II-1 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI
2.1 Pengertian Tanah
Dalam pengertian teknik secara umum, tanah didefinisikan sebagai material yang terdiri dari agregat ( butiran ) mineral – mineral padat yang tidak tersementasi ( terikat secara kimia ) satu sama lain dan dari bahan – bahan organik yang telah melapuk ( yang berpartikel padat ) disertai dengan zat cair dan gas yang mengisi ruang – ruang kosong diantara partikel – partikel padat tersebut.
Tanah berguna sebagai bahan bangunan pada berbagai macam pekerjaan teknik sipil, disamping itu tanah berfungsi juga sebagai pendukung pondasi dari bangunan.
Tanah mempunyai sifat dasar seperti: asal – usulnya , penyebaran ukuran butiran, kemampuan mengalirkan air, sifat pemampatan bila dibebani ( compressibility ), kekuatan geser, kapasitas daya dukung terhadap beban, dan lain sebagainya ( menurut ; Braja M Das “ Mekanika Tanah ( Prinsip – prinsip Rekayasa Geoteknis ) ) .
Yang dimaksud tanah dalam bidang mekanika tanah adalah suatu susunan yang mencakup semua bahan mulai dari tanah lempung ( clay ) sampai dengan berangkal / batu – batu yang besar.
II-2
Berdasarkan pengertian diatas, ukuran partikel tanah adalah sangat beragam dengan variasi yang cukup besar. Tanah umumnya dapat disebut sebagai kerikil ( gravel ), pasir ( sand ), lanau ( silt ), atau lempung ( clay ), tergantung pada ukuran partikel yang dominan pada tanah tersebut.
Untuk menerangkan tentang tanah berdasarkan ukuran – ukuran partikelnya, beberapa organisasi telah mengembangkan batasan – batasan ukuran golongan jenis tanah ( soil separate size limits ), adapun pengelompokannya dapat dilihat pada tabel berikut :
Tabel 2.1 : Penggolongan jenis tanah berdasarkan ukuran butir tanah
Nama golongan Ukuran butiran ( mm ) Kerikil ( gravel ) Pasir ( sand ) Lanau ( silt ) Lempung ( clay ) Massachussetts Institute ot Teknology ( MIT ) >2 2 - 0,06 0,06 - 0,002 <0,002 U.S Department of Agriculture ( USDA ) >2 2 - 0,05 0,05 - 0,002 <0,002 American Association of State Highway and Transportation Officials ( AASTHO )
76,2 – 2 2 - 0,075 0,075-0,002 <0,002
Unifield Soil
Classification System ( U.S. Army Corpof Engineers,
U.S.Bureau of
Reclamation ), ( USCS )
76,2 – 4,75 4,75 - 0,075
Halus ( yaitu lanau dan lempung )
<0,0075
II-3
Dalam kebanyakan hal, tanah itu terdiri dari ukuran – ukuran butir yang meliputi beberapa macam ukuran, sehingga kita akan menemukan dua macam tanah dalam satu contoh, sehingga cara pemberian nama-nya sebagai berikut :
- Kerikil kepasiran, ( sandy gravel )
Artinya tanah yang sebagian besar terdiri dari kerikil dan mengandung sejumlah pasir.
- Pasir kelanauan, ( silty sand )
Artinya tanah yang sebagian besar terdiri dari pasir dan mengandung sejumlah lanau.
- Pasir kelempungan, ( clayey sand )
Artinya tanah yang sebagian besar terdiri dari pasir dan mengandung sejumlah lempung.
Begitupula campuran tanah yang lain, cara pemberian nama ( istilah ) seperti diatas, yang prosentasenya banyak disebut terlebih dahulu.
Disamping berdasarkan ukuran butirannya seperti diatas, tanah juga dapat dikelompokan berdasarkan hasil penyelidikan tanah dilapangan, baik dengan alat sondir maupun boring.
II-4
Adapun pengelompokannya dapat dilihat pada tabel sebagai berikut :
Tabel 2.2 : Penafsiran hasil penyelidikan tanah dengan memakai alat sondir
Hasil sondir ( g/cm2) Jenis Tanah
qc fs
6 0,15 – 0,40 Humus, lempung sangat lunak
6 – 10 0,20 Pasir kelanauan lepas, pasir sangat lepas 0,20 – 0,60 Lempung lembek, lempung kelanauan
lembek 10 – 30 0,10 Kerikil lepas
0,10 – 0,40 Pasir lepas
0,40 – 0,80 Lempung atau lempung kelanauan 0,80 – 2,00 Lempung agak kenyal
30 – 60 1,50 Pasir kelanauan, pasir agak padat
1,00 – 3,00 Lempung atau lempung kelanauan kenyal 60 – 150 1,00 Kerikil kepasiran lepas
1,00 – 3,00 Pasir padat, pasir kelanauan atau lempung padat dan kerikil kelempungan
3,00 Lempung kekerikilan kenyal
150 – 300 1,00 – 2,00 Pasir padat, pasir kekerikilan padat, pasir kasar padat, pasir kelanauan sangat padat Sumber : Braja M Das “ Mekanika Tanah (Prinsip – prinsip Rekayasa Geoteknis)” dan hasil penyelidikan tanah dilapangan.
