gambut

1

PERILAKU DAN CARA MEMPRAKIRAKAN PEMAMPATAN TANAH GAMBUT

OlehMasyhur Irsyam, Ph.D.

Jurusan Teknik SipilFakultas Teknik Sipil dan LingkunganInstitut Teknologi Bandung

Materi:I. Penurunan Tanah Lempung

- immediate- primer- Sekunder

II. Jenis dan Kalsifikasi Tanah GambutIII. Korelasi-korelasi EmpirisIV. Pemampatan Tanah Gambut

- immediate- primer- Sekunder- Tersier

IV. Cara Memprakirakan Pemampatan Tanah GambutV. Contoh Perhitungan

2

PEMODELAN KONSOLIDASI PRIMER

Akibat pertambahan beban kenaikan tekanan air pori

Keluarnya air dari pori tekanan air pori kembali lagi (tanah settle)

ΔσΔσ

Δσ

U + Δσ U

S

pegas(tanah)

kecepatan air ditentukan permeabilitas

air

0 0

Seluruh dipikul air

Δσ Seluruh dipikul Tanah

Δσ

air

Δσ 0

Konsolidasi TerzaghiTeori Konsolidasi dikemukakan Terzaghi dalam buku Erdbaumenchanik (1925)

Proses berkurangnya kadar air pada lapisan tanah lempung jenuh tanpaProses berkurangnya kadar air pada lapisan tanah lempung jenuh tanpa penggantian air dan udara (Terzaghi,1946; E.Wahls dan Smith, 1969)

Dalam penyelesaian konsolidasi, asumsi yang digunakan Terzaghi:

• Lapisan tanah lempung homogen dan jenuh sempurna, Sr = 100%

• Berlaku hukum Darcy

• Kompresi dan arah aliran satu dimensi

• Butiran tanah dan air tidak kompresibel

• Cv konstan selama proses konsolidasi

Kompresi akibat Konsolidasi hanya disebabkan oleh disipasi tekanan air pori ekses

3

Konsolidasi atau Kompresi Sekunder ???

Kompresi disebabkan oleh: ( Tuma&Hadi, 1973; Holtz&Kovacs, 1981; Cernica, 1982)

• deformasi air pori dan udara (Sr < 100%)

• keluarnya air pori dan udara

• reposisi butiran-butiran lempung

• deformasi dari butiran lempung

Kesulitan dalam penelitian Kompresi Sekunder

Dalam memisahkan penurunan sekunder dari penurunanDalam memisahkan penurunan sekunder dari penurunan total.

SECONDARY CONSOLIDATION

- Meskipun air telah mengalir dan tegangan efektif telah konstan, tetapi tetap terjadi penurunan

Adanya rangkak / creep (viscous)

Tergelincirnya partikel kontak, pengaliran bahan dari ikatan

- Tetap merupakan kontroversi : Parameter belum dapat ditentukan secara baik

pengaliran bahan dari ikatan lemah ke yang lebih kuat

4

OEDOMETER DAN KURVA KONSOLIDASI LEMPUNG

Porous stone

Kurva konsolidasi lempung1-D Oedometer

5

Log ttakhir primary

8

Definisi

Bahan organik yang berasal dari proses geologi (selain batu bara), dari tumbuhan yang telah mati, berada di dalam air(ASTM)

PENDAHULUAN

(ASTM)

Volume Tanah Gambut di beberapa Pulau di Indonesia• Sumatera : 17 juta ha• Kalimantan : 6.8 Juta ha• Irian Jaya : 6.5 juta ha• Jawa : 0.25 juta ha

Sifat Umum :• Kadar air tinggi• Kemampatan tinggi

Proses Pembentukan Dipengaruhi:Proses Pembentukan Dipengaruhi:-- IklimIklim-- HujanHujan

• Daya dukung rendah

HujanHujan-- PasangPasang--surutsurut-- Jenis Vegetasi rawaJenis Vegetasi rawa-- TopografiTopografi

