studi perubahan karakteristik fisik, mekanik dan dinamik...

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6

1

Abstrak— Secara alami tanah di lapangan mengalami

proses siklus pembasahan dan pengeringan yang terjadi pada

daerah beriklim tropis seperti Indonesia, sehingga

mengakibatkan tanah akan mengalami perubahan volume tanah

akibat perubahan kadar air. Suatu lereng di desa Jombok –

Ngantang – Malang mengalami penurunan tanah secara

signifikan selama 3 tahun terakhir. Tercatat penurunan terjadi

pada musim penghujan Februari 2009, Februari 2010 dan 2011

tanah turun sedalam ± 3m, ± 2m, dan ± 1m. Tujuan penelitian ini

mempelajari pengaruh perubahan musim (perubahan kadar air)

terhadap karakteristik tanah yaitu fisik, mekanik dan dinamik

tanah dengan proses siklus pembasahan (dimodelkan 1x siklus

pembasahan). Definisi proses siklus pembasahan yaitu

prosentase penambahan air ditentukan dari penjumlahan antara

kadar air awal (Wi) dengan persentase kadar air dikalikan

dengan selisih antara kadar air jenuh dengan kadar air awal

(Wsat – Wi) sebesar 25%, 50%, 75%, dan 100%. Analisis kurva

yang ditinjau adalah hubungan antara parameter tanah yaitu

hubungan antara .kadar air dengan parameter sifat fisik,

mekanik dan dinamik. Parameter fisik dan mekanik diuji dengan

alat laboratorium untuk pengujian volumetry gravimetry,

triaksial, dan tegangan air pori negatif sedangkan parameter

dinamik tanah diuji dengan Elemen Bender. Hasil penelitian

menunjukkan bahwa pengaruh proses pembasahan

membuat parameter kadar air (Wc), derajat kejenuhan

(Sr) meningkat karena proses pembasahan. Untuk

parameter kohesi (Cu) dan berat volume kering (γd) pada

kedalaman 6m, 7m, 13m menurun karena proses

pembasahan tetapi pada pembasahan 75% akan

mengalami kenaikan kembali, namun pada kedalaman 8m

9m 10m 16m dan 20m akan mengalami kenaikan

kenaikan pada proses pembasahan tetapi pada

pembasahan 50% akan mengalami penurunan kembali.

Berdasarkan tes analisa saringan dan hidrometer

menunjukkan bahwa tanah pada kedalaman 6m dan 9m

memiliki prosentase pasir yang lebih dominan, sedangkan

pada kedalaman 7m , 8m, 9m, 10m, 13m, 16m dan 20m

prosentase lanau lebih dominan.

Kata Kunci—kadar air, Ngantang-Malang, Parameter fisik,

mekanik dan dinamik, Siklus pembasahan, Tanah tidak

terganggu

I. PENDAHULUAN

ECARA ilmiah tanah di lapangan mengalami proses siklus

pembasahan dan pengeringan yang terjadi pada daerah

beriklim tropis seperti Indonesia, sehingga mengakibatkan

tanah akan mengalami perubahan volume tanah akibat

perubahan kadar air.

Lokasi penelitian ini terletak di desa Jombok Ngantang,

Kabupaten Malang Km 33-34, daerah tersebut merupakan

daerah yang sering mengalami titik rawan longsor

(Suarasurabaya.net). Menurut Kepala Desa setempat,

peristiwa ini berawal pada bulan (Februari, 2009), waktu itu

musim penghujan yang membuat tanah sekitar Desa Jombok

longsor dari ketinggian lereng ± 12 meter. Sehingga elevasi

jalan yang dulunya rata ketinggiannya dengan rumah

penduduk mengalami kelongsoran dan patahan pada lereng,

kurang lebih dalam sebulan patahan tanah pertama turun

sekitar 3 meter, kedua turun sekitar 2 meter (Februari, 2010)

dan ketiga turun sekitar 1 meter (2011).

