Pendahuluan: Tantangan Lempung dan Peluang dari Limbah Pertanian
Tanah lempung, meski umum dijumpai, kerap menjadi penghambat konstruksi karena karakteristiknya yang ekspansif, plastisitas tinggi, dan kekuatan rendah. Di sisi lain, limbah pertanian seperti abu kulit kopi (Coffee Husk Ash/CHA) kerap diabaikan, meski Indonesia merupakan eksportir kopi terbesar keempat dunia. Kajian oleh Munirwan et al. (2022) menunjukkan bagaimana CHA dapat digunakan sebagai material stabilisasi ramah lingkungan untuk meningkatkan kekuatan geser tanah lempung tropis plastis tinggi.
1. Latar Belakang: Krisis Lingkungan dan Solusi Berbasis Limbah
- Produksi kopi global menghasilkan ribuan ton limbah kulit kopi.
- Pembakaran menghasilkan CHA yang kaya kalium dan silika, berpotensi bereaksi secara pozzolanik dengan tanah.
- Isu lingkungan akibat pembuangan limbah kopi menjadi semakin serius, terutama di Aceh sebagai sentra kopi nasional.
2. Bahan dan Metode
2.1 Tanah Lempung
- Sumber: Paya Kameng, Aceh Besar, Indonesia.
- Komposisi: 56.9% lempung, 32.4% lanau, dan 10.7% pasir.
- Klasifikasi: CH (USCS) dan A-7-6 (AASHTO) → tergolong ekspansif.
- Sifat Fisik: LL 70.90%, PL 27.77%, PI 43.13%, MDD 1220 kg/m³, OMC 36.3%.
2.2 Abu Kulit Kopi (CHA)
- Asal: Takengon, Aceh.
- Komposisi kimia utama: 60.09% K₂O, 8.3% SiO₂, serta CaO, Fe₂O₃, dan P₂O₅.
- Diperoleh melalui pembakaran 3–4 jam, digiling, dan disaring 2 mm.
2.3 Prosedur Pengujian
- Konsentrasi CHA: 5%–25% dari berat kering tanah, bertahap 5%.
- Uji laboratorium: Atterberg Limit, Proctor Standar, UCS, dan Direct Shear.
3. Hasil dan Pembahasan
3.1 Perubahan Karakteristik Fisik Tanah
Penambahan Calcium Hydroxide Additive (CHA) 25% secara signifikan mengubah sifat fisik tanah. Nilai Liquid Limit (LL) turun dari 70,9% menjadi 67,0%, sementara Plastic Limit (PL) meningkat dari 27,77% menjadi 32,42%, sehingga Plasticity Index (PI) berkurang dari 43,13% menjadi 34,58%. Penurunan PI ini menunjukkan bahwa stabilisasi CHA efektif mengurangi potensi ekspansifitas tanah. Selain itu, Specific Gravity (SG) tanah menurun dari 2,67 menjadi 2,49, mengindikasikan perubahan komposisi partikel. Klasifikasi tanah juga mengalami pergeseran dari CH (Clay High Plasticity) → MH (Silt High Plasticity) dalam sistem USCS dan dari A-7-6 → A-7-5 dalam klasifikasi AASHTO, yang menandakan tanah menjadi lebih kasar akibat agregasi partikel pasca-pencampuran CHA. Perubahan ini membuktikan bahwa CHA tidak hanya meningkatkan stabilitas tanah tetapi juga memodifikasi sifat dasarnya secara struktural.
3.2 Kompaksi dan Kerapatan Kering Maksimum
- MDD meningkat 3% dari 1220 kg/m³.
- OMC sedikit menurun dengan peningkatan konsentrasi CHA.
3.3 Uji Kuat Tekan Bebas (UCS)
Penambahan Calcium Hydroxide Additive (CHA) 25% meningkatkan nilai Unconfined Compressive Strength (UCS) tanah secara signifikan dari 89,17 kN/m² menjadi 130,83 kN/m², atau mengalami peningkatan sebesar 46,7%. Kenaikan yang cukup besar ini disebabkan oleh reaksi hidrasi dan pozzolanik antara CHA dengan partikel tanah, yang mengisi pori-pori dan membentuk struktur lebih padat serta kuat. Hasil ini membuktikan bahwa CHA tidak hanya meningkatkan stabilitas tanah, tetapi juga secara efektif memperkuat sifat mekaniknya.
3.4 Uji Geser Langsung (Direct Shear Test)
Penambahan 25% Calcium Hydroxide Additive (CHA) secara signifikan meningkatkan parameter kekuatan tanah, dimana nilai kohesi (c) meningkat sebesar 85% dari 80,1 kN/m² menjadi 148,7 kN/m², menunjukkan peningkatan daya dukung struktural yang nyata. Selain itu, sudut geser dalam (φ) juga mengalami kenaikan dari 16,1° menjadi 25,8°, yang disebabkan oleh efek agregasi partikel tanah dan pengisian rongga mikro oleh material CHA. Hasil ini membuktikan bahwa stabilisasi dengan CHA tidak hanya memperbaiki kekuatan tanah tetapi juga meningkatkan stabilitas geserannya, menjadikannya lebih cocok untuk aplikasi konstruksi.
4. Analisis Kritis dan Nilai Tambah
Kelebihan Penelitian:
- Menawarkan solusi lokal dan berkelanjutan untuk tanah bermasalah.
- Metodologi laboratorium mengikuti standar ASTM, menghasilkan data kuantitatif dan dapat direplikasi.
- Memberikan kontribusi terhadap ekonomi sirkular dan pengurangan limbah pertanian.
Kekurangan & Ruang Pengembangan:
- Tidak ada analisis jangka panjang terhadap durabilitas CHA dalam tanah.
- Belum dikaji kinerja CHA terhadap jenis tanah lain, seperti lempung rendah atau tanah berpasir.
- Tidak dievaluasi secara komparatif dengan material lain seperti fly ash atau slag.
5. Relevansi terhadap Tren Global dan Industri
- Sejalan dengan konstruksi hijau dan teknologi rendah karbon.
- Relevan untuk negara berkembang dengan ketersediaan limbah pertanian melimpah.
- Potensial untuk diterapkan dalam pembangunan jalan desa, tanggul, dan pondasi ringan.
6. Kesimpulan dan Rekomendasi Praktis
Studi ini membuktikan bahwa CHA mampu secara signifikan meningkatkan kekuatan geser tanah lempung plastis tinggi. Penggunaan CHA:
- Menurunkan plastisitas dan meningkatkan kerapatan serta kekuatan tanah.
- Ideal digunakan hingga konsentrasi 25%, di mana efek maksimum terlihat pada UCS dan parameter geser.
- Berpotensi besar menggantikan semen dan kapur dalam aplikasi skala kecil hingga menengah.
Rekomendasi:
- Lakukan studi jangka panjang terkait ketahanan dan pelapukan CHA dalam tanah.
- Teliti potensi kombinasi CHA dengan material lokal lain untuk stabilisasi hybrid.
- Bangun pedoman teknis nasional tentang pemanfaatan limbah pertanian dalam rekayasa tanah.
Sumber : Munirwan, R.P.; Taha, M.R.; Mohd Taib, A.; Munirwansyah, M. Shear Strength Improvement of Clay Soil Stabilized by Coffee Husk Ash. Applied Sciences, 2022, 12(11), 5542.