9

ALASAN KONSOLIDASI TERZAGHI TIDAK DAPAT DITERAPKAN

1. Pada konsolidasi Terzaghi permeabilitas tidak tergantungperubahan void ratio

Pemampatan awal pada gambut sangat cepat dan dayap p g g p yrembes (permeabilitas) berkurang cepat

2. Pada konsolidasi Terzaghi butir tanah tidak termampatkan(incompressible)

Daya mampat butir gambut tinggi, terjadi pemampatanserat cellulosa

3. Pada konsolidasi Terzaghi, koefisien kompresibilitaskonstan

Pada gambut terjadi perubahan yang tidak linear dariparameter konsolidasi

ASTM 2974 – 87 PENENTUAN KADAR AIR, KADAR ABU, DAN KADAR ORGANIK

TANAH GAMBUT (TANAH ORGANIK) Penentuan Kadar Air:

1. Timbang cawan porselen (kapasitas cawan minimum 100 ml) 2. Masukkan gambut basah ke dalam cawan (berat netto gambut basah

minimum 50 gram) dan aduk-aduk merata dengan sendok, serta ratakan gambut basah dalam cawan (tebal gambut dalam cawan max.3 cm)

3 Ti b + b t b h (k t liti ti b 0 01 )3. Timbang cawan+gambut basah (ketelitian timbangan 0.01 gram)4. Masukkan sampel kedalam oven dengan suhu 1050 C selama

minimum 16 jam atau sampai tidak terjadi perubahan berat sampel. 5. Tutup sampel dengan aluminium foil dan dinginkan dalam desiccator,

kemudian timbang sampel gambut yang telah kering. 6. Kadar air, % = (A-B)/A x 100%

A = berat sampel basah B = berat sampel kering

Penentuan Kadar Abu: 1. Timbang cawan porselen (kapasitas cawan minimum 100 ml) 2. Taruh sampel gambut kering (bekas uji kadar air) dalam cawan dan

ti btimbang 3. Masukan sampel kedalam tungku/oven dan naikkan suhu oven sampai

4400 C, tunggu sampai semua sampel menjadi abu 4. Ambil sampel dari dalam oven, tutup dengan aluminium foil dan

dinginkan ke dalam desiccator. 5. Timbang sampel abu. 6. Kadar abu, % = (C/B) x 100%

A = berat abu B = berat sampel kering

Penentuan Kadar Organik: Kadar organic 100% - kadar abu

10

ASTM 1997 – 91 PENENTUAN KADAR SERAT GAMBUT

Summary: Summary:

Sampel gambut tak terganggu dan tidak dikeringkan dengan berat tertentu(W0) terlebih dahulu direndam dalam larutan 5% sodiumhexametaphosphate selama sekitar 15 jam. Setelah itu sampel dicucididalam ayakan no. 100 (φ 150 μm) di bawah air yang mengalir dari kran. Material (serat) yang tersisa dalam ayakan kemudian dimasukan dalamoven (1050) sampai kering (masa konstan), kemudian ditimbang (W1). Kadar serat gambut didefinisikan sebagai berat serat kering (W1) dibagi dengan berat kering sampel tanah [W0/(100+w)] x 100 dalam persen.

Prosedur:

1. Tentukan kadar air (W) gambut dengan mengacu ASTM D 2974 2. Ambil sampel gambut asli (basah) seberat M ≈ 100 gram. Berat kering

sampel gambut adalah M5 = [M/(w+100)] x 100. 3. Masukkan sampel gambut ke dalam mangkuk (volume 1 liter)

kemudian masukan sodium hexametaphosphate 5% sebanyak 500 cc(0.5 liter). Aduk rata dan diamkan (peram) selama 15 jam.

4. Setelah diperam 15 jam, aduk campuran gambut-sodium hexametaphosphate dengan laboratory strirrer dengan kecepatan 240hexametaphosphate dengan laboratory strirrer dengan kecepatan 240 rpm selama 10 menit. Jangan sekali-kali mengaduk lebih cepat atau lebih lama.

