Laporan Praktikum Mekanika Tanah - Inda Revisi 2

LAPORAN PRAKTIKUM MEKANIKA TANAH MODUL V COMPACTION

KELOMPOK 

Inda Annisa Fauzani

1106010300

Purwhita Nuansa Budi Muhammad Irfan

Tanggal Praktikum

: 16 Maret 2012

Asisten Praktikum

: Hendriawan Kurniadi

Tanggal Disetujui

:

 Nilai

:

Paraf

:

LABORATORIUM MEKANIKA TANAH DEPARTEMEN SIPIL –  SIPIL – FAKULTAS FAKULTAS TEKNIK  UNIVERSITAS INDONESIA 2013

A. MAKSUD DAN TUJUAN

Mencari nilai kerapatan kering (γdry) maksimum pada kadar air optimum (Wopt) dari suatu sampel tanah yang dipadatkan

B. ALAT DAN BAHAN 

 Mould , lengkap dengan collar dan base plate



 Hammer seberat 5.5 lbs dengan tinggi jatuh 12 inch



 Hydraulic extruder 



Pelat baja pemotong



Gelas ukur 



Wadah untuk mencampur tanah dengan air 



Pelat besi/penggaris untuk mengukur tinggi tanah



Timbangan



Oven



Sampel tanah lolos saringan No. 4 ASTM sebanyak 5 kantong @ 2 kg



Jangka sorong

C. TEORI

Compaction (pemadatan tanah) adalah suatu proses dimana pori-pori tanah diperkecil dan kandungan udara dikeluarkan secara mekanis. Suatu pemadatan tanah adalah juga merupakan usaha(energi) yang dilakukan pada massa tanah. Suatu pemadatan (Compactive Effort  = CE ) yang dilakukan tersebut adalah fungsi dari variabel-variabel  berikut:

dengan : CE = Compactive Effort (lb/ft2) W = berat hammer (lb)  H = tinggi jatuh (inch)  L = jumlah layer   B = jumlah pukulan per-layer  V = volume tanah (ft3)

Pemadatan tanah yang dilakukan di laboratorium pada umumnya terdiri dari dua macam, yaitu: 1. Standard Proctor - AASHTO T 99 (ASTM D 698) 2. Modified Proctor - AASHTO T 180 (ASTM D 1557) Perbedaan mengenai dua metode tersebut dirangkum pada tabel di bawah ini: Test Identification

AASHTO T99

AASHTO T180

ASTM D 698

ASTM D 1557

Diameter Mould (inch)

4"

6"

4"

6"

Berat Hammer (lb)

5.5

5.5

10

10

Tinggi Jatuh Hammer (inch)

12

12

18

18

Jumlah Layer

3

3

5

5

Jumlah Pukulan Per-Layer

25

56

25

56

12.375

12.375

56.25

56.25

 No. 4 (3/4")

No. 4 (3/4")

No. 4 (3/4")

No. 4 (3/4")

C.E (lb/ft ) Ukuran Butir Maksimum yg Lolos

Tabel C.1 Per bandin gan dua metode compaction 

Kepadatan tanah bergantung pada kadar airnya. Untuk me mbuat suatu hubungan tersebut dibuat beberapa contoh tanah minimal empat contoh dengan kadar air yang berbeda beda, dengan perbedaan kurang lebih 4% antara setiap sampel. Dari percobaan tersebut kemudian dibuat grafik yang menggambarkan hubungan antara kepadatan dan kadar air, sehingga dari grafik tersebut diperoleh

γdry

maksimum pada kadar air optimumnya.

Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa suatu tanah yang dipadatkan dengan kadar  air tanah lebih dari W opt  akan diperoleh nilai kepadatan yang lebih kecil dari maksimum.

