BAB II
LANDASAN TEORI
2.1. Pendahuluan
Kerusakan dari tanah ekspansif berhubungan erat dengan interaksi antara tanah dengan air (strong soil-water interaction) pada lapisan tanah dangkal dalam siklus pembasahan-pengeringan (wetting-drying cycles) (Badawi & Indarto, 2010). Selama musim kemarau terjadi evapotranspirasi yang menyebabkan volume tanah berkurang karena kehilangan kadar air dalam lapisan dangkal tanah yang kemudian berujung pada penyusutan (shrinkage) dan retak pada tanah ekspansif. Kebalikannya; selama musim penghujan, infiltrasi dari curah hujan menyebabkan volume tanah bertambah karena adanya peningkatan kadar air dalam tanah akibat air hujan yang terserap yang berujung pada pembengkakan (swelling) tanah ekspansif dan berkurangnya kekuatan tanah dalam menahan geser (shear strength).
Saat kondisi tanah jenuh atau kadar air didalamnya tinggi, sebenarnya bukan hanya swelling yang akan terjadi pada tanah. Dalam studinya, Zhan (2013) menyatakan bahwa saat kadar air meningkat dalam tanah maka daya hisap atau daya ikat (suction) tanah akan menurun begitu halnya dengan gaya geser tanah (shear strength). Badawi
& Indarto (2010) juga menyatakan hal yang serupa bahwa saat kondisi tanah jenuh yang berarti kandungan kadar air dalam tanah meningkat dan derajat kejenuhan (degree of saturation) juga meningkat maka suction di tanah akan menurun (yang berarti pore water pressure meningkat). Hal ini lah yang menjadi faktor terjadinya softening soil, kondisi dimana tanah kehilangan daya hisap atau daya ikat karena void dalam tanah membesar dan salah satu akibatnya yang sering dialami di lapangan adalah hilangnya kapasitas friksi dari tiang pondasi. Hubungan antara negative pore water pressire, void ratio, water content dan degree of saturation pada tanah undisturbed ekspansif dapat dilihat di Gambar 2.1.
2.2. Pemadatan Tanah Ekspansif 2.2.1 Teori Pemadatan
Pemadatan tanah sering digunakan untuk proses pembangunan, hasil dari pemadatan tanah sebenarnya ialah mengecilnya pori dalam tanah akibat beban yang diaplikasikan pada tanah. Dengan prosedur standar pemadatan dilakukan, diperoleh nilai kadar air optimum (Optimum Moisture Content) yang menghasilkan kepadatan maksimum (berat volume kering maksimum). Saat proses drying-wetting, kepadatan yang dicapai akan lebih kecil dibandingkan dengan kepadatan maksimumnya.
Dengan dilakukannya pemadatan pada tanah, manfaat yang didapat antara lain;
mempertinggi kuat geser tanah, mengurangi sifat mudah mampat (kompresibilitas), mengurangi permeabilitas, dan mengurangi perubahan volume sebagai akibat perubahan kadar air, dll (Yuliet, Hakam, dan Febrian, 2011).
2.2.2. Sifat Tanah Espansif yang Dipadatkan dan Hubungannya Terhadap Permeabilitas Tanah
Zhan (2013) menginvestigasi karakteristik dari softening soil pada dua jenis tanah lempung ekspansif yaitu tanah yang dipadatkan (recompacted specimen) dan tanah asli (natural specimen) dengan melakukan tes suction-controlled triaxial test.
Hasil tes ini menunjukkan bahwa saat proses pembasahan (wetting) pada tanah asli (natural specimen) terjadi kegagalan seperti tanah overkonsolidasi sedangkan pada tanah yang dipadatkan (recompacted specimen) tidak terjadi overkonsolidasi dan kegagalan yang ditimbulkan relatif kecil.
Pada percobaan Proctor, pemadatan yang dilakukan pada sampel tanah dengan lima lapisan memberikan tingkat kepadatan yang lebih tinggi dibandingkan dengan pemadatan pada sampel tanah dengan tiga lapisan. Disimpulkan bahwa dengan usaha pemadatan yang lebih besar akan diperoleh tanah yang lebih padat dan berat volume keringnya lebih besar serta menurunnya kadar air optimum pada tanah (Yuliet, Hakam, dan Febrian, 2011).
