Perbaikan Tanah.docx 1k6m2n

TUGAS PERBAIKAN TANAH (Prefabricated Vertical Drain)

Disusun Oleh: Nama: Fadhana Anggara Putra NIM: 105060103111004

KEMENTERIAN PENDIDIKAN NASIONAL UNIVERSITAS BRAWIJAYA FAKULTAS TEKNIK JURUSAN SIPIL 2013

BAB I PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG Seiring dengan meningkatnya jumlah penduduk, urbanisasi, dan pembangunan, banyak kegiatan konstruksi yang semakin fokus terhadap perilaku tanah. Apalagi dengan kondisi tanah yang beragam dan tidak selalu sama pada masing-masing areal konstruksi sehingga mengharuskan ketelitian dalam perencanaan dan pelaksanaan konstruksi itu sendiri. Untuk mengatasi kondisi tanah yang tidak sesuai dengan yang diharapkan, maka ada beberapa teknik yang digunakan dalam rangka meningkatkan mutu tanah tertentu, diantaranya yaitu teknik preloading dan vertical drain. Pada saat ini penggunaan Prefabricated Vertical Drain (PVD) sudah banyak digunakan karena dapat mengurangi waktu penurunan dan kosolidasi tanah secara signifikan dari beberapa tahun ke hitungan bulan. Ini dikarenakan vertical drain dapat menekan keluar air pori selama proses konsolidasi tanah sedang berlangsung dan juga mengalirkan air secara cepat dari arah horizontal ke arah vertical drain. Pemasangan PVD sebagai jalan keluar air pori dari pori-pori tanah. Maka dari itu pada tugas ini akan khususnya dibahas teknik vertical drain menggunakan prefabricated.

1.2 LINGKUP BAHASAN Lingkup bahasan yang akan dibahas dalam tugas ini antara lain: • Karakteristik tanah • Analisa besar penurunan tanah • Perhitungan waktu konsolidasi • Desain prefabricated vertical drain

1.3 BATASAN MASALAH Batasan-batasan yang akan digunakan dalam penulisan tugas akhir ini antara lain: • Perhitungan besar penurunan tanah akibat timbunan (surcharge) • Besar penurunan dibatasi pada penurunan akibat konsolidasi primer • Analisa waktu konsolidasi dan percepatan konsolidasi dengan menggunakan PVD • Analisa PVD dengan menggunakan teori Hansbo

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Teori Penurunan Tanah Ketika suatu lapisan tanah diberikan beban di atasnya ( misalnya pondasi atau timbunan tanah ), maka partikel tanah akan mengalami tegangan, sehingga pada tanah terjadi penurunan (settlement). Keluarnya air dari dalam pori selalu disertai dengan berkurangnya volume tanah. Berkurangnya volume tanah ini menyebabkan penurunan lapisan tanah tersebut. Untuk tanah lunak, air pori ini memerlukan waktu yang cukup lama untuk mengalir keluar karena permeabilitasnya yang rendah (koefisien rembesan lempung sangat kecil dibandingkan dengan pasir). Pada umumnya, konsolidasi berlangsung dalam satu arah saja yaitu arah vertikal. Secara Umum, Jenis penurunan yang terjadi akibat pembebanan dapat dibagi menjadi 3 tahap, yaitu: 1. Penurunan seketika (immediate settlement), yaitu ketika proses pembebanan tanah dilakukan. Penurunan ini terjadi akibat dari deformasi tanah kering atau basah, dan jenuh air tanpa adanya perubahan kadar air. 2. Penurunan konsolidasi primer (primari consolidation settlement), yaitu penurunan yang ditandai dengan adanya tekanan besar pada tanah yang dapat menurunkan struktur tanah, dan juga penyusutan susunan dan pergerakan partikel tanah kedalam rongga tanah akibat tanah mampat dan memadat. 3. Penurunan konsolidasi sekunder, yaitu penurunan yang terjadi setelah semua tekanan air pori telah terdisipasi seluruhnya, merupakan proses pemampatan yang disebabkan oleh penyesuaian butir-butir tanah yang bersifat plastis. 2.2 Koefisien Konsolidasi Vertikal (Cv) Koefisien konsolidasi vertikal (Cv) menentukan kecepatan pengaliran air pada arah vertikal dalam tanah. Ada dua metode yang dapat digunakan untuk memperoleh koefisien konsolidasi yaitu metoda logaritma waktu (Cassagrande dan Fedum, 1940) dan metode akar

