PERMASALAHAN DAN ALTERNATIF PENANGANAN PERKERASAN JALAN PADA TANAH EKSPANSIF
Oleh
Dr. Ir. Hary Christady Hardiyatmo, M.Eng, DEA.
Abstrak
Tanah ekspansif sering menimbulkan banyak masalah kerusakan pada perkerasan jalan raya. Perkerasan yang terletak pada tanah dasar ekspansif sering membutuhkan biaya pemeliharaan dan rehabilitasi yang sangat besar sebelum perkerasan mencapai umur rancangannya. Perkerasan jalan, bila dibangun pada tanah-dasar (subgrade) ekspansif, maka kondisi lingkungan yang akan mempengaruhi perubahan kadar air tanah-dasar tersebut harus dievaluasi dan diinterpretasikan terhadap kemungkinan pengaruhnya terhadap kembang susut tanah. Penanganan tanah ekspansif dapat dilakukan dengan berbagai cara, seperti pencampuran tanah dengan kapur, semen atau abu terbang, stabilisasi dengan pemberian bahan tambahan, stuktur penghalang kelembaban (moisture barrier), pengendalian kepadatan dan kadar air dari material tanah-dasar, dan lain-lain. Sistem cakar ayam yang dilengkapi dengan pelat penghalang kelembaban vertikal dapat dipertimbangkan sebagai salah satu penyelesaian guna mengurangi kerusakan perkerasan kaku akibat kembang-susut tanah dasar.
Gambar 7. Sistem Cakar Ayam sebagai perkerasan kaku yang dilengkapi dengan penghalang kelembaban vertikal.
1. Pendahuluan
Tanah Ekspansif (expansive soil) adalah istilah yang digunakan pada material tanah atau batuan yang mempunyai potensi penyusutan atau pengembangan oleh pengaruh perubahan kadar air. Jika tanah mempunyai potensi pengembangan, maka tanah juga mempunyai potensi penyusutan oleh perubahan kadar air tersebut. Jadi, istilah tanah ekspansif dan potensi pengembangan (swelling barrier), umumnya digunakan untuk menunjukkan tanah yang mudah mengalami kembang-susut.
Deformasi oleh akibat pengembangan tanah, umumnya menghasilkan permukaan yang tidak beraturan, dan tekanan pengembangan yang dihasilkan dapat mengakibatkan kerusakan serius pada bangunan gedung ringan dan perkerasan jalan yang berada di atasnya. Deformasi tanah oleh pengembangan ini sulit diprediksi dengan menggunakan teori-teori elastis maupun palstis.
Faktor utama yang perlu diidentifikasi di lapangan terkait dengan pembangunan di atas tanah ekspansif, bila faktor kembang-susut menjadi masalah, adalah:
1) Sifat-sifat kembang susut tanah.
2) Kondisi lingkungan yang menyokong perubahan kadar air tanah di lapangan.
Jika perkerasan jalan dibangun pada tanah-dasar (subgrade) ekspansif, maka kondisi lingkungan yang akan mempengaruhi perubahan kadar air tanah-dasar tersebut harus dievaluasi dan di interprestasikan terhadap kemungkinan pengaruhnya terhadap kembang susut tanah. Pada tanah-dasar dari perkerasan jalan yang ekspansif, kenaikan kadar air akan diikuti oleh gerakan perkerasan ke atas oleh pengembangan tanah.
Adapun sumber air yang dapat mempengaruhi fluktuasi kadar air tanah di bawah perkerasan umumnya berasal dari:
1) Kenaikan muka air tanah.
2) Pecah atau bocornya saluran air bawah tanah. Bocoran sering sudah berlangsung lama tanpa diketahui.
3) Air yang berasal dari air hujan, rembesan air saluran irigasi, penyiraman tanaman dan sebagainya.
4) Migrasi uap air (kelembaban) akibat perbedaan suhu juga dapat mengakibatkan pengembangan tanah .
Tanah ekspansif telah menimbulkan banyak masalah kerusakan pada perkerasan jalan raya. Hal ini, karena perkerasan merupakan struktur yang ringan dan sifat bangunannya meluas. Perkerasan yang terletak pada tanah-dasar ekspansif sering membutuhkan biaya pemeliharaan dan rehabilitasi yang besar sebelum perkerasan mencapai umur rancangannya.
Kerusakan pada perkerasan yang terletak pada lempung ekspansif akan nampak dalam bentuk-bentuk seperti berikut ini:
1) Ketidakrataan permukaan yang signifikan di sepanjang jalan, dengan atau tanpa retak atau kerusakan lain yang dapat di lihat dengan nyata (Gambar 1)
2) Retak memanjang, sejajar dengan sumbu perkerasan jalan (Gambar 2).
