1 I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Sistem Cakar Ayam adalah pelat beton dengan perkuatan cakar, yang berupa pipa beton. Sistem tersebut ditemukan oleh Sedyatmo pada 1961, sebagai fondasi tower transmisi listrik di Jakarta, dan kemudian digunakan sebagai runway Bandara Soekarno-Hatta di Jakarta. Sistem ini diharapkan dapat digunakan sebagai solusi untuk mengatasi permasalahan badan jalan pada tanah ekspansif. Hal ini belum pernah diteliti dalam skala penuh sebelumnya, dan akan menjadi topik dalam penelitian ini.
Permasalahan yang terjadi pada tanah ekspansif adalah terjadinya displacement yang besar, dan badan jalan akan cepat rusak, sehingga perlu penanganan dengan baik. Kerusakan perkerasan lentur (flexible pavement) pada tanah ekspansif, dapat merusak badan jalan hingga pada bagian subgradenya. Sebagai contoh pada ruas jalan Ngawi-Caruban, Jawa Timur, Solo-Purwodadi, Jawa Tengah, dan masih banyak lagi sarana infrastruktur berupa jalan di Indonesia, bahkan di dunia yang belum tertangani dengan baik. Berbagai cara telah dilakukan untuk mengatasi permasalahan tersebut di antaranya dengan pencampuran fly ash, kapur tohor dengan tanah subgradenya, dan kemudian dipadatkan. Cara ini dinilai kurang memberikan hasil yang signifikan.
Cara lain yaitu penggantian tanah ekspansif, dengan tanah urugan yang lebih baik. Hal tersebut akan memakan waktu dan biaya pemeliharaan yang cukup besar. Penggantian perkerasan lentur dengan perkerasan kaku berupa pelat beton mutu tinggi dengan tebal 30 cm. Penggantian ini bertujuan mereduksi tegangan akibat pengembangan tanah, ketika proses pembasahan. Alternatif lain yang dilakukan adalah dengan membuat saluran drainase yang baik, sehingga fluktuasi kadar air menjadi tetap. Cara ini umumnya dilengkapi dengan membran sebagai penahan intrusi air masuk ke dalam badan jalan, yang disebut penahan kelembaban vertikal (vertical moisture barrier).
2 Penggunaan Sistem Cakar Ayam yang telah digunakan pada tanah lunak di berbagai lokasi, menjadi salah satu solusi untuk mengatasi permasalahan tersebut. Sistem ini digunakan di Tol Sedyatmo, Cengkareng. Tampak secara geometri sistem ini masih memperlihatkan kondisi yang baik, walaupun tetap terjadi penurunan timbunan akibat berat sendiri. Keuntungan lain adalah sistem ini merupakan Continous Reinforcement Concrete (perkerasan jalan yang menerus), sehingga nyaman dilalui. Penggunaan sistem ini juga telah dilakukan di Bandara Polonia, Medan, dan sejumlah jalan tol di Malaysia di antaranya jalan Tol Kampung Kayan – Sitiawan, kesemuanya berada di atas subgrade yang relatif lunak.
Perkembangan selanjutnya, yang diusulkan oleh Ir. Maryadi Darmokumoro (Suhendro, 2006), adalah dengan mengganti pipa beton tersebut dengan pipa baja galvanis, dan pipa beton yang lebih ringan, serta analisis dengan Metode Elemen Hingga (MEH) oleh Suhendro. Reaksi tegangan pada tanah akibat berat sendiri fondasi menjadi lebih kecil. Pelaksanaan pekerjaan jauh lebih ringan, mudah, cepat dan murah pemeliharaannya. Sistem ini disebut Sistem Cakar Ayam Modifikasi (CAM).
Sistem CAM digunakan untuk detour di Tol Sediyatmo. Tahun 2005 menjadi trial road di Pantura (Pamanukan-Indramayu), dan telah diuji coba dalam skala penuh di lapangan untuk jalan Tol Waru – Surabaya, jalan Tol Seksi IV di Makasar, dan jalan truk pengangkut semen di Samarinda, Kalimantan Timur. Khusus pada tanah ekspansif telah dilakukan di Bojonegoro, Jawa Timur.
Beberapa penelitian tentang Sistem CAM dan trial road telah dilakukan pada tanah lunak dan tanah ekspansif. Sistem ini diharapkan dapat mengatasi permasalahan badan jalan pada tanah dasar ekspansif. Perpindahan vertikal displacement) akibat pengembangan tanah dasar dapat direduksi, dan pelat beton sebagai perkerasan kaku (rigid pavement) menjadi lebih kaku. Hasil yang diharapkan adalah beban lalu lintas yang melaluinya menjadi lebih aman dan nyaman.
