PENGARUH STABILISASI TANAH LEMPUNG DENGAN ASPAL EMULSI TERHADAP PENURUNAN KONSOLIDASI DAN MODULUS ELASTISITAS TANAH

Konferensi Nasional Teknik Sipil 3 (KoNTekS 3) Jakarta, 6 – 7 Mei 2009

PENGARUH STABILISASI TANAH LEMPUNG DENGAN ASPAL EMULSI TERHADAP PENURUNAN KONSOLIDASI DAN MODULUS ELASTISITAS TANAH Agus Susanto Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan Kartasura 57102 Telp 0271 717417 E-mai: [email protected]

ABSTRAK Tanah lempung merupakan suatu jenis tanah yang memiliki banyak sifat yang secara teknis kurang menguntungkan bagi struktur, salah satu di antaranya lempung mengalami penurunan (settlement) akibat konsolidasi. Proses konsolidasi terjadi terjadi akibat lempung menerima beban struktur yang dibangun di atasnya. Hal ini sering menimbulkan masalah bagi bangunan yang berdiri di atasnya, misalnya saluran drainase yang tidak mengalir lagi karena berubahnya elevasi karena adanya penurunan, lantai paling bawah gedung terangkat karena kolomnya mengalami penurunan dan lain sebagainya. Untuk memperkecil besarnya penurunan tersebut dilakukan dengan cara memperbaiki sifat tanah tersebut dengan cara stabilisasi. Stabilisasi tanah dapat dilakukan secara mekanik maupun kimiawi. Salah satu bahan untuk stabilisasi tanah secara kimiawi adalah aspal emulsi. Paper ini menyajikan penelitian yang bertujuan untuk mengetahui pengaruh stabilisasi tanah lempung dengan aspal emulsi terhadap penurunan konsolidasi dan modulus elastisitas tanah. Kadar aspal emulsi untuk stabilisasi sebesar 0 %, 3 %, 6 %, 9 % dan 12 % dari berat kering tanah dengan variasi perawatan 0 hari, 2 hari, dan 4 hari. Hasil penelitian menunjukkan bahwa stabilisasi aspal emulsi dapat memperkecil penurunan sebesar 26,27 % dan meningkatkan nilai modulus elastisitas tanah cukup signifikan. Kata kunci: aspal emulsi, modulus elastisitas, penurunan konsolidasi, stabilisasi

1.

PENDAHULUAN

Tanah lempung memiliki sifat sangat sensitif terhadap air, pada kondisi basah kuat dukungnya rendah sedangkan pada kondisi kering tanah tersebut sangat keras dan mengalami retakan akibat susut. Tanah lempung juga memiliki sifat sukar melepas air dari dalam pori. Dalam jangka waktu lama setelah adanya beban bangunan di atasnya, tanah lempung mengalami penurunan akibat keluarnya air pori yang disebut konsolidasi. Penurunan konsolidasi dapat menimbulkan masalah bagi bangunan yang berdiri di atasnya, misalnya saluran drainase yang tidak mengalir lagi karena berubahnya elevasi akibat dari penurunan, lantai paling bawah gedung terangkat karena kolomnya mengalami penurunan dan lain sebagainya. Stabilisasi tanah dalam hal ini merupakan penanganan perbaikan tanah untuk menjadikan tanah tersebut lebih baik bagi konstruksi. Stabilisasi tanah dapat dilakukan dengan cara mekanik yaitu dengan pemadatan menggunakan energi mekanik untuk menghasilkan pemampatan partikel, atau secara kimiawi yaitu dengan mencampur tanah asli dengan bahan tambah tertentu. Dalam penelitian ini digunakan aspal emulsi Cationic Slow Setting (CSS) sebagai bahan stabilisasi kimiawi. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui seberapa besar perubahan penurunan konsolidasi dan modulus elastisitas dari tanah lempung Kedungsari Wates Yogyakarta yang distabilisasi dengan aspal emulsi.

