METODE PENGUJIAN HUBUNGAN ANTARA KADAR AIR DAN KEPADATAN PADA CAMPURAN TANAH SEMEN 1. Ruang Lingkup a. Metode ini meliputi pengujian untuk mendapatkan hubungan antara kadar air dan kepadatan pada campuran tanah-semen yang dipadatkan sebelum hidrasi semen; b. Metode pengujian terdiri dari metode A dan volume dan metode B, menggunakan cetakan dengan volume 944 cm3 dan penumbuk seberat 2,49 kg dengan tinggi jatuh 304,8 mm; c. Metode A, digunakna untuk material tanah 100% lewat saringan no. 4 (4,75 mm), metode B, digunakan untuk material tanah lewat saringan 19,00 mm tetapi ada sebagian yang tertahan pada saringan no. 4 (4,75 mm). 2. Acuan Metode ini mengacu pada standar tersebut di bawah ini : ASTM D-558-1994 : Standard Test Method for Moisture Density Relations of Soil-Cement Mixtures 1. 3. Penggunaan Metode ini menentukan kadar air optimum dan kepadatan maksimum yang digunakan untuk pembuatan contoh-contoh benda uji dalam ASTM D 559 dan D 560. 4. Prinsip Menetapkan kadar air optimum serta kepadatan maksimum dari campuran tanah-semen melalui melalui pemadatan beberapa campuran dengan kadar air yang berbeda. Pemadatan dilakukan di dalam cetakan standar dipadatkan dengan penumbuk standar dengan energi pemadatan yang standar pula. 5. Peralatan a. Cetakan Cetakan berupa silinder dengan kapasitas (944 ± 11) cm 3 dan diameter dalam (101,60 ± 0,41) mm, sesuai Gambar 1; cetakan dilengkapi leher yang dibuat dari bahan yang sama dengan tinggi 63,5 mm; cetakan dapat berupa tipe belah yang terdiri dari dua potongan setengah bulat dan potongan pipa dengan satu sisi belah tegak lurus keliling pipa dan dapat dikunci secara kuat membentuk silinder tertutup dengan ukuran seperti di atas; pasangan cetakan dan leher dapat diikatkan secara kuat kepada dasar yang dapat dilepas. b. Penumbuk : 1) Penumbuk manual Terdiri dari logam yang mempunyai potongan bundar dengan diameter (50,80 ± 0,13) mm berat (2,49 ± 0,01) kg dilengkapi dengan selubung untuk mengatur tinggi jatuuh secara bebas setinggi (304,8 ± 1,6) mm di atas elevasi tanah-semen; selubung harus sedikitnya mempunyai empat buah lubang udara pada masing-masing ujung yang berdiameter tidak kurang dari (9,5 ± 1,6) mm dengan porosnya tegak lurus satu sama 1
lain, berjarak 19 mm dari kedua ujung; selubung harus cukup longgar sehingga penubuk dapat jatuh bebas. 2) Penumbuk mekanis Alat penumbuk mekanis dari logam dengan diameter (50,80 ± 0,13) mm dan berat fabrikasi (2,49 ± 0,01) kg; berat operasi penumbuk mekanik harus ditentukan dengan kalibrasi dengan metode ASTM D. 2168; penumbuk harus mempunyai kelengkapan yang mengatur tinggi jatuh bebas (304,8 ± 1,6) mm dari atas elevasi tanah-semen. 3) Permukaan Penumbuk Permukaan penumbuk dapat diganti dengan yang berbentuk juring dengan diameter lingkaran (101,60 ± 0,41) mm namun harus mempunyai luas sama dengan luas penumbuk yang berbentuk lingkaran; penumbuk dengan penampang juring tidak boleh digunakan untuk memadatkan benda uji dengan cara ASTM D. 559, kecuali bila pengujian-pengujian yang lalu pada tanah yang sejenis menghasilkan nilai kekuatan dan ketahanan terhadap pembasahan dan pengeringan mirip dengan bila dipadatkan penumbuk bulat. c. Alat pengeluar benda uji Berupa dongkrak atau alat lain yang dirancang untuk tujuan mengeluarkan benda uji dari cetakan. d. Timbangan Timbangan dengan kapasitas 11,3 kg dan ketelitian 0,005 kg serta timbangan kapasitas 1000 gram dan ketelitian 0,1 gram. e. Oven Pengering Oven yang dilengkapi pengatur suhu yang dapat mempertahankan suhu pada (110 ± 5) C dilengkapi dengan pengatur suhu. f. Besi perata, dari logam panjang 30 cm. g. Saringan, ukuran 75 mm; 19 mm dan no. 4 (4,75 mm). h. Alat pengaduk, sendok, spatula dan talam. I. Wadah bulat dan rata diameter 305 mm dan dalam 50 mm. j. Cawan untuk pemeriksaan contoh kadar air. k. Pisau panjang untuk memotong benda uji dengan memotong di atas cetakan. 