Tanah ekspansif dikenal sebagai salah satu jenis tanah paling bermasalah dalam dunia konstruksi. Daya kembang dan penyusutan ekstrem saat terjadi perubahan kadar air menyebabkan kerusakan fondasi, dinding retak, dan kerugian struktural jangka panjang. Berbagai metode telah dikembangkan untuk menstabilkan tanah jenis ini, mulai dari penggunaan kapur, semen, hingga aditif kimia. Namun, pendekatan konvensional tersebut tidak selalu ramah lingkungan atau ekonomis.

Dalam penelitian oleh Idoui, Bekkouche, Benzaid, dan Berdi (2024), sebuah solusi inovatif dikaji: penggunaan serat rambut manusia sebagai bahan biopolimer alami untuk meningkatkan sifat geoteknik tanah ekspansif yang direkayasa dari 80% kaolin dan 20% bentonit. Hasilnya menunjukkan bahwa rambut manusia mampu menurunkan plastisitas, daya kembang, dan kompresibilitas, sekaligus meningkatkan kekuatan geser.

Latar Belakang: Mengapa Rambut?

Rambut manusia adalah limbah padat biologis yang kaya akan keratin, protein yang memiliki kekuatan tarik tinggi. Sayangnya, rambut sering dibuang begitu saja ke TPA, menambah beban lingkungan. Padahal, komposisi kimia rambut (karbon 45,68%, oksigen 27,9%, nitrogen 15,72%) menjadikannya kandidat kuat untuk aplikasi rekayasa sipil sebagai penguat alami dan ramah lingkungan.

Metodologi: Eksperimen Komprehensif

Komposisi Tanah KB

• 80% kaolin dari Tamazert, Jijel
• 20% bentonit dari Mostaganem
• Karakteristik tanah:
  • Liquid Limit: 73,97%
  • Plasticity Index: 36,61%
  • Swelling Coefficient (Cs): 20,4%
  • Cohesion: 2 kPa
  • Friction angle: 4,5°

Penambahan Serat Rambut

• Variasi kadar: 0%, 0,5%, 1%, 1,5%, 2%
• Rambut dikumpulkan dari salon di Jijel, dibersihkan dan dipotong dengan panjang seragam.

Uji Laboratorium:

• Atterberg limits (NF P 94-051)
• Compaction test (NF P 94-093)
• Direct shear test (NF P 94-071-1)
• Oedometer compressibility test (XP P 94-090-1)
• Free swelling index test (IS 2720)
• Microstruktur SEM (Scanning Electron Microscopy)

Hasil Uji Laboratorium

1. Konsistensi Tanah (Atterberg Limits)

• Penambahan rambut menyebabkan:
  • Liquid limit naik dari 73,97% menjadi 78,5%
  • Plastic limit naik dari 37,36% menjadi 50,2%
  • Plasticity index turun dari 36,61% menjadi 28,33%
• Kesimpulan: Tanah menjadi kurang plastis, lebih stabil secara konsistensi.

2. Parameter Pemadatan

• Maximum Dry Density (MDD) turun dari 1,501 t/m³ menjadi 1,477 t/m³
• Optimum Moisture Content (OMC) naik dari 21,16% ke 24,53%
• Analisis: Rambut menggantikan sebagian massa tanah, dan seratnya menyerap kelembapan → terjadi perubahan struktur kompaksi.

3. Kekuatan Geser (Shear Strength)

• Kohesi meningkat dari 2 kPa menjadi 67,5 kPa
• Sudut geser dalam meningkat dari 4,5° menjadi 16,17°
• Penjelasan: Rambut menciptakan jaringan serat yang menahan geser dan meningkatkan gaya tarik antar partikel tanah.

4. Kompresibilitas

• Compressibility index (Cc) turun dari 31% ke 20%
• Swelling index (Cs) turun dari 9,8% ke 4%
• Efek: Tanah menjadi lebih kaku dan resisten terhadap pembengkakan akibat perubahan beban.

5. Indeks Pengembangan Bebas (Free Swelling Index)

• Tanpa rambut: 61,5%
• Dengan 2% rambut: 7,14%
• Makna: Perubahan ini menurunkan klasifikasi tanah dari "sangat ekspansif" menjadi "rendah ekspansif".

6. Analisis Mikrostruktur (SEM)

• Tanah tanpa rambut: pori besar, struktur lepas
• Tanah dengan rambut: pori mengecil, orientasi partikel lebih teratur
• Interpretasi: Serat rambut mengisi pori dan memperkuat kontak antar partikel tanah

Dampak Lingkungan dan Potensi Implementasi

• Rambut adalah limbah alami dan tersedia melimpah.
• Metode ini mengurangi ketergantungan pada bahan stabilisasi kimia yang mahal dan dapat mencemari tanah/air.
• Aplikasi potensial:
  • Perbaikan lapisan tanah dasar jalan
  • Stabilitas subgrade gedung bertingkat rendah
  • Penguatan area sensitif terhadap air seperti saluran dan tanggul

Opini dan Kritik

Inovasi ini sangat relevan di era ekonomi sirkular di mana limbah didaur ulang menjadi material fungsional. Namun, penelitian ini masih terbatas pada uji skala laboratorium. Uji lapangan dan durabilitas jangka panjang masih perlu dilakukan. Faktor seperti degradasi rambut di bawah tanah dalam jangka panjang juga belum dikaji.