3 B. Permasalahan
Permasalahan yang akan diteliti adalah :
1. bagaimana perilaku Sistem Cakar Ayam Modifikasi (CAM) untuk mengatasi permasalahan badan jalan pada tanah dasar ekspansif, ditinjau pada saat pengembangan tanah dasar dan pembebanan di permukaan pelat beton,
2. bagaimana hasil pengamatan model Sistem CAM diverifikasi dengan analisis Metode Elemen Hingga (MEH), menggunakan SAP 2000.
C. Tujuan
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk,
1. mengetahui perilaku Sistem CAM pada tanah dasar ekspansif, yaitu dengan membuat model fisik skala kecil di laboratorium dan di lapangan, dan skala penuh di lapangan,
2. menganalisis pembebanan dan perilaku Sistem Cakar Ayam Modifikasi akibat dari mengembangnya tanah ekspansif,
3. menganalisis kemampuan Sistem CAM dalam menerima beban luar dan tekanan pengembangan akibat pembasahan tanah dasar ekspansif,
4. menganalisis lendutan dan momen yang bekerja dengan menggunakan Metode Elemen Hingga (MEH), program SAP 2000.
D. Manfaat
Manfaat yang dapat diambil dalam penelitian ini adalah memberikan sumbangan dalam metode, teknologi, kekuatan, dan keawetan jalan sebagai infra struktur transportasi, dan nilai ekonomis bagi masyarakat Indonesia maupun internasional.
4 E. Batasan Masalah
Beberapa hal sebagai batasan dalam penelitian ini, namun tetap fokus pada upaya penyelesaiannya, adalah sebagai berikut,
1. analisis penyelesaian yang dilakukan adalah dengan cara menggunakan persamaan yang berlaku dan terkait, selanjutnya dilakukan verifikasi dengan Metode Elemen Hingga dengan menggunakan program SAP 2000 v.11,
2. tanah dasar yang digunakan baik berasal dari Wates, Kulon Progo, Yogyakarta (untuk model skala kecil) maupun dari Widodaren, Ngawi, Jawa Timur (untuk model skala penuh), mewakili media tanah ekspansif yang sebenarnya,
3. dimensi pelat dan cakar pada model skala kecil dapat mewakili kondisi saat pengamatan sebelum dilakukan uji model dalam skala penuh,
4. tinjauan dilakukan saat tanah dasar ekspansif mengembang, sedangkan kondisi susut tidak dibahas,
5. pembebanan dilakukan dengan cara repetitif dan monotonik, terutama dalam model skala penuh.
6. hubungan pelat beton dengan cakar adalah monolit, pelat berada di atas permukaan tanah dasar, sedangkan cakar tertanam vertikal, di bawah dan tegak lurus pelat beton,
7. pengaruh pemuaian, penyusutan material, temperatur, konsolidasi dan gempa tidak ditinjau.
8. reaksi yang terjadi terhadap dinding kotak uji dalam skala di laboratorium dan kolam uji dalam skala di lapangan diabaikan (tidak dibahas).
F. Keaslian
Penelitian ini merupakan kelanjutan dari rangkaian penelitian sistem Cakar Ayam Modifikasi. Rangkaian tersebut berupa pengujian dengan model skala kecil di laboratorium dan skala penuh di lapangan, yang dilanjutkan dengan analisis Metode
5 Elemen Hingga dengan menggunakan SAP 2000 v.11, dan sebagai analisis perencanaan sistem tersebut. Beberapa pengujian telah dilakukan untuk model skala penuh di lapangan baik model preliminary maupun trial road sebagai bukti fungsi sebenarnya penggunaan Sistem CAM diaplikasikan di lapangan di atas tanah lunak.
Rencana penelitian yang diusulkan adalah meneliti perilaku model Sistem CAM dalam skala kecil di laboratorium maupun skala penuh di lapangan. Sistem CAM ini terletak di atas subgrade ekspansif, asli tanpa perbaikan tanah dasar terlebih dahulu. Berdasarkan berbagai pertimbangan dan referensi yang didapat, maka penelitian ini dapat dinyatakan sebagai penelitian murni. Penelitian Sistem CAM di atas tanah dasar ekspansif ini, belum pernah diteliti sebelumnya.
