BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Deskripsi Umum Tentang Tanah Secara umum, tanah didefinisikan sebagai material yang terdiri dari agregat mineral-mineral padat yang tidak tersementasi satu sama lain dan dari bahan-bahan organik yang telah melapuk disertai dengan zat cair dan gas yang mengisi ruang-ruang kosong di antara partikel-partikel padat tersebut. Tanah merupakan kumpulan butir kasar maupun halus yang saling berhubungan, dan memiliki ruang diantaranya. Ruang ini sering disebut dengan istilah rongga tanah. Terdapat partikel air (water) dan udara (air) di dalam partikel tanah. Hubungan antara partikel tanah (solid), air (water), dan udara (air) menunjukkan kekuatan tanah di dalam menentukan beban di atasnya. Berikut merupakan ilustrasi gambar dari pernyataan yang dimaksud, dapat dilihat pada Gambar 2.1 di bawah ini. Wv Wa Udara Va Vv W V W W Air V W Ws Butiran Padat Va Gambar 2.1 Hubungan berat dengan volume tanah beserta rongganya Meli Desiani, Welly Nawi Berlian, Kajian Kuat Tekan... II -1

2 Menurut Cassagrande, pengklasifikasian tanah berdasarkan sistem USCS (Unified Soil Clasification System) dibagi menjadi tiga kelompok, yaitu tanah dengan butiran kasar (<50% lolos saringan no.200), tanah butiran halus (>50% lolos saringan no.200), dan tanah organik yang dapat dikenal dari warna, bau, dan sisa-sisa tumbuh-tumbuhan yang terkandung di dalamnya (Sukirman, 1992). Dalam sistem klasifikasi ini, tanah berbutir kasar dan berbutir halus diklasifikasikan berdasarkan ukuran butir dan gradasi, batas cair, indeks plastisitas dan keberadaan zat organik. Tanah dalam klasifikasi sangat organik' diklasifikasikan sebagai 'tanah gambut' (WSP Internasional, 2002). Setiap jenis tanah memiliki karakteristik tanah yang berbeda, sehingga setiap tanah pasti memiliki kelebihan serta kekurangannya masing-masing. Misalnya untuk tanah berbutir halus, yaitu lempung, tanah jenis ini terbentuk dari banyak jenis material. Mineral pembentuk tanah dapat menentukan sifat dari tanah tersebut, karena jika mineral pembentuknya berbeda, tentu berbeda pula sifatnya. Perbedaan ini meliputi perilakunya terhadap penambahan atau pengurangan kadar air, perubahan kimiawi, dan perubahan fisis akibat adanya pembebanan dan gangguan. Dari berbagai macam karakteristik tanah, sensitivitas tanah adalah salah satu karakteristik tanah yang sangat berpengaruh dalam pekerjaan timbunan. Karena dengan memeroleh nilai sensitivitas tanah, dapat diketahui apakah tanah tersebut mempunyai potensi bahaya longsor atau tidak. Jika tanah tersebut memiliki nilai sensitivitas yang rendah maka kemungkinan bahaya akan longsor rendah, begitu juga sebaliknya. Jika tanah tersebut memiliki nilai sensitivitas tinggi maka potensi bahaya akan longsornya pun tinggi. Cara untuk meminimalisir kemungkinan terjadinya bahaya longsor adalah dengan meningkatkan kekuatan tanah, salah satunya dengan mencampurkan mineral lain terhadap tanah. Selain itu dapat digunakan perkuatan khususnya pada pekerjaan dinding penahan tanah seperti menggunakan geotextile, soil nailing, geogrid, geofoam, dan lain-lain. Meli Desiani, Welly Nawi Berlian, Kajian Kuat Tekan... II -2

3 2.2 Karakteristik Tanah Lempung Tanah lempung mempunyai sifat-sifat dari tanah lempung, antara lain ukuran butiran halus lebih kecil dari 0,002 mm, permeabilitas rendah, kenaikan air kapiler tinggi, kadar kembang susut yang tinggi, bersifat plastis, dan proses konsolidasi yang lambat (Hardiyatmo, 1999). Tanah lempung memiliki koefisien permeabilitas yang kecil, sehingga membuat air pori dalam tanah membutuhkan waktu yang lama untuk keluar. Konsistensi dari tanah lempung dan tanah kohesif lainnya sangat dipengaruhi oleh kadar air. Indeks plastisitas dan batas cair dapat digunakan untuk menentukan karateristik pengembangan (Holtz dan Gibbs, 1962). Karena penyebab sifat plastis dari suatu tanah adalah air yang terserap disekeliling permukaan partikel lempung, maka dapat diharapkan bahwa tipe dan jumlah mineral lempung yang dikandung di dalam suatu tanah akan mempengaruhi batas plastis dan batas cair tanah yang bersangkutan. Menurut Bowles (1989), mineral-mineral pada tanah lempung umumnya memiliki sifat-sifat sebagai berikut: 1. Hidrasi Partikel-partikel lempung dikelilingi oleh lapisan-lapisan molekul air yang disebut sebagai air terabsorbsi. Lapisan ini pada umumnya mempunyai tebal dua molekul karena itu disebut sebagai lapisan difusi ganda atau lapisan ganda. 2. Aktivitas Tepi-tepi mineral lempung mempunyai muatan negatif netto. Ini mengakibatkan terjadinya usaha untuk menyeimbangkan muatan dengan tarikan kation. Tarikan ini akan sebanding dengan kekurangan muatan netto dan dapat juga dihubungkan dengan aktivitas lempung tersebut. Aktivitas ini didefinisikan sebagai : Aktivitas = Meli Desiani, Welly Nawi Berlian, Kajian Kuat Tekan... II -3

