Geotextile - M. Danu Dirja
Geotextile - M. Danu Dirja
Geotextile - M. Danu Dirja
Latar Belakang
Jalan seringkali harus dibangun di atas tanah dasar yang lunak dan mudah mampat.
Sehingga, dalam prakteknya, perlu dilakukan pendistribusian beban lalu lintas untuk
mengurangi pembebanan terhadap tanah dasar. Hal ini, umumnya, dilakukan dengan
memasang satu lapisan agregat di atas tanah dasar. Lapisan ini harus mempunyai sifat mekanis
yang baik dan cukup tebal. Interaksi jangka panjang antara butiran halus tanah dasar dan lapis
agregat, akibat pembebanan dinamis, mungkin menyebabkan pemompaan butiran halus tanah
dasar ke dalam lapisan agregat dan penetrasi material lapis agregat ke dalam lapisan tanah dasar
sehingga menimbulkan deformasi permanen dan pada akhirnya terjadi keruntuhan.
Berdasarkan jenis perkuatan lapis permukaannya, jalan dapat dibedakan menjadi jalan
tanpa perkerasan (unpaved roads) dan jalan dengan perkerasan (paved roads). Jalan tanpa
perkerasan adalah jalan yang tidak diberi lapis penutup yang bersifat permanen (yaitu beton
aspal (asphalt concrete, AC) atau beton semen (cement concrete). Jalan tanpa perkerasan,
umumnya, terdiri dari satu lapis batu pecah atau kerikil (agregat) yang langsung dihamparkan
di atas tanah dasar (subgrade). Lapis agregat ini berfungsi sebagai lapis pondasi dan sekaligus
sebagai lapis aus. Material sirtu paling banyak digunakan sebagai lapis penutup untuk
meningkatkan kenyamanan berkendara. Jalan tanpa perkerasan dapat digunakan sebagai jalan
sementara atau jalan permanen.
Tabel 1. Fungsi utama lapis geosintetik pada konstruksi jalan tanpa perkerasan berdasarkan
nilai CBR (rendaman) lapangan
Geosintetik yang digunakan di atas tanah dasar dengan nilai CBR rendaman > 3, fungsi
perkuatannya akan menjadi tidak berarti dan pada kasus yang seperti ini fungsi utamanya akan
khas sebagai separator. Untuk tanah dasar yang mempunyai nilai CBR rendaman 1 3,
geosintetik akan berfungsi sebagai separator, filter, dan perkuatan. Fungsi geosintetik yang
seperti ini dinamakan sebagai fungsi stabilisator.
Dengan memasang satu lapis geosintetik, perbaikan kinerja jalan tanpa perkerasan, umumnya,
dapat diamati dengan salah satu cara yang berikut:
1. Untuk tebal lapis pondasi agregat tertentu, beban lalu lintas dapat ditingkatkan,
2. Untuk beban lalu lintas yang sama, ketebalan lapis pondasi agregat dapat dikurangi, jika
dibandingkan dengan tebal lapis pondasi agregat jika tanpa menggunakan geosintetik.
Metode Pabrikan
Semua produsen geotextile utama memiliki metode khusus untuk penggunaan geotekstile pada
perancangan jalan beraspal. Mereka biasanya menunjukkan CBR (atau nilai kekuatan tanah
terkait lainnya) pada sumbu y. Semua menghasilkan perilaku logis, dengan geotextile
memberikan penghematan lebih besar pada agregat batu karena tanah dasar menjadi lebih
lemah. Karena kebanyakan produsen memiliki berbagai geotextiles yang tersedia untuk
penguatan jalan beraspal, juga terlihat bahwa geotextiles yang lebih berat dan kuat
menghasilkan penghematan batu lebih besar daripada yang lebih ringan dan lebih lemah.
karena masing-masing pabrikan memiliki tikungan sendiri (berdasarkan teori, pekerjaan
laboratorium, observasi lapangan, atau observasi empiris), hampir tidak mungkin untuk
membandingkan satu metode dengan metode lainnya.
Metode Analisis
Di dalam konstruksi jalan, ketebalan badan jalan (lapisan base dan subbase) pada dasarnya
ditentukan oleh besarnya beban kendaraan yang harus dipikul dan kekuatan tanah dasar
(subgrade) dari jalan.
