Cara Perbaikan Daya Dukung Tanah (Part 2)

Perbaikan Tanah dengan Teknik Pemampatan Awal (Precompression)
Perbaiakan tanah dengan teknik pemampatan ini terutama ditunjukkan untuk tanah-tanah yang mengealami 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 semua bangunan tidak boleh dibangun di atas tanah yang compressible bila dikhawatirkan nanti akan terjadi perbedaan penurunan tanah yang lebih besar dari pada batas toleransi bangunan tersebut. Selain itu tanah lunak sering tidak memiliki daya dukung yang cukup untuk memikul beban bangunan yang didirikan dengan tujuan pokoknya adalah sebagai berikut:

1. Menghilangkan sama sekali (atau sebagian besar), penurunan konsolidasi yang akan terjadi akibat membebani tanah dengan beban awal yang lebih besar atau sama dengan beban bangunan 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 bebean sesungguhnya (hanya untuk memampatkan tanah saja), cara seperti ini juga lebih dikenal dengan cara preloading. Sistem pemampatan ini juga disebut sebagai precompression.
2. Meningkatkan daya dukung (tahanan geser = shear strenght) dan 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 unutk tanah-tanah lempung jenuh air yang lunak, tanah-tanah lanau yang compressible, tanah lempung organik dan tanah peat. Unutk mempercepat waktu precompression, dapat digunakan drainase vertikal yang memperpanjang aliran dari air
pori. Teknik precompression atau preloading ini telah berhasil diterapkan pada tanah-tanah yang mendukung pondasi gedung, embankment, jalan raya, runway, tangki-tangki dan aburtment jembatan dengan sukses.

Jenis Teknik Pemampatan Awal (Precompression)
Teknik pemampatan awal dibagi menjadi 2 cara yaitu :
Pemberian Beban Eksternal
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 diletakkkan diatas tanah aslinya. Karena pemberian beban luar tersebut tanah dasar memampat.
Pemberian beban awal internal

• Cara pemadatan menggunakan metode vacum
• Cara pemadatan dengan menurunkan mua air tanah
• Cara pemadatan konsolidasi cara elektro-oamosis

Cara kedua dilakukan bila cara pertama tidak mungkin dilaksanakan karena alasan teknis pelaksanaan, karena mahalnya bahan tanah timbunan atau karena alsan lainnya.
Cara pertama dan kedua diatas pada prinsipnya sama, yaitu memampatkan tanah dengan cara menaikkan tegangan efektif dalam tanah. Cara vacum dilakukan dengan melakukan pemompaan vacum dari lapisan tanah di bawah lapisan tipis membran 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 stabilisasi gedung-gedung bangunan disekitar lokasi proyek. Cara pemadatan konsolidasi elektro-osmosis merupakan cara dengan menimbunkan tegangan negatif pada air pori sehingga tegangan efektif tanah meningkat.
Cara pemberian beban internal mempunyai kelebihan karena pada cara ini tidak didapati masalah stabilitas tanah timbunan dan cara ini tidak memerlukan beban timbunan yang sangat banyak seperti pada cara pembebanan external. Tetapi kelemahan cara pemberian beban internal adalah bahwa cara ini kompleks dan lebih sulit dilaksanakan dari pada cara pemberian beban elsternal.

Pemampatan Awal dengan Cara Elektro-Osmosis
Pada prinsipnya, air sebagai elektrolit dalam pori- pori tanah dapat dibuat mengalir dalam tanah dari satu kutub listrik Anoda, dan kemudian setelah terjadi aliran pada batang- batang katoa air yang masuk dipompa keluar, maka di dalam pori tanah tercipta tegangan negative yang menyebabkan kenaikan tegangan efektif pada partikel tanah yang menyebabkan konsolidasi.
Mekanisme dari elektro osmosis ini telah dijelaskan dengan cukup rinci oleh Grey dan Michell (1967), sedangkan teori konsolidasi akibat peristiwa elektro osmosis telah dikembangkan oleh Esrig (1968), Wan dan Mitchell (1976), dan oleh Mitchell dan Wan (1977).
Metode pemampatan dengan cara elektro osmosis diketahui efektif dan ekonomis bila kondisi tanahnya sebagai berikut :

1. Tanahnya adalah tanah lanau jenuh air atau tanah lempung beranau 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 elektro osmosis ini juga dapat digunakan untuk mempercepat waktu konsolidasi tanah yang sedang dimampatkan dengan cara preloading. Jadi berbagai cara pemampatan tanah dapat digabung untuk mepercepat waktu konsolidasi (Wan dan Mitchell, 1976).

