Vertikal Drain

Perkembangan Vertikal Drain

Pada tahun 1925, Daniel E. Moran memperkenalkan pemakaian drainase dari kolom-kolom pasir untuk stabilitas tanah pada kedalaman yang besar dan selanjutnya keberhasilan drainase tipe ini dipakai disebelah barat benua Amerika (Amerika Serikat) dan pada tahun 1944 disebelah timur negara tersebut. Tipe drainase selanjutnya dikenal dengan drainase vertikal. Sejak tahun itu, pemanfaatan drainase vertikal yang dikenal dengan metode vertikal drain berkembang demikian pesat, umumnya dalam pekerjaan-pekerjaan konstruksi timbunan untuk jalan raya, tanggul, tanah hasil reklamasi pantai.

Pada tahun 1936, diperkenalkan sistem vertikal drain dengan bahan sintesis oleh Kjellman di Swedia. Setelah di tes di beberapa tempat pada tahun 1937 dengan bahan calboard wick mendapat sambutan yang hangat dari para ilmuwan. Sejak saat itu pengembangan vertikal drain dilanjutkan menggunakan berbagai macam bahan. Ini dilakukan para ilmuan agar dapat mempercepat waktu penurunan konsolidasi yang lama. Pengembangan yang terbaru bagi vertikal drain adalah vertikal drain sintesis. Dengan memenuhi persyaratan untuk kelayakan vertikal drain dan bahkan vertikal drain sintesis dapat mempercepat waktu penurunan konsolidasi lebih cepat dari bahan-bahan terdahulunya sehingga menjadi pilihan utama saat mengatasi masalah konsolidasi.

Prinsip Vertikal Drain

Laju konsolidasi yang rendah pada lempung jenuh dengan permeabilitas rendah, dapat dinaikkan dengan menggunakan drainasi vertikal (vertical drain) yang memperpendek lin¬tasan pengaliran dalam lempung. Kemudian konsolidasi terutama diperhitungkan akibat pengaliran horisontal radial, yang menyebabkan disipasi kelebihan tekanan air pori yang lebih cepat, pengaliran vertikal kecil pengaruhnya. Dalam teori, besar penurunan konsolidasi akhir adalah sama, hanya laju penurunannya yang terpengaruh.

Karena tujuannya adalah untuk mengurangi panjang lintasan pengaliran, maka jarak antara drainasi merupakan hal yang terpenting. Drainasi tersebut biasanya diberi jarak dengan pola bujur sangkar atau segitiga. Jarak antara drainasi tersebut harus lebih kecil daripada tebal lapisan lempung dan tidak ada gunanya menggunakan drainasi vertikal dalam lapisan lempung yang relatif tipis.

Untuk mendapatkan desain yang baik, koefisien konsoli¬dasi horisontal dan vertikal (Ch dan Cv) yang akurat sangat penting untuk diketahui. Biasa¬nya rasio Ch /Cv terletak antara 1 dan 2, semakin tinggi rasio ini, pemasangan drainasi se¬makin bermanfaat. Nilai koefisien untuk lempung di dekat drainasi kemungkinan men¬jadi berkurang akibat proses peremasan (remoulding) selama pemasangan (terutama bila di-gunakan paksi), pengaruh tersebut dinamakan pelumasan (smear). Efek pelumasan ini dapat diperhitungkan dengan mengasumsikan suatu nilai Ch yang sudah direduksi atau dengan menggunakan diameter drainasi yang diperkecil.

Masalah lainnya adalah diameter drainasi pasir yang besar cenderung menyerupai tiang-tiang yang lemah, yang mengurangi kenaikan tegangan vertikal dalam lempung sampai tingkat yang tidak diketahui dan meng¬hasilkan nilai tekanan air pori berlebihan yang lebih rendah dan begitu pula halnya dengan penurunan konsolidasi. Efek ini minimal bila menggunakan drainasi cetakan karena fleksibilitasnya.

Pengalaman menunjukkan bahwa drainasi vertikal tidak baik untuk tanah yang memiliki rasio kompresi sekunder yang tinggi, seperti lempung yang sangat plastis dan gambut, karena laju konsolidasi sekunder tidak dapat dikontrol oleh vertikal drain.

Jenis Vertikal Drain

Pada prinsipnya drainase ini dapat dikatakan menjamin aliran air tanpa hambatan atau dapat dikatakan kecil ke arah vertikal yaitu ke arah lapisa porus yang berada di atas muka tanah atau bahkan dua lapisan porus di atas dan di bawah lapisan lunak (berada dalam tanah) dan juga tidak menimbulkan masalah pada bidang kontak antara tanah dan drain.

Tipe vertikal drain bergantung pada material yang digunakan dan dibagi menjadi dua bagian besar, yaitu:

a. Vertikal drain konvensional.

b. Vertikal drain sintesis.

Vertikal Drain Konvensional

Tipe ini klasik yang sudah banyak digunakan. Bahan yang digunakan adalah bahan bergradasi atau pasir (sand drain). Umumnya terdiri dari pasir atau kerikil yang mempunyai permeabiitas tinggi.