Keterangan :
- qc : tekanan konus - fs : hambatan pelekat
II-5 Tabel 2.3 : Penafsiran hasil penyelidikan tanah dari uji SPT ( Standard Penetrasi Test )
Tabel 2.3a : Dengan Titik Bor B - 2
Depth Thickness N
SPT
Jenis Tanah sat t/m3 ’ t/m3 e WL Cc Cv cm/s 0-11 10 8 Clayey silt 1,64 0,64 1,66 61,48 0,44 0,0007045 11-18 7 10 Sand 1,60 0,60 1,85 68,55 0,50 0,00040 18-30 12 27 Clayey silt 2,00 1,00 0,71 26,09 0,12 0,00384 30-45 15 31 Clayey silt 2,00 1,00 0,71 26,09 0,12 0,00384
Tabel lanjutan 2.3a :
Depth Thicknes s N SPT Jenis Tanah CH ’ derajat Cu t/m2 c’ t/m2 E t/m2 0-11 10 8 Clayey silt 0,001409 28 1,8 1,2 0,48 1327,1 11-18 7 10 Sand 0,000800 32 0 0 0,38 2587,5 18-30 12 27 Clayey silt 0,007684 38 10 6,67 0,36 1009,7 30-45 15 31 Clayey silt 0,007684 40 10 6,67 0,34 956.8
Sumber : Data dari konsultan PT. Institut Teknologi Sepuluh Nopember Kemitraan.
Keterangan tabel :
sat = kepadatan jenuh e = angka pori ‘ = kepadatan kering WL = kadar air
II-6
Cv = koefisien konsolidasi ( cm² / dtk ) Cc = indeks kompresi tanah
= sudut geser tanah
Cu = kohesi tanah dasar ( t / m2 ) c = kohesi tanah
Tabel 2.3b : Dengan Titik Bor BH - 1
Depth N SPT Jenis Tanah Gs eo e sat
t/m3 c t/m3 derajat 3- 3,50 2,00 Clayey silt 2,61 1,98 1,37 1,64 0,17 6 9- 9,50 10,10 Clayey silt 2,68 1,19 0,99 1,72 0,70 0 Tabel lanjutan 2.3b :
Depth N SPT Jenis Tanah Cs Cc LL PI Cv
cm/s Po t/m2 Pc t/m2 3- 3,50 2,00 Clayey silt 0,13 0,97 91 55 0,000704 0,4 1,5 9- 9,50 10,10 Clayey silt 0,10 0,44 59 30 0,000846 0,8 2,0
Sumber : Data dari konsultan PT. Testana Engineering
Keterangan tabel :
Gs = berat jenis butir eo = angka pori awal e = angka pori akhir
II-7
sat = kepadatan jenuh c = kohesi tanah
= sudut geser tanah
Cs = indeks pengembangan tanah Cc = indeks kompresi tanah LL = liquit limit ( batas cair ) PI = indeks plastis
Cv = koefisien konsolidasi ( cm² / dtk) Po = tegangan overbuden efective ( t / m2 ) Pc = tegangan prakonsolidasi efektif ( t / m2 )
2.2 Lapisan Material Tanah dan Perilaku Tanah
Dari uraian singkat diatas mengenai pengertian dasar tanah, dapat diambil kesimpulan bahwa secara garis besar tanah itu dibedakan menjadi 2 kelompok besar yaitu; tanah keras dan tanah lunak.
Dalam bidang Teknik Sipil sistem klasifikasi tanah yang dipakai ada 2 sistem yaitu AASTHO dan USCS, sedangkan khusus untuk keperluan konstruksi bangunan yang dipakai adalah sistem USCS yang mengatur tentang perilaku, jenis tanah.
Sistem ini pada umumnya diperkenalkan oleh Cassagrande pada tahun 1942 untuk dipergunakan pada pekerjaan pembuatan lapangan terbang yang dilaksanakan oleh The Army Corp of Engineers selama Perang Dunia II. Dalam rangka kerja sama dengan United States Bureau of Reclamation tahun 1952, sistem ini disempurnakan.
II-8
Pada masa kini, sistem klasifikasi tersebut digunakan secara luas oleh para ahli teknik. Sistem ini mengkelompokan tanah ke dalam dua kelompok besar yaitu;
a. Tanah berbutir kasar ( coarse grained soil ), yaitu ; tanah kerikil dan pasir di mana kurang dari 50% berat total contoh tanah lolos ayakan No. 200. Simbol dari kelompok ini dimulai dengan huruf awal G atau S. G adalah untuk kerikil ( gravel ) atau tanah berkerikil, dan S dalah untuk pasir ( sand ) atau tanah berpasir.
b. Tanah berbutir halus ( fine grained soil ), yaitu dimana lebih dari 50% beserta total contoh tanah lolos ayakan No. 200. Simbol dari kelompok ini dimulai dengan huruf awal M untuk lanau ( silt ) anorganik, C untuk lempung ( clay ) anorganik dan O untuk lanau-organik dan lempung – organik. Simbol PT digunakan untuk tanah gambut ( peat ), muck dan tanah – tanah lain dengan kadar organik yang tinggi.
Dimana yang termasuk tanah keras dalam sistem USCS adalah ada dalam kelompok berbutir kasar dan tanah lunak ada dalam kelompok berbutir halus. Sehingga dapat didefinisikan sebagai berikut : tanah keras adalah suatu struktur tanah yang terdiri dari kelompok berbutir kasar yang terbentuk dari struktur tanah kerikil dan pasir, sedangkan tanah lunak adalah suatu struktur tanah yang terdiri dari kelompok berbutir halus yang terbentuk dari struktur lanau dan lempung. Sedangkan untuk lokasi yang akan dilakukan penelitian ini adalah dengan kondisi tanah yang sangat jelek berupa lanau, lumpur bekas tambak dimana tanah tersebut telah jenuh dengan air.