Perbaikan Tanah dengan cara Injeksi dan Grouting Bahan Penguat Ke Dalam Tanah
Cara injeksi dan grouting ini merupakan salah satu usaha untuk memperkuat tanah, mengurangi settlement (Compressibility) dari tanah, dan mengurangi pergerakan-pergerakan dari tanah (grouting movement). Pada prinsipnya cara ini dilaksanakan dengan cara 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.
Sebagai bahan acuan untuk cara injeksi dan grouting ini dapat disebutkan yang paling mutahir yaitu ASCE (1980), Bowen (1975) dan Cambefort (1973) disamping beberapa referensi lainnya.
Beban grouting yang paling umum adalah seman. Disamping itu juga sering digunakan bahan lempung (bentonite, dan lain- lain), atau campuran antara semen dan tanah. Kapur juga sering digunakan bahan grouting, biasanya kapur tersebut dalam bentuk pasta atau cair. Selain semen, kapur, dan tanah pula digunakan bahan kimia (chemical grount) seperti silicates, lignins, resins, acrylomides dan urethanes. Bahan grouting kimia ini umumnya lebih mudah diinjeksikan pada tanah- tanah yang berbutir halus, sedangkan bahan grouting semen dan sebangsanya terutama ditujukan untuk tanah- tanah pasir.
Pada umumnya gruting dengan cara injeksinmempunyai tiga fungsi :

1. Permeating grouting, yaitu grouting untuk mengisi pori- pori dalam tanah. Di sini bahan grouting harus tetep 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 ditunjukkan 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 di sela- sela gugusan tanah/batuan dan membungkus tanah dalam gugusan- gugusan yang cukup besar.

Grouting dengan cara injeksi ini diprakarsai oleh insinyur Perancis di tahun 1802 untuk memperbaiki saluran yang terkena erosi yaitu dengan cara menyuntikkan saluran lempung dan kapur ke bawah saluran tersebut. Sejak saat itu Grouting digunakan oleh orang, dan banyak pemakaian grouting dengan injeksi dilakukan sebagai cara mengurangi rembesan air (di bawah tubuh bdungan) 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 :

1. Untuk mengisis pori- pori tanah dan ruang- ruang kosong dalam tanah guna mencegah penurunan yang berlebihan
2. Untuk menngkatkan kekuatan tanah mendukung bangunan yanag ada dan mencegah adanya pergerakan tanah bila di sebelah banguna tersebut diadakan penggalian tanah (excavation), pemancangan tiang, dan lain sebagainya.
3. Untuk mencegah dan mengurangi pergerakan tanah pada saat pembuatan tunnel (trowongan). Grouting sekitar daerah lubang tunnel akan menstabilisir tanah dan batuan sehingga dinding trowongan tidak mudah bergerak atau runtuh.
4. Untuk memperkuat dan menyatukan massa tanah sehingga mengurangi kebutuhan atas perkuatan arah horizontal (lateral support), misalnya pada galian- galian, turap dan lain sebagainya.
5. Untuk memperkuat tanah dan meningkatkan ketahanan tiang pancang terhadap beban lateral (tegak lurus sumbu tiang pancang).
6. Untuk menyatukan dan menstabilisir lapisan pasir yang renggang sehingga tidak mudah mengalami “liquefaction”.
7. Sebagai penopang (ganjal) di bawah pondasi (bila pondasi mengalami penurunan atau di bawah pondasi tercipta rongga- rongga).
8. Untuk mengurangi perubahan volume pada tanah- tanah yang expensive (tanah mengembang).

Teknologi Injeksi dan Grouting
Pada prinsipnya injeksi dan grouting dilaksanakan dengan memasukkan pipa ke dalam tanah. Dengan tekanan bahwa grouting disuntikkan ke dalam tanah melalui pipa tersebut. Jarak lubang pipa grouting umumnya antara 1,3 – 2,5 meter. Makin dekat jarak pipa grouting makin baik hasilnya, tetapi harga injector 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 system electrochemical injection dan jet grouting. Electrochemical injection adalah 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 (Miki dkk, 1980). Prinsip jet grouting ini ialah dengan mengalirkan air bertekanan sangat tinggi ke dalam 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. Miki dkk, melaporkan percobaan mereka bahwa dengan cara jet grouting, tanah lempung lunak dapat diperbaiki sehingga memiliki kekuatan tekan unconfined sebesar kurang lebih 30 kaki 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 compressibilitas 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 kedalaman yang relative dengan permukaan tanah. Percampuran dilakukan via alat mixer setelah tanahnya digaruk dahulu sampai kedalaman yang diinginkan. Setelah dengan bahan penguat, biasanya tanahn dihamparkan kembali lapis demi lapis dimana tiap lapis dipadatkan dengan baik.
Cara deep mixing dilakukan dengan cara mengebor tanah dengan alat rotary drill mencapai kedalaman yang diinginkan, alat perlahan lahan ditaik ke atas sambil mencampur tanah diantara rotary drill denga bahan penguat. Sebagai hasilnya didapatkan tinag- tiang (kolom- kolom) tanah yang sudah berhasil dilakukan untuk stabilisasi tanah sampai kedalaman 60 meter. Diameter kolom tanah semen mencapai 1,75 meter, (Okumura dan Terashi, 1975; Terashi dkk, 1979). Diameter kolom- kolom tanah yang sudah diperkuat di luar jepang, misalnya di Swedia dan Austria, umumnya lebih kecil ( sekitar 0,5m).

