1. Pendahuluan
Tanah gambut merupakan tanah yang memiliki kandungan organik yang sangat tinggi karena tanah gambut terbentuk dari tumbuh-tumbuhan yang mengalami pembusukan. Berdasarkan data yang diperoleh dari Balai Besar Litbang Sumberdaya Lahan Pertanian dalam Sukarman (2015), Indonesia memiliki lahan gambut seluas 14.905.574 Ha, dimana persebarannya berada di tiga pulau yaitu Sumatera (43%), Kalimantan (32%), dan Papua (25%).
Unsur organik yang menyusun tanah gambut, membuat tekstur tanah gambut berserat dan memiliki kadar air yang sangat besar bahkan mencapai 600% dari berat keringnya. Oleh karena itu dapat dikatakan bahwa tanah gambut memiliki daya dukung dan kuat geser yang kecil, tidak hanya itu, tekstur berserat dari tanah
gambut membuat tanah tersebut memiliki permeabilitas dan konsolidasi yang sangat tinggi. Dari semua kondisi tanah gambut diatas dapat disimpulkan jika tanah gambut sangat tidak cocok untuk dilakukan pembangunan struktur teknik sipil diatasnya, baik itu bangunan maupun jalan. Oleh sebab itu, diperlukan upaya untuk meningkatkan daya dukung tanah gambut yang sangat buruk untuk konstruksi teknik sipil tersebut.
Pada penelitian ini bahan stabilisasi yang digunakan sebagai campuran tanah gambut adalah geopolimer. Ada banyak penelitian tentang penerapan geopolimer pada pembuatan beton. Semen geopolimer yang diterapkan kepada beton akan menghasilkan beton yang memiliki sifat mekanis yang sama dengan beton yang dibuat dengan portland cement, kuat tekan yang tinggi, creep yang sangat rendah, nilai penyusutan
(shringkage) yang sangat rendah, dan beton yang terbuat dari semen geopolimer memiliki ketahanan terhadap asam sulfat (Wallah dan Rangan, 2006). Sedangkan untuk penerapan campuran geopolimer terhadap tanah gambut baru dilakukan sekali yaitu pada penelitian (Raharja 2016) dengan uji CBR. Dimana menghasilkan nilai CBR pada kondisi soak, lebih besar daripada unsoak.
Berdasarkan dari semua penelitian diatas, bahwa belum adanya hasil yang signifikan dari stabilisasi tanah gambut, dan hasil penelitian mengenai geopolimer yang bisa menggantikan portland cement pada beton, maka pada penelitian ini akan dipelajari bagaimana pencampuran semen geopolimer pada tanah gambut terhadap perubahan kuat geser tanah gambut tersebut dengan uji triaksial CU.
2. Bahan dan Metode Penelitian
2.1 Sampel dan Pengujian
Sampel yang digunakan dalam penelitian ini adalah sampel tanah gambut yang berasal dari lahan perkebunan kelapa sawit di jalan Poros Pucuk, Kecamatan Kayu Agung, Kabupaten Ogan Komering Ilir (OKI), Sumatera Selatan, dan sampel merupakan sampel terganggu (disturbed) yang dikeringkan diabawah sinar matahari kemudian dilakukan pemadatan dengan metode standard proctor (ASTM D 698).
Dari data sekunder, penelitian Pradipta (2015) diketahui karakteristik tanah gambut OKI adalah sebagai berikut:
Tabel 1. Sifat fisik dan kimia tanah gambut OKI
| No | Properti Tanah | Hasil Uji Laboratorium |
|---|---|---|
| 1 | Kadar Air (%) | 434.79 |
| 2 | Kadar pH | 3.93 |
| 3 | Kadar Abu (%) | 25.0 |
| 4 | Kadar Serat (%) | 27.99 |
| 5 | Kadar Organik (%) | 75 |
| 6 | Kadar C/N | 12.45 |
Sumber: Pradipta (2015)
Dari data pada Tabel 1 gambut OKI dapat diketahui bahwa tanah gambut OKI termasuk klasifikasi gambut sapric, high ash, dan highly acidic, berdasarkan dari ASTM D 4427 – 92 (2002).
