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.

Fondasi adalah penopang utama struktur bangunan. Namun, kondisi tanah sering kali menjadi tantangan besar. Ketika tanah tidak cukup kuat untuk mendukung fondasi dangkal, biaya bisa melonjak akibat kebutuhan fondasi dalam. Oleh karena itu, perbaikan atau penguatan tanah menjadi pilihan menarik yang dapat mengurangi biaya dan meningkatkan keberlanjutan konstruksi.

Artikel ini mengulas studi oleh Antonio J. Sánchez-Garrido dan koleganya, yang membandingkan lima alternatif desain fondasi rumah tinggal satu lantai, termasuk teknik perbaikan tanah yang berbeda, menggunakan pendekatan multi-criteria decision-making (MCDM) berbasis indikator ekonomi, lingkungan, dan sosial.

Lima Alternatif Desain Fondasi

Penelitian ini menggunakan kasus rumah tinggal di Jaén, Spanyol. Tanahnya memiliki kapasitas dukung rendah dan kandungan sulfat tinggi yang agresif terhadap beton. Kelima alternatif fondasi yang dianalisis adalah:

1. REF (Referensi) – Fondasi dalam dengan bor beton (tanpa intervensi perbaikan tanah).
2. B + C – Pengurugan dan pemadatan kembali tanah sedalam 1,5 meter.
3. S-CC – Kolom tanah-semen.
4. RIM – Inklusi kaku dari mikrotiang.
5. CNJ – Konsolidasi dengan penambatan balok pracetak.

Setiap solusi dievaluasi dari sudut pandang siklus hidup penuh (cradle-to-grave), dengan masa pakai 50 tahun.

Indikator Keberlanjutan yang Digunakan

Tiga dimensi utama keberlanjutan diukur menggunakan 37 indikator:

• Ekonomi: biaya konstruksi, pengelolaan limbah, biaya pemeliharaan 10 tahun.
• Lingkungan: dampak terhadap kesehatan manusia, ekosistem, dan ketersediaan sumber daya.
• Sosial: keselamatan pengguna, kenyamanan pengguna, kesehatan dan keselamatan pekerja, serta penciptaan lapangan kerja lokal.

Studi Kasus: Perbandingan Dampak Ekonomi

Temuan Penting:

• RIM dan S-CC adalah opsi paling mahal, melebihi biaya REF sebesar +11,2% dan +6,3%.
• CNJ dan B + C justru mengurangi biaya siklus hidup hingga −15,7% dan −11,3% dibandingkan REF. 

Kesimpulan Ekonomi: CNJ (nailing of precast joists) adalah pilihan paling ekonomis dan efisien untuk proyek ini.

Studi Kasus: Dampak Lingkungan

Hasil Evaluasi:

• RIM mencetak dampak lingkungan tertinggi, terutama dari sisi penggunaan material dan konsumsi bahan bakar:
  • 10,35 ton beton
  • 2,55 ton baja
  • 3600 liter air
  • 1193 liter diesel
• CNJ mencetak dampak paling rendah:
  • 10,58 m³ beton
  • 552 liter diesel
  • Tidak ada penggunaan air

📊 Hasil:
REF memiliki dampak lingkungan yang relatif rendah, tetapi hanya CNJ yang secara signifikan mengurangi dampak di semua kategori. Kesimpulan Lingkungan: CNJ unggul jauh dibandingkan semua alternatif.

Studi Kasus: Dampak Sosial

Aspek sosial menilai keselamatan pekerja, kenyamanan pengguna, serta kontribusi terhadap komunitas lokal.

Temuan Sosial Utama:

• B + C unggul dalam keselamatan kerja karena peralatan standar dan tingkat kebisingan rendah.
• CNJ menempati posisi kedua karena waktu konstruksi singkat dan metode kerja bersih.
• REF, S-CC, dan RIM menghadapi penalti karena mesin bor/injeksi yang bising dan mengganggu.

🔎 Indeks Sosial Tertinggi:

1. B + C (skor: 0.62)
2. CNJ (skor: 0.59)
3. S-CC
4. RIM
5. REF (skor: 0.43)

Kesimpulan Sosial: B + C paling unggul dari sisi sosial, dengan CNJ sebagai runner-up.

Analisis dan Interpretasi

Penelitian ini menonjol karena menerapkan pendekatan holistik dan kuantitatif terhadap pemilihan teknik perbaikan tanah. Penggunaan 37 indikator dalam 3 dimensi keberlanjutan memberikan gambaran menyeluruh atas performa tiap alternatif. Studi Ini Menunjukkan:

• Optimalisasi fondasi tidak selalu berarti penggunaan teknologi paling mahal.
• Kombinasi sederhana seperti B + C atau metode inovatif seperti CNJ justru memberikan performa ekonomi dan lingkungan yang sangat baik.

📌 Kritik:
Studi tidak mempertimbangkan potensi daur ulang tanah galian (misalnya pada B + C), yang bisa meningkatkan performa lingkungan lebih lanjut.

Implikasi Industri dan Rekomendasi Praktis

🔧 Untuk proyek rumah tinggal di tanah dengan daya dukung rendah dan kadar sulfat tinggi:

• Hindari solusi fondasi dalam mahal jika memungkinkan.
• Evaluasi opsi perbaikan tanah seperti CNJ dan B + C sebagai prioritas awal.
• Pertimbangkan efisiensi energi dan waktu konstruksi untuk meminimalisasi dampak sosial-lingkungan.

🧠 Prinsip Kunci: Teknik perbaikan tanah bukan hanya solusi teknis, tapi juga alat strategis untuk pembangunan berkelanjutan.

Kesimpulan

Penelitian ini menawarkan kerangka evaluasi kuat berbasis MCDM (ELECTRE IS, TOPSIS, COPRAS) yang dapat direplikasi pada proyek lain. Pemilihan metode perbaikan tanah bukan hanya soal kekuatan teknik, tetapi juga soal:

• Biaya jangka panjang
• Dampak lingkungan
• Kesejahteraan pekerja dan pengguna

Dari kelima opsi, konsolidasi dengan penambatan balok pracetak (CNJ) menempati posisi tertinggi secara keseluruhan. Metode ini menunjukkan bahwa keberlanjutan dapat dicapai dengan pendekatan inovatif yang tetap ekonomis dan ramah lingkungan.

Sumber : Sánchez-Garrido, A.J., Navarro, I.J., & Yepes, V. (2022). Evaluating the Sustainability of Soil Improvement Techniques in Foundation Substructures. Journal of Cleaner Production, 351, 131463.