Jurnal Rancang Sipil Volume 1 Nomor 1, Desember 2012 69 TINJAUAN KARAKTERISTIK KONSOLIDASI TANAH GAMBUT BAGAN SIAPI-API Aazokhi Waruwu 1) Hasian Haznam, Joko Ramadhan, Mhd. Safri, Agus Jaya K. Daeli Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Medan, Jalan Gedung Arca No. 52, Telp (061) 7363771, Fax (061) 7347954, Medan, 20217, Indonesia, 1) Korespondensi, HP : 081362098080, e-mail : azokhiw@yahoo.com ABSTRAK Tanah gambut dapat mengalami pemampatan yang cukup tinggi sehingga kurang baik digunakan sebagai dasar konstruksi. Perilaku pemampatan tanah gambut dapat diketahui dari pengujian konsolidasi. Beberapa upaya dapa dilakukan untuk mengurangi pemampatan tanah gambut, salah satunya dengan pemberian beban awal. Penelitian dilaksanakan dengan menggunakan contoh tanah gambut yang diambil dari Bagansiapiapi. Pengujian Konsolidasi dengan beban bertahap pada beberapa rasio penambahan beban, pengujian konsolidasi setelah beban awal.. Pemampatan gambut Bagansiapi-api terlohat relatif besar, akan tetapi setelah diberikan beban awal sebesar 10 kpa, 20 kpa dan 40 kpa dengan waktu pembebanan masing-masing 1 hari, menunjukkan bahwa penurunan tanah gambut semakin kecil, berarti akibat adanya beban awal dapat mengurangi pemampatan tanah gambut. Rasio penambahan beban LIR 0,5 dan LIR 1,0 lebih lebih beraturan dari pada LIR 2,0 dan LIR 4,0, dengan demikian rasio penambahan beban yang baik adalah pada LIR 0,5 dan LIR 1,0. Kata kunci : gambut, pemampatan, rasio penambahan beban, konsolidasi. 1. PENDAHULUAN Tanah gambut (peat soil) merupakan tanah yang mengandung bahan organik dalam jumlah yang besar sehingga mempengaruhi sifat rekayasa tanah tersebut. Dengan demikian sistem klasifikasi tanah berbeda dengan tanah lempung. Gambut (peat) berdasarkan proses terjadinya adalah campuran dari fragmen-fragmen material organik yang berasal dari tumbuh-tumbuhan yang telah membusuk. Tanah gambut dibagi dalam 2 (dua) kelompok besar yaitu gambut berserat (fibrous peat), gambut tak berserat (amorphous granuler peat). Untuk membedakan tanah gambut ini didasarkan atas kandungan serat. Mac Farlane dan Radforth (1965) dalam Endah dan Eding (1999), tanah gambut berserat mempunyai kandungan serat 20% sedang tanah gambut tak berserat < 20%. Endah (1997) memberikan gambaran sifat fisik dari tanah gambut di antaranya kemampuan yang cukup tinggi untuk menyerap dan menyimpan air, sehingga kadar
Jurnal Rancang Sipil Volume 1 Nomor 1, Desember 2012 70 airnya cukup tinggi dan akan berkurang dengan drastis bila dicampur dengan tanah inorganik. Konsolidasi adalah suatu proses pengurangan volume secara perlahan-lahan pada tanah jenuh sempurna dengan permeabilitas rendah akibat pengaliran sebagian air pori. Proses tersebut berlangsung terus sampai kelebihan tekanan air pori yang disebabkan oleh kenaikan tegangan total telah benar-benar hilang. Proses berkurangnya volume dalam konsolidasi dapat disebabkan karena deformasi partikel-partikel, perubahan jarak antar partikel, dan keluarnya air dan udara dari pori-pori tanah. Dhowian dan Edil (1980), menunjukkan bahwa komponen pemampatan tanah gambut