Acara 6 Pembengkakan Dan Pengkerutan Tanah (Swelling Dan Shrinkage) : Bab 2 Tinjauan Pustaka

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Tanah Lempung

Lempung terbentuk dari proses pelapukan batuan silika oleh asam karbonat dan sebagian dihasilkan dari aktivitas panas bumi. Lempung membentuk gumpalan keras saat kering dan lengket saat basah terkena air. Sifat ini  ditentukan  oleh  jenis  mineral  lempung  yang  mendominasinya.  Mineral lempung digolongkan berdasarkan susunan lapisan oksida silikon dan oksida aluminium  yang  membentuk  kristalnya.  Golongan  1:1  memiliki  lapisan  satu oksida silikon dan satu oksida aluminium, sementara golongan 2:1 memiliki dua lapis golongan oksida silikon dan satu lapis oksida aluminium. Mineral lempung golongan 2:1 memiliki sifat elastis yang kuat, menyusut saat kering dan membesar saat basah. Karena perilaku inilah beberapa jenis tanah dapat membentuk kerutan- kerutan atau “pecah-pecah” bila kering (Zufialdi dkk., 2007).

Mineral lempung terdiri dari tiga komponen penting yaitu montmorillonite, illite ,dan kaolinite. Mineral montmorillonite mempunyai luas permukaan lebih besar dan sangat mudah menyerap air dalam jumlah banyak bila dibandingkan dengan mineral yang lainnya, Sehingga tanah yang mempunyai kepekaan terhadap pengaruh air ini sangat mudah mengembang. Struktur kaolinite terdiri dari  unit  lapisan  silica dan  aluminium  yang  diikat  oleh  ion  hydrogen, kaolinite  membentuk  tanah  yang  stabil  karena  strukturnya  yang  terikat  teguh mampu menahan molekul-molekul air sehingga tidak masuk kedalamnya.

Monmorilonit adalah suatu mineral yang diberikan untuk lempung di daerah  Monmorilon,  Perancis  tahun 1847, dengan rumus :(OH)4Si8Al4O20.nH2O, dimana n(H2O) adalah air yang berada diantara lapis- an-lapisan (n-lapis). Istilah smectite juga dipakai dalam kelompok mineral ini.  Mineral  ini  mempunyai  butiran yang secara khas sangat halus dan secara kimia sangat aktif. Mineral montmorilonit dengan mudah dapat menyerap air dan menghilangkan air (lempung mengembang kuat). Bentuk struktur mineral ini sama dengan illit, yaitu satu lembaran gibbsite diapit dua lembaran silika. Bentonit adalah lempung dengan kadar montmorilonit tinggi,   banyak dijumpai dalam endapan volkanik sebagai material yang terbentuk dari perubahan kimiawi abu volkanik. Bila diberi air, bentonit dapat mengem- bang (swelling) lebih besar daripada lempung   kering   lainnya.   Bentonit jenuh  akan  menyusut  lebih  banyak bila dikeringkan. Sifat bentonit tergantung dari sumber   dan jumlah material vulkanik induknya. Pelapukan mineral monmorilonit sering  menghasilkan  lempung  kaolinit  dan  di  daerah  dimana  telah terjadi pelapukan, kedua mineral tersebut biasa diperoleh. Montmorilonit biasa terdapat di daerah kering (Zufialdi dkk., 2007).

Struktur illite terdiri dari lapisan-lapisan unit silica-alumunium-silica yang dipisahkan    oleh    ion    K+ yang    mempunyai    sifat    mengembang.   Struktur montmorillonite mirip dengan struktur illite, tetapi ion pemisahnya berupa ion H2O, yang sangat mudah lepas, mineral ini dapat dikatakan sangat tidak stabil pada kondisi tergenang air, air dengan mudah masuk kedalam sela antar lapisan ini sehingga mineral mengembang, pada waktu mengering, air diantara lapisan juga mengering sehingga mineral menyusut. Karena sifat-sifat tersebut montmorillonite sangat sering menimbulkan masalah pada bangunan.

Pertukaran   ion   merupakan   hal yang relatif sederhana dalam struktur lempung.  Dengan  demikian pertukaran ion tersebut adalah aktif- kimiawi. Ini merupakan persoalan dalam air yang terkena pencemaran dimana banyak sekali ion di dalam larutan. Dalam keadaan tertentu, dapat terjadi pertumbuhan mineral lempung  yang  berlangsung  dengan cepat (pembentukan lumpur dalam reservoar penjernih air, penyumbatan pipa-pipa drainase).

