TUGAS AKHIR
UJ I NILAI DAYA DUKUNG TANAH LEMPUNG YANG
DISTABILISASI SEMEN PORTLAND TIPE I DAN ABU
GUNUNG VULKANIK GUNUNG SINABUNG
Diajukan untuk melengkapi tugas–tugas dan memenuhi syarat untuk menjadi Sarjana
Disusun Oleh :
IVAN FIRMAN STHEVANUS HUTAURUK 08 0404 105
BIDANG STUDI GEOTEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
ABSTRAK
Stabilisasi merupakan salah satu usaha dalam memperbaiki kondisi tanah yang memiliki indeks propertis yang kurang baik. Stabilisasi tanah sering sekali digunakan dalam proyek konstruksi guna memperbaiki struktural tanah di lapangan. Proses stabilisasi tanah tersebut dapat dilakukan dengan cara mencampurkan bahan stabilisator seperti gypsum, semen, bitumen,dan bahan-bahan olahan limbah pabrik seperti abu ampas tebu dan abu sekam padi.Pada penelitian ini bahan campuran yang digunakan adalah abu gunung vulkanik.
Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui niai index properties akibat penambahan 2% dan 4% PC dan abu gunung vulkanik pada tanah lempung, serta untuk
mengetahui kuat tekan maksimum dengan pengujian UCT (Unconfined Compression
Test) akibat penambahan bahan stabilisasi, serta kadar optimum penambahan abu gunung vulkanik
Dari hasil penelitian yang dilakukan diperoleh bahwa sampel kadar air dari sampel tanah adalah 18,57%, berat jenis 2,63 dan termasuk pada lempung anorganik, batas cair 44,08%, batas plastis 14,4%, indeks plastisitas 29,08 dan kuat tekan tanah 1,532 kg/cm2. Berdasarkan klasifikasi USCS, sampel tanah tersebut termasuk dalam jenis CL (Clay – Low Plasticity) sedangkan berdasarkan klasifikasi AASHTO, sampel tanah tersebut termasuk dalam jenis A-7-6.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan 2% semen dan 8% abu gunung vulkanik dengan waktu pemeraman 7 hari memiliki kuat tekan tanah 2,166 kg/cm2. Penambahan 4% semen dan 4% abu gunung vulkanik dengan waktu pemeraman 7 hari
memiliki kuat tekan tanah 2,251 kg/cm2. Hal ini menunjukkan penambahan semen yang
lebih besar menghasilkan kuat tekan yang lebih besar juga karena proses pengikatan abu gunung vulkanik semakin dibantu oleh campuran semen yang lebih besar.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur Penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Kuasa, atas berkat dan karunia – Nya lah sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik.
Penulisan Tugas Akhir ini adalah untuk melengkapi persyaratan dalam menempuh ujian Sarjana Teknik Sipil pada Fakultas Teknik Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara.
Dalam penulisan Tugas Akhir ini, Penulis menghadapi berbagai kendala, tetapi karena bantuan dari berbagai pihak, penulisan Tugas Akhir ini dapat terselesaikan. Pada kesempatan ini pula, penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar – besarnya kepada :
1. Kedua orang tuaku Bapak D. Hutauruk dan Ibu M. Tambunan yang dengan penuh
cinta kasih, kesabaran, dan ketabahan dalam merawat, mendidik, menjaga, mendoakan serta berjuang dengan keras untuk selalu memenuhi kebutuhan hidupku hingga berhasil mendapatkan kesempatan untuk menempuh pendidikan yang tinggi. Semoga Tuhan Yang Maha Kuasa selalu melimpahkan berkat bagi beliau.
2. Bapak Ir. Rudi Iskandar, MT., sebagai dosen pembimbing dan sebagai orangtua
yang telah sabar memberi bimbingan, arahan, saran, serta motivasi kepada Penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.
3. Bapak Ir. Anwar Harahap, dan Ibu Ika Puji Hastuty, ST, MT., sebagai Dosen Pembanding dan Penguji Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Prof. Dr. Ing.Johannes Tarigan, sebagai Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
6. Ibu Ika Puji Hastuti, ST, MT., sebagai Kepala Laboratorium Mekanika Tanah Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
7. Seluruh Bapak dan Ibu Dosen Pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara yang telah membimbing dan memberikan pengajaran kepada Penulis selama menempuh masa studi di Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
8. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
9. Kepada adik- adikku, Ricardo Hutauruk dan Shela Hutauruk yang selalu
mendukung dan memberi semangat serta doa demi kelancaran kuliahku.
10.Cathrine L. Tambunan sebagai orang yang dikasihi yang selalu memberi dukungan, doa, semangat serta arahan kepada Penulis.
11.Para Asisten Laboratorium Mekanika Tanah USU, M. Iqbalsyah Pasaribu , Manimpan Lumbanraja, Jericho Sihotang, Wisman Sitorus, Yogi Rambe dan Prince Sormin yang telah membantu dan memberikan penjelasan dalam pengerjaan tugas akhir ini.
12.Rekan-rekan seperjuangan stambuk 2008, Danny Siagian,ST , Andry Lumban Gaol,ST , David Silalahi , Elis Sinaga , Rahmad Lubis , Ibnu Syifa , Maulana Rizal , dan rekan- rekan yang tidak dapat disebutkan satu persatu namanya yang telah memberi dukungan serta semangat dalam pengerjaan tugas akhir ini.
13.Sahabat- sahabat yang selalu memberi dukungan dan semangat dalam keadaan
apapun, Rama Miranda Pasaribu,ST , Yelena Depari,ST , dan Samuel Nainggolan,ST.
14.Ryan Egia Sembiring,ST , Marhara Tua Marpaung,ST , Theresia Simatupang,ST ,
Tonggo Sormin,ST , dan seluruh abang – abang dan kakak – kakak stambuk 2005, yang tidak dapat disebutkan satu persatu namanya yang telah memberi dukungan serta semangat dalam pengerjaan tugas akhir ini.
16.Kepada Torza Situmorang, Marisa Tambunan, Edo Situmorang, Jimmy Simamora, Jefri Simatupang, Godlife Sirait,ST, Jimmy Aritonang, dan teman-teman dari Naposobulung HKBP Glugur.
17.Kepada keluarga alm. F.Tambunan,SH dan ibu R.Panggabean atas dukungan dan
semangat yang telah diberikan kepada saya dalam menyelesaikan kuliah.
18.Kepada Ketua PD II FKPPI Sumut, Ir.Krisman Purba dan ibu M.Simanjuntak,SH
dan keluarga atas dorongan kepasa saya untuk menyelesaikan kuliah.
19.Kepada teman-teman dari SD.ST.Yoseph 1 , SMP Santo Thomas 1 Medan, dan SMA Negeri 4 Medan, yang selalu memberi dukungan dan semangat.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, Penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari Bapak dan Ibu Staf Pengajar serta rekan – rekan mahasiswa demi penyempurnaan Tugas Akhir ini.
Akhir kata, Penulis berharap Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat yang sebesar–besarnya bagi kita semua. Amin.
