PENGARUH ABU BATUBARA PLTU SIJANTANG TERHADAP PARAMETER GESER TANAH LEMPUNG
Oleh : Herman
Dosen Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan
Institut Teknologi Padang
Abstrak :
Parameter kuat geser tanah diperlukan untuk menganalisa kapasitas dukung tanah, stabilitas lereng, dan gaya dorong pada dinding penahan tanah. Kuat geser adalah gaya perlawanan yang dilakukan oleh butir-butir tanah terhadap gaya desak atau gaya tarik. Bila tanah mengalami pembebanan akan ditahan oleh kohesi tanah dan gesekan antar butiran tanah. Untuk mengetahui sejauh mana pengaruh abu batubara PLTU Sijantang terhadap parameter kuat geser, dan parameter fisis tanah maka dilakukanlah penelitian dilaboratorium, pencampuran abu batubara diambil 0%, 12%, 16% dan 20% dari berat kering tanah lempung. Hasil penelitian mengindikasikan semakin meningkat persentase abu batubara dalam tanah lempung, nilai-nilai specific gravity, batas cair, indeks plastisitas, kadar air optimum tanah lempung menurun dan nilai-nilai batas susut, batas plastis, kepadatan , sudut gesek dalam tanah meningkat, sedangkan nilai kohesi awalnya terjadi peningkatan dan, pada penambahan abu batubara selanjutnya nilai ini cenderung menurun, tetapi masih diatas nilai kohesi tanah asli.
Kata-kata kunci : stabilitas, kohesi, fisis, plastisitas, specific gravity
Abstract
Shear strength’s parameter of soil was needed to analyze bearing capacity of soil, slope stability and lateral earth pressure to retaining wall. Shear strength was the opposition pressure performed by soil’s particles to give pressure or tension. When the soil was beared, it would be endured by cohesion and internal friction of the soil’s particle. To find out how far the ash of the coal from PLTU Sijantang affected shear strength’s parameter and physic’s parameter of soil so the research was being done in the laboratorium, the mixture of ash of the coal was taken in the amount of 0%, 12%, 16% and 20% of the dry weight of the clay. The result of the research indicated ,that the more the percentage of the coal ash in the clay, the less the value of specific gravity, liquit limit, plasticity index, optimum water content of the clay, but the value of shrinkage limit, plastic limit, dencity, internal friction angle of soil increased, while the earlier cohesion value increased and when the coal ash wass added it’s value decreaced but it is still above the valur of original soil.
Keywords : stability, cohesion, physic, plasticity, specific gravity
1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Tanah lempung adalah jenis tanah yang bersifat kohesif dan plastis, terjadi dari pelapukan batuan akibat reaksi kimia, terdiri dari susunan partikel berukuran koloid (< 0,002 mm) (Das 1998) yang disebut mineral lempung, diantaranya montmorillonite, illite, kaolinite dan halloysite. Monmorillonite membuat tanah lempung sangat mudah mengembang jika
terjadi peningkatan kadar air
(Hardiyatmo,2002). Lempung yang memiliki
fluktuasi kembang susut yang tinggi disebut lempung ekspansif (Fathani dan Adi, 1999). Tanah lempung ekspansif mempunyai daya dukung yang cukup baik bila tidak jenuh air dan sangat buruk bila dalam kondisi jenuh. Untuk mengatasinya dilakukan stabilisasi.
Stabilisasi dapat dilakukan dengan cara
mekanis, fisis dan kimiawi. Stabilisasi mekanis memperbaiki sifat-sifat mekanis tanah dengan pemadatan, stabilitas fisis dengan memperbaiki sifat-sifat fisik tanah, misalnya perbaikan
mencampur tanah dengan bahan kimia seperti semen, kapur dan pozzolan.
1.2 Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui sejauh mana pengaruh abu batubara PLTU Sijantang terhadap nilai parameter geser tanah lempung.
1.3 Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi tentang bahan stabilisasi alternatif berupa abu batubara yang dihasilkan PLTU Sijantang, Sawahlunto Sumatera Barat. 1.4 Batasan Masalah
Agar lebih fokus, penelitian dibatasi ;
Tanah lempung berasal dari desa Kedung Sari – Wates, Yogyakarta, kondisi terganggu
Abu batubara berasal dari PLTU Sijantang, Sawahlunto, Sumatera Barat.
Air dari saluran air bersih Laboratorium Mekanika Tanah, Teknik Sipil Universitas Gadjah Mada Yogyakarta.
