PENGARUH PENAMBAHAN BAKTERI (BACILLUS SUBTILIS) PADA TANAH LUNAK TERHADAP KARAKTERISTIK KUAT TEKAN

Konferensi Nasional Teknik Sipil 11 Universitas Tarumanagara, 26-27 Oktober 2017

PENGARUH PENAMBAHAN BAKTERI (BACILLUS SUBTILIS) PADA TANAH LUNAK TERHADAP KARAKTERISTIK KUAT TEKAN

Hasriana¹, Lawalenna Samang², M.Natsir Djide³, dan Tri Harianto⁴

1Program Doktor Teknik Sipil, Universitas Hasanuddin, Makassar Email: hasrianahasan99@yahoo.com

2 Jurusan Teknik Sipil, Universitas Hasanuddin, Makassar Email: samang_l@yahoo.com

³Jurusan Farmasi, Universitas Hasanuddin, Makassar Email:natsirdj@yahoo.com

4Jurusan Teknik Sipil, Universitas Hasanuddin, Makassar Email: triharianto@ymail.com

ABSTRAK

Tanah lunak dengan daya dukung rendah tidak mampu mendukung konstruksi diatasnya sehingga diperlukan suatu metode perbaikan tanah guna memperbaiki struktur tanah tersebut. Stabilisasi tanah dengan bahan kimia seperti kapur, semen , dan fly ash merupakan metode stabilisasi yang paling populer. Saat ini alternative bio stabilisasi ramah lingkungan semakin berkembang dengan pemanfaatan mikroorganisme (bakteri bacillus subtilis). Tujuan penelitian ini adalah untuk menentukan karakteristik tanah lunak yang dicampur larutan konsentrasi bakteri bacillus subtilis dengan melakukan pengujian kuat tekan Unconfined Compression Test (UCT). Medium larutan konsentrasi bakteri yang digunakan adalah bacillus subtilis cultur 6 hari dengan komposisi 2%, 4%, 6%, 8% dan 10% pada kondisi kepadatan optimum. Waktu pemeraman dilakukan selama 3, 7, 14 dan 28 hari setelah pembuatan benda uji. Hasil pengujian menunjukan bahwa kuat tekan optimum didapatkan pada penambahan larutan konsentrasi bakteri bacillus subtilis 6% dengan waktu pemeraman 28 hari. Peningkatan nilai kuat tekan dari 26 kN/m² menjadi 382,86 kN/m² atau sebesar 15 kali dari tanah tanpa stabilisasi. Hal ini menunjukkan penggunaan larutan konsentrasi bakteri bacillus subtilis cukup signifikan meningkatkan nilai kuat tekan.

Kata Kunci : Tanah lunak, bacillus subtilis, UCT

1. PENDAHULUAN

Di Indonesia seringkali dijumpai kondisi tanah kurang baik seperti tanah lunak (soft soil). Jenis tanah ini banyak ditemukan di tempat– tempat yang kondisi tanahnya memiliki kadar air yang tinggi seperti pada daerah rawa-rawa atau pinggiran sungai. Di daerah tersebut juga banyak ditemukan bangunan infrastruktur khususnya konstruksi perkerasan jalan. Pembangunan jalan di atas tanah lunak akan menghadapi beberapa masalah geoteknik, salah satunya adalah masalah stabilitas timbunan dan penurunan yang sangat besar serta permeabilitas yang rendah.

Dalam perencanaan jalan raya, daya dukung tanah dasar sangat mempengaruhi tebal perkerasan, semakin tinggi kuat dukung tanah, maka tebal perkerasan yang diperlukan semakin tipis untuk menahan beban lalulintas. Daya dukung tanah dasar (Subgrade) dipengaruhi oleh jenis tanah, tingkat kepadatan, kandungan air, dan lain-lain. Apabila suatu tanah yang terdapat di lapangan bersifat sangat lepas atau sangat mudah tertekan dan mempunyai indeks konsistensi yang tidak sesuai, untuk suatu proyek pembangunan, maka tanah tersebut harus dilakukan perbaikan tanah sehingga dapat memenuhi syarat-syarat teknis yang diperlukan. Metode bio stabilisasi tanah lunak dengan bakteri bacillus subtilis diyakini dapat memperbaiki karakteristik tanah dengan Meningkatkan kekuatan tanah pondasi bangunan, mengurangi kompressibilitas dan permeabilitas, dan mengurangi variasi volume dari pengembangan. Tujuan penelitian untuk mengetahui pengaruh penambahan larutan konsentrasi bakteri pada tanah lunak terhadap nilai kuat tekan. Keuntungan pemakaian bakteri bacillus subtilis ini dapat membantu mengurangi pencemaran tanah maupun lingkungan.