Dibandingkan stabilisasi kapur atau semen, metode rambut lebih ekonomis dan ramah lingkungan, tapi belum tentu cocok untuk semua jenis tanah. Perlu pengembangan standar teknik baru untuk implementasi masif.

Kesimpulan

Serat rambut manusia terbukti mampu meningkatkan sifat geoteknik tanah ekspansif. Dengan penambahan hingga 2% rambut:

• Plastisitas dan daya kembang tanah menurun
• Kekuatan geser dan konsistensi meningkat
• Tanah menjadi lebih stabil dan lebih cocok untuk mendukung struktur ringan

Penelitian ini membuka jalan bagi penggunaan limbah biologis sebagai material konstruksi alternatif yang tidak hanya efisien secara teknis, tapi juga berkelanjutan secara lingkungan. Potensinya sangat besar di negara berkembang dengan ketersediaan limbah tinggi dan anggaran konstruksi terbatas.

Sumber : Idoui, I., Bekkouche, S. R., Benzaid, R., & Berdi, I. (2024). Stabilization of Expansive Soil Mixture Using Human Hair Fibre (Biopolymer). Civil and Environmental Engineering Reports, 34(2), 63–75.

Fenomena likuifaksi tanah telah lama menjadi tantangan serius dalam rekayasa geoteknik, khususnya pada struktur yang dibangun di atas fondasi tiang. Saat terjadi gempa bumi, tanah berpasir jenuh air dapat kehilangan kekuatannya, menyebabkan penurunan tajam, pergeseran horizontal, hingga keruntuhan struktur. Studi oleh Asaadi dan Sharifipour (2015) mengeksplorasi bagaimana interaksi antara tanah dan tiang tunggal mampu mengurangi potensi likuifaksi melalui pendekatan simulasi numerik dua dimensi menggunakan perangkat lunak FLAC2D.

Fokus Penelitian: Kombinasi Parameter Tanah dan Gempa

Fokus penelitian ini adalah untuk mengeksplorasi pengaruh kombinasi parameter tanah dan gempa terhadap perilaku interaksi tanah-tiang. Tiga jenis tanah pasir yang digunakan dalam penelitian ini berdasarkan kepadatan relatif (Dr) meliputi tanah lepas dengan Dr 35%, tanah semi-padat dengan Dr 55%, dan tanah padat dengan Dr 75%. Untuk analisis, tiga gempa bumi yang berbeda dijadikan masukan simulasi, yaitu gempa Kocaeli di Turki dengan frekuensi dominan 0.29 Hz dan magnitudo 7.4, gempa Kobe di Jepang dengan frekuensi dominan 0.95 Hz dan magnitudo 6.9, serta gempa Bam di Iran dengan frekuensi dominan 4.1 Hz dan magnitudo 6.5. Semua kombinasi ini dimodelkan pada kedalaman tanah 15 m dan lebar 60 m menggunakan mesh yang terdiri dari 600 zona. Di tengah model, tiang beton sepanjang 15 m dan diameter 0.6 m dipasang sebagai elemen utama interaksi, memungkinkan analisis yang mendalam terhadap respons struktur terhadap variasi kondisi tanah dan karakteristik gempa.

Model dan Metode: Pendekatan Realistis pada Interaksi Tanah-Tiang

Model dan metode yang digunakan dalam pendekatan realistis pada interaksi tanah-tiang melibatkan pemodelan tanah dengan menggunakan model Mohr-Coulomb yang mempertimbangkan plastisitas nonlinier, sementara tiang beton dimodelkan sebagai elemen elastis linear. Interaksi antara tanah dan tiang direpresentasikan melalui interface spring yang mencakup shear dan normal stiffness, mencerminkan karakteristik permukaan kasar tiang terhadap tanah. Parameter tanah yang digunakan dalam simulasi mencakup sudut gesek (friction angle) yang bervariasi dari 30° untuk tanah loose hingga 38° untuk tanah dense, serta nilai modulus geser (G) yang meningkat dari 23 MPa pada tanah loose menjadi 36 MPa pada tanah dense. Simulasi dilakukan dalam tiga tahap, yaitu geostatik, pemasangan tiang, dan input gempa dinamik, dengan penerapan boundary free-field untuk meminimalkan refleksi gelombang, sehingga menghasilkan analisis yang lebih akurat terhadap perilaku interaksi tanah-tiang dalam kondisi dinamis.

Parameter Utama: Ru sebagai Indikator Likuifaksi

Parameter Ru (rasio tekanan pori berlebih terhadap tegangan vertikal efektif awal) digunakan untuk mengukur tingkat likuifaksi. Nilai Ru ≥ 1 menunjukkan kondisi tanah mengalami likuifaksi.

Hasil dan Analisis

1. Pengaruh Kepadatan Tanah

• Tanah lepas (Dr=35%) menunjukkan Ru mencapai 1 di area bebas, namun <0.95 di sekitar tiang, menandakan bahwa tiang mencegah likuifaksi lokal.
• Semakin padat tanahnya, semakin kecil nilai Ru.
• Tiang tunggal efektif menahan deformasi geser dan mencegah kenaikan tekanan pori berlebih.

2. Pengaruh Nilai PGA

• Pada gempa Kobe, dengan PGA 0.2 g dan 0.4 g, likuifaksi terjadi lebih cepat pada PGA tinggi.
• Namun, area di dekat tiang tetap aman (Ru < 0.95).
• Displacement maksimum pada kepala tiang:
  • PGA 0.2 g → 34 mm
  • PGA 0.4 g → 44 mm
• Penurunan tanah di sekitar tiang:
  • PGA 0.2 g → 13 mm
  • PGA 0.4 g → 15 mm
• Sebagai perbandingan, area bebas mengalami penurunan hingga 80–100 mm, menunjukkan efektivitas struktural tiang dalam menahan deformasi.

