Paper yang ditulis oleh Hrudya S Nair dan Kannan K dari Marian Engineering College, Trivandrum, India berjudul "A Review on Stabilisation of soil using Biological Soil Improvement Techniques" menyajikan tinjauan komprehensif tentang teknik biologis untuk perbaikan tanah. Artikel ini menganalisis dua metode utama dalam biocementation tanah yang sedang berkembang pesat dalam rekayasa geoteknik modern: Microbially Induced Calcium Carbonate Precipitation (MICP) dan Enzyme Induced Calcium Carbonate Precipitation (EICP).

Latar Belakang dan Urgensi Teknik Biologis

Pertumbuhan populasi yang pesat di kawasan perkotaan telah mendorong ekspansi pembangunan ke daerah pinggiran kota dengan kondisi tanah yang sering tidak menguntungkan untuk infrastruktur. Situasi ini menciptakan kebutuhan akan teknik stabilisasi tanah yang efektif. Metode tradisional seperti stabilisasi mekanis dan injeksi grouting dengan semen atau polimer menghadapi beberapa kendala serius:

• Biaya tinggi
• Membutuhkan peralatan berat
• Mengganggu infrastruktur perkotaan yang sudah ada
• Melibatkan bahan kimia berbahaya dengan konsekuensi lingkungan serius

Penggunaan stabilisator seperti semen Portland menghasilkan masalah lingkungan signifikan termasuk produksi karsinogen dan pemanasan global. Sebagai respons, para peneliti mengembangkan teknologi renovasi tanah modern yang berkelanjutan, ramah lingkungan, dan mampu memenuhi kebutuhan infrastruktur masyarakat.

Fokus penelitian teknologi perbaikan tanah saat ini adalah pada metode biologis yang tangguh, ramah lingkungan, dan hemat energi. Soil-bioengineering yang menggunakan sistem akar vegetatif untuk menstabilkan struktur tanah adalah salah satu strategi yang diadopsi secara luas. Namun, pendekatan ini memiliki keterbatasan karena dipengaruhi oleh musim tanam dan variasi iklim yang memperkenalkan ketidakpastian dalam pertumbuhan dan proliferasi akar tanaman di dalam tanah.

Teknik Perbaikan Tanah Biologis

Teknik perbaikan tanah biologis dapat diklasifikasikan menjadi dua kategori utama:

1. Teknik Perbaikan Tanah Bio-mediasi: Melibatkan penggunaan organisme hidup secara langsung ke dalam tanah, dan produk sampingan yang dihasilkan dari aktivitas biologis mereka dapat digunakan untuk mengubah sifat rekayasa tanah.
2. Teknik Perbaikan Tanah Bio-inspirasi: Tidak melibatkan aplikasi langsung organisme hidup ke tanah, tetapi menggunakan bahan-bahan berbeda untuk memberikan reaksi dan produk yang serupa ke dalam tanah.

Microbially Induced Calcium Carbonate Precipitation (MICP)

MICP adalah aktivitas metabolik mikroba yang menggunakan presipitasi mineral anorganik (kalsit/kalsium karbonat; CaCO₃) untuk memperkuat material berpori, yang pada akhirnya meningkatkan sifat rekayasa tanah. Aplikasi terbaru MICP meliputi:

• Penguatan dan pengerasan tanah
• Perbaikan retakan beton
• Produksi bio-bricks dari agregat bata
• Stabilisasi/solidifikasi abu terbang dari pembakaran sampah padat perkotaan

Mikroorganisme yang digunakan dalam presipitasi karbonat yang diinduksi secara mikroba (MICP) dapat memiliki dampak signifikan pada sifat mekanik dan rekayasa tanah karena:

• Tingkat reproduksi yang cepat
• Metabolisme yang fleksibel
• Konsumsi energi rendah
• Keragaman dan kelimpahan
• Ramah lingkungan

Enzyme Induced Calcium Carbonate Precipitation (EICP)

EICP adalah teknik perbaikan tanah biogeoteknik inovatif dimana kalsium karbonat dipresipitasi dari larutan berair di dalam pori-pori tanah, meningkatkan kualitas biogeoteknik tanah granular. Presipitasi kalsium karbonat meningkatkan kekuatan, kekakuan, dan dilatansi tanah melalui:

• Pengisian pori
• Pengerasan partikel
• Pengikatan antar partikel

Proses EICP memiliki potensi untuk digunakan sebagai solusi bio-sementasi dan bio-remediasi dalam berbagai masalah lingkungan, bangunan, geoteknik, dan teknik sipil, termasuk:

• Meningkatkan kekuatan tanah
• Menurunkan potensi likuifaksi tanah
• Mengendalikan erosi permukaan
• Menurunkan permeabilitas
• Meremediasi kontaminan logam berat

Reaksi kimia dalam proses EICP melibatkan hidrolisis urea oleh enzim urease:

CO(NH₂)₂ + 2H₂O → 2NH₄⁺ + CO₃²⁻

CaCl₂ → Ca²⁺ + 2Cl⁻

Ca²⁺ + CO₃²⁻ → CaCO₃ ↓ (presipitasi)

EICP memiliki keunggulan karena efektif untuk berbagai jenis tanah, termasuk tanah berbutir halus, berkat ukuran kristal enzim urease yang lebih kecil (biasanya 12 nm atau 120 Å).

Studi Kasus dan Hasil Penelitian

Aplikasi MICP pada Tanah Liat

Punnoi et al. (2021) melaporkan peningkatan kekuatan tekan bebas (qu) tanah liat yang dipadatkan dan ditreatment dengan MICP menggunakan bakteri Bacillus pasteurii dalam bentuk sel vegetatif dan spora bakteri. Hasil studi menunjukkan:

• Nilai qu sampel yang ditreatment setelah 3 hari dan 7 hari perawatan lebih besar dari qu sampel yang tidak ditreatment
• MICP dengan sel vegetatif meningkatkan nilai qu tanah liat hingga 2,0 kali
• MICP dengan spora bakteri meningkatkan nilai qu tanah liat hingga 2,6 kali
• Peningkatan kekuatan ini sesuai dengan peningkatan kandungan kalsit terukur sebesar 2,3-2,8 kali
• Modulus Young sekan pada 50% kekuatan (E50) juga meningkat 1,8 dan 2,3 kali masing-masing untuk tanah yang ditreatment MICP dengan sel vegetatif dan spora bakteri

Diobservasi bahwa sel vegetatif meningkatkan kekuatan tanah liat lebih awal daripada spora bakteri. Keterlambatan dalam kinerja awal MICP oleh spora bakteri disebabkan oleh resistensinya terhadap lingkungan yang tidak sesuai, yang membutuhkan waktu untuk mengaktifkan kembali dari bentuk spora menjadi sel aktif.

