Perbaikan Tanah

PERBAIKAN TANAH Analisis Geoteknik Terapan

1

Definisi • Pencampuran tanah dengan bahan tertentu untuk memperbaiki sifat-sifat tanah • Usaha untuk merubah sifat-sifat teknis tanah agar memenuhi syarat teknis tertentu Stabilisasi tanah pada prinsipnya untuk: - Perbaikan mutu tanah yang tidak baik - Meningkatkan mutu dari tanah yang sebenarnya sudah tergolong baik

2

3

4

5

TEKNIK PERBAIKAN TANAH Tujuan secara umum • • • •

Menaikkan Daya dukung & Kuat Geser Menaikkan Modulus Mengurangi Kompressibilitas Mengontrol stabilitas volume (shringking & swelling) • Mengurangi kerentanan terhadap liquifaksi • Memperbaiki kualitas material untuk bahan konstruksi • Memperkecil pengaruh lingkungan

6

KRITERIA PEMILIHAN METODE • Jenis & Tingkat Perbaikan yang diinginkan • Jenis & struktur tanah, serta kondisi aliran air tanah • Biaya • Ketersediaan peralatan & materia • Waktu konstruksi • Kemungkinan kerusakan struktur disekitarnya • Ketahanan material yang digunakan

7

PERBAIKAN SECARA MEKANIS Tujuan secara umum • • • •

Menaikkan Daya dukung & Kuat Geser Mengurangi Kompressibilitas Mengurangi permeabilitas Mengontrol stabilitas volume (shringking & swelling) • Mengurangi kerentanan terhadap liquifaksi • Memperpanjang durabilitas

Strategi • Spesifikasi kondisi pemadatan (kadar air, density, tebal lapisan) • Pemilitan peralatan pemadatan (roller, vibro compactor, tamping) • Metode pemadatan (jumlah lintasan , pola tamping) • Kontrol kualitas (jenis dan jumlah pengujian)

8

Teknik perbaikan tanah yang umum digunakan 





 

Perbaikan secara mekanis • Pemberian gaya mekanis dari luar untuk sementara misalnya pemadatan Perbaikan secara hidrolis • Pengurangan tekanan air pori misalnya preloading; dewatering, pemompaan, sumur, parit, dan vertical drains Perbaikan secara fisik & kimiawi • Pemberian campuran bahan kimia, grouting, perubahan suhu Dengan inklusi & pengekangan • Geosintetis, angkur, dll. Penggunaan bahan ringan • EPS dll.

9

Jenis Stabilisasi tanah yang populer sejak dulu: A. Stabilisasi Mekanis B. Stabilisasi Kimiawi A. Stabilisasi Mekanis - Bertujuan untuk mendapatkan tanah yang bergradasi baik (well Graded) sehingga dapat memenuhi specifikasi yang diinginkan

10

Ciri-ciri khas untuk pemilihan perbaikan mutu tanah dengan stabilisasi mekanis (mencampur berbagai jenis tanah): - Jenis tanah yang dipakai terdapat berdekatan satu dengan lainnya, apabila satu dari jenis tanah yang dimaksud harus diambil dari tempat yang jauh  tidak ekonomis dan harus dicarikan metode lain - Apabila Specifikasi telah ditetapkan dan ditetapkan proporsi dari masing-masing bahan campuran yang akan dicampur  pencampuran dilakukan dibawah pengamatan yang ketat sehingga dapat dijamin homogenitas dari hasil tsb 11

Proporsi masing-masing bagian dapat dihitung secara analitis ataupun grafis berdasarkan hasil analisa butir dari masing-masing jenis tanah tsb • Analitis Salah satu Rumus yang dipakai: aA + b B = T………………..(1) A, B = persentase untuk masing-masing A dan B a, b = nilai analysa saringan (dalam decimal), bisa dalam total percent passing, total percent retained, percent tertahan pada masingmasing saringan (ap, bp; ar, br; ai, bi) T = nilai analysa saringan dari gradasi campuran