Medan, April 2015
Ivan Firman Sthevanus Hutauruk
DAFTAR ISI
Abstrak ... i
Kata Pengantar ... ii
Daftar Isi ... v
Daftar Gambar ... .. ix
Daftar Tabel ... .. xi
Daftar Notasi... .xii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Uraian umum ... 1
1.2 Latar belakang ... 3
1.3 Rumusan masalah ... 3
1.4 Maksud dan tujuan penelitian ... 4
1.5 Metodologi penelitian ... 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 7
2.1Tinjauan umum ... 7
2.1.1Tanah……….... 7
2.1.2Sifat-sifat fisik tanah……….8
2.1.2.2 Kadar air ( Moisture Content) ... 9
2.1.2.10.1. Klasifikasi Unified ... 18
2.1.2.10.2. Klasifikasi AASHTO... . 20
2.1.3Sifat-sifat mekanis tanah………. .21
2.1.3.1 Pemadatan tanah ... 21
2.1.3.2 PengujianUnconfined Compresion Test .. 22
2.1.3.3 Teori keruntuhan Mohr-Coulomb ... 25
2.1.3.4 Sensitifitas tanah lempung ... 26
2.2Bahan-bahan penelitian………30
2.2.1.1 Sifat umum tanah lempung ... 35
2.2.1.2 Pertukaran ion tanah lempung ... 39
2.2.2Semen………40
2.2.2.1 Umum ………... 40
2.2.2.2 Semen portland……… . 40
2.2.2.3 Jenis-jenis semen portland………. 41
2.2.3 Abu Gunung Vulkanik (AGV) ... . 45
2.3 Stabilisasi tanah………. 46
2.3.1 Stabilisasi tanah dengan semen ... . 47
2.3.2 Proses kimia pada stabilisasi tanah dengan semen ... . 47
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 48
3.1 Program penelitian……… 48
3.2 Pekerjaan persiapan……….. 50
3.3 Proses pengambilan sampling tanah………. 50
3.4 Pekerjaan laboratorium………. 51
3.4.1Uji sifat fisik tanah………... 51
3.4.2Uji sifat mekanis tanah ……… 52
3.4.2.1 Uji Proctor standar ... 52
3.4.2.2 Uji UCT (Unconfined Compression Test) ... 53
3.5 Analisis data laboratorium……… 53
4.1 Pendahuluan ………. 54
4.2 Pengujian sifat fisik tanah………. 54
4.2.1Pengujian sifat fisik tanah asli……….. 54
4.2.2Pengujian sifat fisik tanah dengan bahan stablilisator ... 57
4.2.2.1 Batas cair………58
4.2.2.2 Batas plastis ... .59
4.2.2.3 Indeks plastisitas………... 60
4.3 Pengujian sifat mekanis tanah……….. 61
4.3.1Pengujian pemadatan tanah………. 61
4.3.2Pengujian pemadatan tanah (compaction) dengan bahan stabilisator ... 62
4.3.2.1 Berat isi kering maksimum ( γd maks ) ... 62
4.3.2.2 Kadar air maksimum campuran ... 63
4.3.3 .. Pengujian kuat tekan bebas ( Unconfined Compression Test) ... 64
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 68
5.1 Kesimpulan ……….. 68
5.2 Saran ……… 69
Daftar Pustaka ... 71
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Diagram fase tanah 8
Gambar 2.2 Batas-batas Atterberg 15
Gambar 2.3 Cawan Casagrande dan grooving tool 16
Gambar 2.4 Klasifikasi tanah sistem USCS 20
Gambar 2.5 Klasifikasi tanah sistem AASHTO 21
Gambar 2.6 Hubungan antara kadar air dan berat isi kering tanah 23
Gambar 2.7 Skema uji tekan bebas 24
Gambar 2.8 Keruntuhan geser kondisi air termampatkan qu di atas 25
sebagai kekuatan tanah kondisi tak tersekap
Gambar 2.9 Grafik hubungan tegangan normal dan tegangan geser 26
Gambar 2.10 Grafik sensitifitas tanah asli dan tanah remoulded 27
Gambar 2.11 Kuat tekan tanah asli dan tanah remoulded 28
Gambar 2.12 Struktur atom mineral lempung 32
Gambar 2.13 Struktur kaolinite 33
Gambar 2.14 Struktur montmorillonite 34
Gambar 2.15 Struktur illite 35
Gambar 2.17 Molekul air dipolar dalam lapisan ganda 38
Gambar 2.18 Kation dan anion pada partikel 40
Gambar 2.19 Grafik perbandingan unsur kimia dan jarak dari permukaan
partikel lempung 40
Gambar 3 Diagram alir penelitian 51
Gambar 4.1 Plot grafik klasifikasi USCS 58
Gambar 4.2 Grafik analisa saringan 58
Gambar 4.3 Grafik batas cair ( liquid limit) , Atterberg Limit 59
Gambar 4.4 Grafik hubungan antara nilai batas cair (LL) dengan variasi
campuran PC dan AGV dengan waktu pemeraman selama 7 hari. 60
Gambar 4.5 Grafik hubungan antara nilai batas plastis (PL) dengan variasi
campuran PC dan AGV dengan waktu pemeraman selama 7 hari 61
Gambar 4.6 Grafik hubungan antara nilai IP dengan variasi
campuran PC dan AGV dengan waktu pemeraman selama 7 hari. 62
Gambar 4.7 Kurva kepadatan tanah 64
Gambar 4.8 Grafik hubungan antara berat isi kering maksimum ( γd maks)
tanah dan variasi campuran dengan waktu pemeraman selama
7 hari. 65
Gambar 4.9 Grafik hubungan antara kadar air optimum tanah ( wopt )
dan variasi campuran dengan waktu pemeraman selama 7 hari. 66
Gambar 4.10 Grafik hubungan antara nilai kuat tekan tanah (qu) dengan
dan tanah remoulded. 69
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Berat jenis tanah 13
Tabel 2.2 Derajat kejenuhan dan kondisi tanah 14
Tabel 2.3 Indeks plastisitas tanah 18
Tabel 2.4 Hubungan kuat tekan bebas tanah lempung dengan
konsistensinya 25
Tabel 2.5 Senstifitas lempung 29
Tabel 2.6 Aktivitas tanah lempung 36
Tabel 2.7 Persyaratan standart komposisi kimia Portland Cement 44
Tabel 2.8 Kandungan dalam abu gunung vulkanik 45
Tabel 4.1 Data uji sifat fisik tanah 57
Tabel 4.2 Data hasil uji Atterberg limit 60
Tabel 4.3 Data uji pemadatan tanah 63
Tabel 4.4 Data hasil uji Compaction 64
DAFTAR NOTASI
Error! Reference source not found. Berat butiran padat
Error! Reference source not found. Berat air
Error! Reference source not found. Kadar air
Error! Reference source not found. Porositas
Error! Reference source not found. Angka pori
γb Berat volume basah
Error! Reference source not found. Berat volume kering
Error! Reference source not found. Berat volume butiran padat
Error! Reference source not found. Berat jenis tanah
S Derajat kejenuhan
SL Batas susut
Error! Reference source not found. Berat tanah kering oven
Error! Reference source not found. Volume tanah basah dalam cawan
Error! Reference source not found. Volume tanah kering oven
Error! Reference source not found. Berat jenis air
Error! Reference source not found. Tegangan runtuh
ABSTRAK
Stabilisasi merupakan salah satu usaha dalam memperbaiki kondisi tanah yang memiliki indeks propertis yang kurang baik. Stabilisasi tanah sering sekali digunakan dalam proyek konstruksi guna memperbaiki struktural tanah di lapangan. Proses stabilisasi tanah tersebut dapat dilakukan dengan cara mencampurkan bahan stabilisator seperti gypsum, semen, bitumen,dan bahan-bahan olahan limbah pabrik seperti abu ampas tebu dan abu sekam padi.Pada penelitian ini bahan campuran yang digunakan adalah abu gunung vulkanik.
Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui niai index properties akibat penambahan 2% dan 4% PC dan abu gunung vulkanik pada tanah lempung, serta untuk
mengetahui kuat tekan maksimum dengan pengujian UCT (Unconfined Compression
Test) akibat penambahan bahan stabilisasi, serta kadar optimum penambahan abu gunung vulkanik
Dari hasil penelitian yang dilakukan diperoleh bahwa sampel kadar air dari sampel tanah adalah 18,57%, berat jenis 2,63 dan termasuk pada lempung anorganik, batas cair 44,08%, batas plastis 14,4%, indeks plastisitas 29,08 dan kuat tekan tanah 1,532 kg/cm2. Berdasarkan klasifikasi USCS, sampel tanah tersebut termasuk dalam jenis CL (Clay – Low Plasticity) sedangkan berdasarkan klasifikasi AASHTO, sampel tanah tersebut termasuk dalam jenis A-7-6.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan 2% semen dan 8% abu gunung vulkanik dengan waktu pemeraman 7 hari memiliki kuat tekan tanah 2,166 kg/cm2. Penambahan 4% semen dan 4% abu gunung vulkanik dengan waktu pemeraman 7 hari
memiliki kuat tekan tanah 2,251 kg/cm2. Hal ini menunjukkan penambahan semen yang
lebih besar menghasilkan kuat tekan yang lebih besar juga karena proses pengikatan abu gunung vulkanik semakin dibantu oleh campuran semen yang lebih besar.
1.1 Umum
Tanah yang terdiri dari campuran butiran-butiran mineral dengan atau tanpa
kandungan bahan organik dapat didefenisikan sebagai material yang terdiri dari agregat
(butiran) mineral-mineral padat yang tidak tersementasi (terikat secara kimia) satu sama
lain dan dari bahan-bahan organik yang telah melapuk (yang berpartikel padat) disertai
dengan zat cair dan gas yang mengisi ruang-ruang kosong di antara partikel-partikel padat
tersebut(Das, 1998). Tanah menjadi komponen yang perlu diperhatikan dalam
perencanaan konstruksi dengans ifat-sifat yang dimilikinya seperti plastisitas serta
kekuatan geser dari tanah tersebut.
Tanah pada umumnya dapat dibagi menjadi empat kelas yaitu kerikil (gravel), pasir
(sand), lanau (silt), dan lempung (clay), berdasarkan ukuran partikel yang paling dominan
dari tanah tersebut (Das, 1994). Butiran lempung lebih halus dari lanau, merupakan
kumpulan butiran mineral kristalin yang bersifat mikroskopis dan berbentuk serpih-serpih
atau pelat-pelat.Material ini bersifat plastis, kohesif dan mempunyai kemampuan
menyerap ion-ion.Sifat-sifat tersebut sangat dipengaruhi oleh kandungan air dalam
tanah(Hardiyatmo,2011).
