Studi Stabilitas Tanah Ekspansif dengan Penambahan Pasir untuk Tanah Dasar Konstruksi Jalan

Transkripsi

1 POLI TEKNOLOGI VOL.9 NO.1, JANUARI 2010 Studi Stabilitas Tanah Ekspansif dengan Penambahan Pasir untuk Tanah Dasar Konstruksi Jalan Sutikno dan Denny Yatmadi Jurusan Teknik Sipil, Politeknik Negeri Jakarta Kampus Baru UI, Depok sutikno@sipil.pnj.ac.id Abstract Problems of ekspansive soil is stability (CBR) and swelling effect of process of compaction. One of the soil expansive component in general is sand beside silt and clay, added sand will make composition of clay to downhill expansive soil. With condensation process conducted by mixing of sand to ekspansive soil with addition composition equal to 10%, 20%, 30%. and 35% to dry weight of ekspansive soil. Conclusion which in earning: Level of CBR mount above ekspansive soil of genuiness come up with the condition of addition of sand counted 30% to the condition of soaked, while at addition of sand up to 35%, value of CBR (downhill stabilitation) but still above original ekspansive soil value, at addition of sand up to 35%, value of CBR (downhill stabilitation) but still above original ekspansive soil value. For the development of (ekspansive soil swelling) of ekspansive soil with addition of sand, condition of natural swelling of value and reduction isn't at addition of sand between 10 to 30% and lower at addition of sand counted 35%. There are influence of addition of sand at ekspansive soil compacted to stability (CBR) and swelling of ekspansive natural of change which are positive after mixed with sand, tired optimasi at addition of sand between 20% up to 30%. Keyword : ekspansif soil, sand, condensation, stability PENDAHULUAN Salah satu jenis tanah yang mempunyai banyak masalah dalam pembangunan konstruksi pada umumnya dan konstruksi jalan khususnya konstruksi jalan adalah tanah ekspansif. Tanah jenis ini mempunyai sifat kembang-susut sangat tinggi dan tergantung pada mineral pembentuknya [1]. Tanah ekspansif akan mengembang dan memberikan tekanan yang dapat merusak konstruksi diatasnya apabila terjadi perubahan kadar airnya. Pada umumnya komposisi tanah berisi lebih dari satu macam, misalnya terdiri dari lempung (clay), lanau (silt), pasir (sand), dll. Tanah akan menjadi ekspansif jika lempung (clay) banyak mengandung mineral Montmorilonite [3]. Dalam stabilisasi tanah atau soil improvement pada tanah ekspansif umumnya treatment diberikan ke pengurangan atau reduksi sifat mengembang dari tanah ekspansif. Terdapat beberapa cara untuk mereduksi pengembangan tanah ekspansif tersebut, antara lain dengan batu gamping (lime stone) untuk meredam mineral Montmorilonite yang menjadi mayor pada lempungnya (clay). Sebagai salah satu komposisi tanah maka apabila jumlah pasir 1 ditambahkan maka yang terjadi adalah rasio lempung (clay) akan berkurang terhadap komposisi keseluruhan dan akan berkurang pula pengembangan tanah ekspansif tersebut. Pasir yang digunakan adalah pasir pasang pada umumnya yang terdapat dipasaran. Stabilisasi untuk tanah dasar jalan dilakukan dengan pemadatan untuk memperoleh nilai kepadatan (density) yang lebih besar, meningkatkan kekuatan geser, menurunkan angka permeabilitas, mempercepat konsolidasi [2]. Uji yang dilakukan umumnya pemadatan (compaction), baik standard maupun modified tergantung kondisi pembebanan di lapangan nantinya. Studi yang akan dilakukan dalam penelitian ini adalah dengan memberikan tambahan pasir (sand) pada tanah ekspansif sebelum dilakukan pemadatan (compaction), formasi penambahan pasir sebanyak 10% pasir, 20%, 30%, dan 35%. Dipilihnya pasir (sand) sebagai material tambahan karena mempunyai sifat dapat meredam dan meratakan pengembangan yang disertai dengan tekanan dari lempung ekspansif. Hal demikian sering kita lihat pada pemberian tambahan pasir dibawah pondasi