Aplikasi MICP pada Tanah Liat Lunak

Xiao et al. (2020) melaporkan peningkatan kekuatan tekan bebas tanah yang ditreatment sebesar 2,42 kali mencapai 43,31 kPa dan pengurangan kadar air tanah liat dari 40% menjadi 30,73%. Spesimen uji tanah liat lunak dibuat dengan campuran tanah liat lunak, larutan dengan berbagai konsentrasi garam nutrisi, dan bakteri Sporosarcina pasteurii, kemudian dirawat selama 28 hari.

Pencampuran langsung larutan S. pasteurii, garam nutrisi, dan tanah liat lunak secara signifikan meningkatkan keseragaman distribusi spasial bakteri dan nutrisi dalam tanah liat lunak dan mempromosikan pembentukan kalsium karbonat.

Aplikasi MICP pada Tanah Liat Laut

Kannan et al. (2020) mengevaluasi perilaku rekayasa tanah liat laut yang ditreatment MICP melalui serangkaian uji konsolidasi satu dimensi, uji kompresi bebas, dan penentuan sifat indeks. Metode bio-augmentasi dan bio-stimulasi dilakukan pada dua jenis tanah berbeda, yaitu tanah liat Kuttanad dan tanah liat laut Cochin. Ditemukan bahwa:

• Pada sampel tanah liat laut, teknik bio-stimulasi tidak efektif; bio-augmentasi diperlukan untuk perbaikan tanah
• Pengurangan sekitar 29% diamati untuk batas cair 25 hari setelah perawatan bio-augmentasi
• Setelah perawatan MICP, kompresibilitas tanah liat laut berkurang sekitar 32%
• Pada kadar air batas ketangguhan, kekuatan geser tak terdrainase tanah liat laut yang ditreatment MICP meningkat secara signifikan (peningkatan tertinggi terukur sekitar 148%)
• Sebagian besar spesimen yang diteliti mengalami perubahan designasi tanah dari CH ke MH, yang menunjukkan perbedaan karakteristik tanah yang cukup besar

Perbandingan EICP dan MICP

Saat membandingkan efisiensi presipitasi karbonat dari EICP menggunakan larutan kedelai dan MICP menggunakan bakteri ureolitik sebagai katalis untuk hidrolisis urea, Lee et al. (2020) menemukan:

• Karena pertumbuhan mikroba, laju MICP meningkat seiring waktu
• Laju EICP menurun karena urease, sebuah protein, terdegradasi seiring waktu
• Masalah EICP ini dapat diatasi dengan memodifikasi rasio kedelai kuning terhadap air suling
• Dengan meningkatkan kandungan kedelai kuning, laju EICP dapat disesuaikan untuk mengendapkan jumlah maksimum teoritis kalsium karbonat dalam 24 jam
• Populasi mikroba juga dapat mengatur laju MICP, meskipun karena kompleksitas kultivasi mikroba, ini lebih menantang daripada dengan EICP

Keefektifan presipitasi EICP dari perspektif kemampuan presipitasi dan kemudahan menyesuaikan laju presipitasi menjadikannya pengganti yang bagus untuk MICP. Nilai UCS spesimen tanah liat berpasir yang ditreatment dengan EICP ditemukan berada dalam kisaran 1,58 hingga 2,72 untuk berbagai kombinasi larutan kedelai dan urea-CaCl₂. Kekuatan maksimum diamati untuk sampel yang dirawat selama 28 hari dengan larutan urea-CaCl₂ 140g/L dan larutan kedelai 3g/L.

Ekstrak Urease Tumbuhan untuk Presipitasi Kalsium Karbonat

Dilrukshi et al. (2018) melakukan perbaikan tanah menggunakan presipitasi kalsium karbonat yang diinduksi urease yang berasal dari tumbuhan. Untuk tujuan presipitasi kalsium karbonat, ekstrak kasar dari biji semangka yang dihancurkan digunakan sebagai sumber urease bersama dengan urea dan kalsium klorida.

Kekuatan tekan bebas yang diestimasi dari pasir Mikawa yang tersedia secara komersial menunjukkan bahwa kekuatan meningkat dengan peningkatan konsentrasi urea-CaCl₂. Nilai UCS tertinggi ditemukan untuk sampel yang dirawat selama 14 hari pada 0,7 M CaCl₂-urea dan konsentrasi urease 3,912 U/mL.

Ekstrak urease kasar dari biji semangka yang dihancurkan dapat menggantikan urease yang dipasok secara komersial untuk presipitasi karbonat dan digunakan sebagai pendekatan dampak rendah untuk perbaikan tanah.

Aplikasi EICP untuk Meningkatkan Kekuatan Geser Liner Tanah Liat yang Dipadatkan

Gao et al. (2020) menggunakan EICP untuk meningkatkan kekuatan geser liner tanah liat yang dipadatkan. Pemadatan dilakukan pada tanah yang ditreatment dengan empat konsentrasi penyemenan yang berbeda pada kadar air cetak yang berbeda.

• Sampel tanah yang ditreatment memiliki nilai UCS lebih besar dari 200 kPa, yang dianggap sebagai standar minimum yang direkomendasikan untuk liner tanah liat yang dipadatkan
• Nilai UCS tanah yang tidak ditreatment kurang dari 200 kPa
• Kekuatan geser meningkat seiring dengan peningkatan molaritas larutan urea-CaCl₂
• Kekuatan terbesar 643,5 kPa dicapai pada larutan sementasi 1,00 M ketika sampel disiapkan pada kadar air cetak -2% dalam kaitannya dengan OMC
• Gambar SEM tanah yang ditreatment menunjukkan pembentukan presipitasi putih
• Investigasi XRD tanah yang ditreatment mengungkapkan bahwa mineral kalsit hadir dalam matriks tanah

Efektivitas Ekstrak Urease Kasar vs Urease Komersial

Tirkolaei et al. (2020) melakukan pengujian pada ekstrak kasar dan ekstrak murni dari biji semangka, kedelai, kacang jack, dan tepung kacang jack dalam tabung reaksi. Ditemukan bahwa ekstrak kasar kacang jack menghasilkan hasil satuan tertinggi di antara keempat sumber tanaman ini, diukur sebagai jumlah urease per massa awal bahan sumber.

Saat membandingkan kekuatan sampel tanah yang diobati dengan ekstrak urease kasar dan ekstrak urease yang tersedia secara komersial, terlihat bahwa ketidakmurnian dalam kedua ekstrak memainkan peran penting dalam penguatan tanah, sehingga ekstrak kasar lebih efektif.

• Hasil UCS yang lebih tinggi diperoleh pada spesimen bio-semen menggunakan ekstrak kasar kacang jack, yang jauh kurang murni daripada enzim yang tersedia secara komersial
• Hasil ini menunjukkan bahwa ketidakmurnian organik dalam larutan bio-sementasi mungkin sebenarnya meningkatkan efektivitas EICP untuk bio-sementasi

Kesimpulan dan Implikasi

Kebutuhan akan adopsi teknik perbaikan tanah biologis semakin meningkat dalam skenario teknik stabilisasi tanah yang sedang berkembang saat ini. Fokus penelitian teknologi perbaikan tanah saat ini adalah pada metode biologis yang tangguh, ramah lingkungan, dan hemat energi.

