TINJAUAN KUAT GESER TANAH LEMPUNG LUNAK YANG DISTABILISASI DENGAN KOLOM CAMPURAN PASIR KAPUR DENGAN VARIASI DIAMETER PUBLIKASI ILMIAH PUBLIKASI ILMIAH Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata I pada Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Oleh: MAR ENNI D 100 120 092 PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2016
i
ii
iii
TINJAUAN KUAT GESER TANAH LEMPUNG LUNAK YANG DISTABLISASI DENGAN KOLOM CAMPURAN PASIR KAPUR DENGAN VARIASI DIAMETER Abstrak Menurut penelitian yang dilakukan oleh Merdhiyanto (2015) tanah di Desa Troketon Kecamatan Pedan Kabupaten Klaten termasuk dalam A-7-6 yaitu lempung lunak dengan plastisitas tinggi. Hal tersebut mengakibatkan kerusakan struktur bangunan yang berada diatasnya seperti fenomena jalan retak-retak, ambles dan bergelombang. Salah satu cara mengatasi masalah tersebut dilakukan stabilisasi tanah dengan menggabungkan dua bahan material pasir dan kapur. Pada penelitian ini dilakukan stabilisasi tanah dari Desa Troketon Kecamatan Pedan Kabupaten Klaten menggunakan kolom campuran pasir kapur dengan variasi diameter. Pengujian ini ditinjau dari parameter kuat geser yaitu nilai kohesi (c) dan nilai sudut geser dalam (φ). Hasil penelitian menunjukkan bahwa stabilisasi dengan kolom campuran pasir kapur nilai kohesi (c) paling tinggi yaitu sebesar 0,3534 kg/cm 2, nilai sudut gesek dalam (φ) paling tinggi sebesar 7,03 o dan nilai kuat geser meningkat hingga 0,554 kg/cm 2. Pada penelitian ini semakin besar diameter yang dipakai nilai kohesi (c), nilai sudut gesek dalam (φ) dan nilai kuat geser tanah semakin menurun, dengan demikian diameter kolom campuran pasir kapur yang paling efektif pada diameter 10 cm. Kata kunci: tanah lempung lunak, stabilisasi, kolom campuran pasir kapur, kuat geser tanah, kohesi, sudut gesek dalam. Abstract According to research conducted by Merdhiyanto (2015) soil in the village Troketon Pedan Regency of Klaten included in the A-7-6 is soft clay with high plasticity. It resulted in structural damage to buldings located thereon such as the phenomenon of road cracks, subsidence and bumpy. One way to overcome these problems do soil stabilization by combining two materials of sand and lime. In this research, soil stabilization of the Troketon Village of Klaten Regency Pedan using a mixture of sand lime column with variation diameter. This test in terms of shear strength parameters of a value of cohesion (c) and angle friction (φ). The results show that stabilization with mixture of sand lime column value of cohesion (c) the most highest at 0,3534 kg/cm 2, the value of angle friction at 7,03 0 and the value of shear strength at 0,554 kg/cm 2. In this study, the larger the diameter of the used value of cohesion (c) and the friction angle (φ) decrease, thus diameter of column a mixture of sand lime is the most effective at a diameter of 10 cm. Keywords : soft clay soil, stabilization, lime sand mixture column, the shear strength, cohesion, the friction angle. 1
PENDAHULUAN Tanah merupakan bahan bangunan yang memiliki peranan penting pada berbagai macam pekerjaan konstruksi, karena tanah berfungsi sebagai unsur utama fondasi dari bangunan. Salah satu jenis tanah yang perlu kita ketahui yaitu lempung, lempung adalah jenis tanah yang bersifat kohesif dan plastis memliki daya dukung yang sangat rendah pada kondisi kadar air tinggi dan memiliki kembang susut yang tinggi pula. Hal tersebut menyebabkan kerusakan struktur bangunan yang berada diatasnya seperti fenomena jalan retak-retak, ambles dan bergelombang sehingga dapat merugikan masyarakat. Salah satu contoh kondisi tanah yang kandungan lempungnya tinggi yaitu di Desa Troketon Kecamatan Pedan Kabupaten Klaten menurut penelitian yang sudah