PERBAIKAN TANAH LUNAK DENGAN METODE PRELOADING DENGAN PREFABRICATED VERTICAL DRAINS (PVD) Disusun untuk Memenuhi Tugas Terstruktur Mata Kuliah Perbaikan Tanah Oleh : Marsa Achadian Tyarpratama NIM. 135060107111002 UNIVERSITAS BRAWIJAYA FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK SIPIL 2015
PENDAHULUAN Pada kenyataannya, tanah lempung lunak secara teknis kurang menguntungkan untuk suatu pekerjaan konstruksi. Indeks plastisitas yang tinggi, sifat ekspansif yang tinggi, daya dukung yang rendah, dan kandungan air yang tinggi sehingga sulit terdrainasi karena permeabilitas tanah relatif rendah, serta kompresibilitas yang besar membuat tanah ini mengalami penurunan yang besar dan dalam waktu yang sangat lama. Hal ini seringkali menjadi kendala saat pelaksanaannya. Salah satu cara untuk mengatasi masalah tersebut adalah dengan menggunakan metode pre-loading yang dikombinasikan dengan pre-fabricated vertical drains (PVD). Pre-loading atau pemberian beban awal dilakukan dengan cara memberikan beban berupa timbunan sehingga menyebabkan tanah lempung akan termampatkan sebelum konstruksi didirikan. Prefabricated vertical drains adalah sistem drainase rekayasa yang dipasang vertikal di dalam lapisan tanah lunak. Sistem drainase vertikal ini berbentuk menyerupai sabuk berpenampang persegi panjang, dimana terbagi atas bagian luar (jacket) sebagai penyaring dan bagian inti (core) berupa komponen geotekstil sebagai media penyaliran air. Kombinasi sistem ini bertujuan untuk mempercepat waktu konsolidasi lapisan tanah lempung dibawahnya, sehingga penurunan yang terjadi dapat diatur sedemikian rupa sebelum pekerjaan konstruksi dimulai. Karena dengan penggunaan PVD, aliran air pori baik pada arah vertikal maupun radial/horizontal dapat dikeluarkan lebih cepat. Sebagai salah satu tinjauan mengenai pemanfaatan PVD adalah hasil analisa penggunaan pre-fabricated vertical drain pada tanah lunak di daerah Surabaya-Gempol (Diana Dewi, 1998). Dari hasil analisa tersebut didapat bahwa dengan merencanakan parameter desain dari sistem PVD, waktu untuk mencapai penurunan tanah total dapat direncanakan sesuai dengan waktu mulainya pelaksanaan pekerjaan konstruksi yang diinginkan.
KAJIAN TEORI a. Konsolidasi Tanah Lempung Konsolidasi merupakan proses keluarnya air dari dalam pori-pori tanah yang menyebabkan terjadinya perubahan volume tanah (memampat). Peristiwa konsolidasi umumnya dipicu oleh adanya beban/muatan diatas tanah. Muatan tersebut dapat berupa timbunan tanah atau konstruksi bangunan yang berdiri diatasnya. Bila lapisan tanah lunak mengalami beban diatasnya, maka air pori akan mengalir keluar dari lapisan tanah tersebut dan volumenya akan berkurang atau dengan kata lain akan mengalami konsolidasi (Wesley, 1977). Pada umumnya konsolidasi akan berlangsung satu arah (one dimensional consolidation) yaitu yaitu pada arah vertikal saja, karena lapisan tanah yang mengalami tambahan beban itu tidak dapat bergerak kea rah horizontal karena tertahan oleh tanah disekitarnya (lateral pressure) b. Koefisien Konsolidasi Vertikal Koefisien konsolidasi vertikal (Cv) menentukan kecepatan pengaliran air pada arah vertikal dalam tanah. Karena pada umumnya konsolidasi berlangsung satu arah saja, yaitu arah vertikal, maka koefisien konsolidasi sangat berpengaruh terhadap kecepatan konsolidasi yang akan terjadi. Harga Cv dapat dicari mempergu-nakan persamaan berikut ini : dimana : Cv = koefisien konsolidasi ( cm 2 /dtk ) Tv = faktor waktu tergantung dari derajat konsolidasi t = waktu yang dibutuhkan untuk mencapai derajat konsolidasi U% (dtk) h = tebal tanah (cm) c. Derajat Konsolidasi Tanah Derajat konsolidasi tanah (U) adalah perbandingan penurunan tanah pada waktu tertentu dengan penurunan tanah total.
