PENGARUH SIKLUS PENGERINGAN DAN PEMBASAHAN TERHADAP SIFAT FISIK, MEKANIK DAN DINAMIK PADA TANAH TANGGUL SUNGAI BENGAWAN SOLO CROSS SECTION

Transkripsi

1 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2014) 1-6 PENGARUH SIKLUS PENGERINGAN DAN PEMBASAHAN TERHADAP SIFAT FISIK, MEKANIK DAN DINAMIK PADA TANAH TANGGUL SUNGAI BENGAWAN SOLO CROSS SECTION DESA SEMAMBUNG BOJONEGORO YANG DISTABILISASI DENGAN KAPUR, FLY ASH, DAN MIKRO BIOBAKTERI Muchamad Januar Pratito, Windy Safitri, Cyela Nor Safitri, Dr. Ir. Ria Asih Aryani Soemitro, M.Eng., dan Musta in Arif, ST, MT. Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil & Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya ria@ce.its.ac.id, mustainarif@ce.its.ac.id Abstrak Proses pengeringan dan pembasahan secara berulang yang terjadi pada tanah tanggul sungai dapat mempengaruhi sifat fisik, mekanik dan dinamik dari tanah itu sendiri, karena terjadinya perubahan volume tanah yang disebabkan oleh perubahan kadar air. Penelitian ini berlokasi di tanggul sungai Bengawan Solo cross section Tanggul sungai yang dibangun dengan menggunakan material river bed sangat mudah tergerus oleh aliran air sungai, sehingga kestabilan tanggul sungai tidak bisa bertahan lama. Perbaikan tanah diperlukan agar tanggul lebih stabil. Dalam hal ini yang digunakan adalah perbaikan tanah secara kimiawi. Penilitian ini menitikberatkan pengaruh proses pengeringan dan pembasahan terhadap sifat fisik, mekanik dan dinamik tanah yang distabilisasi dengan kapur, fly ash, dan mikro biobakteri. Hasil penelitian menunjukkan bahwa tanah yang distabilisasi dengan 6% kapur lebih memberikan hasil yang optimum dibandingkan dengan fly ash dan mikro biobateri. Klasifikasi tanah menjadi ML (USCS) dan A-4 (AASHTO). Nilai batas cair dan indeks plastisitas menurun paling tinggi yaitu % dan %, batas plastis menurun %. Perubahan nilai batas-batas Atterberg dan perubahan klasifikasi tanah tersebut diduga diakibatkan oleh peningkatan persentase butiran kasar yang tinggi dan penurunan persentase butiran halus yang tinggi. Perubahan ratarata angka pori (e) menurun %, tegangan air pori negatif (-U w ) menurun 55.8, derajat kejenuhan (S r ) meningkat %, modulus geser maksimum (G max ) meningkat %, kepadatan kering (γ d ) meningkat %, berat volume tanah (γ t ) meningkat %, dan kohesi (C U ) meningkat %. Kata kunci: tanggul sungai, sungai Bengawan Solo, stabilisasi tanggul, kapur, fly ash, biobakteri, siklus pengeringan dan pembasahan, sifat fisik, sifat mekanik, sifat dinamik I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang Indonesia merupakan negara yang memiliki iklim tropis dan memiliki dua musim, yaitu musim hujan dan musim kemarau. Saat musim hujan volume air di dalam tanah meningkat, sedangkan pada musim kemarau volume air di dalam tanah berkurang. Proses pengeringan dan pembasahan yang terjadi secara terus-menerus dan berulang akan mempengaruhi parameter tanah, yaitu sifat fisik tanah (Berat Volume Kering Tanah, Kadar Air, Derajat Kejenuhan, Porositas, Angka Pori, Specific Gravity, Batas Atterberg), sifat mekanik tanah (Kohesi, Sudut Geser Dalam, Tegangan Air Pori Negatif) dan sifat dinamik tanah (Modulus Geser Maksimum). Perubahan pada sifat fisik, sifat