II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Tanah

1. Definisi Tanah

Tanah didefinisikan sebagai material yang terdiri dari agregat (butiran)

mineral-mineral padat yang tidak tersementasi (terikat secara kimia) satu

sama lain dan dari bahan-bahan organik yang telah melapuk (yang

berpartikel padat) disertai dengan zat cair dan gas yang mengisi ruang-

ruang kosong diantara partikel-partikel padat tersebut (Das, 1995).Tanah

(soil) menurut teknik sipil dapat didefinisikan sebagai sisa atau produk

yang dibawa dari pelapukan batuan dalam proses geologi yang dapat

digali tanpa peledakan dan dapat ditembus dengan peralatan pengambilan

contoh (sampling) pada saat pemboran (Hendarsin, 2000).

Bowles (1991), tanah adalah campuran partikel-partikel yang terdiri dari

salah satu atau seluruh jenis berikut :

a. Berangkal (boulders), yaitu potongan batuan yang besar, biasanya

lebih besar dari 250 mm sampai 300 mm. Untuk kisaran ukuran 150

mm sampai 250 mm, fragmen batuan ini disebut sebagai kerakal

(cobbles) atau pebbes.

6

b. Kerikil (gravel), yaitu partikel batuan yang berukuran 5 mm sampai

150 mm.

c. Pasir (sand), yaitu batuan yang berukuran 0,074 mm sampai 5 mm.

Berkisar dari kasar (3 mm sampai 5 mm) sampai halus (< 1mm).

d. Lanau (silt), yaitu partikel batuan yang berukuran dari 0,002 mm

sampai 0,074 mm.

e. Lempung (clay), yaitu partikel mineral yang berukuran lebih kecil

dari 0,002 mm.

f. Koloid (colloids), partikel mineral yang berukuran lebih kecil dari

0,001 mm.

2. Komposisi Tanah

Tiga fase elemen tanah seperti ditunjukkan dalam Gambar 2.1.

Gambar 2.1. Tiga Fase Elemen Tanah

7

Hubungan volume-berat :

V = Vs + Vv = Vs + Vw + Va

Dimana :

Vs = volume butiran padat

Vv = volume pori

Vw = volume air di dalam pori

Va = volume udara di dalam pori

Apabila udara dianggap tidak memiliki berat, maka berat total dari

contoh tanah dapat dinyatakan dengan :

W = Ws +Ww

Dimana :

Ws = berat butiran padat

Ww = berat air

Hubungan volume yang umum dipakai untuk suatu elemen tanah adalah

angka pori (void ratio), porositas (porosity) dan derajat kejenuhan

(degree of saturation) sebagai berikut ini :

a. Angka Pori

Angka pori atau void ratio (e) adalah perbandingan antara volume

pori dan volume butiran padat, atau :

𝐞 =𝑽𝒗

𝐕𝐬

b. Porositas

Porositas atau porosity (n) adalah perbandingan antara volume pori

dan volume tanah total, atau :

8

𝐧 =𝑽𝒗

𝐕

c. Derajat Kejenuhan

Derajat kejenuhan atau degree of saturation (S) adalah perbandingan

antara volume air dengan volume pori, atau :

𝐒 =𝑽𝒘

𝐕𝐯

Hubungan antara angka pori dan porositas dapat diturunkan dari

persamaan, dengan hasil sebagai berikut :

𝒆 =𝑽𝒗

𝑽𝒔=

𝒏

𝟏 − 𝒏

𝒏 =𝒆

𝟏 + 𝒆

d. Kadar Air

Kadar air atau water content (w) adalah perbandingan antara berat air

dan berat butiran padat dari volume tanah yang diselidiki, atau :

𝐰 =𝑾𝒘

𝐖𝐬

e. Berat Volume

Berat volume (γ) adalah berat tanah per satuan volume, atau :

𝛄 =𝑾

𝐕

f. Berat Spesifik

Berat spesifik atau Spesific gravity (Gs) adalah perbandingan antara

berat satuan butir dengan berat satuan volume.

𝑮𝒔 =𝜸𝑺

𝜸𝑾

9

3. Batas-Batas Konsistensi Tanah

Seorang ilmuwan dari Swedia yang bernama Atterberg berhasil

mengembangkan suatu metode untuk menjelaskan sifat konsistensi tanah

berbutir halus pada kadar air yang bervariasi, sehingga batas konsistensi

tanah disebut dengan batas-batas Atterberg. Kegunaan batas-batas

Atterberg dalam perencanaan adalah memberikan gambaran secara garis

besar akan sifat-sifat tanah yang bersangkutan. Bilamana kadar airnya

sangat tinggi, campuran tanah dan air akan menjadi sangat lembek.

Tanah yang batas cairnya tinggi biasanya mempunyai sifat teknik yang

buruk yaitu kekuatannya rendah, sedangkan kompresibilitas tinggi

sehingga sulit dalam hal pemadatannya. Oleh karena itu, atas dasar air

yang dikandung tanah, tanah dapat diklasifikasikan ke dalam empat

keadaan dasar, yaitu : padat, semi padat, plastis dan cair, seperti yang

ditunjukkan dalam Gambar 2.2.

Gambar 2.2. Batas-Batas Atterberg

a. Batas cair (LL) adalah kadar air tanah antara keadaan cair dan

keadaan plastis.

b. Batas plastis (PL) adalah kadar air pada batas bawah daerah plastis.

10

c. Indeks plastisitas (PI) adalah selisih antara batas cair dan batas plastis,

dimana tanah tersebut dalam keadaan plastis, atau :

PI = LL – PL

Indeks plastisitas (PI) menunjukkan tingkat keplastisan tanah. Apabila

nilai indeks plastisitas tinggi, maka tanah banyak megandung butiran

lempung. Klasifikasi jenis tanah menurut Atterberg berdasarkan nilai

indeks plastisitas dapat dilihat pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1. Hubungan Nilai Indeks Plastisitas dengan Jenis Tanah

IP Jenis Tanah Plastisitas Kohesi

0 Pasir Non Plastis Non Kohesif

< 7 Lanau Rendah Agak Kohesif

7 - 17 Lempung Berlanau Sedang Kohesif

> 17 Lempung Murni Tinggi Kohesif

Sumber : Bowles, 1989.

