Perbandingan Metode Pembebanan Vakum dan
Perbandingan Metode Pembebanan Vakum dan Prapembebanan
Untuk Mempercepat Proses Konsolidasi
Stevy Thioritz
Abstrak
Analisa perencanaan terdiri dari dua tahapan perencanaan, yaitu perhitungan
diameter pengaruh untuk menentukan jarak antara drainase, dan besar derajat
konsolidasi untuk setiap interval waktu rencana berdasarkan kondisi axisymmetric.
Asumsi yang diambil adalah pembebanan vakum tidak mengalami kehilangan tekanan
(no vacuum loss), dan tinggi timbunan untuk prapembebanan ekivalen dengan beban
struktur.
Dari hasil analisa data tanah yang akan digunakan untuk kontruksi jalan raya di
perumahan Citra Celebes City, Makassar, diperoleh waktu konsolidasi selama 4,5 bulan
akibat pembebanan vakum pada tekanan vakum sebesar 60 kPa, dan diameter pengaruh
drainase (de) 2,2233 m menghasilkan derajat konsolidasi 90%. Sedangkan
prapembebanan pada kondisi tanah yang sama membutuhkan waktu 6 bulan untuk
mencapai besar derajat konsolidasi yang sama, dengan tekanan akibat timbunan sebesar
40 kPa dan diameter pengaruh drainase (de) 1,3072 m.
Kata kunci: Pembebanan Vakum, Prapembebanan, waktu konsolidasi, derajat
konsolidasi, pengaruh
A. Pendahuluan
Prinsip metode pembebanan vakum adalah memberikan tekanan negatif ke dalam
lapisan bawah tanah melalui drainase vertikal untuk mempercepat proses konsolidasi.
Sebelum metode pembebanan vakum dikembangkan, metode pembebanan yang umum
dikombinasikan dengan drainase vertikal adalah metode prapembebanan (preloading)
yang merupakan pembebanan tambahan berupa timbunan tanah di atas drainase
vertikal, akan tetapi metode ini kurang efisien dan memiliki beberapa resiko.
Dalam merencanakan pembebanan vakum untuk perbaikan tanah lunak diperlukan
analisa perencanaan yang tepat. Pada beberapa negara metode pembebanan vakum
sudah cukup sering digunakan untuk mengatasi beberapa spesifikasi masalah tanah
lunak yang memerlukan penanganan khusus. Di Indonesia metode ini masih kurang
dikenal, hal ini antara lain menyangkut beberapa faktor dan kendala yang dihadapi,
salah satunya adalah kurangnya literatur yang bisa dijadikan referensi dalam
perencanaan dan pelaksanaan pembebanan vakum dilapangan. Selain itu, alat yang
tersedia hanya dapat memberikan tekanan yang terbatas menjadi kendala untuk kasus
yang memerlukan pembebanan rencana cukup besar.
B. RUMUSAN MASALAH
Permasalahan yang diteliti adalah:
a. Apa yang menjadi teori dasar metode pembebanan vakum ?
b. Bagaimana merencanakan PVD / drainase vertikal pracetak dengan metode
pembebanan vakum dibandingkan dengan prapembebanan?
c. Bagaimana pelaksanaan metode pembebanan vakum di lapangan?
C. LANDASAN TEORI
Metode pembebanan vakum pertama kali diperkenalkan di Swedia oleh
Kjellman (1952) untuk drainase vertikal tipe card board, yang telah sering digunakan
untuk mempercepat proses konsolidasi pada perbaikan tanah lunak, seperti pada
Philadelphia International Airport di Amerika, Pelabuhan Tianjin di Cina (Holtan; 1965,
Yan dan Chu, 2003). Belakangan sistem drainase tipe PVD yang diterapkan untuk
mendistribusikan tekanan vakum sampai pada kedalaman lapisan bawah tanah sehingga
meningkatkan derajat konsolidasi (Chu, 2000). Yan dan Chu (2003) menyatakan bahwa
biaya perbaikan tanah dengan pembebanan vakum berkurang 30% jika hanya ditinjau
dari penggantian pembebanan tambahan konvensional (prapembebanan).
Sistem pembebanan ini bertujuan untuk mencapai proses konsolidasi yang lebih
cepat tanpa menambahkan tinggi timbunan yang dapat mengakibatkan keruntuhan
geser. Seperti yang dapat terjadi dalam kasus prapembebanan terutama bila pada kasus
perbaikan tanah lunak dengan kuat geser yang sangat rendah, metode pembebanan
vakum merupakan metode yang cocok. Selain itu waktu konstruksi menjadi lebih
singkat, tidak memerlukan peralatan berat, tidak ada campuran kimia yang digunakan,
sehingga merupakan metode perbaikan tanah yang ramah lingkungan (Chai, 2005).
