Klasifikasi Tanah

Tanah umumnya diklasifikasikan sebagai tanah kohesif dan tidak kohesif atau sebagian tanah yang berbutir kasar dan halus. Istilah tanah dipakai mencakup lempung (clay), pasir (sand), kerikil (gravel), dan batu-batu yang besar.

Dalam bidang teknik sipil, hasil dari penyelidikan tanah dapat diketahui sifat-sifat alami dan teknis tanah sehingga berguna untuk:

a. Menentukan rembesan, daya rembes dan kecepatan rembesan air yang melalui penampang tanah serta koefisien rembesan.

b. Menentukan pemampatan tanah berdasarkan teori konsolidasi Terzaghi dan penurunan, maka dapat digunakan untuk mengevaluasi penurunan suatu konstruksi.

c. Menentukan kuat geser tanah, untuk mengevaluasi kemantapan lereng bendungan, tanggul, dan lainnya.

Klasifikasi tanah sangat membantu perencana dalam memberikan pengarahan melalui cara empiris yang tersedia dari hasil pengalaman yang lalu. Meskipun tidak mutlak, karena perilaku tanah sukar diduga. Banyak sekali kegagalan konstruksi disebabkan masalah tanah, seperti menara Pisa di Italia yang terkenal itu.

Lanjut ke Sistem Klasifikasi Tanah

Uji Triaxial

Salah satu cara menentukan parameter kekuatan geser tanah (kohesi c, dan sudut geser dalam  Φ) adalah uji Triaxial. Pada pengujian Triaxial, contoh tanah dibebani pada ketiga sumbunya (sumbu Cartesius) dengan beban tekanan σ₁, σ₂, dan σ₃. Pengujian bertujuan untuk mensimulasikan kondisi yang sebenarnya di lapangan, yaitu bahwa suatu elemen tanah menerima beban tekan dari atas (vertikal) yang terdiri dari beban tanah diatasnya atau overburden pressure dan beban lainnya (σ₁), serta tekanan tanah dari arah radial yang mengekang (atau menghimpit) elemen tanah tersebut (σ₂ dan σ₃).

Tekanan yang diterima elemen tanah akibat kekangan dari tanah di sekelilingnya pada umumnya merupakan tekanan radial (σ_r) yang mempunyai besaran sama pada semua arahnya, sehingga σ₂ sama dengan σ₃. Namun demikian tidak tertutup kemungkinan bahwa suatu elemen tanah akan menerima beban kekangan yang tidak sama besarnya (σ₂ ≠ σ₃), misalnya tekanan radial pada elemen tanah di daerah dinding galian.

Berbeda dari pengujian unconfined, pengujian Triaxial memerlukan tekanan radial untuk mengekang contoh tanah. Besarnya tekanan radial sering disebut sebagai σ₃ (atau σ_min pada lingkaran Mohr), sedangkan besarnya tekanan yang mengakibatkan hancurnya contoh tanah dinamakan tekanan maksimum (σ₁).

Hal yang harus diperhatikan dalam pengjian Triaxial adalah menjaga agar struktur butiran contoh tanah tidak berubah selama proses persiapan pengujian, sehingga contoh tanah mencerminkan kondisi sebenarnya dilapangan.

Untuk mensimulasikan kecepatan penambahan beban yang akan diterima elemn tanah di lapangan, maka uji Triaxial dibagi menjadi tiga (3) metode. Ketiga cara tersebut adalah:

1.     Unconsolidated Undrained (UU test atau quick test).

2.     Consolidated Undrained (CU test)

3.     Consolidated Drained (CD test)

Pengujian Unconsolidated Undrained dilakukan untuk mensimulasikan kondisi di lapangan apabila penambahan/pemberian beban relatif cepat sehingga lapisan tanah belum sempat terkonsolidasi (air di dalam pori tanah tidak sempat mengalir ke luar selama proses pemberian beban), oleh karena itu pengujian ini juga dinamakan quick test. Sebagai contoh dalam kasus ini adalah suatu lapisan tanah yang menerima beban relatif cepat seperti beban urugan yang berlangsung relatif singkat.

Pengujian Consolidated Undrained dilakukan untuk mensimulasikan kondisi lapisan tanah yang telah terkonsolidasi dan kemudian menerima penambahan beban yang relatif cepat. Pada kasus ini mula-mula air di dalam pori tanah dibiarkan mengalir keluar akibat proses konsolidasi, dan setelah tanah terkonsolidasi sempurna (100%), lapisan tanah tersebut menerima tambahan beban yang relatif cepat sehingga air di dalam pori tanah pada saat penambahan beban tidak sempat mengalir ke luar. Sebagai contoh pada kasus ini adalah beban tanki yang didirikan di atas suatu urugan pada tanah lempung yang telah mengalami konsolidasi 100%.