Tanah lempung sangat keras dalam kondisi kering dan bersifat plastis
lengket(kohesif) dan sangat lunak pada kadar air tertentu. Kohesif menunjukan
kenyataan bahwa partikel-pertikel itu melekat satu sama lainnya sedangkan plastisitas
merupakan sifat yang memungkinkan bentuk bahan itu dirubah-rubah tanpa perubahan isi
atau tanpa kembali ke bentuk aslinya dan tanpa terjadi retakan-retakan atau
terpecah-pecah. Sifat yang khas dari tanah lempung tersebutlah yang dapat
adalah menstabilisasikan tanah dengan meningkat kan daya dukung tanah asli. Maka dari
itu perlu dilakukan stabilisasi pada tanah lempung ini.
Stabilisasi tanah dapat dilakukan secara mekanis, fisis maupun kimiawi. Dimana
dalam penelitian kali ini, penulis akan melakukan usaha penstabilisasian tanah secara
kimiawi yang digunakan dengan cara menambahkan bahan pencampur (stabilizing
agents) pada tanah yang akan distabilisasi. Bahan pencampur yang dipilih adalah semen Portland tipe 1 dan abu gunung vulkanik.
1.2 LatarBelakang
Lempung merupakan salah satu jenis tanah yang sangat dipengaruhi oleh kadar air
dan memiliki sifat yang cukup kompleks. Dalam menangani masalah pada lempung,
salah satu usaha yang dilakukan adalah dengan melakukan penstabilisasian dengan bahan
pencampur (stabilizing agents).
Beberapa penelitian telah dilakukan untuk menyelidiki cara perbaikan tanah
dengan menstabilisasikannya terhadap bahan pencampur seperti gypsum, abu sekam padi,
abu terbang (fly ash), bubur kayu, semen atau bahkan pengkombinasian di antara
bahan-bahan tersebut.
Dalam penelitian ini akan dilakukan penstabilisasian tanah lempung dengan
gypsum dan dengan campuran abu ampas tebu untuk meningkatkan nilai kuat geser tanah
dengan menggunakan cara uji kuat geser tanah melalui uji Kuat Tekan Bebas UCS
(Unconfined Compression Strength Test).
Semen merupakan suatu campuran senyawa kimia yang bersifat hidrolis, artinya
satu kesatuan massa yang dapat memadat dan mengeras. Secara umum semen dapat
didefinisikan sebagai bahan perekat yang dapat merekatkan bagian-bagian benda
padat menjadi bentuk yang kuat kompak dan keras. Sedangkan abu gunung vulkanik
merupakan limbah dari letusan gunung berapi yang selama ini tidak diketahui dapat
dimanfaatkan dan hanya menyebabkan sampah di daerah yg terkena bencana letusan
gunung merapi semakin menumpuk. Abu gunung vulkanik yang digunakan sebagai
bahan pencampur berasal letusan gunung merapi diayak sehingga lolos saringan no. 200.
Dengan adanya penambahan bahan pencampur semen dan abu gunung vulkanik
maka tanah yang mengandung kadar air tertentu dapat mengeras sehingga akan
meningkatkan kestabilannya
1.3 RumusanMasalah
Melakukan pengujian penstabilisasian tanah lempung dengan bahan pencampur gypsum
dan abu ampas tebu. Kadar persentase semen ditentukan sebesar 2% dan 4% sedangkan
variasi kadar persentase abu gunung vulkanik sebesar 2%, 4%, 6%, dan 8%.
Adapun maksud dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh pencampuran
semen pada tanah lempung yang disertai dengan abu gunung vulkanik dengan uji Kuat
Tekan Bebas Tanah (Unconfined Compression Strength Test).
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah :
Mengetahui pengaruh penambahan semen Portland tipe 1 dan abu gunung vulkanik
pada tanah lempung (clay) terhadap index properties.
Melakukan pengujian terhadap tanah asli (dalam hal ini tanah lempung), tanah asli
yang telah diberi bahan pencampur berupa semen dan abu gunung vulkanik sehingga
dapat diketahui adanya pengaruh terhadap besarnya kuat tekan dari tanah setelah
diberi campuran tersebut selama 7 hari.
1.5 Metodologi Penelitian
Penelitian ini terbagi atas sejumlah pengamatan terhadap contoh tanah terganggu
(disturbed) dan tidak terganggu (undisturbed). Berikut ini adalah metodologi dari
penelitian ini, yaitu :
1. Tanah yang dipakai dalam pengujian adalah tanah lempung yang berasal dari Jl.
Raya Medan Tenggara, Medan, Sumatera Utara.
2. Uji index properties tanah asli untuk mengetahui sifat fisis tanah yang dilakukan
pada awal penelitian, meliputi:
Uji kadar air
Uji berat jenis tanah
Uji nilai Atterberg (batas-batas konsistensi)
3. Uji pendahuluan kepadatan tanah asli untuk pembuatan benda uji dengan standard
Proctor.
4. Diambil sebanyak 12 (dua belas) sampel tanah, dimana 1 (satu) digunakan sampel
tanpa campuran atau tanah asli, 1(satu) sampel digunakan dengan campuran
hanya abu gunung vulkanik , 8 (sepuluh) digunakan sampel dengan campuran
semen – abu gunung vulkanik dan 2 (dua) digunakan sampel dengan hanya
campuran semen.Bahan pencampur yang digunakan dalam penelitian ini yaitu
semen, tanah lempung (clay), dan abu gunung vulkanik dengan enam belas variasi
kadar yang berbeda yaitu 2% PC, 4% PC, 2% PC + 2% AGV , 2% PC + 4%
6. Pengujian untuk Engineering properties dilakukan dengan uji kuat tekan bebas
(Unconfined Compression Test) dan uji Proctor Standard.
7. Dilakukan penambahan kadar air terhadap masing-masing bahan pencampur
sebesar 2% dari setiap persentase bahan campuran pada setiap benda uji untuk
menghindari terjadinya proses absorbsi air akibat bahan pencampur.
8. Waktu pemeraman (curing time) pada masing-masing benda uji agar campuran
9. Pengujian terhadap sifat fisik tanah yang dilakukan terhadap benda uji yang telah
diberi campuran bahan stabilisator mencakup pengujian Atterberg, pemadatan
tanah serta pengujian kuat tekan bebas
10.Pemeriksaan peningkatan daya dukung tanah dilakukan dengan cara uji Kuat
Tekan Bebas UCS (Unconfined Compression Strength Test). Pengujian CBR dan
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
II.1. Tinjauan Umum
II.1.1. Tanah
Segumpal tanah dapat terdiri dari dua atau tiga bagian. Tanah kering terdiri dari
dua bagian, yaitu butiran padat tanah dan rongga yang diisi oleh udara. Tanah asli terdiri
terdiri tiga bagian, yaitu butiran padat tanah, air, dan rongga yang diisi oleh udara.
Bagian-bagian tanah dapat digambarkan dalam bentuk diagram fase, seperti yang
ditunjukkan Gambar 2.1 .
Gambar 2.1 (a) elemen tanah dalam keadaan asli ; (b) tiga fase elemen tanah
Dari gambar di atas, volume tanah yang diselidiki dapat dinyatakan dengan :
(2.1)
Dimana :
Vs = volume butiran padat
Vv = volume pori
Vw = volume air di dalam pori
Va = volume udara di dalam pori
Bila diasumsikan udara tidak memiliki berat, maka diperoleh :
(2.2)
Dimana :
= berat butiran padat
II.1.2. Sifat-sifat Fisik Tanah
II.1.2.1. Kadar Air (Water Content)
Kadar air tanah (ω) dapat didefinisikan sebagai perbandingan antara berat air ()
dengan berat butiran padat () dalam tanah tersebut yang dinyatakan dalam satuan persen.
Kadar air tanah (ω) dapat dinyatakan dalam persamaan :
(2.3)
II.1.2.2. Porositas (Porocity)
Porositas () dapat didefinisikan sebagai perbandingan antara volume pori ()
dengan volume total () dalam tanah tersebut yang dinyatakan dalam satuan persen
maupun dalam bentuk desimal. Porositas tanah () dapat dinyatakan dalam persamaan :
(2.4)
II.1.2.3. Angka Pori (Void Ratio)
Angka Pori () dapat didefinisikan sebagai perbandingan antara volume pori ()
dengan volume butiran padat () dalam tanah tersebut yang dinyatakan dalam satuan
desimal. Angka Pori tanah () dapat dinyatakan dalam persamaan :
II.1.2.4. Berat Volume Basah (Moist Unit Weight)
Berat Volume Basah (γ) dapat didefinisikan sebagai perbandingan antara berat
butiran tanah termasuk air dan udara () dengan volume total tanah (). Berat Volume
Tanah (γ) dapat dinyatakan dalam persamaan :
γ (2.6)
II.1.2.5. Berat Volume Kering (Dry Unit Weight)
Berat Volume Kering () dapat didefinisikan sebagai perbandingan antara berat
butiran padat () dengan volume total tanah (). Berat Volume Kering () dapat dinyatakan
dalam persamaan :
(2.7)
II.1.2.6. Berat Volume Butiran Padat (Soil Volume Weight)
Berat Volume Butiran Padat atau dapat dinotasikan menjadi dapat didefinisikan
sebagai perbandingan antara berat butiran tanah () dengan volume butiran tanah padat ().
