, untuk tanah awal very soft sampai dengan stiff Dari Gambar 3 tersebut dapat dilihat untuk tanah dengan konsistensi awal very soft sampai dengan stiff diberikan beban konsolidasi mulai dari 0,5 kg/cm2 sampai dengan beban 4,0 kg/cm 2 didapat rata - rata koefisien determinasi (r2) adalah sebesar 0,9471 artinya bahwa variabel batas cair (LL) mempunyai kemampuan menjelaskan pengaruhnya terhadap nilai indek pemampatan sekunder C sebesar 94,71%, sedangkan sisanya 5,29% dijelaskan variable lain. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa batas cair memiliki kemampuan cukup besar untuk menjelaskan besar kecilnya indeks pemampatan sekunder C. Dari Gambar 3 tersebut nilai korelasi rata rata adalah r =0,9792, nilai korelasi r berada diantara 0,75 sampai dengan 1, artinya batas cair (LL) dengan indek pemampatan sekunder C memiliki hubungan yang sangat kuat. Oleh karena itu juga dapat disimpul, bahwa batas cair (LL) tanah memiliki pengaruh yang kuat terhadap kecepatan pemampatan sekunder. Hubungan yang kuat ditunjukkan dengan semakin besar nilai batas cair tanah (LL), maka semakin besar indek pemampatan sekunder C atau semakin besar kecepatan pemampatan sekunder. Analisa Pengaruh Konsistensi Kekuatan Awal Tanah Terhadap Besarnya indek pemampatan sekunder C Analisa pengaruh konsistensi awal tanah terhadap kecepatan pemampatan sekunder yang diwakili oleh indeks pemampatan sekunder C digunakan regresi linier. Dalam hal ini yang perlu dianalisa adalah bagaimana pengaruh Konsistensi Awal Tanah terhadap indek pemampatan sekunder C untuk kondisi beban konsolidasi P i tertentu dan batas Cair (LL) tertentu. Adapun regresi linier terhadap kondisi kondisi tersebut dapat dilihat dalam Gambar 4. ISBN 978-979-18342-1-6 A-403
Dari Gambar 4 tersebut dapat dilihat untuk tanah dengan batas cair LL 30%,63,5% dan 110,5% yang diberikan beban konsolidasi mulai dari 0,5 kg/cm2 sampai dengan beban 4,0 kg/cm 2 didapat rata - rata koefisien determinasi (r2) adalah sebesar 0,9471 artinya bahwa variabel batas cair (LL) mempunyai kemampuan menjelaskan pengaruhnya terhadap nilai indek pemampatan sekunder C sebesar 89,56%, sedangkan sisanya 10,43% dijelaskan variable lain. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa Konsistensi awal tanah memiliki kemampuan cukup besar untuk menjelaskan besar kecilnya indeks pemampatan sekunder C. Dari Gambar 4 tersebut nilai korelasi rata rata adalah r =0,9453, nilai korelasi r tersebut berada diantara 0,75 sampai dengan 1, artinya konsistensi awal tanah dengan indeks pemampatan sekunder C memiliki hubungan yang sangat kuat. Oleh karena itu juga dapat disimpulkan, bahwa konsistensi awal tanah memiliki pengaruh yang kuat terhadap kecepatan pemampatan sekunder. Hubungan yang kuat ditunjukkan dengan semakin besar konsistensi awal tanah, maka semakin besar indeks pemampatan sekunder C atau semakin besar kecepatan pemampatan sekunder. Analisa Pengaruh Beban Konsolidasi Terhadap Besarnya Indeks Pemampatan Sekunder C Analisa pengaruh beban konsolidasi terhadap kecepatan pemampatan sekunder yang diwakili oleh indek pemampatan sekunder C digunakan regresi linier non linier. Dalam hal ini yang perlu dianalisa adalah bagaimana pengaruh Beban Konsolidasi terhadap indek pemampatan sekunder C untuk kondisi Konsistensi tertentu dan batas Cair (LL) tertentu. Adapun regresi non linier terhadap kondisi kondisi tersebut dapat dilihat dalam Gambar 5. Gambar 5. Hubungan C - Pi, untuk tanah LL = 30%, 63.5%, 110,5% Gambar 4. Hubungan C - Cu o, untuk tanah LL = 30%, 63.5%, 110,5% Dari hasil pengamatan dalam Gambar 5 didapat hubungan yang kuat antara kenaikan beban dengan indeks pemampatan sekunder. Hubungan yang kuat tersebut tidak membentuk garis linier akan tetapi membentuk kurva dimana pada kenaikan beban indeks pemampatan sekunder C akan naik dan pada beban tertentu indek pemampatan sekunder C mencapai maksimum, pada beban selanjuntnya indeks pemampatan akan menurun. Kuat hubungan antar kenaikan beban konsolidasi dapat ditunjukkan oleh nilai korelasi rata r = 0,972 yang berada diantara keduanya berada antara 0,75 sampai 1. Dengan demikian dapat dibuktikan bahwa terdapat hubungan yang kuat antara kenaikan beban konsolidasi dengan indeks pemampatat sekunder. Hubungan tersebut adalah non linier, kenaikan beban konsolidasi akan menaikan indeks pemampatan sekunder, sampai pada beban tertentu indeks pemampatan akan maksimum selanjutnya kenaikan beban indeks pemampatan akan menurun. A-404 Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Prasarana Wilayah 2009