Proses siklus pembasahan di laboratorium untuk dilakukan

dengan cara menentukan kadar air yang diperoleh pada contoh

tanah tidak terganggu (undisturbed). Kadar air tanah inilah

yang dijadikan acuan untuk proses pembasahan pada

pengujian fisik tanah (berat volume tanah, kadar air, berat

volume kering tanah, derajat kejenuhan, porositas, angka pori,

specific gravity, Atterberg Limit), mekanik tanah (kohesi,

sudut geser dalam, tegangan air pori negatif) dan dinamik

tanah (modulus geser, menggunakan Elemen Bender).

Selanjutnya proses membasahi contoh tanah yaitu prosentase

penambahan air ditentukan dari penjumlahan antara kadar air

awal (Wi) dengan persentase kadar air dikalikan dengan

selisih antara kadar air jenuh dengan kadar air awal (Wsat –

Wi) sebesar 25%, 50%, 75%, dan 100%.

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Sifat Tanah

Tanah secara umum mempunyai 2 (dua) sifat utama,

yaitu sifat fisis dan sifat mekanis.

Sifat Fisis Tanah

Sifat fisis tanah yaitu sifat yang berhubungan

dengan elemen penyusunan massa tanah yang ada,

misalnya volume tanah, kadar air, dan berat tanah.

Dalam keadaan tidak jenuh, tanah terdiri dari 3 (tiga)

bagian yaitu butiran padat (solid), bagian air (water),

dan bagian udara (air). Keberadaan materi air dan

udara biasanya menempati pada ruangan antara

butiran/pori pada massa tanah tersebut. Ilustrasi

STUDI PERUBAHAN KARAKTERISTIK FISIK,

MEKANIK DAN DINAMIK TERHADAP SIKLUS

PEMBASAHAN PADA TANAH LERENG DENGAN

KEDALAMAN 5-20M DI NGANTANG – MALANG Aburizal Fathoni Asbi, Abraham Tertiadi, dan Ria Asih Aryani Soemitro, Trihanyndio Rendy Satrya.

Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)

Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111

E-mail: [email protected] [email protected]

S

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]


2

untuk memahami susunan elemen pada massa tanah

dapat diasumsikan seperti gambar 2.1 berikut (Das,

1998).

Gambar 2.1 (a) Elemen tanah dalam keadaan asli,

(b) Tiga fase elemen tanah

(Sumber : Braja M. Das 1988)

Pada gambar 2.1 (a) memperlihatkan elemen tanah

yang mempunyai volume V dan W, sedang gambar 2.1

(b) memperlihatkan hubungan berat dan volume tanah

dalam tiga fase yang dipisahkan (butiran padat, air dan

udara). Berat udara dianggap sama dengan nol.

Hubungan volume yang umum dipakai untuk suatu

elemen tanah adalah sebagai berikut :

1. Angka pori (e) adalah perbandingan volume rongga

(Vv) dengan volume butiran (Vs), yang dinyatakan

dalam bentuk desimal.

2. Porositas (n) adalah perbandingan antara volume

rongga (Vv) dengan dengan volume total (Vt),

dinyatakan dalam desimal atau persen tetapi dalam

desimal lebih diutamakan.

3. Kadar air (Wc) adalah perbandingan antara berat air

(Ww) dengan berat butiran (Ws) dalam tanah tersbut,

dinyatakan dalam persen.

4. Berat volume tanah) adalah perbandingan antara

berat tanah total (Wt) dengan volume tanah total (Vt).

5. Berat volume kering (γd) adalah perbandingan antara

berat butiran (Ws) dengan volume tanah total (Vt).

6. Berat volume butiran padat (γs) adalah perbandingan

antara berat butiran padat (Ws) dengan volume

butiran padat (Vs).

7. Derajat kejenuhan (Sr) adalah perbandingan antara

volume air (Vw) dengan volume rongga pori (Vv)

yang dinyatakan dalam persen. Apabila jarak dari

derajat kejenuhan dinyatakan dalam 0% - 100%,

maka 0% (tanah tersebut kering) dan 100% (tanah

tersebut jenuh).