Berat Volume Butiran Padat () dapat dinyatakan dalam persamaan :
II.1.2.7. Berat Jenis (Specific Gravity)
Berat Jenis Tanah () dapat diartikan sebagai perbandingan antara berat volume
butiran tanah () dengan berat volume air () dengan isi yang sama pada temperatur
tertentu. Nilai suatu Berat jenis tanah tidak memiliki satuan (tidak berdimensi). Berat
jenis tanah () dapat dinyatakan dalam persamaan :
(2.9)
Batas besaran Berat Jenis Tanah dapat dilihat pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Berat Jenis Tanah
Macam Tanah Berat Jenis
Kerikil 2,65 - 2,68
Pasir 2,65 - 2,68
Lanau tak organik 2,62 - 2,68
Lempung organik 2,58 - 2,65
Lempung tak organik 2,68 - 2,75
Humus 1,37
Gambut 1,25 - 1,80
II.1.2.8. Derajat Kejenuhan (S)
Derajat Kejenuhan () dapat didefinisikan sebagai perbandingan antara volume air
() dengan volume total rongga pori tanah (). Bila tanah dalam keadaan jenuh, maka = 1.
Derajat kejenuhan suatu tanah () dapat dinyatakan dengan persamaan :
(2.10)
Batas-batas nilai dari Derajat Kejenuhan tanah dapat dilihat pada Tabel 2.2.
Tabel 2.2 Derajat Kejenuhan dan Kondisi Tanah
Keadaan Tanah Derajat Kejenuhan
Tanah kering 0
Tanah agak lembab > 0 - 0,25
Tanah lembab 0,26 - 0,50
Tanah sangat lembab 0,51 - 0,75
Tanah basah 0,76 - 0,99
Tanah jenuh 1
II.1.2.9. Batas-batas Atterberg (Atterberg Limit)
Batas-batas Atterberg digunakan untuk mengklasifikasikan jenis tanah untuk
mengetahui engineering properties dan engineering behavior tanah berbutir halus.Pada
tanah berbutir halus hal yang paling penting adalah sifat plastisitasnya. Plastisitas
disebabkan oleh adanya partikel mineral lempung dalam tanah yang dapat didefinisikan
sebagai kemampuan tanah dalam menyesuaikan perubahan bentuk pada volume yang
konstan tanpa adanya retak ataupun remuk.
Plastisitas suatu tanah bergantung pada kadar air sehingga tanah memungkinkan
menjadi berbentuk cair, plastis, semi padat atau padat. Konsistensi suatu tanah
bergantung pada gaya tarik antara partikel mineral lempungnya.
Atterberg (1911) memberikan cara untuk menggambarkan batas-batas konsistensi dari tanah berbutir halus dengan mempertimbangkan kandungan kadar airnya.
Batas-batas tersebut adalah batas cair, batas plastis dan batas susut. Batas- batas Atterberg
dapat digambarkan seperti dalam Gambar 2.2 .
Gambar 2.2. Batas-batas Atterberg
Batas susut Batas plastis Batas cair
cair plastis
semi padat padat
II.1.2.9.1. Batas Cair (Liquid Limit)
Batas cair (Liquid Limit) dapat didefinisikan sebagai kadar air tanah pada batas
antara keadaan cair dan keadaan plastis yakni batas atas dari daerah plastis. Batas cair
ditentukan dengan cara pengujian Casagrande (1948), yakni dengan menggunakan cawan
yang telah dibentuk sedemikian rupa yang telah berisi sampel tanah yang telah dibelah
oleh grooving tool dan dilakukan dengan pemukulan sampel dengan jumlah dua sampel
dengan pukulan diatas 25 pukulan dan dua sampel dengan pukulan dibawah 25 pukulan
sampai tanah yang telah dibelah tersebut menyatu. Hal ini dimaksudkan agar
mendapatkan persamaan sehingga didapatkan nilai kadar air pada 25 kali pukulan.
sumber : Das, Braja M, 1998, Mekanika Tanah Jilid 1, hal 44
II.1.2.9.2. Batas Plastis (Plastic Limit)
Batas plastis (Plastic Limit) dapat didefinisikan sebagai kadar air tanah pada
kedudukan antara daerah plastis dan semi padat, yaitu persentase kadar air di mana tanah
dengan diameter silinder 3,2 mm mulai mengalami retak-retak ketika digulung.
II.1.2.9.3. Batas Susut (Shrinkage Limit)
Batas susut (Shrinkage Limit) dapat didefinisikan sebagai kadar air tanah pada
kedudukan antara daerah semi padat dan padat, yaitu persentase kadar air ketika
mengalami pengurangan kadar air selanjutnya mengakibatkan perubahan volume
tanahnya. Percobaan batas susut dilaksanakan dalam laboratorium dengan cawan porselin
diameter 44,4 mm dengan tinggi 12,7 mm. Bagian dalam cawan dilapisi oleh pelumas
dan diisi dengan tanah jenuh yang kemudian dikeringkan dalam oven. Volume ditentukan
dengan mencelupkannya dalam air raksa. Batas susut dapat dinyatakan dalam persamaan
(2.11)
dengan
= berat tanah basah dalam cawan percobaan (gr)
= berat tanah kering oven (gr)
= volume tanah basah dalam cawan ()
= volume tanah kering oven ()
II.1.2.9.4. Indeks Plastisitas (Plasticity Index)
Indeks Plastisitas (PI) adalah selisih batas cair dengan batas plastis. Adapun
rumusan dalam menghitung besaran nilai indeks plastisitas adalah seperti yang
ditunjukkan pada rumusan di bawah.
(2.12)
Dimana :
LL = batas cair
PL = batas plastis
Indeks plastisitas merupakan interval kadar air di mana tanah masih bersifat
plastis. Karena itu, indeks plastisitas menunjukkan sifat keplastisitasan tanah tersebut.
Jika tanah mempunyai interval kadar air daerah plastis yang kecil, maka keadaan ini
disebut dengan tanah kurus, kebalikannya jika tanah mempunyai interval kadar air daerah
plastis yang besar disebut tanah gemuk. Indeks Plastisitasnya dapat dilihat pada Tabel
2.3.
Tabel 2.3 Indeks Plastisitas Tanah
PI Sifat Macam tanah Kohesi
0 Non – Plastis Pasir Non - Kohesif
< 7 Plastisitas Rendah Lanau Kohesif Sebagian
7 – 17 Plastisitas Sedang Lempung berlanau Kohesif
> 17 Plastisitas Tinggi Lempung Kohesif
II.1.2.10. Klasifikasi Tanah
Klasisfikasi tanah sangat membantu perencana dalam memberikan pengarahan
melalui cara empiris yang tersedia dari hasil pengalaman yang lalu. Tetapi perencana
harus berhati-hati dalam penerapannya karena penyelesaian masalah stabilitas, penurunan
dan aliran air yang didasarkan pada klasifikasi tanah sering menimbulkan kesalahan yang
berarti. Umumnya klasifikasi tanah didasarkan atas ukuran partikel yang diperoleh dari
analisa saringan dan plastisitasnya. Terdapat dua sistem klasifikasi yang dapat digunakan
yaitu Unified Soil Classification System (USCS) dan AASHTO.
II.1.2.10.1. Sistem Klasifikasi Unified Soil Classification System (USCS)
Pada sistem Unified Soil Classification System (USCS), suatu tanah
diklasifikasikan ke dalam tanah berbutir kasar (kerikil dan pasir) jika lebih dari 50 % dari
berat total tertahan pada saringan nomor 200 dan sebagai tanah berbutir halus (lanau dan
lempung) jika lebih dari 50 % dari berat total lewat saringan nomor 200. Simbol-simbol
yang digunakan dalam sistem klasifikasi ini diantaranya :
G = kerikil (gravel) W = bergradasi baik (well-graded)
S = pasir (sand) P = bergradasi buruk (poor-graded)
C = lempung (clay) H = plastisitas tinggi(high-plasticity)
Gambar 2.4. Klasifikasi Tanah Sistem Unified Soil Classification System (USCS)
II.1.2.10.2. Sistem Klasifikasi AASHTO
Sistem AASHTO (American Association of State Highway Transportation
Official) berguna untuk menentukan kualitas tanah dalam perencanaan timbunan jalan,
subbase dan subgrade. Sistem AASHTO membagi tanah ke dalam 7 kelompok, A-1 sampai dengan A-7. Tanah dalam tiap kelompok dievaluasi terhadap indeks kelompoknya
yang dihitung dalam rumus empiris. Pengujian yang digunakan hanya berupa analisa
saringan dan nilai batas-batas Atterberg.