3. Pengaruh Frekuensi Gempa

• Gempa Kocaeli (frekuensi rendah 0.29 Hz) menghasilkan deformasi paling besar:
  • Displacement kepala tiang: 170 mm
  • Penurunan tanah sekitar tiang: 24 mm
• Gempa dengan frekuensi tinggi (Bam, 4.1 Hz) menunjukkan penurunan likuifaksi, karena tanah tidak sempat menyerap energi secara penuh.
• Kesimpulan: frekuensi lebih tinggi mengurangi kerentanan terhadap likuifaksi, meski tidak berkorelasi langsung dengan deformasi total.

Interpretasi Kritis dan Nilai Tambah

Studi ini menegaskan bahwa tiang tunggal dapat berfungsi sebagai penguat lokal untuk tanah berpasir jenuh air, dengan memperkecil deformasi lateral dan vertikal. Namun, efektivitas ini sangat bergantung pada:

• Tipe tanah
• Kedalaman pemasangan
• Bentuk dan kekakuan tiang
• Karakteristik gempa

Penting untuk dicatat bahwa hasil ini diperoleh dari simulasi numerik, dan perlu verifikasi lapangan atau uji model fisik untuk implementasi praktis.

Selain itu, pendekatan ini belum memasukkan interaksi struktur di atas tiang (superstruktur), sehingga perlu penelitian lanjutan agar desain lebih holistik.

Relevansi Industri dan Tren Global

Dengan meningkatnya pembangunan infrastruktur di zona seismik aktif, simulasi seperti ini memberikan fondasi penting untuk:

• Desain fondasi tahan gempa
• Mitigasi risiko pada proyek dermaga, jembatan, dan gedung tinggi
• Pengembangan software geoteknik berbasis AI

Hal ini juga sejalan dengan tren teknik sipil berkelanjutan yang berfokus pada pencegahan risiko sebelum bencana terjadi.

Kesimpulan

Simulasi numerik interaksi tanah-tiang yang dilakukan oleh Asaadi dan Sharifipour memberikan gambaran yang komprehensif tentang cara tiang tunggal mempengaruhi potensi likuifaksi tanah jenuh. Temuan kunci meliputi:

• Tiang efektif menurunkan tekanan pori berlebih dan deformasi.
• Kepadatan tanah dan karakteristik gempa sangat menentukan risiko likuifaksi.
• Frekuensi gempa tinggi cenderung mengurangi risiko likuifaksi, walaupun deformasi akhir tetap perlu dianalisis secara terpisah.

Studi ini memperkaya literatur geoteknik dan memberikan pijakan kuat untuk pengembangan fondasi tahan gempa dengan pendekatan berbasis simulasi.

Sumber : Asaadi, A., & Sharifipour, M. (2015). Numerical simulation of liquefaction susceptibility of soil interacting by single pile. International Journal of Mining & Geo-Engineering, 49(1), 47–56.

Dalam dunia teknik sipil dan geoteknik, perbaikan tanah dalam (deep ground improvement) telah menjadi pilar utama dalam pembangunan infrastruktur modern. Ketika struktur harus didirikan di atas tanah yang lemah, pilihan antara pondasi dalam atau peningkatan tanah adalah keputusan krusial. Buku karya Klaus Kirsch dan Fabian Kirsch (2017) ini menyoroti metode perbaikan tanah menggunakan vibrasi dalam yang semakin banyak digunakan secara global.

Apa Itu Deep Vibratory Methods?

Metode getar dalam melibatkan penggunaan alat bergetar (depth vibrator) yang dimasukkan ke dalam tanah untuk memperbaiki karakteristik mekaniknya. Teknik ini terbagi menjadi dua utama:

• Vibro Compaction: Digunakan pada tanah granular seperti pasir atau kerikil.
• Vibro Replacement (Stone Columns): Digunakan pada tanah kohesif dengan menambahkan material granular selama proses getaran.

Sejarah Singkat: Dari Jerman ke Dunia

Metode ini pertama kali dikembangkan oleh Keller GmbH di Jerman tahun 1930-an. Percobaan awal dilakukan untuk memperkuat fondasi Kongreshalle di Nuremberg. Salah satu inovasi penting adalah kemampuan vibrator untuk masuk ke dalam tanah hanya dengan bobot dan getarannya sendiri, tanpa pengeboran.

Pada akhir 1930-an, metode ini terbukti mampu meningkatkan daya dukung dari 2,5 kg/cm² menjadi 4,5 kg/cm² hanya dengan kompaksi getar dan penambahan pasir. Sejak itu, teknik ini diadopsi dalam proyek besar seperti Great Hall Berlin dan pelabuhan militer di Rotterdam.

Prinsip Kerja Vibro Compaction

1. Penetrasi

Vibrator diturunkan hingga kedalaman yang diinginkan, biasanya menggunakan crane.

2. Getaran Horizontal

Berbeda dari metode lain yang memakai getaran vertikal, vibrator ini memancarkan getaran horizontal, membuat butir tanah menyusun ulang dengan rapat.

3. Pengisian Material

Bila perlu, material granular seperti kerikil dimasukkan untuk membentuk kolom batu (stone column).

