PENGARUH PENAMBAHAN BAHAN STABILISASI BIO CAT TM TERHADAP KUAT GESER DAN TEKAN GEMBUNG TANAH

Transkripsi

1 PENGARUH PENAMBAHAN BAHAN STABILISASI BIO CAT TM TERHADAP KUAT GESER DAN TEKAN GEMBUNG TANAH Risma Masniari Simanjuntak 1 dan Sarah Dina Simanjuntak 2 ABSTRACT Shear stress and swelling stress are two significant problems in technical properties soil especially for soil which is not sustained the desired structural load. If the soil properties do not meet the requirement of the structure design, soil improvement could be done by using additives. This is usually referred to as soil stabilization. The technical properties of soil could be significantly altered by the addition of stabilizing agent such as BIO CAT TM (Bio Cat). Investigation using Ring Shear Test shows that the shear stress increases from the aspect of cohesion after being added Bio Cat. Investigation using Swelling Stress Test shows that the swelling strain and stress of expansive soil sample could decrease significantly after being added Bio Cat. Keywords: Bio Cat, stabilization, shear stress, swelling stress ABSTRAK Kuat geser tanah dan tekan gembung tanah adalah dua hal yang penting dalam sifat teknis tanah terutama bagi tanah yang tidak memenuhi syarat daya dukung beban struktural yang diharapkan. Jika perilaku tanah tersebut tidak memenuhi syarat perencanaan struktur, maka perlu dilakukan perbaikan tanah menggunakan bahan aditif yang dikenal sebagai stabilisasi tanah. Sifat teknis tanah akan berubah secara signifikan setelah dilakukan penambahan bahan stabilisasi BIO CAT TM (Bio Cat). Hasil uji yang dilakukan dengan menggunakan alat uji Geser Cincin menunjukkan peningkatan terhadap kuat geser tanah dalam aspek kohesi setelah penambahan Bio Cat. Hasil uji menggunakan alat uji Tekan Gembung menunjukkan penurunan regangan dan tegangan yang sangat signifikan pada tekan gembung tanah yang bersifat ekspansif. Kata kunci: Bio Cat, stabilisasi, kuat geser, tekan gembung 1 Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Kristen Indonesia, Jalan Mayjen Sutoyo No.2, Jakarta 13630, INDONESIA, rismasimanjuntak@gmail.com 2 Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Kristen Indonesia Jurnal Sains dan Teknologi EMAS, Vol. 18, No. 4, November

2 1. PENDAHULUAN Tanah adalah bahan konstruksi yang sangat unik. Tanah pada umumnya dibentuk melalui proses alamiah yang kompleks dengan komposisi dan struktur yang tidak seragam sehingga dengan sendirinya tidak selalu memenuhi spesifikasi tertentu seperti bahan konstruksi lainnya misalnya kayu, baja, beton, dan lain sebagainya. Tanah yang digunakan sebagai dasar untuk berdirinya suatu bangunan kadang tidak memenuhi daya dukung bagi bangunan tersebut. Pada konstruksi yang berat seperti bangunan tinggi, pondasi tiang dapat digunakan untuk meningkat-kan daya dukung tersebut, tetapi bagi konstruksi yang ringan seperti jalan raya, dan rumah tinggal, penggunaan tiang pancang dapat dikatakan tidak ekonomis. Untuk itu manusia berusaha untuk memperbaiki tanah itu sendiri sehingga dapat memenuhi spesifikasi kekuatan tanah yang diinginkan. Salah satu jenis perbaikan tanah itu adalah dengan menambah bahan aditif, yang dikenal dengan stabilisasi tanah. Kuat geser tanah dan kuat tekan gembung tanah merupakan dua hal yang sangat memerlukan perhatian penting dalam hal pemeriksaan tanah yang berhubungan erat dengan kerusakan struktur. Kedua hal ini dapat bekerja dari sisi yang berbeda, dimana kuat geser tanah diperlukan dalam analisis ketika tanah mendapatkan tegangan dari beban struktur di atasnya, sementara kuat tekan gembung diperlukan dalam analisis ketika struktur mendapatkan tegangan akibat kekuatan penggembungan tanah (contohnya pada tanah ekspansif) yang mendorong struktur bangunan ke arah atas. Dengan latar belakang pemikiran tersebut maka dilakukan upaya 256 stabilisasi tanah jika ditemui kelemahan tanah dalam hal tersebut di atas. Pada saat ini telah dikembangkan suatu cara perbaikan tanah oleh Applied Natural System, Inc. (1989) di Amerika Serikat, dengan menggunakan suatu bahan biologis cair yang nontoksid sehingga aman bagi manusia dan lingkungan, yang dinamakan BIO CAT TM (Bio Cat). Bahan ini sebenarnya telah banyak digunakan di berbagai negara maju dan penggunaan bahan ini sejauh ini menguntungkan. Di Indonesia sendiri bahan ini belum banyak diteliti pengaruhnya terhadap perbaikan tanah. Tanah di Indonesia kebanyakan berupa tanah lapuk situs (residual soil), karakteristiknya berbeda dengan tanah di benua Amerika yang kebanyakan terdiri dari tanah sedimen (sedimentary soil) (Wesley, 1988). Tulisan ini membahas penelitian yang dilakukan untuk mengetahui pengaruh penggunaan bahan Bio Cat terhadap perbaikan sifat teknis tanah ditinjau dari kuat geser dan kuat tekan gembung tanah. Bio Cat merupakan produk biologis nontoksid alami yang aman bagi manusia dan lingkungan. Bio Cat merupakan cairan yang larut dalam air, tidak mengandung pelarut minyak maupun polimer, tidak mudah terbakar dan dapat disimpan dalam jangka waktu yang tak terhingga. Bahan ini dapat menjadi stabilisator tanah karena bersifat katalis biologi yang menghasilkan keseragaman kadar air, meningkatkan kemudahan dalam pengerjaan (workability), mengurangi debu, memerlukan lebih sedikit air dan usaha pemadatan yang lebih kecil untuk menghasilkan kepadatan yang diinginkan (Kennedy, 1989). Jurnal Sains dan Teknologi EMAS, Vol. 18, No. 4, November 2008

