STUDI PERUBAHAN KARAKTERISTIK FISIK, MEKANIK DAN DINAMIK TERHADAP SIKLUS PEMBASAHAN PADA TANAH LERENG DENGAN KEDALAMAN 5-20M DI NGANTANG MALANG

Transkripsi

1 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) STUDI PERUBAHAN KARAKTERISTIK FISIK, MEKANIK DAN DINAMIK TERHADAP SIKLUS PEMBASAHAN PADA TANAH LERENG DENGAN KEDALAMAN 5-20M DI NGANTANG MALANG Aburizal Fathoni Asbi, Abraham Tertiadi, dan Ria Asih Aryani Soemitro, Trihanyndio Rendy Satrya. Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya ria@ce.its.ac.id rendy_star@ce.its.ac.id Abstrak Secara alami tanah di lapangan mengalami proses siklus pembasahan dan pengeringan yang terjadi pada daerah beriklim tropis seperti Indonesia, sehingga mengakibatkan tanah akan mengalami perubahan volume tanah akibat perubahan kadar air. Suatu lereng di desa Jombok Ngantang Malang mengalami penurunan tanah secara signifikan selama 3 tahun terakhir. Tercatat penurunan terjadi pada musim penghujan Februari 2009, Februari 2010 dan 2011 tanah turun sedalam ± 3m, ± 2m, dan ± 1m. Tujuan penelitian ini mempelajari pengaruh perubahan musim (perubahan kadar air) terhadap karakteristik tanah yaitu fisik, mekanik dan dinamik tanah dengan proses siklus pembasahan (dimodelkan 1x siklus pembasahan). Definisi proses siklus pembasahan yaitu prosentase penambahan air ditentukan dari penjumlahan antara kadar air awal (W i ) dengan persentase kadar air dikalikan dengan selisih antara kadar air jenuh dengan kadar air awal (W sat W i ) sebesar 25%, 50%, 75%, dan 100%. Analisis kurva yang ditinjau adalah hubungan antara parameter tanah yaitu hubungan antara.kadar air dengan parameter sifat fisik, mekanik dan dinamik. Parameter fisik dan mekanik diuji dengan alat laboratorium untuk pengujian volumetry gravimetry, triaksial, dan tegangan air pori negatif sedangkan parameter dinamik tanah diuji dengan Elemen Bender. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pengaruh proses pembasahan membuat parameter kadar air (W c ), derajat kejenuhan (S r ) meningkat karena proses pembasahan. Untuk parameter kohesi (C u ) dan berat volume kering (γ d ) pada kedalaman 6m, 7m, 13m menurun karena proses pembasahan tetapi pada pembasahan 75% akan mengalami kenaikan kembali, namun pada kedalaman 8m 9m 10m 16m dan 20m akan mengalami kenaikan kenaikan pada proses pembasahan tetapi pada pembasahan 50% akan mengalami penurunan kembali. Berdasarkan tes analisa saringan dan hidrometer menunjukkan bahwa tanah pada kedalaman 6m dan 9m memiliki prosentase pasir yang lebih dominan, sedangkan pada kedalaman 7m, 8m, 9m, 10m, 13m, 16m dan 20m prosentase lanau lebih dominan. Kata Kunci kadar air, Ngantang-Malang, Parameter fisik, mekanik dan dinamik, Siklus pembasahan, Tanah tidak terganggu S I. PENDAHULUAN ECARA ilmiah tanah di lapangan mengalami proses siklus pembasahan dan pengeringan yang terjadi pada daerah beriklim tropis seperti Indonesia, sehingga mengakibatkan tanah akan mengalami perubahan volume tanah akibat perubahan kadar air. Lokasi penelitian ini terletak di desa Jombok Ngantang, Kabupaten Malang Km 33-34, daerah tersebut merupakan daerah yang sering mengalami titik rawan longsor (Suarasurabaya.net). Menurut Kepala Desa setempat, peristiwa ini berawal pada bulan (Februari, 2009), waktu itu musim penghujan yang membuat tanah sekitar Desa Jombok longsor dari ketinggian lereng ± 12 meter. Sehingga elevasi jalan yang dulunya rata ketinggiannya dengan rumah penduduk mengalami kelongsoran dan patahan pada lereng, kurang lebih dalam sebulan patahan tanah pertama turun sekitar 3 meter, kedua turun sekitar 2 meter (Februari, 2010) dan ketiga turun sekitar 1 meter (2011). Proses siklus pembasahan di laboratorium untuk dilakukan