1

KARAKTERISTIK TANAH LEMPUNG AKIBAT PERUBAHAN

KANDUNGAN KADAR AIR

Oleh :

Ir. A.A. Ketut Ngurah Tjerita, MSc.

NIP. 195312311986021003

PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS UDAYANA

2018

2

KATA PENGANTAR

Puji syukur saya panjatkan kehadapan Tuhan Yang Maha Esa /Ida

Sang Hyang Widhi Wasa, karena hanya berkat rahmat-Nya lah penulis dapat

menyelesaikan penelitian ini dengan judul Karakteristik Tanah Lempung

Akibat Perubahan Kandungan Kadar Air.

Kondisi tanah di-alam ini selalu mengalami perubahan volumetric

pada saat menerima siklus pembasahan dan pengeringan, terutama tanah

lempung . Pada saat siklus pembasahan vori tanah akan berkurang akibat

masuknya air kepori-pori tanah sehingga pada saat kadar air yang maksimum,

akan terjadi perubahan volume maksimum disebut kondisi tanah jenuh air

(saturated), dimana pada saat itu kekuatan tanah lempung hilang.

Penelitian ini bermaksud untuk memberikan gambaran tentang

mekanisme pengaruh siklus pembasahan dan pengeringan yang berakibat

terjadi nya kekuatan tanah lempung menurun/hilang pada saat pembasahan

dan naik / besar pada saat pengeringan yang berpengaruh pada stabilitas

konstruksi bangunan

Saya menyadari masih banyak sekali kekurangan dalam penelitian ini

dan tentunya masih jauh dari kata sempurna, untuk itu saya mengharapkan

saran dan kritik yang sifatnya membangun. Akhir kata saya mengucapkan

terimakasih kepada semua pihak yang telah mendukung saya dalam

menyusun penelitian ini .

Denpasar , September 2018

Penulis

3

KARAKTERISTIK TANAH LEMPUNG

AKIBAT PERUBAHAN KANDUNGAN KADAR AIR

ABSTRAK

Suatu pekerjaan eksperimen dilakukan untuk memperkirakan sifat

volumetric tiga tanah kaolinite, Marl (lempung, gampingan, lanau) dibawah

pengaruh perubahan kandungan kadar air akibat siklus pengeringan-

pembasahan. Pengukuran serentak kadar air dan perubahan volume dan

penggambarannya dalam bidang (e-u-w-sr) yang diberikan, untuk setiap nilai

Uc kondisi material lengkap dan dalam keadaan jenuh, untuk teknik

persiapan yang berbeda. Selain itu, perbandingan antara alur pengeringan-

pembasahan dan alur kompressi-dekompressi oedometrik atau isotrop

menunjukkan ekivalen antara pengaruh kapiler dan tegangan mekanikal.

I. PENDAHULUAN

Masalah yang dijumpai dalam perhitungan kosolidasi menurut teori

koonsolidasi, selalu memberi anggapan bahwa tanah dalam keadaan jenuh

sempurna. Pada kenyataannya tanah tidak selalu jenuh air. Penurunan

formula untuk tanah tidak jenuh air sangatlah kompleks dan sulit, namun

beberapa anggapan dan pendekatan untuk kemudian didekati dengan tanah

jenuh air nampaknya memberikan hubungan sampai pada kondisi batas susut

(shringkage limit) tanah yang bersangkutan. Percobaan experimental dengan

memberikan tekanan mekanik pada cendometer serta membandingkannya

dengan memberikan tekanan kapiler, yang berrarti membandingkan tekanan

dalam keadaan jenuh air dan tidak jenuh air.

Percobaan cedemeter yang secara klasik memberikan perameter indek

kompresi (Cc) ternyata hamper identik dengan parameter indek pengeringan

“Cc” dalam keadan tidak jenuh air.

Menurut Teori Terzaghi, besarnya tegangan efektif adalah ’ = - U;

U angka pori didalam fluida.

