Teknik Preloading dan Penggunaan Vertical Drains

Seiring dengan meningkatnya jumlah penduduk, urbanisasi, dan pembangunan, banyak kegiatan konstruksi yang semakin fokus terhadap perilaku tanah. Apalagi dengan kondisi tanah yang beragam dan tidak selalu sama pada masing-masing areal konstruksi sehingga mengharuskan ketelitian dalam perencanaan dan pelaksanaan konstruksi itu sendiri. Untuk mengatasi kondisi tanah yang tidak sesuai dengan yang diharapkan, maka ada beberapa teknik yang digunakan dalam rangka meningkatkan mutu tanah tertentu, diantaranya yaitu teknik preloading dan vertical drain. 

Preloading dan vertical drain pada dasarnya bertujuan untuk  meningkatkan kekuatan geser pada tanah, mengurangi kompresibilitas/kemampumampatan tanah, dan mencegah penurunan (settlement) yang besar serta kemungkinan kerusakan pada struktur bangunan. Preloading dan vertical drain umumnya digunakan pada tanah dengan daya dukung yang rendah seperti pada tanah lempung lembek dan tanah organik. Jenis tanah tersebut biasanya memiliki ciri seperti berikut : kadar air yang ekstrim, kompresibilitas yang besar, dan koefisien permeabilitas yang kecil. Pada prinsipnya teknik preloading menggunakan vertical drains merupakan metode perkuatan tanah dengan cara mengurangi kadar air dalam tanah (dewatering). Biasanya waktu konsolidasi yang dibutuhkan untuk jenis tanah seperti ini memakan waktu yang lama meski dengan menggunakan beban tambahan yang besar, sehingga teknik preloading mungkin kurang cocok untuk jadwal kontruksi yang mepet. Ilustrasinya dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

 (preloading of subsoil)

Jika beban sementara melebihi beban akhir konstruksi maka kelebihan beban tersebut mengacu kepada beban tambahan (surcharge), dimana dengan menggunakan beban tambahan sementara (surcharge) yang melebihi beban kerja, tanah akan berada pada kondisi overconsolidated dan secondary compression untuk tanah overconsolidated  akan jauh lebih kecil daripada tanah dengan normally consolidated. Hal ini akan menguntungkan perencanaan tanah selanjutnya (Chu et all., 2004).

Dari grafik di atas, dapat dilihat settlement yang terjadi akibat adanya beban tambahan (surcharge) lebih besar daripada beban rencana (design load) pada selang waktu yang sama. Selain dengan menggunakan teknik preloading dan menggunakan beban tambahan sementara (surcharge), peningkatan mutu tanah dapat juga dilakukan dengan menggunakan vertical drains, selain itu waktu konsolidasi pun juga semakin singkat sebab aliran drainase yang terjadi bukan hanya ke arah vertikal tapi juga ke arah horizontal. Drain-drain vertikal tersebut dapat diisi dengan dengan pasir atau bahan lain yang memiliki permeabilitas besar. Untuk saat ini pengembangannya pun sudah beragam, ada juga yang menggunakan prefabricated vertical drain, berupa bahan geotekstil atau bahan sintetis sejenisnya.

Perkembangan vertical drains sendiri sudah dimulai sejak tahun 1925, dimana D.J.Moran seorang insinyur berkebangsaan Amerika memperkenalkan pemakaian drainase dari kolom-kolom pasir untuk stabilitas tanah pada kedalaman yang besar. Kemudian untuk pertama kalinya instalasi drainase ini digunakan di California dan seiring dengan berjalannya waktu, tipe drainase ini dikenal dengan istilah drainase vertikal (vertical drain). Pada tahun 1936, diperkenalkan sistem drainase menggunakan bahan sintetis oleh Kjellman di Swedia. Setelah di tes di beberapa tempat pada tahun 1937 dengan bahan cardboard, lantas mendapat sambutan yang hangat oleh para ilmuwan. Sejak saat itu, pengembangan vertical drain dilanjutkan dengan berbagai macam bahan.

Dengan digunakannya prefabricated vertical drains, waktu yang dibutuhkan untuk konsolidasi melalui teknik preloading pun menjadi semakin singkat dan penurunan/settlement yang terjadi juga dapat direduksi. Bahkan proses installasi nya pun saat ini sudah semakin berkembang dimana prefabricated vertical drain dapat mencapai kedalaman 60 m dengan laju 1 m/dt.