Tanah lempung Soekoto (1984, dalam Fathani, 1998) menerangkan bahwa lempung merupakan partikel-partikel berukuran mikroskopik sampai sub mikroskopik yang berasal dari pelapukan kimiawi batuan. Lempung bersifat plastis pada kadar air sedang, dalam keadaan kering lempung sangat keras dan tidak mudah dikelupas hanya dengan jari. Pada keadaan air lebih tinggi lempung sangat lunak dan bersifat kohesif. Sifat-sifat fisik tanah lempung adalah sebagai berikut : 1) Ukuran butir halus kurang dari 0,002 mm 2) Permeabilitas rendah. 3) Kenaikan air kapiler tinggi.

Universitas Pelita Harapan – Universitas Atma Jaya Yogyakarta

I – 79

Agus Susanto

4) Bersifat sangat kohesif. 5) Kadar kembang susut yang tinggi. 6) Proses konsolidasi lambat.

Aspal emulsi Emulsi adalah dispersi suatu jenis cairan di dalam jenis cairan yang lain yang tidak saling melarutkan. Aspal emulsi merupakan dispersi bitumen dalam air yang dibuat stabil dengan penambahan emulsifier. Bentuk fisik dari aspal emulsi adalah cair, dingin dan berwarna coklat. Pada proses pencampuran secara dingin, molekul emulsifier akan segera pecah setelah terjadi kontak antara aspal emulsi dan agregat, selanjutnya diikuti dengan terlepasnya aspal dari air, kondisi yang demikian dinamakan proses setting. Setelah proses setting berlangsung akan terjadi lekatan antara permukaan butiran agregat dengan aspal diikuti penguapan air (Sferb, 1991). Pemilihan jenis aspal (Bina Marga, 1998) yang tepat menentukan keberhasilan pelaksanaan di lapangan. Memilih jenis aspal emulsi dapat dilihat dari muatan listriknya dan menurut kecepatan perubahan kembali susun partikel ke keadaan semula, dikenal sebagai berikut: a) Rapid setting (RS) yaitu aspal emulsi bereaksi cepat. Aspal emulsi akan bereaksi cepat bila bertemu dengan agregat dan berubah bentuk dari emulsi menjadi aspal. Digunakan untuk laburan aspal satu lapis (Burtu), laburan aspal dua lapis (Burda) dan penetrasi makadam. b) Medium setting (MS) yaitu aspal emulsi yang bereaksi sedang. Aspal tidak segera bereaksi dengan agregat, campurannya masih dapat dikerjakan untuk beberapa saat. c) Slow setting (SS) yaitu aspal emulsi yang bereaksi lambat. Digunakan untuk menghasilkan campuran dengan dengan stabilitas maksimum, biasanya untuk campuran dengan kadar butir halus tinggi atau agregat dengan gradasi menerus. Karena reaksinya lambat maka tersedia cukup waktu untuk dicampur dengan agregat bergradasi rapat. Secara garis besar emulsi dibedakan atas emulsi kationik dan emulsi anionik. Emulsi kationik bermuatan listrik positif dan emulsi anionik bermuatan listrik negatif. Perbedaan muatan listrik ini tergantung jenis emulsifier yang digunakan saat pembuatannya. Di Indonesia sebagian besar agregat bermuatan listrik negatif, sehingga untuk membuat jalan dengan bahan ikat aspal emulsi sebaiknya digunakan aspal emulsi yang bermuatan listrik positif, yaitu aspal emulsi kationik (Bina Marga, 1998). Ditinjau dari proses setting, aspal emulsi dapat didasarkan pada lahan penggunaan dan jenis pekerjaan, yang dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1 Lahan penggunaan aspal emulsi (Bina Marga, 1998) Kecepatan Setting

Cara Penggunaan

Jenis Pekerjaan

Slow Setting

1. Dengan alat semprot (spray application) 2. Dengan alat mixer (pro-mix application)

1. 2. 3. 4. 5.

Medium Setting

1. Dengan alat semprot (spray application) 2. Dengan alat mixer 1. Dengan alat semprot (spray application)

1. Tack coat 2. OGEM

Rapid Setting

Prime coating Dust binding coat DGEM Slurry seal Stabilization.

