I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang Tanah kondii alami dengan kepadatan rendah hingga edang cenderung mengalami deformai yang bear bila dilintai beban berulang kendaraan. Untuk itu, dibutuhkan uatu truktur perkeraan (pavement) yang dapat melindungi tanah terebut dari beban yang berlebihan akibat kendaraan. Selain itu, perkeraan juga berfungi untuk memberikan permukaan rata dan halu bagi pengendara, dan melindungi formai tanah terhadap pengaruh buruk perubahan cuaca (Hardiyatmo, 2007). Perkeraan untuk jalan raya dapat berupa perkeraan lentur (flexible pavement), perkeraan kaku (rigid pavement), atau kompoit (kombinai antara tipe perkeraan lentur dan perkeraan kaku). Pemilihan tipe terebut umumnya bergantung pada lapi fondai dan tanah daar, namun juga dipengaruhi oleh faktor beban lalu linta dan lingkungan eperti uhu, dan hujan. Perkeraan kaku merupakan alah atu tipe perkeraan jalan yang umum digunakan pada tanah daar lunak. Perkeraan terletak pada timbunan di ata tanah lunak, penurunan terjadi cenderung berifat tidak eragam (differential ettlement) pada arah melintang maupun memanjang trae jalan ebagai akibat ditribui beban yang tidak merata epanjang lebar ataupun panjang perkeraan, atau diertai dengan penurunan tidak eragam akibat ketidak-homogenan tanah. Pelat yang terletak di ata tanah, kekuatannya akan bergantung pada kekuatan pelat, kapaita dukung tanah daar dan interaki antara pelat dan tanah daar dalam mendukung beban, yang umumnya dipengaruhi oleh adanya rongga-rongga yang terbentuk di antara ke duanya. Rongga-rongga antara pelat ini dapat diebabkan oleh penurunan tak eragam antara pelat dan tanah daar, maupun oleh proe pemompaan butiran halu (pumping) ke permukaan pelat akibat beban iklik oleh kendaraan (Hardiyatmo, 2009). Perkeraan juga menerima beban akibat temperatur yang membuat perkeraan mengalami momen lentur bolak- 1
balik. Hal-hal terebut dapat mengakibatkan bergelombangnya jalan dan/ atau patahnya truktur perkeraan. Beberapa metode untuk mengatai permaalahan perkeraan kaku jalan pada tanah lunak yang udah diaplikaikan di lapangan antara lain penggunaan perbaikan tanah, kontruki arang laba-laba, erta fondai cakar ayam. Dua metode terakhir dapat pula dikategorikan ebagai perkuatan perkeraan kaku. Adapun metode baru yang diuulkan untuk mengatai permaalahan perkeraan kaku jalan pada tanah lunak adalah Sitem Pelat Terpaku (Nailed-lab Sytem). Penggunaan material pilihan pada lapi fondai dan tabiliai tanah daar merupakan perbaikan tanah yang umum dilakukan. Cara ini maih belum efektif mengatai maalah keruakan perkeraan kaku yang dibangun di ata tanah lunak, eperti punchout, pumping, blowup, faulting, kekaaran, dan retak kelelahan akibat beban kendaraan erta momen lentur bolak-balik yang dialami perkeraan akibat beban kendaraan dan temperatur. Pada kontruki jalan raya, item kontruki arang laba-laba (KSLL) dapat digunakan ebagai perkeraan kaku, dengan pelat perkeraan diperkaku oleh ruuk-ruuk di bawahnya. Ruuk-ruuk terebut terdiri ata ruuk-ruuk memanjang jalan dan ruuk-ruuk diagonal. Ruuk-ruuk mempunyai ketebalan 10 cm dan ruuk bagian luar mempunyai ketinggian mencapai 90 cm (Wahyudi, dkk., 2010). Berdaarkan geometrinya, item ini memerlukan teknik khuu dalam pengerjaan. Kontruki ini epertinya tidak cocok untuk lokai yang mempunyai muka air tanah dangkal, bila kontruki langung ditempatkan pada tanah ali, karena haru memompa air dari lubang galian dan menjaga dinding galian dari longor. Sekalipun muka air tanah dalam, penggalian lubang untuk penempatan balok memerlukan alat khuu mengingat lebar ruuknya yang kecil hanya 10 cm. Kepadatan urugan yang dimaukan ke dalam beka galian kurang baik dapat mengurangi kontribui tahanan geek balok ruuk. Bilamana ruukruuk terlebih dahulu dibangun di ata lokai pekerjaan kemudian dilakukan urugan tanah timbunan, maka diperlukan pula metode pemadatan edemikian rupa mengingat geometri denah ruuk-ruuk berbentuk egitiga. 2
