BAB 2 LANDASAN TEORI

Transkripsi

1 BAB 2 LANDASAN TEORI 2.1. Tinjauan Pustaka Penelitian pada tanah gambut yang distabilisasikan dengan bahan kimia sudah banyak dilakukan, penelitan terdiri dari berbagai macam jenis campuran dan berbagai jenis uji seperti CBR, direct shear, konsolidasi dan lain lain. Penelitian Nugroho, F. E (2014) melakukan penelitian pada tanah gambut Rawa Pening dengan menggunakan campuran gypsum sintetis dan garam dapur dengan campuran variatif dengan uji konsolidasi. Penilitian ini menggunakan campuran garam sebesar 2%, 4%, dan 6% sedangkan untuk campuran gypsum sintetis sebesar 10%, 15%, dan 20%. Penilitan ini menghasilkan nilai Cv sebesar dua kali lipat dari nilai Cv semula. Penelitian Prasetyo Gunawan (2014) melakukan penelitian pada tanah gambut Rawa Pening dengan menggunakan campuran gypsum sintetis dan garam dapur dengan campuran variatif dengan uji Direct Shear. Penilitian ini menggunakan campuran garam sebesar 2%, 4%, dan 6% sedangkan untuk campuran gypsum sintetis sebesar 10%, 15%, dan 20%. Penilitan ini menghasilkan nilai c (kohesi) maksimum sebesar 0,6155 kg/cm 2 sedangkan untuk parameter didapat φ (sudut geser) sebesar 52,24 o. Penelitian Rakhman, Y. A (2002) melakukan penelitian pada tanah gambut Rawa Pening dengan menggunakan campuran gypsum sintetis dan semen dengan campuran variatif dengan uji CBR. Penelitian ini menggunakan 5% semen portland dengan gypsum sintetis dengan variasi yaitu 5%, 10%, dan 15% dari berat tanah kering tanah. Penelitian ini menghasilkan nilai CBR secara keseluruhan naik dari 2,78% menjadi 8,17%. 4

2 5 Penelitian Nugroho, Untoro (2008) melakukan penilitian pada tanah gambut Rawa Pening dengan menggunakan campuran gypsum sintetis dan semen dengan campuran variatif dengan uji CBR. Penelitian ini menggunakan 5% semen portland dengan gypsum sintetis dengan variasi yaitu 5%, 10%, dan 15% dari berat tanah kering tanah. Penelitian ini dapat meningkatkan nilai CBR sebesar tiga kali lipat dari nilai CBR tanah asli. Penelitian Nugroho, S. A (2012) melakukan penilitian pada tanah gambut Riau dengan menggunakan campuran tanah non organik dan semen dengan uji CBR. Penelitian ini menggunakan semen 5%, 7.5%, dan 10% dari berat kering dan dengan campuran dengan tanah non organikdengan variasi yaitu 70:30, 60:40, dan 50:50. Penelitian ini dapat meningkatkan nilai CBR. Pada penelitian Nugroho, F. E (2014) dan Prasetyo Gunawan (2014) telah dilakukan pengujian kadar air yang didapat nilai sebesar %, kadar abu (a) %, dan kandungan organik (o) 71.62%. Dari data diatas maka tanah gambut di Rawa Pening dapat digolongkan ke dalam tanah gambut berdasar ASTM D untuk kadar air dan ASTM D untuk kadar abu dan kadar organik.selain itu juga didapat nilai berat isi tanah sebesar gram/cm3, nilai specific gravity sebesar 1.67 dan juga kandungan serat sebesar 39,272 %. Berdasarkan penelitian-penelitian diatas dapat dijadikan acuan untuk dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai tanah gambut. Pada penelitian kali ini akan dilakukan penelitian tanah gambut yang distabilisai dengan gypsum sintetis dan garam dapur dimana akan dilakukan uji coba triaxial uu Landasan Teori Tanah Gambut Gambut adalah bahan organis setengah lapuk berserat atau suatu tanah yang mengandung bahan organis berserat dalam jumlah besar. Gambut mempunyai angka pori yang sangat tinggi dan sangat kompresibel (Dunn dkk., 1980).