12

Percent Passing Sieve Size

A Total ap

B

A = 51%

Total bp

ap.A

Gradasi

Spec

B = 49%

Camp

Ratarata

bp.B

T

Spec

1/2 in

100.0

51.0

100.0

49.0

100.0

9.0

90 - 100

No.4

36.0

18.4

100.0

49.0

67.4

67.5

60 - 75

No.10

7.0

3.6

89.2

43.7

47.3

47.5

40 - 55

No.40

3.0

1.5

56.0

27.4

28.9

27.5

20 - 35

No.80

1.0

0.5

34.1

16.7

17.2

17.0

12 - 22

No.200

0.4

0.2

14.0

6.9

7.1

7.5

5 - 10

13

METODE PERBAIKAN TANAH SECARA MEKANIS Pemadatan Dangkal: 1. Roller (mesin Penggilas) - Smooth wheel roller, cocok untuk meratakan permukaan tanah dasar dgn tekanan rendah - Pneumatic Tire Roller, dapat digunakan pd pemadatan dgn tekanan dan “kneading” (remasan) - Sheep foot roller, cocok untuk lempung dan tanah berlanau 2. Rammer, dengan menjatuhkan pemberat 3. Vibrator, roller yang digetarkan - Vibrator roller, cocok utk tanah berbutir - Smooth drum vibrator, cocok untuk tanah granuler yang sedikit mengandung lempung atau lanau - Vibrator pneumatic, cocok untuk tanah granuler yg lebih tebal

14

–Pemadatan Dalam • Precompression • Peledakan • Dynamic Compaction • Vibroflotation • Compaction Grouting 

Vibroflotation Ada 2 metode, Wet Method dan dry method Prinsip kerja Wet method: a. Alat diturunkan kedalam tanah sambil disemprot dengan air bertekanan tinggi b. Semprotan air mengakibatkan kondisi “cair” pada tanah shg memungkinkan unit penggetar untuk masuk lebih dalam. c. Material berbutir dituangkan dari atas lubang. Air dialirkan dari atas sehingga dapat membawa material ke dasar lubang. d. Unit penggetar kemudian diangkat secara bertahap Untuk dry method air diganti dengan udara

15

KARAKTERISTIK TANAH YANG DIPADATKAN • Kuat Geser : Untuk mencapai kuat geser yang lebih besar, maka pemadatan perlu dilakukan pada dry of optimum. • Kompresibilitas : pada stress level yang kecil tanah lempung yang dipadatkan pada kondisi wet of optimum akan lebih kompresibel. Sebaliknya pada level stress yang lebih tinggi terjadi sebaliknya. • Swelling : tanah yang dikompaksi dry of optimum akan mengalami swell lebih besar dibandingkan jika dipadatkan pada wet of optimum. • Permeabilitas : permeabilitas tanah akan lebih besar jika dipadatkan pada kondisi dry of optimum.

16

KONTROL KUALITAS • Pemadatan Dangkal: Density & kadar air dengan sand cone, Nuclear Density Test, Rubber Ballon, Dynamic Cone Penetration, Cone Penetrometer, Plate Bearing • Pemadatan Dalam: DCPT, SPT, PMT, DMT, Shear wave velocity (Down hole)

17

PERBAIKAN SECARA HIDRAULIK

Metode yang digunakan • Preloading tanpa drainase vertikal • Preloading dengan drainase vertikal • Dewatering • Metode elektrokinetik

18

TUJUAN DAN PRINSIP KERJA Preloading  Mempercepat penurunan dengan cara menambahkan beban sebelum pelaksanaan konstruksi dengan tujuan untuk menaikkan kuat geser tanah Drainase Vertikal  Mempercepat proses Konsolidasi (primer) dengan cara memperpendek aliran air keluar dari pori-pori tanah Dewatering  Mempercepat penurunan dengan cara menurunkan muka air tanah (ingat prinsip bouyancy dimana penurunan muka air tanah = peningkatan beban) dengan tujuan menaikkan kuat geser tanah Metode Elektrokinetik  Mengurangi kadar air sehingga kuat geser meningkat dan kompresibilitas menurun seiring dengan berkurangnya volume pori tanah