dengan cara menentukan kadar air yang diperoleh pada contoh tanah tidak terganggu (undisturbed). Kadar air tanah inilah yang dijadikan acuan untuk proses pembasahan pada pengujian fisik tanah (berat volume tanah, kadar air, berat volume kering tanah, derajat kejenuhan, porositas, angka pori, specific gravity, Atterberg Limit), mekanik tanah (kohesi, sudut geser dalam, tegangan air pori negatif) dan dinamik tanah (modulus geser, menggunakan Elemen Bender). Selanjutnya proses membasahi contoh tanah yaitu prosentase penambahan air ditentukan dari penjumlahan antara kadar air awal (W i ) dengan persentase kadar air dikalikan dengan selisih antara kadar air jenuh dengan kadar air awal (W sat W i ) sebesar 25%, 50%, 75%, dan 100%. A. Sifat Tanah II. TINJAUAN PUSTAKA Tanah secara umum mempunyai 2 (dua) sifat utama, yaitu sifat fisis dan sifat mekanis. Sifat Fisis Tanah Sifat fisis tanah yaitu sifat yang berhubungan dengan elemen penyusunan massa tanah yang ada, misalnya volume tanah, kadar air, dan berat tanah. Dalam keadaan tidak jenuh, tanah terdiri dari 3 (tiga) bagian yaitu butiran padat (solid), bagian air (water), dan bagian udara (air). Keberadaan materi air dan udara biasanya menempati pada ruangan antara butiran/pori pada massa tanah tersebut. Ilustrasi

2 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) untuk memahami susunan elemen pada massa tanah dapat diasumsikan seperti gambar 2.1 berikut (Das, 1998). Bagian butiran yang bersifat gesekan tergantung pada tekanan efektif bidang geser terhadap sudut geser dalam (Ø) yang terbentuk. Tegangan air pori negatif (-U w ), ditentukan dengan menggunakan kurva kalibrasi kertas filter Whatman no. 42. Kuat geser undrained adalah kuat geser tanah yang mengalami kondisi undrained. Gambar 2.1 (a) Elemen tanah dalam keadaan asli, (b) Tiga fase elemen tanah (Sumber : Braja M. Das 1988) Pada gambar 2.1 (a) memperlihatkan elemen tanah yang mempunyai volume V dan W, sedang gambar 2.1 (b) memperlihatkan hubungan berat dan volume tanah dalam tiga fase yang dipisahkan (butiran padat, air dan udara). Berat udara dianggap sama dengan nol. Hubungan volume yang umum dipakai untuk suatu elemen tanah adalah sebagai berikut : 1. Angka pori (e) adalah perbandingan volume rongga (V v ) dengan volume butiran (V s ), yang dinyatakan dalam bentuk desimal. 2. Porositas (n) adalah perbandingan antara volume rongga (V v ) dengan dengan volume total (V t ), dinyatakan dalam desimal atau persen tetapi dalam desimal lebih diutamakan. 3. Kadar air (W c ) adalah perbandingan antara berat air (W w ) dengan berat butiran (W s ) dalam tanah tersbut, dinyatakan dalam persen. 4. Berat volume tanah) adalah perbandingan antara berat tanah total (W t ) dengan volume tanah total (V t ). 5. Berat volume kering (γ d ) adalah perbandingan antara berat butiran (W s ) dengan volume tanah total (V t ). 6. Berat volume butiran padat (γ s ) adalah perbandingan antara berat butiran padat (W s ) dengan volume butiran padat (V s ). 7. Derajat kejenuhan (S r ) adalah perbandingan antara volume air (V w ) dengan volume rongga pori (V v ) yang dinyatakan dalam persen. Apabila jarak dari derajat kejenuhan dinyatakan dalam 0% - 100%, maka 0% (tanah tersebut kering) dan 100% (tanah tersebut jenuh). 