REKAYASA PERBAIKAN TANAH

I. Tanah dan Permasalahannya

EGA JULIA FAJARSARI, ST., MT.

PENGENALAN TANAH

Tanah adalah bagian kulit bumi yang terdiri dari mineral

dan bahan organik. Tanah sangat penting peranannya

bagi semua kehidupan di bumi, karena tanah mampu

mendukung kehidupan tumbuhan di mana tumbuhan

menyediakan makanan dan oksigen kemudian menyerap

karbon dioksida dan nitrogen. Komposisi tanah berbeda-

beda pada satu lokasi dengan lokasi yang lain.

Material yang terdiri dari butiran mineral-mineral padat

(agregat) yang tidak tersementasi satu sama lain, dan

atau dari bahan organik yang melapuk, dimana diantara

butiran terdapat ruang-ruang kosong yang terisi oleh zat

cair dan udara.

PROFIL TANAH

1. Horizon O : Merupakan lapisan permukaan, terdapat banyak akar tanaman, jasad renik dankaya akan humus.

2. Horizon A : Merupakan zona eluviasi yang mempunyai banyak humus.

3. Horizon B : Merupakan zona akumulasi yang sedikit sekali lapisan humusnya.

4. Horizon C : Merupakan zona terjadinya

pelapukan bahan induk tanah.

PETA TANAH SECARA GLOBAL

PROSES TERJADINYA TANAH

Tanah Terjadi sebagai produk pecahan dari batuanyang mengalami pelapukan kimiawi dan mekanis(kecuali tanah organik: gambut)

Sifat yang dimiliki tanah bergantung pada batuaninduknya, dan faktor-faktor seperti iklim, tofografi,organisme, dan waktu.

Tanah telah lapuk mengalami perpindahan daribatuan induknya. Perpindahan ini dapat diakibatkanoleh gaya berat (proses kemiringan) atau oleh mediatransportasi, seperti air, angin dan es.

PROSES TERJADINYA TANAH

Batuan induk, proses pelapukan, dan media transportasi

mempunyai pengaruh terhadap sifat material yang pada akhirnya

di endapkan disuatu tempat. Setelah mengendap, pada material

tanah tersebut masih berlangsung berbagai perubahan. Oleh

karena itu terbentuklah berbagai jenis tanah, dengan distribusi

besar butiran, tahapan penyatuan, bentuk butiran, dan lain

sebagainya.

ASAL USUL TANAH

Siklus batuan danproses terjadinya tanah

TANAH

Batuan beku

(Igneous rocks)

Peristiwa vulkanik (gunung berapi)

Magma (panas, pijar)

Batuan yang cair,biasanya bergerak keatas (sebagai lava)

membeku

Sediments

Sedimentary

rocks

Metamorphic

rocks

Penimbunan terus menerus dan pengerasan

Pelapukan dan erosi

menumpuk

JENIS-JENIS TANAH

A. TANAH RESIDU (RESIDUAL SOIL):

Tanah yang terbentuk oleh penumpukan produk

pelapukan batuan ditempat asalnya.

JENIS-JENIS TANAH

B. TANAH SEDIMEN/TRANSPORTED SOIL

a. Tanah glacial

Terbentuk karena produk pelapukanterangkut dan terdeposisi oleh es atau olehgletser (sungai es).

JENIS-JENIS TANAH

b. Tanah aeolian

Terbentuk karena produk pelapukan terangkutdan terdeposisi oleh angin

JENIS-JENIS TANAH

c. Tanah alluvial

Terbentuk karena produk pelapukanterangkut oleh air dan terdeposisisepanjang sungai

JENIS-JENIS TANAH

d. Tanah Colluvial

Terbentuk karena produk yangberpindah tempat akibat garagrafitasi (kemeringinan slope) –biasanya bercampur dengan batuan.