Usaha-usaha untuk memperbaiki sifat tanah yang mengandung sifat kembang susut besar telah banyak dilakukan dengan metode stabilisasi tanah, diantaranya stabilisasi yaitu menggunakan metode grouting yang tidak ramah lingkungan yang biasanya berupa suspense (semen, lempung-semen, pozzolan, bentonite, dsb) atau emulsi (aspal, dsb) (Takaendengan P,P, 2013). Oleh sebab itu kami mencari alternative metode stabilisasi yang ramah lingkungan, yaitu dengan pemanfaatan mikroorganisme yang berasal dari bakteri karena dapat menghasilkan kalsit/kristal kalsium karbonat yang dapat merubah perilaku butiran. Berbagai penelitian telah dilakukan sebelumnya antara lain,

Bio-Mediated Soil Improvement : Cementation of Unsaturated Sample(David Jason Dejong, 2006). Penelitian ini menggunakan Bio-Mediated Calcit Precipitation. Sebagai bahan perbaikan tanah. Selanjunya penelitian Eksperimental proses biogrouting menggunakan bakteri jenis Bacillus Subtilis, spesies bakteri yang mengandung sejumlah besar enzim urease. Biogrouting Stabilization on Marine Sandy Clay Soil (T. Harianto. 2013). Van Passen (2009). hasil menujukkan bahwa urease yang mengkatalisasi konversi urea menjadi amonium dan karbonat dihasilkan presipitat dengan kalsium sebagai kristal kalsium karbonat. Kristal ini membentuk ikatan antara butiran pasir dapat meningkatkan kekuatan. Peningkatan kekuatan kolom pasir mencapai tingkat yang wajar homogenitas tanpa pembentukan kerak dipermukaan. Wijngaarden (2009). Hasil menunjukkan Biogrout mempengaruhi sifat beberapa lapisan tanah tersebut. Hasilnya adalah pengendapan kalsium karbonat padat dapat menurunkan porositas dan permeabilitas. Akiyama (2010). Hasil menunjukkan penggunaan ekstrak tanah dari tanah asam, hasil biogrouting kalsium senyawa fosfat (CPC) didapatkan hasil pengujian uji kuat tekan bebas lebih besar dibandingkan dengan biogrouting tanpa sumber amonia. Keykha (2011). Hasil menunjukkan cara membuat curah hujan karbonat diinduksi (CaCO3) untuk memperbaiki tanah sehingga dapat digunakan pada tanah berbutir halus seperti tanah liat, lumpur dan gambut. Lisdayanti (2011) . Hasil menunjukkan bahwa didapatkan jenis bacteri Bacillus subtilis menunjukkan bahwa bakteri yang dapat berkembang biak dengan suhu di indonesia serta menghasilkan kalsit/kristal terbanyak berasal dari wilayah Papua. Pada penelitian ini menyajikan sebuah aplikasi yang digunakan untuk meningkatkan daya dukung tanah dengan cara bio stabilisasi. Dalam penulisan ini Perbaikan tanah lunak dengan bakteri aktivasi ,untuk menganalisa digunakan percobaan kuat tekan bebas, Pemadatan tanah , dan CBR . Cara perbaikan tanah diperkenalkan dalam studi ini untuk meningkatkan daya dukung tanah sebagai stabilisasi tanah dengan aman dan ramah akan lingkungan.

