Bentonite and Polimer Slurry

Document Sample
Bentonite and Polimer Slurry Powered By Docstoc
					Pertemuan Ilmiah Tahunan XII Himpunan Ahli Teknik Tanah Indonesia 18-19 November 2008

PENGARUH BENTONITE & POLYMER SLURRY TERHADAP TAHANAN FRIKSI BORED PILE
Oleh Sindhu Rudianto, P.E., G.E.(1) & Fendi Tanamal, S.T.(2)
2

Principal, Geo-Optima, Inc., Jakarta, Senior Project Engineer, Geo-Optima, Inc., Jakarta

1

ABSTRAK: Dalam pembuatan bored pile yang rawan longsor, sering kali air lumpur (mud water)
tidak bisa diandalkan dan harus memakai polymer slurry atau bentonite slurry untuk membantu stabilisasi lubang bor tersebut dari potensi longsor terutama saat concreting. Tulisan ini membahas pengalaman penulis tentang pemakaian kedua jenis slurry dalam pembuatan bored pile berikut uji lapangan yang diperlukan sebagai bagian dari QA/QC pemakaian slurry. Hasil instrumentasi test pile memberikan informasi menarik tentang efek pemakaian kedua jenis slurry terhadap pengurangan daya dukung friksi dari bored pile.

PENDAHULUAN
Bentonite dan polymer slurry seringkali digunakan dalam pembuatan bored pile, terutama dalam pengeboran tiang panjang pada tanah yang rawan longsor, seperti pasir atau lanau yang relatif lepas dan jenuh air. Seringkali cara tradisional seperti peninggian muka air dalam lubang bor (mud slurry) dengan tujuan memberikan tambahan hydrostatic head tidak berhasil untuk menahan longsoran. Akibatnya, integritas tiang bor yang dibuat dengan mud slurry sering dipertanyakan terutama potensi defect akibat necking, mud-trap, soft toe dan sebagainya. Juga, over-break beton seringkali menjadi sangat besar ( >> 10-20%) dan merugikan pihak kontraktor. Dengan sedikit biaya ekstra, pemakaian bentonite atau polymer slurry jelas bisa memperkecil resiko kegagalan tiang tersebut, karena penggunaan slurry yang ”benar” dapat memberikan keuntungan teknis seperti: (a) Stabilitas lubang bor lebih terjaga dari kemungkinan longsor, sehingga over-break beton bisa terkontrol dan mutu integritas tiang lebih homogen. Perbedaan stiffness tiang terutama dalam menahan gaya aksial juga akan lebih terjaga. (b) Viscositas dan berat jenis slurry yang lebih tinggi dari air akan memberikan tekanan hydostatic tambahan dan dampak filtrasi yang lebih baik dalam menahan longsoran. (c) Penggunaan bentonite slurry akan menimbulkan proses suspensi pasir dan lempung yang lebih lama daripada mud water, sehingga tiang bisa terhindar dari potensi ”soft toe”. Walaupun demikian, jeda waktu dari selesai pengeboran dan awal pengecoran harus dilakukan secepat mungkin untuk menghindari terbentuknya ”filter cake” yang berpotensi mengurangi tahanan gesek tiang bor. (d) Penggunaan polymer slurry akan menimbulkan proses flokulasi (pengendapan) pasir dan lempung yang lebih cepat daripada mud atau bentonite slurry, selanjutnya endapan ini bisa segera dibuang dengan cleaning bucket sebelum pengecoran. (e) Pemakaian slurry akan membuat bonding beton dan tulangan lebih baik dan terhindar dari potensi gumpalan ”mud balls’ yang sering menempel pada besi tulangan.

