Perkuatan Tanah menggunakan Soil Nailing

Sejarah Soil Nailing

Soil nailing pertama kali diaplikasikan sebagai perkuatan untuk sebuah dinding penahan tanah di Perancis (1961). Kemudian dikembangkan oleh Rabcewicz (1964, 1965), untuk digunakan dalam galian terowongan, yang dikenal dengan “The New Austrian Tunneling Method” (NATM).

Metode ini mengkombinasikan perkuatan pasif dari batangan baja dan shotcrete (adukan beton yang ditembakkan dengan tekanan tinggi pada suatu permukaan). Adanya perkuatan pasif dari batangan besi pada sekeliling dinding terowongan, sangat mengurangi beban yang harus diterima struktur terowongan jika dibandingkan dengan metode konvensional. Perbandingan antara kedua metode ini ditunjukkan secara skematis pada gambar di bawah

Perbandingan Skematis Antara Austrian Tunneling Method dan Metode Konvensional

Salah satu dinding tanah yang menggunakan perkuatan soil nailing ditemukan pada proyek pelebaran jalan kereta api dekat Versailles, Perancis (1972), dengan lereng setinggi 18 meter dengan kemiringan 70°. Metode ini dipilih, karena dianggap lebih efektif dari segi biaya, dan proses konstruksinya lebih cepat dibandingkan dengan metode konvensional lain. Dengan berbagai kelebihannya, kemudian metode ini berkembang pesat di Eropa, dan sekitarnya, terutama di Perancis dan Jerman.

Pada saat ini, dinding soil nailing banyak digunakan sebagai struktur perkuatan pada tanah galian, baik sebagai struktur sementara maupun sebagai struktur permanen. Seiring  perkembangan teknik perencanaan, dan teknik konstruksi, aplikasi soil nailing akan terus berkembang.

Elemen Soil Nailing

Nail Bars
Batangan baja yang umum digunakan pada soil nailing, adalah baja ulir yang sesuai dengan standar ASTM A615, dengan daya dukung tarik 420 MPa (60 ksi atau Grade 60) atau 520 MPa (75ksi atau Grade 75). Ukuran diameternya yang tersedia adalah 19, 22, 25, 29, 32, 36, dan
43 mm, serta ukuran panjang mencapai 18 m

Nail Head

Komponen nail head terdiri dari bearing plate (pelat penahan), hex nut (mur persegi enam), washer (cincin yang terbuat dari karet atau logam), dan headed stud . Bearing plate umumnya berbentuk persegi dengan panjang sisi 200-250 mm, tebal 19 m, dan kuat leleh 250 Mpa (ASTM A36), sedangkan untuk nut, dan washer yang digunakan harus memiliki kuat leleh yang sama dengan batangan bajanya.

Grout (Cor beton)


Cor beton untuk soil nailing dapat berupa adukan semen pasir. Semen yang digunakan adalah semen tipe I, II, dan III. Semen tipe I (normal) paling banyak digunakan untuk kondisi yang tidak memerlukan syarat khusus, semen tipe II digunakan jika menginginkan panas hidrasi lebih rendah dan ketahanan korosi terhadap sulfat yang lebih baik daripada semen tipe I., sedangkan semen tipe III digunakan jika memerlukan waktu pengerasan yang lebih cepat.

Centralizers (Penengah)


Centralizers adalah alat yang dipasang pada sepanjang batangan baja dengan jarak tertentu (0.5–2.5m) untuk memastikan tebal selimut beton sesuai dengan rencana, alat ini terbuat dari PVC atau material sintetik lainnya.

Wall Facing (Muka/Tampilan Dinding)
Pembuatan muka/tampilan dinding terbagi menjadi dua tahap. Tahap pertama, muka/tampilan sementara (temporary facing) yang dibuat dari shotcrete, berfungsi sebagai penghubung antar batangan-batangan baja (nail bars), dan sebagai proteksi permukaan galian tanah terhadap erosi.

