PENGARUH PENAMBAHAN ABU CANGKANG SAWIT TERHADAP DAYA DUKUNG DAN KUAT TEKAN PADA TANAH LEMPUNG DITINJAU DARI UJI UCT DAN CBR LABOARATORIUM

(1)

PENGARUH PENAMBAHAN ABU CANGKANG SAWIT

TERHADAP DAYA DUKUNG DAN KUAT TEKAN PADA

TANAH LEMPUNG DITINJAU DARI UJI UCT DAN CBR

LABOARATORIUM

T E S I S Oleh DEBBY ENDRIANI 097 016 013/TS

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

PENGARUH PENAMBAHAN ABU CANGKANG SAWIT

TERHADAP DAYA DUKUNG DAN KUAT TEKAN PADA

TANAH LEMPUNG DITINJAU DARI UJI UCT DAN CBR

LABOARATORIUM

T E S I S

Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik dalam Program Studi Teknik Sipil

pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara

Oleh

DEBBY ENDRIANI 097 016 013/TS

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(3)

Telah diuji pada

Tanggal 11 Februari 2012

PANITIA PENGUJI TESIS

KETUA : Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE.

ANGGOTA : Dr. Ir. M. Sofian Asmirza Silalahi, M.Sc. Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan

Dr. Ir. A. Perwira Mulia Tarigan, M.Sc. Ir. Rudi Iskandar, M.T.

(4)

PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI

Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis ” Pengaruh Penambahan Abu Cangkang

Sawit Terhadap Daya Dukung Dan Kuat Tekan Pada Tanah Lempung Ditinjau Dari Uji UCT Dan CBR Laboaratorium” adalah karya saya dan belum pernah diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam tesis ini dan dicantumkan dalam daftar pustaka.

Medan, Februari 2012

Debby Endriani NIM. 097 016 013

(5)

ABSTRAK

Stabilisasi tanah lempung sampai saat ini selalu diupayakan baik menyangkut bahan stabilisator maupun teknologi perbaikan tanah tersebut. Bahan-bahan untuk stabilisasi tanah lempung yang saat ini sering digunakan antara lain: GEOSTA yang masih diimpor dan harganya relatif mahal, kapur, abu terbang, yang dahulu merupakan limbah saat ini dimanfaatkan untuk pozzolan pada adukan beton maupun stabilisasi tanah, sehingga nilai ekonomisnya menjadi tinggi.

Dalam penelitian ini akan dicari bahan alternatif untuk stabilisasi tanah yaitu pemanfaatan abu cangkang sawit yang berasal dari limbah padat Pabrik Pengolahan Kelapa Sawit yang jumlahnya terus meningkatdan belum termanfaatkan dengan baik. Pengujian yang dilakukan adalah : batas-batas konsistensi tanah lempung sebelum dan setelah dicampur dengan abu cangkang sawit. Pengujian pemadatan tanah asli dan tanah yang sudah distabilisasi, serta pengujian kuat tekan bebas tanah asli dan tanah yang sudah distabilisasi dengan abu cangkang sawit, juga pengujian kuat dukung tanah lempung yang diuji dengan pengujian CBR Unsoaked dan Soaked. Hasil penelitian menunjukkan bahwa : penambahan abu cangkang sawit pada tanah lempung menurunkan tekanan dan potensi pengembangan. Potensi pengembangan turun dari 2% pada tanah asli menjadi 0,89% pada tanah dengan kadar abu cangkang sawit 6%. Dengan bertambahnya kadar abu cangkang sawit, kepadatan maksimum meningkat dan dicapai nilai maksimum pada kadar abu cangknag sawit 6%. Dengan naiknya kadar abu cangkang sawit, kuat tekan bebas naik sampai dengan kadar 6%

dengan nilai 0,43 kg/cm2 menjadi 0,87 kg/cm2 kemudian menurun pada kadar abu

yang lebih tinggi 9% yaitu dengan nilai 0,49 kg/cm2 . Begitu juga dengan pengujian CBR, nilai CBR mengalami kenaikan dengan bertambahnya kadar abu cangkang sawit pada 6% dengan nilai 4,77% dari nilai CBR tanah asli sebesar 2,27% dan kembali mengalami penurunan pada kadar abu cangkang sawit yang lebih tinggi pada 9% nilai CBR turun menjadi 4,20%.