19

METODE PRELOADING Prinsip Kerja Preloading Memberikan beban (surcharge) sebelum pekerjaan konstruksi Surcharge dihilangkan setelah -misalnya - tercapai 90% konsolidasi Beban konstruksi akan menimbulkan penurunan yang relatif kecil Kuat geser meningkat sebanding dengan besarnya preloading (Uji TX CU) Prinsip Kerja Drainase Vertikal Drainase vertikal mempercepat penurunan tapi tidak mengurangi penurunan akhir

20

Perbaikan tanah dengan preloading dan kombinasi preloading + drainase vertikal

21

Jarak masing-masing Drainase drainase vertikal Vertikal harus ditentukan berdasarkan waktu Lapisan lempung dan derajat lunak konsolidasi yang direncanakan Model Instalasi Drainase Vertikal dan pembebanan bertahap

Jarak drainase vertikal

Tampak atas pola-pola pemasangan Drainase Vertikal (a) Pola bujursangkar re0,564 S; (b) Pola segitiga dengan re0,525 S

22

Kenaikan parameter kekuatan geser tanah (c) setelah konsolidasi, dapat diperkirakan dari hasil test triaksial CU:

Untuk menghitung insitu undrained shear strength, harga consolidation pressure, 3’ , merupakan harga confining pressure yang diambil sebagai tegangan efektif rata-rata.  1  2K   3 '  v ' 



0

3 

 1 '  2C total tan(45   / 2)   3 ' tan 2 ( 45   / 2)

Nilai Undrained Shear Strength diperoleh dengan formula berikut: Cu  ( 1 ' 3 ' ) / 2

23

STABILISASI ELEKTROKINETIK Pemberian potensial listrik pada tanah jenuh air sehingga terjadi aliran air ke katoda. Aliran air ini setara dengan proses konsolidasi yang menyebabkan menurunnya kadar air sehingga kuat geser meningkat dan kompressibilitas menurun. Efek samping dari proses ini adalah perubahan komposisi psiko-kimia dari tanah yang ,mempunyai pengaruh baik bagi peningkatan kuat geser.

24

PERBAIKAN SECARA FISIKA & KIMIAWI

Prinsip dasar Mengubah komposisi fisik dan kimiawi tanah dengan menambahkan admixture sehingga terjadi peningkatan kepadatan dan kohesi serta modulus kekakuan tanah terhadap pembebanan Jenis Perbaikan yang dilakukan  Penambahan Admixture (di permukaan dan pada kedalaman tertentu  Penggunaan Grouting  Metode Thermal (Heating & Freezing)

25

PRINSIP KERJA Penggunaan Admixtrure 



Dilakukan pada tanah permukaan (misalnya timbunan jalan raya, oprit jembatan, lantai gudang, open storage, perkuatan lereng, mengurangi erosi dll. Deep mixing dilakukan dengan membuat kolom kolom dalam tanah yang diisi dengan admixture

Perbaikan dengan Grouting 

Grouting adalah menyintikkan suatu bahan kimia pada suatu lokasi dalam tanah yang merupakan perlemahan. Umumnya grouting digunakan pada daerah terbatas (pada sebaian dari struktur) untuk memperkuat (lihat gambar)

Metode Thermal 

Groung freezing merupakan metode yang cocok untuk semua jenis tanah namun jarang digunakan karena mahal

26

BAHAN YANG DIGUNAKAN 

Semen & kapur memberikan hasil yang paling baik karena reksi yang terjadi adalah hidrasi dan penggumpalan untuk jangka pendek serta sementasi dan karbonasi pada jangka panjang. Namun stabilisasi dengan kapur terbukti meberikan durabilitas yang lebih rendah dari pada pemakaian semen



Fly ash dan Abu sekam padi juga digunakan, namun reaksi/ikatan kimiawi dengan tanah lemah, sehingga peningkatan kekuatan hanya didapatkan dari pengisian pori-pori tanah karena ukuran partikelnya yang kecil dan ringan. Pengisian pori-pori ini berakibat peningkatan kerapatan dan kuat geser tanah.



