CONCRETE MATTRESSES : SPESIFIKASI PRODUK DAN BEBERAPA ASPEK PRAKTIS
A. FUNGSI DAN POTENSI APLIKASI
Suatu matras beton secara sederhana adalah suatu elemen konstruksi yang dibentuk dengan cara menyuntikkan suatu bahan grout koloid ke dalam suatu cetakan yang terbuat dari bahan fabric sintetik. Ketebalan matras ditentukan oleh penyekatwoven di dalam fabric tersebut. Sistem ini mengijinkan konstruksi dari elemen-elemen yang berbeda, yang dapat digunakan untuk pencegahan erosi, memperbaiki aliran air, atau sebagai bahan kedap air (waterproofing). Berbagai jenis matras telah dipatenkan.
Matras beton digunakan untuk berbagai keperluan, antara lain : proteksi dan konsolidasi lereng atau dasar kanal, sungai, saluran, tebing pantai, atau strukturstruktur sejenis. Matras beton dapat disesuaikan untuk pelbagai keperluan yang berbeda dalam badan air atau konstruksi maritim, dan kemudian dimensinya ditentukan menurut kebutuhan. Campuran beton yang biasa digunakan sebagai bahan pengisi adalah semen (tipe V untuk aplikasi pada lingkungan maritim) sebesar 600 kg/m3, pasir 1200 kg/m3, air 360 kg/m3 (rasio w/c = 0,6).
Menurut tipenya dikenal 2 kelompok : a. Matras standar; yang biasanya digunakan jika tanah dasar keras, untuk memenuhi fungsi perlindungan tebing dan dasar sungai atau untuk menyekat struktur-struktur hidrolis. b. Matras panel; memiliki kapasitas drainasi yang tinggi karena lubanglubang drain (weep hole) yang besar pada selang 0,6 dan 2,0 pada kedua arah menurut kebutuhan. Tersedia untuk sebarang panjang dan lebar
dengan berat luas antara 200 sampai 1000 kp/m2 sehingga dapat dirakit sesuai dengan keperluan khusus.
Beberapa keuntungan penggunaan matras beton adalah sebagai berikut : i.
Kekuatan, yaitu berat dasar sesuai dengan keperluan
ii.
Dapat dibuat dalam bentuk kaku atau lentur
iii.
Dengan atau tanpa sambungan
iv.
Tembus atau kedap air
v.
Relatif tidak terpengaruh oleh kondisi cuaca buruk selama pelaksanaan
vi.
Instalasi di bawah air juga dimungkinkan
vii.
Tidak diperlukan ‘predraining’
viii.
Pelaksanaan relatif cepat
ix.
Ketahanan (durability) hampir tidak terbatas
x.
Tidak memerlukan ‘sheet piling’
xi.
Ekonomis
xii.
Penyederhanaan prosedur pelaksanaan karena hanya menggunakan satu proses dan satu bahan (buatan) saja
xiii.
Berbagai tipe matras dapat dikombinasikan sesuai dengan keperluan
xiv.
Secara ekologis menguntungkan
xv.
Telah terbukti memuaskan dalam pelbagai aplikasi
xvi.
Cocok diterapkan pada hampir semua kondisi lereng/kontur
Kategorisasi atas fungsi-fungsi tersebut diperjelas dalam bagian berikut :
Daerah lepas pantai (Offshore) : Beberapa contoh aplikasi adalah sebagaimana berikut ini. Jaringan pipa yang harus dipasang pada dasar laut dibungkus dengan batu dan matras panel. Batu-batu penutup tersebut ditempatkan secara berhati-hati lewat suatu pipa vertikal (semacam tremie) sedemikian sehingga material tersebut tidak tersapu oleh arus. Pengujian telah menunjukkan bahwa matras dapat ditempatkan secara memuaskan bahkan pada kedalaman 50 m. Pengisian batuan dan pemasangan matras panel bahkan telah dapat dilakukan tanpa bantuan penyelam. Sambungan fleksibel antara struktur padat dan matras panel digunakan untuk memberikan proteksi dasar dapat terdiri dari batuan pengisi. Bergantung pada permintaan, sambungan dapat juga digrout dengan mortar. Injeksi mortar dapat juga mengeliminasi bahaya terjadinya penggerusan. Jaringan pipa dan culvert dapat juga dibungkus rapat untuk mencegah kerusakan, korosi, dan desakan ke atas.
