desain konstruksi jalan usahatani

24
4 HASIL DAN PEMBAHASAN
Karakteristik Tanah Bahan Timbunan
1. Berat Jenis Partikel Tanah (Gs)
Pengujian Berat Jenis Partikel Tanah Gs (Spesific Gravity) dari tanah bahan
timbunan hasilnya disajikan dalam Tabel 7, dan perhitungan secara lengkapnya
dapat dilihat pada Lampiran 1.
Tabel 7 Nilai berat jenis partikel tanah,Gs
Kedalaman (cm)
Nilai Berat Jenis Partikel Tanah, Gs (Spesific Gravity)
0 – 25
25 – 55
55 – 110
2,66
2,73
2,81
Nilai Berat Jenis Partikel Tanah, Gs (Spesific Gravity) rata-rata
2,73
Nilai Berat jenis partikel tanah dari tiga kedalaman yang ditinjau dan diuji
nilainya berbeda, ini disebabkan komposisi kandungan tanah setiap kedalaman
cenderung berbeda.
2. Ukuran Butir Tanah
Pada Gambar 13 diperlihatkan Kurva distribusi partikel contoh tanah pada
kedalaman 0 – 25 cm.
100
90
80
% Lolos
70
60
50
40
30
20
10
0
0,0001
0,0010
0,0100
0,1000
1,0000
D (mm)
Analisa Ayak
Analisa Hidrometer
Gambar 13 Kurva distribusi partikel contoh tanah pada kedalaman
tanah 0 – 25 cm
Pada Gambar 14 diperlihatkan Kurva distribusi partikel contoh tanah pada
kedalaman 25- 55 cm.
25
100
90
80
% Lolos
70
60
50
40
30
20
10
0
0,0001
0,0010
0,0100
0,1000
1,0000
D (mm)
Analisa Ayak
Analisa Hidrometer
Gambar 14 Kurva distribusi partikel contoh tanah pada kedalaman
tanah 25 – 55 cm
Pada Gambar 15 diperlihatkan Kurva distribusi partikel contoh tanah pada
kedalaman 55-110 cm.
100
90
80
% Lolos
70
60
50
40
30
20
10
0
0,0001
0,0010
0,0100
0,1000
1,0000
D (mm)
Analisa Ayak
Analisa Hidrometer
Gambar 15 Kurva distribusi partikel contoh tanah pada kedalaman
tanah 5 – 110 cm
Dari Gambar 13, Gambar 14 dan Gambar 15 diperoleh nilai-nilai koefisien
keseragaman dan koefisien gradasi (Tabel 8).
Tabel 8 Koefisien keseragaman dan koefisien gradasi
Kedalaman (cm)
Ukuran maksimum dari sampel 10%, d10 (mm)
Ukuran maksimum dari sampel 30%, d30 (mm)
Ukuran maksimum dari sampel 60%, d60 (mm)
Koefisien keseragaman, Cu=d60/d10
Koefisien gradasi, Cc=(d30)2/(d60*d10)
Katagori tanah
0-25
0.0014
0.005
0.02
14.3
0.89
25-55
0.003
0.007
0.03
10.0
0.54
Bergradasi baik
55-110
0.001
0.005
0.03
30.0
0.83
26
Mengenai perincian perhitungan ukuran butir tanah
Lampiran 2.
dapat dilihat pada
3. Konsistensi Tanah/ Batas Cair dan Batas Plastis
Konsistensi / batas cair dan batas plastis dari kedalaman tanah 0-25 cm, 2555 cm dan 55-110 cm disajikan dalam Tabel 9. Perhitungan konsistensi tanah
secara lengkap dapat dilihat pada Lampiran 3 dan pada Lampiran 4 ditampilkan
grafik batas cairnya.