pernah dilakukan oleh (Merdhiyanto, 2015) berdasarkan metode Assosciation of State Highway and Transportation Official (AASHTO), termasuk dalam A-7-6, yaitu lempung buruk. Sedangkan menurut metode United Soil Clasification System (USCS) termasuk dalam golongan CH yaitu lempung anorganik dengan plastisitas tinggi. Dari permasalahan di atas, maka lempung yang berasal dari Desa Troketon Kecamatan Pedan Klaten ini perlu distabilisasi untuk menanggulangi masalah yang terjadi pada daerah tersebut. Metode yang dilakukan antara lain mencampur tanah lempung dengan material tambahan, metode pemadatan, preloading, metode vertical drain dan masih banyak lagi. Pada penelitian ini menggunakan metode stabilisasi tanah kolom campuran pasir dan kapur. Pada penelitian ini akan dilakukan perbaikan metode stabilisasi tanah kolom campuran pasir dan kapur dengan variasi diameter yang ditinjau dari kuat gesernya. METODE Dalam penelitian ini terdapat 5 tahap yaitu pertama tahap penentuan lokasi dan pengambilan sampel tanah. Selain itu mempersiapkan alat-alat yang digunakan dalam penelitian dan membuat beban seberat 50 Kg. Kemudian tahap kedua yaitu ini menyiapkan benda uji dari box yang menggunakan kolom campuran pasir kapur untuk pemeriksaan-pemeriksaan yang akan dilakukan. Pertama menyiapkan box pengujian, lalu memasukkan pasir setebal 5 cm sama rata pada dasar box pengujian sebagai drainase horizontal, lalu memasang cetakan kolom yang berdiameter 15 cm berbentuk setengah lingkaran pada sisi tepi kanan kiri dari box uji.kemudian sampel tanah dimasukkan sampai ketinggian 30 cm padat secara bertahap 3 lapis dengan jumlah pukulan 25 kali per lapis. Kemudian sampel dijenuhkan dengan air selama 4 hari. Setelah direndam selama 4 hari air dibuang dengan membuka kran pembuangan dan tunggu selama 24 jam. 2
Selanjutnya tahap ketiga yaitu mencabut cetakan kolom lalu lubangnya diisi dengan kapur. Kemudian memasukkan pasir diatas sampel tanah dengan ketebalan 5 cm sebagai drainase horizontal. Lalu memberikan timbunan beban dengan berat 50 kg. Kemudian didiamkan selama 4 hari, air dibuang dengan membuka kran samping box, dan tunggu selama 24 jam. Setelah itu melepas timbunan, kemudian ambil 3 sampel, yaitu dengan jarak 16,67 cm, 33,33 cm dan 50 cm dari tepi kanan kiri box uji untuk dilakukan pembuatan benda uji dan pengujian geser langsung. Pengujian sifat fisis tanah yaitu Pemeriksaan batas cair (Liquid Limit), Pemeriksaan batas plastis (Plastic Limit), Pemeriksaan batas susut (Shrinkage Limit) dan pengujian berat jenis (Spesific Gravity). Pada tahap keempat dilakukan pengujian kuat geser langsung pada sampel tanah yang telah distabilisasi menggunakan kolom campuran pasir kapur. Tahap terakhir dilakukan analisa data-data hasil pengujian yang telah dilakukan pada tahap pertama sampai tahap ketiga Analisa data ini dilakukan untuk mendapatkan kesimpulan dari penelitian yang telah dilakukan. HASIL DAN PEMBAHASAN Pada penelitian ini untuk memperoleh data-data yang diperlukan dilakukan beberapa pengujian dan pemeriksaan. Pengujian yang dilakukan pada penelitian ini meliputi, pemeriksaan tanah yang sebelum distabilisasi menggunakan kolom campuran pasir kapur dan yang sesudah distabilisasi menggunakan kolom campuran pasir kapur dengan pengujian sifat fisis tanah batas-batas Atterberg (Liquid Limit, plastic Limit, dan Shrinkage Limit), pengujian berat jenis (specific gravity), pemeriksaan nilai sudut gesek dalam (φ), pemeriksaan nilai kohesi (c), dan pemeriksaan nilai kuat geser (τ). 3.1 Pengujian Sifat Fisis Tanah Untuk pengujian sifat fisis tanah dilakukan pemeriksaan berat jenis dan batas-batas Atterberg berupa batas cair (Liquid Limit), batas plastis (Plastic Limit) dan batas susut (Shrinkage Limit). Berikut Tabel hasil nilai pengujian berat jenis (Gs) tanah setelah distabilisasi dengan kolom campuran pasir kapur. Tabel 1. Hasil uji berat jenis tanah setelah distabilisasi dengan kolom campuran pasir kapur Pengujian jarak pengambilan Tanpa Diameter kolom (cm) kolom sampel (cm) 10 15 20 16.67 2.624 2.609 2.601 Gs 33.33 2.705 2.667 2.639 2.611 50 2.691 2.649 2.635 Hubungan antara berat jenis (Spesifiic Gravity) dengan variasi diameter kolom dalam grafik dibawah ini : 3