mekanik, dan sifat dinamik tanah dapat mengakibatkan menurunnya kestabilan suatu tanah. Tanah yang akan dijadikan sampel penelitian adalah tanah pada tanggul ruas sungai Bengawan Solo, Bojonegoro, Jawa Timur. Sungai Bengawan Solo adalah DAS (Daerah Aliran Sungai) yang termasuk kritis. Hal ini dipicu dengan jumlah penduduk yang tinggal di sekitar DAS sungai yang terus bertambah. Menurunnya fungsi tanggul dikarenakan bertambah frekuensi air banjir dari tahun ketahun akibat perubahan musim, hal ini menyebabkan perubahan kadar air tanah sehigga mengakibatkan rusaknya kondisi tanggul. Oleh karena itu, perlu dilakukan perbaikan tanah pada permukaan tanggul tersebut untuk meningkatkan parameter fisik, mekanik, dan dinamik tanah agar tidak terjadi kelongsoran pada tanggul. Perbaikan tanah ada beberapa macam, diantaranya adalah perbaikan tanah secara mekanik dan kimiawi. Pada tugas akhir ini digunakan perbaikan tanah secara kimiawi. Material kimia yang digunakan adalah kapur aktif, fly ash, dan biobakteri ASDV-36SS sebagai bahan stabilisator untuk meningkatkan kekuatan tanah pada tanggul ruas sungai. Penelitian ini sangat penting untuk dilakukan karena hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan gambaran mengenai kondisi tanah tanggul ruas sungai yang sudah diberi stabilisator terhadap pengaruh sifat fisik, mekanik, dinamik dan terhadap stabilitas lereng tanggul akibat proses pembasahan dan pengeringan. B. Perumusan Masalah Permasalahan dalam penelitian ini dapat dirumuskan sebagai berikut : 1. Bagaimana pengaruh bahan stabilisator terhadap sifat fisik, mekanik, dan dinamik pada tanah tanggul ruas sungai Bengawan Solo cross section sebelum mengalami proses pengeringan dan pembasahan? 2. Bagaimana pengaruh pemadatan standar terhadap sifat fisik, mekanik, dan dinamik pada tanah tanggul ruas sungai Bengawan Solo cross section yang telah distabilisasi? 3. Bagaimana pengaruh proses pengeringan dan pembasahan terhadap sifat fisik, mekanik, dan dinamik pada tanah tanggul ruas sungai Bengawan Solo cross section 0+500, untuk tanah natural dan tanah yang distabilisasi? 4. Bagaimana pengaruh proses pengeringan berulang terhadap sifat fisik, mekanik dan dinamik pada tanah tanggul ruas sungai Bengawan Solo cross section 0+500, untuk yang tanah natural dan tanah yang distabilisasi?

2 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2014) Komposisi yang optimum dari aspek peningkatan parameter fisik, mekanik, dan dinamik akibat penambahan bahan kimia (kapur, fly ash, dan biobakteri)? III. METODOLOGI Bagan Alir Penelitian Tahapan penyelesaian tugas akhir ini dapat dilihat pada bagan alir di bawah ini. C. Batasan Masalah Batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Penentuan komposisi optimum bahan stabilisator dengan menggunakan uji kepadatan standard Proctor test. 2. Bahan stabilisator yang digunakan dalam penelitian ini adalah kapur aktif (CaOH 2 ), fly ash, dan mikro biobakteri ASDV-36SS. 3. Proses pengeringan dilakukan menggunakan kadar air benda uji mulai dari kondisi inisial, 10 kondisi jenuh air hingga menjadi 10 kondisi kering yang dibagi menjadi 10 titik. Sedangkan proses pembasahan dilakukan dengan menambahkan kadar air benda uji mulai dari kondisi initial, 10 kondisi kering hingga menjadi 100% kondisi jenuh yang dibagi menjadi 10 titik. 