KORELASI HARGA CALIFORNIA BEARING RATIO (CBR) DAN TAHANAN UJUNG KONUS UNTUK TANAH DI PALANGKA RAYA Nirwana Puspasari, Hendra Cahyadi Staf Pengajar Prodi Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Palangkaraya Ringkasan Selama ini untuk mendapatkan harga California Bearing Ratio (CBR) berdasarkan nilai q c (tahanan ujung konus), umumnya perencana merujuk pada grafik/nomogram yang dipublikasikan di buku-buku literatur, dimana grafik/nomogram itu belum tentu dapat diaplikasikan pada semua daerah termasuk di Palangka Raya. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan grafik atau persamaan antara CBR dan q c untuk wilayah Palangka Raya. Pengujian yang dilakukan dalam penelitian ini adalah uji CBR dan uji konus, dimana untuk kedua uji tersebut akan digunakan sampel tanah dengan kadar air dan kepadatan yang sama. Pengambilan sampel tanah dilakukan di empat lokasi yaitu: Kecamatan Jekan Raya, Bukit Batu, Pahandut dan Sebangau. Setiap lokasi diambil lima titik sampel tanah. Dari pengujian tersebut, didapatkan hubungan antara CBR dan q c untuk daerah Palangka Raya yaitu CBR = 0,0544q c + 2,64 dengan harga qc berkisar antara 50 kg/cm 2 sampai 300 kg/cm 2. Kata kunci: CBR, q c, pemadatan, kadar air 105
PENDAHULUAN Latar Belakang Pemeriksaan harga California Bearing Ratio (CBR) biasanya dikerjakan dalam waktu yang relatif lama jika dilakukan dengan uji laboratorium. Untuk mempersingkat waktu, biasanya perencana melakukan tes CBR langsung di lapangan. Jenis uji CBR yang baku adalah dengan menggunakan piston. Seperti kita ketahui, penampang piston ukurannya agak besar, maka diperlukan beban yang relatif besar pula agar piston bisa masuk ke dalam tanah pada kedalaman yang diinginkan. Uji yang lain adalah dengan menggunakan cone penetrometer atau konus. Dibandingkan dengan uji piston, pemeriksaan dengan cara ini lebih mudah dilakukan. Ujung konus yang lancip memudahkan alat ini untuk dimasukkan ke dalam tanah sehingga pembebanan yang diperlukan lebih kecil dibandingkan bila menggunakan piston. Peralatan konus ini sendiri sangat ringan dan sederhana sehingga mudah untuk di bawabawa. Hasil dari uji konus ini adalah didapatkannya grafik hubungan antara tahanan ujung konus (q c ) dan CBR. Sebenarnya grafik korelasi antara CBR dan tahanan ujung konus (q c ) sudah ada, yaitu yang dihasilkan dari hasil penelitian yang dilakukan oleh Bakrie Oemar dan Nurly Gofar. Tetapi grafik tersebut berasal dari daerah yang tidak diketahui, yang tentu struktur dan sifat tanahnya kemungkinan besar berbeda. Sedangkan grafik hubungan tahanan ujung konus dengan CBR untuk daerah Palangka Raya belum ada. Hal ini yang membuat perencana sering melakukan uji CBR di laboratorium atau cenderung langsung memperbesar faktor keamanan dalam rancangannya yang tentu mengakibatkan peningkatan biaya proyek. Kondisi inilah yang melatar belakangi dilakukannya penelitian mengenai penggunaan cone penetrometer sebagai alat untuk menentukan harga CBR untuk kondisi tanah di Palangka Raya. TINJAUAN PUSTAKA California Bearing Ratio Uji CBR berasal dari Departemen