4 Di mana persentasi lempung diambil dari fraksi tanah yang < 2 μm. Aktivitas juga berhubungan dengan kadar air potensial relatif. Nilai-nilai khas dari aktivitas dapat dilihat pada Tabel 2.1. Tabel 2.1 Nilai Aktivitas Mineral Nilai Aktivitas Kaolinite 0,4-0,5 Illite 0,5-1,0 Montmorillonite 1,0-7,0 (Mitchell: 1976) Adapun wujud fisik tanah lempung yang kami jadikan sebagai sampel uji, yaitu tanah lempung Padalarang dapat dilihat pada Gambar 2.2 berikut ini. Gambar 2.2 Tanah sampel Padalarang Gambar tersebut merupakan kondisi tanah sampel yang sedang dikeringkan agar menjadi kering matahari. Dalam rekayasa mineral lempung, sifatnya selalu terhidrasi, yaitu selalu dikelilingi oleh lapisan molekul air yang mempunyai tebal dua molekul atau lapisan ganda. Lapisan air ini dapat hilang pada suhu diatas 60 C sampai 100 C dan sebagian air ini dapat hilang dengan pengeringan udara saja. Meli Desiani, Welly Nawi Berlian, Kajian Kuat Tekan... II -4

5 Pada umumnya jika lempung mengalami dehidrasi pada suhu yang relatif rendah jika ditambah dengan air lagi dan dibiarkan selama beberapa waktu, plastisitasnya dapat kembali seperti semula. Apabila dehidrasi terjadi pada waktu temperatur yang tinggi, sifat plastisitasnya akan turun dan berkurang selamanya walaupun ditambah air dan curing yang lama (Suardi, 2005). Sedangkan tanah lempung lunak merupakan tanah kohesif yang terdiri dari tanah yang sebagian terbesar terdiri dari butir-butir yang sangat kecil seperti lempung atau lanau. Tanah-tanah lempung lunak secara umum mempunyai sifat-sifat seperti berkurang kuat gesernya bila kadar air bertambah, berkurang kuat gesernya bila struktur tanahnya terganggu, bila basah bersifat plastis dan mudah mampat, serta mempunyai daya dukung rendah dibandingkan tanah lempung lainnya. 2.3 Tanah Untuk Timbunan Jalan Ada beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam pekerjaan timbunan jalan, khususnya dari sifat suatu tanah yang akan digunakan. Berikut merupakan sifat-sifat tanah yang tidak boleh digunakan dalam timbunan menurut Spesifikasi Umum Bina Marga Tahun 2007: 1. Tanah yang mengandung organik seperti jenis tanah OL, OH dan Pt dalam sistem USCS, serta tanah yang mengandung daun-daunan, rumput-rumputan, akar dan sampah. 2. Tanah dengan kadar air alamiah sangat tinggi yang tidak mungkin dikeringkan untuk memenuhi toleransi kadar air pada pemadatan (>OMC +1%). 3. Tanah jenis CH dalam sistem USCS dan tanah A-7-6 dalam sistem AASTHO sama sekali tidak boleh digunakan untuk lapisan 20 cm di bawah dasar perkerasan atau bahu jalan atau tanah dasar bahu jalan, kecuali bila diuji dengan SNI memenuhi nilai CBR 6% setelah perendaman 4 hari dan dipadatkan 100% kepadatan kering maksimum (MDD) seperti yang ditentukan oleh SNI Meli Desiani, Welly Nawi Berlian, Kajian Kuat Tekan... II -5

6 Beberapa poin tersebut merupakan ketentuan atau persyaratan teknis yang perlu diperhatikan dalam pekerjaan timbunan tanah yang erat kaitannya dengan bangunan sipil. Dengan beranekaragamnya permasalahan pada tanah, maka didirikannya bangunan sipil diharuskan melakukan penelitian tanah terlebih dahulu. Penelitian ini dimaksudkan mencegah terjadinya beberapa permasalahan yang sering disebabkan oleh permasalahan tanah, seperti penurunan vertikal yang besarnya tergantung dari jenis tanah dan besaran beban bangunan yang bekerja di atasnya. Setiap perubahan sifat fisik dan mekanis dari massa tanah akan membutuhkan penyelidikan dari alternatif-alternatif ekonomis seperti relokasi tempat bangunan atau jalan, jika hal ini masih memungkinkan. Pada umumnya, kondisi tanah yang ada tidak selalu memenuhi kriteria atau spesifikasi perencanaan, baik sebagian maupun seluruhnya, sehingga perlu diadakan modifikasi dengan mengubah perencanaan yang ada. Ingels dan Metcalf (1972) menyebutkan tiga alternatif penting yang harus dipertimbangkan dalam perencanaan, yaitu: 1. Menggunakan material yang tersedia di lapangan dan merencanakan bangunan sesuai dengan kualitas tanah yang ada. 2. Mengangkat material yang ada dan menggantikannya dengan material yang lebih baik atau perbaikan tanah yang memenuhi perencanaan. 3. Melakukan modifikasi pada material yang tersedia sehingga menghasilkan material dengan kualitas yang memenuhi standar perencanaan yang telah ditetapkan. Jika kondisi dimana alternatif pemindahan lokasi tidak memungkinkan karena lahan yang ada merupakan lapisan tanah yang jelek atau bahkan tanah gambut maka dibutuhkan modifikasi atau stabilisasi terhadap tanah yang akan digunakan sebagai landasan bangunan atau badan jalan. Meli Desiani, Welly Nawi Berlian, Kajian Kuat Tekan... II -6