Keuntungan dari metode pembebanan vakum dibandingkan prapembebanan
konvensional dapat diuraikan sebagai berikut (Qian, 1992):
a.
Tegangan efektif meningkat seiring dengan peningkatan tekanan isap dan
pergeseran lateral tanah dapat ditahan. Dengan demikian keruntuhan geser dapat
diminimalisir.
b.
Tinggi tekanan vakum dapat didistribusikan sampai kedalaman yang jauh di bawah
lapisan tanah dengan mengunakan sistem PVD.
c.
Volume tambahan timbunan untuk pembebanan dapat diturunkan dan tetap
mencapai besar penurunan yang sama.
Indraratna (2005) memberikan analisa secara luas untuk pembebanan vakum
yang dihubungkan dengan PVD. Salah satunya adalah rasio kelebihan tekanan pori
(Ru=∆p/ o) pada perbaikan tanah dengan metode drainase vertikal dan mengunakan
pembebanan vakum, dapat ditunjukkan oleh persamaan berikut yang telah direvisi:
-
Ru =
h=
……………………............... (1)
………………..................(2)
1-
μ=
+
μ=
+
- 0,75 + πz(2l – z)
( 1-
)........(3)
Bentuk sederhana dari μ dapat diberikan sebagai berikut:
- 0,75 + πz(2l – z)
.................................................(4)
Untuk drainase ideal, smear dan tahanan sumur diabaikan sehingga, persamaan di atas
dapat disederhanakan menjadi:
- 0,75 ………………………………………………………...................(5)
μ=
Dengan mengasumsikan po = 0 kedalam persamaan (3), solusi original dari Hansbo
(1981) dapat diperoleh, sebagai berikut:
h=
(1 -
) …………………………………………………….....(6)
dimana:
Po = tekanan vakum pada permukaan tanah dan sepanjang drainase (kPa)
k1 = rasio tekanan vakum pada bagian dasar dan bagian atas drainase
VPR = vacuum pressure ratio (rasio tekanan vakum) (Po/ ).
uo = kelebihan tekanan pori awal (kPa)
kh = koefisien permeabilitas horisontal tanah dalam zona tak terganggu (m/s)
ks = koefisien permeabilitas horisontal tanah dalam zona terganggu (m/s)
Th = faktor waktu arah horisontal.
n = rasio dari de/dw.
de = diameter ekivalen silinder tanah/diameter pengaruh (m)
dw = diameter ekivalen drainase vertikal (m)
s = rasio dari ds/dw.
ds = diameter dari zona terganggu (m)
z = kedalaman (m)
l = tebal lapisan tanah/ekivalen panjang drainase vertikal (m)
qw = kapasitas aliran drainase (m3/s)
Metode Pelaksanaan Pembebanan Vakum
Tipikal pembebanan vakum ditunjukkan pada gambar 1 (Chu, 2000). PVD dan
pipa horisontal digunakan untuk mendistribusikan tekanan vakum dan kehilangan air
pori.
Gambar 1. Ilustrasi skema sistem pembebanan vakum (J. Chu, S.Yan, B.Indraratna,
2008)
Keterangan:
1. PVD (prefabricated vertical drain); 2. Pipa horisontal; 3. Dinding tumpuan
(revetment); 4. Pembuangan air (water outlet); 5. Katup; 6. Meteran vakum
(vacuum gauge); 7. Pompa jet; 8. Pompa sentrifugal; 9. Saluran parit; 10. Pipa
utama vakum; 11. Membran pembungkus
D. PEMBAHASAN HASIL ANALISA TANAH
Tanah yang diteliti adalah di jalan Hertasning Baru, Makassar, yang akan
digunakan sebagai jalan raya dengan klasifikasi kelas 2A. Jalan tersebut adalah jalan
utama yang terletak pada kompleks perumahan Citra Celebes City.
