Pengaruh Campuran Semen Portland Tipe I dan Abu Gunung Vulkanik Sebagai Bahan Stabilisasi Pada Tanah Lempung dengan Uji UCT

TUGAS AKHIR

PENGARUH CAMPURAN SEMEN PORTLAND TIPE I DAN

ABU GUNUNG VULKANIK SEBAGAI BAHAN STABILISASI

PADA TANAH LEMPUNG DENGAN UJI

UNCONFINED

COMPRESSION TEST

(UCT)

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

Disusun Oleh :

MICHAEL NAPITUPULU 11 0404 064

BIDANG STUDI GEOTEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

ABSTRAK

Stabilisasi tanah sudah umum dilakukan dalam upaya untuk memperbaiki struktural tanah. Bahan stabilisator yang dicampurkan dalam stabilisasi tanah tersebut seperti gypsum, semen, bitumen, dan bahan-bahan olahan limbah pabrik seperti abu ampas tebu dan abu sekam padi. Dalam penelitian ini digunakan penambahan semen dan abu gunung vulkanik yang merupakan hasil dari erupsi gunung Sinabung.

Penelitian ini meneliti suatu proses stabilisasi tanah dengan menggunakan bahan semen Portland tipe 1 yang telah ditetapkan kadarnya sebesar 3% dan abu gunung vulkanik dengan variasi kadar masing-masing campuran sebesar 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 11%, 12%, 13% serta 14% dan diuji terhadap uji kuat tekan bebas tanah (Unconfined Compression Test).

Dari penelitian yang dilakukan diperoleh hasil sampel tanah asli memiliki kadar air 17,89%, berat jenis tanah 2,65, batas cair 45,49% dan indeks plastisitas 30,30%. Berdasarkan klasifikasi USCS, sampel tanah tersebut termasuk dalam jenis CL (Clay – Low Plasticity) sedangkan berdasarkan klasifikasi AASHTO, sampel tanah tersebut termasuk dalam jenis A-7-6, yaitu lempung dengan penilaian sedang sampai buruk.

Dari hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan semen dan abu

gunung vulkanik pada tanah lempung dengan waktu pemeraman 14 hari (curing)

mengakibatkan menurunnya batas cair serta nilai indeks plastisitas. Dengan bertambahnya persentase abu gunung vulkanik, kepadatan maksimum cenderung meningkat hingga pada persentase maksimum abu gunung vulkanik sebesar 6%. Kemudian nilai kepadatan maksimum menurun. Nilai kuat tekan yang diperoleh meningkat seiring bertambahnya kadar abu gunung vulkanik hingga batas maksimum nilai kuat tekan terbesar yang diperoleh pada kadar abu gunung vulkanik 7% yaitu sebesar 2,98 kg/cm².

Kata Kunci : stabilisasi tanah, lempung, semen, abu gunung vulkanik, uji kuat

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 “Pengaruh Campuran Semen Portland Tipe I dan Abu

Gunung Vulkanik Sebagai Bahan Stabilisasi Pada Tanah Lempung Dengan Uji UCT”. 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 tugas

akhir dan sebagai pembimbing akademik yang telah sabar memberi

bimbingan, arahan, 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

5. Ibu Ika Puji Hastuti, 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

Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah membimbing dan

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, terutama kepada ayah saya T. M. Napitupulu

ibu saya T. Gurning yang dengan penuh cinta kasih dan kesabaran dalam

merawat, mendidik, menjaga, mendoakan serta berjuang dengan keras

untuk selalu memenuhi kebutuhan hidupku hingga berhasil mendapatkan

kesempatan untuk menempuh pendidikan yang tinggi. Semoga Tuhan

Yang Maha Kuasa selalu melimpahkan berkat bagi beliau.

10. Abangku yaitu Bonar Napitupulu dan Daniel Napitupulu, kakakku yaitu

Rosfianita Napitupulu dan Maria Napitupulu dan adekku Abednego

Napitupulu atas doa, dan dukungan dalam mengerjakan Tugas Akhir ini.

11. Sahabat - sahabat yang selalu memberi dukungan dan semangat dalam

keadaan apapun, Samuel Mario, Triboy, Jannes, Candra, Defrin, Peter,

Rio, Manimpan, Wisman, Habibie, Firdani, Tatano, Maestoso, Ari, Ronny

12.Rekan-rekan seperjuangan stambuk 2011 yang tidak dapat disebutkan satu

persatu namanya yang telah memberi dukungan serta semangat dalam

pengerjaan Tugas Akhir ini.

13.Adik-adik stambuk 2014, Bandri, Erik, Roimer, Tonny, Ruben dan yang

lainnya yang tidak dapat disebutkan satu persatu namanya yang turut

memberi dukungan dan bantuan dalam pengerjaan Tugas Akhir ini.

14.Fransisca Kristiani Pasaribu sebagai orang yang dikasihi yang selalu

memberi dukungan, doa, semangat serta arahan kepada saya.

