## Analisis Perilaku Timbunan Tanah Pasir Menggunakan Uji Model Fisik

## FADI MUHAMMAD AKMAL, YUKI ACHMAD YAKIN
Jurusan Teknik Sipil, Institut Teknologi Nasional, Bandung e-mail: fadimuhammada@gmail.com

## ABSTRAK
Ilmu teknik pada dasarnya berhubungan dengan pemodelan untuk mencari solusi dari permasalahan yang nyata. Pemodelan dapat berupa model fisik atau model numerik. Pemodelan yang dilakukan pada studi ini adalah model fisik, yaitu model fisik  timbunan  menerus  dengan  material  tanah  pasir.  Analisis  yang  dilakukan bertujuan untuk mengetahui besarnya penurunan timbunan tanah pasir setelah diberi beban yang dimodelkan di laboraturium dengan material tanah yang sama tetapi kondisi pemadatannya berbeda. Tingkat kepadatan tanah yang didapatkan dan dimodelkan ada tiga yaitu, sangat lepas, sangat lepas sampai lepas, dan lepas. Penurunan umumnya terjadi pada tanah dengan kondisi kepadatan sangat lepas hingga lepas. Hasil penurunan dari pemodelan ini kemudian dibandingkan dengan metode  numerik  dan  analitik.  Penurunan  yang  didapat  dari  pemodelan  empirik untuk pemodelan pertama dengan kepadatan sangat lepas adalah 1,2 cm, kedua model timbunan dengan kepadatan sangat lepas sampai lepas sebesar 0,75 cm, dan model timbunan ketiga dengan kepadatan lepas sebesar 0,45 cm.
Kata  kunci :  timbunan,  tanah  non-kohesif,  penurunan,  pemodelan  geoteknik, model fisik: skala kecil.

## ABSTRACT
Engineering is fundamentally concerned with modelling  to find solutions of real problems. Modelling could be a physical model or numerical model. A model that had been analysed in this study was physical model of continuous embankment with sand as the material. The purpose of this analysis was to find the settlement of  sand  embankment  after  the  embankment  loaded  through  modelling  in laboratory with same material but in different condition of compaction. The kinds of soil density that were modelling were, very loose, very loose-to-loose, and loose. Settlement commonly happened on very loose through loose density condition. The result from physical modelling were compare with numerical and analytical method. The settlement of the first modelling with very loose density was 1.2 cm, the second modelling with very loose-to-loose density was 0.75 cm, and the third modelling with loose density was 0.45 cm.
Keywords: embankment, non-cohessive soil, settlement, geotechnical modelling, physical models: small scale.

## 1. PENDAHULUAN
Pemodelan dan rekayasa sering dilakukan di dalam dunia teknik. Salah satu pemodelan yang mudah dilakukan adalah pemodelan fisik skala kecil. Pemodelan fisik adalah kegiatan untuk melakukan  penelitian  terhadap  suatu  elemen  dengan  aspek  tertentu  dengan menyederhanakan suatu bentuk dari wujud aslinya untuk mendapatkan informasi mengenai perilaku atau respon terhadap gaya-gaya yang bekerja. Pemodelan fisik dari sistem geoteknik dapat menghasilkan data untuk validasi dengan pendekatan terhadap pemodelan analitis dan dengan demikian dapat memberikan dasar perhitungan dari model fisik ke prototipe. Dalam suatu  pemodelan  harus  disertakan  parameter-parameter  yang  dibutuhkan  yang  dijadikan parameter utama dalam pemodelan supaya hasil dan efeknya dapat diketahui.
Pada tugas akhir ini akan dilakukan analisis penurunan timbunan tanah pasir dengan uji model fisik.  Penurunan  yang  dianalisis  adalah  penurunan  seketika  pada  timbunan  tanah  pasir tersebut. Dalam penelitian ini dilakukan tiga kali pemodelan timbunan dengan sampel pasir yang sama, namun dengan kondisi yang berbeda.
Manfaat dari penelitian ini, yaitu dapat memberikan wawasan mengenai penurunan timbunan menggunakan tanah pasir akibat adanya beban yang diuji melalui model fisik. Selain itu, dapat dijadikan acuan untuk pengembangan penelitian lebih lanjut mengenai analisis tanah lainnya dengan pengujian model fisik.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA

## 2.1 Tanah Pasir
Tanah pasir merupakan tanah yang terbentuk dari batuan beku serta batuan sedimen yang memiliki butir kasar. Pasir merupakan jenis tanah non-cohessive dan bertekstur kasar, yang dicirikan  adanya  ruang  pori  besar  diantara  butir-butirnya  (Craig,  R.  F.,  1991).  Kondisi  ini menyebabkan tanah menjadi bersifat lepas dan gembur. Berdasarkan ukuran butirannya, jenis tanah yang digolongkan pasir adalah tanah yang lolos ayakan No. 4 (4,75 mm) dan tertahan pada  ayakan  No.  200  (0,075  mm)  menurut  standar  USCS  (Das,  B.  M.,  1994).  Tanah  pasir memiliki nilai sudut geser seperti pada Tabel 1 .
Tabel 1. Nilai Sudut Geser Tanah Pasir dan Hubungannya dengan Kepadatan, dan N-SPT.
Nilai N Kepadatan Relatif Sudut Geser Dalam/ ∅ ( ° ) Peck Meyerhoff 0-4 Sangat Lepas 0,0-0,2 < 28,5 < 30 4-10 Lepas 0,2-0,4 28,5-30 30-35 10-30 Sedang 0,4-0,6 30-36 35-40 30-50 Padat 0,6-0,8 36-41 40-45 > 50 Sangat Padat 0,8-1,0 > 41 > 45 ( Sumber: Sosrodarsono Suyono, 1983)

## 2.2 Timbunan
Timbunan  adalah  pembebanan  awal  pada  lapisan  tanah  yang  berfungsi  untuk  mereduksi penurunan  yang  akan  terjadi  dan  juga  dapat  meningkatkan  daya  dukung  tanah  tersebut.
𝐷𝛾 = 𝑒 𝑚𝑎𝑥 − 𝑒 𝑒 𝑚𝑎𝑥 − 𝑒 𝑚𝑖𝑛
Timbunan yang diberi beban di atasnya juga akan mengalami penurunan. Apabila timbunan diberi perkuatan, maka akan mengurangi penurunan yang terjadi.

## 2.3 Penurunan Seketika pada Tanah Pasir
Permeabilitas pasir yang begitu tinggi sehingga tekanan pori yang dihasilkan akan menghilang seketika pada saat beban diberikan. Dengan kata lain, keadaan ini adalah keadaan terdrainasi. Penurunan  seketika  diakibatkan  dari  deformasi  elastis  tanah  kering,  basah,  dan  jenuh  air, tanpa  adanya  perubahan  kadar  air.  Penurunan  seketika  biasanya  terjadi  selama  proses konstruksi berlangsung.
Penurunan seketika merupakan bagian utama dari penurunan, walaupun mungkin masih ada yang berjalan perlahan-lahan, yaitu penurunan jangka panjang. Penurunan jangka panjang ini biasanya kecil dibandingkan dengan penurunan seketika. Penurunan ini terjadi dalam waktu yang  sangat  singkat  saat  dibebani  secara  cepat.  Perhitungan  penurunan  dapat  dihitung dengan Persamaan 1 .
S i = ∆σ B 1- μ s ² E s I p … (1)
dimana:
S i = penurunan seketika (m), ∆σ = beban timbunan (kN/m 2 ), E s = modulus elastisitas tanah (kN m 2 ), μ s = poisson’s ratio, B = lebar atau diameter beban,
I p = non-dimensional influence factor.
Tabel 2. Influence Factors for Foundations Shape 𝑚 1 𝐼 𝑝 Flexible Rigid Center Corner Circle - 1 0,64 0,79
Rec tan gu lar 1 1,12 0,56 0,88 1,5 1,36 0,68 1,07 2 1,53 0,77 1,21 3 1,78 0,89 1,42 5 2,1 1,05 1,7 10 2,54 1,27 2,1 20 2,99 1,49 2,46 50 3,57 1,8 3 100 4,01 2 3,43 ( Sumber : H.F. Winterkorn, et.al., 1975 dalam Ishibashi, 2015) dimana:
𝑚 1 = 𝐿 𝐵 (panjang beban dibagi dengan lebar beban yang bekerja)