Tabel 9 Konsistensi / batas cair dan batas plastis
Kadar Air
Batas Cair (%), LL
Batas Plastis (%), PL
Indek Plastik (%), IP
Kedalaman (cm)
25 - 55
72,95
44,73
28,22
0 - 25
78,85
50,23
28,62
55 - 110
78,71
42,76
35,95
Nilai konsistensi tanah pada Tabel 9 kemudian dimasukkan dalam Grafik
plastisitas untuk klasifikasi tanah (Das, 1994) (Lampiran 5). Hasilnya
menunjukkan bahwa tanah untuk subgrade termasuk pada klasifikasi A-7-5 yaitu
kelompok jenis tanah lanau dan lempung.
4. Kompaksi / Pemadatan Tanah
Gambar 16 memperlihatkan kurva uji kompaksi pada kedalaman tanah
0 – 25 cm. Sumbu tegak merupakan nilai berat isi kering (ρd dan ρd(ZAV)) dalam
t/m3, sedangkan sumbu mendatar merupakan nilai kadar air dalam %.
Berat Isi Kering (t/m3)
1,60
1,40
1,20
1,00
Berat isi kering
0,80
Berat isi kering
ZAV
0,60
0,40
0,20
0,00
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
Kadar Air (%)
Gambar 16 Kurva uji kompaksi pada kedalaman tanah 0-25 cm
Gambar 17 memperlihatkan kurva uji kompaksi pada kedalaman tanah
25 – 55 cm. Sumbu tegak merupakan nilai berat isi kering (ρd dan ρd(ZAV)) dalam
t/m3, sedangkan sumbu mendatar merupakan nilai kadar air dalam %.
27
Berat Isi Kering (t/m3)
2,00
1,80
1,60
1,40
1,20
1,00
0,80
0,60
0,40
0,20
0,00
0,00
Berat isi kering
Berat isi kering
ZAV
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
Kadar Air (%)
Gambar 17 Kurva uji kompaksi pada kedalaman tanah 25-55 cm
Gambar 18 memperlihatkan kurva uji kompaksi pada kedalaman tanah
55 – 110 cm. Sumbu tegak merupakan nilai berat isi kering (ρd dan ρd(ZAV)) dalam
t/m3, sedangkan sumbu mendatar merupakan nilai kadar air dalam %.
Berat Isi Kering (t/m3)
1,80
1,60
1,40
1,20
Berat isi kering
1,00
0,80
Berat isi kering
ZAV
0,60
0,40
0,20
0,00
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
Kadar Air (%)
Gambar 18 Kurva uji kompaksi pada kedalaman tanah 55-110 cm
Berdasarkan perhitungan uji kompaksi pada kedalaman tanah 0-25 cm, 2555 cm dan 55-110 cm diperoleh kadar air optimum masing-masing 38.38%,
37.30% dan 37.61% dengan berat isi kering (ρd) masing-masing 1.24 t/m3, 1.29
t/m3, dan 1.30 t/m3. Dapat dikatakan bahwa semakin dalam tanah yang diuji, maka
nilai berat isi kering (ρd) semakin besar.Perhitungan kompaksi secara lengkap
dapat dilihat pada Lampiran 6.
5. CBR (California Bearing Ratio) Rendaman
Pengambilan contoh tanah untuk pengujian ini pada kedalaman 0 – 110 cm.
Pada Lampiran 7 diperlihatkan langkah kerja pengujian CBR rendaman. Nilai
CBR rendaman yang diperoleh adalah 5.7%. CBR rendaman (soaked) yang
28
dilakukan di laboratorium adalah kondisi yang sering dialami di lapangan. Dalam
perhitungan konstruksi bangunan yang dipergunakan sebagai dasar perhitungan
adalah nilai CBR rendaman, karena dalam kenyataannya air selalu mempengaruhi
konstruksi bangunan 6. Pipa PVC
Gambar 19 diperlihatkan hasil pengujian tekan PVC pada kondisi elastis.
Pada saat beban dihilangkan maka bentuk dari benda uji akan kembali ke bentuk
semula. Pada Lampiran 8 diperlihatkan langkah pengujian pipa PVC.