4. Klasifikasi Tanah

Sistem klasifikasi tanah adalah suatu sistem pengaturan beberapa jenis

tanah yang berbeda-beda tetapi mempunyai sifat yang serupa ke dalam

kelompok dan subkelompok berdasarkan pemakaiannya. Sistem

klasifikasi memberikan suatu bahasa yang mudah untuk menjelaskan

secara singkat sifat-sifat umum tanah yang sangat bervariasi tanpa

penjelasan yang terinci (Das, 1995).

11

Sistem klasifikasi dimaksudkan untuk menentukan dan

mengidentifikasikan tanah dengan cara sistematis guna menentukan

kesesuaian terhadap pemakaian tertentu dan juga berguna untuk

menyampaikan informasi tentang karakteristik dan sifat-sifat fisik tanah,

serta mengelompokkannnya berdasarkan suatu kondisi fisik tertentu dari

tanah tersebut dari suatu daerah ke daerah lain dalam bentuk suatu data

dasar.

Sistem klasifikasi tanah yang ada mempunyai beberapa versi, hal ini

disebabkan karena tanah memiliki sifat-sifat yang bervariasi. Adapun

beberapa metode klasifikasi tanah yang ada antara lain :

a. Klasifikasi Tanah Berdasarkan Tekstur

Departemen Pertanian AS telah mengembangkan suatu sistem

klasifikasi ukuran butir melalui prosentase pasir, lanau dan lempung

yang digambar pada grafik segitiga Gambar 2.3.

Cara ini tidak memperhitungkan sifat plastisitas tanah yang

disebabkan adanya kandungan (baik dalam segi jumlah dan jenis)

mineral lempung yang terdapat dalam tanah. Untuk dapat menafsirkan

ciri-ciri suatu tanah perlu memperhatikan jumlah dan jenis mineral

lempung yang dikandungnya.

Sistem ini relatif sederhana karena hanya didasarkan pada sistem

distribusi ukuran butiran tanah yang membagi tanah dalam beberapa

kelompok, yaitu :

Pasir : Butiran dengan diameter 2,0 – 0,05 mm,

12

Lanau : Butiran dengan diameter 0,05 – 0,02 mm.

Lempung : Butiran dengan diameter lebih kecil dari 0,02 mm.

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 00

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100 0

10

30

40

50

60

70

80

90

100

Prosentase pasir

Prosentase lanau

Pro

sent

ase

lem

pung

Lempung

Lempung

berlanau

Tanah liat

berlempung

Tanah

liat

Pasir

Tanah liat

berpasirPasir

bertanah

liat

Tanah liat

berlanau

Lanau

Lempung

berpasir

Tanah liat

dan lempung berpasir

Tanah liat

dan lempung

berlanaur

2

0

Sumber : Braja M. Das (1998)

Gambar 2.3. Klasifikasi Tanah Berdasarkan Tekstur

b. Sistem Klasifikasi Tanah Unified (Unified Soil Classification System/

USCS)

Sistem klasifikasi tanah unified atau Unified Soil Classification

System (USCS) diajukan pertama kali oleh Prof. Arthur Cassagrande

pada tahun 1942 untuk mengelompokkan tanah berdasarkan sifat

teksturnya dan selanjutnya dikembangkan oleh United State Bureau of

Reclamation (USBR) dan United State Army Corps of Engineer

(USACE). Kemudian American Society for Testing and Materials

13

(ASTM) memakai USCS sebagai metode standar untuk

mengklasifikasikan tanah. Menurut sistem ini tanah dikelompokkan

dalam tiga kelompok yang masing-masing diuraikan lebih spesifik

lagi dengan memberi simbol pada setiap jenis (Hendarsin, 2000),

yaitu :

1) Tanah berbutir kasar, yaitu tanah yang mempunyai prosentase

lolos ayakan No.200 < 50 %.

Klasifikasi tanah berbutir kasar terutama tergantung pada analisa

ukuran butiran dan distribusi ukuran partikel. Tanah berbutir

kasar dapat berupa salah satu dari hal di bawah ini :

a) Kerikil (G) apabila lebih dari setengah fraksi kasar tertahan

pada saringan No. 4.

b) Pasir (S) apabila lebih dari setengah fraksi kasar berada

diantara ukuran saringan No. 4 dan No. 200.

2) Tanah berbutir halus, adalah tanah dengan persentase lolos

ayakan No. 200 > 50 %.

Tanah berbutir ini dibagi menjadi lanau (M). Lempung Anorganik

(C) dan Tanah Organik (O) tergantung bagaimana tanah itu

terletak pada grafik plastisitas.

3) Tanah Organis

Tanah ini tidak dibagi lagi tetapi diklasifikasikan dalam satu

kelompok Pt. Biasanya jenis ini sangat mudah ditekan dan tidak

mempunyai sifat sebagai bahan bangunan yang diinginkan.

14

Tanah khusus dari kelompok ini adalah peat, humus, tanah

lumpur dengan tekstur organis yang tinggi. Komponen umum dari

tanah ini adalah partikel-partikel daun, rumput, dahan atau bahan-

bahan yang regas lainnya.

Tabel 2.2. Sistem Klasifikasi Tanah Unified

Jenis Tanah Simbol Sub Kelompok Simbol

Kerikil

Pasir

Lanau

Lempung

Organik

Gambut

G

S

M

C

O

Pt

Gradasi Baik

Gradasi Buruk

Berlanau

Berlempung

WL<50%

WL>50%

W

P

M

C

L

H

Sumber : Bowles, 1989.

Keterangan :

W = Well Graded (tanah dengan gradasi baik),

P = Poorly Graded (tanah dengan gradasi buruk),

L = Low Plasticity (plastisitas rendah, LL<50),

H = High Plasticity (plastisitas tinggi, LL> 50).