terdiri dari 4 (empat) komponen regangan, yaitu : regangan seketika (ε i ), regangan primer (ε p ), regangan sekunder (ε s ), regangan tersier (ε t ). Sifat mudah pampat tanah gambut dapat diketahui dari hubungan antara angka pori dengan log tekanan efektif (e-log σ ). Dari kurva angka pori terhadap log tekanan efektif yang dilakukan oleh Soepandji dan Bharata (1996) terlihat bahwa gambut palembang mempunyai bentuk kurva yang mulus seperti pada tanah inorganik. Farni (1996) menyatakan bentuk kurva pemampatan pada tanah gambut yang telah mengalami beban awal dengan besar dan periode pembebanan bervariasi menunjukan adanya peningkatan perbaikan perilaku pemampatan, karena pemampatan pada semua uji dijumpai bahwa pemampatan primer terbesar terjadi pada menit-menit awal (Munawir, 1993). Sedangkan Endah dan Eding (1999, 2000) menyatakan bahwa pemampatan primer pada tanah gambut berlangsung sangat cepat yaitu sekitar 10-15 menit pertama setelah itu, pemampatan tetap berlangsung sebagai akibat adanya rangkak (creep). Soepandji dkk (1999) tanah gambut dengan kondisi over consolidated, konsolidasi isotropik yang terjadi relatif kecil (dalam hal ini σ 3 =30 kpa) akan menghasilkan suatu kondisi pemampatan tanah yang optimum, hal ini dibuktikan dengan besarnya nilai regangan pada kondisi kritis yang lebih besar, bila dibandingkan dengan kondisi normally consolidated. Farni (1996) menyatakan bentuk kurva pemampatan pada tanah gambut yang telah mengalami beban awal dengan besar dan periode pembebanan bervariasi menunjukan adanya peningkatan perbaikan perilaku pemampatan, karena pemampatan pada semua uji dijumpai bahwa pemampatan primer terbesar terjadi pada menit-menit awal (Munawir, 1993). Endah dan Eding (1999, 2000) menyatakan bahwa pemampatan primer pada tanah gambut berlangsung sangat cepat yaitu sekitar 10-15 menit pertama setelah itu,
Jurnal Rancang Sipil Volume 1 Nomor 1, Desember 2012 71 pemampatan tetap berlangsung sebagai akibat adanya rangkak (creep). Kecepatan pemampatan primer dipengaruhi oleh rasio penambahan beban dan sistem pembebanan tetap, sedangkan kecepatan pemampatan sekunder tidak terpengaruh tetapi cenderung meningkat pada beban rendah (maksimum 320 kpa ) dan kemudian menurun dengan meningkatnya beban. Soepandji dan Bharata (1996) menyatakan bahwa untuk tekanan efektif yang kecil (25 kpa dan 50 kpa) terlihat fenomena yang sama, yaitu sulitnya memisahkan pemampatan primer dan pemampatan sekunder, sedangkan pada tekanan efektif yang besar (100-400 kpa) terlihat batas antara kedua pemampatan tersebut kecepatan pemampatan sekunder adalah linier terhadap waktu. Sifat mudah pampat tanah gambut dapat diketahui dari hubungan antara angka pori dengan log tekanan efektif (e-log σ ). Dari kurva angka pori terhadap log tekanan efektif yang dilakukan oleh Soepandji dan Bharata (1996) terlihat bahwa gambut palembang mempunyai bentuk kurva yang mulus seperti pada tanah inorganik, sedangkan Endah dan Wardana (1998) menyatakan bahwa makin tinggi kandungan organik tanah makin besar pemampatan tanah yang bersangkutan. Penelitian yang dilakukan oleh Sing W.L. dkk (2008) menunjukan hubungan koefisien konsolidasi vertikal (c v ) dan koefisien konsolidasi sekunder (cα 1 ), tersier (cα 2 ) terhadap tekanan konsolidasi pada tanah gambut tidak terganggu dan yang distabilisasi. Hasil analisis menunjukkan bahwa pada tekanan konsolidasi 12,5 sampai 800 kpa dengan rasio penambahan beban 2, nilai c v tanah gambut berada di antara 12,803 sampai 50,953 m 2 /tahun. Sedangkan cα 1 sebesar 0,003 sampai 0,021 dan cα 2 0,010 sampai 0,053. 