(6)

ABSTRACT

Clay stabilization process either the material of its stabilisator or the technology for its improvement is up to now always implemented. The materials for clay

stabilization currently used are, among other things, GEOSTA which is still imported and its price is relatively expensive, and flying ashes which used to be a waste is currently used for pozolan in concrete mixture and soil stabilization that its economic value becomes higher.

This study looked for an alternative material for soil stabilization through the ashes of oil-palm shells from the solid waste of palm oil mills. The tests done were the consistency limits of clay before and after being mixed with the ashes of oil-palm shells. The tests on the compaction of native soil and stabilized soil and the free pressed power of native soil and the soil stabilized with ashes of oil-palm shells as well as the carrying capacity of clay tested using Unsoaked and soaked CBR.

The result of this study showed that the mixture of the ashes of oil-palm shells into the clay decreased the pressure and potential of development. The potential of development decreased from 2% in native soil to 0.89% in the soil with the content of ashes of oil-palm shells 6%. With the increase of the content of ashes of oil-palm shells, the maximum density increased and the maximum value of oil-palm shell ashes content of 6% was achieved, the free pressed power increased up to the content of 6% from the value of 0.43 kg/cm2 to 0.87 kg/cm2, then at the content of ashes higher than 9% decreased with the value of 0.49 kg/cm2. The result of CBR test showed that the value of CBR increased in line with the increase of the content of ashes of oil-palm shell at 6% with the value of 4.77% from the value of CBR of native soil for 2.27% and then at the content of ashes higher than 9%, the value of CBR decreased to 4.20%.

(7)

KATA PENGANTAR

Bismillahirrahmanirrahim. Puji dan Syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT, karena berkat rahmat dan karunia-Nya yang telah memberikan segala petunjuk, kesehatan, kemampuan dan keterampilan sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis ini. Tesis ini disusun sebagai salah satu persyaratan untuk tercapainya penyelesaian pendidikan pada Program Studi Magister Teknik Sipil, Konsentrasi Bidang Geoteknik di Universitas Sumatera Utara.

Tesis ini bejudul “Pengaruh Penambahan Abu Cangkang Sawit Terhadap

Daya Dukung dan Kuat Tekan Pada Tanah Lempung Ditinjau Dan Uji UCT Dan CBR Laboratorium.” Tesis ini membahas tentang pemanfaatan limbah padat dari Pabrik Kelapa Sawit berupa abu cangkang sawit sebagai bahan alternatif pengganti additive yang akan digunakan sebagai stabilisasi jalan yang rusak akibat tanah dasar yang tidak baik dan dilakukan uji daya dukung menggunakan CBR (Caljfornia Bearing Ratio) dan uji kuat tekan dengan menggunakan UCT (Unconfined Compression Test).

Dalam proses penelitian serta penyusunan tesis ini penulis banyak mendapatkan bantuan dan berbagai pihak dan pada kesempatan ini, dengan segala kerendahan hati saya mengucapakan terima kasih yang sedalam-dalamnya kepada:

Bapak Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE, sebagai Ketua Program Studi Magister Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara dan juga dosen pembimbing I serta Bapak Dr. Ir. Sofian A. Silalahi, M.Sc, sebagai dosen pembimbing II yang telah banyak memberikan bimbingan serta masukan kepada penulis dalam penyelesaian tesis ini.

Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, Bapak Dr. Ir. A. Perwira Mulia Tarigan, M.Sc, Bapak Ir. Rudi Iskandar, MT sebagai Dosen Pembanding dan Penguji yang telah memberi masukan dan saran demi perbaikan tesis ini, serta seluruh dosen-dosen di Magister Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara.