3) Deformasi lokal yang signifikan, sebagai contoh di dekat gorong-gorong yang biasanya diikuti dengan retak lateral.
4) Kegagalan lokal perkerasan yang diikuti dengan disintegrasi permukaannya.
Contoh kerusakan jalan di Purwodadi-Surakarta akibat pengembangan tanah-dasar diperlihatkan dalam Gambar-gambar 1 dan 2. Di lokasi ini, akibat kembang-susut tanah-dasar menimbulkan ketidakrataan permukaan dan retak-retak memanjang yang sangat parah, sehingga menggaanggu kenyamanan lalu-lintas.
2. Mekanisme Pengembangan Lempung Ekspansif
Mekanisme pengembangan dalam lempeng ekspansif (expansive clay) sangat komplek dan dipengaruhi oleh banyak faktor. Pengembangan tersebut adalah hasil dari perubahan sistem air dalam tanah yang mengganggu keseimbangan tegangan internalnya. Akibat adanya interaksi antara tanah lempung dengan air, maka tanah akan mengembang atau volumenya bertambah.
Mineral lempung yang menarik air, adalah akibat dari aksi gaya-gaya intermolekuler (elektrostatik, disperse, dan induksi) pada permukaan butiran padat dari butiran tanah dan cairan, mengakibatkan pengurangan energi dipermukaan lempung. Oleh aksi gaya-gaya tersebut, suatu lapisan hidrasi terbentuk di permukaan partikel-partikel. Lapisan hidrasi yang terbentuk cenderung memindahkan partikel-partikel tanah. Pemisahan partikel-partikel di pengaruhi oleh timbulnya “pengaruh desakan” dari lapisan film tipis dibidang kontak antara partikel-partikel tanah. Jadi, pengembangan tanah terkait dengan pembentukan film hidrasi disekitar partikel pemisahaan partikel-partikel dan pengembangan yang dihasilkannya adalah akibat interaksi antara dua fase, yaitu fase padat dan cair. Pemisahan partikel-partikel adalah akibat tekanan desakan yang berkembang saat pembentukan lapisan cairan di permukaan partikel-partikel. Lapisan hidrasi yang terbentuk, bukan hanya oleh akibat aksi ion-ion bebas mineral lempung, tapi juga oleh akibat kation-kation yang dapat bertukar, yang tersebar diseluruh permukaan. Perkembangan yang di sebabkan oleh pembentukan lapisan air di sekitar partikel atau agregat disebut “pengembangan interpartikel” (interparticle swelling) (Sorochan, 1991).
Ketika tanah bertambah kadar airnya, fenomena osmotik dapat terjadi, yang menyebabkan tertariknya molekul-molekul air kearah bahan yang larut. Penambahan volume air dalam rongga pori tanah, diikuti oleh perpindahan partikel secara simultan, sehingga terjadilah pengembangan. Partikel yang berada dipermukaan lempung dan kation-kation yang dapat bertukar berperan dalan proses kejadian pada garis pembagi antara dua fase, dan mendorong berkembangnya gaya-gaya tarik molekul-molekul air. Macam dari kaiton-kaiton yang dapat bertukar, akan menentukan kekuatan ikatan antara kisi-kisi mineral dengan partikel-partikel dasarnya. Substitusi ion sodium terhadap ion-ion yang dapat bertukar lainnya melemahkan ikatan antara partikel-partikel. Oleh akibat hal ini, air dengan mudah terserap ke seluruh permukaan partikel, dan memaksa partikel untuk menjau satu sama lain yang menyebabkan tanah mengembang.
Ekspansi tanah yang terjadi selama berinteraksi dengan air (atau cairan lain) dipengaruhi oleh fenomena primer dan sekunder (Sorachan,1991).
Fenomena primer terdiri dari:
a) Proses penetrasi dan pengikatan air dalam ruang pori antara kelompok-kelompok partikel dalam kisi-kisi kristalin mineral. Kejadian dari fenomena ini secara keseluruhan dipengaruhi struktur kimia Kristal dari kisi-kisi, dan hal ini adalah karakteristik untuk tipe-tipe spesifik dari mineral lempung.
b) Proses pengikatan air yang mengalir pada garis batas pemisah antara fase padat dan cair. Hal ini adalah suatu fenomena permukaan yang terjadi pada permukaan eksternal dari seluruh mineral-mineral lempung saat berinteraksi dengan air.
c) Proses-proses yang terjadi dalam pori-pori yang terisi air(pore fluid) dalam tanah. Hal ini adalah fenomena osmotik yang teramati pada konsentrasi tinggi dari pori-pori yang terisi air, di mana gradien konsentrasi yang signifikan dapat berkembang, ketika tanah terbasahi oleh air.
