Gambar 2. Perkuatan soil nailing (sumber:
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0 263224115003085)
Metode perlindungan lereng dapat dilakukan dengan membangun selokan (ditch) dan pemasangan jaring kawat (wiremesh). Metode perlindungan lereng ini bertujuan untuk melindungi lereng dari jatuhan batu atau bongkah yang lepas dari lereng.
2.3 Microbiologically Induced Calcite Precipitation Microbiologically Induced Calcite Precipitation merupakan suatu metode yang memanfaatkan bakteri alami untuk memperkuat ikatan antar partikel tanah melalui presipitasi CaCO3.Proses ini menyebabkan butiran tanah akan terikat bersama dengan kalsit sehingga meningkatkan sifat mekanik dari tanah (Wen, et al., 2019; Rahman, et al., 2020).
Gambar 3. Skema presipitasi CaCO3 di ruang pori matriks tanah melalui MICP. (Rahman et al, 2020) Pada prinsipnya bakteri akan menghasilkan enxyme urease yang nantinya akan terhidrolisis bersama dengan air membentuk ion NH4+ dan CO32-. Selanjutnya CO32- akan bereaksi dengan bereaksi dengan ion Ca2+ dan menghasilkan kalsit CaCO3. Pada saat kalsit mengendap pada ruang pori tanah dan mengisi rongganya maka sifat mekanik tanah akan mengalami peningkatan (Cheng, et al., 2014; Tsesarsky, et al., 2017; Raveh-Amit dan Tsesarsky, 2020).
Gambar 4. Reaksi presipitasi Kalsit Produksi kalsium karbonat melalui hidrolisis urea oleh bakteri ureolitik adalah proses MICP yang paling mudah dikontrol dan dapat menghasilkan sejumlah besar kalsium karbonat dalam waktu singkat.
Bakteri urease yang paling banyak digunakan dalam beberapa penelitian sebelumnya adalah S.
pasteurii, Spoloactobacilus, Clostridium dan Desulfotomakulum. S. pasteurii merupakan salah satu bakteri yang paling efektif dan efisien dan telah banyak digunakan digunakan.
MICP dianggap ramah lingkungan karena memungkinkan infiltrasi air untuk menjaga pasokan air tanah. Berdasarkan hasil penelitian Yasuhara et al (2012). Pada sampel tanah berpasir yang distabilisasi dengan metode MICP terjadi penurunan rasio pori (0,44 menjadi 0,43). Hal ini menunjukkan bahwa bio-sementasi dengan metode MICP dapat meningkatkan kekuatan tanah dan tidak mengubah sifat-sifat tanah sedemikian rupa sehingga menjadi impermeabel.
3. Hasil dan Pembahasan
3.1. MICP sebagai alternatif metode perkuatan Microbiologically Induced Calcite Precipitation dapat menjadi alternatif yang menjanjikan untuk metode stabilisasi lereng dengan meningkatkan kualitas properti sifat mekanik material penyusun lereng tersebut. MICP cocok diterapkan untuk kegiatan yang membutuhkan pengurangan porositas/permeabilitas (menstabilkan pondasi bangunan, perbaikan retakan, membatasi kontaminasi, pencegahan erosi) (Abo-El-Enein and Ali, 2012; DeJong et al., 2010; Montoya et al., 2013;
Mousavi and Ghayoomi, 2019; Mujah et al., 2017;
Zamani et al., 2020). Tidak menutup kemungkinan juga bahwa metode ini dapat diterapkan pada lereng timbunan tambang untuk meningkatkan kestabilannya.
Iffah Fadliah (2013) dalam “Eksperimental Stabilisasi Biogrouting Bacillus Subtilis Pada Tanah Lempung Kepasiran”, menjelaskan bahwa kuat geser tanah akan meningkat setelah dilakukan proses MICP. Dalam penulisan ini digunakan tanah lempung kepasiran yang kemudian dilakukan proses MICP untuk menganalisa permeabilitas dan kuat geser langsung. Berdasarkan penelitian beliau, diketahui nilai untuk uji geser langsung (sudut gesek dalam) tanah yang tidak terinjeksi bakteri sebesar 4.46º. Kemudian, setelah dilakukan proses MICP selama 28 hari, sudut gesek dalam meningkat menjadi 35º. Selain itu, permeabilitas tanah juga mengalami penurunan setelah dilakukan proses MICP. Nilai awal untuk permeabilitas tanah yang tidak terinjeksi bakteri sebesar 2.49.10-4 cm/dtk dan setelah dilakukan proses MICP selama 28 hari, nilai permeabilitasnya turun menjadi sebesar 4.91.10-6 cm/dtk.
