Pengujian CBR (California Bearing Ratio) pada Stabilitas Tanah Lempung dengan Campuran Semen Portland Tipe I dan Abu Vulkanik

(1)

TUGAS AKHIR

PENGUJIAN CBR (CALIFORNIA BEARING RATIO) PADA STABILITAS TANAH LEMPUNG DENGAN CAMPURAN SEMEN PORTLAND TIPE I

DAN ABU VULKANIK

Diajukan untuk melengkapi tugas – tugas dan memenuhi syarat untuk menjadi Sarjana

Disusun Oleh :

PRINCE JOY SORMIN 110404129

BIDANG STUDI GEOTEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

(2)

ABSTRAK

Tanah lunak merupakan tanah kohesif yang merugikan dalam konstruksi, dikarenakan rendahnya kuat geser dan kompresibilitas yang besar. Beberapa solusi yang dilakukan terhadap tanah lunak adalah dengan stabilisasi tanah, akibat sifat buruk yang dimiliki tanah lunak tersebut, sehingga stabilisasi tanah adalah cara yang tepat dalam memperbaiki sifat buruk tanah tersebut, yaitu mencampur tanah dasar dengan bahan tambah (additive) yang sifatnya dapat menguatkan struktur tanah tersebut.

Penelitian bertujuan untuk mengetahui sifat fisik (index properties) dari tanah asli, untuk mengetahui pengaruh penambahan semen dan abu vulkanik terhadap stabilitas tanah, dan ntuk mencari kadar persentase yang efektif dengan penambahan semen dan abu vulkanik terhadap daya dukung tanah. Penelitian dimulai dengan melakukan pengambilan sampel tanah lempung dan pengujian di laboratorium untuk mengetahui nilai index properties dan engineering properties menggunakan uji CBR (California Bearing Ratio). Sampel tanah terdiri dari 39 (tiga puluh sembilan) variasi campuran semen dan abu vulkanik. Dengan kadar semen sebesar 2%, 3%, 4% dan variasi kadar abu gunung vulkanik dari 2%-14%.

Dari hasil penelitian diperoleh bahwa sampel tanah memiliki kadar air 17,89%; berat jenis 2,651; batas cair 45,49% dan indeks plastisitas 30,29%. Berdasarkan klasifikasi AASHTO, sampel tanah tersebut termasuk dalam jenis A-7-6 sedangkan berdasarkan klasifikasi USCS, sampel tanah tersebut termasuk dalam jenis (CL).

Dari pengujian CBR (California Bearing Ratio) pada sampel tanah asli diperoleh nilai CBR sebesar 4,18%. Setelah tanah distabilisasi dengan berbagai variasi semen dan abu gunung vulkanik diperoleh kesimpulan bahwa penambahan 2% PC + 8% AVG memberikan stabilisasi tanah lempung yang paling optimal. Karena perbandingan nilai CBR pada 2% PC + 8% AVG, 3% PC + 6% AVG, dan 4% PC + 5% AVG tidak terlalu jauh. Sehingga untuk menghemat biaya dalam pembangunan, maka penambahan 2% PC + 8% AVG yang paling optimal.

(3)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur saya ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan anugerah, berkat dan karunia-Nya hingga terselesaikannya Tugas Akhir ini dengan judul “Pengujian CBR (California Bearing Ratio) Pada Stabilitas Tanah Lempung Dengan Campuran Semen Portland Tipe I Dan Abu Vulkanik”. Tugas Akhir ini disusun untuk diajukan sebagai syarat dalam ujian sarjana Teknik Sipil bidang studi Geoteknik pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Saya menyadari bahwa dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini tidak terlepas dari bimbingan, bantuan dan dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, saya ingin mengucapkan terima kasih kepada beberapa pihak, diantaranya :

1. Bapak Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE., sebagai dosen pembimbing dan

sebagai orang tua yang telah sabar memberi arahan, bimbingan, saran,

serta motivasi kepada Penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.

2. Bapak Ir. Rudi Iskandar, MT., dan Ibu Ika Puji Hastuty, ST, MT., sebagai

Dosen Pembanding dan Penguji Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik

Universitas Sumatera Utara.