Bakteri merupakan organisme mikroskopis rata-rata berdiameter 1,25mikrometer (μm). (mikrometer = 1/1000000 meter). Bakteri yang terkecil adalah Dialister pneumosintes dengan panjang tubuh 0,15 – 0,30 μm,sedangkan bakteri terbesar adalah Spirillum voluntans, panjang tubuh 13 – 15μm. , Ukuran bakteri adalah mikroskopis artinya dapat dilihat dengan menggunakan mikroskop. Bakteri aktif bergerak pada kondisi lembab. Pada keadaan kekurangan air, bakteri akan tidak aktif bahkan dapat menyebabkan kematian. Amonium klorida tersisa diekstraksi dan dibuang Cheng (2012). Hasil menunjukkan bakteri dapat bergerak di kolom lebih dari 1 m panjang pada tingkat isolasi yang tinggi dengan menerapkan lapisan bergantian beberapa suspensi bakteri dan solusi fiksasi diikuti dengan inkubasi. Mikro organisme dikembangbiakkan dengan menginokulasikan mikroorganisme kedalam suatu medium baru, Teknik inokulasi yang digunakan adalah teknik gores, dengan sebelumnya dilakukan pengenceran terlebih dahulu agar hasil koloni yang didapat berupa biakan murni. Setelah diinkubasi dalam keadaan aerob selama 24 jam. Medium kultur yang digunakan terdiri dari agar nutrien dan kaldu nutrisi atau nutrien broth (NB). Peran bakteri dalam menstabilkan tanah tersebut pada saat proses presipitasi kalsium karbonat. aktivitas sel bakteri, ion Ca2+ dari senyawa CaCl2 yang ditarik oleh bakteri dari lingkungan dan terdepositkan pada permukaan sel, dan enzim urease yang mengambil urea ke dalam bakteri yang mendekomposisinya dengan ammonia NH3 dan carbondioksida (CO2).

Gambar 1. bagian-bagian struktur bakteri

2. MATERIAL DAN METODE

Material yang digunakan dalam Penelitian ini adalah tanah lunak dengan pengambilan sampel tanah secara konvensional menggunakan linggis dan sekop, selanjutnya contoh tanah ditempatkan dalam karung sampel dan dibungkus dengan plastik untuk menjaga kondisi kadar air asli, Beberapa tahapan yang akan dilakukan adalah sebagai berikut; pertama, melakukan kajian literatur dan survey pendahuluan untuk mengidentifikasi masalah dan

identifikasi lokasi pengambilan sampel; kedua, melakukan uji pendahuluan terhadap sampel yang telah diambil untuk mengetahui karakteristik tanah lunak. Uji labratorium untuk mengatahui sifat-sifat fisik yang meliputi kadar air, batas-batas konsistensi, dan spesifik grafiti, sedangkan uji sifat mekanis meliputi uji pemadatan, uji kuat tekan, dan uji daya dukung.

Tabel 1. Standar Metode Pengujian Sifat Fisis Tanah

Pengujian Standard Metode

Pengujian Kadar Air ASTM D 2216-71

Pengujian Berat Jenis Tanah SNI 03-1964-2008 Pengujian Batas Cair SNI 03-1967-1990 Pengujian Batas Plastis SNI 03-1966-1990 Pengujian Analisa Saringan SNI 03-1968-1990 Pengujian Pemadatan SNI 03-1742-1989 Pengujian Kuat Tekan Bebas SNI 03-6887-2002 Pengujian Hidrometer SNI 03-3423-1994

Uji pertumbuhan

Uji pertumbuhan dilakukan untuk mengetahui sifat pertumbuhan suatu jenis bakteri melalui kurva pertumbuhan yang ditandai dengan kekeruhan pada media cair dengan bantuan alat penggoyang (shaker) dan inkubator.