2. METODE PENELITIAN Penelitian dilaksanakan dengan menggunakan contoh tanah gambut yang diambil dari beberapa daerah di Bolungkut Kecamatan Merbau Labuhan Batu Utara Propinsi Sumatera Utara dan Bagansiapiapi Riau. Alat yang digunakan untuk uji konsolidasi pada tanah gambut adalah alat Konsolidasi Oedometer. Uji dilaksanakan di Laboratorium Mekanika Tanah Jurusan Teknik Sipil Institut Teknologi Medan. Penelitian pendahuluan dilakukan meliputi berat volume, gravitas khusus (specific gravity), kadar air, angka pori awal, kadar abu, kadar organik, dan kadar serat. Dari hasil uji sifat fisik diperoleh kadar air, berat jenis, kandungan organik, kadar serat, kadar abu, kemudian berdasarkan data tersebut tanah gambut diklasifikasikan. Metode uji konsolidasi yang digunakan untuk mengetahui perilaku pemampatan tanah gambut adalah sebagai berikut ini:
Jurnal Rancang Sipil Volume 1 Nomor 1, Desember 2012 72 Metode konsolidasi yang dilakukan dalam penelitian ini melalui 3 tahapan : 1. Uji Konsolidasi Beban Langsung dengan cara pembebanan langsung, beban yang dikerjakan langsung (25 kpa, 50 kpa, 100 kpa), selama 1 minggu. 2. Uji Konsolidasi Beban Bertahap dengan cara pembebanan bertahap, beban dinaikan dua kali lipat setiap harinya, beban yang dikerjakan berturut-turut 25 kpa, 50 kpa, 100 kpa, 200 kpa dan Metode LIR (Load Increment Ratio) secarabertahap, LIR 0,5, LIR 1,0, LIR 2,0, dan LIR 4,0 masing-masingselama 24 jam. 3. Uji Konsolidasi Beban Setelah diberi Beban Awal dengan menggunakan alat konsolidasi dengan beban bertahap 24 jam. Sehingga didapat data kadar aiar dan berat volume tanah tersebut. Dari hasil uji konsolidasi Oedometer diperoleh grafik hubungan antara penurunan dan waktu kemudian dianalisis untuk menghitung koefisien konsolidasi (C v ) dan untuk menghitung indeks pemampatan (C c ). 3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1. Sifat Fisis dan Klasifikasi Tanah Gambut Bagansiapiapi Provinsi Riau Penelitian pendahuluan terhadap sifat-sifat fisis tanah gambut dari kota Bagansiapiapi Provinsi Riau adalah sebagaimana yang ada dalam tabel 1. Tabel 1. Hasil penelitian sifat fisis tanah gambut Bagansiapiapi No Sifat Fisis Nilai Koefisian 1 Kadar Air ( Wc ) 623,33 % 2 Berat Jenis ( Gs ) 1,81 3 Berat Volume Basah ( γ b ) 1,152 gr/cm 3 4 Berat Volume Kering ( γ d ) 0,160 gr/cm 3 5 Angka Pori ( e ) 10,284 6 Kadar Serat 34,23 % 7 Kadar Abu 6,28 % 8 Kadar Organik 93,73 %
