24
4 HASIL DAN PEMBAHASAN Karakteristik Tanah Bahan Timbunan 1. Berat Jenis Partikel Tanah (Gs) Pengujian Berat Jenis Partikel Tanah Gs (Spesific Gravity) dari tanah bahan timbunan hasilnya disajikan dalam Tabel 7, dan perhitungan secara lengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 1. Tabel 7 Nilai berat jenis partikel tanah,Gs Kedalaman (cm) Nilai Berat Jenis Partikel Tanah, Gs (Spesific Gravity)
0 – 25
25 – 55
55 – 110
2,66
2,73
2,81
Nilai Berat Jenis Partikel Tanah, Gs (Spesific Gravity) rata-rata
2,73
Nilai Berat jenis partikel tanah dari tiga kedalaman yang ditinjau dan diuji nilainya berbeda, ini disebabkan komposisi kandungan tanah setiap kedalaman cenderung berbeda. 2. Ukuran Butir Tanah Pada Gambar 13 diperlihatkan Kurva distribusi partikel contoh tanah pada kedalaman 0 – 25 cm.
100 90 80
% Lolos
70 60 50 40 30 20 10 0
0,0001
0,0010
0,0100
0,1000
1,0000
D (mm) Analisa Ayak
Analisa Hidrometer
Gambar 13 Kurva distribusi partikel contoh tanah pada kedalaman tanah 0 – 25 cm Pada Gambar 14 diperlihatkan Kurva distribusi partikel contoh tanah pada kedalaman 25- 55 cm.
25
100 90 80
% Lolos
70 60 50 40 30 20 10 0
0,0001
0,0010
0,0100
0,1000
1,0000
D (mm) Analisa Ayak
Analisa Hidrometer
Gambar 14 Kurva distribusi partikel contoh tanah pada kedalaman tanah 25 – 55 cm Pada Gambar 15 diperlihatkan Kurva distribusi partikel contoh tanah pada kedalaman 55-110 cm.
100 90 80
% Lolos
70 60 50 40 30 20 10 0
0,0001
0,0010
0,0100
0,1000
1,0000
D (mm) Analisa Ayak
Analisa Hidrometer
Gambar 15 Kurva distribusi partikel contoh tanah pada kedalaman tanah 5 – 110 cm Dari Gambar 13, Gambar 14 dan Gambar 15 diperoleh nilai-nilai koefisien keseragaman dan koefisien gradasi (Tabel 8). Tabel 8 Koefisien keseragaman dan koefisien gradasi Kedalaman (cm) Ukuran maksimum dari sampel 10%, d10 (mm) Ukuran maksimum dari sampel 30%, d30 (mm) Ukuran maksimum dari sampel 60%, d60 (mm) Koefisien keseragaman, Cu=d60/d10 Koefisien gradasi, Cc=(d30)2/(d60*d10) Katagori tanah
0-25 0.0014 0.005 0.02 14.3 0.89
25-55 0.003 0.007 0.03 10.0 0.54 Bergradasi baik
55-110 0.001 0.005 0.03 30.0 0.83
26
Mengenai perincian perhitungan ukuran butir tanah Lampiran 2.
dapat dilihat pada
3. Konsistensi Tanah/ Batas Cair dan Batas Plastis Konsistensi / batas cair dan batas plastis dari kedalaman tanah 0-25 cm, 2555 cm dan 55-110 cm disajikan dalam Tabel 9. Perhitungan konsistensi tanah secara lengkap dapat dilihat pada Lampiran 3 dan pada Lampiran 4 ditampilkan grafik batas cairnya.
Tabel 9 Konsistensi / batas cair dan batas plastis Kadar Air Batas Cair (%), LL Batas Plastis (%), PL Indek Plastik (%), IP
Kedalaman (cm) 25 - 55 72,95 44,73 28,22
0 - 25 78,85 50,23 28,62
55 - 110 78,71 42,76 35,95
Nilai konsistensi tanah pada Tabel 9 kemudian dimasukkan dalam Grafik plastisitas untuk klasifikasi tanah (Das, 1994) (Lampiran 5). Hasilnya menunjukkan bahwa tanah untuk subgrade termasuk pada klasifikasi A-7-5 yaitu kelompok jenis tanah lanau dan lempung. 4. Kompaksi / Pemadatan Tanah Gambar 16 memperlihatkan kurva uji kompaksi pada kedalaman tanah 0 – 25 cm. Sumbu tegak merupakan nilai berat isi kering (ρd dan ρd(ZAV)) dalam t/m3, sedangkan sumbu mendatar merupakan nilai kadar air dalam %.
