PERBAIKAN DAYA DUKUNG TANAH DENGAN METODA DYNAMIC COMPACTION & DYNAMIC REPLACEMENT

Kilang migas dan derivatifnya seperti halnya kilang petrokimia/refinery banyak dibangun didaerah remote ataupun onshore yang rata-rata kondisi daya dukung tanah alaminya kurang bagus. Daya dukung tanah yang cukup kuat diperlukan untuk menempatkan pondasi dari equipment-equipment yang cukup banyak jumlahnya. Dan seperti kita ketahui juga, banyak metode untuk meningkatkan kualitas daya dukung tanah/tapak pada suatu proyek.
Faktor keekonomian dan penghematan waktu, sedikit banyak menentukan metoda perbaikan tanah yang akan dipilih, tentunya disamping faktor-faktor lain yang situasional. Dari berbagai pengalaman lapangan dan engineering yang pernah saya geluti, beberapa metode perbaikan tanah dapat dilaksanakan sekaligus/sinergikal pada suatu tapak proyek.

BAGIAN 1

Dalam artikel bagian 1 ini, saya akan menyajikan metoda-metoda perbaikan daya dukung tanah yang dapat dilakukan pada suatu waktu tertentu secara berkesinambungan. Metoda tersebut adalah Dynamic Compaction/DC (Pemadatan Dinamis) dan Dynamic Replacement/DR. Untuk metoda DR ini bisa juga disebut metoda kolom batu (Stone Column), nanti akan saya uraikan lebih lanjut.
Metoda DC/DR ini ditemukan oleh Menard (France, 1960). Metoda ini bisa menghemat biaya dalam mensubtitusi penggunaan pile (tiang pancang) menjadi pondasi dangkal hingga penanggungan beban tertentu sesuai peningkatan kapasitas daya dukung tanah. Di negara kita Indonesia, mungkin metoda ini belum banyak diketahui. Tetapi seiring dengan mudahnya informasi yang didapat dan faktor komparasi dengan metode konvesional lainnya yang dikenal, saya yakin kedepannya metoda ini bisa jadi pilihan yang patut dipertimbangkan.Terutama untuk kondisi lahan di Sumatera dan Kalimantan serta Sulawesi. Dimana yang saya tahu, pembukaan lahan untuk eksplorasi dan pembuatan kilang pengolahan masih mengandalkan teknik pemadatan pola konvensional.
Sedangkan tulisan di bagian 2 nanti akan membahas pelaksanaan Pilot Test dan perhitungan kekuatan daya dukung tanah setelah pelaksanaan metoda DC dan DR.
CATATAN:
Silahkan meng-klik sketsa illustrasi dan foto-foto memperjelas tampilan.
1. Metoda Dynamic Compaction (DC)

Secara garis besar, pengertian DC adalah suatu metoda peningkatan kondisi tanah yang dapat diterapkan pada tanah yang kering, basah/lembab dan jenuh (saturated). Metoda ini bisa juga diterapkan pada tanah jenuh dengan kandungan butiran halus mencapai hingga 30%. Target DC dicapai dengan menjatuhkan beban (pounder) dari suatu ketinggian tertentu ke atas permukaan tanah yang akan dipadatkan. Proses pemadatan ini berlangsung pada sekian banyak jatuhan pada lahan yang dituju.
a. Prinsip Dasar Peningkatan Tanah
Mengapa bisa terjadi pemadatan hanya dengan menjatuhkan beban? Pounder/beban yang dijatuhkan pada ketinggian yang sudah ditetapkan akan memberikan impact energy (energy benturan). Energi benturan ini menciptakan getaran dan mengatur ulang partikel-partikel tanah yang ada dan mendorong keluar gas dan air terkandung didalam partikel didalam tanah asal. Hal ini dapat meningkatkan kepadatan tanah lunak. Metoda DC ini selain dapat diterapkan pada kondisi tanah diatas, dapat juga secara terbatas, -berdasarkan hasil soil investigation tentunya-, pada kondisi tanah kepasiran, lapisan tanah berbatu lepas, atau tanah hasil pembuangan.
Perilaku tanah setelah diterapkannya metoda DC ini bisa berbeda secara signifikan tergantung kondisi tanah, seperti apakah tanah tersebut adalah tanah jenuh (saturated soil) ataupun tanah tidak jenuh (non saturated soil). Dalam halnya tanah tidak jenuh, efek benturan yang muncul adalah seperti halnya kita melakukan Proctor Compaction Test di laboratorium mekanika tanah.
Sedangkan jika kondisi tanah jenuh, akan terjadi berbagai bentuk gelombang benturan yang berpusat pada pusat jatuhan beban. Gambar dibawah ini akan bisa memberikan gambaran tentang gelombang benturan yang dimaksud.


