1 PENDAHULUAN
Peningkatan kekuatan tanah untuk tujuan tertentu telah banyak dilakukan. Salah satu caranya adalah dengan memperbaiki sifat-sifatnya. Perbaikan tanah biasanya ditujukan karena terjadinya ketidak stabilan tanah, daya
dukung rendah, kekuatan geser yang rendah, terjadinya rembesan berlebihan dan liquifaksi. Konsep dasar yang dikembangkan dalam perbaikan tanah adalah mencakup kepadatan, proses hidrasi semen, peningkatan kekuatan dan rembesan. Menurut Ozel (2001) perbaikan tanah adalah suatu usaha untuk meningkatkan atau mempertahankan kekuatan, permebilitas,
Pengaruh Reaksi Semen Pada Peningkatan Kekuatan Soil Cement
Priyo Suroso
Mahasiswa Pascasarjana S3 Jurusan Teknik Sipil Universitas Hasanuddin Makassar
Lawalenna Samang
Dosen Jurusan Teknik Sipil Universitas Hasanuddin Makassar
Wihardi Tjaronge
Dosen Jurusan Teknik Sipil Universitas Hasanuddin Makassar
Muhammad Ramli
Dosen Jurusan Teknik Geologi Universitas Hasanuddin Makassar
ABSTRAK: Stabilisasi dengan menggunakan semen untuk meningkatkan daya dukung tanah telah banyak dilakukan. Penelitian-penelitian yang telah dilakukan banyak difokuskan pada sifat-sifat tanah yang telah distabilisasi. Tujuan penelitian ini difokuskan untuk mengetahui proses hidrasi semen yang dapat meningkatkan kekuatan soil cement. Pengamatan dengan menggunakan difraksi sinar-X (XRD), selain itu juga diamati korelasi peningkatan kekuatannya oleh proses hidrasi semen dengan uji kuat tekan bebas. Semen yang digunakan semen tipe-I dan dicampurkan kedalam tanah dengan variasi 6% dan 10%. Uji kuat tekan bebas (UCS) digunakan spesimen berbentuk silinder dan berumur 3, 7, 14, 21 dan 28 hari. Hasil uji menunjukkan kekuatan soil cement meningkat secara signifikan sampai umur 28 hari. Pengamatan difraksi sinar-X (XRD) dilakukan setelah pengujian kuat tekan bebas umur 28 hari. Hasilnya memperlihatkan bahwa peningkatan kekuatan disebabkan oleh hidrasi semen dalam soil cement, hal ini juga karena proporsi peningkatan hasil reaksi kalsium silikat hidrat (CSH).
Kata Kunci: soil cement, kuat tekan bebas, difraksi sinar-X (XRD), kalsium silikat hidrat (CSH)
ABSTRACT: Stabilization with cement has been done to increase the bearing capacity the soil. The studies have been done focused on the properties of the soil that has been stabilized. Objectives of this study was focused to know the cement hydration process that can increase the strength of soil-cement.Observation by X-ray diffraction (XRD), while also observed correlations increase in strength by the process of cement hydration with the compressive strength test. Used Cement Type-I and mixed into the the soil with a variation of 6% and 10%.Test of compressive strength (UCS) used cylindrical specimens and the age of 3, 7, 14, 21 and 28 days. The test results showed the strength of soil-cement increased significantly until the age of 28 days.Do the observations of X-ray diffraction (XRD) after compressive strength testing 28 days. The results showed that the increase in strength is caused by hydration of cement in the soil cement, it is also due to an increasing proportion of the reaction product of calcium silicate hydrate (CSH).
Keywords: soil cement, compressive strength, X-ray diffraction (XRD), calcium silicate hydrate (CSH)
Perkembangan Ilmu dan Teknologi Bidang Geoteknik pada Pembangunan yang Berwawasan Lingkungan Yogyakarta, 11 Agustus 2016
stabilitas volume dan karakterisitik daya tahan
sub-grades.