II-9 2.2.1 Tanah Lunak
Didalam Tabel 2.1 ; Batasan – Batasan ukuran golongan tanah berdasarkan golongan MIT ( Massachusetts Institute of Teknology ), USDA ( US. Department of Agricultural ), AASTHO ( American Assosiation of State Highway and Transportation ), USCS ( Unified Soil Classification System ) dapat didefinisikan bahwa lempung sebagai golongan partikel yang berukuran kurang dari 0,002 mm ( 2 mikron ) dan partikel berukuran antara 0,002 mm sampai 0,005 mm juga masih digolongkan sebagai partikel lempung.
Mineral lempung merupakan senyawa aluminium silikat yang kompleks terdiri dari satu atau dua unit dasar yaitu silika tetrahedra dan aluminium oktrahedra.
Adapun struktur lapisan dasar tanah lunak terdiri dari : a. Lanau ( silt )
Sebagian besar merupakan fraksi mikroskopis (berukuran sangat kecil) dari tanah yang terdiri dari butiran – butiran quartz yang sangat halus,dan sejumlah partikel berbentuk lempengan – lempengan pipih yang merupakan pecahan dari mineral – mineral mika.
( Sumber : Braja M Das “ Mekanika Tanah ( Prinsip – prinsip Rekayasa Geoteknis )” )
b. Lempung ( clays )
Sebagian besar terdiri dari partikel mikroskopis dan submikroskopis ( tidak dapat dilihat dengan jelas bila hanya dengan mikroskopis biasa ) yang berbentuk lempengan – lempengan pipih dan merupakan partikel –
II-10
partikel dari mika, mineral – mineral lempengan ( clays minerals ) dan mineral – mineral yang sangat halus lainnya.
( Sumber : Braja M Das “ Mekanika Tanah ( Prinsip – prinsip Rekayasa Geoteknis )” )
Dari uraian diatas dapat didefinisikan bahwa tanah lunak adalah suatu struktur tanah yang terdiri dari partikel lanau dan lempung yang telah banyak atau jenuh mengandung air, dimana tanah tersebut akan menyusut apabila air yang dikandungnya secara perlahan – lahan hilang dalam tanah tersebut.
Dengan hilangnya air secara terus-menerus, maka tanah akan mencapai suatu tingkat keseimbangan di mana penambahan kehilangan air tidak akan menyebabkan perubahan volume.
Kadar air dinyatakan dalam persen dimana perubahan volume suatu massa tanah berhenti didefinisikan sebagai batas susut ( shrinkage limit ) .
Oleh karena itu dengan adanya kondisi tanah existing seperti itu maka perlu adanya penanganan khusus ( treatment ) untuk perbaikan tanah tersebut sehingga tanah tersebut bisa terjadi Consolidasi Settlement ( Penurunan Konsolidasi Tanah ).
II-11
Secara umum tanah lunak mempunyai ciri – ciri sebagai berikut : - Tanah terdiri dari butiran – butiran yang halus.
- Tanah berupa butiran – butiran lanau dan lempung yang telah banyak atau jenuh mengandung air / memiliki kadar air tinggi.
- Mengalami konsolidasi berlebihan. - Plastisitas tinggi
- Tanah dengan rongga kapiler ( permeabilitas ) yang sangat kecil sehingga proses konsolidasi saat tanah dibebani memerlukan waktu yang cukup lama.
- Memiliki daya dukung yang rendah - Memiliki sifat kompresibel tinggi
- Memiliki potensi penurunan konsolidasi yang besar dan dalam waktu yang cukup lama.
Akibat adanya beban timbunan ( pre-loading ) yang ditempatkan diatas tanah dasar yang sangat lunak maka akan terjadi penurunan ( settlement ) tanah dasar. Settlement tersebut disebabkan oleh adanya deformasi partikel tanah, relokasi partikel, keluarnya air atau udara dari dalam pori dan sebab – sebab lainnya. Keluarnya air atau udara dari dalam pori selalu disertai dengan berkurangnya volume tanah, berkurangnya volume tanah tersebut dapat menyebabkan penurunan lapisan tanah tersebut.
Bilamana suatu lapisan tanah lempung yang jenuh air yang mampumampat ( compressible ) diberi penambahan tegangan berupa timbunan ( pre-loading)
II-12
diatasnya, maka penurunan ( settlement ) tanah tersebut akan terjadi dengan segera. Koefisien rembesan lempung adalah sangat kecil dibandingkan dengan koefisien rembesan pasir sehingga penambahan tekanan air pori yang disebabkan oleh pembebanan akan berkurang secara lambat laun dalam waktu yang sangat lama. Jadi untuk tanah lempung – lembek perubahan volume yang disebabkan oleh keluarnya air dari dalam pori ( yaitu konsolidasi ) akan terjadi sesudah penurunan segera. Penurunan konsolidasi tersebut biasanya jauh lebih besar dan lebih lambat serta lama dibandingkan dengan penurunan segera.
Deformasi sebagai fungsi waktu ( time – dependent deformation ) dari tanah lempung yang jenuh air dapat dipahami dengan mudah apabila digunakan suatu model reologis yang sederhana.
Beberapa atau semua faktor tersebut mempunyai hubungan dengan keadaan tanah yang bersangkutan.
Secara umum, penurunan ( settlement ) pada tanah yang disebabkan oleh pembebanan dapat dibagi dalam tiga kelompok besar, yaitu :
1. Penurunan konsolidasi ( consolidation settlement ), yang merupakan hasil dari perubahan volume tanah jenuh air sebagai akibat dari keluarnya air yang menempati pori – pori tanah.