Pengalaman penggunaan fondai cakar ayam pada Jalan Tol Prof. Sediyatmo menuju Bandara Internaional Soekarno-Hatta di Cengkareng Banten, umumnya dianggap ebagai uatu kealahan metode kontruki, yang berakibat terjadinya penurunan badan jalan angat berlebihan. Anggapan kealahan metode kontruki yang dimakud adalah bahwa fondai cakar ayam ditempatkan pada timbunan bukan pada tanah lunaknya, ehingga penurunan berlebihan tetap terjadi akibat penurunan konolidai tanah lunak di bawah timbunan. Ada hal poitif yang terjadi yaitu penurunan yang terjadi merupakan penurunan eragam dan permukaan perkeraan jalan maih tetap rata, ehingga kendaraan maih dapat melewatinya dengan nyaman. Fondai cakar ayam terebut, elanjutnya mengalami berbagai pengembangan yang alah atunya adalah penggantian cakar yang emula berbahan beton dengan cangkang baja galvani, ehingga berat endiri kontruki jauh berkurang (Suhendro, 2006; Suhendro dan Hardiyatmo, 2010). Sitem Pelat Terpaku berawal dari ide untuk mengganti cakar ayam dengan tiang-tiang pendek, untuk lebih efiien dalam pelakanaan kontruki (Hardiyatmo, 2008). Sitem ini pada awalnya ebagai uulan aplikai perkuatan beton perkeraan kaku pada tanah lunak. Tiang-tiang membuat pelat tetap kontak dengan tanah ehingga mencegah pelat terdeformai dan mengalami keruakan (pelat lakana dipaku pada tanah oleh tiang-tiang dengan mengerahkan kuat tekan dan tahanan angkur). Sitem ini direkomendaikan menggunakan pile cap tipi (tebal 12 cm hingga 25 cm), dan penggunaan pile cap tipi akan menguntungkan bagi tanah lunak (Hardiyatmo dan Suhendro, 2003). Bagian bawah pelat perkeraan terdapat tiang-tiang mikro pendek (hort micropile) berdiameter 12 cm 20 cm dengan panjang 1,0 m 1,5 m, dan jarak antar tiang berkiar antara 1 m 2 m (Hardiyatmo, 2008). Jadi pelat terebut berfungi ganda yaitu ebagai truktur perkeraan ekaligu ebagai pile cap. Tipikal kontruki Sitem Pelat Terpaku eperti Gambar 1.1. Tiang-tiang dipaang berbari pada arah lebar dan panjang jalan (Gambar 1.1a). Tiang-tiang terebut berada di bawah pelat beton bertulang dan hubungan pelat dan tiang dibuat monolit (Gambar 1.1b). Sitem ini maih terbata pada tudi model laboratorium untuk lempung lunak dengan kala 3
model 1 : 10 (Derihardi, 2001; Taa, 2010), kala 1 : 2 (Suyuti, 2004), dan kala 1 : 1 namun terbata pada tiang tunggal untuk lempung kaku (Dewi, 2009) dan tudi analiti (Hardiyatmo, 2008, 2009 dan 2011), belum ada uji kala penuh dan aplikai lapangan. Konep erupa dengan Sitem Pelat Terpaku telah diuulkan oleh Pichumani, dkk. (1974), namun dengan penggunaan tiang panjang dan terbata pada tudi parametrik item perkeraan yang didukung oleh tiang-tiang (pileupported pavement), untuk perkeraan lentur maupun perkeraan kaku. Pichumani, dkk. (1974) menyimpulkan bahwa lendutan permukaan perkeraan dan tegangan di dalam tanah daar mengalami reduki yang bearnya bergantung pada kekakuan tiang. Arah lalu linta a) Tampak ata Pelat beton Tiang: d = 0,2 m L = 1,0 1,5 m b) Tampak amping Tanah Gambar 1.1 Tipikal perkeraan kaku menggunakan Sitem Pelat Terpaku (Hardiyatmo, 2008) 4