2 Sutikno dan Denny Yatmadi, Stabilitas Tanah Ekspansif... batu kali atau dibawah lantai kerja pondasi setempat maupun pondasi menerus. Pemadatan adalah suatu upaya memaksa butir-butir tanah untuk lebih mendekat secara relatif satu sama lain dengan daya pemadatan tertentu. Pemadatan ini dimaksudkan untuk : memperoleh nilai kepadatan (density) yang lebih besar, meningkatkan kekuatan geser, menurunkan angka permeabilitas, mempercepat konsolidasi [3]. Tanah-tanah yang tidak kohesif tidak dapat secara langsung dipadatkan dengan mempergunakan metode impak maupun metode menekan. Tanah ini dapat dipadatkan dengan mempergunakan tekanan statis terkekang (confined statis compression). Di dalam laboratorium, tanah yang tidak kohesif dipadatkan dengan mengekang lapisan-lapisan tanah kering di dalam acuan pemadat dan meratakan sisinya dengan alat perata dari karet. Agar diperoleh hasil yang sebaikbaiknya, dalam upaya melakukan pemadatan diperlukan sejumlah air sebagai pelumas agar butir-butir tanah dapat lebih mendekat satu sama lain. Apabila air yang diperlukan kurang dari yang seharusnya maka nilai kepadatan akan kecil, dan sebaliknya apabila terlalu banyak air maka nilai kepadatan yang diperoleh akan turun lagi. Jadi air yang diperlukan harus optimal untuk mendapatkan kepadatan yang maksimal [5]. Tujuan penelitian ini adalah : 1). Untuk mengetahui besarnya stabilitas dan pengembangan tanah ekspansif yang dipadatkan menurut Standard Compaction. 2). Untuk mengetahui besarnya stabilitas dan pengembangan tanah ekspansif yang dicampur dengan pasir pada komposisi 10% pasir, 20%, 30%, dan 35% yang padatkan menurut Standard Compaction. 3). Mengetahui perbedaan stabilitas dan pengembangan antara tanah ekspansif, tanah ekspansif dicampur dengan pasir. 4). Mengetahui pengaruh penambahan pasir pada tanah ekspansif yang dipadatkan terhadap stabilitas dan pengembangan METODE PENELITIAN Metode yang digunakan untuk mencapai tujuan penelitian ini adalah metode eksperimen dengan jenis penelitian deskriptifasosiatif dan deskriptif-komparatif. Metode ini bertujuan untuk menyelidiki ada-tidaknya hubungan sebab akibat serta berapa besar hubungan sebab-akibat tersebut dengan cara memberikan perlakuan-perlakukan tertentu pada beberapa kelompok eksperimental dan menyediakan kontrol untuk perbandingan [4]. Pengujian awal dilakukan terhadap tanah untuk mendapatkan soil properties dan pemadatan awal untuk mendapatkan kadar air optimum ( opt ) dan berat isi kering maksimum ( dry maks). Pengujian pemadatan selanjutnya dilakukan terhadap lempung ekspansif dan lempung ekspansif yang dicampur dengan pasir pasang dengan pemadatan sesuai jumlah lapisan pada uji standart compaction, uji CBR laboratorium sebagai bentuk stabilisasi akan diujikan kesemuanya formasi tersebut. Banyaknya pasir sebanyak sebagai penamhahan tanah ekspansif sebanyak 10%, 20%, 30%. dan 35% terhadap berat kering tanah ekspansif. Peta indeks lokasi pengambilan sampel (contoh) tanah seperti gambar 1, pengambilan sampel di daerah Cikarang. Daerah ini merupakan bagian dari sebaran tanah ekspansif yang membentang dari Bekasi hingga ke Purwakarta [6]. Diagram alir metode penelitian diuraikan seperti pada Gambar 2. Lokasi pengambilan sampel Gambar 1 : Peta indeks lokasi pengambilan sampel (contoh) tanah. 2