15.Teman kelompok saya PC-AGV yaitu Irene Margaretha, Lini Marsela dan

Prince Joy.

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, Februari 2016

DAFTAR ISI

Abstrak ... i

Kata Pengantar ... ii

Daftar Isi... v

Daftar Gambar ... ... x

Daftar Tabel ... .. xiii

Daftar Notasi... .. xiv

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 6

1.3 Tujuan dan Manfaat Penelitian ... 6

1.3.1 Tujuan ... 6

1.3.2 Manfaat ... 6

1.4 Pembatasan Penelitian ... 7

1.5 Sistematika Penulisan ... 8

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 10

2.1 Tinjauan umum ... 10

2.1.2 Sifat-sifat fisik tanah ... 13

2.1.2.6 Berat volume butiran padat (Soil Volume Weight) ... 15

2.1.2.7 Berat jenis (Specific Gravity) ... 16

2.1.2.8 Derajat Kejenuhan (S) ... 17

2.1.2.9 Batas-batas Atterberg (Atterberg Limit) .. 18

2.1.2.9.1. Batas cair (Liquid Limit) ... 18

2.1.2.9.2. Batas plastis (Plastic Limit) ... 20

2.1.2.9.3. Batas susut (Shrinkage Limit) ... 20

2.1.2.9.4. Indeks plastisitas (Plasticity Index) ... 21

2.1.2.9.5. Indeks Cair (Liquidity Index) ... 22

2.1.2.10Klasifikasi Tanah ... 23

2.1.2.10.1. Klasifikasi AASHTO ... 23

2.1.2.10.2. Klasifikasi USCS ... 24

2.1.3 Sifat-sifat mekanis tanah ... 28

2.1.3.1 Pemadatan tanah ... 28

2.1.3.4 Sensitifitas tanah lempung ... 33

2.2 Bahan-bahan penelitian ... 37

2.2.1 Tanah lempung ... 37

2.2.1.1 Lempung dan Mineral Penyusunnya ... 38

2.2.1.2 Sifat umum tanah lempung ... 42

2.2.1.3 Pertukaran ion tanah lempung ... 47

2.2.2 Semen ... 47

2.2.2.1 Umum ... 47

2.2.2.2 Semen portland ... 48

2.2.2.2.1 Hidrasi semen ... 48

2.2.2.2.2 Jenis-jenis semen portland ... 49

2.2.3 Abu Gunung Vulkanik (AGV) ... 52

2.3 Stabilisasi tanah ... 53

2.3.1 Stabilisasi tanah dengan semen ... 55

2.3.2 Proses kimia pada stabilisasi tanah dengan semen ... 55

2.3.3 Stabilisasi tanah dengan abu vulkanik ... 56

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 59

3.1 Program penelitian ... 59

3.2 Pekerjaan persiapan ... 59

3.3 Pembuatan benda uji ... 61

3.3.1 Benda Uji untuk Pengujian Water Content ... 61

3.3.3 Benda Uji untuk Pengujian Batas-batas Atterberg 61

3.3.4 Benda Uji untuk Pengujian Compaction ... 61

3.3.5 Benda Uji untuk Pengujian Unconfined Compression Test ... 62

3.4 Pelaksanaan pengujian ... 62

3.4.1 Tanah ... 62

3.4.1.1 Tanah asli ... 62

3.4.1.2 Tanah yang distabilitasi ... 63

3.4.2 Abu Gunung Sinabung ... 63

3.5 Analisis data laboratorium ... 63

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 65

4.1 Pendahuluan ... 65

4.2 Pengujian sifat fisik tanah ... 65

4.2.1 Pengujian sifat fisik tanah asli ... 65

4.2.2 Pengujian sifat fisik abu vulkanik ... 68

4.2.3 Pengujian sifat fisik tanah dengan bahan stabilisator ... 69

4.2.3.1 Batas cair ... 70

4.2.3.2 Batas plastis ... 71

4.2.3.3 Indeks plastisitas ... 71

4.3 Pengujian sifat mekanis tanah ... 72

4.3.1 Pengujian pemadatan tanah ... 72

dengan bahan stabilisator ... 73

4.3.2.1 Berat isi kering maksimum ( γd maks ) ... 74

4.3.2.2 Kadar air maksimum campuran ... 75

4.3.3 Pengujian kuat tekan bebas ( Unconfined Compression Test) ... 76

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 82

5.1 Kesimpulan ... 82

5.2 Saran ... 84

DAFTAR GAMBAR

Hal

Gambar 2.1 Diagram Fase Tanah 12

Gambar 2.2 Batas-batas Atterberg 18

Gambar 2.3 Cawan Casagrande dan Grooving Tool 19

Gambar 2.4 Klasifikasi Berdasarkan Tekstur Tanah 23

Gambar 2.5 Klasifikasi Tanah Sistem USCS 25

Gambar 2.6 Klasifikasi Tanah Sistem AASHTO 27

Gambar 2.7 Hubungan Antara Kadar Air dan Berat Isi Kering Tanah 29

Gambar 2.8 Skema Pengujian Tekan Bebas 30