Metode tradisional dalam membuat vertikal drain adalah dengan membuat lubang bor pada lapisan lempung dan mengurung kembali dengan pasir yang bergradasi sesuai diameternya sekitar 200 - 400 mm dan saluran drainasi tersebut dibuat sedalam lebih dari 30 m. Pasir harus dapat dialiri air secara efisien tanpa membawa partikel-partikel tanah yang halus.

Drainasi cetakan juga banyak digunakan dan biasanya Iebih murah daripada drainasi urugan untuk suatu daerah tertentu. Salah satu jenisnya adalah drainasi prapaket (prepackage drain) yang terdiri dari sebuah selubung filter, biasanya dibuat dari polypropy¬lene, yang diisi pasir dengan diameter 65 mm. Jenis ini sangat fleksibel dan biasanya tidak terpengaruh oleh adanya gerakan-gerakan tanah lateral.

Vertikal Drain Sintetik

Ada beberapa macam dari vertikal drain sintetik dan dapat dikategorikan dalam beberapa kategori (Magnan, 1983) :

a. Vertikal drain sintesis dari bahan karton.

b. Vertikal drain dari bahan plastik.

c. Vertikal drain dari bahan pasir yang dibungkus dengan material sintetik.

d. Vertikal drain dari bahan serabut kelapa.

Vertikal drain sintetik umunya berbentuk strip dan terdiri dari dua komponen utama yaitu inti plastik yang dibungkus dengan material geosintesis. Inti plastik berfungsi sebagai penyalur air dan pembungkus sebagai filter bagi partikel tanah halus.

Dibanding dengan vertikal drain dari bahan pasir (sand drain), vertikal drain sintesis mempunyai beberapa keuntungan menurut Young (1997), diantaranya :

1. Gangguan tanah akibat pemasangan lebih kecil.

2. Alat-alat pemasangan lebih ringan.

3. Meniadakan kontrol kualitas pasir dilapangan.

4. Kualitas vertikal drain sintesis lebih seragam.

5. Menjamin jalur drainase yang kontinyu.

6. Kontaminasi partikel halus jauh lebih kecil.

7. Menahan deformasi yag besar tanpa menghilangkan fungsinya.

8. Lebih cepat pemasangannya.

9. Lebih ekonomis.

Karena alasan-alasan tersebut metode sand drain semakin jarang digunakan dan banyak yang memilih menggunakan vertikal drain jenis sintesis.

Penggunaan Vertikal Drain

Vertikal drain dapat dipergunakan dalam berbagai aplikasi, diantaranya di bawah embankment jalan raya, jalan kereta api atau landas pacu pesawat serta di bawah pondasi tanki minyak yang berdiri di atas tanah lunak , pada konstruksi-konstruksi tersebut. Vertikal drain terutama digunakan untuk mempercepat proses konsolidasi sehingga pada waktu konstruksi yang sebenarnya didirikan, tidak akan dialami penurunan atau beda penurunan yang berlebihan yang dapat menyebabkan gangguan operasi sarana-sarana tersebut atau bahkan merusak strukturnya. menunjukkan aplikasi di oprit jembatan, bila oprit jembatan masih dapat mengalami penurunan pada waktu operasi maka akan timbul beda elevasi antara oprit jembatan dengan jembatannya yang biasanya tidak turun (sangat kecil) karena berdiri di atas pondasi dalam.

Bila dalam pelebaran suatu jalan, elevasi jalan baru harus dibuat sama dengan jalan lama, sedangkan penggalian tanah disamping jalan lama dapat menimbulkan gangguan stabilitas, maka vertikal drain merupakan solusi yang tepat. Bila diperlukan suatu embankment yang tinggi dan dihadapi masalah stabilitas, vertikal drain dapat dipakai untuk mempercepat keluarnya tegangan air pori dan meningkatkan tegangan efektif tanah sehingga kestabilan tanah pondasi embankment tersebut menjadi lebih baik . Pada proyek reklamasi vertikal drain digunakan untuk mempercepat proses penurunan dan meningkatkan stabilitas sehingga proses pengurukan dapat berjalan dengan balk dan cepat. Vertikal drain juga dapat dikombinasikan dengan metode prakompresi hampa udara (vacuum drainage) atau pemadatan dinamis (dynamic consolidation) untuk mempercepat disipasi tegangan air pori yang timbul pada waktu dilakukan proses pemadatan . Dalam proses prakompresi hampa udara, pemasangan vertikal drain tidak boleh mnencapai lapisan permeabel yang mengandung sumber air karena ini akan berakibat tersedotnya air dari lapisan permeabel tsb. Pemancangan tiang pancang dlbawah lereng galian akan menimnbulkan tegangan air pori yang dapat membahayakan kestabilan lereng galian tsb. disini vertikal drain akan sangat berguna untuk mempercepat proses keluarnya tegangan air pori sehingga kestabilan lereng tidak banyak terganggu.