Transportasi California tahun 1929. uji ini dimaksudkan untuk menentukan kelayakan suatu lapisan yanah yang akan digunakan sebagai subbase atau base course dalam konstruksi jalan raya. Sejak perang dunia kedua, U.S Army Corps of Engineers mengadaptasi uji ini untuk digunakan dalam konstruksi lapangan terbang. Harga CBR adalah perbandingan antara beban penetrasi suatu bahan terhadap bahan standar dengan kedalaman dan kecepatan penetrasi yang sama. Dalam bentuk rumus: CBR = ( tegangan uji/tegangan baku ) x 100%. Tabel harga dari tegangan baku adalah seperti pada Tabel 1 di bawah ini. Tabel 1 Harga Tegangan Baku Untuk Setiap Penetrasi Penetrasi Satuan tegangan baku Mm inch Mpa Psi 2.5 0.10 6.9 100 5.0 0.20 10.3 1500 7.5 0.30 13.0 1900 10.0 0.40 16.0 2300 12.7 0.50 18.0 2600 Sumber : Bowles ( 1992 ) 106
Harga CBR digunakan untuk menilai kemampuan tanah, utamanya untuk digunakan sebagai base atau subbase di bawah perkerasan jalan atau lapangan terbang. Tabel 2 di bawah ini merupakan tipikal rating dari harga CBR. Tabel 2 Klasifikasi Tanah Berdasarkan Harga CBR CBR Tingkata Kegunaa Klasifikasi No n Umum n Unified AASHTO 0-3 Very poor Subgrade OH,CH,MH, OL A5,A6,A7 3-7 Poor to Subgrade OH,CH,MH, A4,A5,A6,A7 fair OL 7-20 Fair Subbase OL,CL,ML,S C,SM,SP A2,A4,A6,A7 20- Base or GM,GC,SW, Ab,A2- Good 50 subbase SM,SP,GP 5,A3,A2-6 >50 Excellent Base A1a,A2-4,A3 Sumber : Bowles ( 1992 ) Uji CBR Laboratorium Uji ini menggunakan alat penetrasi dengan kapasitas sekurang-kurangnya 4,45 ton dengan kecepatan penetrasi sebesar 1,25 mm per menit. Untuk uji CBR di laboratorium diperlukan uji pemadatan. Biasanya contoh tanah yang diambil untuk uji CBR di laboratorium adalah contoh tanah yang berada dalam kadar air optimum. Tetapi pemeriksaan CBR bisa saja dilakukan pada beberapa macam kadar air dan berat isi kering yang berbeda. Kerugian dari penggunaan uji CBR laboratorium adalah: a. Perlu waktu yang relatif lebih lama bila dibanding dengan uji langsung di lapangan, karena harus melalui prosedur prosedur pengujian antara lain : penyaringan, Atterberg limit test, dan pemadatan. b. Perlu biaya lebih diantaranya biaya pengambilan dan angkut contoh tanah ke laboratorium. Gambar 1 Alat Uji CBR Laboratorium Sumber: mektantestlaboratory Uji CBR Lapangan Dibanding dengan uji laboratorium, uji CBR langsung di lapangan lebih menguntungkan dari segi waktu ( data bisa didapat saat itu juga ), dan tidak memerlukan pengambilan sampel tanah. Beberapa uji CBR yang biasa dilakukan di lapangan antara lain : Uji Piston Uji ini antara lain menggunakan dongkrak CBR mekanis dengan kapasitas 10 ton, juga memerlukan sebuah truk atau kendaraan berat lainnya yang dibebani sesuai dengan kebutuhan dan dibawahnya dipasang sebuah dongkrak mekanis. Kerugian dari uji ini adalah penggunaan truk atau kendaraan sejenis yang membuat uji ini jadi kurang efisien. Gambar berikut menunjukkan peralatan yang digunakan dalam uji CBR lapangan 107
