Penggunaan Kombinasi Replacement, Shear Key Dan Timbunan Sebagai Salah Satu Alternatif Perbaikan Tanah Ekspansif Untuk Jalan Raya
Rafie Pradipta 1 , Mila Kusuma W 2
1 Program Studi Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi AdhiTama Surabaya 2 Program Studi Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi AdhiTama Surabaya
Email: 1 rafiepradipta7@gmail.com , 2 milakusuma@itats.ac.id

## Abstract
The construction of highway construction on expansive soil in the post-construction period needs to be reviewed for the condition of the soil improvement methods used. STA 86 +399 - STA 86 +400 suffered damage in the post-construction period. The soil repair method used when damaged is by adding a Shear-key to the foot of the pile. The use of the Shear - Key complements the previous soil improvement method where there is a Replacement as deep as 1.5 m with Dumps. The function of the Shear  - Key is expected to be a moisture barrier so that the condition of the subgrade can be maintained its water content. Shear - Key is construction under embankment feet with dimensions of 1.5 m high and 4 m wide with compacted fine sand material. In STA 86 + 399 - STA 86 + 400 an analysis of the three improvement methods will be performed. From the results of modeling using Seep / W shows that the amount of seepage that occurs in the presence of a small Shear  - Key is 6x10-6 - 1x10-5 m / sec compared without shear - key of 0.5-1 m / sec. Whereas in the condition of stability analysis with the Shear-Key which experienced a slight change in the safety number, the magnitude of the landslide field and the depth of the landslide. The effect of changes in groundwater level on the stability analysis using the Shear-Key when MAT is tried at depths> 1.0 m, the value of the  security  number  drops  to  ±  4%  compared  without  using  the  Shear-key.  the  change  in  safety numbers that occur is still considered safe because of the SF value> 1.5 with the use of a combination of repair replacement, embankment, Shear - Key during the Construction .
Keywords: expansive soil, replacement, embankment, shear – key, Seep/W

## Abstrak
Pembangunan konstruksi jalan raya diatas tanah ekspansif pada masa pasca konstruksi perlu ditinjau kembali kondisi metode perbaikan tanah yang digunakan. STA 86 +399 – STA 86 +400 mengalami kerusakan  pada  masa  pasca  konstruksi.  Metode  perbaikan  tanah  yang  digunakan  pada  saat mengalami kerusakan yaitu dengan menambahkan Shear – Key di kaki timbunan. Penggunaan Shear – Key ini melengkapi metode perbaikan tanah sebelumnya dimana ada Replacement sedalam 1,5 m dengan Timbunan. Fungsi dari Shear – Key diharapkan  dapat menjadi moisture barrier sehingga kondisi tanah dasar dapat terjaga kadar airnya. Shear - Key adalah pembuatan kaki di bawah kaki timbunan dengan dimensi tinggi 1,5 m dan lebar 4 m dengan material pasir halus yang dipadatkan. Pada STA 86+399 – STA 86+400 akan dilakukan analisis dari ketiga metode perbaikan. Dari hasil pemodelan  menggunakan  Seep/W  menunjukkan  bahwa  besarnya  rembesan  yang  terjadi  dengan adanya Shear – Key kecil yaitu 6x10 -6 – 1x10 -5 m/det dibandingkan tanpa Shear – Key sebesar 0.5 – 1 m/det . Sedangkan pada kondisi analisis stabilitas dengan adanya Shear – Key yang mengalami sedikit  perubahan  pada  angka  keamanan,  besarnya  bidang  longsor  dan  kedalaman  kelongsoran. Pengaruh perubahan  muka  air  tanah  pada  analisis  stabilitas  menggunakan Shear  –Key bila  MAT dicoba  pada  kedalaman    >  1,0  m  nilai  angka  kemanan  turun  hingga  ±  4%  dibandingkan  tanpa menggunakan Shear  – Key . Perubahan angka kemananan yang terjadi masih dikategorikan aman karena nilai SF > 1.5 dengan penggunaan kombinasi perbaikan replacement, timbunan dan Shear – Key pada masa Konstruksi.
Kata Kunci: tanah ekspansif, replacement, timbunan, shear – key, Seep-W

