BAB I BAB I
PENDAHULUAN PENDAHULUAN
1.1
1.1 Latar BelakangLatar Belakang
Dalam konstruksi bangunan sipil masing-masing struktur bangunan saling Dalam konstruksi bangunan sipil masing-masing struktur bangunan saling mendukung sehingga tercapai keseimbangan gaya. Jika salah satu struktur bangunan mendukung sehingga tercapai keseimbangan gaya. Jika salah satu struktur bangunan sudah tidak mampu mengimbangi gaya luar yang terjadi maka akan mengakibatkan sudah tidak mampu mengimbangi gaya luar yang terjadi maka akan mengakibatkan kerusakan
kerusakan keseluruhan konkeseluruhan konstruksi bangustruksi bangunan. Disamping nan. Disamping itu itu juga sering kjuga sering kali dijumpaiali dijumpai permasalahan
permasalahan pada pada tanah tanah dasarnya. dasarnya. Dimana Dimana suatu suatu konstruksi konstruksi bangunan bangunan sipil sipil selaluselalu berdiri
berdiri di di atas atas tanah tanah dasar dasar yang yang akan akan menerima menerima dan dan menahan menahan beban beban dari dari keseluruhankeseluruhan struktur di atasnya. Sedangkan tanah memiliki karakteristik dan sifat-sifat yang berbeda struktur di atasnya. Sedangkan tanah memiliki karakteristik dan sifat-sifat yang berbeda dari satu lokasi dengan lokasi lainnya. Sehingga diperlukan penanganan dan perlakuan dari satu lokasi dengan lokasi lainnya. Sehingga diperlukan penanganan dan perlakuan khusus dalam mengatasi permasalahan yang mungkin terjadi dalam perencanaan suatu khusus dalam mengatasi permasalahan yang mungkin terjadi dalam perencanaan suatu konstruksi bangunan sipil.
konstruksi bangunan sipil.
Tanah berpotensi sebagai media penurunan kadar bahan pencemar yang dibawa Tanah berpotensi sebagai media penurunan kadar bahan pencemar yang dibawa oleh air dimana berlangsung proses fisik, fisik-kimia dan biologis (Masduqi, 2004). oleh air dimana berlangsung proses fisik, fisik-kimia dan biologis (Masduqi, 2004). Lempung adalah salah satu bagian fraksi (ukuran) tanah yang memiliki kemampuan Lempung adalah salah satu bagian fraksi (ukuran) tanah yang memiliki kemampuan mengadsorpsi logam berat disebabkan adanya muatan elektronegatif dan dimampukan mengadsorpsi logam berat disebabkan adanya muatan elektronegatif dan dimampukan untuk melakukan pertukaran kation dan serapan air (Tan, 1991). Lempung memiliki untuk melakukan pertukaran kation dan serapan air (Tan, 1991). Lempung memiliki pengaruh
pengaruh terhadap terhadap sifat sifat kimia kimia dan dan fisika fisika tanah tanah disebabkadisebabkan n kandungakandungan n mineral mineral dalamdalam lempung.
lempung.
Mineral lempung merupakan salah satu kekayaan Indonesia yang berlimpah Mineral lempung merupakan salah satu kekayaan Indonesia yang berlimpah dandan belum dimanfaatkan sec
belum dimanfaatkan secara optimal. Tanah lempung secaara optimal. Tanah lempung secara geolois adalah mineral alamra geolois adalah mineral alam dari keluarga silikat yang berbentuk kristal dengan struktur berlapis (Karna, 2002). dari keluarga silikat yang berbentuk kristal dengan struktur berlapis (Karna, 2002). Bentonit merupakan salah satu jenis lempung yang banyak terdapat di beberapa wilayah Bentonit merupakan salah satu jenis lempung yang banyak terdapat di beberapa wilayah Indonesia diantaranya terdapat di sebagian besar daerah Nusa Tenggara, Sulawesi, Jawa Indonesia diantaranya terdapat di sebagian besar daerah Nusa Tenggara, Sulawesi, Jawa Barat, Jawa Tengah, Yogyakarta, Jawa Timur, Sumatera Selatan, Jambi, dan Sumatera Barat, Jawa Tengah, Yogyakarta, Jawa Timur, Sumatera Selatan, Jambi, dan Sumatera Utara (Soedjoko, 1987).
Utara (Soedjoko, 1987).
