MEDIA SOERJO Vol. 13 No. 2. Oktober 2013 123 PERBAIKAN TANAH LUNAK DENGAN VERTICAL SAND DRAIN METHOD UNTUK BADAN JALAN Abstract Ir. Sudarto, MT Dosen Fakultas Teknik Program Studi Teknik Sipil, Universitas Soerjo, Ngawi Email: sudarto55@ymail.com Vertical Drain for dealing with marshland and ponds on land improvement work needs to be done on the embankment of the road at the top of the subgrade (soft clay and silt). Analysis of the vertical drain is used to account for the effect of seepage prisoners (well resistance) and smears. Soft ground improvement method is done by the use of vertical sand drainage (vertical sand drain method). Subgrade evaluations conducted to identify the type of soil by way of research in the field and in the laboratory. Research in the field is done by using a boring machine, standard penetration test and vane shear test. Research conducted in the laboratory to determine the basic characteristics of the soil by means of volumetric and gravimetric test, Atterberg test, consolidation test, triaxial test, and test sieve analysis. The results showed that the sensitivity of the soil in the field is normal. Classified as clay subgrade (clay) with a liquid limit (LL) high, a low power with high compressibility. Cc is relatively large so that the price decline will be quite large. Price Cv is relatively small so that the completion time of a long decline. Shear strength of the soil layer with a small base with a poorly graded soil clay berlanau. The use of vertical sand drain can accelerate the consolidation process, to shorten the trajectory of the pore water. Installation of vertical sand drain patterns with triangular and square pattern at a certain distance is highly dependent on local soil conditions and the length of time available. Installation of vertical sand drain and giving heaps of soil will raise the soil pore water pressure until a certain time. After the pore water pressure due to flow out the gradual imposition carried by soil grains. Keywords: vertical sand drain, soft clay, heap, consolidation, soil 1. PENDAHULUAN Perbaikan tanah merupakan suatu cara untuk mendapatkan harga daya dukung tanah yang cukup aman pada kondisi beban tertentu. Khususnya pada kondisi awal tanah yang kurang memenuhi syarat yang diperlukan. Tanah dengan kondisi buruk apabila dibebani akan berakibat pada rendahnya stabilitas dan terjadinya penurunan tanah yang besar. Perbaikan tanah dilakukan pada tanah yang terletak pada formasi tanah yang tidak menguntungkan. Berupa tanah empang dengan kondisi tanah lempung yang lunak (soft clay) dan lanau. Lapisan
MEDIA SOERJO Vol. 13 No. 2. Oktober 2013 124 yang cukup keras berada pada kedalaman 20-30 meter. Tanah jenis ini mempunyai sifat yang kurang menguntungkan, terutama pada sifat yang compressible dengan daya dukung yang rendah. Pembangunan struktur badan jalan yang berupa timbunan pada kondisi tanah lunak menimbulkan beberapa masalah, diantaranya: 1. Kemantapan (stabilitas) 2. Penurunan (seattlement) 3. Pergerakan mendatar (lateral displacement) 4. Keruntuhan lereng atau tanah dasar 5. Penurunan yang tidak merata (differencial seattlement) Perlu juga dipertimbangkan bahwa dalam pembuatan timbunan badan jalan di atas tanah dasar yang lunak adalah faktor biaya (cost) dan kemudahan pelaksanaan pekerjaan di lapangan (workability). Vertical Drain dalam penerapannya digunakan untuk mengatasi kondisi tanah rawa dan empang. Analisis vertikal drain memperhitungkan adanya pengaruh tahan rembesan (well resistance) dan smear. Perbaikan tanah lunak pada sampling lokasi ini digunakan metode drainase pasir vertikal (vertical sand drain method). tersebut lembek. Pengambilan sampling tanah dilakukan dengan menggunakan beberapa peralatan diantaranya: 1. Boring Mechine 2. Standard Penetration Test 3. Vane Shear Test Selanjutnya tanah sampling yang telah diambil dibawa ke laboratorium untuk dilakukan penelitian agar dapat dilakukan evaluasi dan identifikasi. Untuk mengetahui karakteristik tanah dasar, dilakukan penelitian yang berupa: 1. Test Volumetri dan Gravimetri 2. Test Atterberg 3. Test konsolidasi 4. Test Triaxial 5. Test Analisi Saringan 3. PEMBAHASAN 3.1 Uji Karakteristik Tanah Dasar Berdasarkan hasil dari test beberapa test yang telah dilakukan didapatkan hasil seperti pada tabel 3.1, Tabel 3.2, Tabel 3.3, Tabel 3.4, Tabel 3.5 dan Tabel 3.6. Tabel 3.1 Test Volumetri dan Gravimetri 2. METODE PENELITIAN Sampling tanah dipilih pada 25 titik dari stasiun 0+500 sampai dengan stasiun 20+250. Data tanah diambil pada stasiun 0+500 dengan asumsi bahwa kondisi tanah pada satasiun ini dapat mewakili karakteristik tanah secara keseluruhan, karena kondisi tanah
