KAJIAN EFEKTIFITAS PENGGUNAAN ABU VULKANIK
DAN ABU SEKAM PADI TERHADAP STABILITAS TANAH
LEMPUNG DITINJAU DARI NILAI CBR
DAN PENGUJIAN
KUAT TEKAN BEBAS (UNCONFINED COMPRESSION TEST
)
TUGAS AKHIR
Diajukanuntukmelengkapitugas-tugasdanmemenuhisyarat UntukmenjadiSarjanaTeknikSipil
DisusunOleh :
12 0404 008
MUHAMMAD IQBAL ABIDIN
BIDANG STUDI GEOTEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
ABSTRAK
Tanah lempung merupakan salah satu jenis tanah yang sering digunakan dalam proses stabilisasi. Metode yang sering digunakan yaitu stabilisasi tanah dengan penambahan bahan stabilisator. Pada penelitian ini stabilisasi tanah lempung dilakukan dengan penambahan abu vulkanik dan abu sekam padi. Material abu vulkanik sebagai stabilisator yang memiliki kandungan silika yang tinggi yaitu sebesar 82,04% dan abu sekam padi yang memiliki kandungan silika yaitu sebesar 89,8%.
Penelitian ini bertujuan untuk memperbaiki sifat-sifat tanah yaitu sifat fisik dan sifat mekaniknya. Tanah lempung yang diteliti berasal dari Patumbak, Deli Serdang sedangkan abu vulkanik yang dipakai berasal dari Gunung Sinabung dan abu sekam padi adalah hasil pembakaran batu bata Secanggang dari Stabat.
Dari penelitian ini diperoleh bahwa sampel tanah memiliki kadar air 12,35%; berat jenis 2,65; batas cair 46,73%; dan indeks plastisitas 26,33%. Berdasarkan klasifikasi USCS, sampel tanah tersebut termasuk dalam jenis (CL) yaitu lempung anorganik dengan plastisitas rendah sampai sedang.Berdasarkan klasifikasi AASHTO, sampel tanah tersebut termasuk dalam jenis A-7-6.
Variasi campuran yaitu dengan 75% tanah asli, abu vulkanik 2,5% - 25% dan abu sekam padi 2,5% - 25% dari berat kering sampel tanah dengan masa pemeraman 14 hari.Hasil penelitian menunjukan bahan stabilisasi abu vulkanik dapat memperbaiki sifat fisik dan mekanis tanah lempung. Untuk nilai Batas-batas Atterberg
mengalamipenurunan setelah distabilisasi. Indeks Plastisitas tanah menurun dari 26,33% menjadi 5,31% pada penambahan 2,5 % abu vulkanik + 22,5% abu sekam padi. Sementara pada sifat mekanis tanah, diperoleh nilai CBR yang optimal pada pencampuran tanah 75% + 25% abu gunung vulkanik adalah 15,48%, dan penambahan 25 % abu vulkanik menyebabkan kuat tekan tanah meningkat dari 1,38 kg/cm2 menjadi 2,23 kg/cm2. Hasil penelitian ini menunjukkan penggunaan abu sekam padi tidak begitu dianjurkan.
Kata Kunci: lempung, abu vulkanik,abu sekam padi,stabilisasi tanah, kuat tekan bebas, cbr.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur saya ucapkan kepada Tuhan Yang Mahas Esa yang telah memberikan anugerah, berkat dan karunia-Nya hingga terselesaikannya Tugas Akhir ini dengan judul “Kajian Efektifitas Penggunaan Abu Vulkanik dan
Abu Sekam Padi Terhadap Stabilitas Tanah Lempung Ditinjau dari Nilai CBR dan Penggunaan Kuat Tekan Bebas (Unconfined Compression
Test)”.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. Kedua orang tua saya yang tercinta, kepada Ayah saya Drs. Isyrin Usman dan kepada Mama saya Dr. Henny Safitri yang telah sabar dalam merawat, mendidik, menjaga, mendoakan saya hingga sampai saat ini. Semoga Allah Swt selalu melimpahkan kesehatan dan rezeki bagi orang tua saya yang tiada putus-putusnya.
2. Kedua adikku yaitu Siti Afrah Afifah dan M. Irfan Yusuf atas doa,
dukungan dan bantuan semangat dalam mengerjakan Tugas Akhir ini.
3. Ibu Ika Puji Hastuty, S.T, M.T., sebagai dosen pembimbing yang telah
memberi bimbingan, arahan, saran, serta motivasi kepada Penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.
4. BapakProf. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE, dan Bapak Ir. Rudi Iskandar, M.T sebagai Dosen Pembanding dan Penguji yang telah memberikan masukan dalam pengerjaan Tugas Akhir ini.