Bahan lain yang juga pernah digunakan adalah Terak baja, bitumen dan Tar serta beberapa macam bahan kimia lainnya,

27

Beberapa contoh stabilisasi tanah dengan admixtures

28

Kurva kenaikan strength dan density akibat campuran cement/lime

29

Perbaikan tanah dengan Grouting

30

PERBAIKAN DENGAN REINFORCEMENT (INKLUSI & PENGEKANGAN) Prinsip Kerja  Tanah hanya memiliki kekuatan terhadap tekanan  Kuat geser tanah didapat dari gesekan antar butiran tanah akibat beban vertikal/normal  Pada saat butiran tanah saling bergerak untuk memobisasi kekuatannya, terjadi deformasi elastik dan deformasi geser tanah yang dapat dilihat sebagai regangan (baik tekan maupun tarik).  Bila pada tanah dipasang perkuatan, maka gesekan antar tanah dan perkuatan akan menimbulkan ikatan diantara keduanya dan berfungsi menahan tarikan yang terjadi dalam tanah

31

PRINSIP KERJA PERBAIKAN TANAH DENGAN INKLUSI Komposit material yang dibentuk oleh reinforcement dan tanah butiran yang berinteraksi melalui gaya gesekan yang terjadi pada kedua material akibat gravitasi dan memberikan tahanan tarik kepada tanah untuk menahan beban-beban yang bekerja (gaya luar + gaya gravitasi)

Inklusi berfungsi meningkatkan permeabilitas, menaikkan kuat geser, menurunkan kompresibilitas

Syarat : Inklusi tidak mengandung bahan kimia yang korosif atau sebaliknya tanah juga tidak korosif

32

BAHAN DAN APLIKASI

Bahan yang digunakan – – – – –

Fiber Metal strips Meshes Fabrics Perkuatan insitu dengan: soil nailings dan angkur (baja, beton, geosintetis)

Aplikasi umumnya untuk perkuatan lereng dan tembok penahan tanah

33

34

PERBAIKAN DENGAN BAHAN RINGAN Prinsip dasar Mengurangi beban timbunan (backfill) dengan menggunakan bahan yang sangat ringan (0.02 gr/cm3), tahan air, dan ramah lingkungan.

Spesifikasi bahan • Kuat tekan • Densitas • Geometri (pemasangan harus saling mengunci untuk mencegah lulusnya air.

35

Pemakaian EPS Block • EPS diletakkan pada kondisi drainase yang baik sesuai dengan prinsip Hukum Archimedes. Muka air tanah diharuskan berada di atas elevasi dasar dari EPS. Lalu kekuatan daya apung memainkan peranan penting dalam rancangan ini. Bagian atasnya adalah aplikasi dari faktor keamanan yang melawan pengaruh daya angkat yang mungkin teriadi pada material ini. Selain itu terdapat pula faktor keamanan dalam system drainase. Bila semua ini dilaksanakan, maka, efektifitas kerja dan keamanan dari struktur jembatan dapat dicapai. • EPS Block diletakkan pada lapisan pasir yang dipadatkan dengan ketinggian 100‑150 mm. Keakuratan ketinggiannya kurang lebih 10 mm melebibi setiap panjang 3 meter. • EPS Block ditimbun menjadi beberapa lapisan dengan susunan seperti pada. susunan batu bata dengan perubahan arah dari satu lapisan ke lapisan berikutnya sesuai dengan perjanjian dan perhitungan tertentu. Hal ini bertujuan untuk menghindari pergeseran berkelanjutan pada konstruksi. • Koefisien gesekan, , antara batas perternuan antar block, diambil 0,5. Hal ini untuk melindungi kecenderungan darl pergerakan dari pergerakan yang lambat antar masing‑masing lapisan. Untuk meyakinkan tidak ada gerakan yang berupa pergeseran dan peluncuran pada masing‑masing lapisan dari material, dapat digunakan paku atau dengan memasang pasak yang digandakan dengan jarak 1, 5 m di tengah‑tengah pada tiap sisinya.