P wave atau gelombang tekan akan merombak struktur partikel tanah akibat Push-Pull Motion dan meningkatkan tekanan pori. Sedangkan S wave atau gelombang geser memainkan peran menyusun ulang kepadatan partikel meskipun kecepatan gelombang cukup pelan. Adapun Rayleigh wave adalah ringkasan dari gelombang geser dan gelombang permukaan yang tersebar dekat dengan permukaan tanah. Sehingga akibat adanya berbagai macam gelombang yang tercipta oleh karena beban benturan pounder, akan menghasilkan tekanan tarik dibawah tanah, berujung pada retak tarik dalam bentuk radial (seperti gambar diatas) pada pusat beban benturan. Retak tarik ini membuat jalur aliran yang berguna untuk mengeluarkan tekanan pori yang berlebihan dan membuang air pori dalam tanah jenuh. Hal inilah yang berujung pada peningkatan kapasitas daya dukung tanah.

Illustrasi diatas adalah perilaku partikel tanah secara mikroskopik selama pemadatan berlangsung dan setelahnya.
Bagaimana dengan penurunan permukaan tanah? Penurunan tanah tergantung dari pada jenis tanah dan energi jatuhan/pemadatan yang tercipta. Namun biasanya berkisar 3-8 % dari ketebalan tanah asal alami, sedangkan untuk reklamasi lahan buangan sekitar 20-30 %. Tekanan pori yang berlebih terjadi karena jatuhan beban bisa saja masih terjadi bahkan setelah proses jatuhan itu selesai. Namun tingkat disipasi (penghamburan/penghilangan) tekanan pori berlebih ini sangat singkat jika dibandingkan dengan metoda pemadatan statis seperti halnya metoda pre-loading.
b. Karateristik Metoda DC
1. Pekerjaan terapan yang cepat dengan tahapan sederhana, penghematan biaya dan sangat dimungkinkan pelaksanaannya dengan pekerjaan lain pada saat yang sama.
2. Meskipun tergantung dari jenis tanah, kelangsungan pekerjaan lain diatas tanah setelah peningkatan terjadi sangatlah diijinkan.
3. Dapat diterapkan pada berbagai jenis tanah termasuk jenis tanah hasil bongkaran/pembuangan, pasir tanah kepasiran (dredging soil), tanah halus, lumpur buangan maupun hasil pengeboran atau bentonit.
4. Kualitas kerja dapat dikontrol dan hasil yang baik.
5. Tidak bermasalah terhadap lapisan batuan dibawahnya.
6. Tidak memerlukan material khusus.
2. Metoda Dynamic Replacement (DR)/Stone Column (Kolom Batu)

Metoda DR ini adalah lanjutan dari metoda DC dan biasanya dilaksanakan pada tanah dengan kandungan lempung dan lapisan lanau sangat tebal serta diketahui dengan metoda DC tidaklah cukup untuk meningkatkan daya dukung tanah pada kondisi tanah tersebut seperti yang ditargetkan. Seperti kita ketahui, setelah pounder dijatuhkan berkali-kali akan terbentuk suatu kawah yang disebut crater. Dalam penerapan metoda DR, crater yang tercipta akan diisi dengan batuan/material non plastis (berdasarkan pengujian ASTM D 4318), atau batuan alam yang ada dilokasi tanah lunak. Crater akan terus diisi batuan dengan berulang kali melakukan jatuhan pounder (tamping) hingga kedalaman yang diinginkan ataupun berhenti ketika crater yang terbentuk sudah tidak bisa lagi melesak lebih dalam.
a. Prinsip Dasar DR
Secara prinsip, metoda pelaksanaan pada awal pekerjaan sama dengan metoda DC tetapi ada tahapan kerja yang berkelanjutan yaitu pengisian material kasar kedalam crater yang terbentuk akibat tamping. Material yang diisikan terus menerus akan membentuk pola seperti kolom batu, maka dari itulah metoda DR ini dapat pula disebutkan metoda kolom batu. Pada saat batuan kedalam crater ataupun granular soil (seperti gravel ukuran tertentu misalnya), area tekanan pada tanah lunak didistribusikan ke kolom batu (stone column/pillar). Sehingga tanah lunak memadat dan menghasilkan daya dukung yang ditargetkan. Penerapan DR ini berdasarkan data tanah (hasil dari soil investigation report) yang dilanjutkan pada tahapan experiment lapangan (seperti halnya uji trial and error) serta dilakukan dengan interval tertentu berdasarkan rumus yang tertulis berikut ini.


