EFEKTIFITAS PENGGUNAAN STONE COLUMN UNTUK MENGURANGI BESAR PEMAMPATAN PADA TANAH DENGAN DAYA DUKUNG RENDAH Indra Nurtjahjaningtyas, Akh. Maliki Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Jember E-mail :
[email protected] E-mail :
[email protected]
ABSTRAK Untuk mengatasi masalah daya dukung tanah lunak dapat dilakukan dengan berbagai cara antara lain memperbaiki kondisi tanah dasar dan memperbaiki sistem pembebanan. Memperbaiki sistem pembebanan disini maksudnya adalah dengan pembebanan bertahap. Dengan pembebanan bertahap diharapkan dapat meningkatkan daya dukung tanah dasar seiring dengan waktu dan pemampatan yang terjadi. Sedangkan untuk memperbaiki kondisi tanah dasar adalah dengan memasang sesuatu, salah satunya yaitu dengan memasang stone column di bawah timbunan yang bertujuan untuk meningkatkan kekuatan tanah. Salah satu kontrol di dalam merencanakan stone column adalah kontrol stabilitas timbunan. Dengan kontrol stabilitas dapat diketahui apakah kelompok stone column tersebut mampu menerima beban yang ada atau tidak. Metode penelitian ini, pertama-tama menentukan parameter tanah yang akan digunakan
dengan menggunakan cara statistik dari hasil penyelidikan tanah di lapangan dan laboratorium, menghitung besar dan lama waktu pemampatan, menghitung sistem penimbunan bertahap dengan pembebanan awal (preloading), menghitung kebutuhan vertical drain, dan merencanakan stone column serta menganalisa hasil daya dukung tenah dan settlement sesudah dipasang stone column. Dari perhitungan yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa perbaikan dengan stone coulmn, diperlukan 25 stone column per meter panjang dengan panjang tiang 15 - 25 meter untuk masing-masing titik yang ditinjau. Sedangkan efektifitas pengurangan besar pemampatan setelah dipasang stone column sebesar 20% – 60%. Kata kunci: stone coloumn, daya dukung tanah lunak, pembebanan
PENDAHULUAN Dalam rangka memenuhi kebutuhan pembangunan, maka dewasa ini pembangunan baru terpaksa harus dilakukan di atas tanah-tanah yang kurang memenuhi syarat atau harus didirikan di atas tanah lunak. Tanah lunak atau tanah dasar yang kurang memenuhi syarat daya dukungnya atau kurang stabil terhadap penurunan maupun kelongsorannya, sebelum didirikan suatu bangunan atau sebelum diadakan pekerjaan urugan harus terlebih dulu diperbaiki. Perbaikan tanah yang biasa dilakukan antara lain dengan memasang vertical drain yang berfungsi untuk mempercepat waktu konsolidasi. Dengan cepatnya waktu konsolidasi, maka settlement yang terjadi dapat selesai dalam waktu yang tidak terlalu lama. misalnya pekerjaan urugan dapat
segera dilaksanakan. Untuk memulai pekerjaan urugan sendiri, karena daya dukung dari tanah dasar yang sangat kecil tidak memungkinkan untuk dapat menahan beban timbunan seperti yang direncanakan. Untuk menghindari sliding yang terjadi akibat penimbunan, maka pada tanah dasar diadakan perbaikan tanah dengan memasang perkuatan di bawah timbunan. Perkuatan tanah yang akan diperhitungkan di sini yaitu Stone Column. Dengan dipasang stone column diharapkan dapat mengurangi besar pemampatan dengan efektif.
TINJAUAN PUSTAKA Pemasangan stone column adalah salah satu metode perbaikan tanah. Fungsi utama
A-493 ISBN 978-979-18342-1-6
pemasangan stone column adalah untuk meningkatkan daya dukung tanah yang lembek sehingga tanah lembek tersebut dapat menerima beban yang lebih besar dan settlement yang terjadi akan berkurang. Selain untuk meningkatkan daya dukung tanah, menurut Barksdale dan Banchus, 1982 ada beberapa keuntungan lain, seperti : 1. Mengurangi total settlement tanah. 2. Memperpendek waktu konsolidasi. 3. Mengurangi bahaya liquefaction. Stone column merupakan kolom-kolom vertikal dari kerikil, semacam tiang-tiang pancang tetapi dari bahan-bahan lepas yang dipadatkan. Kerikil tersebut merupakan kerikil lepas yang tidak diikat oleh bahan pengikat semen atau yang lainnya. Perencanaan Stone Column Perencanaan stone column meliputi perencanaan diameter, jarak, dan panjang stone column. Perencanaan tersebut dikontrol terhadap kapasitas daya dukung batas stone column sebagai stone column tunggal dan group, overall stability terhadap sliding, serta settlement yang terjadi setelah dipasang stone column. Di dalam perencanaan stone column banyak hal-hal yang harus dipertimbangkan, antara lain : 1. Diameter stone column dan konsep unit cell: Stone column diidealisasikan sebagai suatu silinder dengan penampang berbentuk lingkaran berdiameter D. Diameter stone column menentukan besarnya area replacement ratio dan besarnya distribusi tegangan pada tanah dan stone column. Perencanaan diameter stone column tergantung dari tipe tanah yang diperbaiki, beban yang harus didukung tanah, dan pola pemasangannya. Untuk mempermudah perhitungan, suatu stone column dan tanah lunak disekelilingnya akan diisolasikan dari stone column kelompok (stone column group). Stone column dan tanah lunak disekelilingnya tersebut disebut sebagai unit cell (Gambar 1).