Rumus-rumus yang digunakan: 1. Menentukan kadar air :

………....(1) …………(2)

γdry

…….....(3) Di mana : W

= kadar air (%)

wwater  = berat air (gram) wdry

= berat tanah kering (gram)

wwet

= berat tanah basah (gram)

2. Menentukan perubahan volume air :

…………(4) Di mana : Vadd

= volume air yang ditambahkan (ml)

Wx

= kadar air yang akan dibuat (%)

Wo

= kadar air awal (%)

w

= berat sampel tanah (gram)

3. Menghitung nilai γwet dan γdry :

………….(5) ………..(6) Di mana : γwet

= berat isi tanah dalam keadaan basah (gr/cm3)

wwet

= berat tanah basah (gr)

V

= volume sampel tanah yang telah dipadatkan (cm3)

γdry

= kerapatan kering (gr/cm3)

wdry

= berat tanah kering (gr)

W

= kadar air (%)

4. Mencari Zero Air Void Line (ZAV- line) :

ZAV-line adalah garis yang menggambarkan hubungan antara berat isi kering dengan kadar air dalam kondisi derajat kejenuhan (Sr) 100 %.

…………..(7)

Di mana : Gs

= nilai specific grafity

γw

= berat jenis air (gr/cm3)

W

= kadar air tanah (%)

Sr

= derajat kejenuhan

5. Mencari nilai Compaction Effort (CE) :

………….(8) Di mana : C.E. = Compactive Effort (lb/ft2) W

= berat hammer (lb), yang digunakan pada percobaan ini adalah 5.5 lb

H

= tinggi jatuh (inch), pada percobaan ini adalah 12 inch

L

= jumlah layer , pada percobaan ini adalah 3 lapisan

B

= jumlah pukulan per-layer , pada percobaan ini adalah 25 kali

V

= volume tanah (ft3)

D. PROSEDUR PERCOBAAN Persiapan Percobaan

1.

Mencampur dengan rata sampel tanah yang akan dipadatkan dalam satu wadah sehingga nilai kadar air awal dapat dianggap sama.

2.

Menimbang sebagian sampel yang dianggap mewakili nilai kadar air seluruhnya, lalu memasukkan ke dalam oven selama ±24 jam sampai berat tetap.

3.

Memasukkan sisa sampel tanah yang lain ke dalam lima kantong yang masingmasing kantong diisi sampel tanah 2 kg yang lolos saringan No. 4 ASTM.

4.

Mengeluarkan sampel tanah dari oven sehari kemudian dan menimbang beratnya. Dengan demikian dapat diketahui nilai kadar air awal s ampel tanah.

5.

Setelah kadar air diketahui, dapat ditentukan volume air yang harus ditambahkan ke dalam masing-masing kantong sampel tanah agar mencapai kadar air tertentu.

6.

Sampel tanah dicampur dengan air yang sudah dihitung volumenya, kemudian dibiarkan selama 18-24 jam agar campuran air merata.

Proses (Jalannya) Percobaan

1.

Mempersiapkan semua alat dan bahan.

2.

Mengukur dimensi mould untuk mengetahui volume tanah hasil pemadatan.

3.

Mengolesi dinding mould  dengan pelumas (oli) sebelum digunakan agar setelah dipadatkan tanah tidak lengket menempel di dinding mould .

4.

Meletakkan mould  pada base plate dan kertas lingkaran diletakkan di bagian dasar  agar tanah tidak menempel di base plate.

5.

Kedudukan mould  dikunci terhadap base plate agar tidak bergerak saat proses  pemadatan.

6.

Memasukkan tanah ke dalam mould  tingginya diperkirakan dengan menggunakan  penggaris atau pelat besi sehingga setelah dipadatkan tingginya mencapai 1/3 tinggi mould . Kemudian setiap lapisan ditumbuk sebanyak 25 kali secara merata dengan hammer 5.5 lb dan tinggi jatuh 12 inch.

7.

Pada lapisan tanah ketiga, collar  dipasang pada mould  agar tinggi tanah setelah dipadatkan melebihi tinggi mould .

8.

Setelah pemadatan lapisan ketiga selesai, collar  dibuka. Kelebihan tanah diratakan dengan pelat pemotong.

9.

Menimbang berat mould + tanah dengan timbangan.