15

Tabel 2.3. Sistem Klasifikasi Tanah USCS

Tan

ah b

erbuti

r kas

ar≥

50%

buti

ran

tert

ahan

sar

ingan

No. 200

Ker

ikil

50%

≥ f

raksi

kas

ar

tert

ahan

sar

ingan

No. 4

Ker

ikil

ber

sih

(han

ya

ker

ikil

)

GW

Kerikil bergradasi-baik dan

campuran kerikil-pasir, sedikit

atau sama sekali tidak

mengandung butiran halus

Kla

sifi

kas

i ber

das

arkan

pro

senta

se b

uti

ran h

alus

; K

ura

ng d

ari 5%

lolo

s sa

ringan

no.2

00:

GM

,

GP

, S

W, S

P. L

ebih

dar

i 1

2%

lolo

s sa

ringan

no.2

00 :

GM

, G

C, S

M, S

C. 5%

- 1

2%

lolo

s

sari

ngan

No.2

00 :

Bat

asan

kla

sifi

kas

i yan

g m

empunyai

sim

bol dobel

Cu = D60 > 4

D10

Cc = (D30)2 Antara 1 dan 3

D10 x D60

GP

Kerikil bergradasi-buruk dan

campuran kerikil-pasir, sedikit

atau sama sekali tidak

mengandung butiran halus

Tidak memenuhi kedua kriteria untuk

GW K

erik

il d

engan

Buti

ran h

alus GM

Kerikil berlanau, campuran

kerikil-pasir-lanau

Batas-batas

Atterberg di

bawah garis A

atau PI < 4

Bila batas

Atterberg berada

didaerah arsir

dari diagram

plastisitas, maka

dipakai dobel

simbol GC

Kerikil berlempung, campuran

kerikil-pasir-lempung

Batas-batas

Atterberg di

bawah garis A

atau PI > 7

Pas

ir≥

50%

fra

ksi

kas

ar

lolo

s sa

ringan

No. 4

Pas

ir b

ersi

h

(han

ya

pas

ir) SW

Pasir bergradasi-baik , pasir

berkerikil, sedikit atau sama

sekali tidak mengandung butiran

halus

Cu = D60 > 6

D10

Cc = (D30)2 Antara 1 dan 3

D10 x D60

SP

Pasir bergradasi-buruk, pasir

berkerikil, sedikit atau sama sekali tidak mengandung butiran

halus

Tidak memenuhi kedua kriteria untuk SW

Pas

ir

den

gan

buti

ran

hal

us

SM Pasir berlanau, campuran pasir-

lanau

Batas-batas

Atterberg di

bawah garis A

atau PI < 4

Bila batas

Atterberg berada

didaerah arsir

dari diagram

plastisitas, maka

dipakai dobel

simbol SC

Pasir berlempung, campuran

pasir-lempung

Batas-batas

Atterberg di

bawah garis A

atau PI > 7

Tan

ah b

erbuti

r hal

us

50%

ata

u l

ebih

lolo

s ay

akan

No. 200

Lan

au d

an l

empung b

atas

cai

r ≤

50%

ML

Lanau anorganik, pasir halus

sekali, serbuk batuan, pasir halus

berlanau atau berlempung

Diagram Plastisitas:

Untuk mengklasifikasi kadar butiran halus yang

terkandung dalam tanah berbutir halus dan kasar.

Batas Atterberg yang termasuk dalam daerah yang

di arsir berarti batasan klasifikasinya menggunakan

dua simbol.

60

50 CH

40 CL

30 Garis A CL-ML

20

4 ML ML atau OH

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Garis A : PI = 0.73 (LL-20)

CL

Lempung anorganik dengan

plastisitas rendah sampai dengan

sedang lempung berkerikil,

lempung berpasir, lempung

berlanau, lempung “kurus” (lean

clays)

OL

Lanau-organik dan lempung

berlanau organik dengan

plastisitas rendah

Lan

au d

an l

empung b

atas

cai

r ≥

50%

MH

Lanau anorganik atau pasir halus

diatomae, atau lanau diatomae,

lanau yang elastis

CH

Lempung anorganik dengan

plastisitas tinggi, lempung

“gemuk” (fat clays)

OH

Lempung organik dengan

plastisitas sedang sampai dengan

tinggi

Tanah-tanah dengan

kandungan organik sangat

tinggi

PT

Peat (gambut), muck, dan tanah-

tanah lain dengan kandungan

organik tinggi

Manual untuk identifikasi secara visual dapat

dilihat di ASTM Designation D-2488

Sumber : Hary Christady, 1996.

Batas Cair (%)

Bat

as P

last

is (

%)

16

c. Sistem klasifikasi AASHTO

Sistem Klasifikasi AASHTO (American Association of State

Highway and Transportation Official) dikembangkan pada tahun

1929 dan mengalami beberapa kali revisi hingga tahun 1945 dan

dipergunakan hingga sekarang, yang diajukan oleh Commite on

Classification of Material for Subgrade and Granular Type Road of

the Highway Research Board (ASTM Standar No. D-3282, AASHTO

model M145). Sistem klasifikasi ini bertujuan untuk menentukan

kualitas tanah guna pekerjaan jalan yaitu lapis dasar (sub-base) dan

tanah dasar (subgrade).

Dalam sistem ini tanah dikelompokkan menjadi tujuh kelompok besar

yaitu A1 sampai dengan A7. Tanah yang termasuk dalam golongan

A-1 , A-2, dan A-3 masuk kedalam tanah berbutir dimana 35% atau

kurang dari jumlah butiran tanah yang lolos ayakan No.200,

sedangkan tanah yang masuk dalam golongan A-4, A-5, A-6 dan A-7

adalah tanah lanau atau lempung. A-8 adalah kelompok tanah organik

yang bersifat tidak stabil sebagai bahan lapisan struktur jalan raya,

maka revisi terakhir oleh AASHTO diabaikan (Sukirman, 1992).

