BAB II TINJAUAN PUSTAKA. dan relokasi partikel tanah serta pengeluaran air atau udara dari pori. Secara

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Penurunan Tanah

Peningkatan tegangan akibat penambahan beban akan memampatkan atau mengkompresi tanah. Pemampatan atau kompresi ini diakibatkan oleh deformasi dan relokasi partikel tanah serta pengeluaran air atau udara dari pori. Secara umum, penurunan tanah akibat pembebanan dapat dibagi menjadi :

 Penurunan seketika (immediete settlement) atau penurunan elastis (elastic settlement), disebabkan oleh deformasi yang dianggap elastis pada tanah yang kering maupun lembab – jenuh tanpa melibatkan perubahan pada kadar air (moisture content).

 Penurunan konsolidasi (consolidation settlement) yang dibagi menjadi penurunan konsolidasi primer (primary consolidation settlement) dan penurunan konsolidasi skunder (secondary consolidation settlement). Penurunan konsolidasi primer merupakan hasil perubahan volume pada tanah kohesif jenuh akibat keluarnya air pori yang menempati rongga – rongga pada tanah. Berbeda dengan penurunan konsolidasi primer, penurunan konsolidasi sekunder terjadi sebagai akibat deformasi partikel tanah yang bersifat plastis. Besar penurunan konsolidasi sekunder sangat signifikan pada tanah organik. Penurunan tanah total dapat digambarkan dengan persamaan :

ST = SC + SS + Se … (2.1)

Sc = penurunan konsolidasi primer Ss = penurunan konsolidasi sekunder, dan Se = penurunan seketika

2.1.1 Penurunan Seketika (Immediate Settlement)

Penurunan seketika terjadi dalam kondisi undrained (tidak ada perubahan volume). Penurunan ini terjadi secara langsung setelah diberi pembebanan.

Tabel II.1 Nilai representatif dari modulus elastisitas tanah

Tipe Tanah Es (kN/m2)

Lempung Lunak (Soft Clay) 1800-3500

Lempung Keras (Hard Clay) 6000-14000

Pasir Lepas (Loose Sand) 10000-28000 Pasir Padat (Dense Sand) 35000-70000

Sumber : Das (2002)

Tabel II.2 Nilai representatif dari poisson’s ratio

Tipe Tanah Poisson Ratio, s

Pasir Lepas (Loose Sand) 0,2-0,4

Pasir Sedang (Medium Sand) 0,25-0,4

Pasir Padat (Dense Sand) 0,3-0,45

Pasir Berlanau (Silty Clay) 0,2-0,4

Lempung Lunak (Soft Clay) 0,15-0,25

Lempung Sedang (Medium Clay) 0,2-0,5)

Sumber : Das (2002)

nilai N uji SPT dan ɋc uji CPT sebagaimana ditampilkan dalam tabel II.3. Tabel II.3 Persamaan untuk modulus tegangan-regangan (modulus

elastisitas) dengan beberapa metode pengujian

Jenis Tanah SPT CPT

Sand (normally consolidated) Es = 500 (N+15) Es = 7000 N1,5 Es = 6000 N Es = (2 to 4) qc Es = 8000 qc Sand (saturated) Es = 250 (N+15) Es = F qc e = 1,0 maka F = 3,5 e = 0,6 maka F = 7,0 Sand (overconsolidated) Es = 40000 + 1050 N Es = (6 to 30) qc Gravelly sand Es = 1200 (N + 6) Es = 600 (N+6) untuk N15 Es = 600 (N + 6) + 2000 untuk N15 Clayey Sand Es = 320 (N + 15) Es = (3 to 6) qc

Silt,sand silt, or clayey silt Es = 300 (N + 6) Es = (1 to 2) qc

Soft clay or clayey silt Es = (3 to 8) qc

Sumber : Bowles (1997)

2.1.2 Penurunan Konsolidasi (Consolidation Settlement) 2.1.2.1 Konsolidasi

Konsolidasi adalah suatu proses pengecilan volume secara perlahan – lahan pada tanah jenuh sempurna dengan permeabilitas rendah akibat pengaliran sebagian air pori, proses tersebut berlangsung terus menerus sampai kelebihan tekanan air pori yang disebabkan oleh kenaikan tegangan total telah benar – benar

kondisi regangan lateral nol mutlak ada. Proses permuaian (swelling), kebalikan dari konsolidasi, adalah bertambahnya volume tanah secara perlahan – lahan akibat tekanan air pori berlebihan negatif.

Penurunan konsolidasi (consolidation setlement) adalah perpindahan vertikal permukaan tanah sehubungan dengan perubahan volume pada suatu tingkat dalam proses konsolidasi. Suatu contoh, penurunan konsolidasi akan terjadi bila suatu struktur dibangun diatas lapisan tanah lempung jenuh atau bila muka air tanah turun secara permanen pada lapisan lempung jenuh, pengangkatan (Heaving), kebalikan dari penurunan, akan terjadi pada dasar galian akibat adanya pemuaian lempung tersebut. Pada kasus dimana terjadi regangan lateral, akan terdapat penurunan segera (immediate settlement) akibat deformasi tanah pada kondisi terdrainase, disamping penurunan konsolidasi.

Perkembangan konsolidasi di lapangan (in-situ) dapat dipantau dengan memasang pizometer untuk mencatat perubahan tekanan air pori terhadap waktu. Besarnya penurunan dapat diukur dengan mencatat ketinggian suatu titik acuan yang sesuai pada suatu struktur atau pada suatu permukaan tanah. Disini diperluakan beda tinggi yang teliti, yang dilakukan dari patok acuan (benchmark) dimana penurunan sangat kecil. Dalam mencari penurunan, setiap kesempatan harus diambil, sebab hanya dengan pengukuran tersebut ketepatan metode teoritis dapat diwujudkan.