Proteksi tebing (Bank & lock protection) Di daerah pelabuhan, matras diletakkan menutupi tebing pantai yang sebagian besar dapat tertutup air dan ditempatkan sampai mencapai kedalaman 12 m. Tujuan matras adalah untuk memproteksi tanah berpasir terhadap bahaya gerusan. Matras panel dengan ketebalan 18 cm dan suatu bantalan (cushion) berukuran 0,85 x 0,85 m2 telah digunakan. Matras panel juga digunakan untuk melindungi pantai terhadap gelombang pasang bertekanan kuat.
Proteksi dasar saluran Di daerah Nuremberg 2 pipa terowongan harus didorong di bawah Kanal Rhine-MainDanube untuk proyek kereta rel bawahtanah lokal. Untuk melindungi pipa terowongan dan pekerja-pekerja konstruksi di dalamnya terhadap bahaya keruntuhan dan rembesan air dari dasar kanal, panel matras seluas 2000 m 2 telah dipasang pada dasar saluran. Matras disiapkan di atas tanah, diseret ke dalam air, kemudian
ditempatkan secara teliti. Dengan ketebalan 20 cm menempel pada dasar kanal, matras tersebut memberikan proteksi yang andal karena beratnya dan karena karakter kedapair-nya. Menurut klien, ini adalah metode yang paling hemat dan sederhana yang tersedia.
Rekayasa pantai Tanggul tua di pulau North Sea telah diperbaiki dengan matras panel. Matras tersebut memberikan proteksi terhadap erosi ekstrim yang disebabkan oleh gelombang dan arus. Suatu timbunan dyke dibuat untuk melindungi reklamasi pantai pada pantai North Sea. Panjang garis lereng antara kaki dyke dan kepalanya adalah sekitar 15 m. Untuk mencapai suatu keadaan tanpa sambungan, matras dijahit bersama-sama di lokasi untuk membentuk jalur sepanjang 400 m. Outlet-outletberbentuk kurva dan gorong-gorong pipa dibuat secara khusus untuk menyesuaikan dengan bentuk lereng.
Spesifikasi tipikal produk concrete mattresses Incomat yang diproduksi oleh Huesker adalah sbb. :
SPESIFIKASI INCOMAT CRIB & FP
Properties
Material
Tensile Strength
Crib 10.100
Crib 10.200
FP C 60.149
warp
PA
PA
PET
weft
PE
PE
PET
warp
45 kN/m
45 kN/m
55 kN/m
weft
25 kN/m
25 kN/m
50 kN/m
Tear Strength *
warp
--
--
30 kN/m
weft
--
--
30 kN/m
warp
20%
20%
22%
weft
20%
20%
25%
Wtr. permeability
20 l/m2/sec
20 l/m2/sec
20 l/m2/sec
Pore size
330 ym
330 ym
330 ym
Unit weight
410 g/m2
410 g/m2
400 g/m2
Thickness after filling
10 cm
20 cm
10 cm
Elongation *
B. BEBERAPA ASPEK PRAKTIS
Dalam bagian ini yang akan dibahas khususnya adalah aspek-aspek praktis yang berkaitan dengan geosintetik sebagai pencegah laju erosi. Produk-produk ini pada dasarnya memberikan pewadahan (containment) yang ekonomis untuk beton-beton yang dicor di tempat untuk tujuan menutup (armouring) timbunan berlereng terhadap erosi akibat peng-gerusan. Semua bentuk cetakan yang tersedia saat ini memiliki kemiripan yaitu berupa dua lapis tekstil woven, tembus air (permeable), tetapi memiliki ukuran saringan yang sesuai untuk menahan partikel-partikel halus dari bahan pengisi campuran bersemen (cementitious mix). Suatu sifat penting adalah kesesuaiannya untuk konstruksi bawahlaut (sub-marine), dalam hal kualitas slab yang terbentuk sangat meningkat bahkan untuk pekerjaan di bawah air.