d. Perhitungan Penurunan (Settlement) Besarnya penurunan konsolidasi dapat dicari mempergunakan persamaan : Sedangkan besarnya penurunan pada kondisi lempung yang mengalami over consolidated adalah : Apabila ( Po + P ) < Pc Apabila ( Po + P ) > Pc S = penurunan (settlement) akibat proses konsolidasi (m), Cc = indeks kompresi tanah, Cs = indeks pengembangan tanah, Po = tegangan overburden efektif ( t /m 2 ) Pc = tegangan prakonsolidasi efektif ( t /m 2 ) P = penambahan tegangan e = angka pori, dan H = tebal lapisan tanah lunak yang memampat (m) e. Pre-loading Tinggi timbunan kritis beban preloading ini dihitung berdasarkan daya dukung tanah lempung mula-mula. Kekuatan geser tanah lempung, dalam hal ini kohesi tanah, akan mempengaruhi tinggi timbunan yang akan pergunakan. Daya dukung tanah lempung dalam perencanaan beban preloading dihitung sebagai berikut :
dimana : c u = kohesi tanah dasar ( t / m 2 ) γtimb = berat volume tanah timbunan ( t / 3 m ) Hcr = tinggi timbunan kritis (m) f. Beban Pre-loading Bertahap Besarnya beban preloading yang akan diberikan dapat ditentukan terlebih dahulu, kemudian dibandingkan dengan tinggi timbunan atau beban yang mampu diterima oleh tanah dasar yaitu H kritis (Hcr). Apabila ternyata tinggi timbunan sebagai beban preloading yang akan diberikan lebih besar daripada Hcr, maka timbunan tersebut harus diletakkan secara bertahap. Langkah-langkah pemberian beban preloading secara bertahap adalah sebagai berikut : 1. Menghitung pemampatan yang akan terjadi akibat timbunan setinggi Hcr ( beban tahap I ) 2. Menghitung besar pemampatan untuk U rata-rata = 90 % dan waktu yang diperlukannya yaitu St 1 dan t 1. 3. Menghitung peningkatan daya dukung tanah akibat pemampatan sebesar St 1, dengan menggunakan persamaan : c u /Po = 0,11 + 0,0037 PI c u = c u + c u dimana : c u = peningkatan kuat geser akibat pemampatan ( t / 2 m ) Po = Tegangan overburden efektif setelah pemampatan ( t / 2 m ) PI = Plasticity Index (%) c u = kuat geser mula-mula ( t / 2 m ) c u = kuat geser setelah pemampatan ( t / 2 m )
4. Menghitung penambahan tinggi tim-bunan (beban tahap II) berdasarkan daya dukung tanah yang telah meningkat yang dihitung pada langkah no. 3. 5. Menghitung besar pemampatan akibat beban tahap II untuk U rata-rata = 90 % dan waktu yang diperlukannya, St 2 dan t 2. 6. Menghitung peningkatan daya dukung setelah pemampatan akibat beban tahap II terjadi. 7. Menentukan beban tahap III seperti langkah sebelumnya sehingga sampai total pemampatan yang harus dihi-langkan tercapai.. Pada akhir tahap pemberian beban, dapat diketahui tinggi akhir dari timbunan harus sama dengan tinggi timbunan rencana. g. Pre-Fabricated Vertical Drain (PVD) Persamaan derajat konsolidasi pada tanah yang distabilisai dengan menggunakan sistem PVD menurut Carrillo dalam Soedarmo G. D., dan S. J. Edy Purnomo, 1997 adalah sebagai berikut : Uc = 1 - (1-Uh) (1-Uv) dimana : Uc = derajat konsolidasi