3. Bapak Prof. Dr. Ing.Johannes Tarigan, sebagai Ketua Departemen Teknik

Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

4. Bapak Ir. Syahrizal, MT., sebagai Sekretaris Departemen Teknik Sipil

Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

5. Ibu Ika Puji Hastuty, ST, MT., sebagai Kepala Laboratorium Mekanika

Tanah Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera

Utara.

6. Seluruh Bapak dan Ibu Dosen Pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas

(4)

memberikan pengajaran kepada Penulis selama menempuh masa studi di

Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

7. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik

Universitas Sumatera Utara.

8. Para Asisten Laboratorium Mekanika Tanah USU yang telah membantu

dan memberikan penjelasan dalam pengerjaan Tugas Akhir ini.

9. Keluargaku yang tercinta, kepada bapak saya Drs. JP Sormin.MM dan

kepada ibu saya Ibu Dra. M. Simangunsong yang dengan penuh cinta

kasih dan kesabaran dalam merawat, mendidik, menjaga, mendoakan serta

berjuang dengan keras untuk selalu memenuhi kebutuhan hidup saya

hingga berhasil mendapatkan kesempatan untuk menempuh pendidikan

yang tinggi. Semoga Tuhan Yang Maha Kuasa selalu melimpahkan berkat

bagi beliau.

10. Kedua adik saya Jean Reinhard Sormin dan Jesika Sormin atas doa, dan

dukungan dalam mengerjakan Tugas Akhir ini.

11. Sahabat setia saya Debbye Adria Hutagalung yang selalu mendoakan,

memberi semangat, menghibur saya, dan selalu ada buat saya.

12. Sahabat - sahabat yang selalu memberi dukungan dalam keadaan apapun,

Daniel Sitanggang, Yopi Suranta, dan Andama.

13. Rekan-rekan seperjuangan stambuk 2011, Wisman, Andrew, Defrin, dan

yang lainnya yang tidak dapat disebutkan satu persatu namanya yang telah

memberi dukungan serta semangat dalam pengerjaan Tugas Akhir ini.

14. Teman-teman Geoteknik Daniel, Wisman, Ari, Zul Taufik, Evand, Sylda,

(5)

15. Adik-adik stambuk 2014, Erik, Bandry Nainggolan dan yang lainnya yang

tidak dapat disebutkan satu persatu namanya yang turut memberi

dukungan dan bantuan dalam pengerjaan Tugas Akhir ini.

Saya menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan yang disebabkan keterbatasan pengetahuan dan kurangnya pemahaman saya. Oleh karena itu, saya mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari para pembaca.

Akhir kata, saya mengucapkan terima kasih dan semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca. Tuhan memberkati.

Medan, Januari 2016

(6)

DAFTAR ISI

Abstrak ... i

Kata Pengantar ... ii

Daftar Isi... v

Daftar Gambar ... ... ix

Daftar Tabel ... .. xii

Daftar Notasi... .. xiii

Daftar Lampiran... xv

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Tujuan dan Manfaat Penelitian ... 4

1.2.1 Tujuan ... 4

1.2.2 Manfaat ... 4

1.3 Pembatasan Penelitian ... 5

1.4 Sistematika Penulisan ... 6

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 8

2.1 Tinjauan Umum ... 8

2.1.1 Tanah ... 8

2.1.2 Sifat-sifat Fisik Tanah ... 9

2.1.2.1 Porositas (Porosity) ... 9

2.1.2.2 Angka Pori (Void Ratio)... 10

2.1.2.3 Derajat Kejenuhan (S) ... 10

(7)