Persentase penambahan abu batubara 0% 12%, 16% , 20% terhadap berat kering tanah, dengan masa perawatan 3 hari Uji yang dilakukan adalah uji kimia,
difraksi sinar x, uji sifat fisis tanah (batas-batas Atterberg, specific gravity, dan distribusi ukuran butir), uji sifat mekanis tanah (uji pemadatan dan uji triaksial). 1.5 Tinjauan Pustaka
Apabila pozzolan dicampur dengan kapur bebas dan air pada temperature ruang , akan terjadi reaksi serta membentuk suatu ikatan (Soekoto dalam Suryolelono, 1999). Penambahan kapur dan abu sekam padi pada tanah lempung dapat meningkatkan sudut gesek dalam (φ) dan menurunkan kohesi (c) tanah (Widodo, 1998). Penambahan abu batubara pada tras Subang dan tras Padalarang dapat menaikan nilai kuat tekan maksimum (qu) dan berat isi kering (γd) tras (Kuswaya, 1997). Penggunaan abu batubara hasil sampingan industri dapat menstabilisasi subbase jalan raya, abu batubara kelas C tanpa menggunakan aktivator lain dapat meningkatkan nilai kuat geser dan CBR tanah (Senol, 2002).
1.6 Landasan Teori.
1.6.1 Sifat rekayasa tanah lempung
Tanah lempung banyak dipengaruhi oleh air. Karena pada tanah lempung, permukaan specifik menjadi lebih besar,
volume permukaan luas
spesifik
Permukaan ...(1)
Permukaan spesifik berhubungan terbalik dengan ukuran butir tanah (Bowles,1986). Permukaan spesifik merupakan faktor utama perubahan volume tanah dan pengaruh tarikan permukaan dari air pada pertemuan partikel-partikel (Gambar 1)
Gambar 1 Pengaruh tarikan permukaan ( Bowles, 1986)
Dengan jumlah partikel yang banyak serta berukuran kecil, pengaruh komulatif dari tarikan permukaan lapisan air yang mempersatukan butir-butir tanah akan menjadi besar.
Umumnya partikel tanah lempung mempunyai muatan listrik negatif (anion). Kristal yang ideal, muatan positif (kation) dan negatif seimbang. Akibat substitusi isomorf dan
kontinuitas perpecahan susunannya, terjadi
muatan negatif pada partikel lempung. Untuk mengimbangi muatan negatif, partikel lempung menarik ion muatan positif dari garam yang ada didalam air pori (Gambar 2)
Gambar 2. Kation dan anion pada partikel lempung (Hardiyarmo, 2002)
Molekul air merupakan molekul yang dipolar, yaitu atom hydrogen tidak tersusun simetri disekitar atom-atom oksigen (Gambar 3a). Hal ini berarti bahwa satu molekul air merupakan batang yang mempunyai muatan positif dan negatif pada ujung yang berlawanan atau dipolar (dobel kutup)(Gambar 3.b).
Gambar 3. Sifat dipolar air (Hardiyatmo,
2002)
Air yang tertarik secara elektris, disekitar partikel lempung, disebut air lapisan ganda (double-layer water). Sifat plastis tanah lempung akibat eksistensi dari air lapisan ganda. Air lapisan ganda pada bagian paling dalam sangat kuat melekat pada partikel lempung, disebut air serapan (adsorbed water). Tiap-tiap partikel saling terikat satu sama lain, lewat air serapan.