## 2.4 Model Fisik
Model  adalah  tiruan  sebuah  sistem  yang  disusun  untuk  mempelajari  karakteristik  sistem nyatanya  (Wood,  D.  M.,  1990).  Oleh  karena  tiruan,  maka  karakteristik  sistem  yang
digambarkan  dalam  model  biasanya  tidak  menyeluruh,  melainkan  disesuaikan  dengan kebutuhan tujuan studi. Dengan demikian, model memiliki sejumlah asumsi yang berkaitan dengan proses/struktur sistem maupun input/output dalam sistem.
Keuntungan  dari  pemodelan  di  laboraturium  dengan  skala  kecil  adalah  memiliki  kontrol sepenuhnya terhadap segala detail dan aspek pada model, dapat memilih jenis tanah yang akan  diuji  dengan  data  pendukung  untuk  menggolongkan  perilaku  mekanis  tanah  tersebut (Wood, D. M., 2004). Selain itu, dapat menentukan batasan-batasan dan kondisi pembebanan pada model, sehingga kita mengetahui jelas bagaimana beban itu diaplikasikan dan bagaimana pengaruhnya.

## 3. ANALISIS DATA

## 3.1 Metode Penelitian
Prosedur analisis yang dilakukan untuk pemodelan timbunan tanah pasir yang akan dianalisis dengan uji model fisik ini terdapat pada Gambar 1 .
Penelitian ini dimulai dari persiapan material tanah pasir kemudian tanah tersebut disaring dan digunakan sebagai material utama model timbunan. Pasir yang digunakan adalah pasir dengan gradasi seragam. Setelah itu dilakukan beberapa pengujian untuk mendapatkan beberapa data parameter tanah yang dalam penelitian ini hanya dilakuan pengujian kadar air, berat isi, dan berat  jenis.  Kemudian  tahap  selanjutnya  membuat  model  fisik  bak  uji  dan  timbunan, dilanjutkan dengan pembebanan terhadap model timbunan dan analisis penurunan. Tahapan selanjutnya melakukan back analysis dengan metode numerik menggunakan program PLAXIS 2D dan metode analitik.

## 3.2 Persiapan Material
Tanah yang akan digunakan adalah tanah berbutir pasir, sebelum pengujian dilakukan, maka diperlukan uji analisa saringan untuk mendapatkan jenis tanah yang kita inginkan. Tujuan dari analisa saringan adalah menentukan distribusi butiran suatu contoh tanah. Proses uji analisa saringan ini dilakukan  berdasarkan standar ASTM D 421.

## 3.3 Index Properties
Pengujian index properties tanah yang dilakukan pada tugas akhir ini hanya kadar air, berat isi, dan berat jenis tanah. Data yang didapat dari pengujian ini digunakan sebagai verifikasi. Hasil pengujian index properties sebagai berikut:

## Tabel 3. Hasil Pengujian
Index Properties Index Properties Kadar Air 11,9 % Berat Jenis 2,67 gr/cm³ Berat Isi 1,63 gr/cm³

## 3.4 Hasil Pengujian Direct Shear
Dari  pengujian direct shear  diperoleh nilai kepadatan tanah pasir dan berat isi tanah yang kemudian  dijadikan  sebagai  acuan  pemodelan  timbunan.  Hasil  dari  pengujian direct  shear dapat dilihat pada Tabel 4 .
Analisis Perilaku Timbunan Tanah Pasir Menggunakan Uji Model Fisik
Tabel 4. Hasil Uji Direct Shear Pengujian ∅(°) 𝛾 (gr/cm³) Pertama 26,5 1,236 Kedua 29 1,413 Ketiga 32 1,475
MULAI PENGUJIAN INDEX PROPERTIES TANAH DATA PARAMETER TANAH : 1. KADAR AIR 2. BERAT ISI 3. BERAT JENIS PEMBUATAN MODEL FISIK BAK UJI PEMADATAN MODEL FISIK TIMBUNAN UJI PEMBEBANAN PENGAMATAN ANALISIS SELESAI BACK ANALYSIS PERSIAPAN MATERIAL UJI DIRECT SHEAR Gambar 1. Bagan alir pemodelan fisik timbunan tanah pasir