2.1.2.5 Berat Volume (Unit Weight) ... 11

2.1.2.6 Berat Volume Kering (Dry Unit Weight) .... 12

2.1.2.7 Berat Volume Butiran Padat (Soil Volume Weight) ... 12

2.1.2.8 Batas-batas Atterberg (Atterberg Limit)... 13

2.1.2.8.1 Batas Cair (Liquid Limit)... 13

2.1.2.8.2 Batas Plastis (Plastic Limit) ... 14

2.1.2.8.3 Batas Susut (Shrinkage Limit) ... 14

2.1.2.8.4 Indeks Plastisitas (Plasticity Index)... 15

2.1.2.8.5 Indeks Cair (Liquidity Indeks) ... 16

2.1.2.9 Berat Jenis (Spesific Grafity) ... 17

2.1.2.10 Klasifikasi Tanah ... 18

2.1.2.10.1. Klasifikasi Unified ... 18

2.1.2.10.2. Klasifikasi AASHTO... ... 21

2.1.3 Sifat-sifat Mekanis Tanah ... 22

2.1.3.1 Pemadatan Tanah ... 22

2.1.3.2 Pengujian CBR (California Bearing Ratio) . 25 2.2 Bahan-bahan Penelitian ... 26

2.2.1 Tanah Lempung ... 26

2.2.1.1 Lempung dan Mineral Penyusunnya ... 28

2.2.1.2 Sifat Umum Tanah Lempung ... 34

2.2.2 Semen ... 39

2.2.2.1Umum ... 39

(8)

2.2.2.2.1 Hidrasi Semen ... 40

2.2.2.2.2 Jenis-jenis Semen Portland ... 41

2.2.3 Abu Vulkanik Gunung (AVG) ... 43

2.3 Stabilisasi Tanah ... 45

2.3.1 Stabilisasi Tanah dengan Semen ... 47

2.3.2 Proses Kimia Pada Stabilisasi Tanah dengan Semen ... 47

2.3.3 Stabilisasi Tanah dengan Abu Vulkanik ... 49

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 50

3.1 Program Penelitian ... 50

3.2 Pekerjaan Persiapan ... 50

3.3 Proses Sampling ... 52

3.4 Pekerjaan Laboratorium ... 52

3.4.1 Uji Sifat Fisik Tanah ... 52

3.4.2 Uji Sifat Mekanis Tanah ... 53

3.4.2.1Uji Proctor Standar ... 53

3.4.2.2Uji CBR (California Bearing Ratio) ... 54

3.5 Analisis Data Laboratorium ... 56

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 57

4.1 Pendahuluan ... 57

4.2 Pengujian Sifat Fisik Tanah ... 57

4.2.1 Pengujian Sifat Fisik Tanah Asli ... 57

(9)

4.2.2.1Batas Cair ... 64

4.2.2.2Batas Plastis ... 66

4.2.2.3Indeks Plastisitas ... 67

4.3 Pengujian Sifat Mekanis Tanah ... 69

4.3.1 Pengujian Pemadatan Tanah Asli ... 69

4.3.2 Pengujian Pemadatan Tanah (Compaction) dengan Bahan Stabilisator ... 70

4.3.2.1Berat Isi Kering Maksimum (γd maks) ... 73

4.3.2.2Kadar Air Optimum Campuran ... 75

4.3.3 Pengujian CBR (California Bearing Ratio) ... 77

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 82

5.1 Kesimpulan ... 82

5.2 Saran ... 84

Daftar Pustaka ... xvi

(10)

DAFTAR GAMBAR

Hal

Gambar 2.1 Diagram Fase Tanah 8

Gambar 2.2 Batas-batas Atterberg 13

Gambar 2.3 Cawan Casagrande dan Grooving Tool 14

Gambar 2.4 Klasifikasi Tanah Sistem USCS 20

Gambar 2.5 Klasifikasi Tanah Sistem AASHTO 22

Gambar 2.6 Hubungan Antara Kadar Air dan Berat Isi Kering Tanah 24

Gambar 2.7 Struktur Atom Mineral Lempung 30

Gambar 2.8 Struktur Kaolinite 32

Gambar 2.9 Struktur Illite 33

Gambar 2.10 Struktur Montmorillonite 34

Gambar 2.11 Sifat Dipolar Molekul Air 36

Gambar 2.12 Molekul Air Dipolar Dalam Lapisan Ganda 37

Gambar 2.13 Kation dan Anion Pada Partikel 39

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian 51

Gambar 4.1 Plot Grafik Klasifikasi USCS 59

Gambar 4.2 Grafik Analisa Saringan 59

(11)

Gambar 4.4a Grafik hubungan antara nilai batas cair (LL) dengan variasi campuran 2% PC dan 2% - 14% AVG 64

Gambar 4.4b Grafik hubungan antara nilai batas cair (LL) dengan variasi campuran 3% PC dan 2% - 14% AVG 64

Gambar 4.4c Grafik hubungan antara nilai batas cair (LL) dengan variasi campuran 4% PC dan 2% - 14% AVG 65