5. Tiriskan campuran gambut-sodium hexametaphosphate di dalam ayakan no. 100 (φ 150 μm), dan cuci/bilas dengan air yang mengalir dari kran sampai air yang keluar dari ayakan menjadi bening/jernih.

6. Masukkan (rendam) ayakan beserta serat gambut yang tersisa didalamnya ke dalam Waskom yang berisi larutan HCI 2% (hydrochloricacid) selama minimum 10 menit, untuk melarutkan karbonat yangmungkin masih terdapat bersama serat.

7. Cuci/bilas lagi serat dalam ayakan seperti langkah 5, selama kuranglebih 5 menit, agar HCI yang masih menempel pada serat benar-benar larut dalam air yang keluar.

8. Buang butiran mineral (tanah) berikut serat/kayu yang berukuran lebihbesar dari 20 mm (bila ada).

9. Tuangkan serat dari ayakan kedalam cawan yang diketahui beratnya(Mc) dan masukan ke dalam oven (1050) selama 24 jam (berat konstan).

10. Timbang cawan berikut serat Mc+f, dan berat serat (Mf) adalah selisih dari Mc+f dengan Mc.

11. Kadar serat , % = (Mf/M5) x 100

11

JENIS DAN KLASIFIKASI TANAH GAMBUT

Berdasarkan kandungan bahan organik dan kadar serat (ASTM D 2607-69, 1989)

1. Sphagnum Moss Peat (Peat Moss). Kandungan serat sphagnum > 66 2/3 % γdKandungan serat sphagnum > 66 2/3 % γd.

2. Hypnum Moss Peat. Kandungan serat Hypnum > 33 1/3 % γd.

3. Reed-Sedge Peat. Kandungan serat Reed-Sedge Peat > 33 1/3 % dan serat-serat lainnya selain moss.

4. Peat Hummus. kadar serat < 33 1/3 % terhadap berat kering.

5. Peat lainnya, semua bentuk Peat selain klasifikasi di atas.

Berdasarkan kadar seratnya (ASTM D4427-84,1989)

1. Fibric - Peat, jika kadar serat > 67%2. Hemic - Peat, jika kadar serat 33% - 67%3. Sapric - Peat, jika kadar serat < 33%

12


Berdasarkan kandungan abu (ASTM D4427 84 1989) Berdasarkan kandungan abu (ASTM D4427-84 ,1989) 1. Low ash - Peat, jika kadar abu , 5%2. Medium ash - Peat, jika kadar abu 5-15%3. High ash - Peat, jika kadar abu > 15%

LOSS OF IGNITION OF PEAT

Loss of Ignition (%)90.0

0.0

-1.0

92.0 94.0 96.0 98.0 100.0

Dep

th (m

)

-2.0

-3.0

-4.0

-5.0

-6.0

-7.0

-8.0Previous investigation (Pole Forest)Previous investigation (Mixed Forest)

13

Kadar Organik

• Terdapat perbedaan persentase kadar organik untuk gambut

• Perbedaan uji kadar organik:

ASTM & British : 4400 C

Jepang & Swedia : 9000 C


Berdasarkan Mc Farlane (1969) 1. Fibrous Peat.

Gambut dengan kandungan serat 20% atau lebih mempunyai dua Gambut dengan kandungan serat 20% atau lebih, mempunyai dua jenis pori yaitu makropori (pori-pori antar serat) dan mikropori (pori-pori yang ada di dalam serat).

2. Amorphous Granular Peat gambut dengan kandungan serat < 20%, terdiri dari butiran berukuran koloidal (2μ).

Berdasarkan Derajat Dekomposisi Von Post (1922) j p ( )

H1 (belum terdekomposisi) H10 (terdekomposisi penuh)

14

Klasifikasi Von Post

Derajat Humifikasi

Deskripsi

H1 Gambut yang sama sekali belum membusuk dan mengeluarkan air cukup jernih. Sisa-sisa tumbuhan yang ada akan dengan mudah diidentifikasi.Tidak ada material amorf yang terlihat.