Bakteri aktivasi bacillus subtilis pada medium (air sebanyak 1 liter yang dicampur dengan urea 20g. Nutrien Broth 3g ,NaHCO3 2,12g , CaCl2.2H2O 4,1g, NH4CI 10g, Dan H2O (Gambar 2a). Setelah itu dimasukan kedalam alat Autoclave dengan suhu 121ºC dengan waktu 15 menit tekanan 1 ATM pada Gambar 2b. setelah medium dingin dilakukan proses inokulasi bakteri yaitu pencampuran isolat bakteri kedalam medium dan ditumbuhkan diruang shaker selama 6 hari untuk digunakan pada tanah lunak

Gambar 2. a.Bahan Nutritif. b.Alat Autoclave dan c.isolat bakteri

Uji sifat fisis tanah

Gambar 3. Tahapan pelaksanaan pengujian: a) pencampuran tanah dengan bakteri , b) pembuatan benda uji c) proses pemeraman, d) pengujian kuat tekan (UCS test )

Pengukuran kuat tekan dalam penelitian ini dilakukan dengan mencampur tanah lunak dengan air yang sesuai kadar air optimum dari hasil pemadatan proctor dan dicampur dengan larutan konsentrasi bakteri bacillus subtilis

a b c

a b c d

sebanyak 2%, 4%, 6%, 8% dan 10%, untuk pengujian 3, 7, 14 dan 28 hari . Ukuran sampel diameter 4,50 cm dan tinggi 9,15 cm

3. HASIL DAN PEMBAHASAN Uji sifat fisik tanah lunak

Hasil pengamatan secara visual, tanah lempung lunak memiliki warna abu2 kehitaman, bertekstur keras sehingga tidak mudah diremas pada kondisi kering, sedangkan jika terkena air, tanah menjadi licin dan lengket ditangan, mudah dibentuk dan terkesan plastis. Dari hasil penelitian di laboratorium sebagai berikut, Kadar air awal 78,12%.

Hasil uji pemadatan standard Proctor diperoleh kadar air optimum 26,5% dengan berat volume kering (d) 1,48 gr/cm³. Berat jenis tanah lunak 2,68 gr/cm³. Berdasarkan pengujian batas Atterberg batas cair sebesar 67,89 %, batas plastis 37,08 %, batas cair yang lebih besar dari 50 % merupakan salah satu ciri umum yang dimiliki oleh tanah lunak .

Hasil pengujian distribusi ukuran butiran tanah, diketahi bahwa 95,76% lolos saringan No.200 dengan indeks plastisitas 37,08%, sehingga disimpulkan menurut sistem klasifikasi USCS ,digolongkan tanah berbutir halus dan diklasifikasikan ke dalam jenis CH yaitu lempung dengan plastisitas tinggi. Menurut sistem klasifikasi AASHTO sampel tanah termasuk dalam kelompok A-7-5 yaitu merupakan tanah berlempung dengan penilaian sedang sampai buruk, karena butiran sampel tanah lolos saringan No.200 35% dan indeks plastis 30%

Tabel 2. Hasil pengujian sifat fisik pada tanah lunak

Pengujian Hasil

Kadar Air (%) 78,12

Berat jenis 2,68

Batas cair (%) 67,89

Batas Plastis (%) 30,8

Indeks Plastisitas (%) 37,08

AASTHO soil classification A-7-5

USCS Soil classification CH

Pasir (%) 4,2

Lanau (%) 35,21

Lempung (%) 60,55

Optimum moisture conten (%) 26,5

Maximum dry density (ton/m 1,48

Hasil uji kuat tekan Bebas

Hasil uji tekan bebas dilakukan pada tanah lunak yang distabilisasi dengan variasi penambahan larutan bakteri bacillus subtilis dan masa perawatan 3,7, 14 dan 28. Gambar 4, menunjukkan peningkatan modulus elastisitas pada umur 28 hari dengan penambahan larutan konsentrasi bakteri 2% yaitu 5724 kN/m², untuk 4% 7008 kN/m^2, 6%

9571, 8% 9220 kN/m dan untuk 10% 8257 kN/m².

Nilai pengujian kuat tekan bebas bahwa tanah lunak tanpa stabilisasi bakteri sebesar 26 kN/m²..Penambahan bakteri 6% sebesar 96,49 kN/m² dengan pemeraman 3 hari, 138,98 kN/m² pemeraman 7 hari, 203,61 kN/m² pemeraman 14 hari, dan 382,84 pemeraman 28 hari.