Gambar 1. Idealisasi unit cell
Pola pemasangan stone column akan mempengaruhi bentuk unit cell. Pola pemasangan stone column dibedakan menjadi dua pola, yaitu pola segitiga (equilateral triangular pattern) dan pola bujur sangkar (square pattrn). Pola pemasangan segitiga akan memberikan bentuk segienam pada penampang unit cell, dan pola bujur sangkar akan memberikan bentuk bujur sangkar. Kedua bentuk penampang tersebut bisa didekati dengan bentuk lingkaran yang mempunyai diameter Dw (diameter equivalen). Untuk pola segitiga, Dw = 1.05s dan untuk pola bujur sangkar Dw = 1.13s, dimana s adalah jarak antar stone column. 2.
Panjang dan jarak stone column Panjang stone column yang direncanakan diukur dari muka tanah asli sampai dengan batas bawah perencanaan. Jarak stone column adalah jarak antara pusat penampang stone column dengan pusat penampang stone column di sebelahnya. Dengan demikian suatu kelompok stone column mempunyai dua arah spacing, yaitu arah x dan arah y yang besarnya sama. Selain itu spacing juga akan mempengaruhi besarnya pengurangan settlement stone column dan tanah disekelilingnya.
3.
Area replacement ratio Area replacement ratio adalah perbandingan antara luas penampang stone column dengan luas tanah lunak di sekelilingnya.
A-494 Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Prasarana Wilayah 2009
4. As ⎛D⎞ atauas = C1⎜ ⎟ A ⎝s⎠ Ac ac = = 1 − as A
2
as =
Dimana : as = Area replacement ratio stone column ac = Area replacement ratio tanah lunak As = Luas penampang stone column Ac = Luas penampang tanah lunak dalam 1 unit cell A = Luas penampang total 1 unit cell D = Diameter stone column S = spacing antar stone column C1 = konstanta yang tergantung pada pola penyusunan stone column, Pola segitiga C1 = 0.907, dan pola bujur sangkar C1 = π/4
Konsentrasi tegangan Pada saat beban embankment bekerja pada tanah yang diperbaiki dengan stone column, konsentrasi tegangan yang lebih besar terjadi pada stone column dan pengurangan tegangan terjadi pada tanah disekitarnya. Faktor konsentrasi tegangan, n, adalah perbandingan tegangan antara tegangan pada stone column dan tegangan pada tanah sekitarnya.
n=
σs σc
dimana : σs = tegangan pada stone column σc = tegangan tanah disekitar stone column Berdasarkan kesembangan gaya-gaya vertikal yang ada sepanjang unit cell, maka tegangan rata-rata yang bekerja pada unit cell adalah fungsi dari area replacement ratio (as). σ = σs.as + σc.(1-as) Dengan menggunakan persamaanpersamaan di atas, tegangan yang bekerja pada stone column dan tegangan yang bekerja pada tanah lunak di sekeliling stone column dapat ditentukan, yaitu : σc = σ / (1+(n-1) . as) = μc . σ σs = n / (1+(n-1) . as) = μs . σ μc = 1 / (1+(n-1) . ac) μs = n / (1+(n-1) . as)
Gambar 2. Stone pemasangan segitiga
column
dengan
pola
Gambar 3. Stone column pemasangan bujur sangkar
dengan
pola
dimana : n = faktor konsentrasi tegangan as = area replacement ratio σ = tegangan rata-rata di atas unit cell akibat beban luar σs = tegangan pada stone column akibat beban luar σc = tegangan pada tanah lunak disekeliling stone column akibat beban luar μc = ratio tegangan pada tanah lunak μs = ratio tegangan pada stone column 5.