b. Karateristik Metoda DR
1. Sementara kolom DR terbentuk dengan mengisikan material non plastis (batuan pecah, gravel), terjadi kontraksi dilapisan tanah lunak sekeliling kolom DR. Yang menyebabkan tekanan pori berlebih terlepas terus menerus. Proses ini pada dasarnya sama dengan dengan teknik konsolidasi tanah dengan metode pre-loading, hanya saja konsolidasi tersebut terjadi lebih cepat sekaligus menaikkan daya dukung tanah.
2. Tahanan geser lebih besar terjadi didalam kolom DR dan kekuatan tanah diantara kolom DR meningkat secara signifikan.
3. Pada saat kolom DR terbentuk didalam tanah setelah proses dilakukan, komposisi kandungan tanah akan berubah. Pengertiannya yaitu lapisan tanah terdiri dari batuan dan tanah asal yang mana partikel awal menjadi tersusun ulang. Dalam hal ini tekanan tanah sebagian besar diakomodasi oleh kolom DR sedangkan tanah asal hanya menderita tekanan lebih kecil.
Gambar illustrasi metoda DR:

Contoh foto pelaksanaan DR dilapangan:

Gambar dibawah adalah contoh crane lengkap dengan pounder (beban).

Gambar dibawah adalah kondisi lapangan seelah dilaksanakan DC dan DR. Crater yang tercipta harus ditutup dengan urugan/backfill hingga ketinggian level yang disyaratkan dalam Plot Plan.

Contoh hasil tamping dan bentuk crater yang tercipta (cukup besar ukurannya sekitar 2 x 2 m):



Tanya Jawab :

Salam hangat pak
Mantap nich infonya. Cuman klo boleh saya tanya apakah dengan sistem seperti itu tidak mengakibatkan rusaknya partikel tanah akibat over beban diatasnya, atau biasa di sebut over konsolidasi kali CMIIW.
Mohon pencerahannya jika salah

Justru yang akan dicapai adalah merekomposisi partikel tanah. Ada keterangan dan illustrasi didalam artikel untuk menjelaskan rekomposisi partikel tanah asal dengan metoda DC dan DR ini. Tidak ada over konsolidasi yang terjadi dan metode ini efektif untuk meningkatkan nilai N-value SPT dan daya dukung tanah. Dengan meningkatnya daya dukung tanah, akan menghindarkan biaya tinggi akibat kemungkinan pemakaian tiang pancang/pile.

Sumber : http://civilandstructure.wordpress.com/2011/03/31/perbaikan-daya-dukung-tanah-dengan-metoda-dynamic-compaction-dynamic-replacement-bagian-1/