II.1.3. Sifat-sifat Mekanis Tanah
II.1.3.1. Pemadatan Tanah (Compaction)
Pemadatanadalah densifikasitanah yangjenuhdengan penurunanvolumeronggadiisi
dengan udara, sedangkanvolumebutiran tanah padatdankadar airtetappada dasarnya sama.
Pemadatan tanah dimaksudkan untuk mempertinggi kuat geser tanah, mengurangi sifat
mudah mampat (kompresibilitas), mengurangi permeabilitas serta dapat mengurangi
perubahan volume sebagai akibat perubahan kadar air dan lainnya.
Pada tanah granuler dipandang paling mudah penanganannya untuk pekerjaan di
lapangan. Material ini mampu memberikan kuat geser yang tinggi dengan sedikit
perubahan volume sesudah dipadatkan. Pada tanah lanau yang dipadatkan umumnya akan
stabil dan mampu memberikan kuat geser yang cukup dan sedikit kecenderungan
mengalami perubahan volume, tetapi sangat sulit didapatkan bila tanah lanau dalam
keadaan basah karena permeabilitasnya yang rendah. Tanah lempung yang dipadatkan
dengan cara yang benar akan memberikan kuat geser yang tinggi. Stabilitas terhadap sifat
kembang-susut tergantung dari jenis kandungan mineralnya.
Proctor (1933) mengamati bahwa ada hubungan yang pasti antara kadar air dan berat volume kering supaya tanah padat. Terdapat satu nilai kadar air optimum tertentu
untuk mencapai nilai berat volume kering maksimumnya. Derajat kepadatan tanah diukur
dari berat volume keringnya. Hubungan berat volume kering () dengan berat volume
basah () dan kadar air (%) dinyatakan dalam persamaan :
Dalam pengujian di laboratorium alat pemadatan berupa silinder mould yang
mempunyai volume 9,44 x . Tanah dipadatkan di dalam mould dengan menggunakan
penumbuk dengan berat 2,5 kg dengan tinggi jatuh 30,5 cm. Tanah dipadatkan dalam 3
lapisan (standart proctor) dan 5 lapisan (modified proctor) dengan pukulan sebanyak 25
kali pukulan.
Dari pengujian di laboratorium akan didapat hasil berupa kurva yang
menunjukkan hubungan antara kadar air dan berat volume kering tanah yang ditunjukkan
oleh Gambar.
Gambar 2.6. Hubungan antara kadar air dan berat isi kering tanah
2.1.3.1 Pengujian Unconfined Compression Test
Uji kuat tekan bebas (Unconfined Compression Test) merupakan salah satu cara
percobaan laboratorium untuk menghitung kuat geser tanah, dimana uji kuat tekan ini
mengukur kemampuan tanah untuk menerima kuat tekan yang diberikan sampai tanah
terpisah dari butir-butirannya, pengujian ini juga mengukur regangan tanah akibat
tekanan tersebut. Pada gambar 2.7 menunjukkan skema pengujian Unconfined
Gambar 2.7 Skema uji tekan bebas
Tegangan aksial yang diterapkan di atas benda uji berangsur-angsur ditambah sampai
benda uji mengalami keruntuhan. Pada saat keruntuhannya, karena σ3 = 0, maka:
(2.14)
Dimana:
= Kuat geser
= Tegangan utama
= kuat tekan bebas tanah
Pada Gambar 2.8 menunjukkan lingkaran Mohr untuk pengujian Unconfined
Compression Test (UCT).
Gambar 2. 8 Keruntuhan geser kondisi air termampatkan qu di atas sebagai
kekuatan tanah kondisi tak tersekap (Das, 2008)
Hubungan konsistensi dengan kuat tekan bebas tanah lempung diperlihatkan dalam Tabel
2.4.
Tabel 2.4 Hubungan kuat tekan bebas tanah lempung dengan konsistensinya (Hardiyatmo, 2002)
Konsistensi (kN/m2)
Lempung keras >400
Lempung sangat kaku 200 – 400
Lempung kaku 100 – 200
Lempung sedang 50 – 100
Lempung sangat lunak < 25
* Faktor konversi : 1 lb/in2 = 6,894.8 N/m2
2.1.3.2 Teori Keruntuhan Mohr-Coulomb
Teori keruntuhan berfungsi untuk menguji hubungan antara tegangan normal
dengan tegangan geser tanah, dimana keruntuhan (failure) adalah ketidakmampuan
elemen tanah untuk menahan beban akibat pembebanan. Keruntuhan juga dapat
didefenisikan sebagai keadaan dimana tanah tidak dapat menahan regangan yang besar
dan atau penurunan keadaan regangan yang sangat cepat.
Pada sekitar tahun 1776, Coulomb memperkenalkan hubungan linear yang terjadi
antara tegangan normal dan tegangan geser.
(2.16)
dimana : c = kohesi
Ø = sudut geser internal
Gambar 2.9 Grafik hubungan tegangan normal dan tegangan geser.
2.1.3.3 Sensitifitas Tanah Lempung
Uji tekan bebas ini dilakukan pada contoh tanah asli (undisturbed) dan contoh
masing-masing contoh terhadap kuat tekan bebas, sehingga didapat nilai kuat tekan
maksimum. Dari nilai kuat tekan maksimum yang didapat akan didapat nilai sensitivitas
tanah. Nilai sensitivitas adalah ukuran bagaimana perilaku tanah apabila ada gangguan
yang diberikan dari luar.
Gambar 2.10 Grafik sensitifitas tanah asli dan tanah remoulded
Kekuatan tekanan tak tersekap berkurang banyak pada tanah-tanah lempung yang
terdeposisi (terendapkan) secara alamiah, dan jika tanah tersebut diuji ulang kembali
setelah tanah tersebut mengalami kerusakan struktural (remoulded) tanpa adanya
perubahan dari kadar air, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.11.
Sifat berkurangnya kekuatan tanah akibat adanya kerusakan struktural tanah
disebut sensitifitas (sensitifity). Tingkat sensitifitas adalah rasio (perbandingan) antara
kekuatan tanah yang masih asli dengan kekuatan tanah yang sama setelah terkena
kerusakan (remoulded), bila kekuatan tanah tersebut diuji dengan cara tekanan tak
tersekap. Jadi, sensitifitas diperoleh (acquired sensitivity) dinyatakan dalam persamaan:
(2.17)
dimana, St = kesensitifan
Umumnya, nilai rasio sensitifitas tanah lempung berkisar antara 1 sampai 8, akan
tetapi pada beberapa tanah-tanah lempung maritim yang mempunyai tingkat flokulasi
yang sangat tinggi, nilai sensitifitas berkisar antara 10 sampai 80.
Karena beberapa jenis lempung mempunyai sifat sensitif terhadap gangguan yang
berbeda-beda, oleh karena itu perlu adanya pengelompokan yang berhubungan dengan
nilai sensitifitas. Klasifikasi secara umum dapat dilihat pada Tabel 2.5.
Tabel 2.5 Sensitifitas lempung (Das, 2008)
Syarat-syarat yang perlu diperhatikan pada pengujian kuat tekan:
1. Penekanan
2. Kriteria keruntuhan suatu tanah :
a. Bacaan proving ring turun tiga kali berturut-turut.
b. Bacaan proving ring tiga kali berturut-turut hasilnya sama.
c. Ambil pada ε= 20% dari contoh tanah, Sr = 1% permenit, berarti
waktu maksimum runtuh = 20 menit.
Untuk menghitung regangan axial dihitung dengan rumus :
(2.18)
Dimana :
ε = Regangan axial (%)
∆L = Perubahan panjang (cm)
Lo = Panjang mula-mula (cm)
Besarnya luas penampang rata-rata pada setiap saat :
(2.19)
Dimana :
A = Luas rata-rata pada setiap saat (cm2)
Ao = Luas mula-mula (cm2)
Besarnya tegangan normal :
(2.20)
Dimana :
σ = Tegangan (kg/cm2)
P = Beban (kg)
N = Pembacaan proving ring (div)
Sensitifitas tanah dihitung dengan rumus :
(2.21)
Dimana :
St = Nilai sensitivitas tanah
σ = Kuat tekan maks. tanah asli (kg/cm2)
σ‘ = Kuat tekan maks. tanah tidak asli (kg/cm2)
2.1 Bahan-bahan Penelitian
2.1 Tanah Lempung
Beberapa sumber dari penulis buku mendefinisi tanah lempung antara lain:
1. Das (2008), mendefinisikan bahwa tanah lempung adalah tanah berukuran
mikrokronis hingga sub-mikrokronis yang berasal dari pelapukan unsur-unsur
kimiawi penyusun batuan. Tanah lempung sangat keras dalam keadaan kering
dan bersifat plastis pada kadar air sedang. Pada keadaan air lebih tinggi
lempung bersifat lengket (kohesif) dan sangat lunak.
2. Bowles (1984), mendefinisikan bahwa tanah lempung adalah deposit yang
mempunyai partikel yang berukuran kecil kurang dari 2µm.
