APLIKASI METODE CPTU
PADA AMBLESAN TIMBUNAN BADAN JALAN
Adrin Tohari1
1Pusat Penelitian Geoteknologi LIPI, Jl. Sangkuriang, Bandung 40135
Email: adrin.tohari@gmail.com
ABSTRAK
Fenomena penurunan tanah seringkali terjadi pada timbunan badan jalan yang dibangun pada suatu lereng tanah. Makalah ini menyajikan aplikasi pengujian penetrasi konus (CPTU) pada timbunan badan jalan di ruas jalan tol di Jawa Tengah untuk mengetahui faktor-faktor penyebab penurunan tanah timbunan. Hasil pengukuran di tiga lokasi menunjukkan keberadaan lapisan tanah dengan kepadatan rendah yang cukup tebal di bawah perkerasan jalan. Selain itu, pengukuran tekanan air-pori pada pengujian CPTU memperlihatkan zona tekanan air-air-pori positif yang terperangkap pada lapisan tanah timbunan. Dengan demikain, penurunan tanah timbunan di bawah perkerasan jalan terasosikan oleh kondisi kondisi lapisan tanah timbunan yang tidak padat dan dalam kondisi jenuh air. Pemasangan pipa drainase horizontal menjadi penting untuk melepaskan tekanan air-pori positif tersebut untuk menjaga kestabilan tanah timbunan tersebut.
Kata kunci: kepadatan tanah, penurunan tanah, tekanan air-pori, timbunan, uji penetrasi konus.
ABSTRACT
Ground settlement may often occur in road embankments constructed at hillslopes during the operation of the embankment. This paper presents the application of CPTU (piezocone) method to understand the causative factors of settlement of road embankment at three locations along the toll road segment in Central Java. Results of the CPTU tests indicated the soil layers beneath the road pavement were poorly compacted. Moreover, the records of pore-water pressure measurement showed the existence of localized pore-water pressures within the poorly compacted soil layers. Therefore, the deformation observed at the road embankment was associated with the poor quality of compaction and high degree of saturation of the soil layers. Installation of horizonatal subdrains is necessaary to prevent the development of positive pore-water pressure, and hence, to maintain the stability of the embankment.
Keywords: compaction, embankment, CPTU test, pore-water pressure, ground settlement.
PENDAHULUAN
Beberapa konstruksi perkerasan badan jalan dan bahu jalan di jalan tol Semarang-Bawen, Jawa Tengah dilakukan di atas tanah timbunan pada lereng tanah asli. Peristiwa penurunan telah terjadi pada lapisan perkerasan jalan dan pada timbunan oprit abutment 2 Jembatan Susukan bagian k iri dan kanan. Dampak dari penurunan perkerasan dan timbunan tersebut berpengaruh pada kondisi jalan, sehingga mengganggu kenyamanan pengguna ruas jalan tol Semarang-Bawen. Kondisi lebih parah dapat terjadi apabila penurunan pada perkerasan dan timbunan yang tidak terkendali saat musim hujan mendatang, yang dapat mengakibatkan putusnya ruas jalan tersebut sehingga investasi yang ditanam untuk pembangunan ruas jalan tol ini menjadi sia-sia.
Penurunan lapisan perkerasan dan timbunan ini kemungkinan disebabkan oleh keberadaan lapisan lunak di dalam tanah timbunan di bawah perkerasan. Oleh karena itu, perlu dilakukan penelitian geoteknik untuk mengetahui kondisi kepadatan dan kejenuhan lapisan tanah timbunan secara cepat dan akurat yang diperlukan untuk menentukan faktor-faktor penyebab penurunan pada lokasi-lokasi
tersebut sehingga perbaikan kualitas timbunan dapat dilakukan dengan cepat dengan metode yang tepat.
