Prosiding Seminar Nasional Teknik Sipil 1 (SeNaTS 1) Tahun 2015 Sanur - Bali, 25 April 2015 PROFIL PENURUNAN TANAH PADA TANAH YANG DIKOMPAKSI DI LABORATORIUM Budijanto Widjaja 1 dan Hayyu Ariftya Usmaya 1 1 Program Studi Teknik Sipil, Universitas Katolik Parahyangan Email:geotek.gw@gmail.com ABSTRAK Berdasarkan hasil kurva kompaksi di laboratorium, umumnya parameter yang diperoleh adalah kadar air optimum dan berat isi kering maksimum. Untuk kadar air di bawah dan di atas kadar air optimum dikenal sebagai kondisi dry side dan wet side. Namun, terdapat permasalahan lain yaitu penentuan besarnya penurunan tanah pada daerah dry side dan wet side tersebut jika terdapat beban yang bekerja di atas tanah yang ditimbun. Tentunya nilai penurunan tanah ini terkait erat dengan besarnya nilai modulus terkekang. Untuk itu, di dalam penelitian ini digunakan kompaksi modified Proctor dengan menggunakan tanah kaolin dan Parakan Muncang. Terdapat tiga tegangan kerja yang berelasi langsung dengan kondisi pembebanan standar di jalan raya yaitu 1.23 kg/cm 2, 2.46 kg/cm 2, dan 3.68 kg/cm 2. Dengan pengaplikasian beban tersebut dapat diketahui besarnya profil penurunan tanah akibat tanah yang dikompaksi. Hasil penelitian menunjukan bahwa penurunan terkecil terjadi pada saat kadar air mendekati batas plastis. Pada dry side, pengurangan kadar air diikuti oleh makin besarnya penurunan tanah. Pada wet side, penambahan kadar air diikuti oleh makin besarnya penurunan tanah. Hal ini kemungkinan terkait erat dengan susunan struktur mineral tanah (misalnya, flokulatif atau dispersif). Dengan demikian dapat diketahui bahwa modulus terkekang tertinggi adalah pada saat mendekati batas plastisnya. Kata kunci: kadar air optimum, modified Proctor, modulus terkekang, uji kompaksi 1. PENDAHULUAN Uji kompaksi yang dilakukan di laboratorium menghasilkan kurva kompaksi yang berupa hubungan antara berat isi kering tanah (γ d ) dan kadar air (w). Terdapat dua kondisi pada kurva kompaksi yaitu wet side dan dry side, dengan kondisi dry side adalah untuk kadar air di bawah kadar air optimum (w opt ) sedangkan wet side adalah untuk kadar air di atas kadar air optimum (Das, 2010). Tanah yang dipadatkan akan memiliki daya dukung yang tinggi. Hal ini disebabkan karena proses kompaksi mengurangi volume udara dalam tanah. Oleh karena itu, pada pada saat tanah tersebut diberi beban menghasilkan penurunan tanah (S) yang relatif lebih kecil. Penelitian ini dimaksudkan untuk menganalisis penurunan yang terjadi pada kondisi dry side dan wet side. Selain itu, modulus terkekang (D) menjadi isu penting karena penurunan tanah erat kaitannya dengan deformasi yang terjadi. Oleh karena itu, tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui besar penurunan yang terjadi pada kondisi wet side, dry side, dan kadar air optimum, serta besar modulus terkekang untuk tegangan tertentu. 2. UJI KOMPAKSI MODIFIED PROCTOR Uji kompaksi modified Proctor adalah uji laboratorium yang digunakan untuk mendapakan nilai berat isi kering maksimum (γ d max ) dan kadar air optimum (w opt ). Perbedaan antara uji kompaksi standar dengan uji kompaksi modified proctor adalah besarnya energi yang digunakan. Pada uji kompaksi modified menghasilkan energi yang lebih besar dibandingkan dengan uji kompaksi standar. Prosedur uji kompaksi ini adalah tanah diberi air dengan jumlah tertentu dengan cara disemprotkan. Kemudian tanah dimasukkan ke dalam mold atau cetakan yang berbentuk silinder dengan diameter 10 cm dan tinggi 12 cm. Setelah itu, tanah ditumbuk dengan menggunakan hammer dengan berat 4.5 kg dengan jumlah lapisan tanah sebanyak 5 lapis. Dari berbagai w yang ditambahkan pada tanah dihasilkan nilai berat isi kering tanahyang bervariasi. Nilai w dan γ d tersebut kemudian diplot ke dalam grafik sehingga terlihat w opt dan γ d max. Menurut teori, suatu tanah bisa didapat dengan kepadatan terbesar apabila pori-pori tanah sudah tidak ada lagi udaranya atau biasa disebut zero GT-9