Insinyur geoteknik dan peneliti menerapkan presipitasi kalsium karbonat yang diinduksi secara mikroba (MICP) dan presipitasi kalsium karbonat yang diinduksi oleh enzim (EICP) di seluruh dunia. Presipitasi Kalsium Karbonat (CaCO₃) dengan adanya enzim urease bertindak sebagai komponen fundamental dari kedua proses ini.

MICP menggunakan perlakuan langsung mikroorganisme dengan tanah. Studi stabilisasi tanah menggunakan MICP menunjukkan peningkatan kekuatan yang cukup besar dan presipitasi kalsit yang luar biasa dalam matriks tanah.

Berdasarkan hasil presipitasi tabung perbandingan EICP dan MICP, EICP dapat menjadi pengganti yang baik untuk MICP karena efisiensinya dalam presipitasi serta kemudahan dengan mana laju presipitasi dapat dengan mudah dikontrol.

Karena urease dibuat dalam bentuk yang sangat murni untuk penelitian dan aplikasi yang halus, harganya mahal ketika dibeli secara komersial. Karakteristik kekuatan beragam tanah yang diobati dengan enzim urease dari berbagai sumber (biji semangka, biji kedelai, dan biji kacang jack) mengungkapkan peningkatan yang signifikan dan presipitasi CaCO₃ yang efektif. Jadi, enzim urease yang berasal dari tumbuhan dapat menjadi pengganti yang baik untuk enzim urease yang dijual secara komersial.

Peluang dan Tantangan Masa Depan

Meskipun penelitian ini menunjukkan potensi besar teknik biologis untuk stabilisasi tanah, beberapa tantangan dan peluang penelitian masa depan perlu dipertimbangkan:

1. Aplikasi pada Skala Besar: Mayoritas studi dilakukan pada skala laboratorium. Diperlukan penelitian lebih lanjut untuk memvalidasi efektivitas teknik ini pada aplikasi lapangan skala besar.
2. Optimalisasi Biaya: Meskipun ekstrak urease kasar dari tumbuhan lebih ekonomis daripada urease komersial, prosedur ekstraksi yang lebih efisien perlu dikembangkan untuk mengurangi biaya lebih lanjut.
3. Ketahanan Jangka Panjang: Perilaku jangka panjang tanah yang distabilkan secara biologis, termasuk ketahanan terhadap siklus basah-kering dan fluktuasi suhu, memerlukan investigasi lebih lanjut.
4. Variabilitas Bahan Biologis: Variabilitas alami dalam sumber enzim biologi dan aktivitas mikroorganisme dapat mempengaruhi konsistensi hasil. Standardisasi protokol perlu dikembangkan.
5. Potensi Integrasi dengan Teknik Tradisional: Kombinasi teknik biologis dengan metode stabilisasi tanah konvensional dapat memberikan solusi hibrida yang mengoptimalkan kinerja dan mengurangi dampak lingkungan.

Secara keseluruhan, stabilisasi tanah biologis menawarkan pendekatan menjanjikan dan berkelanjutan untuk meningkatkan sifat rekayasa tanah, terutama dalam konteks meningkatnya kekhawatiran lingkungan dan kebutuhan akan praktek konstruksi ramah lingkungan. Penelitian lebih lanjut dan implementasi industri akan memainkan peran penting dalam memajukan teknik-teknik ini dari fase eksperimental ke aplikasi praktis yang diterima secara luas.

Sumber : Nair, H. S., & Kannan, K. (2023). A Review on Stabilisation of soil using Biological Soil Improvement Techniques. International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT), 12(01), 300-303.

Pendahuluan

Stabilisasi tanah adalah proses penting dalam teknik sipil yang bertujuan untuk memperbaiki sifat fisik tanah agar sesuai dengan kebutuhan konstruksi. Paper ini menyajikan studi komparatif tentang berbagai teknik stabilisasi tanah modern, meliputi metode kimiawi, mekanis, dan biologis. Tujuan utama adalah untuk memberikan pemahaman mendalam tentang kelebihan dan kekurangan masing-masing metode, sehingga insinyur dapat memilih solusi yang paling tepat dan efektif untuk proyek mereka.

Metode Penelitian

Studi ini melakukan analisis komparatif berdasarkan tinjauan literatur ekstensif, mencakup berbagai teknik stabilisasi tanah yang umum digunakan, seperti:

• Stabilisasi dengan kapur dan semen
• Stabilisasi dengan bitumen dan fly ash
• Vibroflotasi dan pemadatan dinamis
• Penggunaan sand drains dan wick drains
• Stabilisasi dengan polimer dan molase
• Metode blasting dan preloading

Setiap teknik dievaluasi berdasarkan prinsip dasar, aplikasi, keunggulan, keterbatasan, dan efektivitas biaya. Data kuantitatif dan studi kasus disertakan untuk mendukung analisis.

Hasil dan Diskusi

1. Stabilisasi Kimiawi: Kapur vs. Semen

Stabilisasi kimiawi menggunakan kapur dan semen memiliki keunggulan dan aplikasi yang berbeda tergantung pada jenis tanah yang digunakan. Kapur sangat efektif untuk tanah lempung, karena dapat meningkatkan kekuatan jangka panjang melalui reaksi pozzolanik yang terjadi saat kapur bereaksi dengan air dan tanah. Di sisi lain, semen lebih cocok untuk tanah granular, memberikan kekuatan awal yang lebih cepat, sehingga ideal untuk proyek yang memerlukan penyelesaian cepat.

 

Perbandingan rinci antara kedua metode stabilisasi ini dapat dilihat dalam tabel berikut: stabilisasi kapur lebih efektif untuk tanah lempung, sementara stabilisasi semen lebih disukai untuk tanah granular. Dari segi kekuatan, kapur menawarkan kekuatan jangka panjang, sedangkan semen memberikan kekuatan awal yang cepat. Struktur pori pada stabilisasi kapur cenderung terbuka, sedangkan pada stabilisasi semen, struktur porinya lebih tertutup. Selain itu, suhu produksi untuk kapur adalah sekitar 1500°C, sedangkan untuk semen, suhu produksinya lebih dari 1500°C. Dengan mempertimbangkan karakteristik ini, pemilihan antara kapur dan semen harus disesuaikan dengan jenis tanah dan kebutuhan proyek.