3 6 Tanah yang akan dipakai dalam konstruksi bangunan seperti tanggul, bendungan tanah atau dasar tanah jalan harus dipadatkan demi memperoleh daya dukung tanah yang diinginkan. Gambut dapat ditemui di pegunungan, dataran tinggi dan rendah. Gambut terbentuk pada kondisi iklim yang berbeda-beda: tropis, sedang dan dingin. Definisi tanah gambut berdasarkan ASTM D (2002) adalah tanah yang memiliki kandungan organik tinggi yang terjadi atas dekomposisi material tumbuhan dan dibedakan dari material tanah organik lainnya dari kandungan abunya, <25% abu dari berat keringnya. ASTM D (2002) mengklasifikasikan tanah gambut berdasarkan kandungan serat, kandungan abu (ASTM D2974), tingkat keasaman (ASTM D2976), dan tingkat absorbsinya (ASTM D2980). Sedangkan ASTM D mengklasifikasikan tanah gambut berdasarkan tingkat humifikasinya. Klasifikasi tanah gambut berdasarkan kandungan seratnya, yaitu: 1. Fibric, yaitu tanah gambut dengan kadar serat > 67%, 2. Hemic, yaitu tanah gambut dengan kadar serat antara 33% dan 67%,dan 3. Sapric, yaitu tanah gambut dengan kadar serat < 33%. Serat adalah material penyusun tanah gambut yang merupakan senyawa C, dapat berupa dalam bentuk lignin atau selulosa. Sedangkan klasifikasi tanah gambut berdasarkan kandungan abunya, yaitu: 1. Low ash, yaitu tanah gambut dengan kadar abu < 5%, 2. Medium ash, yaitu tanah gambut dengan kadar abu antara 5% dan15%, dan 3. High ash, yaitu tanah gambut dengan kadar abu > 15%. Sedangkan klasifikasi tanah gambut berdasarkan tingkat asamnya, yaitu: 1. Highly acidic, yaitu tanah gambut dengan ph < 4.5, 2. Moderately acidic, yaitu tanah gambut dengan ph antara , 3. Slightly acidic, yaitu tanah gambut dengan ph antara 5.5-7, dan

4 7 4. Basic, yaitu tanah gambut dengan ph 7. Sedangkan klasifikasi tanah gambut berdasarkan tingkat absorbsinya, yaitu: 1. Extremely absorbent, yaitu tanah gambut yang dapat menampung air >1500%, 2. Highly absorbent, yaitu tanah gambut yang dapat menampung air 800%-1500%, 3. Moderately absorbent, yaitu tanah gambut yang dapat menampung air %, dan 4. Slightly absorbent, yaitu tanah gambut yang dapat menampung air <300%. Berdasarkan tingkat humifikasinya pernah diklasifikasikan oleh Von Post. Tingkat humifikasi yang dimaksud disini adalah seberapa besar tingkat kebusukan gambut, dapat dilihat pada kadar amorf atau kadar seratnya. Gambut yang belum membusuk berwarna jernih dan tak ada material amorf, sedangkan gambut yang telah membusuk sebaliknya. Secara lebih detail dapat dilihat pada tabel 2.1 Tabel 2.1 Klasifikasi tanah gambut menurut ASTM D 4427 (1997) No. BATASAN A. Kadar Abu 1. Low Ash < 5% 2. Medium Ash 5% - 15% 3. High Ash > 15 % B. Kadar Serat 1. Fabric (Gambut mentah) > 67% 2. Hemic (Gambut Matang sedang) 33% - 67% 3. Saptic (Gambut Matang) < 33% C. Daya serap terhadap air 1. Kecil < 300% 2. Moderat (sedang) % 3. Tinggi % 4. Ekstrim >1500%

5 8 Menurut Mac. Farlane dan Radfort (1959) mengklasifikasikan tanah gambut menjadi 2 yaitu : 1. Fibrous Peat (gambut berserat) yang mempunyai kandungan serat 20% atau lebih. Jenis gambut ini mempunyai dua jenis pori yaitu pori antar serat dan pori yang ada dalam serat. 2. Amorphous Granular Peat yang mempunyai kandungan serat < 20%. Jenisgambut ini sebagian besar air porinya terserap di sekeliling permukaan butiran tanah gambut. Sebagai acuan atau perbandingan digunakan hasil penelitian Yunan Arif Rahman pada tahun 2002 yang menyatakan bahwa tanah gambut Rawa Pening termasuk jenis fibrous peat dengan kadar kering udara 21,83%, specific gravity 1,72, batas cair 104,37%, indeks plastisitas 0%, kadar bahan organik 62,27%, kadar serat 62,12% dan kadar abu 37,73% Bahan Tambah a. Gypsum Sintetis Gypsum Sintetis (CaSO4.2H2O) merupakan fraksi dari hydrated lime (kapurhidrasi) yaitu calcium sulfat dehydrate yang merupakan reaksi penggaraman dan penguapan (Prayitno, 1997). Komposisi kimia bahan gipsum adalah: 1. Calcium (Ca) : 23,28 % 2. Hidrogen (H) : 2,34 % 3. Calcium Oksida (CaO) : 32,57 % 4. Air (H2O) : 20,93 % 5. Sulfur (S) : 18,62 % Pembagian gypsum dikelompokan menjadi dua sesuai dengan pemanfaatannya: 1. Gypsum mentah : gypsum dari tambang dilakukan proses peremukan, pengayakan, penggilingan dan pd 49 o C.