Aplikasi Vibro Compaction: Kasus Proyek

1. Reclamation Project di Singapura

• Luas area: > 100 ha
• Kedalaman kompaksi: 25–30 m
• Hasil: Mengurangi penurunan hingga 60%, percepatan pekerjaan 3 kali lipat dibanding metode konvensional.

2. Tanki Minyak di Timur Tengah

• Menggunakan stone columns basah (wet method)
• Meningkatkan daya dukung hingga 250 kPa
• Cocok untuk tanah lempung lunak dengan muka air tinggi

Vibro Replacement (Stone Columns): Solusi untuk Tanah Lempung

Untuk tanah yang mengandung >10% lanau atau lempung, vibro compaction menjadi tidak efektif. Solusinya adalah:

Stone Columns

• Proses:
  • Masukkan vibrator → buat lubang → isi kerikil → getarkan → ulangi
• Manfaat:
  • Mengurangi penurunan total
  • Menambah drainase vertikal
  • Menurunkan risiko likuifaksi

Studi Kasus: Proyek Bandara Berlin

• Jenis tanah: lanau berair dan lempung lunak
• Metode: vibro replacement
• Jumlah kolom: >15.000 titik
• Hasil:
  • Penurunan < 5 cm
  • Waktu pengerjaan 40% lebih cepat

Perbandingan Biaya dan Efektivitas

Dalam analisis biaya dan efektivitas untuk dua studi konstruksi, terlihat perbandingan yang menarik antara berbagai metode fondasi. Pada Studi 1, yang melibatkan silo alumina dengan kapasitas 23.000 ton, metode preloading muncul sebagai pilihan paling ekonomis dengan rasio biaya 1.0 dan penurunan yang dapat diterima sebesar 0.2 m. Metode lain seperti sand compaction piles dan stone columns menunjukkan rasio biaya yang jauh lebih tinggi, meskipun menawarkan penurunan yang sama. Pancang beton, baik yang 17 m maupun 35 m, memiliki rasio biaya yang jauh lebih tinggi dan penurunan yang lebih kecil, menunjukkan bahwa mereka kurang efisien dalam konteks ini.

Sementara itu, pada Studi 2 yang berfokus pada tangki minyak di atas tanah lempung lunak, preloading tanpa drain juga menjadi metode paling ekonomis dengan rasio biaya 1.0. Namun, penambahan vertical drains dalam preloading meningkatkan efisiensi waktu konsolidasi meskipun dengan rasio biaya 3.0, yang masih jauh lebih murah dibandingkan dengan metode pancang yang memiliki rasio biaya 20.0. Kesimpulannya, meskipun penambahan vertical drains meningkatkan efektivitas, metode preloading tetap menjadi solusi yang paling ekonomis untuk kedua studi, menunjukkan bahwa pemilihan metode fondasi yang tepat sangat bergantung pada kondisi tanah dan kebutuhan proyek.

Faktor Desain dan Kendala

Tanah Cocok

• Pasir lepas
• Kerikil
• Tanah organik dengan modifikasi

Tanah Tidak Cocok

• Lempung sangat plastis
• Silt >10%

Faktor Penting Desain:

• Densitas akhir (biasanya > 85%)
• Jarak antar titik getar (2–3 m)
• Kedalaman maksimal (hingga 35 m)

Lingkungan dan Keberlanjutan

Buku ini juga menyoroti dampak lingkungan dari metode getar:

• Emisi karbon rendah dibanding metode fondasi bor.
• Bisa menggunakan material lokal atau daur ulang seperti abu batubara.
• Lebih sedikit limbah dan gangguan terhadap ekosistem sekitar.

Contoh penggunaan Carbon Calculator for Foundations dari EFFC dan DFI (2013) menunjukkan bahwa vibro replacement menghasilkan emisi CO₂ lebih rendah dibanding bored piles dan metode grouting.

Kritik dan Analisis Tambahan

Meskipun metode ini terbukti sangat efektif, sebagian besar prinsip desain masih bersifat empiris. Buku ini mencatat bahwa model numerik berbasis finite element method (FEM) mulai diterapkan dalam proyek besar untuk memprediksi beban batas dan deformasi.

Sayangnya, dalam praktik umum, pemilihan metode perbaikan masih lebih didasarkan pada biaya proyek daripada pertimbangan keberlanjutan. Ini menjadi tantangan dan sekaligus peluang untuk mendorong regulasi yang lebih berpihak pada lingkungan.

Kesimpulan

Vibro compaction dan stone columns adalah teknologi penting dalam dunia fondasi modern. Dengan sejarah panjang, efektivitas teknis tinggi, dan dampak lingkungan yang lebih ringan, metode ini semakin relevan untuk proyek besar di era perubahan iklim. Namun demikian, dibutuhkan adopsi yang lebih luas atas alat bantu perhitungan karbon dan metode desain berbasis data untuk memastikan efisiensi maksimal dan keberlanjutan jangka panjang.

Sumber : Kirsch, K., & Kirsch, F. (2017). Ground Improvement by Deep Vibratory Methods (Second Edition). CRC Press, Taylor & Francis Group.

Inovasi Terbaru Perbaikan Tanah: Solusi Ramah Lingkungan untuk Mengatasi Likuifaksi

• Dampak lingkungan jangka panjang

Sebagai gantinya, tren baru menunjukkan pergeseran ke arah perbaikan tanah non-destruktif dan penggunaan material baru seperti ban bekas, abu batubara, nanopartikel, dan biomaterial.