Fenomena sekunder yang mengikuti fenomena primer, terdiri dari:
a) Hidrasi dari kation-kation yang dapat bertukar, yang memisah selama pembentukan lapisan air serapan pada permukaan partikel.
b) Pengaruh kapiler yang nampak oleh akibat fenomena permukaan molekuler pada bidang pertemuan (interface) antara fase-fase padat dan cair.
3. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Mekanisme Pengembangan
Faktor–faktor yang mempengaruhi mekanisme pengembangan juga mempengaruhi, atau dipengaruhi oleh sifat-sifat fisik tanah, seperti plastisitas atau kepadatan. Faktor-faktor yang mempengaruhi kembang-susut tanah dapat di bagi ke dalam tiga kelompok berbeda:
1) Karakteristik tanah yang mempengaruhi sifat dasar dari medan gaya internal
2) Kondisi lingkungan.
3) Kedudukan tegangan.
3.1 Karakteristik Tanah
Karakteristik tanah dapat ditinjau dari faktor skala-mikro. Maksud dari faktor skala-mikro adalah faktor sifat-sifat mineralogy dan kimia tanah, sedang faktor skala-makro adalah faktor sifat-sifat teknis tanah yang juga dipengaruhi oleh faktor skala-makro.
a. Faktor skala-mikro
Macam dari mineral lempung mempengaruhi potensi pengembangannya oleh pengaruh variasi medan listrik yang ada pada setiap mineral. Kapasitas pengembangan di pengaruhi oleh macam mineral lempung di dalam tanah, susunan dan spesifik partikel lempung dan kandungan kimia air tanah disekitar partikel.
Tiga susunan kelompok mineral lempung yang penting adalah :
1) Kelompok kaolinite yang umumnya tidak ekspansif.
2) Kelompok menyerupai mika (mica-line), seperti illite dan vermiculite yang mungkin dapat ekspansif, tapi umumnya tidak mengakibatkan banyak masalah.
3) Kelompok smectite, termasuk montmorillote, adalah kelompok mineral lempung yang sangat ekspansif dan merupakan mineral lempung yang banyak mengakibatkan masalah.
Kimia air tanah sangat mempengaruhi besarnya potensi pengembangan. Kation-kation garam, seperti sodium, kalsium, magnesium, dan potasim larut dalam air tanah dan terserap pada permukaan partikel lempung sebagai kation-kation yang dapat bertukar untuk mengimbangi muatan permukaan listrik negatif. Hidrasi kation-kation ini dan gaya-gaya serap dari Kristal-kristal lempung sendiri dapat menyebabkan pengumpulan air secara berlebihan di antara partikel-partikel lempung.
b. Faktor skala-makro (plastisitas dan kepadatan)
Sifat-sifat tanah skala-makro mencerminkan sifat-sifat skala-mikro tanah, karena hal ini lebih cocok dipakai dalam praktek-praktek pembangunan daripada skala-mikro. Karakteristik skala-makro digunakan sebagai indikator utama perilaku pengembangan tanah. Umumnya, sifat-sifat tanah seperti plastisitas dan kepadatan dapat memberikan petunjuk penting dalam tinjauan potensi pengembagan tanah.
Konsistensi tanah, seperti yang ditunjukkan dalam uji batas-batas Atterberg sering digunakan sebagai indicator potensi pengembangan tanah. Kebanyakan tanah-tanah ekspansif masih dalam kedudukan plastis pada kisaran kadar air yang lebar (indeks plastisitas, PI tinggi). Kelakuan ini adalah hasil dari kemampuan mineral lempung ekspansif dalam menampung banyak air diantara partikel-partikel, namun masih tetap terjaga sebagai struktur yang menyatu lewat pengaruh gaya-gaya listrik interpartikel. Plastisitas tanah dipengaruhi oleh faktor-faktor skala-mikro yang mengontrol potensi pengembangan, karena itu memberikan indikator berguna pada potensi pengembangan. Medan gaya listrik antara partikel-partikel bergantung pada jarak interpartikel (interparticle spacing). Jadi, berat volume kering dan susunan partikel-partikel akan mempengaruhi potensi pengembangan. Kenaikan kepadatan tanah oleh pemadatan atau pengendapan alami akan mengakibatkan pengembangan yang lebih besar dan tekanan pengembangan lebih tinggi pula (Nelson dan Miller, 1992).
3.2 Kondisi lingkungan
Potensi tanah untuk menarik dan melepas air bergantung pada kadar air relative terhadap kekurangn air di dalam tanah. Kadar air awal tanah sangat mempengaruhi potensi kembang-susut tamah dan kadar air relative terhadap kadar-kadar air dar batas-batas konsistensi, seperti batas plastis dan batas susut sangat penting diketahui.
