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