Manfaat yang diperoleh telah cukup jelas, yaitu : penghilangan akan perlunya dampelindung dan dewatering. Cara pencapaiannya juga cukup jelas dan mudah. Suatu campuran bahan grout cair akan diperlukan, dan ketika diinjeksikan di antara lapisan- lapisan tekstil membentuk sampul, akan tetap berkoagulasi akibat runtuhnya rongga di antara lapisan-lapisan. Massa cair akan dengan cepat menyebar melewati ruang di dalam sampul, dan ketika tinggi tekan terbentuk air campuran yang bebas akan terdorong keluar melewati tekstil. Hasil yang diperoleh adalah beton yang awet, padat, dan memiliki kekuatan tekan yang lebih besar daripada metode pengecoran konvensional.
Stabilitas. Sistem ini memberikan proteksi yang tahan-erosi untuk menstabilkan lereng terhadap gaya-gaya perusak yang ditimbulkan air. Ukuran, berat, dan konfigurasi persisnya harus ditentukan oleh kecepatan rencana atau tinggi gelombang rencana. Perlu dicatat bahwa sementara instalasi dapat dilaksanakan pada lereng yang lebih curam daripada untuk proteksi dengan riprap, metode revetment itu sendiri tidak dapat dipergunakan untuk memperbaiki stabilitas lereng. Fleksibilitas. Biasanya revetment tidak direkomendasikan untuk kondisi-kondisi di mana konsolidasi yang besar diperkirakan dapat terjadi. Beberapa bentuk cetakan mampu mengakomodasi penurunan lebih baik dari yang lain. Artikulasi minor diijinkan oleh karena fungsi penulangan modulus rendah dari lapisan tekstil. Ini mengijinkan retakan minor pada beton, dan mencegah kehancuran sistem revetment oleh retakan yang tak terkontrol.
Filtrasi. Suatu sifat penting dalam beberapa konfigurasi adalah kemampuan melewatkan airtanah untuk melepas tekanan uplift hidrostatik. Permeabilitas revetment adalah suatu fungsi dari pelipatan (weave) tekstil, area permukaan, dan frekuensi lubang drain (weep holes). Diperlukan bahwa permeabilitas adalah sama dengan drainase natural dari embankment yang diproteksi. Sebagai suatu aturan umum : k(fabric) > 10 x k(soil) Setara dengan hal tersebut efek filtrasi pada lubang drain mestilah sama dengan : O90/D85 < 1 Vegetasi. Algae dan kebanyakan tipe vegetasi biasanya tumbuh melampaui permukaan sistem revetment. Profil yang lebih tidak beraturan mengijinkan deposit lanau dan titik-titik tangkapan untuk mengapung dan memberikan suatu kondisi lingkungan yang sempurna untuk memantapkan vegetasi. Bahkan akar-akaran dari tanamantanaman kecil dapat menembus filter, memberikan penjangkaran dan estetika yang lebih baik kepada hasil instalasi. Ketahanan aliran. Jelas terlihat bahwa koefisien kekasaran (nilai ‘n’ dalam formula Manning) dapat bervariasi banyak. Ketebalan konstan dari cetakan memiliki nilai ‘n’ serendah 0,01 sementara bentuk yang paling tidak beraturan dapat memiliki harga 0,05. Kecepatan arus dan tinggi gelombang. Kinerja hasil akhir revetment dalam aspek ini berkaitan langsung dengan ketebalan potongan, kekuatan tekan, dan stabilitas lereng. Potongan yang tidak seragam dengan ketebalan nominal 100 mm memiliki batas ketinggian gelombang 3-4 kaki. Ketinggian ini selanjutnya tereduksi jika kecepatan arus di atas 5 ft/sec; mis. tinggi gelombang 2 kaki dan kecepatan air 20 ft/sec telah dapat diakomodasi. Potongan-potongan yang regular dengan ketebalan 300 mm atau lebih besar menghasilkan struktur yang sangat berbeda untuk menahan kondisi badai yang paling buruk.
