UNIVERSITAS INDONESIA
RESUME MAKALAH EVALUASI PROPERTI GEOTEKNIK LIMBAH PADAT PERKOTAAN (MUNICIPAL (MUNICIPAL SOLID WASTE WASTE)
DISUSUN UNTUK MEMENUHI TUGAS MATA KULIAH GEOTEKNIK LINGKUNGAN
oleh: Fadhila Muhammad LT – 1406508193
FAKULTAS TEKNIK PROGRAM ROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL KONSENTRASI GEOTEKNIK 2015
Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik – Universitas Indonesia
EVALUASI PROPERTI GEOTEKNIS LIMBAH PADAT PERKOTAAN (MUNICIPAL SOLID WASTE) (Machado, et all. 2010. Evaluation of the Geotechnical Properties of MSW) 1.
Pendahuluan Perencanaan pusat pembuangan limbah menjadi salah satu tantangan tersendiri bagi para ahli geoteknik. Perilaku yang kompleks dan aspek yang tidak diketahui dari properti geoteknis material menjadi sumber dari berbagai masalah yang terjadi di TPA. Pergeseran (displacement) yang besar dapat mengakibatkan kegagalan intergritas liner, lebih jauh dapat mengurangi masa layan dari TPA. Kerusakan lapis geomembran akibat tertusuk/robek dapat merusak sistem drainase leachate. Penelitian terhadap yang telah dilakukan bertujuan untuk mendapatkan perilaku material MSW terkait dengan stabilitas material tersebut. Pada perencanaan landfill dan analisis stabilitas, pengenalan karakteristik dari perilaku material MSW sangatlah penting, sama halnya dengan properti fisika spesifik seperti komposisi, berat jenis, kadar air, kandungan organik dan permeabilitas. Kadar air dan kandungan organik memiliki pengaruh langsung terhadap respon mekanik jangka panjang dari MSW terkait proses biodegradasi. Tabel 1. Parameter dalam Perencanaan Lanfill (Dixon and Jones 2005, pada Machato et all 2010)
Sebagaimana bahwa properti MSW berbeda jauh antara satu lokasi dengan lokasi lainnya, perencanaan landfill dan serviceability analisis harus didukung dengan pertimbangan lokal. Dengan demikian, keberadaan data karakteristik geoteknis sangat membantu engineer dalam desain dan analisis landfill juga dalam pengembangan landfill. 2.
Lokasi Penelitian Lokasi penelitian yang dipilih adalah The Bandeirantes Landfill (BL), dengan luas area 100 Ha, berlokasi di Sao Paolo, telah beroperasi sejak 1979 dan menerima 10.000 ton sampah setiap harinya. Cell AS-2, dengan usia sampah 15 tahun dipilih sebagai lokasi boreholes untuk pengumpulan sampel dan uji lapangan (SPT dan CPT) untuk evaluasi densitas, permeabilitas dan kuat geser. Lokasi kedua adalah The Metropolitan Center Landfill (MCL), dengan luas area 100 Ha, beroperasi sejak 1997 dengan kapasitas harian 2.500 ton. Landfill tersebut direncanakan dapat beroperasi selama 20 – 30 tahun.
Geoteknik Lingkungan | 2
Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik – Universitas Indonesia
Gambar 1. Lokasi Penelitian dari BL dan MCL 3.
Karakterisasi Fisik dari MSW Sejak tahun 2004 contoh dari limbah segar (fresh waste) telah dikumpulkan untuk mengobservasi perubahan komposisi limbah terhadap waktu. Selain itu, limbah yang telah berusia 15 tahun juga diperiksa kembali untuk mendapatkan pengaruh waktu terhadap biodegradasi MSW. 3.1 Kadar Air Penentuan kadar air dilakukan mengggunakan sampel representatif yang telah dikumpulkan sebelumnya. Grafik variasi kadar air terhadap waktu diperlihatkan di gambar 2.
Gambar 2. Kadar air MSW (a) Perbandingan literature, (b) variasi kadar air terhadap waktu 3.2 Komposisi Limbah Komposisi limbah di kedua landfill diperlihatkan pada gambar 4.
Geoteknik Lingkungan | 3
Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik – Universitas Indonesia
Gambar 3. Komposisi Limbah Segar (a) BL, (b) MCL 3.3 Distribui Ukuran Partikel Analisis saringan telah dilakukan untuk menentukan distribusi ukuran partikel MSW yang telah dikeringkan. Gambar.4 memperlihatkan distribusi ukuran dari berbagai jenis sampel. Pada sampel yang telah berumur, ukuran partikelnya menjadi lebih kecil akibat biodegradasi.
Gambar 4. Distribusi Ukuran Partikel dari Sampel 3.4 Total Volatile Solids (TVS) Pasta TVS diperoleh setelah penyaringan. Dengan metode quartering, didapatkan massa pasta sebanyak 1000 gr. Volatile Content diperoleh serelah melalui proses kombusting. Gambar.5 memperlihatkan variasi TVS terhadap waktu.
