Manusia menghabiskan sebagian besar kehidupannya di atas tanah. Lewat interaksi antarmanusia, kita membangun peradaban di atas tanah. Peradaban selama ribuan tahun telah menghasilkan karya-karya besar, salah satu hasil peradaban yang mudah dilihat adalah bangunan. Tempat manusia modern menghabiskan sebagian besar waktu dan aktivitasnya.
Sebagai mahasiswa yang menggeluti ilmu tentang bangunan, sudah layak dan sepantasnya kita mempelajari tentang tanah. Sedikit mengingat tentang definisi tanah, dalam buku Mekanika Tanah 1 (2002), karya Hary Christady, tanah adalah himpunan mineral, bahan organik, dan endapan-endapan yang relatif lepas (loose), yang terletak di atas batuan dasar (bedrock).
Oleh karena sebagian besar bangunan didirikan di atas tanah, daya dukung tanah terhadap kelangsungan bangunan pada masa layannya menjadi sangat penting. Daya dukung tanah adalah kemampuan tanah untuk menahan tekanan atau beban bangunan pada tanah dengan aman tanpa menimbulkan keruntuhan geser dan penurunan berlebihan (Najoan, 2002).
Karena berbagai keterbatasan, kita seringkali tidak bisa memilih lokasi yang memiliki daya dukung tanah yang baik. Tidak jarang, lokasi rencana bangunan memiliki karakteristik tanah yang kurang baik. Padahal, tanah harus mampu mendukung beban bangunan yang didirikan di atasnya.
Di lokasi bangunan rencana, tidak boleh terjadi keruntuhan baik akibat ketidakmampuan gaya geser tanah maupun akibat penurunan yang terjadi pada pembebanan konstruksi bangunan tersebut (Tjahyati, 1992). Faktor daya dukung tanah menjadi sangat krusial dalam menentukan aspek struktural, desain, metode, hingga biaya pembangunan.
Kalau daya dukung tanah kurang baik, lalu bagaimana?
Di dalam dunia teknik sipil, karakteristik suatu tanah bisa diketahui lewat penyelidikan tanah. Penyelidikan tanah bisa dilakukan secara langsung ataupun melalui serangkaian uji di laboratorium. Apabila suatu tanah memiliki indeks properti yang kurang baik, tanah tersebut perlu dilakukan suatu perbaikan.
Secara sederhana, perbaikan tanah atau soil improvement merupakan suatu metode untuk memperbaiki karakteristik tertentu dari tanah yang dibutuhkan dalam pekerjaan konstruksi. Perbaikan tanah dimaksudkan supaya tanah memiliki kemampuan dan kinerja sesuai dengan syarat teknis yang dibutuhkan. (Darwis, 2017).
Dandung Sri Harninto selaku Direktur Utama PT Geoforce Indonesia memberikan keterangannya kepada Clapeyron Media berkaitan dengan aplikasi Prefabricated Vertical Drain (PVD) dalam perbaikan tanah. Menurutnya, salah satu jenis tanah di Indonesia yang memiliki indeks properti yang kurang baik adalah tanah lempung atau tanah berbutir halus.
Kelemahan pertama dari tanah jenis ini adalah kompresibilitasnya yang besar. Tanah akan menjadi pampat ketika diberikan suatu beban. Selain itu, kekurangan lain dari tanah jenis ini adalah permeabilitasnya yang rendah. Permeabilitas merupakan kemampuan massa tanah dalam mengalirkan air. Hal tersebut cukup berbeda dengan tanah pasir yang tidak mudah pampat dan memiliki permeabilitas yang tinggi. Oleh karena itu, permasalahan tanah jenis ini ada pada durasi konsolidasi.
Konsolidasi adalah suatu proses pengecilan volume secara perlahan-lahan pada tanah jenuh sempurna dengan permeabilitas rendah akibat pengaliran sebagian air pori (R.F. Craig, 1989). Konsolidasi dilakukan dengan menambahkan suatu beban di atas permukaan tanah. Pada proyek konstruksi, beban yang diberikan umumnya berupa timbunan sementara yang ekuivalen dengan besar beban bangunan rencana. Pemberian beban untuk proses konsolidasi tersebut disebut sebagai prapembebanan (pre-loading).
Adanya penambahan beban mengakibatkan tanah dan lapisan di bawahnya akan mengalami pemampatan. Pemampatan tersebut disebabkan oleh adanya deformasi tanah, relokasi partikel, keluarnya air pori, dan lain sebagainya. Dengan metode pre-loading, tanah akan terpampatkan sebelum konstruksi yang sudah direncanakan mulai dikerjakan. Hal ini akan meningkatkan daya dukung tanah dan memperkecil besar penurunan tanah saat pekerjaan konstruksi.
Dandung menjelaskan, apabila suatu tanah jenuh yang memiliki permeabilitas rendah diberi beban, beban tersebut akan ditanggung oleh tanah dan juga oleh air pori. Beban secara langsung akan meningkatkan tekanan air pori (pore water pressure). Tekanan yang meningkat menyebabkan air pori berusaha mengalir ke area dengan tekanan yang lebih rendah.