Cara analii item pelat terpaku untuk perancangan tebal perkeraan kaku berdaarkan uji tiang tunggal, metode analii lendutan pelat flekibel menggunakan modulu reaki tanah daar ekivalen, dan metode penentuan modulu reaki tanah daar ekivalen yang didaarkan pada uji tiang tunggal telah diuulkan oleh Hardiyatmo (2008; dan 2009). Modulu reaki tanah daar ekivalen adalah modulu reaki akibat adanya tiang-tiang beerta pelat. Nilai modulu reaki tanah daar ekivalen (k ) ini diperoleh dengan menjumlahkan nilai modulu reaki tanah daar dari uji pelat beban (k) dan nilai tambahan modulu reaki dari tiang tunggal ( k). Hardiyatmo (2011a) menguulkan metode penentuan tambahan modulu k. Berdaarkan uraian di ata, maka permaalahan yang akan dicari uatu penyeleaiannya melalui penelitian ini antara lain 1. perilaku Sitem Pelat Terpaku yang telah diamati terbata pada kala model di laboratorium untuk lempung lunak dan kala penuh untuk tiang tunggal pada lempung kaku. Skala model untuk uji pelat yang diperkuat beberapa tiang/ bari tiang terbata pada kala 1 : 10, dan 1 : 2, edangkan untuk tiang tunggal dengan kala 1 : 2 dan 1 : 1. Belum ada pengamatan perilaku Sitem Pelat Terpaku kala penuh pada tanah lunak yang mengakomodir penggunaan ejumlah tiang dan beban kerja yang etara dengan beban roda kendaraan di lapangan. Permaalahannya adalah, apakah perilaku yang teramati pada uji model udah euai dengan perilaku Sitem Pelat Terpaku ukuran yang ebenarnya, dan adakah pengaruh kala pada perilaku terebut? Untuk itu perlu dilakukan uji kala penuh dengan lebar pelat ama dengan lebar perkeraan (6 m) dan diperkuat dengan beberapa bari tiang pendek erta dibebani dengan beban ebear beban kendaraan (kurang lebih 10 kn hingga 160 kn), 2. koefiien reaki tanah daar ekivalen yang teramati juga terbata berdaarkan uji model. Apakah pendekatan-pendekatan yang telah diuulkan cukup valid digunakan dalam deain Sitem Pelat Terpaku? Untuk itu, perlu pula 5
mengetahui bearan koefiien terebut pada ukuran truktur yang ebenarnya dan menguulkan pendekatan yang lebih euai, 3. belum adanya proedur deain dan rumuan perancangan prakti di lapangan, ehingga perlu diuun kedua hal terebut ebagai pedoman dalam perancangannya. Selain itu, Sitem Pelat Terpaku dirancang untuk lebih prakti dan efiien, dan dapat ditempatkan langung pada tanah daar atau dengan penggunaan urugan yang lebih tipi, ehingga beban yang dominan bekerja adalah beban ementara (beban lalu linta). Jadi penekanan utamanya, Sitem Pelat Terpaku ebagai perkuatan pada perkeraan kaku guna mencegah keruakan perkeraan akibat pengaruh rongga di bawah perkeraan, perbedaan penurunan, dan pengaruh lingkungan eperti temperatur. B. Tujuan Penelitian ini bertujuan untuk: 1. Mempelajari perilaku Perkeraan Sitem Pelat Terpaku (Nailed-lab Sytem) pada lempung lunak akibat pembebanan, ehingga dapat diketahui bagaimana kontribui tiang-tiang dalam meningkatkan kekakuan item ini. Pengujian dilakukan dengan uji pendahuluan dan uji kala penuh ebagai validai perilaku yang teramati pada uji model dan perancangan yang diuulkan. 2. Mempelajari ejauhmana kontribui tiang-tiang dalam meningkatkan modulu reaki tanah daar ekivalen. 3. Membuat uatu proedur deain erta memformulaikan dan memvalidai metode untuk perencanaan Sitem Pelat Terpaku. C. Bataan Maalah Penelitian ini dibatai dengan hal-hal ebagai berikut, namun tetap foku pada upaya penyeleaian permaalahan yang telah diuraikan pada ub bab ebelumnya. 6
