TUGAS AKHIR RC

PENGARUH SIKLUS PEMBASAHAN-PENGERINGAN BERULANG TERHADAP PROPERTI DINAMIK TANAH LEMPUNG EKSPANSIF TIDAK JENUH YANG DISTABILISASI

DENGAN FLY ASH MENGGUNAKAN ALAT UJI ELEMEN BENDER

Dosen Pembimbing :

DR. Ir. Ria Asih Aryani Soemitro, M.Eng Ir. Sudjanarko S, M.Eng

Tri Hanindyo Rendy, ST.MT

Penyusun : Tommy NRP 3109 105 003 Rano Adex NRP 3109 105 012 TUGAS AKHIR RC 09.1380

LATAR BELAKANG

Secara geografis Indonesia terletak di daerah tropis, dimana pada musim hujan akan terjadi curah hujan yang tinggi dan pada musim kemarau akan terjadi cuaca yang panas. Perubahan cuaca mengakibatkan terjadinya siklus pembasahan dan pengeringan secara berulang-ulang, sehingga tanah akan mengalami perubahan volume tanah akibat perubahan kadar air. Hal ini menyebabkan perubahan tekanan air pori dan perubahan kekuatan geser. Pada tanah lempung ekspansif, siklus pembasahan dan pengeringan mempunyai peranan besar dalam peristiwa pengembangan dan penyusutan, yang menyebabkan terjadinya penurunan setempat.

PERUMUSAN MASALAH

Bagaimana pengaruh siklus dan jumlah pengulangan siklus pembasahan-pengeringan terhadap nilai properti indeks dan properti dinamik (modulus geser), tekanan air pori negatif pada tanah lempung ekspansif tidak jenuh natural dan yang distabilisasi dengan fly ash pada kondisi awal tanah

1. Tanah lempung ekspansif yang dipakai dalam penelitian ini adalah campuran tanah lempung Citra Raya (Perumahan Citra Raya Barat) dengan Bentonit sehingga didapatkan nilai w_L = 198% (Panjaitan, 2000).

2. Benda uji dibuat dalam kondisi yang dipadatkan statik (disturbed)

sesuai dengan hasil pemadatan Proctor standar (w_i = w_opt) dan

pengujian elemen bender dalam kondisi tidak jenuh.

3. Kadar fly ash sebagai bahan stabilisasi adalah 15%, yaitu berdasarkan

hasil pengujian efektifitas pemakaian kadar fly ash yang dilakukan

oleh peneliti sebelumnya.

4. Pengukuran tekanan air pori negatif (pF) menggunakan kertas filter tipe Whatman no. 42 karena selain sederhana dan cukup akurat, juga

memliki kisaran nilai air pori negatif yang tinggi.

5. Alat yang digunakan untuk menentukan properti dinamik tanah adalah dengan alat uji elemen bender di laboratorium Mekanika Tanah, Jurusan Teknik Sipil, ITS, Surabaya. Benda uji untuk elemen bender berbentuk silinder, berdiameter ± 3,81 cm dan tinggi ± 3,0 cm.

Tujuan utama penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh siklus dan jumlah siklus pembasahan-pengeringan terhadap nilai properti indeks, properti dinamik (modulus geser), tekanan air pori negatif pada tanah lempung ekspansif tidak jenuh natural dan yang distabilisasi dengan fly ash

untuk kondisi tanah yang dipadatkan (w_i = w_opt).

TUJUAN PENELITIAN

Jika dari hasil penelitian ini sesuai dengan yang diharapkan, maka akan memberikan manfaat sebagai berikut:

1. Mengetahui pengaruh siklus pembasahan-pengeringan yang terjadi secara alami pada tanah terhadap kekuatan tanah berdasarkan nilai properti dinamiknya dengan alat uji elemen bender, sehingga dapat diperkirakan kondisi kritis yang terjadi di lapangan.

2. Membuktikan bahwa penambahan fly ash dengan kadar tertentu pada

tanah ekspansif, dapat mempengaruhi sifat-sifat dinamiknya.

1. Persiapan benda uji

Benda uji yang digunakan dalam penelitian ini mengacu pada penelitian yang dilakukan oleh Runi Asmaranto (2001) dan Yus Yudhyantoro (2001). Benda uji diambil dari lokasi di Perumahan Citra Raya (Surabaya Barat).