Pengamatan perilaku dengan model skala kecil dan skala penuh, baik di laboratorium ataupun di lapangan, yang dapat memberikan temuan (hal baru) model perilaku sebenarnya. Beberapa hal yang penting dalam penelitian ini adalah sebagai berikut,
1. penelitian ini menguji tekan model skala kecil, uji tekan dan cabut CAM skala penuh setelah mengalami proses swelling,
2. penelitian ini mengusulkan persamaan kesetimbangan gaya pada CAM tunggal saat proses swelling,
3. distribusi tekanan pengembangan di bawah pelat perkerasan dikembangkan berdasarkan pengamatan uji model dan skala penuh. Peneliti terdahulu mendasarkan pada hipotesa (hypotetical),
4. hubungan monolit antara pelat dan cakar dibuktikan melalui pengamatan skala penuh CAM cakar tunggal.
Tabel 1.1 menunjukkan hasil penelitian tentang Sistem Cakar Ayam yang telah dilakukan. Perkuatan dengan Cakar Ayam, pada awalnya digunakan sebagai fondasi menara transmisi hingga perkuatan runway di Bandara Sukarno Hatta, Tol Sedyatmo, hingga perkembangan Sistem Cakar Ayam Modifikasi. Hal ini merupakan penyempurnaan sistem tersebut dengan mengganti cakar beton dengan cakar baja.
6 Tabel 1.1 Riwayat penelitian Sistem Cakar Ayam
No. Peneliti Tahun Topik/judul penelitian Keterangan 1. Sedyatmo 1969 Penemuan Cakar Ayam pada tanah
lunak
Teori dan aplikasinya 2. Hadmojo 1982 Aplikasi Sistem Cakar Ayam di
lapangan
Desain dan aplikasi 3. Antono dan
Daruslan
1981 Kajian konstruksi Sistem Cakar Ayam di Bandara Polonia Medan
Hasil uji dan analisis di lapangan 4. Sutrisno 1982 Desain Sistem Cakar Ayam untuk
perkerasan bandara
Analisis hitungan 5. Suraatmaja 1982 Sistem Cakar Ayam sebagai pelat
tipis dan panjang
Analisis hitungan 6. Sosrowinarso 1982 Perilaku Sistem Cakar Ayam dan
unsurnya
Perilaku dan analisis hitungan 7. Chen dan
Limassale
1982 Analisis numeris fondasi Cakar Ayam
Analisis hitungan 8. Suhendro 1992,
1996
Hitungan numeris pendekatan analisis model Sistem Cakar Ayam
Model numeris 9. Hutagamissufardal 1999 Perilaku fondasi Cakar Ayam
akibat beban terpusat
Analisis numeris dengan MEH 10. Hardiyatmo 2000 Perilaku fondasi Cakar Ayam pada
model di Laboratorium kontribusi untuk perencanaan
Model fisik di laboratorium 11. Hardiyatmo 2003 Fondasi tiang dengan pile cap tipis
untuk mengatasi masalah bangunan di atas tanah lunak
Model fisik di laboratorium 12. Hardiyatmo 2006 Usulan penanganan tanah
ekspansif Purwodadi dengan Sistem Cakar Ayam
Teori aplikasi
13. Suhendro 2006 Uji skala penuh di lapangan Sistem Cakar Ayam Modifikasi, Waru, Jawa Timur
Model fisik skala penuh di
lapangan 14. Nawangalam 2008 Analisis dengan elemen hingga
pada model di lapangan Waru, Jawa Timur
Model numeris dengan SAP 15. Romadhoni 2008 Model elemen hingga dengan
program SAP 2000
Model numeris dengan SAP
7 Lanjutan Tabel 1.1.
No. Peneliti Tahun Topik/judul penelitian Keterangan 16. Firdiansyah 2009 Simulasi model dengan
elemen hingga SAP 2000 untuk model Waru dan Polonia
Model numeris dengan SAP
17. Latief 2009 Simulasi model numeris dengan BoEF Sistem Cakar Ayam pada tanah ekspansif
Model fisik di laboratorium dan komputerisasi 18. Hardiyatmo 2010 Analisis hitungan lendutan,
momen dengan faktor hitungan Sistem CAM
Analisis hitungan 19. Yuwono 2012 Penambahan sayap (koperan)
pada Sistem CAM
Model fisik di laboratorium dan analisis
20. Rahman 2014 Evaluasi beban pada Sistem Cakar Ayam
Analisis numeris MEH