Gambar 2. Peralatan Uji CBR Lapangan Peralatan yang ringan dan sederhana sehingga mudah untuk di bawa-bawa. Gambar 3 Peralatan Uji CBR Lapangan Sumber Santoso dan Loahardjo( 2003) Gambar 4 Alat Uji CBR dengan Konus Sumber: bloodhoundssc.com Uji Cone Penetrometer (Konus) Setelah dirasa bahwa pemeriksaan dengan alat piston masih agak rumit, maka dikembangkan cara yang lebih mudah yaitu dengan alat konus atau Cone Penetrometer. Cone Penetrometer dikembangkan oleh U.S Army Corps of Engineers untuk memperkirakan kapasitas daya dukung tanah kohesif yang akan dilewati oleh kendaraan tempur. Cone Penetrometer mempunyai dua model yaitu model militer dan model komersial, terdiri dari pegangan, proving ring, dan dial gauge. Konusnya berupa stainless steel dengan tinggi 1,5 inch dan mempunyai luas 0,5 inch 2. Beberapa keuntungan dari uji ini adalah : Sangat cepat, terutama bila digunakan peralatan elektronik untuk mencatat tahanan ujung. Memungkinkan untuk pencatatan yang menerus atas tahanan tanah pada lapisan lapisan yang ingin diselidiki. Tidak memerlukan pembebanan khusus karena ujung konus yang lancip memudahkan konus untuk dipenetrasikan. Sumber: mtukrc.org Gambar 5 Pelaksanaan Uji Konus di Lapangan Gambar 4 dan Gambar 5 di atas, menunjukkan peralatan uji konus dan cara pelaksanaan uji konus di lapangan. Dari hal tersebut bisa dilihat kemudahan dalam pelaksanaan uji konus di lapangan untuk mendapatkan harga CBR dibandingkan dengan uji laboratorium dan uji piston. Hubungan Tahanan Ujung Konus Dengan Harga CBR Bakrie Oemar dan Nurly Gofar ( 19?? ) menggambarkan hubungan antara nilai tahanan ujung konus ( q c ) dengan CBR seperti Gambar 6 berikut ini. 108
CBR (% ) Gambar 6 Grafik Hubungan CBR dan Tahanan Ujung Konus Dari grafik terlihat bahwa makin besar pembacaan konus, maka makin besar pula CBR tanah. Dan pada harga pembacaan konus tertentu di sekitar angka 220 peningkatan harga CBR makin tajam. Dari grafik terlihat bahwa korelasi yang ada adalah korelasi non linier. Sedangkan Rahardjo ( 1996 ) mengusulkan bahwa untuk tanah lempung hubungan antara q c dan CBR adalah CBR = 0,5 q c. Langkah Kerja METODE PENELITIAN Langkah-langkah yang dilakukan dalam penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 7 berikut ini: 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 PEMBACAAN CONE PENETROMETER VS CBR 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 Pembacaan Konus ( kg/cm2 ) Atribut Tanah Gambar 7 Bagan Alir Penelitian HASIL YANG DICAPAI Dari uji sifat fisis tanah didapatkan hasil sebagaimana Tabel 3 berikut : Tabel 3 Klasifikasi Tanah Palangka Raya Lokasi Kecamatan Jekan Raya Bukit Batu Pahandut Sebangau Titik Simbol Klasifikasi Tanah Gs 1 CL 2.73 2 CL 2.70 3 CL 2.77 1 ML 2.68 2 ML 2.67 3 ML 2.70 1 CL 2.78 2 CL 2.72 3 CL 2.70 1 ML 2.73 2 ML 2.77 3 ML 2.71 Dari Tabel 3 untuk lokasi Jekan Raya didapatkan bahwa di lokasi ini jenis tanahnya adalah berbutir halus dengan simbol CL atau tanah lempung dengan plastisitas rendah. Nilai Gs (specific gravity) berkisar antara 2,70 sampai 2,77. Untuk daerah Bukit Batu, didapatkan hasil bahwa tanah termasuk jenis ML atau lanau dengan plastisitas rendah, dengan nilai Gs antara 2,67 sampai 2,70. Untuk tanah di Pahandut didapatkan berjenis CL dengan nilai Gs antara 2,71 sampai 2,77. Untuk lokasi terakhir yaitu di Sebangau didapatkan bahwa tanahnya berklasifikasi CL dengan nilai Gs berkisar antara 2,70 sampai 2,78. 5.2 Uji CBR dan Uji Konus Setelah berhasil melakukan klasifikasi pada jenis tanah, maka penelitian dilanjutkan dengan melakukan uji CBR dan konus. Uji ini dilakukan dengan berbagai nilai kadar air. Satu 109