Percobaan yang dibutuhkan untuk mendapatkan data yang diperlukan

adalah analisis saringan, batas cair, dan batas plastis.

17

Tabel 2.4. Klasifikasi Tanah Berdasarkan AASTHO

Klasifikasi umum Tanah berbutir

(35% atau kurang dari seluruh contoh tanah lolos ayakan No.200

Klasifikasi kelompok A-1

A-3 A-2

A-1-a A-1-b A-2-4 A-2-5 A-2-6 A-2-7

Analisis ayakan (%

lolos)

No.10 No.40

No.200

Maks 50 Maks 30

Maks 15

Maks 50

Maks 25

Min 51

Maks 10

Maks 35 Maks 35

Maks 35

Maks 35

Sifat fraksi yang lolos

ayakan No.40

Batas Cair (LL)

Indeks Plastisitas (PI)

Maks 6

NP

Maks 40

Maks 10

Min 41

Maks 10

Maks 40

Min 11

Min 41

Min 41

Tipe material yang

paling dominan

Batu pecah, kerikil

dan pasir

Pasir

halus

Kerikil dan pasir yang berlanau atau

berlempung

Penilaian sebagai bahan

tanah dasar Baik sekali sampai baik

Klasifikasi umum Tanah berbutir

(Lebih dari 35% dari seluruh contoh tanah lolos ayakan No.200

Klasifikasi kelompok A-4 A-5 A-6

A-7

A-7-5*

A-7-6**

Analisis ayakan (%

lolos) No.10

No.40

No.200

Min 36

NNNNNN

Min 36

Min 36

Min 36

Sifat fraksi yang lolos

ayakan No.40

Batas Cair (LL) Indeks Plastisitas (PI)

Maks 40 Maks 10

Maks 41 Maks 10

Maks 40 Maks 11

Min 41 Min 11

Tipe material yang

paling dominan Tanah berlanau Tanah Berlempung

Penilaian sebagai bahan

tanah dasar Biasa sampai jelek

* untuk A-7-5 : PI ≤ LL – 30

** untuk A-7-6 : PI > LL - 30

Sumber : Das (1998).

Sistem klasifikasi ini didasarkan pada kriteria di bawah ini :

1. Ukuran Butir

Kerikil : bagian tanah yang lolos saringan dengan diameter

75 mm dan tertahan pada saringan diameter 2 mm

(no. 10).

18

Pasir : bagian tanah yang lolos saringan dengan diameter

2 mm dan tertahan pada saringan diameter 0,0075

mm (no. 200)

Lanau dan lempung : bagian tanah yang lolos saringan dengan diameter

0,075 (No. 200).

2. Plastisitas

Nama berlanau dipakai apabila bagian-bagian yang halus dari tanah

mempunyai indeks plastis sebesar 10 atau kurang. Nama berlempung

dipakai bilamana bagian-bagian yang halus dari tanah mempunyai indeks

plastis indeks plastisnya 11 atau lebih.

3. Apabila batuan (ukuran lebih besar dari 75 mm) di temukan di dalam

contoh tanah yang akan ditentukan klasifikasi tanahnya, maka batuan-

batuan tersebut harus dikeluarkan terlebih dahulu. Tetapi, persentase dari

batuan yang dikeluarkan tersebut harus dicatat.

Data yang akan didapat dari percobaan laboratorium telah ditabulasikan pada

Tabel 2.4. Kelompok tanah yang paling kiri kualitasnya paling baik, makin ke

kanan semakin berkurang kualitasnya.

Gambar 2.4 menunjukkan rentang dari batas cair (LL) dan indeks plastisitas

(PI) untuk tanah data kelompok A-2, A-4, A-5, A-6, dan A-7.

19

Gambar 2.4. Nilai-Nilai Batas Atterberg untuk Subkelompok

Tanah. (Hary Christady, 1992).

B. Tanah Lempung

Tanah lempung merupakan agregat partikel-partikel berukuran mikroskopik

dan submikroskopik yang berasal dari pembusukan kimiawi unsur-unsur

penyusun batuan, dan bersifat plastis dalam selang kadar air sedang sampai

luas. Dalam keadaan kering sangat keras, dan tak mudah terkelupas hanya

dengan jari tangan. Selain itu, permeabilitas lempung sangat rendah (Terzaghi

dan Peck, 1987).

1. Sifat Tanah Lempung

Sifat khas yang dimiliki oleh tanah lempung adalah dalam keadaan kering

akan bersifat keras, dan jika basah akan bersifat lunak plastis, dan kohesif,

mengembang dan menyusut dengan cepat, sehingga mempunyai perubahan

volume yang besar dan itu terjadi karena pengaruh air.

20

Sifat-sifat yang dimiliki tanah lempung adalah sebagai berikut (Hardiyatmo,

1999) :

a. Ukuran butir halus, kurang dari 0,002 mm.

b. Permeabilitas rendah.

c. Kenaikan air kapiler tinggi.

d. Bersifat sangat kohesif.

e. Kadar kembang susut yang tinggi.

2. Karakteristik Mineral Lempung

Adapun cara mengidentifikasi sifat tanah lempung langsung dari uji lapangan

dapat dilihat pada Tabel 2.5.

Tabel 2.5. Sifat Tanah Lempung

Tipe Tanah Sifat Uji Lapangan

Lempung

Sangat Lunak Meleleh diantara jari ketika diperas

Lunak Dapat diperas dengan mudah

Keras Dapat diperas dengan tekanan jari yang kuat

Kaku Tidak dapat diperas dengan jari, tapi dapat

ditekan dengan jari

Sangat Kaku Dapat ditekan dengan jari

Sumber : Hary Christady (1992)

Tanah lempung terdiri sekumpulan partikel-partikel mineral lempung dan

pada intinya adalah hidrat aluminium silikat yang mengandung ion-ion Mg, K,

Ca, Na dan Fe. Mineral-mineral lempung digolongkan ke dalam empat

golongan besar, yaitu kaolinit, smectit (montmorillonit), illit (mika hidrat) dan

chlorite. Tanah lempung lunak mempunyai karakteristik yang khusus

21

diantaranya kemampatan yang tinggi, indeks plastisitas yang tinggi, kadar air

yang relatif tinggi, dan mempunyai gaya geser yang kecil.