Adapun data dan parameter tanah yang adalah sebagai berikut:
- Kedalaman tanah keras (kedalaman PVD):17,8 m
- Cv = 3,2 m2/tahun
- kh/kv = 1,5
- Ch = 4,8 m2/tahun (berdasarkan rasio kh/kv = 1,5 dapat diperoleh Ch = 1,5 x Cv
- kh/ks = 3 (rasio kh/ks dapat berada antara 1,5-3,0 dalam perhitungan ini diambil rasio
maksimum)
- uo = 50 kPa
Parameter rencana yang digunakan dalam analisa:
t = 6 bulan = 0.5 tahun
dw = 0,05 m
s = ds/dw = 3,4
po = 60 kPa = 6 ton/m2
k1 = 1,0 (tidak mengalami kehilangan vakum)
Ut = 80% (untuk konsolidasi yang diakibatkan prapembebanan)
1. Beban rencana
Tabel 1. Beban Mati (DL) Akibat Konstruksi Jalan Raya
massa jenis
Pembebanan
(kg/m3)
2200
(kg/m2)
lapisan aspal
Tebal
rencana
(m)
0.075
lapis pondasi atas
0.2
2300
460
lapis pondasi bawah
0.35
2300
805
Tebal perkerasan (tp)
0.625
Total beban
1430
Perkerasan rencana
165
Beban Hidup (LL) rencana diterapkan berdasarkan beban terbesar dari kendaraan
trailer yaitu 42 ton. Distribusi beban ditinjau pada titik maksimun dalam penampang
melintang jalan dan diasumsikan sebagai beban persatuan luas.
Diambil beban titik maksimum dari distribusi berat total: P = (28% /2) x 42 = 5,88 ton
Gambar 2. Bidang kontak untuk kendaraan dengan roda ganda
Dari distribusi beban pada Gambar 2, diperoleh:
Tekanan yang diakibatkan = P/ A = 5,88/2,24 = 2,425 t/m2
Jadi DL + LL = 1,43 + 2,425 = 3,855 t/m2 ≈ 4,0 t/m2
Beban yang diterapkan oleh prapembebanan ekivalen dengan beban struktur atau beban
rencana, sehingga tinggi timbunan untuk metode prapembebanan dapat ditentukan
sebagai berikut:
H = Ptot / timb = 4 / 1,9 = 2,1 m ( timb = 1,9 t/m3)
2. Menghitung jarak antara drainase vertikal
a. Drainase vertikal prapembebanan
1) Faktor waktu arah vertikal:
Tv =
=
= 0,0051
= 0,92
2) u* =
3) Th’ = Ch t / dw2 = 4,8 . 0,5 / 0,052 = 960
4) Nilai faktor gangguan (smear ) yang telah dimodifikasi:
Faktor =
Faktor ξ = (
=
-1) ln (s) = (3 – 1)
= 3460,701
= 2,448
α = 0,γ9γ8 – 9,505 x 10-4 ξ1,5 + 0,0γ714ξ0,5 = 0,4483
= 0,4203 + 1,456 x 10-3 ξ2 – 0,5βγγξ0,5 = -0,3897
5) Rasio perbandingan de/dw (n) dari persamaan:
n = e (α ln
+ )
= exp (0,4483 ln 3460,701+ (-0,3897)) = 26,1434
6) Zona pengaruh (de):
de = n dw = 26,1434 x 0,05 = 1,3072 m
7) Pola drainase dan jarak spasi antar drainase (S):
S = de/1,05 = 1,β45 m ………………………...untuk pola segitiga
S = de/1,1β8 = 1,159 m ……………………….untuk pola segiempat.