CBR sampel tanah akan diuji dengan dua jenis pengujian yaitu uji CBR dan konus. Sampel tanah tersebut harus dalam kondisi yang sama, sehingga bisa didapatkan nilai korelasi antara CBR dan tahanan ujung konus (q c ). Dari hasil uji CBR dan konus untuk lokasi tanah di Jekan Raya, didapat hasil seperti yang terlihat pada Tabel 4 berikut ini Tabel 4 Harga CBR dan Tahanan Ujung Konus Untuk Tanah di Jekan Raya Lokasi Titik Kadar Air 7.68 10.64 Jekan 1 13.50 Raya 16.29 18.34 Jekan Raya Jekan Raya 2 3 8.19 10.41 13.25 15.80 18.03 8.15 10.38 13.28 15.86 18.03 CBR 9.0 8.3 15.9 14.9 5.8 8.5 7.4 14.1 13.6 5.2 7.9 6.9 13.5 12.5 4.6 q c (kg/cm 2 ) 108.905 107.906 196.829 256.777 54.952 105.908 95.917 193.832 215.813 69.939 102.911 88.923 198.827 168.853 48.957 Dari hasil uji laboratorium, didapatkan hasil bahwa nilai CBR untuk lokasi Jekan Raya berkisar antara 5,2% - 15,9% dan nilai tahanan ujung konus (q c ) berkisar antara 49,947 kg/cm2 215,813 kg/cm2. Bila digambarkan, maka Grafik hubungan antara harga CBR dan harga tahanan ujung konus (q c ) untuk lokasi Jekan Raya terlihat pada Gambar 8 berikut ini: Gambar 8 Hubungan Harga CBR dan Tahanan Ujung Konus Lokasi Jekan Raya Dari Gambar 8 terlihat kecenderungan bahwa makin tinggi harga q c makin tinggi pula harga CBR. Penyebaran titik titik terlihat membentuk garis linier positif dengan persamaan CBR = 0,0565 q c + 2,289 dan hubungan linier antara harga CBR dan q c adalah sangat baik atau sangat tinggi. Dengan R 2 = 0,9323, bisa dikatakan bahwa 93,23% diantara keragaman dalam nilai-nilai CBR dapat dijelaskan oleh hubungan linearnya dengan harga q c. Sampel tanah kedua yang diuji adalah sampel dari Bukit Batu. Hasil uji CBR dan konus untuk tanah di Bukit Batu terlihat pada Tabel 5 berikut ini: Tabel 5 Harga CBR dan Tahanan Ujung Konus Untuk Tanah di Bukit Batu Lokasi Titik Kadar Air 10.26 13.17 Bukit 1 15.57 Batu 19.37 21.45 Bukit Batu Bukit Batu 18.00 17.00 16.00 15.00 14.00 13.00 12.00 11.00 10.00 9.00 8.00 7.00 6.00 5.00 4.00 0.00 30.00 60.00 90.00 120.00 150.00 180.00 210.00 240.00 270.00 2 3 12.18 14.76 17.05 19.04 20.97 12.38 14.80 16.87 CBR 18.2 15.2 16.1 13.9 13.3 13.6 15.3 17.2 13.0 12.2 12.8 14.6 16.6 qc ( kg/cm 2 ) 299.74 269.766 209.818 192.832 196.829 203.823 229.800 273.762 189.835 170.852 180.843 219.809 267.767 110