waktu (Taylor, 1842). Untuk kedua metode tersebut, parameter Cv dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan berikut: Cv = 2.3 Derajat Konsolidasi (U) Derajat konsolidasi tanah (U) adalah perbandingan penurunan tanah pada waktu tertentu dengan penurunan tanah total. Untuk 0% < U < 60% Tv = Untuk U > 60% Tv = 1,781 – 0,933 log(100-U%) 2.4 Waktu konsolidasi Pada tanah yang tidak dikonsolidasi dengan penggunaan PVD, pengaliran yang terjadi hanyalah pada arah vertikal saja. Perhitungan lamanya waktu konsolidasi dilapangan dapat mempergunakan rumus sebagai berikut t= 2.5 Besarnya penurunan konsolidasi 2.5.1 Primary Consolidation Settlement (Sc) 1. Untuk kondisi normally consolidated (NC), digunakan persamaan:

Dimana: Cc= Indeks kompresi H = tebal lapisan tanah compressible e0 = angka pori awal (initial void ratio) Δσ = sucharge load σ’0 = overburden pressure effective

2. Untuk kondisi over consolidated terdapat dua persamaan yang dapat digunakan, yaitu:

Dimana: H = tebal lapisan tanah compressible e0 = angka pori awal (initial void ratio) Cc = compression index Cs = swelling index Δσ = surcharge load σ’0= overburden pressure effective σ’ c = tegangan prakonsoli efektif

2.6 Drainase Vertikal Konsolidasi primer biasanya memakan waktu yang sangant lama, bahkan bisa memakan waktu bertahun-tahun untuk jenis tanah lempung yang memliki permeabilitas kecil. Oleh karena itu diperlukan solusi yang dapat mempercepat keluarnya air pori dari dalam tanah dengan mempergunakan drainase vertikal. Prefabricated Vertical Drains (PVD) adalah produk berbentuk pita (potongan melintang segiempat) yang terdiri atas material penyaring geotekstil yang membungkus inti plastik. Ukuran prefabricated vertical drains (PVD) adalah 10 cm lebar dengan ketebalan antara 3-4 cm. Material dibentuk dari inti plastik yang berguna untuk mengalirkan air yang terjebak pada saringan geotekstil. Drainase vertikal biasanya dipasang dengan pola persegi empat atau pola segitiga seperti pada gambar 1

Gambar 1. Pola drainase vertikal Fungsi utama saringan drainase vertikal adalah untuk memastikan partikel halus tidak lolos dan menyumbat saluran drainase dalam inti (Hansbo, 1981) Teori konsolidasi untuk vertical drain telah dikembangkan oleh Barron (1948) untuk menganalisis kinerja drain pasir. Barron menggunakan asumsi-asumsi dasar sebagai berikut: 1. Lempung bersifat jenuh dan homogen 2. Semua regangan kompresif dalam masa tanah terjadi dalam arah vertikal 3. Tidak ada aliran air pori 4. Berlaku hukum Darey untuk permeabilitas. Koefisien permeabilitas tidak tergantung pada lokasi 5. Air pori dan butiran mineral bersifat inkompresif bila dibandingkan dengan kerangka lempung 6. Zona pengaruh dari tiap-tiap drain berbentuk silinder 2.6.1. Langkah-Langkah dalam mendesain drainase vertikal (PVD) 1. Menentukan nilai koefisien konsolidasi horizontal, Ch = (1,2-3)Cv 2.Menentukan nilai derajat konsolidasi vertikal, Uv. 3. Menentukan faktor waktu radial, Tr. 4. Menentukan nilai derajat konsolidasi radial, Ur. 5. Menentukan nilai derajat konsolidasi total, U. 6. Menentukan total konsolidasi (Sc) pada waktu ke-n