8. Specific Gravity (G s ) perbandingan antara berat volume butiran padat (γ s ) dengan berat volume air (V w ) pada temperatur 4 0 C. B. Sifat Mekanis Tanah. Sifat mekanis tanah merupakan sifat perilaku dari struktur massa tanah pada dikenai suatu gaya atau tekanan yang dijelaskan secara teknis mekanis. Parameter kekuatan tanah terdiri dari : Kohesi (c), yaitu gaya tarik antara butiran tanah yang tergantung pada jenis tanah dan kondisi kerapatan butir. III. PETUNJUK TAMBAHAN Gambar 2.2 Strength Envelope Tanah Lempung Dalam Keadaan Undrained (Sumber : Braja M. Das 2002) C. Sifat Dinamis Tanah Alat uji Elemen Bender pertama kali di perkenalkan oleh Shirley dan Hampton (1977), cara bekerja alat ini cukup sederhana dan tercatat cukup baik mengitung modulus geser tanah pada regangan rendah (small strain shear modulus) yakni melalui pengukuran kecepatan perambatan gelombang geser yang melalui sampel tanah. Dengan alat Elemen Bender, kecepatan gelombang geser, V s dapat diukur. Persamaan 2.6 digunakan untuk menghitung V s. V s=.. (2.6) Dimana L adalah jarak efektif atau panjang sampel tanah. Sedangkan t adalah waktu tempuh yang diperlukan oleh gelombang geser untuk merambat di tanah. Kemudian dengan menggunakan persamaan 2.7, maka modulus geser maksimum (G maks ) dapat ditentukan. G maks =ρ.v 2...(2.7) Dimana : ρ = kerapatan masa tanah (gr/cm 3 ) V= kecepatan rambat gelombang geser (cm/dtk) A. Pendahuluan III. METODOLOGI PENELITIAN Penelitian ini bersifat eksperimental yang dilakukan di Laboratorium Mekanika Tanah Teknik Sipil ITS. Menggunakan benda uji dari contoh tanah tidak terganggu di daerah Ngantang Malang, dengan kedalaman -5 m sampai -20 m. Pengujian dilakukan untuk mengetahui perubahan parameter karakteristik fisik, mekanik dan dinamik tanah akibat siklus pembasahan.

3 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) B. Proses Pembasahan Proses pembasahan dilakukan secara bertahap berdasarkan presentase penambahan kadar air. Presentase penambahan air ditentukan dari penjumlahan antara kadar air awal (W i ) dengan persentase kadar air dikalikan dengan selisih antara kadar air jenuh dengan kadar air awal ( W sat W i ). Pada proses pembasahan, benda uji dengan kondisi inisial dijenuhkan secara bertahap dengan penambahan air hingga mencapai jenuh 100%. Untuk pengukuran tegangan air pori negatif, kertas filter tipe Whatman No. 42 diletakkan pada 1/3 tinggi benda uji. Dalam hal ini kertas filter diletakkan pada benda uji triaksial (Elemen Bender).. IV. ANALISA DAN HASIL PENELITIAN A. Pengujian Sifat Fisik Pengujian sifat fisik yang dilakukan meliputi berat jenis, konsistensi, kadar air, analisa saringan dan hidrometer. Sifat fisik yang diperoleh sebagai berikut : 1) Uji Berat Jenis Pengujian berat jenis (specific gravity) dilakukan dengan menggunakan standar uji ASTM D Nilai specific gravity (G s ) yang diperoleh akan membantu dalam mengklasifikasikan jenis tanah yang diuji. Hasil dari percobaan adalah sebagai berikut : Tabel 4.1 Nilai Berat Jenis Tiap Kondisi Berat kering ( d ) (gr/cm 3 ) Berat Tanah ( t ) (gr/cm 3 ) Berat Jenis (G S ) -6 0,825 1,487 2, ,723 1,359 2, ,727 1,337 2, ,676 1,233 2, ,654 1,255 2, ,680 1,365 2, ,776 1,301 2, ,775 1,355 2,520 Abraham Tertiadi Aburizal Fathoni Asbi Abraham dan Aburizal Gambar 3.1 Diagram Alir Tahapan Pengujian Gambar 4.1 Grafik Hubungan Spesific Gravity (G s ) dengan Pada Kondisi

4 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) ) Berat Volume Kering Gambar grafik hubungan berat volume kering (γ d ) dengan kedalaman,ditampilkan sebagai berikut. Gambar 4.2 Grafik Hubungan Berat Volume Kering (γ d ) dengan Pada Kondisi 3) Kadar Air ( W c ) dan Derajat Kejenuhan ( S r ) Pengujian kadar air berdasarkan standar uji ASTM D yang bertujuan untuk air terhadap tanah asli. Tabel 4.2 Nilai Kadar Air dan Derajat Kejenuhan Tiap Kadar Air Derajat Kejenuhan -6 80,14 83, ,99 89, ,84 86, ,39 76, ,94 80, ,35 88, ,62 75, ,69 80,24 4) Angka pori dan Atterberg limit Dengan diketahuinya harga-harga batas cair (LL), batas plastis (PL) dan batas kerut (SL), maka sifat-sifat plastisitas dari tanah yang bersangkutan dapat diketahui. Tanah