tanah akibat aliran vertikal dan radial. Uh = derajat konsolidasi radial Uv = derajat konsolidasi vertikal. persamaan : Besarnya waktu konsolidasi akibat pemakaian PVD dicari menggunakan dimana : t = waktu yang diperlukan untuk mencapai Uh (dtk) D = diameter ekuivalen lingkaran (cm) = 1,13 x S untuk pola susunan bujursangkar = 1,05 x S untuk pola susunan segitiga Ch = koefisien konsolidasi aliran horisontal (cm 2 /dtk) F(n) = faktor hambatan disebabkan karena jarak antara PVD. Uh = derajat konsolidasi tanah arah horisontal (%)
APLIKASI Seiring berkembangnya teknologi geoteknik khususnya di Indonesia, aplikasi perbaikan tanah lunak metode Preloading dengan Pre-fabricated Vertical Drain semakin banyak digunakan dalam pekerjaan konstruksi. Selain itu, karena lebih dari 10% daratan Indonesia ditempati tanah lunak terutama pada bagian pesisir yang lazimnya berisikan kota-kota besar seperti Jakarta dan Surabaya, maka metode ini bisa dibilang sangat umum digunakan. Salah satu aplikasinya di lapangan adalah Perbaikan Tanah pada Packing Plant PT. Semen Gresik di daerah Kariangau, Balikpapan. Rencana packing plant PT. Semen Gresik terletak di daerah perairan teluk Balikpapan di desa Kariangau Kalimantan Timur. Daerah perairan teluk Balikpapan merupakan daerah rawa dengan pohon bakau yang rapat dan merupakan daerah pasang surut. Elevasi permukaan tanah asli rata-rata +1,00 m LWS, sehingga perlu penimbunan reklamasi sekitar 3 m untuk mencapai elevasi rencana +4 m LWS. Kondisi tanah existing pada lokasi proyek pembangunan Packing Plant di Balikpapan menunjukkan kondisi tanah lempung/lanau. Tanah ini pada umumnya mempunyai daya dukung rendah dan memiliki sifat kompresibel tinggi dan permeabilitas yang sangat rendah. Karena memiliki sifat-sifat tersebut, tanah ini cenderung memiliki potensi penurunan konsolidasi yang besar dan dalam waktu yang cukup lama. Untuk mengatasi masalah tersebut diperlukan suatu metode perbaikan tanah untuk mempercepat proses konsolidasi. Kombinasi antara metode preloading dengan PVD (Prefabricated Vertical Drain) merupakan salah satu metode untuk mempercepat proses konsolidasi. Karena tanpa PVD, penurunan akan berlangsung sangat lama. 1. Analisis Data Perencanaan 1.1 Data Tanah Data tanah yang digunakan adalah data hasil penyelidikan tanah proyek urugan
lahan packing plant PT. Semen Gresik yang dilakukan oleh PT. Petrosol berupa data SPT dan data laboratorium. Dari hasil ploting dapat ditentukan kedalaman lapisan tanah yang terkonsolidasi dengan nilai N-SPT < 10 yaitu hingga kedalaman - 23.00 m. Maka tebal lapisan tanah yang terkonsolidasi sebesar 23 m (elevasi + 0.00 m hingga elevasi -23.00 m). 1.2 Data Timbunan Material timbunan direncanakan memakai limestone yang diambil dari daerah sekitar proyek dengan spesifikasi teknis sebagai berikut : Sifat fisis tanah timbunan C = 0 timb = 1,8 t/m 3 sat = 1,8 t/m 3 = 30 Geometri timbunan Tinggi timbunan (Hfinal) direncanakan akan ditimbun sampai elevasi + 4,00 LWS dengan elevasi tanah dasar rata-rata +1,00 m dan luas area timbunan + 10400 m 2. 