## 3.5 Pemodelan Timbunan
Model  timbunan  yang  dibuat  adalah  timbunan  menerus  dengan  ketinggian  25  cm.  Model timbunan dibuat di dalam bak uji berbentuk kubus yang berukuran 60 cm x 60 cm x 60 cm. sketsa pemodelan dapat dilihat pada Gambar 2 sampai Gambar 4 .
Gambar 2. Sketsa model fisik
Gambar 3. Sketsa model fisik setelah ada timbunan
Gambar 4. Sketsa model fisik dengan pembebanan pada timbunan
60 cm 6 0 c m 25 cm Tripleks Timbunan Beban

## Analisis Perilaku Timbunan Tanah Pasir Menggunakan Uji Model Fisik

## 3.6 Uji Pembebanan
Pembebanan dilakukan secara bertahap dengan pola yang sama untuk semua jenis kepadatan tanah  yang  berbeda.  Pembebanan  dilakukan  sebanyak  empat  kali  dengan  menggunakan kubus beton berukuran 15 cm x 15 cm x 15 cm dengan berat yang hampir seragam. Beban diletakkan di tengah timbunan dan menempel dengan sisi depan bak uji agar mudah diamati, kemudian beban selanjutnya diletakan di atas beban yang pertama dan seterusnya sampai pembebanan yang keempat.

## 3.7 Analisis Penurunan yang Terjadi pada Timbunan
Penurunan  yang  didapat  untuk  pemodelan  pertama  adalah  1,2  cm,  model  timbunan  yang kedua  sebesar  0,75  cm,  dan  model  timbunan  ketiga  sebesar  0,45  cm  dari  empat  tahap pembebanan yang telah dilakukan.
Gambar 5. Hasil penurunan pada model timbunan pertama
Gambar 6. Hasil penurunan pada model timbunan kedua

## Gambar 7. Hasil penurunan pada model timbunan ketiga
Dari hasil pengujian direct shear dan penurunan yang terjadi, model timbunan pertama dapat dikategorikan sebagai tanah dengan tingkat kepadatan sangat lepas ( very loose), model yang kedua adalah ( very loose to loose), dan model ketiga adalah lepas (loose). Karena nilai sudut gesernya  berada  pada  batas  minimum  antara loose  dan  very  loose,  nilai  berat  isinya  dan penurunannya  tidak  berbeda  jauh  dengan  model  ketiga,  maka  model  yang  kedua dikategorikan very loose to loose.

## 3.8 Back Analysis
Back analysis merupakan tahap analisis ulang dengan menggunakan program dan perhitungan analitik. Hasil dari kedua metode ini memiliki perbedaan, namun perbedaannya tidak begitu signifikan.

## 3.8.1 Metode Numerik
Penurunan yang dianalisis dalam metode ini menggunakan program numerik  berbasis finite element method, yaitu PLAXIS 2D. Pada metode numerik ini nilai modulus berasal dari hasil analisis empirik dan Poisson’s Ratio adalah asumsi. Hasil dari back analysis pada metode ini untuk setiap pengujiannya dapat dilihat pada Tabel 5 , Gambar 8 sampai Gambar 10 , dan hasil cross section penurunan dapat dilihat pada Gambar 11 .
Tabel 5. Hasil Back Analysis dengan Metode Numerik Pengujian Parameter Pertama Kedua Ketiga ∅ (°) 26,5 29 32 ∆𝜎 (kN/m 2 ) 13,84 13,84 13,84 μ 0,35 0,3 0,3 E (kN/m 2 ) 288,32 461,3 768,84 H (m) 0,25 0,25 0,25 ∆H (m) 6,4 x 10 -3 4,4 x 10 -3 2,6 x 10 -3
Gambar 8. Hasil back analysis untuk model timbunan pertama
Gambar 9. Hasil back analysis untuk model timbunan kedua
Gambar 10. Hasil back analysis untuk model timbunan ketiga
(a) (b)
(c)
Gambar 11. Cross section hasil penurunan metode numerik (a) pengujian pertama,
(b) pengujian kedua, dan (c) pengujian ketiga
16 18 20 22 24 26 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 P en u ru n an ( cm ) Titik Tinjau (cm) Pengujian I
16 18 20 22 24 26 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 P en u ru n an ( cm ) Titik Tinjau (cm) Pengujian III 16 18 20 22 24 26 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 P en u ru n an ( cm ) Titik Tinjau (cm) Pengujian II