2. Penurunan segera ( immediate settlement ) yang merupakan akibat dari deformasi elastis tanah kering, basah dan jenuh air tanpa adanya perubahan kadar air.
II-13
3. Penurunan sekunder ( secondary settlement ), Ss , merupakan pemampatan yang diakibatkan oleh adanya penyesuaian yang bersifat plastis dari butir – butir tanah.
Settlement total yang terjadi pada tanah yang dibebani ( St ) mempunyai 3 komponen :
St = Si + Sc + Ss
Dimana : Si = Immediate settlement Sc = Consolidation settlement Ss = Secondarysettlement2.2.2 Consolidasi Settlement ( Penurunan Konsolidasi tanah ) a. Pengertian Konsolidasi
Konsolidasi adalah suatu proses pengecilan volume secara perlahan – lahan pada tanah jenuh sempurna dengan permeabilitas rendah akibat pengaliran sebagian air pori.
Dengan kata lain pengertian konsolidasi adalah proses terperasnya air tanah akibat bekerjanya beban, yang terjadi sebagai fungsi waktu karena kecilnya permeabilitas tanah. Proses ini berlangsung terus sampai kelebihan tekanan air pori yang disebabkan oleh kenaikan tegangan total telah benar – benar hilang. Peristiwa konsolidasi umumnya dipicu oleh adanya beban / muatan diatas tanah. Muatan tersebut dapat berupa tanah atau konstruksi bangunan yang berdiri diatas
II-14
tanah. Bila lapisan tanah mengalami beban di atasnya, maka air pori akan mengalir keluar dari lapisan 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 pada arah vertikal saja, karena lapisan yang mengalami tambahan beban itu tidak dapat bergerak dalam jurusan horisontal, karena ditahan oleh tanah disekitarnya ( lateral pressure ).
b. Perhitungan penentuan tekanan Pra-konsolidasi.
Tanah mempunyai memori atas beban yang pernah dialami. Tegangan maksimum yang pernah dialami tanah disebut tekanan prakonsolidasi ( preconsolidation pressure ) ( p’ ).
Menurut riwayat pembebananya, tanah dibedakan atas : - Normally consolidated , dimana OCR = 1 - Over consolidated, dimana OCR > 1 - Under consolidated, dimana OCR < 1 Dimana ;
OCR = overconsolidation ratio = p’ / o’
p’ = preconsolidation pressure
o’ = effektive overburden pressure Underconsolidated
Tanah dikatakan dalam kondisi underconsolidated jika tanah tersebut tidak stabil, tanah dalam proses pembentukan ( baru diendapkan) dan belum sampai pada kondisi setimbang.
II-15 Overconsolidated
Tanah dalam kondisi overconsolidated terjadi akibat :
- Perubahan tegangan total yang terjadi karena erosi, penggalian, melelehnya lapisan salju yang menutupi.
- Perubahan tekanan pori karena penguapan oleh pohon – pohon, pemompaan air tanah dalam, pengaliran air tanah ke lorong saluran dan pengeringan lapisan permukaan.
Perhitungan OCR :
OCR = overconsolidation ratio = p’
o’
Sumber : Braja M Das “Mekanika Tanah (Prinsip – prinsip Rekayasa Geoteknis)”. Gambar 2.1 : Prosedur penentuan tekanan prakonsolidasi, Pc, dengan cara grafis.
Tekanan , p (skala log) t f Pc g h d c b Angka pori, e a
II-16
Dari gambar 2.1 dapat dilihat bahwa Casagrande ( 1936 ) menyarankan suatu cara mudah untuk menentukan besarnya tekanan prakonsolidasi , Pc, dari grafik e versus log p yang digambar dari hasil percobaan konsoilidasi di laboratorium. Prosedurnya adalah sebagai berikut ( lihat gambar 2.1 ) :
1. Dengan melakukan pengamatan secara visual, tentukan titik a di mana grafik e versus log p mempunyai jari – jari kelengkungan yang paling minimum.
2. Gambar garis datar ab.
3. Gambar garis singgung ac pada titik a.
4. Gambar garis ad yang merupakan garis bagi sudut bac.
5. Perpanjang bagian grafik e versus log p yang merupakan garis lurus hingga memotong garis ad di titik f. Absis untuk titik f adalah besarnya tekanan prakonsolidasi.
c. Beban tambahan / timbunan ( Pre-loading )
Penambahan beban diatas suatu permukaan tanah dapat menyebabkan lapisan tanah dibawahnya mengalami pemampatan. Pemampatan tersebut disebabkan oleh adanya deformasi partikel tanah, relokasi partikel, keluarnya air atau udara di dalam pori, dan sebab – sebab lain. Beberapa atau semua faktor tersebut mempunyai hubungan dengan keadaan tanah yang bersangkutan.
d. Koefisien konsolidasi vertikal ( Cv )
Koefisien konsolidasi vertikal ( Cv ) menentukan kecepatan pengaliran air pada arah vertikal dalam tanah. Karena pada umumnya konsolidasi berlangsung satu
II-17
arah saja, yaitu arah vertikal, maka koefisien konsolidasi sangat berpengaruh terhadap kecepatan konsolidasi yang akan terjadi.
Harga Cv dapat di cari menggunakan persamaan berikut ini : Tv . H²
Cv = --- t
Dimana :
Cv = Koefisien konsolidasi ( cm² / dtk )
Tv = Faktor waktu tergantung dari derajat konsolidasi
T = Waktu yang dibutuhkan untuk mencapai derajat konsolidasi U % ( dtk ) H = Tebal tanah ( cm )
e. Derajat konsolidasi
Derajat konsolidasi tanah U adalah perbandingan penurunan tanah pada waktu tertentu dengan penurunan tanah total.