Tanah yang distabilsasi dengan semen mengindikasikan bahwa butiran semen mengisi rongga-rongga pori tanah sehingga tanah semakin padat. Penelitian tentang perbaikan tanah telah banyak dilakukan diantaranya dengan tujuan peningkatan kekuatan tanah lunak yang mempunyai kadar air tinggi dan kompresibilitas tinggi. Andriani et al. (2012) menyatakan bahwa stabilisasi tanah dengan semen, terjadi penurunan sifat plastisitas yang dapat mengurangi kembang susut tanah. Sariosseiri et al. (2011) dalam penelitiannya menyatakan bahwa perbaikan tanah dengan semen pada suatu lereng di Socorro dan diamati selama 5 bulan terjadi penurunan pelepasan tanah oleh karena curah hujan. Suardi (2005) dalam penelitiannya menyatakan bahwa masa perawatan berpengaruh terhadap kenaikan kuat tekan bebas, perawatan 0-7 hari naik 101,36% sedangkan masa perawatan 0-14 hari naik 122,28%. Mahasneh dan Shawabkeh (2005) menyatakan bahwa dalam campuran perbaikan tanah dengan jumlah materialnya : 25% pasir, 50% semen dan 25% lempung memberikan nilai permabilitas yang sangat rendah yaitu 9,15x10-6 cm/dtk. Park et al. (2010) dalam
penelitiannya menyatakan campuran tanah pasir dengan semen ditinjau terhadap kuat tekan menunjukkan kekuatan konstan setelah umur 28hari.
Ingles dan Metcalf (1972) menyatakan bahwa reaksi kimia semen dalam menaikkan kekuatan terjadi dalam dua proses yaitu primer dan skunder. Proses primer yaitu terjadinya hidrolisa dan hidrasi semen dimana partikel-pertikel semen membentuk ikatan butiran mineral tanah disekelilingnya. Proses skunder adalah proses yang dipengaruhi oleh kenaikan kekuatan campuran tanah semen dan juga mereduksi plastisitas dan sifat-sifat pengembangannya. Lambe (1962) menyatakan bahwa dengan adanya reaksi kimia, maka saat terjadi hidrasi semen tanah menjadi stabil. Dinyatakan pula bahwa semen ditambah oksida lain yang bereaksi dengan silika dalam tanah, maka akan mengikat partikel secara bersama-sama reaksi ini disebut sebagai pozolan. Menurut Neville (1998) dinyatakan bahwa pencampuran tanah dengan semen akan membentuk pozolan. Sifat pozolan adalah sifat yang dimiliki bahan-bahan yang mengandung senyawa silika dan alumina. Apabila
bahan-bahan ini dicampur dengan semen dan bereaksi dengan air maka akan membentuk senyawa CSH dan CAH, sehingga menjadi bahan pozolan yang mempunyai sifat seperti semen. Menurut ASTM C618-92a standar mutu pozolan ada tiga kelas yaitu kelas N, kelas C dan kelas F. Mutu yang baik apabila jumlah kadar SiO2+Al2O3+Fe2O3 lebih dari 70%.
Tujuan dalam penelitian ini adalah konsep peningkatan kekuatan stabilisasi kimia dengan semen type I pada jenis tanah sandyclay (SC). Pendekatan pengujian yang digunakan untuk mengevaluasi efek pengerasan adalah uji kuat tekan. Untuk menyelidiki senyawa kimia dan hasil reaksi digunakan difraksi sinar-X (XRD).
2 MATERIAL DAN METODE PENGUJIAN
2.1 Material
Pengambilan tanah penelitian dengan test pit lokasi Km 13 jalan Samarinda-Balikpapan Kalimantan Timur. Secara visual tanah berwarna kuning kemerahan dan tidak mengandung organik. Selanjutnya tanah diuji untuk memperoleh sifat-sifatnya, hasilnya seperti dalam Tabel1. Tanah diklasifikasikan sebagai tanah pasir berlempung campuran pasir-lempung bergradasi buruk menurut sistem klasifikasi Unified Soil Classification System (USCS).
Tabel 1. Hasil Pengujian Properties Tanah Properties Nilai
Specific Gravity (Gs) 2,65
Batas Cair (LL) Batas Plastis (PL) Indeks Plastisitas (PI)
18,45% 11,25% 7,20% Distribusi ukuran butiran :
- Pasir kasar (coarse sand)
- Pasir sedang (coarse sand)
- Pasir halus (coarse fined)
- Lanau (Silt) - Lempung (Clay) 2,00% 8,00% 55,00% 22,50% 12,50%
Hasil pengujian pemadatan modifikasi di laboratorium seperti ditunjukkan dalam Gbr. 1. Diperoleh hasil berat isi kering maksimum (dry max.) = 1,98 gr/cm3 dan kadar air optimum
Gbr. 1. Kurve Hasil Pemadatan Modifiksi Tanah.