Sebagai kriteria umum untuk fungsi filtrasi dapat digunakan pedoman berikut : mayoritas bukaan < partikel-partikel tanah yang lebih kecil permeabilitas tinggi = porositas tinggi
kriteria retensi : Oe/Dsoil < B kriteria permeabilitas : kf > FS.ks yallow > FS.yreq’d kriteria ketahanan terhadap penyumbatan (clogging) : Oe > 3.Dfines porositas maksimum kriteria survivabilitas : - cukup kuat untuk menahan pembebanan selama proses instalasi - persyaratan fisis untuk survivabilitas geotekstil untuk keperluan drainasi dan kontrol erosi diberikan dalam tabel berikut (dari AASHTO-AGC- ARTBA Task Force 25, 1996)
Sifat-Sifat
Drainage/Erosion
Drainage/Erosion Control, Class B
Test Method
Control, Class A
Grab Strength (lbs)
180/200
80/90
ASTM D4632
Elongation % (min)
na/15
na/15
ASTM D4632
Seam Strength (lbs)
160/180
70/80
ASTM D4632
Puncture Str. .(lbs)
80/80
25/40
ASTM D4833
Burst Strength (psi)
290/320
130/140
ASTM D3787
Trapezoid Tear (lbs)
50/50
30/30
ASTM D4533
UV degradation
70% strength at 150 hours
Retained for all classes
ASTM D4355
Sementara itu spesifikasi beberapa produk geotekstil untuk keperluan cetakan fleksibel yang diproduksi oleh Huesker Synthetics adalah sbb. :
Deskripsi
Flexmat
Cribmat
FP mattress
Material
100% polyester
100% polyester
100% polyester
Breaking strength warp (t/m)
12
12
5,6
Breaking strength weft (t/m)
5,6
5,6
5,6
Extension at break
12%
12%
12%
min
Burst strength min., (kg/cm2)
7,6
7,6
Weight (grms/sqm)
420
420
Slab size
1.0 x 1.0
N/A mtrs
Nominal thickness (mm)
90
100
Loom width (m)
3,75
3,75
7,6
3,75
C. LANGKAH-LANGKAH POKOK PERANCANGAN
1. Filosofi dan Parameter Disain Dalam menyelesaikan permasalahan proteksi pantai (coastal), filosofi perancangannya adalah mula-mula menghargai dan kemudian meningkatkan metode-metode alamiah untuk melindungi garis pantai. Filosofi tersebut dapat dipenuhi dengan jalan menghindarkan gaya-gaya destruktif dari gelombang besar laut menumbuk langsung (head-on). Selanjutnya perhatian dapat
diarahkan pada zona-zona yang berenergi lebih rendah seperti dasar laut di sekitar pantai, berm, dan pada perlindungan pantai-pantai stabil. Parameter-parameter yang mempengaruhi kebanyakan desain adalah muka air laut dan gelombang-gelombang yang terjadi; biasanya dapat ditentukan dengan bantuan tabel-tabel perencanaan. Umumnya prediksi gelombang tersebut perlu diberi angka pengaman terhadap kemungkinan variasi tekanan atmosfer atau akibat angin, yang untuk kondisi-kondisi ekstrim dapat mencapai 2,0 m. Kondisi-kondisi gelombang di suatu lokasi dapat ditentukan menggunakan teknik-teknik spektral, (permukaan laut dianggap sebagai paduan acak dari tinggi gelombang dan periode), atau suatu gelombang deterministik tunggal yang mengandung suatu energi ekivalen tertentu dengan periode T s dan tinggi gelombang signifikan Hs. Yang terakhir tersebut adalah suatu ‘wakil statistik’ dari tinggi gelombang rerata dari satu sepertiga kali gelombang tertinggi yang diukur dalam suatu periode tertentu. Hs juga berkorelasi sangat baik dengan perkiraan visual terhadap ‘tinggi gelombang rerata’. Pendekatan deterministik biasanya diambil untuk keperluan perancangan kasar dan digunakan di sini untuk memilih parameter-parameter gelombang yang dapat diperoleh dari tiga jenis informasi, yaitu :
a. Pengukuran gelombang langsung. Pengukuran gelombang langsung memerlukan penggunaan alat pengukur lepas pantai, misalnya pelampung gelombang (wave rider buoy). Data dari pelampung pengukur tersebut di-konversikan ke dalam kondisi pantai dan diekstrapolasikan untuk mem-berikan tinggi gelombang rencana yang sesuai untuk usia rencana struktur yang ditinjau.
b. Data angin. Jika tidak diperoleh data pengukuran langsung, data angin dapat pula dipergunakan untuk menaksir tinggi gelombang lepaspantai, menggunakan berbagai persamaan empiris. Untuk tujuan perancangan, suatu prosedur yang disederhanakan adalah sbb. : i.
pilih periode ulang yang terkait dengan usia layan struktur;
ii.
analisislah data angin untuk menentukan rerata kecepatan angin setiap jam menurut periode ulangnya;
iii.
tentukan fetch efektif untuk setiap arah kompas;
iv.
dapatkan kondisi-kondisi gelombang lepaspantai (H so, Ts) dari Gambar 1.