Tahap berikutnya adalah pembuatan muka/tampilan permanen (permanent facing). Muka permanen dapat berupa panel beton pracetak terbuat dari shotcrete. Muka permanen memiliki fungsi yang sama dengan muka sementara, tetapi dengan fungsi proteksi terhadap erosi yang lebih baik, dan sebagai penambah keindahan (fungsi estetika).

Sejalan dengan perkembangan aplikasi geosintetik dalam praktek geoteknik, geosintetik juga dapat digunakan sebagai muka dari lereng dengan perkuatan soil nailing, dengan pertimbangan bahwa geosintetik memiliki permeabilitas yang lebih baik daripada menggunakan beton, dan memungkinkan untuk menumbuhkan vegetasi, menjadikan tampilan lereng tampak alamiah

Drainage System (Sistem Drainase)
Untuk mencegah meningkatnya tekanan air pada lereng di belakang muka dinding, biasanya dipasangkan lembaran vertikal geokomposit di antara muka dinding sementara dan permukaan galian

Pada kaki lereng harus disediakan saluran pembuangan (weephole) untuk air yang telah dikumpulkan oleh lembaran geokomposit

Media soil nailing

Soil nailing dapat digunakan untuk banyak jenis tanah, dan kondisi. Pengalaman dari berbagai proyek menunjukkan beberapa kondisi tanah yang menguntungkan akan membuat metode soil nailing menjadi lebih efektif dari segi biaya dibandingkan dengan teknik lain (“Soil Nail Walls”, Report FHWAIF-03-017).

Secara umum tanah yang dianggap baik untuk soil nailing adalah tanah yang mampu berdiri tanpa perkuatan selama kira-kira 1 sampai 2 hari, dengan kedalaman galian 1 sampai 2 m, dan sudut lereng vertikal atau mendekati vertikal. Disamping itu, muka air tanah juga harus terletak di bawah semua batangan besi. Berikut beberapa jenis tanah yang dianggap cocok untuk mengaplikasikan soil nailing.

– Tanah keras sampai sangat keras dan berbutir halus (stiff to hard fine grained soils). Tanah berbutir halus (kohesif) keras sampai sangat keras mencakup lempung (clays), lanau berlempung (clayey silts), lempung berlanau (silty clays), lempung berpasir (sandy clays), dan kombinasi dari jenis-jenis tersebut. Dari jenis-jenis tanah tersebut, sebaiknya disertai dengan plastisitas rendah, untuk meminimalkan kemungkinan pergerakan lateral dinding soil nailing dalam jangka panjang.
– Tanah granular padat hingga sangat padat dengan sedikit kohesi (dense to very dense granular soils with some apparent cohesion). Tanah ini mencakup tanah pasir, dan kerikil (gravel) dengan nilai N-SPT lebih dari 30 (Terzaghi et al, 1996), dan dengan sedikit agregat halus (kurang dari 10 sampai 15 persen). Sebaliknya berikut beberapa contoh jenis tanah dan kondisi yang kurang menguntungkan untuk menerapkan soil nailing:
– Tanah tidak berkohesi, bergradasi buruk, dan kering. Tanah tanpa kohesi dengan gradasi buruk, dan dalam kondisi kering, sulit mencapai kemiringan lereng vertikal atau hampir vertikal yang dibutuhkan dalam soil nailing.
– Tanah dengan muka air tanah tinggi. Kondisi muka air tanah yang tinggi memerlukan sistem drainase yang signifikan, agar massa tanah dapat berdiri stabil. Selain itu, tingginya muka air tanah akan menyulitkan proses pengeboran karena tanah dalam lubang bor akan mudah runtuh, akibatnya kondisi ini memerlukan biaya yang besar untuk pemasangan
soil nailing. Kondisi air tanah yang merembes keluar dari muka lereng juga akan menambah kesulitan konstruksi ketika pelaksanaan pekerjaan shotcrete.
– Tanah berbatu (soils with cobbles and boulders). Tanah dengan mengandung banyak bebatuan akan menjadi masalah pada saat pekerjaan pengeboran, dan dapat mengakibatkan peningkatan biaya atau keterlambatan masa konstruksi.
– Tanah lunak hingga sangat lunak, dan berbutir halus. Jenis tanah tidak cocok untuk konstruksi soil nailing karena daya ikatnya lemah, akibatnya memerlukan nail bar yang sangat panjang untuk mencapai kapasitas ikat yang dibutuhkan.
– Tanah organik. Tanah organik seperti lanau organik (organic silts), lempung organik (organic clays), dan khususnya gambut (peat), memiliki daya dukung geser rendah, sehingga daya ikat tanah terhadap sistem soil nailing menjadi lemah. Akibatnya, memerlukan panjang nail bars yang tidak ekonomis. Disamping rendahnya daya dukung geser, tanah organik cenderung bersifat lebih korosif dibandingkan dengan jenis-jenis tanah inorganik lainnya.
– Tanah atau air tanah korosif. Kondisi ini memerlukan sistem proteksi terhadap korosi yang tinggi, dan akan mengakibatkan biaya konstruksi menjadi tinggi. Selain itu, kondisi ini juga sangat tidak menguntungkan untuk dinding soil nailing yang bersifat permanen atau jangka panjang.
– Tanah granular yang renggang (loose to very loose granular soils). Tanah ini akan berdeformasi berlebih akibat getaran selama konstruksi. Jenis tanah ini dalam kondisi jenuh air, juga tidak cocok karena rentan terhadap liquefaction pada daerah gempa.