Gambar 4.5a Grafik hubungan antara nilai batas plastis (PL) dengan variasi campuran 2% PC dan 2% - 14% AVG 66

Gambar 4.5b Grafik hubungan antara nilai batas plastis (PL) dengan variasi campuran 3% PC dan 2% - 14% AVG 66

Gambar 4.5c Grafik hubungan antara nilai batas plastis (PL) dengan variasi campuran 4% PC dan 2% - 14% AVG 67

Gambar 4.6a Grafik hubungan antara nilai indeks plastisitas (IP) dengan variasi campuran 2% PC dan 2% - 14% AVG 67

Gambar 4.6b Grafik hubungan antara nilai indeks plastisitas (IP) dengan variasi campuran 3% PC dan 2% - 14% AVG 68

Gambar 4.6c Grafik hubungan antara nilai indeks plastisitas (IP) dengan variasi campuran 4% PC dan 2%-14% AVG 68

Gambar 4.7 Kurva Kepadatan Tanah Asli 70

Gambar 4.8a Grafik hubungan antara berat isi kering maksimum (γd maks)

tanah dengan variasi campuran 2% PC dan 2% - 14% AVG 74

(12)

Gambar 4.8c Grafik hubungan antara berat isi kering maksimum (γd maks)

Gambar 4.9a Grafik hubungan antara kadar air optimum tanah (wopt )

dengan variasi campuran 2% PC dan 2% - 14% AVG 75

Gambar 4.9b Grafik hubungan antara kadar air optimum tanah (wopt )

dengan variasi campuran 3% PC dan 2% - 14% AVG 76

Gambar 4.9c Grafik hubungan antara kadar air optimum tanah (wopt )

dengan variasi campuran 4% PC dan 2% - 14% AVG 76

Gambar 4.10a Grafik nilai CBR dengan variasi campuran

2% PC dan 2% - 14% AVG 80

Gambar 4.10b Grafik nilai CBR dengan variasi campuran

3% PC dan 2% - 14% AVG 80

Gambar 4.10c Grafik nilai CBR dengan variasi campuran

(13)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Derajat Kejenuhan dan Kondisi Tanah 11

Tabel 2.2 Indeks Plastisitas Tanah 16

Tabel 2.3 Berat Jenis Tanah 17

Tabel 2.4 Aktivitas Tanah Lempung 35

Tabel 2.5 Komposisi Kimia Semen Portland 43

Tabel 2.6 Hasil Pengujian Analisis Kimia Abu Vulkanik 45

Tabel 4.1 Data Uji Sifat Fisik Tanah 58

Tabel 4.2a Data Hasil Uji Atterberg Limit Dengan Variasi Campuran

2% PC ditambah 2% - 14% AVG 61

Tabel 4.2b Data Hasil Uji Atterberg Limit Dengan Variasi Campuran

Tabel 4.2c Data Hasil Uji Atterberg Limit Dengan Variasi Campuran

Tabel 4.3 Data Uji Pemadatan Tanah Asli 70

Tabel 4.4a Data Hasil Uji Compaction Dengan Variasi Campuran

Tabel 4.4b Data Hasil Uji Compaction Dengan Variasi Campuran

Tabel 4.4c Data Hasil Uji Compaction Dengan Variasi Campuran

Tabel 4.5a Data Hasil Uji CBR Laboratorium Dengan Variasi Campuran 2% PC ditambah 2% - 14% AVG 77

Tabel 4.5b Data Hasil Uji CBR Laboratorium Dengan Variasi Campuran 3% PC ditambah 2% - 14% AVG 78

(14)

DAFTAR NOTASI

Berat tanah basah dalam cawan percobaan Berat tanah kering oven

Volume tanah basah dalam cawan Volume tanah kering oven

Berat jenis air IP Indeks plastisitas LL Batas cair

(15)

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran-1, Data Uji Laboratorium, Kadar Air dan Berat Jenis

Lampiran-2, Data Uji Laboratorium, Analisa Saringan

Lampiran-3, Data Uji Laboratorium, Atterberg Limit

Lampiran-4, Data Uji Laboratorium, Compaction Test

Lampiran-5, Data Uji Laboratorium, CBR (California Bearing Ratio)

Lampiran-6, Data Komposisi Kimia Abu Vulkanik