Dalam keadaan tidak jenuh sempurna maka ada tarikan air/suction

sehingga besarnya tegangan pori menjadi negative.

4

Tingkat besarnya tegangan pori negative ini menurut hukum

LAPLACE, bertalian erat dengan tegangan permukaan air yang dipengaruhi

oleh besarnya jari-jari butiran material. Semakin kecil jari-jari butiran, maka

semakin besar efek kapilaritasnya.

Para ahli pertanian juga mempelajari pengaruh kapilaritas dalam

kaitannya dengan kekuatan hisap tanah, yang didefinisikan dengan PF.

PF = log S = log Uc

S = kolom air dalam cm yang mampu dihisap

Uc = Ua – Uw

Beberapa riset tentang tanah tidak jenuh air oleh para ahli geoteknik

dan agronomi dimulai oleh : CRONEY 1960, COLEMAN 1961,

VERBRUGGE 1974, TESSIER 1979, DANIEL 1983, yang diikuti dengan

membandingkan percobaan cedometer sebagai tekanan mekanik oleh

JENNINGS 1960, BLIGHT 1966, BISHOP 1963, BORDEN 1969,

FREDLUND 1977, sehingga BISHOP memberikan persamaan tegangan

efektif menjadi :

’ = ( - Ua) + X Uc

dan oleh Mohr-Coulomb, diekspresikan sebagai :

= C’ + ( - Va) tg ’ + (Uc) tg b

Percobaan yang dilakukan disini merupakan pendekatan dalam

penelitian terhadap bahan kaolonite, lanau, dan marls (lempung gampingan)

pada saat menerima siklus pengeringan (drainage) dan pembasahan

(humidification) dengan menempatkan material, ke dalam alat percobaan.

II. BAHAN DAN HASIL PERCOBAAN

II.1 Peralatan Yang Digunakan serta Bahan Percobaan.

5

Percobaan yang dilakukan pada tanah tidak jenuh air yaitu dengan

melakukan pengurangan tekanan air, Uw atau menaikkan tekanan udara, Ua.

Cara pertana yang dapat dilakukan pada alat tensiometer dimana air dalam

keadaan ditarik dibandingkan udara, dalam tekanan atmosfir. Namun cara ini

hanya sampai tekanan + 10 KPa.

Contoh dimasukkan ke dalam desikator dengan garam basah di dalamnya

seperti pada tabel berikut dibawah ini :

Cairan Basah Dari Tekanan Kapiler

CUSO4, 5Hzo 1,6 Mpa

ZnSO4, 7Hzo 12,6 Mpa

Kcl, 22,4 Mpa

NaCl, 22,1 Mpa

Na NO2, 60,3 Mpa

Ca Clz, HzO 58, 5 Mpa

HzSO4 (dzi, 81) 398,1 Mpa

Cara kedua dengan memberikan tekanan udara sehingga memberikan

tekanan Uc, dengan memperhatikan kemampuan membrane dalam menahan

tekanan udara sehingga hanya sejumlah air tertentu saja yang dapat keluar.

Untuk membrame kaca kasar dapat mencapai tekanan 20 KPa dan dengan

membrame “Cellulisique Visking” dapat mencapai 1.500 KPa. Untuk tekanan

kapiler > 1500 KPa dipakai cara yang ketiga, yaitu dengan menempatkan

contoh pada desikator dengan kelembaban tertentu yang karena adanya

cairan garam basah didalamnya, sehingga uap kelembahan tersebut membawa

tekanan yang dapat diekspresikan menurut hukum KELVIN.