H2 G b t t dikit l i k d l k i kH2 Gambut yang sangat sedikit mengalami pemusukan dan mengeluarkan air cukup jernih atau sedikit kekuning-kuningan. Sisa-sisa tumbuhan yang ada akan dengan mudah diidentifikasi. Tidak ada material amorf yang terlihat.

H3 Gambut yang sangat sedikit mengalami pembusukan dan mengeluarkan air keruh berwarna coklat. tapi jika diremas tidak ada bagian gambut yang mealui sela-sela jari. Sisa-sisa tumbuhan yang ada masih dapat dengan mudah diidentifikasi. Tidak ada material amorf yang terlihat.

H4 Gambut yang sedikit mengalami pembusukan dan mengeluarkan air berwarna gealap dan sangat keruh. Jika diremas tak ada bagian gambut yang melalui sela-sela j i i i i b h d diki b b k b b d l h k hiljari tapi sisa-sisa tumbuhan yang ada sedikit berbentuk bubur dan telah kehilangan beberapa fitur yang dapat dikelani.

H5 Gambut yang mengalami pembusukan sedang dan mengeluarkan air yang sangat keruh dan jika diremas akan ada sedikit butiran gambut amorf melalui sela-sela jari. Struktur dari sisa-sisa tumbuhan agak sukar untuk dikenali, walaupun masih memungkinkan untuk mengidentifikasi fitur tertentu. Dan sisa-sisa tumbuhan tersebut hamper seluruhnya berbentuk bubur.

H6 Gambut yang hampir separuhnya mengalami pembusukan dengan struktur tumbuhan yang sukar untuk dikenali. Jika diremas, sekitar sepertiga bagian dari gambut akan keluar melalui sela-sela jari. Sisa-sisa tumbuhan tersebut hampir seluruhnya berbentuk seperti bubur dan menunjukkan struktur tumbuhan yang lebih

Klasifikasi Von Post

Derajat Humifikasi

Deskripsi

y p j y gmudah dikenali dibandingkan sebelum diremas.

H7 Gambut yang lebih dari separuhnya telah membusuk. Mengandung banyak material amorf dan struktur tumbuhan yang sukar dikenali. Jika diremas, setengah bagian dari gambut akan keluar melalui sela-sela jari. Kalaupun ada air yang keluar, akan berwarna sangat gelap.

H8 Gambut yang hampir seluruhnya telah membusuk dengan sejumlah besar material amorf dan struktur tumbuhan yang sukar dikenali. Jika diremas, sekitar duapertiga bagian dari gambut akan keluar melalui sela-sela jari. Sejumlah kecil sisa-sisa tumbuhan akan tinggal di tangan berupa sisa sisa akar dan serat yang tidaktumbuhan akan tinggal di tangan berupa sisa-sisa akar dan serat yang tidak membusuk.

H9 Gambut yang telah membusuk seluruhnya, dimana hampir tidak ada lagi sisa-sisa struktur tumbuhan yang dapat dilihat. Jika diremas, hampir seluruh gambut akan keluar melewati sela-sela jari dalam bentuk pasta yang hamper seragam.

H10 Gambut yang telah membusuk sempurna tanpa ada struktur tumbuhan yang dapat dilihat. Jika diremas, seluruh gambut yang basah akan keluar melalui sela-sela jari.

15

(a) Kondisi Sampel Sebelum Diremas

(b) Kondisi Sampel pada Saat Diremas

(c) Kondisi Sampel Setelah Diremas

Pembentukan Gambut Tropis

Drainase kurang

baik

Kekurangan

Oksigen

Pertumbuhan

Mikroba dekomposer

terhambat

Akumulasi

bahan organikGambut

Lento, 2005

16

Fr =fqc %

1000

sil tsa

nd

nd

yg

rav

el

gra

vel

Interpretasi Jenis Tanah Berdasarkan Uji Sondir

10

100

pe

at

pe

aty

cla

y

cla

ysilt

ycl

ay

cla

y ey

s

c la

ye

ysa

nd

ys i

lt

s ilt

ysa

nd

san

d

gra

ve

llysa

qc

(kg

/cm

2)

1 10 100Friction ratio (%)