## 1. Pendahuluan
Tanah  ekspansif  adalah  tanah  yang  mempunyai  sensitifitas  tinggi  terhadap  air,  sehingga mengakibatkan tanah akan mudah mengembang dan menyusut [1]. Kandungan mineral Montmorillonite pada tanah ekpansif adalah penyebab dimana tanah memiliki kemampuan kembang susut [2]. Sehingga masalah  untuk  semua  konstruksi  yang  dibangun  diatas  tanah  ekspansif  adalah  perubahaan  kadar  air akibat  dari  kemampuan  menyerap  dan  mengeluarkan air.  Pada  konstruksi  jalan  raya  kerusakan  yang sering muncul adalah retakan, pengangkatan tanah, penurunan tanah dan longsoran.
Jalan Tol Solo Mantingan – Ngawi pada STA 86 +399 – STA 86+400  mengalami kerusakan di badan jalan pasca konstruksi. Penyebab runtuhnya badan jalan diakibatkan karena jenis tanah pada subgrade merupakan  tanah  ekspansif  dengan  nilai  rata-rata  IP  54,5%  berdasarkan  uji  Laboratorium. Selain uji laboratorium diperoleh data tanah yaitu NSPT dimana ketebalan tanah eksspansif adalah 9 m dengan tinggi timbunan yang direncanakan adalah 2.5 m.  Metode perbaikan yang dilakukan pada saat konstruksi adalah metode replacement dan timbunan. Kedalaman Replacement yang digunakan pada konstruksi  adalah  1,5  m.    Sehingga  pada  pasca  kontruksi  karena  terjadi  kerusakan  maka  metode perbaikan  yang  dilakukan  yang  dapat  dilakukan  adalah  membuat  suatu  konstruksi  tambahkan  yaitu dengan penggunaan Shear – key .
Penggunaan metode  perbaikan  tanah menggunakan  Replacement  yaitu  dengan mengganti  ke tanah yang lebih baik dapat diaplikasikan pada tanah ekspansif. Metode replacement yang dilakukan pada permukaan tanah ekspansif adalah salah satu metode yang dapat diaplikasikan, namun lebih baik jika  dapat  mengidentifikasi active  zone terlebih  dahulu  sebelum  melakukan  metode  tersebut  [3]. Kedalaman tanah yang akan diganti minimal 1,0 m. Namun pada tanah ekspansif yang tebal metode replacement perlu dipertimbangkan dari segi ketebalan dan sisi ekonomis. Material replacement perlu dipertimbangkan karena berat dari  tanah pengganti ini setidaknya mampu untuk menahan beban serta menahan gaya angkat tanah eskpansif dibawah tanah pengganti[4].
Shear-key memiliki  fungsi  sebagai moisture  barrier atau  menstabilkan  kadar  air  pada  tanah ekspansif dan menjaga pergerakan dari tanah replacement yang diakibatkan oleh beban  timbunan dan beban lalu lintas, sedangkan bentuk dari shear-key seperti parit yang  memiliki fungsi sebagai saluran drainase. Material dalam metode shear-key menggunakan tanah pasir halus yang dipadatkan, dimensi perencanaan yaitu tinggi 1,5 m dan lebar 4 m.