C. Daya Dukung Tanah

Dalam perencanaan jalan raya, kuat dukung tanah dasar sangat mempengaruhi

tebal perkerasan, semakin tinggi kuat dukung tanah, maka tebal perkerasan

yang diperlukan semakin tipis untuk menahan beban lalu lintas. Daya dukung

tanah dasar (subgrade) dipengaruhi oleh jenis tanah, tingkat kepadatan, kadar

air, dll (Hendarsin,2000).

Ada beberapa metode untuk menentukan daya dukung tanah seperti CBR

(California Bearing Ratio), k (Modulus Reaksi Tanah Dasar), Mr (Resilient

Modulus), Skala Penetrasi Konus Dinamis/DCP (Dynamic Cone

Penetrometer) dan HCP (Hand Cone Penetrometer). Di Indonesia daya

dukung tanah dasar untuk kebutuhan perencanaan tebal perkerasan jalan

ditentukan dengan mempergunakan pemeriksaan CBR. CBR di peroleh dari

hasil pemeriksaan sampel tanah yang telah disiapkan di laboratorium atau

langsung di lapangan.

Namun dalam penelitian ini yang digunakan untuk menentukan nilai daya

dukung tanah adalah CBR (California Bearing Ratio) Laboratorium dan Skala

Penetrasi Konus Dinamis/DCP (Dynamic Cone Penetrometer). Pengujian kuat

dukung tanah ini dilakukan untuk mendapatkan korelasi parameter nilai CBR

antara hasil uji CBR Laboratorium dan uji Skala Penetrasi Konus

Dinamis/DCP (Dynamic Cone Penetrometer).

22

1. California Bearing Ratio (CBR)

Metode perencanaan perkerasan jalan yang umum digunakan yaitu dengan

cara-cara empiris, yang biasa dikenal adalah cara CBR (California Bearing

Ratio). Metode ini dikembangkan oleh California State Highway

Departement sebagai cara untuk menilai kekuatan tanah dasar jalan

(subgrade).

Menurut AASHTO T-193-74 dan ASTM D-1883-73, California Bearing

Ratio adalah perbandingan antara beban penetrasi suatu beban terhadap beban

standar dengan kedalaman dan kecepatan penetrasi yang sama. Nilai CBR

akan digunakan untuk menentukan tebal lapisan perkerasan. Harga CBR itu

sendiri adalah nilai yang menyatakan kualitas tanah dasar dibandingkan

dengan bahan standar berupa batu pecah yang mempunyai nilai CBR sebesar

100% dalam memikul beban. Menurut Soedarmo dan Purnomo (1997),

berdasarkan cara mendapatkan contoh tanah, CBR dapat dibagi atas :

1. CBR lapangan (CBR inplace atau field CBR).

Metode pemeriksaan CBR lapangan dilakukan dengan meletakkan piston

pada kedalaman dimana nilai CBR akan ditentukan lalu dipenetrasi

dengan menggunakan beban yang dilimpahkan melalui gardan truk.

2. CBR lapangan rendaman (undisturbed soaked CBR).

Pemeriksaan ini dilakukan dengan mengambil contoh tanah dalam

tabung (mold) yang ditekan masuk ke dalam tanah mencapai kedalaman

tanah yang diinginkan. Mold yang berisi contoh tanah yang dikeluarkan

23

dan direndam dalam air selama 4 hari sambil diukur pengembangannya

(swelling). Setelah pengembangan tidak terjadi lagi maka dilaksanakan

pemeriksaan CBR.

3. CBR laboratorium (laboratory CBR).

CBR laboratorium dapat disebut juga CBR rencana titik. Tanah dasar

yang diperiksa merupakan jalan baru yang berasal dari tanah asli, tanah

timbunan atau tanah galian yang dipadatkan sampai mencapai 95%

kepadatan maksimum. Dengan demikian daya dukung tanah dasar

merupakan kemampuan lapisan tanah yang memikul beban setelah tanah

itu dipadatkan. Oleh karena itu, nilai CBR laboratorium adalah nilai CBR

yang diperoleh dari contoh tanah yang dibuat dan mewakili keadaan

tanah tersebut setelah dipadatkan.

Pengujian kekuatan CBR dilakukan dengan alat yang mempunyai piston

dengan luas 3 sqinch dengan kecepatan gerak vertikal ke bawah 0,05

inch/menit, proving ring digunakan untuk mengukur beban yang dibutuhkan

pada penetrasi tertentu yang diukur dengan arloji pengukur (dial). Penentuan

nilai CBR yang biasa digunakan untuk menghitung kekuatan pondasi jalan

adalah penetrasi 0,1” dan penetrasi 0,2” dengan rumus sebagai berikut:

Nilai CBR pada penetrasi 0,1” =

Nilai CBR pada penetrasi 0,2” =

Dimana :

A = pembacaan dial pada saat penetrasi 0,1”

B = pembacaan dial pada saat penetrasi 0,2”

100% x 3000

A

100% x 4500

B

24

Nilai CBR yang didapat adalah nilai yang terkecil diantara hasil perhitungan

kedua nilai CBR.

Berikut ini adalah tabel beban yang digunakan untuk melakukan penetrasi

bahan standar.

Tabel 2.6. Beban Penetrasi Bahan Standar

Penetrasi (inch) Beban Standar (lbs) Beban Standar (lbs/inch)

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

3000

4500

5700

6900

7800

1000

1500

1900

2300

6000

2. Skala Penetrasi Konus Dinamis (DCP)

Pengujian cara dinamis ini dikembangkan oleh TRL (Transport and Road

Research Laboratory), Crowthorne, Inggris dan mulai diperkenalkan di

Indonesia sejak tahun 1985/1986. Pengujian ini dimaksudkan untuk

menentukan nilai CBR (California Bearing Ratio) tanah dasar, timbunan, dan

atau suatu sistem perkerasan. Pengujian ini dilakukan dengan mencatat data

masuknya konus yang tertentu dimensi dan sudutnya, ke dalam tanah untuk

setiap pukulan dari palu/hammer yang berat dan tinggi jatuh tertentu pula.