Mineral lempung merupakan senyawa silikat yang kompleks yang terdiri dari
aluminium, magnesium dan besi. Dua unit dasar dari mineral lempung adalah silika
tetrahedra dan aluminium oktahedra. Setiap unit tetrahedra terdiri dari empat atom
oksigen yang mengelilingi satu atom silikon dan unit oktahedra terdiri dari enam gugus
Unit-unit silika tetrahedra berkombinasi membentuk lembaran silika (silica sheet)
dan, unit-unit oktahedra berkombinasi membentuk lembaran oktahedra (gibbsite sheet).
Bila lembaran silika itu ditumpuk di atas lembaran oktahedra, atom-atom oksigen
tersebut akan menggantikan posisi ion hidroksil pada oktahedra untuk memenuhi
keseimbangan muatan mereka.
( a ) ( b )
( c ) ( d )
( e )
Gambar 2.12 Struktur Atom Mineral Lempung ( a ) silica tetrahedra ; ( b ) silica sheet ; ( c ) aluminium oktahedra ; ( d ) lembaran oktahedra (gibbsite) ; ( e ) lembaran silika –
Lempung terdiri dari berbagai mineral penyusun, antara lain mineral lempung
(kaolinite, montmorillonite dan illite group) dan mineral-mineral lain dengan ukuran yang
sesuai dengan batasan yang ada (mika group, serpentinite group).
a. Kaolinite adalah hasil pelapukan sulfat atau air yang mengandung karbonat pada
temperatur sedang. Dimana kaolinite murni umumnya berwarna putih, putih
kelabu, kekuning-kuningan atau kecoklat-coklatan. Mineral kaolinite berwujud
seperti lempengan-lempengan tipisdengan diameter 1000 Å sampai 20000 Å dan
ketebalan dari 100 Å sampai 1000 Å dengan luasan spesifik per unit massa ± 15
m2/gr.Silica tetrahedralmerupakan bagian dasar dari struktur kaolinite yang
digabung dengan satu lembaran alumina oktahedran (gibbsite)dan membentuk
satu unit dasar dengan tebal sekitar 7,2 Å (1 Å=10-10 m) seperti yang terlihat
pada Gambar 2.13. Hubungan antar unit dasar ditentukan oleh ikatan hidrogen
dan gaya bervalensi sekunder.
Gambar 2.13 Struktur Kaolinite (Das, 2008).
b. Montmorillonite mempunyai susunan kristal yangterbentuk dari susunan dua
ditengahnya. Struktur kisinya tersusun atas satu lempeng Al2O3 diantara dua
lempeng SiO2. Inilah yang menyebabkan montmorillonite dapat mengembang dan
mengkerut menurut sumbu C dan mempunyai daya absorbsi air dan kation lebih
tinggi. Tebal satuan unit adalah 9,6 Å (0,96 μm), seperti yang ditunjukkan pada
Gambar 2.14. Gaya Van Der Walls mengikat satuan unitsangat lemahdiantara
ujung-ujung atas dari lembaran silika, oleh karena itu lapisan air (n.H2O) dengan
kation dapat dengan mudah menyusup dan memperlemah ikatan antar satuan
susunan kristal. Sehingga menyebabkan antar lapisan terpisah. Ukuran unit massa
montmorillonite sangat besar dan dapat menyerap air dengan sangat kuat sehingga mudah mengalami proses pengembangan.
Gambar 2.14 Struktur Montmorillonite (Das, 2008). c. Illite.
Mineral illite bisa disebut pula dengan hidrat-mika karena illitemempunyai
hubungan dengan mika biasa, sehingga dinamakan. Illite memiliki formasi
struktur satuan kristal, tebal dan komposisi yang hampir sama dengan
Kalium (K) berfungsi sebagai pengikat antar unit kristal sekaligus sebagai pengikat.
Pada lempeng tetrahedral terdapat ± 20% pergantian silikon (Si) oleh
aluminium (Al).
Struktur mineral illite tidak mengembang sebagaimana montmorillonite.
Gambar satuan unit illite ditunjukkan pada Gambar 2.15 berikut ini.
Gambar 2.15 Struktur Illite (Das, 2008)
Mineral lempung dapat berbentuk berbeda, hal ini dikarenakan oeh substitusi dari
kation-kation yang berbeda pada lembaran oktahedral. Apabila ion-ion yang
disubstitusikan memiliki ukuran yang sama disebut ishomorphous. Dan jika anion dari
lembaran oktahedral adalah hydroxil dan dua per tiga posisi kation diisi oleh aluminium
maka mineral tersebut disebut gibbsite dan bila magnesium disubstitusikan kedalam
lembaran aluminium dan mengisi seluruh posisi kation, maka mineral tersebut disebut
brucite.
2.2.1.1 Sifat UmumTanahLempung
Bowles(1984) mengatakan sifat-sifat tanah lempung adalah:
Partikelmineralselalu mengalami hidrasi, hal ini dikarenakan lempung
biasanyabermuatannegatif, yaitu partikel dikelilingi oleh lapisan- lapisan
molekul airyangdisebut sebagai airteradsorbsi. Lapisan
iniumumnyamemilikitebalduamolekul. Oleh karenaitu disebutsebagailapisan
difusigandaataulapisanganda.
2. Aktivitas.
Aktivitastanah lempungadalahperbandinganantaraIndeks
Plastisitas(IP)denganprosentase butiranlempung,dan dapat
disederhanakandalampersamaan:
Dimana untuknilaiA>1,25 tanah digolongkanaktifdan bersifatekspansif. Pada
nilai1,25<A<0,75 tanah digolongkannormalsedangkan tanah dengan
nilaiA<0,75digolongkantidakaktif.Nilai-
nilaikhasdariaktivitasdapatdilihatpadaTabel2.6.
Tabel2.6Aktivitastanahlempung(Bowles,1984)
MinerologiTanahLempung NilaiAktivitas
Kaolinite 0,4–0,5
Illite 0,5–1,0
3 .Flokulasi dan disperse
Flokulasi adalah peristiwa penggumpalan partikel lempung di dalam larutan air
akibat mineral lempung umumnya mempunyai pH>7. Flokulasi larutan dapat
dinetralisir dengan menambahkan bahan-bahan yang mengandung asam (ion H+),
sedangkan penambahan bahan-bahan alkali akan mempercepat flokulasi. Untuk
menghindari flokulasi larutan air dapat ditambahkan zat asam
.
4 .PengaruhZatcair
Air berfungsi sebagai penentu plastisitas tanah lempung. Molekulair
berperilakusepertibatang-batangkecilyang mempunyai muatan
positifdisatusisidanmuatan negatif disisilainnya hal ini dikarenakan molekul
air merupakan molekul dipolar. Sifat dipolarairterlihatpadaGambar2.14berikut.
Gambar2.14Sifatdipolarmolekulair(Das,2008)
molekul air secaraelektrikdalam3kasus,hal ini disebut dengan hydrogen
bonding, yaitu:
1. Tarikanantarpermukaannegatifdanpartikellempungdenganujungpositif
dipolar.
2. Tarikanantarakation-kationdalamlapisangandadenganmuatannegatifdari
ujung dipolar. Kation-kation ini tertarik oleh permukaan partikel
lempung yangbermuatannegatif.
3. Andilatom-atom hidrogen dalammolekul air,yaituikatanhidrogen antara
atomoksigendalammolekul-molekulair.
Gambar2.15Molekulairdipolardalamlapisanganda(Hardiyatmo,2002)
Mineral lempung yang berbeda memiliki defisiensi dan tendensi yang berbeda
untuk menarik exchangeable kation. Exchangeable cation adalah keadaan dimana
kation dapat dengan mudah berpindah dengan ion yang bervalensi sama dengan kation
asli. Montmorillonite memiliki defisiensi dan daya tarik exchangeable cation yang
lebih besar daripada kaolinite.Kalsium dan magnesium merupakan Exchangeable
yang paling tidak dominan. Ada beberapa faktor yang mempengaruhi exchangeable
cation, yaitu valensi kation, besarnya ion dan besarnya ion hidrasi. Kemampuan mendesak dari kation-kation dapat dilihat dari besarnya potensi mendesak sesuai
urutan berikut:
Al+3>Ca+2>Mg+2>NH+4>K+>H+>Na+>Li+
Kation Li+ tidak dapat mendesak kation lain yang berada dikirinya (Das, 2008)
Contohnya pada kapur (CaOH), dimana sodium tanah lempung diganti oleh
kalsium, dimana kalsium memiliki daya berganti (replacing power) yang lebih besar.
2.2.1.2Pertukaran Ion Tanah Lempung
Holtz dan Kovacs (1981) mengutip dari Mitchell (1976) mengatakan tarikan
permukaan tanah lempung terhadap air sangat kuat didekat permukaan dan akan
berkurang seiiring dengan bertambahnya jarak dari permukaan partikel.