1. Tack coat 2. Burda 3. Burtu

Klasifikasi tanah Klasifikasi tanah adalah sistem pengaturan beberapa jenis tanah yang berbeda-beda, tetapi mempunyai sifat serupa ke dalam kelompok-kelompok dan subkelompok-subkelompok berdasarkan pemakaiannya. Umumnya, klasifikasi tanah didasarkan atas ukuran partikel yang diperoleh dari analisis saringan, uji hidrometer dan plastisitas. Dalam bidang geoteknik sering digunakan 2 sistem klasifikasi yaitu sistem Unified Soil Classification System (USCS) dan American Association of State Highway and Transportation Official (AASHTO).

I - 80


Pengaruh Stabilisasi Tanah Lempung dengan Aspal Emulsi terhadap Penurunan Konsolidasi dan Modulus Elastisitas Tanah

Pemadatan Pemadatan merupakan usaha untuk mempertinggi kerapatan tanah dengan pemakaian energi mekanis untuk menghasilkan pemampatan partikel. Pengujian pemadatan dimaksudkan untuk mencari hubungan kadar air dan berat volume kering tanah.

Konsolidasi Konsolidasi adalah proses berkurangnya volume atau berkurangnya rongga pori dari tanah jenuh berpermeabilitas rendah akibat pembebanan, dimana prosesnya dipengaruhi oleh kecepatan terperasnya air pori ke luar dari rongga tanah. Besar dan kecepatan penurunan konsolidasi tanah ditunjukkan dengan parameter konsolidasi yaitu nilai coefficient of consolidation (Cv) dan compression index (Cc) tanah. Koefisien konsolidasi (Cv) menunjukkan lama waktu atau kecepatan konsolidasi hingga selesai. Untuk mencari nilai-nilai koefisien konsolidasi dari uji konsolidasi satu dimensi di laboratorium dengan menggunakan metode akar waktu yang diperkenalkan Taylor (1948, dalam Hardiyatmo, 2002).

Modulus elastisitas Modulus elastisitas tanah dapat ditentukan dari pengujian tekan bebas, di mana E didapatkan dari nilai secant modulus ( Es ) yaitu pendekatan kemiringan kurva tegangan-regangan pada 1 2 dari tegangan runtuh sebagaimana terlihat pada Gambar 1.

Gambar 1. Secant modulus pada grafik hubungan tegangan-regangan Es =

dengan

1

σf .................................................................................(2) εa

2

Es = secant modulus σ f = tegangan runtuh

εa

= regangan pada kedudukan tegangan

1

2

σf

Pada penelitian ini modulus elastisitas tanah ditentukan dari pengujian kuat tekan bebas. Pengujian kuat tekan bebas merupakan salah satu pengujian laboratorium terhadap benda uji yang diambil dari lapangan untuk menentukan parameter kuat geser tanah. Kondisi pembebanan sama dengan yang terjadi pada uji triaksial, hanya tegangan selnya nol ( σ3 = 0 ), seperti terlihat pada Gambar 2.


I - 81

Agus Susanto

Gambar 2. Skema uji tekan bebas. Tegangan aksial yang diterapkan di atas benda uji berangsur-angsur ditambah sampai benda uji mengalami keruntuhan. Pada saat keruntuhannya, karena σ 3 = 0 maka: σ1 = σ 3 + ∆σ f = ∆σ f = q u .................................................................... (1)

dengan q u adalah kuat geser tekan bebas (unconfined compression test).