Kategori Umum Metode Perbaikan Tanah

Metode mitigasi likuifaksi diklasifikasikan menjadi 6 prinsip dasar:

1. Kepadatan (Densification)
2. Solidifikasi (Solidification)
3. Drainase air pori (Drainage)
4. Penggantian tanah (Replacement)
5. Penurunan muka air tanah (Groundwater lowering)
6. Kontrol deformasi geser (Shear deformation control)

Dari keenam metode tersebut, tiga yang paling umum digunakan adalah densifikasi, solidifikasi, dan drainase.

Pengembangan Terkini: Alat Non-Getar dan Miniaturisasi

Inovasi: Metode SAVE Compozer

• Non-vibratory sand compaction pile (SCP) tanpa menggunakan vibro-hammer.
• Kelebihan:
  • Tidak menimbulkan getaran tinggi.
  • Cocok untuk lokasi sempit seperti bawah jembatan atau dekat struktur eksisting.
  • Lebih dari 7000 km pondasi telah dibangun di Jepang dengan metode ini.

Studi Kasus: Evaluasi Efektivitas SCP

Harada et al. (2014) mengkaji hubungan antara nilai SPT dan rasio tegangan geser untuk tanah yang telah diperbaiki menggunakan metode SCP. Hasilnya menunjukkan:

• Tanah hasil perbaikan memiliki resistansi likuifaksi lebih tinggi, bahkan pada nilai SPT yang sama dibanding tanah alami.
• Hal ini karena adanya peningkatan tegangan lateral akibat pemasangan kolom pasir.

Kesimpulan: Instalasi kolom pasir tak hanya meningkatkan kepadatan, tapi juga tegangan lateral yang membantu menahan deformasi.

Pemanfaatan Material Daur Ulang

1. Ban Bekas (Tyre Chips)

• Keunggulan:
  • Ringan, elastis, menyerap getaran, dan konduktivitas hidrolik tinggi.
• Uji Laboratorium (Hyodo et al., 2007):
  • Campuran pasir-ban bekas menurunkan tekanan air pori berlebih saat uji siklik.
  • Komposisi dengan 10% ban bekas (sf=0.9) menghasilkan kekuatan geser setengah dari pasir murni.

Temuan penting:

• Efektivitas peredaman paling tinggi saat ban bekas digunakan sebagai lapisan dalam dan tebal.
• Mengurangi peluang likuifaksi pada lapisan pasir di atasnya.

2. Abu Batubara (Granulated Coal Ash - GCA)

• Butiran GCA berukuran mirip pasir, hasil granulasinya mencegah dispersi saat ditimbun.
• Uji Triaxial Siklik (Yoshimoto et al., 2014):
  • GCA memiliki resistansi likuifaksi 1,7 kali lebih tinggi dari pasir Toyoura.

Kesimpulan: GCA dapat digunakan sebagai material pengganti tanah urugan pada area reklamasi dengan ketahanan terhadap gempa yang lebih baik.

Terobosan Nanoteknologi dalam Perbaikan Tanah

1. Colloidal Silica

• Cairan seperti air, berubah menjadi gel setelah masuk ke pori tanah.
• Keunggulan:
  • Tidak berwarna, ramah lingkungan, dan mudah disuntikkan.
• Studi Gallagher et al. (2007):
  • 8% colloidal silica mengurangi penurunan dan peningkatan resistansi likuifaksi dalam pengujian lapangan.

2. Bentonit

• Clay suspensi dengan indeks plastisitas tinggi.
• Peran utama:
  • Menyediakan penahan elastis terhadap partikel pasir.
• Efektivitas: Penambahan 7% bentonit (berat kering) mampu meningkatkan jumlah siklus sebelum likuifaksi terjadi.

3. Laponit

• Clay sintetis berbentuk nanopartikel.
• Efektivitas:
  • 1% laponit mampu meningkatkan resistansi likuifaksi setara dengan bentonit.
  • Butuh dosis lebih sedikit karena viskositasnya lebih tinggi setelah gel terbentuk.

Pendekatan Bioteknologi dalam Mitigasi Likuifaksi

1. Biocementation (MICP - Microbial Induced Calcite Precipitation)

• Mikroba + nutrisi + kalsium → mengikat partikel pasir dengan presipitasi kalsit.
• Efek:
  • Meningkatkan kekakuan dan kekuatan geser awal.
  • Telah diuji hingga tahap lapangan di Belanda (van Paassen, 2011).

2. Biodesaturation

• Menggunakan mikroorganisme untuk menghasilkan gas (N2) di pori tanah.
• Efek:
  • Penurunan kejenuhan dari 100% ke 90% dapat menggandakan resistansi likuifaksi.
• Uji shaking table (He et al., 2013):
  • Tanah jenuh mengalami likuifaksi pada percepatan 0.5–1.5 m/s².
  • Tanah yang didesaturasi dengan biogas tidak mengalami likuifaksi.

Isu Emisi Karbon dan Efisiensi Energi

• Metode konvensional membutuhkan energi tinggi dan menghasilkan emisi karbon besar.
• Orense (2015) menyarankan optimasi antara biaya dan emisi karbon.
• Tiga skenario mitigasi:
  1. Tanpa pencegahan → biaya tinggi setelah gempa.
  2. Pencegahan moderat → biaya menengah.
  3. Pencegahan penuh → biaya awal tinggi, tapi minim emisi dan kerusakan.