3 POLI TEKNOLOGI VOL.9 NO.1, JANUARI 2010 Alat Penelitian Peralatan penelitian yang dipergunakan dalam kegiatan ini menyangkut peralatan pengujian di laboratorium dan pengambilan sample di lapangan. Untuk alat pegambilan sample dilapangan terdiri dari : Cangkul, Sekop dll. Alat pengujian di laboratorium terdiri dari : Alat saringan (analisa ayakan); Compaction lengkap standard compaction; Alat uji Atterberg; Alat uji CBR Teknik Pengumpulan Data Data awal diperoleh dari pengujian soil properties untuk mengklasifikasi jenis tanah, pengujianya terdiri dari : Atterberg limit, analisa ayakan, Gs, uji Minerologi. Pengujian compaction awal dilakukan untuk mendapatkan drymak dan opt sebagai dasar pengujian berikutnya yang terdiri dari : compaction dan CBR (soaked dan unsoaked) terhadap formasi uji sampel yang terdiri dari : Lempung ekspansif yang dipadatkan menurut Standard Compaction Campuran clay+sand, komposisi : 10% sand + 90% clay Campuran clay+sand, komposisi : 20% sand + 80% clay Campuran clay+sand, komposisi : 30% sand + 70% clay Campuran clay+sand, komposisi : 35% sand + 65% clay Analisis Data Sesuai penelitian deskriptif-asosiatif dan deskriptif-komparatif, analisis data dilakukan dengan membandingkan besarnya CBR dan swelling tanah ekspansif yang dipadatkan menurut Standard Compaction terhadap formasi pemadatan (Pengumpulan data diatas) yang terdiri dari : a) Besarnya CBR dan swelling tanah ekspansif yang diberi campuran pasir pada berbagai komposisi campuran tanah ekspansif dan pasir pasang. b) Perbedaan CBR dan swelling antara tanah ekspansif dan tanah ekspansif dengan campuran pasir pasang pada berbagai komposisi. c) Pengaruh pemberian campuran pasir pasang pada tanah ekspansif yang dipadatkan terhadap CBR dan swelling. Gambar 2 : Diagram alir kegiatan penelitian di laboratorium HASIL DAN PEMBAHASAN 1) Hasil Uji Dalam percobaan ini, untuk mendapatkan data-data yang diperlukan maka dilakukan pengujian-pengujian seperti dibawah ini, semua pengujian menurut standard ASTM [7]: 1. Pengujian Kadar Air (Moisture Content/Water Content) 2. Pengujian Berat Jenis (Specific Grafity) dengan standar ASTM D Pengujian Batas Cair (Liquid Limit) dengan standar ASTM D Pengujian Batas Plastis (Plastic Limit) dengan standar ASTM D

4 Sutikno dan Denny Yatmadi, Stabilitas Tanah Ekspansif Pengujian Batas Susut (Shringkage Limit) dengan standar ASTM Pengujian Analisa Ayakan (Sieve Analisys) dengan standar ASTM D Pengujian Analisis Hidrometer (Hydrometer Analisys), standar ASTM D Pengujian Minerology 9. Pengujian Pemadatan Standar (Standard Compaction Test), standar ASTM D Pengujian CBR (California Bearing Ratio) dengan standar ASTM D Pengujian Pengembangan (Swelling dengan standard ASTM D Melalui pengujian sesuai standard ASTM tersebut diatas dengan urut-urutan sesuai diagram alir pada metode pengujian dihasilkan soil properties dan parameter teknik tanah hanya dilakukan dengan uji pemadatan (standard compaction test) dan uji CBR. Hasil pengujian indek properties tanah asli diberikan dalam tabel 1. Tabel 1 : Hasil Pengujian Indek Properties Tanah asli Identifikasi tanah ekspansif Dari hasil pengujian Atterberg limit diperoleh: IP = SL = 23,81 % PL = % LL = % Berdasarkan Chen (1988), tanah dengan IP>35, SL>11, dan LL>63 merupakan tanah lempung yang memiliki potensi pengembangan (swelling) sangat tinggi. Dari pengujian analisa ayak dan hidrometer diperoleh prosentase lempung sebesar 40%, jadi nilai aktifitas tanah lempung menurut Skempton dapat didefinisikan sebagai berikut: Aktifitas (A) PI A (1) C 10 Menurut rumusan Skempton tersebut, didapat aktifitas sebesar: = / = 2.07 Tanah Lempung Parameter Fisik Ekspansif (Tanah terganggu) A. Indek Properties 1. Batas cair (LL) 103,20 2. Batas plastis (PL) 40,94 3. Indek plastisitas (IP) 62,26 4. Spesific gravity (Gs) 2,62 5. Batas susut (SL) 23,81 % B. Komposisi ukuran partikel Pasir (%) 1,42 Lanau (%) 58,58 Lempung (%) 40 Klasifikasi tanah Lempung anorganik dengan plastisitas tinggi (LL>50). Gambar 3 : Grafik potensi swelling tanah berdasarkan kriteria Seed (1962) C. Pemadatan optimum (%) 32,0 dry maksimum (gr/cm 3 ) 1,295 D. Activity 2,07 4

