1 1. PENDAHULUAN
Pembakaran batu bara untuk keperluan energi terutama pada pembangkit listrik menghasilkan limbah batu bara berupa abu terbang (fly ash) dan abu dasar (bottom ash). Abu dasar adalah sisa hasil proses pembakaran batu bara yang keluar dari tungku pembakaran yang berada pada dasar tungku pembakaran.
PT. Indah Kiat Pulp and Paper merupakan salah satu perusahaan pengguna batu bara di Propinsi Riau. Menurut Anam (2008) berdasarkan data Pusat Sumber Data Geologi tahun 2006, konsumsi batu bara oleh PT. Indah Kiat Pulp and Paper pada tahun 2005 sebesar 530.440 ton.
Sifat fisis, kimia, dan mekanis dari abu dasar tergantung dari tipe batu bara, asal, ukuran, teknik pembakaran, ukuran boiler, proses pembuangan, dan metode penanggulangan (Talib, 2009).
Abu dasar dapat mengakibatkan dampak lingkungan berupa polusi udara terhadap kehidupan sekitar. Oleh sebab itu diupayakan agar abu dasar dapat menjadi bahan yang berguna, antara lain pemanfaatan abu dasar
dalam aplikasi geoteknik, misalnya sebagai timbunan/ tanah isian (backfill) pada dinding penahan tanah.
Berdasarkan penelitian Muhardi et al (2010) diketahui bahwa ukuran partikel abu dasar berdasarkan SEM (Scanning Electron Microscopic) bertambah seiring dengan bertambahnya masa pemeraman yaitu 0, 7, dan 28 hari akibat adanya reaksi pozzolan. Ramme dan Tharaniyil (2000), Pando dan Hwang (2006) dalam penelitiannya mengemukakan bahwa abu dasar menunjukkan reaksi pozzolan yang lebih sedikit daripada abu terbang. Reaksi pozzolan tersebut membuat abu dasar tersementasi, mengikat dan mengeras.
Tujuan dari penelitian ini adalah menganalisa kelayakan abu dasar terhadap material uji tanah sebagai material pengisi/ timbunan pada dinding penahan tanah ditinjau dari tegangan ultimit dan regangan yang dapat diterima serta besar defleksi horizontal yang terjadi pada model dinding penahan tanah. Manfaat dari penelitian ini adalah diharapkan dapat mengurangi penggunaan lahan untuk penumpukan abu dasar tersebut.
Penggunaan Abu Dasar sebagai
Backfill (Material Pengisi) pada
Dinding Penahan Tanah
Muhardi
Dosen Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Riau
Syawal Satibi
Dosen Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Riau
Nur Panji Syaifullah
Alumni Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Riau
ABSTRAK: Pembakaran batu bara sebagi sumber energi menghasilkan sisa pembakaran berupa abu terbang (fly ash) dan abu dasar (bottom ash).Abu dasar adalah sisa hasil proses pembakaran batu bara yang keluar dari tungku pembakaran yang berada pada dasar tungku pembakaran. Penelitian ini bertujuan untuk menguji kelayakan abu dasar sebagai material pengisi pada dinding penahan tanah dengan pemodelan skala laboratorium. Pengujian dilakukan dengan pembebanan pada kondisi kadar air optimum untuk mengetahui besar defleksi lateral, tegangan ultimit dan regangan. Pemodelan juga dibandingkan dengan material tanah. Hasil yang diperoleh adalah nilai defleksi terkecil terjadi pada kondisi kadar air optimum dengan regangan sebesar 13,52 mm dan tegangan ultimit sebesar 35,40 kg/cm2. Besar nilai regangan abu dasar juga lebih baik daripada tanah. Dari hasil pengujian dapat disimpulkan bahwa abu dasar layak untuk dijadikan sebagai material pengisi pada dinding penahan tanah.