Aktivitas tanah lempung didasarkan pada indeks plastisitas dan persentase berat fraksi lempung (< 2 m). Aktivitas dapat digunakan untuk mengidentifikasi mineral lempung dominan dalam tanah lempung (Tabel 1). Tabel 1. Aktivitas beberapa mineral
(Hardiyatmo, 2002)
Mineral Aktivitas (A)
Smectites (montmorillonite) 1-7 Illite 0,5-1 Kaolinite 0,5 Halloysite (2H2 O) 0,5 Halloysite (4H2 O) 0,1 Attapulgite 0,5-1,2 Allophane 0,5-1,2
Menurut Skempton (1953), dalam Hardiyatmo (2002), aktivitas adalah perbanding antara
indeks plastisitas dengan persen fraksi ukuran lempung, dinyatakan ; C PI A ………..………..……(2) dengan PI = Indeks plastisitas
C = % berat fraksi ukuran lempung 1.6.2 Abu batubara
Abu batubara adalah limbah padat yang dihasilkan dari pembakaran batubara, berbentuk partikel halus, bewarna abu-abu gelap hingga abu-abu terang, warna yang lebih terang mengidentifikasikan adanya kadar CaO yang tinggi, sedangkan warna gelap menunjukan kadar kandungan bahan organik yang tinggi (Cockrell, 1970). Abu batubara tersusun dari mineral gelas berbentuk bulat, kristal serta mineral karbon (Basudewo, 1997), mengandung unsur kimia silika (SiO2), alumina (Al2O3), feri oksida (Fe2O3) dan calcium oksida (CaO) serta unsur lainnya. Apabila suhu pembakaran diatas 1200oC dengan waktu pendinginan sangat singkat, abu yang dihasilkan berupa fase gelas (silika), jika pendinginan lebih lambat senyawa yang dihasilkan calcium kristalin (McCarthy, 1987). Abu batubara sudah dimanfaatkan untuk bahan pengganti sebagian dari semen pada beton karena sifat pozzolanik nya, ini juga berpeluang untuk digunakan bahan stabilisasi tanah, karena cementitious calsium silikat hydrat dan calcium
aluminium hydrat bisa terbentuk apabila unsur
abu batubara yaitu SiO2 dan Al2O3 bereaksi dengan air dan kapur (Basudewo, 1997).
Pozzolan adalah bahan alam atau buatan yang
sebagian besar mengandung unsur-unsur silika dan alumina atau keduanya. Menurut ASTM C 618-92a, pozzolan didefinisikan sebagai bahan yang mengandung silika dan alumina dan tidak dapat mengeras jika dicampur dengan air. Dalam keadaan basah dan halus dapat bereaksi dengan kalsium hidroksida yang dapat mengeras pada suhu kamar. Kandungan unsur oksida yang harus ada pada pozzolan dapat dilihat pada (Tabel 2).
Tabel 2. Kandungan kimia pozzolan Klas pozzolan N F C Kandungan kimia Silikon dioksid, aluminium oksida
Besi oksida (SiO2 +
Al2O3 +Fe2O3)
Min (%) 70.0 70.0 50.0
Sulfur trioksid (SiO3),
max (%) 4.0 5.0 5.0
Kadar air, max (%) 3.0 3.0 3.0 Hilang karena
pembakaran, max (%) 10.0 6.0 6.0 Kandungan alkali Na2O,
max (%) 1,5 1,5 1,5
Pozzolan kelas N merupakan pozzolan mentah
atau calcined alami seperti batuan opal, shales,
tuff, abu vulkanik, batu apung (pumicites),
lempung calcine dan lempung shales. Pozzolan kelas F adalah pozzolanic abu batubara yang dihasilkan dari pembakaran antrasit atau bitumen batubara. Pazzolan kelas C adalah
pozzolanic dan cementitious abu batubara yang
dihasilkan dari pembakatan batubara muda (lignite) atau batubara sub-bitumen. Abu batubara klas C bersifat semen disebabkan mengandung kapur bebas. Beberapa abu batubara klas C mengandung kapur lebih dari 10%.
1.6.3 Pengaruh abu batubara terhadap lempung.
Apabila kapur bebas (CaO) dalam abu batubara maupun dalam lempung sendiri dengan komponen pozzolan seperti silika dioksida bereaksi, maka terbentuk suatu gel yang kuat dan keras yaitu kalsium silikat hydrat yang mengikat partikel tanah (Diamond & Kinter,1965 dalam Ingles dan Metcalf, 1972). Reaksi yang terjadi (Tjokrodimuljo,1995 dalam Fathani,1998) ;
CaO + H2O Ca(OH)2 + panas ………….(3) dengan :
Ca(OH)2 = kalsium hidroksida (kapur padam) Ca(OH)2 + SiO2 C – S – H ………...(4)
Ca(OH)2 + Al2O3 C – A – H ………..(5)
dengan :
SiO2 = silika dioksida Al2O3 = aluminium oksida
C – S – H = kalsium silikat hidrat berupa gel C – A – H = kalsium aluminat hidrat berupa gel
Gel segera melapisi dan mengikat partikel lempung dan menutup pori-porinya. Reaksi pozzolanisasi menghasilkan kristal Ca(SiO3) yang bersifat mengikat butiran lempung dengan butiran lempung serta butiran lempung dengan Ca(SiO3). Untuk mencapai kekuatan penuh proses pozzolanisasi dapat terjadi dalam waktu yang lama.