160
y = 597,5x - 93,083
Beban Tekan (kgf)
140
120
Beban tekan maksimum
rata-rata (kgf)
100
80
Linear (Beban tekan
maksimum rata-rata (kgf))
60
40
20
0
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
Panjang Pipa (m )
Gambar 19 Hubungan panjang pipa dengan beban tekan maksimum
Pada Gambar 19 terlihat persamaan garis yang dihasilkan dari percobaan
kuat tekan pipa PVC. Dari tiga buah pipa yang sama diameternya tetapi
panjangnya berbeda diperoleh persamaan hubungan panjang pipa dengan beban
maksimum pada kondisi elastis, yaitu seperti di bawah ini.
y = 597.5x – 93.083............................................................................................ (34)
dimana :
y = beban maksimum, (kgf)
x = panjang pipa yang diuji, (m)
Untuk mengetahui kekuatan tekan maksimum pada pipa sepanjang x = 1
m, maka kekuatan pipa adalah y = 597.5 * 1 – 93.083 ≈ 504 kg/m.
Perkerasan dengan Metode Tanpa Bahan Pengikat
Dalam perhitungan konstruksi bangunan nilai California Bearing Rasio
(CBR) rendaman dipergunakan sebagai dasar perhitungan, karena dalam
kenyataannya air selalu mempengaruhi konstruksi bangunan. Nilai hasil CBR
rendaman dari bahan tanah timbunan sebesar 5.7 %.
Dalam desain konstruksi jalan usahatani di petakan tersier lahan sawah ini
nilai nilai CBR rendaman di atas dijadikan sebagai CBR desain pada perhitungan
tebal perkerasan jalan usahatani dengan metoda tanpa bahan pengikat. Dalam
29
desain jalan usahatani kepadatan lalu-lintas ditetapkan sebagai lalu-lintas jarang.
Rumus yang dipakai untuk menghitung ketebalan perkerasan jalan adalah
persamaan 17. Pada kriteria pemilihan desain jalan usahatani di petakan tersier
telah ditetapkan spesifikasi kendaraan atau alat angkut yang mempunyai beban
total (P) sebesar 900 kg. Untuk beban P rencana sebesar 1 ton, maka hasil
perhitungan tebal perkerasan jalan usahatani (h) adalah 7 cm.
Dimensi Potongan Melintang Jalan Usahatani yg Terintegrasi dgn Saluran
Tersier Lahan Sawah
1. Lebar Atas Prototipe Jalan Usahatani
Dalam pembuatan dimensi prototipe jalan usahatani di petakan tersier,
kriteria lebar potongan melintang jalan mengacu kepada spesifikasi kendaraan
yang akan melewati jalan usahatani, yaitu :
1) Lebar maksimum kendaraan yaitu 110 cm atau 1.10 m.
2) Jarak dua sisi terhadap lebar kendaraan, yang ditetapkan masing-masing
45 cm atau 0.45 m.
Maka lebar potongan melintang jalan bagian atas adalah 1.10 m ditambah 2 x
0.45 m yaitu 2 m. Alasan penentuan lebar atas jalan tersebut adalah untuk
menghemat lahan dan biaya pembuatan prototipe jalan usahatani.
2. Tinggi Prototipe Jalan Usahatani
Dalam menetapkan dimensi tinggi prototipe jalan usahatani mengacu pada
lahan yang ada. Tinggi jalan adalah 0.70 m, tetapi total penimbunan adalah 0.90
m karena diperlukan 0.20 m penggalian untuk membuang tanah yang lembek.