Angelina Lynda (2013) dalam “Karekteristik Kuat Geser Tanah Dengan Metode Stabilisasi Biogrouting Bakteri Bacillus Subtilis”, menjelaskan
4
PAPER COMPETITION
Indonesian Student Mining Competition XIII
proses bio-grouting dapat meningkatkan kestabilan tanah. Karakteristik mekanik tanah mengalami perubahan pada parameter kuat gesernya, yaitu terjadi peningkatan nilai kohesi sebesar 297%
terhadap nilai kohesi sampel tanah asli. Selain itu, terjadi peningkatan nilai sudut geser dalam sebesar 6,86 % terhadap nilai sudut geser dalam tanah asli.
Animesh Sharmaa dan Ramkrishnan R. (2016) dalam “Study on effect of Microbial Induced Calcite Precipitates on strength of finegrained soils”, menjelaskan bahwa proses MICP dapat meningkatkan nilai UCS material tanah. Sampel tanah yang digunakan berasal dari Chennai (Tamil Nadu, India) dan bakteri yang digunakan adalah B.
Pasteurii. Nilai UCS tanah untuk sampel tanah awalnya 1,28 kg/cm2. Setelah dilakukan proses dengan MICP, nilainya semakin meningkat.
Tabel 1. Hasil proses MICP (Animesh Sharmaa dan Ramkrishnan R., 2016)
Dengan meningkatnya sifat mekanik tanah, maka akan berdampak pula terhadap kekuatan tanah.
Coulomb (1776) mendefinisikan 𝝉 = 𝑐 + 𝜎 tan Ø.
Dengan proses MICP, nilai C dan Ø dapat meningkat sehingga akan meningkatkan kekuatan geser tanah. Selain itu, MICP juga terbukti dapat meningkatkan nilai UCS tanah. Hal ini menyebabkan nilai gaya penahan pada tanah semakin besar dan dapat meningkatkan nilai Faktor Keamanan.
3.2 Peluang penerapan MICP pada lereng timbunan tambang
Keberhasilan penerapan MICP tentu akan dipengaruhi banyak faktor. Beberapa faktor termasuk konsentrasi bakteri, reaktan kimia (urea dan kalsium klorida), dan pH dapat dipertimbangkan untuk memungkinkan penggunaan dan kontrol MICP (Hammes et al., 2003).
Suhu juga dapat menjadi salah satu faktor penentu dalam penerapan metode MICP. Suhu di wilayah penambangan umumnya berkisar antara 25 – 33 °C. Hal ini tentu dapat menjadi faktor yang berpengaruh dalam penerapan MICP.
Menurut Whiffin 2004; van Paassen 2009, peningkatan suhu akan mengakibatkan peningkatan aktivitas urease hingga suhu 60°C. Hamed A.
Keykha, Afshin Asadi & Mohsen Zareian (2017) menjelaskan hubungan antara temperatur dengan hasil UCS dari proses MICP. Grafik menunjukkan kekuatan maksimal terjadi pada 40 °C dan mulai turun ketika mencapai 50 °.
Grafik 1. Perbandingan Temperatur dengan UCS hasil MICP (Abdeh Keykha et al, 2017)
MICP dapat dilakukan pada wilayah penambangan karena MICP dapat dilakukan pada suhu ruaangan hingga mencapai suhu 40°C yang tentunya sesuai dengan kondisi di wilayah penambangan.
pH awal tanah memiliki dampak yang signifikan terhadap kuat tekan akhir sampel yang diproses.
Kondisi keasaman dan alkalinitas memiliki efek negatif pada sampel yang diolah, menghasilkan penurunan kinerja kekuatan bahkan dengan adanya kandungan kristal CaCO3 yang tinggi. Seperti disebutkan oleh banyak peneliti (misalnya Sanderson et al. 1996; McWhirter et al. 2002;
Harkes et al. 2010), nilai pH dapat mempengaruhi transportasi dan adhesi bakteri, yang merupakan faktor penting untuk mencapai kekuatan yang ditingkatkan secara homogen dari tanah yang diolah.
pH awal juga dapat mempengaruhi pembentukan kristal, karena kelarutan CaCO3 bervariasi sesuai dengan nilai pH.