b. Drainase vertikal pembebanan vakum
1) Faktor waktu arah vertikal:
Tv =
2) u* =
=
= 0,0051
= 0,92
3) Th’ = Ch t / dw2 = 4,8 . 0,5 / 0,052 = 960
4) Derajat konsolidasi yang diakibatkan oleh pembebanan vakum:
=
=
=
⇒ Ut,vac = 0,5333
5) Nilai faktor gangguan (smear ) yang telah dimodifikasi:
Faktor
=
=
= 11315,9672
Faktor ξ = (
-1) ln (s) = (3 – 1)
Faktor α dan
berdasarkan persamaan:
= 2,448
α = 0,γ9γ8 – 9,505 x 10-4 ξ1,5 + 0,0γ714ξ0,5 = 0,4483
= 0,4203 + 1,456 x 10-3 ξ2 – 0,5βγγξ0,5 = -0,3897
6) Rasio perbandingan de/dw (n) dari persamaan:
n = e (α ln
+ )
= exp (0,4483 ln 11315,9672+ (-0,3897)) = 44,4657
7) Zona pengaruh: de = n dw = 44,4657 x 0,05 = 2,2233 m
8) Pola drainase dan jarak spasi antar drainase (S):
S = de/1,05 = β,1174 m …………………… ...untuk pola segitiga
S = de/1,128 = 1,971 m ………………………untuk pola segiempat
3. Menghitung waktu konsolidasi
a. Waktu konsolidasi akibat prapembebanan
Faktor gangguan pada drainase vertikal: μ =
– 0,75
(dengan asumsi qw > 120 m3/tahun, tahanan sumur diabaikan)
μ =ln(
)+ 3 ln (3,4) - 0,75 = 4,9612
Faktor waktu arah horisontal dengan persamaan: Th =
Substitusi nilai Th untuk setiap interval waktu dengan persamaan:
h = (1 -
)
Tabel 2. Hasil Perhitungan Th dan Uh Akibat Prapembebanan
Waktu (bulan)
Faktor waktu (Th)
Derajat konsolidasi (Uh)
1
0,2339
0,3142
2
0,4683
0,5301
3
0,7023
0,6778
4
0,9363
0,779
5
1,1705
0,8485
6
1,4045
0,8961
b. Waktu Konsolidasi Akibat Pembebanan Vakum
Faktor gangguan (smear ) ang pada drainase vertikal (μ):
μ =ln(
)+ 3 ln (3,4) - 0,75 = 5,4923
Faktor waktu arah horisontal: Th =
Substitusi nilai Th untuk setiap interval waktu dengan persamaan:
h = (1 – Ru); Ru =
-
Tabel 3. Hasil Perhitungan Th dan Uh Pembebanan Vakum
Waktu (bulan)
Faktor waktu (Th)
Derajat konsolidasi (Uh)
1
0,0809
0,2446
2
0,1619
0,4622
3
0,2428
0,6553
4
0,3237
0,8271
5
0,4046
0,9797
6
0,4855
1,1153
Gambar 3. Grafik Hasil Perbandingan Derajat Konsolidasi Akibat Pembebanan Vakum
dan Prapembebanan Terhadap Waktu
E. KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
1. Prapembebanan menghasilkan diameter pengaruh (de) = 1,3072 m, dan untuk waktu
rencana 6 bulan dicapai Uh = 90%.
2. Pembebanan vakum menghasilkan diameter pengaruh (de) = 2,2233 m dan untuk
waktu rencana 6 bulan dicapai Uh = 111,5%
3. Untuk mencapai derajat konsolidasi yang sama, waktu yang dibutuhkan oleh
pembebanan vakum lebih singkat daripada prapembebanan, walaupun dalam
pelaksanaannya pembebanan vakum lebih kompleks.
4. Kombinasi prapembebanan dan pembebanan vakum dapat dilakukan untuk
menangani beban rencana yang besar, meminimalisir kegagalan akibat pergerakan
lateral tanah. Pergerakkan lateral keluar (outward) disebabkan prapembebanan dan
pembebanan vakum menyebabkan pergerakan ke dalam (inward).
Saran
1.
Kondisi tanah sangat lunak yang memiliki resiko keruntuhan geser sangat besar dan
beban struktur rencana yang sangat besar, disarankan menggunakan metode
pembebanan vakum.
2.
Data tanah dari lapangan maupun laboratorium yang akurat serta pelaksanaan di
lapangan sangat penting untuk menghindari kegagalan dari penerapan metode ini.
DAFTAR PUSTAKA
A.S. Balasubramaniam, B. Indraratna, C. Rujikiatkamjorn, V. Wijeyakulasuriya. 2005.
Predictions and observations of soft clay foundations stabilized with
geosynthetic
drains
and
vacuum
surcharge.
(Online),
(http://ro.uow.edu.au/engpapers/191, diakses 24 juni 2011).
B. Indraratna, C. Rujikiatkamjorn, H. Khabbaz, I Sathananthan, M. Shahin. 2005.
Analytical and numerical solution for soft clays consolidations using
geosynthetic vertical drains with special reference to embankment . (Online),
(http://ro.uow.edu.au/engpapers/197, diakses 12 juli 2011).
B. Indraratna, J. Chu, S. Yan. 2008. Vacuum Preloading Techniques-Recent
Development and Applications. (Online), (http://ro.uow.edu.au/engpapers/197,
diakses 15 juli 2011).
Hardiyatmo, H. C. 2007. Mekanika Tanah I, jilid ketiga. Gadjah Mada University Press,
Yogyakarta.
Hardiyatmo, H. C. 2007. Mekanika Tanah 2, jilid keempat. Gadjah Mada University
Press, Yogyakarta.
Sukirman ,S. 1992. Perkerasan Lentur Jalan Raya . NOVA, Bandung.