Daya dukung stone column tunggal Menurut Moreau, 1835, sedikit sekali beban yang mencapai dasar stone column jika panjang stone column A-495
ISBN 978-979-18342-1-6
lebih besar dari dua kali lebarnya. Beban yang bekerja akan ditransfer oleh stone column ke tanah lunak sekitarnya. Pada saat stone column mengalami bulging dan penurunan, material butiran stone column tertekan ke dalam tanah lunak dan mentransferkan tegangan geser ke tanah. 6.
Daya dukung stone column group Daya dukung ultimat stone column group sangat dipengaruhi oleh tegangan pasif horisontal dari tanah disekitar kelompok stone column, σ3, undrained shear strenght blok komposit, Cavg dan koefisien tekanan tanah ke samping pasif untuk blok komposit, Kp(kom).
Toeri Stabilitas Embankment di atas Tanah Lunak yang Diperkuat Dengan Stone Column Salah satu kontrol di dalam merencanakan stone column adalah kontrol stabilitas timbunan. Didalam menganalisa stabilitas suatu embankment, pertama-tama adalah memperkirakan letak bidang longsor yang mungkin terjadi. Pada umumnya diasumsikan sebagai bentuk lingkaran. Berdasarkan letak bidang longsor kritis yang mungkin terjadi, dihitung gaya dorong dan gaya penahannya. Hal ini dilakukan untuk mendapatkan angka keamanan yang paling kritis dimana gaya dorong yang terjadi paling besar dan gaya penahannya paling kecil. Untuk mendapatkan posisi bidang longsor yang paling kritis maka jari-jari dan pusat lingkaran harus diubah-ubah. Dalam hal ini, metode yang digunakan untuk menganalisa stabilitas timbunan adalah metode irisan yang dikembangkan oleh Bishop. Untuk mempercepat analisa digunakan program bantu komputer STABLE. Fungsi dari program bantu tersebut adalah mencari bidang longsor paling kritis (angka keamanan minimum) yang mungkin bisa terjadi. Analisa stabilitas timbunan yang diperkuat dengan stone column dapat dilakukan dengan urutan sebagai berikut : 1. Menghitung besarnya momen penahan (resistant moment = MR ) MR = τ x R Dimana : τ = gaya geser tanah lunak R = jari-jari bidang gelincir, didapat
dari analisa stabilitas Menghitung gaya geser τ, akibat tanah timbunan dengan langkah sebaai berikut ⇒ Menhitung berat tanah timbunan diatas bidang longsor , W W = At x γ Dimana : At = luas tanah timbunan di atas bidang gelincir γ = berat volume tanah timbunan ⇒ Menghitung normal W terhadap bidang longsor, N N = W cos α Dimana : W = berat tanah timbunan di atas bidang longsor α = sudut kemiringan bidang longsor ⇒ Mengitung tegangan normal, σN N σN = L 2.
Dimana : N = normal W terhadap bidang longsor L = panjang bidang longsor pada timbunan ⇒ Menghitung tegangan geser, τ τ = σN tan φtimbunan + C dimana : φtimbunan = 30° 3.
Menghitung momen penahan sebelum ada stone column MR – awal = R [(τ1 x AB ) + (τ2 x BC)] Dimana : R = jari-jari bidang gelincir τ1 = gaya geser pada tanah timbunan τ2 = gaya geser pada bidang gelincir 4.
Menghitung momen dorong (MOV) SF = MR – awal / MOV
5.
Menghitung momen yang harus diterima oleh stone column, ΔMR = s x [(MOV x SF) - MR – awal]
6.
Gaya yang harus diterima oleh stone column. ∑P ∑P = ΔMR /R
A-496 Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Prasarana Wilayah 2009
METODE Dalam penelitian ini langkah-langkah yang akan dilakukan adalah sebagai berikut : 1. Menentukan parameter tanah yang akan digunakan dengan menggunakan cara statistik dari hasil penyelidikan tanah di lapangan dan laboratorium. 2. Menghitung besar dan lama waktu pemampatan 3. Menghitung sistem penimbunan bertahap dengan pembebanan awal (preloading). • Cek daya dukung tanah dasar • Daya dukung ultimit tanah dasar • Daya dukung ijin tanah dasar • Perhitungan keamanan 4.
Perhitungan vertical drain • Desain PVD yang digunakan • Diameter ekivalen PVD • Nilai Cv gabungan hingga kedalaman lapisan tanah kompresibel • Nilai Ch dianggap 2 kali Nilai Cv • Nilai Fn • Perhitungan nilai derajat konsolidasi horisontal (Uh) • Lama waktu konsolidasi bila tanpa menggunakan PVD
5.