Gambar II.1 Pembebanan pada lapisan tanah yang mengandung lempung dengan tebal sebesar H

Saat pembebanan dilakukan (tegangan atau stress pada tanah ditingkatkan) sebesar ∆ tegangan ini diterima oleh :

 Air pori dalam bentuk peningkatan tegangan atau tekanan air pori (pore water pressure), ∆ dan

 Pertikel tanah, dalam bentuk peningkatan tegangan efektif, ∆’ dengan proporsi masing-masing seperti persamaan

∆ = ∆ + ∆ … (2.2).

Karena tanah lempung memiliki koefisien permeabilitas yang rendah dan air bersifat tidak temampatkan (incompressible) em jika dibandingkan dengan partikel tanah, seluruh penambahan tegangan (∆) diterima secara menyeluruh oleh air pori pada saat t = 0.

Kemudian, air pada rongga-rongga antar partikel tanah mulai tertekan keluar ke arah dua arah. Lempung lapisan pasir diatas serta dibawahnya. Karena proses ini, tegangan air pori (∆) pada lapisan tanah lempung akan berkurang atau terdisipasi sedikit demi sedikit. Tanah mulai menerima porsinya dalam menahan penambahan tegangan (∆) dalam bentuk tegangan efektif (∆’), namun besar penurunan tegangan air pori (∆) dan peningkatan tegangan efektif (∆’) tidak terjadi secara seragam disetiap kedalaman lapisan tanah lempung. Semakin dekat dengan lapisan tanah pasir, penurunan tegangan air pori (∆) dengan peningkatan tegangan efektif (∆’) lebih cepat. Sebaliknya ditengah lapisan lempung, penurunan tegangan air pori (∆) dan peningkatan tegangan efektif (∆’) berlangsung lebih lambat.

Gambar II.3 Kondisi tegangan tanah pada Saat 0 < t < ∞

Secara teoritis pada saat t = ∞, semua kelebihan tegangan air pori (excess pore water pressure) akan terdisipasi, () = 0. Akibatnya, semua tambahan tegangan () akan diterima secara keseluruhan dalam bentuk tegangan efektif (’) pada patikel tanah.

Proses keluarnya air dari pori-pori tanah secara perlahan-lahan sebagai akibat adanya penambahan beban secara transfer proporsi kelebihan tekanan air pori ke

tegangan efektif, menyebabkan terjadinya penurunan yang merupakan fungsi dari waktu (time-dependent settlement) pada lapisan tanah lempung.

Gambar II.4 Kondisi tegangan tanah pada Saat t = ∞

void ratio e, pada tanah yang mengalami konsolidasi akan mengalami perubahan. Parameter void ratio (e) ini menjadi salah satu parameter yang berpengaruh dalam mempelajari konsolidasi. Hubungan void ratio (e) dengan tegangan () merupakan salah satu pokok kajian dalam konsolidasi, bisa ditunjukan dengan grafik e-log.

Gambar II.5 Grafik tipical dari e-log ’

Pada gambar grafik II.5 menunjukan bahwa suatu lapisan tanah dilapangan pada suatu kedalaman tertentu, dalam sejarah geologisnya mengalami tekanan efektif

Tekanan ini mungkin sama atau lebih kecil dari tekanan overburden yang ada pada saat pengambilan contoh tanah. Pada saat diambil, contoh tanah tersebut terlepas dari overburden yang membebani selama ini. Pada saat dilakukan uji konsolidasi pada sampel tersebut, pemampatan yang relatif kecil (ditunjukan dengan perubahan void ratio e, yang kecil ) akan terjadi bila beban total yang diberikan pada saat percobaan lebih kecil dan tekanan efektif overburden maksimum yang pernah dialami sebelumnya oleh tanah yang bersangkutan. Apabila, beban total yang dialami pada saat percobaan lebih besar dari pada tekanan efektif overburden maksimum yang pernah dialami sebelumnya perubahan void ratio yang terjadi akan relatif lebih besar.

Perubahan Berdasarkan kondisi ini, ada dua sifat tanah (lempung) yaitu :

 Normally consolidation, tekanan efektif overburden pada saat ini merupakan tekanan maksimum yang pernah dipikul oleh tanah tersebut :  Overconsolidated, tekanan efektif overburden pada saat masa lalu.

Tekaann efektif maksimum yang pernah dialami oleh tanah disebut preconsolidation pressure.

Dari Dari gambar II.6, Compression index adalah kemiringan pada bagian linier setelah tanah dibebani preconsolidation pressure (c’), sedangkan swell index adalah kemiringan kurva e-log ’ sebelum dibebani oleh consolidation pressure.

2.1.2.2 Penurunan Konsolidasi Primer

Pada lapisan lempung jenuh dengan ketebalan lapisan H0 dan luas penampang A yang menerima penambahan tekanan sebesar p akan mengalami perubahan volume sebesar v, atau penurunan sebesar H

Gambar II.7 Skema perubahan volume

Untuk tanah lempung normally consolidated, penurunan konsolidasi primer dapat ditentukan dengan persamaan 2.3

Sc = log (

 

 ) ...(2.3)

Pada tanah lempung yang overconsolidated – lihat gambar II.8 – terdapat dua persamaan yang bergantung pada besar kecilnya nilai terhadap nilai ’. Dua persamaan tersebut adalah :

Sc = log (    ) ; ’o + ’  ’c ...(2.4) Sc = log   + log (    ) ; ’o + ’ > ’c ...(2.5)

Dalam perhitungan lama penurunan konsolidasi primer, parameter-parameter berikut perlu dipahami.

