PENGARUH KADAR AIR TERHADAP TEGANGAN DAN PENURUNAN SUBGRADE TANAH EKSPANSIF PADA MODEL PERKERASAN LENTUR RB. Akhmad Robitul Y.; Ir. Harimurti, MT; Dr. Eng. Yulvi Zaika, MT Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Brawijaya Jalan MT. Haryono 167 Malang 65145 Jawa Timur ABSTRAK Kerusakan perkerasan jalan seperti yang terjadi pada ruas jalan Paron yang terletak di Kabupaten Ngawi diduga disebabkan lapisan subgrade (tanah dasar) yang mengandung tanah ekspansif. Hal ini dikarenakan tanah ekspansif mempunyai potensi kembang susut yang tinggi jika kadar air pada tanah ekspansif tersebut terjadi perubahan. Sehingga pada saat musim hujan tanah ekspansif mengalami pengembangan sedangkan pada musim kemarau tanah ekspansif mengalami penyusutan. Mengetahui karakteristik dan perilaku dari tanah ekspansif pada subgrade perkerasan jalan sangat dibutuhkan supaya diperoleh desain perkerasan jalan yang tepat di atas tanah ekspansif pada ruas jalan Paron. Dari beberapa cara yang dapat digunakan untuk menganalisis perilaku tersebut yaitu dengan cara melihat dari nilai besaran tegangan dan penurunan yang terjadi pada tanah subgrade. Dilakukan pengujian tegangan dan penurunan yang terjadi pada subgrade tanah ekspansif dengan pemodelan pemberian beban roda sebesar 20 kg dengan kecepatan 4,31 cm/s pada perkerasan lentur. Pemberian beban roda dilakukan sebanyak 100 lintasan di atas perkerasan lentur tiap kadar air. Penambahan kadar air pada tanah subgrade adalah sebesar 0% (kering); 5% (15 lt); 11,6% (35 lt); 15% (45 lt) dan 18,3% (55 lt). Data yang diambil untuk mengetahui pengaruh kadar air terhadap tegangan dan penurunan subgrade tanah ekspansif, yaitu lintasan ke-1, 25, 50, 75 dan 100 tiap kadar air. Dari penambahan kadar air yang diberikan pada tanah didapatkan hasil pada pembacaan dial di titik A dan di titik B bahwa semakin besar variasi penambahan kadar air pada subgrade tanah ekspansif maka penurunan yang terjadi pada subgrade semakin besar. Hal ini disebabkan menurunnya nilai daya dukung tanah seiring penambahan kadar air pada subgrade tanah ekspansif dan juga akibat efek swelling pada subgrade tanah ekspansif yang masih terus bekerja karena adanya air. Begitu pula untuk tegangan subgrade yang terjadi, Didapatkan hasil pada pembacaan dial di titik A dan di titik B bahwa semakin besar variasi penambahan kadar air pada subgrade tanah ekspansif maka tegangan yang terjadi pada subgrade semakin besar. Hal ini dapat dipengaruhi oleh pengembangan tanah ekspansif seiring penambahan kadar air pada subgrade. Kata Kunci : Tanah Ekspansif, Kadar Air, Tegangan tanah, Penurunan tanah, Model perkerasan lentur
1
1.
Mengetahui
LATAR BELAKANG
karakteristik
dan
Dalam setiap pekerjaan konstruksi,
perilaku dari tanah ekspansif pada subgrade
tanah merupakan aspek yang sangat penting.
perkerasan jalan sangat dibutuhkan supaya
Beberapa
masalah
dalam
pekerjaan
diperoleh desain perkerasan jalan yang tepat
konstruksi
bangunan
seperti
kerusakan
di atas tanah ekspansif pada ruas jalan
perkerasan jalan seperti yang terjadi pada
Paron. Dari beberapa cara yang dapat
ruas jalan Paron yang terletak di Kabupaten
digunakan
Ngawi diduga disebabkan lapisan subgrade
tersebut yaitu dengan cara melihat dari nilai
(tanah dasar) yang mengandung tanah
besaran tegangan dan penurunan yang
ekspansif.
terjadi pada tanah subgrade akibat pengaruh
Hal
ini
dikarenakan
tanah
untuk
menganalisis
perilaku
ekspansif mempunyai potensi kembang
perubahan kadar airnya.
susut yang tinggi jika kadar air pada tanah
penyusun akan mengangkat bahasan untuk
ekspansif
penelitian Tugas Akhir ini yang berjudul :
tersebut
terjadi
perubahan.