Molekul-molekul air dapat diserap dalam struktur lempung (terutama pada  lempung  yang  mengembang) dan dapat dihilangkan (pada lempung yang memadat). Mineral lempung bisa juga aktif-elektrik. Dengan ukurannya sangat   kecil,   maka   hanya   dapat dilihat dengan mikroskop elektron. Umumnya partikel-partikel tanah lempung mempunyai muatan negatif pada permukaannya. Muatan negatif yang besar dijumpai pada partikel- partikel yang mempunyai luasan spesifik yang lebih besar. Beberapa muatan positif juga terjadi pada tepi- tepi lempengan partikel. Muatan positif sangat mudah berganti dengan yang lainnya. Ion-ion positif yang mengelilingi partikel lempung tersebut terikat pada partikel oleh adanya gaya tarik elektrostatik. Bila air ditambahkan kepada lempung tersebut, maka kation-kation tersebut dan sejumlah kecil anion-anion akan berenang di  antara partikel ini (disebut lapisan ganda terdifusi).

Tanah  lempung sangat keras dalam keadaan kering dan bersifat plastis pada kadar air sadang. Pada keadaan air lebih tinggi lempung bersifat lengket (kohesi) dan sangat lunak. Tanah lempung sebagai tanah yang terdiri dari     partikel-partikel tertentu yang menghasilkan sifat plastis apabila dalam kondisi basah. Sifat-sifat  yang  dimiliki  dari  tanah lempung   yaitu antara lain ukuran butiran-butiran halus > 0,002 mm, permeabilitas  rendah,  kenaikan  air  kapiler  tinggi,  bersifat  sangat kohesif dan kadar  kembang  susut  yang  tinggi, serta proses konsolidasi lambat.

Hardiyatmo (1999), sifat-sifat yang dimiliki tanah liat atau lempung adalah sebagai berikut :

a.   Ukuran butir halus kurang dari 0,002 mm

b.   Permeabilitas rendah

c.   Bersifat sangat kohesif

d.   Kadar kembang susut yang tinggi

e.   Proses konsolidasi lambat

Mineral lempung Montmorillonit (famili Smectit; lempung 2:1 atau 10 Å) bersifat kembang kerut tinggi (karena substitusi isomorfik terdapat pada lembar oktahedral) mendominasi tanah Vertisol.  Montmorillonit mengembang saat basah, sehingga saat musim hujan tanah menjadi impermea- bel / kedap dan becek, berkonsistensi sangat lekat dan sangat liat; sebaliknya pada saat musim kering, konsistensi tanah sangat teguh (saat lembab) dan luar biasa keras (saat ker- ing) dan sekaligus membentuk retakan-retakan akibat sifat mengerut dan membentuk gilgai (struktur bunga kobis/cauli- flower structure) di permukaan tanah (Fanning dan Fanning,1989).

Dampak negatif kembang kerut Montmorillonit terhadap usaha pertanian, antara lain: retakan tanah yang lebar akan memutus jaringan perakaran rambut bagi tanaman semusim. Kadar fraksi lempung Montmorillonit sangat tinggi, mengakibatkan saat kering tanah sangat keras dan saat awal musim hujan tanah sangat berat untuk diolah serta becek karena drainase terhambat. Tanah Vertisol pada semua kisaran kadar air mulai dari kering sampai basah bersifat sangat sukar diolah, karena   nilai jangka olah tanah sangat kecil/sempit. Hal ini akibat dari kadar fraksi lempung dalam Vertisol sangat tinggi, sebagai contoh di wilayah Wonosari kadar lempung dalam tanah dapat mencapai lebih dari 70 % (Hendro dan Heri, 2008).

Makin tinggi nilai COLE dalam tanah, maka aplikasi pemberian lengas berselang akan lebih menyebabkan frekwensi proses kembang kerut makin besar, sehingga pada gilirannya akan cepat menghaluskan tanah. Proses ini sesuai dengan gambaran bahwa proses pedoturbasi atau pembalikan tanah dalam Vertisol terjadi karena adanya kadar fraksi lempung yang tinggi dan bersifat kembang kerut (seperti Montmorillonit, Beidelit dan Vermikulit) serta wilayah mempunyai iklim tahunan yang selalu berselang seling antara musim hujan dan musim kemarau dengan batas peralihan tegas. Kadar tipe Montmorillonit makin besar dalam fraksi lempung sebuah tanah (makin besar nilai COLE sebuah tanah), makin hemat terhadap kebutuhan air presipitasi untuk menghancurkan bongkah tanah.