7 2.4 Perencanaan Stabilisasi Tanah dengan Serbuk Pengikat Pemilihan jenis bahan serbuk pengikat ditentukan berdasarkan nilai indeks propertis tanah. Berikut merupakan Tabel 2.2 perencanaan pemilihan serbuk pengikat untuk stabilisasi tanah yang mengacu pada Rancangan 3 Pedoman Konstruksi dan Bangunan, Departemen Pekerjaan Umum. Tabel 2.2 Perencanaan Pemilihan Serbuk Pengikat Untuk Stabilisasi Tanah Sumber: RPT 3 Stabilisasi tanah dengan bahan serbuk pengikat untuk konstruksi jalan Jika bahan serbuk pengikat tidak tersedia pada Tabel 2.2 tersebut, jenis bahan serbuk pengikat dapat diuji coba sesuai tahapan perencanaan stabilisasi di laboratorium dalam RPT 3 Stabilisasi tanah dengan bahan serbuk pengikat untuk konstruksi jalan. Adapun penjelasan mengenai stabilisasi dengan serbuk pengikat yang telah disebutkan sebelumnya terdapat di bawah ini Stabilisasi Tanah dengan Kapur Persyaratan material stabilisasi tanah dengan kapur mengacu pada ketentuan SK SNI S mengenai Spesifikasi Kapur Untuk Stabilisasi Tanah. Meli Desiani, Welly Nawi Berlian, Kajian Kuat Tekan... II -7

8 Terdapat beberapa reaksi yang terjadi antara tanah dengan kapur, antara lain sebagai berikut: 1. Absorsi air Bila kapur dicampurkan pada tanah, maka pada tanahnya yang ada mengandung air, akan terjadi reaksi: CaO + H 2 O -+ Ca (OH) ,6 Kcal/mol Melalui reaksi kimia ini 0,321 kg air bereaksi dengan 0,1 kg kapur dan menimbulkan panas sebesar 278 Kcal. Pada saat bersamaan, volume kapur menjadi kira-kira dua kali lipat besar dari volume asal sehigga berakibat turunnya kandungan air di dalam tanah. 2. Reaksi pertukaran ion Butiran lempung dalam kandungan tanah berbentuk halus dan bermuatan negatif. Ion positif seperti ion Hidrogen (H + ), ion Sodium (Na + ), ion Kalsitrm (K + ) serta air yang berpolarisasi, semuanya melekat pada permukaan butiran-butiran lempung tadi. Jika kapur ditambahkan pada tanah, maka pertukaran ion segera terjadi dan ion sodium yang berasal dari kapur diserap oleh permukaan butiran lempung. Jadi, permukaan butiran lempung tadi kehilangan kekuatan tolaknya (repulsion force), dan terjadilah kohesi pada butiran itu sehingga berakibat kenaikan konsistensi tanah tersebut. 3. Reaksi Pozzolan Dengan berlalunya waktu, maka Silika (SiO 2 ) dan alumina (Al 2 O 3 ) yang terkandung dalam tanah lempung dengan kandungan mineral reaktif, akan bereaksi dengan kapur dan akan membentuk Kalsium Silikat Hidrat. Pembentukan senyawa kimia initerus menerus berlangsung untuk waktu yang iama dan menyebabkan tanah menjadi keras serta kuat karena kapur berfungsi sebagai pengikat (Shouman, 2000). Meli Desiani, Welly Nawi Berlian, Kajian Kuat Tekan... II -8