5 CBR (%) Berat isi kering (t/m 3 ) POLI TEKNOLOGI VOL.9 NO.1, JANUARI 2010 Penambahan air 3-4 % menjamin terdapatnya struktur lempung yang cukup terpencar, dan pada saat yang sama menghasilkan kerapatan kering yang rendah. Sehingga didapatkan nilai penambahan air yang diperlukan untuk pengujian CBR yaitu 18 % + 4 % = 22% (Gambar 5). 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 Grafik 4: Grafik Potensi Swelling Tanah berdasarkan Seed, Woodward dan Lundgreen (1963) Dari nilai aktifitas sebesar 2.07 dan nilai persen clay sebesar 40 % diplotkan kedalam diagram sehingga dapat diketahui tanah tersebut memiliki potensial swell yang tinggi. Menurut Seed, Woodward dan Lundgreen (1963) dalam Chen (1988) [1] mengemukakan hubungan antara nilai aktifitas suatu lempung dengan presentase fraksi lempung yang lebih kecil dari 0,002 mm. Hubungan ini dinyatakan pada grafik diatas (Gambar 3 dan Gambar 4). Jika kita plotkan nilai PI sebesar dan nilai persen clay sebesar 40 % pada grafik diatas maka akan dapat diketahui bahwa tanah tersebut memiliki swell potential yang sangat tinggi. 40% pada grafik diatas maka akan dapat diketahui bahwa tanah tersebut memiliki swell potential yang sangat tinggi dan nilai aktivitasnya diatas 1. menurut Bowles jika nilai aktivitas berada antara 1-7 tanah tersebut mengandung monmorilonite. Pemadatan Dari hasil percobaan diperoleh nilai kadar air optimum (OMC) tanah asli sebesar 32 % dan berat kering maksimum sebesar (MDD) sebesar 1,295 %. Untuk mencapai kadar air optimum dilakukan penambahan air pada range 18% - 21% lalu ditambahkan 3-4 % untuk pemadatan tanah ekspansif [5]. 1, Kadar air (%) Gambar 5: Grafik hasil uji pemadatan tanah asli 2) Tanah yang dicampur dengan pasir CBR (California Bearing Ratio) Pengujian CBR dan swelling dilakukan terhadap tanah asli dan terhadap sample A sampai dengan sample D (komposisi campuran pasir (sand) 10%, 20%, 30% dan 35% seperti pada metode pengambilan data), hasil uji seperti tabel Tnh 1asli +10% 2 pasir +20% 3 pasir +30% 4 pasir +35% 5 pasir 6 Variasi penambahan pasir (%) Soaked 2,5 Soaked 5 Gambar 6: Grafik hasil uji CBR pada berbagai variasi campuran pasir kondisi soaked Dari pengujian index soil properties memperlihatkan bahwa lempung Cikarang termasuk klasifikasi tanah yang mempunyai 5

6 Swelling (%) Sutikno dan Denny Yatmadi, Stabilitas Tanah Ekspansif... sifat lempung organis dengan plastisitas sedang sampai tinggi. Apabila ditinjau dari komposisi minerologinya terlihat bahwa mineral Monmorolonite dan Alpha Quartz sangat mendominasi komposisi mineral lempung Cikarang. Dengan mineral Monmorilonite lebih banyak dari yang lain maka menurut Bowles, 1986, dikatakan sebagai lempung ekspansif disebabkan aktifitas Montmorilonite paling tinggi jika dibandingkan dengan mineral-mineral lainnya. Indek plastisitas lebih dari 20 biasanya suatu tanah lempung dapat diperkirakan akan mempunyai perubahan volume yang besar (mengembang) apabila indek plastisitas Ip 20 (Dunn et. al, 1980). Aktifitas tanah lempung merupakan perbandingan antara indek plastisitas dengan clay content. Dengan demikian indek properties lempung Cikarang termasuk kategori lempung ekspansif. Nilai CBR (Tabel 2) memperihatkan nilai campuran pasir pada 30%, kondisi ini dipandang sebagai jumlah pasir yang cukup dimana kandungan pasir pada lempung asli hanya sebesar 9%. Komposisi pasir yang memberikan swelling, lihat gambar dibawah, terkecil didapat pada komposisi pasir terbanyak (35%), hal demikian dapat diterima mengingat jumlah pasir yang banyak dapat menurunkan