2. METODE PENELITIAN Bahan Penelitian ini menggunakan tanah lempung dari Kedungsari Wates, aspal emulsi CSS dari PT. Hutama Prima J.O. Cilacap. Persentase penambahan aspal emulsi adalah 0%; 3%; 6%; 9% dan 12 %. Alat Peralatan yang digunakan adalah satu set saringan standar dan hydrometer, satu set alat ukur gravitas khusus, alat uji batas konsistensi, alat pemadat standar, satu set alat uji tekan bebas, tiga set alat uji konsolidasi, dan alat-alat bantu oven, timbangan dengan ketelitian 0,01, termometer, gelas ukur 1000 ml, desicator, cawan, picnometer. Prosedur pengujian 1. tanah asli dibuat berukuran lolos saringan No. 4 (4,75 mm) 2. uji Proctor Standar untuk mencari kadar air optimum 3. mencampur tanah asli dengan aspal emulsi pada kondisi kadar air optimum 4. tanah campuran diperam agar terjadi proses pengikatan antara tanah dengan aspal emulsi, selama pemeraman kadar air dipertahankan (tidak berubah) 5. pemadatan 6. perawatan 7. pengujian konsolidasi 8. pengujian tekan bebas.

3. HASIL DAN PEMBAHASAN Tanah Asli Menurut Unified Soil Classification System, tanah asli termasuk dalam kelompok CH yaitu lempung anorganik dengan plastisitas tinggi (high plasticity clay), sedangkan menurut American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) tanah tersebut termasuk kelompok A-7-5 (46), merupakan tanah yang tidak baik apabila digunakan sebagai lapis fondasi jalan raya.

Spesifikasi aspal emulsi Aspal emulsi yang akan dipakai untuk stabilisasi harus memenuhi spesifikasi aspal emulsi menurut Bina Marga (1998). Hal ini dimaksudkan agar aspal emulsi yang dipakai berkualitas baik. Berdasarkan hasil uji yang keluarkan

I - 82



oleh PT. Hutama Prima J.O sebagai produsen aspal emulsi yang dipakai, apabila dibandingkan dengan spesifikasi aspal emulsi menurut Bina Marga (1998) ditunjukan pada table 2. Tabel 2 Spesifikasi aspal emulsi menurut Bina Marga (1998) Jenis

Slow setting

Mutu Sifat-sifat fisik 1 Kekentalan (Viscosity) 0

25 C, detik 0

2 3 4 5 6

7

50 C, detik Pengendapan (Storage stability), 5 hari, % Pengendapan (Storage stability), 1 hari, % Pemeriksaan muatan listrik (Particle charge) Analisa ayakan (Sieve test), % Pemeriksaan penyulingan (Residu destilasi) - Kadar minyak dari emulsi, % - Sisa penyulingan (sisa residu), %

Hasil uji (PT . Hutama Prima J.O)

20 -

100 -

45

positif -

5 1 positif 0,1

3,06 0,42 positif 0,03

57

-

58,02

100 40 97,5

250 -

170 >140 99+

-

-

33,70

Pemeriksaan residu penyulingan 0

- Penetrasi, 25 C 100gr 5 detik 0

- Daktilitas, 25 C 5 cm/menit - Kelarutan dalam C 2 HCl 3 , % 8

Spesifikasi Bina Marga Min Max

Kadar air, %

Tabel di atas menunjukkan bahwa sifat-sifat fisik aspal emulsi yang dipakai memenuhi spesifikasi Bina Marga (1998).

Uji Proctor Standar Uji Proctor standar dilakukan untuk mengetahui berat volume kering atau maximum dry density (MDD) dan kadar air optimum atau optimum moisture content (OMC) tanah asli. Kurva hasil uji Proctor standar tanah asli ditunjukkan dalam Gambar 3.

Dry Density, g/cm

3

1,40

1,30

1,20

1,10 10

20

30

40

50

Moisture Content, %

Gambar 3 Grafik hasil uji Proctor standar 3

Berdasarkan Gambar 3 dapat diketahui berat kering tanah (MDD) asli sebesar 1,265 gr/cm dan kadar air optimumnya (OMC) sebesar 31,31 %. Pencampuran tanah asli dan aspal emulsi dengan persentase 3 %, 6 %, 9 % dan 12 % dilakukan pada kondisi kadar air optimum ( wopt ) konstan yaitu 31,31 %.