Pemanfaatan mineral lempung di Indonesia belum dilakukan secara optimal di Pemanfaatan mineral lempung di Indonesia belum dilakukan secara optimal di berbagai daerah. Di
berbagai daerah. Di berbagai daerah, lempung berbagai daerah, lempung selama ini selama ini hanya dijadikan media hanya dijadikan media tanamtanam maupun bahan timbunan bangunan, padahal lempung memiliki banyak kegunaan, salah maupun bahan timbunan bangunan, padahal lempung memiliki banyak kegunaan, salah satunya sebagai adsorben ekonomis dengan kapasitas adsorpsi yang besar, dan lain satunya sebagai adsorben ekonomis dengan kapasitas adsorpsi yang besar, dan lain – –
lain. Berdasarkan pemaparan diatas, baiknya kita mengetahui apa yang dimaksud lain. Berdasarkan pemaparan diatas, baiknya kita mengetahui apa yang dimaksud dengan tanah lempung sehingga kita dapat mengembangkan atau mengaplikasikan dengan tanah lempung sehingga kita dapat mengembangkan atau mengaplikasikan lempung sebagai zat padat
lempung sebagai zat padat yang dapat bermanfaat.yang dapat bermanfaat.
1.2
1.2 Rumusan MasalahRumusan Masalah 1.
1. Apa saja yang dimaksud dengan Lempung ?Apa saja yang dimaksud dengan Lempung ? 2.
2. Apa saja sifatApa saja sifat – – sifat yang dimiliki Tanah Lempung ? sifat yang dimiliki Tanah Lempung ? 3.
3. Bagaimana Cara mengidentifikasi Lempung dan komposisi struktur TanahBagaimana Cara mengidentifikasi Lempung dan komposisi struktur Tanah Lempung ?
Lempung ?
1.3
1.3 Tujuan MakalahTujuan Makalah 1.
1. Mengetahui definisi Tanah Mengetahui definisi Tanah Lempung.Lempung. 2.
2. Mengetahui sifat fisik dan kimia Mengetahui sifat fisik dan kimia dari Lempung.dari Lempung. 3.
3. Mengetahui cara mengidentifikasi Tanah Mengetahui cara mengidentifikasi Tanah Lempung.Lempung. 4.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian Tanah
Tanah sebagai yang dikemukakan oleh Joffe (1949) dalam Poerwowidodo (1991) merupakan suatu tubuh alami, terdiferensisasi menjadi horison – horison pelican dan bahan organik, umumnya tidak padu, jeluk beragam, berbeda dari bahan induk dibawahnya dalam hal morfologi, watak – watak fisis, bahan, watak – watak kimiawi, komposisi dan ciri – ciri biologis.
Tanah adalah suatu benda alam yang terdapat dipermukaan kulit bumi, yang tersusun dari bahan-bahan mineral sebagai hasil pelapukan batuan, dan bahan-bahan organik sebagai hasil pelapukan sisa-sisa tumbuhan dan hewan, yang merupakan medium atau tempat tumbuhnya tanaman dengan sifat-sifat tertentu, yang terjadi akibat dari pengaruh kombinasi faktor-faktor iklim, bahan induk, jasad hidup, bentuk wilayah dan lamanya waktu pembentukan (Yuliprianto, 2010).
Struktur tanah merupakan suatu sifat fisik yang penting karena dapat mempengaruhi pertumbuhan tanaman serta tidak langsung berupa perbaikan peredaran air, udara dan panas, aktivitas jasad hidup tanah, tersedianya unsur hara bagi tanaman, perombakan bahan organik, dan mudah tidaknya akar dapat menembus tanah lebih
dalam. Tanah yang berstruktur baik akan membantu berfungsinya faktor-faktor pertumbuhan tanaman secara optimal, sedangkan tanah yang berstruktur jelek akan menyebabkan terhambatnya pertumbuhan tanaman. Struktur tanah dapat dikatakan baik apabila di dalamnya terdapat penyebaran ruang pori-pori yang baik, yaitu terdapat ruang pori di dalam dan di antara agregat yang dapat diisi air dan udara dan sekaligus mantap keadaannya. Agregat tanah sebaiknya mantap agar tidak mudah hancur oleh adanya gaya dari luar, seperti pukulan butiran air hujan. Dengan demikian tahan erosi sehingga pori-pori tanah tidak gampang tertutup oleh partikel-partikel tanah halus, sehingga
infiltrasi tertahan dan run-off menjadi besar. Struktur tanah yang jelek tentunya sebaliknya dengan keadaan diatas. Dan kegiatan yang berupa pengolahan tanah, pembajakan, pemupukan termasuk pengapuran dan pupuk organik, lebih berhubungan
2.2 Kelas Tekstur Tanah
Berdasarkan ukuran partikel tanah, dikenal empat fraksi partikel tanah berdasarkan USDA (United States Department of Agriculture) yaitu: 1) . Fraksi kerikil >0,02 mm, 2). Fraksi pasir 0,05-2 mm, 3). Fraksi debu 0,002-0,05 mm, 4). Fraksi lempung <0,002 mm. Tekstur tanah biasanya ditempatkan karena berhubungan dengan pergerakan air dan zat terlarut, udara, pergerakan panas, beratvolume tanah, luas permukaan spesifik, kemudahan tanah memadat (compressibility) dan lain – lain (Hillel, 1982 dalam Kurnia dkk, 2006). Tekstur adalah perbandingan relatif antara fraksi pasir, debu dan lempung. Menurut winkler tanah dapat diklasifikasikan atas berbagai kelas tekstur seperti digambarkan pada segitia tekstur di bawah ini :
Gambar 1. Segitiga Tekstur
Salah satu kelas tekstur tanah adalah lempung. Lempung memiliki komposisi yang imbang antara fraksi kasar dan fraksi halus, dan lempung sering dianggap sebagai
tekstur yang optimal untuk pertanian. Lempung merupakan komponen penyusun tanah bersama – sama logam oksida, lempung merupakan komponen penyusun tanah bersama – sama logam oksida, dan bahan organik. Lempung terdiri dari senyawa alumina silika hidrat, bersifat plastis bila ditambah air, kaku bila kering dan padat bila dibakar pada suhu yang cukup tinggi.