3. Kemiringan Prototipe Jalan Usahatani
Setelah nilai konsistensi tanah digambarkan dalam grafik plastisitas untuk
klasifikasi tanah (Das, 1994), maka disimpulkan tanah untuk subgrade termasuk
pada klasifikasi A-7-5 yaitu kelompok jenis tanah lanau dan lempung. Untuk
tinggi lereng < 5 m maka kemiringan standar lereng (panduan geoteknik jalan
halaman IV-6, 2006) adalah 1:1.2, sedangkan menurut kemiringan tipikal lereng
timbunan (Horner, 1988) adalah 1:1.5, untuk jenis tanah lempung. Berdasarkan
kondisi yang ada di lapangan yaitu tinggi lereng jalan usahatani adalah 0.70 m,
maka kemiringan mengacu kepada standar di atas.
4. Pemasangan Pipa PVC pada Jalan Usahatani
Pipa PVC pada pembuatan prototipe jalan usahatani ini dipasang pada
kedalaman 0.5 m di bawah permukaan tanah dasar jalan usahatani.
Desain Prototipe Jalan Usahatani yang Terintegrasi dengan Saluran Tersier
Gambar 20 menggambarkan potongan melintang prototipe jalan usahatani
di petakan tersier lahan sawah. Gambar 21 menggambarkan denah dari prototipe
jalan usahatani di petakan tersier lahan sawah.
30
Gambar 20 Potongan melintang prototipe jalan usahatani di petakan tersier
Gambar 21 Denah prototipe jalan usahatani di petakan tersier
Pembebanan Terhadap Pipa
1. Perhitungan Beban Mati (PM)
Untuk perhitungan masing-masing data diambil dari hasil penelitian. Berat
isi tanah dari hasil penelitian kompaksi yaitu 1.3 ton/ m3 atau 1300 kg/m3.
Diameter pipa PVC yang digunakan 6 inci atau sekitar 15 cm atau 0.15 m. Tinggi
timbunan tanah di atas puncak pipa (H) adalah 50 cm atau 0.50 m, dan ketebalan
perkerasan jalan 7 cm atau 0.07 m. Untuk mempermudah perhitungan tebal
perkerasan jalan dianggap sama berat isinya, sehingga tinggi timbunan menjadi 57
cm atau 0.57 m. Nilai Ke berkisar antara 0.5 – 0.8. Pipa diletakkan pada tanah
teguh, sehingga dalam hal ini diambil nilai Ke sebesar 0.6. Dengan mengacu
kepada rumus 18, maka nilai beban mati (PM) adalah:
PM = 1300 kg/m³ x 0.57 m x 0.15 m x 0.6 ≈ 67 kg/m.
31
2. Perhitungan Beban Hidup (PH)
Untuk perhitungan beban hidup, data ketinggian timbunan di atas pipa (H)
sebesar 57 cm atau 0.57 m. Beban kendaraan dan muatan direncanakan adalah 1
ton atau 1000 kg, jadi beban roda terpusat di permukaan jalan. Bila roda
kendaraan berjumlah 4, maka masing-masing roda mempunyai beban 250 kg.
Untuk mencari nilai Cb dilakukan pengukuran pada Gambar 7, dan hasilnya
ditampilkan pada Tabel 10.
Tabel 10 Hubungan nilai r/H dengan Cb
r/H
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
Cb
0.48
0.28
0.08
0.02
0.01
Tabel 11 memperlihatkan nilai PH yang mengacu kepada rumus 19 yaitu
beban hidup rata-rata lalu-lintas pada tepi atas pipa (kg/m) dengan beberapa nilai
Cb. Nilai PH diambil yang paling maksimum yaitu 369 kg/m, yaitu saat posisi
roda kendaraan tepat di atas posisi pipa PVC. Kondisi ini merupakan posisi yang
paling optimum, pipa menerima beban yang terbesar.
Tabel 11 Perhitungan nilai PH
H
(m)
0.57
0.57
0.57
0.57
0.57
H^2
r/H
0.32
0.32
0.32
0.32
0.32
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
Q
(kg)
250
250
250
250
250
Cb
QxCb
PH
0.48
0.28
0.08
0.02
0.01
120
70
20
5.0
2.5
369
215
62
15
8
3. Perhitungan Beban Kombinasi (Pk)
Beban tekan kombinasi (Pk) adalah beban mati dan beban hidup yang
diterima puncak pipa yang dihitung dengan rumus 20 yaitu :
Pk = Cp (PM + PH)
dimana :
Pk = Beban kombinasi yang bekerja pada pipa
Cp = Koefisien reduksi, untuk struktur kaku Cp = 2 dan untuk struktur
lentur nilai Cp lebih kecil dari 2.