6 9 2. Gypsum hasil kalsinasi. : Prosesnya gypsum hasil penambangan dilakukan peremukan, kemudian dikalsinasi pd temperatur 97 ο C menghasilkan gypsum hemi hidrat (stucco/plaster paris) : CaSO4. 0,5 H2 O. pada temp 170 o Cberubah menjadi ß hemihidrat. CaSO4.2H2O ----> CaSO4 0,5 H2O + 1,5 H2 O (2.1) pada temperatur 200 ο C akan terbentuk plaster anhidrous kalsium sulfat, bersifat kurang plastis, keras dan kuat. CaSO4 2H2O > CaSO4 + H2O` (2.2) Pada temp. 500 o C dihasilkan insoluble anhidrit atau dead burning gypsum. Bila ditambah accelerator akan dihasilkan plaster. CaSO5 2 H2O > CaO + SO3 + 2 H2O (2.3) Pada temp 900 o C dihasilkan masa sangat padat, keras, ketahanan tinggi. Gypsum Sintetis memiliki reaksi sebagai berikut : CaO + H2SO4 CaSO4 + H2O CaSO.2H2O (butiran) (2.4) (Kalsium oksida) + (Asam sulfat) (Kalsium sulfat) + air Gypsum Sintetis Cambell, dkk (1985) mengatakan bahwa Gypsum Sintetis (CaSO4.2H2O) sangat berguna sebagai bahan industri karena : a) Mempunyai sifat mudah larut dalam hidrasi air ketika dipanaskan. b) Ketika air ditambahkan akan kembali pada hidrat semula, mengumpulkan dan memperkeras hasil gypsum. Dua fenomena tersebut adalah dehidrasi dan rehidrasi adalah teknologi dasar gypsum. Dehidrasi : CaSO4.2H2O panas CaSO4 + 2H2O Rehidrasi : CaSO4 + 2H2O CaSO4.2H2O + panas Ditambahkan lagi bahwa Calsium Sulfat Dihydrate (CaSO4.2H2O) adalah material awal sebelum dehidrasi dan produk akhir setelah rehidrasi. Pembuatan gypsum sintetis sendiri dapat dilakukan dengan cara mengolah batu kapur (kapur tohor) dicampur dengan asam sulfat atau kapur dicampur dengan air accu (H2SO4). Dalam keadaan murni gypsum sintetis berwarna putih salju.

7 10 Gypsum sintetis dan gypsum alami memiliki rumus kimia yang sama yaitu CaSO 4.2H 2 O. Tetapi keduanya memiliki perbedaan komposisi penyusun. Berikut ini merupakan tabel 2.2 perbedaan antara gypsum sintetis dan gypsum alami: Tabel 2.2 Perbedaan Gypsum Sintetis dan Gypsum Alami Komponen unit Gypsum Alami Gypsum Sintetis Mineral Present Air % 0,38 5,5 CaSO 4.2H 2 O % 87 99,6 Insoluble Residue % 13 0,4 Kalsium % 24,5 24,3 Sulfur % 16,1 18,5 Nitrogen ppm Posfor ppm 30 < 1 Kalium ppm 3600 < 74 Magnesium ppm Boron ppm Tembaga ppm < 0,6 < 0,38 Besi ppm Mangan ppm 225 0,62 Molybdenum ppm < 0,6 3.2 Nikel ppm < 0,6 < 3 Zinc ppm 8,7 1,2 Sumber: Chen & Warren, 2011 Tabel 2.2 menunjukan bahwa terdapat perbedaan nilai antara tiap parameter, seperti pada nilai Mineral Present yang meliputi kadai air, CaSO4.2H2O, Insoluble Residue. Parameter kadar air pada gypsum sintetis bernilai 0,38% sedangkan pada gypsum biasa bernilai 5,5. Kadar CaSO4.2H2O pada gypsum sintetis bernilai 87, sedangkan pada gypsum biasa bernilai 99,6. Nilai Insoluble Residue pada gypsum sintetis bernilai 13, sedangkan pada gypsum biasa bernilai 0,4. b. Garam dapur (NaCl) NaCl (Natrium chlorida) dalam ilmu kimia merupakan komponen utama dari garam dapur. Struktur NaCl meliputi anion di tengah dan kation menempati pada