8. Specific Gravity (Gs) perbandingan antara berat

volume butiran padat (γs) dengan berat volume air

(Vw) pada temperatur 40 C.

B. Sifat Mekanis Tanah.

Sifat mekanis tanah merupakan sifat perilaku dari

struktur massa tanah pada dikenai suatu gaya atau

tekanan yang dijelaskan secara teknis mekanis.

Parameter kekuatan tanah terdiri dari :

Kohesi (c), yaitu gaya tarik antara butiran tanah yang

tergantung pada jenis tanah dan kondisi kerapatan

butir.

Bagian butiran yang bersifat gesekan tergantung pada

tekanan efektif bidang geser terhadap sudut geser

dalam (Ø) yang terbentuk.

Tegangan air pori negatif (-Uw), ditentukan dengan

menggunakan kurva kalibrasi kertas filter Whatman

no. 42.

Kuat geser undrained adalah kuat geser tanah yang

mengalami kondisi undrained.

III. PETUNJUK TAMBAHAN

Gambar 2.2 Strength Envelope Tanah Lempung Dalam

Keadaan Undrained

(Sumber : Braja M. Das 2002)

C. Sifat Dinamis Tanah

Alat uji Elemen Bender pertama kali di

perkenalkan oleh Shirley dan Hampton (1977), cara

bekerja alat ini cukup sederhana dan tercatat cukup baik

mengitung modulus geser tanah pada regangan rendah

(small strain shear modulus) yakni melalui pengukuran

kecepatan perambatan gelombang geser yang melalui

sampel tanah.

Dengan alat Elemen Bender, kecepatan gelombang

geser, Vs dapat diukur. Persamaan 2.6 digunakan untuk

menghitung Vs.

Vs= ……………..…………………………………(2.6)

Dimana L adalah jarak efektif atau panjang sampel

tanah. Sedangkan t adalah waktu tempuh yang

diperlukan oleh gelombang geser untuk merambat di

tanah. Kemudian dengan menggunakan persamaan 2.7,

maka modulus geser maksimum (Gmaks) dapat

ditentukan.

Gmaks=ρ.V2 .............................................................(2.7)

Dimana :

ρ = kerapatan masa tanah (gr/cm3)

V= kecepatan rambat gelombang geser (cm/dtk)

III. METODOLOGI PENELITIAN

A. Pendahuluan

Penelitian ini bersifat eksperimental yang dilakukan di

Laboratorium Mekanika Tanah Teknik Sipil – ITS.

Menggunakan benda uji dari contoh tanah tidak terganggu di

daerah Ngantang Malang, dengan kedalaman -5 m sampai -20

m. Pengujian dilakukan untuk mengetahui perubahan

parameter karakteristik fisik, mekanik dan dinamik tanah

akibat siklus pembasahan.


3

.

Gambar 3.1 Diagram Alir Tahapan Pengujian

B. Proses Pembasahan

Proses pembasahan dilakukan secara bertahap berdasarkan

presentase penambahan kadar air . Presentase penambahan air

ditentukan dari penjumlahan antara kadar air awal (Wi)

dengan persentase kadar air dikalikan dengan selisih antara

kadar air jenuh dengan kadar air awal ( Wsat – Wi). Pada

proses pembasahan, benda uji dengan kondisi inisial

dijenuhkan secara bertahap dengan penambahan air hingga

mencapai jenuh 100%. Untuk pengukuran tegangan air pori

negatif, kertas filter tipe Whatman No. 42 diletakkan pada 1/3

tinggi benda uji. Dalam hal ini kertas filter diletakkan pada

benda uji triaksial (Elemen Bender).