2. Stabilisasi dengan Bitumen dan Fly Ash

Bitumen dan fly ash memiliki peran penting dalam stabilisasi tanah, namun keduanya memiliki karakteristik yang berbeda. Bitumen efektif dalam mengikat partikel tanah dan meningkatkan kekuatan kohesif, tetapi proses penggunaannya kurang ramah lingkungan. Sebaliknya, fly ash, sebagai produk limbah industri, menawarkan alternatif yang lebih berkelanjutan dengan kemampuan untuk meningkatkan kapasitas tanah dalam menyimpan air dan menyediakan nutrisi bagi tanaman. Dalam hal mekanisme, stabilisasi bitumen bekerja melalui pengikatan partikel, sementara stabilisasi fly ash melibatkan reaksi pozzolanik. Dari segi dampak lingkungan, bitumen dianggap kurang ramah lingkungan, sedangkan fly ash lebih ramah lingkungan. Biaya stabilisasi bitumen dapat signifikan, terutama pada suhu ekstrem, sedangkan fly ash menawarkan solusi yang lebih efektif biaya. Selain itu, durabilitas stabilisasi bitumen cenderung lebih rendah dibandingkan dengan beton, sementara fly ash menunjukkan durabilitas yang sangat baik. Dengan demikian, pemilihan metode stabilisasi yang tepat harus mempertimbangkan faktor lingkungan, biaya, dan kinerja jangka panjang.

3. Metode Mekanis: Vibroflotasi vs. Pemadatan Dinamis

Vibroflotasi dan pemadatan dinamis adalah dua metode pemadatan tanah yang memiliki aplikasi dan karakteristik yang berbeda. Vibroflotasi sangat cocok untuk tanah granular dan non-kohesif, dengan kemampuan untuk meningkatkan kepadatan relatif tanah hingga kedalaman 150 kaki. Metode ini efektif dalam meningkatkan stabilitas tanah, terutama dalam kondisi yang memerlukan kepadatan tinggi. Namun, vibroflotasi memiliki keterbatasan, yaitu tidak efektif jika kandungan lanau melebihi 15% atau kandungan lempung lebih dari 2%.

Di sisi lain, pemadatan dinamis menawarkan pendekatan yang lebih serbaguna dan dapat diterapkan pada berbagai jenis tanah. Metode ini menggunakan energi tinggi untuk memadatkan tanah hingga kedalaman 12 meter, dengan tujuan utama untuk meningkatkan karakteristik geoteknik tanah. Meskipun demikian, pemadatan dinamis juga memiliki keterbatasan, yaitu tidak efektif jika kandungan halus dalam tanah melebihi 20%. Dengan mempertimbangkan karakteristik dan keterbatasan masing-masing metode, pemilihan antara vibroflotasi dan pemadatan dinamis harus disesuaikan dengan jenis tanah dan tujuan proyek yang diinginkan.

4. Sistem Drainase: Sand Drains vs. Wick Drains

Sand drains dan wick drains (PVD) adalah dua metode yang digunakan untuk mempercepat proses konsolidasi tanah, namun keduanya memiliki karakteristik dan aplikasi yang berbeda. Sand drains efektif dalam tanah lempung lunak hingga kaku, lanau, dan pasir lepas, dengan menyediakan jalur drainase vertikal yang memungkinkan air mengalir keluar dari tanah, sehingga mempercepat konsolidasi. Pemasangan sand drains dilakukan secara vertikal, dan kedalamannya terbatas, tergantung pada kondisi tanah.

Di sisi lain, wick drains (PVD) merupakan solusi yang lebih modern dan fleksibel, dapat dipasang dalam posisi vertikal maupun non-vertikal, sehingga cocok untuk tanah halus yang terendam air, seperti lanau organik dan gambut. Wick drains memiliki kemampuan untuk dipasang hingga kedalaman lebih dari 200 kaki, menjadikannya pilihan yang lebih baik untuk kondisi tanah yang lebih dalam. Meskipun sand drains dapat mempercepat konsolidasi dengan lebih cepat karena permeabilitas horizontal yang lebih baik, wick drains mungkin mengalami keterhambatan dalam kecepatan konsolidasi akibat permeabilitas yang lebih rendah. Dengan demikian, pemilihan antara sand drains dan wick drains harus mempertimbangkan jenis tanah, kedalaman, dan kebutuhan spesifik proyek.

5. Stabilisasi Biologis: Polimer vs. Molase

Stabilisasi tanah menggunakan polimer dan molase memiliki keunggulan dan aplikasi yang berbeda dalam bidang teknik sipil dan pertanian. Polimer digunakan secara luas dalam teknik geoteknik, konstruksi, dan pertanian untuk meningkatkan sifat fisik tanah, seperti kekuatan dan stabilitas. Namun, dampak lingkungan dari polimer menjadi perhatian, karena polimer yang kuat sulit terurai dan dapat menyebabkan masalah pencemaran. Beberapa faktor yang mempengaruhi efektivitas stabilisasi polimer meliputi salinitas, suhu, konsentrasi, dan berat molekul.

Di sisi lain, molase, sebagai produk sampingan dari industri gula, menawarkan alternatif alami yang dapat meningkatkan retensi air tanah, terutama dalam aplikasi pertanian. Keunggulan molase terletak pada sifat alaminya, yang menjadikannya lebih ramah lingkungan dibandingkan dengan polimer sintetis. Namun, efektivitas molase dalam stabilisasi tanah dipengaruhi oleh suhu, kandungan larut, dan komposisi larut. Ketersediaan juga menjadi faktor penting; sementara polimer relatif mudah ditemukan, molase semakin sulit ditemukan seiring dengan berkurangnya produksi gula. Dengan mempertimbangkan karakteristik ini, pemilihan antara stabilisasi polimer dan molase harus disesuaikan dengan kebutuhan spesifik proyek dan pertimbangan lingkungan.

6. Metode Konsolidasi: Blasting vs. Preloading

Blasting dan preloading adalah dua metode yang digunakan dalam teknik sipil dan konstruksi untuk mempersiapkan tanah sebelum pembangunan. Blasting melibatkan penggunaan bahan peledak untuk memecah tanah padat, dengan tujuan utama mengurangi ukuran batuan yang sulit diolah. Metode ini sering diterapkan dalam industri pertambangan dan konstruksi, tetapi memiliki risiko keamanan yang tinggi karena potensi bahaya dari bahan peledak.

Sebaliknya, preloading adalah metode yang lebih aman yang memberikan beban merata di permukaan tanah sebelum konstruksi dimulai. Tujuan dari preloading adalah untuk memadatkan tanah, sehingga meningkatkan stabilitas dan daya dukung tanah sebelum pembangunan struktur. Aplikasi preloading umumnya lebih terkait dengan teknik sipil, di mana keamanan menjadi prioritas utama.

Dalam konteks studi kasus dan angka penting, beberapa temuan menarik mencakup penambahan 5% kapur pada tanah lempung yang dapat meningkatkan unconfined compressive strength (UCS) hingga 200%, menunjukkan efektivitas stabilisasi kapur. Selain itu, pemadatan dinamis yang menggunakan energi sebesar 200 ton-meter dapat memadatkan tanah hingga kedalaman 10 meter, menunjukkan kekuatan metode ini. Terakhir, penggunaan wick drains dapat mempercepat konsolidasi tanah lunak hingga 50% dibandingkan dengan kondisi tanpa drainase, menyoroti pentingnya teknik ini dalam meningkatkan performa tanah. Dengan mempertimbangkan karakteristik dan aplikasi masing-masing metode, pemilihan teknik yang tepat sangat penting untuk keberhasilan proyek konstruksi.

