STUDI MODEL EMBANKMENT TANAH LEMPUNG
DENGAN STABILISASI KAPUR-ABU SEKAM PADI DAN SERAT KARUNG
PLASTIK YANG DICAMPUR DALAM BERBAGAI KONFIGURASI
Anita Widianti 1, Edi Hartono 2dan Agus Setyo Muntohar 3
1
Jurusan Teknik Sipil, Universitas Muhammadiyah Yogyakarta, Jl. Lingkar Selatan, Tamantirto, Bantul, DIY Email: anita_widianti@yahoo.com
2
Jurusan Teknik Sipil, Universitas Muhammadiyah Yogyakarta, Jl. Lingkar Selatan, Tamantirto, Bantul, DIY Email: edihartok@yahoo.com
3
Jurusan Teknik Sipil, Universitas Muhammadiyah Yogyakarta, Jl. Lingkar Selatan, Tamantirto, Bantul, DIY Email: muntohar@yahoo.com
ABSTRAK
Embankment dari tanah lempung dapat memiliki kuat dukung yang rendah dan penurunan yang besar. Dengan melakukan stabilisasi terhadap tanah tersebut secara mekanis (menggunakan serat karung plastik sebagai perkuatan) dan secara kimia (dengan kapur dan abu sekam padi), diharapkan dapat meningkatkan kuat dukung ultimit (qu), serta mengurangi penurunan vertikal (Sv)
dan pergeseran arah horizontal (Sh) yang terjadi. Dalam penelitian ini dilakukan uji beban terhadap
empat model embankment tanah dengan konfigurasi pencampuran kapur-abu sekam padi dan serat karung plastik yang berbeda, yaitu tipe cover, layer, column dan mix guna menentukan konfigurasi pencampuran dengan qu tertinggi serta Sv dan Sh terkecil. Embankment ditempatkan di atas box
berukuran 120x120x100 cm3 yang berisi lempung plastisitas tinggi sebagai tanah dasarnya. Kadar kapur yang digunakan sebesar 12 %, abu sekam padi sebesar 24 % dan serat karung plastik sebesar 0,4% dari berat total campuran. Hasil penelitian menunjukkan bahwa embankment dari tanah - kapur - abu sekam padi – serat karung plastik yang dicampur secara homogen (mixed embankment) memiliki qu tertinggi serta Sv dan Sh terkecil dibandingkan dengan model
embankment dengan konfigurasi pencampuran yang lain. Nilai qu meningkat hingga 2,1 kali dari
qu embankment tanah asli, Sv mengalami penurunan hingga 72,5 % dari Sv embankment tanah asli,
sedangkan Sh dapat berkurang hingga 94 % dari Sh embankment tanah asli.
Kata kunci : embankment, kapur, abu sekam padi, serat karung plastik, kuat dukung ultimit, penurunan
1. PENDAHULUAN
Konstruksi embankment tanah sering digunakan pada pekerjaan teknik sipil, diantaranya pada pekerjaaan jalan raya. Dengan adanya beban vertikal yang diterima oleh konstruksi embankment, maka tanah dapat mengalami penurunan (settlement) dan pergeseran. Penurunan ini terjadi akibat dari kurangnya daya dukung tanah, baik tanah asli yang berperan sebagai fondasi maupun konstruksi embankment yang berada di atasnya. Untuk itu perlu dilakukan perbaikan terhadap tanah (stabilisasi) yang dapat dilakukan secara mekanis (menggunakan perkuatan) maupun secara kimiawi (yaitu dicampur dengan kapur atau pozzolan). Kombinasi dari teknik perbaikan tanah secara mekanis dan kimia diharapkan akan memberikan hasil yang lebih baik. Disamping itu konstruksi embankment yang akan dibangun di atas tanah lempung sangat lunak (soft soil) akan lebih menguntungkan bila terbuat dari material yang ringan karena dapat mengurangi terjadinya penurunan pada tanah dasarnya. Salah satu cara yang digunakan adalah dengan menambahkan kapur, abu sekam padi dan serat. Disamping sebagai bahan timbunan yang ringan, secara teori penambahan kapur dan abu sekam padi dalam tanah akan menyebabkan terjadinya reaksi pozzolan. Hasil dari reaksi itu adalah suatu gel silikat – aluminat hidrat yang mampu meningkatkan kekuatan tanah terhadap gaya tekan. Untuk perkuatan tanah dengan menggunakan serat (fiber) didasarkan pada kekuatan geser antara serat dan partikel-partikel tanah. Seperti diketahui bahwa tanah tidak mampu menahan gaya tarik, sebaliknya terhadap kekuatan desak sangat baik sekali. Konsep dasar dari penambahan serat adalah sebagai material yang mempunyai regangan putus lebih tinggi dibandingkan dengan regangan runtuh tanah. Dengan demikian perkuatan bekerja dari regangan rendah sampai regangan runtuh tanah dan setelah regangan runtuh tanah dilampaui, perkuatan masih mampu memberikan tegangan tarik sehingga bisa mencegah keruntuhan yang mendadak (McGown, dkk, 1978 dalam Kumar dan Tabor, 2003).
