0

TEKNOLOGI PEMADATAN TANAHIlmu Konstruksi 10:26 PM Pekerjaan Tanah

Karena kebutuhan lahan untuk pembangunan terus bertambah, bangunan terpaksa harus

didirikan pada daerah-daerah/lahan dengan kondisi tanah yang kurang baik. Untuk itu

diperlukan perbaikan tanah dasar, pembahasan kali ini adalah prinsip dasar, pelaksanaan,

dan pokok perencanaan untuk perbaikan tanah dengan berbagai cara. Meliputi metoda-

metoda pemadatan tanah dalam, pencampuran tanah dengan bahan luar, pabrikan tanah

dengan proses thermal dan perkuatan tanah (reinforcement).

Semua kebutuhan diatas memerlukan pengetahuan tentang perbaikan tanah. Tetapi karena

suatu metoda perbaikan tanah belum tentu tepat untuk jenis tanah yang lain, diperlukan

pemahaman yang cukup tentang teknologi perbaikan tanah yang tersedia dan kesesuaian

penerapannya. Pembahasan metoda perbaikan tanah masa kini secara garis besarnya saja,

serta diberikan juga kondisi-kondisi dimana perbaikan tanah tersebut dapat dilakukan.

Karena luasnya lahan yang diliput, pada tulisan ini tanah dapat disertakan contoh-contohnya

pada proyek-proyek yang sudah ada (case histories) secara mendetail.

.

Pembahasan ini terutama cara-cara perbaikan tanah dalam skala besar. Teknologi perbaikan

tanah masa tersebut meliputi :

1. Pemadatan tanah dalam (deep compaction) dengan menggunakan penumbuk

berat dan ledakan (blasting). Pemadatan untuk tanah permukaan secara lapis demi lapis

tidak dibahas disini.

2. Pemadatan tanah (soil precompression), terutama yang menyangkut pemambatan

tanah awal (pre compression) dengan pembebanan awal (preloading) dan penggunaan

drain-drain vertikal (vertical drain), serta pemampatan tanah cara electro osmosis.

3. Injeksi dan grouting kedalam tanah untuk memperkuat tanah dasar dan

menstabilkan struktur tanahnya.

4. Stabilisasi tanah dengan bantuan bahan luar (tambahan) atau dengan

bantuan bahan-bahan kimia yang dicampur ke tanah asli.

5. Stabilisasi cara thermal.

6. Pemberian perkuatan dalam tanah (reinforcement), baik reinforcement tarik

maupun tekan. Disini juga diberikan uraian tentang penggunaan bahan geosinthesis

PEMADATAN TANAH DALAM (DEEP COMPACTION).

Penggunaan dan Mekanisme Pemadatan

Pemadatan dalam deep compaction ini terutama ditujukan untuk tanah non kohesive.

Seringkali dijumpai kondisi dimana suatu lapisan tanah tak berkohesi (cohesionless soil)

yang cukup tebal dalam keadaan yang tidak cukup padat atau relative renggang (loose),

atau akibat reklamasi suatu daerah rendah dibawah air (relamasi laut/pantai waktu

tambahan lahan baru). Pada cara yang disebut belakangan ini, karena tanah reklamasi tidak

mungkin di bawah permukaan air. Jadi pengurugan dilakukan sekaligus dengan cara

“dumping” sampai tanah urugan melampaui tinggi muka air setempat. Sebagai akibatnya,

tanah urugan tersebut berada pada kondisi renggang (loose). Tanah-tanah seperti ini perlu

dipadatkan dahulu sebelum digunakan. 

Tanah tak berkohesi (dominan pasir) yang renggang harus dipadatkan dahulu karena pada

tanah-tanah seperti ini mudah terjadi peristiwa “liquefaction” bilamana terjadi getaran yang

cukup kuat (dari gempa bumi atau lainnya). Liquefaction ialah peristiwa dimana tanah

seolah-olah bersifat seperti cair dan mudah bergerak dan berubah bentuk akibat adanya

getaran dan tekanan dari tanah dan bangunan (diatas tanah). Walaupun tanah tak

berkohesi tersebut umumnya mempunyai daya dukung dengan kekuatan yang cukup baik

dalam kondisi renggang tersebut, struktur tanah tersebut mudah runtuh bilamana ada

getaran atau gempa. Jadi tidak baik mendirikan bangunan diatas tanah tak berkohesi yang

renggang, kecuali dapat dipastikan pada daerah tersebut nantinya tidak akan ada getaran

yang berarti.

Pemadatan tanah untuk lapisan tanah renggang tak berkohesi yang cukup tebal juga

menggunakan prinsip getaran. Teknologi pemadatan masa kini meliputi

cara vibrocompaction, blasting (ledakan), dan heavy tamping (penumbukan

berat). Vibrocompaction adalah cara yang menggunakan alat penggetar (menghasilkan

getaran) yang dilakukan dengan cara memasukkan alat tersebut ke dalam tanah yang

renggang sampai pada kedalaman lapisan tanah terbawah yang ingin dipadatkan. Seringkali

dengan adanya cara vibro ini diperlukan tambahan material pengisi untuk

tempat-tempat/space yang kosong akibat adanya pemadatan tanah arah ke samping.

Termasuk dalam cara vibrocompaction ini adalah penggunaan tiang-tiang pancang untuk

pemadatan.

Cara blasting (ledakan) ialah cara pemadatan dengan menggunakan bahan peledak;

sedangkan heavy tamping ialah pemadatan dengan menggunakan alat penumbuk super

berat yang dijatuhkan dari suatu ketinggian ke permukaan tanah. Kedua jenis pemadatan ini

menghasilkan gelombang getaran tekan dan geser (compaction wave dan shear wave) yang

cukup besar sehingga susunan partikel tanah (semula) runtuh dan membentuk susunan

yang lebih rapat.