Kesimpulan

Pemilihan teknik stabilisasi tanah yang tepat sangat bergantung pada jenis tanah, kondisi lingkungan, anggaran, dan persyaratan proyek. Studi komparatif ini memberikan panduan komprehensif untuk membantu insinyur membuat keputusan yang tepat.

Sumber: Ayesha Binta Ali, Maliha Rashid, Zahin Rahman, Tamjid Talukder, Imran Ahmed Joy. A Comparative Study on Soil Stabilization Techniques. Journal of Advances in Geotechnical Engineering, 2023.

 Pendahuluan 

Dalam era konstruksi berkelanjutan, penggunaan bahan limbah untuk stabilisasi tanah lunak menjadi solusi inovatif yang menggabungkan manfaat ekonomi dan ekologis. Artikel ini menganalisis penelitian oleh Chmielewska dan Gosk (2022) yang menguji berbagai limbah—seperti ampas kopi, abu sekam padi, dan kaca daur ulang—untuk meningkatkan kepadatan, kekuatan geser, dan stabilitas tanah. Temuan ini relevan dengan tren circular economy dan kebutuhan mengurangi emisi karbon di industri konstruksi. 

 Metode Stabilisasi Tanah dengan Limbah 

Penelitian mengklasifikasikan metode stabilisasi tanah menjadi lima kelompok (Chu et al., 2009), dengan fokus pada penggunaan aditif limbah. Beberapa teknik utama meliputi: 

- Pencampuran mekanis: Limbah dicampur langsung dengan tanah untuk meningkatkan kepadatan. 

- Pengikatan kimia: Limbah dengan kandungan silika tinggi (seperti abu sekam padi) bereaksi secara pozzolanik. 

- Penguatan serat: Serat alami (pisang, kelapa) menambah kekuatan tarik tanah. 

Studi Kasus: 

- Limbah batu (SSW): Penambahan 20% SSW meningkatkan kepadatan tanah sebesar 3-4% dan kohesi hingga 40% (Attom & El-Emam, 2011). 

- Ampas kopi (SCG): 10% SCG meningkatkan kohesi tanah sebesar 20%, tetapi kandungan 15% justru mengurangi stabilitas (Bedaiwy et al., 2019). 

 Dampak Limbah pada Sifat Teknis Tanah 

 1. Kepadatan Maksimum & Kadar Air Optimum 

Kepadatan maksimum dan kadar air optimum tanah dapat dipengaruhi oleh berbagai bahan limbah. Penelitian menunjukkan bahwa penambahan kaca daur ulang (CWG) sebesar 20% dapat meningkatkan kepadatan tanah hingga 5% (Perera et al., 2022). Di sisi lain, penambahan serat pisang sebanyak 0.5% dapat meningkatkan kepadatan tanah hingga 7%, sementara penambahan 1% serat kenaf justru menyebabkan penurunan kepadatan. Tabel ringkasan berikut menunjukkan pengaruh beberapa bahan limbah terhadap sifat tanah: abu sekam padi (RHA) dengan kandungan optimal 20% dapat menurunkan kepadatan tanah sebesar 25% dan meningkatkan kadar air sebesar 30%, sedangkan ban bekas dengan kandungan yang sama dapat menurunkan kepadatan tanah sebesar 14% dan mengurangi kadar air sebesar 30%. Temuan ini menunjukkan bahwa pemilihan bahan limbah yang tepat sangat penting untuk mencapai karakteristik tanah yang diinginkan.

 2. Parameter Kekuatan (Kohesi & Sudut Geser) 

- Limbah kaca (CWG): 50% CWG meningkatkan sudut geser 50% tetapi mengurangi kohesi 45% (Amiri et al., 2018). 

- Serbuk gergaji: 7.5% meningkatkan kohesi dan sudut geser secara signifikan (Sun et al., 2018). 

 Kritik & Rekomendasi 

Keunggulan: 

- Ramah lingkungan: Mengurangi limbah dan emisi karbon. 

- Ekonomis: Biaya material lebih rendah dibanding semen tradisional. 

Kekurangan: 

- Efek jangka panjang: Belum ada studi komprehensif tentang dampak limbah terhadap air tanah atau ekosistem. 

- Variabilitas hasil: Efektivitas tergantung jenis tanah dan komposisi limbah. 

Contoh Aplikasi Nyata: 

Proyek jalan di Malaysia menggunakan ban bekas sebagai bahan pengisi embankment, mengurangi biaya material hingga 30% (Azam et al., 2020). 

 Kesimpulan 

Penggunaan limbah dalam stabilisasi tanah menawarkan solusi berkelanjutan untuk konstruksi, tetapi memerlukan uji lapangan lebih lanjut. Kombinasi antara limbah organik (ampas kopi) dan anorganik (kaca daur ulang) bisa menjadi strategi optimal untuk berbagai jenis tanah. 

Sumber : Chmielewska, I., & Gosk, W. (2022). Sustainable soil stabilization: the use of waste materials to improve the engineering properties of soft soils. Inżynieria Bezpieczeństwa Obiektów Antropogenicznych, 3, 34-41. 

Pendahuluan

Industri konstruksi merupakan kontributor besar emisi karbon global, sehingga muncul kebutuhan mendesak untuk solusi stabilisasi tanah yang ramah lingkungan dan berkelanjutan. Salah satu alternatif yang menjanjikan adalah penggunaan biopolimer, khususnya Sodium Carboxymethyl Cellulose (NaCMC), turunan anionik dari selulosa alami yang memiliki kemampuan pengikat dan retensi kelembapan yang baik. Studi ini mengeksplorasi potensi NaCMC dalam meningkatkan sifat geoteknik tanah organik, khususnya tanah lempung organik (organic silt), dengan fokus pada peningkatan kekuatan tekan tanpa konfinen (UCS), penurunan konduktivitas hidraulik (HC), dan peningkatan kekuatan subgrade melalui uji California Bearing Ratio (CBR)1.

Metode Penelitian

Tanah organik yang digunakan berasal dari Ariyalur, Tamil Nadu, India, dengan kandungan organik 13,6% dan indeks swell diferensial 35%. NaCMC ditambahkan ke tanah dalam konsentrasi 0,25% hingga 1,00% berat kering tanah, kemudian dilakukan pengujian pada berbagai periode curing (0, 7, 14, dan 28 hari). Pengujian meliputi:

• Kompaksi standar untuk menentukan optimum moisture content (OMC) dan maximum dry unit weight (MDU).
• Uji kekuatan tekan tanpa konfinen (UCS).
• Uji konduktivitas hidraulik (HC).
• Uji CBR untuk menilai kekuatan subgrade.
• Analisis mikrostruktur menggunakan Scanning Electron Microscope (SEM).
• Analisis kimia menggunakan X-Ray Diffraction (XRD) dan Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR).
• Uji pH untuk menilai reaksi tanah terhadap lingkungan asam dan basa1.