yang mempunyai harga plastisitas indek (IP = LL-PL). Tabel 4.3 Angka pori dan Atterberg limit Angka Atterberg Limit Pori LL PL IP -6 2,504 58,90 50,12 8,78-7 2,534 45,12 37,69 7,43-8 2,450 70,03 64,60 5,43-9 2,711 66,66 54,88 11, ,938 51,57 48,26 3, ,055 85,11 69,99 15, ,347 66,33 48,84 17, ,347 47,99 35,17 12,82 5) Nilai Kohesi dan Modulus Elastisitas Perbandingan modulus elastisitas dengan kedalaman,ditampilkan pada tabel sebagai berikut : Tabel 4.4 Kohesi dan Modulus Elastisitas Kohesi (C u ) (kg/cm 2 ) Modulus Elastisitas (E) (kn/m 2 ) -6 0, ,12-7 0, , ,53-9 0, , , , , , , , , ,58 6) Nilai Modulus Geser Maksimum dan Tegangan Air Pori Negatif Tiap Perbandingan modulus geser maksimum dengan kedalaman,ditampilkan pada tabel sebagai berikut : Tabel 4.5 Modulus Geser Maksimum dan Tegangan Air Pori Negatif Modulus Geser Tegangan Air Pori Maksimum Negatif (-U w ) (G max ) (kpa) (kpa) , , , , , , , , ,48 864, , , , , ,02 113,62

5 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) ) Grafik Hubungan Parameter 6 m W c (%) 88 W c (%) W c (%) C ϒ 0.80 d (gr/cm 3 ) S r (%) Pembasahan 25% Pembasahan 50% Pembasahan 75% Pembasahan 100% A E C u G s G s Gambar 4.3 Grafik Hubungan Antara Parameter Fisik Pada 6 m Analisa Grafik A Grafik A adalah kurva hubungan antara kadar air dengan berat volume kering pada kondisi inisial dan pembasahan di kedalaman 6 m. Pada kondisi kadar air inisial memiliki nilai berat volume kering sebesar 0,747gr/cm 3 dengan kadar air 80,14%. berat volume kering sebesar 0,724 gr/cm 3 dengan kadar air 84,01%. berat volume kering sebesar 0,709 gr/cm3 dengan kadar air 88,85%. berat volume kering sebesar 0,674 gr/cm3 dengan kadar air 91,23%. berat volume kering sebesar 0,709 gr/cm3 dengan kadar air 96,31%. Dengan bertambahnya kadar air maka, perbandingan berat tanah padat dengan volume tanah menghasilkan nilai berat volume kering akan berkurang, jika volume tanah lebih besar dari berat tanah padat. Tetapi pembasahan 100% akan naik kembali. Analisa Grafik B G s B D F Grafik B adalah kurva hubungan specific gravity dengan berat volume kering pada kondisi inisial dan pembasahan di kedalaman 6m. Pada kondisi kadar air inisial memiliki nilai berat volume kering sebesar 0,747 gr/cm 3 dengan specific gravity sebesar 2,615. berat volume kering sebesar 0,724 gr/cm 3 dengan specific gravity sebesar 2,562. berat volume kering sebesar 0,709 gr/cm3 dengan specific gravity sebesar 2,537. berat volume kering sebesar 0,674 gr/cm3 dengan specific gravity sebesar 2,513. berat volume kering sebesar 0,709 gr/cm3 dengan specific gravity sebesar 2,465. Analisa Grafik C Grafik C adalah kurva hubungan antara kadar air dengan derajat kejenuhan pada kondisi inisial dan pembasahan di kedalaman 6 m. Pada kondisi kadar air inisial memiliki nilai derajat kejenuhan sebesar 83,84% dengan kadar air 80,14%. derajat kejenuhan sebesar 84,67% dengan kadar air 84,01%. derajat kejenuhan sebesar 88,25% dengan kadar air 88,85%. derajat kejenuhan sebesar 90,34% dengan kadar air 91,23%. derajat kejenuhan sebesar 95,83% dengan kadar air 96,31%. Dengan bertambahnya kadar air maka, nilai derajat kejenuhan akan terus bertambah. Analisa Grafik D Grafik D adalah kurva hubungan specific gravity dengan derajat kejenuhan pada kondisi inisial dan pembasahan di kedalaman 6m. Pada kondisi kadar air inisial memiliki nilai derajat kejenuhan sebesar 83,84% dengan specific gravity sebesar 2,615. derajat kejenuhan sebesar 84,67% dengan specific gravity sebesar 2,562. derajat kejenuhan sebesar 88,25% dengan specific gravity sebesar 2,537. derajat kejenuhan sebesar 90,34% dengan specific gravity sebesar 2,513. derajat kejenuhan sebesar 95,83% dengan specific gravity sebesar 2,465.

