Peningkatan Kuat Geser Tanah melalui Presipitasi Kalsit pada Variasi Kepadatan Relatif, Derajat Kejenuhan, dan Ukuran Butir Pasir

Abstract

Presipitasi kalsit merupakan salah satu metode perbaikan tanah yang mampu meningkatkan kuat geser tanah pasir melalui pembentukan kristal kalsium karbonat (CaCO3) sebagai pengikat antarbutir. Metode Soybean Crude Urease–Calcite Precipitation (SCU-CP) dikembangkan sebagai alternatif yang lebih ekonomis dan ramah lingkungan dibandingkan metode stabilisasi konvensional. Efektivitas biosementasi dipengaruhi oleh karakteristik larutan maupun kondisi tanah, seperti kepadatan relatif (DR), derajat kejenuhan (SR), ukuran butir, dan konsentrasi reagen. Oleh karena itu, kajian dilakukan untuk menentukan kondisi optimum peningkatan kuat geser tanah pasir serta menganalisis hubungan antarparameter yang memengaruhinya. Penelitian ini bertujuan menganalisis pengaruh variasi kepadatan relatif, derajat kejenuhan, ukuran butir, dan konsentrasi reagen terhadap peningkatan kuat geser tanah pasir menggunakan metode SCU-CP, serta mengembangkan model berbasis analisis statistik untuk memprediksi nilai kohesi. Hasil pengujian menunjukkan bahwa penggunaan reagen 1 mol/L menghasilkan rasio presipitasi sebesar 92,25%, laju hidrolisis sebesar 536 U/g, pH optimum 8,9- 9,2, viskositas sebesar 5,17 cP, dan kadar kalsit hasil presipitasi sebesar 69,62%. Kandungan CaCO3 pada tanah berada pada kisaran 2,04-3,88%, sedangkan kohesi tertinggi sebesar 16,61 kPa diperoleh pada kondisi DR 70%, SR 0%, pasir sedang, dan reagen 1 mol/L. Analisis X-Ray Diffraction (XRD) dan Scanning Electron Microscopy (SEM) mengonfirmasi terbentuknya mineral kalsit, aragonit, dan vaterit yang membentuk ikatan sementasi antarpartikel. Analisis korelasi Pearson menunjukkan bahwa kandungan CaCO3 memiliki hubungan positif paling kuat terhadap kohesi dengan koefisien 0,76, diikuti kepadatan relatif sebesar 0,38, sedangkan derajat kejenuhan dan ukuran butir menunjukkan korelasi negatif masing-masing sebesar -0,27. Analisis feature importance menempatkan kandungan CaCO3 sebagai parameter paling dominan dengan nilai 0,699, diikuti ukuran butir (0,123), derajat kejenuhan (0,095), dan kepadatan relatif (0,083). Model regresi yang dikembangkan menunjukkan kemampuan prediksi yang sangat baik dengan nilai R2 sebesar 0,9803, RMSE sebesar 1,11, dan MAE sebesar 1,38. Efektivitas metode SCU-CP tidak hanya ditentukan oleh jumlah CaCO3 yang terbentuk, tetapi juga oleh distribusinya di dalam matriks tanah yang dipengaruhi oleh kepadatan relatif, derajat kejenuhan, ukuran butir, dan konsentrasi reagen. Kombinasi DR 70%, SR 0%, pasir sedang, dan reagen 1 mol/L memberikan kondisi optimum dalam meningkatkan kohesi tanah pasir. Model yang dikembangkan mampu memprediksi kohesi dengan akurasi tinggi sehingga berpotensi mendukung penerapan metode SCU-CP pada perencanaan perbaikan tanah pasir.

Calcite precipitation is one of the soil improvement methods that can increase the shear strength of sandy soil through the formation of calcium carbonate (CaCO3) crystals as inter-grain binders. The Soybean Crude Urease-Calcite Precipitation (SCU-CP) method was developed as a more economical and environmentally friendly alternative to conventional stabilization methods. The effectiveness of biocementation is influenced by the characteristics of the solution and soil conditions, such as relative density (DR), degree of saturation (SR), grain size, and reagent concentration. This study aims to analyze the effect of variations in relative density, degree of saturation, grain size, and reagent concentration on increasing the shear strength of sand soil using the SCU-CP method, and to develop a statistical analysis-based model to predict cohesion values. The test results showed that the use of 1 mol/L reagent resulted in a precipitation ratio of 92.25%, a hydrolysis rate of 536 U/g, an optimum pH of 8.9-9.2, a viscosity of 5.17 cP, and a precipitation calcite content of 69.62%. The CaCO3 content of the soil was in the range of 2.04- 3.88%, while the highest cohesion of 16.61 kPa was obtained under conditions of 70% DR, 0% SR, medium sand, and 1 mol/L reagent. X-Ray Diffraction (XRD) and Scanning Electron Microscopy (SEM) analysis confirmed the formation of calcite, aragonite, and vaterite minerals that form cementation bonds between particles. Pearson correlation analysis shows that CaCO3 content has the strongest positive relationship to cohesion with a coefficient of 0.76, followed by relative density at 0.38, while degree of saturation and grain size show a negative correlation of -0.27 each. Feature importance analysis placed CaCO3 content as the most dominant parameter with a value of 0.699, followed by grain size (0.123), degree of saturation (0.095), and relative density (0.083). The regression model developed showed excellent predictive ability with an R2 value of 0.9803, RMSE of 1.11, and MAE of 1.38. The effectiveness of the SCU-CP method is not only determined by the amount of CaCO3 formed, but also by its distribution in the soil matrix which is influenced by relative density, degree of saturation, grain size, and reagent concentration. The combination of 70% DR, 0% SR, medium sand, and 1 mol/L reagent provides the optimum condition in improving the cohesion of sandy soil. The developed model is able to predict cohesion with high accuracy, supporting the application of the SCU-CP method in sand soil improvement.