Cara vibrocompaction, blasting, dan heavy tamping pada prinsipnya sama, yaitu

menghasilkan getaran yang dapat meruntuhkan struktur susunan partikel tanah (mula-

mula) sehingga partikel membentuk susunan yang lebih rapat dan lebih

kokoh. Vibrocompaction menghasilkan energi yang jauh lebih kecil dari pada kedua cara

yang disebut terakhir. Getaran akibat vibrocompation biasanya terasa hanya sejauh jarak

satu atau dua meter dari sumbernya, sedangkan pada cara blasting dan heavy tamping,

getaran dapat berpengaruh sampai ± 10 meter dari sumbernya.

Cara vibrocompaction lebih efektif bila digunakan untuk memadatkan tanah dominan pasir

bilamana jumlah fraksi tanah yang lolos ayakan no. 200 (persen berat). Adanya fraksi

lempung dan lanau yang lebih besar menyebabkan tanah sulit (berat) untuk dipadatkan

dengan cara vibrocompaction ini. Untuk kasus bilamana fraksi lanau dan lempung cukup

tinggi sebaiknya digunakan cara blasting atau heavy tamping.

Adapun cara-cara untuk mengukur hasil pemadatan tanah setelah di “treatment” dengan

cara getaran diatas, atau mengukur perubahan kepadatan dan kekuatan tanah sebelum dan

sesudah pemadatan, dapat dilakukan cara sebagai berikut  :

o Pengukuran dengan bantuan patok-patok settlement di permukaan.

o Pengukuran dengan SPT (Standard Penetration Test, CPT), sebelum dan sesudah

treatment.

o Pengukuran dengan alat sondir (Cone Penetration Test, CPT), sebelum dan sesudah

treatment.

o Pengukuran jumlah volume bahan pengisi tambahan yang dimasukkan dalam tanah

pada cara vibrocompaction menggunakan bahan pengisi.

o Pengukuran kepadatan tanah cara gelombang geser seismic (sismic shear wave

method).

o Cara pemancangan tiang dan mengukur resistance tiang tersebut pada kondisi

sebelum dan sesudahtreatment.

o Pengukuran dengan plate loading test.

o Pengukuran dengan cara alat density meter dalam lubang bor (down-hole density

meter).

o Dan beberapa cara lainnya.

Perlu diketahui bahwa pemadatan dengan getaran ini memang menghasilkan perubahan

kepadatan yang drastis secara berarti, tetapi perubahan kekuatan tanah tidak langsung

terjadi. Diperlukan waktu yang cukup lama untuk tanah

tersebut “membangun” strukturnya melebihi kekuatan tanah mula-mula.

Sebagai perkiraan kondisi tanah pasir, perkiraan kekuatan perlawanan pasir dan sifat-

sifatnya dalam berbagai tingkat kepadatan dapat dilihat pada Tabel berikut :

catatan:

*      pada tegangan vertikal overburden 100 Kpa

**   untuk pasir yang normally consolidated dan baru saja mengendap pada peristiwa

sedimentasi.

*** Menurut Seed (1979).

1. Pemadatan Metode Vibrocompaction

Sebagaimana telah dijelaskan, pemadatan dengan cara vibrocompaction umumnya hanya

efektif untuk tanah bergradasi pasir dan lebih kasar dari pasir. Rentang ukuran butiran

tanah yang sesuai untuk cara ini dapat dilihat pada gambar berikut :

Cara ini umumnya dilakukan dengan bantuan alat vibrocompaction yang dapat berupa tiang

(pancang) berujung terbuka atau tertutup. Tiang tersebut dimasukkan ke dalam tanah

dengan digetar. Pada sebagian dari cara ini, tanah dipadatkan dengan “menusuk-nusuk”kan

tiang pancang yang bergetar kedalam tanah (tanpa tambahan material pengisi) dan

sebagian lagi dengan menambahkan meterial pengisi (pasir atau kerikil).

Adapun pada prinsipnya cara vibrocompaction ini dapat dibedakan menjadi beberapa cara

berikut :

- Sistem tiang bergetar (vibrating probe) 

Sistim ini mula-mula dikembangkan di USA berupa bentuk tiang pancang tertentu (diameter

0, 76 m) yang dipancang ke dalam tanah dengan bantuan alat Foster Vibrodriver, dan pile

hammer (penumbuk getar). Bentuk tiang pancang pada umumnya adalah pipa baja

berujung terbuka. Biasanya alat tersebut dioperasikan pada frekuensi getar 15 Hz dan

amplitudo arah vertikal antara 10-25 mm. Bentuk lainnya ialah bentuk bentuk Vibro-

rod (batang getar) dikembangkan oleh Saito (1977) di Jepang. Pada bentuk Vibro-rodini

digunakan pipa baja berujung tertutup.

Prinsipnya kedua cara ini dioperasikan dengan menusukkan pipa ber- getar  (pergerakan

pipa  arah vertikal)  kedalam   tanah   sampai  pipa   mencapai kedalaman penetrasi yang

diinginkan. Kemudian pipa ditarik keatas sambil tetap digetarkan. Cara ini dilakukan

berulang kali (tekan dengan digetar kemudian ditarik dengan getar) pada titik-titik berjarak

1,0 sampai 3,0 m diseluruh area yang dipadatkan sampai kepadatan tanah mencapai harga

yang diinginkan.

2. Sistem Vibroflotation.

Sistem Vibroflotation ini dikembangkan mulanya di Jerman 60 tahun yang lalu.