 Coefficient of compressibility, av

Koefisien ini adalah perbandingan antara perubahan void ratio (e) dengan perubahan tegangan (’). Satuan SI dari besaran ini adalah m2

/kN  Coefficient of volume Compressibility, mv

Koefisien ini menunjukan proses berkurangnya volume persatuan ketebalan awal akibat peningkatan satuan tegangan. Koefisien ini dinyatakan dalam Mv =

... (2.6)  Koefisien Konsolidasi, Cv

Koefisien ini didapat dinyatakan dalam Cv =

... (2.7)

Dalam satuan cm2/detik atau m2/tahun  Faktor Waktu (time factor), Tv

Faktor waktu merupakan parameter tidak berdimensi, ditentukan dengan persamaan

Tv =

... (2.8) Dengan t = waktu (s) : dan

Hdr = tebal rerata jalur drainase terpanjang seama konsolidasi (m)

Gambar II.8 Penentuan parameter Hdr pada sejumlah kasus arah aliran air dalam proses konsolidasi

 Derajat Konsolidasi ( Degree of Consolidation), U

Faktor Derajat konsolidasi adalah presentase berjalannya proses konsolidasi. Derajat konsolidasi pada jarak z dari dasar lapisan tanah terkonsolidasi, Uz dapat ditentukan dengan persamaan berikut.

Uz = 1 -

... ( 2.9)

Dengan Uz = kelebihan tegangan air pori pada waktu t (kN/m); Uo = kelebihan tegangan air pori pada awal (kN/m) Gambar II.9 menunjukan beberapa variasi Uz dengan Tv dan z/Hdr

Derajat Nilai rerata derajat konsolidasi, U pada setiap kedalaman lapisan lempung di saat t dapat diperkirakan dengan persamaan

Dengan Sc (t) = Penurunan konsolidasi primer pada saat t (m); Sc = Total penurunan konsolidasi primer (m)

Gambar II..9 Derajat variasi Uz dengan Tv dan z/Hdr

Sumber : Das (2002)

Gambar II.9 menunjukan variasi rerata derajat konsolidasi (U) terhadap faktor waktu (Tv) dalam kasus kelebihan tegangan air pori awal (Uo) sama setiap kedalaman lapisan yang terkonsolidasi.

Gambar II..10 Variasi rerata derajat konsolidasi (U) terhadap faktor waktu (Tv) (Uo konstan di Setiap kedalaman)

seperti ditunjukan pada gambar II.10 juga dapat diperkirakan dengan persamaan  Untuk 0 < U < 60% Tv = ) 2 ... (2.13)  Untuk U > 60% Tv = 1.781 – 0.933 log (100 – Uv ) ...(2.14) 

2.1.2.3 Tekanan Pra-Konsolidasi Pc (Pre-consolidation Pressure)

Berdasarkan hasil pengujian konsolidasi, selain diperbolehkan hubungan antaratekanan dan perubahan angka pori juga didapatkan informasi tentang besarnya tekanan pra-konsolidasi, yaitu tekanan maksimum yang pernah diterima oleh contoh tanah tersebut.

Salah satu cara untuk menentukan cara besarnya tekanan pra-konsolidasi adalah dengan metode casagrande sebagai berikut

Gambar II..11 Penentuan tekanan pra-konsolidasi

konsolidasi dapat pula diperoleh dari korelasi, stat dan kulhawy (1984) menyatakan bahwa besarnya tekanan pra – konsolidasi dapat dikorelasikan dengan indeks kecairan (Liquidity index,LI) Sebagai berikut.

= 10

(1.11-1.62 LI)

... (II.15) Dimana : Pa = Tekanan Atmosfer

Pc = Indeks Kecairan

2.1.2.4 Tanah Belum Terkonsolidasi dan Terkonsolidasi (Normally And

Over Consolidated Soils)

Tanah yang pernah menerima tekanan maksimum (pra-Konsolidasi) lebih besar dari tekanan diterima pada saat pengambilan spesimen dari lapangan (sampling) sisebut tanah terkonsolidasi (Over consolidated soils, OC), sedangkan tanah yang mempunyai tekanan pra – konsolidasi sama dengan tekanan pada saat pengambilan spesimen dari lapangan disebut tanah belum terkonsolidasi (normally consolidated soils, NC)

Over consolidated ratio (OCR) adalah perbandingan antara tekanan pra – konsolidasi (Pc) dan tekanan efektif yang diterima contoh tanah pada saat sampling, yaitu berat efektif tanah diatas contoh lapisan tanah tersebut (over buderden pressure, P’o)

OCR =

... (II.16)

Dengan mensubtitusikan e dalam perumusan penurunan (II.16) diatas, maka besarnya penurunan tanah akibat konsolidasi H adalah :

H =

(H) log 

... (II.17)

2 Untuk tanah lempung yang terkonsolidasi (Over Consolidated) : H = (H) log + (H) log  ... (II.18) Dimana Cc = Indeks kompresi

Cs = Indeks pengembangan elastis (rebound) eo = Angka pori mula – mula (awal)

Pc’ = Tekanan Pra – konsolidasi

Po’ = Tekanan akibat berat efektif tanah diatasnya H = Ketebalan lapisan tanah lempung

p = Penambahan tekanan pada lapisan tanah lempung 2.1.2.5 Penurunan Konsolidasi Sekunder

Konsolidasi sekunder terjadi setelah konsolidasi primer selesai. Penurunan konsolidasi sekunder terjadi sebagai akibat aksi deformasi partikel tanah yang kosnsolidasi sekunder terjadi sebagai akibat aksi deformasi partikel tanah yang bersifat plastis. Penurunan konsolidasi sekunder sangat kecil dan tidak signifikan pada jenis tanah lempung overconsolidated. Namun, besar konsolidasi skunder sangat signifikan bahkan lebih penting dari penurunan konsolidasi primer pada tanah organik dan tanah anorganik dengan kompresibilitas tinggi. Jadi proses penurunan sekunder adalah hubungan antara deformasi dan waktu (dalam skala logaritma) adalah linier. Proses ini tidak tergantung dari besarnya tambahan tekanan, melainkan hanya tergantung dari waktu.