komposisi lempung (clay) pada kondisi tanah asli. Swelling terbesar terjadi pada kondisi tanah asli terendam (soaked), kondisi ini sangat wajar mengingat pada kondisi terendam dimana lempung (clay) mempunyai pemicu untuk mengembang, yaitu adanya jumlah air yang besar (terendam). Pengembangan (Swelling) Pengembangan (swelling) pada variasi campuran tanah ekspansif dengan tambahan pasir (Tabel 2). Dari ke lima jenis campuran (0%; 10%, 20%, 30% dan 35%) seperti digambarkan pada gambar 7, dimana swelling terkecil didapat pada komposisi penambahan pasir sebesar 35%, kondisi ini dapat terjadi disebabkan volume lempung yang bersifat ekspansif lebih sedikit jika dibanding dengan sample lainnya. Salah satu faktor swelling sangat tergantung volume lempung yang mengembang. Swelling terkecil terjadi pada jumlah pasir terbanyak yaitu sebaesar 35%, volume pasir yang ada pada komposisi lebih besar di bandingkan dengan yang hanya 10%, dengan demikian swelling dapat diperkirakan terkecil akan terjadi pada kandungan atau campuran pasir sebagai material tambahan dengan jumlah banyak (sample D). Swelling terbesar pada kondisi tanah asli, hal ini menunjukkan bahwa variasi campuran pasir tersebut memiliki efek positif untuk menurunkan pengembangan tanah ekspansif, akibat rasio secara keseluruhan lempung (clay) menurun [1] Tnh asli +10% +20% +30% +35% Variasi penambahan pasir (%) Gambar 7: Grafik hasil uji Swelling pada berbagai variasi lapisan pasir KESIMPULAN 1. Besarnya CBR meningkat diatas tanah asli sampai pada kondisi penambahan pasir sebanyak 30% untuk kondisi soaked, sedangkan pada penambahan pasir sampai dengan 35%, nilai CBR (stabilitas) menurun namun masih diatas nilai tanah aslinya. 2. Pada penambahan pasir sampai dengan 35%, nilai CBR (stabilitas) menurun namun masih diatas nilai tanah aslinya. 3. Untuk pengembangan (swelling) tanah ekspansif dengan penambahan pasir, kondisi swelling mengalami pengurangan 6

7 POLI TEKNOLOGI VOL.9 NO.1, JANUARI 2010 dan nilai cukup signifikan pada penambahan pasir antara 10 s/d 30% dan terendah didapat pada penambahan pasir sebanyak 35%. 4. Secara umum terdapat pengaruh penambahan pasir pada tanah ekspansif yang dipadatkan terhadap stabilitas (CBR) dan pengembangan (swelling), tanah ekspansif mengalami perubahan yang positif setelah dicampur dengan pasir, optimasi tercapai pada penambahan pasir antara 20% sampai dengan 30% Ucapan Terima Kasih Ungkapan rasa terima kasih kami sampaikan kepada Direktorat Penelitian dan Pengabdian pad Mayarakat (DP2M) Dikti yang telah membiayai peneltian ini dalam program penelitian untuk perguruan tinggi. DAFTAR PUSTAKA [1] Donald P Coduto, 1994., Foundation Design Principles and Practice, Prentice- Hall Inc, Englewood Cliffs, New Jersey. [2] Braja M. Das, 1991., Mekanika Tanah (Prinsip-prinsip Rekayasa Geoteknik), Jakarta, Erlangga. [3] Budhu Muni, 2000., Soil Mechanics and Foundations, John Wiley and Sons Inc, New York. [4] Nasir. Moh, 1988., Metode Penelitian, Jakarta, Ghalia Indonesia. [5] Joseph E Bowles, 1987., Sifat-sifat Fisis dan Geoteknis Tanah (Mekanika Tanah), Erlangga, Jakarta. [6] Van BEMMELEN, R.W, 1949., The Geology of Indonesia, The Martinus Nijhoff, The Netherlands. [7] ASTM, 1980., Annual Book of ASTM Standards, Philadelphia, American Society for Testing and Material, Part 19 Tabel 2 : Hasil uji CBR pada kondisi unsoaked/soaked pada beberapa sampel uji Sampel CBR (%) Swelling Komposisi Campuran Kondisi 2,5 5 (%) Tanah Asli 7,30 5,90 Tanah Asli unsoaked 3,50 Tanah Asli 4,70 3,60 Tanah Asli soaked 4,90 Sampel A 5,80 4,70 10% Pasir soaked 4,95 Sampel B 7,70 7,60 20% pasir soaked 3,60 Sampel C 10,70 9,60 30% pasir soaked 3,30 Sampel D 9,20 8,20 35% pasir soaked 2,30 7