Dalam skala laboratorium telah banyak dilakukan penelitian terkait dengan permasalahan konstruksi embankment tanah, diantaranya adalah Krishnaswamy dkk (2000), Muntohar (2000), Munthohar (2003) serta Widianti dkk (2008). Dalam penelitian ini akan dikaji pengaruh pemberian campuran kapur – abu sekam padi dan serat karung plastik dalam berbagai konfigurasi terhadap besarnya kuat dukung ultimit, penurunan vertikal dan pergeseran horisontal pada embankment tanah lempung yang dibangun di atas tanah dasar berupa tanah lempung plastisitas tinggi.
2. METODE PENELITIAN
Bahan
Sebagai bahan embankment dan tanah dasar digunakan tanah lempung plastisitas tinggi (CH atau A-7- 6) dengan nilai kepadatan maximum (MDD) sebesar 1,262 gr/cm3 dan kadar air optimum (OMC) sebesar 22,45 %
Serat-serat karung plastik yang dipotong-potong sepanjang + 2 cm secara acak. Secara fisis, serat karung plastik yang dipilih adalah yang tidak rapuh atau lapuk bila ditarik dengan tangan, sehingga masih mampu memberikan perlawanan tarik. Dari hasil uji tarik diketahui karung plastik tersebut memiliki kuat tarik maksimum sebesar 46,50 kN/m1 dan regangan maksimum sebesar 20,04 %.
Abu sekam padi, merupakan sisa dari pembakaran sekam padi dalam proses pembuatan batu bata. Kapur padam (hydrated lime) yang tergolong sebagai calcium hydroxide dan berupa bubuk.
Desain campuran
Kadar kapur yang diperlukan untuk stabilisasi ditentukan dari uji initial consumption of lime (ICL) sebagaimana disebutkan dalam ASTM D6276-99a. Dari pengujian tersebut diperoleh kadar kapur sebesar 12 %.
Menurut Muntohar (2004), proporsi campuran kapur-abu sekam padi dengan perbandingan 1 : 2 (pada kadar optimum) memberikan kekuatan dan durabilitas yang sangat baik. Oleh karena itu dalam penelitian ini digunakan kadar abu sekam padi sebesar 24 %.
Berdasarkan hasil penelitian terdahulu, kadar serat yang memberikan peningkatan paling optimum terhadap sifat-sifat mekanis tanah adalah sebesar 0,4% dari berat kering total campuran pada kepadatan maksimum dan kadar air optimum.
Alat
Kotak model (model box) yang terbuat dari pelat baja berukuran 120 x 120 x 100 cm sebagai tempat tanah dasar. Cetakan untuk mencetak model embankment dengan ukuran sebagai berikut :
Tinggi = 30 cm
Ukuran sisi atas = 35 cm x 35 cm Ukuran sisi bawah = 95 cm x 35 cm Kemiringan lereng kanan dan kiri = 1 : 1 (45°)
Alat uji beban yang terdiri dari mesin penekan dan proving ring yang dilengkapi dengan penolok ukur beban, pelat perata beban dan kerangka beban (loading frame).
Dial gauge indicator untuk mengukur besarnya penurunan vertikal yang terjadi pada embankment pada saat pembebanan vertikal. Disamping itu dial gauge indicator juga dipasang pada sisi kanan dan kiri lereng dengan posisi tegak lurus permukaan lereng untuk mengetahui pergeseran horizontal yang terjadi saat pembebanan.
Rancangan benda uji
Pemberian campuran kapur – abu sekam padi dan serat karung plastik ke dalam embankment tanah akan dilakukan dalam empat konfigurasi seperti yang dapat dilihat pada Gambar 1.
Tahapan pengujian di laboratorium
Pengujian dilakukan di Laboratorium Mekanika Tanah, Jurusan Teknik Sipil, Fakultas 'I'eknik, Universitas Muhammadiyah Yogyakarta. Adapun urutan pelaksanaan selengkapnya adalah sebagai berikut :
Tahap I : penentuan nilai berat volume kering maksimum (MDD) dan kadar air optimum (OMC) campuran tanah lempung, kapur, abu sekam padi dan serat karung plastik. Uji pemadatan standar proctor yang dilakukan mengacu pada ASTM D-698. Dari hasil uji tersebut diperoleh nilai MDD sebesar 0,9815 gr/cm3 dan OMC sebesar 23,80 %. Nilai tersebut selanjutnya dipakai sebagai acuan dalam mempersiapkan bahan embankment.