Berdasarkan konsep sebaran beban, beban roda dipermukaan jalan disebarkan oleh badan jalan
(lapisan base dan sub-base) ke tanah dasar (subgrade), dan tekanan yang terjadi di permukaan
tanah dasar (subgrade) adalah sebagai berikut:
dengan:
pw = tekanan roda di permukaan perkerasan
ps = tekanan roda (beban) di permukan subgrade
B,L = lebar dan panjang bidang kontak roda
h = ketebalan lapisan base dan sub-base
a = sudut sebaran beban (antara 30o 45o)
P = beban roda = pw.B.L
Beban total yang bekerja di permukaan subgrade adalah kombinasi dari beban mati berupa,
berat konstruksi jalan plus beban hidup yang timbul dari tekanan ban, dengan demikian beban
total yang bekerja dipermukaan subgrade adalah:
dengan:
p = beban konstruksi jalan plus tekanan roda di permukaan subgrade
= berat isi (unit weight) konstruksi jalan
h = ketinggian konstruksi jalan
catatan: bilamana berat isi base dan sub-base berbeda, maka tentunya formula (2) diatas harus
disesuaikan dengan mengambil berat isi dan ketinggian masing-masing lapisan untuk
menghitung berat sendiri konstruksi jalan.
Beban p di permukaan subgrade ini harus didukung dengan daya dukung dari subgrade.
Bila tanah subgrade berupa tanah lempung dan lanau lunak, maka dalam kondisi undrained,
daya dukung ijin subgrade adalah sebagai berikut:
dengan:
qijin = daya dukung ijin subgrade
Su = kohesi undrained tanah (lempung)
Fk = faktor keamanan daya dukung tanah (biasanya diambil sebesar 2 atau 3)
Untuk konstruksi jalan tanpa menggunakan geosintetik, ketinggian konstruksi jalan (lapisan
base dan subbase) dapat dihitung dengan menyamakan persamaan (2) dengan (3).
dengan:
Fvg = daya dukung geotekstil (komponen gaya vertikal geotekstil)
E = modulus kekakuan (stiffness) geotekstil
= regangan geotekstil
S = penurunan dibawah roda (kedalaman alur roda / rut depth)
a=
Ketebalan lapisan base dan sub-base dengan menggunakan perkuatan geotekstil ini kemudian
dihitung dengan menyamakan persamaan2 di atas sebagai berikut:
Berdasarkan rumus-rumus di atas Giroud dan Noiray, membuat desain chart seperti
diperlihatkan dalam Gambar 3 di bawah ini. Arti notasi yang digunakan dalam desain chart
dalam Gambar 3 tersebut adalah:
ho = ketebalan lapisan aggregate (lapisan base dan sub-base) bila tanpa perkuatan geotekstil
h = ketebalan lapisan aggregate (lapisan base dan sub-base) yang bisa dihemat bila digunakan
geotekstil
cu = Su = Kuat geser undrained subgrade
CBR = Nilai CBR (California Bearing Ratio) subgrade
E = Modulus kekakukan geotekstil
= Regangan Geotekstil
N = jumlah lintasan kendaraan
Penggunaan satu lapis geotekstil khasnya dapat menghemat 1/3 ketebalan lapis pondasi
agregat untuk jalan di atas tanah dasar yang lunak hingga sedang (Shukla & Yin, 2006). Giroud
et al. (1984) melaporkan pengurangan ketebalan lapis pondasi agregat sekitar 30 % 50 %
dengan memasang geogrid. Perbaikan kinerja jalan tanpa perkerasan dapat juga diamati dalam
bentuk pengurangan deformasi permanen hingga mencapai kisaran 25 % - 50 % dengan
pemasangan geosintetik, sebagaimana dilaporkan oleh beberapa peneliti (De Garidel & Javor,
1986; Milligan et al., 1986; Chaddock, 1988; Chan et al., 1989; Hirano et al., 1990).
Metode Laboratorium
Jika fasilitas laboratorium tersedia, adalah mungkin untuk memodelkan situasi agar dapat
mencapai rasio penguatan yang disediakan oleh geotekstil. Prosedurnya adalah sebagai berikut:
1. Ambil bagian bawah cetakan CBR laboratorium standar dan isi dengan tanah yang
dimaksud pada kepadatan dan kadar air situ.
2. Tempatkan batu hancur di bagian atas cetakan.
3. Dengan piston beban di atas batu, lakukan uji beban-versus-defleksi pada interval diskrit
defleksi piston dan rekam data.
4. Menggunakan cetakan CBR yang telah dimodifikasi untuk menampung geotekstil pada
antarmuka antara tanah dasar dan batu hancur, ulangi uji dengan calon geotekstil pada
posisi dan rekam data.