T. Stapelfeldt. 2006. Preloading and vertical drains. Published by Helsinki University
of Technology.
Untuk Mempercepat Proses Konsolidasi
Stevy Thioritz
Abstrak
Analisa perencanaan terdiri dari dua tahapan perencanaan, yaitu perhitungan
diameter pengaruh untuk menentukan jarak antara drainase, dan besar derajat
konsolidasi untuk setiap interval waktu rencana berdasarkan kondisi axisymmetric.
Asumsi yang diambil adalah pembebanan vakum tidak mengalami kehilangan tekanan
(no vacuum loss), dan tinggi timbunan untuk prapembebanan ekivalen dengan beban
struktur.
Dari hasil analisa data tanah yang akan digunakan untuk kontruksi jalan raya di
perumahan Citra Celebes City, Makassar, diperoleh waktu konsolidasi selama 4,5 bulan
akibat pembebanan vakum pada tekanan vakum sebesar 60 kPa, dan diameter pengaruh
drainase (de) 2,2233 m menghasilkan derajat konsolidasi 90%. Sedangkan
prapembebanan pada kondisi tanah yang sama membutuhkan waktu 6 bulan untuk
mencapai besar derajat konsolidasi yang sama, dengan tekanan akibat timbunan sebesar
40 kPa dan diameter pengaruh drainase (de) 1,3072 m.
Kata kunci: Pembebanan Vakum, Prapembebanan, waktu konsolidasi, derajat
konsolidasi, pengaruh
A. Pendahuluan
Prinsip metode pembebanan vakum adalah memberikan tekanan negatif ke dalam
lapisan bawah tanah melalui drainase vertikal untuk mempercepat proses konsolidasi.
Sebelum metode pembebanan vakum dikembangkan, metode pembebanan yang umum
dikombinasikan dengan drainase vertikal adalah metode prapembebanan (preloading)
yang merupakan pembebanan tambahan berupa timbunan tanah di atas drainase
vertikal, akan tetapi metode ini kurang efisien dan memiliki beberapa resiko.
Dalam merencanakan pembebanan vakum untuk perbaikan tanah lunak diperlukan
analisa perencanaan yang tepat. Pada beberapa negara metode pembebanan vakum
sudah cukup sering digunakan untuk mengatasi beberapa spesifikasi masalah tanah
lunak yang memerlukan penanganan khusus. Di Indonesia metode ini masih kurang
dikenal, hal ini antara lain menyangkut beberapa faktor dan kendala yang dihadapi,
salah satunya adalah kurangnya literatur yang bisa dijadikan referensi dalam
perencanaan dan pelaksanaan pembebanan vakum dilapangan. Selain itu, alat yang
tersedia hanya dapat memberikan tekanan yang terbatas menjadi kendala untuk kasus
yang memerlukan pembebanan rencana cukup besar.
B. RUMUSAN MASALAH
Permasalahan yang diteliti adalah:
a. Apa yang menjadi teori dasar metode pembebanan vakum ?
b. Bagaimana merencanakan PVD / drainase vertikal pracetak dengan metode
pembebanan vakum dibandingkan dengan prapembebanan?
c. Bagaimana pelaksanaan metode pembebanan vakum di lapangan?
C. LANDASAN TEORI
Metode pembebanan vakum pertama kali diperkenalkan di Swedia oleh
Kjellman (1952) untuk drainase vertikal tipe card board, yang telah sering digunakan
untuk mempercepat proses konsolidasi pada perbaikan tanah lunak, seperti pada
Philadelphia International Airport di Amerika, Pelabuhan Tianjin di Cina (Holtan; 1965,
Yan dan Chu, 2003). Belakangan sistem drainase tipe PVD yang diterapkan untuk
mendistribusikan tekanan vakum sampai pada kedalaman lapisan bawah tanah sehingga
meningkatkan derajat konsolidasi (Chu, 2000). Yan dan Chu (2003) menyatakan bahwa
biaya perbaikan tanah dengan pembebanan vakum berkurang 30% jika hanya ditinjau
dari penggantian pembebanan tambahan konvensional (prapembebanan).
Sistem pembebanan ini bertujuan untuk mencapai proses konsolidasi yang lebih
cepat tanpa menambahkan tinggi timbunan yang dapat mengakibatkan keruntuhan
geser. Seperti yang dapat terjadi dalam kasus prapembebanan terutama bila pada kasus
perbaikan tanah lunak dengan kuat geser yang sangat rendah, metode pembebanan
vakum merupakan metode yang cocok. Selain itu waktu konstruksi menjadi lebih
singkat, tidak memerlukan peralatan berat, tidak ada campuran kimia yang digunakan,
sehingga merupakan metode perbaikan tanah yang ramah lingkungan (Chai, 2005).