Berbagai macam metode investigasi geoteknik, seperti uji penetrasi standard (SPT), penetrasi konus (CPTU/ piezocone), dan penetrasi dilatometer (DMT), dapat dipergunakan untuk mengetahui kondisi kepadatan dan prilaku jenis lapisan tanah. Akan tetapi, hanya metode CPTU yang dapat melakukan pengukuran tekanan air-pori dalam lapisan tanah. Metode ini telah berhasil dipergunakan untuk
Makalah ini menyajikan hasil pengujian CPTU untuk untuk mengetahui faktor-faktor penyebab penurunan tanah timbunan di tiga lokasi pada ruas jalan tol Semarang-Bawen. Adapun sasaran dari pengujian ini adalah untuk (1) mendapatkan data profil kepadatan lapisan timbunan di bawah perkerasan, dan (2) menentukan keberadaan dan kedalaman zona lapisan tanah lunak dan lapisan tanah jenuh air di dalam timbunan.
DESKRIPSI LOKASI PENGUJIAN
Lokasi pengujian terletak di ruas jalan tol Semarang-Bawen pada KM 17+600 A, KM 19+600 A dan B. Konstruksi perkerasan jalan pada lokasi-lokasi tersebut dilaksanakan dengan menggunakan timbunan di atas permukaan lereng, sebagaimana disajikan pada Gambar 1 dan 2. Berdasarkan gambar-gambar tersebut, lapisan tanah timbunan pada KM 17+600 A dan KM 19+600 mempunyai ketebalan masing-masing sebesar m dan m. Penimbunan dilakukan dengan menggunakan material tanah setempat yang disusun oleh material tufa pasiran dengan breksi tufa. Berdasarkan Gambar 1, terdapat saluran air pada lokasi KM 17+600A yang mengindikasikan terdapat aliran air permukaan pada lereng asli.
(a) KM 17+600A (b) KM 19+600A dan B
Gambar 1. Lokasi pengujian CPTU di ruas tol Semarang-Bawen. Titik uji CPTU diberi tanda lingkaran dan anak panah berwarna merah.
METODOLOGI
Pada pengujian CPTU ini dipergunakan peralatan CPTU merk GeoMil (Gambar 1) yang terdiri dari konus (cone) yang dilengkapi dengan sensor untuk membaca tahanan ujung konus (qc), hambatan selimut (fs) dan tekanan air pori (u), kabel transmisi, alat depth synchronizer, computer interface box, dan junction box. Peralatan ini ini akan terhubung dengan PC atau notebook sebagaimana disajikan pada Gambar 2.
Untuk mendapatkan pembacaan tekanan air pori yang baik dan benar, elemen filter yang terpasang di belakang ujung konus harus dalam keadaan jenuh. Penjenuhan filter dilakukan dengan merendam filter dalam cairan silicon yang dipanaskan bersama-selama selama 15 menit. Setelah proses penjenuhan filter selesai, filter dipasang pada konus. Untuk menjaga agar tingkat kejenuhan filter tidak berkurang, maka ujung konus diselimuti dengan membran tipis.
Selama pengujian, sensor-sensor yang terletak di dalam konus dan depth synchronizer akan menghasilkan sinyal-sinyal yang kemudian ditransmisikan melalui kabel ke alat interface box, yang akan mengolah sinyal-sinyal tersebut menjadi data luaran berupa grafik yang memperlihatkan hubungan antara tahanan ujung konus (qc), hambatan selimut (fs) dan tekanan air pori (u) terhadap kedalaman.
Gambar 2. Komponen peralatan CPTU merk GeoMil yang dipergunakan dalam penelitian ini. Untuk mendapatkan data CPTU di setiap lokasi, pengujian CPTU dilakukan dengan prosedur sebagai berikut :
(1) Pemboran lapisan perkerasan aspal, perkerasan beton dan lantai kerja menggunakan alat bor beton merk Ecker (Gambar 3(a)) hingga mencapai lapisan atas tanah timbunan pada kedalaman yang bervariasi sebagaimana disajikan pada Tabel 1.
(2) Pembuatan 4 buah lubang untuk pemasangan dynabolt sedalam 20 cm dari permukaan perkerasan (Gambar 3(b)).
(3) Pemasangan alat penetrometer sondir pada lokasi uji.
(4) Pemasangan filter pada konus dan menghubungkan peralatan CPTU ke computer interface box
menggunakan kabel transmisi.