5. Bapak Prof. Dr. Ing.Johannes Tarigan, sebagai Ketua Departemen Teknik
Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
6. Bapak Ir. Syahrizal, M.T., sebagai Sekretaris Departemen Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
7. Ibu Ika Puji Hastuty, S.T, M.T., sebagai Kepala Laboratorium Mekanika
Tanah Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
8. Seluruh Bapak dan Ibu Dosen Pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas
Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan pengajaran kepada Penulis selama menempuh masa studi.
9. Seluruh Staf Pegawai Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
10. Para Asisten Laboratorium Mekanika Tanah USU yang telah membantu dan memberikan penjelasan dalam pengerjaan Tugas Akhir ini terkhusus Prasetyo Ramadhan, Ade Indra Utama Lubis, Novratama, Alby dan Juanda yang selalu membantu dan tidak pernah bosan mengajari saya.
11. Sepupu-sepupuku Ikhsan Kamal Lubis dan Akmal Adlin Daulay.
12. Sahabat – sahabat saya yang terdiri dari Nirwan, Anshar, Hendra, Vany, Beby, Onzet, Tio, Ade, Ridwan, Mitra, Joseph, Rido, Risa, Hafni, Titi, dan Novi yang selalu memberi dukungan dan semangat dalam keadaan apapun,
yang menjadi tempat bercerita, tertawa bersama selama kuliah di Teknik Sipil USU.
13. Teman kelompok Tugas Akhir Giovanni Ramadhany Ginting yang selalu bersemangat dan menghibur saat mengerjakan Tugas Akhir ini.
14. Rekan-rekan seperjuangan Stambuk 2012, Gery, Nefri, Arep, Bagus, Nanda, Fathur, Dicky, Hace, Juraida, Muiz, Debo, Indra, Kevin dan yang lainnya yang tidak dapat disebutkan satu persatu namanya yang telah memberi dukungan serta semangat.
15. Adik-adik Stambuk 2015, Agung, Farid dan yang lainnya yang telah membantu dalam pengerjaan Tugas Akhir ini.
16. Seluruh teman-teman sub-jurusan geoteknik yang tidak dapat disebutkan satu persatu atas doa, semangat, dukungan, serta motivasi yang diberikan 17. Siti Nur Suflah atas bantuan, doa dan dukungan motivasi yang diberikan
selama pengerjaan tugas akhir.
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, Nopember 2016
12 0404 008 Muhammad Iqbal Abidin
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 Umum ... 1
1.2 Latar Belakang ... 2
1.3 Rumusan Masalah... 3
1.4 Tujuan dan Manfaat Penelitian ... 4
1.3.1 Tujuan ... 4
1.3.2 Manfaat ... 4
1.5 Pembatasan Penelitian ... 5
1.6 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 ... 10
2.1.2.1 Kadar Air (Water Content)... 10
2.1.2.3 Porositas (Porocity)... 11
2.1.2.4 Berat Volume Basah (Unit Weight) ... 12
2.1.2.5 Berat Volume Kering (Dry Unit Weight) .... 12
2.1.2.6 Berat Volume Butiran Padat (Soil Volume Weight) ... 13
2.1.2.7 Berat Jenis (Specific Gravity) ... 13
2.1.2.8 Derajat Kejenuhan... 14
2.1.3 Batas-batas Atterberg (Atterberg Limit) ... 15
2.1.4 Gradasi Ukuran Butiran... 21
2.1.5 Klasifikasi Tanah ... 24
2.1.5.1Klasifikasi Berdasarkan Tekstur/Ukuran Butir Tanah... ... 24
2.1.5.2 Klasifikasi Sistem Kesatuan Tanah (Unifed Soil Classification System)………... 25
2.1.5.3 Sistem Klasifikasi AASHTO……… 28
2.1.6 Sifat-sifat Mekanis Tanah ... 31
2.1.6.1 Pemadatan Tanah ... 31
2.1.6.2 Pengujian Caifornia Bearing Ratio (CBR) .. 32
2.1.6.3 Pengujian Uji Tekan Bebas ... 34