Alat vibroflotation pada umumnya terdiri dari 3 bagian utama yaitu : alat vibrator, pipa

pemanjang (extension tube), dan mobil derek/crane pemikul. Prinsip dasar kerja alat seperti

pada Gambar berikut. 

Cara kerja sistem Vibroflotation

Perbedaan sistem ini dengan sistem vibrating probe ialah bahwa

pada vibroflotation penggetaran bekerja akibat perputaran pada poros alat vibrator

yang tidak sentris sehingga menghasilkan gaya centrifugal pada arah horisontal dan

“menyibak” tanah kesamping dan menghasilkan lubang pada tanah. Akibat

getarancentrifugal dan berat sendiri dari vibrator, alat ini dapat dengan cepat masuk

kedalam tanah. Penggetaran menyibak tanah kesamping itu juga dapat dilakukan dengan

bantuan air yang dipompa ke alat vibrator dengan tekanan (water jet). Pada saat penarikan

keatas, lubang yang ditimbulkan oleh sistem ini diisi dengan pasir atau kerikil, sambil tetap

digetarkan untuk memadatkan bahan pengisi tersebut. 

3. Sistem Vibro Compozer.

Sistem ini mula-mula dikembangkan di Jepang oleh Murayama (1958). Prinsipnya

ialah sebuah pipa casing dipancangkan kedalam tanah dengan digetar (melalui alat

vibrator diujung atas pipa). Kemudian pasir dimasukkan kedalam pipa casing dengan

bantuan tekanan udara. Pasir tersebut kemudian dipadatkan dengan cara menarik turunkan

pipa casing (sambil dicabut) berkali-kali sehingga terbentuk tiang pasir padat dengan

diameter yang lebih besar dari pada pipa casing tersebut. Selama pemadatan, tanah pasir

pengisi tetap dalam keadaan mendapat tekanan udara (lihat Gambar dibawah untuk

jelasnya).

Pelaksanaan kolom-kolom pasir padat dengan cara Vibro-Compozer.

4. Sistem Soil Vibratory Stabilization

Sistem Soil Vibratory Stabilization (SVS) ini juga dikenal sebagai

sistem Toyomenka (dikembangkan oleh PT.Toyomenka di Jepang) merupakan kombinasi

antara vertikal vibration akibat Vibratory driving hammer (penumbuk getar arah vertikal)

dan  sistem  getar  putar pada vibroflotation. Pemadatan ini menggunakan bahan pengisi

pasir atau krikil (pada waktu pencabutan alat ke atas), tetapi water jet tidak digunakan

sama sekali.

Sistem vibrocompaction yang diuraikan diatas dapat memadatkan tanah sampai kedalam

20,0 meter, tetapi umumnya sistem ini tidak banyak digunakan untuk kedalaman > 30.0

meter.

Sistem vibroflotation, vibro-compozer dan SVS juga dapat digunakan pada tanah lempung

yang lunak. Tetapi tujuannya terutama ialah untuk pemasangan sand column atau stone

column pada tanah asli. Jadi yang dituju bukan perubahan kepadatan tanah asli

tetapi instalasi sand/stone column (kolom-kolom pasir dan kerikil) tersebut. Bila

kepadatan tanah asli ingin dirubah dengan penggetaran, cara vibrocompaction ini lebih

efektif untuk tanah-tanah dominan pasir.

Pemadatan Cara Ledakan (Blasting)

Ini adalah salah satu cara yang ekonomis untuk pemadatan lapisan pasir renggang yang

cukup tebal (dalam). Prosedur pamadatan pada umumnya adalah :

1. Pembuatan/pemancang pipa dengan cara getar, jetting, auger boring atau lainnya.

Kedalaman pipa sampai sedalam ledakan yang diinginkan.

2. Pemasangan bahan peledak (dinamit) dalam pipa tersebut.

3. Pengurangan kembali pipa (backfilling of pipe).

4. Peledakan bahan dinamit menurut pola ledak dan kekuatan ledak yang

direncanakan.

5. Peledakan akan menghasilkan gelombang getar tekan dan geser yang akan

meruntukhan susunan partikel tanah asli dan membentuk susunan yang lebih padat. 

Berdasarkan pedoman pemadatan dengan  ledakan (sampai kedalaman tanah 20 meter

yang terpengaruh) sebagai berikut :

1. Ukuran ledakan : 1 kg sampai 12 kg per hulu ledak.

2. Kedalaman pusat ledakan : Pusat ledakan harus tertimbun pada kedalaman > 1/4 x

kedalaman total (sampai kedasar lapisan tanah yang ingin dipadatkan); tetapi letak

pusat ledakan pada kedalaman 1/2 sampai 3/4 x kedalaman total lebih umum dilakukan

orang.

3. Jarak pusat-pusat ledakan : 4 - 15 meter

4. Jumlah kali ulangan peledakan : 1 sampai 5 kali, dan ummnya 2-3 kali. setiap

ulangan terdiri dari beberapa ledakan beruntun dari masing-masing pusat ledak. Setiap

ulangan biasanya berjarak beberapa jam sampai beberapa hari dari ledakan

sebelumnya.

5. Jumlah total bahan explosive yang digunakan : 8 - 150 gr/m3 tanah, biasanya sekitar

10-30 gr/m3.

6. Settlement permukaan tanah akibat pemadatan : 2 - 10 % tebal lapisan yang

dipadatkan.

Dengan cara ini, jelas akan terlihat adanya pemadatan yang berarti dari tanah setempat,

tetapi kekuatan tanah tidak segera membaik. Perlu waktu lama untuk tanah tersebut

menguat kembali. Akan tetapi pada tanah dominan pasir, kekuatan tanah minimal biasanya

sudah memenuhi syarat untuk bangunan, hanya kepadatannya saja yang menjadi masalah

bilamana ada getaran nantinya.