Jurnal Rancang Sipil Volume 1 Nomor 1, Desember 2012 73 Tabel 1 menyatakan bahwa tanah gambut Bagansiapiapi Provinsi Riau diklasifikasikan sebagai tanah gambut berkadar abu sedang (medium peat) karena mengandung kadar abu diantara 5% - 15% (ASTM D4427-84) (1989). Berdasarkan kadar seratnya tanah gambut Bagansiapiapi diklasifikasikan sebagai tanah gambut berkadar serat sedang (Hemic Pead) karena memiliki kadar serat antara 33% - 67% (ASTM D4427-84 1989), dan diklasifikasikan sebagai tanah gambut berkadar organik tinggi (Sphagnum moss peat) karena memiliki kandungan organik minimum sebesar 66,6% dari berat kering (ASTM 1989 D2607-69). Juga menunjukkan bahwa tanah gambut Bagansiapiapi mempunyai kadar air yang sangat tinggi yaitu 623,33 % dimana sebagian besar air porinya terserap di sekeliling permukaan butiran. 3.2. Kurva Hubungan Antara Angka Pori dengan Tekanan Efektif Periode pembebanan dan besar beban awal yang diberikan mempunyai pengaruh terhadap besar terhadap angka pori, hal ini dapat dilihat pada gambar 1. Tanah gambut lebih didominasi dengan ruang pori yang diisi dengan air dan udara, terlihat hubungan dari tingginya kadar air tanah gambut. Perubahan volume berhubungan dengan nilai pada angka pori semakin besar beban yang diberikan maka semakin kecil nilai angka pori yang terjadi. Pada gambar 1 diperlihatkan kurva hubungan angka pori terhadap tekanan efektif ( e - σ ) pada masing-masing sampel. Besar tekanan efektif sangat mempengaruhi kecepatan air pori untuk mengalir keluar, terutama proses keluarnya air pori dari makropri berlangsung cepat. Sebelum beban awal diberikan terlihat bahwa pemampatan awal relatif besar, akan tetapi setelah diberikan beban awal sebesar 10 kpa, 20 kpa dan 40 kpa dengan waktu pembebanan masing-masing 1 hari, menunjukkan bahwa penurunan tanah gambut semakin kecil, berarti akibat adanya beban awal yang diberikan, maka tanah gambut semakin mampat. Angka pori dihitung setelah dilakukan uji konsolidasi. Pada gambar 2 menunjukkan grafik hubungan antara angka pori terhadap tegangan untuk uji konsolidasi beban bertahap 24 jam, 48 jam dan uji konsolidasi modifikasi LIR (Load Increment Ratio), memperlihatkan bahwa semakin besar tegangannya maka angka pori semakin mengecil. Hal ini menunjukkan bahwa terjadi pemampatan yang lebih besar pada beban yang besar.
Jurnal Rancang Sipil Volume 1 Nomor 1, Desember 2012 74 Gambar 1. Hubungan angka pori dengan tekanan efektif Gambar 2. Hubungan angka pori dengan tekanan efektif Dari grafik hubungan angka pori terhadap tekanan efektif diperoleh hubungan bahwa nilai angka pori menurun sebanding dengan penambahan besar tekanan yang diberikan. Penyebab turunnya angka pori adalah pada saat tekanan diperbesar, ketinggian sampel tanah mengalami penurunan. Penurunan ini menandakan adanya pengurangan jumlah dari pori tanah yang ada sehingga mengurangi besarnya angka pori. Pada LIR 0,5 dan LIR 1,0 grafik angka pori terlihat lebih bagus dari pada LIR 2,0 dan LIR 4,0. Hal ini dikarenakan besarnya rasio penambahan beban pada uji konsolidasi dan pada LIR 2,0 dan LIR 4,0 penambahan beban hanya terjadi sebanyak tiga kali dikarenakan sampel uji konsolidasi telah mencapai penurunan yang maksimal sehingga tidak mampu menerima penambahan beban lagi. Hal ini disebabkan kadar air yang dimiliki sampel uji konsolidasi tanah gambut sangat besar.