KT ln P’ / P – 2.A.M / R

M = masa molekuoler

= berat isi

A = tegangan tarik

K = konstanta BOLTSZMANN

T = temperature

6

P & P = tekanan uap liquit, masing-masing untuk di atas permukaan datar

dan diatas permukaan bulat dengan jari-jari R

II. 2 Persiapan Contoh Terganggu

Contoh yang terganggu disxediakan berupa pasta dengan kadar air

awal 1,2 s/d 1,5 kali dari batas cairnya. Untuk tanah kaolinite dikonsolidasi

melalui pengeringan sebagian di dalam tabung sampai harga Uc = 1500 KPa

atau melalui batas maksimum denga memaksiumumkan kedalam oven sampai

dengan nilai Uc = 1000 KPa.

III. HASIL DAN DISKUSI

III. 1 Perbandingan Percobaan Pengeringan dan Pembasahan dan

Kompressi Oedometer.

Kurva 1 dan 2 dalam grafik menunjukkan pengeringan dan

pembasahan digambar dalam skala angka pori dan logaritma tegangan kapiler

Uc, dan dilain pihak kompresi dan dikompresi tekanan oedometer dan

tekanan isotrop terhadap contoh kaolinite dan lempung gampingan fungsi

tegangan rata-rata.

P = (2’ + 23

’ ) / 3

Dalam tes oedometer tegangan ’3 = Ko ’

1 dihitung setelah harga Ko’

diukur, untuk lempung gampingan terkonsolidasi normal Ka = 0,3 dan untuk

kaolinite dengan menggunakan rumus JAKY Ko = 0,5. Kondisi awal kedua

bahan tersebut adalah sama artinya kadar air 1,2 – 1,5 batas cair.

Dapat dinyatakan bahwa pada kondisi jenuh kurva pengeringan dan

pembasahan mempunyai alur yang sama pada kurva oedometer dan isotrop

melebihi tekanan prakonsolidasi atau batas elastis, kurva menunjukkan linier

yang menandakan suatu kondisi tidak reversible dimana dapat ditentukan

indek pengeringan. Dalam kondisi elastic didefinisikan sebagai indek

pembasahan. Untuk kedua bahan tanah tersebut garisnya selaluo parallel,

sehingga indek yang koresponden sama.

Untuk tegangan yang sama diberikan, angka pori pada oedometer

terletak lebih kecil atau sama dengan angka pori pengeringan, sedangkan

untuk tekanan isotrop memberikan nilai lebih besar.

7

Pada kondisi dimana contoh dalam kondisi jenuh air, kenaikkan

tegangan maupun kenaikkan tekanan kapiler menunjukkan penurunan angka

pori yang sama, sehingga jika melihat teori BISHOP yang menyatakan

tekanan efektif tergantung dari tekanan air pori atau tekanan kapilernya, serta

pengaruhnya terhadap perubahan volume, yaitu dengan menyatakan x = 1

untuk tanah jenuh sempurna Sr = 1000x.

LANAU LEMPUNG

GAMPINGAN KAOLINNITE

Dolomitet Kaolinite

Calcite 48-68% 100%

Mineral Anhydrite + Gipa

19-22%

Lempung 16-

21%

Granulometri

< 80 m 98% 90 – 95% 100 %

< 2 13% 5 – 10% 75%

D60 / D10 27 4 11

Limit Atterberg

WL 27% 34 – 36% 20%

WP 20% 21-24% 30%

IP 7% 13% 31%

Specific gravity 2,70 2,75 2,65

- Kaolinite yang digunakan merupakan tepung yang kemudian dibuat pasta.

- Lempung gampingan (Marls) yang tersementasi sangat kuat pada kondisi

aslinya digunakan dalam keadaan sudah terganggu maupun tidak

terganggu.

- Lanau yang cukup plastis.

8

Gambar 1. Perbandingan pengeringan – pembasahan (m) dan alur kompressi

dan dekompressi oedometer (A) atau tekanan isotrop (e) untuk kaolinit jenuh

sempurna

Gambar 2 Perbandingan antara pengeringan-pembasahan (m) dan alur

kompresi-dejinioressu iedineter (A) untuk lempung gampingan jenuh

sempurna.