9 Tergantung dari jenis mineral lempung, sifat reaktif daripada tanah berbeda-beda. Tanah dengan kandungan mineral yang rendah tidak sesuai distabilisasi dengan kapur. Stabilisasi tanah dengan bahan aditif kapur tidak dapat menghasilkan kekuatan yang diharapkan pada masa awal (Gouw Tjie Liong, 2000). Proses kimia stabilisasi tanah dengan kapur sangat tergantung pada sifat reaktif mineral lempung yang dikandungnya. Tanah dengan kandungan mineral lempung, terutama yang mengandung sifat reaktif rendah (SNI ), tidak dianjurkan menggunakan kapur sebagai bahan stabilisasi Stabilisasi Tanah dengan Semen Stabilisasi tanah dengan semen adalah suatu campuran dari tanah yang dihancurkan, semen dan air yang kemudian dilakukan proses pemadatan yang akan menghasilkan suatu bahan baru yang disebut tanah semen (soil cement). Pada stabilisasi tanah dengan semen, semen tidak hanya mengisi pori-pori tanah, tetapi semen juga menempel pada bidang-bidang kontak antara butirbutir tanah dan berfungsi sebagai bahan pengikat yang kuat. Proses interaksi antara tanah dengan semen adalah sebagai berikut: 1. Absorpsi air dan reaksi pertukaran ion Menurut Herzog dan Mitchell (1963), bahwa partikel semen yang kering tersusun secara heterogen dan berisi kristal-kristal 3CaO.SiO 2, 4CaO.SiO 4, 3CaO.Al 2 O 3 dan bahan-bahan yang padat berupa 4CaO.Al 2 O 3 Fe 2 O 3. Bila semen ditambahkan pada tanah, ion kalsium Ca +++ dilepaskan melalui hidrolisa dan pertukaran ion berlanjut pada permukaan partikel-partikel lempung. Dengan reaksi ini partikel-partikel lempung menggumpal sehingga mengakibatkan konsistensinya tanah menjadi lebih baik. Meli Desiani, Welly Nawi Berlian, Kajian Kuat Tekan... II -9

10 2. Reaksi pembentukan kalsium silikat Dari reaksi-reaksi kimia yang berlangsung di atas, maka reaksi utama yang berkaitan dengan kekuatan adalah hidrasi dari A-lite (3CaO.SiO 2 ) dan B-lite (2CaO.SiO 2 ) terdiri dari kalsium silikat dan melalui hidrasi tadi hidrat-hidrat seperti kalsium silikat dan aluminat terbentuk. Senyawa-senyawa ini berperan dalam pembentukan atau pengerasan. 3. Reaksi pozzolan Kalsium hidroksida yang dihasilkan pada waktu hidrasi akan membentuk reaksi dengan tanah (reaksi pozzolan) yang bersifat memperkuat ikatan antara partikel, karena ia berfungsi sebagai binder (pengikat). Berdasarkan Spektrum Teknologi Vol. 13 No.1 April 2006, dengan judul Stabilisasi Tanah Lempung Padalarang Sebagai Subgrade Jalan disebutkan bahwa tanah yang berada di wilayah Kota Baru Parahyangan Padalarang adalah tanah lempung yang memerlukan salah satu atau lebih dari tiga alternatif stabilisasi tanah seperti pernyataan Ingels dan Metcalf sebelumnya di halaman II-6. Setelah dilakukan penelitian yang memodifikasi tanah dengan cara menambahkan bahan tambah berupa semen terhadap tanah lempung Padalarang, ternyata hasilnya menunjukkan bahwa tanah lempung Padalarang yang telah distabilisasi menggunakan semen mengalami peningkatan dalam hal kekuatan. Persentase kadar semen yang digunakan yaitu 3%, 6%, 9%, dan 12% dengan menggunakan masa peram antara 0, 7, 14, 21 dan 28 hari. Didapat nilai CBR terbesar untuk masa peram 0 hari dan 14 hari pada penambahan 9% semen. Meli Desiani, Welly Nawi Berlian, Kajian Kuat Tekan... II -10

11 Pada masa peram 7 hari dan 21 hari nilai CBR terbesar terdapat pada penambahan antara 6% untuk energi pemadatan 56x dan 9% untuk energi pemadatan 10x dan 25x. Sedangkan untuk masa peram 28 hari didapat penambahan semen 3% untuk pemadatan 56x dan penambahan semen 9% untuk energi pemadatan 10x dan 25x. Hal tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.3 di bawah, yaitu hubungan antara nilai CBR dengan kadar semen berdasarkan energi pemadatannya. Gambar 2.3 Hubungan CBR dengan waktu peram perenergi pemadatan Dari hasil tersebut didapat kesimpulan bahwa penambahan semen untuk stabilisasi diperoleh untuk kadar semen minimal 6% dan maksimum 9% dengan masa peram optimum pada 7 hari dan maksimum pada 14 hari. Berdasarkan pertimbangan dari nilai CBR optimum dengan nilai keekonomisan dalam penggunaan bahan tambah berupa semen didapat kadar ideal dengan stabilisasi pada kadar semen 8% (Hendry, 2006). Meli Desiani, Welly Nawi Berlian, Kajian Kuat Tekan... II -11