Perubahan kadar air dibawah batas susutnya, akan menghasilkan sedikit atau tanpa perubahan volume tanah. Ketersediaan air pada profil tanah ekspansif dipengaruhi oleh faktor lingkungan dan faktor perbuatan manusia. Biasanya, bagian atas atau beberapa meter dari permukaan tanah merupakan bagian yang sangat dipengaruhi oleh perubahan kadar air. Selain itu, karena tanah masih dangkal, tekanan overburden juga sangat rendah, sehingga berat sendiri tanah tidak dapat menahan gerakan ke atas. Lapisan tanah dibagian atas ini merupakan bagian yang banyak menimbulkan masalah kembang susut. Zona tanah yang dibagian atas yang dipengaruhi kembang-susut ini disebut zona aktif. Variasi kadar air dalam zona aktif sangat dipengaruhi oleh iklim. Batas-batas perubahan kadar air ini akan berubah secara signifikan oleh adanya bangunan, semacam lantai bangunan atau struktur perkerasan jalan. Hal ini akan merubah profil kadar air dari tanah bagian bawah bangunan tersebut. Pengaruh lain yang dapat merubah variasi kadar air didalam tanah adalah adanya saluran drainase, irigasi atau pipa-pipa air minum yang bocor.
Salah satu penyebabkembang-susut tanah yang juga merusakkan adalah isapan air oleh akar tumbuh-tumbuhan yang menyebabkan lempung didekat permukaan tanah menyusut, sehingga berakibat pondasi atau perkerasan jalan bergerak ke bawah. Kasus kebalikannya juga bisa terjadi, yaitu ketika pohon besar ditebang, maka lempung akan mengembang karena kadar air tanah cenderung kembali ke kedudukan kadar air alaminya. Pohon-pohon besar didekat bangunan dapat menyebabkan perubahan kadar air sangat besar yang dapat merusakkan bangunan. Ravina (1984) menyimpilkan bahwa ketidakseragaman kadar air dan kondisi tanah dapat menyebabkan gerakan tanah yang tidak beraturan, sehingga merusakkan banguna diatasnya. Pohon-pohonan yang terletak didekat bangunan telah menyebabkan gerakan lebih besar oleh akibat susutnya lempung, dibandingkan dengan pohon yang letaknya jauh dari bangunan. Jadi, jelaslah bahwa ketika ditemui lempung ekspansif, maka penting diperhatikan kemungkinan kerusakan oleh adanya penyusutan yang disebabkan oleh isapan air oleh akar.
Drainase buruk menrupakan factor utama yang menyokong perubahan volume tanah yang merusakknan perkerasan. Jika air dibiarkan tertinggal dalam parit, maka air akan merembes ke tanah dasar sehingga menyebabkan pengembangan. Selain itu, bahu jalan sering tidak kedap air, sehingga menyebabkan jalan masuk air ke dalam tanah-dasar. Migrasi kelembaban dapat terjadi dalam segala arah akibat isapan kapiler. Tanda-tanda yang menunjukkan drainase buruk adalah adanya genangan air dalam parit, bagian melunak dalam parit atau lereng timbunan, atau adanya permukaan tanah basah yang rimbun oleh tanaman. Adanya genangan atau rawa-rawa dalam area dalam galian menunjukkan adanyakehilangan kekuatan tanah, yang mungkin akibat dari drainase buruk. Pemeliharaan parit secara berkala sangat penting. Area berawa dalam daerah galian harus dibongkar, air tergenang harus dialirkan dan air dalam saluran harus bebas dari gangguan penggalian.
3.3 Kedudukan Tegangan
Beban vertical yang diberikan oleh sembarang bangunan di atas tanah akan mengurangi pengembangan tanah. Tapi, adanya bangunan juga dapat mengakibatkan kenaikan kadar air yang dapat menyebabkan pengembangan. Jadi, penyelidikan lokasi harus mengamati, tidak hanya kemungkinan berubahnya tegangan-tegangan statis dalam tanah, tapi juga faktor lingkungan yang mempengaruhi isapan tanah (soil suction)
4. Tipe-tipe Gerakan Tanah Ekspansif
4.1 Gerakan Lateral
Gerakan kearah lateral tanah ekspansif dapat terjadi pada struktur ruang bawah tanah (basement) dan dinding penahan tanah, khususnya bila tanah urug berupa lempung yang dipadatkan dengan kadar air di bawah optimumnya. Rembersan air yang masuk ke tanah urug ini menyebabkan pengembangan arah horizontal. Air yang masuk ini dapat dari air tanah, bocoran pipa, rembesan air dari drainase dan lain-lain.