Pengujian menunjukkan bahwa sifat termodinamis dan elektrik air pada
permukaan lempung berbeda dari free water. Perbandingan hydrogen bonds,
gaya Van der walls dan sifat-sifat kimia dengan jarak molekul dengan partikel
Gambar 2.16 Grafik perbandingan unsur kimia dan jarak dari permukaan
partikel lempung (Holtz dan Kovacs, 1981)
2.2 Semen
2.2.2.1 Umum
Semen merupakan perekat hidrolis dimana senyawa-senyawa yang terkandung di
dalam semen dapat bereaksi dengan air dan membentuk zat baru yang bersifat
sebagai perekat terhadap batuan. Semen mimiliki susunan yang berbeda-beda, dan
semen dapat dibedakan menjadi 2 kelompok yaitu:
1 Semen non-hidrolik
Semen hidrolik adalah semen yang memiliki kemampuan untuk mengikat
dan mengeras didalam air. Contoh semen hidrolik antara lain semen
portland, semen pozzolan,semen alumina, semen terak, semen alam dan
lain-lain.
Semen non hidrolik adalah semen yang tidak memiliki kemampuan untuk
mengikat dan mengeras didalam air, akan tetapi dapat mengeras di udara.
Contoh utama dari semen non hidrolik adalah kapur.
2.2.2.2 Semen Portland
Semen Portland adalah perekat hidrolis yang dihasilkan dari penggilingan klinker
dengan kandungan utamanya adalah kalsium silikat dan satu atau dua buah bentuk
kalsium sulfat sebagai bahan tambahan.
2.2.2.3 Jenis-Jenis Semen Portland
Sesuai dengan kebutuhan pemakaian semen yang disebabkan oleh kondisi lokasi
maupun kondisi tertentu yang dibutuhkan pada pelaksanaan konstruksi, dalam
perkembangannya dikenal berbagai jenis semen Portland antara lain :
1. Semen Portland Biasa
Semen Portland jenis ini digunakan dalam pelaksanaan konstruksi secara
umum jika tidak diperlukan sifat-sifat khusus, seperti ketahanan terhadap
sulfat, panas hidrasi rendah, kekuatan awal yang tinggi dan sebagainya.
ASTM mengklasifikasikan semen Portland ini sebagai tipe I.
2. Semen Portland dengan Ketahanan Sedang Terhadap Sulfat
Semen ini digunakan pada konstruksi jika sifat ketahanan terhadap sulfat
dengan tingkat sedang, yaitu dimana kandungan sulfat (SO3) pada air
tanah dan tanah masing-masing 0,8% - 0,17% dan 125 ppm, serta pH tidak
3. Semen Portland dengan Kekuatan Awal Tinggi
Semen Portland yang digiling lebih halus dan mengandung tricalsium
silikat (C3S) lebih banyak dibanding semen Portland biasa. Semen jenis ini
memiliki pengembangan kekuatan awal yang tinggi dan kekuatan tekan
pada waktu yang lama juga lebih tinggi dibanding semen Portland biasa.
ASTM mengklasifikasikan semen ini sebagai tipe III.
4. Semen Portland dengan Panas Hidrasi Rendah
Semen jenis ini memiliki kandungan tricalsium silikat (C3S) dan tricalsium
aluminat (C3A) yang lebih sedikit, tetapi memiliki kandungan C3S yang
lebih banyak dibanding semen Portland biasa dan memiliki sifat-sifat :
a. Panas hidrasi rendah
b. Kekuatan awal rendah, tetapi kekuatan tekan pada waktu lama sama
dengan semen Portland biasa
c. Susut akibat proses pengeringan rendah
d. Memiliki ketahanan terhadap bahan kimia, terutama sulfat
ASTM mengklasifikasikan semen jenis ini sebagai tipe IV.
5. Semen Portland dengan Ketahanan Tinggi Terhadap Sulfat
Semen jenis ini memiliki ketahanan yang tinggi terhadap sulfat. Semen ini
diklasifikasikan sebagai tipe V pada ASTM. Semen jenis ini digunakan
pada konstruksi apabila dibutuhkan ketahanan yang tinggi terhadap sulfat,
0,17% - 1,67% dan 125 ppm – 1250 ppm, seperti pada konstruksi
pengolah limbah atau konstruksi dibawah permukaan air.
6. Semen Portland Blended
Semen Portland blended dibuat dengan mencampur material selain
gypsum kedalam klinker. Umumnya bahan yang dipakai adalah terak
dapur tinggi (balst-furnase slag), pozzolan, abu terbang (fly ash) dan
sebagainya. Jenis-jenis semen Portland blended adalah :
a. Semen Portland Pozzolan (Portland Pozzolanic Cement)
b.Semen Portland Abu Terbang (Portland Fly Ash Cement)
c. Semen Portland Terak Dapur Tinggi (Portland Balst-Furnase Slag
Cement)
d.Semen Super Masonry
Persyaratan komposisi kimia semen Portland menurut ASTM Designation C 150-92,
Table 2.7 Persyaratan Standart Komposisi Kimia Portland Cement
Sumber : ASTM Standart On Soil Stabilization With Admixure 1992
2.3 Abu Gunung Vulkanik
Abu vulkanik merupakan material yang dikeluarkan dari perut bumi ketika terjadi
erupsi gunung berapi serta dapat terangkut air dan angin hingga jarak
berkilometer dari letak gunung berapi berada. Abu vulkanik menjadi isu
lingkungan yang penting karena jumlahnya yang cukup banyak dan
piroklastik yang sangat halus namun memiliki ciri bentuk yang beragam.
Dalam bidang teknik, penggunaan abu vulkanik sebagai bahan tambah masih sangat
sedikit dan terbatas, sedangkan gunung berapi yang masih aktif mengeluarkan
abu vulkanik setiap tahunnya sangat banyak.
Menurut Balai Teknik Kesehatan Lingkungan (BTKL) Yogyakarta (1994, dalam
Usman, 2008), kandungan kimia terbesar dalam abu vulkanik adalah SiO2 sebesar
54,61%. Kandungan SiO2 merupakan unsur penyusun utama dalam
pembentukan semen, dengan demikian abu vulkanik memiliki sifat pozolanik dan dapat
dimanfaatkan sebagai substitusi semen.
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Program Penelitian
Penelitian ini dilakukan pada sampel tanah yang tidak diberikan bahan stabilisasi
(tanah asli) dan pada tanah yang diberikan bahan stabilisasi kimiawi berupa penambahan
Semen Portland Tipe I (PC) dan abu gunung vulkanik (AGV) dengan berbagai variasi
campuran.
Program penelitian dalam penelitian ini meliputi pekerjaan persiapan, pekerjaan
uji laboratorium dan analisis hasil uji laboratorium. Skema program penelitian dapat
Persiapan
6. Uji Kuat Tekan Bebas (UCT)
Pembuatan Benda Uji 2. Lakukan pemeraman (curing time) 7 hari. 3. Pemadatan dengan Proctor Standar.
Uji Kuat Tekan Bebas
Analisis Data Lab
Kesimpulan dan Saran
Gambar 3. Diagram Alir Penelitian
3.1 Pekerjaan persiapan
oMencari studi literatur yang berhubungan dengan proses stabilisasi tanah
lempung dengan campuran semen dan abu kayu bakar dan literatur
mengenai uji Unconfined Compression Test (UCT).
oPengambilan sampel tanah
Sampel tanah yang dipakai dalam penelitian ini diambil dari Jalan Raya
Medan Tenggara, Sumatera Utara. Tanah yang diambil termasuk tanah
lempung dengan kadar air rendah – sedang.
oPengadaan semen
Semen yang dipakai adalah jenis semen Portland tipe I dengan merk
dagang Semen Padang (PPC / Portland Pozzolan Cement).
oPengadaan abu gunung vulkanik
Berasal dari limbah letusan gunung merapi Sinabung di kabupaten Tanah
Karo, Sumatera Utara.
3.2 Proses Pengambilan Sampling Tanah
Adapun pengambilan (proses) sampling tanah tidak terganggu (undisturbed) yang
diperoleh dari lapangan adalah dengan menggunakan hand bor dan untuk sampel tanah
agar humus dan akar-akar tanaman yang ada dapat terangkat dan tidak terikut dalam
tanah yang akan dipakai.
Adapun prosedur sampling yang dilakukan adalah:
Menentukan lokasi tanah yang akan dilakukan sampel, yaitu di Jalan Raya Medan Tenggara, Medan, Sumatera Utara
Melakukan pembersihan humus dan akar-akar tanaman yakni ± 30cm dari muka tanah.
Melakukan pengambilan sampel tanah yang akan digunakan. Untuk pengujian tanah asli diambil dari contoh tanah tidak terganggu (undisturbed) dan untuk pengujian tanah campuran diambil dari tanah terganggu (disturbed) dicampur dengan semen dan abu gunung vulkanik.
Pada pengujian kuat tekan tanah (unconfined compression test) sampel tanah asli diambil dari tanah undisturbed dengan menggunakan alat pengeluar sampel tanah dari tabung tanah undisturbed dan dimasukkan ke dalam mould sampel UCT test.