Budijanto Widjaja dan Hayyu Ariftya Usmaya air void. Namun demikian, udara dalam pori-pori tanah tidak mungkin bisa hilang walaupun dipadatkan dengan cara modified sekalipun. Tanah yang diberi beban atau tegangan tertentu akan mengalami perubahan bentuk. Deformasi tersebut akan menghasilkan nilai regangan yang dapat digunakan untuk mencari nilai modulus elastisitas suatu tanah seperti yang ditunjukkan dengan rumus Hooke: di mana: E = modulus elastisitas, σ = tegangan (kg/cm 2 ), dan ε = regangan. E σ E = (1) Modulus elastisitas (E) tanah terjadi pada tanah yang bebas atau dapat mengalami perubahan tidak hanya kearah vertikal tetapi mengalami perubahan ke arah horisontal juga. Jika pergerakan tanah arah horisontal dikekang sehingga tanah tersebut hanya bisa berdeformasi ke arah vertikal, maka modulus tanah yang terjadi adalah modulus terkekang (D). Hal tersebut dapat terlihat pada Gambar 1. H S a Tanpa kekangan horisontal b Dengan kekangan horisontal Gambar 1. Penentuan Modulus Terkekang 3. HASIL UJI KOMPAKSI UNTUK TANAH KAOLIN DAN PARAKAN MUNCANG Uji kompaksi yang dilakukan pada penelitian ini adalah uji kompaksi modified Proctor. Uji dilakukan untuk dua jenis tanah yaitu kaolin dan Parakan Muncang. Dalam pelaksanaan uji kompaksi modified ini digunakan mold dengan volume 936.39 cm 3 dengan tinggi 116.43 mm. Jumlah lapis dalam satu mold adalah 5 lapis dan ditumbuk dengan hammer sebanyak 25 tumbukan/lapis. Parameter tanah kaolin dan Parakan Muncang dapat dilihat pada Tabel 1 dimana kaolin dan Parakan Muncang masing-masing dapat diklasifikasikan sebagai MH dan CH. Tabel 1. Parameter Tanah Kaolin dan Parakan Muncang. Jenis Tanah Kaolin Parakan Muncang Gs 2.61 2.6 PL 38 29.28 LL 68 66.64 PI 30 37.6 Klasifikasi Tanah MH CH Setelah tanah dikompaksi, tanah yang masih berada di dalam mold kemudian diberi tegangan konstan selama 24 jam untuk mengetahui besarnya penurunan yang terjadi. Tegangan yang diberikan berhubungan langsung dengan kondisi pembebanan standar jalan raya yaitu 1.23 kg/cm 2, 2.46 kg/cm 2, dan 3.68 kg/cm 2. Pada tanah kaolin penurunan terkecil sebesar 0.73 mm untuk tegangan 1.23 kg/cm 2, 0.827 mm untuk tegangan 2.46 kg/cm 2 dan 1.37 mm untuk tegangan 3.68 kg/cm 2 dengan rata-rata penurunan terkecil terjadi pada saat GT-10
Profil Penurunan Tanah Pada Tanah Yang Dikompaksi Di Laboratorium kadar air (w) sebesar 33% (mendekati PL) seperti ditunjukkan pada Gambar 2. Gambar 2. Kurva Kompaksi dan Hubungan Kadar Air dan Penurunan untuk Kaolin Hal serupa terjadi pada tanah Parakan Muncang (Gambar 3). Pada kondisi wet side, semakin banyak w yang ditambahkan pada tanah, semakin besar pula penurunan. Pada kondisi dry side, semakin besar w ditambahkan akan diikuti oleh semakin kecilnya penurunan hingga akhirnya mengalami penurunan terkecil pada saat kadar air sebesar 28% (mendekati PL atau w opt ). Hal tersebut dapat terjadi karena tanah pada w opt memiliki kepadatan yang maksimum yang dapat dipengaruhi oleh sususan partikel lempung (misalnya dalam kondisi dispersif ataupun flokulatif) dan mineralogi lempung. Tren ini serupa dengan penelitian yang dilakukan oleh Huder (1964) dan Widjaja dan Santoso (2014). Gambar 3. Kurva Kompaksi dan Hubungan Kadar Air dan Penurunan untuk Parakan Muncang Batas plastis (PL) dan kadar air optimum untuk Parakan Muncang masing-masing adalah 29.28 dan 28%. Gambar 3 menunjukkan bawah saat tanah dikompaksi, w opt dapat berada lebih rendah daripada nilai PL. Hal ini sesuai dengan tren hasil penelitian dari Johnson and Sallberg (1962). Berdasarkan Rajapakse (2008), pada saat batas plastisnya, tanah akan memiliki kuat geser tertinggi di antara kadar air di bawah dan di atas PL. GT-11