Menghitung perkuatan tanah dengan stone column. • Perencanaan dimensi. • Penambahan nilai Cu = (Δ Cu) • Perhitungan nilai kohesi akibat adanya • Cek daya dukung sebagai Stone Column tunggal • Konsentrasi tegangan yang bekerja pada Stone Column tunggal • Angka keamanan Stone Column tunggal • Parameter-parameter untuk blok komposit • Daya dukung ultimit (qult) untuk blok komposit • Angka Keamanan • • • •
Momen perlawanan tanah (MR) di bawah timbunan Momen dorong ultimit (MOV ult) Momen yang harus diterima oleh Stone Column (Δ MR) Gaya yang harus diterima oleh Stone Column
6.
• Perencanaan jumlah stone column • Angka keamanan akhir Menganalisa hasil perhitungan perkuatan tanah.
Penyelidikan Tanah Penyelidikan tanah di lapangan berupa test boring yang disertai dengan pengambilan contoh tanah tidak terganggu (undisturb sample) dan Standard Penetration Test (SPT). Dari hasil boring dapat diketahui jenis tanah secara makro. Kondisi lapisan tanah lunak pada lokasi penelitian adalah setebal ± 20 m di darat dan ± 40 m di perairan. Penyelidikan tanah di laboratorium dilakukan untuk mendapatkan parameterparameter tanah, antara lain : liquid limit, plastic limit, kadar air, berat volume, angka pori, kohesi, sudut geser, koefisien konsolidasi, dan lain-lain. Untuk setiap jenis parameter, sebelum dihitung dengan menggunakan Distribusi Gauss, terlebih dulu parameter tanah diplot dengan menggambarkan grafik kedalaman vs parameter yang ditinjau (lihat lampiran). Kemudian dimodelkan lapisan lapisan tanah yang mewakili seluruh profil tanah hasil boring berdasarkan parameter-parameter yang hampir sama pada tiap-tiap lapisan tersebut. Setelah dihitung berdasarkan perhitungan statistik, maka didapatkan parameterparameter tanah terpilih yang hasilnya ditabulasikan pada Tabel 5.1. Tabel 5.1. Parameter Tanah terpilih
Perhitungan Besar Pemampatan Akibat Beban Timbunan Rencana Besarnya pemampatan yang terjadi di lokasi penelitian dihitung berdasarkan masingmasing tinggi timbunan yang direncanakan. Untuk mendapatkan tinggi elevasi yang sama, yaitu +2.00 m dari muka air laut tertinggi, maka tinggi timbunan yang direncanakan tidak sama mengingat muka tanah asli mempunyai kemiringan ke arah A-497
ISBN 978-979-18342-1-6
laut. Profil melintang lapisan tanah disajikan pada Gambar 4.
dapat menghilangkan pemampatan yang terjadi akibat beban rencana. Ringkasan hasil perhitungan diberikan pada Tabel 5.3. Tabel 5.3. Tinggi timbunan total titik 1 m 4,5
titik 2 m 7,5
titik 3 m 10,5
titik 4 m 12,5
titik 5 m 14,5
Perhitungan Besar Dan Lama Waktu Pemampatan Akibat Preloading Dengan Vertical Drain
Gambar 4. Profil melintang lapisan tanah
Hasil perhitungan pemampatan untuk masing-masing tinggi timbunan rencana diberikan pada Tabel 5.2. Tabel 5.2. Hasil Perhitungan Pemampatan
Hasil perhitungan besar dan lama waktu pemampatan akibat dari tahapan pembebanan diberikan pada Tabel 5.4, serta gambar tahapan pembebanan seperti pada Gambar 5. sedangkan perhitungan secara lengkap diberikan dalam lampiran. Tabel 5.4. Hasil perhitungan besar dan lama waktu pemampatan akibat dari tahapan pembebanan
Pemampatan Untuk Masing - masing Tinggi Timbunan Rencana 2M 5M 8M 10M 12M 1,30 1,65 1,79 1,76 1,63
Perhitungan Preloading Dengan Vertical Drain Metode perbaikan tanah yang dipakai dalam penelitian ini adalah metode preloading yang dikombinasi dengan vertical drain. Sistem pembebanan yang dilakukan adalah sistim pembebanan langsung yang pelaksanaannya dibagi menjadi dua tahap. Tahap satu yang bertujuan untuk menyiapkan lantai kerja yang digunakan untuk pemasangan vertical drain, sedangkan tahap kedua adalah tahap pembebanan untuk penambahan elevasi dan surcharging. Penentuan vertical drain yang akan dipasang di lokasi penelitian telah dicoba dengan pola segitiga, lebar 10 cm, dan bebrapa variasi jarak, yaitu 1m, 1,5m, dan 2m, serta variasi koefisien konsolidasi arah horisontal, yaitu Ch=Cv dan Ch=2Cv.