1.6.4 Batas konsistensi
Hal yang penting pada tanah berbutir halus adalah plastisitasnya. Plastisitas adalah kemampuan tanah menyesuaikan perubahan bentuk pada volume konstan tanpa retak-retak atau remuk. Bergantung pada kadar air, tanah dapat berbentuk cair, plastis, semi padat, dan padat. Kedudukan fisik tanah berbutir halus pada kadar air tertentu disebut konsistensi. Atterberg, 1911 (dalam Hardiyatmo, 2002), menggambarkan batas konsistensi tanah berbutir halus dengan batas cair (liquid limit), batas plastis (plastic limit), dan batas susut (shrinkage limit)(Gambar 4).
Gambar 4. Batas-batas Atterberg (Hardiyatmo,
2002)
Batas cair (LL) adalah kadar air dimana 25 kali pukulan oleh alat batas cair menutup celah yang dibuat pada lempengan tanah sepanjang 12,7 mm. Batas plastis (PL) adalah persentase kadar air tanah apabila digulung membentuk silinder dengan diameter 3,2 mm mulai retak-retak. Batas susut (SL) adalah persentase kadar air tanah apabila dilakukan pengurangan kadar air selanjutnya tidak mengakibatkan perubahan
volume tanah. Semakin kecil batas susut, semakin sensitif tanah terhadap perubahan volume. Indeks plastisitas (PI) merupakan interval kadar air dimana tanah masih bersifat plastis, dimana ;
PI = LL – PL ….……… (6) Menurut Atterberg (1911), plastisitas tanah dibagi 4 tingkatan yaitu (Tabel 3)
Tabel 3. Tingkatan nilai indeks plastisitas (Hardiyatmo, 2002)
PI (%)
Sifat Tanah Macam Tanah 0 <7 7-17 >17 Non plastis Plastisitas rendah Plastisitas sedang Plastisitas tinggi Pasir Lanau Lempung berlanau Lempung 1.6.5 Pemadatan
Maksud pemadatan tanah antara lain mempertinggi kuat geser tanah, mengurangi
sifat mudah mampat, mengurangi
permeabilitas, dan mengurangi perubahan volume.
Tingkat kepadatan tanah diukur dari berat volume kering (d) nya . Bila air ditambahkan kepada tanah yang dipadatkan, air tersebut berfungsi sebagai pelumas. Karena adanya air, partikel-partikel tanah lebih mudah bergeser merapat dan padat, akibatnya berat volume kering tanah naik, bila kadar air tanah mencapai kadar air tertentu, adanya penambahan kadar air selanjutnya justru cenderung menurunkan berat volume kering tanah. Hal ini disebabkan karena air mengisi rongga pori yang sebelumnya diisi oleh butiran tanah. Kadar air pada saat berat volume kering mencapai maksimum disebut
kadar air optimum (Wopt). Berat volume kering
tanah maksimum secara teoritis didapat bila pada pori-pori tanah sudah tidak ada udaranya lagi, yaitu pada saat derajat kejenuhan tanah 100%, tetapi dalam praktek sulit tercapai. Hubungan berat volume basah (γb) dan berat volume kering (γd) tanah adalah ;
w b b 1
…………..……….(7)Hubungan antara kadar air (w) dengan berat volume kering tanah (γd) (Gambar 5).
Gambar 5. Kurva hubungan kadar air (w) dengan berat volume kering (γd) 1.6.6 Kuat geser tanah
Hubungan antara tegangan normal dan tegangan geser pada suatu bidang dinyatakan oleh Coulomb (1976),
τ = c + σ tg φ ………….……….(8) dengan :
= kuat geser tanah ( t/m2, kN /m2 ), c = kohesi tanah (t/m2, kN/m2), = sudut gesek dalam tanah ( ),
= tegangan normal pada bidang runtuh (t/m2, kN/m2 ).
Persamaa ( 8) disebut juga kriteria kegagalan Mohr-Coulomb, dimana garis selubung kegagalan dari persamaan terlukis (Gambar. 6).
Gambar 6. Kriteria kegagalan Mohr dan Coulomb (Hardiyatmo, 2002). Jika tegangan baru mencapai titik P, keruntuhan tanah tidak terjadi, keruntuhan terjadi apabila tegangan mencapai titik Q yang terletak pada garis selubung kegagalan (failure envelope). Kedudukan tegangan yang ditunjukan oleh titik R tidak akan pernah terjadi.
Kuat geser tanah dapat digambarkan dalam Lingkaran Mohr (Gambar 7).