8 11 rongga octahedral. Larutan garam merupakan suatu elektrolit, yang mempunyai gerakan dipermukaan yang lebih besar dari gerakan pada air murni sehingga bisa menurunkan air dan larutan ini menembah gaya kohesi antar partikel sehingga ikatan partikel menjadi lebih rapat, selain itu larutan ini bisa memudahkan didalam memadatkan tanah. Dalam bentuk kering garam berbentuk kristal mengisi ruang pori di antara butir-butir tanah. Penggunaan garam yang optimum berkisar antara 1,5% - 2%. Larutan garam dapur (NaCl) dapat menambah gaya kohesi antar partikel tanah sehingga ikatan partikel menjadi lebih rapat (Bowles,1984). Garam terbentuk dari berbagai reaksi kimia seperti berikut : HCl (Asam klorida) + NH3 (Amoniak) NH4Cl (Amonium klorida) (2.5) Ca2+ (Calsium) + Cl- (Klorida) CaCl2 (Calsium klorida) (2.6) Na+ (Natrium) + Cl- (Klorida) NaCl (Natrium klorida) (2.7) Larutan garam dapur (NaCl) dapat memudahkan dalam pekerjaan pemadatan tanah. Garam mempunyai sifat yang sama dengan bahan stabilisasi yang menggunakan zat kimia lainnya dan keuntungan yang didapat dari penggunaan garam dapur (NaCl) adalah menaikkan kepadatan dan menambah kekuatan tanah Pengujian Pemadatan Modifikasi (Modified Proctor Test) Tanah yang akan dipakai dalam konstruksi bangunan seperti tanggul, bendungan tanah atau dasar tanah jalan harus dipadatkan demi memperoleh daya dukung tanah yang diinginkan. Pemadatan tanah merupakan suatu proses mekanis dimana udara dalam pori tanah dikeluarkan. Adapun proses tersebut dilakukan pada tanah yang digunakan sebagai bahan timbunan. Tujuan dari pemadatan adalah : a. Mempertinggi kekuatan tanah. b. Memperkecil pengaruh air pada tanah. c. Memperkecil compressibility dan daya rembes airnya.

9 12 d. Kepadatan tanah itu mulai dari berat isi kering tanah ( dry density ) dan tergantung pada kadar air tanahnya ( water content ). Pada derajat kepadatan tinggi berarti : Berat isi maksimum. Kadar air tanahnya ( w ) optimum. Angka porinya ( e ) minimum Pengujian kuat geser tanah dengan Triaksial Test Undrained Unconsolidated Pengujian triaksial dilakukan menggunakan benda uji tanah dengan diameter kirakira 3,81 cm (1,5 inchi) dan tinggi 7,62 cm (3 inchi), atau perbandingan antara diameter dan tinggi benda uji sekitar 1 banding 2. Benda uji dimasukkan dalam selubung karet tipis dan diletakkan ke dalam tabung kaca atau plastik. Ruang di dalam tabung diisi dengan air atau gliserin. Benda uji mendapat tegangan sel / tegangan keliling (σ3), dengan jalan penerapan tekanan pada cairan di dalam tabung kaca atau plastiknya. Alat pengujian dihubungkan dengan pengatur drainasi ke dalam maupun ke luar dari benda uji. Untuk menghasilkan kegagalan geser pada benda ujinya, gaya aksial dikerjakan melalui bagian atas benda ujinya. Pemberian beban aksial ini dapat dilakukan dengan 2 cara: a) Dengan memberikan beban mati yang berangsur-angsur ditambah (penambahan setiap saat sama) sampai benda uji runtuh (deformasi arah aksial akibat pembebanan ini diukur dengan menggunakan arloji ukur /dial gauge). b) Dengan memberikan deformasi arah aksial (vertikal) dengan kecepatan deformasi yang tetap dengan bantuan gigi-gig mesin atau pembebanan hidrolis. Cara ini disebut juga sebagai uji regangan-terkendali. Uji trikasial UU adalah uji kompresi triaksial dimana tidak diperkenankan perubahan kadar air dalam contoh tanah. Sampel tidak dikonsolidasikan dan air pori tidak teralir saat pemberian tegangan geser. Tujuan dari uji triaksial UU adalah mengetahui kekuatan geser tanah yaitu c (kohesi) φ ( sudut geser dalam).