12 Berdasarkan hasil penelitian tersebut, maka penulis melanjutkan kajian stabilisasi tanah lempung padalarang dengan menetapkan penambahan kadar semen 8% untuk semua campuran. Selain semen, bahan tambah yang digunakan pada penelitian kali ini adalah vermikulit, yang diduga dapat mengontrol kelembapan tanah, sehingga pelaksanaan pekerjaan tanah lebih mudah dan memungkinkan dilakukan pemadatan yang lebih baik pada musim kemarau. Pada kondisi tertentu, tanah di lapangan mungkin dalam kondisi sangat basah, sehingga sulit untuk dipadatkan. Pencampuran tanah lempung Padalarang dengan mineral vermikulit ini memungkinkan tanah menjadi agak kering. 2.5 Karakteristik Material Vermikulit Vermikulit termasuk salah satu mineral paling unik di dunia. Material ini banyak ditemukan di Afrika Selatan. Vermikulit terjadi saat lapisan mineral silika yang telah mengalami proses pemanasan pada suhu tinggi. Pemanasan tersebut telah mengakibatkan mineral mengalami pengembangan seperti pada jagung (pop corn). Hasilnya adalah bahan yang steril porositas tinggi yang mampu menyerap air dalam jumlah banyak dengan cepat serta mudah dikeringkan secara cepat. Adapun rumus kimia vermikulit sebagai berikut: (Mg,Fe,Al) 3 (Al,Si) 4 O 10 (OH) 2 4H 2 O Untuk basic data dan informasi seputar mineral ini didapat dari The Schundler Company. Analisis kimia material vermikulit dapat dilihat pada Tabel 2.3 berikut ini. Meli Desiani, Welly Nawi Berlian, Kajian Kuat Tekan... II -12

13 Tabel 2.3 Analisis Kimia Vermikulit Sumber: The Schundler Company Vermikulit terdiri dari magnesium aluminium silikat yang terhidrasi, mengelupas (mengembang) bila dipanaskan hingga membentuk agregat ringan. Vermikulit yang dimaksud dapat dilihat pada Gambar 2.4 (a) dan (b) berikut. (a) Meli Desiani, Welly Nawi Berlian, Kajian Kuat Tekan... II -13

14 (b) Gambar 2.4 (a) Batuan vermikulit, dan (b) Vermikulit yang digunakan dalam penelitian Vermikulit dibuat dengan berbagai macam gradasi, dari mulai gradasi kecil, sedang hingga besar. Semakin kecil ukuran butir, semakin besar kepadatannya. Sifatnya tidak mudah terbakar, kompresibel, berdaya serap tinggi, tidak reaktif dan tidak berbau, biasanya berwarna kuning hingga coklat. Material vermikulit telah digunakan di berbagai industri selama lebih dari 80 tahun. Material ini digunakan dalam bidang konstruksi pertanian, pasar hortikultura, dan industri. Untuk di bidang industri, vermikulit sering digunakan untuk mempertahankan suhu ketika packing, karena berfungsi sebagai penstabil suhu (industrial exfoliators), juga karena sifatnya tersebut vermikulit digunakan sebagai media pengeram telur reptil. Lain halnya di bidang hortikultura yang menggunakan vermikulit sebagai media tanam dengan kemampuan kapasitas tukar kation yang tinggi, terutama dalam keadaan padat dan pada saat basah. Meli Desiani, Welly Nawi Berlian, Kajian Kuat Tekan... II -14

15 Karena dapat menurunkan berat jenis, dan meningkatkan daya serap air, maka vermikulit digunakan sebagai campuran media tanam. Jadi cocok untuk green roof buiding yang atapnya menjadi media tanam karena sangat ringan dan aman. Sama halnya dengan bidang lain, dalam dunia teknik sipil, material vermikulit digunakan sebagai insulator, terutama dalam teknologi campuran beton. Jika dikombinasikan dengan agregat lain seperti perlit dalam formulasi plester, keduanya akan berfungsi sebagai peredam suara dalam ruangan, biasanya digunakan untuk studio musik. Karena kepadatannya yang rendah dan sifat insulasi yang baik, vermikulit digunakan sebagai pelapis elemen bangunan untuk melindunginya dari efek api/panas. Biasanya untuk pelapis papan kayu, gipsum, dan elemen baja. Selain itu, vermikulit juga berfungsi sebagai plester, agar elemen tahan retak atau penyusutan. 2.6 Stabilisasi Tanah dengan Vermikulit dan Semen Dalam pengertian luas, yang dimaksud stabilisasi tanah adalah pencampuran tanah dengan bahan tertentu, guna memperbaiki sifat-sifat teknis tanah, atau dapat pula, stabilisasi tanah adalah usaha untuk mengubah perilaku tanah agar memenuhi syarat teknis tertentu (Hary, 2010). Sifat-sifat teknis tanah yang dimaksud adalah seperti kapasitas dukung, kompresibilitas, permeabilitas, kemudahan dikerjakan (workability), potensi pengembangan, dan sensitivitas terhadap perubahan kadar air. Adapun aplikasinya dalam pembangunan perkerasan jalan, stabilisasi tanah didefinisikan sebagai perbaikan material jalan, baik dengan cara mekanis maupun dengan cara menambahkan bahan tambah (additive) ke dalam tanah. Dalam perancangan perkerasan jalan, kualitas setiap lapisan pembentuk perkerasan harus memenuhi syarat tertentu. Setiap komponen lapis perkerasan harus mampu menahan geseran, lendutan berlebihan yang menyebabkan retaknya lapisan di atasnya dan mencegah deformasi permanen yang berlebihan akibat memadatnya material penyusun. Meli Desiani, Welly Nawi Berlian, Kajian Kuat Tekan... II -15