Gambar 7. Lingkaran Mohr (Hardiyatmo,
2002)
Dari gambar dapat diturunkan ;
( ' ')sin2 2 1 3 1 ……….…..(9)
( ' ')cos2 2 1 ) ' ' ( 2 1 3 1 3 1 …...(10 ) dengan ;1’ = tegangan utama mayor efektif (t/m2). 3’ = tegangan utama minor efektif (t/m2) = sudut teoritis antara bidang horizontal dengan bidang runtuh (0)
= 45o + ’/2
Besarnya nilai parameter kuat geser dapat ditentukan dari persamaan-persamaan :
' '
' ' ' ' sin 3 1 2 1 3 1 2 1
ctg c ……….……...(11 )
1'
3'
2
c
cos
'
1'
3'
sin
'
…….(12 ) 2. MetodologiSemua pengujian dilakasanakan di laboratorium Mekanika Tanah Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada Yogyakarta. Peralatan yang digunakan adalah :
satu set saringan standar ASTM D421-58 dan hidrometer D422-63
satu set alat ukur specific gravity ASTM D8554-58
alat uji batas konsistensi ASTM D423-66, D424-59 dan D427-61
alat pemadat standar ASTM D698-78 satu set alat triaksial UU ASTM D2850
oven, timbangan dengan ketelitian 0,01,
stop watch, termometer, gelas ukur 1000
cc, desicator, cawan, picnometer. Penelitian dilaksanakan beberapa tahap ; 1. Pengambilan dan persiapan benda uji Menyiapkan abu batubara, mengambil dan mengeringkan tanah lempung, menumbuk dan menyaring tanah dengan saringan no 4, menimbang tanah, abu batubara sesuai dengan kebutuhan, dan mempersiapkan alat-alat yang akan digunakan selama pengujian,
2. Penelitian pendahuluan
Terdiri dari uji sifat kimia, mineralogi, sifat fisis, sifat mekanis tanah asli. Uji sifat kimia dilakukan pada tanah lempung dan abu batubara di Laboratorium Kimia Direktorat Jendral Geologi Dan Sumber Daya Mineral Direktorat Vulkanologi Yogyakarta, uji mineralogi dilakukan pada tanah lempung di Pusat Penelitian Dan Pengembangan Teknologi Mineral Dan Batubara Bandung. Uji fisis tanah lempung meliputi : uji kadar air, specific
gravity, analisis ukuran butir, dan batas konsistensi, sedangkan uji sifat mekanis
meliputi uji pemadatan dan uji triaksial . 3. Penelitian pokok
Terdiri dari uji sifat fisis dan sifat mekanis tanah setelah dicampur dengan abu batubara dengan masa perawatan 3 hari
.
4. Analisis hasil dan kesimpulan.
Data yang dihasilkan baik hasil uji pendahuluan maupun hasil uji pokok dilakukan analisa. Dari analisa diperoleh kesimpulan.
3. Hasil dan Pembahasan 3.1 Hasil
Penelitian pendahuluan
Berdasarkan hasil pemeriksaan minerologi , tanah lempung dari desa Kedung Sari – Wates Yogyakarta mengandung mineral kuarsa,
monmorillonite dan anorthit, sedangkan kandungan kimia tanah lempung dan abu batubara (Tabel 4)
Tabel 4. Kandungan kimia lempung dan abu batubara
Unsur Tanah asli (%) berat
Abu batubara (%) berat
Al2O3 Fe2O3 CaO MgO 18,22 8,86 3,19 1,27 20,70 4,87 1,30 0,42
Hasil uji fisis abu batubara dan tanah lempung (Tabel 5 dan Tabel 6)
Tabel 5. Hasil uji fisis abu batubara
Data Pengamatan Hasil
Kadar air Gravitasi khusus Lolos saringan 200 0,20 % 2,21 92,17 % Tabel 6. Hasil uji fisis tanah lempung
Data pengamatan Hasil
Kadar air
Specific gravity
Batas cair (LL) Batas plastis (PL) Batas susut (SL) Plastisitas indeks (PI) Butir lolos saringan no 200 Lempung (< 0,002 mm) 11,26 % 2,56 87,24 % 25,78 % 7,48 % 61,46 % 89,42 % 14,00 % Hasil uji sifat mekanis tanah lempung (Tabel 7) Tabel 7. Hasil uji mekanis tanah lempung
Data pengamatan Hasil
Berat volume kering maks Kadar air optimum Kohesi
Sudut gesek dalam
1,28 gr/cm3 35,5% 74,15 kN/m2
2,19o Penelitian pokok.