Almarhum Papa Saya, khusus buat Mama yang penuh kasih sayang, serta suami dan anak-anakku tercinta yang selama proses belajar di Magister Teknik Sipil selalu memberikan dorongan dan motivasi kepada saya.

Teman-teman seperjuangan di Magister Teknik Sipil USU bidang Geoteknik angkatan 2008 dan 2009, khususnya buat Rasdinanta, Bang Semangat, Azka dan Nova yang banyak memberikan masukan, diskusi dan tukar pikiran selama ini.

Rekan-rekan mahasiswa di Magister Teknik Sipil USU serta Pak Yun sebagai pegawai administrasi Magister Teknik Sipil USU yang telah banyak membantu kelancaran administrasi selama penulis menempuh pendidikan hingga selesai.

Ir. Surta Ria N Panjaitan, MT, Kepala Laboratorium Mekanika Tanah institut Teknologi Medan dan Aazoki Waruwu, ST, MT Staf Pengajar Bidang Geoteknik di Institut Teknologi Medan, yang telah memberikan kesempatan melakukan penelitian di laboratorium mekanika tanah Institut Teknologi Medan dan sebagai teman diskusi dalam penyelesaian tesis ini. Asisten laboratorium mekanika tanah Teknik Sipil Institut Teknologi Medan.

(8)

Terimakasih disampaikan juga kepada Departemen Pendidikan Tinggi atas bantuan Beasiswa Pendidikan Pasca Sarjana (BPPS) yang diterima selama pendidikan Program Magister ini.

Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, yang telah mendukung hingga terselesaikan penulisan tesis ini.

Mudah-mudahan Allah SWT dapat memberikan keridhoan-Nya dan akan membalas segala budi baik mereka. Harapan Saya, tesis ini dapat dijadikan sebagai bahan referensi kepada pada peneliti lanjutan, sehingga diperoleh hasil yang dapat dijadikan referensi pada stabilisasi tanah dengan material alternatif seperti abu cangkang sawit dan bahan adittif lainnya.

Penulis menyadari bahwa tulisan ini masih banyak kekurangan, namun penulis juga berharap semoga tulisan ini dapat bermanfaat untuk penulis dan bagi pembaca yang mendalami bidang Teknik Sipil, khususnya bidang Geoteknik. Kritik dan saran mengenai tulisan ini akan diterima dengan ikhlas dan tangan terbuka. Akhir kata semoga tesis ini bermanfaat bagi pengembangan ilmu geoteknik.

Medan, Februari 2012 Penulis

Debby Endriani

(9)

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

ABSTRACT ... ii

KATA PENGANTAR ... iii

PERNYATAAN... v

DAFTAR RIWAYAT HIDUP ... vi

DAFTAR ISI ... vii

DAFTAR TABEL ... x

DAFTAR GAMBAR... xii

DAFTAR LAMPIRAN ... xiv

DAFTAR NOTASI... xvi

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Umum ... 1 1.2 Latar Belakang... 3 1.3 Perumusan Masalah... 5 1.4 Tujuan Penelitian... 6 1.5 Batasan Masalah ... 7 1.6 Lokasi Penelitian ... 8