Untuk U 60 %, maka : U % 2 Tv = --- --- 4 100 Untuk U > 60 % , maka : Tv = 1,781 - 0,933 log ( 100 – U % )
II-18
f. Waktu konsolidasi
Pada tanah yang tidak dikonsolidasi dengan penggunaan Pre-fabricated Vertical Drain ( PVD ), pengaliran yang terjadi hanyalah pada arah vertikal saja.
Perhitungan lamanya waktu konsolidasi dilapangan dapat mempergunakan rumus sebagai berikut :
Tv . H 2 t = ---
Cv
Dimana :
Tv = faktor waktu tergantung dari derajat konsolidasi ( U ) H = panjang maksimum lintasan drainase ( cm )
Cv = koefisien konsolidasi ( cm2 / dtk ) t = waktu konsolidasi
g. Perhitungan besarnya penurunan konsolidasi
Besarnya penurunan konsolidasi dapat dicari dengan mempergunakan persamaan sebagai berikut :
Cc . H po + P s = --- log --- 1 + eo po
Sedangkan besarnya penurunan pada kondisi tanah lempung yang terlalu terkonsolidasi adalah :
II-19 Apabila ( Po + P ) < Pc ( rumus a ) Cs po + P s = --- H log --- 1 + eo po Apabila ( Po + P ) > Pc ( rumus b ) Cs po + P Cc po + P s = --- H log --- + --- H log --- 1 + eo po 1 + eo po Dimana :
S = pemampatan akibat proses konsolidasi ( m ) Cc = indeks kompresi tanah
Cs = indeks pengembangan tanah
Po = tegangan overbuden efective ( t / m2 ) Pc = tegangan prakonsolidasi efektif ( t / m2 )
P = penambahan tegangan ( t / m2 ) e = angka pori
H = tebal lapisan tanah yang memampat ( m )
Adapun cara untuk mendapatkan parameter – parameter konsolidasi di atas adalah sebagai berikut :
( Sumber : Diktat Mekanika Tanah I Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Universitas Mercu Buana dan Braja M Das “ Mekanika Tanah ( Prinsip – prinsip Rekayasa Geoteknis )”.
II-20
- Tekanan Pra – Konsolidasi ( Pc )
Menunjukkan besarnya tekanan vertikal maksimum yang pernah terjadi di masa lampau terhadap tanah tersebut.
- Indeks Kompresi Tanah ( Cc )
Didapat dari kurva hasil tes konsolidasi kompresi asli yang merupakan bagian kurva dengan tekanan melebihi tekanan Pra – konsolidasi, bentuk kurvanya mendekati linier. Dari bagian kurva ini dapat dihitung Indeks Kompresi ( Compression Index ) Cc, yang merupakan kemiringan dari bagian kurva ini.
- Rekompresi dan pengembangan ( Recompression and Swell )
Bagian rekompresi dari kurva konsolidasi menunjukkan tingkah laku tanah jika mengalami tambahan beban kembali setelah sebelumnya mengalami penurunan tegangan, sedangkan jika tanah mengalami penurunan tegangan, tidak seluruhnya volume tanah kembali, dari bagian kurva ini dapat dihitung Indeks Pengembangan ( Swelling Index ), Cs , dan Index Rekompresi ( Recompression Index ).
- Koefisien konsolidasi ( Cv )
Koefisien konsolidasi menunjukkan kecepatan pengaliran air pori selama konsolidasi, secara empiris dapat ditentukan dengan 2 cara, yaitu metoda logaritma waktu ( Casagrande ) dan metoda akar waktu ( Taylaor )
II-21
h. Timbunan kritis pada pre-loading
Tinggi timbunan kritis beban pre-loading ini dihitung berdasarkan daya dukung tanah lunak mula – mula. Kekuatan geser tanah lunak, dalam hal ini kohesi tanah, akan mempengaruhi tinggi timbunan yang akan dipergunakan.
Daya dukung tanah lunak dalam perencanaan pre-loading dihitung sebagai berikut :
qu = 2 . Cu ( nilai Cu di ambil dari kohesi tanah dasar dari type jenis material tanah yang dipakai untuk timbunan )
qu = timb. Hcr Maka 2 . Cu Hcr = timb dimana :
qu = daya dukung tanah
Cu = kohesi tanah dasar ( t / m2)
timb = berat tanah timbunan ( t / m3) Hcr = tinggi timbunan kritis ( m )
2.2.3 Perbaikan Tanah.
Umumnya jenis tanah yang mengalami konsolidasi berlebihan adalah lempung lunak jenuh. Terdapat beberapa metode yang bisa dilakukan guna perbaikan tanah
II-22
lunak terhadap penurunan yang berlebihan ( settlement ) dan secara garis besar dapat dikelompok dalam 3 ( tiga ) kategori :
a. Dapat dilakukan dengan memasang vertical drain. b. Dengan menggunakan cerucuk atau corduroy. c. Menggunakan pondasi tiang.
Pertama memasang vertical drain, tanah lempung lunak jenuh adalah tanah dengan rongga kapiler yang sangat kecil sehingga proses konsolidasi saat tanah dibebani memerlukan waktu cukup lama, sehingga untuk mengeluarkan air dari tanah secara cepat adalah dengan membuat vertical drain pada radius tertentu sehingga air yang terkandung dalam tanah akan termobilisasi keluar melalui vertical drain yang telah terpasang.