Keuntungan dari metode pembebanan vakum dibandingkan prapembebanan
konvensional dapat diuraikan sebagai berikut (Qian, 1992):
a.
Tegangan efektif meningkat seiring dengan peningkatan tekanan isap dan
pergeseran lateral tanah dapat ditahan. Dengan demikian keruntuhan geser dapat
diminimalisir.
b.
Tinggi tekanan vakum dapat didistribusikan sampai kedalaman yang jauh di bawah
lapisan tanah dengan mengunakan sistem PVD.
c.
Volume tambahan timbunan untuk pembebanan dapat diturunkan dan tetap
mencapai besar penurunan yang sama.
Indraratna (2005) memberikan analisa secara luas untuk pembebanan vakum
yang dihubungkan dengan PVD. Salah satunya adalah rasio kelebihan tekanan pori
(Ru=∆p/ o) pada perbaikan tanah dengan metode drainase vertikal dan mengunakan
pembebanan vakum, dapat ditunjukkan oleh persamaan berikut yang telah direvisi:
-
Ru =
h=
……………………............... (1)
………………..................(2)
1-
μ=
+
μ=
+
- 0,75 + πz(2l – z)
( 1-
)........(3)
Bentuk sederhana dari μ dapat diberikan sebagai berikut:
- 0,75 + πz(2l – z)
.................................................(4)
Untuk drainase ideal, smear dan tahanan sumur diabaikan sehingga, persamaan di atas
dapat disederhanakan menjadi:
- 0,75 ………………………………………………………...................(5)
μ=
Dengan mengasumsikan po = 0 kedalam persamaan (3), solusi original dari Hansbo
(1981) dapat diperoleh, sebagai berikut:
h=
(1 -
) …………………………………………………….....(6)
dimana:
Po = tekanan vakum pada permukaan tanah dan sepanjang drainase (kPa)
k1 = rasio tekanan vakum pada bagian dasar dan bagian atas drainase
VPR = vacuum pressure ratio (rasio tekanan vakum) (Po/ ).
uo = kelebihan tekanan pori awal (kPa)
kh = koefisien permeabilitas horisontal tanah dalam zona tak terganggu (m/s)
ks = koefisien permeabilitas horisontal tanah dalam zona terganggu (m/s)
Th = faktor waktu arah horisontal.
n = rasio dari de/dw.
de = diameter ekivalen silinder tanah/diameter pengaruh (m)
dw = diameter ekivalen drainase vertikal (m)
s = rasio dari ds/dw.
ds = diameter dari zona terganggu (m)
z = kedalaman (m)
l = tebal lapisan tanah/ekivalen panjang drainase vertikal (m)
qw = kapasitas aliran drainase (m3/s)
Metode Pelaksanaan Pembebanan Vakum
Tipikal pembebanan vakum ditunjukkan pada gambar 1 (Chu, 2000). PVD dan
pipa horisontal digunakan untuk mendistribusikan tekanan vakum dan kehilangan air
pori.
Gambar 1. Ilustrasi skema sistem pembebanan vakum (J. Chu, S.Yan, B.Indraratna,
2008)
Keterangan:
1. PVD (prefabricated vertical drain); 2. Pipa horisontal; 3. Dinding tumpuan
(revetment); 4. Pembuangan air (water outlet); 5. Katup; 6. Meteran vakum
(vacuum gauge); 7. Pompa jet; 8. Pompa sentrifugal; 9. Saluran parit; 10. Pipa
utama vakum; 11. Membran pembungkus
D. PEMBAHASAN HASIL ANALISA TANAH
Tanah yang diteliti adalah di jalan Hertasning Baru, Makassar, yang akan
digunakan sebagai jalan raya dengan klasifikasi kelas 2A. Jalan tersebut adalah jalan
utama yang terletak pada kompleks perumahan Citra Celebes City.