Jurnal Rancang Sipil Volume 1 Nomor 1, Desember 2012 75 3.3. Indeks Pemampatan (C c ) (Compression Index) Terdapat pengaruh beban awal terhadap indeks pemampatan sekunder. Pengaruh yang dimaksud adalah semakin besar beban awal yang diberikan dan semakin besar angka pori, maka akan semakin kecil nilai indeks pemampatan sekunder, atau sebaliknya semakin kecil beban awal, maka semakin besar indeks pemampatan sekunder. Pada gambar 3 terlihat pada beban awal 10 kpa sampai 20 kpa indeks pemampatan terus turun. Tetapi pada beban awal 40 kpa indeks pemampatan naik. Hal ini disebabkan karena beban awal yang diberikan pada tanah gambut terlalu besar sehingga nilai indeks pemampatan menjadi besar. Maka dari itu, sebaiknya untuk penelitian tanah gambut Bagansiapiapi untuk beban awal Max hanya sebesar 20 kpa saja, sehingga pemampatan optimum terdapat pada beban 20 kpa dengan indeks pemampatan 0,233. Gambar 3. Hubungan antara indeks pemampatan dengan besarnya beban awal Nilai indeks pemampatan akibat modifikasi penambahan beban dapat dilihat pada gambar 4. Terjadi ketidak beraturan nilai indeks pemampatan yang diperoleh. Hal ini disebabkan oleh besar kecilnya rasio penambahan beban yang diberikan pada uji konsolidasi tanah gambut. Nilai indeks pemampatan (c c ) ditentukan dari grafik hubungan antara angka pori terhadap tekanan. Pada gambar 4.8 memperlihatkan bahwa nilai indeks pemampatan (c c ) akan menurun seiring dengan besarnya LIR (Load Increment Ratio) yang digunakan. Hal ini dikerenakan semakin besarnya LIR (Load Increment Ratio) maka rasio penambahan beban akan semakin besar sehingga pemampatan akan terjadi lebih cepat.
Jurnal Rancang Sipil Volume 1 Nomor 1, Desember 2012 76 Gambar 4. Hubungan antara indek pemampatan terhadap LIR 3.4. Koefisien Konsolidasi (C v ) Besar beban awal berpengaruh terhadap nilai koefisien konsolidasi, kondisi tersebut karena semakin besar beban dan lama pembebanan awal maka proses keluarnya air dari makro pori berlangsung cepat, diikuti dengan penurunan yang sangat besar, menyebabkan tanah semakin mampat dan kekuatan tanah semakin bertambah. Semakin besar nilai koefisien pemampatan dan semakin besar nilai koefisien perubahan volume maka semakin besar nilai koefisien konsolidasi. Pada Gambar 4 dapat dilihat bahwa nilai koefisisen konsolidasi mengalami peningkatan pada tekanan 0,5 kg/cm 2 dan mengalami penurunan pada tekanan 1 kg/cm 2. Untuk nilai Cv terbesar pada penelitian tanah gambut Bagansiapiapi dengan pembebanan 0,4 kg/cm 2 yaitu 0,0158. Gambar 5. Perbandingan nilai koefisien konsolidasi tanah gambut Bagansiapiapi
Jurnal Rancang Sipil Volume 1 Nomor 1, Desember 2012 77 Nilaic v yang diperolehpadaujikonsolidasitanahgambutdapatdilihat pada Gambar 6. Besar kecilnya rasio penambahan beban sangat berpengaruh dengan kecepatan aliran air yang keluar dari pori-pori tanah gambut. Semakin besar rasio beban yang diberikan, semakin cepat air yang keluar. Hal ini dapat dilihat pada gambar 6. Gambar 6. Hubungan antara koefisien konsolidasi terhadap besarnya tekanan efektif Nilai koefisien konsolidasi dipengaruhi