I - 83

Agus Susanto

Pengaruh aspal emulsi terhadap parameter konsolidasi Berdasarkan hasil uji konsolidasi diperoleh nilai indeks pemampatan (Cc) dan koefisien konsolidasi (Cv) dari masing-masing variasi persentase aspal emulsi seperti pada Tabel 3. Tabel 3. Nilai Cc dan Cv hasil uji konsolidasi Prosentase aspal emulsi Indeks pemampatan, Cc Koefisien konsolidasi, Cv

0% 0,3140 0,13218

3% 0,2480 0,13217

6% 0,2315 0,12368

9% 0,2149 0,11479

12 % 0,1784 0,10873

2

0.35

0.14

0.3

0.13

Cv (cm2/dt)

Indeks pemampatan (Cc)

(cm /detik)

0.25 0.2 0.15

0.12 0.11 0.1

0.1 0

3

6

9

0

12

3

6

9

12

Prosentase aspal emulsi

Aspal emulsi, %

(a) Hubungan Cc-persentase aspal emulsi(b) Hubungan Cv-persentase aspal emulsi Gambar 4. Nilai Cc dan Cv dengan variasi persentase aspal emulsi Pada Tabel 3 dan Gambar 4 penambahan aspal emulsi pada tanah lempung memperlihatkan kecenderungan penurunan nilai indeks pemampatan (Cc) dan penurunan nilai koefisien konsolidasi (Cv). Semakin besar persentase penambahan aspal emulsi, nilai indeks pemampatan (Cc) cenderung makin menurun, maka besarnya penurunan yang terjadi pada tanah semakin kecil. Semakin besar persentase penambahan aspal emulsi, nilai koefisien konsolidasi (Cv) cenderung makin menurun, maka proses konsolidasi menjadi semakin lama.

Pengaruh aspal emulsi terhadap nilai kuat tekan bebas Uji tekan bebas dipakai untuk mengukur perlawanan geser tanah kohesif untuk contoh tanah tidak terganggu (undisturb) maupun remolded. Nilai kuat tekan bebas didefinisikan sebagai tegangan maksimum yang terjadi atau sampai mencapai regangan 20 %. Tabel 4 Nilai kuat tekan bebas dengan variasi masa rawat Masa rawat

0

Kadar aspal emulsi, % 6

3

9

12

1,08 4,02 4,69

0,43 1,67 1,96

2

Kuat tekan bebas, q u (kg/cm ) 0 hari 2 hari 4 hari

I - 84

0,81 1,73 2,83

1,22 4,09 4,57

1,26 6,28 6,78



7

1.2 0%

1

3%

0.8

6% 0.6

9%

0.4

12%

0.2

Stre s s P/A, k g/cm 2

Stress P/A, Kg/cm2

1.4

6

0%

5

3%

4

6%

3

9%

2

12%

1 0

0 0

3

6

9

12

0

15

2

4

0%

8 7 6 5 4 3 2 1 0

3% 6% 9% 12% 6

10

(b) masa rawat 3 hari

9

12

Kuat tekan bebas (kg/cm2)

Stress P/A, Kg/cm2

(a) masa rawat 0 hari

3

8

Strain, %

Strain, %

0

6

masa rawat 0 hari masa rawat 2 hari

8 6 4 2 0 0

3

6

9

12

masa rawat 4 hari

aspal emulsi, %

Strain, %

( c ) masa rawat 4 hari

(d) hubungan kuat tekan bebas dan persentase aspal emulsi dengan variasi masa rawat Gambar 5. Hasil uji kuat tekan bebas

Hasil uji tekan bebas dengan masa rawat 0 hari, 2 hari dan 4 hari, sebagaimana tercamtum pada Tabel 4 dan Gambar 5 menunjukkan adanya peningkatan nilai kuat tekan bebas dengan adanya penambahan aspal emulsi.Peningkatan nilai kuat tekan bebas mencapai maksimum pada penambahan aspal emulsi persentase 6 % untuk ketiga variasi masa rawat. Selanjutnya pada persentase 9 % peningkatan nilai kuat tekan bebasnya lebih kecil. Dengan demikian persentase penambahan aspal emulsi yang optimum untuk tanah ini adalah sebesar 6 %. Modulus elastisitas tanah diambil dari nilai secant modulus dari grafik hubungan antara tegangan-regangan hasil uji tekan bebas. Hasil hitungan modulus elastisitas tanah ditunjukkan dalam Tabel 5. Tabel 5 Masa rawat