Prinsip Vertical Drains
Seperti yang telah disebutkan sebelumnya bahwa tanah lempung lunak memiliki permeabilitas yang rendah, sehingga membutuhkan waktu yang lama untuk menyelesaikan konsolidasi. Untuk mempersingkat waktu konsolidasi tersebut, drainase vertikal (vertical drains) dikombinasikan dengan teknik preloading. Vertical drain tersebut sebenarnya merupakan jalur drainase buatan yang dimasukkan kedalam lapisan lempung. Dengan kombinasi preloading, air pori diperas keluar selama konsolidasi dan mengalir lebih cepat pada arah horizontal daripada arah vertikal. Selanjutnya, air pori tersebut mengalir sepanjang jalur drainase vertikal yang telah diinstalasi. Oleh karena itu, vertical drain berfungsi untuk memperpendek jalur drainase dan sekaligus mempercepat proses konsolidasi.

 (preloading dengan vertical drains)

Metode tradisional yang digunakan dalam pemasangan vertical drains ini yaitu dengan membut lobang bor pada lapisan lempung dan mengisi kembali dengan pasir yang bergradasi sesuai titik. Ukuran diameternya sekitar 200 - 600 mm dengan panjang saluran sedalam lebih dari 5 meter. Karena tujuannya untuk memperpendek panjang lintasan pengaliran, maka jarak antar drainase merupakan hal yang terpenting. 

Berikut adalah berbagai tipe vertical drains dengan masing-masing metode instalasinya :

1. Sand drain, metode penginstalan dengan cara penumbukan (driven or vibratory displacement type)
Pembuatan drainase pasir dengan metode ini digunakan secara luas karena biayanya relatif murah, hanya saja metode seperti ini dapat merusak struktur tanah atau bahkan mengurangi kuat geser tanah.

2. Sand drain, metode penginstalan dengan cara hollow stem continious-flight auger (low displacement)
Pembuatan drainase pasir dengan metode ini memakai auger melayang menerus dengan diameter 30 - 50 cm berjarak 2-5 m. Gangguan yang dihadapi biasanya lebih ke arah rancangan drainase itu sendiri, bagaimana caranya agar drainase yang dibuat memiliki kapasitas penyaluran air yang baik. Untuk itu, gradasi pasir harus sesuai dengan keperluan.

3. Sand drain, metode penginstalan dengan cara jetted (non-displacement)
Metode dengan semprotan air (jetted) akan memakan waktu yang cukup lama khususnya untuk menembus lapisan berbutir kasar. Kedalam untuk drainase tipe ini umumnya kecil dari 30 m.

4. Prefabricated sand drain, metode penginstalan dengan cara tumbukan, getaran, auger melayang, pengeboran
Yang membedakan penggunaan drainase pasir prefabricated yaitu penggunaan bahan kain berisi material filter, lalu dimasukkan kedalam lubang drainase yang dibuat sebelumnya apakah itu dengan pengeboran atau cara lainnya.

5. Prefabricated band shaped drains, metode penginstalan dengan driven atau vibratory closed-end mandrel
Istilah lain yang biasanya digunakan untuk tipe ini yaitu prefabricated vertical drain (PVD), umumnya berbentuk pita (band-shaped) dengan sebuah inti plastik beralur yang dibungkus dengan selubung filterterbuat dari kertas atau atau susunan platik tak beranyam (non woven plastic fabric). Ukuran yang biasa digunakan yaitu lebar 10 cm dan tebal 0.4 cm. Biasanya gangguan yang disebabkan oleh penggunaan sistem drainase dengan PVD ini lebih kecil dibanding dengan sistem drainase pasir konvensional.
Alat yang biasanya digunakan untuk membuat lubang drainase dengan PVD ini bernama 'stitcher', seperti yang dapat dilihat dibawah ini.

Adapun beberapa langkah pengerjaan yang dilakukan untuk perbaikan tanah menggunakan vertical drains, sebagai berikut:
- Uji laboratorium terhadap sampel tanah yang diambil dari titik pengamatan di lapangan menggunakan alat sondir
-  Perencanaan vertical drains dengan menggunakan data yang diperoleh dari uji laboratorium, seperti Indeks pemampatan (Cc) dan Koefisien konsolidasi (Ch). Lalu ditentukan diameter drainase, jarak, dan kedalamannya.
- Analisa stabilitas tanah dan settlement/penurunan

Saat ini penggunaan vertical drain juga masih terus dalam pengembangan dan pemahaman secara lebih dalam lagi. Masukan dan saran juga tidak tertutup, keep posting ! :)


sumber :
http://www.menard-web.com/InternetMenard.nsf/0/5983320401B0616BC125718F004DED44/$FILE/VDFICHEEN.PDF
http://civil.aalto.fi/en/research/soil/theses/preloading_and_vertical_drains.pdf
http://www.menardusa.com/Geo-Strata%200308%20Taube.pdf
http://www.civilengineeringterms.com/soil-mechanics-2/pre-loading-technique-of-ground-improvement/