Pengujian alat ini dipakai pada pekerjaan tanah karena mudah dipindahkan ke

semua titik yang diperlukan tetapi letak lapisan yang diperiksa tidak sedalam

pemeriksaan tanah dengan alat sondir.

25

Pengujian dilaksanakan dengan mencatat jumlah pukulan (blow) dan

penetrasi dari konus (kerucut logam) yang tertanam pada tanah/lapisan

pondasi karena pengaruh penumbuk kemudian dengan menggunakan grafik

dan rumus, pembacaan penetrometer diubah menjadi pembacaan yang setara

dengan nilai CBR. Berdasarkan hasil dari penelitian yang lampau, banyak

hubungan DCP dan CBR digambarkan pada rumus berikut ini:

Log(CBR) = a + b log (DCPI)

Dimana:

DCPI = nilai DCP (mm/blow).

a = nilai konstanta antara 2,44 – 2,60

b = nilai konstanta antara 1,07 – 1,16

Transport And Road Research Laboratory mengembangkan prosedur

pengujian lapis perkerasan dengan DCP, menggunakan beberapa hubungan

sebagai berikut :

- Van Buuren, 1969, (Konus 60o), Log CBR = 2,632 – 1,28 (Log DCP)

- Kleyn & Harden, 1983, (Konus 30o), Log CBR = 2,555 – 1,145 (Log

DCP)

- Smith & Pratt, 1983, (Konus 30 o), Log CBR = 2,503 – 1,15 (Log DCP)

- TRL, Road Note 8, 1990, (Konus 60o), Log CBR = 2,48 – 1,057 (Log

DCP) .

26

Sampai saat ini alat DCP yang sudah banyak dikenal dan digunakan adalah

DCP yang diperkenalkan oleh TRL yang dilaporkan pada Overseas Road

Note 31, grafik hubungan yang digunakan adalah perumusan dari Smith &

Pratt, 1983 untuk konus 30o dengan persamaan Log CBR = 2,503 – 1,15 (Log

DCP) dan TRL, 1990, untuk konus 60o dengan persamaan Log CBR = 2,48 –

1,057 (Log DCP), sebagai berikut :

Gambar 2.5. Grafik Ketentuan Untuk Konversi Hasil Uji DCP Dengan

Konus 30° dan 60°.

Hal penting yang harus diperhatikan adalah pembacaan penetrasi saat uji

DCP harus mencapai kedalaman 800mm, dengan catatan bahwa pembacaan

penetrasi awal pada 0 pukulan sangat jarang tepat berada pada kedalaman 0

mm. Untuk mendapatkan nilai indeks DCP, jumlah pukulan yang diperlukan

untuk mencapai kedalaman 800 mm sangat diperlukan. Biasanya, bila tidak

mencapai kedalaman 800 mm, catatan pembacaan penetrasi akan

menyimpang karena berdasarkan pembacaan penetrasi terakhir atau perkiraan

27

jumlah penetrasi tertentu yang diinginkan(Green & Plessis,2009). Tetapi

harus ditekankan bahwa nilai CBR yang ditetapkan demikian merupakan nilai

setempat. Telah diketahui benar-benar bahwa kapasitas dukung dari setiap

tanah dapat dinaikkan besar sekali, pada dasarnya dengan dua cara:

(i) dengan pemadatan dan

(ii) dengan menggunakan drainase yang tepat.

Pada umumnya kerapatan setempat dari setiap tanah asli berkisar antara 75 -

85% dan dengan pemadatan, kerapatan dapat dinaikkan sampai 90 - 100%

dari kerapatan maksimum. Dengan cara ini kapasitas dukung dapat

ditingkatkan. Jadi nilai CBR yang diperoleh dari sumber bahan (tempat) yang

potensial dengan menggunakan DCP dapat dianggap aman.

Selama pengujian DCP, harus juga diperhatikan mengenai kondisi drainase di

lapangan. Kebanyakan tanah adalah peka terhadap drainase dan khususnya

tanah dengan CBR yang rendah - tanah liat, lumpur, pasir halus sampai

medium, yang mengandung lempung dan/atau lumpur – sangat tergantung

pada kadar airnya. Jika tanah semacam itu pada kondisi kenyang air karena

drainasenya jelek, maka beberapa tanah tersebut hampir kehilangan sama

sekali seluruh kapasitas dukungnya. Kerikil, pasir dan bahkan lumpur atau

pasir berlempung adalah kurang mudah diserang dan dapat bertahan terhadap

kondisi drainase yang jelek. Masalah ini akan terlihat pada saat pembacaan

DCP diplotkan dalam grafik hubungan kedalaman penetrasi dan jumlah

pukulan, ketika sudut kemiringan grafik pada lapisan tertentu tampak jauh

lebih kecil dibandingkan lapisan lainnya.

28

D. Kuat Tekan Tanah Lempung

1. Uji Kuat Tekan Bebas

Kuat tekan bebas adalah besarnya gaya aksial per satuan luas pada saat

sampel tanah mengalami keruntuhan atau pada saat regangan aksial telah

mencapai 20% (pilih yang lebih dahulu tercapai saat pengujian). Uji tekan

bebas termasuk hal yang khusus dari uji triaksial unconsolidated

undrained,UU (tak terkonsolidasi-tak terdrainase). Kondisi pembebanan sama

dengan yang terjadi pada uji triaksial, hanya tekanan selnya nol (σ3 = 0).