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Tanah Lempung ... 9

2.2 Sistem Klasifikasi Tanah ... 11

2.2.1 Sistem Klasifikasi Tanah USCS... 12

2.2.2 Sistem Klasifikasi Tanah AASHTO... 14

2.3 Karakteristik Fisik Tanah Lempung ... 16

2.3.1 Identifikasi Tanah Lempung ... 19

2.3.1.1 Specivic Gravity (Gs)... 20

2.3.1.2 Batas Konsistensi (Atterberg)... 22

2.4 Struktur Komposisi Mineral Dalam Tanah Lempung ... 27

2.5 Interaksi Air Dan Mineral Dalam Tanah Lempung ... 32

2.6 Stabilisasi Tanah Lempung... 34

2.6.1 Modifikasi Tanah ... 34

2.6.2 Stabilisasi Tanah Lempung ... 34

2.7 Limbang Pengolahan Kepala Sawit... 36

2.7.1 Pemanfaatan Abu Cangkang Sawit ... 39

2.7.2 Material Alternatif Abu Cangkang Sawit ... 40

2.8 Stabilisasi Tanah Lempung dengan Abu Cangkang Sawit ... 44

2.8.1 Proses Kimia Pada Stabilisasi Tanah ... 45

2.9 Pengujian Pemadatan Tanah (Proctor Standard) ... 49

2.9.1 Penentuan Kadar Air Optimum... 52

(10)

2.11 Uji Tekan Bebas (UCT)... 56

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Kegiatan Penelitian ... 59

3.2 Pelaksanaan Penelitian ... 59

3.3 Tahapan Persiapan ... 60

3.4 Prosedur Test dan Variasi Campuran... 61

3.4.1 Prosedur Test... 61

3.4.2 Variasi Campuran dan pembuatan Benda Uji... 61

3.5 Pengujian Identifikasi Tanah Lempung ... 64

3.6 Pengujian Utama ... 70

3.7 Diagram Alir Penelitian ... 74

BAB IV HASIL PENELITIAN 4.1 Identifikasi Tanah Lempung dan Uji Indeks Tanah... 82

4.1.1 Uji Mineral Lempung... 75

4.1.2 Uji Indeks Tanah ... 76

4.1.2.1 Menurut USCS... 77

4.1.2.2 Menurut AASHTO ... 78

4.2 Hasil Pengujian Atterberg ... 80

4.3 Hasil Pengujian Analisa Saringan ... 81

4.4 Hasil Pengujian Specific Gravity ... 83

4.5 Hasil Pengujian Pemadatan Tanah ... 84

4.6 Hasil Pengujian Kuat Tekan Bebas (Unconfined Compression Test) ... 85

4.7 Hasil Pengujian CBR ... 86

BAB V ANALISIS DAN PEMBAHASAN 5.1 Analisa Mineralogi ... 89

5.1.A Analisa Minerologi dan Kimia Tanah Lempung... 89

5.1.B Analisa Hasil SEM ... 95

5.1.C Analisa Unsur Kimia ... 99

5.2 Klasifikasi Tanah ... 99

5.2.1 Klasifikasi Tanah Pulau Sicanang ... 99

5.2 Pengaruh Abu Cangkang Sawit Terhadap Batas Konsistensi ... 102

5.3 Pengaruh Abu Cangkang Sawit Terhadap Specific Gravity... 105

5.4 Pengaruh Abu Cangkang Sawit Terhadap Gradasi Butiran... 106

5.5 Pengaruh Abu Cangkang Sawit Terhadap Compaction ... 106

5.6 Pengaruh Abu Cangkang Sawit Terhadap Kuat Tekan ... 107

5.7 Pengaruh Abu Cangkang Sawit Terhadap CBR Unsoaked dan Soaked ... 108

5.8 Pelaksanaan Stabilisasi Tanah Dilapangan... 109

5.8.1 Pencampuran Tanah dan Abu Cangkang Sawit ... 110

(11)

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN

6.2 Kesimpulan ... 114 6.3 Saran... 116

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

(12)