1.3 Data Spesifikasi Prefabricated Vertical Drain (PVD) Jenis PVD yang digunakan pada perencanaan ini adalah CeTeau Drain CT- D812 produksi PT. Teknindo Geosistem Unggul dengan spesifikasi: - Weight = 80 g/m - Thickness (a) = 100 mm - Width (b) = 5 mm 2. Perencanaan Geometrik Reklamasi 2.1 Pembebanan Sebelum merencanakan reklamasi lahan, hal yang perlu dilakukan terlebih dahulu adalah menghitung beban yang akan diterima tanah dasar yang meliputi : 1. Beban Timbunan 2. Beban Traffic Beban traffic (qtraffic), diasumsikan setara dengan timbunan setinggi 0,6 m. Jadi beban total untuk tanah dasar adalah:
qtimb = 6 x 1,8 = 10,8 t/m 2 qtraffic = 0,6 x 1,8 = 1,08 t/m 2 + qtotal = 11,88 t/m 2 2.2 Perhitungan tinggi awal timbunan (Hinisial) Perhitungan konsolidasi pada perencanaan ini dihitung berdasarkan pemampatan tanah akibat konsolidasi primer (Consolidation Primary Settlement) yaitu pada kondisi normally consolidated. Perhitungan pemampatan menggunakan persamaan 2.2 dan 2.4. Pada persamaan tersebut, terdapat variable P yang merupakan penambahan beban akibat beban timbunan pada lapisan tanah yang ditinjau. Beban timbunan yang digunakan untuk mencari P tersebut adalah 3 t/m 2, 5 t/m 2, 7 t/m 2, 9 t/m 2, dan 11 t/m 2. 2.2.1. Perhitungan Besar Pemampatan Konsolidasi Tabel 2.1 Parameter tanah Gambar 2.1 Sketsa Rencana Perhitungan Tabel 2.2 Hasil Perhitungan Tinggi TimbunanAwal (Hinitial) dan Settlement
Gambar 5.2 Grafik Hubungan antara Tinggi Timbunan Akhir (Hfinal) dengan Tinggi Timbunan Awal (Hinitial) Gambar 5.3 Grafik Hubungan antara Tinggi Timbunan Akhir (Hfinal) dengan Sc (Settlement) Dengan menggunakan persamaan pada Gambar 5.2 dan 5.3 didapatkan : Elevasi akhir = + 4 m LWS Elevasi tanah dasar rata-rata = + 1 m LWS Tinggi timbunan rencana = 4-1 = 3 m Hinitial = -0,06x 2 + 1,5997x + 1,7151 = -0,06 (3) 2 + 1,5997(3) + 1,7151 = 5,974 m Sc = -0,06x 2 + 0, 5997x + 1,1151 = -0,06 (3) 2 + 0,6118 (3) + 1,1151 = 2,374 m
2.3. Perhitungan Waktu Konsolidasi Cv = 1,5 m 2 /th = 0,0002 cm 2 /dt Hdr = 23/2 =11,5 m U = 90 %, maka Tv = 0,848 (Diperoleh dari Tabel 5.4) Sehingga waktu konsolidasi untuk mencapai 90 % derajat konsolidasi adalah sebagai berikut : 2.4. Perencanaan PVD PVD dipasang sepanjang lapisan tanah yang terkonsolidasi yaitu hingga lapisan tanah dengan nilai SPT < 10. Pada perencanaan ini perlu dilakukan perhitungan untuk pemilihan pola dan jarak pemasangan PVD untuk mendapatkan hasil yang efisien sesuai yang diinginkan. 2.4.1. Pemilihan Pola Pemasangan PVD Terdapat dua macam pola pemasangan PVD, yaitu dengan pola pemasangan segitiga dan segiempat. Dalam perencanaan ini akan dilakukan perhitungan pola pemasangan segitiga dan segiempat dengan jarak S yaitu 0,8 m ; 1,0 m ; 1,2 m ; 1,5 m agar mendapatkan hasil yang efisien untuk mencapai derajat konsolidasi yang diinginkan. 2.4.2. Perhitungan Derajat Konsolidasi Vertikal (Uv)