Tabel 1. Rentang Batas Ukuran Butiran Tanah
Gambar 3. Bentuk Tipikal Butiran Kasar
2.3 Mineral Lempung
Mineral-mineral lempung terutama terdiri dari silikat aluminium dan/atau besi magnesium. Beberapa diantaranya juga mengandung alkali dan/atau tanah alkalin sebagai komponen dasarnya. Sebagian besar mineral lempung mempunyai struktur berlapis. Beberapa diantaranya berbentuk silinder memanjang atau struktur yang berserat. Mineral lempung berukuran sangat kecil (kurang dari 2 µm) dan merupakan partikel yang aktif secara elektrokimiawi yang hanya dapat dilihat dengan mikroskop
elektron.
Sumber utama dari mineral lempung adalah pelapukan kimiawi dari batuan yang mengandung : ♦ Felspar ortoklas ♦ Felspar plagioklas ♦ Mika (muskovit) yang semuanya dapat disebut silikat aluminium kompleks. Menurut Grimm, 1968 mineral lempung dapat terbentuk dari hampir setiap batuan selama terdapat cukup banyak alkali dan tanah alkalin untuk dapat membuat terjadinya reaksi kimia. Kalionit, Illit, dan monmorilonit merupakan beberapa contoh mineral lempung. Di antara ketiganya, kaolinit merupakan mineral lempung paling tidak aktif yang pernah diamati.
BAB III PEMBAHASAN
3.1 Pengertian Tanah Lempung
Lempung atau tanah liat adalah partikel mineral berkerangka dasar silikat yang berdiameter kurang dari 4 mikrometer. Lempung mengandung leburan silika dan/atau aluminium yang halus. Unsur-unsur ini, silikon, oksigen, dan aluminum adalah unsur yang paling banyak menyusun kerak bumi. Lempung terbentuk dari proses pelapukan batuan silika oleh asam karbonat dan sebagian dihasilkan dari aktivitas panas bumi.
Lempung membentuk gumpalan keras saat kering dan lengket apabila basah terkena air. Sifat ini ditentukan oleh jenis mineral lempung yang mendominasinya. Mineral lempung digolongkan berdasarkan susunan lapisan oksida silikon dan oksida aluminium yang membentuk kristalnya. Golongan 1:1 memiliki lapisan satu oksida silikon dan satu oksida aluminium, sementara golongan 2:1 memiliki dua lapis golongan oksida silikon yang mengapit satu lapis oksida aluminium. Mineral lempung golongan 2:1 memiliki sifat elastis yang kuat, menyusut saat kering dan memuai saat basah. Karena perilaku inilah beberapa jenis tanah dapat membentuk kerutan-kerutan
atau "pecah-pecah" bila kering (wikipedia.com)
Tanah lempung dan mineral lempung adalah tanah yang memiliki partikel- partikel mineral tertentu yang “menghasilkan sifat-sifat plastis pada tanah bila dicampur dengna air” (Grim, 1953). Partikel-partikel tanah berukuran yang lebih kecil dari 2 mikron (=2µ), atau <5 mikron menurut sistem klasifikasi yang lain, disebut saja sebagai partikel berukuran lempung daripada disebut lempung saja. Partikel-partikel dari mineral lempung umumnya berukuran koloid (<1µ) dan ukuran 2µ merupakan batas atas (paling besar) dari ukuran partikel mineral lempung. Untuk menentukan jenis lempung tidak cukup hanya dilihat dari ukuran butirannya saja tetapi perlu diketahui mineral yang terkandung didalamnya.