Vertical drain ini dapat berupa stone column atau menggunakan material fabricated yang diproduk oleh geosindo atau pabrik yang lainnya. Pekerjaan vertical drain ini biasanya dikombinasikan dengan pekerjaan pre-load berupa timbunan tanah, dengan maksud memberikan beban pada tanah sehingga air yang terkandung dalam tanah bisa termobilisasi dengan lebih cepat.
a. Pola bujur sangkar b. Pola segitiga
II-23
POLA PEMASANGAN
VERTICAL DRAIN
POLA SEGITIGA
POLA SEGIEMPAT
Sumber : Browsing internet di website www. Soil Improvement.com , www. Perbaikan Tanah.com , www. Prefabricated Vertical Drain.com .
Kedua dengan menggunakan cerucuk bambu atau corduroy, prinsip kerjanya sebelum dilakukan penimbunan terlebih dahulu memasang bantalan baik yang terbuat dari bambu ( cerucuk ) atau dari kayu gelondongan ( corduroy ) sehingga saat tanah dihampar tidak bercampur dengan tanah asli dibawahnya dan tanah timbunan tersebut membentuk satu kesatuan yang mengapung diatas tanah aslinya semacam ponton yang mengapung diatas air. Terdapat pondasi cerucuk bambu yang telah dimodifikasi dan dipatentkan oleh beberapa tenaga ahli kita diantaranya oleh dosen Institut Teknologi Bandung yang telah diaplikasikan pada beberapa daerah di Indonesia serta telah terbukti manfaatnya.
II-24
a. Pola segi empat b. Pola segitiga / siksak
Gambar 2.3 : Contoh Pola Pemasangan cerucuk bambu maupun corduroy
POLA PEMASANGAN CERUCUK / CORDUROY
POLA SEGITIGA
POLA SEGIEMPAT
Sumber : Browsing internet di website www. Soil Improvement.com , www. Perbaikan Tanah.com , www. Prefabricated Vertical Drain.com .
Ketiga dengan menggunakan tiang pancang, bisa berupa bore pile atau PC spun pile, sehingga struktur yang akan kita bangun diatas tanah tersebut tidak lagi
II-25
menumpu pada tanah lunak tersebut akan tetapi menumpu pada lapisan tanah keras dibawahnya.
Satu hal yang perlu diperhatikan saat merencanakan pondasi tiang pancang pada tanah lunak adalah negative skin friction.
a. Pola segi empat b. Pola segitiga / siksak Gambar 2.4 : Contoh Pola Pemasangan Tiang Pancang
POLA PEMASANGAN TIANG PANCANG
POLA SEGITIGA
POLA SEGIEMPAT
Sumber : Browsing internet di website www. Soil Improvement.com , www. Perbaikan Tanah.com , www. Prefabricated Vertical Drain.com .
II-26 2.3 Pre-fabricated Vertical Drain ( PVD ) dan Pre-fabricated Horizontal
Drain (PHD)
Metode perbaikan tanah ( soil improvement ) antara daerah satu dengan daerah yang lain sangatlah berbeda – beda tergantung dari kondisi tanah setempat, peruntukannya, waktu yang diperlukan, biaya yang dianggarkan serta yang sangat penting adalah rekomendasi dari konsultan geoteknik yang akuntable berdasarkan dari hasil test tanah.
Kondisi tanah dasar pada lokasi yang akan dibangun Stadion Utama ini sangatlah jelek yaitu berupa tanah lunak yang terdiri dari lanau, lumpur karena bekas tambak yang telah jenuh dengan air.
Pada kenyataannya tanah lunak baik itu lanau maupun lempung bersifat kurang menguntungkan secara teknis untuk mendukung suatu pekerjaan konstruksi. Plastisitas yang tinggi, kembang susut yang tinggi, daya dukung yang rendah serta kandungan air yang tinggi dan sulit terdrainase karena permeabilitas tanah relatif rendah serta kompresibilitas yang besar menyebabkan tanah mengalami penurunan yang besar dan dalam waktu yang sangat lama.
Hal ini seringkali menjadi kendala dalam pelaksanaan suatu pekerjaan konstruksi. Salah satu metode untuk mengatasi masalah tersebut adalah dengan menggunakan sistem Pre-fabricated Vertical Drain dan Pre-fabricated Horizontal Drain yang dikombinasikan dengan preloading.
Preloading atau pemberian beban awal dilakukan dengan cara memberikan beban yaitu berupa timbunan sehingga menyebabkan tanah lempung akan termampatkan
II-27
sebelum konstruksi didirikan. Pre-fabricated Vertical Drain adalah sistem drainase buatan yang dipasang vertikal di dalam lapisan tanah lunak.
a. Pola bujur sangkar
POLA PEMASANGAN VERTICAL DRAIN
POLA SEGIEMPAT / BUJUR SANGKAR
Sumber : Browsing internet di website www. Soil Improvement.com , www. Perbaikan Tanah.com , www. Prefabricated Vertical Drain.com .
Gambar 2.5 : Contoh Pola Pemasangan Vertical Drain yang dipakai dalam penelitian
1,20 m 1,20 m
II-28
Sistem drainase vertikal ini mempunyai bentuk berupa sabuk berpenampang persegi panjang, terdiri dari bagian luar berupa penyaring / filter yang terbuat dari bahan synthetic / geotextile, kertas atau goni dan bagian dalam yang berfungsi sebagai media aliran air yang terbuat dari plastik atau serabut organik.