16 Jika material tanah distabilisasi, maka kualitasnya menjadi bertambah, dan kemampuan lapisan tersebut dalam mendistribusikan beban ke area yang lebih luas juga bertambah, sehingga mereduksi tebal lapisan perkerasan yang dibutuhkan (Hary, 2010). Pada hakikatnya, stabilisasi tanah yang diuji dan diperhitungkan di laboratorium akan diaplikasikan di lapangan sebagai pekerjaan nyata perbaikan tanah. Stabilisasi tanah di lapangan ini memerlukan perhitungan dan metoda yang berbeda dengan proses stabilisasi tanah di laboratorium. Hal ini mengingat kondisi lapangan yang kompleks dan tidak sesederhana proses stabilisasi di laboratorium. Maka dari itu, untuk menyelesaikan permasalahan tanah yang selalu berkaitan dengan daya dukung dan penurunan tanah, salah satunya dapat diatasi dengan upaya stabilisasi tanah menggunakan metoda pencampuran material lain dengan tanah. Material kali ini adalah vermikulit dan semen. Stabilisasi tanah dengan vermikulit dan semen adalah suatu campuran dari tanah yang dihancurkan, vermikulit, semen, dan air dengan komposisi tertentu yang kemudian dilakukan proses pemadatan yang akan menghasilkan suatu bahan baru, sehingga tanah tersebut memiliki sifat lebih baik dari tanah semula. Berikut merupakan gambar keempat material yang dimaksud (Gambar 2.5) (a) (b) Meli Desiani, Welly Nawi Berlian, Kajian Kuat Tekan... II -16

17 (c) (d) Gambar 2.5 (a) Tanah lempung, (b) Akuades, (c) Semen portland, (d) Vermikulit Vermikulit merupakan mineral yang dapat menyerap air, apalagi vermikulit tidak akan membusuk. Hal ini sangat menarik jika mineral tersebut dijadikan filler atau bahan pengisi untuk timbunan tanah yang dikombinasikan dengan bahan campuran kimia lainya, seperti semen. Seperti yang telah diketahui, semen merupakan salah satu material yang dapat mengeras jika bereaksi dengan air atau sebagai perekat hidrolis. Semen merupakan material pengikat yang penting dan banyak digunakan dalam pembangunan fisik di sektor konstruksi sipil. Semen yang paling banyak digunakan untuk bahan konstruksi adalah semen portland. Prinsip kerja semen disini tidak hanya mengisi pori tanah, tetapi juga menempel pada bidang dan menyebabkan tanah menjadi keras, kuat, serta awet karena semen berfungsi sebagai pengikat. Stabilisasi tanah yang akan dilakukan disini adalah perbaikan dengan menggunakan bahan campur vermikulit dan semen dengan suatu komposisi yang divariasikan. Secara garis besar, proses stabilisasi ini dilakukan dimulai dari pengujian indeks properti untuk menentukan klasifikasi tanah, selanjutnya dilakukan pengujian pemadatan dan CBR untuk melihat berapa besar kepadatan dan daya dukungnya. Apakah ada peningkatan kepadatan setelah diperbaiki dengan campuran semen dan pada komposisi berapa campuran yang ideal didapatkan, terkait karakteristik yang dimiliki oleh kedua material tersebut. Meli Desiani, Welly Nawi Berlian, Kajian Kuat Tekan... II -17

18 Selain itu, yang terpenting disini adalah dilakukan pengujian kuat tekan bebas tanpa dan dengan bahan tambah dengan berbagai variasi kadar vermikulit. Baru setelahnya dibandingkan nilai kuat tekan bebas selama pemeraman untuk diketahui umur optimum yang memiliki nilai kuat tekan bebas maksimum. 2.7 Kuat Tekan Bebas Salah satu parameter yang dipakai untuk menentukan kekuatan geser tanah adalah pengujian kuat tekan bebas tanah (unconfined compression Strength) atau lebih sering dikenal dengan pengujian UCS. Percobaan kuat tekan bebas dilaboratorium dilaksanakan untuk mengetahui besarnya kuat tekan bebas tanah lempung. Kuat tekan bebas adalah besarnya tekanan aksial yang diperlukan untuk menekan suatu silinder tanah sampai pecah atau besarnya tekanan yang memberikan perpendekan tanah sampai 20% apabila sampai dengan perpendekan 20% tanah tidak pecah. Pengujian ini mengukur seberapa kuat tanah dapat menerima kuat tekan yang diberikan sampai tanah tersebut terpisah dari butiran-butirannya dan mengukur regangan tanah akibat tekanan tersebut. Cara melakukan pengujian ini adalah sama seperti uji triaksial tetapi pada pengujian kuat tekan bebas tidak terdapat tegangan sel atau dikatakan σ3 =0. Meli Desiani, Welly Nawi Berlian, Kajian Kuat Tekan... II -18