3.2 Sifat – Sifat Tanah Lempung
Sifat-sifat yang dimiliki tanah lempung (Hardiyatmo, 1999) adalah sebagai berikut:
1. Ukuran butir halus, kurang dari 0,002 mm 2. Permeabilitas rendah
3. Kenaikan air kapiler tinggi 4. Bersifat sangat kohesif
5. Kadar kembang susut yang tinggi 6. Proses konsolidasi lambat.
Kebanyakan jenis tanah terdiri dari banyak campuran atau lebih dari satu macam ukuran partikel. Tanah lempung belum tentu terdiri dari partikel lempung saja, akan tetapi dapat bercampur butir-butiran ukuran lanau maupun pasir dan mungkin juga terdapat campuran bahan organik.
3.3 Karakterisasi Fisik Tanah Lempung
Mineral lempung memiliki karakteristik yang sama. Beberapa sifat umum mineral lempung antara lain :
1. Hidrasi
Partikel lempung hampir selalu terhidrasi, yaitu dikelilingi oleh lapisan-lapisan molekul air yang disebut “air teradsorbsi” (adsorbsed water). Lapisan ini umumnya mempunyai tebal dua molekul dan disebut lapisan difusi (diffuse layer), lapisan difusi ganda atau lapisan ganda. Difusi “kation teradsorbsi” dari mineral lempung meluas keluar dari permukaan lempung sampai ke lapisan air. Lapisan air ini dapat hilang pada temperatur yang lebih tinggi dari 60 sampai 100 oC dan akan mengurangi plastisitas alamiah dari tanah. Sebagian air ini juga dapat hilang cukup dengan pengeringan udara saja. Apabila lapisan ganda mengalami dehidrasi pada temperatur rendah, sifat plastisitasnya dapat dikembalikan lagi dengan mencampurnya dengan air yang cukup dan dikeringkan selama 24 sampai 48 jam. Apabila dehidrasi terjadi pada temperatur yang lebih tinggi, sifat plastisitasnya akan turun atau berkurang untuk selamanya.
2. Aktivitas
Hasil pengujian index properties dapat digunakan untuk mengidentifikasi tanah ekspansif. Hardiyatmo (2006) merujuk pada Skempton (1953) mendefinisikan aktivitas tanah lempung sebagai perbandingan antara Indeks Plastisitas (IP) dengan prosentase butiran yang lebih kecil dari 0,002 mm yang dinotasikan dengan huruf
C, disederhanakan dalam persamaan:
Nilai-nilai khas aktivitas dari persamaan diatas adalah sebagai berikut :
Kaolinit 0,4 – 0,5 Illit 0,5 – 1,0
Montmorilonit 1,0 – 1,7
Indikator aktivitas yang praktis lebih baik adalah batas susut yaitu batas kadar air sebelum terjadi perubahan volume. Aktivitas dalam kaitannya dengan perubahan volume merupakan pertimbangan utama dalam mengevaluasi tanah yang akan dipakai dalam pekerjaan tanah dan pondasi. Kapasitas penggantian beberapa mineral lempung adalah sebagai berikut :
Tabel 2. Kapasitas Penggantian Mineral Lempung
meq = milliekivalen
Sumber : Joseph E. Bowles, 1984
Dalam pemakaian praktis, aktivitas lempung dapat ditentukan dalam karakteristik plastisitasnya yang berubah oleh substitusi ion-ion logam dari tingkat yang lebih tinggi, seperti terlihat pada skala substitusi berikut :
Sesuai dengan skala ini, Ca akan lebih mudah menggantikan Na atau Mg daripada Mg atau Na menggantikan Ca. Selain itu, dari sudut pandang praktis, makin tinggi kapasitas penggantian, makin banyak kation (dalam bentuk pencampuran) yang dibutuhkan untuk dapat mengubah suatu aktivitas.
3. Flokulasi dan Dispersi
Mineral lempung hampir selalu menghasilkan larutan tanah – air yang bersifat alkalin (Ph > 7) sebagai akibat dari muatan negatif netto pada satuan mineral. Akibat adanya muatan ini, ion-ion H+ didalam air, gaya Van der Waals, dan partikel berukuran kecil akan bersama-sama tertarik dan bersinggungan atau bertabrakan di dalam larutan itu. Beberapa partikel yang tertarik akan membentuk “flok” (floc) yang berorientasi secara acak atau struktur yang berukuran lebih besar yang akan mengendap didalam larutan itu dengan cepatnya dan membentuk sedimen yang sangat lepas. Di dalam laboratorium, contoh lempung seberat 50 atau 60 g akan mengendap di dalam larutan 1000 ml dalam waktu 30 menit, kecuali apabila formasi flok dapat dikontrol. Untuk menghindarkan flokulasi suatu larutan tanah – air yang terdispersi dapat dinetralisasikan dengan menambahkan ion- ion H+ yang dapat diperoleh dari bahan-bahan yang mengandung asam, misal sodium heksametafosfat.