Adapun data dan parameter tanah yang adalah sebagai berikut:
- Kedalaman tanah keras (kedalaman PVD):17,8 m
- Cv = 3,2 m2/tahun
- kh/kv = 1,5
- Ch = 4,8 m2/tahun (berdasarkan rasio kh/kv = 1,5 dapat diperoleh Ch = 1,5 x Cv
- kh/ks = 3 (rasio kh/ks dapat berada antara 1,5-3,0 dalam perhitungan ini diambil rasio
maksimum)
- uo = 50 kPa
Parameter rencana yang digunakan dalam analisa:
t = 6 bulan = 0.5 tahun
dw = 0,05 m
s = ds/dw = 3,4
po = 60 kPa = 6 ton/m2
k1 = 1,0 (tidak mengalami kehilangan vakum)
Ut = 80% (untuk konsolidasi yang diakibatkan prapembebanan)
1. Beban rencana
Tabel 1. Beban Mati (DL) Akibat Konstruksi Jalan Raya
massa jenis
Pembebanan
(kg/m3)
2200
(kg/m2)
lapisan aspal
Tebal
rencana
(m)
0.075
lapis pondasi atas
0.2
2300
460
lapis pondasi bawah
0.35
2300
805
Tebal perkerasan (tp)
0.625
Total beban
1430
Perkerasan rencana
165
Beban Hidup (LL) rencana diterapkan berdasarkan beban terbesar dari kendaraan
trailer yaitu 42 ton. Distribusi beban ditinjau pada titik maksimun dalam penampang
melintang jalan dan diasumsikan sebagai beban persatuan luas.
Diambil beban titik maksimum dari distribusi berat total: P = (28% /2) x 42 = 5,88 ton
Gambar 2. Bidang kontak untuk kendaraan dengan roda ganda
Dari distribusi beban pada Gambar 2, diperoleh:
Tekanan yang diakibatkan = P/ A = 5,88/2,24 = 2,425 t/m2
Jadi DL + LL = 1,43 + 2,425 = 3,855 t/m2 ≈ 4,0 t/m2
Beban yang diterapkan oleh prapembebanan ekivalen dengan beban struktur atau beban
rencana, sehingga tinggi timbunan untuk metode prapembebanan dapat ditentukan
sebagai berikut:
H = Ptot / timb = 4 / 1,9 = 2,1 m ( timb = 1,9 t/m3)
2. Menghitung jarak antara drainase vertikal
a. Drainase vertikal prapembebanan
1) Faktor waktu arah vertikal:
Tv =
=
= 0,0051
= 0,92
2) u* =
3) Th’ = Ch t / dw2 = 4,8 . 0,5 / 0,052 = 960
4) Nilai faktor gangguan (smear ) yang telah dimodifikasi:
Faktor =
Faktor ξ = (
=
-1) ln (s) = (3 – 1)
= 3460,701
= 2,448
α = 0,γ9γ8 – 9,505 x 10-4 ξ1,5 + 0,0γ714ξ0,5 = 0,4483
= 0,4203 + 1,456 x 10-3 ξ2 – 0,5βγγξ0,5 = -0,3897
5) Rasio perbandingan de/dw (n) dari persamaan:
n = e (α ln
+ )
= exp (0,4483 ln 3460,701+ (-0,3897)) = 26,1434
6) Zona pengaruh (de):
de = n dw = 26,1434 x 0,05 = 1,3072 m
7) Pola drainase dan jarak spasi antar drainase (S):
S = de/1,05 = 1,β45 m ………………………...untuk pola segitiga
S = de/1,1β8 = 1,159 m ……………………….untuk pola segiempat.
b. Drainase vertikal pembebanan vakum
1) Faktor waktu arah vertikal:
Tv =
2) u* =
=
= 0,0051
= 0,92
3) Th’ = Ch t / dw2 = 4,8 . 0,5 / 0,052 = 960
4) Derajat konsolidasi yang diakibatkan oleh pembebanan vakum:
=
=
=
⇒ Ut,vac = 0,5333
5) Nilai faktor gangguan (smear ) yang telah dimodifikasi:
Faktor
=
=
= 11315,9672
Faktor ξ = (
-1) ln (s) = (3 – 1)
Faktor α dan
berdasarkan persamaan:
= 2,448
α = 0,γ9γ8 – 9,505 x 10-4 ξ1,5 + 0,0γ714ξ0,5 = 0,4483
= 0,4203 + 1,456 x 10-3 ξ2 – 0,5βγγξ0,5 = -0,3897
6) Rasio perbandingan de/dw (n) dari persamaan:
n = e (α ln
+ )
= exp (0,4483 ln 11315,9672+ (-0,3897)) = 44,4657
7) Zona pengaruh: de = n dw = 44,4657 x 0,05 = 2,2233 m
8) Pola drainase dan jarak spasi antar drainase (S):
S = de/1,05 = β,1174 m …………………… ...untuk pola segitiga
S = de/1,128 = 1,971 m ………………………untuk pola segiempat
3. Menghitung waktu konsolidasi
a. Waktu konsolidasi akibat prapembebanan
