Reka Racana © Jurusan Teknik Sipil Itenas | No. 2 | Vol. 3 Jurnal Online Institut Teknologi Nasional uni J 2017

## Pemodelan 3D pada Perbaikan Tanah Lunak Menggunakan Metode Deep Mixed Column

## WIDYA YUNITA PERMATASARI, INDRA NOER HAMDHAN
Jurusan Teknik Sipil, Institut Teknologi Nasional, Bandung e-mail: widyunitaa@gmail.com

## ABSTRAK
Masalah yang sering dijumpai pada konstruksi yang dibangun diatas tanah lunak adalah  masalah  penurunan.  Melihat  kondisi  tersebut  maka  harus  dilakukan perbaikan  tanah  untuk  mengurangi  penurunan  yang  terjadi.  Banyak  metode perbaikan tanah yang dapat dilakukan, salah satu metode perbaikan tanah yaitu dengan menggunakan deep mixed column. Fungsi utama dari penggunaan deep mixed column adalah mengurangi penurunan di bawah timbunan. Ada berbagai macam  pola  penggunaan  deep  mixed  column  yang  sering  digunakan,  namun pola  yang  digunakan  pada  pemodelan  ini  adalah  pola  persegi.  Analisis  ini dilakukan  dengan  menggunakan  Program  PLAXIS  3D  AE  yang  berbasis  Elemen Hingga. Pemodelan deep mixed column dilakukan dengan berbagai jenis variasi jarak (1,4 m ; 1,6 m ; 1,8 m dan 2 m) dan diameter (0,4 m ; 0,6 m dan 0,8 m). Hasil  pemodelan  yang  telah  dilakukan  menunjukan  bahwa  penggunaan  deep mixed column dapat mengurangi penurunan sebesar 93,44 %.
Kata kunci : tanah lunak, penurunan, perbaikan tanah, deep mixed column.

## ABSTRACT
Problems that often found is construction built on soft soil is settlement problem. As  on  that  condition,  to  decrease  the  settlement,  soil  improvement  should  be provided. Many kinds of soft soil improvement can be used, one of them is using deep mixed column. Main function of using deep mixed column is to decrease the settlement  under  embankment.  There  are  lots  of  pattern  in  using  deep  mixed column that commonly used, none the less the pattern that used in this modeling is  rectangular  pattern.  This  analysis  was  done  by  using  PLAXIS  3D  with  finite element  method  based.  The  deep  mixed  column  was  modeled  with  some variation of distance (1.4 m : 1.6 m : 1.8 m and 2 m) and diameter (0.4 m : 0.6 m and 0.8 m). The result of the modeling showing that using deep mixed column could decrease 93.44 % of settlement.
Keywords : soft soil, settlement, soil improvement, deep mixed column.

## 1. PENDAHULUAN
Tanah  lunak  dapat  mengembang  atau  menyusut  akibat  masuk  atau  keluarnya  air.  Tingkat kepekaan  yang  tinggi  dari  tanah  lunak  terhadap  air  dapat  menyebabkan  penurunan  yang cukup besar saat tanah dibebani. Penimbunan yang dilaksanakan di atas tanah lunak akan mengalami kegagalan geser dan penurunan yang berlebih. Maka perlu dilakukan perbaikan tanah untuk mengurangi penurunan yang terjadi.
Metode  perbaikan  tanah  berfungsi  untuk  meningkatkan  kekuatan  tanah,  mengurangi pemampatan, serta mengurangi tingkat permeabilitas tanah. Metode yang digunakan dalam penelitian  ini  adalah  metode deep  mixed  column.  Metode  ini  dapat  diterapkan  untuk berbagai jenis tanah lunak, tanah organik dan tanah gambut.
Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh perbaikan tanah yang dimodelkan secara  numerik  yang  berbasis  metode  elemen  hingga  dengan  menggunakan deep  mixed column terhadap besar penurunan akibat jarak dan diameter deep mixed column.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA

## 2.1 Definisi Tanah
Tanah  didefinisikan  sebagai  material  yang  terdiri  dari  agregat  (butiran)  mineral–mineral padat  yang  tidak  tersementasi (terikat  secara  kimia) satu sama  lain  dan  dari bahan-bahan organik yang telah melapuk (yang berpartikel padat) disertai dengan zat cair dan gas yang mengisi  ruang–ruang  kosong  di  antara  partikel–partikel  tersebut.  Tanah  umumnya  dapat disebut  sebagai  kerikil,  pasir,  lanau  atau  lempung  tergantung  pada  ukuran  partikel  yang paling dominan pada tanah tersebut (Das, B. M. 1998).