Tahap II : Persiapan tanah dasar, berupa tanah lempung yang. diletakkan di dalam kotak model berukuran 120 cm x 120 cm x 100 cm. Pemadatan dilakukan dengan memberikan beban dinamis hingga kotak model penuh.
Tahap III : Pembuatan benda uji embankment. Guna memudahkan dalam proses pembuatan embankment dan agar tanah dasar tidak terusik kepadatan dan tegangannya, maka embankment dicetak secara terpisah dari tanah dasar. Setelah terbentuk sesuai dengan yang ditentukan, model embankment dirawat selama 7 hari agar terjadi proses modifikasi tanah (soil modification) akibat reaksi dari bahan tambah dan tanah. Disamping itu pada umur tersebut perilaku getas akan banyak terjadi setelah proses stabilisasi. Setelah 7 hari kemudian embankment ditempatkan secara perlahan di atas tanah dasar.
Tahap IV : Pengujian embankment di atas tanah dasar. Model embankment yang akan diuji ditempatkan sedemikian rupa sehingga proving ring dari mesin penekan (loading cell) tepat di atasnya. Untuk menjamin agar beban yang diberikan menyebar secara merata, di bagian atas puncak embankment diberi pelat baja setebal 9 mm dengan ukuran luas sesuai dengan ukuran dimensi bagian atas puncak embankment. Dua penolok ukur (dial gauge indicator) dipasang pada bagian puncak embankment untuk membaca besarnya penurunan. Langkah selanjutnya adalah proses pembebanan statis dengan kecepatan pembebanan 1 mm/menit. Beban yang diberikan dibaca dari proving ring setiap perubahan penurunan 1 mm. Pembebanan dilakukan hingga embankment mencapai keruntuhan (melalui pengamatan visual atau bila tidak lagi terjadi penambahan beban seiring dengan penurunan). Skema rangkaian alat dapat dilihat pada Gambar 2.
gauge 1 atas ( vertikal )
gauge 1 lereng ( horizontal ) gauge 2 lereng ( horizontal )
gauge 2 atas ( vertikal )
model embankment
Tanah dasar berupa tanah lempung hydraulic jack 30 cm 70 cm 120 cm 95 cm tanah dasar
3. HASIL DAN PEMBAHASAN Hubungan antara beban dan penurunan
Karakteristik penurunan embankment akibat beban yang bekerja di atasnya dapat dikaji dari hasil uji beban. Gambar 3 menunjukkan hubungan antara beban dan penurunan untuk embankment baik tanpa maupun dengan campuran kapur-abu sekam padi dan inklusi serat karung plastik dalam berbagai konfigurasi yang diletakkan di atas tanah lempung.
Gambar 3. Hubungan antara beban dan penurunan vertikal untuk embankment dengan berbagai konfigurasi pencampuran di atas tanah lempung.
Dari Gambar 3 terlihat bahwa embankment tanah yang distabilisasi menggunakan kapur-abu sekam padi dan diperkuat dengan serat karung plastik dalam empat konfigurasi pencampuran mampu menerima beban maksimum yang jauh lebih tinggi dibandingkan dengan embankment tanah tanpa campuran. Secara teori, penambahan kapur dan abu sekam padi dalam tanah akan menyebabkan terjadinya reaksi pozzolan. Hasil dari reaksi ini adalah suatu gel silikat – aluminat hidrat yang mampu meningkatkan kekuatan tanah terhadap gaya tekan. Disamping itu kapur juga terbukti mampu mempengaruhi tanah di sekitarnya sehingga kekuatannya meningkat, dimana peningkatan tersebut bervariasi tergantung pada jarak dari kapur tersebut. Pencampuran serat dalam tanah akan dapat meningkatkan kemampuan tanah dalam menerima gaya tarik. Serat-serat tersebut akan memperkuat ikatan dalam matrik tanah serta memberikan perlawanan tarik melalui gesekan (friction) dan lekatan (cohesion) antara tanah dan serat terhadap keruntuhan.
Hubungan antara beban dan pergeseran horisontal
Gambar 4 menunjukkan hubungan antara beban dan pergeseran horisontal untuk embankment baik tanpa maupun dengan campuran kapur-abu sekam padi dan serat karung plastik dalam empat konfigurasi yang diletakkan di atas fondasi tanah lempung.
Gambar 4. Hubungan antara beban dan pergeseran horisontal embankment
Dari Gambar 4 dapat dilihat bahwa pada saat awal pembebanan akan terjadi pergeseran horisontal yang relatif kecil. Jika beban ditambah, maka pergeseran horisontal juga akan bertambah. Akhirnya pada suatu saat terjadi kondisi dimana pada pembebanan yang tetap, embankment mengalami pergeseran horisontal yang cukup besar. Kondisi ini menunjukkan bahwa keruntuhan embankment telah terjadi. Adanya stabilisasi tanah menggunakan kapur-abu sekam padi dan inklusi serat karung plastik dalam empat konfigurasi tersebut terbukti mampu meningkatkan beban maksimum serta mengurangi pergeseran horisontal yang terjadi.