Pengujian Consolidated Drained dilakukan untuk mensimulasikan kondisi pemberian beban pada tanah yang telah terkonsolidasi dengan kecepatan yang relatif lambat dibandingkan dengan keluarnya air dari pori tanah.

Parameter kekuatan geser tanah pada percobaan Triaxial ditentukan dengan bantuan lingkaran Mohr. Parameter kekuatan geser tanah tersebut terdiri dari sudut geser dalam (Φ) dan kohesi (c). selain itu, besarnya tekanan air di dalam pori tanah selama proses pembebanan pada pengujian UU dan CU juga dapat ditentukan.

Uji Geser Langsung (Direct Shear Test)

Pengujian Direct Shear, kekuatan geser tanah diperoleh dengan cara menggeser contoh tanah yang diberi beban normal (N). Kekuatan tanah yang diperoleh dari percobaan tersebut adalah dalam kondisi drained, karena air di dalam pori tanah diijinkan keluar selama pembebanan. Oleh karena itu percobaan Direct Shear pada umumnya dignakan tanah pasir (granular).

Hubungan antara besarnya gaya geser (T) dan beban normal (N) dipresentasikan dalam grafik 1. Untuk menentukan parameter kohesi (c) dan sudut geser dalam (ø). Agar diperoleh hasil yang akurat, maka pengujian dilakukan minimum 3 kali dengan pembebanan normal yang berbeda-beda.

Alat yang digunakan :

1.     Mesin Direct Shear

2.     Cetakan/ring pemotong contoh tanah

3.     Kawat pemotong (trimmer)

4.     Tabung percobaan

5.     Batu porous

6.     Pelat bergerigi

7.     Dial penurunan

8.     Stopwatch

Prosedur :

1.     Keluarkan contoh tanah yang tidak terganggu 9undisturbed) dari tabung (atau buat remolded sample), dan dipotong menggunakan kawat pemotong (trimmer), agar ketebalan contoh tanah sama dengan ketebalan ring pemotong.

2.     Pasang batu porous pada bagian bawah tabung percobaan, kemudian pasang plat bergerigi di atas batu porous.

3.     Keluarkan contoh tanah dari ring pemotong, dan masukkan ke dalam tabung percobaan (di atas plat bergerigi).

4.     Letakkan batu bergerigi di atas contoh tanah, kemudian pasang batu porous di atas batu bergerigi.

5.     Masukkan tabung percobaan ke dalam kompartemen, dan atur dial penurunan agar jarum menunjukkan angka nol.

6.     Atur torak beban dan pencatan gaya geser (proving ring) agar tepat menempel pada tabung percobaan.

7.     Siapkan timer (stop watch) untuk memulai percobaan.

8.     Pasang beban N, dan segera jalankan mesin (T) bersamaan dengan stiopwatch.

9.     Catat besarnya gaya yang terjadi pada proving ring (T) dan dial penurunan pada setiap interval tertentu.

10. Percobaan dilanjutkan sampai contoh tanah hancur, yang ditunjukkan dari gaya  pada proving ring yang konstan.

11. Ulangi percobaaan dari alangkah 1-10 pada contoh tanah baru dan beban normal (N) yang lebih besar.

12. Hitung  tekanan normal (σ) dan tegangan geser (t) maksimum yang terjadi.

13. Gambar grafik hubungan antara tekanan normal dan tegangan geser. Kemudian tentukan besarnya kohesi (c) dan sudut geser dalam (ø).

14. Besarnya kohesi tanah (c) ditentukan dari perpotongan antara garis linear dan ordinat pada tekanan normal (σ) sebesar nol, sedangkan besar sudut geser dalam tanah (ø) ditentukan dari sudut kemiringan antara garis regresi (linear) yang menghubungkan titik-titik hasil pengujian dan garis (sumbu) horizontal.

Contoh Perhitungan:

Berdasarkan empat (4) kali pengujian contoh tanah berukuran panjang 5 cm, lebar 5 cm dan tebal 2 cm dengan beban normal masing-masing 5 kg, 10 kg, 20 kg, dan 40 kg, diperoleh data seperti berikut:

Pengukuran Kekuatan Geser Tanah

Berbagai parameter kekuatan geser untuk tanah tertentu dapat ditentukan melalui uji di laboratorium. Sebelum pelaksanaan uji tersebut, diperlukan ketelitian dan perhatian yang besar terhadap proses pengambilan sample, penyimpanan sample, dan perawatan sample tanah sebelum pengujian. Oleh sebab itu, pada waktu pelaksanaan uji, tanah masih dalam keadaan belum terganggu/belum diberi perlakuan (undisturbed).

Untuk melaksanakan uji kekuatan geser di laboratorium dapat dilaksanakan dengan berbagai cara, antara lain :

1. Uji Geser Langsung (Direct Shear Test)
2. Uji Triaxial (Triaxial Test)
3. Uji Tekan Bebas (Unconfined Compression Test)
4. Uji Geser Sudut