Pengujian yang dilakukan pada penelitian ini adalah pengujian triaksial CU dengan diameter sampel kecil (36 mm) berdasarkan ASTM D4767, dengan kadar air 110% dan variasi waktu peram 4 jam, 5 hari dan 10 hari.
2.1 Metode Pencampuran
Pada penelitian ini sampel tanah gambut distabilisasi dengan campuran geopolimer. Geopolimer secara umum merupakan sistem organik yang terbentuk dari komponen padat dan activator yang terbentuk melalui
proses polikondensasi. Komponen padat yang digunakan dalam pembentukan geopolimer merupakan material alam yang mengandung SiO<sub>2</sub> dan Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> yang memadai sehingga dapat membentuk senyawa. Beberapa material alam yang mengandung SiO<sub>2</sub> dan Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> adalah abu terbang (fly ash), pozzolan, copper slag, iron blast furnance. Sedangkan activator dalam pembuatan geopolimer adalah cairan kimia alkali, yang mengandung alkali hidroksida, alumina silika, carbon, dan sulfat atau kombinasi keduanya. Reaksi yang terjadi pada saat melakukan pencampuran antara kedua komponen tersebut adalah sebagai berikut:
\[\text{[rumus tidak dapat ditampilkan dengan baik — lihat PDF asli]}\]
Gambar 1. Reaksi pembentukan geopolimer
Pencampuran kedua komponen itulah yang kemudian akan membentuk sebuah bahan pengikat (binder) untuk bahan lain yang akan dicampurkan. Penggunaan bahan pengikat (binder) ini banyak diteliti dan diujikan sebagai material pengganti semen pada pembuatan beton. Selain bahan baku yang merupakan bahan sisa dan mudah didapat, keunggulan bahan pengikat ini juga adalah lebih ramah lingkungan daripada semen portland pada umumnya, karena menghasilkan emisi gas CO2 yang lebih sedikit daripada semen portland.
Fly ash yang digunakan dalam campuran geopolimer pada penelitian ini didapat dari PT. Adhimix dengan properti sebagai berikut:
Tabel 2. Properti fisik dan kandungan fly ash
| Parameter | Unit | Results |
|---|---|---|
| Moisture Content | %, ar | 0.47 |
| Carbon © | %, ar | 1.81 |
| Relative Density | % | 2.60 |
| Loss On Ignition (LOI) at 750°C | % | 1.04 |
| Chemical Analysis of Ash | ||
| Silicone Dioxide | SiO2 | 59.95 |
| Aluminium Trioxide | \(Al_2O_3\) | 12.30 |
| Iron Trioxide | \(Fe_2O_3\) | 11.97 |
| Titanium Dioxide | TiO2 | 0.58 |
| Calcium Oxide | CaO | 9.15 |
| Magnesium Oxide | MgO | 1.81 |
| Potassium Oxide | \(K_2O\) | 0.73 |
| Sodium Oxide | Na2O | 2.58 |
| Phosphorus Pentaoxide | \(P_2O_5\) | 0.11 |
| Sulphur Trioxide | SO3 | 0.46 |
| Manganese Dioxide | MnO2 | 0.07 |
(Sumber: PT. Adhimix, 2015)
Sedangkan untuk campuran activator yang digunakan adalah campuran NaOH, air suling, dan waterglass yang memiliki kandungan natrium (Na2O) sebanyak 16.13% dan silikon (SiO2) 10.7%. Secara keseluruhan persentase campuran pada geopolimer yang digukana adalah 30% aktivator dan 70% solid, dan kadar geopolimer yang digunakan adalah 10% dari berat kering sampel tanah gambut.
Metode pencampuran geopolimer dengan tanah gambut dilakukan dengan cara manual yaitu dengan mencampur komponen padat terlebih dahulu dengan tanah gambut yang sebelumnya sudah dilakukan penyesuaian kadar air, kemudian ditambahkan dengan cairan aktivator dan diaduk sampai tercampur rata. Sampel yang telah siap selanjutnya diperam berdasarkan waktu peram yang ditentukan (4 jam, 5 hari, dan 10 hari), yang kemudian sampel dipadatkan dengan metode standard proctor ASTM D698 dan kemudian dicetak sesuai ukuran sampel triaksial.