Kombinasi sistem ini bertujuan untuk memperpendek waktu perbaikan lapisan tanah lunak yang cukup tebal karena dengan penggunaan Pre-fabricated Vertical Drain akan menyebabkan terjadinya aliran air pori arah radial / horisontal selain aliran arah vertikal yang menyebabkan air pori dapat dikeluarkan dengan lebih cepat, sedangkan Pre-fabricated Vertical Drain berfungsi untuk menyalurkan air secara horizontal dari Pre-fabricated Vertical Drain agar dapat bisa keluar dari tanah ke saluran samping luar sehingga air tidak terjebak atau masuk lagi ke dalam tanah yang di soil improvement.
Pekerjaan lain yang berkaitan dengan pekerjaan Sytem PVD dan PHD adalah : a. Rekayasa lapangan
b. Galian c. Timbunan d. Geoteknik
e. Monitoring settlement
Tujuan utama dari penggunaan sistem ini adalah untuk mempercepat waktu penurunan sehingga membuat lapisan tanah yang ada menjadi tidak terjadi penurunan yang signifikan lagi dalam jangka waktu yang lama karena pada area yang memakai treatment ini tidak diperbolahkan terjadi penurunan tanah lagi dalam waktu dekat yang menyebabkan terjadinya permukaan tanah gelombang
II-29
( tidak levelling ), adapun area tersebut adalah area lapangan tengah Stadion Utama ( lapangan rumput sepak bola dan lapangan sintetis track lari ).
Untuk type jarak pemasangan PVD bermacam – macam, tergantung dari berapa lama atau waktu yeng diperlukan untuk settlement serta berapa besar settlement yang direncanakan.
Sesuai dengan fungsi dan tujuan dari penggunaan sytem PVD dan PHD, maka bahan materialnya PVD merupakan bahan produksi pabrik yang terdiri dari inti plastik memanjang dengan bentuk penampang tertentu diselimuti dengan lembaran geotekstil non-anyaman ( nonwoven ) yang merupakan satu kesatuan komposit menjadi suatu drainase vertikal untuk mempercepat konsolidasi tanah, geotekstil yang digunakan adalah lembaran tipis yang bisa secara bebas dilewati air menuju inti tanpa meloloskan atau dapat menahan butiran.
Inti yang digunakan merupakan lembaran tipis memanjang tanpa terputus yang berguna untuk mengalirkan air secara vertikal drain dari air tanah sekelilingnya. Bahan vertikal drain berbentuk pita memanjang dengan ukuran lebar penampang maksimum 100 mm dan tebal penampang minimum 20 mm.
Sedangkan bahan materialnya PHD juga merupakan suatu komposit yang terdiri dari inti plastik dan diselimuti dengan geotekstil non – anyaman, dimana geotekstil yang digunakan adalah lembaran tipis yang bisa secara bebas dilewati air menujuu inti tanpa meloloskan atau dapat menahan butiran.
Inti yang digunakan merupakan lembaran tipis memanjang tanpa terputus yang berguna untuk mengalirkan air secara horizontal drain dari meneruskan air dari
II-30 vertikal drain. Bahan horizontal drain berbentuk pita memanjang dengan ukuran lebar penampang 100 mm dan tebal penampang 20 mm.
Perforated Vertical Drain (PVD)
Perforated Horizontal Drain (PHD)
Sumber : Data dari konsultan pelaksana pekerjaan , PT. Teknindo Geosistem Unggul.
Gambar 2.6 : Contoh Material Vertical Drain dan Horizontal drain yang dipakai dalam penelitian
II-31
Sumber : Data dari konsultan pelaksana pekerjaan , PT. Teknindo Geosistem Unggul.
Gambar 2.7 : Contoh Material Vertical Drain dan Horizontal drain yang dipakai dalam penelitian
Sumber : Data dari konsultan pelaksana pekerjaan , PT. Teknindo Geosistem Gambar 2.8 : Spesifiaksi Teknis Material Vertical Drain
II-32 Sumber : Data dari konsultan pelaksana pekerjaan , PT. Teknindo Geosistem
Gambar 2.9 : Type Material Horizontal Drain
Sumber : Data dari konsultan pelaksana pekerjaan , PT. Teknindo Geosistem Gambar 2.10 : Spesifikasi Teknis Material Horizontal Drain
II-33
Adapun parameter – parameter yang dapat dihitung apabila menggunakan sistem perbaikan tanah lunak dengan metode Pre-fabricated Vertikal Drain dan Pre-fabricated Horizontal Drain yang dipadukan dengan sistem preloading adalah sebagai berikut :
a. Persamaan Derajat Konsolidasi ( menurut Carrillo dalam Soedarmo G.D., dan S.J. Edy Purnomo, 1997 ) adalah :
Uc = 1 - ( 1 - Uh ) ( 1 - Uv ) Dimana ;
Uc = derajat konsolidasi tanah akibat aliran vertikal dan radial. Uh = derajat konsolidasi radial
Uv = derajat konsolidasi vertikal
b. Besarnya waktu konsolidasi akibat pemakaian PVD dicari menggunakan persamaan : D2 1 t = --- . 2 . F (n) . ln --- 8 . Ch 1 - Uh dimana ;
t = waktu yang diperlukan untuk mencapai Uh ( dtk ) D = diameter equivalen lingkaran ( cm )
1,13 x S untuk pola susunan bujur sangkar 1,05 x S untuk pola susunan segitiga
Ch = koefisien konsolidasi aliran horizontal ( cm2 / dtk ) F(n)= faktor hambatan disebabkan karena jarak antara PVD
II-34
Uh = derajat konsolidasi tanah arah horizontal ( % )
Grafik – grafik yang menunjang untuk perhitungan parameter – parameter diatas dapat dilihat pada halaman lampiran.