Akan tetapi, karena permeabilitas tanah yang rendah, laju pengaliran air menjadi sangat rendah dan waktu yang dibutuhkan air untuk sampai ke permukaan menjadi sangat lama. Pada beberapa kondisi tanah, untuk mencapai 95% konsolidasi, dibutuhkan waktu bertahun-tahun.
Vertical drain sebagai solusi
Dilansir dari geoengineer.com, sejak 1930-an, teknik untuk mempercepat waktu konsolidasi telah dilakukan menggunakan sand drain. Secara sederhana, sand drain terlihat seperti tiang-tiang pasir yang tertanam di dalam lapisan tanah. Air pori akan mengalir ke permukaan dengan lebih cepat karena pasir memiliki permeabilitas yang lebih besar.
Aliran air pori yang lebih cepat pada akhirnya akan menyebabkan durasi konsolidasi semakin cepat. Air pori bergerak secara vertikal, merambat melalui tiang-tiang pasir sampai ke permukaan. Oleh karena itu, metode ini disebut juga sebagai vertical drain atau drainase vertikal.
Pada dekade yang sama, Walter Kjellman, Direktur Institut Geoteknik Swedia, mengembangkan vertical drain berbentuk pita yang terbuat dari inti berbahan karton dan selubung filter dari kertas. Vertical drain tersebut yang menjadi cikal bakal Prefabricated Vertical Drain (PVD) masa kini. Setelah melalui serangkaian penelitian dan pengujian lebih lanjut, mulai pada tahun 1980-an, PVD dengan material polimer yang tahan lama, reliabel, dan murah mulai dikenal dan diproduksi oleh pabrik-pabrik geotekstil.
PVD, pengganti yang efisien
PVD merupakan bagian dari keluarga besar geosintetik. Secara khusus, PVD termasuk dalam golongan geocomposite. PVD disebut sebagai komposit karena merupakan perpaduan dari lapisan inti yang terbuat dari polypropylene/polyethylene. Sementara itu, lapisan filter terbuat dari geotekstil non-woven.
Lapisan inti pada PVD haruslah porous dan memiliki permeabilitas yang lebih tinggi dari tanah sekitarnya. Hal ini penting untuk mempercepat aliran air pori menuju permukaan. Sedangkan lapisan filter atau selimut pada PVD dimaksudkan untuk melindungi lapisan inti dan mencegah butiran-butiran tanah terbawa oleh aliran air pori yang masuk ke lapisan inti.
Secara sederhana, prinsip kerja PVD sama persis dengan sand drain, yakni membantu mengalirkan air pori dari dalam tanah ke permukaan. Walaupun secara prinsip kerja sama-sama sebagai vertical drain, PVD sebagai teknologi yang baru memiliki sejumlah keunggulan dibandingkan sand drain.
- Instalasi PVD lebih mudah dan cepat
Proses instalasi PVD jauh lebih cepat dibandingkan pembuatan sand drain. PVD hanya perlu dipancang ke dalam tanah menggunakan PVD rig. Berbeda dengan PVD, sand drain perlu melubangi tanah terlebih dahulu. Kemudian, lubang tersebut diisi dengan pasir. “Dalam catatan kami, dalam satu hari kami bisa melakukan instalasi PVD hingga delapan ribu meter, jauh lebih cepat dibandingkan dengan sand drain yang satu titiknya saja butuh waktu berjam-jam,” ucap Dandung.
- Workability PVD lebih baik
Kinerja PVD dalam mengalirkan air pori lebih andal ketika menghadapi pergerakan tanah. Hal ini disebabkan oleh PVD yang terbuat dari bahan polimer yang luwes dan tahan terhadap tarik. Air pori tetap dapat mengalir melalui PVD meskipun lintasannya tidak seluruhnya lurus, ada lekukan-lekukan akibat penurunan tanah. Sedangkan sand drain memiliki risiko diskontinuitas yang tinggi. Jika terjadi diskontinuitas, aliran air pori menuju permukaan menjadi terhambat.
- Yang pasti lebih murah
Secara keseluruhan, metode vertical drain PVD lebih hemat biaya daripada sand drain. Hal ini karena proses instalasinya yang lebih cepat, alat pemasangan yang lebih terjangkau, dan kebutuhan tenaga kerja yang lebih sedikit. Karena keunggulan-keunggulan tersebut, pada akhir dekade 1980-an, vertical drain yang menggunakan sand drain mulai ditinggalkan dan digantikan oleh PVD.
PVD, Design by function
“PVD adalah tools yang menggunakan prinsip design by function,” kata Dandung. Terdapat beberapa parameter utama yang dibutuhkan dalam sebuah PVD untuk menunjang fungsinya sebagai vertical drain. Parameter tersebut ialah permeabilitas dan kapasitas pengaliran (discharge capacity). Selain itu, PVD juga harus mampu menahan gaya tarik yang cukup besar pada saat pemancangan, walau setelah tertanam, gaya tarik yang dialami relatif kecil.