III.2 Pengaruh Keadaan Asli Tanah

9

Ketiga contoh tanah dipresentasikan seperti gambar 3, 4, 5. Keadaan

asli tanah terganggu dalam bentuk pasta jenuh dengan kadar air 1,2-1,5 kali

batas cair. Setelah itu melewati masa pengeringan dan kemudian

pembasahan. Harus dicatat bahwa perubahan volume sangat dipengaruhi oleh

tekanan kapiler. Juga terlihat tidak ada kurva histeristis untuk angka pori

fungsi kadar air dan derajad saturasi fungsi kadar air, namun histerit is terjadi

pada kurva hubungan antara angka pori (e) dan derajat saturasi (sr) fungsi

dari tekanan kapiler. Hal ini menunjukkan bahwa pada kondisi awal,

hubungan antara angka pori dan kadar air tidak tergantung pada alur

pengeringan dan pembasahan berikutnya, tekanan kapiler tertentu tanah

masih dalam keadaan jenuh. Kenyataan menunjukkan pada saat pengeringan,

bahwa pada tekanan kapiler 26 KPa untuk lanau, 500 KPa untuk lempung

gampingan dan 900 KPa untuk kaolinite sebagai titik dimana udara masuk

dalam tanah.

Ketiga tanah menunjukkan kurva yang identik namun pada interval

tekanan pori tertentu besarnya angka pori berlainan. Sebagai contoh untuk

tanah lanau, angka pori (e) bervariasi 0,8 – 0,6 lempung gamping 0,9 pada

saat tekanan kapiler melampaui batas dari 0,1 KPa s/d 12000 MPa.

Hasil tersebut dapat dijelaskan dengan sebuah model kapiler yang

kaku, ditempatkank secara tegak. Seandainya tinggi contoh relative lebih

tinggi dibandingkan tarikan kapiler terhadap air, maka niveau air akan

terstabilisasi pada ketinggian tertentu menurut hukum JURIN.

Hmax = 2A cos / u r

u = berat isi air

Jika Hmax lebih tinggi dari H contoh, maka akan terjadi proses saturasi dan

keseimbangan terjadi melalui pengaturan sudut kontak yang besarnya

sehingga :

Uc = u H = 2A cos / r

Oleh karena itulah, kenaikkan tegangan kapiler tidak langsung secara cxepat

mengubah proses ketidak jenuhan contoh tanah namun yang pertama-tama

terjadi variasi sudut kontak, a dan sebelum air berpindah. Kenyataan sujdut

keseimbangan statis terletak antara dua harga yaitu min dan max

10

berhubungan pada relative beberapa phase satu ke yang lain. Dengan

melakukan pengeringan, perpindahan air terjadi pada saat tekanan kapiler

lebih besar dari ;

(Uc)max = 2 A Cos min / r

Pada pembasahan, perpindahan air dapat terjadi jika ;

(Uc)min = 2 A Cos max / r

Dapat diamati dari model elementer tersebut di atas, bahwa adanya

kondisi tekanan kapiler dimana contoh tetap jenuh, kondisi ini yang

tergantung interaksi solid liquid ukuran pori, dan hubungan antara tekanan

kapiler dan kejenuhan yang menunjukkan adanya histeritis.

III.3 Pengaruh Ketergantungan Tanah Lempung Gampingan.

Percobaan pengeringan dan pembasahan telah dilaksanakan terhadap

lempung gampingan belum terganggu dengan kadar air awal 6,2%. Hasil

percobaan terlihat pada gambar 5 bersamaan waktu dengan hasil terhadap

contoh terganggu dengan Wi = 40%.

Dalam segala tekanan kapiler, menunjukkan bahwa angka pori tanah

tak terganggu berada dibawah tanah terganggu pada Uc=105 KPa. Variasi

angka pori tak terganggu e = 0,22 sedangkan tanah terganggu e = 0,56.

Perbedaan ini diakibatkan adanya ikatan yang cukup kuat dan kondisi awal

yang sangat padat.