2.2 Benda Uji dan Pengujian
Benda uji kuat tekan bebas dibuat berdasarkan kadar air optimum (wopt.), berat volume
maximum (γdry max.) dengan jumlah semen 6%
dan 10%. Jumlah semen dihitung terhadap berat kering tanah dengan menggunakan Pers (1), yaitu :
Wc = % semen x Ws (1)
dengan Wc = berat semen; Ws = berat kering tanah. Tanah dan semen yang telah disiapkan ditambahkan air dengan jumlah yang diperlukan pada kondisi optimum. Diaduk-aduk dengan menggunakan tangan sampai campuran homogen. Benda uji dicetak pada kepadatan maksimum dengan ukuran diameter 50 mm tinggi 100 mm dan selama masa pemeliharaan ditempatkan pada suhu udara tetap. Pengujian kuat tekan bebas dilakukan sesuai ASTM D 2166-91 pada umur spesimen 3, 7, 14, 21 dan 28 hari (Gbr. 2.).
Gbr. 2. Pengujian Kuat Tekan Bebas.
Pengamatan reaksi semen seperti kalsium silikat hidrat (CSH) dan kalsium hidroksida (Ca(OH)2) dilakukan pada soil cement 6% dan
10% pengujian kuat tekan bebas umur 28 hari. Pengujian difraksi sinar-X (XRD) untuk mendapatkan komposisi kimia dari tanah, soil cement 6% dan soil cement 10% dilakukan di laboratorium mikrostruktur Universitas Negeri Makassar.
3 HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Kuat Tekan Bebas
Nilai kuat tekan bebas untuk tanah asli tanpa semen sebesar 2,40 kg/cm2. Grafik
karakteristik hasil pengujian kuat tekan yang menunjukkan perkembangan kekuatan semen terhadap waktu pemeliharaan (umur) seperti dalam Gbr. 3.
Gbr. 3. Kurve Hubungan qu dan umur.
Semen mempunyai senyawa (kalsium silikat dan aluminat) bila bercampur dengan air akan membentuk senyawa hidrat dan menghasilkan ikatan yang keras dan kuat menyelimuti butiran tanahnya. Hasil penelitian menunjukkan bahwa berdasarkan uji kuat tekan bebas (UCS) tanah yang distabilisasi dengan semen meningkat signifikan kekutannya dari pada tanah tanpa distabilisasi. Kemudian berdasarkan Gbr. 3 terlihat bahwa kekutan meningkat secara linier pada umur 2 minggu awal (umur 14 hari). Untuk soil cement 6% kekuatan meningkat secara linier sampai umur 28 hari, sedang soil cement 10% setelah umur 14 hari mengalami peningkatan kekuatan secara signifikan sampai umur 28 hari. Hal ini menunjukkan bahwa jumlah
semen dapat berpengaruh terhadap peningkatan kekuatan soil cement dalam waktu jangka panjang. Dengan demikian stabilisasi tanah dapat menunjukkan potensi sebagai perbaikan tanah untuk tujuan daya dukung dan pondasi perkerasan jalan.
3.2 Difraksi Sinar-X (XRD)
Hasil pemeriksaan difraksi sinar-X (XRD) tanah asli yang tidak distabilisasi dengan semen, seperti pada Tabel 2 hasil pemeriksaan komposisi kimiawi.
Tabel 2. Komposisi Kimia Tanah SC.
Senyawa kimia Kandungan (%) Fe2O3 3,83 SiO2 51,75 MgO 4,46 Al2O3 22,80 P2O5 4,16 SO3 4,01 CaO 5,34
Hasil pemeriksaan mineral tanah asli seperti ditunjukkan dalam Tabel 3.
Tabel 3. Hasil Pemeriksaan Mineral Tanah SC. Nama phase Kandungan (%) Alpha-SiO2, quartz low high 78
Illite-montmorillonite 14 Kaolinite 8,4
Terlihat dalam Tabel 2 bahwa hasil pemeriksaan tanah asli didominasi kandungan silika (SiO2) dalam bentuk kuarsa (quartz) dan
alumina (Al2O3). Kemudian dari identifikasi
daam Tabel 3 tanah asli tidak mengandung bahan gel-portlandite sebagai bahan pengeras dan calsite sebagai bahan pengikat.
Hasil pemeriksaan selanjutnya dengan difraksi sinar-X pada soil cement 6% dan soil cement 10%, dilakukan setelah pengujian kuat tekan bebas umur 28 hari. Hasil pemeriksaan komposisi kimiawi seperti ditunjukkan dalam Tabel 4.
Hasil pemeriksaan mineral soil cement 6% dan 10% setelah dilakukan pengujian kuat tekan bebas umur 28 hari, seperti ditunjukkan dalam Tabel 5.