2.2 Bahan-bahan Penelitian ... 37
2.2.1 Tanah Lempung ... 37
2.2.1.1 Definisi Lempung... 37
2.2.1.2 Lempung dan Mineral Penyusunnya ... 38
2.2.2 Abu Gunung Vulkanik (AGV) ... 48
2.2.2.1 Umum ... 48
2.2.3 Abu Sekam Padi (ASP) ... 50
2.3 StabilitasTanah ... 51
2.3.1 Stabilitas Tanah dengan Abu Gunung Vulkanik ... 53
2.3.2 Stabilats Tanah dengan Abu Sekam Padi ... 54
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 55
3.1 Program Penelitian ... 55
3.2 Pekerjaan Persiapan ... 55
3.3 Proses Pengambilan Sampling Tanah ... 57
3.4 Pelaksanaan Pengujian ... 58
3.4.1 Tanah ... 58
3.4.1.1 Tanah Asli ... 58
3.4.1.2 Tanah yang Distabilisasi ... 58
3.4.2 Abu Vulkanik ... 58
3.4.3 Abu Sekam Padi ... 59
3.5 Analisis Data Laboratorium ... 59
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 60
4.1 Pendahuluan ... 60
4.2 Pengujian Sifat Fisik ... 60
4.2.1 Pengujian Sifat Fisik Tanah Asli ... 60
4.2.2 Pengujian Sifat Fisik Abu Gunung Vulkanik dan Abu Sekam Padi ... 63 4.2.3 Pengujian Sifat Fisik Tanah dengan Bahan
Stablilisator ... 65
4.2.3.1 Batas Cair ... 66
4.2.3.2 Batas Plastis ... 68
4.2.3.3 Indeks Plastisitas ... 69
4.3 Pengujian Sifat Mekanis Tanah ... 70
4.3.1 Pengujian Pemadatan Tanah Asli ... 70
4.3.2 Pengujian Pemadatan Tanah (Compaction) dengan Bahan Stabilisator ... 71
4.3.2.1 Berat Isi Kering Maksimum (γd maks) ... 72
4.3.2.2 Kadar Air Optimum Campuran ... 74
4.3.3 Pengujian CBR(California Bearing Ratio) ... 76
4.3.4 Pengujian Kuat Tekan Bebas (Unconfined Compression Test) ... 78
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 83
5.1 Kesimpulan ... 83
5.2 Saran ... 85
Daftar Pustaka ... xvi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Elemen Tanah Dalam Keadaan Tanah Asli dan Tiga Fase
Elemen Tanah 9
Gambar 2.2 Batas-batas Atterberg 16
Gambar 2.3 Cawan Cassagrande dan Grooving Tool 18
Gambar 2.4 Hubungan Antara Wp, Wl dan Wn 21
Gambar 2.5 Ayakan Untuk Pengujian Sieve Anlysis 22
Gambar 2.6 Diagram Klasifikasi Tekstur 25
Gambar 2.7 Hubungan antara Kadar Air dan Berat Isi Kering Tanah 32
Gambar 2.8 Alat Pemeriksa Nilai CBR di Laboratorium 34
Gambar 2.9 Skema Uji Tekan Bebas 35
Gambar 2.10Keruntuhan Geser Kondisi Air 36
Gambar 2.11Struktur Atom Mineral Lempung 39
Gambar 2.12Struktur Kaolinite 41
Gambar 2.13Struktur Montmorillonite 42
Gambar 2.14Struktur Illite 44
Gambar 2.15Sifat Dipolar Molekul Air 46
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian 56
Gambar 4.1 Plot Grafik Klasifikasi USCS 62
Gambar 4.2 Grafik Analisa Saringan Tanah Asli 62
Gambar 4.3 Grafik Batas Cair (Liquid Limit), Atterberg Limit 63
Gambar 4.4 Grafik Analisa Saringan Abu Gunung Vulkanik 64
Gambar 4.5 Grafik Analisa Saringan Abu Gunung Sekam Padi 65
Gambar 4.6 Grafik Hubungan Antara Nilai Batas Cair dengan Variasi
Campuran AGV dan ASP 67
Gambar 4.7 Grafik Hubungan Antara Nilai Batas Cair dengan Variasi
Campuran ASP dan AGV 67
Gambar 4.8 Grafik Hubungan Antara Nilai Batas Plastis dengan
Variasi Campuran AGV dan ASP 68
Gambar 4.9 Grafik Hubungan Antara Nilai Batas Plastis dengan
Variasi Campuran ASP dan AGV 68
Gambar 4.10 Grafik Hubungan Antara Nilai Indeks Plastisitas dengan
Variasi Campuran AGV dan ASP 68
Gambar 4.11 Grafik Hubungan Antara Nilai Indeks Plastisitas dengan