10. Mengeluarkan sampel tanah dari mould dengan bantuan extruder . 11. Membelah sampel tanah tersebut menjadi tiga bagian. Kemudian mengambil bagian tengah tiap lapisan untuk kemudian diletakkan pada can, menimbang beratnya, lalu memasukkannya ke dalam oven untuk mengetahui kadar air setelah pemadatan.

E. HASIL PRAKTIKUM

Data hasil praktikum

 pengukuran

D mold

H mold

Berat

ke

mm

mm

gr 

1

101.75

117.5

1724

2

101.3

116.75

1724

Tabel C.2 Dimensi M ould 

Sampel no

36%

38%

40%

42%

44%

Wt of can + wet

46%

332.14

soil

253.33

288.55

301.25

239.44

174.49

Wt of can +dry soil

189.08

213.94

222.22

173.77

237.44

123.33

Wt of water 

64.25

74.91

79.03

65.67

94.7

51.16

Wt of can

19.19

20

19.86

18.68

18,579

18.75

Wt of dry soil

169.95

193.94

202.36

155.09

218.87

104.58

water , w%

37.81%

38.6%

39.05%

42.35%

43.27%

49%

Tabel C.3 Water Content D eter mi nation 

F.

PERHITUNGAN 1. Menghitung volume mold Mold 1 (Sampel 1,2,4, dan 6)

V = 3,14x (10,175)2 x (11,75)/4 V = 954,941 cm3

Mold 2 (Sampel 3 dan 5)

V = 3,14x (10,13) 2 x (11,675)/4 V = 940.47 cm 3

2. Kadar air sebelum pemadatan = 26,63 %

    

 

    Sehingga kadar air awal dari sampel adalah: 

 

  

     

  

     

 

 

3. Menghitung penambahan volume air untuk compaction 

Perhitungan dilakukan pada tahap persiapan praktikum compaction Kondisi awal sample tanah adalah wo

= 26,63%

w

= 2000 gram

wx

= w asumsi (36, 38, 40, 42, 44, 46) %

Volume air yang ditambahkan ditentukan dengan persamaan :

Dari perhitungan, berikut adalah besar volume yang harus ditambahkan untuk  mencapai kadar air yang diinginkan.

Sample

Wx (%)

Vadd (ml)

I

36

147,99

II

38

179,57

40

211,16

IV

42

242,75

V

44

274,34

VI

46

305.93

III

Wo (%)

26,63 %

Tabel C.4 Data penambahan vol ume 

4. Menghitung kadar air setelah compaction 

Tanah yang sudah mengalami pemadatan dikeluarkan dari mold dengan bantuan extruder. Dibagi menjadi 3 bagian lalu mengambil sampel dari setiap bagian tersebut. Sampel tanah pada ketiga lapisan ini dianggap sama kadar airnya sehingga untuk menghitungan kadar air cukup dengan satu can.

Wcan

Wcan+wet

Wcan+dry

Wwater

Wdry

(gr)

(gr)

(gr)

(gr)

(gr)

I

19,15

253,33

189,08

64,25

169,95

37,81

II

20

288,55

213,94

74,91

193,94

38,6

III

19,86

301,25

222,22

79,03

202,36

39,05

IV

18,68

239,44

173,44

65,67

169,95

42,535

V

18,57

332,14

237,44

94,7

218,87

43,27

VI

18,75

174,49

123,33

64,25

104,58

49%

Sample

Tabel C.5. Kadar ai r setel ah compaction 

W (%)

5. Menentukan kerapatan kering (γd)

γwet = (wt can + wet soil – wt can)/ 931, 097

Tabel C.6. Berat isi keri ng tanah hasil compaction 

Sampel

W wet = wt soil in mold

γdry

Vol mold

γwet

W (%)

3

(gr/cm )

I

1538

954.941

1.610571

37.81

1.168689

II

1558

954.941

1.631514

38.6

1.177139

III

1218

940.47

1.295097

39.05

0.93139

IV

1630

954.941

1.706912

42.35

1.199095

V

1308

940.47

1.390794

43.27

0.97075

VI

1626

954.941

1.702723

49

1.142767

6. Menghitung Garis Zero Air Void :

Sr  = 100% Gs=

γ water 

Gs Kelompok 7

2.668757

Gs Kelompok 8

2.471414

Gs Kelompok 10

2.693211

Gs Kelompok 11

2.452414

Rata-Rata

2.571449

= 1 gr/cm3

Sample

w (%)