Tabel 4. Komposisi Kimia Soil Cement. Senyawa
kimia
Kandungan (%) Tanah+
semen 6% semen 10% Tanah+ Fe2O3 0,82 1,42 SiO2 45,40 37,89 MgO 1,58 1,56 Al2O3 18,43 17,99 P2O5 1,22 0,78 SO3 1,36 0,92 CaO 28,63 35,40 Tabel 5. Hasil Pemeriksaan Mineral Soil Cement.
Nama phase Tanah+ Kandungan (%) semen 6% semen 10% Tanah+ Quartz low 60 73 Illite-montmorillonite 33 23 Kaolinite 5 3
Calcite 1,3 1,3 Portlandite 0,2 0,2
Terlihat dalam Tabel 4 bahwa kandungan dominan pada soil cement adalah silika (SiO2)
dan aluminat (Al2O3) setelah adanya campuran
semen maka kandungan calsit (CaO) meningkat dan bahan ini merupakan bahan pengikat antar butiran tanah. Terlihat dalam Tabel 5 bahwa campuran soil cement mengandung mineral calsite dan portlandite, mineral ini merupakan bahan pengikat dan dapat meningkatan kekuatan pada soil cement. Dengan demikian telah terjadi hidrasi semen pada soil cement yang membentuk senyawa CSH (kalsium silikat hidrat) yaitu senyawa antara silika (SiO2) + calsium (Ca(OH)2) + air
(H2O). Hasil senyawa ini yang menyebabkan
pengerasan pada soil cement. Dimana pengerasan diawali dengan sifat yang lambat (rendah) namun dengan bertambahnya waktu (umur) maka pengerasan akan semakin meningkat seperti ditunjukkan Gbr. 3 hasil pengujian kuat tekan bebas.
4 KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian di atas dapat disimpulkan bahwa :
- Tanah jenis SC bila dicampur dengan semen kekuatannya akan meningkat sesuai dengan jumlah persentasi semen.
- Ditemukan adanya perkembangan dari senyawa CSH seiring dengan waktu pemeraman yang hampir sama dengan grafik kuat tekan bebas soil cement.
- Efek pengerasan tanah yang distabilisasi dengan semen, secara mendasar dipengaruhi oleh terbentuknya reaksi kimia dalam campuran tanah-semen.
DAFTAR PUSTAKA
American Society For Testing And Materials. 1997.
Annual Book of ASTM Standards. Section 4. Volume 04.08.
Andriani, Rina, Y. & Franky, L. F. 2012. Pengaruh Penggunaan Semen Sebagai Bahan Stabilisasi pada Tanah Lempung Daerah Lambung Bukit Terhadap Nilai CBR Tanah. Jurnal Rekayasa Sipil. VOLUME 8 NO. 1, FEBRUARI. ISSN: 1858-2133. pp. 29-44.
Ingles, O. G. & Metcalf, J. B. 1972. Soil Stabilization Principles and Practice. Butterworths, Sydney-Melbourne-Brisbane. Australia.
Lambe William T. 1962. Soil Stabilization, Foundation Engineering. G.A. Leonard. McGrawHill. New York.
Neville Adam M. 1998. Properties of Concrete. Fourth Edition. John Wiley and Sons. Inc. New York. Mahasneh, B. Z. & Shawabkeh, R. A. 2005.
Compressive Strength and Permeability of Sand-Cement-Clay Composite and Application for Heavy Metals Stabilization. Electronic Journal of Geotechnical Engineering (EJGE). Volume 10. www.ejge.com/2005/Ppr0528/Ppr0528.htm Park & Sung-Sik. 2010. Effect to Wetting on
Unconfined Compressive Strength of Cemented Sands. JGGE. Vol.136. No.12: 1713-1720.
Ozel, M. R. & Abbas, M. 2001. Resilient Modulus of a Stabilised Fine-Grained Subgrade Soil. Australian Geomechanics. September 2001: 76-86.
Sariosseiri, F., Mehrdad, R., Kolleen, C. & Bahareh G. 2011. Stabilization of Soils with Portland Cement and CKD and Application of CKD on Slope Erosion Control.http://dx.doi.org/10.1061/41165(397)80 Suardi Enita. 2005. Kajian Kuat Tekan Bebas Tanah
Lempung yang Distabilisasi dengan Aditive Semen dan Kapur.Jurnal Ilmiah Poli Rekayasa. Volume 1. Nomor 1: 9-18.