Gambar 4.13 Grafik Hubungan Antara Nilai Berat isi Kering Maksimum Tanah dengan Variasi Campuran AGV dan
ASP 73
Gambar 4.14 Grafik Hubungan Antara Nilai Berat isi Kering Maksimum Tanah dengan Variasi Campuran ASP dan
AGV 74
Gambar 4.15 Grafik Hubungan Antara Kadar Air Optimum Tanah
(wopt )dengan Variasi Campuran AGV dan ASP 75
Gambar 4.16 Grafik Hubungan Antara Kadar Air Optimum Tanah
(wopt )dengan Variasi Campuran ASP dan AGV 75
Gambar 4.17Grafik Hubungan Nilai CBR dengan Variasi Campuran
AGV dan ASP 77
Gambar 4.18Grafik Hubungan Nilai CBR dengan Variasi Campuran
ASP dan AGV 78
Gambar 4.19Grafik Hubungan Nilai Kuat Tekan Tanah dengan Regangan (Strain) Pada Sampel Tanah Asli dan
Remoulded 80
Gambar 4.20 Grafik Kuat Tekan dengan dengan Variasi Campuran AGV
dan ASP 81
Gambar 4.21 Grafik Kuat Tekan dengan dengan Variasi Campuran ASP
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Berat Jenis Tanah 14
Tabel 2.2 Derajat Kejenuhan dan Kondisi Tanah 15
Tabel 2.3 Indeks Plastisitas Tanah 20
Tabel 2.4 Klasifikasi Sistem Kesatuan Tanah 27
Tabel 2.5 Klasifikasi Tanah Menurut AASHTO 30
Tabel 2.6 Hubungan Konsistensi dengan Kuat Tekan Bebas 36
Tabel 2.7 Aktivitas Tanah Lempung 45
Tabel 2.8 Komposisi Kimia Abu Vulkanik 49
Tabel 2.9 Hasil Pengujian Analisi Kimia Abu Sekam Padi 51
Tabel 4.1 Data Uji Sifat Fisik Tanah 61
Tabel 4.2 Data Uji Sifat Fisik Abu Gunung Vulkanik 63
Tabel 4.3 Data Uji Sifat Fisik Abu Sekam Padi 64
Tabel 4.4 Data Uji Hasil Uji Atterberg Limit 66
Tabel 4.5 Data Hasil Uji Pemadatan Tanah Asli 71
Tabel 4.6 Data Hasil Uji Pemadatan Tanah dengan Bahan Stabilisator 72
Tabel 4.7 Data Hasil CBR dengan Variasi Campuran 77
Tabel 4.8 Data Hasil Kuat Tekan Bebas dengan Variasi Campuran 79
DAFTAR NOTASI
V Volume tanah(cm3)
Vs Volume butiran padat(cm3)
Vv Volume pori(cm3)
Vw Volume air di dalam pori(cm3)
Va Volume udara di dalam pori (cm3)
W Berat tanah (gr)
𝑊𝑊𝑠𝑠 Berat butiran padat(gr)
𝑊𝑊𝑤𝑤 Berat air(gr)
ω Kadar air(%)
𝑛𝑛 Porositas
𝑒𝑒 Angka pori
γb Berat volume basah(gr/cm3)
𝛾𝛾𝑑𝑑 Berat volume kering(gr/cm3)
𝛾𝛾𝑠𝑠 Berat volume butiran padat(gr/cm3)
𝐺𝐺𝑠𝑠 Berat jenis tanah
S Derajat kejenuhan(%)
SL Batas susut(%)
𝑚𝑚1 Berat tanah basah dalam cawan percobaan(gr)
𝑚𝑚2 Berat tanah kering oven(gr)
𝑣𝑣1 Volume tanah basah dalam cawan (cm3)
𝑣𝑣2 Volume tanah kering oven (cm3)
IP Indeks plastisitas(%)
LL Batas cair(%)
PL Batas plastis(%)
𝜏𝜏𝑓𝑓 Kuat geser(kg/cm2)
𝜎𝜎1 Tegangan utama(kg/cm2)
𝑞𝑞𝑢𝑢 Kuat tekan bebas tanah(kg/cm2)
𝑐𝑐𝑢𝑢 Kohesi(kg/cm2)
Ø Sudut geser tanah (0)
𝜏𝜏𝑓𝑓 Tegangan runtuh(kg/cm2)
St Sensitivitas
ε Regangan axial(%)
∆L Perubahan panjang(cm)
Lo Panjang mula-mula(cm)
A Luas rata-rata pada setiap saat (cm2)
Ao Luas mula-mula(cm2)
σ Tegangan(kg/cm2)
P Beban (kg)
k Faktor kalibrasi proving ring
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran-1, Data UjiLaboratorium, Kadar Air danBeratJenis Lampiran-2, Data UjiLaboratorium, AnalisaSaringan
Lampiran-3, Data UjiLaboratorium, Atterberg Limit Lampiran-4, Data UjiLaboratorium, Compaction Test Lampiran-5, Data UjiLaboratorium, CBR Test
Lampiran-6, Data UjiLaboratorium, Unconfined Compression Test Lampiran-7, Data Komposisi Kimia Abu Vulkanik dan Abu Sekam Padi Lampiran-8, Dokumentasi Pelaksanaan