I

0.3781

II

0.386

IV

0.4235

V

0.4327

Gs

2.571449

w.Gs

1+w.Gs

0.972265

1.972265

0.992579

1.992579

1.089009

2.089009

1.23094225

1.112666

2.112666

1.21715833

Tabel C.7 Zer o Ai r Void 

ZAV

γwater

1

1.3038051 1.29051274

7. Menghitung Nilai Compactive Effort (CE) :

1 feet = 0,3048 m 1m

= 3,281 feet

            Vol

CE

= 954,941 cm 3 = 954,941 x 10 -6 m3 = 0,03372851612 ft 3

=

5,5 lb x 1 inc x 3 x 25 0,03372851612

= 12230.00735 lb/ft

2

8. Grafik Pemadatan Tanah

Berdasarkan hasil perhitungan yang dilakukan di atas, diperoleh nilai

γdry

dan ZAV

sebagai berikut :

Grafik Pemadatan Tanah dan ZAV 1.4 1.3

y = 0.0024x 2 - 0.2073x + 5.5226 R² = 0.087

1.2

Series1 1.1

Series2

1

Poly. (Series1)

0.9 0.8 35

40

45

50

Berdasarkan grafik di atas sangat terlihat adanya kesalahan yang membuat grafik di atas seharusnya tidak mungkin terjadi (grafik menghadap ke atas). Hal tersebut juga didukung dari order 2 polynomial trendline yang memiliki nilai r 2 sebesar 0.087 (sangat jauh dari nilai 1). Jika tetap menggunakan keenam sampel, tentu akan memengaruhi hasil pengolahan data berikutnya. Oleh karena itu,  praktikan memutuskan untuk tidak menggunakan data dari dua kelompok, yaitu sampel kadar air 40% dan 46%

Grafik Pemadatan Tanah 4 Sampel 1.4 1.3 1.2 Series1 1.1

Series2 y=

1

-0.0312x2

+ 2.5083x - 49.056 R² = 0.7946

Poly. (Series1)

0.9 0.8 36

38

40

42

44

Dapat diperkirakan dari grafik bahwa besar dry densit y maksimum adalah 1,199 gr/cm3 saat kadar air optimum berada di 42,35 %. Nilai yang ditemukan ini belum dapat dipastikan presisinya. Maka dari itu perhitungan nilai dry density maksimum dan kadar air optimum dapat ditemukan dengan persamaan kuadrat Maka dari persamaan kuadrat grafik pemadatan tanah, dapat ditemukan W optimum dengan rumus “–b/2a”.

    

    ()

 %

()         ()  ()          35766 E. ANALISA 1. Analisis Percobaan

Tujuan dari percobaan compaction ini adalah untuk mencari nilai kerapatan kering (γdry) maksimum pada kadar air optimum (Wopt) dari suatu sampel tanah yang dipadatkan. Yang dimaksud dengan compaction itu sendiri adalah proses pemadatan tanah untuk mendapatkan berat isi tanah kering maksimum dan kadar air optimum. Sedangkan pengertian berat isi maksimum adalah nilai paling besar yang dapat dicapai oleh suatu pemadatan tanah tertentu, sementara kadar air optimum adalah

kadar air yang paling baik yang disarankan untuk mencapai berat isi maksimum tersebut. Sebelum dilakukan praktikum, terlebih dahulu disiapkan 5 sampel tanah yang sudah lolos saringan no.4 ASTM, berat untuk masing-masing sampel sebesar  2000gram. Kemudian terhadap sampel tersebut dilakukan penghitungan untuk  mendapatkan kadar air awal dengan menggunakan rumus: 

 

  

     

 

