PEMANFAATAN LIMBAH SERBUK BESI SEBAGAI BAHAN
CAMPURAN PENSTABIL TANAH (
SOIL STABILIZER)
PADA TANAH LIAT (
CLAY)
TESIS
Oleh
SABANI
127026001/FIS
PROGRAM PASCASARJANA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERAN UTARA
PEMANFAATAN LIMBAH SERBUK BESI SEBAGAI BAHAN
CAMPURAN PENSTABIL TANAH (
SOIL STABILIZER)
PADA TANAH LIAT (
CLAY)
TESIS
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains dalam Program Studi Magister Ilmu Fisika pada
Program Pascasarjana Fakultas MIPA Universitas Sumatera
Utara
Oleh
SABANI
127026001/FIS
PROGRAM PASCASARJANA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERAN UTARA
PENGESAHAN TESIS
Judul Tesis : PEMANFAATAN LIMBAH SERBUK BESI
SEBAGAI BAHAN CAMPURAN PENSTABIL
TANAH (SOIL STABILIZER) PADA TANAH LIAT
(CLAY)
Nama Mahasiswa : SABANI
Program Studi : MAGISTER FISIKA
Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Menyetujui,
Komisi Pembimbing
Pembimbing 1 Pembimbing II
Dr. Nasruddin M.N., M.Eng.Sc Eddiyanto, P.hD
NIP. 196310261991031001 NIP. 196704251994031012
Ketua Program Studi, Dekan,
Dr. Nasruddin M.N., M.Eng.Sc Dr. Sutarman, M.Sc
PERNYATAAN ORISINALITAS
PEMANFAATAN LIMBAH SERBUK BESI SEBAGAI BAHAN
CAMPURAN PENSTABIL TANAH (
SOIL STABILIZER)
PADA TANAH LIAT (
CLAY)
TESIS
Dengan ini saya nyatakan bahwa saya mengakui semua karya tesis/disertasi ini
adalah hasil kerja saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya
telah dijelaskan sumbernya dengan benar.
Medan, Januari 2015
Sabani
PERNYATAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH
UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Sebagai civitas akademika Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda tangan
di bawah ini :
Nama : Sabani
NIM : 127026001
Program Studi : Magister Ilmu Fisika
Jenis Karya Ilmiah : Tesis
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada
Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-Eksklusif (Non-Exclusive
Royalty Free Right) atas Tesis yang berjudul :
PEMANFAATAN LIMBAH SERBUK BESI SEBAGAI BAHAN
CAMPURAN PENSTABIL TANAH (
SOIL STABILIZER)
PADA TANAH LIAT (
CLAY)
Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti
Non-Eksklusif ini, Universitas Sumatera Utara berhak menyimpan, mengalih media,
menformat, mengolah dalam bentuk data-base, merawat dan mempublikasikan
Tesis saya tanpa meminta izin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya
sebagai penulis dan sebagai pemegang dan atau sebagai pemilik hak cipta.
Demikian pernyataan ini dibuat dengan sebanarnya.
Medan, 29 Januari 2015
Sabani
Telah diuji pada :
Tanggal : 29 Januari 2015
PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua : Dr. Nasruddin M.N., M.Eng.Sc
Anggota : 1. Eddiyanto, Ph.D
2. Prof. Drs. M. Syukur, M.S.
3. Prof. Dr. Eddy Marlianto, Ph.D
RIWAYAT HIDUP
DATA PRIBADI
Nama Lengkap berikut gelar : Sabani, S.Pd., M.Si
Tempat dan tanggal lahir : Pematang Siantar, 10 April 1980
Alamat rumah : Jl. Tegal Sari Komp. Ray Pendopo 2 No. 29 Percut Sei Tuan – Deli Serdang.
HP : 081361455297
e-mail : sabani@unimed.ac.id
Instansi tempat bekerja : FMIPA Universitas Negeri Medan Alamat kantor : Jl. Willem Iskandar Pasar V – Medan Telepon/Faks/HP : -
DATA PENDIDIKAN
i
KATA PENGANTAR
Pertama-tama dan yang paling utama penulis mengucapkan Puji Syukur
Kehadirat Allah S.W.T, yang telah memberikan kesehatan, keselamatan dan
kesempatan serta limpahan rahmat dan hidayah-Nya, maka penyusunan Tesis yang berjudul “Pemanfaatan Limbah Serbuk Besi sebagai Bahan Campuran Penstabil Tanah (Soil Stabilizer) pada Tanah Liat (Clay) ini dapat dilaksanakan
dengan baik dan lancar. Dengan terselesaikannya Tesis ini, Penulis mengucapkan
terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Rektor Universitas Sumatera Utara Prof. Dr. Dr. Syahril Pasaribu, DTM&H.,
M.Sc (CTM), Sp. (AK), atas kesempatan yang diberikan penulis untuk
mengikuti dan menyelesaikan pendidikan di Universitas Sumatera Utara.