BAGIAN 2


Pada bagian 2 ini saya akan menuliskan tentang pengujian Metoda DC dan DR lengkap dengan asumsi perhitungan peningkatan daya dukung tanah (soil bearing capacity).
Sebelum beranjak lebih jauh kedalam pelaksanaan pekerjaan DC dan DR, ada tahapan yang sebaiknya dilakukan, yaitu Pilot Test (PT) atau istilah lainnya Pengujian Awal. PT ini dilakukan untuk mengesahkan perhitungan teoritikal daya dukung tanah, mendapatkan perilaku lapisan tanah serta panduan detail pelaksanaan. Detail yang dimaksud misalnya berat pounder/beban yang akan dipakai, tinggi jatuh, jenis crane, jarak antar crater, perhitungan energi benturan yang berkorelasi pada jumlah jatuhan pounder, penentuan berapa kali pelaksanaan pada lahan yang sama (number of series for execution), hingga penentuan durasi pelaksanaan.
1. PILOT TEST
a. Target yang ingin dicapai
PT dilakukan untuk memverifikasi syarat teknis pelaksanaan tamping (penjatuhan beban/pounder) metoda DC/DR langsung dilapangan sesuai kondisi asli tanah. Target yang ingin dicapai adalah optimalisasi energy jatuhan, efisiensi dan kepastian kondisi tanah baik sebelum dan sesudah pengujian.
Data kondisi tanah setelah diadakan DC/DR inilah yang menjadi tujuan utama. Data yang ingin didapatkan tersebut antara lain; target N-value (SPT), daya dukung tanah ijin (Q all), penurunan ijin/allowable settlement (S all) disamping data sekunder mencakup suara dan getaran yang ditimbulkan. Selain itu, hasil yang didapat bisa dipergunakan untuk memodifikasi lebih baik lagi rencana DC/DR yang sudah ada.
Adapun tujuan lainnya adalah untuk mendapatkan parameter-parameter seperti:
 Jumlah jatuhan (drop) untuk tiap spot pada setiap seri DC.
 Optimalisasi jarak antar DC (grid spacing).
 Optimalisasi jumlah seri pelaksanaan DC.
 Jeda waktu antara 2 seri DC dilokasi yang sama.
 Rerata penurunan permukaan tanah akibat DC.
 Dan lain sebagainya yang berkaitan dan disesuaikan dengan pelaksanaan pekerjaan DC/DR nantinya.
b. Pengujian Penetrasi dan Level Muka Tanah akibat Tamping
Tahapan ini bertujuan untuk:
 Penentuan frekwensi optimum tamping.
 Menentukan metoda tamping yang tepat.
 Mengetahui detail crater yang tercipta akibat tamping (diameter, kedalaman dan penetrasi pounder).
 Menganalisa hasil setelah uji ini dilakukan.
CATATAN:
Klik sketsa illustrasi atau foto-foto untuk memperjelas/memperbesar sehingga lebih mudah dibaca.
Contoh illustrasi pengujian penetrasi pounder (tamping) dan muka tanah akibat tamping tersebut:

c. Rencana pelaksanaan Pilot Test harus juga menentukan didaerah mana dan lokasi penempatan peralatan penguji (Pressure Meter Tester/PMT). Misalnya seperti contoh dibawah ini:
• Area PT untuk DC

• Area PT untuk DR

a) DR dangkal

b) DR dalam.
d. Contoh rencana aplikasi energy Tamping
■ Dynamic Compaction (W:Pounder weight, H:Drop height, N:No of tamping blows)

e. Contoh jumlah PT yang direncanakan

f. Contoh prosedur kerja pelaksanaan DC/DR (patokan area pengujiannya adalah illustrasi diatas).
Dynamic Compaction:
1. Melaksanakan pra PMT Test, cukup 1 lubang.
2. Pengujian 1 lobang penetrasi dan penancapan patok penguji level muka tanah seri 1 (pertama).
3. Lanjutan pengujian penetrasi seri 1 sebanyak 8 lobang.
4. Perataan lahan (pengurugan lubang)
5. Untuk seri 2, langkah 2-4 diulang kembali, hanya saja pengujian penetrasi cukup 3 lobang.
6. Melaksanakan 1 kali tamping diarea pengujian kemudian dilakukan perataan.
7. Melaksanakan test PMT akhir, cukup 1 lobang.

Dynamic Replacement:
1. Tahapan-tahapannya sama dengan DC (langkah 1 – 7) hanya saja untuk DR dalam/deep, berbeda dijumlah lobang pengujian penetrasi (11 lubang).
2. Namun meski secara garis besar sama, ada perbedaan pelaksanaan antara lain dilaksanakan terlebih dahulu penggalian awal (kedalaman sekitar 50 cm) kemudian dilakukan pengisian material kedalam crater yang terbentuk di spot hole.
3. Pengisian material pada tahap awal dilakukan hingga kedalaman 2 meter setelah tamping sebanyak 3-4 kali. Selanjutnya dilakukan tamping lagi diatas material tersebut. Demikian terus berulang sehingga kolom batu DR terbentuk.
4. Langkah terakhir adalah melakukan tamping penutupan 2 kali setelah pengurugan spot hole.