-1-

SPESIFIKASI SLURRY
Bentonite slurry merupakan kombinasi dari sodium montmorillonite dan partikel lempung yang dicampur dengan sejumlah air, dimana kombinasi ini akan terurai di dalam lubang bor dan membentuk suatu membrane/ seal yang menyelimuti dinding lubang bor. Membrane atau seal ini yang selanjutnya disebut sebagai ”cake” yang berfungsi menstabilkan lubang dari longsoran. Selain itu, kombinasi bahan tadi juga akan menghasilkan adonan/ slurry yang mempunyai kepekatan/ density yang lebih besar dari pada air, sehingga terjadi penambahan tekanan hydrostatic head. Kepekatan inilah yang menunjang proses suspensi lebih lama saat pengeboran telah selesai. Sedangkan polymer slurry (SC-Mud atau JF-Mud) merupakan kombinasi dari bubuk buatan/ synthetic powder, soda ash dan bahan polimer yang dicampur dengan kadar air tertentu. Kombinasi ini akan terurai di dalam lubang bor dengan tingkat kekentalan/ viscositas tertentu tanpa membentuk lapisan membrane/ cake yang tebal. Proses flokulasi akan mempercepat pengendapan dari suspensi lempung dan lanau, sehingga lubang bor bisa dibersihkan lebih awal sebelum pengecoran. Kedua jenis slurry ini dapat dipakai berulang kali (”recycle”), asal karakteristiknya tetap dijaga dengan menambahkan fresh slurry atau additive chemical lainnya. Berikut adalah spesifikasi bentonite dan polymer slurry yang digunakan penulis dalam proyeknya:

Properties Viscositas Density Kandungan pasir Ph Filtrate Loss Ketebalan Cake Construction time

BENTONITE 32 - 50 detik 1.03 - 1.37 g/cm3 0-5% 6.5 - 11 15 - 25 ml 1 - 3 mm 12 - 18 jam

POLYMER SLURRY 40 -50 detik 1.03 - 1.05 g/cm3 >8 < 24 jam

Siklus dari penggunaan bentonite dan polymer slurry dijelaskan sebagai berikut:

FRESH Slurry (check properties before drilling)

Pompa ke dalam lubang bor

Drilling Activity
Lubang tembus

Slurry disedot kembali masuk ke silo sebagai WORKING Slurry

Check slurry properties after end-drilling

Check slurry properties/ de-sanding before concreting

Reinforcement & Tremie Installation

Note : Penambahan Fresh Slurry harus dilakukan setiapkali hasil pengecekan properties melampaui batas persyaratan.

EVALUASI HASIL UJI BEBAN
Pada satu proyek di Jakarta, telah dibuat empat test pile, dimana ketiga pile (A, B & C) dibuat dengan bentonite slurry dan tiang D dibuat dengan polymer slurry. Test pile tersebut mempunyai panjang efektif ± 50 m dengan desain load ± 650 ton. Kondisi tanah di bawah cut-off-level (COL) cukup homogen (Gambar 1) yaitu terdiri dari 0 - 10 m lapisan stiff clay (Wn = 59%, WP = 40%, WL =

-2-

85%), medium dense silty sand (10 - 25 m) dan 25 - 55 m very stiff to hard clay (Wn = 35%, WP = 30%, WL = 65%). Total construction time dari keempat test pile ± 14 - 17 jam.
N-SPT 0 0 10 20 30 40 50 60

STIFF CLAY (CH)
5 Wn = 59%, WP = 40%, WL = 85% 10

15

20

MEDIUM DENSE SILTY SAND (SM)

DEPTH (M)

25

30

VERY STIFF TO HARD CLAY (CH)
Wn = 35%, WP = 30%, WL = 66%

35

40

45

50

55 BP-4 BP-3 Gambar 1 : N-SPT Vs Depth

Kasus 1: Tiang bentontie A yang dibuat dengan total construction time ± 17 jam, diuji saat berumur 1 bulan. Tiang mengalami premature failure pada beban 1175 tons (≈ 180% D.L.). Load test dilakukan kembali saat tiang berumur 3 bulan dan failure dicapai pada beban 1350 tons (≈ 210% D.L.) seperti terlihat pada Gambar 2. Hasil ini menunjukkan adanya peningkatan tahanan friksi ± 175 tons (± 15 %) dalam kurun waktu 2 bulan.
0 10 20 30 40
SETTLEMENT (mm)