Gambar II..12 Variasi nilai e terhadap log t penambahan beban dan difinisi indeks penurunan konsolidasi skunder

Dari gambar diatas, secondary sompression index, C dapat didefinisikan sebagai C = 

=



... (II.19)

Besar penurunan konsolidasi skunder dapat dinyatakan dengan Ss = C’ log

...(II.20) Dengan

C’ = 

...(II.21)

ep = void ratio pada akhir konsolidasi primer H = ketebalan lapisan lempung

Secara umum, besar nilai C’ adalah

- 0,001 atau kurang, untuk lempung overconsolidated, - 0,005-0,03 untuk lempung, Normally consolidated, dan

2.1.2.6 Waktu Konsolidasi

Penurunan total akibat konsolidasi primer yang disebabkan oleh adanya penambahan tegangan diatas permukaan tanah dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (II.3)

Tetapi persamaan tersebut tidak memberikan penjelasan mengenai kecepatan (rate) dari konsolidasi primer. Terzaghi (1925) memperkenalkan teori yang pertama kali mengenai kecepatan konsolidasi satu dimensi untuk menahan tanah lempung yang jenuh air. Penurunan matematis dari persamaan tersebut didasarkan pada anggapan berikut ini :

1. Tanah (sistem lempung air) adalah homogen 2. Tanah benar – benar jenuh

3. Kemampuan mampatan air diabaikan

4. Kemampuan mampatan butiran tanah diabaikan

5. Aliran air hanya satu arah saja ( yaitu pada arah pemampatan)

6. Hukum Darcy berlaku

Jika suatu lapisan lempung dengan tebal 2Hdr yang terletak antara dua lapisan pasir yang sangat tembus air (highly permeable) diberi penambahan tekanan sebesar p, maka tekanan air pori pada suatu titik didalam lapisan tanah lempung tersebut akan naik. Untuk konsolidasi satu dimensi, air pori akan mengalir ke luar dalam arah vertikal, yaitu ke arah lapisan pasir.

Kecepatan air yang mengalir keluar – kecepatan air yang mengalir masuk sama dengan kecepatan perubahan volume.

Jadi : ... (II.22) Dimana : V = Volume elemen tanah

Vz = Kecepatan aliran dalam arah sumbu z

Hubungan antara waktu konsolidasi dan faktor waktu dapat dilihat pada persamaan (II.26 dan Persamaan II.27)

Variasi derajat konsolidasi rata – rata terhadap faktor waktu yang tak berdimensi, diberikan dalam tabel II.4, yang berlaku untuk keadaan di mana u0 adalah sama untuk seluruh kedalaman lapisan yang mengalami konsolidasi.

2.1.2.7 Koefisien Konsolidasi pada tanah Berlapis (Cv)

Seperti yang diusulkan CUR (1996), pada kondisi tanah yang berlapis untuk perhitungan derajat konsolidasi maka nilai koefisien konsolidasi (Cv) harus diekivalenkan dengan menggunakan rumus sebagai berikut:

... (II.23) Dimana : hi = Tebal lapisan i

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 mempergunakan persamaan berikut :

Cv = ... ... (II.24) Dimana : Cv = Koefisien konsolidasi (cm2/dtk)

Tv = Faktor waktu tergantung dari derajat konsolidasi

T = Waktu yang dibutuhkan untuk mencapai derajat konsolidasi U% (dtk)

2.1.2.8 Derajat konsolidasi

Derajat konsolidasi tanah (U) adalah perbandingan penurunan tanah pada waktu tertentu dengan penurunan tanah total.

Untuk U  60% maka : Tv =   2 ... ... (II.25) Untuk U > 60% maka :

Tv = 1,781 – 0,933 log (100 – U%) ... ... (II.26)

2.2 Kekuatan Tanah

Dalam geoteknik, parameter kekuatan tanah yang diutamakan adalah kuat geser, oleh karena itu beban tekan yang bekerja pada tanah akan menyebabkan tanah tersebut runtuk akibat geser. Kuat geser tanah memiliki dua komponen utama, yaitu kekuatan friksi antara partikel gesarnya kuat geser ini juga bergabung pada nilai tegangan vertikal efektif tanah. Persamaan berikut menunjukan hubungan parameter – parameter tersebut.

Τ = с +  tan  ... (II.27)

Besar sudut geser () ditentukan oleh tiga komponen utama : gesekan antar partikel, saling mengunci antar partikel atau interlocking, dan dilantansi. Tanah berbutir halus dianggap tidak memiliki sudut geser,  = 0. Sebaliknya, tanah berbutir kasar maupun tanah lempung normally consolidated diasumsikan tidak memiliki gaya kohesif, с = 0, kecuali apabila pada tanah ini bekerja confining stress.