Tabel 2.1. Klasifikasi harga tingkat bahaya sifat kembang kerut tanah

Tabel 2.2. Klasifikasi nilai COLE

Kelas Klasifikasi	Nilai
Rendah	< 0,03
Sedang	0,0 3- 0,06
Tinggi	.> 0,06 – 0,09
Sangat Tinggi	> 0,09

2.2.  Mengembang dan Mengerut

Tanah mempunyai sifat mengembang (bila basah) dan mengerut (bila kering). Akibatnya pada musim hujan karena tanah basah maka tanah mudah mengembang dan pada musim kemarau/kering karena tanah mengerut, maka tanah menjadi pecah-pecah. Besarnya pengembangan dan pengerutan dinyatakan dengan COLE (Coefficient of Linier Extensibility) atau PVC (Potencial Volume Change).

     Sifat mengembang dan mengerut disebabkan oleh kandungan air relatif, terutama yang berada diantara satuan–satuan struktural misel. Jika kisi hablur lempung mengembang akan terjadi pengerutan pada waktu terjadi pembahasan oleh air. Setelah mengalami kekeringan, suatu tanah yang cukup lama akan mengalami retak yang cukup dalam, sehingga hujan pertama mudah masuk ke dalam tanah(Buckman and Brady, 1982). Pengerutan biasanya terjadi pada musim kemarau atau musim kering. Pengerutan adalah keadaan dimana tanah mengalami retakan–retakan, yang disebabkan oleh karena ruang atau pori tanah tersebut tidak terisi oleh air yang cukup. Pengerutan pada tanah akan mengakibatkan terjadinya pematahan pada akar tanaman.

Antara pengembangan dan pengerutan, kohesi dan plastis berhubungan erat satu sama lain. Ciri–ciri ini tergantung tidak hanya pada campuran lempung dalam tanah, tetapi juga sifat dan jumlah humus yang terdapat bersama koloid organik . Faktor-faktor yang menyebabkan terjadinya pengembang yaitu, sebagian pengembangan terjadi karena penetrasi air ke dalam lapisan kristal liat, yang menyebabkan pengembangan tanah dalam kristal. Akan tetapi, sebagian besar terjadi karena tertartiknya air ke dalam koloid-koloid dan ion-ion yang terabsorpsi pada liat dan karena udara yang terperangkap di dalam pori mikro ketika memasuki pori tanah (Hakim dkk., 1986).

Sifat mengembang dan mengerut disebabkan oleh kandungan air relatif, terutama yang berada di satuan-satuan struktural misel. Jika kisi habrul lempung mengembang akan terjadi pengerutan pada waktu terjadi pembasahan oleh air. Setelah mengalami kekeringan sesuatu tanah yang cukup lama akan mengalami retak yang cukup dalam, sehingga air hujan pertama mudah masuk ke dalam tanah. Antara pengembangan dan pengerutan, kohesi dan plastis berhubungan erat satu sama lain. Ciri-ciri ini tergantung tidak hanya pada campuran lempung dalam tanah, tetapi juga sifat dan jumlah humus yang terdapat bersama koloid organik. Sifat tergantung pada struktur pengembangan tanah.

Hubungan Mengembang dan mengerut dengan kadar air yaitu apabila kadar air dalam tanah tinggi maka pori atau ruang dalam tanah akan banyak terisi oleh air sehinggat erjadi pengembangan pada tanah begitu juga sebaliknya.
Kandungan liat juga sangat berpengaruh disebabkan karena permukaan liat yang besar dan dapat menyerap banyak air sehingga tanah yang memiliki kadar liat yang tinggi sangat mudah terjadi pengembangan begitu pula sebaliknya (Foth, 1994).

Tanah yang mempunyai kemampuan mengembang dan mengerut paling tinggi disebabkan oleh kandungan liat, maka permeabilitasnya semakin lambat. Hal ini menyebabkan tanah mempunyai retakan-retakan yang banyak. Air yang mengalir melalui retakan-retakan menyebabkan perkolasi makin tinggi. Hal inilah yang menyebabkan pengukuran kecepatan air perkolasi di musim kering sering menghasilkan kesalahan-kesalahan.