MEDIA SOERJO Vol. 13 No. 2. Oktober 2013 125 Tabel 3.2 Data Vane Shear Test Sensitivitas dari tanah di lokasi penelitian adalah normal. Dari Tabel 3.5 dapat diketahui bahwa harga Cc relatif besar. Sehingga penurunan yang akan terjadi cukup besar. Sedangkan harga Cv relativ kecil, sehingga waktu selesainya penurunan cukup lama. Dari Tabel 3.6 dapat diketahui bahwa kuat geser lapisan tanah dasar kecil, karena sangat bergantung pada kohesinya. Tabel 3.5 Test konsolidasi Tabel 3.3 Hubungan Sensitivitas dan Consistency (LD Wesley Mekanika Tanah) Tabel 3.6 Test konsolidasi Tabel 3.4 Test Atterberg Limit Dari Tabel 3.4 dapat diketahui bahwa tanah dasar pada lokasi ini tergolong tanah lempung (clay) dengan batas cair (LL) tinggi; yang pada umumnya berkarakter buruk dengan kekuatan rendah dan compressibility tinggi. Dari data analisis test saringan dapat diketahui bahwa tanah dasar bergradasi buruk dengan karakteristik tanah lempung kelanauan. Perbaikan stabilitas tanah dimaksudkan untuk melaksanakan pemadatan tanah yang dilakukan secara bertahab sebagai landasan dasar untuk pekerjaan jalan dengan tujuan agar tanah tersebut tidak lagi
MEDIA SOERJO Vol. 13 No. 2. Oktober 2013 126 mengalami penurunan. Stabilisasi tanah juga dimaksudkan untuk menaikkan daya dukung pada lapis tanah dasar agar mampu menahan beban di atasnya. Stabilisasi dengan metode vertical sand drain secara teoritis merupakan suatu metode alternatif yang sangat relevan dan aplikatif ditinjau dari sisi teknis, non teknis dan sisi ekonomis. Metode drainasi pasir vertikal merupakan sistem drainasi yang terdiri dari kolom-kolom pasir yang dibuat secara vertikal dalam lapisan tanah lunak yang mempunyai permeabilitas dan daya dukung yang rendah. Penerapan metoda vertical sand drain dimaksudkan untuk mempercepat proses penurunan selama proses konsolidasi berlangsung. Hal ini terjadi karena adany butiran pasir yang berfungsi sebagai drainasi air pori akibat pembebanan di atasnya. Dengan adanya pembebanan yang berupa embankment, maka air pori yang terdapat di dalam soft cohesive soil tersebut akan keluar dan mengalir secara horizontal menuju arah drainasi kolom-kolom pasir vertikal. Sehingga air pori akan mengecil dan ruang pori yang kosong terisi oleh massa tanah, sehingga terjadi proses penurunan dan proses konsolidasi dan proses konsolidasi.. pore water embankment sand blanket sand pile non permeable Gambar 3.1 Principle of Sand Drain 3.1 Analisis Kolom pasir Beberapa faktor yang harus diperhitungkan dalam proses disain kolom pasir adalah yang berhubungan dengan biaya, periode atau waktu pembangunan jalan raya. Secara teknis yang perlu diperhatikan adalah diameter sand drain, kedalaman kolom pasir, koefisien permeabilitas pasir, jarak antar kolom pasir yang bisa didisain dengan pola bujur sangkar (square patent) atau dengan pola segi tiga (triangular pattern).(suyono dan Nakaawa, 1983) 3.2 Analisis Settlement dan Konsolidasi Secara teori, satu lapis tanah setebal H diberikan tambahan beban ( P) di atasnya; maka air pori akan mengalir dari lapisan tersebut. Dan volume akan mengecil. Kondisi ini dikatakan bahwa tanah mengalami penurunan atau mengalami proses konsolidasi. Kecepatan penurunan akibat konsolidasi tergantung dari derajat konsolidasi yang ditinjau;
MEDIA SOERJO Vol. 13 No. 2. Oktober 2013 127 ketebalan lapisan dan koefisien konsolidasi. Tanah dasar di lokasi sampling merupakan tanah type normally consolidated dari tanah alluvial (endapan sungai) yang berupa tanah organik dan kohesif. Tanah dasar yang merupakan tanah lunak yang diperkirakan mengalami konsolidasi settlement yaitu lempung (clay) atau lanau (silt) sampai nilai SPT<10; sesuai dengan klasifikasi tanah lunak. 3.3 Analisis Embankment Embankment adalah bagian badan jalan berupa timbunan yang mendukung konstruksi perkerasan. Ketinggian embankment harus sesuai dengan tinggi rencana atau elevasi rencana permukaan jalan terhadap permukaan tanah asli. Sebagai beban tambahan terhadap tanah dasar yang dapat menyebabkan penurunan, embankment perlu diperhitungkan terhadap besarnya penurunan akhir tanah dasar akibat beban tambahan agar elevasi akhir permukaan jalan setelah setelah konsolidasi selesai dapat dipenuhi tanpa harus melakukan cutting yang besar atau menambah tanah timbunan. Di kolasi penelitian, tinggi embankment direncanakan setinggi 3 m termasuk lapisan sand blanked setebal 0,5 m yang berfungsi sebagai drain kolektor. Material di atas sand blanked merupakan material yang diambil dari salah satu quarry dengan data seperti pada Tabel 3.7. Tabel 3.7 3.4 Analisis Stabilitas Lereng Karena embankment ini merupakan borrow material yang ditumbun, maka dimungkinkan terjadinya konsolidasi dan settlement, sehingga perlu dilakukan analisis stabilitas lereng.metode yang digunakan untuk menghitung kemantapan lereng adalah dengan limit equilibrium method atau kesimbangan batas. Yaitu perbandingan antara besarnya kekuatan geser yang diperlukan sehingga dapat diketahui besarnya faktor keamanan dari bidang geser yang bersangkutan. Momen penggerak akibat berat tanah dan momen penahan akibat kuat geser tanah diperhitungkan agar dapat ditentukan nilai faktor keamanan terkecil pada beberapa bidang gelincir yang diteliti.(bowles dan Hainim, 1983) 3.5. Analisis Alternatif Vertical Sand Drain Data tanah timbunan yang digunakan sebagai dasar perhitungan tertera pada Tabel 3.8.