Hasil dan Diskusi

1. Karakteristik Kompaksi

Penambahan NaCMC tidak secara signifikan mengubah OMC, yang tetap sekitar 17,5% hingga 17,8%. Namun, MDU menurun dari 16,8 kN/m³ menjadi 14,9 kN/m³ pada dosis 1,00% NaCMC. Penurunan MDU ini disebabkan oleh sifat hidrofobik NaCMC yang meningkatkan adsorpsi air dan membentuk gel viskos yang mengisi pori-pori tanah, sehingga menghambat interaksi antar partikel dan menambah ruang kosong (voids)1.

2. Peningkatan Kekuatan Tanah

• Unconfined Compression Strength (UCS) meningkat drastis hingga 76,7% pada dosis 0,5% NaCMC setelah 28 hari curing, menunjukkan penguatan signifikan tanah organik yang biasanya lemah1.
• Hydraulic Conductivity (HC) menurun hingga 91,7% pada dosis yang sama, mengindikasikan kemampuan NaCMC dalam mengurangi permeabilitas air dan meningkatkan retensi air tanah.
• Compression Index berkurang sebesar 50%, menandakan penurunan kompresibilitas tanah.
• California Bearing Ratio (CBR) meningkat sebesar 33,2%, mengubah tanah dari kualitas sangat buruk menjadi subgrade yang layak untuk aplikasi perkerasan jalan1.

3. Mekanisme Penguatan

Analisis SEM mengungkapkan bahwa NaCMC tidak membentuk senyawa kimia baru dengan tanah, melainkan membentuk benang fibrous yang mengikat partikel tanah secara fisik. Ini memperkuat struktur tanah tanpa merusak sifat kimia alami tanah. XRD dan FT-IR mengonfirmasi tidak adanya reaksi kimia baru, sehingga stabilisasi bersifat fisik dan mekanis1.

4. Studi Kasus dan Angka Penting

• Pada dosis optimum 0,5% NaCMC, UCS meningkat dari nilai dasar tanah organik yang rendah menjadi hampir dua kali lipat.
• HC yang menurun drastis menunjukkan potensi NaCMC dalam mengendalikan aliran air tanah, penting untuk mencegah erosi dan meningkatkan kestabilan fondasi.
• Peningkatan CBR sebesar 33,2% mengindikasikan aplikasi praktis untuk perkerasan jalan di daerah dengan tanah organik yang biasanya tidak stabil.

5. Implikasi Lingkungan dan Industri

Penggunaan NaCMC sebagai stabilisator tanah menawarkan alternatif yang ramah lingkungan, biodegradable, dan berkelanjutan dibandingkan bahan kimia tradisional seperti semen dan kapur yang menghasilkan emisi karbon tinggi. Dengan sifatnya yang alami dan tidak merusak struktur kimia tanah, NaCMC dapat diintegrasikan dalam praktik teknik sipil modern untuk mendukung konstruksi hijau dan pengelolaan sumber daya tanah yang lebih baik1.

Opini dan Perbandingan dengan Penelitian Lain

Dibandingkan dengan biopolimer lain seperti xanthan gum dan guar gum, NaCMC menunjukkan keunggulan dalam hal peningkatan deformasi maksimum (failure strain) yang lebih tinggi, memberikan fleksibilitas mekanis pada tanah yang distabilisasi. Hal ini penting untuk aplikasi yang membutuhkan ketahanan terhadap deformasi dinamis seperti pada fondasi bangunan dan perkerasan jalan. Namun, perlu penelitian lebih lanjut untuk menguji ketahanan jangka panjang dan perilaku NaCMC di berbagai tipe tanah dan kondisi lingkungan1.

Kesimpulan

Penelitian ini membuktikan bahwa Sodium Carboxymethyl Cellulose (NaCMC) adalah stabilisator tanah yang efektif dan berkelanjutan untuk tanah organik. Dengan dosis optimum 0,5%, NaCMC secara signifikan meningkatkan kekuatan tekan tanpa konfinen, menurunkan permeabilitas, dan meningkatkan kekuatan subgrade tanah. Mekanisme penguatan bersifat fisik melalui pembentukan jaringan fibrous yang mengikat partikel tanah tanpa perubahan kimia. Penggunaan NaCMC dapat menjadi solusi inovatif dalam teknik geoteknik yang mendukung pembangunan berkelanjutan dan pengurangan dampak lingkungan.

Sumber: Sujatha, E.R.; Kannan, G. An Investigation on the Potential of Cellulose for Soil Stabilization. Sustainability, 2022, 14, 16277.

Dalam dunia konstruksi bangunan bertingkat dan struktur bawah tanah seperti basement, teknologi penyangga galian fondasi dalam (deep foundation pit support) menjadi salah satu faktor krusial dalam menjamin stabilitas, keselamatan, dan efisiensi proyek. Paper ini menelaah beragam pendekatan teknologi penyangga yang digunakan dalam pembangunan kawasan hunian bertingkat di Jiangxi, Tiongkok Selatan. Dengan semakin padatnya pemanfaatan lahan dan meningkatnya tuntutan teknis dalam konstruksi bawah tanah, kombinasi metode seperti diaphragm wall, struktur angkur tarik, serta barisan tiang bor menjadi solusi yang wajib disesuaikan dengan kondisi hidrogeologi dan lingkungan sekitar proyek.

Latar Proyek: Tantangan Fondasi dalam di Pinggiran Kota Jiangxi

Spesifikasi Proyek:

• Lokasi: Distrik hunian suburban, Jiangxi Selatan, Tiongkok
• Bangunan utama: 32 lantai + 2 basement
• Kedalaman galian: 12 meter di bawah muka air tanah
• Panjang perimeter galian: 180 meter

Tantangan Lokasi:

• Banyak pipa bawah tanah dan bangunan relokasi di sisi selatan proyek
• Sistem referensi desain terbatas, karena minimnya data historis
• Selama pengerjaan dinding pandu (guide wall), lumpur keluar dan mencemari lingkungan, berujung sanksi administratif

Teknologi Penyangga Galian: Ragam Metode dan Kombinasi Strategis

1. Dinding Diafragma (Diaphragm Wall)

Kelebihan:

• Kekakuan tinggi → mampu menahan gaya lateral besar
• Tahan air → cocok untuk daerah dengan muka air tanah tinggi
• Minim gangguan pada lingkungan sekitar

Tahapan konstruksi:

1. Perataan lahan & pembuatan dinding pandu (1.2–1.5 m kedalaman)
2. Slurry retaining & trenching
3. Pemasangan concrete wall dengan metode pipa tremie
4. Penyambungan segmen

Aplikasi: Menjadi pilihan utama di proyek ini karena kualitas air tanah dan kebutuhan kekakuan tinggi.

2. Struktur Angkur Tarik (Anchor-Pull Retaining)

Konsep: Menggunakan batang angkur pratekan (prestressed anchor) untuk menahan tekanan lateral tanah di sekitar galian.