2 2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Abu Dasar (Bottom Ash)
Abu batu bara merupakan bahan buangan padat sisa pembakaran batu bara yang dapat mengakibatkan dampak lingkungan berupa polusi udara (tekMIRA, 2010). Sisa dari pembakaran batu bara dapat dikategorikan ke dalam dua bentuk, yaitu abu dasar dan abu terbang. Berdasarkan JCOAL (2008) dari pembakaran batu bara dihasilkan sekitar 5% - 10% abu batu bara yang terdiri dari 5% - 15% abu dasar dan 85% - 95% abu terbang.
Abu dasar adalah bahan buangan dari proses pembakaran batubara pada pembangkit tenaga yang mempunyai ukuran partikel lebih besar dan lebih berat daripada abu terbang. Abu dasar akan jatuh pada dasar tungku pembakaran (boiler) dan terkumpul pada penampung debu (ash hopper), lalu dikeluarkan dari tungku dengan cara disemprot dengan air untuk kemudian dibuang pada tempat pembuangan akhir. (Santoso, 2003).
Berdasarkan CIRCA (2010), secara umum abu dasar dapat digunakan seperti pasir dan kerikil sebagai material granular seperti lapisan base atau subbase pada jalan, aggregat dalam beton dan aspal, material timbunan, pengontrol es dan salju, bahan dasar klinker semen, dan reklamasi.
2.2. Dinding Penahan Tanah
Berdasarkan cara untuk mencapai stabilitasnya, dinding penahan tanah digolongkan sebagai berikut: (Pranata, 2010). 1. Dinding Gravitasi (Gravity Wall)
2. Dinding Penahan Kantilever (Cantilever Retaining Wall)
3. Dinding Conterfort (Counterfort Wall) 4. Dinding Butters (Butters Wall) Dinding
Pelat Tiang (Sheet Pile Wall)
5. Abutment Jembatan (Bridge Abutment)
2.3. Pemodelan Dinding Penahan Tanah Pada penelitian ini dimensi model dinding penahan tanah di laboratorium dibuat dengan menentukan ketebalan model dinding penahan tanah serta menentukan jarak horizontal ujung terjauh bidang runtuh dari dinding penahan. Dimensi dinding penahan tanah di laboratorium di bandingkan dengan dimensi penahan tanah kalau dibuat dengan skala sebenarnya. Untuk tebal model dinding
penahan tanah yang digunakan, mengacu kepada persamaan 1(Wood, 2004):
�!=�! !!
Jenis Bahan Modulus Young
Baja
Material Modulus Young (GPa)
ABS plastics Stainless Steel, AISI 302
Sedangkan jarak horizontal ujung terjauh bidang runtuh dari dinding penahan (d) ditentukan untuk menghindari kontak langsung antara bidang runtuh dengan dinding bak uji yang dapat mempengaruhi pola bidang runtuh material uji akibat dari pembebanan.
Jarak ini dipengaruhi oleh sudut geser dalam (φ) dan sudut runtuh material uji (θ)
dengan persamaan berikut: (Budhu, 2000).
� = �!×cot� (2)
� = �!×cot 45°+!
! (3)
3 belakang bak uji yang dapat dilihat pada
gambar 1:
Gambar 1. Sketsa pemodelan dinding penahan tanah dan pembebanannya
3. METODOLOGI PENELITIAN
Material uji yang digunakan pada penelitian ini terdiri dari dua jenis material uji, yaitu abu dasar (bottom ash) dan tanah dengan kondisi kadar air optimum (OMC) sebagai pembanding. Tanah yang digunakan sebagai material uji merupakan tanah yang berasal dari Kab. Kampar, Riau sedangkan untuk abu dasar diperoleh dari PT. Indah Kiat Pulp & Paper (IKPP) Perawang, Riau. Material uji tanah dan abu dasar yang digunakan dalam penelitian ini, yaitu material yang lolos ayakan saringan nomor 20.