## 2.2     Tanah Lunak
Sifat lapisan tanah lunak adalah kekuatan gesernya yang kecil, kemampatan yang besar dan koefisien  permeabilitas  yang  kecil.  Berdasarkan  penelitian  beberapa  ahli  dapat  disimpulkan bahwa tanah lunak memiliki nilai uji penetrasi standar (SPT) yang rendah yaitu antara N-SPT 0–5. Saat kadar air bertambah atau struktur tanahnya terganggu maka semakin berkurang kuat  geser  tanah  lempung  tersebut.  Saat  tanah  jenuh  dengan  air,  sifat  tanah  tersebut bersifat plastis dan mudah mampat. Tanah lempung lunak memiliki sifat kompresibilitas yang besar,  yang  apabila  tanah  tersebut  diberi  beban  maka  akan  terjadi  penurunan  (Bowles, Joseph E. 1984).

## 2.3     Metode Perbaikan Tanah Menggunakan Deep Mixed Column
Perbaikan tanah adalah kumpulan upaya–upaya yang dapat dilakukan terhadap tanah yang memiliki karakteristik teknik ( engineering properties) yang bermutu rendah diubah menjadi material yang layak digunakan sebagai material konstruksi (mempunyai karakteristik teknis yang lebih baik). Perbaikan tanah memiliki tujuan, secara umum tujuan dari perbaikan tanah adalah sebagai berikut:
1. Menaikkan daya dukung dan kuat geser tanah.
2. Mengurangi kompresibilitas.
3. Menaikkan modulus.
4. Mengontrol stabilitas volume ( shrinking & swelling).
5. Mengurangi kerentanan terhadap liquifaksi.
6. Memperbaiki kualitas material untuk bahan konstruksi.
7. Mengontrol permeabilitas dan mereduksi tekanan air pori.
8. Memperkecil pengaruh lingkungan.
Salah  satu metode perbaikan  tanah  adalah  menggunakan deep mixed column. Fungsi dari deep  mixed  column  yaitu  untuk  mengurangi  penurunan  (settlement)  yang  terjadi  apabila menerima beban. Deep mixed column dapat dibagi menjadi dua metode yaitu metode kering dan metode basah. Metode basah adalah metode dimana pengikat yang dimasukkan dalam bentuk  basah,  yang  bertentangan  dengan  metode  kering  dimana  bahan  pengikat dimasukkan  dengan  udara.  Dalam  metode  basah  pengikat  yang  paling  umum  digunakan adalah bubur semen dengan air. Sedangkan metode kering pengikat yang digunakan adalah kapur  kering,  semen, fly  ash  atau  stabilisator  lainnya  yang  dimasukkan  melalui  alat pneumatik deep mixed.
Gambar 1. Deep mixed column di bawah timbunan (Sumber : Execution of Special Geotechnical Works – Deep Mixing, BS EN 14679:2005, 2005)
Pilihan  pengikat  merupakan  aspek  penting  dari deep  mixed,  yang  sangat  tergantung  pada kondisi  tanah  dan  tujuan deep  mixed.  Pengujian  binder  dengan  tanah  yang  akan  diolah biasanya merupakan persyaratan penting pada setiap proyek deep mixed column. Ringkasan pengikat yang umum digunakan diberikan dalam Tabel 1.
Tabel 1. Pengikat Umum yang Digunakan dalam Pencampuran Kering
Jenis Tanah Pengikat yang Cocok Clay Kapur / Semen Quick clay Kapur / Semen Organic clay and gyttja Kapur / Semen/ Butiran Kapur/ Gypsum Peat Semen/ Butiran Kapur atau Terak/ Gypsum Sulphate Soil Semen/ Butiran Terak Silt Kapur/ Semen
(Sumber : Execution of Special Geotechnical Works – Deep Mixing, BS EN 14679:2005, 2005)
Dalam metode deep mixed column terdapat beberapa pola yang sering diterapkan. Pola-pola tersebut  diantaranya triangular pattern, square pattern, panels pattern, blocks pattern dan grid pattern. Gambar pola deep mixed column dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Pola deep mixed column (Sumber: Kurniawan, I. D., 2015)