Gambar 2.9 Keruntuhan Geser Kondisi Air Termampatkan qu di Atas

Sebagai Kekuatan Tanah Kondisi Tak Tersekap 31

Gambar 2.10 Grafik Hubungan Tegangan Normal dan Tegangan Geser 32

Gambar 2.11 Grafik Sensitifitas Tanah Asli dan Tanah Remoulded 33

Gambar 2.12 Kuat Tekan Tanah Asli dan Tanah Remoulded 33

Gambar 2.13 Struktur Atom Mineral Lempung 38

Gambar 2.14 Struktur Kaolinite 39

Gambar 2.15 Struktur Montmorillonite 40

Gambar 2.16 Struktur Illite 41

Gambar 2.17 Sifat Dipolar Molekul Air 43

Gambar 2.18 Molekul Air Dipolar Dalam Lapisan Ganda 44

Gambar 2.20 Grafik perbandingan unsur kimia dan jarak dari permukaan

partikel lempung 47

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian 64

Gambar 4.1 Plot grafik klasifikasi USCS 67

Gambar 4.2 Grafik analisa saringan 67

Gambar 4.3 Grafik batas cair ( Liquid Limit) , Atterberg Limit 68

Gambar 4.4 Grafik analisa saringan abu gunung vulkanik 69

Gambar 4.5 Grafik hubungan antara nilai batas cair (LL) dengan variasi

campuran PC dan AGV dengan waktu pemeraman selama

14 hari. 70

Gambar 4.6 Grafik hubungan antara nilai batas plastis (PL) dengan variasi

campuran PC dan AGV dengan waktu pemeraman selama

14 hari 71

Gambar 4.7 Grafik hubungan antara nilai indeks plastis (IP) dengan

variasi campuran PC dan AGV dengan waktu pemeraman

selama 14 hari. 72

Gambar 4.8 Kurva kepadatan tanah 73

Gambar 4.9 Grafik hubungan antara berat isi kering maksimum ( γd maks)

tanah dan variasi campuran dengan waktu pemeraman selama

14 hari. 75

Gambar 4.10 Grafik hubungan antara kadar air optimum tanah ( wopt ) dan variasi campuran dengan waktu pemeraman selama

Gambar 4.11 Grafik hubungan antara nilai kuat tekan tanah (qu) dengan

regangan (strain) yang diberikan pada sampel tanah asli

dan tanah remoulded. 78

Gambar 4.12 Grafik kuat tekan 3% PC dengan berbagai variasi

penambahan AGV 79

Gambar 4.13 Perbandingan grafik kuat tekan dengan penambahan 2% PC,

3% PC, dan 4% PC serta variasi penambahan AGV dengan

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Berat Jenis Tanah 16

Tabel 2.2 Derajat Kejenuhan dan Kondisi Tanah 17

Tabel 2.3 Indeks Plastisitas Tanah 22

Tabel 2.4 Simbol Klasifikasi Tanah Sistem USCS 26

Tabel 2.5 Hubungan Kuat Tekan Bebas Tanah Lempung Dengan

Konsistensinya 32

Tabel 2.6 Sensitifitas Lempung 35

Tabel 2.7 Aktivitas Tanah Lempung 42

Tabel 2.8 Persyaratan Standart Komposisi Kimia Portland Cement 51

Tabel 2.9 Komposisi Kimia Abu Vulkanik 53

Tabel 4.1 Data Uji Sifat Fisik Tanah 66

Tabel 4.2 Data Uji Sifat Fisik Abu Gunung Vulkanik 68

Tabel 4.3 Data Hasil Uji Atterberg Limit 69

Tabel 4.4 Data Uji Pemadatan Tanah 73

Tabel 4.5 Data Hasil Uji Compaction 74

Tabel 4.6 Data Hasil Uji Kuat Tekan Bebas 3%PC dengan Berbagai Variasi

Penambahan AGV 77

Tabel 4.7 Perbandingan antara Kuat Tekan Tanah Asli dan Tanah

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)

�� Berat butiran padat (gr)

�� Berat air (gr)

ω Kadar air (%)

� Porositas

� Angka pori

γb Berat volume basah (gr/cm3)

�� Berat volume kering (gr/cm3)

�� Berat volume butiran padat (gr/cm3)

�� Berat jenis tanah

S Derajat kejenuhan (%)

SL Batas susut (%)

�1 Berat tanah basah dalam cawan percobaan (gr)

�2 Berat tanah kering oven (gr)

�1 Volume tanah basah dalam cawan (cm3)

�2 Volume tanah kering oven (cm3)

IP Indeks plastisitas (%)

LL Batas cair (%)

PL Batas plastis (%)

�� Kuat geser (kg/cm2)

�1 Tegangan utama (kg/cm

2

)

�� Kuat tekan bebas tanah (kg/cm2)

�� Kohesi (kg/cm2)

Ø Sudut geser tanah (0)

�� 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