Pada kondisi dimana tidak terdapat hasil pengujian tanah atau properti tanah sulit diukur secara langsung, parameter tanah ditentukan berdasarkan engineering judgement maupun korelasi terhadap properti tanah. Korelasi properti tanah dengan nilai N-SPT disajikan dalam gambar

Gambar II..14 Korelasi antara nilai N-SPT dengan kuat geser undrained (Cu)

Gambar II..15 Korelasi antara nilai N-SPT dengan sudut geser dalam Pemberian beban pada tanah, yang berarti memberikan tambahan tegangan ()

dengan peristiwa gain strength. Penambahan beban dilapangan untuk meningkatkan kekuatan tanah sering dilakukan dengan melakukan pemberian beban timbunan. Namun, penimbunan pada tanah lunak jenuh tidak akan mengakibatkan peningkatan kekuatan tanah bersangkutan dengan segera. Kenaikan kuat geser tanah baru akan terjadi setelah selesainya proses konsolidasi. Jadi, dalam perhitungan stabilitas timbunan, disarankan mengadakan analisis tegangan total dengan menggunakan nilai kekuatan geser yang diperoleh dari percobaan unconsolidated undrained atau unconfined compression test. Untuk analisis jangka panjang, peningkatan kekuatan tanah lebih baik diperkirakan dengan analisis tegangan efektif.

Untuk tanah kohesif, kenaika kekuatan tanah ( gain strength) sebagai kenaikan nilai kohesi antar partikelnya ditunjukan persamaan

с = k .  ... (II.28)

Dengan с = Kenaikan nilai kohesi antar partikel tanah (kN/m2)  = Peambahan beban atau tegangan (kN/m2)

k = Konstanta Mesri yang bervariasi antara 0,2 dan 0,25 Mesri (1975) menganjurkan konstanta sebesar 0,22

Jika pemberian beban dalam bentuk timbunan dilakukan secara bertahap, perhitungan kenaikan tanah dihitung dengan akumulasi setiap tahapan penimbunan.

2.3 Reklamasi

dasar, tofografi dari seabed, peralatan yang tersedia, dan density ratio material yang boleh digunakan sebagai material reklamasi. Metode yang umum digunakan adalah hydraulic pumping, direc pumping, sand spreading, dan rainbow pumping. Diantara semua metode yang sudah disebutkan, metode sand spreading adalah metode yang paling tepat digunakan untuk kasus soft soil karena soft soil tidak memiliki kekuatan yang cukup untuk menahan beban timbunan yang terlalu besar dari pertikel pasir.

Dengan menyebar partikel pasir dengan muka air yang jauh diatas seabed, tiap partikel pasir akan jatuh secara perlahan diatas seabed dan impact force yang timbul sangat kecil. Kelemahan metode sand spreading adalah metode tersebut membutuhkan waktu yang lebih lama atau selesai.

2.4 Perbaikan Tanah (Soil Improvement)

Perbaikan tanah adalah upaya-upaya yang dilakukan untuk meningkatkan kualitas karakteristik tanah yang mendukung sebuah struktur sehingga tanah tersebut mampu menahan beban struktur yang akan dibangun dengan deformasi yang diizinkan. Perbaikan tanah bertujuan untuk

 Mengurangi penurunan (settlement)

 Meningkatkan kuat geser tanah sehingga meningkatkan daya dukungnya,  Meningkatkan faktor keamanan terhadap kemungkinan keruntuhan lereng

timbunan dan bendung, dan

 Mengurangi shrinkage dan swelling tanah.

Dalam mendesain solusi perbaikan tanah, sejumlah parameter perlu dipertimbangkan

 Profil tanah

o Jenis tanah : gambut, lempung, pasir, timbunan o Ketebalan dari tanah yang akan diperbaiki

o Karakteristik : kompresi, kuat geser, modulus elastisitas o Posisi : muka air tanah

 Geometri dan karakteristik struktur yang akan dibangun o Beban

o Deformasi yang diizinkan  Lingkungan

o Lingkungan sekitar lokasi perbaikan o Jadwal konstruksi

Sejumlah teknik perbaikan tanah yang banyak dikembangkan. Berikut adalah beberapa teknik perbaikan tanah yang telah sering digunakan

A Tanpa Material Tambahan a. Vertical drain

b. Konsolidasi dinamik atau dynamic consolidation c. Vibroflotation

B Dengan Material Tambahan

a. Dengan pemberian beban timbunan dan perkuatan Geosynthetics b. Kombinasi pemberian beban timbunan dan perkuatan atau vertical

drain

c. Pergantian tanah secara dinamik atau dynamic replacement d. Jet grouting

teknik perbaikan tanah yaitu kombinasi pemberian beban timbunan dan prevabricated vertical drain dan teknik pemasangan Geotextiles.

2.4.1 Pemberian Beban Timbunan atau Precompression

Pembebanan pada timbunan dilakukan dengan tujuan untuk mengatasi permasalahan penurunan (settlement) setelah selesainya konstruksi sekaligus meningkatkan kekuatan sekaligus daya dukung tanah. Prinsip pembebanan dengan timbunan dapat dipahami dengan ilustrasi berikut.

Gambar II..16 Kondisi pemberian timbunan

Pada gambar II.15, beban struktur yang akan diterima tanah adalah (p) dan ketebalan lapisan lempung yang mengalami konsolidasi dan H.

2.4.2 Prefabricated Vertical Drain

Vertical drain adalah salah satu jalan untuk mempercepat penurunan konsolidasi lempung lunak – normally consolidated dan untuk mencapai precompression sebelum konstruksi fondasi. Laju konsolidasi yang rendah pada lempung jenuh dengan permeabilitas rendah, dapat dinaikian dengan menggunakan drainase (vertical drain) yang memperpendek lintasan pengaliran dalam lempung. Kemudian konsolidasi terutama diperhitungkan akibat pengaliran

horizontal radial, yang menyebapkan disipasi kelebihan tekanan air pori yang lebih cepat pengaliran vertikal kecil pengaruhnya.