Pada  perencanaan  metode  perbaikan  tanah  dengan  timbunan  diperlukan  beberapa  tahapan analisa  yaitu  meliputi  besarnya  penurunan  akibat  tanah  timbunan  dan  nilai  stabilitas  timbunan  [5]. Metode  Irisan  merupakan  metode  yang  popular  dalam  kesetimbangan  lereng  tipe  transasional. Perhitungan faktor keamanan harus dilakukan pada sejumlah bidang runtuh sehingga diperoleh suatu bidang  runtuh  kritis.  Bidang  runtuh  kritis  adalah  bidang  runtuh yang menghasilkan  faktor  keamanan terkecil.  Penentuan  bidang  runtuh  kritis  dapat  dilakukan  dengan  cara  coba-coba  atau  menggunakan metode optimasi[6].
Slope/W 2012  merupakan  menu  dari  program  Geo  Studio  yang  berfungsi  untuk  menghitung angka keamanan dan kemiringan. Slope/W dapat menganalisis masalah baik secara sederhana maupun kompleks  dengan menggunakan salah satu  dari  delapan  metode  kesetimbangan batas  untuk berbagai permukaan miring, kondisi tekanan air[7].
Seep/W adalah  juga  merupakan  salah  satu  produk  aplikasi  finite  elemen  program  GeoStudio yang  dapat  digunakan  menganalisis  masalah  rembesan  serta  tekanan  air  pori.  Pada  dasarnya  semua masalah  yang  berhubungan  dengan  air  tanah  dapat  diselesaikan  menggunakan  Seep/W  [8].  Seep/W adalah program yang dapat digunakan untuk memodelkan cukup efektif tingkat rembesan dan tekanan preatic permukaan, dengan kondisi tanah dasar yang seragam dan tidak seragam[9]. Dalam pemodelan dapat dikondisikan seperti kondisi aliran, kondisi batas (boundary condition) untuk mengetahui bentuk arah rembesan, volume air dan fungsi konduktivitas.
Pada  ruas  jalan  Tol  di  STA  86+399  ini  akan  dilakukan  analisis  penggunaan  kombinasi  dari replacement, timbunan serta Shear – key sebagai salah satu alternatif perbaikan tanah ekspansif. Proses pembangunan Shear – Key di kaki timbunan perlu dicek analisis stabilitas yang ditinjau adalah angka keamanan, kedalaman dan panjang potensi kelongsoran dibandingkan tanpa Shear – Key . Sedangkan pada konstruksi penggunaan Shear – key akan dianalisis besarnya rembesan yang terjadi di dalam tanah
Pradipta, Penggunaan Kombinasi Replacement, Shear – Key Dan Timbunan Sebagai Salah Satu Alternative Perbaikan…….51
menggunakan  program  bantu  Seep/W.  Nilai  rembesan  yang  dianalisis  meliputi  kecepatan  rembesan, tekanan air pori dan tinggi total yang dimana dapat menganalisis arah rembesan yang terjadi didalam tanah. Sehingga dalam penggunaan ketiga alternative perbaikan tanah pada STA 86+399 – STA 86+400 dapat mengurangi terjadinya kerusakan akibat kondisi tanah dasar dan pembebanan.