0 .1

Identifikasi Berdasarkan Chart Searle, 1978

17

Permeabilitas

Rentang Permeabilitas (Braja, 1987)

• Tie & Kueh (1979)

Gambut Kanada: 10-4 – 10-5 cm/det

• Soepraptohardjo & Driessen (1976)

Gambut Indonesia : Kh >>, Kv <<

• Rahadian (2001) ; Field Permeabiliti

Uji CPTU di Berengbengkel (Rahadian, 2001)

Rahadian (2001) ; Field Permeabiliti

Berengbengkel : 10-4 – 10-6 cm/det

Lento, 2005

Korelasi Empirik Terhadap Kadar Organik

18


Korelasi Empirik Terhadap Kadar Air

19


Korelasi Empirik Terhadap Kadar Air

20

Korelasi Empirik Terhadap Angka Pori

Indeks Pemampatan Sekunder, Cα

21

Perubahan Karakteristik Kompresi Akibat PreloadingReduksi Koefisien Kompesi Sekunder, Cα

Fukazawa ,dkk ;1993

Yu dan Frizzi

1.2

1

Cα '

α/ C

0.8

0.6

0.4

OCR

0.2

01 1.5 2 2.5 3 3.5

THE THICKNESS OF PEAT LAYER

KURAU

KURAU PLANT MERBAUISLAND

3.4

3.4

6.69.87.37.5 5.7

11.4 1.4

0.5

9.4

MENGKAPAN

BUTUN

PADANG ISLAND

SUMATRA ISLAND

3.4-5.8

THICKNESS OF PEAT IN METERS

PONAK TEBING TINGGI ISLAND

2.3-4.5

0

scale (km)

5 10

22

Peta Ketebalan Gambut RIAU (Wetland Int & CIDA , 2003)

8

10

12

1988

2

4

6

8

Elev

atio

n 1997

Settlement

08700 9200 9700 10200

Station

27

tp

Primary

Secondary

Ts

Tertiery

PEMAMPATAN PRIMER, SEKUNDER, DAN TERSIER GAMBUT PALEMBANG

Kurva Hubungan Antara Regangan dengan Log Waktu (Dhowian dan Edil, 1980)

28

MEKANISME KONSOLIDASI GAMBUT

1.Regangan seketika (εi) Terjadi dengan segera setelahdiberikan peningkatan beban

2.Regangan primer (εp). Merupakan proses keluarnyaair dari makropori.

3.Regangan sekunder (εs). Merupakan proses keluarnyaair dari mikropori.

4.Regangan tersier (εt). Terjadi secara menerus sampaikeseluruhan proses pemampatan berakhir. Kemungkinanakibat proses pembusukan serat.

29

MODEL RHEOLOGI (SECONDARY CONSOLIDATION)

Model Reologi Gibson & Lo (1961)

σ( )tREGANGAN (1*E-3)

22.00

24.00Primary consolidationa

b λ

REG

AN

GA

N (1

*E-3

)

q' = 0.1 kg/cm2

24.00

26.00

28.00

30.00

32.00

34.00

on

Secondary consolidation

( )[ ] αλ− >−+σΔ=ε tte1ba )t( bt/

WAKTU (menit)0

36.001 10 100 1000 10000

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

ΔεΔt

log

( )⎭⎬⎫

⎩⎨⎧

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −+σΔ=ε

λ− tbe1ba)t(

h).t()t(S ε=Δ

b434.0slope

λ=

( )λσΔ .log

t (ti )perpotongan dengan sumbu vertikal =

slope =

a =

( )λσΔ '.log

⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛ λ−

b434.0

( ) tbe.bb

)t( λ−+−

σΔ

ε

t (time)

data terakhir tekanan air pori

31

CONTOH PENCATATAN UJI KONSOLIDASI GAMBUT

ANALISIS PEMAMPATAN GAMBUT PALEMBANGPEMBEBANAN = 0.2 KG/CM2

WAKTU PEMBACAAN DEFORMASI REGANGAN REGANGAN KECEPATAN LOG ANGKA TEKANAN(menit) (mm) (mm) KUMULATIF KUMULATIF REGANGAN KECEPATAN PORI AIR PORI