5. Hitung rasio beban pada setiap defleksi kenaikan. Data pada tabel 2.16 menunjukkan rasio
penguatan ini untuk empat set uji terpisah dari geotekstil yang ditempatkan pada tanah liat
kaolinit pada kandungan air yang berbeda.
6. Dengan asumsi bahwa rasio penguatan ini dapat digunakan sebagai multiplier pada CBR
in situ, sejumlah prosedur perancangan yang dapat diterima dapat digunakan untuk
mencapai ketebalan keseluruhan dengan dan tanpa geotekstil.
Jahitan Lapisan
Dengan tanah subgrade yang mudah dikompres dalam pertimbangan di bagian jalan
beraspal ini, masalah geotextile yang tumpang tindih untuk mentransfer tekanan pada gulungan
menjadi masalah. Tumpang tindih ini mempengaruhi sisi memanjang dan ujung melintang dari
gulungan geotekstil. Seperti yang diharapkan, semakin lemah tanah, semakin besar jumlah
yang diperlukan tumpang tindih. Gambar 2.38 memberikan panduan untuk berbagai jenis
penggunaan pada dasar overlap yang dibutuhkan. Dengan mudah terlihat bahwa jarak tumpang
tindih yang besar dibutuhkan untuk tanah dengan kekuatan rendah. Bukan saja geotextile
terbuang ini tapi juga memerlukan perhitungan geotekstil untuk geotextile friction. Akibatnya,
bidang menjahit geotextiles umumnya lebih disukai.
Saat mempertimbangkan bidang jahitan geotextiles, sejumlah detail harus diperhatikan, yaitu:
Jenis benang: Pilihannya adalah polipropilena, poliester, dan poliamida (jenis benang yang
sama seperti jenis serat geotextile yang harus digunakan, tentu bukan tipe yang lebih kuat)
Ketegangan Benang: Biasanya disesuaikan di lapangan, ini harus cukup ketat tanpa
memotong geotextile
Kepadatan jahitan: Dua, tiga atau empat jahitan per 25 mm adalah kebiasaan.
Jenis jahitan: Pilihannya adalah doa, tipe-J, atau kupu-kupu, tipe kupu-kupu yang paling
kuat.
Jumlah baris: satu, dua, atau tiga dapat digunakan, namun umumnya dua dianjurkan.
Jenis jahitan rantai: 401 two-thread chainstitch dianjurkan.
Jahitan geotextiles telah berkembang dengan cepat ke titik di mana semua konstruksi
geotekstil di kondisi tanah lunak harus mempertimbangkan penggunaannya. Kekuatan jahitan
setinggi 170 kN / m sudah dapai tercapai dan produktivitas telah mencapai titik di mana
menjahit tidak lagi menjadi hambatan bagi pekerjaan dengan waktu terbatas.
Keuntungan yang diperoleh dari penggunaan geosintetik pada jalan tanpa perkerasan
tidak hanya berkaitan dengan kinerja struktural dan durabilitas, tetapi juga berkaitan dengan
pelaksanaan konstruksi dan ekonomi. Keuntungan-keuntungan penggunaan geosintetik dapat
diringkaskan sebagai berikut:
1. Pada tanah dasar yang sangat lunak, pemasangan geotekstil atau geogrid memungkinkan
pelaksanaan konstruksi lapis pondasi agregat tanpa kehilangan yang berlebihan dari
material. Fungsinya sebagai separator seringkali merupakan keuntungan utama geosintetik
pada konstruksi di atas tanah dasar yang sangat lunak.
2. Pemadatan agregat lapis pondasi jadi lebih mudah dengan adanya geosintetik pada antar
muka tanah dasar dan lapis pondasi agregat, terutama jika terdapat ketidakseragaman
setempat-setempat (bagian yang lebih lunak) pada tanah dasar. Hal ini menghasilkan
keseragamanan lapis pondasi agregat yang lebih baik dan mengurangi variasi sifat-sifat
mekaniknya.
3. Geotekstil yang ditempatkan pada antar muka tanah dasar yang berbutir halus dan lapis
pondasi agregat yang berbutir kasar dapat meminimalkan kontaminasi lapis pondasi oleh
butiran halus yang terpompa dari tanah dasar akibat dari pembebanan lalu lintas yang
berulang-ulang.
4. Kapasitas struktural jalan tanpa perkerasan mengalami perbaikan dengan adanya
kemampuan perkuatan dari geosintetik, jika, di bawah beban lalu lintas, perkuatan
ditempatkan pada antar muka tanah dasar dan lapis pondasi berperan terhadap transfer
tegangan yang lebih efisien dari lapis pondasi ke tanah dasar. Sebagai hasilnya, jalan
mengalami alur yang lebih kecil di bawah beban lalu lintas yang berulang-ulang.