2. Dekan FMIPA Universitas Sumatera Utara Dr. Sutarman, M.Sc., atas
kesempatan yang diberikan kepada Penulis untuk mengikuti dan
meneyelesaikan pendidikan di Program Studi Magister Ilmu Fisika Program
Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara.
3. Ketua Program Studi Magister Ilmu Fisika Dr. Nasruddin, M.N, M.Eng.Sc
dan Sekretaris Program Studi Magister Ilmu Fisika Dr. Anwar Dharma
Sembiring, M.S, beserta seluruh staf pengajar di Program Studi Magister Ilmu
Fisika Program Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Dr. Nasruddin, M.N, M.Eng.Sc, selaku Pembimbing Utama dan Bapak
Eddiyanto, Ph.D, selaku Pembimbing ke dua, yang telah memberikan
bimbingan, arahan, dan motivasi dengan penuh perhatian dan kesabaran
hingga selesainya penelitian ini.
5. Bapak Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc, Bapak Prof. M. Syukur, M.S, dan Ibu
Dr. Susilawati, M.Si, selaku dewan penguji yang telah banyak memberikan
saran dan masukan untuk menyelesaikan penelitian ini.
6. Kepala Laboratorium Jurusan Teknik Sipil Politeknik Negeri Medan besrta
staf, Kepala Laboratorium Fisika Univesitas Negeri Medan beserta staf, dan
Kepala Laboratorium Kimia beserta staf, yang telah memberikan izin
ii
7. Ayahanda tercinta Jangi dan Ibunda tercinta Sawinem, Ayah Mertua
Khairuddin dan Ibu Mertua Dahniar, serta seluruh keluarga yang telah banyak
memberikan dorongan moril dan doa hingga selesainya penelitian ini.
8. Istri tercinta Sri Ferwitasari dan anak-anakku tersayang, Rizky Abdullah
Basri, Mannawasalwa Alyiza Basri dan Qory Alifia Basri yang sangat spesial
di hati Penulis atas doa, bantuan dan dukungannya yang telah diberikan
selama menyelesaikan studi ini.
9. Bapak Dr. Ridwan A. Sani, M.S, Abangda Rahmatsyah, M.Si, Alkhafi Ma’as
Siregar, M.Si, Kakanda Rita Juliani, M.Si dan Adinda Winsyahputra Ritonga,
M.Si, yang telah banyak memberikan masukan, dorongan dan arahan hingga
selesainya penelitian ini.
10.Rekan-rekan angkatan 2012 Prodi Magister Ilmu Fisika, Pak Abdul Sani,
Melly, Mora, dan yang lainnya, yang banyak memabantu dalam perkuliahan
dan penelitian.
11.Teman-teman sejawat di Unimed yang telah banyak memberikan dorongan
moril hingga selesainya pendidikan ini.
Penulis menyadari bahwa tesis ini masih jauh dari kesempurnaan, oleh karena
itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari pihak
pembaca. Akhir kata, semoga Tesis ini dapat dimanfaatkan untuk penelitian
dan pengembangan ilmu pengetahuan di masa yang akan datang.