Geoteknik Lingkungan | 4
Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik – Universitas Indonesia
Gambar.5 Variasi Kandungan Organik terhadap Waktu 4.
Hasil dan Pembahasan 4.1 Uji Permeabilitas Permeabilitas dari material MSW harus diperhitungkan dalam perencanaan sistem sirkulasi leachate terutama pada bioreaktor dengan resirkulasi leachate untuk menghindari differential settlement. Selain berpengaruh langsung terhadap faktor-faktor seperti komposisi limbah, pemadatan dan tekanan overburden, permeabilitas juga signifikan terhadap proses degradasi, yang selanjutnya memiliki pengaruh terhadap komposisi material dan distribusi ukuran dari komponen limbah.
Gambar.6 (a) Permeabilitas MSW, BL field test. (b) nilai berat isi MSW
Geoteknik Lingkungan | 5
Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik – Universitas Indonesia
Gambar.7 Perbandingan nilai permeabilitas MSW di BL dan MCL Gambar 6.a memperlihatkan hasil Uji infiltrasi dilakukan pada titik borehole di BL, rentang hasil pengujian yang lebar diakibatkan oleh heterogenitas material MSW dan kadar limbah plastik yang tinggi. Gambar 6.b memperlihatkan hasil pengukuran densitas limbah, sedangkan Gambar.7 memperlihatkan hasil uji permeabilitas terhadap sampel MCL di laboratorium dengan menggunakan alat TX. Perbandingan permeabilitas antara pengujian lapangan dan pengujian laboratorium memperlihatkan nilai yang kompartibel, namun karena pengujian lapangan dilakukan pada sampah yang berumur, maka nilai permeabilitasnya memperlihatkan hasil yang lebih rendah. 4.2 Pengujian CPT dan SPT Pengujian CPT dan SPT adalah metode umum untuk mendapatkan properti geoteknis dari geo-material. Pada MSW, jumlah pukulan (NSPT) tidak pernah melebihi 10 (NSPT < 10), namun bertambah seiring kedalaman. CPT dapat menentukan kedalaman dengan resistensi rendah pada lapisan MSW, juga digunakan untuk menentukan nilai kuat geser pada material yang telah mengalami degradasi. Nilai CPT cenderung tersebar, akibat ujung konus bertumbukan dengan material keras seperti kaca, batu, logam dan lain-lain, namun nilai CPT memiliki kecenderungan bertambah seiring kedalaman lapisan. 4.2.1 Hasil Pengujian SPT Hasil pengujian SPT di kedua lokasi landfill diperlihatkan pada gambar.8. Gambar.9 memperlihatkan nilai analisis statistik NSPT dari 10 pengujian dalam bentuk grafik histogram-frekuensi. Dari grafik tersebut dapat terlihat bahwa frekuensi kumulatif dari NSPT pada rentang 5 – 20 pukulan per 30 cm minimal 70 %. Gambar.10 juga memperlihatkan nilai rerata NSPT MSW dengan usia yang berbeda.
Geoteknik Lingkungan | 6
Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik – Universitas Indonesia
Gambar.8 Hasil Pengujian SPT di BL dan MCL
Gambar.9 Histogram Frekuensi dari Nilai NSPT
Gambar.10 Nilai NSPT Rerata pada MSW dengan usia yang berbeda Geoteknik Lingkungan | 7
Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik – Universitas Indonesia
4.2.2 Hasil pengujian CPT Hasil pengujian dari 5 (lima) titik CPT telah dianalisa. Dua pengujian CPT dilakukan di BL, sedangkan 3 (tiga) titik pengujian dilakukan di MCL. Hasil pengujian diterapkan dalam grafik menggunakan nilai rerata geometris tiap kedalaman 1 (satu) meter dari permukaan timbunan. Gambar 11.a memperlihatkan hasil pengujian CPT pada timbunan sampah di BL yang telah berusia 15 tahun, sedangkan gambar 11.b memperlihatkan hasil pengujian di MCL pada timbunan berusia 3 tahun. Dari hasil tersebut, dilakukan analisis statistik dan diperlihatkan pada gambar.12. Dapat disimpulkan bahwa di MCL (umur sampah lebih muda), hampir keseluruhan tahanan ujung kurang dari 5 MPa, namun di BL, frekuensi nilai yang lebih tinggi dari 5 MPa adalah 47%. Di MCL nilai dari tahanan selimut hampir tidak mencapai nilai 100 kPa, namun di BL tahanan selimut berada pada rentang 100 – 600 kPa dan 70% nilai terkonsentrasi pada rentang 100 – 300 kPa. Hasil ini menunjukkan bahwa nilai CPT pada sampah yang lebih tua jauh lebih tinggi daripada nilai CPT pada sampah yang lebih muda. Gambar.13 memperlihatkan perbandingan antara nilai CPT yang diperoleh di BL dan MCL. Hasil ini berkebalikan dengan nilai yang diperoleh dari pengujian SPT.