IV. ANALISA DAN HASIL PENELITIAN

A. Pengujian Sifat Fisik

Pengujian sifat fisik yang dilakukan meliputi berat

jenis, konsistensi, kadar air, analisa saringan dan

hidrometer. Sifat fisik yang diperoleh sebagai berikut :

1) Uji Berat Jenis

Pengujian berat jenis (specific gravity) dilakukan

dengan menggunakan standar uji ASTM D 854-72. Nilai

specific gravity (Gs) yang diperoleh akan membantu dalam

mengklasifikasikan jenis tanah yang diuji. Hasil dari

percobaan adalah sebagai berikut :

Tabel 4.1 Nilai Berat Jenis Tiap Kedalaman Kondisi

Inisial

Kedalaman

(m)

Berat kering (d)

(gr/cm3)

Berat Tanah (t)

(gr/cm3)

Berat Jenis

(GS)

-6 0,825 1,487 2,615

-7 0,723 1,359 2,589

-8 0,727 1,337 2,502

-9 0,676 1,233 2,506

-10 0,654 1,255 2,574

-13 0,680 1,365 2,621

-16 0,776 1,301 2,628

-20 0,775 1,355 2,520

Gambar 4.1 Grafik Hubungan Spesific Gravity (Gs) dengan

Kedalaman (m) Pada Kondisi Inisial

(Sumber : Hasil Penelitian)

Abraham Tertiadi

Aburizal Fathoni Asbi

Abraham dan Aburizal


4

2) Berat Volume Kering

Gambar grafik hubungan berat volume kering (γd)

dengan kedalaman,ditampilkan sebagai berikut.

Gambar 4.2 Grafik Hubungan Berat Volume Kering (γd)

dengan Kedalaman (m) Pada Kondisi Inisial


3) Kadar Air ( Wc ) dan Derajat Kejenuhan ( Sr )

Pengujian kadar air berdasarkan standar uji ASTM D

2216-71 yang bertujuan untuk air terhadap tanah asli.

Tabel 4.2 Nilai Kadar Air dan Derajat Kejenuhan Tiap

Kedalaman

Kedalaman

(m)

Kadar Air Derajat

Kejenuhan

Inisial Inisial

-6 80,14 83,84

-7 87,99 89,29

-8 83,84 86,25

-9 82,39 76,70

-10 91,94 80,66

-13 101,35 88,88

-16 67,62 75,17

-20 74,69 80,24


4) Angka pori dan Atterberg limit

Dengan diketahuinya harga-harga batas cair (LL),

batas plastis (PL) dan batas kerut (SL), maka sifat-sifat

plastisitas dari tanah yang bersangkutan dapat diketahui.

Tanah yang mempunyai harga plastisitas indek

(IP = LL-PL) .

Tabel 4.3 Angka pori dan Atterberg limit

Kedalaman

(m)

Angka

Pori

Atterberg Limit

Inisial LL PL IP

-6 2,504 58,90 50,12 8,78

-7 2,534 45,12 37,69 7,43

-8 2,450 70,03 64,60 5,43

-9 2,711 66,66 54,88 11,78

-10 2,938 51,57 48,26 3,31

-13 3,055 85,11 69,99 15,12

-16 2,347 66,33 48,84 17,49

-20 2,347 47,99 35,17 12,82

5) Nilai Kohesi dan Modulus Elastisitas

Perbandingan modulus elastisitas dengan

kedalaman,ditampilkan pada tabel sebagai berikut :

Tabel 4.4 Kohesi dan Modulus Elastisitas

Kedalaman

(m)

Kohesi (Cu)

(kg/cm2)

Modulus Elastisitas

(E) (kN/m2)

Inisial Inisial

-6 0,37 2166,12

-7 0,38 1915

-8 0,40 2046,53

-9 0,49 2504,58

-10 0,48 2166,12

-13 0,51 2962,59

-16 0,56 2051,59

-20 0,63 1808,58

6) Nilai Modulus Geser Maksimum dan Tegangan Air

Pori Negatif Tiap Kedalaman

Perbandingan modulus geser maksimum dengan

kedalaman,ditampilkan pada tabel sebagai berikut :

Tabel 4.5 Modulus Geser Maksimum dan Tegangan

Air Pori Negatif

Kedalaman

(m)

Modulus Geser

Maksimum

(Gmax) (kPa)

Tegangan Air Pori

Negatif (-Uw)

(kPa)