Pada tanah-tanah yang tidak terletak di bawah air, akan lebih mudah dipadatkan bila tanah

tersebut lebih dahulu dijenuhkan dengan air kemudian baru diledakkan, cara ini

disebut hydro-blasting. Jadi kedalam tanah dipompakan air sampai lapisan tanah disitu

sampai jenuh, baru baru kemudian sistem pemadatan cara blasting dilakukan.

Pemadatan Cara Heavy Tamping (Penumbuk Berat)

Cara ini dilakukan dengan menjatuhkan suatu massa yang sangat berat dari suatu

ketinggian (dengan bantuan derek/crane) keatas permukaan tanah yang akan dipadatkan.

Berat massa penumbuk bervariasi dari yang terkecil 1-2 ton sampai 20 ton yang terbuat dari

beton atau kotak baja yang berisi beton atau pasir. Tinggi jatuh bisa sampai 40 m dari muka

tanah. Bentuk penampang penumbuk biasanya bulat atau segi empat. Pada Gambar

diabawah ditunjukkan bentuk pemadatan cara ini. Biasanya diperlukan 2-3 kali ulangan

penumbukan yang sudah direncanakan.

Untuk memprakirakan besarnya pengaruh pemadatan tanah yang didapat dengan cara ini

dapat digunakan rumus oleh Lukas (1980) sebagai berikut : 

dimana :

 D  =   Kedalaman maximum pengaruh pemadatan heavy tamping, dalam meter.

 W  =  berat massa penumbuk, dalam ton.

 H  =   tinggi jatuh massa penumbuk, dalam meter.

Gambar Pemadatan dengan cara Heavy Tamping.

PERBAIKAN TANAH DENGAN TEKNIK PEMAMPATAN AWAL

(PRECOMPRESSION).

Perbaikan tanah dengan teknik pemampatan ini terutama ditunjukkan untuk tanah-tanah

yang mengalami penurunan yang besar bila dibebani. Memampatkan tanah yang lembek

dan “compressible” (mudah mampat) dapat menyebabkan peningkatan kekuatan tanah

(daya dukung tanah), karena tanah yang memampat mempunyai struktur susunan partikel

yang lebih rapat dan lebih kokoh.

Pada prinsipnya bangunan tidak boleh dibangun di atas tanah yang compressible bila

dikhawatirkan nanti akan terjadi perbedaan penurunan tanah (differensial settlement) yang

lebih besar dari pada batas toleransi bangunan tersebut. Selain itu tanah lunak (biasanya

juga compressible) sering tidak memiliki daya dukung yang cukup untuk memikul beban

bangunan yang didirikan diatasnya. Untuk itu perlu memampatkan tanah yang

bersangkutan sebelum bangunan didirikan dengan tujuan pokoknya adalah sebagai berikut :

o Menghilangkan sama sekali (atau sebagian besar), penurunan konsolidasi yang akan

terjadi akibat beban bangunan tersebut. Penghilangan penurunan konsolidasi ini

dilakukan dengan cara membebani tanah dengan beban awal yang lebih besar atau

sama dengan beban bangunan yang direncanakan. Bila total penurunan tanah yang

dicapai sesuai dengan yang direncanakan, beban awal tersebut dapat dihilangkan

(dibongkar). Baru kemudian bangunan yang sebenarnya dapat dilaksanakan, dan

perbedaan penurunan nantinya diharapkan akan sangat kecil. Karena beban awal

tersebut diberikan sebelum beban sesungguhnya (hanya untuk memampatkan tanah

saja), cara seperti ini juga lebih dikenal dengan cara preloading. Sistem pemampatan ini

juga disebut sebagai precompression.

o Meningkatkan daya dukung (tanahan geser = shear strength) dari tanah dasar.

Pemampatan dapat meningkatkan tahanan geser tanah sehingga tanah yang semula

lunak dan mempunyai daya dukung yang rendah menjadi lebih kuat dan lebih stabil

dalam mendukung beban bangunan.

Perbaikan tanah cara pemampatan awal (precompression) ini umumnya cocok untuk

tanah-tanah lempung jenuh air yang lunak, tanah-tanah lanau

yang compressible, tanah lempung organik dan tanah peat. Untuk mempercepat

waktu precompression, dapat digunakan drainase vertikal (vertical drains) yang

memperpendek panjang aliran (drainage path) dari air pori.

Teknik precompression atau preloading ini telah berhasil diterapkan pada tanah-tanah yang

mendukung pondasi gedung, embankment, jalan raya, rurnway, tangki-tangki dan abutment

jembatan dengan sukses.

Jenis Teknik Pemampatan Awal (Precompression)

Teknik pemampatan awal dapat dibagi menjadi 2 (dua) cara utama yaitu :

1. Pemberian beban awal external.

Beban dapat berupa beban tanah timbunan di atas tanah asli (yang ingin dimampatkan),

beban tangki air atau kolam air buatan atau beban luar lainnya yang diletakkan diatas tanah

aslinya. Karena pemberian beban luar tersebut, tanah dasar memampat.

2. Pemberian beban awal internal. Termasuk dalam teknik ini adalah :

a. Cara pemadatan menggunakan metoda vacuum.

b. Cara pemadatan dengan menurunkan muka air tanah.

c. Cara pemadatan konsolidasi cara elektro – osmosis.

Cara kedua dilakukan bila cara pertama tidak mungkin dilaksanakan karena alasan teknis

pelaksanaan, karena mahalnya bahan tanah timbunan atau karena alasan lainnya.