(5) Menghubungkan computer interface box dengan laptop dan menginisiasi software CPTest versi Depth synchronizer
Friction reducer Piezocone
Control switch Computer interface box
Junction box Cable to junction box Cable transmission
3.10.
(6) Melakukan kalibrasi konus pada kondisi tanpa beban (free air calibration) untuk mendapatkan nilai awal dari setiap sensor (Gambar 3(c)).
(7) Melakukan penetrasi CPTU per 1 meter dengan kecepatan pengambilan data CPTU antara 1,5 – 2,4 cm/detik (Gambar 3(d)) hingga mencapai kedalaman 15 m atau lapisan tanah keras (qc
maksimum = 15 MPa).
(8) Mengolah data CPTU dengan menggunakan software CPTask versi 1.40 untuk mendapatkan profil tahanan konus (qc), hambatan setempat (fs), tekanan air-pori (u), kepadatan relstif (Dr) dan kuat geser tak teralirkan (Su). Klasifikasi kepadatan relatif lapisan tanah didapatkan dengan menggunakan metode Lambe & Whitman (1969), sementara klasifikasi kuat geser Su
menggunakan metode Lunne et al (1985).
Tabel 1. Kedalaman lubang bor (predrilled hole) di setiap lokasi pengujian CPTU.
Lokasi Pengujian KM 17+600 A Bahu luar KM 19+600 B Lajur lambat KM 19+600 A Bahu luar
Kedalaman lubang bor (m) -0,45 -1,02 -1,00
Gambar 3. Tahapan pelaksanaan pengujian CPTU : (a) pemboran lapisan perkerasan, (b) pemboran lubang untuk dynabolt, (c) kalibrasi konus, dan (d) penetrasi dan pengambilan data CPTU.
(a) (b)
HASIL DAN PEMBAHASAN
Lokasi KM 19+600 B (lajur lambat)
Gambar 4 menyajikan profil tekanan konus (qc), hambatan setempat (fs), dan tekanan air-pori (u2), pada lokasi uji ini hingga kedalaman 10 m. Berdasarkan profil qc, lapisan tanah timbunan mencapai kedalaman -5,0 m dari perkerasan jalan. Lapisan tanah timbunan mempunyai nilai qc berkisar 5 MPa dan nilai fs berkisar 0,1 – 0,2 MPa hingga kedalaman -3,0 m. Sementara itu, profil tekanan air-pori (u2) pada tanah timbunan menunjukkan kondisi tidak jenuh air (tekanan air-pori negatif) hingga kedalaman -3,75 m. Tekanan air-pori positif muncul pada kedalaman antara -3,75 dan -4,25 m, dan pada kedalaman antara -5,5 m dan -6,25 m, yang menunjukkan kondisi lapisan tanah tidak padat yang jenuh air.
Gambar 4. Profil tekanan konus (qc), hambatan setempat (fs) dan tekanan air-pori (u2) untuk lokasi KM 19+600 B pada lajur lambat.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
0
5 10 15 20 25 30
Ke da lama n (m)Tekanan konus,
qc
(MPa)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
-0,2 -0,1 0
0,1 0,2 0,3
K e da la ma n (m)Tekanan air-pori, u2 (MPa)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
Ke da lama n (m)Berdasarkan data tekanan konus (qc) maka diperoleh profil kepadatan relatif (Dr) dan keuat geser tak teralirkan (Su) untuk setiap jenis lapisan tanah di lokasi ini, sebagaimana disajikan pada Gambar 5. Berdasarkan profil Dr, lapisan tanah timbunan dengan kepadatan lepas hingga medium (Dr < 60%) berada hingga kedalaman -5,0 m. Sementara itu, lapisan tanah asli mulai dari kedalaman -5,0 m, tersusun oleh tanah lempung dengan nilai kuat geser Su < 40 kPa, yang mengindikasikan lapisan lempung lunak hingga teguh. Lapisan tanah asli padat hingga sangat padat terdapat mulai dari kedalaman -9,5 m.