Gambar II..17 Drainase vertikal

Setelah instalasi vertical drain, penambahan beban dilakukan pada permukaan tanah. Tambahan beban ini akan meningkatkan teganagan air pori tanah lempung. Kelebihan tegangan air pori akan hilang sedikit demi sedikit dengan proses drainase ke arah radia dan vertical. Proses inilah yang mempercepat penurunaan (settlement) tanah lempung. Vertical drain secara prinsip memperkecil jarak pengeringan terpendek (Hdr) pada arah radial mengingat dalam konsolidasi biasa, lama pengaliran air ke arah radial jauh lebih lama dari pada pengaliran ke arah vertikal. Untuk mendapatkan desain yang baik, koefisien konsolidasi horizontal dan vertikal (Ch dan Cv) yang akurat sangat penting untuk diketahui biasanya rasio kh/cv terletak antara 1 dan 2, semakin tinggi rasio ini, pemasangan drainase semakin bermanfaat. Hal ini juga memanfaatkan besar koefisien permeabilitas tanah radial kh, biasanya lebih besar dibandingkan koefisien permeabilitas tanah vertikal, kv.Secara umum Rixner dkk (1987) menyatakan hubungan antara nilai koefisien permeabilitas arah radial, kh

dengan koefisien permeabilitas arah vertikal, kv adalah sebagai berikut.

Tabel II.4 Hubungan koefisien permeabilitas vertikal dan radial

Karena nilai Cv berbanding lurus dengan nilai kv, (Persamaan (II.7), rasio Ch/Cv juga dapat ditentukan dengan rasio pada tabel II.4.

Ada beberapa jenis vertical drain, diantaranya adalah sand drain dan prefabricated vertical drain (PVD). Namun dalam pengerjaan Tugas Akhir ini, pembahasan dan analisis difokuskan pada PVD. Untuk mendesain perbaikan tanah dengan PVD, sejumlah parameter tanah harus diperoleh.

 Preconsolidation ratio atau tegangan prekonsolidasi, c’  Koefisien konsolidasi vertikal dan radial, Cv dan Ch  Koefisien permeabilitas vertikal dan radial, kv dankh

 Diameter pengaruh dan koefisien permeabilitas zona smear, di dan ki  Compression index (Cc), swell index (Cs), dan secondary copression index

(C)

 Kuat geser undrained (Cv) dan modulus elastisitas undrained (E)

Nature of Clay Kh/Kv

1 No evidence of layering (Partially dried clay has complety uniform appearance)

1 - 1,4 2 Slight layering, e.g. sdimentary clays with

occasional silt dustings to random silty lenses

2-5 3 Varved clays in Northeastern U.S. 5 - 15

Gambar II..18 Prefabricated vertical drain (PVD)

PVD ditanam pada tanah dengan konfigurasi spasi tertentu, dengan menggunakan crane dan mandrel. Pada permukaan tanah, lapisan tanah dengan permeabilitas tinggi dihamparkan. Lapisan ini biasa disebut sand blanket, dengan ketebalan 30-50 cm. Lapisan ini ditutup dengan geotekstil yang kedap air, kemudian timbunan dihamparkan sebagai beban tambahan (surcharge).

Pola bujur sangkar pola segitiga

Gambar II..19 Blok-blok silindris

Dalam koordinat polar, bentuk tiga dimensi persamaan konsolidasi, dengan sifat tanah yang berbeda dalam arah horizontal dan vertikal, adalah

... (II.29)

Blok – blok prismatis vertikal dari tanah yang mengelilingi drainase diganti oleh blok – blok silinder dengan jari–jari R dengan luas penampang melintang yang sama. Penyelesaian persamaan 2.1 di atas dapat ditulis dalam dua bagian :

Uv = (Tv) dan ... (II.30) Ur = (Tr) ... ...(II.31)

Dimana : Uv = Tingkat konsolidasi rata – rata akibat pengaliran vertikal Ur = Tingkat konsolidasi rata – rata akibat pengaliran horizontal

(radial) atau Tv = dan ... (II.32) Tv = ... (II.33)

Dimana : Tv = Faktor waktu untuk konsolidasi akibat pengaliran arah vertikal Tr = Faktor waktu untuk konsolidasi akibat pengaliran arah radial Pernyataan untuk Tr memberikan gambaran bahwa semakin rapat (kecil) jarak antara drainase, semakin cepat proses konsolidasi yang terjadi akibat pengaliran radiasi. Penyelesaian untuk pengaliran radial, menurut Barron, diberikan pada gambar II.19, hubungan Ur/Tr tergantung pada rasio n R/rd dimana R adalah jari – jari blok silinder ekivalen dan rd adalah jari-jari drainase tersebut. Selain itu juga diperlihatkan bahwa

antara vertikal dan horizontal.

Gambar II..20 Penyelesaian konsolidasi radial

Besarnya waktu konsolidasi akibat pemakaian PVD dicari menggunakan persamaan :

... (II.35) 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 Uh = Derajat konsolidasi tanah arah horizontal (%)

2.4.2.1 Transformasi Tampang Vertikal Drain

Ukuran band drain atau prefabricated vertical drain adalah 100 mm kali 5 mm dengan bentuk penampang persegi panjang. Pada saat dilakukan perhitungan terhadap prefabricated vertical drain tersebut maka penampang dari prefabricated vertical drain akan dimodelkan menjadi bebentuk lingkaran dengan perhitungan diameter ekivalen yang diasumsikan sebagai keliling persegi panjang dibagi (Hansbo,1960). Asumsi tersebut didasarkan pada rumusan dibawah ini :

Keliling lingkaran = keliling persegi panjang d = 2 (p + l) ... (II.36) d = ... (II.37)