Faktor gangguan pada drainase vertikal: μ =
– 0,75
(dengan asumsi qw > 120 m3/tahun, tahanan sumur diabaikan)
μ =ln(
)+ 3 ln (3,4) - 0,75 = 4,9612
Faktor waktu arah horisontal dengan persamaan: Th =
Substitusi nilai Th untuk setiap interval waktu dengan persamaan:
h = (1 -
)
Tabel 2. Hasil Perhitungan Th dan Uh Akibat Prapembebanan
Waktu (bulan)
Faktor waktu (Th)
Derajat konsolidasi (Uh)
1
0,2339
0,3142
2
0,4683
0,5301
3
0,7023
0,6778
4
0,9363
0,779
5
1,1705
0,8485
6
1,4045
0,8961
b. Waktu Konsolidasi Akibat Pembebanan Vakum
Faktor gangguan (smear ) ang pada drainase vertikal (μ):
μ =ln(
)+ 3 ln (3,4) - 0,75 = 5,4923
Faktor waktu arah horisontal: Th =
Substitusi nilai Th untuk setiap interval waktu dengan persamaan:
h = (1 – Ru); Ru =
-
Tabel 3. Hasil Perhitungan Th dan Uh Pembebanan Vakum
Waktu (bulan)
Faktor waktu (Th)
Derajat konsolidasi (Uh)
1
0,0809
0,2446
2
0,1619
0,4622
3
0,2428
0,6553
4
0,3237
0,8271
5
0,4046
0,9797
6
0,4855
1,1153
Gambar 3. Grafik Hasil Perbandingan Derajat Konsolidasi Akibat Pembebanan Vakum
dan Prapembebanan Terhadap Waktu
E. KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
1. Prapembebanan menghasilkan diameter pengaruh (de) = 1,3072 m, dan untuk waktu
rencana 6 bulan dicapai Uh = 90%.
2. Pembebanan vakum menghasilkan diameter pengaruh (de) = 2,2233 m dan untuk
waktu rencana 6 bulan dicapai Uh = 111,5%
3. Untuk mencapai derajat konsolidasi yang sama, waktu yang dibutuhkan oleh
pembebanan vakum lebih singkat daripada prapembebanan, walaupun dalam
pelaksanaannya pembebanan vakum lebih kompleks.
4. Kombinasi prapembebanan dan pembebanan vakum dapat dilakukan untuk
menangani beban rencana yang besar, meminimalisir kegagalan akibat pergerakan
lateral tanah. Pergerakkan lateral keluar (outward) disebabkan prapembebanan dan
pembebanan vakum menyebabkan pergerakan ke dalam (inward).
Saran
1.
Kondisi tanah sangat lunak yang memiliki resiko keruntuhan geser sangat besar dan
beban struktur rencana yang sangat besar, disarankan menggunakan metode
pembebanan vakum.
2.
Data tanah dari lapangan maupun laboratorium yang akurat serta pelaksanaan di
lapangan sangat penting untuk menghindari kegagalan dari penerapan metode ini.
DAFTAR PUSTAKA
A.S. Balasubramaniam, B. Indraratna, C. Rujikiatkamjorn, V. Wijeyakulasuriya. 2005.
Predictions and observations of soft clay foundations stabilized with
geosynthetic
drains
and
vacuum
surcharge.
(Online),
(http://ro.uow.edu.au/engpapers/191, diakses 24 juni 2011).
B. Indraratna, C. Rujikiatkamjorn, H. Khabbaz, I Sathananthan, M. Shahin. 2005.
Analytical and numerical solution for soft clays consolidations using
geosynthetic vertical drains with special reference to embankment . (Online),
(http://ro.uow.edu.au/engpapers/197, diakses 12 juli 2011).
B. Indraratna, J. Chu, S. Yan. 2008. Vacuum Preloading Techniques-Recent
Development and Applications. (Online), (http://ro.uow.edu.au/engpapers/197,
diakses 15 juli 2011).
Hardiyatmo, H. C. 2007. Mekanika Tanah I, jilid ketiga. Gadjah Mada University Press,
Yogyakarta.
Hardiyatmo, H. C. 2007. Mekanika Tanah 2, jilid keempat. Gadjah Mada University
Press, Yogyakarta.
Sukirman ,S. 1992. Perkerasan Lentur Jalan Raya . NOVA, Bandung.
T. Stapelfeldt. 2006. Preloading and vertical drains. Published by Helsinki University
of Technology.