Lempung yang baru saja terflokulasi dapat dengan mudah didispersikan kembali ke dalam larutan dengan menggoncangnya, yang menandakan bahwa tarikan antar partikel ternyata jauh lebih kecil dari gaya goncangan. Tetapi apabila lempung
tersebut telah didiamkan selama beberapa waktu dispersi tidak dapat tercapai dengan mudah, yang menunjukkan adanya gejala tiksotropik, di mana kekuatan didapatkan dari lamanya waktu. Sebagai contoh, tiang pancang yang dipancang ke dalam lempung lunak yang jenuh akan membentuk kembali struktur tanah di dalam suatu zona di sekitar tiang tersebut. Kapasitas beban awal biasanya sangat rendah, tetapi sesudah 30 hari atau lebih, beban desain akan dapat terbentuk akibat adanya adhesi antara lempung dan tiang (R.F.Craig, Mekanika Tanah ).
4. Pengaruh Zat cair
Fase air yang berada di dalam struktur tanah lempung adalah air yang tidak murni secara kimiawi. Pada pengujian di laboratorium untuk batas Atterberg, ASTM menentukan bahwa air suling ditambahkan sesuai dengan keperluan.
Pemakaian air suling yang relatif bebas ion dapat membuat hasil yang cukup berbeda dari apa yang didapatkan dari tanah di lapangan dengan air yang telah terkontaminasi. Air yang berfungsi sebagai penentu sifat plastisitas dari lempung. Satu molekul air memiliki muatan positif dan muatan negative pada ujung yang (dipolar). Fenomena hanya terjadi pada air yang molekulnya dipolar dan tidak terjadi pada cairan yang tidak dipolar seperti karbon tetrakolrida (CCl4) yang jika
dicampur lempung tidak akan terjadi apapun. 5. Sifat kembang susut (swelling potensial)
Plastisitas yang tinggi terjadi akibat adanya perubahan syistem tanah dengan air yang mengakibatkan terganggunya keseimbangan gaya-gaya didalam struktur tanah. Gaya tarik yang bekerja pada partikel yang berdekatan yang terdiri dari gaya elektrostatis yang bergantung pada komposisi mineral, serta gaya van der Walls yang bergantung pada jarak antar permukaan partikel. Partikel lempung pada umumnya berbentuk pelat pipih dengan permukaan bermuatan likstik negatif dan ujung-ujungnya bermuatan posistif. Muatan negatif ini diseimbangkan oleh kation air tanah yang terikat pada permukaan pelat oleh suatu gaya listrik. Sistem gaya internal kimia-listrik ini harus dalam keadaan seimbang antara gaya luar dan hisapan matrik. Apabila susunan kimia air tanah berubah sebagai akibat adanya perubahan komposisi maupun keluar masuknya air tanah, keseimbangan gaya – gaya
dan jarak antar partikel akan membentuk keseimbangna baru. Perubahan jarak antar partikel ini disebut sebagai proses kembang susut.
Tanah-tanah yang banyak mengandung lempung mengalami perubahan volume ketika kadar air berubah. Perubahan itulah yang membahayakan bagunan. Tingkat pengembangan secara umum bergantung pada beberapa faktor yaitu:
1. Tipe dan jumlah mineral yang ada di dalam tanah. 2. Kadar air.
3. Susunan tanah.
4. Konsentrasi garam dalam air pori. 5. Sementasi.
3.4 Identifikasi Tanah Lempung 1. Identifikasi minerallogi
Analisa Minerologi sangat berguna untuk mengidentifikasi potensi kembang susut suatu tanah lempung. Identifikasi dilakukan dengan cara:
- Difraksi sinar X (X-Ray Diffraction). - Difraksi sinar X (X-Ray Fluorescence) - Analisi Kimia (Chemical Analysis)
- Mikroskop Elektron (Scanning Electron Microscope). 2. Cara tidak langsung (single index method)
Hasil uji sejumlah indeks dasar tanah dapat digunakan untuk evaluasi berpotensi ekspansif atau tidak pada suatu contoh tanah. Uji indeks dasar adalah uji batas-batas Atterberg, linear shrinkage test (uji susut linear), uji mengembang bebas. Untuk melengkapi data dari contoh tanah yang digunakan dalam penelitian ini, dilakukan beberapa pengujian pendahuluan. Pengujian tersebut meliputi uji sifat-sifat fisis
tanah. Menurut Chen (1975), cara-cara yang bisa digunakan untuk mengidentifikasi tanah ekspansif dapat dilakukan dengan 2 cara yaitu:
1. Identifikasi mineralogi
2. Cara tidak langsung (indeks tunggal)
3.5 Struktur Komposisi Mineral Lempung
Mineral lempung merupakan pelapukan akibat reaksi kimia yang menghasilkan susunan kelompok partikel berukuran koloid dengan diameter butiran lebih kecil dari 0,002 mm. Menurut Holtz & Kovacs (1981) satuan struktur dasar dari mineral lempung terdiri dari Silica Tetrahedron dan Alumina Oktahedron. Satuan-satuan dasar tersebut bersatu membentuk struktur lembaran . Jenis-jenis mineral lempung tergantung dari kombinasi susunan satuan struktur dasar atau tumpukan lembaran serta macam ikatan antara masing-masing lembaran. Susunan pada kebanyakan tanah lempung terdiri dari silika tetrahedra dan alumunium okthedra (Gambar 4). Silika Tetrahedron pada dasarnya merupakan kombinasi dari satuan Silika Tetrahedron yang terdiri dari satu atom silicon yang dikelilingi pada sudutnya oleh empat buah atom Oksigen. Sedangkan Aluminium Oktahedron merupakan kombinasi dari satuan yang terdiri dari satu atom Alumina yang dikelilingi oleh atom Hidroksil pada keenam sisinya. Silika dan
aluminium secara parsial dapat digantikan oleh elemen yang lain dalam kesatuannya, keadaan ini dikenal sebagai substansi isomorf. Kombinasi dari susunan kesatuan dalam bentuk susunan lempeng terbentuk oleh kombinasi tumpukan dari susunan lempeng
dasarnya dengan bentuk yang berbeda-beda.
Kaolinite merupakan mineral dari kelompok kaolin, terdiri dari susunan satu lembaran silika tetrahedra dengan lembaran aluminium oktahedra, dengan satuan susunan setebal 7,2 Å (Gambar 4-a). Kedua lembaran terikat bersama-sama, sedemikian rupa sehingga ujung dari lembaran silika dan satu dari lepisan lembaran oktahedra membentuk sebuah lapisan tunggal. Dalam kombinasi lembaran silika dan aluminium, keduanya terikat oleh ikatan hidrogen (Gambar 4-b). Pada keadaan tertentu, partikel kaolinite mungkin lebih dari seratus tumpukan yang sukar dipisahkan. Karena itu, mineral ini stabil dan air tidak dapat masuk di antara lempengannya untuk menghasilkan pengembangan atau penyusutan pada sel satuannya.
*Oktahedral/Lembaran Alumina
Gambar 4. Mineral – Mineral Lempung
Gambar 4. (a) Diagram skematik struktur kaolinite (Lambe, 1953) (b) Struktur Atom Kaolinite (Grim, 1959)
Halloysite, hampir sama dengan kaolinite, tetapi kesatuan yang berturutan lebih acak ikatannya dan dapat dipisahkan oleh lapisan tunggal molekul air. Jika lapisan tunggal air menghilang oleh karena proses penguapan, mineral ini akan berkelakuan lain. Maka, sifat tanah berbutir halus yang mengandung halloysite akan berubah secara tajam jika tanah dipanasi sampai menghilangkan lapisan tunggal molekul airnya. Sifat khusus lainnya adalah bahwa bentuk partikelnya menyerupai silinder-silinder memanjang, tidak seperti kaolinite yang berbentuk pelat-pelat.
Montmorillonite, disebut juga dengan smectit, adalah mineral yang dibentuk oleh dua buah lembaran silika dan satu lembaran aluminium (gibbsite) (Gambar 5-a). lembaran oktahedra terletak di antara dua lembaran silika dengan ujung tetrahedra tercampur dengan hidroksil dari lembaran oktahedra untuk membentuk satu lapisan tunggal (Gambar 5-b). Dalam lembaran oktahedra terdapat substitusi parsial aluminium oleh magnesium. Karena adanya gaya ikatan van der Waals yang lemah di antara ujung lembaran silica dan terdapat kekurangan muatan negatif dalam lembaran oktahedra, air dan ion-ion yang berpindah-pindah dapat masuk dan memisahkan lapisannya. Jadi, kristal montmorillonite sangat kecil, tapi pada waktu tertentu mempunyai gaya tarik yang kuat terhadap air. Tanah-tanah yang mengandung montmorillonite sangat mudah
mengembang oleh tambahan kadar air, yang selanjutnya tekanan pengembangannya dapat merusak struktur ringan dan perkerasan jalan raya.