Berat Isi Kering (t/m3)
1,60 1,40 1,20 1,00
Berat isi kering
0,80 Berat isi kering ZAV
0,60 0,40 0,20 0,00 0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
Kadar Air (%)
Gambar 16 Kurva uji kompaksi pada kedalaman tanah 0-25 cm Gambar 17 memperlihatkan kurva uji kompaksi pada kedalaman tanah 25 – 55 cm. Sumbu tegak merupakan nilai berat isi kering (ρd dan ρd(ZAV)) dalam t/m3, sedangkan sumbu mendatar merupakan nilai kadar air dalam %.
27
Berat Isi Kering (t/m3)
2,00 1,80 1,60 1,40 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 0,00
Berat isi kering Berat isi kering ZAV
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
Kadar Air (%)
Gambar 17 Kurva uji kompaksi pada kedalaman tanah 25-55 cm Gambar 18 memperlihatkan kurva uji kompaksi pada kedalaman tanah 55 – 110 cm. Sumbu tegak merupakan nilai berat isi kering (ρd dan ρd(ZAV)) dalam t/m3, sedangkan sumbu mendatar merupakan nilai kadar air dalam %.
Berat Isi Kering (t/m3)
1,80 1,60 1,40 1,20 Berat isi kering
1,00 0,80
Berat isi kering ZAV
0,60 0,40 0,20 0,00 0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
Kadar Air (%)
Gambar 18 Kurva uji kompaksi pada kedalaman tanah 55-110 cm Berdasarkan perhitungan uji kompaksi pada kedalaman tanah 0-25 cm, 2555 cm dan 55-110 cm diperoleh kadar air optimum masing-masing 38.38%, 37.30% dan 37.61% dengan berat isi kering (ρd) masing-masing 1.24 t/m3, 1.29 t/m3, dan 1.30 t/m3. Dapat dikatakan bahwa semakin dalam tanah yang diuji, maka nilai berat isi kering (ρd) semakin besar.Perhitungan kompaksi secara lengkap dapat dilihat pada Lampiran 6. 5. CBR (California Bearing Ratio) Rendaman Pengambilan contoh tanah untuk pengujian ini pada kedalaman 0 – 110 cm. Pada Lampiran 7 diperlihatkan langkah kerja pengujian CBR rendaman. Nilai CBR rendaman yang diperoleh adalah 5.7%. CBR rendaman (soaked) yang
28
dilakukan di laboratorium adalah kondisi yang sering dialami di lapangan. Dalam perhitungan konstruksi bangunan yang dipergunakan sebagai dasar perhitungan adalah nilai CBR rendaman, karena dalam kenyataannya air selalu mempengaruhi konstruksi bangunan 6. Pipa PVC Gambar 19 diperlihatkan hasil pengujian tekan PVC pada kondisi elastis. Pada saat beban dihilangkan maka bentuk dari benda uji akan kembali ke bentuk semula. Pada Lampiran 8 diperlihatkan langkah pengujian pipa PVC. 160 y = 597,5x - 93,083
Beban Tekan (kgf)
140 120
Beban tekan maksimum rata-rata (kgf)
100 80
Linear (Beban tekan maksimum rata-rata (kgf))
60 40 20 0 0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
Panjang Pipa (m )
Gambar 19 Hubungan panjang pipa dengan beban tekan maksimum Pada Gambar 19 terlihat persamaan garis yang dihasilkan dari percobaan kuat tekan pipa PVC. Dari tiga buah pipa yang sama diameternya tetapi panjangnya berbeda diperoleh persamaan hubungan panjang pipa dengan beban maksimum pada kondisi elastis, yaitu seperti di bawah ini. y = 597.5x – 93.083............................................................................................ (34) dimana : y = beban maksimum, (kgf) x = panjang pipa yang diuji, (m) Untuk mengetahui kekuatan tekan maksimum pada pipa sepanjang x = 1 m, maka kekuatan pipa adalah y = 597.5 * 1 – 93.083 ≈ 504 kg/m.