Cara pertama dan kedua diatas pada prinsipnya sama, yaitu memampatkan tanah

dengan cara menaikkan tegangan efektif dalam tanah. Cara vacuum dilakukan

dengan melakukan pemompaan vacuum dari lapisan tanah di bawah lapisan tipis

membrane yang kedap air sehingga tegangan air pori didalam tanah dapat dibuat negatif.

Menurunkan muka air tanah dengan pemompaan juga dapat menyebabkan penurunan

konsolidasi tanah. Tetapi kecuali disekitar daerah tersebut tidak ada bangunan yang tidak

boleh ikut turun, cara pemampatan tanah dengan penurunan muka air tanah ini dapat

membahayakan stabilitas gedung-gedung/bangunan disekitar lokasi proyek. Cara

pemadatan konsolidasi electro-osmosis adalah dengan menimbulkan tegangan negatif pada

air pori (air pori disedot dengan cara pengaliran arus listrik searah) sehingga tegangan

efektif tanah meningkat.

Cara pemberian beban internal (vacuum, penurunan air tanah, dan electro-osmosis)

mempunyai kelebihan karena pada cara ini tidak didapati masalah stabilitas talud timbunan

dan cara ini tidak memerlukan bahan timbunan yang sangat banyak (seperti pada cara

pembebanan external). Tetapi, kelemahan cara pemberian beban internal ialah

bahwa cara ini lebih kompleks dan lebih sulit dilaksanakan dari pada cara

pemberian beban external.

Dasar Teori Perbaikan Tanah dengan Pemampatan Awal.

Penurunan tanah yang dibebani dengan beban preloading pada waktu t dapat dituliskan

sebagai berikut :

Dimana :

St =  settlement total pada waktu t.

Si =  immediate settlement (settlement segera karena deformasi elastis tanah).

U  =  harga rata-rata derajat konsolidasi (pada waktu t)

Scons =  settlement toal tanah akibat konsolidasi, dan

Ss =  secondary compression settlement (pemampatan sekunder) akibat pemampatan dari

struktur partikel tanah sendiri (setelah waktu t).

Sistem precompression atau preloading ialah dengan memberikan beban awal yang

berlebih Pf+s sedemikian rupa sehingga pada waktu yang pendek tsr didapatkan penurunan

yang sama besarnya dengan totap penurunan Sf dari beban rencana Pf sebagaimana

terlihat pada Gambar dibawah.

Bila pada beban awal pf+s penurunan Sf terjadi pada waktu tsr, beban surcharge Ps dapat

dibongkar. Kemudian dengan asumsi bahwa tanah sudah termampatkan sampai Sf, beban

pf tidak lagi menyebabkan penurunan tambahan. Makin besar pf+s makin pendek waktu tsr.

Cara pemampatan diatas sebetulnya tidak benar-benar menghilangkan seluruh penurunan;

karena akibat beban pf+s  berubah menjadi pf sebagian lapisan tanah

menjadi overconsolidated dan sebagian lagi masih underconsolidated. Jadi masih akan

ada lagi penurunan tambahan, meskipun pf tetap. Cara yang betul ialah menghentikan

preloading pada waktu tm > tsr sedemikian rupa sehingga lapisan tanah sudah hampir

semuanya overconsolidated.

Pada tanah lempung organik peat, pemampatan tanah sekunder (secondary compression)

relatif cukup besar dibanding dengan primary compressionnya. Untuk jenis tanah seperti ini,

waktu preloading harus diperpanjang lagi sampai derajad konsolidasi   Uz  rata-rata

mencapai harga sebagai berikut :

Dimana Ssec = besar secondary compression akibat beban Pf. Pada saat tz dimana derajat

konsolidasi minimum dalam tanah sebesar Uz, pembebanan preloading dapat dibongkar.

Gambar Prinsip pembebanan preloading pada pemampatan tanah dengan beban awal

Pf+s>Pf.

Meskipun nantinya secara teoritis penurunan sekunder masih akan terjadi (dengan beban

Pf), tetapi besarnya sudah sangat kecil dan dapat diabaikan.

Selama terjadinya pemampatan tersebut kekuatan geser undrained tanah (undrained

shear strength) meningkat; dan besar peningkatan kekuatan tersebut dapat diperkirakan

misalnya dengan prosedur SHANSEP.

Penggunaan Vertical Drain pada Pemampatan Tanah

Sering dijumpai dalam perencanan bahwa cara preloading (serta precompression) masih

memerlukan waktu yang terlalu lama (umumnya lebih dari 1 tahun), padahal proyek tidak

dapat menunggu selama itu. Untuk mempercepat konsolidasi, digunakan vertical drain.

Cara ini diterapkan pada tanah-tanah dimana pemampatan terjadi sebagian besar akibat

konsolidasi primer (Primary consolidation).

Vertical drain umumnya berupa tiang-tiang vertikal yang mudah mengalirkan air (berwujud

sand drain/tiang pasir atau dari bahan geosynthetis yang dikenal dengan “wick drain” atau

juga dikenal dengan Prefabricated Vertical Drain (PVD). Tiang-tiang atau lubang-lubang

tersebut “dipasang” didalam tanah pada jarak tertentu sedemikian rupa sehingga

memperpendek jarak aliran drainase air pori (drainage path). Karena waktu yang diperlukan

untuk mencapai derajat konsolidasi tertentu adalah fungsi dari tebal/panjang lapisan aliran

drainase (drainage path), maka menurut rumus berikut

Dimana H = panjang drainage path, dengan adanya vertical drains waktu dapat sangat

diperpendek.

Pada Gambar dibawah ini, harga D adalah jarak antara vertical drain. Jadi adanya vertical

drain sangat menyingkat waktu konsolidasi. Biasanya untuk lebih menyingkat waktu lagi,

cara pemampatan awal (precompression) digabung dengan penambahan vertical drains.