Gambar II..21 Transformasi tampang vertikal drain

2.4.2.2 Verifikasi Permodelan Vertical Drain

Salah satu parameter yang penting pada analisis konsolidasi adalah koefisien permeabilitas tanah (k) yang biasa diperoleh dari pengujian laboratorium seperti : falling – heat test, constan – heat test, dan pengujian lapangan. Umumnya tanah lempung mempunyai koefisien permeabilitas yang relatif kecil dibandingkan dengan tanah pasir, sehingga proses konsolidasi pada tanah

Untuk mempercepat proses konsolidasi, dibuat suatu konstruksi vertikal drain, yang ditanamkan ke dalam lapisan tanah secara vertikal. Pola penanaman vertical drain yang terpasang dilapangan setempat – setempat, dengan jarak tertentu, sementara di dalam program plaxis fasilitas pengimlementasikan vertical drain bersifat menerus (plane strain). Untuk dapat mengimplementasikan vertical drain yang terpasang di lapangan ke dalam program, maka haruslah terlebih dahulu diverifikasi kedalam bentuk plane strain yang akan menghasilkan koefisien permeabilitas tanah (k) yang baru,

2.4.3 Geosynthetic

Ditinjau secara etimologi, geosintetik terdiri dari dua kata yaitu Geo atau tanah dan Sintetik yang berarti bahan tiruan atau buatan. Dapat diartikan tanah tiruan, namun yang dimaksud lebih tepatnya adalah bahan sintetis yang digunakan dalam hal rekayasa tanah. Istilah geosintetik mengacu pada material sintetik yang digunakan dalam permasalahan geoteknik. Material sintetik merupakan hasil polimerisasi dari industri-industri kimia atau minyak bumi. . Penggunaan bahan sintetik ini berkaitan dengan sifat ketahanan (durabilitity) material sintetik terhadap senyawa – senyawa kimia, pelapukan, kehausan, sinar ultra violet dan mikroorganisme. Polimer utama yang digunakan untuk pembuatan geosintetik adalah Polyester (PET), Polyamide (PM), Polypropylene (PP), dan Polyethylene (PE).

Jadi bahan geosysthentic perfom lima fungsi utama : pemisahan, penguatan, filtrasi, drainase, dan penghalang cair. Penggunaan geosynthetic pada dasarnya

memiliki dua tujuan : untuk melakukan pekerjaan yang lebih (misalnya, dengan tidak ada kerusakan material atau kebocoran yang berlebihan) dan untuk melakukan pekerjaan lebih ekonomis (baik melalui biaya awal yang lebih rendah atau melalui daya tahan yang lebih besar dan hidup lebih lama, sehingga mengurangi maintenance biaya).

Ada empat jenis geosintetik yang umum digunakan dalam bidang teknik sipil, yaitu :

2.4.3.1 Geotextile

Merupakan bahan lulus air dari anyaman (woven) atau tanpa anyaman (non – woven) dari benang – benang atau serat – serat sintetik. Tenun dihasilkan dari 'interlaying' antara benang-benang melalui proses tenun, sedangkan non woven dihasilkan dari beberapa proses seperti : heat bonded (dengan panas), needle punched (dengan jarum), dan chemical bonded (enggunakan bahan kimia). Baik woven maupun non woven dihasilkan dari benang dan serat polimer terutama : polypropelene, poliester, polyethilene dan polyamide.

2.4.3.2 Geogrid ( Geogrids)

Produk geotextile yang berupa lubang – lubang berbentuk segi empat (geotextile grid) atau lubang berbentuk jaring (geotextile net), biasanya terbuat dari bahan Polyester (PET) atau High Density Polyethylene (HDPE). GeoGrid (Enkagrid) merupakan bahan Geosynthetic yang berfungsi sebagai lapisan perkuatan (reinforcenent) untuk lereng jalan dan lain – lain, enkagrid mempunyai kuat tarik yang besar sampai 180 kN, untuk itu produk jenis ini sangat sesuai

untuk di pakai pada konstruksi jalan baru yang lapisan tanah dasarnya ber CBR rendah dibawah 2 %. GeoGrid sangat baik digunakan pada jalan raya yang berada pada struktur tanah yang kurang labil, sehingga jalan raya yang berlubang akan dapat teratasi.

2.4.3.3 Geomembrane (Geomembranes)

Geosintetik yang bersifat impermeable atau tidak tembus air, biasanya dibuat dari bahan high density polyethylene (HDPE). Geomembranes adalah jenis geosynthetic bahan. Mereka kedap membran digunakan secara luas sebagai cut – offs dan liners. Sampai beberapa tahun terakhir, kebanyakan geomembrane digunakan sebagai kanal dan kolam liner.

2.4.3.4 Geocomposite (Geocomposites)

Geocomposites adalah produk polymer, yang dibuat dengan menghubungkan dua atau lebih jenis geosintetik, misalnya geogrid dengan non – wovens. Digunakan baik untuk tanah (untuk separasi dan perkuatan) maupun untuk perkerasana jalan atau pengaspalan (perkuatan dan perbaikan tanah pondasinya). Perkuatan menggunakan geocomposite memanfaatkan keunggulan non – woven geotextile yang dikombinasikan dengan perkuatan woven geotextile yang dirajut atau disebut geogrid, yang merupakan unit yang dibentuk oleh jahitan atau melalui thermal bonding.