Budijanto Widjaja dan Hayyu Ariftya Usmaya 4. MODULUS TERKEKANG TANAH KAOLIN DAN PARAKAN MUNCANG Modulus terkekang didapat dari perbandingan nilai tegangan dan regangan (Gambar 1). Nilai modulus tanah yang tinggi akan memperkecil penurunan tanah dan meningkatkan kekuatan tanah. Hasil analisis modulus terkekang untuk tanah kaolin dan Parakan Muncang masing-masing ditunjukkan pada Gambar 4 dan Gambar 5. Pada tanah kaolin, rentang modulus terkekang (D) maksimum pada masing-masing tegangan yang diberikan adalah berada dalam rentang 200-350 kg/cm 2 dengan settlement yang terjadi adalah 0.6 mm 1.4 mm (0.5% - 1.2% tinggi mold). Gambar 4. Hubungan Kadar Air dengan Penurunan dan Modulus Terkekang tanah Kaolin Modulus terkekang untuk Parakan Muncang pada saat w opt berkisar antara 250 kg/cm 2 500 kg/cm 2. Settlement yang terjadi pada kasus tersebut adalah berada pada rentang 0.5 mm 1.0 mm (0.4% - 0.9% tinggi mold). Pada Gambar 5 terlihat bahwa peningkatan D di bawah PL atau w opt adalah tidak sebesar peningkatan D di atas PL atau w opt. Pada tanah Parakan Muncang, kadar air optimum mendekati nilai batas plastis (PL). Sesuai dengan penelitian kuat geser tanah dengan kadar air di sekitar PL, pada saat PL mengindikasikan terjadinya kuat geser tertinggi (Baver et al., 1972; Rajapakse, 2008; Widjaja dan Dwifitri, 2014). Jika dikaitkan dengan hubungan kuat geser tak teralir (c u ) dan modulus maka ada hubungan linear antara c u dan modulus (Duncan dan Buchignani, 1976; Ou, 2006). Dengan demikian, dapat dikatakan bahwa modulus tertinggi adalah pada saat PL. Gambar 5. Hubungan Kadar Air dengan Penurunan dan Modulus Terkekang tanah Parakan Muncang GT-12
Profil Penurunan Tanah Pada Tanah Yang Dikompaksi Di Laboratorium 5. KESIMPULAN Hasil penelitian menunjukan bahwa settlement terkecil yang terjadi pada kaolin yang dikompaksi berada pada kadar air 33%. Angka tersebut menunjukan bahwa settlement terkecil pada kaolin tidak terjadi pada saat w opt untuk semua jenis tegangan yang diberikan. Namun terjadi pada saat kadar air sedikit lebih rendah dari batas plastis. Sedangkan untuk tanah Parakan Muncang yang dikompaksi, settlement terendah berada pada saat w opt dan relatif mendekati batas plastisnya. Sehingga pada saat dibebani, settlement yang terjadi adalah yang terendah dengan modulus terkekang tertinggi. Hal ini terjadi karena terdapat fenomena bahwa kuat geser saat batas plastis adalah kuat geser tertinggi yang tentunya memiliki kaitan erat dengan besarnya modulus terkekang. UCAPAN TERIMAKASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada Lembaga Penelitian dan Pengabdian Masyarakat Universitas Katolik Parahyangan yang telah memberikan bantuan finansial untuk penelitian ini. DAFTAR PUSTAKA Baver, L. D., Gardner, W.H. dan Gardner, W.R. (1972). Soil Physics. 4 th ed., John Wiley & Sons, New York. Das, B. M. (2010). Principles of Geotechnical Engineering. 7 th ed., Cengage Learning, Boston, USA. Duncan J. M. dan Buchignani, A. L. (1976). An Engineering Manual for Settlement Studies. Geotechnical Engineering Report, University of California, Berkeley. Huder, J. (1964). Die Zusammen-druckbarkeit des Bodens und deren Bestimmung (The compressibility of the soil and their determination). Schwezeriche Bauzeitung, Heft 41. Johnson, A.W. and Sallberg, J.R. (1962). Factor affecting compaction results. Highway Research Board, Bulletin, 319, Nat. Academy of Sci., Nat. Res. Council, Washington, D.C., USA. Ou, C.Y. (2006). Deep Excavation Theory and Practice. Taylor and Francis, London. Rajapakse, R. (2008). Geotechnical Engineering Calculations and Rules of Thumb. Butterworth Heinemann, Maryland, USA. Widjaja, B. dan Dwifitri, A. (2014). Kuat Geser Tak Teralir Tanah Teremas Menggunakan Fall Cone Penetrometer. Prosiding RAPI UMS. Widjaja, B. dan Santoso, R. (2014). Studi Eksperimental Kuat Geser Tanah di Sekitar Batas Plastis. ATPW, D11-D16. GT-13
GT-14