(x) x 0.001 1/mnt (Y)

0.00 0.185 0.185 0.00319 3.19 9.6392 0.850 25 0 195 0 010 0 03363 33 63 0 00069199 3 159900182 9 6374 0 85

PERIODE 24 JAM

0.25 0.195 0.010 0.03363 33.63 0.00069199 -3.159900182 9.6374 0.850.50 0.204 0.019 0.03519 35.19 0.00062279 -3.205658369 9.6358 0.850.75 0.210 0.025 0.03623 36.23 0.00041519 -3.381753115 9.6346 0.851.00 0.219 0.034 0.03778 37.78 0.00062279 -3.205658369 9.6330 0.85

34

MODEL RHEOLOGI (TERTIARY CONSOLIDATION)

primarya

Δ σt

p

tk

εI

εp

ε

εs

secondary

tertiery

b λ

b1

s

λ1

0 1

Stra

in, ε

10 100time (minutes)

1000

( )[ ]( ) k)ktt(1b/11

bt/ tte1be1ba)t( ≥−+−+σΔ=ε −λ−λ−

time (minutes)

35

SEL ROWE

SEL ROWE

36

SKEMA SEL ROWE

SIMULASI PEMBEBANAN DAN DRAINASE SEL ROWE

37

KOMPONEN SEL ROWE

SEL ROWE

38

SIFAT FISIK TANAH GAMBUT

Kadar air rata-rata, wo : 523.5%

Berat volume rata-rata γ : 0 960 kg/cm3

Sifat Fisik Tanah Gambut Palembang

Berat volume rata rata, γm : 0.960 kg/cm

Berat volume rata-rata, γd : 0.160 kg/cm3

Berat jenis rata-rata, Gs : 1.4

Angka pori awal rata-rata, eo : 8.46

Sifat Fisik Tanah Gambut Palangkaraya

Kadar air rata-rata, wo : 540.0 %

Berat volume rata-rata, γm : 1.0 t/m3

Berat volume rata-rata, γd : 0.157 t/m3

Berat jenis rata-rata, Gs : 1.44

Angka pori awal rata-rata, eo : 8.17

39

Periode Pembebanan = 24 jam

ANALISIS PARAMETER RHEOLOGY"a", "b", "λ/b", "kecepatan regangan"

Pemampatan Sekunder Tanah Gambut Palembang

Beban = 0.1 kg/cm2

Intercept = -4.637747 Kemiringan = -0.0021521tk = 240.00 Regangan tk = 0.0273

Beban λ/b λ 1/λ b a Regangan Kecepatankg/cm2 1/mnt kg/cm2 cm2/kg cm2/kg Regangan

0.10 4.96E-03 2.30E-04 4.34E+03 4.64E-02 2.41E-01 2.73E-02 7.01E-06

40

TERIMA KASIH

Mekanisme pemampatan tanah gambut tidak dapat sepenuhnyadimodelkan dengan menggunakan formula yang dipakai untuk tanahlempung.

KESIMPULAN

Beberapa alasan mendasar teori konsolidasi dari Terzaghi tidak dapat digunakan : 1).Properti gambut jauh berbeda dari tanah lempung, 2)Parameter konsolidasi berkurang secara cepat, 3).Daya mampatnya sangat tinggi, 4).Konsolidasi sekunder yang besar

Analisis deformasi untuk tanah gambut umumnya menggunakan metode pendekatan reologi, seperti Gibson dan Lo(1961), atau Berry dan Poskitt(1975) dan Poskitt(1975).

Uji konsolidasi sangat baik menggunakan Rowe cell, dengan ukuran sample yang besar dapat mengidentifikasi soil fabric komposisi tanah yang diskontinu, selain dapat memodelkan kondisi pembebanan dan kondisi drainase di lapangan.

41

SKEMA SEL ROWE

SIMULASI PEMBEBANAN DAN DRAINASE SEL ROWE

42

KOMPONEN SEL ROWE

gambut

Documents