Specific Gravity (Gs) 2.725 2.700 2.675 2.650 2.625 2.600 2.575 2.550 2.525 tanpa kolom 10 15 20 Variasi Diameter Kolom (cm) Gambar 1. Hubungan antara berat jenis (Spesifiic Gravity) dengan variasi diameter kolom Berdasarkan hasil pengujian berat jenis menunjukkan bahwa terjadi penurunan nilai Gs setelah tanah di stabilisasi dengan menggunakan kolom campuran pasir kapur, dan semakin besar diameter kolom nilai Gs semakin menurun. Hal ini dikarenakan berat jenis pasir yaitu antara 2,65 2,68 sedangkan berat jenis kapur yaitu 2,302 lebih kecil daripada berat jenis tanah asli 2,705, selain itu ukuran diameter kolom untuk stabilisasi tanah juga berpengaruh pada penurunan nilai Gs. Semakin besar ukuran diameter kolom yang dipakai, kapur dan pasir yang digunakan juga lebih banyak sehingga nilai Gs nya semakin menurun. Tabel 2. Hasil uji batas- batas Atterberg pada kolom campuran pasir kapur pada jarak pengambilan sampel 16.67 cm Variasi diameter (cm) LL (%) PL (%) PI (%) SL (%) tanpa kolom 79.80 24.18 55.62 6.75 10 70 29 36.8 12.99 15 68.40 31.83 36.57 13.46 20 67 30.61 36.39 14.34 Tabel 3. Hasil uji batas- batas Atterberg pada kolom campuran pasir kapur pada jarak pengambilan sampel 33,33 cm Variasi diameter (cm) LL (%) PL (%) PI (%) SL (%) tanpa kolom 79.80 24.18 55.62 6.75 10 71.70 25.83 42.87 11.08 15 69.30 29.08 40.22 11.41 20 67.30 28.31 38.99 12.39 Tabel 4. Hasil uji batas- batas Atterberg pada kolom campuran pasir kapur pada jarakpengambilan sampel 50 cm Variasi diameter (cm) LL (%) PL (%) PI (%) SL (%) tanpa kolom 79.80 24.18 55.62 6.75 10 72 24.62 44.47 9.97 15 71.70 27.75 43.95 10.22 20 68 26.08 41.62 11.66 jarak 50 cm jarak 33.33 cm jarak 16.67 cm 4
c (kg/cm2) Dari hasil pengujian sifat fisis tanah setelah distabilisasi dengan kolom campuran pasir kapur menunjukkan bahwa nilai Liquid Limit (LL) atau batas cair semakin menurun ketika diameter kolom yang digunakan semakin besar. Hal ini disebabkan oleh semakin banyak kapur yang digunakan poripori pasir terisi kapur, sehingga kadar air berkurang. Nilai batas plastis (PL) mengalami kenaikan dengan semakin besar diameter kolom yang digunakan, hal ini disebabkan oleh karena berkurangnya kadar air dalam tanah yang telah di stabilisasi. Nilai batas susut (SL)menunjukkan bahwa semakin besar dimensi kolom yang digunakan maka semakin naik nilai batas susutnya, hal ini disebabkan adanya reaksi tanah terhadap stabilisator tanah yaitu campuran pasir kapur.nilai indeks plastisitas (PI) tanah semakin turun nilai ketika mendekati kolom dan semakin besar diameter kolom yang digunakan. 3.2 Pengujian Kuat Geser (Direct Shear Test) Hasil dari pengujian kuat geser tanah yang sudah distabilisasi dengan kolom campuran pasir kapur dapat dilihat pada tabel dibawah ini : DiameterKolom Tabel 5. Hasil uji kuat geser tanah Jarak pengambilan sampel (cm) 5 C (kg/cm 2 ) ϕ ( ) Tanah Asli 0.1417 1.81 16.67 0.3067 4.26 10 33.33 0.3407 6.78 50 0.3534 7.03 16.67 0.2852 4.12 15 33.33 0.3265 4.74 50 0.3402 5.07 16.67 0.2151 2.28 20 33.33 0.2257 2.57 50 0.2396 3.62 Dari hasil uji kuat gesertanah setelah distabilisasi dengan kolom campuran pasir kapur digambarkan dalam grafik dibawah ini : 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 tanpa kolom 20 15 10 Diameter kolom (cm) jarak 16.67 cm jarak 33.33 cm jarak 50 cm Gambar 2. Hubungan antara kohesi (c) dengan variasi diameter kolom