Dari hasil pengujian dapat di interprestasikan bahwa tanah lunak yang tidak dicampur dengan bacteri mempunyai nilai kuat tekan yang sangat kecil dan tegolong tanah sangat lunak. Semakin lama pemeraman dan semakin besar penambah larutan konsentrasi bakteri sampai optimum yaitu 6% yang dicampurkan kedalam tanah maka semakin besar pula nilai kekuatan tanah lunak 382,84kN/m² (gambar 5 ).atau meningkat 14 x dari tanah asli.

(a) (b) (c)

(d) (e)

Gambar 4.

.

Hubungan Tegangan-Regangan dengan waktu peram terhadap penambahan bakteri a) 2%, b) 4%, c) 6%, d) 8% dan e) 10%

Gambar 5. Hubungan nilai qu dengan penambahan bakteri terhadap waktu peram

4. KESIMPULAN

Berdasarkan hasil pengujian laboratorium yang diperoleh bahwa tanah lunak memiliki kadar air awal sebesar 78,12

%. Uji pemadatan standard Proctor diperoleh kadar air optimum 26,5% dengan berat volume kering (d) 1,48gr/cm³. Berat jenis tanah ekspansif 2,68 gr/cm³. Berdasarkan pengujian batas Atterberg batas cair sebesar 67,89

%, batas plastis 30,80 %. Batas cair yang lebih besar dari 50 % merupakan salah satu ciri umum yang dimiliki oleh tanah lunak, nilai plastisitas indeks 37,08%, tanah tersebut sangat peka terhadap air disekitarnya. Pengujian distribusi ukuran butiran tanah, diketahi bahwa 95,76 % lolos saringan No.200 dengan indeks plastisitas 37,08 %, sehingga disimpulkan menurut sistem klasifikasi USCS ,digolongkan tanah berbutir halus dan diklasifikasikan ke dalam jenis CH yaitu lempung dengan plastisitas tinggi. Menurut sistem klasifikasi AASHTO sampel tanah termasuk dalam kelompok A-7-5 yaitu merupakan tanah berlempung dengan penilaian sedang sampai buruk, karena butiran sampel tanah lolos saringan No.200 35% dan indeks plastis 30%. Komposisi optimum stabilisasi tanah lunak dengan penambahan bakteri 6% kultur 6 hari dan pemeraman 28 hari diperoleh nilai kuat tekan 382,84 kN/m².

DAFTAR PUSTAKA

Akiyama Masaru.(2010). Microbially mediate sand solodification using calcium phosphate compounds, Faculty of Engineering. Hokkaido University, Kata 13, Nishi 8, Kita-ku, Sapporo, Hokkaido 060-8628, Japan

Cheng, L. (2012). In-Situ Soil Cementation with Ureolytic Bacteria by Surfa Percolation, Ecologocal Engieering, 42. Pp. 64-72.

Dejong,J (2006). Microbially induced Cementation to Control Sand Response to Undrained Shear. Journal Of Geotechnical and Geoenvironmental

Keyka A. Hamed.(2011). Electro- Biogrouting abd Its challenges, Int.J. Electrochem. Sci., 7 2012 1196 – 1204.

Lisdiyanti P. (2011). Bacterial carbonate precipitation for biogrouting, Prosiding Simposium Nasional Ekohidrologi, PP 219-232.

Takaendengan P,P, S. Monintja, J.H.Tieoh, J.R.Sumampouw. Pengaruh Stabilisasi Semen Terhadap SwellingLempung Ekspansif , Jurnal Sipil Statis.Vol1.No 8. Mei 2013

T. Harianto, S.Hamzah, Fadliah, WalennaPuspita (2013),Biogrouting Stabilization on Marine Sandy Clay Soil International Conference on Asian ad pacific Coasts

Van Paassen, LA (2009). Biogrout ground improvement by micribial induced carbonate precipitation. Delft University of Technology, pp 202.

Wjngaarden V K.W M. (2009) Modelling Biogrout: a new ground improvement method based on microbial induced carbonate precipitation, ISSN 1389-6520 Reports of the Delft Institute of Applied Mathematics Delft 2009.