## 3.8.2 Metode Analitik
Pada metode ini perhitungan penurunan menggunakan rumus. Rumus yang digunakan pada metode  ini  ada  pada Persamaan  1 .  Material  beban  yang  digunakan  berupa  beton  kubus dengan panjang dan lebar 0,15 m, luas alas yang terkena beban sebesar 0,0225 m 2 dan total beban  seberat  31,14  kg  yang  dijadikan  sebagai  data  untuk  perhitungan.  Hasil  perhitungan metode analitik untuk tiap kepadatan dapat dilihat pada Tabel 6 .
Tabel 6. Hasil Back Analysis dengan Metode Analitik Pengujian Parameter Pertama Kedua Ketiga m 1 1 1 1 ∆σ (kN/m 2 ) 0,3114 0,3114 0,3114 B m 0,15 0,15 0,15 μ 0,35 0,3 0,3 E (kN/m 2 ) 288,32 461,3 768,84 I p 0,88 0,88 0,88 S i m 5,6 x 10 -3 3,6 x 10 -3 2,2 x 10 -3

## 4. KESIMPULAN
1. Penurunan maksimum yang terjadi pada model timbunan yang pertama adalah 1,2 cm, model timbunan kedua sebesar 0,75 cm, dan model yang ketiga sebesar 0,45 cm.
2. Kepadatan  tanah  yang  didapatkan  berdasarkan  hasil  pengujian  untuk  model  timbunan yang pertama adalah very loose, dan untuk model timbunan yang kedua adalah very loose to loose karena nilai sudut gesernya yang berada di batas minimum antara very loose dan loose,  dan  ketiga  adalah  loose.  Hal  ini  dikarenakan  pasir  yang  digunakan  adalah  pasir dengan gradasi buruk, sehingga pasir sulit untuk dipadatkan. Selain itu, pada umumnya penurunan terjadi pada kondisi kepadatan tanah very loose dan loose.
3. Semakin tanah itu padat, maka penurunan yang terjadi akan semakin kecil karena pori antar butiran tanahnya semakin kecil akibat dari pemadatan. Sehingga butiran tanah tidak memiliki ruang untuk berpindah.
4. Pada pengujian ketiga, kepadatan tanah dikatakan loose karena hasil penurunan dan berat isinya tidak berbeda jauh dengan model timbunan pada pengujian yang kedua walaupun nilai sudut gesernya dapat dikategorikan sebagai tanah dengan kepadatan medium.
5. Hasil back analysis dengan menggunakan metode numerik dan analitik tidak berbeda jauh, namun kedua hasil tersebut sedikit berbeda dengan hasil analisis empirik. Hal ini mungkin dikarenakan adanya faktor skala pemodelan pada tahapan prakonstruksi dan konstruksi model fisik.

## 5. DAFTAR RUJUKAN
Craig, R. F. (1991). Mekanika Tanah Edisi Keempat. Jakarta: Erlangga. Das,  B.  M.  (1994).  Mekanika  Tanah  (Prinsip-Prinsip  Rekayasa  Geoteknik)  Jilid  1.  Jakarta: Erlangga.
Suyono, S. (1983). Mekanika Tanah & Teknik Pondasi. Jakarta: Pradnya Paramita.
Ishibashi,  I.  &  Hazarika,  H.  (2015).  Soil  Mechanics  Fundamentals  and  Applications  Second Edition. Florida: CRC Press.
Wood, D. M. (1990). Soil Behaviour and Critical State Soil Mechanics. New York: Cambridge University Press.
Wood, D. M. (2004). Geotechnical Modelling. New York: Spoon Press.