Sehingga pada saat musim hujan tanah
“Pengaruh
ekspansif
Tegangan
mengalami
pengembangan
Kadar dan
Maka dari itu
Air
Terhadap
Penurunan
Subgrade
sedangkan pada musim kemarau tanah
Tanah Ekspansif Pada Model Perkerasan
ekspansif mengalami penyusutan.
Lentur”.
Dari hasil analisis ini bisa
dijadikan
sebagai
Jika hal tersebut terus dibiarkan maka
secara
tidak
langsung
akan
pertimbangan
untuk
memilih desain perkerasan jalan pada
menyebabkan kerugian yang besar bagi
subgrade yang berupa tanah ekspansif.
dunia kontruksi Indonesia dan khususnya bagi para pemakai jalan tersebut. Maka dari
2.
METODE PENELITIAN
itu perlu adanya penanganan khusus untuk
2.1
Penempatan Alat Penguji dan
mendesain perkerasan jalan raya di atas
Pemodelan Perkerasan
tanah
ekspansif,
dikeluarkan
dari
agar
anggaran
APBN
yang
Perkerasan
(Anggaran
direncanakan
dengan
pemodelan mulai dari subbase, base dan
Pendapatan dan Belanja Negara) yang
lapis
perkerasan
lentur.
Pemodelan
asalnya dari masyarakat juga tidak disia-
perkerasan dengan menggunakan skala 1:20.
siakan karena desain jalan yang kurang tepat
Metode yang digunakan pada pembuatan
dan efektif.
aspal yaitu metode pencampuran aspal panas dengan prosentase aspal 7%. Pada model 2
lapis atas perkerasan lentur ini terbuat dari
Pada lapisan subgrade (tanah dasar)
campuran agregat batu pecah dengan gradasi
diguakan jenis tanah yang bersifat terganggu
yang ditentukan pada tabel 2.1.
(disturb soil).
Tabel 2. 1 Gradasi aspal
Gambar 2.1 Posisi model perkerasan pada kotak menggunakan skala 1:20 Tabel 2.2 Gradasi B (subbase)
Gambar 2. 2 Potongan melintang kotak dan posisi dial
Tabel 2.3 Gradasi A (base)
Gambar 2.3 Tampak atas posisi dial pada permukaan subgrade
3
2.2
saat mundur, roda tidak menapak. Alat ini
Alat Penguji
dapat memberikan repetisi yang konstan.
Alat Pengukur Penurunan (modifikasi) Untuk mendapatkan besar penurunan ,digunakan
alat
modifikasi
yang
cara
kerjanya sama seperti dial gauge. Set alat pengukur penurunan terdiri dari ohm meter, hambatan geser dan dihubungkan dengan kabel. Tahanan geser dirancang sehingga apabila tanah mengalami perbahan elevasi maka posisi tuas akan berubah, hambatan Gambar 2.5 Mesin pembebanan
dibaca oleh ohm meter dari pergeseran tuas. Nilai
hambatan
dikonversikan
geser
menjadi
kemudian
jarak
Alat Ukur Tegangan (modifikasi)
dengan
Untuk
mengalikan faktor skala alat.
mendapatkan
besar
nilai
tegangan digunakan alat uji yang terbuat dari modifikasi load cell yang tersambung dengan lcd untuk mengukur tegangan yang terjadi. Cara kerja alat ini seperti timbangan elektrik standar. Pada saat ada tekanan pada load
cell,
penurunan
load
cell
kemudian
diterjemahkan
akan
mengalami
besar
penurunan
menjadi
angka
yang
ditunjukkan oleh layar monitor.
Gambar 2. 4 alat pengukur penurunan Mesin Pembebanan (beban roda) Mesin penguji ini dirancang untuk memodelkan pembebanan yang terjadi pada jalan.
Pembebanan
yang
terjadi
yaitu
pembebanan satu arah, roda mesin akan menapak lintasan hanya saat maju dan pada
Gambar 2. 6 alat pengukur tegangan 4
2.3
cm dari mulut kotak . Setiap ketinggian 10
Pemodelan Perilaku Pembebanan
cm tanah dipadatkan.
Pada Perkerasan Dan Kondisi Tanah Dalam melakukan percobaan uji
d. Kemudian pasang dial penurunan dan
perilaku dapat dilihat sesuai petunjuk tabel
tegangan pada permukaan tanah subgrade
2.4
sesuai gambar 2.3 e. Tambahkan agregat batu pecah sebagai
Tabel 2.4 Pemodelan pembebanan
lapisan base dan subbase dengan tebal 2 cm dan 3 cm sesuai gambar 2.2 Gradasi base direncanakan seperti tabel 2.3 dan subbase seperti tabel 2.2 f. Letakkan
model perkerasan lentur
dengan dimensi seperti pada gambar 2.2 dan gambar 2.3 di atas base yang telah 2.4
Langkah-Langkah Pengujian
dipadatkan.