Parameter lainnya yang tidak kalah penting ialah bukaan pori (apparent opening size) pada selimut PVD. Bukaan pada selimut PVD haruslah dipertimbangkan supaya memiliki kemampuan pengaliran dan filtrasi yang baik. Bukaan tidak boleh terlalu besar karena dapat menyebabkan butiran tanah masuk ke dalam lapisan inti. Hal itu menyebabkan peristiwa clogging yang menghambat fungsi PVD. Akan tetapi, bukaan pori juga tidak boleh terlalu kecil supaya air pori tetap bisa menembus selimut PVD.
PVD, jarak dan pola pemasangan
Jumlah PVD yang dipancang di dalam tanah ditentukan oleh beberapa faktor. Salah satu faktornya ialah jarak antar PVD. Semakin kecil jarak antar-PVD, jumlah PVD pada area yang sama akan semakin banyak. Ketika jumlah PVD semakin banyak, air pori yang mampu dialirkan ke permukaan menjadi semakin banyak dan durasi konsolidasi semakin cepat.
“Akan tetapi, bukan berarti jarak antar-PVD bisa dibuat sependek mungkin. Hal ini berkaitan dengan bahaya yang mungkin terjadi, yakni tanah terkonsolidasi terlalu cepat sehingga menyebabkan keruntuhan,” ucap Dandung.
Dandung menjelaskan bahwa kisaran jarak antar-PVD biasanya ada di rentang 1—1,5 meter. Jarak pasti antar-PVD dapat diketahui lewat serangkaian perhitungan dengan menggunakan data-data dari lapangan. Oleh karena itu, jarak antar-PVD tiap proyek bisa bervariasi bergantung pada perhitungan, pengujian, dan pertimbangan nonteknis lainnya.
Nastiti Tiasundari, Engineer PT Geoforce Indonesia menjelaskan bahwa pemancangan PVD juga mengikuti pola-pola tertentu. Pola-pola yang biasa digunakan adalah pola segi empat dan segitiga. Pola-pola ini dimaksudkan untuk memaksimalkan area di dalam tanah yang diharapkan menjadi daerah pengaruh PVD. Daerah pengaruh PVD berupa perimeter berbentuk lingkaran yang dianggap sebagai daerah resapan air pori.
Dibandingkan dengan pola segi empat, pola segitiga lebih meminimalkan adanya area-area yang tidak termasuk dalam daerah pengaruh PVD. Oleh karena itu, pola segitiga dianggap lebih efektif untuk mempercepat konsolidasi. Di lain sisi, pada luasan area yang sama, pola pemasangan segitiga membutuhkan jumlah PVD yang lebih banyak daripada pola segi empat.
PVD, monitoring
Konsolidasi tanah merupakan proses yang tidak sebentar. Secara teori, durasi konsolidasi dapat diketahui dan diprediksi melalui berbagai perhitungan dengan menggunakan data lapangan. Akan tetapi, seringkali kondisi di lapangan cukup berbeda dengan sampel. Perbedaan ini akan menyebabkan target konsolidasi tanah bisa meleset.
Di sinilah peran penting sebuah instrumen. Instrumen digunakan untuk memonitor beberapa parameter untuk menentukan apakah proses konsolidasi dengan metode pre-loading dan pemasangan PVD berhasil. Instrumen juga digunakan untuk memantau kestabilan tanah dan efeknya terhadap daerah sekitar.
Sundari menyebutkan setidaknya ada tiga instrumen penting yang harus ada untuk memonitor keseluruhan proses konsolidasi. Instrumen tersebut ialah Piezometer, Settlement Plate, dan Inclinometer. Instrumen tersebut dapat dipasang sebelum atau bersamaan dengan proses instalasi PVD dan pembebanan dilakukan.
- Piezometer
Piezometer merupakan instrumen yang digunakan untuk mengetahui besarnya tekanan air pori. Ada banyak jenis piezometer yang digunakan, salah satunya ialah Vibrating Wire Piezometer dengan kemampuan pembacaan jarak jauh serta memiliki ketahanan yang baik.
- Settlement Plate
Settlement Plate adalah instrumen yang digunakan untuk memonitor penurunan tanah yang terjadi selama pre-loading. Data penurunan tanah digunakan untuk mengetahui persentase pencapaian derajat konsolidasi sebagai parameter keberhasilan pre-loading dan pemasangan PVD.
- Inclinometer
Inclinometer digunakan untuk mengetahui besarnya pergerakan lateral tanah yang terjadi selama proses pembebanan berlangsung. Pergerakan lateral tanah harus dipantau untuk menghindari terjadinya pergerakan lateral tanah yang membahayakan struktur di sekitar area pre-loading.
PVD, mengakselerasi peradaban
Meskipun secara prinsip kerja dan material PVD terbilang sederhana, PVD merupakan teknologi yang sangat revolusioner. Tak bisa dipungkiri, sejak adanya PVD, proses pembangunan berjalan jauh lebih cepat dan efisien. Pekerjaan yang memakan waktu tahunan bisa diselesaikan dalam hitungan bulan saja. Bagai mesin waktu, PVD mengakselerasi peradaban manusia selangkah lebih maju.
Data oleh : Salma Zulfa
Tulisan oleh : Filipus Alfiandika Nugrahadi
Ilustrasi oleh : Rifki Fadhillah