KARAKTERISTIK DAN SIFAT-SIFAT TEKNIK (PROPERTIES) TANAH
3.1 METODE PELAKSANAAN GALIAN STRUKTUR
3.1.10 METODE PENGERINGAN (DEWATERING)
Galian struktur diperlukan untuk memberikan ruang bagi pembuatan bangunan bawah jembatan. Persoalan pelaksanaan akan muncul apabila ternyata permukaan air tanah terletak pada kedalaman tanah yang termasuk harus digali, artinya tepi bawah abutment terletak di bawah permukaan air tanah. Jika kondisi seperti ini yang dihadapi, maka langkah pertama yang harus dilakukan adalah menurunkan permukaan air tanah agar galian struktur dapat dilakukan mengikuti shop drawing.
Lihat sketsa tersebut di bawah :
Catatan :
Pada contoh skets di atas, jika tidak dilakukan pengendalian terhadap permukaan air tanah, maka akan sulit untuk mencapai galian pada kedalaman tepi bawah pondasi sumuran sebagaimana dikehendaki dalam perencanaan teknis.
Untuk mengatasi hal ini ada beberapa metode pengeringan (dewatering) yang perlu dipilih agar galian struktur dapat dilaksanakan.
Prinsip dewatering dalam hal ini adalah membuang air tanah yang merembes, bisa dengan open pumping, pre drain, atau cut off tergantung kondisi lapangan.
muka air sungai permukaan air tanah sebelum
pondasi sumuran dipasang permukaan tanah asli sebelum
pondasi sumuran dipasang
dasar pondasi sumuran
Tepi galian struktur
Pelatihan Structure Engineer of Bridge Construction (STEBC) III-7 Dewatering dimaksudkan untuk :
Dapat menyiapkan lantai kerja pada dasar galian struktur; Menjaga stabilitas tepi-tepi galian agar tidak runtuh;
Mencegah kerusakan dasar galian dari kemungkinan terjadinya ”piping” yang melemahkan daya dukung tanah.
Untuk dapat menentukan metode dewatering mana yang akan digunakan dalam menyediakan ruang untuk meletakkan tepi bawah abutment jembatan diperlukan data-data sebagai berikut:
perkiraan volume air per satuan waktu di dalam lubang galian struktur yang harus dikeringkan,
posisi permukaan air tanah, faktor permeabilitas tanah, dan
data-data properties lainnya (hasil pekerjaan boring, dilakukan pengujian laboratorium);
yang diperlukan untuk mengendalikan posisi permukaan air tanah guna mencegah atau mengurangi pengaruh rembesan air tanah dalam pelaksanaan pekerjaan galian struktur. Berikut ini diberikan beberapa 2 (dua) metode dewatering :
a. Open pumping
Metode ini digunakan jika diperhitungkan bahwa dalam pelaksanaan galian struktur, volume air per satuan waktu yang akan menggenangi lubang galian (yang mengalir/berasal dari air tanah) relatif tidak banyak, masih bisa ditanggulangi dengan memasang pompa penyedot air. Berikut ini adalah sketsa contoh galian struktur untuk keperluan menempatkan pondasi sumuran, dalam kondisi volume rembesan air ke lubang galian per satuan waktu masih dapat ditanggulangi dengan sistem open pumping.
Pelatihan Structure Engineer of Bridge Construction (STEBC) III-8 muka air sungai lereng galian struktur
dasar pondasi sumuran
ke sungai
ke sungai lubang galian untuk
pondasi sumuran
Rembesan air permukaan
pompa penyedot air
pondasi sumuran
pondasi sumuran
Dalam contoh di atas direncanakan memasang 2 (dua) pondasi sumuran untuk memikul beban-beban jembatan melalui abutment. Galian untuk pondasi sumuran dilaksanakan satu demi satu, setelah dinding sumuran untuk 1 (satu) pondasi sumuran selesai dan diisi dengan beton siklop, galian pondasi berikutnya baru boleh dimulai. Sebelumnya untuk memudahkan petugas melaksanakan pemasangan dinding sumuran, disiapkan lantai kerja (lean concrete) dengan ukuran sama dengan ukuran tapak bangunan bawah, dikosongkan di posisi untuk meletakkan dinding sumuran. Setelah dicek bahwa letak dinding sumuran sudah tepat, pekerjaan galian
Pelatihan Structure Engineer of Bridge Construction (STEBC) III-9 dimulai dengan terlebih dahulu meletakkan dinding sumuran di posisi sesuai dengan yang direncanakan. Kemudian tanah digali dan dibuang, dinding sumuran akan turun karena berat sendiri, jika dinding pertama telah turun sehingga tepi atas dinding sumuran mencapai elevasi lantai kerja, dinding sumuran kedua diletakkan diatasnya. Pekerjaan galian struktur dilanjutkan, tanah hasil galian dibuang, dinding sumuran yang kedua semakin turun, demikian seterusnya sampai akhirnya dicapai galian struktur sampai pada ke dalaman tanah keras untuk meletakkan dasar pondasi sumuran. Air tanah yang merembes melalui dasar galian dipompa ke luar dengan pompa penyedot air yang telah dipasang di lantai kerja. Proses galian dan penyedotan air di lokasi galian berlangsung terus (air dibuang ke saluran pembuang, dalam contoh dibuang ke sungai karena abutment dibuat untuk jembatan yang melintasi sungai) sampai tepi bawah dinding sumuran mencapai elevasi yang direncanakan.