CBR CBR 18.92 21.00 12.0 11.6 165.856 156.864 Dari uji laboratorium didapatkan harga CBR antara 11,6% - 17,2%, sedangkan dari pembacaan konus didapatkan nilai antara 109,905 kg/cm 2 299,740 kg/cm 2. Bila digambarkan, maka Grafik hubungan antara CBR dan tahanan ujung konus untuk lokasi Bukit Batu adalah seperti yang terlihat pada Gambar 9 berikut ini: Lokasi Titik Kadar Air 9.86 12.65 Pahandut 1 15.47 17.85 20.36 10.14 12.75 Pahandut 2 15.58 17.99 20.01 10.05 12.44 Pahandut 3 15.43 17.88 19.94 CBR 11.7 13.0 17.9 8.7 7.4 11.1 14.0 16.9 8.1 6.8 11.0 13.4 14.2 6.9 6.1 qc ( kg/cm 2 ) 146.872 189.835 270.765 104.909 98.914 152.867 210.817 268.767 105.908 103.910 136.861 196.829 218.810 90.921 88.923 19.00 18.00 17.00 16.00 15.00 14.00 13.00 12.00 11.00 10.00 0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00 350.00 Gambar 9 Hubungan CBR dan Tahanan Ujung Konus Lokasi Bukit Batu Dari Gambar 5.2 terlihat kecenderungan bahwa makin tinggi harga q c makin tinggi pula harga CBR. Penyebaran titik titik terlihat membentuk garis linier positif dengan persamaan CBR = 0,0427 q c + 5,1809 dan hubungan linier antara harga CBR dan q c adalah sangat baik atau sangat tinggi. Dengan R 2 = 0,8825, bisa dikatakan bahwa 88,25% diantara keragaman dalam nilai-nilai CBR dapat dijelaskan oleh hubungan linearnya dengan harga q c. Sampel tanah berikutnya adalah yang diambil dari Sebangau. Hasil uji CBR dan konus untuk tanah di Pahandut terlihat pada Tabel 5.4 berikut ini Tabel 6 Harga CBR dan Tahanan Ujung Konus Untuk Tanah di Pahandut Dari uji laboratorium didapatkan harga CBR antara 6,1% - 17,9%, sedangkan dari pembacaan konus didapatkan nilai antara 88,923 kg/cm 2 270,765 kg/cm 2. Bila digambarkan, maka Grafik hubungan antara CBR dan tahanan ujung konus untuk lokasi Pahandut adalah terlihat seperti pada Gambar 5.3 berikut ini: 19.00 18.00 17.00 16.00 15.00 14.00 13.00 12.00 11.00 10.00 9.00 8.00 7.00 6.00 5.00 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 Gambar 10 Hubungan CBR dan Tahanan Ujung Konus Lokasi Pahandut Dari Gambar 10 terlihat kecenderungan bahwa makin tinggi harga q c makin tinggi pula harga CBR. Penyebaran titik titik terlihat membentuk garis linier positif dengan persamaan CBR = 0,0584 q c + 1,8747 dan hubungan linier 111
CBR antara harga CBR dan q c adalah sangat baik atau sangat tinggi. Dengan R 2 = 0,9642, bisa dikatakan bahwa 96,42% diantara keragaman dalam nilai-nilai CBR dapat dijelaskan oleh hubungan linearnya dengan harga q c. Sampel tanah terakhir yang diuji adalah sampel tanah dari Sebangau. Hasil uji CBR dan konus untuk tanah di Sebangau terlihat pada Tabel 7 berikut ini: Tabel 7 Harga CBR dan Tahanan Ujung Konus Untuk Tanah di Sebangau Lokasi Titik Kadar Air 20.10 18.57 Sebangau 1 15.73 12.76 9.82 11.79 13.80 Sebangau 2 16.00 18.12 19.73 10.40 13.35 Sebangau 3 15.86 17.87 19.95 CBR 13.7 14.3 16.8 16.3 16.2 13.1 15.7 16.2 15.6 13.6 15.0 15.1 15.6 13.0 12.5 qc ( kg/cm 2 ) 181.842 202.824 268.767 248.784 215.813 241.790 241.790 253.780 199.826 190.834 227.802 229.800 246.786 190.834 173.849 Dari uji laboratorium didapatkan harga CBR antara 12,5% - 16,3%, sedangkan dari pembacaan konus didapatkan nilai antara 173,849 kg/cm 2 268,767 kg/cm 2. Bila digambarkan, maka grafik hubungan antara CBR dan tahanan ujung konus untuk lokasi Sebangau adalah seperti terlihat pada Gambar 11 berikut ini : 18.00 17.00 16.00 15.00 14.00 13.00 12.00 11.00 10.00 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 