Hormat Penulis,
Sabani
iii
PEMANFAATAN LIMBAH SERBUK BESI SEBAGAI BAHAN
CAMPURAN PENSTABIL TANAH (
SOIL STABILIZER)
PADA TANAH LIAT (
CLAY)
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian dengan memanfaatkan limbah serbuk besi yang ditambahkan pada bahan penstabil tanah (soil stabilizer) yang terdiri atas semen portland tipe I, serbuk PVC dan serat polipropilena. Dari hasil pengujian karakteristik tanah liat (clay) diperoleh data indeks plastisitas (PI) sebesar 15,72% dengan batas plastis 36,57%, ini menunjukkan bahwa tanah ini merupakan tanah jenis lempung lanau. Dan berdasarkan hasil analisis struktur mikro diperoleh bahwa tanah liat (clay) merupakan tanah berjenis montmorillonite dengan dominasi silika (SiO2) sebanyak 51,8% dan alumina (Al2O3) sebanyak 14,0%. Hasil karakterisasi mikrostruktur terhadap bahan penstabil tanah (soil stabilizer) yang dicampur dengan limbah serbuk besi (LSB) tidak menunjukkan perubahan puncak-puncak kristalin yaitu tetap pada sudut 2 = 32o dan komposisi kimia dari bahan penstabil tanah (soil stabilizer) terbanyak yang terkandung di dalamnya adalah CaO dan Al2O3. Berdasarkan hasil pengujian terhadap tanah liat (clay) yang dicampur dengan bahan penstabil tanah (soil stabilizer) dengan variasi penambahan limbah serbuk besi menunjukkan tidak terjadi perubahan puncak-puncak kristalin tertinggi pada tanah liat (clay) yaitu tetap pada sudut 2 = 26o dan pada morfologi permukaan menunjukkan perubahan pori-pori tanah yang dipadatkan dengan perubahan nilai porositas tanah terkecil 11,54%. Pada pengujian pemadatan menunjukkan perubahan berat isi kering dengan nilai tertinggi 1,92 x 103 Kg/m3 pada campuran limbah serbuk besi sebesar 1%. Untuk nilai CBR juga terjadi perubahan dari tanah liat (clay) sebesar 66,35% menjadi 85,31% pada campuran limbah serbuk besi 1%. Hasil ini menunjukkan bahwa limbah serbuk besi dapat dimanfaatkan untuk pencampuran bahan penstabil tanah (soil stabilizer) yang dapat meningkatkan daya dukung tanah untuk tanah dasar (subgrade).
iv
UTILIZATION OF WASTE IRON POWDER AS MATERIAL MIXED SOIL STABILIZER ON CLAY
ABSTRACT
Has conducted research by utilizing waste iron powder that is added to the soil stabilizer consisting of portland cement type I, PVC powder and polypropylene fiber. From the results of testing the characteristics of clay data showed the plasticity index (PI) 15.72% and 36.57% with a plastic limit, this indicates that this land is a silt loam soil types. And based on the results of the analysis showed that the microstructure of clay is a montmorillonite-type soil with a predominance of silica (SiO2) as much as 51.8% and alumina (Al2O3) as much as 14.0%. Results of the microstructural characterization of the soil stabilizer are mixed with waste iron powder showed no change in crystalline peaks fixed at an angle 2 = 32o and the chemical composition of the soil that is stabilizer highest contained in it is CaO and Al2O3. Based on the results of tests on clay mixed with soil stabilizers with a variety of additional iron powder waste showed no changes in the tops of the highest crystalline clay which is fixed at an angle of 2 = 26o and the surface morphology shows the changes pores compacted soil with changes in the value of the smallest soil porosity 11.54%. In the compaction test showed changes in the contents of dry weight with the highest values of 1.92 x 103 Kg/m3 in a mixture of waste iron powder by 1%. For CBR value is also a change from clay 66.35% to 85.31% in the mixture of waste iron powder 1%. These results indicate that iron powder waste can be used for mixing soil stabilizer which can increase the carrying capacity of the land to the subgrade
v
2.3.1.Karakterisasi dengan Menggunakan Difraksi Sinar-X ... 18
vi
2.3.3. Pengujian Kepadatan (Compaction) ... 21
2.3.4.Pengujian dengan Menggunakan CBR (California Bearing Ratio) ... 21