Gambar 2. Proses pembuatan sampel uji triaksial CU
Sampel yang sudah siap, selanjutnya dilakukan pengujian triaksial CU berdasarkan ASTM 4767 dengan 3 spesimen setiap sampelnya dan σ3yang digunakan adalah 50, 100, dan 150 kPa pada
3. Diskusi Hasil
3.1 Pengujian Sampel Gambut Asli
Pengujian sampel gambut murni dilakukan sebagai pembanding terhadap sampel uji dengan campuran geopolimer yang selanjutnya. Berikut data sampel dan hasil pengujian pada sampel gambut murni:
Tabel 3. Spesifikasi sampel uji gambut asli
| Spesifikasi | Sampel rata-rata |
|---|---|
| Berat basah (gr) | 91.67 |
| Berat kering (gr) | 41.90 |
| Berat air (gr) | 49.77 |
| Kadar air (%) | 118.79 |
| Volume (cm3 ) | 69.94 |
| (gr/cm3 γdry ) | 0.599 |
Gambar 3. Grafik lintas tegangan sampel gambut murni
Dari grafik pada Gambar 3 dapat terlihat jika sampel uji mengalami kondisi overconsolidated, karena garis CSL berada di sebelah kanan garis NCL, hal tersebut didukung dengan fakta bahwa sampel uji telah mengalami pemadatan sebelumnya. Dari Gambar 3 didapatkan nilai beberapa parameter sebagai berikut:
Tabel 4. Parameter kuat geser tanah gambut
| Parameter | Gambut Murni |
|---|---|
| q0 (kPa) | 17.112 |
| M | 2.0651 |
| c' (kPa) | 7.3 |
| Φ' (°) | 50.19 |
Sementara Itu, untuk nilai parameter λ, Γ, dan N pada gambut murni hasil pengujian triaksial CU dapat dilihat pada Gambar 4 yaitu sebagai berkut:
Gambar 4. Grafik Ln p' vs volume spesifik gambut asli
3.2 Hasil Pengujian Sampel Gambut +10% Geopolimer dengan Variasi Masa Peram
Pada pengujian ini sampel yang digunakan dibagi menjadi 3 jenis sesuai dengan lama masa peram, yaitu sampel 4 jam, 5 hari, dan 10 hari, berikut spesifikasi sampel dan hasil pengujian triaksial CU pada sampel gambut + 10% geopolimer:
Tabel 5. Spesifikasi sampel dengan variasi masa peram berbeda
| Spesifikasi | Sampel rata-rata | ||
|---|---|---|---|
| Waktu peram | 4 jam | 5 hari | 10 hari |
| Kadar air awal (%) | 110 | 110 | 110 |
| Berat basah (gr) | 84.93 | 82.07 | 87.80 |
| Berat kering (gr) | 40.82 | 40.09 | 42.77 |
| Berat air (gr) | 44.12 | 41.98 | 45.03 |
| Kadar air (%) | 108.0 8 | 104.72 | 105.30 |
| Volume (cm3 ) | 69.94 | 69.94 | 69.94 |
| (gr/cm3 γdry ) | 0.584 | 0.573 | 0.611 |
Gambar 5. Grafik lintas tegang sampel gambut +10% geopolymer dengan masa peran 4 jam
Gambar 6. Grafik lintas tegangan sampel gambut +10% geopolymer dengan masa peran 5 hari
Gambar 7. Grafik lintas tegangan sampel gambut +10% geopolymer dengan masa peram 10 hari
Sama halnya dengan sampel tanah gambut murni sampel tanah gambut dengan tambahan 10% geopolimer yang diujikan juga mengalami kondisi overconsolidated. Hal tersebut dapat terlihat pada garis CSL yang berada di sebelah kana garis NCL. Garis NCL merupakan penggambaran kondisi tanah sebelum dilakukan pengujian, sedangkan garis CSL merupakan kondisi tanah pada saat titik kritis yaitu saat alami keruntuhan setelah dilakukan pengujian triaksial CU. Pada kondisi overconsolidated, garis CSL akan berada di kanan garis NCL, hal tersebut terjadi karena nilai perubahan tekanan air pori menjadi negatif dan semakin mengecil, sehingga semakin besar tegangan defiator (q') yang diberikan pada sampel tanah, tekanan efektif sampel tanah (p') akan semakin meningkat. Hal lain yang dapat dilihat dari Gambar 5, 6, dan 7 adalah nilai perubahan tekanan air pori yang tidak besar bahkan sangat kecil jika dibandingkan dengan nilai tegangan defiator (q') pada sampel, hal itu juga merupakan tanda bahwa sampel telah mengalami overconsolidated. Dari Gambar 5, 6, dan 7.