BAB III PEMBAHASAN

3.1 CONTOH KASUS Analisa Penurunan Pada Tanah Lunak Akibat Timbunan (STUDI KASUS RUNWAY BANDARA MEDAN BARU) Identifikasi Masalah Pada lokasi pembangunan bandara, terdapat beberapa hal yang perlu diperhatikan berkaitan dengan masalah geoteknik. Setelah dilakukan penyelidikan pengeboran dalam (deep boring), diketahui bahwa lapisan tanah bagian atas tergolong tanah lempung lanau dan lapisan bagian bawah di lokasi tersebut masuk ke dalam kategori pasir dengan nilai SPT bervariasi. Pada jenis tanah seperti ini, ada beberapa hal yang menjadi potensi masalah. Berikut adalah masalah yang berpotensi timbul di kokasi pembangunan bandara 1.Masalah daya dukung tanah Hampir di seluruh lokasi pembangunan bandara, terutama bagian runway, perlu dilakukan penimbunan. Hal ini dilakukan, selain untuk memperoleh elevasi seperti dalam desain, juga sebagai dasar pada suatu stuktur perkerasan. Namun tanah di lokasi tersebut memiliki nilai N-SPT yang kecil. Tanah dengan nilai N-SPT yang kecil menunjukkan bahwa tanah tidak memiliki daya dukung yang besar terhadap beban. Karena itu perlu dilakukan analisis. 2. Masalah penurunan tanah Target yang ingin dicapai pada konstruksi ini adalah proses konsolidasi dapat terselesaikan pada saat struktur sudah mulai beroperasi dengan kata lain tidak ada penurunan yang terjadi ketika bandara dipakai.

3.2 PENYELESAIAN Analisa penurunan dan waktu konsolidasi akan dihitung pada satu titik yang dianggap paling kritis (ketebalan tanah lempung yang paling besar) yaitu BH-02 (STA0+700). Penurunan (settlement) yang dianalisa pada analisis besar penurunan ini hanya yang diakibatkan oleh konsolidasi primer. Teori terzaghi akan digunakan dalam perhitungan besar penurunan dan waktu untuk mencapai 90% konsolidasi. 3.2.1 Karakteristik tanah Hal pertama yang dilakukan adalah membuat stratifikasi tanah berdasarkan hasil penyelidikan lapangan dan laboratorium untuk setiap titik. Penentuan lapisan tanah dilihat dari keseragaman nilai SPT serta deskripsi tanah, baik yang tercantum pada bore-log maupun pada tes distribusi ukuran partikel (grain size analysis)

Tabel 2. Parameter tanah yang digunakan

3.2.2 Analisa Besar Penurunan Tanah Berikut ini adalah contoh perhitungan dalam analisis besar penurunan yang diambil dari analisis pada titik BH-02 (STA 0+700). Maka besar penurunan yang terjadi dapat dihitung sebagai berikut: Indeks pemampatan, CC = 1,042 Tebal lapisan tanah terkonsolidasi, H = 10meter Tinggi timbunan termasuk pre-loading = 6,43 meter Berat jenis tanah asli = 15 kN/m3 Berat jenis tanah timbunan = 17 kN/m3 Void ratio sebelum pembebanan e0 = 3,072

Tegangan efektif overburden, σ’0 = 10/2 x (15-10), muka air berada di 0m = 25kN/m2 Besar beban timbunan, Δσ’ = (17x6,43) = 109,31 kN/m2 Sehingga diperoleh besar penurunan konsolidasi primer akibat beban timbunana adalah:

3.2.3 Perhitungan Waktu Konsolidasi Berikut ini adalah contoh perhitungan analisa waktu 90% konsolidasi pada titik BH02 (STA 0+700) disektor runway Tebal lapisan terkonsolidasi = 10m Panjang aliran drainase, Hdr = 0,5x tebal lapisan terkonsolidasi = 0,5x10 = 5m Koefisien kecepatan konsolidasi, Cv = 1x10-7 m2/detik Faktor waktu untuk konsolidasi 90% T90 = 0,848 Maka dari persamaan:

Dari hasil perhitungan diatas untuk mencapai konsolidasi 90% pada titik titik BH-02 (STA 0+700) dibutuhkan waktu selama 81,79 bulan, dapat dilihat dalam tabel Karena lamanya waktu yang dibutuhkan untuk mencapai konsolidasi 90% maka diperlukan suatu langkah untuk membantu mempercepat proses konsolidasi. Salah satu cara yang dapat dilakukan adalah dengan mempermudah aliran drainase dengan memberi ruang untuk air mengalir. Pemasangan drainase vertikal (PVD) merupakan solusi untuk mengatasi waktu konsolidasi tersebut.