3.3.3. Pengujian Karakteristik Mikrostruktur ... 28
3.3.4. Persiapan bahan Penstabil Tanah (soil stabilizer) ... 30
3.3.5. Perlakukan terhadap tanah liat dan bahan penstabil tanah ... 31
3.3.6. Pembuatan bahan penstabil tanah (soil stabilizer) ... 31
3.3.7. Pengujian Pemadatan Tanah (compaction) tanah liat (clay) .. 32
3.3.8. Percampuran bahan penstabil tanah (soil stabiliser) dengan tanah liat (clay) ... 33
3.3.9. Pengujian dengan menggunakan CBR ... 34
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 37
4.1.Hasil Pengujian pada Tanah Liat (Clay) ... 37
4.1.1. Hasil Pengujian sifat fisik tanah asli (clay) ... 37
4.1.2. Hasil karakterisasi difraksi sinar-X tanah liat (clay) ... 38
4.1.3. Hasil Karakterisasi scanning electron microscopy (SEM) tanah asli (clay) ... 41
4.1.4. Klasifikasi Tanah Liat (Clay) ... 42
4.2.Hasil Pengujian pada Semen Portland Tipe I ... 44
4.2.1. Hasil Pengujian difraksi sinar-X Semen Portland Tipe I ... 44
4.2.2. Hasil Pengujian SEM Semen Portland Tipe I ... 45
4.3. Hasil Pengujian pada Serbuk Polivinilklorida (PVC) ... 47
vii
4.3.2. Hasil Pengujian SEM Serbuk PVC ... 49
4.4.Hasil Pengujian pada Serat Polipropilena (PP) ... 50
4.4.1 Hasil Pengujian difraksi sinar-X Serat PP ... 50
4.4.2 Hasil Pengujian SEM Serat PP ... 51
4.5.Hasil Pengujian pada Limbah Serbuk Besi (LSB) ... 52
4.5.1. Hasil Pengujian difraksi sinar-X Limbah Serbuk Besi (LSB) 52 4.5.2. Hasil Pengujian SEM Limbah Serbuk Besi (LSB) ... 53
4.6.Hasil Pengujian pada Bahan Penstabil Tanah (Soil Stabilizer) .. 55
4.6.1. Hasil Karakterisasi Bahan Penstabil Tanah (Soil Stabilizer) dengan menggunakan Difraksi Sinar-X ... 55
4.6.2. Pengaruh penambahan limbah serbuk besi pada bahan penstabil tanah (soil stabilizer) ... 56
4.7.Hasil Pengujian tanah liat (clay) yang dicampur dengan Penstabil Tanah (Soil Stabilizer) dan Limbah Serbuk Besi (LSB) ... 57
4.7.1. Hasil Pengujian Difraksi Sinar-X tanah liat (clay) yang dicampur dengan Penstabil Tanah (Soil Stabilizer) dan Limbah Serbuk Besi (LSB) ... 57
4.7.2. Hasil Pengujian SEM tanah liat (clay) yang dicampur dengan Penstabil Tanah (Soil Stabilizer) ditambah Limbah Serbuk Besi (LSB) ... 59
4.7.3. Hasil Pengujian Pemadatan (compacction) Tanah liat (clay) yang dicampur dengan Penstabil Tanah (Soil Stabilizer) dan Limbah Serbuk Besi (LSB) ... 65
4.7.4. Hasil Pengujian CBR tanah liat (clay) yang dicampur dengan Bahan Penstabil Tanah (Soil Stabilizer) dan Limbah Serbuk Besi (LSB) ... 66
4.7.5. Hasil Pengujian Porosiitas ...67
viii
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 70
DAFTAR PUSTAKA ... 72
ix
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman
Tabel
Tabel 2.1 Tingkat Plastisitas Tanah Menurut Atterberg (1971) ... 7
Tabel 4.1 Karakteristik tanah liat asli (clay) ... 38
Tabel 4.2 Tiga puncak tertinggi pola difraksi tanah liat asli (clay) ... 39
Tabel 4.3 Komposisi tanah liat asli (clay) ... 40
Tabel 4.4 Identifikasi sifat fisik (karakteristik) tanah liat asli (clay) ... 43
Tabel 4.5 Tiga puncak tertinggi pola difraksi semen portland Tipe I .... 44
Tabel 4.6 Komposisi Semen Portland Tipe I ... 45
Tabel 4.7 Tiga puncak tertinggi pola difraksi Serbuk PVC ... 48
Tabel 4.8 Tiga puncak tertinggi pola difraksi serbuk Polipropilena ... 50
Tabel 4.9 Tiga puncak tertinggi pola difraksi-X limbah serbuk besi ... 52
Tabel 4.10 Komposisi Limbah Serbuk Besi (LSB) ... 53
Tabel 4.11 Tiga puncak tertinggi pola difraksi sinar-X bahan penstabil Tanah (soil stabilizer) yang ditambah dengan limbah serbuk Besi (LSB) ... 55
Tabel 4.12 Komposisi bahan penstabil tanah (soil stabilizer) ... 56
Tabel 4.13 Tiga puncak tertinggi pola difraksi sinar-X tanah liiat (clay) dicampur bahan penstabil tanah (soil stabilizer) dan limbah serbuk besi (LSB) ... 58
x
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman
Gambar