Geoteknik Lingkungan | 8
Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik – Universitas Indonesia
Gambar.11 Perolehan Nilai CPT di (a) BL dan (b) MCL
Gambar.12 Histogram qc (a) BL, (b) MCL Perbedaan hasil dari pengujian SPT dan CPT dapat terjadi karena perbedaan metode pengujian. CPT menggunakan konus yang memiliki ujung yang runcing, sehingga dapat menembus lembaran sampah (seperti plastik dan kertas), berbeda dengan sample apparatus dari SPT. Penjelasan lainnya adalah proses biodegradasi dapat menambah jumlah butiran halus pada tanah. Butiran halus tersebut meningkatkan kemampuan friksi material, sehingga lapisan sampah di BL (lebih tua) memiliki nilai friksi yang lebih tinggi daripada di MCL.
Geoteknik Lingkungan | 9
Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik – Universitas Indonesia
Hasil CPT di BL dan MCL kemudian digunakan dalam pengklasifikasian MSW dengan menggunakan chart yang dikembangkan oleh Robertson et al. (1986) dan Eslami dan Fellenius (2004). Gambar.13 memperlihatkan chart yang dimaksud. Klasifikasi geoteknis MSW tersebar pada setiap jenis tanah, kecuali gambut dan organik.
Gambar.13 Klasifikasi MSW menggunakan hasil CPT (a) Robertson et al. (1986) (b) Eslami dan Fellenius (2004) Menurut chart klasifikasi Robertson et al. (1986), MSW dari MCL digolongkan pada tanah tipe 4, 5, 6 dan 7, dimana rentang tahanan penetrasi menyerupai tanah silty clay hingga sandy silt. Sedangkan pada kasus sampah dari situs BL, rentang klasifikasi lebih lebar dan bervariasi dari karakteristik clay hingga sandy silt. Sedangkan menurut chart klasifikasi Elsami dan Fellenius (2004), MSW dari kedua lokasi timbunan umumnya terklasifikasi pada grup III, silty clay to clayley silt, dan IV, sandy silt to silty sand. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa pendekatan klasifikasi MSW berdasarkan CPT tidak dapat digunakan untuk klasifikasi material MSW dan dengan demikian uji CPT hanya dapat digunakan sebagai data pendukung dari jenis pengujian lainnya.
Gambar.14 Hubungan antara nilai NSPT dan (a) qc, (b) fs Gambar.14 memperlihatkan hubungan antara hasil SPT dan NSPT. Pada situs BL, hubungan antara SPT dan CPT terlihat dengan jelas, berbeda dengan hasil yang
Geoteknik Lingkungan | 10
Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik – Universitas Indonesia
ditunjukkan dari situs MCL, dimana walaupun terdapat kenaikan nilai NSPT, nilai qc dan tahanan friksi cenderung konstan. 5.
Kesimpulan Makalah ini menampilkan hasil dari program penelitian lapangan yang difokuskan pada penentuan property geoteknis dari material MSW yang telah dilaksanakan selama beberapa tahun di Bandeirantes Landfill dan Metropolitan Center Landfill di Salvador, Brazil. Evaluasi property fisik dari MSW di kedua lokasi memperlihatkan bahwa limbah memiliki kelembaban dan kadar organik yang tinggi, yang bersamaan dengan kondisi iklim tropis menjadikan lingkungan yang cocok bagi kompresi jangka panjang, terutama akibat kehilangan berat yang besar dari limbah dalam proses biodegradasi. Hasil dari uji infiltrasi di BL memperlihatkan penurunan nilai permeabilitas dari MSW terhadap kedalaman, mengindikasikan pengaruh dari kenaikan tekanan overburden. Nilai permeabilitas berada pada rentang 10-5 – 10-8 ms-1. Perbandingan hasil BL dan pengujian Triaxial Laboratory dari sampel MCL mengindikasikan bahwa sampel yang lebih tua memiliki nilai permeabilitas yang lebih rendah. Hasil uji SPT memperlihatkan bahwa NSPT tidak melebihi 20 pukulan, dan meningkat seiring kedalaman. Sedangkan dari pengujian CPT dapat ditarik kesimpulan bahwa di MCL (umur sampah lebih muda), hampir keseluruhan tahanan ujung kurang dari 5 MPa, namun di BL, frekuensi nilai yang lebih tinggi dari 5 MPa adalah 47%. Di MCL nilai dari tahanan selimut hampir tidak mencapai nilai 100 kPa, namun di BL tahanan selimut berada pada rentang 100 – 600 kPa dan 70% nilai terkonsentrasi pada rentang 100 – 300 kPa. Pada situs BL, hubungan antara SPT dan CPT terlihat dengan jelas, berbeda dengan hasil yang ditunjukkan dari situs MCL, dimana walaupun terdapat kenaikan nilai NSPT, nilai qc dan tahanan friksi cenderung konstan. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa reduksi tekstur limbah seiring pertambahan usia membuat MSW semakin mirip dengan material tanah.
6.
Referensi S.L. Machado et al. 2010. Evaluation of the Geotechnical Properties of MSW in Two Brazilian Landfill. Waste management Journal. Elsevier.
Geoteknik Lingkungan | 11