Untuk melihat pengaruh perubahan
g. Kemudian
dilakukan
repetisi
sesuai
kadar air terhadap penurunan dan tegangan
pemodelan pembebanan yang ditunjukkan
tanah ekspansif terhadap perkerasan lentur
tabel 2.4. Dilakukan pembacaan dial pada
maka dilakukan pengujian dengan tahapan
tiap titik seperti gambar 2.3. Pada langkah
sebagai berikut:
ini dilakukan pembacaan tegangan dan
a. Kotak dan tanah ekspansif disiapkan
penurunan tanah yang tampil pada layar.
dengan kondisi tanah kering
h. Setelah pengukuran selesai, penambahan
dan lolos
saringan 4 dengan berat 292,11 kg. b. Pemberian
tanah
ke
dalam
air dilakukan melalui selang sebanyak 15 kotak
liter dari kondisi awal. Diamkan selama 24
dilakukan bertahap dengan tinggi 10 cm
jam.
tiap lapisan
i. Tahap h sampai tahap k dilakukan
tanah kemudian dipadatkan.
Pemberian tanah tahap awal dilakukan
pengulangan
hingga ketinggian 1/2 tinggi kotak.
sebanyak 55 liter. Pemberian air dirubah
c. Pada ketinggian
tersebut dipasang
menjadi 10 liter pada tahap ini sehingga
saluran pipa kemudian tambahkan tanah
pemberian air bertahap-tahap sebesar 0%
ekspansif
(kering), 5% (15 liter), 11,6% (35 liter),
sampai mencapai ketinggian 5
hingga
air
berjumlah
15% (45 liter) dan 18,3% (55 liter). 5
HASIL
PENELITIAN
DAN
600 tegangan tanah (gram/cm2)
3.
PEMBAHASAN Pembahasan dari hasil pengujian ini dibatasi pada penurunan dan tegangan titik atau dial 1 dan 2 ( Gambar 2.3). Dimana untuk
nilai
besarnya
penurunan
dan
lintasan 1 lintasan 25 lintasan 50 lintasan 75 lintasan 100
500 400 300 200 100 0 0
tegangan dial 1 dicatat ketika beban berada
5
10
15
20
kadar air (%)
pada titik A, sedangkan penurunan dan
Gambar 3.1 Grafik hubungan tegangan
tegangan dial 2 dicatat ketika beban berada
dan penambahan kadar air pada tanah akibat
pada titik B. Hal ini dilakukan untuk
pembebanan di titik A di berbagai lintasan
mendapatkan nila tegangan pada kondisi yang paling ekstrim pada saat diberikan pembebanan. Dan pola pembebanan 20 kg durasi
waktu
24
jam
800
setelah
tegangan tanah (gram/cm2)
pada
penambahan air.
Hubungan antara penambahan kadar air dengan besarya tegangan yang terjadi
lintasan 1 lintasan 25 lintasan 50 lintasan 75 lintasan 100
700 600 500 400 300 200 100 0
pada subgrade tanah ekspansif
0
Tabel 3.1 Tegangan tanah akibat beban
5
10 15 kadar air (%)
20
Gambar 3.2 Grafik hubungan tegangan
yang bekerja dengan perubahan kadar air
dan penambahan kadar air pada tanah akibat pembebanan di titik B di berbagai lintasan
Dari gambar 3.1 dan gambar 3.2 dapat dilihat pola grafik hubungan tegangan dan penambahan kadar air pada tanah 4.
KESIMPULAN DAN SARAN
subgrade akibat pembebanan di titik A dan titik B. Pola tegangan kedua titik pada subgrade cenderung sama yaitu terjadi penurunan tegangan pada kadar air 15%
6
kemudian mengalami kenaikan kembali
ini terjadi dikarenakan tanah pada subgrade
pada kadar air 18,3%. Tetapi pola tegangan
masih mengalami efek swelling akibat
subgrade akibat pembabanan di lintasan 1
penambahan kadar air. Sehingga pada
terjadi perbedaan pada kadar air 18,3%,
kondisi tersebut tegangan yang terjadi
dimana tegangan di titik A mengalami
cenderung meningkat ketika pembebanan
peningkatan sedangkan tegangan di titik B
diberikan pada perkerasan.