1. Pelat dimodelkan memanjang dan ditopang oleh tiang-tiang beton yang pendek pada media tanah lempung lunak, dan ujung tiang tidak mencapai tanah kera. 2. Kondii bata (boundary condition) untuk uji model Pelat Terpaku adalah dinding batako dan lantai beton, edangkan untuk uji kala penuh adalah tanah ekiting pada ii terpendek dan dinding batako pada ii terpanjang Pelat Terpaku. 3. Seluruh tiang dipaang pada poii vertikal, pelat pada poii horizontal, dan hubungan pelat dan tiang dibuat monolit. 4. Beban kerja berupa beban terpuat entri dan ekentri, ecara tati monotonik maupun repetitif. 5. Hanya ditinjau penurunan elati, ementara penurunan akibat konolidai tanah di bawah item tidak ditinjau. 6. Hanya menggunakan tandar minimum mutu beton untuk pelat perkeraan kaku ebear K350 (etara f c = 29 MPa) dan f c = 17 MPa untuk tiang. 7. Tidak mengkaji maalah harga kontruki Sitem Pelat Terpaku terhadap macam-macam kontruki jalan lainnya. 8. Pengaruh poteni kembang-uut lempung tidak diamati. 9. Pengaruh temperatur diabaikan dan pengaruh gempa tidak dibaha. 10. Analii numerik terbata pada validai parameter material dan metode perencanaan yang diuulkan terhadap pengamatan. D. Kealian Penelitian mengenai Sitem Pelat Terpaku mulai intenif dilakukan etelah tahun 2003. Penelitian erupa yang telah dilakukan ebelumnya maih terfoku pada tinjauan ebagai fondai bangunan gedung. Pada Tabel 1.1 diberikan rangkuman penelitian-penelitian terkait Sitem Pelat Terpaku yang telah dilakukan. Keamaan penelitian yang akan dilakukan dengan penelitian maupun aplikai ebelumnya adalah Sitem Pelat Terpaku akan digunakan ebagai perkuatan pelat beton perkeraan kaku pada tanah lunak, erta beberapa keamaan 7
lainnya eperti letak beban entri dan ekentri, tipe beban monotonik, erta analii modulu reaki tanah daar ekivalen, analii balok di ata fondai elati (Beam on Elatic Foundation, BoEF), dan numerik elemen hingga. Adapun perbedaannya adalah 1. bahwa pada penelitian ini akan digunakan tiang-tiang yang berada pada lempung lunak, dan dilakukan uji kala penuh dengan lebar pelat ama dengan lebar perkeraan (ekitar 6 m) dan diperkuat dengan beberapa bari tiang pendek erta dibebani dengan beban ebear beban kendaraan (kurang lebih 10 kn hingga 160 kn). Ukuran tiang berdiamater 20 cm dengan panjang 150 cm. Media tanah yang digunakan adalah lempung Ngawi pada koniteni lunak, 2. elain itu, juga akan dideain bentuk hubungan antara pelat dan tiang menggunakan pelat penebalan, ehingga menghailkan hubungan yang monolit, 3. pada penelitian-penelitian terdahulu hanya terfoku pada pengamatan lendutan pelat akibat pembebanan, maka pada penelitian ini akan diamati pula repon tanah terhadap pembebanan yang bekerja, 4. elain beban monotonik, juga dilakukan beban repetitif, 5. pada penelitian ini akan dipelajari pula interaki tanah-truktur Sitem Pelat Terpaku yang lebih komprehenif dengan melakukan analii numerik 3D, 6. dan akan dirumukan proedur dan metode perancangan Sitem Pelat Terpaku yang elanjutnya divalidai dengan hail uji kala penuh. Oleh karena itu, ejauh informai yang telah diperoleh, maka penelitian ini belum pernah dilakukan, baik ecara perorangan maupun lembaga di Indoneia dan di luar negeri. Hail penelitian ini diharapkan memberikan kontribui pada ilmu pengetahuan tentang perilaku Sitem Pelat Terpaku pada perkeraan kaku untuk jalan di ata tanah lunak dan metode perancangannya. Tiang-tiang diharapkan berfungi untuk manambah kekakuan item perkeraan kaku, ehingga penurunan lebih rata dan pemeliharaan kecil. 8