## 2.4 Penurunan ( Settlement)
Ketika  suatu  lapisan  tanah  diberikan  beban  diatasnya  (misalnya  pondasi  atau  timbunan tanah  di  atasnya)  maka  partikel  tanah  akan  mengalami  penambahan  tegangan,  sehingga pada  tanah  terjadi  penurunan  ( settlement).  Keluarnya  air  dari  dalam  pori  selalu  disertai dengan  berkurangnya  volume  tanah.  Berkurangmya  volume  tanah  ini  menyebabkan penurunan  lapisan  tanah  tersebut . Secara  umum  jenis  penurunan  yang  terjadi  akibat pembebanan dapat dibagi dalam 3 tahap, yaitu:
1. Penurunan seketika ( immediate settlement).
2. Penurunan konsolidasi primer ( primary consolidation settlement).
3. Penurunan konsolidasi sekunder ( secondary consolidation settlement).
Penurunan  total dari tanah  berbutir halus yang  jenuh  ialah  jumlah  dari  penurunan  segera, penurunan  konsolidasi primer,  dan  penurunan  konsolidasi sekunder.  Bila  dinyatakan  dalam bentuk persamaan, penurunan total adalah (Hardiyanto, 2002):
𝑆 𝑡 = 𝑆 𝑖 + 𝑆 𝑐 + 𝑆 𝑠
… (1) dimana:
𝑆 = penurunan total,
𝑆 = penurunan segera,
𝑆 = penurunan akibat konsolidasi primer,
𝑆 = penurunan akibat konsolidasi sekunder.

## 2.5 Definisi Umum Stress dan Strain
Material  model  adalah  suatu  set  persamaan  matematika  yang  mendeskripsikan  hubungan antara  tegangan  dan  regangan  yang  biasanya  dinyatakan  dalam  bentuk  pertambahan tegangan  yang  sangat  kecil  (biasa  disebut  juga  dengan  istilah stress  rates),  yang berhubungan dengan pertambahan dari regangan yang sangat kecil ( strain stress).
Tetapi  untuk  kondisi plane  strain  dan  axisymmetric,  seperti  yang  dimodelkan  pada  PLAXIS hanya empat komponen yang diperlukan, karena memiliki nilai nol. Komponen normal stress yang bernilai positif dianggap tarik ( tension), dan normal stress yang negatif dianggap tekan ( compression).  Juga  untuk  normal  strain  positif  dianggap  dilatasi  (mengembang),  dan normal strain negative dianggap kompaksi (mengecil).

## 2.5.1 Model Mohr – Coulomb
Kondisi keruntuhan Mohr-Coulomb merupakan pengembangan dari hukum Coulomb. Untuk menjamin bahwa hukum Coulomb berlaku untuk semua bidang datar dalam sebuah material elemen,  kondisi  keruntuhan  Mohr-Coulomb  dapat  didefinisikan  dengan  fungsi  keruntuhan tiga  dimensi  yang  dirumuskan  dalam  bentuk  tegangan-tegangan  utama.  Dua  parameter mode plastis yang ada pada fungsi keruntuhan Mohr-Coulomb adalah sudut geser ( ) dan kohesi ( 𝑐 ). Fungsi keruntuhan ini menggambarkan sebuah kerucut segi enam dalam ruang tegangan.

## 2.5.2 Metode Elemen Hingga / Finite Element Method (FEM)
Metode  elemen  hingga  adalah  prosedur  perhitungan  yang  dipakai  untuk  mendapatkan pendekatan dari permasalahan matematis yang sering muncul pada rekayasa teknik. Konsep dasar dari metode ini adalah membagi sebuah bentuk atau struktur yang kompleks menjadi beberapa  elemen  yang  lebih  kecil.  Elemen-elemen  tersebut  selanjutnya  terhubung  dengan node/titik terlihat pada Gambar 3.
Pada  setiap  titik  terdapat  satu  derajat  kebebasan  atau  lebih  untuk  mendefinisikan  jumlah fungsi  yang  digunakan.  Dengan  menggunakan  nilai-nilai  pada  tiap  titik,  tegangan  dan regangan pada setiap elemen dapat diperhitungkan.  PLAXIS adalah program elemen hingga yang  telah  dikembangkan  secara  khusus  untuk  analisis  pada  bidang  geoteknik  yang menggunakan metode FEM.
Gambar 3. Contoh jaring–jaring elemen hingga