Htimb
Sc
Waktu
Titik
Besar Pemampatan Yang Harus Dihilangkan
(m)
(m)
(Bulan)
1
1,3
0
0
1
2
1,65
3
0
1
3
1,79
6
0
1
4
1,73
8
0
1
5
1,63
10
0
1
Perhitungan Tinggi Timbunan Total Tinggi timbunan total adalah tinggi timbunan akibat beban rencana, beban surcharge, dan bebanpreloading yang harus diberikan pada saat pembebanan agar dalam waktu tertentu A-498 Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Prasarana Wilayah 2009
Tahap 1
Besar Pemampatan Yang Harus Dihilangkan
Htimb
Sc
Waktu
(m)
(m)
(Bulan)
1
1,3
4,5
1,3
3,5
2
1,65
4,5
1,7
5,5
3
1,79
4,5
1,8
7
4
1,73
4,5
1,7
8
5
1,63 Besar Pemampatan Yang Harus Dihilangkan
4,5
1,6
9
Titik
Titik
Tahap 2
Tahap 3 Htimb
Sc
Waktu
(m)
(m)
(Bulan)
1
1,3
4,5
1,3
4,5
2
1,65
7,5
1,65
6,5
3
1,79
10,5
1,79
8
4
1,73
12,5
1,73
9
5
1,63
14,5
1,63
10
Perhitungan Perencanaan Stone Column Stone column direncanakan dengan panjang 15 m sampai dengan 25 m. Pola pemasangan segitiga dengan jarak 1.50 m. hasil perhitungan diberikan pada Tabel 5.6. Tabel 5.6. Hasil Perhitungan Perkuatan Tanah dengan Stone Column Titik 1 2 3 4 5
MR 1125,8 954,64 2033,6 1883,0 3279,6
MOV 1081,41 979,12 2107,31 2339,11 3805,01
n 3 3 5 7 7
SF 1,3 1,28 1,29 1,2 1,25
Besarnya pemampatan yang terjadi untuk titik-titik yang ditinjau diberikan pada Tabel 5.7, Tabel 5.7. Besar pemampatan tanah Dasar yang Diperkuat dengan Stone Column Titik Yang ditinjau
Gambar 5. Tahapan pembebanan Perhitungan Stabilitas Embankment Pada perhitungan stabilitas embankment dipergunakan bantuan program komputer STABLE. Dari hasil perhitungan STABLE didapatkan kondisi bidang gelincir yang paling kritis dengan SF terkecil dan bidang gelincir terdalam. Hasil perhitungan stabilitas embankment diberikan pada Tabel 5.5. Tabel 5.5. embankment Titik 1 2 3 4 5
Htimb 4,5 7,5 10,5 12,5 14,5
Perhitungan Mr 1125,75 954,64 2033,55 1882,98 3279,92
MOV 1081,41 979,12 2107,31 2339,11 3805,01
stabilitas
Titik 1
Titik 2
Titik 3
Titik 4
Titik 5
0,51
0,89
1,00
1,15
1,28
KESIMPULAN Dari perhitungan yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa perbaikan dengan stone coulmn, diperlukan 25 stone column per meter panjang dengan panjang tiang 15 - 25 meter untuk masing-masing titik yang ditinjau. Sedangkan efektifitas pengurangan besar pemampatan setelah dipasang stone column sebesar 20% – 60%.
DAFTAR PUSTAKA [1] Das, Braja M., Mekanika Tanah : Prinsip-prinsip Rekayasa Geoteknis Jilid 1 dan 2. Diterjemahkan oleh Noor Endah & Indrasurya BM [2] Koerner, Robert M., PhD. PE, Designing with Geosynthetics, second edition [3] Mochtar, Indrasurya B., 1992. Rekayasa Penanggulangan Masalah Pembangunan pada
A-499 ISBN 978-979-18342-1-6
Tanah-tanah yang sulit, Jurusan Teknik Sipil. [4]. US Department of Transportation Federal Highway Administration, vol 1, December 1983. Designing and Construction of Stone Column. [5]. US Department of Transportation Federal Highway Administration, vol 1, December 1986. Engineering Guidelines Prevabricated Vertical Drains [6]. Wang, Chu kia and Charles G. Salmon, 1985. Disain Beton Bertulang Diterjemahkan oleh Binsar Hariadja.
A-500 Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Prasarana Wilayah 2009