Kesimpulan

Penelitian ini memperlihatkan bahwa metode perbaikan tanah terus berkembang menuju pendekatan yang lebih inovatif, hemat energi, dan ramah lingkungan. Dari teknik non-getar hingga nanopartikel, dari limbah industri hingga mikroorganisme, semua diarahkan untuk menangani risiko likuifaksi secara efisien, terutama di daerah permukiman padat.

Tren terbaru menunjukkan bahwa pendekatan multidisiplin—menggabungkan geoteknik, kimia, mikrobiologi, dan teknik lingkungan—adalah masa depan mitigasi likuifaksi. Bukan hanya kekuatan teknik yang menjadi perhatian, tapi juga dampak sosial dan ekologis dari metode yang digunakan.

Sumber : Orense, R. P. (2015). Recent Trends in Ground Improvement Methods as Countermeasure against Liquefaction. 6th International Conference on Earthquake Geotechnical Engineering, Christchurch, New Zealand, November 1–4.

Tanah di lokasi proyek tidak selalu ideal untuk fondasi bangunan. Ketika ditemukan tanah lemah seperti lempung jenuh atau tanah organik, perbaikan tanah menjadi langkah krusial untuk meningkatkan daya dukung tanah, memperkecil penurunan, dan menghindari kegagalan struktur.

Makalah ilmiah karya Gaafer, Bassioni, dan Mostafa (2015) ini menyajikan klasifikasi menyeluruh teknik-teknik perbaikan tanah yang umum digunakan di lapangan, termasuk metode tanpa campuran, dengan campuran, stabilisasi kimia, grouting, serta teknik termal.

Artikel ini tidak hanya merangkum teori, tetapi juga mencakup studi kasus, data perbandingan biaya, efektivitas, dan pertimbangan praktis dalam memilih metode terbaik untuk proyek tertentu.

Kategori Utama Teknik Perbaikan Tanah

Makalah membagi teknik perbaikan tanah dalam lima kelompok besar:

1. Tanpa campuran (non-admixture): penggantian tanah, preloading, vertical drains.
2. Dengan campuran fisik (admixtures/inclusions): stone column, sand compaction piles.
3. Stabilisasi kimia & grouting: semen, kapur, fly ash.
4. Metode kolom dalam & jet grouting.
5. Metode termal: pemanasan dan pembekuan tanah.

1. Perbaikan Tanah Tanpa Campuran

1.1 Penggantian Tanah (Soil Replacement)

• Konsep: Mengganti tanah lunak dengan material granular seperti pasir atau kerikil.
• Kelebihan: Murah, mudah diterapkan, cocok untuk fondasi dangkal.
• Kekurangan: Ketebalan pengganti sering ditentukan hanya berdasarkan pengalaman.
• Catatan Eksperimen: Penambahan ketebalan lapisan pengganti mengurangi penurunan vertikal (Abdel Salam dan Fatah, 2007).

1.2 Preloading atau Pre-compression

• Teknik ini menambahkan beban sementara untuk mempercepat konsolidasi.
• Cocok untuk tanah lempung dengan permeabilitas rendah.
• Kendala: Waktu konsolidasi bisa sangat lama jika tanpa bantuan drainase.

1.3 Vertical Drains

a. Sand Drains

• Lubang bor diisi pasir untuk mempercepat pelepasan tekanan air pori.
• Efektivitas tinggi namun bisa mengganggu struktur tanah di sekitarnya.

b. Prefabricated Vertical Drains (PVD)

• Material geotekstil fleksibel dipasang vertikal.
• Kelebihan: Tidak perlu pengeboran, cocok untuk tanah lunak dalam.

2. Perbaikan Tanah dengan Campuran/Inklusi

2.1 Stone Columns

• Kolom kerikil dipadatkan di dalam tanah.
• Fungsi: Meningkatkan kekuatan geser dan mempercepat konsolidasi.
• Kelebihan: Menurunkan penurunan diferensial dan total.
• Cocok untuk tanah lempung lunak dengan kebutuhan fondasi sedang.

3. Stabilisasi Kimia dan Grouting

3.1 Stabilisasi Kimia

a. Semen

• Digunakan sejak tahun 1960-an, efektif untuk berbagai jenis tanah.
• Reaksi antara semen dan air membentuk ikatan kuat antar partikel.

b. Kapur

• Efektif untuk tanah lempung.
• Reaksi ionik meningkatkan ukuran partikel dan menurunkan plastisitas.

c. Fly Ash

• Bahan limbah dari pembangkit listrik berbahan bakar batu bara.
• Butuh tambahan semen atau kapur untuk bekerja optimal.

3.2 Deep Mixed Columns

• Binder seperti semen atau kapur dicampur langsung ke dalam tanah dalam menggunakan alat mekanis.
• Perbandingan: Mirip stone column, tetapi kekuatannya berasal dari kohesi internal, bukan gesekan.

3.3 Jet Grouting

• Campuran semen disemprotkan dengan tekanan tinggi ke dalam tanah, membentuk struktur "soilcrete".
• Sistem:
  • Single-fluid: hanya slurry semen.
  • Double-fluid: slurry + udara.
  • Triple-fluid: air + udara + slurry (paling efektif untuk tanah lempung).

4. Teknik Termal

4.1 Pemanasan Tanah

• Suhu tinggi (100°C–1000°C) meningkatkan kekuatan tanah lempung.
• Contoh: 1000°C menyebabkan pengeringan signifikan; 5000°C merusak struktur tanah; 10000°C menyebabkan fusi partikel.

