Foto: Metode Vacuum Consolidation Sebagai Alternatif Penanganan Tanah Lunak Untuk Konstruksi Jalan

Permasalahan utama pada pembangunan jalan di atas tanah lempung lunak (soft clay) adalah daya dukung tanah dasarnya yang relatif rendah dan pemampatan tanah dasarnya yang relatif besar serta berlangsung relatif lama. Apabila tanpa dilakukan perbaikan pada tanah dasarnya terlebih dahulu maka infrastruktur yang dibangun diatasnya akan berpotensi mengalami kerusakan sebelum mencapai umur yang direncanakan.

Metode Preloading konvensional atau yang biasa di sebut prabeban merupakan sebuah metode untuk memperbaiki masalah yang ditimbulkan tanah lempung lunak, namun pada proses pelaksanaanya metode ini sering mengalami permasalahan diantaranya adalah kelongsoroan tanah timbunan. Selain itu metode ini juga memerlukan biaya yang besar dikarenakan perpindahan tanah timbunan yang harus di lakukan.

Vacuum Consolidation merupakan salah satu alternatif untuk memperbaiki tanah lempung lunak jenuh air, pertama kali diperkenalkan oleh Kjellman pada tahun 1952 dimana pompa vakum akan menghisap air dan udara di dalam tanah yang sudah di beri lembaran kedap udara diatasnya, dengan begitu penurunan konsolidasi pada tanah akan terjadi dalam waktu yang lebih cepat dibanding metode terdahulunya (tanpa vakum).

Kondisi Saat Ini

Persebaran tanah lunak di Indonesia cukup merata, melihat luasnya daerah tanah lempung yang dimiliki hampir di setiap pulau. Tanah lunak sering kali menimbulkan permasalahan pada struktur diatasnya yang disebabkan oleh masalah daya dukung yang lemah dan masalah waktu konsolidasi yang lama. Oleh karena itu diperlukan adanya usaha perbaikan tanah untuk memperbaiki tanah lempung lunak ini.

Penanganan tanah lunak untuk konstruksi jalan perlu direncanakan dan dilakukan secara tepat agar tidak terjadi penurunan (settlement) pasca konstruksi melebihi yang dipersyaratkan, dan agar tidak terjadi kerusakan sebelum mencapai umur konstruksi yang direncanakan.

Pemilihan metode penanganan juga mempertimbangkan biaya dan waktu pada saat pelaksanaan konstruksi di lapangan. Umumnya digunakan konstruksi pile slab dan cakar ayam untuk pembangunan konstruksi jalan diatas tanah lunak, tetapi penggunaan struktur tersebut membutuhkan biaya yang besar. Untuk itu sangat dibutuhkan metode alternatif yang lebih efisien biaya dan waktu, serta minim resiko terhadap dampak lingkungan.

Kondisi yang Diharapkan

Dengan adanya metode Vacuum Preloading untuk penanganan tanah lunak diharapkan menjadi alternatif yang lebih efisien dibandingkankan metode Preloading konvensional, penggunaan struktur Pile Slab, cakar ayam dan lainnya. Pemilihan metode yang tepat akan menghindari dari kerusakan pasca konstruksi sehingga umur rencana jalan dapat tercapai.

Sistem Konsolidasi Vakum

Pelaksanaan pekerjaan sistem vakum dimulai dengan menghamparkan lapisan pasir yang berfungsi sebagai landasan kerja (platform) dan juga berfungsi sebagai lapisan drain (selimut pasir/sand blanket). Setelah itu, dipasang drainase vertikal (PVD) yang diikuti dengan pemasangan drainase horisontal (PHD) serta alat-alat pelengkap lainnya. PVD dapat dipasang dengan pola susunan segitiga sama sisi atau bujur sangkar.

Tekanan vakum yang diterapkan bisa sampai 90 kPa, walaupun dalam praktek tekanan vakum yang sering digunakan hanya sekitar 80 kPa (Chu et al., 2008). Setelah tekanan vakum bekerja sepenuhnya, di atas membran dihamparkan tanah urug, dengan sebelumnya diletakkan lapisan pasir halus lebih dulu guna melindungi membran dari tusukan-tusukan yang bisa membuat membran tersebut sobek atau berlubang. Setelah itu, urugan tanah untuk timbunan dihamparkan di atas lapisan pasir halus tersebut (Kelly dan Wong, 2009).

Mekanisme Vacuum Consolidation

Diagram diatas menunjukkan mekanisme selama proses konsolidasi vakum yang digambarkan oleh CUR (1996), menjelaskan kondisi sebelum konsolidasi vakum dan kondisi selama proses konsolidasi vakum. Ketika terjadi proses konsolidasi vakum, bekerja tekanan pori negatif yang diikuti oleh bertambahnya tegangan efektif, sedang tegangan total tetap konstan.

Dalam analisis geoteknik, tekanan atmosfer sering diabaikan atau dianggap nol dalam hitungan tegangannya. Namun dalam teori konsolidasi vakum, tekanan atmosfer perlu dipertimbangkan. Saat tekanan vakum diaplikasikan, tegangan vertikal tetap sama, akan tetapi tekanan pori berkurang. Besarnya kenaikan tegangan efektif sama dengan tekanan isapan dari pompa vakum dikalikan dengan nilai efisiensi. Umumnya, efisiensi pompa vakum berkisar antara 70 – 80% dari tekanan atmosfer (Chu el al, 2008).