2.4.4 Perkuatan dengan Geotektil (Geotextiles)

Luas geotextile adalah bidang yang berkembang pesat dan menarik, baru sedang dikembangkan menggunakan hampir setiap hari. Ada sejumlah aplikasi posibble dan jumlah yang lebih besar dari geotekstil untuk shoose dari. Sebagian besar geotextile yang terbuat dari polypropylene poliester dibentuk menjadi serat atau benang (pilihan yang monofilamen, multifilamen, pokok, celah-film monofilamen atau, lumpur – film multifilamen) dan akhirnya menjadi kain tenunan atau bukan tenunan, yang bila ditempatkan di tanah, adalah geotextile Secara umum, kata-kata dan kain geotekstil akan digunakan secara bergantian. Pilihan gaya kain adalah sebagai berikut:

• Kain monofilamen • Kain multifilament

• Kain celah – film monofilamen • Kain celah – film multifilamen

• Nonwoven panas filamen terus menerus terikat • Bukan tenunan jarum Continuous Filament menekan • Jarum pokok Nonwoven menekan

• Bukan tenunan resin – bonded

• Tenunan lainnya atau kombinasi nonwoven • Rajutan (jarang)

Karena berbagai aplikasi dan berbagai luar biasa dari geotekstil yang tersedia dengan sifat yang sangat berbeda, pemilihan metode desain tertentu, atau filosofi desain, adalah keputusan penting. Keputusan ini harus dibuat sebelum

2.4.4.1 Metode Desain

Sementara metode desain banyak kemungkinan, atau kombinasi dari metode, yang tersedia untuk desainer geotextile, keputusan akhir untuk aplikasi tertentu biasanya memakai satu dari tiga directions:

(1) Desain oleh biaya dan ketersediaan,

Desain geotextile dengan biaya dan ketersediaan sederhana. Salah mengambil dana yang tersedia dibagi dengan daerah yang akan convered dan menghitung pangeran unit maksimum yang diijinkan geotekstil. The Geotextile dengan sifat terbaik yang tersedia kemudian dipilih dalam batas ini pangeran unit. Intuisi seseorang memainkan peran penting dalam proses seleksi akhir. Metode ini jelas lemah technically tapi masih kadang – kadang berlatih typifiied situasi pada 1970 – an, tetapi ketinggalan zaman oleh standar saat ini praktik.

(2) desain oleh spesifikasi

Desain geotekstil dengan spesifikasi umum dan digunakan hampir secara eksklusif ketika berhadapan dengan lembaga – lembaga publik. Dalam metode ini kategori beberapa aplikasi terdaftar bersama – sama dengan sifat kain yang kritis. Sebuah spesifikasi jenis ini digunakan oleh Departemen Perhubungan Pennyslvania diberikan dalam Tabel 2.1. Sementara itu khas dalam format minimum berbagai aplikasi yang umum terhadap resiko (atau maksimum) nilai properti, itu tidak khas sejauh nilai – nilai numerik dari sifat variuos. Sebagian besar negara – negara yang sangat berbeda perspektif mengenai metode mereka untuk mendapatkan properti ini. Tabel 2.2a memberikan gambaran tentang berbagai pendekatan yang diambil. Dua kelompok yang mencoba merumuskan pendekatan terpadu adalah dan komite bersama yang disebut task force # 25

Terdiri dari AASHTO, Kontraktor Bangunan Amerika (ABC), dan Pembangun Jalan Amerika dan Transportasi

Gambar II..22 Kalasifikasi geotextile untuk konstruksi (3) Desain berdasarkan Fungsi.

Desain oleh fungsi terdiri dari menilai fungsi utama yang geotekstil akan diminta untuk melayani dan kemudian menghitung nilai numerik yang diperlukan dari properti tertentu. Dengan membagi nilai ini menjadi nilai properti yang diijinkan geotextile kandidat, faktor keamanan (FS) akan menghasilkan.

FS =

... (II.38) dimana

diijinkan properti = nilai yang didasarkan pada tes laboratorium yang memodelkan situasi aktual

diperlukan properti = nilai yang diperoleh dari metode desain yang model situasi aktual, dan

FS = faktor keamanan global melawan diketahui besar (s)

2.4.4.2 Fungsi Geotextile dan Mekanisme

Geotextile yang merupakan kekuatan tarik bahan processing, baik dapat melengkapi bahan – bahan yang baik dalam kompresi tetapi lemah dalam ketegangan. Dengan demikian kekuatan rendah, lumpur berbutir halus dan tanah liat adalah target utama untuk penguatan geotextile. Definisi nyaman adalah sebagai berikut:

Penguatan geotextile perbaikan sering sinergis dari kekuatan total sistem yang diciptakan oleh geotextile ( dalam ketegangan) menjadi tanah (baik dalam kompresi tapi miskin dalam ketegangan) atau bahan terputus – putus dan terpisah lainnya.

Peningkatan kekuatan dapat dievaluasi dalam beberapa cara. Uji triaksial dilakukan oleh broms (1) ilustrasi efek menguntungkan dari geotextile ketika properti ditempatkan. Penyunting showhs dua set tes triaksial pada sampel pasir padat pada tekanan membatasi sekitar 3 lb./in2 (20Kpa) dan 30 lb./in2 (210 kPa) untuk tanah yang berbeda dan konfigurasi geotextile. Curves 1 mewakili data garis dasar pasir dengan sendirinya. Curve 2 memiliki geotextile pada bagian atas dan bawah.

Gambar II..23 Mekanisme yang berbeda yang terlibat dalam penggunaan geotextile yang terlibat dalam fungsi pemisahan

Perkuatan membrane terjadi ketika beban vertikal diterapkan untuk geotextile pada tanah gundul. Tergantung pada kedalaman geotextile ditempatkan dari beban. h =   3 sin 2 _{ cos} 3 _{ -}    ... (II.39) Dimana :

h = tegangan horisontal pada kedalaman z dan sudut  P = beban vertikal diterapkan

 = rasio poisson, dan