sudut gesek dalam ϕ( ) Gambar 3. Hubungan antara sudut gesek dalam (φ) dengan variasi diameter kolom Nilai kohesi (c) dengan variasi diameter menunjukkan bahwa semakin besar diameter kolom yang digunakan semakin kecil nilai kohesi (c). Hal ini dikarenakan oleh adanya kohesi semu, kohesi semu berasal dari gaya kapiler dan gaya mekanis. Gaya kapiler tersebut adalah adanya rembesan air menuju ke atas, rembesan air berlawanan dengan arah gravitasi (berat tanah), semakin besar diameter kolom yang dipakai semakin besar juga rembesan airnya dikarenakan semakin banyak kapur yang digunakan. Gaya mekanis adalah gaya dari luar yaitu dari beban 50 kg. Hal ini mengakibatkan kepadatan tanah menjadi berkurang, gesekan antar butiran menjadi lepas satu sama lainnya sehingga tegangan efektif juga berkurang. Apabila kecepatan aliran rembesan air makin besar, maka gaya berat tanah makin berkurang, akibatnya tegangan total makin kecil. Nilai sudut gesek dalam (ϕ) dengan variasi diameter kolom menunjukkan bahwa semakin besar diameter yang digunakan nilai sudut gesek dalam (ϕ) semakin menurun, hal ini disebabkan oleh campuran pasir dan kapur yang membuat adanya pergerakan partikel-partikel tanah yang saling menjauhi satu sama lain akibat dari pori-pori tanah terisi oleh kapur sehingga mengeras dan air sulit keluar, sehingga terjadi pelemahan ikatan antar partikel dalam tanah. Menurut Wiqoyah, dkk (2012), dengan peningkatan kadar air dalam tanah, maka akan semakin kecil nilai sudut gesek dalamnya (φ). Hasil nilai tegangan normal (σ) dan tegangan geser (τ) dengan variasi diameter dan jarak pengambilan sampel 8 7 6 5 4 3 2 1 0 tanpa kolom 20 15 10 Diameter kolom (cm) Hasil nilai tegangan normal (σ) dan tegangan geser (τ) dengan variasi diameter kolom dan jarak pengambilan sampel dapat dlihat pada tabel di bawah ini : jarak 16.67 cm jarak 33.33 cm jarak 50 cm 6
Kuat geser τ (kg/cm 2 ) Tabel 6. Hasil nilai tegangan normal (σ) dan tegangan geser (τ) dengan variasi diameter kolom dan jarak pengambilan sampel Variasi Diameter Kolom (cm) Jarak Pengambilan Sampel (cm) Tegangan Geser (τ) (kg/cm 2 ) tanpa kolom - 0.191 10 0.432 15 16,67 0.410 20 0.285 10 0.532 15 33,33 0.455 20 0.299 10 0.554 15 50 0.490 20 0.344 Grafik hubungan antara variasi diameter kolom campuran pasir kapur dengan nilai kuat geser tanah pada beban normal 3,2 kg. 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 Tanpa kolom 20 15 10 Variasi diameter kolom (cm) jarak 16.67 cm jarak 33.33 cm jarak 50 cm Grafik hubungan antara variasi diameter kolom campuran pasir kapur dengan nilai kuat geser tanah pada beban normal 3,2 kg. Gambar menunjukkan bahwa nilai kuat geser tanah (τ) menunjukkan bahwa semakin kecil diameter kolom campuran pasir kapur yang digunakan nilai kuat geser tanah (τ) semakin besar. Hal ini disebabkan oleh campuran pasir dan kapur yang membuat adanya pergerakan partikel-partikel tanah yang saling menjauhi satu sama lain akibat dari pori-pori tanah terisi oleh kapur sehingga mengeras dan air sulit keluar, sehingga terjadi pelemahan ikatan antar partikel dalam tanah. Menurut Wiqoyah, dkk (2012), dengan peningkatan kadar air dalam tanah, maka akan semakin kecil nilai sudut gesek dalamnya (φ) 7