Pada vacuum preloading dikombinasikan dengan beban timbunan di atasnya, tekanan air pori yang timbul adalah kelebihan tekanan air pori akibat beban timbunan ditambah tekanan air pori negatif akibat tekanan isap dari pompa vakum. Dengan demikian tekanan air pori yang timbul menjadi lebih kecil dibandingkan dengan tekanan air pori akibat beban timbunannya sendiri.

Perbandingan Metode Vakum Dengan Metode Preloading Konvensional

Perbandingan antara metode vakum yang dikombinasikan dengan timbunan dan PVD, dengan preloading konvensional (yaitu timbunan dengan PVD saja) adalah sebagai berikut (Indraratna et al, 2005) :

1. Tekanan efektif pada saat bekerjanya tekanan vakum bertambah secara isotropik yang diikuti dengan gerakan lateral ke dalam (ke arah timbunan). Pengaruh dari hal ini risiko terhadap kegagalan geser tanah dapat diminimumkan (bahkan pada timbunan yang tinggi). Gerakan ke dalam dari tanah di bawah timbunan ini harus dipantau guna menghindari timbulnya tegangan tarik yang berlebihan. Jadi, metode vacuum preloading ini juga mengurangi resiko kegagalan stabilitas lereng.

2. Tinggi energi vakum dapat menyebar sampai kedalaman tanah yang dalam melalui sistem PVD. Isapan vakum menyebar melebihi ujung drain dan batas dari zona PVD.

3. Volume timbunan dapat dikurangi untuk mencapai derajat konsolidasi yang sama. Jadi, bila dibandingkan dengan preloading konvensional, vacuum preloading mengurangi biaya angkutan tanah urug sampai ke lokasi timbunan.

4. Karena tinggi timbunan dapat dikurangi (sehingga tekanan ke tanah berkurang), maka kelebihan tekanan pori maksimum yang timbul akan lebih kecil dibandingkan dengan preloading konvensional.

5. Dengan tekanan vakum yang diterapkan, kondisi ketidakjenuhan tanah di daerah antarmuka (interface) antara tanah dan drain dapat dikompensasikan.

6. Dengan konsolidasi vakum, tekanan kekang yang bekerja pada elemen tanah menjadi terdiri dari 2 bagian, yaitu tekanan vakum dan tekanan tanah lateral.

Penggunaan Metode Vacuum Consolidation pada Konstruksi Jalan di Indonesia

Metode Vacuum Consolidation pada konstruksi jalan telah dilakukan pada proyek Pembangunan Tol Ruas Palembang – Simpang Indralaya. Mayoritas kondisi tanah di Provinsi Sumatera Selatan termasuk jenis tanah rawa. Berdasarkan hasil penyelidikan tanah yang dilakukan, didapatkan hasil bahwa kondisi tanah asli di lapangan didominasi tanah lunak, sehingga dibutuhkan penanganan khusus, cepat & efisien untuk memperbaiki stabilitas tanah di lokasi tersebut.

Kesimpulan

1. Proses Vacuum Consolidation lebih cepat dibandingkan metode preloading konvensional dan lebih kecil resiko pengaruh akibat tekanan tanah lateral, serta biaya yang lebih murah kerena tidak memerlukan urugan tanah yang tinggi untuk proses konsolidasi.

2. Efektifitas dari sistem vakum bergantung pada :

(a). Kesempurnaan penutupan permukaan dengan membran penutup,

(b). Kesempurnaan penutupan di bagian tepi dari membran dengan permukaan tanah,

(c). Kondisi tanah dan lokasi kedalaman muka air tanah.

Daftar Pustaka :

CUR, 1996. Building in Soft Soils, AA Balkema. Rotterdam, Brookfield.

Edwin, Hadrian dan Suhendra, Andryan, 2019. Analisis Metode Vacuum Preloading Untuk Mempercepat Konsolidasi Pada Tanah Lempung Lunak Jenuh Air. Jurnal Mitra Teknik Sipil Vol. 2 No.4 : hal. 87-94.

Hardiyatmo, Hary Christady, 2017. Metode Vacuum Preloading Sebagai Salah Satu Alternatif Solusi Pembangunan Timbunan di Atas Tanah Lunak. JTS Teknologi Sipil Vol 1 No 1.Hutama Karya,  2020. Vacuum Consolidation Method (VCM) Untuk Membangun Jalan Tol Palembang-Indralaya [Video Youtube], diakses melalui https://www.youtube.com/watch?v=KXuo1pGiuAg, 03 Juli 2020.

Kelly, R.B. and Wong, P.K., 2009. An Embankment Constructed Using Vacuum Consolidation, Australian Geomechanics.

Kuswanda, Wahyu P., 2016. Perbaikan Tanah lempung Lunak Metoda Preloading Pada Pembangunan Infrastruktur Transportasi di Pulau Kalimantan, Proceedings Seminar Nasional Geoteknik , Program S1 Teknik Sipil Unlam, Banjarmasin.

Penulis Artikel :

Aditya Christopher Tandirerung, Direktorat Jenderal Bina Marga.