Gambar 5. Profil tekanan konus (qc), kepadatan relatif (Dr) dan kuat geser tak teralirkan (Su) untuk lokasi lokasi KM 19+600 B pada lajur lambat.
Lokasi KM 17+600 A (bahu luar)
Gambar 6 menyajikan profil tekanan konus (qc), hambatan setempat (fs) dan tekanan air-pori (u2) hingga kedalaman 14,5 m. Berdasarkan grafik qc dan fs, lapisan tanah timbunan mencapai kedalaman -5,0 m dari elevasi perkerasan. Lapisan tanah timbunan mempunyai nilai qc dan fs yang bervariasi. Pada kedalaman 1,5 hingga -3,15 m, nilai qc <2 MPa dan nilai fs berkisar antara 0,2 dan
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
0
5 10 15 20 25 30
Ke da lama n (m)Tekanan konus,
qc
(MPa)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
0
20
40
60
80 100
K e da la ma n (m)Kepadatan relatif, Dr (%)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
0
200
400
600
800
K e da la ma n (m)0,4 MPa. Gambar 6 juga memperlihatkan bahwa profil tekanan air-pori (u2) memperlihatkan lapisan tanah tanah timbunan di bawah perkerasan mempunyai nilai tekanan air-pori positif hingga kedalaman -5,0 m. Tekanan air-pori mencapai 0,5 MPa pada kedalaman -0,75 m. Dengan demikian, lapisan tanah timbunan dalam kondisi jenuh air.
Gambar 6. Profil tekanan konus (qc), hambatan setempat (fs) dan tekanan air-pori (u2) untuk lokasi KM
17+600 A pada bahu luar.
Gambar 7 memperlihatkan profil tahanan konus (qc), kepadatan relatif (Dr) dan kuat geser tak teralirkan (Su). Berdasarkan gambar tersebut, terdapat lapisan tanah timbunan dengan kepadatan medium hingga kedalaman -2,0 m di bawah perkerasan, yang diikuti oleh lapisan lempung teguh hingga sangat teguh dengan nilai Su antara 40 dan 120 kPa hingga kedalaman -4,0 m. Pada kedalaman antara -4,0 dan -6,0 m, terdapat lapisan tanah dengan kepadatan lunak. Sementara itu, lapisan tanah asli (kedalaman > -6,0 m terdiri dari lapisan tanah lunak hingga teguh.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
0
4
8
12 16 20
Ke da lama n (m)Tekanan konus,
qc
(MPa)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
Ke da lama n (m)Hambatan setempat,
fs
(MPa)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
K e da la ma n (m)Gambar 7. Profil tekanan konus (qc), kepadatan relatif (Dr) dan kuat geser tak teralirkan (Su) untuk lokasi KM 17+600 A pada bahu luar.
KM 19+600 A (bahu luar)
Profil tekanan konus (qc), hambatan setempat (fs) tekanan air-pori (u2), dan prilaku jenis tanah pada lokasi ini disajikan pada Gambar 8. Berdasarkan profil qc, lapisan tanah timbunan mencapai kedalaman -6,0 m dari perkerasan. Lapisan tanah timbunan hingga kedalaman -4,0 m mempunyai nilai qc berkisar 2 MPa dan nilai fs berkisar 0,05 MPa, dengan sisipan lapisan tanah yang mempunyai nilai qc > 5 MPa dan fs > 0,1 MPa pada kedalaman antara -1,5 m dan -1,75 m dan antara -3,6 m dan 3.8 m. Pada kedalaman antara -4,0 m dan -6,0 m, nilai qc dan fs lapisan tanah timbunan meningkat. Sementara itu, profil tekanan air-pori (u2) pada tanah timbunan memperlihatkan tekanan air-pori positif dengan nilai berkisar 0,01 MPa, yang mengindikasi kondisi lapisan tanah yang jenuh air.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
0
4
8
12 16 20
Ke da lama n (m)Tekanan konus,
qc
(MPa)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
0
20 40 60 80 100
K e da la ma n (m)Kepadatan relatif, Dr (%)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
0
200 400 600 800
K e da la ma n (m)Gambar 8. Profil tekanan konus (qc), hambatan setempat (fs) dan tekanan air-pori (u2) di lokasi KM 19+600 A pada bahu luar.