Dalam rangka menentukan kondisi-kondisi gelombang di lokasi, adalah perlu untuk memperhitungkan efek-efek modifikasi akibat kedalaman air yang semakin dangkal ketika gelombang semakin mendekati pantai.
Gambar 1. Penentuan tinggi dan periode gelombang.
Dua efek modifikasi ini adalah refraksi gelombang dan ‘shoaling’ gelombang. Kedua efek tersebut menjadikan ekspresi H s efektif sbb. : Hs = Kr.Ks.Hso Koefisien refraksi Kr memperhitungkan modifikasi tinggi gelombang akibat penyebaran atau penggabungan gelombang ketika mendekati kontur dasar laut yang semakin dangkal. Nilai K r karenanya adalah khas untuk setiap lokasi. Untuk garis pantai yang lurus dan kontur dasar laut paralel, tinggi gelombang cenderung mengecil. Sementara itu untuk garis pantai yang menjorok ke laut akan mengalami efek yang sebaliknya. Nilai-nilai yang teliti dapat diperoleh lewat analisis refraksi, tetapi untuk keperluan estimasi kasar dapat dianggap K r mendekati 1,0. Umumnya berlaku : 0.5 < Kr < 1.0 embayment, garispantai lurus 1.0 < Kr < 1.5 promontory, garispantai menjorok Koefisien shoaling (Ks) memperhitungkan modifikasi tinggi gelombang akibat perubahan kedalaman air ketika mendekati garispantai. Nilai-nilai tipikal Ks diberikan pada tabel 1. Untuk informasi yang lebih lengkap disarankan untuk merujuk pada tabel-tabel standar.
Tabel 1. Koefisien shoaling (Ks)
Untuk memastikan disain yang dibuat sanggup menahan kondisi-kondisi gelombang ekstrim, diperlukan untuk menentukan tinggi gelombang maksimum (Hmax) dari kisaran gelombang-gelombang yang mendekati pantai. Tinggi gelombang rencana untuk aplikasi-aplikasi yang dibicarakan di sini dapat diambil sebesar 2 kali tinggi gelombang signifikan : Hmax = 2.Hs Hmax = 2.Kr.Ks.Hso ........................................................ (A)
c. Catatan tinggi muka air. Dalam banyak situasi, tinggi gelombang dikontrol oleh kedalaman air yang terjadi pada struktur. Akibatnya, penentuan gelombang rencana dalam kondisi kedalaman-terbatas dilakukan sbb. : i.
pilih suatu periode ulang yang terkait dengan usia layan struktur;
ii.
analisis catatan tinggi air untuk menentukan kedalaman air untuk periode ulang di atas;
iii.
hitung tinggi gelombang rencana dengan persamaan berikut : Hmax = Kb . ds ........................................................ (B) di mana Kb adalah koefisien gelombang pemecah dan memper-hitungkan pengaruh periode gelombang dan gradien dasarlaut dekat pantai, dengan nilai-nilai tipikal seperti terlihat dalam Tabel 2.
Langkah terakhir dalam prosedur perhitungan ini adalah membandingkan perkiraan tinggi gelombang, yang didapatkan dari baik pengukuran gelombang langsung maupun data angin, dengan nilai yang diturunkan dari catatan-catatan tinggi air. Nilai-nilai yang lebih rendah ini kemudian diambil sebagai gelombang rencana : Hmax = nilai terkecil{A, B}
Tabel 2. Koefisien gelombang memecah, Kb (breaking wave)
Untuk spasi-spasi air tertutup seperti danau-danau dan reservoir-reservoir, H so dapat diperoleh dari grafik-grafik rencana yang dipublikasikan oleh ICE. Perlu ditegaskan di sini, bahwa prosedur-prosedur yang disajikan adalah sesuai untuk tujuan perancangan kasar saja. Rencana-rencana akhir akan memerlukan analisis yang lebih detail didasarkan pada data lapangan yang lebih ekstensif.