4.2 Gerakan Vertikal
Jika bangunan mempunyai area yang luas, seperti struktur perkerasan atau pondasi bangunan, dan dibangun diatas lempung kering retak-retak, maka akan terdapat dua tipe gerakan pengembangan. Pertama, gerakan siklik kembang-susut di sekitar bagian pinggir bangunan. Kedua, pengembangan yang terjadi dalam waktu lama dibawah pusat dari bangunan.
Siklus kembang-susut umumnya terdapat pada bagian tipe bangunan atau bagian pinggir perkerasan jalan, yaitu gerakan mengangkat oleh pengembangan tanah dan gerakan tanah menurun ketika tanah menyusut. Sebagai contoh, tepi dari perkerasan atau lantai dari bangunan yang akan menumpu tanah akan naik, ketika musim hujan dan bergerak ke bawah ketika musim panas, jika lempung mongering. Hal ini mengakibatkan siklus gerakan naik turun, yang menyebabkan retak dan rusaknya perkerasan atau lantai bangunan. Besarnya gerakan naik turun bergantung pada besarnya perubahan kadar air lempung dibawah pinggir perkerasan. Perubahan kadar air bergantung pada perubahan temperature musim hujan dan musim dingin, pengaruh drainase atau irigasi, adanya akar-akar tumbuh-tumbuhan yang akan menyerap air sehingga lempung menyusut.
Dua kemungkinan cara air berakumulasi dibawah struktur, yaitu oleh pengaruh aksi osmosa dan aksi kapiler. Telah diketahui bahwa air yang berada pada zona tanah yang temperaturnya lebih tinggi akan menuju ke zona tanah dengan temperature yang lebih rendah, untuk menyamakan energy termal dari dua area tersrbut (Chen, 1988; Nelson dan Miller, 1992). Proses ini disebut osmosa termal (Sowers, 1979; Day, 1996a). Khususnya saat bulan-bulan kering, temperatur tanah dibawah pusat struktur cenderung lebih dingin daripada di bagian luar atau pinggir bangunan.
Akibat aksi kapiler, uap air (kelembaban) akan bergerak ke atas lewt butiran tanah, yang kemudian akan menguap di permukaan tanah. Tapi, ketika struktur dibangun, struktur ini bertindak sebagai penghalang permukaan tanah, yang mereduksi atau mencegah penguapan. Hal ini merupakan pengaruh dari osmosa termal dan penghalang penguapan akibat struktur yang menyebabkan kelembaban atau air berkumpul dibawah pusat struktur. Kenaikan kadar air akan menyebabkan pengembangan tanah ekspansif. Kenaikan tanah yang berkelanjutan, umumnya digambarkan sebagai terjadi dalam waktu lama, karena nilai maksimum kenaikan tanah mungkin belum tercapai beberapa tahun setelah pembangunan struktur.
Perkerasan jalan pada tanah ekspansif umumnya tidak mendukung beban yang sangat besar dan beban pelat adalah beban oleh akibat beratnya sendiri. Pada perkerasang yang terletak pada tanah ekspansif, gerakan tanah akibat kenaikan kadar air akan dapatmengakibatkan perkerasan menjadi retak-retak. Pelat pada tanah ekspansif selalu bermasalah, terutama akan terjadi kerusakan oleh retak atau pecahnya pelat, kecuali jika tanah dasarnya diganti atau ditangani lebih dulu.
5. Pertimbangan dalam Pemilihan Tipe Perkerasan
Pemilihan tipe perkerasan dari bahan aspal atau beton juga bergantung pada beberapa factor yang salah satunya adalah potensi pengembangan dari tanah-dasar (subgrade). Jadi perkerasan aspal digunakan pada tanah dasar ekspansif tingkat sedang sampai tinggi, maka disarankan memakai perkerasan aspal diseluruh kedalaman (full-depth asphalt pavement). Perkerasan tipe ini mempunyai kapasitas dukung lebih tinggi daripada tipe-tipe perkerasan aspal yang lain, dan pula perkerasan ini mengeliminasi material pondasi granuler (granular base) yang dapat memberikan jalan bagi air masuk ke dalam tanah-dasar. Dalam penggunaan aspal di seluruh kedalaman, penting diperhatikan agar bahu jalan dilindungi terhadap perubahan kadar air. Retak longitudional didekat bahu jalan dapat memberikan jalan bagi air hujan masuk kedalam tanah-dasar. Lebih menguntungkan menggantikan lapis pondasi granuler yang tak dirawat (untreated) dengan lapis pondasi aspal di seluruh kedalaman, dalam kasus di mana kerusakan adalah akibat tanah-dasar ekspansif. Penggunaan bantalan kerikil dicampur kapur dapat pula efektif, dan akan mungkin lebih ekonomis daripada pwrkerasan aspal di seluruh kedalaman.