3 Beberapa hal yang perlu menjadi perhatian dalam penggunaan bahan stabilisasi Bio Cat ini antara lain: Satu, dapat bereaksi dengan baik apabila tanah memiliki kadar lempung minimal 15%. Kadar lempung yang cukup akan menyerap cairan dan menimbulkan efek perekatan secara biologis. Oleh sebab itu bahan ini akan berkurang keefektifannya pada tanah yang non-plastis seperti lanau, pasir dan kerikil. Pada tanah yang bersifat non kohesif ini perlu ditambahkan lempung agar bahan ini dapat bekerja efektif. Dua, temperatur yang sesuai merupakan faktor penting dalam aplikasi Bio Cat, karena bahan ini bereaksi dengan baik pada temperatur biologis yang umumnya di mulai pada temperatur 16 C dan keefektifannya semakin bertambah dengan semakin meningkatnya temperatur sampai dengan temperatur tubuh manusia (± 36 C). Tiga, aplikasi Bio Cat di lapangan tidak memerlukan metode konstruksi atau peralatan yang khusus, dengan demikian dapat menghemat biaya, waktu dan tenaga kerja. Bio Cat akan bereaksi efektif pada kondisi kadar air optimum. Pada aplikasi di lapangan kadar air pada tanah diusahakan sebesar 50% dari kadar air optimum sehingga bahan Bio Cat ini dapat dicampur dengan air agar dapat lebih mudah dicampurkan dengan tanah. Semakin kering kondisi tanah maka makin banyak penyerapan yang terjadi sehingga lebih banyak campuran Bio Cat yang dibutuhkan. Rasio campuran antara bahan Bio Cat terhadap kebutuhan air adalah ± 0,3%. Bila dipergunakan untuk pemadatan tanah, maka pemakaian 1 liter Bio Cat dapat digunakan untuk 3,8 m 3 tanah padat. 2. METODE Penelitian mengenai pengaruh pecampuran Bio Cat terhadap berbagai jenis tanah dilakukan di laboratorium Mekanika Tanah dengan disertai penelitian sifat teknis tanah yaitu: uji kuat geser tanah menggunakan alat uji Geser Cincin (Ring Shear Test), dan uji tekan gembung tanah menggunakan alat uji Tekan Gembung (Swelling Test). Untuk mengklasifikasikan tanah tersebut, terlebih dulu dilakukan uji batas Atterberg yang meliputi batas cair dan batas plastis, uji berat jenis spesifik (Spesific Gravity), dan uji Hidrometer. 2.1 Uji Geser Cincin Pada penelitian ini digunakan tanah lempung yang berasal dari daerah Ciputat, Jakarta, dengan mengambil sampel tanah dalam kondisi terganggu pada kedalaman 1,5 m dari permukaan tanah. Untuk mendapatkan sampel uji, tanah terganggu diambil pada kadar air sekitar batas plastis, setelah itu dilakukan penambahan kadar Bio Cat sebesar ±0,3% dari berat air dalam tanah setelah itu dilakukan pemeraman selama 8 hari. Dalam pengujian ini akan dibandingkan parameter kekuatan geser puncak maupun kekuatan geser sisa terhadap beban vertikal, untuk tanah tanpa campuran dan dengan campuran Bio Cat. Parameter yang dibandingkan adalah nilai kohesi dan sudut gesek dalam tanah. 2.2 Uji Tekan Gembung Pada penelitian ini digunakan tanah lempung sawah yang mengandung bahan organik yang berasal dari daerah Jati Asih, Bekasi. Sampel uji diambil dari tanah yang dipadatkan pada kadar air optimum dengan penambahan 0,3% kadar Bio Cat terhadap banyaknya air. Jurnal Sains dan Teknologi EMAS, Vol. 18, No. 4, November