## 2. Metode
Metode yang digunakan dalam analisis penggunaan kombinasi replacement, Shear – Key dan timbunan adalah sebagai berikut :
1. Analisis  parameter  data  tanah  pada  STA  86  +  399  –  STA  86+400  serta  pengujian Laboratorium  pada  tanah Shear  -  Key meliputi komponen  yang  digunakan  untuk  analisa stabilitas dan analisis rembesan.
2. Menganalisis  besarnya  rembesan  yang  terjadi  pada  tanah  dasar  dengan  Konstruksi  shear key dan penggunaan replacement. Apabila kondisi rembesan pada kosntruksi Shear – key
3. Menganalisis  stabilitas  yang  terjadi  di  tanah  dasar  dengan  kondisi  tanpa Shear- Key dan menggunakan Shear-  Key .  Kondisi  stabilitas  yang  digunakan  adalah  dengan  tanah  dasar dengan replacement. Pada analisis ini juga termasuk dengan mencoba ketinggian muka air Tanah karena akan berpengaruh dalam analisa rembesan.

## 3. Hasil dan Pembahasan

## Analisis Data Tanah
Data  tanah  yang  digunakan  adalah  hasil  penyelidikan  NSPT  sedalam  16.50  m  dimana  tanah ekspansif yang diperoleh adalah tanah dengan konsistensi very soft to medium stiff . Nilai NSPT tanah medium  yang  diperoleh  adalah  sampai  pada  kedalaman  9  m  dengan  nilai  NSPT  13.  Penyelidikan laboratorium yang menunjukkan besarnya tegangan overbudden yang terjadi sebesar 3.69 t/m 2 . Tanah material Shear – key dilakukan pengujian laboratorium sebanyak 2 sampel tanah dengan kondisi undisturbed ,  guna  memperoleh  parameter  sifat  fisik,  kekuatan  geser  serta  nilai  koefisien rembesan. Berdasarkan  yang dilakukan material tanah Shear – key diperoleh jenis tanah pasir dengan karakteristik tanah yaitu wc 26,5%, γt 1.79 t/m 3 , ϕ 48.24°, Cu 0,1705 kg/cm 2 ,  dan nilai rembesan 1,1 x 10 -3 cm/detik.

## Analisis Rembesan setelah menggunakan Shear – Key dengan Program Bantu Seep/W
Pemodelan yang dilakukan menggunakan Seep/W menggunakan parameter awal adalah seperti pada Gambar 1. Boundary Condition pada Seep/W digunakan untuk menentukan area yang boleh terjadi rembesan atau tidak terjadi rembesan. Area yang terjadi rembesan ditandai dengan warna biru sedangkan area  yang  tidak  terjadi  rembesan  ditandai  dengan  warna  merah.  Pada  lapisan  tanah  asli  dibawah Replacement dianggap mempunyai potensi mengalami rembesan akibat dari genangan air Pada Shear - Key. Apabila dari pemodelan dimensi awal Shear – Key memenuhi beberapa kriteria sebagai moisture barrier maka tidak dilakukan perubahan dimensi serta analisis dilanjutkan pada analisis stabilitas akibat perubahan bentuk konstruksi di kaki timbunan.
Data yang dimasukkan kedalam program Seep/W adalah nilai saturated xconductivity , VWC, dan  Mv. Saturated  xconductivity adalah  nilai  koefisien  rembesan  dalam  keadaan  jenuh,  sedangkan fungsi VWC menyatakan perbedaan kadar air yang bertambah atau hilang akibat curah hujan. Dalam analisis ini digunakan metode steady state tidak terjadi airan di sebelah kiri dan kanan  Karena  dalam kasus ini tidak terdapat data cuah hujan sehingga pemodelan ini menggunakan metode steady state yang berarti  tidak  ada  perubahan  tekanan  air  pori  terhadap  waktu  maka  nilai  VWC  diabaikan.  Tinggi timbunan 2,5 m, kemiringan lereng 19°, kedalaman tanah lunak 9 m dan tanah replacement sedalam 1,5 m serta kondisi MAT pada ketinggian 0 m.
(a) Kondisi dengan Shear – key
(b) Kondisi tanpa Shear – Key