Jadi waktu t tanpa vertical drains yang mula-mula :

berubah menjadi kira-kira :

   

(Catatan : rumus waktu untuk vertical drain agak berbeda karena masih ada faktor-faktor

lainnya yang terlibat)

dimana :   D = jarak antara vertical drains.

Karena

    

maka waktu menjadi

    

Gambar Pemasangan vertical drain pada tanah yang compressible.

Lapisan sand mat (sand blanket) diperlukan untuk mengalirkan air yang keluar dari vertical

drains pada permukaan tanah. Jadi pada vertical drains dapat dijaga tekanan air tetap

hidrostatis. Selain itu, pada pemampatan primer (primary consolidation) biasa tanpa adanya

vertical drain, arah pengaliran air adalah sebagian besar vertikal, sehingga harga Cv yang

dipakai adalah Cv arah vertikal. Padahal dengan adanya vertical drains arah pengaliran air

sebagian besar horisontal dan harga Ch adalah untuk arah horisontal. Karena pada

umumnya Ch > Cv, maka waktu konsolidasi t makin bertambah pendek lagi. Umumnya

harga Ch/Cv = 2 sampai 10.

Pemampatan Awal dengan Cara Electro-Osmosis.

Pada prinsipnya, air sebagai eletrolit dalam pori-pori tanah dapat dibuat mengalir dalam

tanah dari suatu kutub listrik Anoda ke kutub Katoda. Bila didalam tanah dipasangkan

batang-batang Anoda, dan kemudian setelah terjadi aliran pada batang-batang Katoda air

yang masuk di pompa keluar, maka di dalam pori tanah tercipta tegangan negatif yang

menyebabkan kenaikan tegangan efektif pada partikel tanah yang mengakibatkan

terjadinya konsolidasi. 

Metode pemampatan dengan cara electro-osmosis diketahui efektif dan ekonomis bila

kondisi tanahnya sebagai berikut :

1. Tanahnya adalah tanah lanau jenuh air atau tanah lempung berlanau yang jenuh air.

2. Tanahnya dalam kondisi normally consolidated.

3. Air pori dalam tanah mempunyai konsentrasi ion yang rendah (bukan air yang

banyak mengandung garam atau kapur).

Metode pemampatan cara electro-osmosis ini juga dapat digunakan untuk mempercepat

waktu konsolidasi tanah yang sedang dimampatkan dengan cara preloading. Jadi berbagai

cara pemampatan tanah dapat digabung untuk mempercepat waktu konsolidasi.

PERBAIKAN TANAH DENGAN CARA INJEKSI DAN

GROUTING BAHAN PENGUAT KEDALAMAN TANAH

Injeksi dan grouting ini merupakan salah satu usaha untuk memperkuat tanah,

mengurangi settlement (compressbility) dari tanah, dan mengurangi pergerakan-

pergerakan dari tanah (ground movement). Cara ini dilaksanakan dengan

menginjeksikan bahan penguat (grouting) ke dalam tanah. Bahan penguat tersebut

kemudian bereaksi dengan partikel tanah atau mengeras dalam tanah sehingga membentuk

ikatan yang kokoh dan lebih kaku.

Bahan grouting yang paling umum adalah semen. Disamping itu juga sering digunakan

bahan lempung (bentonite, dan lain-lain), atau campuran antara semen dan tanah. Kapur

juga sering digunakan sebagai bahan grouting; biasanya kapur tersebut dalam  bentuk

pasta  (cair).  Selain semen,  kapur,  dan  tanah, sering pula digunakan bahan kimia

(chemical grout) seperti silicates, lignins, resins, acrylomides danurethanes. Bahan grouting

kimiawi ini umumnya lebih mudah diinjeksikan pada tanah-tanah yang berbutir halus,

sedangkan bahan grouting semen dan sejenisnya terutama ditujukan untuk tanah-tanah

pasir.

Pada umumnya grouting dengan cara injeksi mempunyai 3 (tiga) fungsi :

1. Permeating grouting, yaitu grouting untuk mengisi pori-pori dalam tanah. Disini

bahan grouting harus cukup encer untuk menyusup dalam pori-pori tanah tanpa

merubah volume tanah. Permeating grouting biasanya hanya terjadi pada tanah-tanah

yang lebih kasar dari pasir kasar.

2. Displacement grouting yaitu grouting yang ditujukan untuk mengisi pori tanah dan

menyibak pori tanah menjadi besar. Grouting ini menyebabkan terjadinya displacement

dan perubahan volume pori dalam tanah.

3. Encapsulation grouting, ditujukan untuk mengisi retakan-retakan yang terjadi

dalam tanah akibat tekanan injeksi. Grouting ini tidak menyusup ke pori-pori tanah

tetapi mengisi retakan-retakan sekitar gugusan tanah atau batuan, sehingga berbentuk

lensa-lensa tipis grouting yang berada disela-sela gugusan tanah/batuan dan

membungkus tanah dalam gugusan-gugusan yang cukup besar.

Grouting dengan cara injeksi ini diprakarsai oleh seorang insinyur Prancis di tahun 1802

untuk memperbaiki saluran yang terkena erosi yaitu dengan cara menyuntikkan campuran

lempung dan kapur encer kebawah saluran tersebut. Sejak saat itu grouting digunakan

orang, dan dibanyak pemakaiannya grouting dengan injeksi dilakukan sebagai cara

mengurangi rembesan air (dibawah tubuh bendungan)  atau sebagai penahan

rembesan.