2. Pengujian sifat fisik tanah - Indeks Konsistensi

a. Kadar air (water content, w_c)

b. Batas cair (liquid limit, l_L)

c. Batas plastik (plastic limit, p_L)

d. Batas susut (shrinkage limit, s_L)

- Distribusi ukuran butiran dan analisa hidrometer - Pengujian berat jenis

3. Pengujian pemadatan (Proctor standar)

Uji pemadatan dengan pengujian proctor standar dilakukan dengan memakai standar uji ASTM D 698-70. Data dari pengujian ini digunakan untuk menggambarkan kurva hubungan antara kepadatan kering dengan kadar air. Berdasarkan kurva pemadatan tersebut, harga kepadatan kering maksimum (maximum dry density, MDD) dan kadar air optimum

(optimum moisture content, OMC) dapat ditentukan. Harga MDD dan

OMC tersebut merupakan kondisi inisial benda uji (w_i = w_opt dan γ_di = γ_dmax) yang akan digunakan dalam pengujian elemen bender dan tegangan air pori negatif.

Tanah Lempung Citraland (TLC) + Bentonite + Air (wl = 198%)

Uji sifat-sifat tanah dan batas-batas konsistensi

TLC + Bentonit + Air + Fly Ash

kadar 0% TLC + Bentonit + Air + Fly Ash kadar 15%

Pemeraman Benda Uji 2 hari

Uji pemadatan dengan Standar Proctor

Perhitungan nilai ϒd maks dan w opt

Nilai ϒd maks dan w opt

untuk TLC + Bentonit + Air + Fly Ash kadar 0%

Nilai ϒd maks dan w opt

untuk TLC + Bentonit + Air + Fly Ash kadar

15%

Dengan

kertas filter Tanpa kertas filter

Pemeraman benda Uji (dicapai kesetimbangan benda uji)

Proses Drying dengan siklus 1x, 2x, 4x, 6x Proses Wetting dengan siklus 1x, 2x, 4x, 6x Gambar A Gambar B

4. Proses Pengeringan-Pembasahan

Proses pengeringan dan pembasahan dilakukan secara bertahap berdasarkan persentase pengurangan kadar air. Persentase pengurangan dan penambahan air ditentukan dari fungsi selisih antara kadar air (w_f) dengan kadar air awal (w_i) atau w_f - w_i. Pada proses pengeringan, benda uji dengan kondisi awal (initial condition) dijenuhkan (inundation) hingga

mencapai kadar air 100%, kemudian dikeringkan dengan tahapan pengurangan air yaitu 25%(w_f – w_i), 50%(w_f – w_i), 75%(w_f – w_i) hingga akhirnya sama atau mendekati kadar air awalnya. Sedangkan pada proses pembasahan, benda uji dengan kondisi inisial dijenuhkan secara bertahap dengan penambahan air 25%(w_f – w_i), 50%(w_f – w_i), 75%(w_f – w_i), hingga mencapai jenuh 100% (inundation). Penelitian ini menggunakan

siklus pengeringan-pembasahan 1x, 2x, 4x dan 6x. Perlakuan tersebut diterapkan pada benda uji yang digunakan untuk pengujian elemen bender dan pengukuran tegangan air pori negatif sehingga jumlah total benda uji pada tahapan ini adalah 156 buah.

5. Pengukuran Tegangan Air Pori Negatif

Nilai tegangan air pori negatif diperoleh dari grafik kolerasi antara kadar air kertas filter tipe whatman no. 42 dengan nilai suction setelah diberikan

kalibrasi yang diberikan pada gambar dibawah ini.

Gambar . Grafik kalibrasi kertas filter (dari : Fredlund dan Rahardjo, 1993)

Setiap benda uji yang akan dilakukan pengukuran tekanan air pori negatif, dipasang dengan 2 (dua) buah kertas filter, berukuran 1,5 x 1,5 cm2. Pada masing-masing kertas filter tipe whatman tersebut dilapisi dengan kertas

filter biasa pada lapisan atas dan bawahnya dengan tujuan untuk menghindari supaya tidak rusak atau kotor.