parameter sampel yang didapat adalah sebagai berikut:
Tabel 6. Parameter kuat geser sampel tanah gambut +10% geopolimer dengan variasi pemeraman
| Kadar Air 110% | ||||
|---|---|---|---|---|
| Parameter | 4 jam | 5 hari | 10 hari | |
| q0 (kPa) | 11.008 | 33.411 | 42.966 | |
| M | 1.832 | 1.585 | 1.710 | |
| c' (kPa) | 4.77 | 14.75 | 18.80 | |
| Φ' (°) | 44.56 | 38.83 | 41.71 | |
Dari Tabel 6 dapat terlihat jika semakin lama sampel diperam nilai parameter c' dan q0 semakin meningkat, yaitu dari 4.77 kPa pada pemeraman 4 jam menjadi 18.80 kPa pada pemeraman 10 hari untuk parameter c', sedangkan untuk q0 meningkat dari 11.008 kPa menjadi 42.966 kPa. Akan tetapi meskipun parameter c' dan q0 meningkat, hal yang sama tidak terjadipada parameter M dan Φ' dimana kedua parameter ini cenderung mengalami penurunan meskipun tidak signifikan.
Untuk parameter geser lain yang didapat pada pengujian triaksial CU dapat dilihat pada Tabel 7.
Tabel 7. Parameter λ, Γ, dan N pada Sampel Gambut + 10% Geopolimer dengan Variasi Masa Peram
| Waktu Peram | λ (NCL) | λ (CSL) | N | Γ |
|---|---|---|---|---|
| 4 jam | 0.0398 | 0.0617 | 2.7249 | 2.8561 |
| 5 hari | 0.0923 | 0.1293 | 3.0098 | 3.242 |
| 10 hari | 0.1044 | 0.1799 | 2.9233 | 3.3888 |
Dari Tabel 7 dapat terlihat jika Sampel dengan masa peram 10 hari memiliki nilai Γ yang paling tinggi, hal tersebut menandakan jika sampel tersebut adalah sampel yang memiliki pori-pori terbesar, hal tersebut tentu berlawanan dengan nilai rapat kering pada sampel, dimana sampel tersebut memiliki nilai rapat kering paling besar dari lainnya. Dan dari Tabel 7 juga dapat terlihat bahwa nilai λ (NCL) dan λ (CSL) memiliki nilai yang hampir sama, yang menandakan jika sampel tersebut mengalami pemadatan sebelumnya
Data pada Tabel 7 tersebut mengacu pada grafik di Gambar 8 berikut.
3.3 Perbandingan Nilai Parameter Gambut Murni dengan Gambut +10%
Setelah melakukan pengujian terhadap semua sampel yang dibutuhkan, berikut merupakan perbandingan nilai parameter geser dari sampel gambut murni dengan sampel gambut yang distabilisasi 10% geopolimer:
Gambar 8. Grafik ln p' vs Volume Spesifik Sampel dengan Masa Peram 4 Jam, 5 Hari, dan 10 Hari
Gambar 9. Grafik p' vs q' Sampel Gambut Murni dengan Sampel Gambut + 10% Geopolimer Masa Peram: 4 Jam, 5 Hari, dan 10 Hari
Dari Gambar 9 didapatkan nilai-nilai parameter sebagai berikut:
Tabel 8. Parameter Kuat Geser Sampel Gambut +10% Geopolimer dengan Sampel Gambut Murni
| Gambut + 10% Geopolimer | Gambut Murni | |||
|---|---|---|---|---|
| Parameter | 4 jam | 5 hari | 10 hari | |
| q0 (kPa) | 11.01 | 33.41 | 42.97 | 17.11 |
| M | 1.83 | 1.59 | 1.71 | 2.06 |
| c' (kPa) | 4.77 | 14.75 | 18.80 | 7.30 |
| Φ' (°) | 44.56 | 38.83 | 41.71 | 50.19 |
| τf | 5.42 | 16.87 | 19.98 | 7.22 |
Dari Tabel 8 dapat terlihat perubahan parameter kuat geser sampel uji. Dari hasil pengujian dapat terlihat jika semakin lama pemeraman, parameter q0 dan c' mengalami kenaikan, sedangkan untuk parameter M dan Φ' mengalami perubahan secara fluktuatif dan cenderung tidak besar, sehingga dapat dikatakan jika parammeter M dan Φ' tidak terpengaruh oleh waktu pemeraman sampel.