6. Benda Uji Penyiapan benda uji dapat dilakukan dalam dua metode yaitu : a. Metode A Benda uji terdiri dari campuran tanah yang lolos saringan No. 4 (4,75 mm) dan semen dengan kadar air bervariasi. b. Metode B Benda uji terdiri dari campuran tanah yang lolos saringan 19,0 mm dari yang lolos 19,0 mm harus ada bagian yang tertahan No. 4 (4,75 mm); dalam pembuatan benda uji bagian yang tertahan No. 4 (4,75 mm) harus dibuat dalam kondisi kering permukaan jenuh. 2
7. Hubungan Kadar Air Kepadatan a. Penentuan kadar air dan berat isi kering harus dihitung dengan rumus pasal 11; berat is kering tanah-semen dalam gram/cm 3 harus diplot sebagai ordinat dan kadar air yang sesuai sebagai absis. b. Kadar Air Optimum. Bila kepadatan dan kadar air dari tanah-semen telah ditentukan dan diplot seperti yang dinyatakan dalam 7.a., akan dapat dibuat garis lengkung; kadar air pada puncak garis lengkung tersebut dinamai kadar air optimum campuran tanah-semen dengan metode pemadatan seperti yang akan diuraikan; c. Kepadatan Maksimum Berat isi kering dalam gram/cm3 pada kadar air optimum disebut kepadatan maksimum. 8. Ketelitian dan Kebiasaan a. Ketelitian Data sedang dikumpulkan oleh Subkomite untuk penyiapan pernyataan tentang ketelitian metode ini. Sampai dengan pernyataan dikeluarkan pada pemakai dapat menggunakan metode pengujian ASTM D 698 yang diharapkan mempunyai ketelitian yang sama. b. Untuk pengujian ini tidak ada nilai referensi yang diterima, maka dari itu bias tidak dapat ditentukan. 9. Metode A Menggunakan material lolos saringan No. 4 (4,74 mm). a. Persiapan Benda Uji 1) Siapkan contoh uji dengan memecahkan gumpalan tanah sehingga dapat lolos saringan No. 4 (4,75 mm) dengan suatu cara yang tidak menyebabkan butir aslinya pecah, kalau untuk pemecahan tersebut perlu pengeringan, dapat dilakukan dengan pengeringan udara atau menggunakan alat pengering asal suhunya tidak lebih 60 C. 2) Timbang contoh tanah yang mewakili seberat kira-kira 2,7 kg atau lebih dari tanah yang telah disiapkan dalam utir 9.a. 1) untuk dibuat campuran tanah semen. b. Prosedur 1) Tambahkan semen yang direncanakan sesuai ASTM C 150 C 595 pada tanah dan aduk sampai terlihat warnanya seragam. 2) Bila perlu tambahkan air minum yang dapat diminum sampai kira-kira 4 atau 6% di bawah kadar air optimum perkiraan dan aduk terus sampai merata; pada kadar air ini, untuk tanah plastis, bila digenggam dengan telapak tangan akan membentuk gumpalan, yang bila diberi sedikit tekanan dengan ibu jari akan pecah; untuk tanah non plastis akan tampak menggumpal. 3) Apabila tanah terdiri dari lempung berat, tumbuk campuran tanah, semen dan air tersebut pada wadah yang dalamnya 50 mm menggunakan penumbuk tangan sesuai 3
dengan butir 5. b.; biarkan selama 5 sampai dengan 10 menit supaya terjadi absorpsi yang sempurna dari campuran tanah-semen tersebut. 4) Setelah waktu tersebut, gemburkan campuran tanpa memecahkan butir-butirnya sampai secara visual lolos saringan no. 4 (4,75 mm) lalu diaduk lagi. 5) Cetak benda uji dengan memadatkan suatu campuran tanah semen yang telah disiapkan dalam cetakan silinder dengan leher terpasang, dalam tiga lapis dengan tebal yag sama sehingga tebal seluruhnya 130 mm; setiap lapis dipadatkan dengan 25 kali tumbukan dengan tinggi jatuh lepas 304,8 mm di atas elevasi tanah-semen bila digunakan penumbuk jenis selubung, atau ketinggian 304,8 mm di atas elevasi setiap lapisan padat terakhir bila digunakan penumbuk jenis terpasang tetap; tumbukan harus diatur merata di seluruh permukaan benda uji; selama pemadatan cetakan harus diletakkan di atas landasan yang kuat yang dapat dibuat dari balok beton seberat tidak kurang dari 91 kg dan diletakkan pada dasar yang stabil. 