Perkerasan dengan Metode Tanpa Bahan Pengikat
Dalam perhitungan konstruksi bangunan nilai California Bearing Rasio (CBR) rendaman dipergunakan sebagai dasar perhitungan, karena dalam kenyataannya air selalu mempengaruhi konstruksi bangunan. Nilai hasil CBR rendaman dari bahan tanah timbunan sebesar 5.7 %. Dalam desain konstruksi jalan usahatani di petakan tersier lahan sawah ini nilai nilai CBR rendaman di atas dijadikan sebagai CBR desain pada perhitungan tebal perkerasan jalan usahatani dengan metoda tanpa bahan pengikat. Dalam
29
desain jalan usahatani kepadatan lalu-lintas ditetapkan sebagai lalu-lintas jarang. Rumus yang dipakai untuk menghitung ketebalan perkerasan jalan adalah persamaan 17. Pada kriteria pemilihan desain jalan usahatani di petakan tersier telah ditetapkan spesifikasi kendaraan atau alat angkut yang mempunyai beban total (P) sebesar 900 kg. Untuk beban P rencana sebesar 1 ton, maka hasil perhitungan tebal perkerasan jalan usahatani (h) adalah 7 cm.
Dimensi Potongan Melintang Jalan Usahatani yg Terintegrasi dgn Saluran Tersier Lahan Sawah 1. Lebar Atas Prototipe Jalan Usahatani Dalam pembuatan dimensi prototipe jalan usahatani di petakan tersier, kriteria lebar potongan melintang jalan mengacu kepada spesifikasi kendaraan yang akan melewati jalan usahatani, yaitu : 1) Lebar maksimum kendaraan yaitu 110 cm atau 1.10 m. 2) Jarak dua sisi terhadap lebar kendaraan, yang ditetapkan masing-masing 45 cm atau 0.45 m. Maka lebar potongan melintang jalan bagian atas adalah 1.10 m ditambah 2 x 0.45 m yaitu 2 m. Alasan penentuan lebar atas jalan tersebut adalah untuk menghemat lahan dan biaya pembuatan prototipe jalan usahatani. 2. Tinggi Prototipe Jalan Usahatani Dalam menetapkan dimensi tinggi prototipe jalan usahatani mengacu pada lahan yang ada. Tinggi jalan adalah 0.70 m, tetapi total penimbunan adalah 0.90 m karena diperlukan 0.20 m penggalian untuk membuang tanah yang lembek. 3. Kemiringan Prototipe Jalan Usahatani Setelah nilai konsistensi tanah digambarkan dalam grafik plastisitas untuk klasifikasi tanah (Das, 1994), maka disimpulkan tanah untuk subgrade termasuk pada klasifikasi A-7-5 yaitu kelompok jenis tanah lanau dan lempung. Untuk tinggi lereng < 5 m maka kemiringan standar lereng (panduan geoteknik jalan halaman IV-6, 2006) adalah 1:1.2, sedangkan menurut kemiringan tipikal lereng timbunan (Horner, 1988) adalah 1:1.5, untuk jenis tanah lempung. Berdasarkan kondisi yang ada di lapangan yaitu tinggi lereng jalan usahatani adalah 0.70 m, maka kemiringan mengacu kepada standar di atas. 4. Pemasangan Pipa PVC pada Jalan Usahatani Pipa PVC pada pembuatan prototipe jalan usahatani ini dipasang pada kedalaman 0.5 m di bawah permukaan tanah dasar jalan usahatani.
Desain Prototipe Jalan Usahatani yang Terintegrasi dengan Saluran Tersier
Gambar 20 menggambarkan potongan melintang prototipe jalan usahatani di petakan tersier lahan sawah. Gambar 21 menggambarkan denah dari prototipe jalan usahatani di petakan tersier lahan sawah.
30
Gambar 20 Potongan melintang prototipe jalan usahatani di petakan tersier
Gambar 21 Denah prototipe jalan usahatani di petakan tersier
Pembebanan Terhadap Pipa 1. Perhitungan Beban Mati (PM) Untuk perhitungan masing-masing data diambil dari hasil penelitian. Berat isi tanah dari hasil penelitian kompaksi yaitu 1.3 ton/ m3 atau 1300 kg/m3. Diameter pipa PVC yang digunakan 6 inci atau sekitar 15 cm atau 0.15 m. Tinggi timbunan tanah di atas puncak pipa (H) adalah 50 cm atau 0.50 m, dan ketebalan perkerasan jalan 7 cm atau 0.07 m. Untuk mempermudah perhitungan tebal perkerasan jalan dianggap sama berat isinya, sehingga tinggi timbunan menjadi 57 cm atau 0.57 m. Nilai Ke berkisar antara 0.5 – 0.8. Pipa diletakkan pada tanah teguh, sehingga dalam hal ini diambil nilai Ke sebesar 0.6. Dengan mengacu kepada rumus 18, maka nilai beban mati (PM) adalah: PM = 1300 kg/m³ x 0.57 m x 0.15 m x 0.6 ≈ 67 kg/m.