Hasil uji tanah lempung dengan pencampuran abu batubara antara lain (Tabel 8, Tabel 9, Tabel 10, Tabel 11, Tabel 12 dan Tabel 13) Tabel 8. Hasil uji specific gravity
Variasi campuran Specivic Gravity (Gs) Lempung + 12% Abu Lempung + 16% Abu Lempung + 20% Abu 2,52 2,51 2,50 Tabel 9. Hasail uji batas cair dan batas plastis
Variasi campuran Batas Cair (%) Batas Plastis (%) Lempung + 12% Abu Lempung + 16% Abu 81,77 79,36 26,44 26,62 Lempung + 20% Abu 77,01 26,85
Tabel 10. Hasil uji batas susut dan indeks plastis Variasi campuran Batas Susut (%) Indeks Plastis (%) Lempung + 12% Abu Lempung + 16% Abu Lempung + 20% Abu 8,23 9,69 10.84 55,53 52,74 50,17 Tabel 11. Hasil uji saringan
Variasi campura n Lolos sar.no. 200 (%) Lempung <0,002 mm (%) Lempung + 20% Abu 79,18 tidak ada Tabel 12. Hasail uji pemadatan
Variasi campuran wopt (%) γd maks (gr/cm3) Lempung + 12% Abu Lempung + 16% Abu Lempung + 20% Abu 27 25 22 1,37 1,43 1,46 Tabel 13. Hasil uji tiaksial kondisi wopt masa
perawatan 3 hari Variasi campuran kohesi
(kN/m2) φ (o) Lempung + 12% Abu Lempung + 16% Abu Lempung + 20% Abu 146,36 115,58 81,47 9,9 16,44 29,84 3.2 Pembahasan
Berdasarkan uji fisis tanah asli (Tabel 6), indeks plastisitas (PI) tanah 61,46% > 17% , aktivitas 4,39 , lolos saringan no. 200 sebesar 89,42%, maka tanah jenis lempung dengan plastisitas tinggi yang mengandung mineral
montmorillonit. Abu batubara mengandung
(SiO3 + Al2O3 + Fe2O3) adalah 88,37% > 70% (Tabel 4), maka abu batubara PLTU Sijantang memenuhi persyaratan sebagai pozzolan
(ASTM C618-92a), nilai CaO terkandung 1,30% mengindikasikan abu batubara berasal dari pembakaran bitumen batubara dan dapat digolongkan kedalam pozzolan klas F.
Hasil uji dengan berbagai variasi persentase campuran tanah dan abu batubara sebagaimana tercantum pada (Tabel 8) menunjukan adanya kecenderungan penurunan nilai Gs seiring dengan bertambah besarnya persentase abu batubara dalam tanah lempung (Gambar 8)
Gambar 8. Hubungan Gs dengan % abu Nilai specivic gravity pada 20% abu batubara 2,50, jika dibandingkan dengan specivic gravity tanah asli 2,56 terjadi penurunan sebesar 2,34% dari specific gravity tanah asli. Nilai specific
gravity abu batubara 2,21 lebih rendah
dibandingkan dengan nilai specific gravity tanah asli 2,56. Hal ini salah satu penyebab penurunan yang terjadi.
b. Batas konsistensi
Dari (Tabel 6,Tabel 9, Tabel 10) nilai batas cair (LL) dan nilai indeks plastisitas (PI) menurun, sedangkan batas plastis (PL) dan batas susut (SL) meningkat seiring bertambahnya persentase abu batubara pada lempung (Gambar 9).
Gambar 9. Hasil uji batas konsistensi Jika dibandingkan nilai-nilai batas konsistensi tanah asli (Tabel 6) dengan tanah yang telah dicampur dengan abu batubara (Tabel 9, Tabel 10), nilai batas cair (LL) tanah + 20% abu batubara turun 11,73% dari nilai batas cair (LL) tanah asli, nilai indeks plastisitas (PI) turun 18,37% dari nilai indeks plastisitas (PI) tanah asli, sedangkan nilai batas plastis (PL) naik
4,15% dari nilai batas plastis (PL) tanah asli dan nilai batas susut (SL) naik 44,92% dari nilai batas susut (SL) tanah asli.
Penambahan abu batubara pada tanah lempung akan menghalangi proses tarik menarik antara anion dari partikel lempung dengan kation dari partikel air serapan yang mengelilingi partikel lempung yang lain, membuat partikel lempung kehilangan sebagian daya tarik antar partikelnya, sehingga tanah lebih mudah menutup celah saat uji batas cair (LL), hal ini mengindikasikan menurunnya nilai batas cair (LL) tanah, sejalan dengan berkurangnya ikatan antar butir akibat peningkatan persentase abu batubara pada tanah, maka tanah perlu tambahan air untuk mempertahankan
plastisannya, akibatnya nilai batas plastis (PL)
tanah meningkat.