2.4 Instrument dan Monitoring Settlement Konsolidasi.
Di dalam metode perbaikan tanah dengan sistem apapun yang dipilih dan digunakan pasti diperlukan suatu instrument serta monitoring untuk mengetahui perbandingan antara rencana dengan realisasi. Begitu pula dengan sistem yang akan dibahas dalam penelitian ini yaitu sistem Pre-fabricated Vertikal Drain dan Pre-fabricated Horizontal Drain ini dalam monitoring settlement konsolidasi memerlukan beberapa instrument geoteknik sebagai berikut :
a. Settlement Plate,
Instrument ini berfungsi untuk mengukur besarnya settlement, baik immediate maupun consolidation settlement, terdiri atas beberapa bagian :
- Plate besi : ukuran ( 50 x 50 x 1 ) cm - Pipa besi : ukuran diameter 3,81 cm ( 1,5”) - Pipa paralon : diameter 7,62 cm ( 3” )
Settlement plate dipasang pada zone dimana akan terjadi penurunan tanah maksimum.
b. Inclinometer digunakan untuk mengetahui pergerakan lateral atau horizontal tanah yang terjadi pada periode monitoring, tujuannya untuk mengetahui kemungkinan terjadinya slidding atau keruntuhan
II-35
dari suatu konstruksi timbunan yang sedang di kerjakan, instrument ini terdiri atas :
- Pipa inclinometer : orientasi 4 arah
- Readout unit : dalam meter dengan 4 digit dibelakang
koma
- Terpedo set - Operating cable - Cable reel
Pemasangan inclinometer diarea tepi atau lereng suatu timbunan. c. Piezometer digunakan untuk mengukur tegangan air pori secara tepat,
cepat, dan langsung pada tempat lokasi yang dikehendaki, tujuannya untuk mengetahui derajat konsolidasi yang terjadi termasuk prediksi keruntuhan tanah.
Alat instrument geoteknik ini terdiri atas beberapa bagian yaitu; - Lubang bor / casing : minimum 10 cm ( 4” )
- Tip piezometer - Filter sand - Bentonite tablet - Grouting
Piezometer ini dipasang boleh berdampingan atau tidak dengan settlement plate.
Monitoring melalui pembacaan alat – alat instrument geoteknik ini dilakukan setiap hari dengan waktu ( jam yang sama ) baik pagi , siang maupun di malam
II-36
hari. Data ini harus akurat karena dipakai sebagai data basic untuk mengevaluasi perbandingan rencana dengan yang terjadi.
Settlement Plate Piezometer Inclinometer
Tampak Atas
II-37
POTONGAN MELINTANG INSTRUMEN GEOTEKNIK
Potongan Melintang
Sumber : Konsultan Perencana PT. ISOPLAN
2.5 Pelaksanaan Sistem Pre-fabricated Vertical Drain pada Proyek – Proyek Yang Lain.
Sekarang ini metode perbaikan tanah lunak dengan sistem ini sudah banyak dipergunakan dan dikembangkan pada proyek – proyek yang ada di Indonesia. Adapun contoh proyek – proyek studi kasus tersebut adalah sebagai berikut :
1. Studi Kasus Tanah Lempung Suwung Kangin
“ Kombinasi Preloading dan Penggunaan Pre-fabricated Vertikal Drain untuk Mempercepat Konsolidasi Tanah Lempung Lunak“. Hasil penelitian pada tanah berkonsistensi lunak didaerah Suwung Kangin di “ Proyek Studi Kasus Penelitian di Daerah Suwung
II-38 Kangin Propinsi Bali “ , yang memanfaatkan metode Kombinasi preloading dan penggunaan pre-fabricated vertikal drain terbukti mampu mempercepat waktu konsolidasi dan meningkatkan daya dukung tanahnya. PVD yang dipasang dengan pola segitiga dan berjarak 1 m hingga kedalaman 16 m mampu mempercepat tercapainya konsolidasi primer sebesar 7276,84 % ( lebih cepat 73 kali jika dibandingkan dengan proses konsolidasi konvensional / alamiah ) terhadap beban rencana yang akan diterapkan pada tanah tersebut. Analisa stabilitas lereng timbunan preloading terhadap keruntuhan circular pada tanah lempung dibawah timbunan preloading secara bertahap (stepped preloading) memberikan angka keamanan yang sama 1.
2. Studi kasus di wilayah Pelabuhan Tanjung Perak Surabaya
“ Pemilihan Metode Perbaikan Tanah untuk Kawasan Pantai “. Lokasi penelitian merupakan suatu teluk yang berada diantara pelabuhan Tanjung Perak dan Kali Lamong yaitu Pada “Proyek Reklamasi Pantai untuk Pelebaran Gudang dan Kawasan Industri “, dengan kondisi tanah dilokasi tersebut sebagian besar terdiri dari endapan lumpur yang sebagian akan mengering jika air laut surut.
Dari hasil penelitian disimpulkan bahwa untuk memilih metode perbaikan tanah yang akan dipakai, dengan mempertimbangkan kemudahan pelaksanaan di lapangan, maka alternatifnya adalah kombinasi antara micropile dan geotekstil yang tepat untuk lokasi
II-39
pelabuhan tanjung perak. Untuk pemilihan yang lebih teliti maka perlu meninjau beberapa faktor lagi yaitu kebutuhan material dan analisa harga materialnya.