Keuntungan dari perkerasan aspal adalah sebagai berikut (Snethen, 1979a);
1) Aspal, bersifaf fleksibel dan perubahan bentuk akan terakomodasikan sebelum terjadinya keruntuhan
2) Perkerasan aspal memberikan perlindungan terhadap air bagi tanah-dasar.
3) Perkerasan aspal dapat diperbaiki dengan mudah, dengan menggunakan alat-alat khusus, seperti alat mesin pemanas atau pembongkaran dan penggantian bagian yang rusak.
Perkerasan beton bertulang juga mempunyai beberapa keuntungan dalam beberapa kondisi, seperti ;
1) Sifat kaku dari perkerasan dapat mereduksi beda kenaikan tanah, jika potensi pengembangan tanah-dasar pada klasifikasi rendah sampai sedang.
2) Umur perkerasan beton lebih lama.
Pada perkerasan beton, jika pinggiran jalan dan selokan merupakan bagian dari perkerasan, penggunaan aspal akan mengakibatkan timbulnya sambungan antara tepi perkerasan jalan dan perkerasan beton tersebut. Selain itu, jika perkerasan beton semen Portland dicor secara monolit dengan perkerasan jalan dibagian pinggir, maka sambungan dapat dihindari. Hilangnya sampbungan, juga menghilangkan lintasan air masuk ke dalam tanah-dasar.
Pemilihan tipe perkerasan aspal diseluruh kedalaman atau beton bertulang, umumnya didasarkan pada kondisi spesifik lapangan, keinginan pemilik pekerjaan dan dana yang tersedia.
6. Macam-macam Metode Penanganan
Beberapa cara telah digunakan untuk menangani masalah tanah ekspansif, yaitu:
1. Pembongkaran dan Penggantian Tanah
2. Pembentukan kembali (remolding) dan pemadatan
3. Pembebanan
4. Prapembasahan (prewetting)
5. Stabilisasi tanah
6. Pemasangan penghalang kelembaban horizontal dan vertikal
6.1 Pembongkaran dan Penggantian Tanah
Umumnya, penggalian tanah ekspansif untuk diganti dengan material lain dilakukan sampai kedalaman maksimum sekitar 1,20 m. Dalam banyak kasus, Kedalaman zona aktif dapat lebih dalam dari 1.20 m, sehingga penggalian dan penggantian saja tidak menyelesaikan perubahan masalah perubahan volume. Namun demikian, beda kenaikan tanah bisa direduksi dengan cara tersebut. Pembongkaran tanah yang bermasalah, umumnya merupakan pilihan cara terakhir. Cara ini biasanya dikombinasikan dengan cara lain yang cocok.
Penggalian tanah yang bermasalah harus digantikan dengan tanha urug yang tidak ekspansif dan tanah pengganti harus dipadatkan hingga memenuhi kriteria persyaratan kadar air dan kepadatan yang harus dicapai. Tanah-dasar ekspansif yang tidak dibongkar harus dilindungi dengan menggunakan penghalang kelembaban (moisture barrier), perbaikan drainase dan/atau material urugan tidak ekspansif yang kedap air. Kedalaman penggalian yang dibutuhkan, didasarkan pada indeks plastisitas atau prediksi pengembangan yang diharapkan, yang didasarkan pada sifat-sifat tanah urug dan tanah-dasar. Penggalian dan pembentukan kembali dapat efektif memperbaiki karakteristik tanah bermasalah.
Dalam penanganan dengan cara pembongkaran dan penggantian tanah, maka perlu dipertimbangkan hal-hal berikut ini:
1) Tanah urug yang tidak ekspansif dan kedap air harus tersedia dan murah.
2) Tanah tidak ekspansif dapat dipadatkan lebih padat daripada tanah lempung ekspansif, sehingga menghasilkan kapasitas dukung tinggi.
3) Jika urugan berupa material granuler, pertimbangan khusus harus diberikan untuk mengusahakan lancarnya drainase ke luar urugan, sehingga air tidak berkumpul dalam lapisan ini.
4) Material ekspansif dapat digali sampai kedalaman tertentu, lalu dilindungi dengan membrane vertikal dan/atau horizontal. Membran dari aspal yang disemprotkan , efektif digunakan dalam pembangunan jalan raya.