6) Setelah selesai pemadatan, lepaskan leher, potong dan ratakan permukaan yang menonjol di atas cetakan secara hati-hati dengan pisau dan batang perata kemudian ditimbang. 7) Hitung berat tanah dengan cetakan dikurangi berat cetakan dalam gram, lalu dibagi dengan 942,95 cm 3, catat sebagai berat isi basah (γ m) dari campuran tanah-semen padat dalam gram/cm 3. 8) Keluarkan benda uji dari cetakan dan iris secara vertikal melalui tengah-tengahnya; ambil contoh yang mewakili material tidak kurang dari 100 gram dari seluruh ketinggian muka irisan; timbang segera dan masukkan dalam oven (110 ± 5) C tidak kurang dari 12 ajm atau sampai beratnya konstan; 9) Hitung kadar airnya denga n rumus 1) dalam butir 11; ini adalah kadar air tanahsemen padat. 10) Dengan hati-hati gemburkan sisa material yang belum ditumbuk sampai menurut penglihatan mata sudah lolos saringan No. 4, dan tambahkan semua sisa campuran setelah diambil contoh kadar air. 11) Tambahkan lagi air secukupnya untuk menaikkan kadar air tanah-semen dengan satu atau dua persen di atas kadar air yang ada kemudian aduk dan ulangi prosedur sesuai dengan butir 9.b.5) sampai dengan 9.b.11) untuk setiap penambahan kadar air. 12) Teruskan rangkaian pengujian ini sampai tidak terjadi penurunan atau tidak terjadi lagi perubahan pada berat isinya dalam gram/cm 3. Prosedur ini telah terbukti memuaskan dalam banyak kasus. Namun untuk tanah yang mempunyai sifat mudah pecah dan jelas-jelas butirnya pecah karena pemadatan yang berulang-ulang, maka setiap pemadatan dalam cetakan harus digunakan tanah baru. Untuk memperkecil hidrasi semen pengujian harus dilakukan secara cepat dan menerus sampai selesai. 10. Metode B Menggunakan material lolos saringan ¾ (19,0 mm). 10.1 Persiapan Benda uji 1) Siapkan contoh untuk pengujian dengan memisahkan agregat yang tertahan saringan No. 4 (4,75 mm) dan pecahkan gumpalan-gumpalan tanah agar lolos saringan No. 4 dengan cara yang tidak menyebabkan butir-butir aslinya pecah; bila perlu keringkan contoh tanah sampai mudah pecah; pengeringan dapat dilakukan dengan 4
pengeringan udara atau dapat menggunakan alat pengering yang suhunya tidak melebihi 60 C. 2) Saring tanah yang disediakan dengan saringa 75,0 mm, 19,0 mm, dan no. 4 (4,75 mm); buang material yang tertahan saringan 75 mm; hitung persentase material (terhadap berat kering oven) yang tertahan saringan 19,0 mm dan saringan No. 4; pada umumnya spesifikasi konstruksi tanah-semen menggunakan batas gradasi maksimum 75 mm. 3) Jenuhkan material tanah yang lewat saringan 19 mm tetapi tertahan no. 4 dengan merendam di dalam air minum; kondisikan material menjadi kering permukaan jenuh seperti yang dibutuhkan untuk pengujian nanti. 4) Pilih dan rawat contoh yang mewakili tanah yang lolos saringan no. 4, serta contoh yang lewat saringan 19 mm tetapi tertahan saringan no. 4 yang sudah kering permukaan jenuh sehingga berat keduanya kira-kira 4,99 kg atau lebih; persentase dari (berat kering oven) material lewat saringan 19,0 mm tetapi tertahan saringan no. 4 harus sama dengan persentase yang lewat saringan 75 mm tetapi tertahan no. 4 pada tanah asli. 10.2 Prosedur 1) Tambahkan semen ke dalam tanah yang lolos saringan no. 4; banyaknya semen sesuai ASTM C. 150 atau ASTM D. 595, yaitu yang dibutuhkan contoh yang telah disiapkan pada pasal 10.a.4); aduk tanah dan semen tersebut baik-baik sampai warnanya merata. 