Tabel 1.1 Ringkaan penelitian dan aplikai yang telah dilakukan terkait perkuatan perkeraan kaku No. Topik Sub Topik Refereni 1 Sitem perkeraan yang didukung oleh tiang-tiang (pile-upported pavement) Studi parametrik item perkeraan yang didukung oleh tiang-tiang untuk perkeraan lentur maupun perkeraan kaku Pichumani, dkk. (1974) 2 Analii kinerja berbagai variai item timbunan di ata tiang-tiang (piledembankment ytem) 3 Uji beban fondai tiang dengan pile cap tipi pada lempung lunak 4 Pelat yang didukung oleh kelompok tiang pada tanah lunak 5 Sitem tiang matra beton pada tanah lunak a). Timbunan di ata individual pile cap. b). Timbunan di ata individual pile cap dan perkuatan inteti c). Timbunan di ata tiangtiang dengan pelat meneru bertulangan edikit. Fondai tiang berukuran normal mencapai tanah kera. Letak pilecap pada permukaan tanah daar. Skala geometri 1:10. Tebal pelat flekigla 0,5 cm, 1,0 cm, dan 1,5 cm. Panjang tiang 10 cm 40 cm berdiameter 2,5 cm. Jarak antar tiang 5 cm 10 cm. Sebagai fondai gedung. Penentuan koefiien reaki tanah daar vertikal dan horizontal. Analii menggunakan BoEF. Skala 1:20. Tinjauan ebagai fondai gedung Fondai konvenional dengan pendekatan cloed to end bearing. Hubungan matra dan tiang mikro berupa penlubang. Tiang 10 cm 10 cm, panjang tiang mencapai 16 m. Matra beton 1 m 1 m. Wong dan Poulo (2001) Derihadi (2001) Hardiyatmo, dkk. (2002) Simanjuntak, dkk. (2003) 9
6 Fondai tiang dengan pile cap tipi untuk mengatai maalah penurunan pada tanah lunak 7 Pelat meneru di ata tiang-tiang untuk jalan raya 8 Sitem Pelat Terpaku untuk Perkuatan Pelat Beton Pada Perkeraan Kaku 9 Sitem Pelat Terpaku pada Lempung Kaku Tabel 1.1 Lanjutan Skala geometri 1:10 dengan beban tati. Skala 1 : 2 dengan beban iklik. Hubungan pelat dan tiang monolit dan tidak monolit. Analii BoEF dan elemen hingga Pemaangan pelat beton bertulang tebal 30 cm erta ditutup dengan perkeraan lentur. Solui muhroom problem pada timbunan di ata tiang dengan individual pile cap. Fondai tiang berukuran normal. Uji model di laboratorium, kala model 1:10 dan 1:2, beban dinamik, analii tebal pelat menggunakan koefiien reaki tanah daar dinamik pada proedur AASHTO 1986 Tiang tunggal pada lempung Kulon Progo (koniteni kaku). Skala penuh (1:1). Panjang tiang 50 cm, 150 cm, dan 200 cm dengan diameter 20 cm. Tebal pile cap 15 cm. Hubungan pelat dan tiang menggunakan baut. 1. Penentuan nilai koefiien reaki tanah daar tati ekivalen berdaarkan metode Road Reearch Laboartory untuk pelat peregi 0,76 m 0,76 m dan 1 m 1 m. 2. Penentuan nilai koefiien reaki tanah daar tati ekivalen untuk pelat dia. 1,0 m dan analii numerik. Hardiyatmo dan Suhendro (2003) Gue dan Tan (2005) Hardiyatmo (2008) Naibu (2009) Dewi (2009) 10
10 Sitem Pelat Terpaku pada Lempung Ekpanif 11 Metode Analii Lendutan Sitem Pelat Terpaku 12 Pelat Terpaku pada pair Tabel 1.1 Lanjutan Satu bari kelompok tiang model, diameter 2 cm, dan panjang 10 cm, 15 cm, dan 20 cm. Spai tiang 5d dan 6d. Ukuran pelat 75 cm 9 cm 1,5 cm. Penggunaan koefiien reaki tanah daar ekivalen pada analii BoEF, dan pengamatan perilaku lendutan pelat terpaku akibat pengembangan tanah. Formulai tambahan modulu reaki tanah daar akibat pemaangan tiang tunggal Kurva / 0 berdaarkan kala penuh tiang tunggal pada lempung kaku. Uji model dan parametrik, analii BoEF dan FEM 3Dhell dan frame Taa (2010) Hardiyatmo (2011a) Hardiyatmo (2011b) Somantri (2013) 11