Gambar 2.1 Struktur Dasar Lembar Silika tetrahedral dan aluminium
Oktahedral dan pola sintesis mineral tanah liat ... 9
Gambar 2.2 Struktur dan Morfologi Kaolinit ... 10
Gambar 2.3 Struktur dan Morfologi Monmorillonit ... 11
Gambar 2.4 Struktur dan Morfologi Illit ... 12
Gambar 2.5 Serbuk PVC ... 15
Gambar 2.6 Serat Polipropilane ... 17
Gambar 2.7 Difraksi sinar-X berdasarkan Persamaan Bragg ... 22
Gambar 2.8 Ilustrasi berkas elektron yang terjadi pada SEM ... 23
Gambar 3.1 Pengujian batas plastis dengan casegrande ... 25
Gambar 3.2 Piknometer untuk pengujian gravity specific ... 27
Gambar 3.3 Perangkat alat XRD ... 28
Gambar 3.4 Penempatan tanah liat pada holder sample ... 29
Gambar 3.5 Perangkat alat scanning electron Microscopy (SEM) ... 29
Gambar 3.6 Penempatan sampel pada sample holder dan chamber ... 30
Gambar 3.7 Bahan-bahan penstabil tanah (soil stabilizer)... 32
Gambar 3.8 Uji pemadatan tanah (compaction) ... 33
Gambar 3.9 Proses pencampuran tanaha liat dan Pemeraman ... 34
Gambar 3.10 Alat uji CBR ... 35
Gambar 4.5 Morfologi dari Semen Portland Tipe I perbesaran 500x .... 46
Gambar 4.6 Morfologi dari Semen Portland Tipe I perbesaran 1000x .. 46
Gambar 4.7 EDS Spektrum dari Semen Portland Tipe I ... 47
Gambar 4.8 Pola difraksi sinar- X serbuk PVC ... 48
xi
Gambar 4.10 Hasil morfologi dari serbuk PVC pada perbesaran 500x ... 49
Gambar 4.11 Pola difraksi sinar-X serat PP ... 50
Gambar 4.12 Hasil morfologi dari Serat PP pada perbesaran 500x ... 51
Gambar 4.13 Hasil morfologi dari Serat PP pada perbesaran 1000x ... 51
Gambar 4.14 Pola difraksi sinar-X pada limbah serbuk besi (LSB) ... 52
Gambar 4.15 Hasil SEM pada LSB perbesaran 100x ... 54
Gambar 4.16 Hasil SEM pada LSB perbesaran 500x ... 54
Gambar 4.17 Pola difraksi sinar-X bahan penstabil tanah (soil stabilizer) 55 Gambar 4.18 Pola difraksi sinar-X tanah liat yang dicampur dengan bahan penstabil tanah (soil stabilizer) dan limbah serbuk besi (LSB) 57 Gambar 4.19 Hasil SEM tanah liat (clay) yang dipadatkan (compaction) modified dicampur tanpa penstabil tanah (soil stabilizer) .. 59
Gambar 4.20 EDS Sepektrum TL0%SS0%LSB ... 60
Gambar 4.21 Hasil SEM tanah liat (clay) yang dipadatkan (compaction) modified dicampur dengan penstabil tanah (soil stabilizer) tanpa limbah serbuk besi (LSB) ... 60
Gambar 4.22 Sepektrum EDS TLSS0%LSB ... 61
Gambar 4.23 Hasil SEM tanah liat (clay) yang dipadatkan (compaction) modified dicampur dengan penstabil tanah (soil stabilizer) dan 1% limbah serbuk besi (LSB) ... 61
Gambar 4.24 Sepektrum EDS TLSS1%LSB ... 62
Gambar 4.25 Hasil SEM tanah liat (clay) yang dipadatkan (compaction) modified dicampur dengan penstabil tanah (soil stabilizer) ditambah 3% limbah serbuk besi (LSB) ... 62
Gambar 4.26 Sepektrum EDS TLSS3%LSB ... 63
Gambar 4.27 Hasil SEM tanah liat (clay) yang dipadatkan (compaction) Modified dicampur dengan penstabil tanah (soil stabilizer) ditambah 5% limbah serbuk besi (LSB) ... 63
Gambar 4.28 EDS Sepektrum TLSS5%LSB ... 64
xii
Gambar 4.30 EDS Sepektrum TLSS7%LSB ... 65
Gambar 4.31 Grafik hubungan antara penambahan %LSB dengan kadar air 65
Gambar 4.32 Grafik hubungan antara penambahan %LSB dengan
Berat jenis ... 66
Gambar 4.33 Grafik hubungan antara penambahan %LSB
dengan nilai CBR ... 66
Gambar 4.34 Grafik hubungan antara penambahan %LSB dengan Densitas 67
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Judul Halaman
Lampiran
Lampiran A Surat Keterangan Telah Melaksanakan Penelitian ... L-1
Lampiran B Data hasil Penelitian ... L-2
xiv
DAFTAR TERMINOLOGI
B3 = Bahan Berbahaya Beracun
CBR = California Bearing Ratio
EDS = Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy
GS = Gravity Specific
IP = Index Plasticitas
LL = Liquid Limited
PL = Plastis Limited
PP = Poli Propilena
PVC = Poli Vinil Clorida
SEM = Scanning Electron Microscopy
USCS = United State Clasification System