DAFTAR GAMBAR

No Judul Gambar Halaman

2.1 Grafik Plastisitas Untuk Klasifikasi USCS ... 13

2.2 Grafik Plastisitas Untuk Klasifikasi Sistem AASHTO ... 15

2.3 Gambar Uji Batas Cair ... 23

2.4 Batas Kurva Pada Penentuan Batas Cair Tanah Lempung ... 23

2.5 Variasi Volme dan Kadar Air Pada Kedudukan Batas Cair, Batas Plastis, Batas Susut ... 26

2.6 Mineral-mineral Lempung ... 28

2.7 Diagram skematik struktur Kaolinite ... 28

2.8 Diagram skematik struktur Montmorrilonite ... 30

2.9 Diagram Skematik Struktur Illite ... 31

2.10 Data luas area kelapa sawit dan produksi CPO Indonesia dari Dirjenbun. 36

2.11 Pengolahan Kelapa Sawit ... 37

2.12 Penggunaan cangkang dan fiber sawit sebagai Boiler ... 38

2.13 Abu Cangkang sawit... 39

2.14 Kurva hubungan kadar air dengan berat volume kering ... 53

2.15 Skema uji tekan bebas ... 57

3.1 Pengujian Batas Konsistensi ... 67

3.2 Plastis Limit. ... 67 3.3 Batas Susut.. ... 67 3.4 Analisa Saringan ... 68 3.5 X-ray Difrraction ... 69 3.6 X-ray Diffraction ... 69 3.7 FotoSEM... 70

3.8 Unconfined Compression Test.. ... 73

3.9 Bagan Alir Kegiatan Penelitian ... 74

4.1 Klasifikasi Tanah berdasarkan USCS ... 77

4.2 Klasifikasi Tanah berdasarkan AASHTO ... 79

4.3 Grafik Hubungan Batas Atterberg dan Persentase Abu Cangkang Sawit . 81 4.4 Hubungan Persentase Abu Cangkang Sawit dengan Persentase Lolos No. 200 ... 82

4.5 Grafik Hubungan Persentase ACS dengan Berat Jenis ... 83

4.6 Grafik Hubungan Persentase ACS dengan Kadar Air Optimum ... 84

4.7 Grafik Hubungan Persentase ACS dengan Berat Isi kering ... 85

4.8 Grafik Hasil Pengujian Kuat Tekan Bebas ... 86

4.9 Grafik hasil Pengujian CBR Tidak Terendam ... 87

4.10 Grafik hasil Pengujian CBR Terendam ... 87

4.11 GrafikPengembanganuntuk4hariPerendaman ... 88

4.12 Grafik Pengujian CBR Tidak terendam dan Terendam terhadap abu cangkang sawit ... 88

(13)

5.1 Grafik parameter hasil uji Difraksi sinar X untuk tanah lempung ... 90 5.2 Grafik parameter hasil uji Difraksi sinar X untuk tanah lempung

dan ACS ... 91 5.3. aFoto SEM Untuk Tanah Lempung Tanpa campuran ... 96 5.3. bFotoSEMUntuk Tanah Lempung + ACS. ... 97

(14)