oleh besarnya nilai T 90 yang diperoleh. Besarnya pemampayan yang terjadi menyebabkan besarnya nilai T 90 yang diperoleh tidak beraturan.berdasarkan gambar 6 dapat dikatakan bahwa pada LIR yang kecil proses konsolidasi berjalan secara lambat, sedangkan pada LIR yang besar proses konsolidasi berjalan dengan cepat. Pada iji konsolidasi beban bertahap 24 jam, nilai koefisien konsolidasi (c v ) pada penambahan tekanan sebesar 1,0 kg/cm akan mengalami kenaikan setelah sebelumnya mengalami penurunan. Hal ini terjadi karena kadar serat pada sampel yang cukup tinggi sehingga proses konsolidasi tidak beraturan. Pada uji konsolidasi LIR 0,5, nilai koefisien konsolidasi (c v ) pada penambahan tekanan sebesar 0,422 kg/cm 2 akan mengalami kenaikan setelah sebelumnya mengalami penurunan. Hal ini terjadi karena kadar serat pada sampel yang cukup tinggi dan sebagai akibat dari variasi rasio penambahan beban pada uji konsolidasi tanah gambut. 4. KESIMPULAN Dari studi penelitian serta analisa yang telah dilakukan, ada beberapa kesimpulan antara lain : 1. Sebelum beban awal diberikan terlihat bahwa pemampatan awal relatif besar, akan tetapi setelah diberikan beban awal sebesar 10 kpa, 20 kpa dan 40 kpa dengan waktu
Jurnal Rancang Sipil Volume 1 Nomor 1, Desember 2012 78 pembebanan masing-masing 1 hari, menunjukkan bahwa penurunan tanah gambut semakin kecil, berarti akibat adanya beban awal dapat mengurangi pemampatan tanah gambut. 2. Rasio penambahan beban LIR 0,5 dan LIR 1,0 grafik angka pori dengan tekanan terlihat lebih beraturan dari pada LIR 2,0 dan LIR 4,0. Hal ini dikarenakan pada LIR 2,0 dan LIR 4,0 telah mencapai penurunan yang maksimal sehingga penambahan beban tidak akan mempengaruhi penurunan, dengan demikian rasio penambahan beban yang baik adalah pada LIR 0,5 dan LIR 1,0. DAFTAR PUSTAKA Behzad Kalantari dan Bujang B.K. Huat, 2009, Effect of Fly Ash on the Strength Values of Air Cured Stabilized Tropical Peat with Cement, EJGE. Endah, N., dan Eding, I.I., 1999, Aplikasi Model Gibson dan Lo Untuk Tanah Gambut Berserat di Indonesia, Jurnal Teknik Sipil, ITB, Vol. 6, No. 1, Januari 1999, Bandung. Endah, N., dan Eding, I.I., 2000, Pengaruh Rasio Penambahan Beban Terhadap Perilaku Pemampatan Tanah Gambut Berserat Asal Riau dan Usulan Metode Hardin Untuk Prakiraan Pemampatannya, Majalah IPTEK, Vol. II, No. 2, ITS, Surabaya. Endah, N., dan Wardana, G.N., 1998, Korelasi Kecepatan Regangan dan Kandungan Bahan Organik pada Uji Konsolidasi dengan Metode Constant Rate of Strain, Media Teknik, No. 4, Tahun XX, Edisi November 1998, hal. 41-49, UGM, Yogyakarta. Rahayu, T., 2000, Analisis Pemampatan Sekunder pada Tanah Gambut Jambi dengan Metode Gibson Lo dan Mikasa Wilson, Tesis, Jurusan Teknik Sipil, ITB, Bandung. Sing W.L., 2008, Engineering Behaviour of Stabilized Peat Soil, European Journal of Scientific Research ISSN 1450-216X Vol.21 No.4 (2008), pp.581-591. Soepandji, B., Bharata, R., 1996, Perilaku Tanah Gambut Dalam Proses Konsolidasi Monodimensi dan Analisa Parameter Triaksial Lintasan Tekanan, Jurnal Geoteknik, HATTI, Jakarta.