Pengertian Tanah Lunak, Klasifikasi dan Cara Memperbaikinya

Teknologi konstruksi bangunan akhir-akhir ini mengalami kemajuan yang sangat pesat.Hal ini dapat diihat dari besarnya pembangunan yang dilakukan baik di dalam maupun luar negeri. Dengan pesatnya perkembangan di dunia konstruksi, dibutuhkan pula teknologi yang sesuai dan memadai. Ada banyak inovasi dari pembangunan mulai dari teknologi beton dan baja untuk perkuatan struktur maupun dalam hal desain.Dalam suatu struktur bangunan,tanah merupakan suatu hal yang sangat penting mengingat semua bangunan tertumpu kepada tanah.Pada suatu tanah,tidak menutup kemungkinan bagi perencana ditemukan berbagai macam permasalahan dalam mendesain pondasi yang berhubungan langsung dengan daya dukung tanah. Dari permasalahan tersebut para engineer berusaha untuk mencari inovasi untuk mengatasi persoalan tersebut. Salah satu contohnya adalah penurunan yang terjadi akibat beban bangunan yang terlalu besar dan daya dukung tanah yang kurang baik. Penurunan yang terlalu besar dapat mengakibatkan kegagalan struktur bangunan (ex : Retaknya struktur gedung pada kolom, balok bangunan yang dapat membahayakan penghuni gedung,Kerusakan jalan akibat penurunan tanah yang besar). Bila tanah kohesif yang jenuh air menerima beban,maka akan terjadi penurunan. Proses penurunan sebenarnya sangat kompleks dan dapat disederhanakan menjadi tiga bagian yaitu;

• Penurunan seketika : Terjadi saat beban diberikan;pada saat ini beban pertama kali diterima oleh air pori sehingga timbul tegangan air pori. Pada tanah yang berpermeabilitas rendah untuk sementara tidak ada air pori yang terdisipasi dan tanah tersebut dalam keadaan undrained. Tanah akan berdeformasi tanpa mengalami perubahan volume sehingga terjadi tekanan lateral pada tanah.
• Penurunan konsolidasi (Konsolidasi primer) ; Terjadi bersama berlalunya waktu dibarengi dengan terdisipasinya tegangan air pori. Akibatnya penurunan yang terjadi disertai dengan perubahan volume. Tegangan air pori dipindahkan ke partikel tanah sehingga menjadi tegangan efektif tanah. Kecepatan konsolidasi bergantung kepada kecepatan keluarnya air pori yang merupakan fungsi dari permeabilitas tanah dan batas batas drainase
• Penurunan sekunder ; yaitu penurunan jangka panjang yang terjadi setelah seluruh tegangan air pori terdisipasi dan tegangan efektif tanah telah konstan. Deformasi ini terjadi akibat efek rangkak/drained creep 

Besar ketiga macam penurunan itu sangat bergantung pada tipe-tipe tanah, sifat kompresibilitas, riwayat tegangan, besar kecepatan pembebanan dan berkaitan juga dengan perbandingan luas pembebanan terhadap ketebalan tanah kompresif tersebut.

Tanah Lunak

Tanah lunak dalam konstruksi sering terjadi permasalahan. Hal ini disebabkan karena daya dukung tanah tersebut rendah. Daya dukung yang rendah dapat menimbulkan kerugian dari sisi biaya konstruksi yang semakin mahal hingga terancamnya keselamatan konstruksi dimana struktur tidak bisa menahan beban serta tidak dapat berdiri secara stabil dan kokoh sehingga berpotensi roboh. Tanah lunak secara umum mempunya sifat sifat sebagai berikut; 

1. Kuat geser rendah,Bila diukur secara kuantitatif memiliki nilai <40 kpa="" dengan="" cara="" vane="" shear="" test="" li="">
2. Secara visual dapat ditembus dengan ibu jari minimum sedalam 2,5 cm
3. Bila kadar air bertambah,kuat geser berkurang
4. Bila struktur tanah terganggu,kuat gesernya berkurang
5. Bila basah bersifat plastis dan mudah mampat
6. Kompresibilitas tinggi
7. Material kedap air (Permeabilitas rendah) 

Tanah lunak juga memiliki daya dukung yang lebih kecil dari 0,5 kg/cm². Nilai SPT juga lebih kecil dari pada 4 (Terzaghi,1967). Berdasarkan uji lapangan, tanah lunak secara fisik dapat diremas dengan mudah oleh jari-jari tangan. Menurut Toha(1989), sifat umum tanah lunak adalah memiliki kadar air 80-100%, batas cair 80-110%, batas plastis 30-45%, saat dites sieve analysis, maka butiran yang lolos oleh saringan no 200 akan lebih besar dari 90%. Tanah lempung lunak dapat dikategorikan ke dalam kelompok MH atau OH berdasarkan system klasifikasi unified soil classification system yang dikembangkan di Amerika Serikat oleh Casagrande (1948) terdapat pada Gambar 1. Klasifikasi didasarkan atas prosedur-prosedur di laboratorium dan di lapangan. Tanah yang menunjukkan karakteristik dari dua kelompok harus diberi klasifikasi pembatas yang ditandai simbol yang dipisahkan oleh tanda hubung.

Rolling (1996), Mengilustrasikan macam macam sifat teknis tanah lunak seperti yang ditunjukkan dalam tabel di bawah ini.