MEDIA SOERJO Vol. 13 No. 2. Oktober 2013 128 Tabel 3.8 Data tanah Timbunan Tabel 3.9 Data Lapisan Tanah Dasar Lapisan Tabel 3.10 Data Perhitungan P Timbunan I (sand blanked ) Timbunan II (embankment) qo1 = 1,425 t/m 2 qo1 = 1,425 t/m 2 Tanah P1 = 2.I.qo1 P1 = 2.I.qo1 Z (m) a/z b/z I P1 a/z b/z I P2 1 7,0 0,143 2,393 0,49 1,397 0,714 1,679 0,47 5,757 2 16,5 0,061 1,015 0,42 1,197 0,303 0,712 0,375 4,594 3 21,5 0,0465 0,779 0,37 1,055 0,233 0,547 0,31 3,797 Tabel 3.10 Tabel Penurunan Tiap Tingkat Derajat Konsolidasi. Langkah awal metode ini adalah dengan cara menghitung over burden pressure dengan menghitung beban awal P o awal dan P o pada tiga jenis lapisan tanah. Pengaruh beban tambahan P sampai kedalaman tertentu dihitung dengan memakai grafik osterberg (beban trapesium). Selanjutnya juga dihitung qo untuk timbunan 1 (qo 1 ) dan timbunan 2 (qo 2 ). Perhitungan P dapat dilihat pada Tabel 3.9.Tinjauan terhadap Immediate Settlement juga perlu dihitung. Dengan nila Si = 0,082 cm untuk Lapisan I; Si = 0,0658 cm untuk Lapisan II; dan Si = 0,054 cm untuk Lapisan III. Karena penurunan akibat immediate settlement nilai kecil, sehingga dapat diabaikan. Hasil akhir dari penelitian dapat dilihat pada tabel perhitungn penurunan dan kecepatan penurunan pada tiap tingkat derajad konsolidasi. (M.Das, 1988) 4. KESIMPULAN a. Penggunaan Vertical Sand Drain bukan untuk memperbesar settlement, tetapi pada dasarnya adalah untuk mempercepat proses konsolidasi yang terjadi. Yaitu dengan jalan memperpendek lintasan air pori tanah dengan mengalirkan menuju Vertical Sand Drain. b. Pemasangan pola Vertical Sand Drain seperti pola segi tiga dan pola segi empat dengan jarak tertentu sangat tergantung pada kondisi tanah setempat dan lamanya waktu konsolidasi yang tersedia. c. Akibat dari pemasangan Vertical Sand Drain dan pemberian tanah timbunan, maka akan menaikkan
MEDIA SOERJO Vol. 13 No. 2. Oktober 2013 129 tegangan air pori tanah. Ini terjadi sampai waktu tertentu dan setelah air pori mengalir keluar maka tekanan akibat beban itu berangsur-angsur dipikul oleh butir-butir tanah. DAFTAR PUSTAKA S.Suyono dan Nakasawa, 1983, Mekanika Tanah dan Teknik Pondasi, PT. Pradnya Paramita, Jakarta. Braja M. Das, Mekanika Tanah, 1988, Prinsip-Prinsip Mekanika Rekayasa Geoteknik, Erlangga Jl. Kramat IV/11 Jakarta. Bowles,JE, J.K. Hainim, Sifat-sifat Fisis dan Geoteknis Tanah (Mekanika Tanah) Erlangga Jl. Kramat IV/11 Jakarta. Wesley.LD, 1975, Mekanika Tanah, Badan Penerbit Pekerjaan Umum, Jl.Pattimura 20, Kebayoran Baru, Jakarta. Smith. MJ, 1984, Mekanika Tanah, Erlangga Jl. Kramat IV/11 Jakarta.