Gambar 9 memperlihatkan profil tahanan konus (qc), kepadatan relatif (Dr) dan kuat geser tak teralirkan (Su). Berdasarkan gambar tersebut, terdapat lapisan tanah timbunan dengan kepadatan medium hingga kedalaman -2,0 m di bawah perkerasan, yang diikuti oleh lapisan tanah dengan kepadatan lepas hingga kedalaman -3,5 m. Pada kedalaman antara –3,50 dan -6,0 m, terdapat lapisan tanah dengan kepadatan lepas hingga medium (Dr <70%).
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
0
4
8
12 16 20
Ke da lama n (m)Tekanan konus,
qc
(MPa)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
Ke da lama n (m)Hambatan setempat,
fs
(MPa)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
-0,1
0
0,1
0,2
0,3
K e da la ma n (m)Gambar 9. Profil tekanan konus (qc), kepadatan relatif (Dr) dan kuat geser tak teralirkan (Su) untuk lokasi KM 19+600 A pada bahu luar.
KESIMPULAN
Metode CPTU dapat mengidentifikasi kondisi kepadatan dan kejenuhan lapisan tanah timbunan di bawah badan jalan. Berdasarkan hasil pengujian CPTU di setiap lokasi pengujian, maka permasalahan penurunan perkerasan terasosiasi oleh kondisi tanah timbunan yang tidak padat dan kondisi jenuh air di beberapa kedalaman di bawah perkerasan. Dengan demikian, hasil pengujian CPTU ini menegaskan pentingnya pemilihan material tanah timbunan dan pelaksanaan proses penimbunan yang tepat dalam konstruksi badan jalan untuk mencegah penurunan badan jalan. Selain itu, konstruksi badan jalan timbunan perlu dilengkapi dengan sistem drainase bawah permukaan untuk mencegah pembentukan kondisi kejenuhan pada lapisan tanah timbunan di bawah perkerasan jalan.\
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
0
4
8
12
16
20
Ke da lama n (m)Tekanan konus,
qc
(MPa)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
0
20 40 60 80 100
K e da la ma n (m)Kepadatan relatif, Dr (%)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
0
200
400
600
800
K e da la ma n (m)UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada PT. Trans Marga Jateng yang telah memberikan izin untuk menggunakan data hasil pengujian Piezocone/ CPTU di ruas jalan tol Semarang-Bawen, Jawa Tengah. Ucapan terima kasih juga disampaikan kepada Ka. Puslit Geoteknologi yang telah memberikan dukungan dalam pelaksanaan kegiatan ini. Pengambilan data CPTU ini tidak mungkin terlaksana tanpa bantuan dari para teknisi Laboratorium Geomekanika-Puslit Geoteknologi.
DAFTAR PUSTAKA
Arroyo, M., Mateos, M. T., 2006. Embankment Design with DMT and CPTU : Prediction and Performance, Proc. the 2nd International Flat Dilatometer Conference, Washington D.C, April 2-5, 2006.
Bernardzyck Z., 2004. Landslide Investigation by Static Sounding with Pore -Water Pressure Measurement (CPTU), Ground Penetrating Radar and Other Chosen Methods, Polish Geological Institute Special Paper 15 (2004): 19-28
Camp, W. M., Goldberg, A. D., Bellamy D. L., 2010. Forensic Evaluation of an Embankment on Soft Ground Using CPT, Proc. the 2nd International Simposium on Cone Penetration Test, Huntington Beach, California, May 9-10, 2010.
Lambe, T. W., 1951. Soil Testing for Engineers, John Wiley and Sons, New York, USA. Lambe, T. W., Whitnan, R. V,. 1969. Soil Mehanics. New York: Wiley. 553 p.
Lunne, T., Christoffersen, H. P., and Telja, T. I., 1985. Engineering Use of Piezocone Data in North Sea Clay, Proc. 11th ICSMGE, Vol. 2, San Fransisco, Balkema, Rotterdam, 907 -912.