Tabel 3. Hasil perhitungan waktu konsolidasi pada BH-02 (STA 0+700) 3.2.4. Desain Prefabricated Vertical Drain (PVD) Metode yang digunakan untuk menghitung desain Prefabricated Drainage Vertical (PVD) ini adalah metode yang diperkenalkan Hansbo (1981). Desain PVD ini hanya akan dilakukan pada satu titik saja yang dianggap paling kritis. Tinjauan dilakukan pada titik yang memiliki ketebalan tanah lunak yang paling tebal dari sepanjang runway, yaitu pada titik BH02 (STA 0+700) dengan ketebalan sebesar 10 meter. Sedangkan derajat konsolidasi yang ditargetkan adalah 90%. Untuk jarak spasi antar PVD = 1,2 meter 1. Menentukan nilai koefisien konsolidasi (Ch) Ch = (1,2-3)Cv Diambil nilai Ch = 2,4Cv

2. Menentukan nilai derajat konsolidasi arah vertikal (Uv)

Misalkan pada waktu t = 10hari = 0,027 tahun, maka:

3. Menentukan faktor waktu radial (Tr) s = spasi antar PVD = 1,2 meter de = diameter hidrolis = 1,05 x s (pola segitiga) de = 1,05 x 1,2 = 1,26 m Lebar PVD (a) = 10 cm Tebal PVD (b) = 0,5 cm, maka: Diamater ekivalen PVD adalah π.dw = 2(a+b) π.dw = 2(10+5) dw = 6,68 cm = 0,067 m misalkan pada waktu t=10hari= 0,027 tahun maka:

4. Menentukan derajat konsolidasi radial (Ur) Dengan memperhitungkan smear zone, persamaan derajat konsolidasi (Ur) adalah:

Maka nilai F(n) dan F(s) adalah

Menurut Hansbo (2004), untuk pemasangan mandrel yang non-bundar:

5. Menentukan nilai derajat konsolidasi total (U)

6. Menghitung besar penurunan konsolidasi (Sc) pada waktu ke-n Sc = U x Sult Sc = 0,300 x 1,82 Sc = 0,546 meter Untuk hasil perhitungan selengkapnya ada di tabel 4 :

Untuk jarak spasi antar PVD = 1,2 meter

Tabel 4. Hasil perhitungan vertikal dan radial dengan spasi 1,2 meter, baris yang berwarna kuning menunjukkan konsolidasi 90% Untuk jarak spasi antar PVD = 1,4 meter

Tabel 5. Hasil perhitungan vertikal dan radial dengan spasi 1,4 meter, baris yang berwarna kuning menunjukkan konsolidasi 90%

Untuk jarak spasi antar PVD = 1,6 meter

Tabel 6. Hasil perhitungan vertikal dan radial dengan spasi 1,6 meter, baris yang berwarna kuning menunjukkan konsolidasi 90% Dari hasil perhitungan waktu konsolidasi tanpa menggunakan PVD pada titik BH-02 (STA 0+700) diketahui bahwa untuk mencapai konsolidasi 90% dibutuhkan waktu 81,79 bulan. Akan tetapi dengan menggunakan PVD waktu untuk mencapai konsolidasi 90% dapat ditekan secara signifikan. Perbedaan waktu tanpa PVD dan dengan menggunakan PVD dapat dilihat pada grafik berikut

DAFTAR PUSTAKA

http://rachmadony.blogspot.com/2012/09/teknik-preloading-dan-penggunaan.html

Hansbo, S. 2004. Experience of Consolidation Process from Test Areas with and without Vertical Drains. Chalmers University of Technology. Sweden

Terzaghi, K. 1943. Tehoretical Soil Mechanics. New York: John Wiley & Sons, inc.

Togu Hotlan P. & Rudi Iskandar. Analisa Penurunan Pada Tanah Lunak Akibat Timbunan (Studi Kasus Runway Bandara Medan Baru. Medan: Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara.

Nelson Panjaitan. Perencanaan Detail Reklamasi Dengan Menggunakan Material Hasil Kerukan Untuk Pengembangan Terminal Peti Kemas Tanjung Perak Di Morokrembangan Surabaya. Departemen Teknik Sipil, Institut Teknologi Surabaya.