19 Adapun ilustrasi gambar pemberian tekanan pada sampel tanah yang diuji dapat dilihat pada Gambar 2.6 di bawah ini. Gambar 2.6 Pemberian tekanan pada pengujian UCS Jika lempung tersebut mempunyai derajat kejenuhan 100% maka kekuatan gesernya dapat langsung ditentukan dari kekuatan unconfined tanah tersebut. Besarnya kuat geser tanah tersebut adalah setengah dari nilai kuat tekan itu sendiri. Pada penelitian kali ini, uji kuat tekan dilakukan pada tanah kondisi tidak asli (disturbed sample) atau dalam keadaan yang sudah terganggu. Hal ini adalah untuk diukur kemampuannya masing-masing terhadap kuat tekan bebas. Dan pada akhirnya, akan didapat nilai kuat tekan bebas optimum yang mewakili beberapa contoh tanah atau benda uji. Hasil atau outputnya berupa nilai q u. Besar kecilnya nilai q u dapat menentukan sifat konsistensi tanah. Meli Desiani, Welly Nawi Berlian, Kajian Kuat Tekan... II -19

20 Berikut merupakan tabel konsistensi nilai kuat tekan bebas yang dapat dilihat pada Tabel 2.4 di bawah ini. Tabel 2.4 Konsistensi Tanah q u ( kg/cm 2 ) Konsistensi < 0,24 Very Soft 0,24 0,48 Soft 0,48 0,96 Medium Soft 0,96 1,92 Stiff 1,92 3,83 Very Stiff > 3,83 Hard Sumber: Laporan Laboratorium Uji Tanah Dalam pengujian kuat tekan babas ada beberapa syarat yang harus diperhatikan, di antaranya: 1. Penekanan Sr = Kecepatan regangan berkisar antara 0,5 2 % permenit 2. Kriteria keruntuhan suatu tanah : a. Bacaan proving ring turun. b. Bacaan proving ring tiga kali berturut-turut hasilnya sama. c. Ambil pada = 15 % dari contoh tanah, Sr = 1 % permenit, berarti waktu maksimum runtuh = 15 menit. Meli Desiani, Welly Nawi Berlian, Kajian Kuat Tekan... II -20

21 Adapun parameter-parameter yang diperlukan dalam pengujian kuat tekan bebas dijelaskan pada pernyataan-pernyataan berikut ini. Regangan aksial merupakan perbandingan antara perubahan tinggi benda uji dan tinggi benda uji semula yang dinyatakan dalam persen. Untuk menghitung regangan axial dihitung dengan rumus : L L o Di mana : = Regangan axial (%) L = Perubahan panjang (cm) Lo = Panjang mula-mula (cm) Besarnya luas penampang rata-rata dari benda uji kuat tekan bebas pada setiap saat dihitung dengan rumus di bawah ini. A Ao 1- Di mana : A = Luas rata-rata pada setiap saat (cm 2 ) Ao = Luas mula-mula (cm 2 ) Besarnya tegangan tekan pada benda uji dihasilkan dari beban dibagi dengan luas penampang benda uji. Adapun rumusnya sebagai berikut. P A Di mana : = Tegangan (kg/cm 2 ) P = k. N (Beban kg) k = Faktor kalibrasi proving ring N = Pembacaan proving ring (div) Nilai P atau beban yang yang terjadi saat benda diuji kuat tekan bebasnya dihasilkan dari bacaan proving yang didapat kemudian dikalikan dengan kalibrasi proving ring sebesar 0,179 kg/div. Meli Desiani, Welly Nawi Berlian, Kajian Kuat Tekan... II -21

22 Menurut ASTM D , alat uji kuat tekan bebas yang biasa digunakan adalah berupa sebuah pelat dengan skala beban (a platform weighing scale) yang dilengkapi dengan sistem pembebanan menggunakan dongkrak putar (a screw-jack-activated load yoke), alat dongkrak hidrolis, atau sistem pembebanan lainnya dengan kapasitas yang sesuai dengan peruntukkannya, antara lain untuk mengatur kecepatan pembebanan. Namun, alat uji kuat tekan bebas yang kami gunakan merupakan alat digital (Digital Tritest), tidak menggunakan dongkrak. Tetapi prinsipnya sama dengan alat uji manual. Berikut merupakan gambar mesin kuat tekan bebas yang digunakan di laboratorium mekanika tanah. (Gambar 2.7) Gambar 2.7 Mesin kuat tekan bebas Meli Desiani, Welly Nawi Berlian, Kajian Kuat Tekan... II -22

23 2.8 Pengujian Kompaksi (Pemadatan) Pada dasarnya pemadatan merupakan usaha untuk mempertinggi kepadatan tanah dengan pemakaian energi mekanis untuk menghasilkan pemampatan partikel. Tujuan pemadatan ialah untuk memperbaiki sifat-sifat teknis massa tanah yaitu menaikkan kekuatannya, memperkecil pemampatannya dan daya rembes airnya, serta memperkecil pengaruh air terhadapnya (Soedarmo dan Purnomo, 1997). Empat variabel pemadatan yang didefinisikan oleh Proctor, yaitu usaha pemadatan atau energi pemadatan, jenis tanah (gradasi, kohesif atau tidak kohesif, ukuran partikel, dan sebagainya), kadar air, dan berat isi kering. Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui berat isi kering maksimum atau maks d, dan kadar air optimum pada suatu tanah ( opt). Pengujian pemadatan di laboratorium dilakukan dengan menggunakan uji proctor. Pada uji Proctor, tanah dipadatkan dalam sebuah cetakan silinder bervolume 1/30 ft 3 (=943,3 cm 3 ) dengan ukuran diameter cetakan tersebut adalah 4 in (=101,6 mm). Selama percobaan di laboratorium, cetakan itu dikelem pada sebuah pelat dasar dan di atasnya diberi perpanjangan. Tanah dicampur air dengan kadar yang berbeda-beda dan kemudian dipadatkan dengan menggunakan penumbuk khusus. Berikut gambar alat tersebut (Gambar 2.8). Gambar 2.8 Alat uji Proctor standar Sumber: Modul Laboraorium Uji Tanah Meli Desiani, Welly Nawi Berlian, Kajian Kuat Tekan... II -23