Hal ini dipengaruhi oleh permeabilitas yang ada di tanah. Konsolidasi terjadi ketika lapisan tanah jenuh (lempung) dengan permeabilitas rendah dibebani dengan beban eksternal yang menyebabkan tekanan air pori dalam tanah meningkat kemudian berlanjut pada air tanah yang mengalir ke lapisan tanah dengan permeabilitas lebih tinggi yang berarti terperasnya air tanah akibat bekerjanya beban akan berlangsung sampai tekanan air pori yang kelebihan benar-benar hilang; volume tanah mengecil;
dan terjadi penurunan tanah. Untuk tanah pasir dengan permeabilitas yang tinggi proses konsolidasi akan terlaksana dengan segera dan tidak menimbulkan masalah. Lain halnya dengan tanah lempung khususnya tanah ekspansif yang bisa mengalami swelling dan softening yang menyebabkan penurunan tidak merata pada struktur (differential settlement). Untuk tanah yang dipadatkan, resiko konsolidasi dapat dikendalikan dan diperhitungkan dengan memperhatikan tingkat kepadatan tanah dan permeabilitasnya.
2.3. Pengaruh Softening Soil pada Friksi Pondasi Tiang dan Tanah Urug Budi (2017) menginvestigasi sumber potensial yang menyebabkan penurunan dan kerusakan pada perumahan yang dibangun di atas tanah ekspansif. Dalam penelitiannya ditemukan bahwa penyebab utama untuk penurunan dan retak pada perumahan tersebut bukan pembengkakan tanah (swelling) melainkan penurunan tanah urugan dan pondasi tiang yang menahan beban struktur perumahan itu. Tiang pondasi pada perumahan ini ditanam sampai kedalaman zona aktif, dimana tanah dalam zona aktif mengalami perubahan kadar air secara berkala karena perubahan iklim. Salah satu permasalahan yang terjadi ialah adanya penurunan yang tidak merata pada lantai rumah dan retak diagonal dinding; ini dikarenakan deformasi yang berbeda (differential settlement). Kejadian ini bisa terjadi saat berat struktur di atas tanah zona aktif lebih kecil dari swelling pressure tanah; bisa pula terjadi karena adanya perbedaan penurunan antar tiang pondasi di daerah yang berdekatan. Pemicunya adalah siklus pembasahan pengeringan/wetting-drying cycle (perubahan iklim) yang mempengaruhi
terhadap infiltrasi air terjadi penurunan tiang pondasi (settlement) yang relatif lebih besar dibandingkan dengan tiang pondasi yang ada di area yang tertutup. Bukti ini diperkuat dengan fakta bahwa tiang pondasi perumahan hampir seluruhnya tertanam di zona aktif yang berarti pada musim penghujan daya dukung tanah (bearing capacity) dan kapasitas friksi tiang berkurang atau bahkan hilang.
Kondisi yang sudah dijelaskan sebelumnya menunjukkan adanya softening soil di zona aktif karena infiltrasi air hujan menyebabkan tiang pondasi kehilangan kapasitas friksinya (suction) dan tanah kehilangan daya dukungnya. Tanah urug disini juga mengalami penurunan karena tidak dipadatkan dengan sempurna, ini berarti permeabilitas tanah memainkan peran yang penting karena saat wetting tanah justru mengalami penurunan. Dapat disimpulkan dari studi ini bahwa softening soil merupakan alasan utama terjadinya penurunan tiang pondasi akibat kehilangan kapasitas friksinya saat wetting disamping faktor-faktor lainnya seperti pemasangan join kolom-balok yang kurang baik dan pemadatan urugan yang tidak sempurna.
2.4. Pengaruh Variasi Kadar Air pada Tanah Ekspansif Terhadap Kapasitas Friksi Tiang
Tjandra, Indarto, dan Soemitro (2015) dalam studinya meneliti pengaruh variasi kadar air pada tanah ekspansif terhadap kapasitas friksi tiang. Zona aktif dalam tanah merupakan zona dimana tanah dapat berubah akibat proses wetting-drying. Saat wetting tanah berubah dari fase padat ke likuid akibat infiltrasi begitupun sebaliknya saat proses drying tanah akan berubah dari likuid ke padat akibat evaporasi. Hal ini berdampak besar terhadap kapasitas friksi tiang dikarenakan nilai adhesi dan kohesi tanah ikut berubah. Nilai adhesi perlu diperhitungkan dengan cermat karena kesalahan perhitungan nilai adhesi pada tanah lempung ekspansif dapat menyebabkan kegagalan kapasitas friksi dari tiang. Dengan adanya variasi kadar air yang diaplikasikan pada sampel tanah, pengaruhnya pada nilai adhesi tiang dapat didapat.
