wpc: PERBAIKAN DAYA DUKUNG TANAH DENGAN METODA DYNAMIC COMPACTION & DYNAMIC REPLACEMENT (BAGIAN 1)

PERBAIKAN DAYA DUKUNG TANAH DENGAN METODA DYNAMIC COMPACTION & DYNAMIC REPLACEMENT (BAGIAN 1)

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.
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.