4. Siklus pengeringan dan pembasahan dilakukan pada siklus ke 1 dan Proses pengeringan berulang dilakukan pada pengeringan ke 1,2,4, dan 6. II. TINJAUAN PUSTAKA A. Klasifikasi Tanah 1. Sistem Klasifikasi Tanah Berdasarkan American Associate of State Highway and Transportation Officials Classification (AASHTO) 2. Klasifikasi Tanah Berdasarkan Unified Soil Classification System (USCS) B. di Laboratorium 1. fisik tanah yaitu angka pori (e), derajat kejenuhan (S r ), kadar air (ω c ), berat jenis (Specific Gravity), berat volume kering (γ d ), berat volume butiran padat (γ s ), batas cair (Liquid Limit) LL, batas plastis (Plastic Limit) PL, dan indeks plastisitas (Plasticity Index) PI 2. mekanik tanah yaitu pengujian triaksial (C u ) dan pengujian tegangan air pori negatif (suction, -U w ) dengan kertas filter Whatman 3. dinamik tanah yaitu modulus geser maksimum (G maks ) dengan alat elemen bender (Bender Element test). C. Siklus Pengeringan dan Pembasahan (Drying- Wetting) Secara alamiah, siklus pengeringan-pembasahan yang berulang secara terus menerus sepanjang waktu akan mengakibatkan terjadinya perubahan pada kekuatan tanah. Proses pengeringan (drying) adalah suatu kondisi dimana kadar air di dalam suatu pori-pori tanah mengalami penurunan. Sebaliknya, proses pembasahan (wetting) adalah suatu kondisi dimana terjadi peningkatan kadar air di dalam pori-pori suatu massa tanah. Proses pembasahan dilakukan dengan menetesi sampel tanah setetes demi setetes sampai tanah mencapai kadar air yang diinginkan. Proses pengeringan dilakukan dengan mengangin-anginkan sampel tanah sampai tanah mencapai kadar air yang diinginkan (Fredlund dan Rahardjo, 1993). B Mulai Data Sekunder : Studi Literatur Studi Penelitian Terdahulu Data Primer : Pengambilan Contoh Tanah Tanggul Sungai Bengawan Solo cross section Pengambilan Bahan Stabilisator tanah natural di Laboratorium Gambar 3.1.a Bagan Alir Penelitian (bersambung) (TN) + Kapur (K) A : Analisa Saringan dan Hidrometer Gravimetri dan Volumetri Atterberg Limits (LL dan PL) Triaksial (c) kn/m 2, (E) kn/m 2, dan ø ( o ) Proctor Standar (γ dmax ) kn/m 3 dan ω copt (%) A Campuran Tanah + Bahan Tambah Stabilisasi Di Laboratorium Persentase : 1. TN + 2% K 2. TN + 4% K 3. TN + 6% K 4. TN + 8% K 5. TN + 10% K (TN) + Fly Ash (FA) Persentase : 1. TN + 5% FA 2. TN + 10% FA 3. TN + 15% FA 4. TN + 20% FA 5. TN + 25% FA Pemeraman C (TN) + Biobakteri (B) Persentase : 1. TN + 3% B 2. TN + 5% B 3. TN + 7% B 4. TN + 9% B 7 hari 2 hari 0 hari Gambar 3.1.b Bagan Alir Penelitian (bersambung)

3 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2014) B C Menghasilkan γ dmax dan ω copt Analisa saringan dan hidrometer Atterberg Limits (LL,PL, dan PI) Triaksial (c) kn/m 2, (E) kn/m 2, dan ø ( o ) Proses Pengeringan (Drying) - Pembasahan (Wetting) Pada Siklus 1x dan 2x Proses Pengeringan (Drying) berulang (1x,2x, 4x, dan 6x) Tanah natural ω = ω sat - ω dry Δω = (ω sat - ω dry )/10 D ω 10% = ω dry + (1xΔω) ω 20% = ω dry + (2xΔω) ω 30% = ω dry + (3xΔω) ω 40% = ω dry + (4xΔω) ω 50% = ω dry + (5xΔω) ω 60% = ω dry + (6xΔω) ω 70% = ω dry + (7xΔω) ω 80% = ω dry + (8xΔω) ω 90% = ω dry + (9xΔω) Sifat