Tanah gipsum yang meliputi sekitar 30% wilayah Irak dikenal rentan amblas saat basah. Ketika terkena air, gipsum larut dan meninggalkan pori besar, menyebabkan fondasi bangunan tidak stabil. Penelitian oleh Jawad dan Jahanger (2024) mencoba memahami pengaruh kontaminasi minyak—khususnya kerosin—terhadap pola runtuh dan deformasi tanah gipsum. Studi ini memadukan pendekatan eksperimental dan simulasi numerik untuk memberikan pemahaman yang lebih komprehensif terhadap interaksi tanah-fondasi dalam kondisi kontaminasi minyak.
Latar Belakang: Mengapa Tanah Gipsum Perlu Diteliti?
- Sifat collapsible: Tanah gipsum keras saat kering, tapi sangat lemah bila jenuh air.
- Ancaman infrastruktur: Dapat menyebabkan keruntuhan mendadak bangunan, bendungan, dan jalan.
- Kurangnya data deformasi mikroskopik: Sebagian besar studi sebelumnya hanya fokus pada persentase ambles, bukan pola deformasi aktual.
Metodologi: Dua Pendekatan, Satu Tujuan
1. Eksperimen Laboratorium
- Menggunakan gipsum berpasir dari Fallujah, Irak, dengan kadar gipsum 25%.
- Menguji berbagai kondisi:
- Kering
- Jenuh air
- Terkontaminasi kerosin 3%, 6%, 9%
- Teknik: Uji geser langsung dan Particle Image Velocimetry (PIV)
2. Simulasi Plaxis 3D
- Model elemen hingga menggunakan Mohr-Coulomb.
- Memperkirakan gaya geser, perpindahan vertikal, dan deformasi tanah.
Temuan Utama: Apa yang Terjadi Saat Kerosin Dicampur ke Tanah?
⚙️ Karakteristik Tanah
- Kepadatan kering maksimum: 1.69 g/cm³
- Sudut geser dalam kondisi kering: 35,7°
- Koefisien kolaps alami (Cp): 5,217% (tergolong high collapsibility)
Hasil Pengujian: Studi Kasus dan Angka Nyata
Hasil pengujian uji geser langsung menunjukkan pengaruh kadar kerosin terhadap sifat mekanik tanah. Pada kadar kerosin 0% (alami), sudut geser (ϕ) tercatat sebesar 32° dengan kohesi (c) 27 kPa. Ketika kadar kerosin meningkat menjadi 3%, sudut geser meningkat menjadi 35,04° sementara kohesi menurun menjadi 18,24 kPa. Pada kadar 6%, sudut geser sedikit menurun menjadi 34° dengan kohesi yang juga berkurang menjadi 22,87 kPa. Namun, pada kadar kerosin 9%, sudut geser kembali meningkat menjadi 36,13°, tetapi kohesi mengalami penurunan signifikan hingga 7,76 kPa. Analisis ini menunjukkan bahwa penambahan kerosin dapat meningkatkan sudut geser tanah, namun pada saat yang sama, kerosin juga menyebabkan penurunan kohesi akibat pelumasan antar partikel, yang dapat mempengaruhi stabilitas tanah dalam aplikasi geoteknik.
2. Pengaruh Kerosin terhadap Potensi Kolaps (Cp)
- Tanpa kerosin: 5,217% (kategori tinggi)
- 3% kerosin: 2,84%
- 6% kerosin: 2,01%
- 9% kerosin: 0,95% (kategori tidak bisa runtuh)
Kesimpulan: 9% kerosin sangat efektif mereduksi potensi runtuh.
Hasil Visualisasi Deformasi dengan PIV
Pola Pergerakan Tanah
- Tanah alami menunjukkan punching shear failure.
- Tanah terkontaminasi 3% kerosin menunjukkan general shear failure:
- Zona aktif (1)
- Zona transisi radial (2)
- Zona pasif Rankine (3)
Kecepatan dan Arah Pergerakan
- Peta vektor kecepatan memperlihatkan arah simetris ke bawah dan samping.
- Pada 3% kerosin, pergerakan menjadi lebih stabil dan terbatas.
Simulasi Plaxis 3D: Validasi Hasil PIV
Simulasi Plaxis 3D dapat digunakan untuk memvalidasi hasil PIV dengan mempertimbangkan kondisi tanah yang berbeda. Perbandingan antara S/B Lab dan S/B Plaxis penting untuk memahami perbedaan hasil analisis dan memastikan akurasi model dalam menggambarkan perilaku tanah di lapangan.
Hasil simulasi menunjukkan bahwa untuk kondisi tanah kering, rasio S/B Lab sebesar 3,56 berbanding 2,49 pada S/B Plaxis, sedangkan untuk kondisi jenuh, rasio S/B Lab 40,24 berbanding 38,41 pada S/B Plaxis. Perbedaan ini menunjukkan bahwa meskipun ada variasi antara hasil laboratorium dan simulasi, hasil simulasi Plaxis 3D mendekati hasil eksperimen yang diperoleh, yang mendukung validitas model yang digunakan. Dengan demikian, simulasi ini memberikan keyakinan bahwa model dapat diandalkan untuk analisis lebih lanjut dalam proyek geoteknik.
Distribusi Regangan dan Perpindahan
- Strain horizontal (du/dx) dan vertikal (dv/dy) terdeteksi tinggi di tanah jenuh alami.
- Setelah pencampuran kerosin 3%:
- Terjadi pengurangan strain secara signifikan.
- Membentuk zona geser yang lebih sempit.
- Menahan laju deformasi bawah beban 200 kPa.
📈 Displacement Vector Maps menunjukkan zona deformasi makin dalam namun terkontrol saat kerosin ditambahkan.
Kritik dan Catatan Tambahan
- PIV tidak bisa diterapkan optimal untuk tanah dengan 6% kerosin karena viskositas tinggi dan saturasi lambat.
- Oleh karena itu, Plaxis 3D digunakan sebagai alternatif untuk kasus ini.
Implikasi Praktis bagi Dunia Teknik Sipil
- Kerosin bisa digunakan sebagai aditif stabilisasi tanah di daerah rawan runtuh.
- Penerapan dapat dikembangkan pada:
- Proyek jalan di atas tanah gipsum
- Fondasi bangunan ringan hingga menengah
- Perkuatan tanah untuk jembatan dan saluran air
💡 Catatan Lingkungan: Kerosin bukan solusi ramah lingkungan jangka panjang. Perlu riset lanjutan untuk alternatif yang lebih hijau.
Kesimpulan
Penelitian ini mengintegrasikan dua pendekatan—eksperimen visual PIV dan simulasi numerik Plaxis 3D—untuk menganalisis interaksi fondasi-strip pada tanah gipsum dalam berbagai kondisi. Tambahan kerosin hingga 9% terbukti efektif mengurangi potensi runtuh dari kategori tinggi menjadi tidak runtuh. Visualisasi deformasi dengan PIV memberikan wawasan berharga terhadap mekanisme kegagalan tanah, sementara simulasi Plaxis memberikan validasi numerik yang andal.
Sumber :Jawad, H. M., & Jahanger, Z. K. (2024). The Effect of Oil Contaminated on Collapse Pattern in Gypseous Soil Using Particle Image Velocimetry and Simulation. Civil Engineering Journal, 10(7), 2325–2343.