36

HAL-HAL YANG PERLU DIPERHATIKAN

37

38

39

TANAH BERMASALAH (DIFFICULT SOIL)     

Tanah Lempung Lunak (Soft Soil) Tanah Gambut (Peat Soil) Tanah Ekspansif (Swelling Soil) Tanah Runtuh (Collapsible soil) Tanah Rentan Likuifaksi

40

Problem tanah lempung lunak Definisi: Tanah lempung lunak (soft clay) didefinisikan sebagai tanah lempung yang memiliki kuat geser undrained, Cu < 0.25 kg/cm2 , atau perkiraan nilai SPT, N < 5 blows/ft, atau nilai perlawanan konus qc < 15 kg/cm2

41

Permasalahan Geoteknik dan Penanganan PERMASALAHAN • Muka air banjir relatif tinggi • Daya dukung sangat rendah • Kompresibilitas tinggi • Konsolidasi terjadi dalam waktu lama TEKNIK PERBAIKAN TANAH  Prakonsolidasi  Penggunaan Vertical drain (Sand drain atau PVD)  Geosintetis  Pondasi tiang

42

Problem tanah gambut Definisi: Tanah gambut (peat soil) merupakan tanah yang mengandung bahan organik dalam jumlah yang desar sehingga mempengaruhi sifat rekayasa tanah tersebut. Dengan demikian sistem klasifikasi tanah berbeda dengan tanah lempung. Sistem klasifikasi yang umum berlaku (USCBR, USCS yang kemudian digukana oleh ASTM, dan AASHTO tidak menyebutka klasifikasi tanah gambut) 43

Jenis dan parameter penting JENIS • Fibrous Peat (berserat) bersifat nonplastis dan konsolidasi sekunder dominan (teori Terzaghi tidak berlaku) • Amorphous Peat (Tak berserat, Lempung organik) bersofat plastis, dan perilaku pemampatan seperti pada tanah lempunglunak (Metode Terzaghi berlaku) Parameter penting  Specific Garavity (Gs), Kadar air ()  Kandungan abu, kandungan organik, kandungan serat  Parameter konsolidasi (tergantung jenis)  Klasifikasi  Koefisien tekanan tanah lateral (Ko)

44

Permasalahan Geoteknik • • • •

Muka air tanah tinggi Daya dukung sangat rendah Kompresibilitas tinggi Konsolidasi sekunder berlangsung sangat lama • Proses dekomposisis berlangsung lama • Kestabilan dalam arah lateral • Overall sliding

45

Langkah Penanganan Masalah LANGKAH PENANGANAN • Tentukan jenis tanah berdasarkan serat • Tentukan metode prediksi pemampatan di lapangan • Tentukan metode stabilisasi METODE STABILISASI • Penggunaan Material ringan • Timbunan dengan perkuatan geotekstil • Preloading • Preloading + geotekstil • Sand drain (Bukan PVD) • Pemasangan cerucuk, dolken, minipile

46

Hal yang perlu dihindari berkaitan dengan stabilisasi tanah gambut • Hindari metode stabilisasi secara kimiawi (kapur, semen, dll) – Gambut tidak mengandung “water insoluble gel” dari Ca CO3 yang berfungsi mengikat partikel – Bahan organik masih mengalami proses dekomposisi – Stabilisasi hanya dipermukaan tidak feasible untuk tanah gambut

• Hindari penggunaan PVD untuk vertical drain karena pemampatan konsolidasi terjadi dalam waktu yang singkat dan organik content dapat memblok aliran • Hati-hati dengan pemakaian beton sebagai pondasi karena sifat gambut yang korosif

47

Problem tanah ekspansif Definisi: Tanah ekspansif adalah tanah yang memiliki sifat kembang susut yang besar dan perilakunya sangat dipengaruhi oleh air

48

IDENTIFIKASI DAN KLASIFIKASI TANAH EKSPANSIF • Berdasarkan kandungan mineralnya: Montmorillonite dan bentonite merupakan mineral tanah ekspansif • Berdasarkan kandungan unsur kimianya, makin tinggi valensi dari unsur yang ada makin mudah partikel lempung menyerap air • Berdasarkan konsistensi tanah (LL, PL, IP, SL) dan kandungan koloidnya