Fisik : ω c (%) S r (%) e n (%) γ t (kn/m 3 ) γ d (kn/m 3 ) G S pada masing-masing kondisi: Proctor Standar (γ dmax ) Kn/m 3 dan ω copt (%) Gravimetri dan Volumetri Tegangan Air Pori Negatif (suction) (-U W ) kpa Kadar optimum Tanah natural + Stabilisator ω = ω sat - ω dry Δω = (ω sat - ω dry )/10 Gambar 3.1.c Bagan Alir Penelitian (bersambung) D ω 100% = ω dry + (10xΔω) Sifat Mekanik : c (kn/m 2 ), E (kn/m 2 ), dan ø ( o ) C U (kn/m 2 ) -U W (kpa) Analisis Kurva Hubungan : Antara kadar air dengan parameter sifat fisik, mekanik dan dinamik tanah Antara siklus pembasahan dan pengeringan dengan parameter sifat fisik, mekanik dan dinamik tanah. Kesimpulan Selesai E ω 10% = ω dry + (1xΔω) ω 20% = ω dry + (2xΔω) ω 30% = ω dry + (3xΔω) ω 40% = ω dry + (4xΔω) Gambar 3.1.d Bagan Alir Penelitian (Sumber : Hasil Penelitian,2014) E Sifat Dinamik : G max (kpa) ω 50% = ω dry + (5xΔω) ω 60% = ω dry + (6xΔω) ω 70% = ω dry + (7xΔω) ω 80% = ω dry + (8xΔω) ω 90% = ω dry + (9xΔω) ω 100% = ω dry + (10xΔω) Keterangan : : M. Januar Pratito : Windy Safitri : Cyela Nor Safitri : Dikerjakan bersama IV. ANALISA DAN HASIL A. Hasil Karateristik Tabel 4.1. Hasil pengujian karakteristik tanah Analisa Saringan dan Hidrometer - Fraksi Kerikil (Gravel) - Fraksi Pasir (Sand) - Fraksi Lanau (Silt) - Fraksi Lempung (Clay) Indeks Konsistensi - Batas Cair (LL) - Batas Plastis (PL) - Indeks Plastisitas (PI) 7,31 % 56,487 % 36,203 % 57 % 28,536 % 28,964 % Spesific Gravity (G s) Klasifikasi Tanah - USCS CH - AASHTO A (31) Triaksial - ø ( o ) - c (kn/m 2 ) - E 1 (kn/m 2 ) - E 2 (kn/m 2 ) B. Hasil Pemadatan Standar (Sumber: Hasil penelitian, 2014) 1. natural sungai Bengawan Solo di dapat nilai kepadatan maksimum kn/m 3 dan nilai kadar air optimum 26%. 2. Tanah + Kapur natural + kapur, didapat kadar kapur paling optimum sebesar 6% dengan nilai kepadatan maksimum kn/m 3 dan nilai kadar air optimum 27%. 3. Tanah + Fly Ash + fly ash, didapat kadar fly ash paling optimum sebesar 10% dengan nilai kepadatan kering maksimum 13.7 kn/m 3 dan nilai kadar air optimum 25 %. 4. Tanah + Mikro Biobakteri + mikro biobakteri, didapat kadar mikro biobakteri paling optimum sebesar 7% dengan nilai kepadatan kering maksimum kn/m 3 dan nilai kadar air optimum 29%. C. Hasil Karakteristik Tanah yang Distabilisasi Kapur, Fly Ash dan Mikro Biobakteri Hasil pengujian karakteristik tanah yang distabilisasi kapur, fly ash dan mikro biobakteri dengan kadar optimum yang didapatkan dari hasil pemadatan standar dapat dilihat pada tabel di bawah ini. Analisa Saringan dan Hidrometer - Fraksi Kerikil (Gravel) - Fraksi Pasir (Sand) - Fraksi Lanau (Silt) - Fraksi Lempung (Clay) Tabel 4.2. Hasil pengujian karakteristik tanah Jenis Tanah natural + 6% kapur 7 hari peram % % % natural + 10% fly ash 2 hari peram % % % natural + 7% mikro biobakteri 0 hari peram % % %