4.KESIMPULAN DAN SARAN Berdasarkan penelitian di laboratorium dan analisa data percobaan maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Stabilisasi tanah dengan kolom campuran pasir kapur dapat memperbaiki sifat fisis tanah lempung lunak Desa Troketon Kecamatan Pedan Klaten dengan, semakin besar diameter kolom nilai batas cair (LL) semakin menurun yaitu sebesar 67 %, nilai (PL) semakin naik yaitu sebesar 31,83 %, nilai (SL) semakin naik yaitu sebesar 14,34 % dan nilai indeks plastisitas (PI) semakin menurun yaitu sebesar 36,39 %. 2. Tanah lempung lunak Desa Troketon Kecamatan Pedan Klaten memiliki nilai kohesi (c) tanah setelah distabilisasi dengan kolom campuran pasir kapur menjadi naik. Nilai kohesi (c) paling tinggi terjadi pada kolom diameter 10 cm yaitu sebesar 0,3534 kg/cm 2. 3. Tanah lempung lunak Desa Troketon Kecamatan Pedan Klaten nilai sudut gesek dalam (φ) setelah distabilisasi dengan kolom campuran pasir kapur mengalami kenaikan. Nilai sudut gesek dalam (φ) paling tinggi terjadi pada diameter 10 cm yaitu sebesar 7,03 0. 4. Tanah lempung lunak Desa Troketon Kecamatan Pedan Klaten setelah distabilisasi dengan kolom campuran pasir kapur nilai kuat geser meningkat hingga 0,554 kg/cm 2 pada diameter kolom campuran pasir kapur 10 cm. Berdasarkan penelitian yang dilakukan maka untuk penelitian berikutnya disarankan : 1. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut dalam pengujian kadar air setiap kolom diameter dan jarak pengambilan sampel. 2. Perlu pemberian filter pada katub pembuangan air, sehingga pada saat pembuangan air bisa lancar. 3. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut dengan stabililisasi bahan kimia lain. PERSANTUNAN Ucapan terima kasih disampaikan kepada pengelola Laboratorium Mekanika Tanah Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta dan pengelola Laboratorium Mekanika Tanah Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta atas kerjasamanya sehingga penelitian ini dapat dilaksanakan. DAFTAR PUSTAKA American Society Testing and Materials. (1996). Annual Book of ASTM Philadelphia, USA. Standard Race Street. Apriyono A, Sumiyanto, Noor A. PSH 2008, Studi Pengaruh Stabilisasi Tanah Lempung Lunak 8
Menggunakan Kolom Kapur Terhadap Parameter Kecepatan Penurunan Tanah, Jurnal Dinamika Rekayasa, vol 4 No 1, pp. 1-5. Bowles, J. E. (1986). Sifat Sifat Geoteknik Tanah (J. K. Hainim,Trans.) Jakarta: Erlangga. Eka, R.R. (2015) Perbandingan Konsolidasi Tanah Lempung Lunak Yang Distabilisasi Dengan Kolom Campuran Pasir Kapur Dan Kolom Pasir Di Atas Kapur. Hardiyatmo, H. C. (2012) Mekanika Tanah 1. Hardiyatmo, H. C. (1994) Mekanika Tanah I1. Yogyakarta: Gajah Mada University Press. Yogyakarta: Gajah Mada University Press. Merdhiyanto, P. (2015). Sand Lime Coloumn Stabilization On The Consolidation Of Soft Clay Soil. Surakarta: Universitas Muhammadiyah Surakarta. Munawir, A., Indrawahyuni, H & Haryani, E. R. 2008. Pengaruh Kadar Air Terhadap Perilaku Modulus Deformasi Tanah Lempung Dikawasan Universitas Brawijaya Malang Yang Distabilisasi Secara Standar. Jurnal Rekayasa Teknik Sipil / Volume 2, No. 2-2008 ISSN 1978 5658. Rahmawati, I,M,P. 2015. Pengaruh Kadar Air Terhadap Kuat Geser Tanah ekspansif Bojonegoro Dengan Stabilisasi Menggunakan 15 % Fly Ash Dengan Metode Deep Soil Mix, Jurnal, S1 Teknik Sipil, Universitas Brawijaya, Malang. Rini, R.E.(2015) Perbandingan Konsolidasi Tanah Lempung Lunak Yang Distabilisasi Dengan Kolom Campuran Pasir Kapur dan Kolom Pasir Diatas kapur. Surakarta : Universitas Muhammadiyah Surakarta. SNI. (03-6827- 2002). Metode Pengujian Ikat Awal semen Portland dengan Menggunakan alat vicat untuk pekerjaan Sipil. Jakarta : Badan Standar Nasional. Wesley. D (1977) Mekanika Tanah. Jakarta Selatan : Badan Penerbit Pekerjaan Umum. Wijayanto, D.B. (2015) Pengaruh Variasi Diameter Kolom Campuran Pasir kapur Terhadap Konsolidasi tanah Lempung Lunak, Surakarta : Universitas Muhammadiyah Surakarta. Wiqoyah, Q. (2006). Pengaruh Kadar Kapur,Waktu Perawatan dan, Perendaman Terhadap Kuat Dukung Tanah Lempung dalam Dinamika Teknik Sipil (Januari, volume 6). No. 1 Surakarta :Universitas Muhammadiyah Surakarta p. 16-24. 9