Keunggulan:

• Efektif pada area dengan kualitas tanah buruk
• Dapat diaplikasikan tanpa banyak terganggu oleh pipa bawah tanah atau bangunan sekitar
• Meningkatkan daya dukung lateral tanah sekitar

Catatan teknis:

• Panjang angkur tidak boleh terlalu panjang tanpa peningkatan kekuatan ikat; bisa berakibat beban gagal ditahan.

3. Barisan Tiang (Row Pile Support)

Tahapan:

1. Pengeboran
2. Pemasangan kerangka tulangan
3. Pengecoran beton bertahap

Kunci sukses:

• Jarak antar tiang harus sesuai standar desain
• Diagram hubungan posisi pondasi & galian penting untuk menghindari gangguan terhadap fondasi bangunan lama (lihat Gambar 1 pada artikel)

Aplikasi: Dipilih di proyek ini untuk melengkapi peran dinding diafragma, terutama pada area dengan tingkat risiko menengah.

4. Dinding Turap Baja (Steel Sheet Pile)

Keunggulan:

• Bisa digunakan kembali (reusable)
• Cocok untuk dinding vertikal sempit

Kelemahan:

• Biaya tinggi
• Kurang cocok untuk jenis tanah tertentu

Aplikasi: Tidak digunakan dalam proyek ini karena faktor ekonomi dan ketidakcocokan tanah.

Evaluasi Proyek: Integrasi Strategis untuk Minimalkan Risiko

Karena kombinasi tantangan lingkungan seperti tinggi muka air tanah, keberadaan pipa bawah tanah, dan permukiman warga, tim konstruksi memutuskan:

• Menghindari sheet pile
• Fokus pada kombinasi diaphragm wall + row pile
• Menggunakan anchor-pull di area tanah lunak atau risiko tinggi

Strategi ini berhasil meminimalkan deformasi tanah, mencegah insiden retakan struktur sekitar, dan mengurangi insiden kecelakaan kerja.

Studi Kasus Lapangan: Peristiwa Lumpur dan Pelanggaran Lingkungan

Pada tahap awal pembangunan dinding pandu, lumpur dari pengeboran mengalir keluar dan mencemari jalan umum, hingga menyebabkan:

• Akumulasi lumpur di akses proyek
• Pelanggaran estetika kota
• Sanksi administratif dari pemerintah daerah

Pelajaran penting: Pengelolaan limbah pengeboran dan lumpur harus menjadi prioritas utama dalam proyek galian dalam di kawasan padat penduduk.

Rekomendasi Manajemen Konstruksi: Fokus pada Keselamatan dan Lingkungan

1. Pemilihan Metode Sesuai Karakter Proyek

Pendekatan berbasis studi geoteknik lokal diperlukan. Jangan hanya menggunakan metode “standar industri”, tapi lakukan:

• Analisis hidrogeologi
• Evaluasi beban lateral dan batas toleransi deformasi
• Perhitungan risiko terhadap struktur sekitar

2. Penguatan Kesadaran Keselamatan

Sebagian besar insiden terjadi karena:

• Kurangnya disiplin teknisi lapangan
• Desain penyangga hanya berdasarkan “pengalaman”
• Pengabaian SOP keselamatan

3. Proteksi Lingkungan: Lumpur & Limbah

• Kolam pengolahan lumpur wajib disiapkan sejak awal
• Sistem drainase internal harus dirancang sebelum pengeboran
• Penjadwalan pekerjaan basah harus mempertimbangkan cuaca

Analisis Perbandingan Pendekatan

Dalam perencanaan sistem penyangga untuk konstruksi bangunan bawah tanah atau struktur pendukung, pemilihan metode sangat dipengaruhi oleh faktor biaya, kekakuan, dampak lingkungan, dan keunggulan teknis masing-masing metode. Diaphragm wall merupakan metode dengan biaya tinggi namun menawarkan kekakuan yang sangat tinggi dan gangguan lingkungan yang rendah, menjadikannya pilihan ideal untuk proyek di area perkotaan yang padat dan membutuhkan ketahanan terhadap air. Sementara itu, metode anchor-pull memberikan keseimbangan antara biaya menengah dan kekakuan tinggi, dengan tingkat gangguan lingkungan yang rendah, sehingga sangat cocok untuk kondisi tanah lunak. Row pile menawarkan solusi dengan biaya sedang dan kekakuan menengah, serta gangguan lingkungan yang relatif moderat, menjadikannya pilihan fleksibel untuk berbagai jenis proyek. Di sisi lain, steel sheet pile memiliki biaya tinggi dan kekakuan rendah, namun dapat digunakan kembali dan memiliki tingkat gangguan lingkungan yang tinggi, menjadikannya lebih cocok untuk aplikasi sementara atau proyek yang memerlukan mobilisasi cepat. Perbandingan ini menekankan pentingnya penyesuaian metode penyangga berdasarkan kebutuhan teknis dan kondisi lingkungan proyek secara spesifik.

Kesimpulan: Fondasi Dalam Bukan Hanya Masalah Teknis, Tapi Strategis

Studi ini menunjukkan bahwa keberhasilan proyek fondasi dalam tidak hanya bergantung pada kekuatan struktur, tapi juga manajemen risiko, pemilihan metode yang tepat, dan kepatuhan pada protokol keselamatan serta lingkungan. Teknologi penyangga seperti diaphragm wall, anchor-pull, dan row pile menjadi tulang punggung proyek galian dalam modern, asalkan dipilih berdasarkan analisis teknis dan bukan sekadar pengalaman. Bagi dunia konstruksi di negara berkembang, terutama di wilayah urban padat dan bertanah lunak seperti Jakarta, Surabaya, atau Medan, pendekatan ini sangat relevan dan dapat diadopsi untuk meningkatkan ketahanan struktur dan keselamatan kerja.

Sumber : Zhuan Zhang, Sheng Zhang, & Siming Lu. Application of Supporting Construction Technology for Deep Foundation Pit in Building Foundation Engineering. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, Vol. 787 (2021), Paper No. 012177.

Pendahuluan: Tantangan Geoteknik di Bawah Permukaan

Dalam banyak proyek infrastruktur, masalah utama bukan pada struktur di atas tanah, tetapi pada kondisi tanah di bawahnya. Ketika tanah memiliki karakteristik lemah dan muka air tanah yang tinggi, maka fondasi standar seperti raft foundation sering gagal menahan beban struktur secara stabil. Dalam konteks tersebut, desain fondasi yang responsif terhadap kondisi tanah dan muka air menjadi keharusan. Studi oleh Nazile Ural dan Abdulselam Gergin menyajikan pendekatan berbasis numerik dengan perangkat lunak Plaxis 2D untuk mengevaluasi desain fondasi pada berbagai tipe tanah bermasalah dengan muka air tinggi, baik dalam kondisi statis maupun seismik.

Latar Belakang dan Tujuan Penelitian

Penelitian ini mengevaluasi dua sistem fondasi utama:

• Raft foundation
• Piled raft foundation

Diuji pada:

• 6 profil tanah bermasalah
• 2 tingkat muka air tanah: -2,0 m dan -5,0 m
• Beban struktur aktual dari bangunan pelayanan publik
• Simulasi gempa berkekuatan M = 5.4

Tujuannya adalah mengetahui pengaruh muka air tanah terhadap deformasi vertikal fondasi dan menentukan konfigurasi fondasi yang paling stabil serta ekonomis.