Gambar 5 (a) Diagram skematik struktur montmorrilonite (Lambe, 1953) (b) Struktur atom montmorrilonite (Grim, 1959)
Illite adalah bentuk mineral lempung yang terdiri dari mineral-mineral kelompok illite. Bentuk susunan dasarnya terdiri dari sebuah lembaran aluminium oktahedra yang terikat di antara dua lembaran silika tetrahedra. Dalam lembaran oktahedra, terdapat substitusi parsial aluminium oleh magnesium dan besi, dan dalam lembaran tetrahedra terdapat pula substitusi silikon oleh aluminium (Gambar 6). Lembaran-lembaran terikat besama-sama oleh ikatan lemah ion-ion kalium yang terdapat di antara lembaran-lembarannya. Ikatan-ikatan dengan ion kalium (K +) lebih lemah daripada ikatan hidrogen yang mengikat satuan kristal kaolinite, tapi sangat lebih kuat daripada ikatan ionik yang membentuk kristal montmorillonite. Susunan Illite tidak mengembang oleh gerakan air di antara lembaran-lembarannya.
Air biasanya tidak banyak mempengaruhi kelakuan tanah nonkohesif. Sebagai contoh, kuat geser tanah pasir mendekati sama pada kondisi kering maupun jenuh air. Tetapi, jika air berada pada lapisan pasir yang tidak padat, beban dinamis seperti gempa bumi dan getaran lainnya sangat mempengaruhi kuat gesernya. Sebaliknya, tanah butiran halus khususnya tanah lempung akan banyak dipengaruhi oleh air. Karena pada tanah berbutir halus, luas permukaan spesifik menjadi lebih besar, variasi kadar air akan mempengaruhi plastisitas tanahnya. Distribusi ukuran butiran jarang-jarang sebagai faktor yang mempengaruhi kelakuan tanah butiran halus. Batas-batas Atterberg digunakan untuk keperluan identifikasi tanah ini.
3.6 Interaksi Air dan Mineral Dalam Fenomena Tanah Lempung
Permukaan mineral lempung tanah biasanya mengandung muatan elektro negatif yang memungkinkan terjadinya reaksi pertukaran kation, muatan ini merupakan hasil satu atau beberapa lebih dari reaksi yang berbeda.
Tabel 3. Kisaran kapasitas tukar kation (Chen, 1975)
Pada mineral lempung kering, muatan negatif pada permukaan akan dinegralkan oleh kation-kation lain yang mengelilingi partikel tersebut secara exchange able cation akibat adanya perbedaan kekuatan muatan dan gaya tarik-menarik elektrostatik Van der Waals. Karenanya perbedaan kekuatan muatan dimungkinkan antar yang ada di sekeliling partikel lempung bisa saling mendesak posisi atau bertukar. Kemampuan mendesak dari kation-kation dapat dilihat dari besarnya potensi mendesak sesuai urutan berikut:
Al3+>Ca2+>Mg2+≥NH4+>K +>H+>Na+>Li+
Kation Li+ tidak dapat mendesak kation lain yang berada dikirinya (Kim. H. Tan, 1982).
Molekul air merupakan molekul dipolar karena atom Hidrogen tidak tersusun simetris disekitar atom oksigen, melainkan membentuk sudut ikatan 105o akibatnya molekul-molekul air berperilaku seperti batang-batang kecil yang mempunyai muatan positif disatu sisi dan muatan negatif disisi lain. Interaksi antara molekul-molekul air
dengan partikel lempung dapat melalui tiga proses. Pertama, kutub positif molekul dipolar air akan saling menarik dengan muatan negatif permukaan partikel lempung. Kedua, molekul air diikat oleh partikel lempung melalui ikatan Hidrogen (Hidrogen air ditarik oksigen atau hidroksil lain yang ada pada permukaan partikel lempung). Proses ketiga, penarikan molekul air oleh muatan negatif permukaan lempung secara berantai melalui kation yang mengapung dalam larutan air. Faktor paling dominan adalah proses ikatan hidrogen.