24 Pemadatan tanah tersebut dilakukan dalam tiga lapisan, dengan jumlah tumbukan adalah 25x setiap lapisan. Berat penumbuk adalah 5,5 lb (massa = 2,5 kg) dan tinggi jatuh sebesar 12 in. (=304,8 mm). Untuk setiap percobaan, berat volume basah dari tanah yang dipadatkan tersebut dapat dihitung dari hasil bagi antara berat tanah yang dipadatkan dalam cetakan dengan volume cetakan (943,3 cm 3 ). Untuk menentukan kadar air optimum biasanya dibuat grafik berat isi kering terhadap kadar air. Pada grafik pemadatan ini juga terdapat garis yang disebut Zero Air Voids Line atau garis derajat kejenuhan 100%. Garis ini adalah hubungan teoritis antara berat isi kering dengan kadar air bila derajat kejenuhan adalah 100% yaitu bila pori tanah sama sekali tidak mengandung udara. Garis ini dapat dihitung dengan menggunakan rumus : ZAV GS. w 1 G. S Di mana : γ zav = berat isi kondisi jenuh air G s = Berat jenis tanah (gr/cm 3 ) w = berat isi air (gr/cm 3 ) = kadar air (%) Jenis tanah dan besarnya energi pemadatan mempunyai pengaruh besar terhadap harga dmaks dan kadar air optimum dari tanah tersebut. Untuk setiap percobaan, berat volume basah dari tanah yang dipadatkan tersebut dihitung sebagai berikut: W V (m) Di mana : W = berat tanah yang dipadatkan V (m) = volume cetakan Meli Desiani, Welly Nawi Berlian, Kajian Kuat Tekan... II -24

25 Dan berat volume kering dapat dihitung sebagai berikut: d 1 w(%) 100 Di mana : = persentase kadar air ɣ = berat isi tanah 2.9 Pengujian CBR CBR adalah singkatan dari California Bearing Ratio merupakan perbandingan antara besarnya beban penetrasi suatu material dibandingkan dengan material standar yang berupa batu pecah di California pada waktu dan kecepatan penetrasi yang sama. Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui harga CBR dari suatu tanah. Nilai CBR suatu tanah sangat berpengaruh dalam menunjukan daya dukung suatu tanah. Bila nilai CBR semakin besar maka daya dukung tanah akan semakin baik pula. Oleh karena itu setiap pekerjaan tanah, khususnya dalam pekerjaan timbunan harus dilakukan pengujian ini. Karena pengujian ini merupakan salah satu persyaratan yang wajib dilakukan. Pengujian ini dapat dilakukan di dua tempat, yaitu langsung di lapangan dan di laboratorium. Cara CBR dikembangkan oleh California State Highway Department sebagai cara untuk menilai kekuatan tanah dasar jalan (sub grade). Nilai CBR diambil pada pemadatan tanah dengan kondisi kadar air tanah optimum. Dalam hal ini akan didapat 2 nilai, yaitu: 1. CBR Unsoaked 2. CBR Soaked Daya dukung lapisan tanah dasar dibutuhkan untuk menentukan lapisan perkerasan yang dibutuhkan sesuai rencana. Data yang diperoleh adalah data CBR asli lapangan yang diuji di laboratorium untuk menunjukkan kekuatan daya dukung tanah tersebut yang dibandingkan dengan material atau bahan standar. Meli Desiani, Welly Nawi Berlian, Kajian Kuat Tekan... II -25

26 Nilai CBR dihitung pada nilai penetrasi 0,1 dan 0,2 inci, dengan cara membagi beban pada penetrasi ini masing-masing dengan beban sebesar 3000 dan 4000 pound. Pengujian CBR dilakukan setelah didapat kadar optimum dari pemadatan. Berikut merupakan rumus penentuan penambahan kadar air untuk pengujian CBR: W ( wopt w 1 w ada wpenamban * ada ) W Di mana: w opt = kadar air maksimum dari pemadatan (%) w ada = kadar air tanah yang akan diuji (%) W = berat tanah yang akan diuji (kg) Setelah diuji, kemudian dilakukan perendaman, dengan maksud untuk mensimulasikan keadaan terburuk dilapangan, yaitu dengan keadaan hujan yang menyebabkan tanah di lokasi terendam oleh genangan air (banjir). Sehingga dilihat dengan keadaan terburuk tersebut apakah berpengaruh sangat besar atau tidak terhadap nilai CBR tanah tersebut. Meli Desiani, Welly Nawi Berlian, Kajian Kuat Tekan... II -26