Setelah perhitungan didapatkat kadar air awal sebesar 26.63%. Kemudian ditentukan kadar air asumsi yang diinginkan adalah sebesar 36 %, 38%, 40%, 42%, dan 44%. Untuk mencapai kadar air sebesar asumsi tersebut maka dilakukan penambahan air  yang banyaknya didapatkan dari rumus sebagai ber ikut:

Tanah masing-masing sampel kemudian dicampur dengan air sesuai dengan hasil perhitungan. Pencampuran harus dilakukan secara merata agar tanah bersifat homogen agar didapatkan nilai dry density maksimum yang akurat. Untuk itu, tanah ditampung di dalam plastik dan dibiarkan selama sehari, dan persiapan praktikum compaction telah selesai. Metode yang digunakan dalam percobaan compaction ini adalah metode Standard Proctor AASHTO T 99 (ASTM D 698) . Compaction dilakukan pada tiap-tiap sampel tanah yang telah di beri kadar air dari 36% sampai 44%. Sesuai metode yang digunakan maka hanya 3 layer yang diperbolehkan dalam proses pemadatan. Proses  pemadatannya adalah ditumbuk sebanyak 10 kali untuk tiap-tiap layer, tiap layer  harus dijaga agar tidak turun melebihi 1/3, 2/3, dan 3/3 dari tinggi mold, jika tanah turun melebih batasan yang diinginkan maka dilakukan penambahan tanah sampel. Pada akhirnya, lapisan tanah teratas haruslah rata dengan permukaan mold agar  didapatkan volume yang sama antara mold dengan sampel tanah yang telah ditumbukan. Setelah proses pemadatan selesai, mold yang masih berisi padatan tanah ditimbang. Kemudian tanah tersebut dilekuarkan dengan ekstruder. Tanah padatan kemudian dibagi menjadi 3 bagian dengan menggunakan penggaris dimana setiap lapisan diambil sebagai sampel dengan asumsi ketiga bagian tersebut telah mewakili kadar air dalam lapisan tanah yang telah ditumbuk. Dari tiap-tiap bagian diambil

sebagian kecil dan ditaruh dalam wadah untuk kemudian dimasukkan ke dalam oven. Sampel dari tanah tersebut akan digunakan untuk menemukan dry density.

2. Analisis Hasil

Dari serangkaian proses compaction ini, praktikan memperoleh data kadar air setelah compaction. w asumsi

w setelah

 No

(%)

compaction (%)

1

36

37,81

2

38

38,6

3

40

39,05

4

42

42,535

5

44

43,27

6

46

49

Tabel C.8 Per bandingan k adar air asumsi dan k adar air setelah compaction 

Setelah dilakukan perhitungan terhadap tanah sampel maka terlihat w setelah  pemadatan tidak jauh dari w asumsi, ada yang mengalami kenaikan ataupun  penurunan. Kenaikan atau penurunan untuk tiap sampel berturut-turut dari atas ke  bawah sebesar: +1.81, +0.6, -9.5, +0.535, -0.73, +3. Kenaikan dan penurunan tersebut dapat disebabkan oleh penambahan air yang tidak sesuai takaran, sehingga  berpengaruh pada kadar air yang digunakan untuk proses pemadatan. Pengolahan data dilanjutkan dengan mencari nilai Berat Isi Kering pada tiaptiap sampel tanah. Berikut hasil pengolahan data Berat Isi Kering tanah.

w

ɤdry

37.81

1.168689

38.6

1.177139

39.05

0.93139

42.35

1.199095

43.27

0.97075

49

1.142767

Grafik Pemadatan Tanah 6 Sampel 1.4 1.3

y = 0.0024x 2 - 0.2073x + 5.5226 R² = 0.087

1.2

Series1

1.1

Poly. (Series1)