Tegangan aksial yang diterapkan di atas benda uji berangsur-angsur ditambah

sampai benda uji mengalami keruntuhan. Pada saat keruntuhannya, karena σ3

= 0, maka:

σ1 = σ3 + Δσf = Δσf = qu ,

dengan qu adalah kuat tekan bebas (unconfined compression strength). Secara

teoritis, nilai Δσf pada lempung jenuh seharusnya sama seperti yang

diperoleh dari pengujian-pengujian triaksial unconsolidated-undrained dengan

benda uji yang sama. Sehingga diperoleh:

su = cu = qu/2,

dimana su atau cu adalah kuat geser undrained dari tanahnya. Uji kuat tekan

bebas adalah salah satu cara untuk mengetahui geser tanah. Uji kuat tekan

bebas bertujuan untuk menentukan kekuatan tekan bebas suatu jenis tanah

yang bersifat kohesif, baik dalam keadaan asli (undisturbed), buatan

29

(remoulded) maupun tanah yang dipadatkan (compacted). Konsistensi tanah

lempung dapat ditentukan berdasarkan kekuatan kompresinya (qu),

sebagaimana dalam tabel 2.7 terlihat bahwa konsistensi dibagi menjadi 6

kategori dari sangat lunak sampai keras, yaitu antara nilai kompresibilitas (qu)

antara 0 sampai dengan lebih besar dari 4. Tabel ini dapat digunakan sebagai

acuan untuk tanah kohesif yang lain.

Tabel 2.7. Deskripsi Lempung Berdasarkan Kompresibilitas

Konsistensi Nilai qu (kg/cm2)

Sangat Lunak < 0,25

Lunak 0,25 – 0,50

Sedang 0,50 – 1,0

Kaku 1,0 – 2,0

Sangat Kaku 2,0 – 4,0

Keras > 4,0

(Sumber : Terzaghi & Peck, 1967)

2. Sensitivitas Tanah

Pada tanah-tanah lempung yang terdeposisi (terendapkan) secara alamiah

dapat diamati bahwa kekuatan tekanan tak tersekap berkurang banyak, bila

tanah tersebut diuji ulang lagi setelah tanah tersebut menderita kerusakan

struktural (remoulded) tanpa adanya perubahan dari kadar air. Sifat

berkurangnya kekuatan tanah akibat adanya kerusakan struktural tanah

tersebut disebut kesensitifan (sensitifity).

Tingkat kesensitifan dapat ditentukan sebagai rasio (perbandingan) antara

kekuatan tanah yang masih asli dengan kekuatan tanah yang sama setelah

30

terkena kerusakan (remoulded), bila kekuatan tanah tersebut diuji dengan cara

tekanan tak tersekap. Jadi, sensitifitas diperoleh (acquired sensitivity)

dinyatakan dalam persamaan:

ST = qu tanah asli

qu tanah terganggu

Rasio kesensitifan sebagian besar tanah lempung berkisar antara 1 sampai 8,

biarpun pada beberapa tanah-tanah lempung maritim yang mempunyai

tingkat flokulasi yang sangat tinggi didapat juga harga rasio kesensitifan yang

dapat berkisar antara 1,0 sampai 8,0. Ada beberapa jenis tanah lempung

tertentu yang akibat kerusakan tersebut dapat tiba-tiba berubah menjadi cair.

Tanah-tanah seperti itu sebagian besar dijumpai di daerah Amerika Utara dan

daerah semenanjung Skandinavia yang dulunya tertutup es. Tanah-tanah

lempung seperti ini biasa dinamai sebagai quick clays. Karena beberapa jenis

lempung mempunyai sifat sensitif terhadap gangguan yang berbeda-beda,

maka perlu diadakan pengelompokan yang berhubungan dengan sifat

sensitifnya. Klasifikasi secara umum dapat dilihat pada Tabel 2.8.

Tabel 2.8. Sensitifitas Lempung (Peck et al, 1951)

Sensitifitas Lempung

≈ 1 Tidak sensitif

1 - 2 Sensitifitas rendah

2 - 4 Sensitifitas sedang

4 - 8 Sensitif

8 - 16 Sensitifitas ekstra

>16 Quick

31

Kehilangan kekuatan setelah adanya kerusakan struktural pada tanah dapat

terjadi terutama karena memang sudah ada perubahan-perubahan yang berarti

dari struktur dasar partikel tanah asli selama berlangsungnya proses

sedimentasi dari tanah tersebut pada mulanya. Bila setelah adanya kerusakan

tersebut sampel tanah dibiarkan tidak terusik (juga tanpa adanya perubahan

dari kadar airnya), tanah tersebut akan lambat laun pulih kekuatannya.

Peristiwa ini disebut sebagai thixotrophy. Thixotrophy adalah proses pulihnya

kembali kekuatan tanah, yang melemah akibat kerusakan struktural, sebagai

fungsi dari waktu. Hilangnya kekuatan tanah tersebut lambat laun dapat

kembali apabila tanah tersebut dibiarkan beristirahat. Sebagian besar tanah

pada kenyataannya hanya thixotrophy parsial. Artinya bahwa hanya sebagian

saja dari kekuatan tanah yang hilang akibat kerusakan tersebut yang lambat

laun dengan berjalannya waktu akan kembali. Perbedaan yang ada antara

kekuatan tanah mula-mula (asli) dan kekuatan tanah setelah pulih akibat

thixotrophy diperkirakan akibat dari struktur partikel tanah yang tidak

sepenuhnya pulih seperti sediakala. Durasi waktu yang digunakan tanah untuk

beristrahat juga harus diperhatikan, karena makin lama tanah dibiarkan maka

kadar air dalam tanah akan menguap, sehingga kekuatan tanah dapat lebih

kuat dari tanah aslinya..

E. Penelitian Terdahulu Yang Terkait

Beberapa penelitian yang menjadi bahan pertimbangan dan acuan penelitian

ini dikarenakan adanya beberapa kesamaan metode akan tetapi dengan

perlakuan yang berbeda pada sampel tanah yang digunakan, antara lain :

32

1. Pengaruh Penambahan Kapur Ca(OH)2 Dan Abu Sekam Padi Pada

Tanah Lempung (Clay) A-7-6 Terhadap Nilai CBR Tanah Dasar

(Subgrade) Pada Perkerasan Jalan.