Perhitungan derajat konsolidasi vertical (Uv) ditentukan dengan menggunakan persamaan 2.9. Dalam persamaan tersebut terdapat fungsi Tv (faktor waktu) yang dicari dengan menggunakan persamaan 2.8. 2.4.3. Perhitungan Derajat Konsolidasi Horisontal (Uh) Untuk menghitung derajat konsolidasi, dapat digunakan persamaan 2.17 yang berubah menjadi :
Dari grafik tersebut, dipilih pemasangan PVD dengan pola segitiga. Untuk jarak pemasangan dipilih 1,0 m dengan waktu yang diperlukan untuk mencapai konsolidasi 90 % adalah 21 minggu, dengan asumsi adanya batasan waktu proyek sehingga diambil waktu yang tidak terlalu lama. 2.5. Penimbunan Bertahap (Preloading) Pelaksanaan penimbunan di lapangan dilakukan secara bertahap yaitu menggunakan asumsi kecepatan penimbunan di lapangan 50 cm/minggu. Dengan tinggi timbunan awal (Hinitial) yang didapat dari perhitungan sebelumnya maka jumlah tahapan penimbunan adalah sebagai berikut : Hinitial = 5,974 m Jumlah pentahapan = 5,974 / 0,50 =11,95 tahap ~ 12 tahap Dalam tahap penimbunan, langkah awal yang dilakukan adalah mencari tinggi timbunan kritis (Hcr) yang mampu dipikul oleh tanah dasar agar timbunan tidak mengalami kelongsoran. Dari hasil analisa Xstabl didapat tinggi timbunan kritis (Hcr) = 2 m dengan SF = 1,28 lebih besar dari SFrencana = 1,2.
KESIMPULAN Dalam perencanaan ini didapatkan beberapa kesimpulan yaitu : 1. Elevasi akhir timbunan yang direncanakan adalah +4 m, dengan elevasi tanah dasar ratarata adalah +1,00 m. 2. Tinggi timbunan awal yang dibutuhkan adalah sebesar 5,974 m dengan besar pemampatan yang harus dihilangkan sebesar 2,374 m. 3. Waktu yang dibutuhkan untuk pemampatan sebesar 2,374 m dan mencapai derajat konsolidasi 90 % adalah 75 tahun apabila tidak dipergunakan PVD. 4. Apabila dipergunakan PVD tipe CeTeau-Drain CT-D812 dengan ukuran 100 mm x 5 mm dengan pola pemasangan segitiga dengan jarak pemasangan (S) 1 m memerlukan waktu selama 21 minggu. 5. Penimbunan dilakukan bertahap dengan kecepatan penimbunan yaitu 0,5 m/minggu tanpa ada waktu tunggu (penundaan). 6. Lama waktu yang dibutuhkan untuk menghilangkan pemampatan sebesar 2,374 m dengan metode preloading kombinasi pemasangan PVD adalah 13 minggu..
DAFTAR PUSTAKA Kuswanda, Wahyu P. 2015. Problematika Pembangunan Pada Tanah Lunak dan Alternatif Penanganannya. Hidayati, Annisa. Kombinasi Preloading dan Penggunaan Prefabricated Vertical Drains untuk Mempercepat Konsolidasi Tanah Lempung Lunak (Studi Kasus Tanah Lempung Suwung Kangin), (http://puslit2.petra.ac.id/ejournal/index.php/jurnalteknik-sipil/article/view/18572/18346), diakses pada 19 Oktober 2015. Anonim. Alternatif Metode Perbaikan Tanah untuk Penanganan Masalah Stabilitas Tanah Lunak pada Packing Plant PT. Semen Gresik di Kariangau, Balikpapan, (http://digilib.its.ac.id/public/its-paper-34131-3111105036-paper.pdf), diakses pada 19 Oktober 2015.