mengalami penurunan. Hal ini dikarenakan awal
pemberian
beban
roda
setelah
Hubungan antara penambahan kadar air
penambahan kadar air sehungga kondisi
dengan besarya penurunan yang terjadi
subgrade masih belum cukup stabil akibat
pada subgrade tanah ekspansif
masih adanya efek swelling pada subgrade. Tetapi untuk variasi lintasan berikutnya pola
Tabel 3.2 Penurunan tanah akibat beban
tegangan tanah pada subgrade cenderung
yang bekerja dengan perubahan kadar air
sama yaitu terjadi penurunan tegangan pada kadar
air
15%
kemudian
mengalami
kenaikan kembali pada kadar air 18,3%. Jadi jika ditinjau dari besarnya kadar air pada subgrade tanah ekspansif terhadap tegangan yang terjadi berdasarkan hasil penelitian ini, dapat disimpulkan bahwa semakin besar kadar air pada subgrade tanah ekspansif maka tegangan yang terjadi pada subgrade
di
bawah
perkerasan
akibat
pemberian beban roda juga akan semakin besar. Hal ini berdasarkan data hasil yang digambarkan pada grafik dengan variasi kadar air (0%; 5%; 11,6%; 15%; 18,3%), tegangan
ynag
terjadi
pada
subgrade
cenderung meningkat meskipun pada kadar air tertentu mengalami penurunan. Tegangan pada subgrade yang cenderung meningkat 7
puncaknya di kadar air 11,6%. Hal ini
penurunan tanah (mm)
2.5 lintasan 1 lintasan 25 lintasan 50 lintasan 75 lintasan 100
2 1.5 1 0.5
dikarenakan awal pemberian beban setelah penambahan kadar air sehungga kondisi subgrade masih belum cukup stabil akibat adanya pengembangan tanah pada subgrade. Tetapi untuk variasi lintasan berikutnya pola
0 0
5
10 15 kadar air (%)
20
penurunan tanah pada subgrade cenderung sama yaitu penurunan terbesar terjadi pada
Gambar 3.3 Grafik hubungan penurunan
kadar air 15%.
dan penambahan kadar air pada tanah akibat
Dari gambar 3.4 dapat dilihat pola
pembebanan di titik A di berbagai lintasan
grafik penurunan subgrade pada titik B yang dibaca dial 2 cenderung meningkat seperti penurunan tanah (mm)
0.7 0.6
yang terjadi pada penurunan titik A. Tetapi
lintasan 1 lintasan 25 lintasan 50 lintasan 75 lintasan 100
0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0
5
10 kadar air (%)
15
pola penurunan pada titik A lebih landai dan lebih besar daripada pola penurunan pada titik B. Hal ini dapat dikarenakan alat penguji pembebanan terjadi hentakan pada saat awal melintasi pada perkerasan yang
20
mengakibatkan penurunan pada titik A lebih
Gambar 3.4 Grafik hubungan penurunan
besar daripada titik B. Pada titik B
dan penambahan kadar air pada tanah akibat
penurunan subgrade terbesar terjadi pada
pembebanan di titik B di berbagai lintasan
kadar air 18,3%. Jadi jika ditinjau dari besarnya kadar
Dari gambar 3.3 dapat dilihat pola
air pada subgrade tanah ekspansif terhadap
grafik penurunan subgrade pada titik A yang
penurunan yang terjadi berdasarkan hasil
terbaca pada dial 1 cenderung meningkat
penelitian ini, dapat disimpulkan bahwa
seiring bertambahnya kadar air. Kenaikan
semakin besar kadar air pada subgrade tanah
penurunan ini disebabkan oleh efek swelling
ekspansif maka penurunan yang terjadi pada
pada lempung masih terus bekerja karena
subgrade
adanya
pemberian beban roda juga akan semakin
terbesar
air.
Pola
terjadi
penurunan pada
subgrade
lintasan1
dan
di
bawah
perkerasan
akibat
besar. Hal ini berdasarkan penelitian Dwi 8
Ratna (2012) dengan jenis tanah yang sama
pada saat menapak pada perkerasan yang
didapatkan
mengakibatkan penurunan pada titik A lebih
bahwa
semakin
tinggi
besar daripada titik B.
kandungan air pada tanah maka semakin rendah nilai daya dukung tanah tersebut. Selain itu tanah subgrade masih mengalami
2. Berdasarkan hasil pengukuran tegangan
pengembangan saat pemberian beban roda
subgrade tanah ekspansif dengan variasi
akibat penambahan kadar air sehingga
penambahan air pada model perkerasan
subgrade mengalami penurunan. Hal ini
lentur disetiap kondisi juga relatif sama.