Stabilitas Tanah cara Thermal
Cara thermal dalam stabilisasi tanah meliputi pemanasan dan pendinginan tanah (sampai beku). Pemanasan tanah yang berbutir halus (lempung atau lanau kelempungan) sampai temperature di atas 100 derajat celsius menyebabkan tanah mongering dan tanah menjadi keras akibat pekerjanya proses kapiler pada saat tanah mongering. Pemanasan tanah (lempung) sampai temperature antara 600 – 1000 derajat celsius dapat menyebabkan hal hal sebagai berikut terhadap lempung atau lanau :

• Hilangnya sifat sensitivitas tanah terhadap air, kadar air tidak lagi mempengaruhi sifat material tanah.
• Hilangnya sifat kembang susut tanah
• Hilangnya sifat kompesible dari tanah.

Jadi tanah seolah- olah membantu dan tidak lagi bersifat sebagai tanah lempung.
Pendinginan tanah yang umumnya dilakukan ialah sampai di bawah titik beku air. Pembekuan ini menyebabkan air pori tanah mengeras jadi es padat sehingga lebih mudah untuk “ditangani”. Pembekuan tanah ini dilakukan sementara sampai bangunan permanen yang diinginkan selesai dikerjakan (misalnya pada galian terbuka tanah saturated yang sangat lembek dimana pelaksanaan konstruksi turap sementara kurang ekonomis daripada cara pembekuan tanah). Selain itu proses “freezing” ini perlu untuk mempertahankan sifat tanah daerah permafrosed (permanen frosed).
Cara 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 energy yang relative tinggi dan penggunaannya mungkin tidak dapat diterapkan di banyak tempat di bumi ini, karena factor cuaca, keberadaan bahan bakar energy, kondisi tanah dan lain- lain. Hanya kondisi yang spesifik saja yang memungkinkan penggunaan cara ini. Karena diperkirakan cara ini tidak digunakan di Indonesia.

Perbaikan Tanah cara Pemberian Kekuatan / Reinforcement
Cara soil reinforcement ini merupakan cara yang paling pesat berkembang dalam 2 dekade akhir akhir ini dan cara ini merupakan cara yang paling baik dipelajari dan diminati orang. Cara ini pada pkoknya dapat dibagi menjadi 4 metode yaitu :
Metode Stone Coloumn.
Pada metode ini, pada tanah yang lunak dipasang kolom- kolom dari batu atau kerikil yang dipadatkan berdiameter 0,6 – 1 meter dengan cara tertentu. Pemasangan stone coloumn biasanya dengan cara vibroflotation atau cara peneumatic compaction. Stone coloumn tersebut berfungsi untuk meningkatkan kekuatan geser tanah dan mengulangi sattelment.
Root Piles atau Micro Piles
Ini adalah penggunaan tiang pancang kecil berdiameter 7,5 – 25 centimeter, yang umumnya dari beton dengan penulangan di tengah- tengah. Tiang- tiang micro ini dipasang sebagai groug tiang atau tiang satu- satu secara vertical dan miring. Fungsi tiang micro ini disamping memberikan tambahan dukungan terhadap pondasi juga sebagai pasak terhadap geseran pada bidang longsor geser serkuler. Di Indonesia system seperti ini lebih dikenal dengan system “cerucuk”, yaitu penggunaan tiang- tiang kayu/bamboo sebagai pasak dalam tanah.
Paku- paku Tanah (Soil Nailing)
Cara ini terdiri dari sekelompok batang- batang dalam tanah, serupa paku- paku dlam tanah. Batang- batang tersebut umumnya di grouting di dalam tanah. Soil Nailing ini hampir serupa dengan rock bolt pada bantuan. Fungsi utamanya ialah memperkuat tanah dengan dan menyatukan masa tanah di suatu bagian tanah yang kurang stabil (missal pada talud dan lereng- lereng).
Rein Earth
Reinforced earth di sini termasuk semua perkuatan- perkuatan tanah menggunakan bahan geosintesis, bahan- bahan khusus dari metal, ground anchor dan perkuatan system tieback. Yang termasuk bahan geosintesis untuk perkuatan tanah (oil reinforcement) meliputi geotekstile, geogrid, dan geolinear element.

Stone coloumn terutama untuk mendukung beban tekan dan geser. Disamping menaikkan daya dukung tanah, stone coloumn juga mengurangi settlement dari tanah yang diperbaiki. Disamping itu stone coloumn juga berfungsi seperti vertical brain 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 stabillitas tanah.
Paku tanah terutama berguna untuk penahan tarik dan geser tujuan utama pada perbaikan tanah ialah meningkatkan stabilitas tanah.
Perkuatan pada reinforced earth seperti bahan geoxtile 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 reiforcer tersebut.
Untuk keempat metode di atas, sebetulnya masih banyak uraian yang disampaikan, terutama untuk metode stone coloumn dan reinforced earth.