Inisial Inisial

-6 82266,44 52902,95

-7 72931,54 48057,97

-8 68643,97 24672,17

-9 52554,91 6000,71

-10 55240,48 864,67

-13 60156,58 22867,82

-16 58047,82 1213,15

-20 65816,02 113,62


5

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

768084889296100

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

2.20 2.30 2.40 2.50 2.60 2.70 2.80

B

Wc (%) Gs

70.00

75.00

80.00

85.00

90.00

95.00

100.00

768084889296100

C

70.00

75.00

80.00

85.00

90.00

95.00

100.00

2.20 2.30 2.40 2.50 2.60 2.70 2.80

D

Wc (%)

Sr (%)

Gs

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

768084889296100

Inisial Pembasahan 25%Pembasahan 50% Pembasahan 75%Pembasahan 100%

E0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

2.20 2.30 2.40 2.50 2.60 2.70 2.80

F

Cu

Kedalaman 6 m

ϒd

(gr/cm3)

Wc (%) Gs

A

7) Grafik Hubungan Parameter

Gambar 4.3 Grafik Hubungan Antara Parameter Fisik Pada

Kedalaman 6 m


Analisa Grafik A

Grafik A adalah kurva hubungan antara kadar air

dengan berat volume kering pada kondisi inisial dan

pembasahan di kedalaman 6 m.

Pada kondisi kadar air inisial memiliki nilai berat

volume kering sebesar 0,747gr/cm3 dengan kadar

air 80,14%.

Pada kondisi pembasahan 25% memiliki nilai berat

volume kering sebesar 0,724 gr/cm3 dengan kadar

air 84,01%.



air 88,85%.



air 91,23%.

Pada kondisi pembasahan 100% memiliki nilai

berat volume kering sebesar 0,709 gr/cm3 dengan

kadar air 96,31%.

Dengan bertambahnya kadar air maka, perbandingan

berat tanah padat dengan volume tanah menghasilkan

nilai berat volume kering akan berkurang, jika

volume tanah lebih besar dari berat tanah padat.

Tetapi pembasahan 100% akan naik kembali.

Analisa Grafik B

Grafik B adalah kurva hubungan specific gravity

dengan berat volume kering pada kondisi inisial dan

pembasahan di kedalaman 6m.

Pada kondisi kadar air inisial memiliki nilai berat

volume kering sebesar 0,747 gr/cm3 dengan specific

gravity sebesar 2,615.


volume kering sebesar 0,724 gr/cm3 dengan specific



volume kering sebesar 0,709 gr/cm3 dengan

specific gravity sebesar 2,537.


volume kering sebesar 0,674 gr/cm3 dengan



berat volume kering sebesar 0,709 gr/cm3 dengan


Analisa Grafik C

Grafik C adalah kurva hubungan antara kadar air

dengan derajat kejenuhan pada kondisi inisial dan


Pada kondisi kadar air inisial memiliki nilai derajat

kejenuhan sebesar 83,84% dengan kadar air

80,14%.


derajat kejenuhan sebesar 84,67% dengan kadar air

84,01%.



88,85%.



91,23%.



96,31%.

Dengan bertambahnya kadar air maka, nilai derajat

kejenuhan akan terus bertambah.

Analisa Grafik D

Grafik D adalah kurva hubungan specific gravity

dengan derajat kejenuhan pada kondisi inisial dan

pembasahan di kedalaman 6m.

Pada kondisi kadar air inisial memiliki nilai derajat

kejenuhan sebesar 83,84% dengan specific gravity

sebesar 2,615.


derajat kejenuhan sebesar 84,67% dengan specific












6

Analisa Grafik E

Grafik E adalah kurva hubungan antara kadar air

dengan nilai kohesi pada kondisi inisial dan


Pada kondisi kadar air inisial memiliki nilai kohesi

sebesar 0,374 kg/cm2 dengan kadar air 80,14%.


kohesi sebesar 0,300 kg/cm2 dengan kadar air

84,01%.



88,85%.



91,23%.



96,31%.