yang
Didapatkan hasil pada pembacaan dial di
dapat
mempercepat
terjadinya
titik A dan di titik B bahwa semakin besar
kerusakan pada perkerasan jalan.
variasi penambahan kadar air pada subgrade 4.1
tanah ekspansif maka tegangan yang terjadi
Kesimpulan
1. Berdasarkan hasil pengukuran penurunan
pada subgrade semakin besar. Hal ini
subgrade tanah ekspansif dengan variasi
dikarenakan ketika pembebanan diberikan
penambahan air pada model perkerasan
pada perkerasan, subgrade masih mengalami
lentur disetiap kondisi cenderung sama.
efek swelling akibat penambahan kadar air
Didapatkan hasil pada pembacaan dial di
sehingga tegangan yang terjadi cenderung
titik A dan di titik B bahwa semakin besar
meningkat. Perlu diperhatikan pada lintasan
variasi penambahan kadar air pada subgrade
1 dimana terjadi pola tegangan terbesar pada
tanah ekspansif maka penurunan yang
subgrade akibat pemberian beban roda. Hal
terjadi pada subgrade semakin besar. Hal ini
ini dikarenakan awal pemberian beban
disebabkan menurunnya nilai daya dukung
setelah penambahan kadar air sehungga
tanah seiring penambahan kadar air pada
kondisi subgrade masih belum cukup stabil
subgrade tanah ekspansif. Selain itu juga
akibat adanya pengembangan tanah pada
akibat efek swelling pada subgrade tanah
subgrade. Tetapi untuk variasi lintasan
ekspansif yang masih terus bekerja karena
berikutnya
adanya air. Tetapi pola penurunan pada titik
subgrade cenderung sama yaitu terjadi
A lebih landai dan lebih besar daripada pola
penurunan tegangan pada kadar air 15%
penurunan pada titik B. Hal ini dapat
kemudian mengalami kenaikan kembali
dimungkinkan
pada kadar air 18,3%.
karena
alat
pengukur
penurunan di titik A mengalami hentakan 9
pola
tegangan
tanah
pada
4.2
Saran
Das, Braja M. 1985. Mekanika Tanah
1. Diperlukan
penelitian
lebih
lanjut
(Prinsip-Prinsip Rekayasa Geoteknis).
pengaruh variasi kadar air terhadap subgrade
Jilid 1. Jakarta : Erlangga
tanah ekspansif hingga mencapai kadar air
Ditjen Bina Marga. 1987. PPPLJR dengan
optimum atau lebih. Sehingga data yang
Metode
didapatkan lebih lengkap.
2.3.26. Jakarta: Ditjen Bina Marga.
2. Alat
uji
pembebanan
perlu
Ditjen
Bina
Analisa
Marga.
Komponen.
2005.
SKBI-
Pedoman
disempurnakan agar data yang didapat lebih
Kontruksi Bangunan Penanganan Tanah
baik. Seperti jatuhnya beban roda lebih
Ekspansif
diperhalus sehingga tidak terjadi hentakan
Jakarta : Ditjen Bina Marga.
untuk
Konstruksi
Jalan.
pada perkerasan dan pembacaan data dari
Hardiyatmo. 1994. Mekanika Tanah 2.
alat ukur secara otomatis agar data yang
Jakarta : PT Gramedia Pustaka Utama
didapat lebih akurat 3. Perlu
Head,
diperhitungkan
subgrade
dengan
penelitian
selanjutnya
jumlah
pemodelan agar
of
Soil
untuk
Classification and Compaction Tests.
penyediaan
London : Pentech Press Ratna, D. 2012. Pengaruh Variasi Kadar Air Terhadap Pengembangan ( Swelling ) dan Daya Dukung Tanah Ekspansif di
Anonim. 1987. Petunjuk Perencanaan Tebal
Kecamatan Paron Kabupaten Ngawi.
Perkerasan Lentur Jalan Raya Dengan
Malang : Universitas Brawijaya.
Metode Analisa Komponen. Jakarta:
Mitchell, James K. 1976. Fundamentals of
Yayasan Badan Penerbit PU
Soil Behavior. Barkeley: University of
Bowles, Joseph E. 1989. Sifat-Sifat Fisis
California
dan Geoteknis Tanah (Mekanika Tanah), Jakarta : Erlangga Hardiyatmo,
Hary.
2002.
Mekanika Tanah II Edisi ke 2. Beta Fakultas
Manual
Laboratory Testing. Volume 1: Soil
DAFTAR PUSTAKA
Offset.
1980.
tanah
bahan penelitian lebih efektif dan efisien.
Christady
K.H.
Teknik
Universitas
Gadjah Mada Yogyakarta
10