Menurunnya nilai batas cair (LL) dan meningkatnya nilai batas plastis (PL) akibat peningkatan persentase abu batu bara pada tanah, maka nilai indeks plastisitas (PI) tanah akan menurun (rumus 6). Sesuai dengan defenisi batas susut (SL), semakin kecil nilai batas susut (SL), semakin sensitif tanah terhadap perubahan volume akibatnya aktivitas (A) tanah meningkat, sesuai dengan (rumus 2) diperoleh aktivitas tanah menurun seiring meningkatnya persentase abu dalam tanah lempung (persentase abu 20% nilai A = 0). Menurunnya nilai aktivitas (A) tanah berarti sensitifitas tanah terhadap perubahan volume menjadi berkurang, hal ini mengindikasikan nilai batas susut (SL) tanah meningkat.
c. Pemadatan
Berdasarkan hasil uji pemadatan (Tabel 7 dan Tabel 12), nilai γd maks meningkat, sedangkan nilai kadar air optimum (wopt) menurun seiring dengan bertambahnya persetase abu batubara pada tanah lempung (Gambar 10 dan Gambar 11).
Gambar 10. Hubungan γd maks dengan % abu batubara
Gambar 11. Hubungan w opt dengan % abu batubara
Dibandingan dengan tanah asli nilai γd 1,28 gr/cm3 dan wopt 35,5%, tanah yang dicampur dengan 20% abu batu bara mempunyai γd 1,46 gr/cm3, terjadi peningkatan 14,06% dari nilai γd tanah asli, sedangkan nilai wopt 22%, terjadi penurunan sebesar 38,03% dari wopt tanah asli, penurunan dari nilai wopt ini disebabkan karena air lebih mudah terperas keluar rongga pori saat proses pemadatan, ini terjadi karena ikatan antara kation abu batubara dengan anion partikel tanah akan mengurangi ikatan anion partikel tanah dengan kation air, sehingga air lebih mudah meninggalkan rongga pori dibandingkan dengan tanah asli. Terperasnya sebagian air pori meninggalkan rongga pori menyebabkan pori mengecil karena rongga pori yang tadinya diisi oleh air, sekarang sudah diisi oleh butiran tanah, akibatnya tanah semakin padat dengan sendirinya nilai γd meningkat. d. Uji triaksial UU.
Hasil uji triaksial dengan masa perawatan 3 hari (Tabel 7 dan Tabel 13) terlihat pada awalnya terjadi peningkatan nilai kohesi (c), pada peningkatan persentase abu batubara dalam tanah lempung, nilai kohesi (c) ini cenderung menurun, sedangkan nilai sudut gesek dalam (φ) terus meningkat (Gambar 12 dan Gambar 13)
Gambar 12. Hubungan nilai kohesi (c) dengan % abu batubara
Gambar 13. Hubungan sudut gesek dalam (φ) dengan % abu batubara
Nilai kohesi (c) tanah + 12% abu batubara terjadi peningkatan sebesar 97,38% dari harga kohesi (c) tanah asli, tetapi pada tanah + 20% nilai peningkatannya hanya 9,87% dari nilai kohesi (c) tanah asli, sedangkan nilai sudut gesek dalam (φ) tanah terus meningkat seiring dengan bertambahnya jumlah persentase abu batubara dalam tanah, pada tanah + 20% abu batubara terjadi peningkatan 1262,56% dari nilai sudut gesek dalam tanah asli.
Meningkatnya nilai kohesi (c) tanah pada awalnya karena tanah yang semakin padat, sehingga ikatan antar butiran tanah melalui air serapan semakin kuat, dengan meningkatnya persentase abu batubara pada tanah kepadatan terus semakin meningkat, namun ikatan antar butiran melalui air serapan makin berkurang, hal ini disebabkan karena semakin banyaknya butiran abu batubara yang berikatan dengan butiran tanah, akibatnya nilai kohesi terus menurun. Dari uji saringan dan pemadatan, butiran kasar yang terbentuk meningkat seiring dengan meningkatnya persentase abu batubara pada tanah begitu juga kepadatannya, akibatnya bidang kontak antar butiran semakin luas, sehingga gesekan antar butiran juga meningkat.