2) Kalau diperlukan tambahkan air ke campuran tanah-semen, beri kesempatan air terdispersi seperti diuraikan metode A sub pasal 9.b.2) sampai dengan sub pasal 9.b.4); setelah itu tambahkan material kering permukaan jenuh pada campuran tanah-semen lolos saringan no. 4 tersebut dan aduk lagi baik-baik. 3) Cetak benda uji di dalam cetakan dengan leher terpasang dengan dipadatkan, kemudian dipotong rata terhadap cetakan dan ditimbang seperti metoda A dalam sub pasal 9.b.5) dan 9.b.6); pada waktu pemotongan, buang tanah yang menonjol di cetakan, perbaiki ketidakteraturan permukaan dengan menambal menggunakan sisa material yang halus, dan ratakan kembali dengan pisau perata. 4) Timbang dan hitung berat isi campuran tanah-semen seperti metode A 9.b.7). 5) Keluarkan contoh dari cetakan dan hitung kadar air sesuai dengan sub pasal 9.b. 8) dan 9. b. 9) tetapi irisan untuk kadar air harus kira-kira 500 gram; hitung kadar airnya; 6) Dengan hat-hati pecahkan sisa material yang tidak dipadatkan seperti pada 10.a. 1) dan secara visual paling sedikit 90% gumpalan tanah harus lolos saringan no. 4 (4,57 mm), kemudian tambahkan sisa tanah yang sudah diambil contoh kadar airnya; 7) Tambahkan sejumlah air untuk menaikkan kadar air 1 sampai 2 persen; kemudian diaduk dan ulangi sub pasal 10.b.3) sampai dengan sub pasal 10. b. 6). 8) Teruskan rangkaian pengujian ini sampai tidak terjadi penurunan atau tidak terjadi lagi perubahan berat isi. 11. Perhitungan Hitung kadar air (W) dan berat isi (γ d) dengan rumus : Kadar air (W) = [(A-B) / (B-C) x 100........................................ (1) Berat isi (γ d) = [γ m / (W + 100)] x 100...................................... (2) Dengan pengertian : W adalah dalam persen 5
A adalah berat cawan berisi tanah basah (gram) B adalah berat cawan berisi tanah kering (gram) C adalah berat cawan (gram) γ d adalah berat isi kering tanah padat (gram/cm 3 ) γ m adalah bera isi basah tanah padat (gram/cm 3 ) 12. Laporan Laporan pengujian dicatat dalam formulir yang tersedia dengan mencantumkan ikhwal sebagai berikut : a. Identitas contoh; 1) nomor contoh; 2) asal contoh; 3) tipe dan kadar semen; 4) tanggal pembuatan dan pengujian. b) Laboratorium atau instansi yang melakukan pengujian : 1) nama pelaksana penguji; 2) nama penanggung jawab pengujian; 3) tanggal pengujian. c. Hasil pengujian : 1) grafik hubungan antara kepadatan dengan kadar air; 2) kadar air optimum; 3) kepadatan maksimum. d. Kelainan dan kegagalan selama pengujian. LAMPIRAN A (informatif) DAFTAR ISTILAH Pengeluar benda uji : extruder Berat isi kering : dry density Cetakan : mold Leher : collar Alat penumbuk : rammer Besi perata : straigtedge Wadah : container Pisau : butcher knife Air minum : portable water Garis derajat kejenuhan 100% : zero air voids line Kering permukaan jenuh : saturated surface-dry Juring : sector 6
LAMPIRAN B (informatif) CONTOH FORMULIR ISIAN Lampiran Surat/Tanggal :.................. Dikerjakan :.................. Nomor Contoh :.................. Dihitung :.................. Pekerjaan :................. Berat tanah semen basah Kadar air mula (%) Penambahan air (%) Penambahan air (cc). Berat Isi : Berat tanah + semen + cetakan Berat cetakan (gr) Berat tanah semen basah (gr) Isi cetakan (cm 3 ) Berat isi basah (gr/cm 3 ) Berat isi : γm γ d = x100 100 + w Kadar air Berat semen basah + cawan (gr) Berat kering + cawan (gr) Berat air (gr) Berat cawan (cm 3 ) Berat tanah semen kering (gr) Kadar air (%) (gr) Penanggung jawab (..................) 7
LAMPIRAN C (normatif) GAMBAR DAN GRAFIK Gambar 1 Cetakan silinder 8
Grafik 1 Kadar air - Berat isi kering campuran tanah - semen 9
Daftar Isi Daftar Isi...i 1. Ruang Lingkup... 1 2. Acuan... 1 3. Penggunaan... 1 4. Prinsip... 1 5. Peralatan... 1 6. Benda Uji... 2 7. Hubungan Kadar Air Kepadatan... 3 8. Ketelitian dan Kebiasaan... 3 9. Metode A... 3 10. Metode B...4 10.1 Persiapan Benda uji... 4 10.2 Prosedur... 5 11. Perhitungan... 5 12. Laporan... 6 LAMPIRAN A (informatif) Daftar Istilah... 6 LAMPIRAN B (informatif) Contoh Formulir Isian... 7 LAMPIRAN C (normatif) Gambar dan Grafik... 8 i