Gambar 11 Hubungan CBR dan Tahanan Ujung Konus Lokasi Sebangau Dari Gambar 11 terlihat kecenderungan bahwa makin tinggi harga q c makin tinggi pula harga CBR. Penyebaran titik titik terlihat membentuk garis linier positif dengan persamaan CBR = 0,0344 q c + 7,2514 dan hubungan linier antara harga CBR dan q c adalah cukup baik. Dengan R 2 = 0,5331, bisa dikatakan bahwa 53,31% diantara keragaman dalam nilai-nilai CBR dapat dijelaskan oleh hubungan linearnya dengan harga q c. 5.3 Hubungan CBR dan qc Untuk Daerah Palangka Raya Setelah didapatkan hubungan antara CBR dan tahanan ujung konus untuk masing masing lokasi, maka selanjutnya hasilnya diplotkan menjadi satu grafik yang menggambarkan hubungan CBR dan tahanan ujung konus untuk wilayah Palangka Raya secara keseluruhan. Dari Gambar 5.5 terlihat bahwa kecenderungan makin tinggi harga q c makin tinggi pula harga CBR. Penyebaran titik titik membentuk garis linear positif dengan persamaan CBR = 0,0544 q c + 2,64 yang mempunyai hubungan linear yang sangat baik atau sangat tinggi antara harga CBR dan q c. Harga R 2 = 0,9325 menunjukkan bahwa 93,25% diantara keragaman dalam nilai nilai CBR dapat 112
CBR dijelaskan oleh hubungan linearnya dengan harga q c. Kemudian hasilnya dibandingkan dengan grafik yang sudah ada dalam hal ini grafik yang terdapat dalam literature yang ditulis oleh Bakrie Oemar dan Nurly Goffar ( 19?? ) dan persamaan yang ditulis oleh Rahardjo. Hasilnya terlihat seperti pada Gambar 12 berikut ini: 40 38 36 34 32 30 28 26 24 22 20 18 16 Rahardjo ( 1996 ) 14 Grafik Hasil Pengujian Untuk Lokasi Banjarb 12 10 8 6 4 2 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 Grafik Hasil Pengujian Untuk Lokasi Palangka Raya Oemar dan Gofar (19??) Gambar 12 Hubungan CBR dan Tahanan Ujung Konus Lokasi Palangka Raya Vs Grafik Literatur DAFTAR PUSTAKA Bowles, J.E, 1992, Engineering Properties of Soil and Their Measurement, 4 th edition, Megrow-Hill New York USA Bowles, J.E, 1993, Sifat-sifat fisik dan Geoteknis Tanah, Erlangga, Jakarta Das, B.M, 1995, Mekanika Tanah (Prinsipprinsip Rekayasa Geoteknis), Erlangga, Jakarta Nasrullah,O, 2010, Pengaruh Sodium Hidroksida (NaOH) Sebagai Bahan Stabilisasi Terhadap CBR rendaman dan Batasbatas Konsistensi Tanah Lempung Bukit Rawi, Penelitian Skripsi, Program Studi Teknik Sipil, Universitas Muhammadiyah Palangkaraya. Oemar, B, dan Gofar, N, 19??, Sifat-Sifat Tanah dan Metode Pengukurannya, Universitas Airlangga Rahardjo, P.P, 19-22 Agustus 1996, Uji Sondir: Interpretasi Aplikasinya Untuk Perencanaan Pondasi, Short Course Soil Behavior, vol 1 Riduwan, (2004), Metode & Teknik Menyusun Tesis, Alfabeta, Bandung. Santoso, Robby dan Loahardjo, Willy, 2003, Korelasi California Bearing Ratio Dengan Dynamic Cone Penetrometer (Studi Lapangan Pada tanah Urugan), Tugas Akhir, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Universitas Kristen Petra, Surabaya. www. bloodhoundssc.com www. Mektantestlaboratory www. mtukrc.org Hardiyatmo, HC, 2006, Mekanika Tanah 1, Edisi Keempat, Gajah Mada University Press, Yogyakarta. 113