Menurut Mitchell (1976) molekul air dekat permukaan akan memiliki sifat kelistrikan dan termodinamika yang berbeda dengan molekul air bebas yang sangat jauh dari daerah ikatan. Jumlah molekul air yang berinteraksi dengan permukaan lempung akan sangat dipengaruhi oleh jenis mineral yang ada yaitu pada nilai luasan permukaan
spesifiknya (specific surface). Luas permukaan lempung merupakan faktor utama yang mempengaruhi besarnya molekul air yang ditarik untuk membentuk lapisan Rangkap (Diffuse Double Layer). Fenomena ini mengidentifikasikan kemampuan mineral lempung menarik molekul air atau menunjukkan kapasitas perilaku plastis tanah lempung.
3.7 Stabilitas Tanah Lempung
Maksud dari stabilisasi tanah adalah untuk menambah kapasitas dukung tanah dan kenaikan kekuatan yang akan diperhitungkan pada proses perancangan tebal perkerasan. Karena itu, stabilisasi tanah membutuhkan metode perancangan dan pelaksanaan yang lebih teliti dibandingkan dengan modifikasi tanah. Banyak material tanah di lapangan tidak dapat digunakan sebagai bahan dasar dalam pengerjaan konstruksi. Kondisi material tanah yang tidak memenuhi syarat ini dapat diperbaiki sifat teknisnya sehingga kekuatannya meningkat. Memperbaiki sifat-sifat tanah dapat dilakukan dengan cara, yaitu cara pemadatan (secara teknis), mencampur dengan tanah lain, mencampur dengan semen, kapur atau belerang (secara kimiawi), pemanasan dengan temperatur tinggi, dan lain sebagainya. Usaha-usaha stabilisasi tanah telah lama dilakukan penelitian dan pelaksanaan baik secara tradisional maupun dengan beberapa teknologi. Stabilisasi tanah biasanya dilakukan untuk perbaikan lapisan tanah lantai kerja, badan jalan, bendungan, konstruksi timbunan dan sebagainya.
Prinsip usaha stabilisasi tanah ialah menambah kekuatan lapisan tanah sehingga bahaya keruntuhan diperkecil. Peningkatan kekuatan ini dikaji dari perubahan tegangan. Menurut Ingels dan Metcalf (1972), sifat-sifat tanah yang diperbaiki dengan stabilisasi dapat meliputi : kestabilan volume, kekuatan/daya dukung, permeabilitas, dan kekekalan/keawetan. Dan menurut Ingles dan Metcalf (1972) stabilisasi kapur dapat mengubah tanah menjadi gumpalan-gumpalan partikel. Banyaknya kapur yang digunakan berkisar antara 5-10%, yang menghasilkan konsentrasi ion kalsium lebih besar dari yang diperlukan sebenarnya.
BAB IV PENUTUP
4.1 Kesimpulan
1. Lempung membentuk gumpalan keras saat kering dan lengket apabila basah terkena air. Sifat ini ditentukan oleh jenis mineral lempung yang mendominasinya. Mineral lempung digolongkan berdasarkan susunan lapisan oksida silikon dan oksida aluminium yang membentuk kristalnya. 2. Struktur komposisi lempung terdiri dari kallonite, halloysite, montmorillonit
dan illet yang memiliki struktur yang berbeda.
3. Memperbaiki sifat-sifat tanah dapat dilakukan dengan cara, yaitu cara pemadatan (secara teknis), mencampur dengan tanah lain, mencampur dengan semen, kapur atau belerang (secara kimiawi), pemanasan dengan temperatur tinggi, dan lain sebagainya.
4.2 Saran
1. Mahasiswa mampu memahami apa yang dimaksud dengan lempung.
2. Mahasiswa mampu memahamai struktur dalam dari lempung dan komposisi penyusun lempung.
DAFTAR PUSTAKA
Anonim. Lempung .wikipedia.com. diakses tanggal 27 September 2014.
Anonim. Repository.usu.ac.id/Lempung.Diakses tanggal 27 September 2014
Erizal. Mekanika Tanah (ppt). Bogor : Institut Pertanian Bogor. Diakses tanggal 28 September 2014
Iek, Sakti Anie.2009. Karakterisasi Mineral Lempung Asal Sowi Kabupaten Manokwari. Papua : Universita Negeri Papua.
Kurnia, dkk.2006. Sifat Fisik Tanah dan Metode Analisisnya. Balai Besar Penelitian dan Pengembangan Sumberdaya Lahan Pertanian. Departemen Pertanian. Masduqi.2007.Teknologi Alamiah untuk Pengolahan Air Limbah Industri. ITS.Seminar
Nasional.www.google.com. diakses tanggal 28 September 2014. Poerwidodo. 1991.Genesa Tanah Batuan Pembentuk Tanah. Jakarta : Rajawali.
Tan, Kim H. 1991. Dasar – Dasar Kimia Tanah, Penerjemah: Didiek H.G. Yohyakarta : Universitas Gajah Mada Press.