Kuat dukung ultimit (qu) embankment
Parameter lainnya yang dapat diperoleh dari pengujian ini adalah kuat dukung ultimit (qu) embankment. Berdasarkan
hasil analisis, qu dari berbagai tipe embankment yang diuji dapat disajikan dalam Gambar 5. Dari gambar tersebut
terlihat bahwa qu tanah lempung yang dicampur dengan kapur-abu sekam padi dan serat karung plastik mengalami
peningkatan kekuatan yang cukup baik dalam menerima beban yang bekerja di atasnya. Pada tipe mixed embankment, qu setelah distabilisasi mengalami peningkatan hingga 2,1 kali dari embankment tanah tanpa
campuran.
Penurunan vertikal (Sv) pada kondisi beban tertentu
Besarnya penurunan vertikal (Sv) pada beban tertentu (80 kN) untuk berbagai tipe embankment tanah yang diuji
ditunjukkan pada Gambar 6.
Gambar 6. Penurunan embankment tanah pada beban 80 kN.
Secara umum dapat dilihat bahwa dengan adanya stabilisasi tanah menggunakan kapur-abu sekam padi dan serat karung plastik, disamping dapat meningkatkan beban maksimum juga akan mengurangi Sv dari embankment
tersebut. Pada konfigurasi tipe mixed embankment, besarnya pengurangan Sv tersebut hingga mencapai 72,5 %
dibandingkan dengan Sv pada tanah tanpa campuran.
Pergeseran horisontal (Sh) pada kondisi beban tertentu
Besarnya pergeseran horisontal (Sh) pada beban tertentu (80 kN) untuk berbagai tipe embankment tanah yang diuji
ditunjukkan pada Gambar 7.
Penambahan serat karung plastik pada tanah yang dicampur dengan kapur-abu sekam padi mampu meningkatkan kuat geser tanah. Dalam hal ini, adanya penambahan serat karung plastik akan memperkuat ikatan dalam matrik tanah serta memberikan perlawanan tarik melalui gesekan (friction) dan lekatan (cohesion) antara tanah dan serat terhadap keruntuhan. Dari Gambar 7 dapat dilihat bahwa besarnya pergeseran horisontal mengalami penurunan hingga mencapai 94 % dibandingkan pergeseran horizontal pada embankment tanah asli, yaitu pada konfigurasi tipe mixed embankment.
4. KESIMPULAN
Embankment dari tanah lempung - kapur - abu sekam padi – serat karung plastik yang dicampur secara homogen (mixed embankment) memiliki nilai kuat dukung ultimit (qu) tertinggi serta penurunan vertikal (Sv) dan pergeseran
horisontal (Sh) terkecil dibandingkan dengan model embankment dengan konfigurasi pencampuran yang lain.
Nilai qu meningkat hingga 2,1 kali dari qu embankment tanah asli, Sv mengalami pengurangan hingga 72,5 % dari Sv
embankment tanah asli, sedangkan Sh dapat berkurang hingga 94 % dari Sh embankment tanah asli.
DAFTAR PUSTAKA
Krishnaswamy N, R., Rajagopal, K., dan Madhavi Latha, G. (2000). "Model studies on geocell suppoted embankments constructed over a soft clay foundation", Geotechnical Testing Journal, GTJODJ, Vol. 23, No. 1, 45-54.
Kumar, S., dan Tabor, E., 2003, “Strength characteristics of silt clay reinforced with randomly oriented nylon fibers”, Electronic Journal of Geotechnical Engineering, Vol. 8.
Muntohar, A.S., 2000b, “Evaluation the using of plastic sack rubbish as fabrics on expansive embankment”. Jurnal Semesta Teknika, Vol. 1 No. 4, 1-10.
Muntohar, A.S. (2003). Inclusion of randomly rubbish-fibre (RRF) as temporary embankment reinforcement, Naskah Disajikan dalam Konferensi Nasional Teknik Jalan Ke-6, 6-8 Oktober 2003, Jakarta.
Muntohar, A.S. (2004). Uses of RHA to enhanced lime-stabilized clay soil, Naskah disajikan dalam International Conference on Geotechnical Engineering, 3-6 October 2004, Sharjah, United Arab Emirates.
Widianti, A., Hartono, E. Dan Muntohar, A.S. (2008). ”Studi model embankment tanah dengan campuran kapur - abu sekam padi dan serat karung plastik”. Jurnal Dinamika Teknik Sipil UMS Vol. 8 No.2, hal 118-126