Grafik 2. Nilai UCS terhadap CaCO3 dari sampel yang diperlakukan dengan pH awal yang
berbeda (Cheng et al, 2014)
Kuat tekan sampel tanah akan meningkat terus dari pH 5 sampai 9. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa pH lingkungan merupakan faktor yang signifikan dalam presipitasi yang diinduksi secara mikrobiologis. pH di lereng tambang pada kondisi normal tentu akan bervariasi tergantung material penyusun lereng itu sendiri.
Namun, secara umum pH 5-9 ini sudah dapat merepresentasikan bahwa metode MICP dapat dilaksanakan untuk lereng tambang karena pada kondisi normal, pH di lereng timbunan tentu akan mendekati normal (tidak terlalu asam maupun tidak terlalu basa). Meskipun terdapat lereng tambang yang memiliki pH kurang dari rentang 5-9, pH
5
PAPER COMPETITION
Indonesian Student Mining Competition XIII
lereng tersebut dapat dikondisikan agar pHnya naik (misalnya dengan menyebarkan urea).
Distribusi material juga menjadi hal yang penting karena akan mempengaruhi efektivitas metode MICP. Untuk meningkatkan kekuatan tanah secara keseluruhan, material perlu didistribusikan secara merata. Hal ini tentunya dapat dilakukan saat proses penimbunan material saat pembentukan lereng.
(Cheng dan Cord Ruwisch, 2014) melakukan penelitian untuk menyelidiki distribusi bahan MICP menggunakan metode perkolasi permukaan.
Hasilnya, metode MICP cocok untuk digunakan di lapangan. Metode perkolasi permukaan cocok untuk digunakan pada tanah yang sangat permeabel seperti kerikil dan pasir kasar hingga kedalaman konsolidasi 2 m.
4. KESIMPULAN
4.1 Microbiologically Induced Calcite Precipitation dapat meningkatkan sifat mekanik material tanah berupa kohesi, sudut gesek dalam, dan kuat tekan uniaksial. Dengan adanya peningkatan sifat mekanik ini, maka kestabilan tanah akan meningkat.
4.2 Microbiologically Induced Calcite Precipitation dapat diterapkan pada lereng timbunan tambang karena faktor temperatur dan pH di wilayah penambangan dapat mendukung keberjalanan metode MICP.
DAFTAR PUSTAKA
Abdeh Keykha, Hamed & ASADI, Afshin &
Zareian, Mohsen. (2017). Environmental Factors Affecting the Compressive Strength of Microbiologically Induced Calcite Precipitation-Treated Soil. Geomicrobiology Journal.34.0.1080/01490451.2017.1291772.
Cheng, Liang & Shahin, Mohamed & Cord-Ruwisch, Ralf & Addis, M & Hartanto, Tomi
& Elms, C. (2014). Soil Stabilisation by Microbial-Induced Calcite Precipitation (MICP): Investigation into Some Physical and Environmental Aspects.
Fadliah, I. (2013). Studi Eksperimental Stabilisasi Biogrouting Bacillus subtilis pada Tanah Lempung Kepasiran (Doctoral dissertation, Thesis. Program Pasca Sarjana Universitas Hasanuddin, Makassar).
Rahman, Md Mizanur & Hora, Reena & Ahenkorah, Isaac & Beecham, Simon & Karim, Md &
Iqbal, Asif. (2020). State-of-the-Art Review of Microbial-Induced Calcite Precipitation and Its Sustainability in Engineering
Applications. Sustainability. 12. 6281.
10.3390/su12156281.
Sharma, Animesh & Ramabhadran, Ramkrishnan.
(2016). Study on effect of Microbial Induced Calcite Precipitates on strength of finegrained soils. Perspectives in Science. 8.
10.1016/j.pisc.2016.03.017.
Wahyuni, Hasnidar (2021). Pengaruh Microbially Induced Calcite Precipitation (MICP) Terhadap Perilaku Kuat Geser Tanah Terkontaminasi Batubara. Program Sarjana Departemen Teknik Sipil Universitas Hasanuddin, Makassar.
1
PAPER COMPETITION
Indonesian Student Mining Competition XIII
Akselerasi Industri Pertambagan dalam Meningkatkan Nilai Tambah Mineral dan Batubara serta Mewujudkan Ketahanan Energi Nasional yang Berwawasan Lingkungan
Perencanaan dan Operasi Tambang