Beban kombinasi Pk ini adalah beban maksimum yang harus diterima oleh
pipa. Dalam hal ini kekuatan tekan pipa harus lebih besar atau sama dengan
kekuatan tekan yang timbul, dan besarnya kekuatan tekan yang timbul adalah
sebesar nilai Pk.
Misalnya nilai Cp = 1.0, maka nilai Pk yang timbul atau yang diijinkan
adalah Pk = 1.0 (67 + 369) ≈ 436 kgf/m.
32
Berdasarkan hasil perhitungan, kekuatan tekan pipa PVC adalah 504 kgf/m
dan beban kombinasi (Pk) yang ditimbulkan oleh beban mati (PM) dan beban
hidup (PH) adalah 436 kgf/m. Maka berarti pipa kuat menahan beban tekan yang
timbul, karena kekuatan tekan pipa (504 kgf/m) > dari kekuatan tekan yang timbul
(436 kgf/m).
Prototipe Subgrade Jalan Usahatani di Petakan Tersier Lahan Sawah
1. Penyediaan Tanah Timbunan untuk Tanah Dasar (subgrade)
Tanah timbunan untuk tanah dasar atau subgrade diperoleh sekitar daerah
percobaan pembuatan prototipe jalan usahatani yang telah diambil contoh
tanahnya. Tanah timbunan untuk tanah dasar jalan usahatani tersebut dapat
dilihat seperti pada Gambar 22.
Gambar 22 Tanah timbunan untuk tanah dasar (subgrade) jalan usahatani
2. Langkah Pembuatan Prototipe Subgrade Jalan Usahatani
1. Persiapan bahan, peralatan dan tenaga kerja.
2. Pembuatan profil melintang jalan dengan penimbunan awal, tebal
penimbunan untuk setiap lapis pemadatan adalah sekitar 20 cm, seperti
terlihat pada Gambar 23.
33
Gambar 23 Pembuatan profil melintang jalan dengan penimbunan awal
3. Koreksi kadar air tanah bahan timbunan di lapangan dengan cara
mengetahui batas plastisnya, yaitu menggulung beberapa bahan tanah
timbunan dengan jari tangan menjadi diameter ±3 mm, dimana pada
diameter tersebut tanah mulai retak. Dari beberapa bahan timbunan yang
ada, sebagian ada yang mencapai batas plastis dan sebagian lagi tidak
mencapai batas plastis. Penyelesaiannya tanah bahan urugan yang
kekurangan kadar airnya ditambah dengan cara disiram sampai mendekati
batas plastis. Pelaksanaan koreksi batas plastis di lapangan seperti terlihat
pada Gambar 24.
Gambar 24 Pelaksanaan koreksi batas plastis di lapangan
4. Selanjutnya yaitu pelaksanaan pemadatan lapis pertama, dimana tebal
setiap lapis tanah timbunan yaitu 20 cm. Alur pemadatan tanah timbunan
yaitu berbentuk seperti spiral yang dimulai dari sisi tanah timbunan
menuju pusat timbunan, dan dari pusat timbunan menuju sisi timbunan,
seperti terlihat pada Gambar 25 dan Gambar 26.
34
Gambar 25 Bentuk alur pemadatan dari sisi menuju pusat
Gambar 26 Bentuk alur pemadatan dari pusat menuju sisi
Mengacu pada pekerjaan tanah dasar pada buku Departemen Pekerjaan
Umum Direktorat Bina Marga No : 003-01/BM/2006 pada halaman 74100 tentang tebal dan jumlah lapisan pemadatan. Untuk tebal tanah
kohesif tebal lapisan berkisar antara 10 sampai 20 cm, sedangkan jumlah
lintasan berkisar antara 4 sampai 8 lintasan. Dalam percobaan pembuatan
prototipe ini pemadatan dilakukan 5 lintasan. Gambar 27 merupakan hasil
dari pemadatan akhir lapisan pertama.