4.2 Pembekuan Tanah

• Pendinginan tanah hingga air pori membeku.
• Meningkatkan kekuatan geser dan mengurangi permeabilitas.
• Cocok untuk kondisi air tanah tinggi dan proyek bersifat sementara.

5. Studi Kasus: Perbandingan Biaya dan Efektivitas

Studi kasus nyata menunjukkan bagaimana pilihan metode perbaikan tanah sangat memengaruhi efisiensi biaya dan kinerja teknis. Pada proyek pembangunan silo alumina berkapasitas 23.000 ton di atas tanah berlapis pasir medium (0–18 m) dan lempung kaku (18–35 m), lima metode diuji berdasarkan rasio biaya dan besar penurunan. Hasilnya menunjukkan bahwa metode preloading memiliki rasio biaya paling rendah (1.0) dengan penurunan hanya 0,2 meter. Sebagai perbandingan, pancang beton sedalam 35 meter menelan biaya 60 kali lipat lebih besar meski memberikan penurunan paling kecil yaitu 0,08 meter. Dengan demikian, preloading dianggap sebagai solusi paling ekonomis karena tetap memberikan kinerja penurunan yang dapat diterima.

Sementara itu, studi kedua dilakukan pada proyek tangki minyak yang berdiri di atas 27 meter tanah lempung lunak. Tiga metode dibandingkan dari sisi rasio biaya. Hasilnya, preloading tanpa vertical drains menjadi metode paling hemat (rasio biaya 1.0). Namun, penambahan sand drains sepanjang 28 meter terbukti mempercepat proses konsolidasi tanah, meskipun biayanya meningkat tiga kali lipat (rasio 3.0). Jika dibandingkan dengan pancang beton 30 meter yang memiliki rasio biaya 20.0, kombinasi preloading dan sand drains tetap jauh lebih efisien. Kesimpulannya, vertical drains memberikan keseimbangan ideal antara efisiensi waktu dan biaya, dibandingkan solusi fondasi dalam yang mahal.

Rekomendasi Praktis

• Tanah lempung lunak: Preloading dengan PVD.
• Tanah organik dangkal: Soil replacement.
• Kebutuhan waktu cepat: Stone columns atau jet grouting.
• Kondisi ekstrem: Jet grouting triple fluid atau pembekuan.

Kritik dan Opini

Penelitian ini memberikan katalog metode perbaikan tanah secara sistematis, tetapi belum menyatukan semua parameter penting (daya dukung, penurunan, biaya, dan kemudahan eksekusi) dalam satu kerangka pemilihan. Untuk aplikasi praktis, perlu pendekatan kuantitatif berbasis multi-criteria decision making seperti dalam studi-studi yang lebih baru (misalnya Sánchez-Garrido et al., 2022).

Kesimpulan

Teknik perbaikan tanah adalah fondasi dari fondasi. Pilihan metode tergantung pada kondisi tanah, waktu, anggaran, dan jenis struktur yang dibangun. Preloading, stone columns, dan stabilisasi kimia adalah solusi umum, namun pendekatan berbasis data, eksperimen, dan simulasi sangat penting untuk menentukan strategi terbaik.

Makalah ini menegaskan perlunya studi lebih lanjut terhadap teknik removal and replacement, karena metode ini berpotensi memberikan keseimbangan optimal antara performa geoteknik dan biaya konstruksi.

Sumber : Gaafer, Manar, Bassioni, Hesham, & Mostafa, Tareq. (2015). Soil Improvement Techniques. International Journal of Scientific & Engineering Research, 6(12), 217–222.

Tanah gipsum yang meliputi sekitar 30% wilayah Irak dikenal rentan amblas saat basah. Ketika terkena air, gipsum larut dan meninggalkan pori besar, menyebabkan fondasi bangunan tidak stabil. Penelitian oleh Jawad dan Jahanger (2024) mencoba memahami pengaruh kontaminasi minyak—khususnya kerosin—terhadap pola runtuh dan deformasi tanah gipsum. Studi ini memadukan pendekatan eksperimental dan simulasi numerik untuk memberikan pemahaman yang lebih komprehensif terhadap interaksi tanah-fondasi dalam kondisi kontaminasi minyak.

Latar Belakang: Mengapa Tanah Gipsum Perlu Diteliti?

• Sifat collapsible: Tanah gipsum keras saat kering, tapi sangat lemah bila jenuh air.
• Ancaman infrastruktur: Dapat menyebabkan keruntuhan mendadak bangunan, bendungan, dan jalan.
• Kurangnya data deformasi mikroskopik: Sebagian besar studi sebelumnya hanya fokus pada persentase ambles, bukan pola deformasi aktual.

Metodologi: Dua Pendekatan, Satu Tujuan

1. Eksperimen Laboratorium

• Menggunakan gipsum berpasir dari Fallujah, Irak, dengan kadar gipsum 25%.
• Menguji berbagai kondisi:
  • Kering
  • Jenuh air
  • Terkontaminasi kerosin 3%, 6%, 9%
• Teknik: Uji geser langsung dan Particle Image Velocimetry (PIV)

2. Simulasi Plaxis 3D

• Model elemen hingga menggunakan Mohr-Coulomb.
• Memperkirakan gaya geser, perpindahan vertikal, dan deformasi tanah.

Temuan Utama: Apa yang Terjadi Saat Kerosin Dicampur ke Tanah?