4 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2014) 1-6 Indeks Konsistensi - Batas Cair (LL) - Batas Plastis (PL) - Indeks Plastisitas (PI) Spesific Gravity (Gs) Klasifikasi Tanah - USCS - AASHTO Triaksial - ø (o ) - c (kn/m2) - E1 (kn/m2) - E2 (knm2) 38 % % % % % % % ML A-7 5 (17) CL A-7 6 (7) CL A-7-6 (24) E. Analisa Terhadap Benda Uji yang Mengalami Proses Pengeringan dan Pembasahan pada Siklus Pertama dan Kedua D. Analisa Hasil Uji Proctor Standar pada dan Tanah yang Distabilisasi oleh Kapur, Fly Ash dan Mikro Biobakteri F. Gambar 4.2 Gambar 4.1 Tabel 4.3 Pengaruh siklus pengeringan-pembasahan 1x dan 2x terhadap hubungan antara kadar air, angka pori, derajat kejenuhan dan tegangan air pori negatif pada tanah natural dan tanah yang distabilisasi Hubungan antara kadar air, angka pori, derajat kejenuhan, kepadatan kering dan tegangan air pori negatif hasil pengujian Proctor Standar pada tanah natural dan tanah yang distabilisasi Persentase kenaikan atau penurunan hasil uji Proctor standar pada tanah yang distabilisasi dibandingkan tanah natural T. nat + 6% Kapur T. nat + 10% fly ash T. nat + 7% Biobakteri ωc (%) γd (kn/m3) e Uw (kpa) Ket. : (-) = turun Gambar 4.3 Pengaruh siklus pengeringan-pembasahan 1x dan 2x terhadap hubungan antara kadar air, angka pori, derajat kejenuhan, tegangan air pori negatif, dan modulus geser maksimum pada tanah natural dan tanah yang distabilisasi

5 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2014) F. Analisa Terhadap Benda Uji Yang Mengalami Proses Pengeringan Berulang Gambar 4.5 Gambar 4.4 Pengaruh siklus pengeringan-pembasahan 1x dan 2x terhadap hubungan antara derajat kejenuhan, berat volume tanah, modulus geser maksimum,dan kohesi pada tanah natural dan tanah yang distabilisasi Pengaruh proses pengeringan berulang terhadap hubungan antara kadar air, angka pori, derajat kejenuhan dan tegangan air pori negatif pada tanah natural dan tanah yang distabilisasi Rekap Perubahan Nilai Sifat Fisik, Mekanik, dan Dinamik Benda Uji yang Mengalami Proses Pengeringan dan Pembasahan pada Siklus 1x dan 2x Tabel 4.4 Persentase perubahan nilai sifat fisik, mekanik, dan dinamik benda uji yang mengalami proses pengeringan dan pembasahan siklus 1x dan 2x t (kn/m3) Ditambah Tanah 6% 10% fly 7% Natural Kapur ash Biobakteri d (kn/m3) Sr (%) e Uw (kpa) CU (kn/m2) Gmax (kpa) Ket. : (-) = turun Gambar 4.6 Pengaruh proses pengeringan berulang terhadap hubungan antara kadar air, tegangan air pori negatif,modulus geser maksimum, kepadatan kering, dan derajat kejenuhan pada tanah natural dan tanah yang distabilisasi

6 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2014) V. KESIMPULAN/RINGKASAN Gambar 4.7 Tabel 4.5 Persentase perubahan nilai sifat fisik, mekanik, dan dinamik benda uji yang mengalami proses pengeringan berulang Tanah Natural 6% Kapur Ditambah 10% fly ash 7% Biobakteri t (kn/m 3 ) d (kn/m 3 ) S r (%) e U w (kpa) C U (kn/m 2 ) G max (kpa) Tabel 4.6 Pengaruh proses pengeringan berulang terhadap hubungan antara derajat kejenuhan, berat volume tanah, modulus geser maksimum,dan kohesi pada tanah natural dan tanah natural yang distabilisasi. Tanah Ket. : (-) = turun Persentase perubahan nilai sifat fisik, mekanik, dan dinamik tanah yang distabilisasi dibandingkan tanah natural Ditambah 6% Kapur 10% fly ash 7% Biobakteri γ t γ d S r e U w C U G max Ket. : (-) = turun A. Kesimpulan 1. Dengan adanya penambahan bahan stabilisator klasifikasi tanah tanggul Sungai Bengawan Solo cross section Desa Semambung Bojonegoro mengalami peningkatan dari tanah natural yang berdasarkan sistem USCS dan AASHTO masuk ke kelompok CH dan A-7-6 