4 Tanah di dalam tabung uji diperam selama 8 hari, kemudian direndam. Selama perendaman dilakukan uji tekan gembung dengan pembacaan proving ring hingga pembacaan tidak lagi mengalami perubahan. Dalam uji ini akan dibandingkan hasil uji tekan gembung tanah tanpa dan dengan menggunakan Bio Cat. Perbandingan dilihat dari aspek tegangan - regangan terhadap waktu hingga mencapai nilai tekan gembung maksimum. 3. HASIL DAN DISKUSI 3.1 Sifat-Sifat Dasar Sampel Tanah Uji Geser Cincin Hasil uji sifat-sifat dasar tanah pada sampel uji Geser Cincin (Simanjuntak, 2001), adalah sebagai berikut: pengujian yang dilakukan terhadap berat jenis spesifik (G s ) menghasilkan nilai sebesar 2,72; hasil pengujian terhadap batas konsistensi tanah menghasilkan batas cair sebesar 92,3% dan batas plastis sebesar 17,75%. Jika nilai-nilai batas konsistensi tersebut diplot ke dalam klasifikasi tanah sistem USCS, maka tanah di atas digolongkan pada jenis tanah lempung dengan batas cair tinggi (CH); pengujian terhadap analisis saringan juga menunjukkan bahwa tanah terdiri dari lempung berukuran sedang sampai halus. Hasil pengujian di atas menunjukkan bahwa tanah yang digu-nakan sebagai sampel merupakan tanah lempung halus yang mempunyai plastisitas tinggi. Hal ini mengindikasikan tanah tersebut memiliki sifat teknis yang kurang baik sehingga perlu dilakukan perbaikan. Salah satu alternatif perbaikan yang diusulkan dalam penelitian ini adalah dengan menambahkan Bio Cat Sifat-Sifat Dasar Sampel Tanah Uji Tekan Gembung Hasil uji sifat-sifat dasar tanah pada sampel uji Tekan Gembung (Rahardjo, 2001), adalah sebagai beri-kut: pengujian yang dilakukan terhadap berat jenis spesifik (G s ) menghasilkan nilai sebesar 2,62; hasil pengujian terhadap batas konsistensi tanah menghasilkan batas cair sebesar 78,75% dan batas plastis sebesar 41,93%. Jika nilai-nilai batas konsistensi tersebut diplot ke dalam klasifikasi tanah sistem USCS, maka tanah di atas digolongkan pada jenis tanah lanau organik dengan batas cair tinggi (OH); pengujian terhadap analisis saringan juga menunjukkan bahwa tanah terdiri dari lanau berukuran sedang sampai lempung ( 0,002 mm). Hasil pengujian di atas menunjukkan bahwa tanah yang digunakan sebagai sampel merupakan tanah lanau kelempungan bersifat organik yang mempunyai batas cair tinggi. Untuk mengetahui potensi gembung tanah, maka digunakan grafik potensi gembung yang berdasarkan aktivitas dan persentase ukuran butir 0,002 mm (C), oleh Seed, Woodward dan Lundgren (1962), yaitu dengan rumusan sebagai berikut: Indeks Plastis(%) Aktivitas = C 9 78,75 41,93 = = 0, Dari hitungan di atas, berdasarkan grafik potensi gembung tanah pada Gambar 1, maka sampel tanah sawah yang digunakan adalah termasuk mempunyai potensi gembung tinggi (antara 5-25%). Hal ini mengindikasikan tanah memiliki sifat teknis yang buruk Jurnal Sains dan Teknologi EMAS, Vol. 18, No. 4, November 2008