## Gambar 2 Output Dari Pemodelan Menggunakan Seep/W
Gambar  2  menunjukkan  bahwa  rembesan  yang  besar  terjadi  di  area Shear  –  key masih menunjukkan warna biru tua dengan nilai mencapai 6x10 -6 – 1x10 -5 m/det yang menunjukkan terjadi aliran  air  namun  kecil  .  Nilai  rembesan  yang  diperoleh  tersebut  mampu    mampu  memperkecil  nilai kecepatan  aliran  rembesan  sebesar  ±  99%  dibanding  kondisi  tanpa Shear  –  key .  Kondisi  ini  juga dipengaruhi oleh  material Shear-Key merupakan pasir yang dipadatkan sehingga air akan sulit meresap ke dalam tanah.
Arah aliran rembesan terjadi akibat dari perbedaan tinggi energi total ( total head ), bukan karena perbedaan tekanan air pori. Arah rembesan ditentukan dari nilai tinggi energi total yang besar ke yang kecil.  Dengan  adanya  rembesan  itu  maka  akan  mempengaruhi  tekanan  air  pori  kemudian  akan mempengaruhi tegangan efektif dan kekuatan geser tanah [10]. Gambar 3 menunjukkan dimana pada kondisi dengan Shear – Key di tanah dasar tekanan air pori yang terjadi sebesar 0 kPa, dibandingkan tanpa Shear – Key terjadi tekanan air pori yang menunjukkan besar nilai rembesan terjadi di tanah dasar.
Gambar 3 Output Tekanan air pori dan Total Head  Menggunakan Seep/W
Pradipta, Penggunaan Kombinasi Replacement, Shear – Key Dan Timbunan Sebagai Salah Satu Alternative Perbaikan…….53
Analisis Stabilitas Timbunan Dengan Replacement Pada Kondisi Dengan Dan Tanpa Shear – Key
Shear-key yang terletak disebelah kaki timbunan menyebabkan perubahan material dan bentuk pada  tanah  dasar,  sehingga  dengan  perubahan  material  tersebut  perlu  dianalisis  stabilitas  timbunan. Analisis stabilitas juga dilakukan untuk menghitung nilai angka keamanan dengan Shear-Key dan tanpa Shear-Key .  Metode  analisis  stabilitas  yang  digunakan  adalah  dengan  menggunakan  Bishop.  Dalam metode ini, pengaruh gaya-gaya pada sisi tepi tiap irisan diperhitungkan [11]. Persamaan faktor aman pada Bishop membutuhkan cara coba-coba, karena nilai faktor aman (F) terdapat di kedua sisi. selain itu  dari  metode  analisis  kesetimbangan  batas  pada  timbunan,  penggunaan  metode  Bishop  dianggap mendekati kondisi real di lapangan [12].  Hasil analisis stabilitas menggunakan pengaruh muka air tanah dicoba – coba dalam 3 kondisi yaitu pada kedalaman 0 m, 1.5 m dan 3.0 m. Tabel 1 menunjukkan hasil analisis  stabilitas  mulai  dari  angka  keamanan,  Kedalaman  longsor,  panjang  longsor,  radius, momen resistance, serta driven moment.
Tabel 1 Hasil Analisis Stabilitas Pada Timbunan Dengan Replacement
Kondisi Kondisi MAT nilai SF H longsor Llongsor radius Mr Md m m m kN-m kN-m Tanpa Shear Key MAT 0.0 m 3.489 3.02 5.33 8.39 5023.17 1435.92 MAT 1.5 m 4.736 5.11 4.01 10.13 8147.83 1720.56 MAT 3.0 m 5.166 3.3 3.02 8.39 5406.15 1046.46 Shear - Key MAT 0.0 m 3.488 3.02 4.2 7.25 3454 990.28 MAT 1.5 m 4.544 3.02 4.19 7.25 4929.93 1084.93 MAT 3.0 m 4.981 3.45 3.02 8.42 5660.2 1136.32
Berdasarkan  Tabel  1  menujukkan  bahwa  dengan Shear-  key di  kaki  lereng  timbunan  maka angka  keamanan  (SF)  timbunan  lebih  kecil    dibandingkan  dengan  yang  tidak  memakai Shear-Key. Meskipun nilai angka keamanan berbeda namun ketinggian atau panjang kelongsoran yang diperoleh hampir  sama  pada  kondisi  muka  air  yang  sama.  Kondisi  yang  menujukkan  perbedaan  adalah  ketika MAT 1.5 m pada kondisi Tanpa Shear – Key bentuk kedalaman kelongsoran lebih dalam namun panjang kelongsoran lebih pendek dibandingkan menggunakan Shear – Key .
Pada kondisi MAT 1,5 m  nilai SF menggunakan Shear – Key 4,544 <  4,736 kondisi Tanpa Shear – Key. Perbedaan ini disebabkan karena adanya pengupasan pada sebelah kaki timbunan yang difungsikan  sebagai  saluran  sehingga  mengurangi  momen  penahan  terhadap  timbunan.  Ketinggian muka air tanah sedikit berpengaruh terhadap nilai angka keamanan timbunan, dimana bila MAT > 1.0 m maka nilai angka keamanan turun menjadi ± 4% dari kondisi tanpa Shear – Key .