Qult = 1175 tons (1 bulan)

Qult = 1350 tons (3 bulan)

50 60 70 80 90 100 110 120 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 APPLIED LOAD (tons) GAMBAR 2 : LO AD-CUMMULATIVE SETTLEMENT PLO T O F PILE A

Gambar 2 : Load-Settlement Tiang Bentonite A

-3-

Kasus 2: Tiang bentonite B yang dibuat dengan total construction time ± 16 jam, diuji saat berumur 3 bulan. Tiang mengalami premature failure pada beban 1250 tons (≈ 190% D.L.). Load test dilakukan kembali pada saat tiang berumur 4 bulan dan failure dicapai pada beban 1415 tons (≈ 220% D.L.) seperti terlihat pada Gambar 3. Hasil ini kembali menunjukkan adanya peningkatan tahanan friksi ± 165 tons (± 13 %) dalam kurun waktu 1 bulan.
0 10

Qult = 1250 tons (3 bulan)

20 30 40

Qult = 1415 tons (4 bulan)

SETTLEMENT (mm)

50

60 70 80 90

100 110 120 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 APPLIED LOAD (tons)

GAMBAR 3 : LOAD-CUMMULATIVE S ETTLEMENT PLOT OF PILE B

Gambar 3 : Load-Settlement Tiang Bentonite B

Kasus 3: Tiang bentonite C yang dibuat dengan total construction time ± 14 jam diuji saat berumur 6 bulan sampai beban maksimum 1400 ton. Total settlement yang terukur hanya ± 16 mm dan kapasitas ultimit diprediksi sekitar 1750 ton. Hal yang sama terjadi pada test pile D, yang dibuat dengan polymer slurry dimana construction time ± 16 jam. Load test dilakukan saat tiang berumur 6 minggu dan mampu menahan beban 1900 ton dengan toal settlement 30 mm (belum failure). Load-Settlement plot dari kedua test pile ini dapat dilihat pada Gambar 4. Dari gambar tersebut, terlihat jelas bahwa loadsettlement dari test pile yang dibuat dengan bentonite berumur 6 bulan relatif sama dengan polymer pile yang berumur 1.5 bulan. Gambar 5 menunjukkan bahwa kapasitas aksial bentonite pile terutama tahanan friksi akan meningkat (sampai waktu ± 6 bulan) seiring dengan bertambahnya umur pile.
Applied Load (tons) 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200

2000

1800
5
Kapasitas Aksial (tons)

10 Pile C
Settlement (mm)

1600 ??? 1400

Pile D

15

20

1200

25

1000

30

800
35

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Umur Tiang (Bulan)

Gambar 4 : Load-Settlement Test Pile C & D

Gambar 5 : Peningkatan Kapasitas Bentonite Pile Vs Waktu

-4-

Berhubung test pile C dan D dipasangi instrumentasi berupa vibrating wire strain gauges (VWSG) dan telltale extensometer, maka distribusi load tranfer dari kedua test pile dapat dibandingkan terhadap perhitungan teoritis yang hasilnya bisa diperiksa pada Gambar 6. Terlihat bahwa unit friksi terukur pada lapisan pasir (10 - 25 m) sebesar ± 14 t/m2 untuk bentontie pile; ± 10 t/m2 untuk polymer pile yang mendekati estimasi teoritis (9.5 t/m2). Untuk lapisan lempung dibawahnya (25 - 52 m), unit friksi terukur dari bentonite hanya 4 t/m2, jauh lebih rendah daripada Polymer pile maupun estimasi teoritis (± 8 t/m2). Dari pengalaman instrumented test pile ini, terlihat bahwa tahanan friksi bentonite pile pada lapisan pasir lebih tinggi dari polymer pile, akan tetapi untuk lempung, friksi bentonite pile jauh lebih rendah daripada polymer pile.