Dengan bertambahnya kadar air maka, perbandingan

berat tanah padat dengan volume tanah menghasilkan

nilai berat volume tanah akan berkurang, sehingga

nilai kohesi pun berkurang.

Analisa Grafik F

Grafik F adalah kurva hubungan specific gravity

dengan kohesi pada kondisi inisial dan pembasahan di

kedalaman 6 m.

Pada kondisi kadar air inisial memiliki nilai kohesi

sebesar 0,374 kg/cm2 dengan specific gravity

sebesar 2,615.


kohesi sebesar 0,300 kg/cm2 dengan specific









kohesi sebesar 0,175 kg/cm2dengan specific


KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari studi yang teah dilakukan, maka dapat diambil

beberapa kesimpulan sebagai berikut :

1 Untuk hubungan berat volume kering dengan kadar air

yang terlihat adalah nilai berat volume kering yang

semakin kecil apabila nilai kadar air bertambah karena

jika volume tanah lebih besar dari berat tanah padat akan

menghasilkan berat volume kering yang semakin kecil,

seiring dengan penambahan proses pembasahan tapi pada

suatu titik akan kembali naik.

2 Untuk hubungan derajat kejenuhan dengan kadar air yang

terlihat adalah dengan proses pembasahan maka nilai

derajat kejenuhan dan nilai kadar air akan bertambah.

3 Untuk hubungan kohesi dengan kadar air yang terlihat

adalah nilai kohesi yang semakin kecil apabila nilai kadar

air bertambah seiring dengan penambahan proses

pembasahan.

5.2 Saran

Berikut ini saran-saran untuk pengembangan

penelitian selanjutnya :

1. Setelah pengambilan contoh tanah dari lapangan sebaiknya

segera mungkin dilakukan pengujian parameter-parameter

tanah di laboratorium agar kondisi tanah tidak berubah

akibat faktor suhu yang berbeda.

2. Pada proses pembasahan sebaiknya benda uji disimpan

dalam tempat yang kedap udara dan air yang keluar di

masukkan kembali

UCAPAN TERIMA KASIH

Aburizal Fathoni Asbi dan Abraham Tertiadi mengucapkan

Puji Syukur kehadirat ALLAH SWT atas segala rahmat dan

karunia-Nya. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada

kedua orang tua dan dosen pembimbing penulis atas segala

bimbingan dan waktunya.

DAFTAR PUSTAKA

Bowles, J.E.1991.Sifat-sifat Fisis dan Geotkenis Tanah,

Erlangaa, Jakarta.

Das, Braja M., (translated by Mochtar N.E, and Mochtar I.B.).

1985. Mekanika Tanah (Prinsip-prinsip

Rekayasa Geotekni) Jilid I, Erlangga, Jakarta.

Fredlund, D.G. and Rahardjo, H. 1993. Soil Mechanics for

Unsaturated Soils, Balkema. Rotterdam.

Hardiyatmo, H.C. 1992. Mekanika Tanah, PT. Gramedia

Pustaka Utama, Jakarta.

Hardiyatmo, H.C. 2001. Prinsip-prinsip Mekanika Tanah dan

Soal Penyelesaiannya,

PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta.

Panjaitan, S.R.N. 2000. Pengaruh Siklus Pengeringan dan

Pembasahan Terhadap Karakteristik Kuat

Tekan Tanah Mengembang yang Distabilisasi

dengan Fly Ash, Tesis S2, Pasca Sarjana, ITS,

Surabaya.

Smith, M.J. dan Madyayanti, I.E. 1992. Seri Pedoman

Godwin, Mekanika Tanah, Erlangga, Jakarta.

Terzaghi, K. and Peck R.B. 1967. Soil Mechanics in

Engineering Practice, 2nd edition, Erlangga,

Jakarta

Wesley, L.D. and Irfan, T.Y. 1997. Classification of residual

soil. Chap. 2 In Blight, G.E. (ed) ―Mechanics of

residual soils‖, ISSMFE (TC 25). Balkema.

studi perubahan karakteristik fisik, mekanik dan dinamik...

Documents