6 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) Analisa Grafik E Grafik E adalah kurva hubungan antara kadar air dengan nilai kohesi pada kondisi inisial dan pembasahan di kedalaman 6 m. Pada kondisi kadar air inisial memiliki nilai kohesi sebesar 0,374 kg/cm 2 dengan kadar air 80,14%. kohesi sebesar 0,300 kg/cm 2 dengan kadar air 84,01%. kohesi sebesar 0,270 kg/cm2 dengan kadar air 88,85%. kohesi sebesar 0,242 kg/cm2 dengan kadar air 91,23%. kohesi sebesar 0,175 kg/cm2 dengan kadar air 96,31%. Dengan bertambahnya kadar air maka, perbandingan berat tanah padat dengan volume tanah menghasilkan nilai berat volume tanah akan berkurang, sehingga nilai kohesi pun berkurang. Analisa Grafik F Grafik F adalah kurva hubungan specific gravity dengan kohesi pada kondisi inisial dan pembasahan di kedalaman 6 m. Pada kondisi kadar air inisial memiliki nilai kohesi sebesar 0,374 kg/cm 2 dengan specific gravity sebesar 2,615. kohesi sebesar 0,300 kg/cm 2 dengan specific gravity sebesar 2,562. kohesi sebesar 0,270 kg/cm2 dengan specific gravity sebesar 2,537. kohesi sebesar 0,242 kg/cm2 dengan specific gravity sebesar 2,513. kohesi sebesar 0,175 kg/cm2dengan specific gravity sebesar 2, Kesimpulan KESIMPULAN DAN SARAN Dari studi yang teah dilakukan, maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut : 1 Untuk hubungan berat volume kering dengan kadar air yang terlihat adalah nilai berat volume kering yang semakin kecil apabila nilai kadar air bertambah karena jika volume tanah lebih besar dari berat tanah padat akan menghasilkan berat volume kering yang semakin kecil, seiring dengan penambahan proses pembasahan tapi pada suatu titik akan kembali naik. 2 Untuk hubungan derajat kejenuhan dengan kadar air yang terlihat adalah dengan proses pembasahan maka nilai derajat kejenuhan dan nilai kadar air akan bertambah. 3 Untuk hubungan kohesi dengan kadar air yang terlihat adalah nilai kohesi yang semakin kecil apabila nilai kadar air bertambah seiring dengan penambahan proses pembasahan. 5.2 Saran Berikut ini saran-saran untuk pengembangan penelitian selanjutnya : 1. Setelah pengambilan contoh tanah dari lapangan sebaiknya segera mungkin dilakukan pengujian parameter-parameter tanah di laboratorium agar kondisi tanah tidak berubah akibat faktor suhu yang berbeda. 2. Pada proses pembasahan sebaiknya benda uji disimpan dalam tempat yang kedap udara dan air yang keluar di masukkan kembali UCAPAN TERIMA KASIH Aburizal Fathoni Asbi dan Abraham Tertiadi mengucapkan Puji Syukur kehadirat ALLAH SWT atas segala rahmat dan karunia-nya. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada kedua orang tua dan dosen pembimbing penulis atas segala bimbingan dan waktunya. DAFTAR PUSTAKA Bowles, J.E.1991.Sifat-sifat Fisis dan Geotkenis Tanah, Erlangaa, Jakarta. Das, Braja M., (translated by Mochtar N.E, and Mochtar I.B.) Mekanika Tanah (Prinsip-prinsip Rekayasa Geotekni) Jilid I, Erlangga, Jakarta. Fredlund, D.G. and Rahardjo, H Soil Mechanics for Unsaturated Soils, Balkema. Rotterdam. Hardiyatmo, H.C Mekanika Tanah, PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta. Hardiyatmo, H.C Prinsip-prinsip Mekanika Tanah dan Soal Penyelesaiannya, PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta. Panjaitan, S.R.N Pengaruh Siklus Pengeringan dan Pembasahan Terhadap Karakteristik Kuat Tekan Tanah Mengembang yang Distabilisasi dengan Fly Ash, Tesis S2, Pasca Sarjana, ITS, Surabaya. Smith, M.J. dan Madyayanti, I.E Seri Pedoman Godwin, Mekanika Tanah, Erlangga, Jakarta. Terzaghi, K. and Peck R.B Soil Mechanics in Engineering Practice, 2nd edition, Erlangga, Jakarta Wesley, L.D. and Irfan, T.Y Classification of residual soil. Chap. 2 In Blight, G.E. (ed) Mechanics of residual soils, ISSMFE (TC 25). Balkema.