Perbandingan terhadap batas susut menunjukkan bahwa pengaruh

gangguan tanah memberikan batas susut yang berbeda. Untuk tanah

terganggu batas susut tercapai pada kadar air 17%, sedangkan untuk tanah tak

terganggu batas susut hanya sebesar 4%.

Dalam pengamatan menunjukkan bahwa derajat saturasi 100% masih

dapat dipertahankan pada tekanan kapiler 30% MPa untuk tanah tak

terganggu sedangkan untuk tanah terganggu hanya pada tekanan kapiler 400

KPa.

11

Gambar 3. Gambaran global dari pengeringan (s) pembasahan () siklus pada

kaolinite Wi = 1,5W1

Gambar 4. Gambaran global dari pengeringan € alur pada lanau

STERREBEEK (W1 = 1,2 W1)

12

Gambar 5. Gambaran Global pengeringan (m) pembasahan € siklus terganggu

(Wi = 1,2 WL) dan pengeringan sebagian () pembasahan (v) alur pada

lempung gampingan tak terganggu (Wi = 6,2%)

Gambar 6. Hubungan angka pori dan tekanan kapiler serta angka pori fungsi

kadar air pada alur pengeringan Lempung Gampingan WL= 34% WP= 21%

IV. KESIMPULAN

13

Percobaan yang disampaikan dalam makalah ini memberikan

pengertian global keadaan tanah pada saat menerima siklus pengeringan dan

pembasahan.

Dalam proses pembasahan dan pengeringan dapat diamati kondisi

derajat saturasinya dan sekaligus batas susutnya. Kondisi tanah awal dalam

keadaan telah terganggu maupun belum terganggu menunjukkan perubahan

angka pori yang berbeda pada saat menerima tekanan pori yang sama.

Percobaan pengeringan dan pembasahan dibandingkan dengan

percobaan tekanan mekanik dengan oedometer kompresi dan dekompresi

menunjukkan equivalen, indek kompresinya pada saat tanah jatuh. Perubahan

volumenya hanya tergantung tegangan efektif ’ = - Uw. Dimana hal ini

menunjukkan bahwa unsur dan Uw yang berperan dalam perubahan

volume.

Acknowledgment

Terima kasih diucapkan kepada M.BIAREZ, M. FLEUREAU yang memberi

kesempatan untuk menggunakan laboratorium dalam riset ini di Ecole

Centrale Paris.

DAFTAR PUSTAKA

14

Andre S. (1977), Proprietes hidrauliques et mecaniques des sols non satures

Revue Francaise de Geotechnique No.2 pp 51-78

Bishop A.W dan Blight G.E (1963), Some Aspects of Effectives Stress in

Saturated and Unsaturated Soils, geotechnique, val 13. Pp.177-197

Croney D dan Coleman J.D. (1960), Pore Pressure and suction in Soil

Conference on Pore Pressure and suction in soil (British Nasional/Soc,

of soil Mechanics), Butterworth, London pp.31-37.

Fredlund D.G dan Morgenstern N.R (1977), Stress state variables for

unsaturated soils. Journal of the Geotechnical Division, Proceedings

of the ASCE, Vol 103. GT.5 pp. 447-465

Soepandji Budi (1986), Contribution a “t” etude des propieetes mecaniques

des marnes et argiles soumises a’des fortes pression. These presentee

a Ecole Centrale de Paris, sountenue le 27 juin 1986. Pour obtenir le

grade de docteur.

Tessier D dan Berruer J. (1979), Utilisation de la microscopie electronique a

balayage dans l’etude des sols. Sience du sol, bulletin de-1’A.F.E.S,

no.1 pp.67-82.

Wignyodarsono S.L. (1985) Etude de laction des Surfactante surles

proprieties hidrauliques et mecaniques des Argiles These presentee a’

l’Ecole Centrale de Paris, soutenue le 2 juilet 1985 pour obtenir le

grade de Docteur0-Ingenieur.

15

16