5 sehingga perlu dilakukan perbaikan untuk mengurangi sifat gembungnya dengan menambahkan Bio Cat. 3.3 Hasil Uji Kuat Geser Menggunakan Uji Geser Cincin Hasil penelitian uji geser cincin pada tanah lempung tanpa dan dengan campuran Bio Cat yang dipadatkan dalam kondisi kadar air pada batas plastis yang data-datanya bersumber dari hasil uji Simanjuntak (2001), dapat dilihat pada Gambar 2 dan Gambar 3, dimana laju perputaran cincin geser yang digunakan adalah 0,12 /menit (Bromhead, 1979). Dari hasil uji ini terlihat bahwa nilai kuat geser puncak yang menggunakan Bio Cat meningkat secara signifikan terhadap parameter kohesi. Pada sampel tanah yang tidak menggunakan Bio Cat, nilai sudut gesek dalam (φ p ) adalah sebesar 17,53, ini tidak jauh berbeda dengan sampel yang menggunakan Bio Cat yaitu sebesar 17,63. Namun nilai kohesi (c p ) tanah pada sampel yang menggunakan Bio Cat terjadi peningkatan; nilai kohesi sebesar 2,71 kpa, sementara pada sampel tanpa Bio Cat tidak mempunyai nilai Gambar 1. Grafik potensi gembung tanah (Seed, et. al., 1962) Jurnal Sains dan Teknologi EMAS, Vol. 18, No. 4, November

6 Gambar 2. Grafik tegangan normal vs tegangan geser pada keadaan kuat geser puncak Gambar 3. Grafik tegangan normal vs tegangan geser pada keadaan kuat geser sisa kohesi. Hasil ini menunjukkan bahwa peningkatan nilai kohesi tidak diiringi dengan peningkatan nilai sudut gesek tanah, ini berarti penggunaan Bio Cat mempunyai tendensi untuk meningkatkan daya lekat mineral lempung dan berfungsi sebagai media perekat bagi butiran ataupun mineral lempung. Hasil uji yang didapat pada kuat geser sisa juga tidak berbeda jauh pada hasil uji kuat geser puncak. Pada uji tanpa Bio Cat didapat nilai sudut gesek dalam (φ r ) sebesar 16,37 dan tanpa nilai kohesi (c r ); sedangkan pada uji yang dilakukan dengan mencampur bahan Bio Cat didapat sudut gesek dalam sebesar 16,61 dan kohesi sebesar 2,13 kpa. Dari hasil tersebut terlihat bahwa peningkatan sudut gesek tidak terlalu besar, sedangkan peningkatan kohesi meningkat cukup besar. 260 Jurnal Sains dan Teknologi EMAS, Vol. 18, No. 4, November 2008

7 Gambar 4. Hubungan regangan vs tegangan pada uji tekan gembung Gambar 5. Hubungan waktu vs regangan pada uji tekan gembung Dari hasil uji Geser Cincin terlihat bahwa penurunan dari kuat geser puncak ke kuat geser sisa ternyata tidak begitu besar yaitu hanya sebesar ± 20%, hal ini disebabkan karena besarnya daya lekat Bio Cat tidak mampu menurunkan kuat geser sisa tanah secara signifikan ketika tanah dikenai beban geser secara terus menerus. 3.4 Hasil Uji Tekan Gembung Tanah Hasil uji terhadap uji tekan gembung tanah lanau kelempungan pada sampel yang menggunakan dan tanpa menggunakan Bio Cat, yang datadatanya bersumber dari hasil uji Rahardjo (2001), berupa hubungan antara tegangan dan regangan diperlihatkan pada Gambar 4. Hubungan antara waktu dengan regangan pada uji ini diperlihatkan pada Gambar 5. Grafik hasil uji (Gambar 4) memperlihatkan bahwa sampel tanah meng- Jurnal Sains dan Teknologi EMAS, Vol. 18, No. 4, November