3.3 Pekerjaan Laboratorium 3.3.1 Uji Sifat Fisik Tanah
Dalam penelitian ini pengujian laboratorium dilakukan untuk mengetahui
sifat-sifat fisik dari tanah asli yang digunakan dalam penelitian ini. Hal ini
dilakukan untuk dapat mengetahui karakteristik serta sifat-sifat tanah yang akan
diuji. Adapun pengujian-pengujian di laboratorium yang dilakukan untuk
memperoleh nilai serta sifat fisik tanah diantaranya adalah :
Uji Kadar Air ( Water Content Test ) Uji Berat Jenis ( Specific Gravity Test ) Uji Berat Volume ( Volume Weight Test ) Uji batas-batas Atterberg ( Atterberg Limit ) Uji analisa saringan ( Sieve Analysis )
3.3.2 Uji Sifat Mekanis Tanah
Pengujian ini diperlukan agar dapat mengetahui besar kadar air optimum serta mengetahui berat isi kering maksimum.Hal ini sangat diperlukan karena dalam proses pencampuran (mix design) yang akan dilakukan dapat diibaratkan bahwa sampel tanah campuran dianggap memiliki kepadatan lapangan dan kadar air lapangan seperti tanah undisturbed.
Dalam proses sebelum pencampuran tanah asli dengan bahan stabilisator perlu dilakukan pemeraman (curing time). Curing time dimaksudkan agar bahan stabilisator yang telah bercampur dengan tanah tersebut dalam sepenuhnya memberikan efek dan bereaksi dengan tanah tersebut.Pada percobaan ini digunakan pemeraman selama 7 hari.
Pembuatan benda uji dilakukan dengan cara trial error, yang dimaksud dengan membuat disturbed dengan cara mengupayakan kadar air campuran tanah, semen dan abu gunung vulkanik sama dengan sampel tanah asli. Hal ini dilakukan berulang-ulang sehingga didapat ukuran kadar air keduanya yang relative sama. Jika sampel dengan kadar air yang pas sudah didapat maka dapat dilakukan pengujian selanjutnya.
Namun secara teori jika suatu tanah dicampur dengan semen maka campuran tersebut akan mengalami absorbsi air berlebih sehingga perlunya diperhitungkan berapa penambahan air yang diperlukan pada setiap variasi pencampuran benda uji.
3.3.2.2 Uji UCT (Unconfined Compression Test)
Pengujian selanjutnya adalah pengujian yang dilakukan tidak pada
tanah asli saja namun juga pada tanah yang telah dicampur. Pengujian UCT
ini ditujukan untuk mendapatkan nilai kuat tekan tanah pada tanah lempung
asli dan tanah lempung yang telah dicampur dengan semen dan abu gunung
vulkanik dengan berbagai variasi yang telah ditentukan.
3.4 Analisis Data Laboratorium
Setelah seluruh data-data yang diperoleh baik dari pengujian sifat fisik dan sifat
Setelah data dikumpulkan kemudian dilakukan analisa data hasil pengujian laboratorium
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pendahuluan
Bab ini akan menjelaskan mengenai hasil pengujian dan pembahasan penelitian uji kuat tekan bebas tanah lempung dengan campuran semen 2% dan 4% dengan
campuran abu gunung vulkanik 2%,4%,6% dan 8%.Penelitian dilakukan di Laboratorium Mekanika Tanah, Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara dengan sampel tanah yang diperoleh dari Jalan Medan Tenggara, Medan, Sumatera Utara.
4.2 Pengujian Sifat Fisik Tanah 4.2.1 Pengujian Sifat Fisik Tanah Asli
Hasil uji sifat fisik tanah asli dapat dilihat pada Tabel 4.1. Hasil-hasil pengujian sifat fisik tanah ini meliputi :
Kadar air Berat jenis
Batas-batas Atterberg Uji analisa butiran
Tabel 4.1 Data uji sifat fisik tanah
No Pengujian Hasil
Berdasarkan sistem klasifikasi AASHTO, dimana diperoleh data berupa persentase tanah lolos ayakan no. 200 sebesar 51,18% dan nilai batas cair (liquid limit) sebesar 44,08 maka sampel tanah memenuhi persyaratan minimal lolos ayakan no. 200 sebesar 36%, memiliki batas cair (liquid limit) ≥ 41 dan indeks plastisitas (plasticity index) > 11, sehingga tanah sampel dapat diklasifikasikan dalam jenis tanah A-7-6.
sehingga dilakukan plot pada grafik penentuan klasifikasi tanah yaitu yang ditunjukkan pada Gambar 4.1. Dari hasil plot diperoleh tanah termasuk dalam kelompok CL yaitu lempung anorganik dengan plastisitas rendah sampai sedang.
Gambar 4.2 Grafik analisa saringan
Gamba r 4.3 Grafik batas cair (Liquid Limit) , Atterberg Limit
4.2.2 Pengujian Sifat Fisik Tanah dengan Bahan Stabilisator
Adapun hasil pengujian sifat fisik tanah yang telah dicampur dengan bahan stabilisator berupa semen dan abu gunung vulkanik ditunjukkan pada Tabel 4.2. Grafik hubungan antara nilai batas cair (LL) dengan variasi campuran ditunjukkan pada Gambar 4.4, hubungan antara nilai batas plastis (PL) dengan variasi campuran ditunjukkan pada Gambar 4.5, dan hubungan antara nilai indeks plastisitas (IP) dengan variasi campuran ditunjukkan pada Gambar 4.6.
Tabel 4.2 Data Hasil Uji Atterberg Limit
Sampel Batas - Batas Atterberg
2% PC + 6% AGV , 7 hari 37,82 14,07 23,75
Gambar 4.4 Grafik hubungan antara nilai batas cair (LL) dengan variasi campuran PC dan AGV dengan waktu pemeraman selama 7 hari.
Pada Gambar 4.4 menunjukkan bahwa batas cair akibat penambahan bahan stabilisasi semen dan abu gunung vulkanik cenderung mengalami penurunan. Semakin besar persentase abu gunung vulkanik, maka semakin kecil batas cairnya. Pada tanah asli batas cair mencapai 44,08 % sedangkan nilai batas cair terendah pada penambahan 2% dan 4% semen dan abu gunung vulkanik 8% sebesar 37,84% dan 29,67%. Hal ini disebabkan tanah mengalami proses sementasi oleh semen dan abu gunung vulkanik sehingga tanah menjadi butiran yang lebih besar yang menjadikan gaya tarik menarik antar partikel dalam tanah menurun.
Gambar 4.5 Grafik hubungan antara nilai batas plastis (PL) dengan variasi campuran PC dan AGV dengan waktu pemeraman selama 7 hari.
Pada Gambar 4.5 memperlihatkan terjadinya peningkatan nilai batas plastis pada campuran semen 4% akibat penambahan bahan stabilisasi. Nilai batas plastis meningkat seiring dengan pertambahan kadar abu gunung vulkanik yang ditambahkan. Hal ini dapat dimungkinkan karena adanya proses reaksi pengikatan antara semen dan abu gunung vulkanik terhadap tanah lempung.
Sedangkan pada campuran semen 2% tidak mengalami peningkatan yang
signifikan,kemungkinan hal ini diakibatkan tidak cukupnya bahan campuran semen untuk mengikat abu gunung vulkanik yang memiliki kandungan lanau yang tinggi yang
terkandung di dalamnya.
Gambar 4.6 Grafik hubungan antara nilai IP dengan variasi campuran PC dan AGV dengan waktu pemeraman selama 7 hari.
Pada Gambar 4.6 memperlihatkan bahwa dengan penambahan bahan stabilisasi maka nilai indeks plastisitas akan menurun. Hal ini disebabkan oleh menurunnya nilai batas cair dan meningkatnya batas plastis.
Penurunan indeks plastisitas menunjukkan bahwa tingkat kadar air di dalam tanah semakin berkurang dan dapat menyebabkan meningkatnya kuat tekan campuran tersebut.
4.3 Pengujian Sifat Mekanis Tanah
4.3.1 Pengujian Pemadatan Tanah (Compaction)
Dalam pengujian ini diperoleh hubungan antara kadar air optimum dan berat isi kering maksimum. Dalam hal ini peneliti menggunakan metode pengujian dengan uji pemadatan ProctorStandart. Dimana alat yang digunakan diantaranya :
Mould cetakan Ø 10,2 cm, diameter dalam Ø 10,16 cm. Berat penumbuk 2,5 kg dengan tinggi jatuh 30 cm. Sampel tanah lolos saringan no 4.
Hasil uji pemadatan Proctor Standart ditampilkan pada Tabel 4.3 dan kurva pemadatan ditampilkan pada Gambar 4.7.
Tabel 4.3 Data uji pemadatan tanah
No Hasil pengujian Nilai
1 Kadar air optimum 19,76%