Metodologi: Simulasi Fondasi dengan Plaxis 2D

Karakteristik Tanah dan Model

Masing-masing model memiliki dua lapisan:

• Lapisan atas setebal 10 m
• Lapisan bawah setebal 56 m

Jenis tanah yang diuji meliputi:

• SC (clayey sand)
• SM (silty sand)
• ML (low plasticity silt)
• MH (high plasticity silt)
• CL (low plasticity clay)
• CH (high plasticity clay)
• GC (clayey gravel)

Setiap tanah dimodelkan menggunakan parameter Modulus Young, Poisson ratio, sudut geser dalam, dan kohesi. Seluruh model dianalisis di muka air -2,0 m dan -5,0 m dengan fondasi seluas 22 x 50 m.

Desain Fondasi dan Parameter Simulasi

1. Raft Foundation

• Tebal pelat: 0,5 m
• Modulus elastisitas: 6 × 10⁶ kN/m
• Berat unit: 6 kN/m/m
• Batas penurunan diperbolehkan: 40–100 mm

2. Piled Raft Foundation

• Panjang tiang: 10 m, 15 m, 20 m, 25 m
• Diameter tiang: 0,8 m
• Jarak antar tiang: 2,0 m
• Kapasitas geser kulit (Tskin): 100–200 kN/m
• Gaya maksimum per tiang: 500 kN

Hasil Analisis Statis: Penurunan pada Raft Foundation

Pada muka air -2,0 m, raft foundation mengalami penurunan yang lebih besar dibandingkan dengan -5,0 m, membuktikan bahwa kedalaman muka air tanah sangat memengaruhi deformasi vertikal.

Penurunan tertinggi terjadi pada:

• Model 4: MH-SM
• Model 3: ML-SM

Penurunan terendah ditemukan pada:

• Model 2: SM-GC

Artinya, tanah dengan dasar GC (gravelly clay) memberikan respons deformasi terbaik dibandingkan dasar SM (silty sand).

Hasil Piled Raft Foundation: Efektivitas terhadap Penurunan

Pengujian sistem piled raft foundation menunjukkan bahwa penambahan panjang tiang secara signifikan menurunkan deformasi vertikal pondasi, terutama pada kondisi muka air tanah tinggi. Berdasarkan hasil simulasi, penurunan rata-rata vertikal untuk panjang tiang 10 meter berkisar antara 36–131 mm pada muka air tanah -2.0 m, dan 32–116 mm pada -5.0 m. Seiring peningkatan panjang tiang menjadi 15, 20, hingga 25 meter, nilai penurunan semakin menurun secara konsisten. Pada panjang tiang 25 meter, penurunan hanya berada pada kisaran 27–101 mm (GWL -2.0 m) dan 24–90 mm (GWL -5.0 m). Efektivitas paling tinggi terjadi pada panjang tiang 25 meter, di mana deformasi dapat berkurang hingga 60% dibandingkan dengan penggunaan raft foundation tanpa tiang. Hal ini membuktikan bahwa desain piled raft yang tepat, terutama dalam hal kedalaman tiang, sangat berperan dalam mengendalikan penurunan vertikal dan meningkatkan stabilitas struktur di atas tanah bermasalah.

Analisis Beban Gempa: Efek Seismik Terhadap Fondasi

Simulasi beban gempa dengan magnitudo M = 5.4 dilakukan setelah proses pembebanan statik untuk mengevaluasi kinerja fondasi dalam kondisi dinamis. Hasil analisis menunjukkan bahwa pada arah horizontal (Ux), baik sistem raft foundation maupun piled raft foundation memberikan respons yang relatif serupa, menunjukkan kestabilan lateral yang hampir setara. Namun, perbedaan mencolok muncul pada arah vertikal (Uy), di mana raft foundation mengalami penurunan vertikal yang lebih besar dibandingkan piled raft. Persentase peningkatan deformasi vertikal pada raft dibanding piled raft bervariasi tergantung model tanah yang digunakan, dengan selisih mencapai 8% pada Model 1, 13% pada Model 2, 6% pada Model 3, 4% pada Model 4, dan 28% pada Model 5, sementara pada Model 6 hampir tidak terdapat perbedaan. Temuan ini mengindikasikan bahwa piled raft foundation memberikan performa vertikal yang lebih stabil dalam kondisi gempa, khususnya pada tanah yang lunak atau kurang padat seperti pada Model 5.

Analisis Berdasarkan Kombinasi Tanah

Lapisan Dasar GC (Clayey Gravel)

• Respon terbaik terhadap beban statik dan gempa
• Model 2 dan 1 menunjukkan penurunan minimal

Lapisan Dasar SM (Silty Sand)

• Respon paling buruk
• Model 3 dan 4 mengalami penurunan maksimum bahkan setelah penggunaan piled raft

Hal ini mengindikasikan sifat dinamis tanah silty yang sangat sensitif terhadap muka air dan gaya lateral gempa.

Kritik dan Pengembangan

Kelebihan Penelitian

• Komprehensif: menggabungkan statik, dinamis, dan variasi muka air tanah
• Akurat: menggunakan data beban aktual dan parameter fisik sesuai referensi teknik sipil

Kekurangan

• Tidak membahas biaya konstruksi antara raft vs piled raft
• Belum ada integrasi model numerik berbasis AI/ML untuk prediksi cepat

Implikasi Industri: Praktik Terbaik Desain Fondasi

Studi ini dapat diadaptasi pada:

• Proyek pemukiman dataran rendah (misal Jakarta, Bangkok)
• Pembangunan jembatan atau pelabuhan di wilayah berair dangkal
• Konstruksi di area rawan gempa dengan muka air tanah tinggi

Rekomendasi:

• Gunakan fondasi tipe piled raft untuk daerah dengan lapisan dasar SM atau MH
• Terapkan sistem drainase permanen untuk menurunkan muka air tanah
• Gunakan simulasi Plaxis atau software serupa sejak tahap perencanaan

Kesimpulan: Pilihan Fondasi Menentukan Stabilitas Bangunan

Piled raft foundation terbukti efektif dalam mengurangi penurunan fondasi hingga 60%, terutama pada tanah dengan karakteristik bermasalah dan muka air tanah tinggi. Panjang tiang yang lebih besar, serta kondisi tanah dasar yang kaku seperti GC, menghasilkan performa terbaik. Dalam desain fondasi modern, pendekatan berbasis numerik seperti Plaxis 2D sangat membantu untuk:

• Evaluasi risiko deformasi
• Pengambilan keputusan desain
• Optimasi biaya dan keamanan

Sumber : Ural, Nazile & Gergin, Abdulselam (2020). Foundation Design on Problematic Soils with High Underground Water Level. Revista de la Construcción, Vol. 19(3), 233–245.