Perbaikan Tanah Lunak

Perbaikan tanah (Ground Improvement), adalah suatu cara untuk memperbaiki sifat sifat tanah seperti kuat geser, kekakuan, dan permeabilitas dari tanah lunak. Tujuan dilakukannya perbaikan adalah untuk ;

1. Menaikkan kapasitas dukung tanah.
2. Mereduksi penurunan bangunan.
3. Menghindari pondasi terlalu dalam
4. Menghindari penggantian tanah yang cukup besar
5. Menghemat biaya

Pertimbangan yang matang diperlukan untuk memutuskan tipe tipe perbaikan tanah yang cocok untuk suatu proyek tertentu. Evaluasi awal diperlukan termasuk karakteristik kondisi tanah dan kedalaman air tanah di tempat. Untuk proyek baru, diperlukan penyelidikan tanah untuk memperoleh informasi yang diperlukan guna memutuskan perlu tidaknya dilakukan perbaikan tanah. Kondisi tanah yang perlu dilakukan perbaikan adalah ;

1. Tanah-tanah sulit, seperti lempung lunak, ekspansif, tanah yang mudah runtuh, tanah yang mengandung bahan organik
2. Tanah yang berpotensi terjadi likuifaksi
3. Tanah yang berkapasitas dukung rendah atau kemudahan mampatnya tinggi

The American Society of Civil Engineers (ASCE) memiliki klasifikasi untuk perbaikan tanah lunak beserta macam tanah dan struktur yang diaplikasikan. Metode ini disajikan dalam tabel di bawah ini.

Tabel 2 Metode Perbaikan Untuk Tanah Fondasi Lunak (ASCE, 1978)

Metode yang dipilih untuk perbaikan lokasi pembangunan bergantung pada potensi lokasi pembangunan, tipe material geoteknik, lokasi, persyaratan penggunaan lokasi, pengalaman lokal, waktu dan biaya.

Drainase Vertikal Dengan Material Geosintetik

Prinsip perbaikan tanah dengan drainase vertikal adalah mengkonsolidasikan tanah dengan derajat tertentu secara cepat sampai terjadi penurunan sesuai dengan beban yang diberikan. Sistem drainase vertikal dapat diilustrasikan sebagai berikut:

Gambar di atas menjelaskan bahwa proses tanpa drainase vertical akan memberikan jarak pengaliran air yang panjang dan waktu yang lama pada proses keluarnya air. Dengan menggunakan drainase vertical menggunakan sintetik akan memperpendek jarak keluarnya air menuju saluran drainase (material geosintetik) sehingga proses konsolidasi lebih cepat.

Teori dan Perencanaan Prakompresi dengan Vertical Drain

Tujuan utama metode prakompresi, baik dengan atau tanpa vertical drain adalah mencapai derajat konsolidasi tertentu dalam batas waktu yang tersedia. Derajat konsolidasi rata-rata, U , diukur dengan membandingkan tegangan air pori yang terdisipasi terhadap tegangan pori awal. Waktu yang diperlukan untuk mencapai derajat konsolidasi rata-rata akibat aliran air pori dalam arah vertikal, Uv, dihitung menurut persamaan sebagai berikut :

(Terzaghi)

Untuk 0% < Uv < 53 % : Tv = 0,25 π (Uv/100)²                                      ...........(1)

Untuk 53 % < Uv < 100% : Tv = 1,781 – 0,933 (log(100-Uv))            .......... (2) 

Untuk jarak pemasangan, diameter daerah pengaruh vertical drain yang berbentuk silinder dapat dihitung sbb .

Untuk pemasangan bujur sangkar dengan jarak S

• Daerah yang tercakup dalam satu drain : A = S²
• Luas silinder ekivalen : Ae = ¼ π D²
• Dengan menyamakan A dengan Ae, didapat diameter ekivalen sebagai berikut

D = S (4/ π)^0,5                    ........ (3)

                Atau ,

                Untuk pola pemasangan segitiga dengan cara yang sama didapat :

                                                                                D = 1,05 S                            ......... (4)

Penggunaan waktu dan jarak vertical drain menggunakan rumus berikut :

t =   -  ln               .......... (5)

Dengan,

t = Desain wakttu penurunan konsolidasi

Ch = Koefisien konsolidasi arah horizontal

U   = Derajat konsolidasi yang diinginkan

D  =  Diameter daerah pengaruh PVD

Peningkatan Daya Dukung Tanah Akibat Prakompresi

Ketika tanah lunak terbebani, tegangan air pori tidak akan cepat terdisipasi karena tanah lempung memiliki permeabilitas yang rendah. Kuat geser yang termobilisasi adalah kuat geser undrained. Kuat geser undrained, Su, untuk tanah lempung yang terkonsolidasi normal berkaitan langsung dengan tegangan efektif tanah (Ladd,1977)

Su/σv = Konstanta                           ....... (6)

Konstanta tersebut bervariasi antara 0,2 hingga 0,25

Pada saat tegangan air pori berlebih timbul akibat prakompresi, u, terdisipasi,maka tegangan efektif akan meningkat.hal ini terlihat pada persamaan 7 di bawah ini,

- u                                    ....... (7)

adalah tegangan total vertikal tanah. Gambar 2 memberikan contoh peningkatan tegangan efektif akibat prakompresi. Dengan peningkatan kuat geser maka otomatis daya dukung meningkat.

Gambar 3. Peningkatan Tegangan Efektif Tanah Akibat Prakompresi