KLASIFIKASI TANAH

Menurut Hardjowigeno (1992)

terdapat 10 ordo tanah dalam

sistem Taksonomi Tanah USDA

(United Stated Department of

Agriculture = Departmen Pertanian

Amerika Serikat) 1975, yaitu: 1. Alfisol

2. Aridisol

3. Entisol

4. Histosol

5. Inceptisol

6. Mollisol

7. Oxisol

8. Spodosol

9. Ultisol

10. Vertisol

KLASIFIKASI TANAH

Menurut Dudal, R., and M. Soepraptohardjo,

tanah di Indonesia dapat dikelompokkan:

* Tanah Aluvial* Andosol* Grumusol* Latosol* Litosol

* Tanah Mediteran

* Organosol

* Podsol

* Podsolik

* Regosol

TANAH ALUVIAL

Jenis tanah ini masih muda, belummengalami perkembangan,berasal dari endapan tanahaluvium yang dibawa oleh air dandiendapkan di daerah lain.

Penyebarannya di Sumaterabagian timur, Jawa bagian utara,Kalimantan bagian selatan.

TANAH ANDOSOL

Tanah ini berasal dari batuan induk abu

atau tuf vulkanik, serta berwarna hitam

kelam, dan mengandung bahan organik

tinggi.

Tanah ini tersebar di daerah vulkanik.

TANAH GRUMUSOL

Tanah mineral ini berasal dari batuan

kapur profil, agak tebal, tekstur lempung

berat sehingga kedap air, struktur kersai

(granular) di lapisan atas, sedangkan di

lapisan bawah seperti bunga kubis.

TANAH LATOSOL

• Jenis tanah ini telah berasal dari

batuan induk tuf, material vulkanik,

breksi batuan beku intrusi.

• Penyebarannya di daerah beriklim

basah, curah hujan lebih dari 300 –

1000 m

TANAH LITOSOL

• Tanah mineral ini batuan induknya batuanbeku atau batuan sedimen keras,kedalaman tanah dangkal (< 30 cm)

• Tekstur tanah beranekaragam, umumnyaberpasir, tidak berstruktur, terdapatkandungan batu, kerikil dan kesuburannyabervariasi.

• Tanah litosol dapat dijumpai pada segalaiklim, umumnya di topografi berbukit,pegunungan, lereng miring sampai curam.

TANAH MEDITERAN

Tanah ini berasal dari batuan kapur keras

(limestone) dan tuf vulkanis bersifat basa,

berwarna coklat hingga merah, tekstur geluh

hingga lempung, struktur gumpal bersudut, daya

absorpsi sedang, permeabilitas sedang dan peka

erosi,

Penyebarannya di daerah bercurah hujan kurang

dari 2500 mm/tahun

TANAH ORGANOSOL

• Jenis tanah ini berasal dari bahan indukorganik seperti dari hutan rawa atau rumputrawa, mengandung banyak bahan organik,berwarna coklat hingga kehitaman, teksturdebu lempung, tidak berstruktur, berkadarair tinggi, umumnya bersifat sangat asam(pH 4.0), kandungan unsur hara rendah

TANAH PODSOL

• Jenis tanah ini bertekstur lempung hingga pasir,struktur gumpal, konsistensi lekat, kandunganpasir kuarsanya tinggi, sangat masam, kesuburanrendah, kapasitas pertukaran kation sangatrendah, peka terhadap erosi, batuan induk batuanpasir dengan kandungan kuarsanya tinggi danbatuan lempung.

• Penyebaran di daerah beriklim basah, curah hujanlebih dari 2000 mm/tahun. Daerahnya KalimantanTengah, Sumatra Utara dan Irian Jaya (Papua).

TANAH PODSOLIK

• Tanah mineral ini bertekstur lempung hingga

berpasir, struktur gumpal, konsistensi lekat,

bersifat agak asam (pH kurang dari 5.5),

kesuburan rendah hingga sedang, warna merah

hingga kuning, peka erosi. Tanah ini berasal dari

batuan pasir kuarsa, tuf vulkanik, bersifat asam.

• Tersebar di daerah beriklim basah tanpa bulan

kering,curah hujan lebih dari 2500 mm/tahun.