Kegunaan Umum Injeksi dan Grouting pada Perbaikan Tanah

Kegunaan cara injeksi dan grouting pada perbaikan tanah, selain untuk mengontrol

rembesan dalam tanah, dapat diringkas sebagai berikut :

o Untuk mengisi pori-pori tanah dan ruang-ruang kosong dalam tanah guna mencegah

penurunan yang berlebihan.

o Untuk meningkatkan kekuatan tanah mendukung bangunan yang ada dan mencegah

adanya pergerakan tanah bila disebelah bangunan tersebut diadakan penggalian tanah

(excavation), pemancangan tiang, dan lain sebagainya.

o Untuk mencegah dan mengurangi pergerakan tanah pada saat pembuatan tunnel

(terowongan). Grouting sekitar daerah lubang tunnel akan menstabilisir tanah dan

batuan sehingga dinding terowongan tidak mudah bergerak atau runtuh.

o Untuk memperkuat dan menyatukan massa tanah sehingga mengurangi kebutuhan

atas perkuatan arah horisontal (lateral support), misalnya pada galian-galian, turap dan

lain sebagainya.

o Untuk memperkuat tanah dan meningkatkan ketahanan tiang pancang terhadap

beban lateral (tegak lurus sumbu tiang pancang).

o Untuk menyatukan dan menstabilisir lapisan pasir yang renggang sehingga tidak

mudah mengalami“Liquefaction”.

o Sebagai penopang  (ganjal) dibawah pondaasi (bila pondasi mengalami penurunan

atau dibawah pondasi tercipta rongga-rongga).

o Untuk mengurangi perubahan volume pada tanah-tanah yang ekspansive (tanah

mengembang).

Teknologi Injeksi dan Grouting

Injeksi dan grouting dilaksanakan dengan memasukkan pipa kedalam tanah. Dengan

tekanan bahwa grouting disuntikkan kedalam tanah melalui pipa tersebut. Jarak lubang pipa

grouting umumnya antara 1,3  sampai 2,5 meter. Makin dekat jarak pipa grouting makin

baik hasilnya, tetapi harga injektor grouting menjadi sangat mahal. Sebaliknya, jarak lubang

yang terlalu jauh tidak menjamin hasil grouting yang cukup baik. 

Cara yang terbaru untuk grouting diantaranya ialah dengan bantuan tenaga listrik

sistem electrochemical injection dan jet grouting. Electrochemical injection ialah

gabungan antara cara elektro-osmosis dan grouting dengan bahan kimia. Grouting

dilewatkan Anoda sehingga akibat arah pengaliran air dari Anoda ke Katoda, bahan grouting

ikut menyebar di dalam tanah. Cara jet grouting adalah cara baru yang dikenal di Jepang.

Cara kerja jet grouting ini ialah dengan mengalirkan air bertekanan sangat tinggi

kedalam tanah untuk “mencairkan” tanah sehingga tanah mudah dicampur

dengan bahan grouting. Selain itu cara jet grouting juga dapat mencampur tanah dengan

bahan grouting (semen misalnya) dalam dimensi/ukuran  yang  cukup besar. Dari hasil

percobaan dihasilkan bahwa dengan cara jet grouting, tanah lempung lunak dapat

diperbaiki sehingga memiliki kekuatan tekan unconfined (Unconfined Compressive

Strength) sebesar ± 30 kali kekuatan semula.

PERBAIKAN TANAH CARA PENCAMPURAN DENGAN

BAHAN LUAR (PENGUAT)

Perbaikan tanah dengan cara pencampuran adalah cara yang paling tua dan banyak

dilakukan orang. Pada prinsipnya, perbaikan tanah dilakukan dengan cara mencampur

tanah asli dengan bahan penguat dari luar secara setempat. Bahan campur yang paling

umum adalah kapur dan semen. Tujuan utama dari pencampuran adalah untuk memperkuat

struktur tanah, mengurangi plastisitas dan compresibilitas tanah. Disamping kapur dan

semen juga dikenal berbagai macam bahan kimia sebagai stabilisator. 

Untuk pencampuran ini dikenal cara pencampuran biasa, yaitu pencampuran dangkal dan

cara   pencampuran   dalam   (Deep   Mixing   Method ).  Pencampuran   dangkal   ialah  

pencampuran langsung antara bahan penguat dengan tanah sampai kedalam yang relatif

dekat  dengan permukaan tanah . Pencampuran dapat dilakukan via alat mixer setelah

tanahnya digaruk dahulu sampai kedalam yang diinginkan. Setelah dicampur dengan bahan

penguat, biasanya tanah dihamparkan kembali lapis demi lapis dimana tiap lapis dipadatkan

dengan baik. 

Deep Mixing dilakukan dengan cara mengebor tanah dengan alat rotary drill dan mata

auger pembor tanah yang khusus. Saat Rotary Drill mencapai kedalaman yang diinginkan,

alat perlahan-lahan ditarik keatas sambil mencampur tanah diantara rotary drill dengan

bahan penguat. Sebagai hasilnya didapatkan tiang-tiang (kolom-kolom) tanah yang sudah

bercampur dengan bahan penguat (misalnya semen atau kapur). Cara seperti ini di Jepang

sudah berhasil dilakukan untuk stabilisasi tanah sampai kedalam 60,0 meter.

STABILISASI TANAH CARA THERMAL

Prinsip Umum cara thermal dalam stabilisasi tanah meliputi pemanasan dan

pendinginan tanah (sampai beku). Pemanasan tanah yang berbutir halus (lempung atau

lanau kelempungan) sampai temperatur diatas 100°C menyebabkan tanah mengering dan

tanah menjadi keras akibat bekerjanya proses kapiler pada saat tanah mengering.