8 alami pengurangan gembung yang cukup besar. Hasil uji yang tanpa menggunakan Bio Cat menunjukkan peningkatan tegangan sampai 0,334 kg/cm 2 dengan tingkat regangan hampir mencapai 2%. Pada sampel yang menggunakan Bio Cat sebagai bahan pencampur, terlihat bahwa peningkatan tegangan hanya mencapai 0,091 kg/cm 2, dengan tingkat regangan 0,48%. Hasil ini menunjukkan bahwa penggunaan Bio Cat dapat memperkecil tingkat regangan akibat penggembungan tanah sebesar 4 kali lipat dan secara otomatis juga akan mengurangi tegangan akibat dorongan tanah terhadap struktur bangunan di atas tanah tersebut sebesar 3,7 kali dibandingkan bila tanah tersebut tidak dicampur dengan Bio Cat. Hasil lain dari uji ini diperlihatkan pada Gambar 5, grafik menunjukkan bahwa untuk mencapai regangan dan tegangan yang maksimum, sampel tanah tanpa menggunakan Bio Cat membutuhkan waktu sedikit lebih lama yaitu menit (±37 hari), sedangkan sampel tanah dengan campuran Bio Cat membutuhkan waktu menit (±35 hari). Besarnya regangan pada contoh tanah yang menggunakan Bio Cat terhadap waktu memperlihatkan peningkatan yang cukup kecil sampai mencapai menit ke-300, lalu meningkat secara signifikan pada menit berikutnya. Hal ini mengindi-kasikan peresapan air yang cukup lama sebelum regangan yang cukup besar terjadi, dengan kata lain bahan tambah Bio Cat juga mempengaruhi tingkat permeabilitas tanah. Berdasarkan keseluruhan hasil uji tekan gembung, Bio Cat mempunyai efek yang sangat baik dalam menurunkan tingkat gembung tanah yang bersifat organik, dengan demikian pemakaian Bio Cat akan sangat dibutuhkan dalam 262 mengurangi sifat gembung bagi tanah yang bersifat ekspansif. 4. KESIMPULAN Penelitian yang dilakukan terhadap sampel tanah meliputi uji kuat geser puncak dan kuat geser sisa dengan menggunakan alat uji Geser Cincin, sedangkan uji kuat tekan gembung menggunakan alat uji Tekan Gembung. Pada uji kuat geser terhadap contoh tanah lempung (CH), pencampuran bahan stabilisasi Bio Cat dapat meningkatkan kuat geser berupa peningkatan kohesi, namun tidak meningkatkan nilai sudut gesek dalam. Hal ini berlaku pula untuk kuat geser puncak maupun kuat geser sisa. Pada uji kuat geser, penurunan nilai kohesi dari kuat geser puncak ke kuat geser sisa setelah mengalami beban geser cukup kecil yaitu hanya sebesar 25%. Pada uji tekan gembung terhadap contoh tanah lanau kelempungan yang bersifat organik (OH), penurunan terhadap tingkat regangan maupun regangan gembung cukup besar yaitu mendekati 4 kali lebih kecil dibandingkan bila contoh tanah tidak dicampur dengan bahan stabilisasi Bio Cat. Pada uji tekan gembung, peningkatan regangan dan tegangan terhadap waktu pada contoh tanah dengan menggunakan Bio Cat, berlangsung cukup lama yaitu sekitar 35 hari sampai keadaan maksimum terjadi. Pada tanah tanpa menggunakan Bio Cat, pencapaian keadaan maksimum berlangsung lebih lama yaitu sekitar 37 hari. Dari seluruh hasil penelitian diatas dapat disimpulkan bahwa Bio Cat adalah bahan stabilisasi yang baik bagi peningkatan kuat geser tanah dan penurunan Jurnal Sains dan Teknologi EMAS, Vol. 18, No. 4, November 2008

9 kuat tekan gembung tanah karena dapat memberikan daya lekat yang lebih kuat terhadap butiran ataupun mineral tanah. DAFTAR PUSTAKA Bromhead, E.N. (1979), A Simple Ring Shear Apparatus, Ground Engineering, England. Holtz, R.D., and Kovacs, W.D (1981), An Introduction to Geotechnical Engineering, Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Yersey. Kennedy, J.W. (1989), Brochure and Field Installation Manual of BIO CAT TM 300-1, Applied Natural Systems, Inc. Rahardjo, O. (2001), Pengaruh Penambahan BIO CAT TM Pada Sifat Gembung dan CBR Tanah Lempung Sawah, Tugas Akhir FT-UKI, Jakarta. Simanjuntak, S.D. (2001), Pengaruh Penambahan BIO CAT TM Terhadap Kekuatan Geser Sisa Tanah Lempung, Tugas Akhir FT- UKI, Jakarta. Wesley, L.D. (1988), Geotechnical Characteristics of Residual Soil, Prosiding Diskusi Geoteknik 88, Univ. Kristen Indonesia, Jakarta. Jurnal Sains dan Teknologi EMAS, Vol. 18, No. 4, November