6. Pengujian Properti Dinamik Tanah

Elemen bender menggunakan prinsip kecepatan gelombang geser (shear wave velocity) untuk memperoleh modulus geser tanah (G). Penjelasan

tentang prosedur kerja dilaboratorium sejak dari cara penyiapan benda uji sampai dengan pengolahan data hasil pengujian, akan disajikan sebagai berikut:

‾ Instalasi Alat Uji dan Kalibrasi

Untuk memperoleh akurasi hasil pengujian dilakukan dengan beberapa kalibrasi, yang pertama adalah kalibrasi terhadap beberapa komponen elektronik, kalibrasi yang kedua dilakukan dengan meng”nol”kan alat, sedangkan kalibrasi yang ketiga dilakukan dengan eksperimen menggunakan media bentonite hasil perumusan Marcuson & Wahls (1972). Hasil yang di peroleh di perlihatkan dalam Gambar di bawah.

Gambar . Kalibrasi Alat dengan Meng”NOL”kan alat (tanpa benda uji)

‾ Alat uji elemen bender terdiri atas beberapa komponen utama, meliputi: sonic delay analyzer module, transmit sensor, receive sensor, dan oscilloscope. Gelombang geser di bangkitkan oleh sonic delay analyzer module yang disalurkan melalui transmit sensor,

kemudian menjalar melalui benda uji yang akan di tangkap oleh

receive sensor di ujung yang lain. Sebuah oscilloscope di

hubungkan pada sonic delay analyzer module untuk membaca

waktu tempuh gelombang geser.

Adapun spesifikasi alat dan masing-masing komponennya adalah sebagai berikut:

• Sensor:

Frekuensi natural : 500 kHz

Mode transmisi : Shear (X dan Y) dan Pressure (Z)

Desain elemen : Triaxial piezzo ceramic

Material casing : Diamagnetic stainless steel

• Transmitter:

HV Pulse : 10 – 250 V internal adjustable

Pulse rate : 25 – 150 Hz continue

• Receiver:

Charge amplifier gain : 0 – 75 dB

Coupling : RC

• Main:

Calibration delay : 0 – 20 µs

Trigger delay : 0 – 100 µs

‾ Prosedur Pengujian Elemen Bender

Proses pengujian parameter dinamik di awali dengan instalasi alat elemen bender dan dilanjutkan dengan kalibrasi alat (pengenolan alat). Skematik dari alat uji bender elemen seperti terlihat pada gambar 3.8. Langkah berikutnya adalah penyiapan benda uji, secara lengkap proses pengujian adalah sebagai berikut:

1. Periksa system alat-alat elektronik, komponen-komponen sonic delay analyzer module, transmit sensor, receive sensor, dan oscilloscope dalam keadaan terpasang sempurna.

2. Hidupkan system alat-alat elektronik tersebut sampai terbaca gelombang geser di layar oscilloscope. Lakukan setting konfigurasi oscilloscope (penge”nol”an) sebelum pembacaan uji elemen bender

dimulai.

3. Benda uji yang telah dikondisikan kemudian diberi vaselin pada kedua ujungnya. Oleskan vaseline setipis-tipisnya pada permukaan tanah sampai permukaan tanah benar-benar rata (tebal ± 1 mm). Hal ini dilakukan untuk menghindari adanya rongga antara alat dan permukaan tanah. Dalam penelitian ini yang digunakan sebagai vaselin adalah bentonite murni sesuai dengan penelitian Mourinho (1995).

4. Letakkan secara perlahan tanah yang akan di uji pada sensor pengirim gelombang geser. Kemudian pasang pada sisi tanah yang lain sensor penerima gelombang. Proses pemasangan dilakukan pada posisi vertikal, apabila benda uji telah berada pada posisi yang benar, letakkan sensor dan benda uji pada meja yang telah di sediakan.

Gambar 3.6 Benda uji yang telah diberi Vaseline pada kedua ujungnya

5. Setelah benda uji diletakkan pada posisi yang benar dan alat telah di setting dengan sempurna, lakukan pengukuran perambatan gelombang geser. Waktu tempuh gelombang geser akan terlihat di monitor pada layar oscilloscope. Dengan

mengetahui waktu tempuh (Δ_t), maka kecepatan rambat gelombang pada benda uji dapat di tentukan, selanjutnya modulus geser (G_maks) dapat dihitung.