Pemanasan tanah (lempung) sampai temperatur antara 600°-1000°C dapat menyebabkan

hal-hal sebagai berikut terhadap lempung atau lanau :

o Hilangnya sifat sensitivitas tanah terhadap air; kadar air tidak lagi mempengaruhi

sifat material tanah.

o Hilangnya sifat kembang-susut tanah. 

o Hilangnya sifat compressible dari tanah. 

Jadi tanah seolah-olah membatu dan tidak lagi bersifat sebagai tanah lempung. Pendinginan

tanah yang umumnya dilakukan ialah sampai dibawah titik beku air. Pembekuan ini

menyebabkan air pori tanah mengeras jadi es padat sehingga lebih mudah untuk

“ditangani”. Pembekuan tanah ini dilakukan sementara sampai bengunan permanen yang

diinginkan selesai dikerjakan (misalnya pada galian terbuka tanah saturated yang sangat

lembek dimana pelaksanaan konstruksi turap-sementara kurang ekonomis dari pada cara

pembekuan tanah). Selain itu proses “freezing” ini perlu untuk mempertahankan sifat tanah

di daerah permafrost (permanen frost).

Pemanasan dan pendinginan/pembekuan sebagai cara untuk perbaikan tanah

umumnya lebih efektif dilakukan untuk tanah berbutir halus seperti lempung atau

lempung kelanauan. Pembekuan terutama dilakukan pada tanah yang jenuh air.

Perbaikan tanah cara thermal ini memerlukan biaya energi yang relatif  tinggi dan

penggunaannya mungkin tidak dapat diterapkan  dibanyak tempat di bumi ini; karena faktor

cuaca, keberadaan bahan bakar/energi, kondisi tanah dan lain-lain. Hanya kondisi yang

specifik saja yang memungkinkan penggunaan cara ini. Karena diperkirakan cara ini

mungkin tidak akan pernah digunakan di Indonesia.

PERBAIKAN TANAH CARA PEMBERIAN PERKUATAN

(REINFORCEMENT)

Soil reinforcement ini merupakan cara yang paling pesat berkembang dalam dua dekade

akhir-akhir ini dan cara ini merupakan yang paling banyak dipelajari dan diminati orang.

Metode ini dapat dibagi menjadi empat metode yaitu :

1. Metode Stone Column.

Pada metode ini, pada tanah yang lunak dipasang kolom-kolom dari batu atau kerikil yang

dipadatkan berdiameter 0,6 – 1,0 meter dengan jarak tertentu. Pemasangan stone column

bisa dengan cara vibroflotation atau cara pneumatic compaction. Stone column tersebut

berfungsi untuk meningkatkan kekuatan geser tanah dan mengulangi settlement. Selain

stone column juga umum dilaksanakan sand column yang dipasang dengan cara vibro-

compozer sebagaimana telah dijelaskan didepan.

2. Root Piles atau Micro Piles.

Ini adalah penggunaan tiang pancang kecil berdiameter 7,5 – 25 cm, yang umumnya dari

beton dengan penulangan ditengah-tengah. Tiang-tiang micro ini dipasangkan sebagai

group tiang atau tiang satu-satu secara vertikal dan miring. Fungsi tiang micro ini disamping

memberikan tambahan dukungan terhadap pondasi juga sebgai pasak terhadap geseran

pada bidang longsor geser sirkular. Di Indonesia sistem seperti ini lebih dikenal dengan

sistem “cerucuk”, yaitu penggunaan tiang-tiang kayu/bambu sebagai pasak dalam tanah.

3. Paku-paku Tanah (Soil Nailing).

Cara ini terdiri dari sekelompok batang-batang dalam tanah serupa paku-paku dalam tanah.

Batang-batang tersebut umumnya digroutingkan didalam tanah. Soil nailing ini hampir

serupa dengan rock bolt pada batuan. Fungsi utamanya ialah memperkuat tanah dengan

menyatukan massa tanah disuatu bagian tanah yang kurang stabil (misal pada talud dan

lereng-lereng).

4. Earth (tanah yang diperkuat dengan bahan pengikat buatan).

Reinforced earth disini termasuk semua perkuatan-perkuatan tanah menggunakan bahan

geosynthetis, bahan-bahan khusus dari metal, ground anchor dan perkuatan sistem tie-

back. Yang termasuk bahan geosynthetis untuk perkuatan tanah (soil reinforcement)

meliputi geotextile, geogrid, dan geolinear elemen.

Stone column terutama untuk mendukung beban tekan dan geser. Disamping menaikkan

daya dukung tanah, stone column juga mengurangi settlement dari tanah yang diperbaiki.

Disamping itu stone column juga berfungsi seperti vertical drain untuk mempercepat waktu

konsolidasi dari tanah yang compressible sehingga waktu pemampatan tanah dapat

dipercepat. 

Micro-piles berfungsi sebagai penahan tarik, tekan dan lentur. Micro-piles juga

diperuntukkan bagi peningkatan daya dukung dan menaikkan stabilitas tanah.

Paku tanah terutama berguna untuk penahan tarik dan geser dan tujuan utama pada

perbaikan tanah ialah meningkatkan stabilitas tanah.

Perkuatan pada reinforced earth seperti bahan geotextile dan sejenisnya berfungsi terutama

untuk penahan tarik. Bahan ini dapat meningkatkan daya dukung tanah dan memperkokoh

stabilitas tanah. Besar settlement tanah umumnya tidak banyak berubah akibat adanya

bahan reinforcer tersebut. 

Untuk keempat metode diatas, sebetulnya masih banyak uraian yang disampaikan,

terutama untuk metode stone column dan reinforced earth. Tetapi karena keterbatasan

waktu, penulis terpaksa tidak dapat menambah uraian lagi. Pembaca disarankan melihat

pada sumber referensi yang disebutkan di atas.

Sumber : Indrasurya B. Mochtar