## 3 ANALISIS DATA

## 3.1 Pengumpulan Data
Pengumpulan data dilakukan untuk mendapatkan informasi yang dibutuhkan dalam rangka mencapai tujuan penelitian. Pengumpulan data pada penelitian ini dibagi menjadi dua yaitu pengumpulan data tanah dan data deep mixed column sebagai metode perbaikan tanah.
Tabel 2. Parameter Tanah dan Timbunan Ketebalan 𝑐 (m) (kN/m 3 )  (kN/m 3 ) (kN/m 3 ) (kN/m 2 ) ( o ) (m/hari) Lempung lunak 8 15 16 2.000 0,4 5 25  1,274 x 10 -4 Timbunan 3 20 21 22.000 0,3 10 30 8,64 x 10 -3
(Sumber: Karstunen, Minna & Leoni, Martino, 2009)
Tabel 3. Parameter Deep Mixed Column
(kN/m 3 ) (kN/m 3 ) Deep Mixed Column 20 360.000 0,21 (Sumber: Navin, Michael P, 2005)

## 3.2 Diagram Alir Metodologi Analisis
Metodologi analisis yang dijadikan dasar studi ini dapat dijabarkan dalam bentuk diagram alir ( flow chart) pada Gambar 4 .

## Gambar 4. Diagram alir metodologi analisis

## 3.3    Pemodelan Deep Mixed Column pada PLAXIS 3D AE
Pemodelan deep  mixed column  dilakukan  12  kali  pemodelan,  dengan  memvariasikan  jarak dan diameter dari deep mixed column. Variasi jarak deep mixed column antara lain 1,4 m ; 1,6 m ; 1,8 m dan 2 m. Serta diameter deep mixed column yang digunakan yaitu 0,4 m ; 0,6 m dan 0,8 m. Pemodelan deep mixed column ini menggunakan pola persegi, terlihat pada Gambar 5 , Gambar 6 , Gambar 7 dan Gambar 8
Studi Pustaka Perumusan Masalah Pengumpulan Data
Data Tanah (Lapangan dan Laboratorium) Data Deep Mixed Column sebagai Metode Perbaikan Tanah Menentukan Jenis Tanah, Kedalaman, Ketebalan, dan Parameter Tanah Lunak Menentukan Parameter Deep Mixed Column Pemodelan Deep Mixed Column pada Tanah Lunak Menggunakan PLAXIS 3D Memvariasikan Diameter Deep Mixed Column Memvariasikan Jarak Deep Mixed Column Besar Penurunan yang Terjadi
Pembahasan Kesimpulan
Selesai Mulai
Gambar 5. Pemodelan deep mixed column dengan jarak 1,4 m
Gambar 6. Pemodelan deep mixed column dengan jarak 1,6 m
Gambar 7. Pemodelan deep mixed column dengan jarak 1,8 m
(a). Diameter 0,4 m (b ). Diameter 0,6 m (c ). Diameter 0,8 m (a). Diameter 0,4 m (a). Diameter 0,4 m (b ). Diameter 0,6 m (b ). Diameter 0,6 m (c ). Diameter 0,8 m (c ). Diameter 0,8 m
Gambar 8. Pemodelan deep mixed column dengan jarak 2 m