Dalam eksperimen yang telah dilakukan (Tjandra, Indarto, dan Soemitro, 2015), diambil sampel tanah ekspansif (undisturbed expansive soil) di daerah Citraland, Surabaya dengan klasifikasi inisial tanah sebagai berikut;
Tabel 2.1 Karakteristik Inisial Sampel Tanah (Tjandra, Indarto, dan Soemitro, 2015)
Sifat Tanah Karakteristik Awal
Kadar Air (%) 44.5
GS 2.65
LL (%) 109
PL (%) 30
% Pasir 0.11
% Lumpur 23
% Lempung 76.8
Cu (kg/cm2) 0.26
Klasifikasi Tanah CH
Tiang pondasi dengan 2 material yang berbeda yaitu baja dan beton diuji demi diperoleh hasil yang signifikan, pengujian dimodelkan di laboratorium seperti terlihat pada Gambar 2.2 dengan variasi kadar air yang diaplikasikan sesuai dengan Tabel 2.2.
Tabel 2.2 Kondisi Kadar Air pada Siklus Pembasahan-Pengeringan (Wetting-Drying Cycle) (Tjandra, Indarto, dan Soemitro, 2015)
Kondisi drying-wetting Kadar Air (%)
Wetting 15% 51.18
Wetting 10% 48.95
Wetting 5% 46.73
Inisial 44.5
Drying 10% 40.05
Drying 20% 35.6
Drying 30% 31.15
Drying 40% 26.7
Drying 50% 22.25
Gambar 2.1 Tes pembebanan (loading test) di laboratorium (Tjandra, Indarto, dan Soemitro, 2015)
Hasil eksperimen menunjukkan secara garis besar nilai adhesi antara tanah dengan tiang berbahan baja lebih tinggi dibandingkan nilai adhesi tanah dengan tiang berbahan beton. Hasil ini bertentangan dengan fakta yang beredar bahwa semakin kasar permukaan benda maka nilai adhesi semakin besar karena hasil yang didapat ialah kapasitas friksi dari material baja 42% lebih tinggi dari kapasitas friksi dari material beton. Hal ini menunjukkan bahwa bukan hanya faktor permukaan tiang yang dapat mempengaruhi nilai adhesi melainkan karakteristik dari tanah ekspansif itu sendiri saat melalui proses drying-wetting. Kepadatan tanah yang berubah saat proses drying- wetting berefek pada naiknya nilai adhesi tiang, sama seperti semen, nilai adhesi meningkat karena kelekatan tanah terhadap baja. Juga, tanah ekspansif dalam keadaan tidak jenuh mempunyai tekanan pori air negatif yang dapat memicu tekanan efektif tanah sehingga adhesi antara tanah dengan material baja lebih kuat. Jadi, dibutuhkan observasi karakteristik tanah ekspansif untuk mendapatkan nilai adhesi yang tepat.
cincin proving pengukur dial model tiang, ø 1cm sampel tanah lempengan alas
Tabung PVC ø 15.24 cm
2.5. Analisa Pengaruh Kadar Air dan Material terhadap Kapasitas Friksi Tiang
Dalam studi yang dilakukan oleh Amalia, N.A., Rohmadoniati, V., Soedarsono,
& Pratikso (2013) yang menggunakan sampel tanah lempung ekspansif dari kota Purwodadi, Jawa Timur, ditemukan bahwa tingkat kejenuhan tanah dan perbedaan material dari model tiang berpengaruh terhadap daya pikul tiang tersebut. Dengan menggunakan 2 material model tiang yaitu baja dan beton, ditemukan adanya perbedaan yang signifikan terhadap daya pikul tiang. Saat tanah dengan kondisi tidak jenuh maka tiang beton mampu memikul beban berat namun saat kondisi tanah tidak jenuh tiang beton kehilangan daya pikulnya. Sedangkan untuk tiang baja, daya pikul maksimum didapat saat kondisi tanah jenuh, dan saat kondisi tanah tidak jenuh tiang baja kehilangan daya pikulnya. Adapun kondisi seperti ini terjadi karena material baja yang memiliki campuran logam besi akan teroksidasi saat terkena air dan berujung pada meningkatnya daya hisap (suction) pada tanah sehingga daya pikul dari tiang baja bisa lebih besar saat kondisi tanah jenuh.