5. Geotekstil dengan hidrolik transmitivitas yang tinggi dapat menjamin bahwa bidang kontak
antara tanah dasar dan lapis pondasi akan tetap kering selama periode dimana kadar air
meningkat akibat infiltrasi air hujan. Jalan tanpa perkerasan tidak mendapatkan keuntungan
dari sistem drainase pada lapis permukaan sebagaimana diperoleh pada jalan dengan
perkerasan. Sehingga peran tidak mengalirkan air yang dimainkan oleh geosintetik,
menjadi kritis terhadap kinerja struktur perkerasan.
Geotekstil Sebagai Perkuatan/Stabilisator Pada Jalan Tanpa Perkerasan
Pada jalan tanpa perkerasan, keseluruhan respons dari massa tanah yang diperkuat dan
kinerja struktur perkerasan yang dihasilkan bergantung pada faktor-faktor yang berikut:
a) sifat-sifat tanah dasar, mencakup kondisi muka air tanah di dekat permukaan
b) ketebalan dan sifat-sifat lapis pondasi agregat
c) lokasi dan sifat-sifat geosintetik yang digunakan sebagai perkuatan/stabilisator
d) kondisi pembebanan, mencakup besaran dan jumlah beban yang bekerja.
Geosintetik (geogrid dan geotekstil) menyediakan perkuatan pada jalan tanpa perkerasan
melalui tiga mekanisme yang berikut:
1. Pengekangan lateral lapis pondasi dan tanah dasar melalui friksi dan kuncian antar agregat,
tanah dan geosintetik (Gambar 2-a).
2. Meningkatkan kapasitas daya dukung dengan memaksa permukaan keruntuhan daya
dukung yang potensial terjadi di sepanjang permukaan dengan kuat geser yang lebih besar
(Gambar 2-b).
3. Sebagai membran yang memberikan dukungan (membrane support) terhadap beban roda
(Gambar 2-c).
Geotekstil Sebagai Separator Pada Jalan Tanpa Perkerasan
Pada banyak situasi, butiran halus dari tanah dasar dapat mengkontaminasi lapis pondasi
jalan dan mungkin terjadi selama atau setelah pelaksanaan konstruksi. Kontaminasi lapis
pondasi mengakibatkan pengurangan kekuatan, kekakuan, dan sifat-sifat drainase, yang
mendorong terjadinya kerusakan dan kegagalan dini pada jalan. Butiran halus sekurang-
kurangnya 20% (berdasarkan berat) dari tanah dasar yang bercampur dengan agregat lapis
pondasi akan mengurangi kapasitas daya dukung lapis pondasi agregat terhadap tanah dasar
(Yoder & Wictzak, 1975).
Kajian yang dilakukan oleh Jorenby & Hicks (1986) memperlihatkan bahwa
penambahan butiran halus yang lebih dari 6 % dapat menurunkan kekakuan lapis pondasi
agregat; penambahan butiran halus sampai dengan 2% masih diizinkan untuk mempertahankan
sifat-sifat drainase yang mencukupi dari lapis pondasi agregat.
Kemampuan geosintetik untuk menyediakan pemisahan fisik (separator) pada material
tanah dasar dan material lapis pondasi agregat atau lapis pondasi bawah agregat selama
pelaksanaan konstruksi dan selama masa layan konstruksi jalan diilustrasikan pada Gambar 3.
Separator geosintetik yang didesain dengan tepat memungkinkan lapis pondasi agregat tetap
bersih dan mempertahankan kekuatan dan sifat-sifat drainasenya.
Gambar 3. Konsep geotekstil sebagai separator pada jalan tanpa perkerasan (after Rankilor, 1981)
Gambar 4. Konsep geosintetik sebagai separator pada struktur perkerasan jalan (after Shukla & Yin,
2006)
Penggunaan lapis geosintetik juga membantu meningkatkan sifat-sifat struktural dan
mengendalikan alur perkerasan melalui fungsi perkuatannya. Perlu diperhatikan bahwa
mekanisme perkuatan yang utama dari geosintetik pada perkerasan (jalan dengan perkerasan)
adalah pengaruh pengekangannya (confinement effect), bukan pengaruh membrannya
(membran effect), sebagaimana yang berlaku pada jalan tanpa perkerasan yang mengijinkan
alur yang besar. Hal ini juga secara signifikan mengurangi penurunan total dan perbedaan
penurunan sistem tanah yang diperkuat akibat dari beban yang bekerja (Shukla & Chandra,
1994).