35
Gambar 27 Pemadatan akhir lapis pertama
Pengamatan dalam proses pemadatan pada lapis pertama yaitu dari tebal
tanah timbunan kondisi gembur adalah 20 cm menghasilkan tanah dalam
kondisi padat yaitu rata-rata 12 cm. Hasil pengamatan satu titik pemadatan
tanah adalah 3- 5 tumbukan.
5. Untuk lapis kedua sampai lapis terakhir tahapannya sama dengan urutan
lapis pertama, dimana jumlah lapisan yang dipadatkan adalah 8 lapisan.
Lapisan terakhir hasil pemadatan seperti pada Gambar 28.
Gambar 28 Pemadatan akhir lapis terakhir
6. Setelah lapis terakhir selesai, maka langkah selanjutnya pengambilan data
DCP (Dynamic Cone Penetrometer) sebanyak 2 titik pada lokasi yang
berbeda. Maksud pengambilan data DCP (Dynamic Cone Penetrometer)
yaitu untuk mengetahui nilai CBR (California Bearing Ratio) yang ada di
lapangan, dan data CBR (California Bearing Ratio) yang diperoleh di
lapangan akan dijadikan CBR rencana untuk tebal perkerasan jalan
36
usahatani yang ada di atasnya. Gambar 29 merupakan salah satu contoh
pengambilan data DCP (Dynamic Cone Penetrometer) di satu titik.
Gambar 29 Pengambilan data DCP
7. Langkah berikutnya adalah mengukur dan menggali lokasi untuk
pemasangan pipa PVC diperlihatkan pada Gambar 30.
Gambar 30 Penggalian lokasi pipa PVC
8. Penggalian tanah untuk pipa PVC adalah sedalam 65 cm dari permukaan
tanah bagian atas. Pada Gambar 31 berikut merupakan pipa yang sudah
dipasang dan ditimbun tetapi belum dipadatkan kembali.
37
Gambar 31 Pipa yang sudah terpasang dan ditimbun
9. Setelah pemasangan dan penimbunan pipa selesai, maka permukaan tanah
kembali dilakukan pemadatan agar kondisi tanah mempunyai daya dukung
yang kuat. Proses pemadatan ulang diperlihatkan pada Gambar 32.
Gambar 32 Proses pemadatan ulang tanah setelah pipa terpasang
10. Hasil dari pemadatan ulang setelah pipa terpasang diperlihatkan pada
Gambar 33.
38
Gambar 33 Hasil pemadatan ulang tanah setelah pipa terpasang
Kekuatan Tanah Dasar (Subgrade) Prototipe Jalan Usahatani
Perhitungan pengujian kekuatan tanah dasar (subgrade) prototipe jalan
usahatani menggunakan alat DCP (Dynamic Cone Penetrometer) langkah
perhitungannya dapat dilihat pada Lampiran 9. Pada Tabel 12 disajikan nilai ratarata CBR (California Bearing Ratio) dari tiap bagian kedalaman.
Tabel 12 Nilai rata-rata CBR (California Bearing Ratio) dari tiap bagian
kedalaman.
Lapisan
Bagian A
Bagian B
Bagian C
Kedalaman rata-rata (mm)
0 - 340
340 - 590
590 - 950
Rata-rata CBR tiap kedalaman (%)
7.62
19.67
21.91
Dengan mengacu pada Tabel 12 nilai rata-rata CBR yang diperoleh sebesar
7.62%, 19.67% dan 21.91%, yang lebih besar dari CBR rencana yaitu 5.7%. Hal
ini berarti CBR subgrade memenuhi syarat kekuatan.