menjadi untuk penambahan 6% kapur masuk ke kelompok tanah ML dan A-4, untuk penambahan 1 fly ash masuk ke kelompok tanah CL dan A-6, dan untuk penambahan 7 % mikro biobakteri masuk ke kelompok tanah CL dan A Penambahan 1 fly ash adalah komposisi yang paling menurunkan nilai batas plastis yang paling tinggi. Penambahan 6 % kapur adalah komposisi yang menurunkan nilai batas cair dan indeks plastisitas paling tinggi. Hal ini diduga diakibatkan oleh peningkatan persentase butiran kasar yang paling tinggi dari tanah + 6 % kapur. Penambahan 7 % mikro biobakteri adalah komposisi yang menurunkan nilai batas cair dan indeks plastisitas paling rendah. 3. Dalam pengujian Proctor standar didapatkan nilai kadar air optimum dan kepadatan kering maksimum pada tanah natural dan tanah yang distabilisasi. Nilai kepadatan kering pada tanah yang distabilisasi mengalami peningkatan dari nilai kepadatan kering tanah natural. 4. Terjadinya proses pengeringan mengakibatkan nilai kadar air (ω), derajat kejenuhan (S r ), angka pori (e), porositas (n), berat volume tanah (γ t ), dan berat jenis (G s ) semakin menurun, sedangkan nilai kepadatan kering (γ d ), kohesi (C u ), modulus geser maksimum (G max ), dan tegangan air pori negatif (-U w ) semakin meningkat dari kondisi inisial. Begitu juga sebaliknya, ketika terjadinya proses pembasahan nilai kadar air (ω), derajat kejenuhan (S r ), angka pori (e), porositas (n), berat volume tanah (γ t ), dan berat jenis (G s ) semakin meningkat, sedangkan nilai kepadatan kering (γ d ), kohesi (C u ), modulus geser maksimum (G max ), dan tegangan air pori negatif (-U w ) semakin menurun dari kondisi inisial. 5. Semakin bertambahnya jumlah siklus nilai kadar air (ω), porositas (n), angka pori (e), dan berat jenis (G s ) semakin meningkat, sedangkan nilai derajat kejenuhan (S r ), berat volume tanah (γ t ), kepadatan kering (γ d ), kohesi (C u ), tegangan air pori negative (-U w ) dan modulus geser maksimum (G max ) semakin menurun dari kondisi inisial. 6. Dari ketiga bahan stabilisator yaitu kapur, fly ash, dan mikro biobakteri, komposisi tanah natural + 6 % kapur dengan pemeraman 7 hari adalah komposisi yang mengalami peningkatan parameter fisik, mekanik, dan dinamik yang paling tinggi. Jadi, komposisi tanah natural + 6% kapur adalah alternatif terbaik untuk tanah tanggul sungai Bengawan Solo cross section DAFTAR PUSTAKA Abadi. Bangun Mukti. Bio Soilens. Brosur PT. Bangun Mukti Abadi. Kompleks Sentral Ruko Kemang Pratama 5 Blok BW No. 19 Kemang Pratama: Bekasi ASTM Standart Test Methods for Classification of Soils for Engineering Purposes Annual Books of ASTM Standart, vol Das, B.M.1988.Mekanika Tanah (Prinsip-prinsip Rekayasa Geoteknik) Jilid I. diterjemahkan oleh Mochtar N.E.,dan Mochtar I.B. Jakarta: Erlangga Tommy dan Adex R Pengaruh Siklus Pengeringan-Pembasahan Berulang Terhadap Properti Dinamika Tanah Lempung Ekspansif Tidak Jenuh Yang Distabilisasi Dengan Fly Ash Menggunakan Alat Uji Elemen Bender. Tugas Akhir S1 ITS: Surabaya. Yudhyantoro, Yus Pengaruh Siklus Pengeringan-Pembasahan Berulang Terhadap Properti Dinamik Tanah Lempung Ekspansif Tidak Jenuh Yang Distabilisasi dengan Fly Ash Menggunakan Alat Uji Kolom Resonansi. Laporan Tesis ITS: Surabaya