TANAH REGOSOL

Jenis tanah ini masih muda, teksturpasir,struktur berbukit tunggal, pH umumnyanetral, kesuburan sedang, berasal dari bahaninduk material vulkanik piroklastis atau pasirpantai.

Penyebarannya di daerah lereng vulkanik mudadan di daerah beting pantai dan gumuk-gumukpasir pantai.

SUSUNAN UTAMA TANAH

Tanah terdiri dari empat

komponen utama yaitu bahan

mineral, bahan organik, udara

dan air tanah. Pada gambar

dibawah diperlihatkan susunan

utama tanah berdasarkan volume

dari suatu jenis tanah dengan

tekstur lempung berdebu dengan

perbandingan bahan padat dan

ruang udara tanah yang

seimbang.

BAHAN MINERAL

Bahan mineral dalam tanah berasal dari pelapukan batuan.

Karena itu susunan mineral di dalam tanah berbeda-beda sesuai

dengan susunan mineral batu-batuan yang dilapuknya. Batuan

dapat dibedakan menjadi batuan beku (batuan vulkanik), bantuan

endapan (batuan sedimen) dan batuan metamorfosa. Bahan

mineral yang ada dalam tanah dikategorikan berdasarkan ukuran

fraksi/pecahannya, yaitu :

Ukuran Fraksi 2 mm – 50 µ : pasir

Ukuran Fraksi 50 µ – 2 µ : debu

Ukuran Fraksi kurang dari 2µ : liat

BAHAN ORGANIK

Bahan Organik umumnya ditemukan di permukaan tanah, dengan jumlah yang tidak besar (sekitar 3 – 5

%), namun pengaruhnya terhadap sifat-sifat tanah sangat besar. Adapun pengaruhnya terhadap sifat-sifat

tanah dan akibat terhadap pertumbuhan tanaman adalah :

Sebagai granulator (memperbaiki struktur tanah)

Sumber unsur hara N, P, S, unsur mikro dan lainnya

Menambah kemampuan tanah untuk menahan air

Menambah kemampuan tanah untuk menahan unsur hara (kapasitas tukar kation tanah menjadi tinggi)

Sumber energi bagi mikroorganisme.

Bahan organik dalam tanah terdiri dari bahan organik kasar dan bahan organik halus atau humus. Tanah

yang banyak mengandung humus atau bahan organik adalah tanah-tanah lapisan atas atau top soil.

AIR

Persediaan air dalam tanah tergantung dari beberapa hal, yaitu :

Banyaknya curah hujan atau air irigasi

Kemampuan tanah menahan air

Besarnya evapotranspirasi (penguapan langsung melalui tanahdan melalui vegetasi)

Tingginya muka air tanah.

Kemampuan tanah untuk menahan air dipengaruhi antara lainoleh tekstur tanah. Tanah bertekstur kasar mempunyaikemampuan menahan air lebih kecil daripada tanah berteksturhalus.

UDARA

Udara dan air mengisi pori-pori tanah. Banyaknya pori-pori di dalam tanahkurang lebih 50 % dari volume tanah, sedangkan jumlah air dan udara di dalamtanah berubah-ubah. Susunan udara di dalam tanah berbeda jika dibandingkandengan susunan udara di atmosfir, dengan perbedaan sebagai berikut :

Kandungan uap air lebih tinggi; tanah-tanah yang lembab mempunyai udaradengan kelembaban nisbi (relative humidity = RH) mendekati 100 %.

Kandungan CO2 lebih besar daripada atmosfir ( 0,03 %)

Kandungan O2 lebih kecil daripada di atmosfir (udara tanah terdiri dari 10 – 12% O2, sedangkan atmosfir terdiri dari 20 % O2). Hal ini mungkin disebabkankarena kegiatan dekomposisi bahan organik atau pernafasan organismehidup dalam tanah dan akar-akar tanaman yang mengambil O2 danmelepaskan CO2.