Applied Load (tons)
0 5 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000

0

Cut-off-level (COL) CLAY (CH)

-5

-10

Pile D (Polymer)
-15

-20

SILTY SAND (SM)
Teoritis

Elevation (m)

-25

-30

Pile C (Bentonite)

-35

CLAY (CH)
-40

-45

-50

-55

-60

KURVA LOAD-TRANSFER Pile C & D Gambar 6 : Kurva Load TransferPILEC & D

-5-

KESIMPULAN
Dari hasil evaluasi load test yang sangat terbatas jumlahnya (hanya 4 pile) dan kondisi tanah yang sangat spesifik, maka kami sajikan indikasi awal tentang tahanan friksi dari tiang bor yang dibuat dengan bentonite dan polymer slurry sebagai berikut: 1. Ada indikasi bahwa tahanan friksi dari bentonite pile akan bertambah seiring dengan bertambahnya umur pile akibat ”aging effect” seperti terlihat pada Gambar 5. Proses ini bisa terjadi karena membrane penyelimut/ gel bekas filter cake antara beton dan tanah akan mengeras (”hardening”) dengan berjalannya waktu. Hal ini tidak terjadi pada polymer atau mud slurry pile, karena gel tidak pernah terbentuk. Khusus untuk tanah pasir, hal ini tidak terjadi karena gel tersebut tidak menempel pada dinding lubang bor seperti halnya lempung, tetapi penetrasi kedalam pasir dan berinteraksi dengan silika sehingga terbentuk lapisan pasir yang lebih padat dan stabil terhadap longsoran. Tahanan friksi bentonite pile pada lapisan pasir relatif lebih tinggi daripada polymer pile, karena adanya penambahan kepadatan dari pasir akibat penetrasi bentonite slurry. Sebaliknya, tahanan friksi pada lapisan lempung untuk bentonite pile lebih rendah daripada polymer slurry karena adanya filter cake yang belum terbuang sepenuhnya walaupun bentonite slurry telah memenuhi syarat spesifikasi. Waktu pembuatan tiang bor terutama dari end-of-cleaning sampai pengecoran harus dilakukan secepat mungkin guna menghindari terjadinya ”filter cake” yang tebal. Cake yang tebal akan susah terangkat saat pengecoran dan menyebabkan tahanan friksi tiang akan berkurang. Untuk kondisi tanah dimana lapisan lempung/lanau cukup dominan, pemakaian polymer slurry lebih dianjurkan daripada bentonite slurry, karena timbulnya filter cake pada bentonite pile sering kali sulit dikontrol di lapangan. Jika longsoran disebabkan karena lapisan pasir lepas yang tebal, maka pemakaian bentonite slurry lebih cocok, karena polymer slurry seringkali tidak dapat menahan longsoran. Bentonite slurry akan efektif menahan longsoran pada tanah pasir tanpa mengurangi tahahan friksi tiang. Jika slurry akan digunakan, perlu adanya pengawasan dan quality control (QC) yang ketat oleh ahli Geoteknik dalam memeriksa karakteristik slurry serta total construction time dari setiap phase pembuatan tiang agar diperoleh tiang bor yang homogen.

2.

3.

4.

5.

REFERENCES Lymon C. Reese, F and Karen L. Tucker (1985) : “Bentonite Slurry in Construction Drilled Piers”, paper presented in Drill Piers and Caissons 2, edited by Clyde N. Baker, Jr. May 1985. Lymon C. Reese and Michael W. O’Neill (1988) : “Drilled Shaft - Construction Procedures and Design Methods”, report prepared for : U.S. Department of Transportation Federal Highway Administration Office of Implementation McLean, Virgina. Tarumanegara Bumiyasa: personal communication with Mr. Agus Johan. W. Farmer et al. : “The Effect of Bentonite on the Skin Friction of Cast in Place Piles.

1.

2.

3. 4.

-6-


				
DOCUMENT INFO
Shared By:
Categories:
Stats:
views:3304
posted:12/29/2008
language:Malay
pages:6
Description: Bentonite Polimer