31
2. Perhitungan Beban Hidup (PH) Untuk perhitungan beban hidup, data ketinggian timbunan di atas pipa (H) sebesar 57 cm atau 0.57 m. Beban kendaraan dan muatan direncanakan adalah 1 ton atau 1000 kg, jadi beban roda terpusat di permukaan jalan. Bila roda kendaraan berjumlah 4, maka masing-masing roda mempunyai beban 250 kg. Untuk mencari nilai Cb dilakukan pengukuran pada Gambar 7, dan hasilnya ditampilkan pada Tabel 10.
Tabel 10 Hubungan nilai r/H dengan Cb r/H 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
Cb 0.48 0.28 0.08 0.02 0.01
Tabel 11 memperlihatkan nilai PH yang mengacu kepada rumus 19 yaitu beban hidup rata-rata lalu-lintas pada tepi atas pipa (kg/m) dengan beberapa nilai Cb. Nilai PH diambil yang paling maksimum yaitu 369 kg/m, yaitu saat posisi roda kendaraan tepat di atas posisi pipa PVC. Kondisi ini merupakan posisi yang paling optimum, pipa menerima beban yang terbesar. Tabel 11 Perhitungan nilai PH H (m) 0.57 0.57 0.57 0.57 0.57
H^2
r/H
0.32 0.32 0.32 0.32 0.32
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
Q (kg) 250 250 250 250 250
Cb
QxCb
PH
0.48 0.28 0.08 0.02 0.01
120 70 20 5.0 2.5
369 215 62 15 8
3. Perhitungan Beban Kombinasi (Pk) Beban tekan kombinasi (Pk) adalah beban mati dan beban hidup yang diterima puncak pipa yang dihitung dengan rumus 20 yaitu :
Pk = Cp (PM + PH) dimana : Pk = Beban kombinasi yang bekerja pada pipa Cp = Koefisien reduksi, untuk struktur kaku Cp = 2 dan untuk struktur lentur nilai Cp lebih kecil dari 2. Beban kombinasi Pk ini adalah beban maksimum yang harus diterima oleh pipa. Dalam hal ini kekuatan tekan pipa harus lebih besar atau sama dengan kekuatan tekan yang timbul, dan besarnya kekuatan tekan yang timbul adalah sebesar nilai Pk. Misalnya nilai Cp = 1.0, maka nilai Pk yang timbul atau yang diijinkan adalah Pk = 1.0 (67 + 369) ≈ 436 kgf/m.
32
Berdasarkan hasil perhitungan, kekuatan tekan pipa PVC adalah 504 kgf/m dan beban kombinasi (Pk) yang ditimbulkan oleh beban mati (PM) dan beban hidup (PH) adalah 436 kgf/m. Maka berarti pipa kuat menahan beban tekan yang timbul, karena kekuatan tekan pipa (504 kgf/m) > dari kekuatan tekan yang timbul (436 kgf/m).
Prototipe Subgrade Jalan Usahatani di Petakan Tersier Lahan Sawah 1. Penyediaan Tanah Timbunan untuk Tanah Dasar (subgrade) Tanah timbunan untuk tanah dasar atau subgrade diperoleh sekitar daerah percobaan pembuatan prototipe jalan usahatani yang telah diambil contoh tanahnya. Tanah timbunan untuk tanah dasar jalan usahatani tersebut dapat dilihat seperti pada Gambar 22.
Gambar 22 Tanah timbunan untuk tanah dasar (subgrade) jalan usahatani 2. Langkah Pembuatan Prototipe Subgrade Jalan Usahatani 1. Persiapan bahan, peralatan dan tenaga kerja. 2. Pembuatan profil melintang jalan dengan penimbunan awal, tebal penimbunan untuk setiap lapis pemadatan adalah sekitar 20 cm, seperti terlihat pada Gambar 23.
33
Gambar 23 Pembuatan profil melintang jalan dengan penimbunan awal 3. Koreksi kadar air tanah bahan timbunan di lapangan dengan cara mengetahui batas plastisnya, yaitu menggulung beberapa bahan tanah timbunan dengan jari tangan menjadi diameter ±3 mm, dimana pada diameter tersebut tanah mulai retak. Dari beberapa bahan timbunan yang ada, sebagian ada yang mencapai batas plastis dan sebagian lagi tidak mencapai batas plastis. Penyelesaiannya tanah bahan urugan yang kekurangan kadar airnya ditambah dengan cara disiram sampai mendekati batas plastis. Pelaksanaan koreksi batas plastis di lapangan seperti terlihat pada Gambar 24.