Pengujian di laboratorium berguna untuk mengetahui sifat fisik dan mekanis abu dasar dan tanah yang akan dimodelkan di laboratorium. Data-data karakteristik abu dasar ini diambil dari penelitian yang sudah dilakukan terlebih dahulu oleh Maharani (2012) dan beberapa data karakteristik tanah diperoleh dari penelitian yang sudah dilakukan oleh Aldi (2010).
3.1. Pemodelan Dinding Penahann Tanah Skala Laboratorium
Beberapa ketentuan dalam pemodelan dinding penahan tanah skala laboratorium adalah perhitungan nilai dari beberapa parameter yang akan digunakan dalam pemodelan, yaitu tebal model dinding penahan tanah dan jarak horizontal ujung terjauh
bidang runtuh dari dinding penahan. Nilai-nilai tersebut diperoleh dari persamaan 1, 2 dan 3.
3.2. Metode Pengujian Model Skala Laboratorium
Pengujian dilakukan di dalam bak uji dengan dimensi 1m × 0,9m × 0,3m yang
terbuat dari acrylic dengan ketebalan dinding bak uji adalah 5 mm. Model dinding penahan terbuat dari acrylic dengan ketebalan 5 mm. Model dinding diletakkan di dalam bak uji dan padanya dilakukan pengujian untuk menganalisa beban ultimit dan defleksi horizontal model dinding penahan tanah.
4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari hasil penelitian terhadap kedua material uji ini melalui pemodelan dinding penahan tanah skala laboratorium, diperoleh data serta pembahasannya sebagai berikut:
4.1. Pengujian Tegangan Ultimit dan Defleksi Horizontal Model Dinding Penahan Tanah
Tabel 3 menunjukkan hasil pengujian pembebanan pada tanah dan gambar 2 adalah grafik tegangan versus defleksi untuk material tanah.
Tabel 3. Hasil pengujian pembebanan pada tanah kondisi OMC
Tegangan Vertikal (kg/cm2)
Defleksi (mm) Percobaan
1
Percobaan 2
Rata-rata
0 13,10 13,00 13,05
10 13,40 13,18 13,29
20 13,65 13,38 13,52
30 14,35 13,85 14,10
40 17,10 15,26 16,18
50 21,76 18,90 20,33
60 23,06 23,15 23,11
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
D
e
fl
e
ks
i
(m
m
)
Tegangan Ver1kal (kg/cm2)
Percobaan 1 Percobaan 2
4 Sedangkan tabel 3 menunjukkan hasil
pengujian pembebanan pada abu dasar dan gambar 3 adalah grafik tegangan versus defleksi untuk material abu dasar.
Tabel 4. Hasil pengujian beban pada abu dasar
Tabel 5 menujukkan perbandingan respon material terhadap pembebanan berdasarkan ULS (Ultimate Limit State)
Tabel 5. Perbandingan respon meterial terhadap pembebanan berdasarkan ULS
Kondisi nilai tegangan yang dihasilkan pada tanah dan abu dasar tidaklah terlalu mencolok, yaitu
senilai 0,25 kg/cm2, tetapi defleksi yang dihasilkan oleh abu dasar lebih kecil dari tanah dengan nilai 13,52 mm untuk skala laboratorium.
Tabel 6 menunjukkan perbandingan nilai regangan dan tegangan untuk material tanah dan abu dasar, sedangkan Gambar 4 menunjukkan perbandingan kurva tegangan dan regangan untuk kedua material.
Tabel 6. Nilai tegangan vs regangan tanah dan abu dasar
Gambar 4. Kurva Tegangan - regangan tanah dan abu dasar dengan kadar air optimum
Dari gambar 4 dapat dilihat bahwa kurva tegangan-regangan tanah dan abu dasar memiliki bentuk yang hampir sama. Dan dari tabel 6 dapat diketahui bahwa tegangan yang terjadi pada tanah dengan nilai sebesar 60 kg/cm2 saja sudah terjadi regangan sebesar 77,09%. Berbeda dengan abu dasar yang memiliki regangan yang lebih kecil senilai 53,28% meskipun tegangan yang diberikan sudah mencapai nilai 70 kg/cm2.
5. KESIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan hasil pengujian pemodelan dinding penahan tanah didapatkan kesimpulan sebagai berikut:
Gambar 2. Grafik hasil pengujian beban pada tanah kondisi OMC
5 1. Nilai defleksi terkecil pada model dinding
penahan tanah akibat pembebanan terjadi pada material uji abu dasar dengan adalah sebesar 13,52 mm dan dengan tegangan ultimit sebesar 35,40 kg/cm2.
2. Regangan maksimum yang terjadi pada abu dasar adalah sebesar 53,28% dengan tegangan sebesar 70 kg/cm2. Sedangkan tanah memiliki regangan yang lebih besar lagi senilai 77,09% dengan nilai tegangan masih senilai 60 kg/cm2.
3. Abu dasar layak untuk dijadikan material pengisi dinding penahan tanah, karena mempunyai defleksi dan regangan yang relatif lebih kecil dibandingkan dengan tanah yang biasa digunakan.
Adapun saran yang dapat diberikan berkenaan dengan hasil penelitian ini, adalah sebagai berikut:
1. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut terhadap material uji abu dasar dengan dengan pemeraman karena adanya sifat pozzolan abu dasar.
2. Perlu dilanjutkan penelitian terhadap pembebanan dinamis untuk material uji abu dasar.
DAFTAR PUSTAKA
Anam, A. 2008. Dimethyl Ether (DME) dari Batu Bara sebagai Bahan Bakar Gas Alternatif Selain LPG. Balai Besar Teknologi Energi: Tangerang.
Budhu, M.2000. Soil Mechanics and Foundations. New York – USA : John Wiley & Sons, Inc.
CIRCA. 2010. Origin and Applications of Bottom Ash.
Association of Canadian Industries Recycling Coal Ash: Canada.
JCOAL. 2008. Japan Coal Energy Center. Japan. Maharani, S. M. 2012. Karakteristik Fisis dan Mekanis
Abu Abu Dasar Dalam Geoteknik. Tugas Akhir. Pekanbaru, Juli 2012.
Muhardi., Marto, A., Kasim, K. A., Mahir, A., Lee, F.W., dan Yap, L. S.. 2010. Engineering Characteristics of Tanjung Bin Coal Ash. Electronic Journal of Geotechnical Engineering, Bundle K. Aldi, M. 2010. Variasi Beban dan Kecepatan Getar
untuk Potensi Likuifaksi pada Pasir dengan Uji Model Laboratorium. Tugas Akhir. Pekanbaru, Juli 2010.
Pranata, H. 2010. Analisis Dinding Penahan Tanah Dengan Perhitungan Manual Dan Kontrol Gaya-Gaya Dalam Yang Bekerja Pada Dinding Penahan Tanah Dengan Metode Sap2000 Plane-Strain. Proyek Akhir. Yogyakarta, November 2010.
Pando, M., Hwang, S., Guadalupe, T., Reyes, A., Rossi, L. dan Ruiz, E. 2006. Possible Applications For Circulating Fluidized Bed Coal Combustion By-Products From The Guayama Aes Power Plant.
Puerto Rico: University of Puerto Rico.
Ramme, B. W dan Tharaniyil, M. P. 2000. We Energies Coal Combustion Products Utilization Handbook.
Santoso, I. 2003. Pengaruh Penggunaan Bottom ash
Terhadap Karakteristik Campuran Aspal Beton.
Dimensi Teknik Sipil. Vol 5, No. 2: 75 – 81.
Talib, N. Abdul. 2009. Engineering Characteristics of Bottom Ash from Power Plant in Malaysia, Universiti Teknologi Malaysia.
tekMIRA (Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Mineral dan Batu Bara). 2010. Teknologi Pengolahan dan Pemanfaatan Batu Bara, Toksisitas Abu Terbang dan Abu Dasar Limbah PLTU Batu Bara yang Berada di Sumatera dan Kalimantan Secara Biologi.