Adapun faktor- faktor yang mempengaruhi sifat mengembang dan mengerut pada tanah adalah kadar air dalam tanah, luas ruang atau pori tanah serta kandungan mineral liat. Ketiga faktor ini sangat berpengaruh disebabkan karena apabila kadar air dalam tanah tinggi maka pori atau ruang dalam tanah akan banyak terisi oleh air, sehingga terjadi pengembangan pada tanah.begitu juga sebaliknya. Kandungan liat juga sangat berpengaruh disebabkan karena permukaan liat yang besar dan dapat menyerap banyak air sehingga tanah yang memiliki kadar liat yang tinggi sangat mudah terjadi pengembangan begitu pula sebaliknya (Foth, 1994). Tanah yang banyak mengandung pasir akan mempunyai tekstur yang kasar , mudah untuk diolah, mudah merembeskan air, dan disebut sebagai tanah ringan. Sebaliknya tanah yang banyak mengandung liat akan sulit untuk meloloskan air, aerasi jelek, lengket, dan sulit dalam pengolahannya sehingga disebut tanah berat. Berat ringannya tanah akan menentukan besarnya derajat kerutan tanah.

Pengembangan juga terjadi karena beberapa sebab, sebagian pengembangan terjadi karena penetrasi air ke dalam lapisan kristal liat, yang menyebabkan pengembangan dalam kristal. Akan tetapi, sebagian besar terjadi karena tertariknya air ke dalam koloid–koloid dan ion–ion yang teradsobsi pada liat      dan karena udara yang terperangkap di dalam pori mikro ketika memasuki pori tanah (Hakim  dkk., 1986).

Pengerutan biasanya terjadi pada musim kemarau atau musim kering Pengerutan adalah keadaan dimana tanah mengalami retakan–retakan, yang disebabkan oleh karena ruang atau pori tanah tersebut tidak terisi oleh air yang cukup. Pengerutan pada tanah akan mengakibatkan terjadinya pematahan pada akar tanaman.

Sifat mengembang dan mengerut tanah disebabkan oleh kandungan liat montmorillonit yang tinggi. Besarnya pengembangan dan pengerutan tanah dinyatakan dalam nilai COLE (Coefficient of Linear Extendility ) atau PVC ( Potential Volume Change = swell index = indeks pengembangan) (Hardjowigeno, 2003). Montmorilonit mengakibatkan tanah Inceptisol mempunyai sifat mengembang dan mengerut dengan penjenuhan dan pengeringan. Potensi pengembangan dan pengerutan tanah berkaitan erat dengan tipe dan jumlah liat dalam tanah. Tanah yang mengembang selalu memilki kandungan liat yang banyak, di mana mungkin saja mempunyai kemampuan yang tinggi menyimpan air, akan tetapi peredaran udara dalam tanah atau aerase tidak baik, penambahan bahan organik akan mengurangi masalah kekurangan air pada tanah berpasir. Bahan organik membantu mengikat butiran liat dan membentuk ikatan yang lebih besar sehingga memperbesar ruang-ruang udara diantara ikatan butiran .

DAFTAR PUSTAKA

Buckman and Brady. 1982. Ilmu Tanah. Bhratama Karya Aksara: Jakarta.

Fanning, D.S. dan Fanning, M.C.B. (1989). Soil Morphology, Genesis and Classification. John Wiley J Sons,Singapore.

Foth, Hendry D. 1994. Dasar-dasar Ilmu Tanah. Gadjah Mada University Press: Yogyakarta.

Hakim N., Nugroho S., Sauls., Diha M., dan Byle H. 1986. Dasar‑dasar Ilmu Tanah. Universitas Lampung: Lampung.

Hardjowigeno.  S., 2003. Ilmu Tanah. Penerbit Akademika Pressindo : Jakarta.

Hardiyatmo, H.C., 1999, Mekanika Tanah I, Gramedia Pustaka Utama, Jakarta

Hendro,B. dan  Heri S. 2008. Daya Mengembang Dan Mengerut Montmorillonit I:Pengaruh Intensitas Curah-Embun Terhadap Pengolahan Tanah  Vertisol Di Kecamatan Tepus Dan Playen, Pegunungan Seribu Wonosari – Riset Laboratorium. Jurnal Agritech 28(1):1-8.

Zufialdi Z., Geni D., dan Edi T. 2007. Karakteristik Tanah Lempung  Lapukan Formasi Balikpapan  Di Samboja, Kalimantan Timur. Bulletin of Scientific Contribution. 5(3) :  209-216.