KINERJA SISTEM “INKLUSI KOLOM MORTAR - LOAD TRANSFER PLATFORM - GEOTEKSTIL KEKAKUAN TINGGI ” UNTUK TUMPUAN TIMBUNAN DI ATAS GAMBUT BERDASARKAN UJI SKALA PENUH TERINSTRUMENTASI DAN PEMODELAN NUMERIK DISERTASI Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor dari Institut Teknologi Bandung Oleh AGUS HIMAWAN NIM: 35019302 (Program Studi Doktor Teknik Sipil) INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG Desember 2024 i ABSTRAK KINERJA SISTEM “INKLUSI KOLOM MORTAR - LOAD TRANSFER PLATFORM - GEOTEKSTIL KEKAKUAN TINGGI ” UNTUK TUMPUAN TIMBUNAN DI ATAS GAMBUT BERDASARKAN UJI SKALA PENUH TERINSTRUMENTASI DAN PEMODELAN NUMERIK Oleh AGUS HIMAWAN NIM: 35019302 (Program Studi Doktor Teknik Sipil) Pekerjaan timbunan masih merupakan pilihan utama pada pekerjaan peninggian elevasi infrastruktur, seperti badan jalan, landas pacu dan tanggul pengendali banjir. Dengan meningkatnya jumlah penduduk dan terbatasnya lahan akibat pengembangan kawasan hunian dan industri, saat ini pembangunan infrastruktur telah merambah pada area pinggiran yang sebelumnya dihindari, seperti pada bantaran sungai dan rawa dengan endapan tanah lunak yang relatif tebal, dengan daya dukung rendah dan kompresibilitas tinggi. Metode konstruksi jembatan dengan fondasi dalam, secara teknis dapat menghilangkan potensi penurunan tanah jangka panjang, namun memerlukan biaya besar. Sedangkan metode konstruksi timbunan dengan pra-pembebanan dan percepatan konsolidasi membutuhkan volume material timbunan yang besar, lahan yang luas dan waktu konstruksi yang lama. Pada konstruksi timbunan di atas lapisan gambut yang tebal dengan kadar air tinggi, pemampatan terjadi baik pada pori dan serat gambut yang berefek pada penurunan jangka panjang yang sulit diprediksi. Pada prakteknya di Indonesia, konstruksi slab on pile berbiaya mahal selalu menjadi pilihan metode konstruksi jalan pada area gambut tebal. Dengan masih banyaknya rencana konstruksi pada area gambut di Indonesia, diperlukan alternatif solusi yang lebih murah melalui pendekatan geoteknik. Beberapa penelitian terkini mengenai perbaikan tanah gambut dengan berbagai metode mulai dari stabilisasi kimiawi, perkuatan dengan stone/sand column untuk konstruksi tanggul badan jalan, rel kereta api, dan struktur gedung telah dilakukan. Sebagai catatan, metode di atas telah berhasil dilakukan untuk menahan beban timbunan tanpa terjadi keruntuhan daya dukung. Namun demikian, penerapan metode perbaikan tanah gambut selain dengan metode tumpuan tiang, masih menghasilkan penurunan timbunan yang terlalu besar dan berlanjut selama bertahun-tahun. ii Aplikasi konsep tiang sebagai tumpuan beban timbunan telah lama dilakukan sebagai solusi konstruksi pada tanah kompresibel. Metode ini pada prinsipnya tidak memperbaiki sifat fisik dan mekanik tanah lunak, tetapi lebih ditekankan pada usaha untuk menyalurkan beban timbunan langsung ke lapisan keras di bawah lapisan kompresibel. Dengan metode ini, sebagian besar beban timbunan diteruskan menuju tiang melalui mekanisme arching pada Load Transfer Platform (LTP). Karena hanya sedikit beban yang diterima tanah kompresibel tepat di bawah timbunan, maka penurunan tanah jangka panjang dapat diminimalkan. Pada kondisi tanah sangat lunak, tambahan perkuatan geotekstil kekakuan tinggi pada LTP dapat menahan deformasi lateral akibat beban timbunan dan memastikan proses arching dan penyaluran beban vertikal ke tiang. Salah satu jenis tiang yang mulai banyak digunakan sebagai tumpuan beban timbunan adalah Inklusi Kolom Mortar (IKM), yaitu tiang mortar beton cor di tempat pada lubang bor menggunakan displacement auger atau continues flight auger. Penelitian-penelitian skala laboratorium pada sistem tumpuan tiang yang difokuskan pada mekanisme arching dan metode penentuan gaya tarik geotekstil pada LTP telah banyak dilakukan. Sedangkan studi-studi terkini dengan uji skala penuh terinstrumentasi untuk mempelajari sistem tumpuan tiang difokuskan pada transfer beban di LTP hingga interaksi tanah-tiang, terutama negative skin friction, pada rigid inclusion. Namun demikian, penelitian-penelitian di atas dilakukan pada tanah lempung lunak, sementara kajian sistem tumpuan tiang penahan timbunan di atas tanah gambut dengan kompresibilitas tinggi dan kadar air tinggi belum dipelajari secara komprehensif, baik di Indonesia maupun luar negeri. Lebih dari itu, pengujian skala penuh terinstrumentasi sistem ini pada gambut belum pernah dilakukan. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari mekanisme transfer beban pada sistem tumpuan “IKM-LTP-Geotekstil Kekakuan Tinggi” untuk menahan timbunan di atas tanah gambut, yang belum pernah dilakukan sebelumnya. Penelitian yang melibatkan kerjasama dengan beberapa pakar internasional ini dilakukan dengan uji skala penuh di Jalan Tol Padang Sicincin, Sumatera Barat, dengan ketebalan tanah gambut 8-11 meter. Pengujian mencakup penyelidikan tanah lapangan, uji laboratorium, pengamatan instrumentasi geoteknik berupa earth pressure cell, settlement profiler, settlement plate, piezometer, magnetic extensometer, inclinometer, sister bar/strain gauge pada IKM, strain gauge dan sensor optik Brillouin Optical Time Domain Analysis (BOTDA) pada geotekstil. Hasil pengamatan diverifikasi melalui analisis numerik 2D dan 3D dengan menggunakan model konstitutif yang sesuai dengan hasil penyelidikan tanah. Hasil verifikasi menujukkan pola deformasi timbunan, tegangan regangan pada geotekstil dan IKM serta perubahan tekanan air pori ekses pada gambut yang sesuai dengan hasil pengamatan instrumentasi. Penelitian ini berhasil membuktikan sistem tumpuan “IKM-LTP-Geotekstil Kekakuan Tinggi” bekerja efektif dalam menahan beban timbunan di atas gambut. Transfer beban dimulai dengan proses arching pada LTP dan mobilisasi tahanan deformasi lateral pada geotekstil kekakuan tinggi yang berakibat pada penyaluran beban vertikal ke IKM menuju lapisan tanah medium dense sand di bawah gambut. iii Dengan penyaluran beban melalui IKM, pembebanan langsung pada gambut dapat diminimalkan dan masalah penurunan tanah eksesif dapat diatasi. Penelitian yang baru pertama kali dilakukan ini dapat menghasilkan pendekatan desain baru dengan biaya konstruksi yang lebih rendah, sebagai alternatif pengganti slab on pile yang selama ini digunakan pada area gambut tebal. Hasil penelitian juga diusulkan untuk menjadi panduan teknis spesifik untuk aplikasi sistem tumpuan “IKM-LTP-Geotekstil Kekakuan Tinggi” pada tanah gambut dengan kadar air tinggi. Kata kunci: Inklusi Kolom Mortar (IKM), Load Transfer Platform (LTP), geotekstil kekakuan tinggi, gambut dengan kadar air tinggi, mekanisme arching, pengujian skala penuh terinstrumentasi, pemodelan numerik. iv v ABSTRACT PERFORMANCE OF “MORTAR COLUMN INCLUSION - HIGH STIFFNESS GEOTEXTILE REINFORCED LOAD TRANSFER PLATFORM ” SYSTEM FOR EMBANKMENT SUPPORT ON PEAT BASED ON FULL-SCALE INSTRUMENTED TESTING AND NUMERICAL MODELING By Agus Himawan NIM: 35019302 (Doctoral Program in Civil Engineering) Embankment construction remains the primary choice for elevating infrastructure, such as roads, runways, and flood control levees. With the growing population and limited land availability due to the development of residential and industrial areas, infrastructure development has now extended to peripheral areas that were previously avoided, such as riverbanks and swamps with relatively thick soft soil deposits, characterized by low bearing capacity and high compressibility. The bridge construction method with deep foundations can technically eliminate the potential for long-term settlement but comes at a high cost. Meanwhile, embankment construction methods with preloading and accelerated consolidation require large volumes of fill material, large areas, and extended construction periods. In embankment construction over thick peat layers with high moisture content, compression occurs both in the soil pores and peat fibers, resulting in long- term settlement that is difficult to predict. In practice in Indonesia, the costly slab- on-pile construction method is often the preferred choice for road construction in thick peat areas. With the continued plans for construction in peat areas in Indonesia, a more cost-effective alternative through a geotechnical approach is needed. Several recent studies on peat soil improvement methods, ranging from chemical stabilization, reinforcement using stone/cement columns for embankment construction, railway tracks, and building structures have been conducted. Notably, these methods have been successfully applied to support embankment loads without bearing capacity failure. However, the application of peat soil improvement methods other than pile-supported methods still results in excessive and prolonged settlement of embankments, lasting for years. The application of the pile-supported embankment has long been carried out as a construction solution on compressible soils. This method, in principle, does not improve the physical and mechanical properties of the soft soil, but rather emphasizes efforts to transfer the embankment load directly to the hard layer vi beneath the compressible layer. With this method, most of the embankment load is transmitted to the pile through an arching mechanism within Load Transfer Platform (LTP). As the compressible soil bears only minimal load, long-term settlement is minimized. In very soft soil conditions, high stiffness geotextile reinforcement on the LTP can resist lateral deformation due to embankment loads and ensure the arching process and vertical load transfer to the piles. One type of pile increasingly used as an embankment support is the Mortar Column Inclusion (MCI), a cast-in-place mortar pile formed by using displacement auger or continuous flight auger. Laboratory-scale studies on pile support systems have extensively focused on arching mechanisms and methods for determining geotextile tensile forces in the LTP. Meanwhile, recent research involving full-scale instrumented tests has primarily examined load transfer mechanisms within LTP and soil-pile interactions, particularly negative skin friction, in rigid inclusions. However, the aforementioned studies have been conducted on soft clay soils, while investigations into pile-supported embankment systems on highly compressible peat soils with high water content have not been comprehensively explored, either in Indonesia or internationally.