## 3.4    Hasil Analisis PLAXIS 3D
Setelah  dilakukan  pemodelan  maka  dapat  diketahui  jarak  dan  diameter  dari  penggunaan deep  mixed  column  yang  optimal  sebagai  perbaikan  tanah  pada  tanah  lempung  lunak. Perbandingan hasil analisis penurunan dan waktu konsolidasi berdasarkan jarak deep mixed column  dapat  dilihat  pada Gambar  9 .  Hasil  analisis  berupa  persentase  nilai  penurunan akibat penggunaan deep mixed column disajikan pada Tabel 4 . Perbedaan nilai penurunan dipengaruhi oleh variasi jarak dan diameter.
Gambar 9. Grafik analisis penurunan dan waktu konsolidasi berdasarkan jarak deep mixed column
(a). Diameter 0,4 m
(b). Diameter 0,6 m
(c ). Diameter 0,8 m
Tabel 4. Perentase Nilai dan Waktu Penurunan pada Setiap Variasi Jarak dan Diameter
Kondisi Besar Penurunan Waktu Konsolidasi Persentase Besar Penurunan Persentase Waktu Penurunan Jarak Diameter (m) (m) (m) (hari) (%) (%) Tanpa Deep Mixed Column 0,118 2.230 0 1,4 0,4 0,027 562 77,58 74,80 0,6 0,014 600 88,40 73,09 0,8 0,008 418 93,44 81,26 1,6 0,4 0,031 658 74,00 70,49 0,6 0,016 505 86,33 77,35 0,8 0,010 586 91,85 73,72 1,8 0,4 0,034 625 71,28 71,97 0,6 0,019 584 83,86 73,81 0,8 0,012 394 90,18 82,33 2 0,4 0,037 668 68,74 70,04 0,6 0,023 594 80,57 73,36 0,8 0,015 662 87,33 70,31
Berdasarkan Tabel  4 dapat  diketahui  bahwa  nilai  persentase  penurunan  dari  penggunaan deep mixed column sebagai perbaikan tanah pada tanah lempung memiliki nilai persentase yang  semakin  besar  jika  diameter  besar  dan  semakin  rapatnya  jarak  antar deep  mixed column.  Jika  dilihat  dari  diameter  terbesar  dan  jarak  paling  rapat  maka  nilai  persentase penurunan  yang  didapatkan  adalah  93,44  %,  nilai  penurunan  tersebut  lebih  kecil dibandingkan dengan tanah tanpa deep mixed column.

## 4 KESIMPULAN
1. Semakin besar diameter deep mixed column maka penurunan yang terjadi akan semakin kecil. Semakin rapat jarak deep mixed column maka penurunan semakin kecil.
2. Waktu konsolidasi pada tanah yang menggunakan deep mixed column mengasilkan waktu yang  lebih  cepat  dibandingkan  dengan  tanah  yang  tidak  menggunakan deep  mixed column.
3. Pengaruh jarak dan diameter yang divariasikan setiap pemodelannya memiliki hasil yang tidak  signifikan  dengan  perbedaan  nilai  penurunan  hanya  berkisar  0,002  –  0,015  m. Namun  bila  variasi  tersebut  dibandingkan  dengan  tanah  tanpa deep  mixed  column  nilai penurunan memiliki perbedaan yang signifikan.
4. Dipilih diameter dan jarak yang efisien, yaitu jarak 2 m dan diameter 0,4 m. Karena pada variasi  tersebut  jumlah  proporsi  penggunaan  campuran  sebagai  pengikat  akan  lebih sedikit  digunakan,  namun  tetap  bisa  mengurangi  penurunan  yang  terjadi  pada  tanah lunak.

## DAFTAR RUJUKAN
BS EN 14679. (2005). Execution of Special Geotechnical Works – Deep Mixing. Bowles, Joseph E. (1984). Sifat-Sifat Fisis dan Geoteknis Tanah. Jakarta: Erlangga. Das, B. M. (1998). Mekanika Tanah (Prinsip-Prinsip Rekayasa Geoteknik). Jakarta: Erlangga. Karstunen,  Minna  &  Leoni,  Martino.  (2009).  Geotechnics  of  Soft  Soil  –  Focus  on  Ground Improvement. London: Taylor & Francis Group.
Kurniawan, I. D. (2015). Pengaruh Variasi Jarak dan Panjang Deep Mixing Soil (DSM) 15% Fly  Ash  Diameter  3  cm  Berpola  Panels  Terhadap  Daya  Dukung  Tanah  Ekspansif  di Bojonegoro. Skripsi Program Studi Sarjana pada Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik. Malang: Universitas Brawijaya.
Navin,  Michael  P.  (2005).  Stability  of  Embankments  Founded  on  Soft  Soil  Improved  with Deep Mixing Method Columns. Blackburg, VA: Virginia Polytechnic Institute and State University.