Penelitian yang dilakukan oleh Devi Siagian (2012) adalah mengenai

penggunaan kapur dan abu sekam padi sebagai alternatif lain bahan

pencampur guna menstabilkan tanah lempung yang diharapkan mampu

meningkatkan mutu tanah dengan menjadikan nilai CBR dan kuat tekan

tanah sebagai acuan mutu tanahnya. Kombinasi pencampuran abu sekam

padi dengan variasi 4%, 8%, dan 12% dengan kapur sebesar 4,5%.

Gambar 2.6 Grafik Perbandingan Pengaruh Pencampuran Tanah Asli +

4,5% Kapur + 8% Abu Sekam Padi Terhadap Nilai PI, CBR

Laboratorium dan UCS.

33

Penelitian ini menyatakan bahwa penggunaan kombinasi pencampuran

kapur dan abu sekam padi dapat meningkatkan nilai daya dukung tanah

berdasarkan lamanya waktu pemeraman.Dapat dilihat bahwa nilai UCS

berbanding lurus dengan nilai CBR, akan tetapi nilai kuat tekan tanah

dapat meningkat lebih cepat selama waktu pemeraman.

2. Pengukuran Nilai California Bearing Ratio (CBR) Lapis Perkerasan

Aspal Dengan Alat Dynamic Cone Penetrometer (DCP).

Penelitian yang dilakukan oleh Rika Sylviana (2013) adalah menjajaki

kemungkinan penggunaan alat DCP untuk mengukur nilai CBR selain

pada tanah tapi pada perkerasan aspal makadam.

Tabel 2.9. Hasil Pengujian DCP Pada Lapisan Aspal

CBR tiap lapis perkerasan setelah pada kolom “kedalaman” dimasukkan

data hasil melihat ketebalan lapisan yang sebenarnya. Kemudian angka

pada kolom ”ketebalan” dan ”CBR” dimasukkan pada rumus

CBRmewakili maksudnya agar dari beberapa nilai CBR yang ada pada

lapisan perkerasaan tersebut diwakili dari hasil perhitungan

CBRmewakili. Dari hasil penelitian ini, alat DCP standar dengan cone

34

30° dapat digunakan untuk mengukur nilai CBR struktur perkerasan

setingkat lapis penetrasi aspal makadam dan struktur di bawahnya. Alat

DCP standar dengan cone 30° dapat digunakan sebagai alternatif

pengganti alat benkelmean beam, untuk jalan dengan struktur perkerasan

setingkat lapis penetrasi aspal makadam dan struktur di bawahnya.

3. Hubungan Nilai CBR Laboratorium Dan DCP Pada Tanah Yang

Dipadatkan Pada Rusa Jalan Wori-Likupang Kabupaten Minahasa

Utara.

Pengujian yang dilakukan oleh Prisila Lengkong (2013) adalah untuk

meneliti hubungan nilai CBR Laboratorium dan DCP pada tanah yang

dipadatkan di ruas jalan Wori-Likupang Kabupaten Minahasa Utara.

Pengujian DCP di lapangan dilakukan satu kali pada 8 titik di ruas jalan

Wori-Likupang, yang hasilnya dibandingkan dengan nilai CBR

laboratorium dari 5 sampel tanah yang diambil dari lokasi pengujian.

Tabel 2.10. Hasil Pengujian DCP dan CBR Laboratorium Pada Ruas

Jalan Wori Likupang

35

Gambar 2.7. Grafik Hubungan DCP dan CBR Pada Ruas Jalan

Dari hasil analisis data pada lima titik dengan lima sampel yang berbeda

diperoleh hasil yang memuaskan sekitar 80% karena dari hasil tersebut

diperoleh empat data hasil yang hampir sama yaitu pada STA 28+200,

STA 28+300, STA 28+400 dan STA 29+000, sehingga hal ini

membuktikan penggunaan alat DCP untuk penentuan CBR tanah di

lapangan berdasarkan dari penelitian ini dapat digunakan untuk suatu

data perencanaan konstruksi jalan tanpa harus melakukan pengujian CBR

lebih lanjut di laboratorium.

4. Laboratory Evaluation Of In-Situ Tests As Potential Quality

Control/Quality Assurance Tools.

Penelitian yang dilakukan oleh Ekrem Seyman (2003) adalah untuk

meneliti perkembangan beberapa pengujian lapangan dengan

36

menggunakan pengujian laboratorium yaitu Humboldt Geogauge, Light

Falling Weight Deflectometer (LFWD) dan Uji DCP yang akan

dikorelasikan dengan berbagai sifat mekanik pada sampel. Dalam

penelitiannya Ekrem sempat menyinggung bahwa penggunaan DCP telah

berkali-kali berusaha dihubungkan dengan sifat-sifat mekanik yang

dimiliki oleh tanah selain nilai CBR dan berbagai penggunaan lain dari

DCP seperti kemampuannya untuk menganalisa lapisan tanah

berdasarkan nilai CBR dan bahkan menentukan titik lemah pada lapisan

dengan menunjukkan titik-titik dimana lapisan memiliki CBR terlemah.

Sampel yang digunakan adalah 2 kotak berukuran 5 x 3 x 2 ft3, yang

dipersiapkan berisi lapisan tanah.

Gambar 2.8. Hubungan antara DCPI dan EPLT(i)

37

Gambar 2.9. Hubungan antara DCPI dan CBR

Penelitian ini menyatakan bahwa DCP memiliki hasil paling konsisten

dalam lapisan yang berbeda. DCP merupakan alat paling efektif untuk

mengidentifikasi lapisan yang berbeda ketika perbandingan kedalaman

dan pukulan dimasukkan dalam grafik. DCPI dapat mengukur pada

kedalaman melebihi bats Geogauge dan LFWD dan tidak mudah

terpengaruh kerusakan kecil pada sampel. Sehingga DCP dapat

digunakan untuk memperkirakan CBR lapangan dan bahkan dapat

digunakan untuk mengetahui keelastisan atau kekakuan dari material.