Berbagai jenis tanah dan kondisi yang dijelaskan di atas, hanya merupakan pendekatan dalam soil nailing. Oleh karena itu, diperlukan pengujian lebih lanjut, baik uji lapangan maupun laboratorium, untuk mengevaluasi kelayakan pelaksanaan konstruksi dengan soil nailing.

KELEBIHAN DAN KELEMAHAN SOIL NAILING

Fitur yang paling menonjol dari soil nailing adalah konstruksi top-downnya. Ekskavasi umumnya dilakukan pada lapisan tiap 2 m dari bagian muka tanah. Pada setiap lapisan yang digali, “nails” dipasang dan permukaan dilapisi shotcrete, kemudian lapisan berikutnya diperlakukan dengan cara yang sama.

KELEBIHAN SOIL NAILING

– Peralatan konstruksinya mudah dipindahkan dan dapat digunakan pada lokasi yang sempit.
– Tekniknya fleksibel, mudah untuk dimodifikasi.
– Tidak menimbulkan kebisingan.
– Lebih sedikit gangguan pada properti/bangunan disekitarnya.
– Membutuhkan ruang “shoring” yang lebih sedikit.
– Volume baja untuk nail bars dalam soil nailing lebih sedikit dibandingkan dengan ground anchors, karena umumnya batangan baja dalam soil nailing lebih pendek. Material yang dibutuhkan juga relatif lebih sedikit, jika dibandingkan dengan ground anchors.
– Luas area yang dibutuhkan dalam masa konstruksi lebih kecil dibandingkan dengan teknik lain, sehingga cocok untuk pekerjaan yang memiliki areal konstruksi terbatas.
– Dinding dengan soil nailing relatif lebih fleksibel terhadap penurunan, karena dinding untuk soil nailing lebih tipis jika dibandingkan dengan dinding gravitasi.