1 0.9 0.8 35

40

45

50

Dari perhitungan, maka dapat dibuat grafik antara kadar air dengan berat isi kering. Grafik yang dihasilkan jika menggunakan 6 sampel tanah memperlihatkan kesalahan yang mencolok, antara lain grafik yang menghadap ke atas sebanyak 2 kali,  padahal seharusnya grafik pemadatan tanah membentuk kurva menghadap ke bawah. Hal tersebut juga disebabkan dengan nilai r 2 yang sangat jauh dari1, yaitu hanya mencapaoi 0.087. Maka untuk mendapatkan grafik yang sesuai, diputuskan untuk  melakukan pengeliminasian data. Pertimbangan data yang dieliminasi adalah datadata yang menyebabkan gambar grafik yang dihasilkan menjadi tidak sesuai ketentuan. Pilihan jatuh ke kelompok dengan kadar air 40% dan 46%. Kelompok  dengan kadar air 46% mendapatkan kadar air setelah pemadatan yang cukup jauh, yaitu sebesar 49%. Adanya data yang menyebabkan grafik melenceng dapat disebabkan karena adanya kesalahan yang terjadi saat pratikum. Setelah dilakukan pengeliminasian, maka didapatkan grafik sebagai berikut.

Grafik Pemadatan Tanah 4 Sampel 1.4

1.177138822

1.2

1.199095002

1

1.168689286

0.8

-0.0312x2

y=

0.6

0.970750307

+ 2.5083x - 49.056 R² = 0.7946

Series1 Poly. (Series1)

0.4 0.2 0 36

38

40

42

44

Setelah dihilangkan 2 data, maka didapatkan grafik yang sesuai, yaitu yang menghadap ke bawah. Setelah itum maka dapat dilakukan pengolahan data untuk  mencari nilai Berat Isi Kering tanah maksimum. Dengan metode estimasi puncak  didapatkan nilai Berat Isi Kering tanah maksimum sebesar 1.199 gr/cm 3 pada kadar  air optimum 42.35%. Sedangkan dengan menggunakan metode perhitungan  persamaan kuadrat, didapatkan nilai Berat Isi Kering tanah maksimum sebesar 1.358 gr/cm3 pada kadar air optimum 40.2%. Ternyata hasil estimasi tidak jauh dengan hasil  persamaan kuadrat yang didapat dari grafik, berarti pilihan data yang dieliminasi cukup tepat. Setelah mendapatkan kadar air setelah pemadatan maka dapat ditentukan ZAV-line.

Grafik Pemadatan Tanah 4 Sampel 1.4 1.3 1.2 Series1 1.1

Series2 y=

1

-0.0312x2

+ 2.5083x - 49.056 R² = 0.7946

Poly. (Series1)

0.9 0.8 36

38

40

42

44

Berdasarkan grafik ZAV  Line yang didapat, terlihat hasil yang cukup baik  karena membentuk garis lurus. Grafik perbandingan kadar air dan Berat Isi Kering tanah dengan ZAV  Line tidak bersentuhan walau nyaris bersentuhan. Kedua grafik  yang tidak bersentuhan menandakan sedikit kurang sempurna yang berarti masih ada udara di dalam tanah hasil pemadatan, walau sebenarnya tentu sulit untuk  mengeluarkan seluruh pori di dalam tanah. 3. Analisis Kesalahan

Kesalahan pada praktikum dapat terjadi akibat beberapa hal antara lain: 

Pencampuran tanah dengan air yang tidak rata saat proses pengadukan yang menyebabkan tanah tidak homogen



Pada proses pemadatan, praktikan mungkin tidak melakukannya secara merata, sehingga tanah hasil compaction pun tidak padat sempurna dan masih memiliki rongga kosong

F.

KESIMPULAN

1.

Kadar air optimum hasil compaction sebesar 42,35 % dan berat isi kering tanah maksimum sebesar 1,19 gr/cm3.. Sedangkan berdasarkan perhitungan didapatkan kadar air optimum sebesar 40.2% dan berat isi kering tanah maksimum sebesar 1.3 gr/ cm3

2.

Garis ZAV tidak memotong kurva menunjukkan derajat saturasi padatan masih tinggi .

G. REFERENSI

Buku Pedoman Praktikum Mekanika Tanah, Laboratorium Mekanika Tanah, Depok.

H. LAMPIRAN

 Proses Pemadatan Tanah

 Hasil Akhir Pemadatan

 Meratakan tanah dengan penggaris