49

Permasalahan Geoteknik dan Penanganan PERMASALAHAN • Retak pada lantai dan dinding basement bangunan • Retak memanjang pada perkerasan jalan • Stabilitas dalam arah lateral • Kembang susut terjadi terus menerus TEKNIK PERBAIKAN TANAH  Penggantian tanah atau rigid pavement untuk jalan  Lantai bangunan dipisahkan dari tanah pondasi (plat wafel)  Hindarkan pengaruh air  Pondasi tiang  Stabilisasi Kimia (kapur, semen, fly ash, ASP, dll)

50

Problem tanah rentan likuifaksi Likuifaksi adalah peristiwa dimana tanah jenuh air berubah perilakunya menjadi seperti benda cair (liquify) akibat beban dinamis (biasnya akibat gempa) sehingga menimbulkan bahaya yang cukup besar terhadap konstruksi diatasnya Potensi likuifaksi dari suatu lapisan tanah dapat ditentukan dari kombinasi sifat-sifat tanah, faktor lingkungan dan karakteristik gempa.

51

POTENSI LIKUIFAKSI Bedasarkan sifat-sifat tanah: Modulus geser (G), damping (redaman, J), porositas (n), karakteristik butiran, dan kepadatan relatif (Dr). Faktor Lingkungan: Riwayat pembentukan tanah, riwayat geologis, koef tekanan tanah lateral (Ko), confining stress (o) Karakteristik gempa: Intensitas getaran, lama getaran, besar dan arah getaran 52

Perbaikan tanah rentan liquifaksi • • • • • • •

Meningkatan kerapatan (densifikasi) Perbaikan dengan cara kimiawi (Solidifikasi) Menurunkan derajat kejenuhan dengan dewatering Dissipasi tekanan air pori dengan drainase Kontrol deformasi (memasang dinding diafragma) Memperkuat pondasi Penggunaan flexible joint dalam struktur untuk mengurangi bahaya likuifaksi • Penggunaan geogrid untuk memperkuat pondasi • Penggunaan sheet-pile untuk embankment (timbunan)

53

Problem tanah collapsible Tanah collapsible adalah jenis tanah yang akan mengembang pada saat ditambahkan air, namun apabila kadar air meningkat melebihi kondisi optimum sehingga kejenuhan melebihi 100%, tanah akan runtuh akibat hancurnya ikatan antar butiran tanah (tanah berperilaku seperti lumpur). Umumnya terjadi pada tanah yang mempunyai kohesi rendah seperti: Silt, tanah tak jenuh, tanah loess, tanah timbunan yang dipadatkan pada kondisi dry of optimum

54

Identifikasi tanah collapsible • • • • • • •

Specific gravity antara 2,6 – 2,8 Sebagian besar partikel lolos saringan no 200 Kerapatan kering di lapangan antara 1 – 1,65 t/m3 Kerapatan kering pada kondisi optimum 1,55 – 1,75 t/m3 Batas Atterberg LL 25 – 55%; PL 15 – 30% Kadar air optimum 12 – 20% Angka pori 0,67 – 1,50

55

Permasalahan Geoteknik dan Penanganan PERMASALAHAN • Penurunan yang besar (excessive settlement) • Penurunan yang berbeda (differentian settlement) • Peneurunan terjadi secara tiba-tiba LANGKAH PENANGANAN  Pengamatan yang teliti pada kondisi tanah  Memampatkan atau menjenuhkan tanah sebelum kegiatan konstruksi  Hindarkan pengaruh air  Pondasi tiang  Stabilisasi Kimia (kapur, semen, fly ash, ASP, dll)

56

• Metode Perbaikan Tanah dengan HIGH VACUUM DENSIVICATION ME THOD (HVDM) • Contoh kasus Danau Selatan, gading Serpong

57

PR Buat Presentasi dengan contoh kasus perbaikan tanah: 1. Di kawasan Pantai 2. Deep Soil Mixing 3. Soil Nailing 4. Kawasan lahan gambut 5. Preloading dan vertikal drain 6. Tanah ekspansif 58