Analisa Hubungan Regresi Linier Tunggal Untuk Hubungan Rasio Indeks Pemampatan Sekunder dan Beban Konsolidasi (C /Pi) dengan angka pori awal konsolidasi ( e io ). Dari hasil penelitian lebih lanjut juga dapat dibuat hubungan antara rasio indeks pemampatan sekunder dan beban konsolidasi (C /Pi) dengan angka pori awal pembebanan konsolidasi ( e io ). Adapun hubungan (C /Pi) - ( e io ) untuk tiga batas cair tanah 110.475%, 63.5% dan 30 % dapat dilihat dalam gambar 6. Hubungan antara antara rasio indeks pemampatan sekunder dan beban konsolidasi (C /Pi) dengan angka pori awal pembebanan konsolidasi ( e io ) untuk batas cair tanah 110,475 %, (seperti dalam gambar 6) didapat kecenderungan bahwa semakin besar angka pori awal konsolidasi akan mendapatkan nilai (C /Pi) membesar atau sebaliknya. Hubungan tersebut didapat dengan koefisien determinasi r 2 = 0,707, artinya angka pori awal memiliki kemampuan menjelaskan besarnya indeks pemampatan 70,7%. Hubungan antara antara rasio indeks pemampatan sekunder dan beban konsolidasi (C /P i) dengan angka pori awal pembebanan konsolidasi ( e io ) untuk batas cair tanah 63,5 %, (seperti dalam gambar 6) didapat kecenderungan bahwa semakin besar angka pori awal konsolidasi akan mendapatkan nilai (C /P i) membesar atau sebaliknya. Hubungan tersebut didapat dengan koefisien determinasi r 2 = 0,834, artinya angka pori awal memiliki kemampuan menjelaskan besarnya indek pemampatan 83,4%. Hubungan antara antara rasio indeks pemampatan sekunder dan beban konsolidasi (C /P i) dengan angka pori awal pembebanan konsolidasi ( e io ) untuk batas cair tanah 30%, (seperti dalam gambar 6) didapat kecenderungan bahwa semakin besar angka pori awal konsolidasi akan mendapatkan nilai (C /P i) membesar atau sebaliknya. Hubungan tersebut didapat dengan koefisien determinasi r 2 = 0,778, artinya angka pori awal memiliki kemampuan menjelaskan besarnya indeks pemampatan 77,8%. Gambar 6. Hubungan Rasio C /Pi, e o, untuk tanah LL = 30%, 63.5%, 110,5% Dari regresi linier hubungan antara rasio indeks pemampatan sekunder dan beban konsolidasi (C /Pi) dengan angka pori awal pembebanan konsolidasi (e io ) untuk beberapa batas cair tanah kita dapat mengusulkan sebuah persamaan empiris sebagai berikut: C' /P i = (0,011e io -0,007), untuk LL = 110,475 %(4.1) C' /P i = (0,017e io -0,008), untuk LL = 63,5 % (4.2) C' /P i = (0,010e io -0,003), untuk LL = 30 % (4.3) Dimana P i adalah beban konsolidasi dalam satuan kg/cm 2, C adalah indek pemampatan sekunder, dan e io adalah angka pori awal. KESIMPULAN Dari hasil penelitian dan analisa terhadap hasil penelitian dapat dibuat beberapa kesimpulan sebagai berikut : 1. Dapat disimpulkan terdapat hubungan yang erat antara batas cair tanah (LL) dan indeks pemampatan sekunder (C ). dimana untuk berbagai beban konsolidasi (P i) yang tetap dan konsistensi tanah tetap didapat semakin besar batas cair tanah maka akan semakin besar pula indek pemampatan sekunder (C ). 2. Dapat disimpulkan terdapat hubungan yang erat antara konsistensi kekuatan awal tanah atau kuat geser undrained awal konsolidasi dan indeks pemampatan sekunder (C ). dimana untuk kondisi beban (P i) tetap dan batas cair (LL) tertentu kenaikan konsistensi tanah dari very soft sampai stiff, maka akan semakin kecil nilai indek pemampatan sekundernya (C ) demikian pula sebaliknya. Juga untuk kuat geser undrained tanah awal (Cu o ) semakin besar maka indeks pemampatan sekunder semakin kecil, demikian sebaliknya. 3. Dapat disimpulkan terdapat hubungan non linier terhadap kenaikan beban konsolidasi (P i) yang dinaikan secara bertahap, dimana untuk batas cair yang tetap dan konsistensi tetap didapat semakin besar kenaikan beban konsolidasi maka akan semakin besar pula indek pemampatan, akan tetapi pada beban tertentu indek pemampatan ISBN 978-979-18342-1-6 A-405
sekunder C mencapai puncaknya dan selanjutnya akan menurun. DAFTAR PUSTAKA [1] American Society for Testing and Material, 1980, Soil and Rock, Natural Buliding Stone. Annual Book of ASTM Standards, Vol.04,08:127-129,211-214,345-348,378-384 [2] Das, B.M.,1987, Advanced Soil Mechanics, Mc Graw Hill Int. Edit, New York. [3] Das, Braja M.,1985, Alih bahasa : Noor Endah dan Indrasurya B. Moctar, 1994,Mekanika tanah (Prinsip Prinsip Rekayasa Geoteknis), Jilid 1 dan 2, Penerbit Erlangga [4] Donald P. Caduto,1988, Geotechical Engineering : Priciples and Practices, Upper Saddle River, New Jersey [5] Mochtar, Indrasurya B M,2000, Teknologi Perbaikan Tanah dan Alternatif Perencanaan pada tanah bermasalah,jurusan Teknik Sipil FTSP ITS Surabaya A-406 Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Prasarana Wilayah 2009