Gambar 24 Pelaksanaan koreksi batas plastis di lapangan 4. Selanjutnya yaitu pelaksanaan pemadatan lapis pertama, dimana tebal setiap lapis tanah timbunan yaitu 20 cm. Alur pemadatan tanah timbunan yaitu berbentuk seperti spiral yang dimulai dari sisi tanah timbunan menuju pusat timbunan, dan dari pusat timbunan menuju sisi timbunan, seperti terlihat pada Gambar 25 dan Gambar 26.
34
Gambar 25 Bentuk alur pemadatan dari sisi menuju pusat
Gambar 26 Bentuk alur pemadatan dari pusat menuju sisi Mengacu pada pekerjaan tanah dasar pada buku Departemen Pekerjaan Umum Direktorat Bina Marga No : 003-01/BM/2006 pada halaman 74100 tentang tebal dan jumlah lapisan pemadatan. Untuk tebal tanah kohesif tebal lapisan berkisar antara 10 sampai 20 cm, sedangkan jumlah lintasan berkisar antara 4 sampai 8 lintasan. Dalam percobaan pembuatan prototipe ini pemadatan dilakukan 5 lintasan. Gambar 27 merupakan hasil dari pemadatan akhir lapisan pertama.
35
Gambar 27 Pemadatan akhir lapis pertama Pengamatan dalam proses pemadatan pada lapis pertama yaitu dari tebal tanah timbunan kondisi gembur adalah 20 cm menghasilkan tanah dalam kondisi padat yaitu rata-rata 12 cm. Hasil pengamatan satu titik pemadatan tanah adalah 3- 5 tumbukan. 5. Untuk lapis kedua sampai lapis terakhir tahapannya sama dengan urutan lapis pertama, dimana jumlah lapisan yang dipadatkan adalah 8 lapisan. Lapisan terakhir hasil pemadatan seperti pada Gambar 28.
Gambar 28 Pemadatan akhir lapis terakhir 6. Setelah lapis terakhir selesai, maka langkah selanjutnya pengambilan data DCP (Dynamic Cone Penetrometer) sebanyak 2 titik pada lokasi yang berbeda. Maksud pengambilan data DCP (Dynamic Cone Penetrometer) yaitu untuk mengetahui nilai CBR (California Bearing Ratio) yang ada di lapangan, dan data CBR (California Bearing Ratio) yang diperoleh di lapangan akan dijadikan CBR rencana untuk tebal perkerasan jalan
36
usahatani yang ada di atasnya. Gambar 29 merupakan salah satu contoh pengambilan data DCP (Dynamic Cone Penetrometer) di satu titik.
Gambar 29 Pengambilan data DCP 7. Langkah berikutnya adalah mengukur dan menggali lokasi untuk pemasangan pipa PVC diperlihatkan pada Gambar 30.
Gambar 30 Penggalian lokasi pipa PVC 8. Penggalian tanah untuk pipa PVC adalah sedalam 65 cm dari permukaan tanah bagian atas. Pada Gambar 31 berikut merupakan pipa yang sudah dipasang dan ditimbun tetapi belum dipadatkan kembali.
37
Gambar 31 Pipa yang sudah terpasang dan ditimbun 9. Setelah pemasangan dan penimbunan pipa selesai, maka permukaan tanah kembali dilakukan pemadatan agar kondisi tanah mempunyai daya dukung yang kuat. Proses pemadatan ulang diperlihatkan pada Gambar 32.
Gambar 32 Proses pemadatan ulang tanah setelah pipa terpasang 10. Hasil dari pemadatan ulang setelah pipa terpasang diperlihatkan pada Gambar 33.
38
Gambar 33 Hasil pemadatan ulang tanah setelah pipa terpasang
Kekuatan Tanah Dasar (Subgrade) Prototipe Jalan Usahatani
Perhitungan pengujian kekuatan tanah dasar (subgrade) prototipe jalan usahatani menggunakan alat DCP (Dynamic Cone Penetrometer) langkah perhitungannya dapat dilihat pada Lampiran 9. Pada Tabel 12 disajikan nilai ratarata CBR (California Bearing Ratio) dari tiap bagian kedalaman. Tabel 12 Nilai rata-rata CBR (California Bearing Ratio) dari tiap bagian kedalaman. Lapisan Bagian A Bagian B Bagian C
Kedalaman rata-rata (mm) 0 - 340 340 - 590 590 - 950
Rata-rata CBR tiap kedalaman (%) 7.62 19.67 21.91
Dengan mengacu pada Tabel 12 nilai rata-rata CBR yang diperoleh sebesar 7.62%, 19.67% dan 21.91%, yang lebih besar dari CBR rencana yaitu 5.7%. Hal ini berarti CBR subgrade memenuhi syarat kekuatan.