4. Kesimpulan dan Saran. 4.1 Kesimpulan
Tanah lempung dari desa Kedungsari-Wates Yogyakarta adalah jenis tanah lempung dengan plastisitas tinggi dan mengandung mineral
monmorillonite, sedangkan abu batubara dari
PLTU Sijantang Sawahlunto memenuhi standar
pozzolan dan termasuk kategori pozzolan klas
F.
Abu batubara sebagai pozzolan dapat memperbaiki sifat fisis dari tanah lempung ini terlihat dari menurunnya nilai batas cair (LL) dan nilai indeks plastisitas (PI) tanah, dimana nilai indeks plastisitas (PI) ini berbanding lurus dengan aktivitas (A) tanah, serta meningkatkan nilai batas plastis (PL) dan nilai batas susut (SL) tanah, dimana nilai batas susut (SL) tanah ini berbanding terbalik dengan sensitifitas tanah terhadap perubahan volume akibat perubahan kadar air tanah, dan jumlah butiran kasar dalam tanah meningkat, ini semua menggambarkan tanah lempung yang dicampur dengan abu batubara lebih stabil.
Dilihat dari uji sifat mekanis tanah, abu batubata PLTU Sijantang dapat meningkatkan kepadatan tanah, dari uji triaksial UU terlihat parameter kuat geger tanah meningkat, hal ini terlihat dari nilai sudut gesek dalam (φ) tanah yang meningkat secara signifikan, nilai kohesi (c) walaupun akhirnya menurun, tetapi nilai ini masih diatas nilai kohesi (c) tanah asli, ini juga menunjukan bahwa campuran abu batubara pada tanah lempung dapat meningkatkan daya dukung tanah dan perlawanan tanah terhadap gaya desak atau tarikan.
4.2 Saran
Untuk melihat lebih jelas sejauh mana pengaruh abu batubara PLTU Sijantang ini terhadap perbaikan sifat fisis dan sifat mekanis tanah lempung perlu masa perawatan yang lebih lama ( > 3 hari).
Melihat kandungan CaO pada abu batubara PLTU Sijantang relatif rendah (1,3%), perlu kiranya penelitian lain dengan menambahkan kapur atau bahan lain yang mempunyai kadar CaO yang lebih tinggi kepada campuran tanah dengan abu batubara.
5. Daftar Pustaka
Anonim, 1992, “Annual Book of ASTM Standards” section 4, Volume 04 08, Philadelphia,USA.
Bowles, J.E., 1991, “Sifat-sifat Fisis dan Geoteknis Tanah”, Edisi Kedua, Penerbit Erlangga, Jakarta.
Cocrell dkk, 1970, “Consortium for fly Ash Use in Geotec Application”, http://geoserver.cee.wisc.edu/FAUGA/ new_page_1.htm, 9 juli 2004 hal 1-4
Das, B.M., 1985,”Principles of Geoteknik Engineering”, PWS Publisher, Boston. Fathani, T.F., dan Adi, A.D., 1999,
“Perbaikan Sifat Lempung Ekspansif dengan Penambahan Kapur”, Prosiding Seminar Nasional Geoteknik’99’ hal.97-105.
Hardiyatmo, H.C., 2002, “Mekanika Tanah I”, Gadjah Mada Univercity Press, Yogyakarta.
Ingles, O.G dan Metcalf, J.B, 1972, “Soil Stabilization Principles and Practice”, Butterwoths Pty, Limited, Melbourne. Kuswaya, W, 1997, “Pengaruh Campuran
Limbah Logam Pindad dan fly Ash terhadap Kekuatan Trass”, Naskah Seminar Hasil Penelitian Tesis Magister, Bidang Pengutamaan Geoteknik, Program Studi Teknik Sipil Program Pasca Sarjana ITB Bandung. McCarthy dkk 1987, “Consortium for Fly Ash
in Geotec Application”,
http://geoserver.cee.wisc.edu/FAUGA/ new_page_1.htm, 9 juli 2004 hal 1-4
Suryolelono, K.B., 1999, “Potensi Variasi Campuran Abu Sekam Padi (ASP) dan Kapur untuk Meningkatkan Karasteristik Tanah Lempung”, Forum Teknik Sipil No. VIII/1-Agustus, Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik UGM, Jogjakarta. Senol . A, 2002 “Use of Class C fly Ash for
International Congress on Advances in Civil Engineering 25-27 september 2002 Istambul Technical Univercity, Istambul, Turkey.
Widodo, T., 1998, “Pengaruh Kadar Abu Sekam dan Kapur terhadap Kuat Geser Tanah Lempung”, Tugas Akhir Jurusan Teknik Sipil Fakultas