Kelemahan soil nailing
– Metode soil nailing tidak dapat digunakan untuk tanah jenuh air.
– Tidak cocok digunakan untuk tanah dengan gaya geser yang sangat rendah, tidak juga pada pasir dan kerikil yang kohesinya buruk.
– Lereng tanah harus dapat mempertahankan bentuknya tanpa bantuan konstruksi penahan lain, pada saat proses “nailing” berlangsung dan sebelum shotcrete diaplikasikan.
– Drainase baik adalah hal yang penting, terutama untuk struktur yang permanen
– Soil nailing tidak cocok diaplikasikan untuk struktur yang membutuhkan kontrol ketat terhadap deformasi. Hal ini dapat diatasi dengan menggunakan post tension nail, namun langkah ini akan meningkatkan biaya kosntruksi.
– Pelaksanaan konstruksi soil nailing relatif lebih sulit, sehingga membutuhkan kontraktor yang ahli, dan berpengalaman.

Perbandingan SOIL NAILING DENGAN dinding penahan tanah lainnya

GRAVITY WALL
– Berat sendiri gravity wall mempengaruhi kinerja gravity wall untuk dapat menahan tekanan tanah yang berada dibelakangnya.

PILING WALL
– Piling wall biasa digunakan pada tanah yang lunak dan tempat yang sempit.
– Teori umum desain strukturnya adalah 1/3 diatas tanah dan 2/3 di bawah tanah.

KANTILEVER
– Dinding kantilever biasanya terbuat dari lapisan besi yang relatif tipis, beton “cast-in-place” atau mortared masonry (biasanya berbentuk T terbalik).
– Dinding kantilever merubah tekanan horizontal dari belakang dinding menjadi tekanan vertikal pada tanah dibawahnya.

GROUND ANCHOR/PENJANGKARAN
– Dinding menggunakan kabel yang dijangkarkan pada batu atau tanah dibelakang dinding tersebut.
– Dinding ini sangat berguna untuk menahan beban yang besar ataupun untuk menghasilkan dinding yang tipis

SOIL NAILING
– Besi dimasukkan ke dalam tanah seperti paku kemudian dilapisi oleh lapisan shotcrete yang terdiri atas wiremesh.
– Soil nailing cocok digunakan pada jenis tanah: lempung, tanah berpasir, batu yang telah melapuk, tanah terstratifikasi dan heterogen.
– Soil nailing tidak cocok digunakan pada jenis tanah: lempung plastis dan lunak, organik, tanah lepas (N<10), kepadatan rendah dan tersaturasi

Desain soil nailing

Prosedur desain untuk struktur penahan tanah menggunakan soil nailing harus memasukkan beberapa langkah berikut:

– Untuk struktur geometris (kedalaman dan inklinasi lereng terpotong), profil tanah, dan pembebanan “boundary” (surcharge) yang telah ditentukan, perkirakan gaya “nails” yang bekerja dan lokasi bidang longsor yang potensial.
– Tentukan jenis penulangan (tipe, luas penampang melintang, panjang, inklinasi dan jarak antar tulangan) dan pastikan kestabilan lokal pada tiap-tiap level penulangan, yaitu pastikan ketahanan dari “nails” (kekuatan dan kapasitas “pull out”) telah mencukupi untuk menahan gaya kerja rencana dengan faktor keamanan yang dapat diterima.
– Pastikan kestabilan global dari struktur soil nailing dan tanah disekitarnya terjaga selama dan sesudah ekskavasi dengan faktor keamanan yang dapat diterima.
– Tentukan gaya-gaya yang bekerja pada permukaan lereng (contoh, tekanan tanah lateral dan gaya dari nail pada sambungan) dan desain permukaan lereng sesuai desain arsitektur.
– Untuk struktur permanen, tentukan pelindung korosi yang relevan dengan kondisi lokasi.
– Tentukan sistem drainase untuk level piezometri air bawah tanah.

Aplikasi soil nailing

Soil Nailing dapat diaplikasikan pada:

– Stabilisasi lereng pada jalan raya.
– Lereng galian basement untuk gedung tinggi.
– Rangka terowongan untuk lereng terstratifikasi yang curam dan tidak stabil.

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here