Modulus elastisitas tanah dengan variasi persentase aspal emulsi dan masa rawat. 0

3

Kadar aspal emulsi, % 6

9

12

2

0 hari 2 hari 4 hari

40,63 37,08 91,95

Modulus elastisitas (E), kg/cm 18,78 63,79 29,39 56,92 162,40 76,70 109,22 250,20 140,10


8,68 19,49 63,48

I - 85

Modulus elastisitas , kg/cm2

Agus Susanto

250 masa rawat 0 hari

200 150

masa rawat 2 hari

100 50

masa rawat 4 hari

0 0

3

6

9

12

Aspal emulsi, % Gambar 6. Modulus elastisitas tanah dengan variasi persentase aspal emulsi dan masa rawat Berdasarkan hasil hitungan modulus elastisitas tanah sebagaimana tercantum pada Tabel 5 dan Gambar 6, menunjukan adanya peningkatan nilai modulus elastisitas apabila sampel tanah dirawat lebih lama. Hasil penelitian secara keseluruhan menunjukkan bahwa stabilisasi tanah lempung menggunakan aspal emulsi dapat meningkatkan modulus elastisitas tanah, memperkecil penurunan namun proses konsolidasi menjadi lebih lama.

4. KESIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Klasisikasi tanah asli menurut Unified Soil Classification System(USCS) termasuk kelompok CH yaitu lempung anorganik dengan plastisitas tinggi, sedangkan menurut American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) termasuk kelompok A-7-5(46) yang tidak baik apabila digunakan sebagai dasar pondasi jalan raya. 2. Semakin besar persentase penambahan aspal emulsi, nilai indeks pemampatan (Cc) cenderung makin menurun, maka besarnya penurunan konsolidasi yang terjadi semakin kecil. 3. Nilai kuat tekan bebas mengalami kenaikan tertinggi pada penambahan aspal emulsi 6 % dari berat kering tanah. Seiring dengan meningkatnya nilai kuat tekan bebas, maka meningkat pula nilai modulus elastisitas tanah. 4. Stabilisasi tanah lempung menggunakan aspal emulsi kadar optimum (6 % dari berat volume kering tanah) dapat 2

2

meningkatkan nilai modulus elastisitas tanah dari 91,95 kg/cm menjadi 250,2 kg/cm dan memperkecil indeks pemampatan (Cc) dari 0,314 menjadi 0,2315 berarti memperkecil penurunan sebesar 26,27 % .

DAFTAR PUSTAKA Anonim, 1998, Modul 1-3, Perencanaan Penggunaan Aspal Emulsi untuk Perkerasan Jalan, Bina Marga Departemen PU, Jakarta. Fathani, 1998, Penggunaan Kapur dan Abu Sekam Padi untuk Mengurangi Tekanan Pengembangan Lempung Ekspansif, Tugas Akhir, Teknik Sipil UGM, Yogyakarta. Hardiyatmo, H.C, 2002, Mekanika Tanah I, Gadjah Mada University Press, Jogjakarta. Hardiyatmo, H.C, 2002, Mekanika Tanah II, Beta Offset, Yogyakarta. Ingles, O.G. and Metcalf, J.B, 1972, Soil Stabilization Principles and Pratice, Butterworths, Sidney. Prima, H., 2004, Liquid Soil Stabilization Emulsified Asphalt, Certificate of Analysis, Cilacap. Sferb, 1991, Bitumen Emulsions (General Information Application), Syndicat Des Fabricants D’Emulsions Routieres De Bitume, Paris.

I - 86


PENGARUH STABILISASI TANAH LEMPUNG DENGAN ASPAL EMULSI TERHADAP PENURUNAN KONSOLIDASI DAN MODULUS ELASTISITAS TANAH

Recommend Documents