PENGELOMPOKAN TANAH

1. Tanah berbutir kasar (pasir, kerikil)

2. Tanah berbutir halus (lanau, lempung)

3. Tanah campuran

KERIKIL DAN PASIR

LANAU DAN LEMPUNG

Partikel utama pembentuk tanah adalah pasir, lanau (debu), dan

lempung (tanah liat). Berasarkan ukuran partikel batuan, perhatikan tabel

berikut :

NO NAMA BUTIRAN BATUN DIAMETER (DALAM MM)

1 Kerikil Antara 2-4 mm

2 Pasir Antara 0.053-2 mm

3 Lanau Antara 0.002-0.053 mm

4 Lempung Kurang dari 0.002 mm

Lempung : Berbuitran halus, Berkohesi, Masif liat, Tidak kasat mata

Lanau : Berbutir sedang, Tidak berkohesi, Dapat lepas-lepas, Agak kasat mata

Pasir : Berbutir kasar, Tidak berkohesi, Dapat lepas-lepas, Kasat mata

Tanah juga dapat dibagi berdasarkan sifat fisiknya yaitu:

Tekstur tanah berpengaruh terhadap daya serap dan daya tampung air.

Tanah lempung teksturnya sangat halus, mudah menampung air tetapi

daya serapnya kecil.

Sebaliknya tanah pasir mudah menyerap air, tetapi sukar

menampungnya.

36

TANAH BERMASALAH (DIFFICULT SOIL)

Tanah Lempung Lunak (Soft Soil)

Tanah Gambut (Peat Soil)

Tanah Ekspansif (Swelling Soil)

Tanah Runtuh (Collapsible soil)

Tanah Rentan Likuifaksi

37

PROBLEM TANAH LEMPUNG LUNAK

Definisi:

Tanah lempung lunak (soft clay) didefinisikan sebagai tanah

lempung yang memiliki

kuat geser undrained, Cu < 0.25 kg/cm2 , atau

perkiraan nilai SPT, N < 5 blows/ft, atau

nilai perlawanan konus qc < 15 kg/cm2

38PERMASALAHAN GEOTEKNIK DAN

PENANGANAN

PERMASALAHAN

Muka air banjir relatif tinggi

Daya dukung sangat rendah

Kompresibilitas tinggi

Konsolidasi terjadi dalam waktu lama

TEKNIK PERBAIKAN TANAH

Prakonsolidasi

Penggunaan Vertical drain (Sand drain atau PVD)

Geosintetis

Pondasi tiang

39

PROBLEM TANAH GAMBUT

Definisi:

• Tanah gambut (peat soil) merupakan tanah yang mengandung bahan

organik dalam jumlah yang desar sehingga mempengaruhi sifat rekayasa

tanah tersebut. Dengan demikian sistem klasifikasi tanah berbeda

dengan tanah lempung.

40

PERMASALAHAN GEOTEKNIK

Muka air tanah tinggi

Daya dukung sangat rendah

Kompresibilitas tinggi

Konsolidasi sekunder berlangsung sangat lama

Proses dekomposisis berlangsung lama

Kestabilan dalam arah lateral

Overall sliding

41

LANGKAH PENANGANAN MASALAH

LANGKAH PENANGANAN

Tentukan jenis tanah berdasarkan serat

Tentukan metode prediksi pemampatan di lapangan

Tentukan metode stabilisasi

METODE STABILISASI

Penggunaan Material ringan

Timbunan dengan perkuatan geotekstil

Preloading

Preloading + geotekstil

Sand drain (Bukan PVD)

Pemasangan cerucuk, dolken, minipile

42Hal yang perlu dihindari berkaitan dengan

stabilisasi tanah gambut

Hindari metode stabilisasi secara kimiawi (kapur, semen, dll)

Gambut tidak mengandung “water insoluble gel” dari Ca CO3

yang berfungsi mengikat partikel

Bahan organik masih mengalami proses dekomposisi

Stabilisasi hanya dipermukaan tidak feasible untuk tanah gambut

Hindari penggunaan PVD untuk vertical drain karena pemampatan

konsolidasi terjadi dalam waktu yang singkat dan organik content dapat

memblok aliran

Hati-hati dengan pemakaian beton sebagai pondasi karena sifat gambut

yang korosif

43

PROBLEM TANAH EKSPANSIF

Definisi:

Tanah ekspansif adalah tanah yang memiliki sifat kembang susut yang

besar dan perilakunya sangat dipengaruhi oleh air

44

PERMASALAHAN GEOTEKNIK DAN PENANGANAN

PERMASALAHAN

Retak pada lantai dan dinding basement bangunan

Retak memanjang pada perkerasan jalan

Stabilitas dalam arah lateral

Kembang susut terjadi terus menerus

TEKNIK PERBAIKAN TANAH

Penggantian tanah atau rigid pavement untuk jalan

Lantai bangunan dipisahkan dari tanah pondasi (plat wafel)

Hindarkan pengaruh air

Pondasi tiang

Stabilisasi Kimia (kapur, semen, fly ash, ASP, dll)

45

PROBLEM TANAH RENTAN LIKUIFAKSI

• Likuifaksi adalah peristiwa dimana tanah jenuh air berubah perilakunya

menjadi seperti benda cair (liquify) akibat beban dinamis (biasnya akibat

gempa) sehingga menimbulkan bahaya yang cukup besar terhadap

konstruksi diatasnya

• Potensi likuifaksi dari suatu lapisan tanah dapat ditentukan dari kombinasi sifat-

sifat tanah, faktor lingkungan dan karakteristik gempa.

POTENSI LIKUIFAKSI

Bedasarkan sifat-sifat tanah: Modulus geser (G), damping (redaman, J),

porositas (n), karakteristik butiran, dan kepadatan relatif (Dr).

Faktor Lingkungan: Riwayat pembentukan tanah, riwayat geologis, koef

tekanan tanah lateral (Ko), confining stress (so)

Karakteristik gempa: Intensitas getaran, lama getaran, besar dan arah

getaran

47

PERBAIKAN TANAH RENTAN LIQUIFAKSI

Meningkatan kerapatan (densifikasi)

Perbaikan dengan cara kimiawi (Solidifikasi)

Menurunkan derajat kejenuhan dengan dewatering

Dissipasi tekanan air pori dengan drainase

Kontrol deformasi (memasang dinding diafragma)

Memperkuat pondasi

Penggunaan flexible joint dalam struktur untuk mengurangibahaya likuifaksi

Penggunaan geogrid untuk memperkuat pondasi

Penggunaan sheet-pile untuk embankment (timbunan)

48

PROBLEM TANAH COLLAPSIBLE

• Tanah collapsible adalah jenis tanah yang akan mengembang pada saat

ditambahkan air, namun apabila kadar air meningkat melebihi kondisi optimum

sehingga kejenuhan melebihi 100%, tanah akan runtuh akibat hancurnya ikatan antar

butiran tanah (tanah berperilaku seperti lumpur). Umumnya terjadi pada tanah yang

mempunyai kohesi rendah seperti: Silt, tanah tak jenuh, tanah loess, tanah timbunan

yang dipadatkan pada kondisi dry of optimum

49IDENTIFIKASI TANAH COLLAPSIBLE

• Specific gravity antara 2,6 – 2,8

• Sebagian besar partikel lolos saringan no 200

• Kerapatan kering di lapangan antara 1 – 1,65 t/m3

• Kerapatan kering pada kondisi optimum 1,55 – 1,75 t/m3

• Batas Atterberg LL 25 – 55%; PL 15 – 30%

• Kadar air optimum 12 – 20%

• Angka pori 0,67 – 1,50

50

PERMASALAHAN GEOTEKNIK DAN PENANGANAN

PERMASALAHAN

Penurunan yang besar (excessive settlement)

Penurunan yang berbeda (differentian settlement)

Penurunan terjadi secara tiba-tiba

LANGKAH PENANGANAN

Pengamatan yang teliti pada kondisi tanah

Memampatkan atau menjenuhkan tanah sebelum kegiatan konstruksi

Hindarkan pengaruh air

Pondasi tiang

Stabilisasi Kimia (kapur, semen, fly ash, ASP, dll)