## 4. Kesimpulan
Berdasarkan analisis dari pemodelan dapat diperoleh kesimpulan sebagai berikut :
1. Material tanah pada shear – key berdasarkan uji laboratorium adalah tanah pasir diperoleh dari nilai rembesan sebesar 1,1 x 10 -3 cm/detik.
2. Nilai  koefesien  rembesan  yang  terjadi  bila  dibandingkan  tanpa  penggunaan Shear  –  Key menunjukkan besarnya 6x10 -6 – 1x10 -5 m/det yang menunjukkan terjadi aliran air namun kecil . Nilai tersebut mendukung besarnya tekanan air pori dibawah Shear – Key dimana nilainya adalah sebesar 0 kPa yang berarti besarnya aliran air tidak menimbulkan tegangan air pori.
3. Penggunaan Shear – key di kaki timbunan hanya sedikit  mempengaruhi perubahan nilai SF, kondisi ini karena adanya sedikit gangguan struktur di kaki timbunan. Bila dicoba – coba dengan kondisi

## 54 Jurnal Teknik Sipil, Vol 1, No 1, Mei 2020: 49-54
MAT berbeda, analisis stabilitas pada timbunan dengan Shear – key menghasilkan nilai SF yang berubah ± 4% menurun bila dibandingkan bila tanpa Shear – ke dengan MAT > 1,0 m.

## Referensi
[1]  Sudjianto,  A.T.,  "Tanah  Ekspansif  karakteristik  dan  Pengukuran  Perubahan  Volume",  Yogyakarta,  Graha Ilmu.
[2]  Chen,  F.  H..  "Foundations  on  Expansive  Soils",  Development  in  Geotechnical  Engineering  54,    Elsevier Science Publishers B. V, 1988.
[3]  International Building Code (IBC) 2006 & International Residential Code (IRC), 2006.
[4]  Pd  T-11-2004-B,  "Penanganan  Tanah  Ekspansif  dengan  Geomembran  sebagai  Penghalang  Kelembaban Vertikal", Departemen Permukiman dan Prasarana Wilayah, 2004.
[5]  Mochtar,  I.  B.,  "Teknologi  Perbaikan  Tanah  dan  Alternatif  Perencanaan  pada  Tanah    Bermasalah (Problematic  Soils)",  Penerbit  Jurusan  Teknik  Sipil  FTSP-ITS, Surabaya, 2000.
[6]  Mardianto  Effendi,  "Analisis  Stabilitas  Lereng  Menggunakan  Software  Geostudio  Slope/W  2012 Berdasarkan  Metode  Bishop  Di  Desa  Cisarua,  Kabupaten  Bogor",    Departemen  Teknik  Sipil  dan Lingkungan, Fakultas Teknologi Pertanian InstitutPertanian Bogor , Bogor, 2016.
[7]  Abramson, L.W., Lee, T.S., Sharma, S., and Boyce, G.M.. "Slope Stability and Stabilization Methods,  John Wiley & Sons Inc, 1996.
[8]  Firaah,  "Pemodelan  Numerik  Flownet  Lubang  Pori  Untuk  Tanah  Pasir  Berlempung  dengan  Software Geostudio Seep/W",  Universitas Hasanuddin, Makasar, 2015.
[9]  Babar and Arshad, "Comparison of Seep/W simulation with field observations seepage analysis through an Earthen Dam (Case Study : Hub Dam - Pakistan)", International Journal of Research (IJR)., Vol -1, Issue -7, ISSN 2348 - 6848, 2014.
[10]  Wesley, Laurance D. "Mekanika Tanah untuk Tanah Endapan dan Residu."ANDI OFFSET, 2012
[11]  Das, Braja M., "Mekanika Tanah (Prinsip-Prinsip Rekayasa Geoteknis) Jilid 1"Jakarta: Erlangga, 1998.
[12]  Hardiyatmo, Hary Christady., "Mekanika Tanah 2 Edisi 6", Gadjah Mada University Press,2018.