2. CONTOH PERHITUNGAN
Dibawah ini merupakan contoh perhitungan estimasi pencapaian daya dukung tanah dan settlement setelah dilakukan pekerjaan DC dan DR berdasarkan hasil dari PMT Test.
Sebelumnya kita harus menentukan target nilai PMT Test setelah dilaksanakan PT untuk DC/DR ini, misalnya;
DC area kita tentukan nilai Pl= 5 bar dan Ep= 60 bar. Sedangkan untuk DR area kita tentukan nilai Pl= 11 bar dan Ep= 100 bar serta untuk tanah disekitar area pelaksanaan yaitu Pl= 4 bar dan Ep= 60 bar.
a. Dynamic Compaction area:


b. Dynamic Replacement area:


c. Target nilai SPT (N-value) diharapkan berkisar pada angka N=17
3. PEMANTAUAN EFEK GETARAN DAN SUARA
Perlu disadari bahwa pekerjaan DC/DR ini juga menimbulkan efek samping yaitu suara dan getaran. Untuk itu perlu diadakan antisipasi sebaik mungkin untuk meminimalisasikan dampaknya. Terutama jika DC/DR dilaksanakan pada daerah dimana sudah terdapat suatu struktur yang sudah berdiri. Berdasarkan pengalaman lapangan/best practice dan teoritis, dampak samping yang ditimbulkan bisa diredam sekecil mungkin.
Dari data grafik gelombang Rayleigh berdasarkan perhitungan Menard (France 1960), dari energi benturan yang dihasilkan dapat dilihat kecepatan rambat permukaan terhadap jarak dari titik benturan. Besaran kecepatan permukaan inilah yang dapat mempengaruhi seberapa besar efek yang bakal diterima oleh suatu bangunan/struktur yang sudah berdiri. Menard adalah formulator/penemu metoda pengujian DC/DR dengan Pressure Meter Test (PMT).
Untuk PT yang dilakukan kita ambil contoh penggunaan energy tamping sebesar 300 t.m, menghasilkan kecepatan getar V= 10 mm/sec pada jarak 27 m dari titik tamping. Angka V= 10 mm/sec ini adalah angka aman untuk kriteria energi yang dipakai berbanding sifat tanah dan efisiensi pekerjaan nantinya.

Jika ternyata jarak aman 27 m belum terpenuhi dibeberapa titik tamping, maka pembuatan galian/trench disekeliling pekerjaan dapat secara signifikan mengurangi efek getaran dengan memutus kecepatan rambat permukaan. Sehingga jarak titik tamping terhadap struktur yang sudah ada dapat lebih dekat lagi. Dimensi galian, berdasarkan best practice untuk energi 300 t.m, tersebut adalah berkedalaman 1,5 – 2,5 m.
Disamping itu kita laksanakan pengujian suara (noise testing) sekaligus uji getaran. Contoh illustrasinya sebagai berikut:

Berikut adalah contoh alat pengujian dan tabel efek getaran dibeberapa negara serta tabel suara peralatan:


Untuk aplikasi PMT device, berikut contoh illustrasinya:



Semoga artikel ini membantu memberikan tambahan pengetahuan buat rekan-rekan semua. Silahkan menuliskan komentar, kritik membangun dan saran.

Tanya Jawab :

Saya ingin tanya apakah ada persyaratan untuk perhitungan panjang stone column?? misalnya untuk tanah clay panjang stone column mesti berapa m dan diameternya stone column harus berapa m? terimakasih

Perhitungan panjang stone column berdasarkan hasil uji pilot test (Pressure Meter Test dan SPT) dibarengi perhitungan teoritis yang dapat kita ambil dari formula BRANUS dan teori Boussineq.

Sumber : http://civilandstructure.wordpress.com/2011/04/01/perbaikan-daya-dukung-tanah-dengan-metoda-dynamic-compaction-dynamic-replacement-bagian-2-2/

Share