⚙️ Karakteristik Tanah

• Kepadatan kering maksimum: 1.69 g/cm³
• Sudut geser dalam kondisi kering: 35,7°
• Koefisien kolaps alami (Cp): 5,217% (tergolong high collapsibility)

Hasil Pengujian: Studi Kasus dan Angka Nyata

Hasil pengujian uji geser langsung menunjukkan pengaruh kadar kerosin terhadap sifat mekanik tanah. Pada kadar kerosin 0% (alami), sudut geser (ϕ) tercatat sebesar 32° dengan kohesi (c) 27 kPa. Ketika kadar kerosin meningkat menjadi 3%, sudut geser meningkat menjadi 35,04° sementara kohesi menurun menjadi 18,24 kPa. Pada kadar 6%, sudut geser sedikit menurun menjadi 34° dengan kohesi yang juga berkurang menjadi 22,87 kPa. Namun, pada kadar kerosin 9%, sudut geser kembali meningkat menjadi 36,13°, tetapi kohesi mengalami penurunan signifikan hingga 7,76 kPa. Analisis ini menunjukkan bahwa penambahan kerosin dapat meningkatkan sudut geser tanah, namun pada saat yang sama, kerosin juga menyebabkan penurunan kohesi akibat pelumasan antar partikel, yang dapat mempengaruhi stabilitas tanah dalam aplikasi geoteknik.

2. Pengaruh Kerosin terhadap Potensi Kolaps (Cp)

• Tanpa kerosin: 5,217% (kategori tinggi)
• 3% kerosin: 2,84%
• 6% kerosin: 2,01%
• 9% kerosin: 0,95% (kategori tidak bisa runtuh)

Kesimpulan: 9% kerosin sangat efektif mereduksi potensi runtuh.

Hasil Visualisasi Deformasi dengan PIV

Pola Pergerakan Tanah

• Tanah alami menunjukkan punching shear failure.
• Tanah terkontaminasi 3% kerosin menunjukkan general shear failure:
  • Zona aktif (1)
  • Zona transisi radial (2)
  • Zona pasif Rankine (3)

Kecepatan dan Arah Pergerakan

• Peta vektor kecepatan memperlihatkan arah simetris ke bawah dan samping.
• Pada 3% kerosin, pergerakan menjadi lebih stabil dan terbatas.

Simulasi Plaxis 3D: Validasi Hasil PIV

Simulasi Plaxis 3D dapat digunakan untuk memvalidasi hasil PIV dengan mempertimbangkan kondisi tanah yang berbeda. Perbandingan antara S/B Lab dan S/B Plaxis penting untuk memahami perbedaan hasil analisis dan memastikan akurasi model dalam menggambarkan perilaku tanah di lapangan. 

Hasil simulasi menunjukkan bahwa untuk kondisi tanah kering, rasio S/B Lab sebesar 3,56 berbanding 2,49 pada S/B Plaxis, sedangkan untuk kondisi jenuh, rasio S/B Lab 40,24 berbanding 38,41 pada S/B Plaxis. Perbedaan ini menunjukkan bahwa meskipun ada variasi antara hasil laboratorium dan simulasi, hasil simulasi Plaxis 3D mendekati hasil eksperimen yang diperoleh, yang mendukung validitas model yang digunakan. Dengan demikian, simulasi ini memberikan keyakinan bahwa model dapat diandalkan untuk analisis lebih lanjut dalam proyek geoteknik.

Distribusi Regangan dan Perpindahan

• Strain horizontal (du/dx) dan vertikal (dv/dy) terdeteksi tinggi di tanah jenuh alami.
• Setelah pencampuran kerosin 3%:
  • Terjadi pengurangan strain secara signifikan.
  • Membentuk zona geser yang lebih sempit.
  • Menahan laju deformasi bawah beban 200 kPa.

📈 Displacement Vector Maps menunjukkan zona deformasi makin dalam namun terkontrol saat kerosin ditambahkan.

Kritik dan Catatan Tambahan

• PIV tidak bisa diterapkan optimal untuk tanah dengan 6% kerosin karena viskositas tinggi dan saturasi lambat.
• Oleh karena itu, Plaxis 3D digunakan sebagai alternatif untuk kasus ini.

Implikasi Praktis bagi Dunia Teknik Sipil

• Kerosin bisa digunakan sebagai aditif stabilisasi tanah di daerah rawan runtuh.
• Penerapan dapat dikembangkan pada:
  • Proyek jalan di atas tanah gipsum
  • Fondasi bangunan ringan hingga menengah
  • Perkuatan tanah untuk jembatan dan saluran air

💡 Catatan Lingkungan: Kerosin bukan solusi ramah lingkungan jangka panjang. Perlu riset lanjutan untuk alternatif yang lebih hijau.

Kesimpulan

Penelitian ini mengintegrasikan dua pendekatan—eksperimen visual PIV dan simulasi numerik Plaxis 3D—untuk menganalisis interaksi fondasi-strip pada tanah gipsum dalam berbagai kondisi. Tambahan kerosin hingga 9% terbukti efektif mengurangi potensi runtuh dari kategori tinggi menjadi tidak runtuh. Visualisasi deformasi dengan PIV memberikan wawasan berharga terhadap mekanisme kegagalan tanah, sementara simulasi Plaxis memberikan validasi numerik yang andal.

Sumber :Jawad, H. M., & Jahanger, Z. K. (2024). The Effect of Oil Contaminated on Collapse Pattern in Gypseous Soil Using Particle Image Velocimetry and Simulation. Civil Engineering Journal, 10(7), 2325–2343.