DAFTAR TABEL

No Judul Tabel Halaman

2.1 Nilai-nilai dari khas aktivitas ... 17

2.2 Specific Gravity mineral-mineral penting pada tanah... 21

2.3 Specific Gravity Tanah... 21

2.4 Nilai Indeks plastisitas dan macam tanah ... 24

2.5 Harga-harga batasan atterberg untuk mineral lempung ... 25

2.6 Kisaran Kapasitas Tukar Kation (Chen, 1975) ... 32

2.7 Komposisi Unsur Kimia pada Tanah Lempung... 36

2.8 Komposisi Unsur Kimia Abu Cangkang Sawit ... 40

2.9 Data Pemakaian Fiber dan Cangkang ... 41

2.10 Jumlah Pabrik dan kapasitas PKS di Indonesia ... 42

2.11 Produksi TBS Perkebunan Kelapa Sawit di Indonesia ... 42

2.12 Produksi TBS Kelapa Sawit di Sumatera Utara... 43

2.13 Komposisi Unsur Kimia Tanah Lempung dan Abu Cangkang sawit ... 45

2.14 Hubungan Kuat Tekan Bebas dengan Konsistensinya... 57

3.1. Sampel Pengujian Untuk Tanah Asli ... 62

3.2 Sampel Pengujian Untuk Campuran Tanah Asli + Abu Cangkan Sawit .. 63

4.1 Hasil Uji Mineral pada Tanah Lempung... 75

4.2 Hasil Uji Mineral pada Tanah Lempung + Abu Cangkang Sawit ... 75

4.3 Hasil Uji Komposisi Kimia Abu Cangkang Sawit... 75

4.4 Hasil Uji Komposisi Kimia Tanah Lempung Pulau Sicanang... 76

4.5 Klasifikasi Tanah menurut USCS ... 77

4.6 Klasifikasi Tanah USCS Pada Variasi Campuran... 78

4.7 Klasifikasi Tanah menurut AASHTO ... 79

4.8 Klasifikasi Tanah AASHTO Pada Variasi Campuran ... 80

4.9 Hasil Uji Atterberg Terhadap Penambahan Abu Cangkang Sawit ... 81

4.10 Hasil Uji Analisa Saringan Terhadap Penambahan Abu Cangkang Sawit 82 4.11 Hasil Uji Specivic Gravity Terhadap Penambahan Abu Cangkang Sawit 83 4.12 Hasil Uji Pemadatan Terhadap Penambahan Abu Cangkang Sawit ... 84

4.13 Hasil Pengujian Kuat tekan tanah lempung ... 85

4.14 Nilai CBR Unsoaked dan Soaked ... 86

(15)

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran Hasil uji Atterberg Tanah Asli

Lampiran Hasil uji Atterberg Tanah Asli + 3% Abu Cangkang Sawit

Lampiran Hasil uji Specific Gravity Tanah Asli

Lampiran Hasil uji Specific Gravity Tanah Asli + 3% Abu Cangkang Sawit

Lampiran Hasil uji Specific Gravity Tanah Asli +15% Abu Cangkang Sawit

Lampiran Hasil uji Pemadatan Tanah Asli

Lampiran Hasil uji Pemadatan Tanah Asli + 3% Abu Cangkang Sawit

Lampiran Hasil uji Kuatan Tekan Tanah Asli

Lampiran Hasil uji Kuatan Tekan Tanah Asli + 6% Abu Cangkang Sawit

Lampiran Hasil uji Kuatan Tekan Tanah Asli + 9% Abu Cangkang Sawit

Lampiran Hasil uji CBR Langsung Tanah Asli

Lampiran Hasil uji CBR Langsung Tanah Asli + 6% Abu Cangkang Sawit

Lampiran Hasil uji CBR Langsung Tanah Asli + 9% Abu Cangkang Sawit

Lampiran Hasil uji CBR Terendam Tanah Asli

Lampiran Hasil uji CBR Terendam Tanah Asli + 6% Abu Cangkang Sawit

Lampiran Hasil uji CBR Terendam Tanah Asli + 9% Abu Cangkang Sawit

Lampiran Hasil uji XRD Tanah Lempung

Lampiran Grafik Pengujian XRD Tanah Lempung

Lampiran Foto Scanning Electron Microskopic Tanah Lempung

Lampiran Hasil uji XRD Tanah Lempung + 9% Abu Cangkang Sawit

Lampiran Grafik Pengujian XRD Tanah Lempung + 9% Abu Cangkang Sawi

Lampiran Foto Scanning Electron Microskopic Tanah Lempung + 9% Abu

Cangkang Sawit

Lampiran Hasil Analisa Unsur Kimia Tanah Lempung dan Abu Cangkang Sawit

(16)

DAFTAR NOTASI

Gs = specific gravity pada temperatur 4° C

Ws = berat butiran padat (gr)

Vs = volume butir padat (cm3)

YS - = berat volume butiran padat (gr/cm

3 ) PI = Plastisitas Index (%) LL = Liquid Limit ( % ) PL = PlastisLimit (%) SL = Shrinkage Limit

W = berat total butiran tanah (gr) V = volume total butiran tanah (cm3) Yd = berat volume kering (gr/cm3) Yb = berat volume basah (gr/cm3)

w = kadar air (%)

CBR = California Bearing Ratio (%)

UCT = Unconfmed Compression Test (kg/cm2)

XRD = X Ray Difraction