6.2 Pembentukan Kembali (remolding) dan Pemadatan
Pembentukan kembali dan pemadatan menguntungkan dilakukan untuk tanah yang mempunyai potensi pengembangan rendah, berat volume kerinmg tinggi, kadarair alami rendah dan dalam kondisi retak-retak. Tanah –tanah yang mempunyai potensi pengembangan tinggi dapat dirawat dengan kapur padam yang dicampur dan dipadatkan dengan baik, jika tanahnya reaktif terhadap kapur. Hal-hal yang perlu diperhatikan:
1) Jika metoda pencampuran tanah-kapur tidak digunakan, kapasitas dukung tanah yang dibentuk kembali (tergganggu) biasanya lebih rendah, karena tanah biasanya dipadatkan pada kadar air basah optimum pada kepadatan sedang.
2) Kontrol kualitas campuran sangat penting.
3) Jika kedalaman zona aktif dalam, pengendalian drainase penting
4) Kondisi kepadatan-kadar air yang dispesifikasikan harus dijaga sampai pembangunan dimulai dan dicek sebelum pembangunannya.
6.3 Pembebanan
Seperti telah disebutkan, beban vertikal yang diberikan oleh sembarang bangunan di atas ekspansif akan mengurangi pengembangan tanah. Untuk jalan raya, pembebanan bisa dilakukan dengan pembuatan timbunan di atas tanah ekspansif.
Dalam penanganan dengan cara pembebanan, maka perlu dipertimbangkan hal-hal berikut:
1) Jika tanah mempunyai tekanan pengembangan rendah dan deformasi kecil bisa ditoleransikan, pemberian beban dapat efektif.
2) Program pengujian tanah dibutuhkan untuk menentukan kedalaman zona aktif dan tekanan pengembangan yang harus ditanggulangi.
3) Pengontrolan drainase penting, jika menggunakan metoda pembebanan. Migrasi kelembaban air dapat secara vertical maupun horizontal.
6.4 Prapembasahan (Prewetting)
Dalam cara ini, tanah ekspansif dibasahi atau digenangi sebelum dilakukannya pembangunan perkerasan. Dalam penanganan dengan cara pembasahan, maka perlu dipertimbangkan hal-hal berikut ini:
1) Periode waktu sekitar 1 tahun atau lebih dibutuhkan untuk menambah kadar air dalam zona aktif.
2) Drainase pasir vertikal dalam pola segiempat dapat mengurangi waktu pembasahan.
3) Reaksi tanah kering retak-retak lebih disukai untuk pembasahan
4) Kadar air harus ditambah paling tidak 2-3% di atas batas plastis (PL)
5) Surfactants dapat menambah kecepatan perkolasi
6) Waktu yang dibutuhkan untuk menghasilkan pengembangan yang dikehendaki, mungkin lebih lama daripada waktu untuk penambahan kadar air.
7) Hampir tidak mungkin untuk melakukan prapembasahan pada lempung tidak retak-retak yang padat
8) Air yang berlebihan pada tanah d bagian atas, dapat menyebabkan pengembangan pada lapisan yang lebih dalam dikemudian hari
9) Penanganan tanah permukaan dengan kapur yang menyertai prapembasahan memberikan landasan kerja alat berat dan menambah kekuatan tanah
10) Tanpa pencamuran tanah dengan kapur, kekuatan tanah dapat berkurang secara signifikan dan basahnya permukaan membuat operasi alat berat terganggu
11) Permukaan harus dilindungi terhadap evaporasi dan surface slaking. Pengontrolan kualitas memperbaiki kinerja.
Percobaan yang dilakukan pada jalan raya McLennan Country, Texas yang menggunakan metode prapembasahan dilakukan dengan cara sebagai berikut;
Area yang digenangi air dipilih dengan berdasarkan nilai PVR lebih dari 25 mm, dengan menggunakan prosedur TSDHPT (Texas State Department of Highway and Public Transportation, 1970). Spesifikasinya meliputi, prosedur standar untuk perataan, drainase, dan pembuatan perkerasan dengan pengecualian area yang dipilih adalah lahan asli dan tanah-dasar digenangi air sampai 90m hari. Komponen struktur perkerasan terdiri dari tanah-dasar yang tebalnya 15 cm dan yang paling atas pelat beton tanpa tulangan yang tebalnya 30 cm. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penggenangan umumnya menguntungkan dan kombinasi penggenangan dan stabilisasi tanah-dasar dengan lempung baik untuk mencegah gangguan kerataan permukaan perkerasan yang diakibatkan oleh perubahan volume dari tanah-dasar.