Parameter q0 merupakan tolak ukur kemampuan sampel dalam menahan beban awal yang diberikan, sedangkan parameter M adalah kemampuan sampel dalam menahan regangan aksial, dan dari kedua parameter dapat diketahui parameter kuat geser lainnya dari sampel tanah uij seperti pada Tabel 8 menggunakan formula-formula berikut:
\[\sin \phi' = \frac{\sigma'_1 - \sigma'_3}{\sigma'_1 + \sigma'_2} = \left[\frac{3M}{6+M}\right] \tag{1}\]
\[c' = \left[\frac{3-\sin\varphi'}{6-\sin\varphi'}\right]q_0 \tag{2}\]
\[\tau_f = c' + \tan \phi' \tag{3}\]
Sementara itu untuk parameter geser lainnya disajikan pada Tabel 9 seperti berikut:
Tabel 9. Parameter λ (NCL), λ(CSL), N dan Γ sampel gambut murni dengan gambut +10% geopolimer
| Waktu Peram | λ (NCL) | λ (CSL) | N | Γ |
|---|---|---|---|---|
| Murni | 0.0552 | 0.1108 | 2.4927 | 2.8213 |
| 4 jam | 0.0398 | 0.0617 | 2.7249 | 2.8561 |
| 5 hari | 0.0923 | 0.1293 | 3.0098 | 3.242 |
| 10 hari | 0.1044 | 0.1799 | 2.9233 | 3.3888 |
Dari Tabel 9 dapat dilihat jika sampel yang diperam lebih lama memiliki nilai parameter Γ lebih besar dari pada sampel yang diperam lebih sebentar hal tersebut berarti penambahan geopolimer dan pemeraman sampel tidak mengurangi pori pada sampel gambut.
Akan tetapi jika dibandingkan dengan sampel tanah gambut murni nilai parameter dari sampel campuran 10% geopolimer cenderung mengalami penurunan nilai Γ dan λ(CSL). Hal tersebut terjadi karena kadar air sampel gambut asli yang lebih besar daripada sampel tanah gambut dengan campuran 10% geopolimer.
4. Kesimpulan
Dari keselurahan data dan analisa yang didapatkan dari penelitian ini didapatkan kesimpulan sebagai berikut:
- 1. Lama waktu pemeraman sampel tanah gambut + 10% geopolimer dapat meningkatkan nilai parameter kohesi efektif (c') pada sampel, dimana nilai c' saat pemeraman 4 jam adalah 4.77 kPa meningkat menjadi 18.80 kPa pada pemeraman 10 hari, tetapi nilai parameter Φ' tidak dipengaruhi oleh waktu peram,
- 2. Secara umum nilai kuat geser sampel mengalami kenaikan seiring semakin lama waktu pemeraman, dari 5.422 kPa pada pemeraman 4 jam menjadi 19.983 kPa pada pemeraman 10 hari,
- 3. Waktu peram juga berpengaruh pada parameter q0 sampel tanah gambut + 10% geopolimer, dimana saat pemeraman 4 jam nilai q0 sampel sebesar 11.008 kPa menjadi 42.966 kPa saat pemeraman 10 hari, akan tetapi untuk parameter M sampel tidak dipengaruhi oleh masa peram,
- 4. Nilai λ (NCL) dan λ (CSL) tidak sama sehingga garis NCL dan CSL tidak sejajar, hal tersebut terjadi karena sampel uji yang tidak homogen, selain itu pada penelitian ini garis CSL berada disebelah kanan garis NCL yang menandakan jika sampel uji mengalami kondisi overconsolidated,
- 5. Penambahan geopolimer dan lama waktu peram tidak berpengaruh terhadap pori udara dalam sampel uji, hal tersebut dapat dilihat pada nilai parameter Γ yang mengalami kenaikan seiring semakin lamanya pemeraman.