Pertanyaannya sekarang adalah bagaimana menghitung besaran-besaran yang diperlukan untuk mengetahui volume air (rembesan) per satuan waktu sebagaimana dikemukakan di atas. Untuk menjawab hal tersebut, berikut ini diberikan hukum Darcy yang dapat digambarkan sebagai berikut :
Catatan :
Pada contoh (I) : arah flow (aliran air) horizontal Pada contoh (II) : arah flow vertikal
vp = kp.S
vp = Kecepatan rembesan air kp =
Koefisien rembesan (koefisien perkolasi), yaitu kecepatan rata-rata aliran air melalui pori-pori tanah pada kondisi S = 1.0
S = Gradien hidrolik, yaitu h/L
h = Perbedaan tinggi muka air pada jarak L
L = Tebal lapis tanah, diukur searah dengan arah aliran air
Penggunaan secara praktis, akan lebih mudah menghitung luas penampang tanah yang dilalui oleh rembesan air dibandingkan dengan menghitung luas pori-pori tanah (voids). Dalam hal ini koefisien rembesan ”kp” kita ganti dengan koefisien permeabilitas ”k”, yang didefinisikan sebagai kecepatan rata-rata imajiner ”v” suatu
Pelatihan Structure Engineer of Bridge Construction (STEBC) III-10 rembesan air pada suatu penampang tanah (butir + pori), yang terjadi pada kondisi gradien hidrolik S = 1.0.
Jadi : v = k.S
Asumsi yang diberikan disini ialah bahwa luas penampang voids rata-rata proportional dengan volume pori (volume of voids) Vv. Hubungan antara k dengan kp dapat diberikan sebagai berikut : k = (Vv/V).kp dimana V = Va + Vw + Vs sedangkan Vv = Va
+ Vw.
Catatan : Va = volume udara, Vw = volume air, Vs = volume butir; V = volume total, selanjutnya lihat ilustrasi yang menggambarkan secara skematis porositas tanah tersebut di bawah :
Untuk menghitung volume air per satuan waktu (debit) yang menggenangi lubang galian dapat digunakan rumus tersebut di bawah :
Q = k.S.A.t
Q = Debitk = Koefisien permeabilitas S = Gradien hidrolik, yaitu h/L A = Luas penampang tanah
t = Waktu
b. Pre Drainage
Metode ini digunakan jika diperhitungkan bahwa dalam pelaksanaan galian struktur, volume air per satuan waktu yang akan menggenangi lubang galian (yang mengalir/berasal dari air tanah) relatif banyak, sehingga tidak lagi mungkin menggunakan open pumping. Prinsip yang digunakan adalah menurunkan permukaan
Vw air (udara) water (air) solid (butir) Va Vs Vv V
Pelatihan Structure Engineer of Bridge Construction (STEBC) III-11 air tanah di bawah dasar galian agar posisi air tanah berada lebih rendah dibanding dengan tepi bawah pondasi (dalam contoh : pondasi sumuran).
Penurunan elevasi permukaan air tanah di bawah dasar galian direncanakan dengan menggunakan well point system atau deep well. Desain well points dimaksudkan untuk menentukan berapa banyaknya well points yang diperlukan, berapa kedalaman well poins, dimana well points harus ditempatkan, berapa jumlah pompa yang diperlukan, dan berapa kapasitas pompa yang harus dipasang. Satu well point system pada umumnya direncanakan untuk dapat menurunkan permukaan air tanah (suction
muka air sungai lereng galian struktur
lubang galian untuk pondasi sumuran
permukaan air tanah setelah pre drain
pompa penyedot air
ke sungai ke sungai pondasi sumuran pondasi sumuran
pompa penyedot air
permukaan air tanah sebelum pre drain
Pelatihan Structure Engineer of Bridge Construction (STEBC) III-12 lift) 5–7 m di bawah permukaan tanah asli. Jarak antara untuk masing-masing well point pada umumnya berkisar antara 1–4 m, tepi atas well point difungsikan sebagai penghisap air dari well point, dialirkan melalui header pipe ke pompa penyedot air. Dari sini air dibuang ke saluran pembuang, dalam contoh air yang disedot oleh pompa dibuang ke sungai. Dalam contoh sketsa, untuk menurunkan permukaan air tanah dipasang 12 (dua belas) well point. Untuk menghitung kebutuhan well point termasuk di elevasi mana dasar wall point harus ditentukan, diperlukan pengujian laboratorium atas hasil boring, guna mendapatkan properties tanah, untuk bahan masukan perhitungan desain.
Pemahaman dasar tentang penggunaan hukum Darcy untuk memperhitungkan volume rembesan air ke dalam galian tanah, barangkali dapat membantu para perencana menentukan apakah dapat menggunakan open pumping atau pre drainage atau yang lainnya misalnya memasang sheet pile di luar galian untuk pondasi sumuran. Yang terakhir ini tidak dijelaskan di sini karena pada umumya sheet pile digunakan untuk galian struktur berbentuk persegi yang memerlukan ruang kerja pekerjaan pondasi yang sama sekali terbebas dari aliran air tanah. Jadi dalam hal ini yang diperlukan adalah memotong flow air tanah dengan sheet pile, berbentuk persegi tertutup, air tanah di sekeliling luar galian tidak diturunkan. Sheet pile dipancang sampai minimal sama dengan tepi bawah akuifer, sehingga aliran akuifer tidak bocor ke lubang galian.