6.5 Stabilisasi Tanah
Perkerasan tidak dapat dipisahakan dengan tanah, dan umumnya untuk mengatasi gerakan yang tidak seragam, tidak lazim dilakukan dengan merancang perkerasan sangat tebal, guna memberikan kekakuan yang tinggi. Dengan alasan ini, untuk meminimumkan gerakan pengembanagan tanah, penanganan tanah-dasar (subgrade) dengan cara stabilisasi sering dilakukan. Stabilisasi tanah-dasar yang sering dilakukan misalnya, pencampuran tanah dengan kapur, semen atau abu terbang (fly ash), stabilisasi dengan pemberian bahan tambah, injeksi larutan kapur atau semen, struktur penghalang kelembaban (moisture barrier) dan pengendalian kepadatan dan kadar air dari material tanah-dasar, dan lain-lain. Penambahan tebal perkerasan maupun lapis pondasi bawah (subbase) juga sering dilakukan.
Potensi pengembangan tanah ekspansif menjadi berkurang bila tanah dicampur denagn kapur. Dalam penanganan dengan cara pencampuran tanah eksoansif dengan kapur, maka perlu dipertimbanakan hal-hal berikut ini:
1) Umumnya digunakan kadar kapur 2-10% pada tanah yang reaktif.
2) Tanah harus diuji reaksinya terhadap kapur, dan persen yang dibutuhakan.
3) Pencampuran umumnya sampai kedalaman 0,25 – 0,45 m, tapi mesin traktor besar juga dapat digunakan sampai kedalaman pencampuran 0,60 m.
4) Kapur dapat digunakan dalam kondisi kering maupun berupa larutan, tapi membutuhkan air yang berlebihan.
5) Waktu penundaan antara pencampuran dan penghamparan final relative lama, sehingga terdapat kemudahan dikerjakan dan pemadatan.
6) Tanah yang distabilisasi kapur harus dilindungi terhadap air permukaan dan air tanah. Kapur dapat larut atau tercuci, dan tanah dapat kehilangan kekuatannya saat jenuh air.
7) Penyebaran kapur dari lubang bor umumnya tidak efektif, kecuali jika tanah mengandung jaringan retakan.
8) Tegangan pembebasam dari lubang bor dapat merupakan factor yang mereduksi kenaikan tanah.
9) Diameter lubang bor yang lebih kecil memberikan luas kontak area kecil pada larutan kapur.
10) Penetrasi kapur yang diinjeksikan dibatasi oleh kecepatan penyebaran (difusi) kapur yang lambat, jumlah retakan dalam tanah, dan ukuran pori yang kecil dalam lempung.
11) Injeksi kapur bertekanan berguna untuk merawat tanah lebh dalam dibandingkan dengan teknik pencampuran di tempat.
Potensi pengembangan tanah juga berkurang, jika tanah dicampur dengan semen portland.
Hal-hal yang perlu dipertimbangkan adalah:
1) Semen Portland sekitar 4 – 6% mereduksi perubahan volume tanah. Hasilnya mirip dengan pencampuran tanah dengan kapur, tapi penyusutan tanah lebih sedikit pada semen.
2) Metoda pelaksanaan pencampuran di tempat mirip dengan pencampuran tanah dengan kapur, tapi waktu penundaan antara pencampuran dan penghamparan final lebih pendek pada semen.
3) Semen Portland tidak se-efektif kapur,bila digunakan untuk stabilisasi lempung plastisitas tinggi.
4) Semen Portland dapat efektif dalam memperbaiki tanah yang tidak reaktif terhadap kapur.
5) Kenaikan kekuatan yang lebih tinggi diperoleh dari pencampuran tanah dengan semen.
6) Material yang distabilisasi semen mudah mengalami retak, dan harus dievaluasi sebelum penggunaannya.
6.6 Pemasangan penghalang kelembaban Horisontal dan vertikal
Masalah tanah ekspansif terutama disebabkan oleh fluktuasi kadar air. Kenaikan tanah yang tidak seragam, atau keduanya. Jika fluktuasi air di sepanjang waktu dapat diminimumkan, dan jika kadar air di dalam tanah dapat diseragamkan, maka sebagian masalah dapat dikurangi.
Penempatan bangunan gedung atau perkerasan di atas tanah akan merubah evapotranspirasi dari permukaan. Perubahan tata guna lahan, seperti irigasi sawah, akan merubah potensi untuk infiltrasi. Perubahan ini, akan merubah kadar air dan distribusinya di dalam tanah. Jika perubahan kadar air dapat terjadi secara perlahan-lahan, dan jika distribusi kadar air dapat dibuat seragam, kenaikan tanah yang tidak seragam dapat diminimumkan.
Sumber : Bahan Seminar Sehari Kaji Terap Konstruksi Jalan di Kabupaten Grobingan
Dr. Ir. Hary Christady Hardiyatmo, M.Eng, DEA. , UGM