10 13 Tegangan 1 disebut tegangan utama mayor (major principal stress), tegangan 3 disebut tegangan utama minor (minor principal stress). Tegangan utama tengah (intermediate principal stress) 2 = 3, merupakan tegangan keliling atau tegangan sel (confining stress). Karena tinjauannya hanya dua dimensi, tegangan 2 sering tidak diperhitungkan. Tegangan yang terjadi dari selisih 1 dan 3 atau ( 1-3) disebut tegangan deviator (deviator stress) atau beda tegangan (stress difference). Regangan aksial diukur selama penerapan tegangan deviatornya. Penambahan regangan ini akan mengakibatkan bertambahnya luas penampang melintang benda ujinya. Untuk itu, koreksi penampang benda uji dalam menghitung tegangan deviator harus dilakukan. Jika penampang benda uji awal A0, makapenampang benda uji (A) pada regangan tertentu selama pengujian dapat dihitung dengan persamaan berikut : A = Ao 1 V Vo 1 L Lo (2.8) dengan : Vo = volume benda uji awal V = perubahan volume Lo = panjang benda uji awal L = perubahan panjang Untuk menentukan besarnya kuat geser tanah, dapat digunakan tanah dengan kondisi kering maupun jenuh. Jika katup drainasi dibiarkan terbuka selamapenerapan tegangan sel maupun tegangan deviatornya, volume air yang mengalir keluar dari benda uji yang jenuh selama pengujian, akan memberikan nilai perubahan volume benda ujinya. Pada pengujian katup drainasi terbuka atau pengujian drained (dengan drainasi), tegangan total akan sama dengan tegangan efektifnya. Sehingga tegangan utama mayor efektifnya σ 1 = σ1 = σ3 + σ, sedangkan tegangan utama minor efektifnya σ 3 = σ3 dan selanjutnya tegangan utama tengahnya σ 2 = σ 3. Pada saat keruntuhan terjadi, tegangan utama mayor efektif sama dengan σ3 + σf dimana σf adalah tegangan deviator pada saat keruntuhan terjadi, dan teganganutama minor efektif adalah σ 3.

11 14 Pengujian ini benda uji mulai dibebani dengan penerapan tegangan deviator sampai mencapai keruntuhan. Pemberian tegangan sel dan saat penerapan tegangan deviator sampai mecapai keruntuhan. Pemberian tegangan sel dan saat penerapan tegangan deviator selama penggeserannya, tidak diizinkan air keluar dari benda ujinya. Beban normal tidak ditransfer ke butiran tanahnya, karena pada pengujiannya air tak diizinkan mengalir keluar, keadaan tanpa drainasi ini menyebabkan adanya tekanan kelebihan tekanan pori (excesspore pressure) dengan tidak ada tahanan geser hasil perlawanan dari butiran tanahnya. Gambar 2.1 Alat pengujian triaksial, sumber: Braja M. Das Contoh kondisi Unconsolidated Undrained di lapangan adalah pembuatan pondasi dangkal yang sebelumnya dilakukan penggalian. Pada penggalian pondasi dangkal, waktu yang dibutuhkan relatif cepat sehingga air dari dalam tanah tidak sempat mengalir. Nilai kuat geser tanah yang didapat merupakan nilai kuat gesertanah dari pembebanan yang dilakukan secara cepat tanpa ada proses konsolidasi.

12 Kapasitas dukung ultimit Analisis kapasitas dukung (bearing capacity) mempelajari kemampuan yanah dalam mendukung beban pondasi dari struktur yang terletak diatasnya. Kapasitas dukung menyatakan tahanan geser tanah untuk melawan penurunan akibat pembebanan, yaitu tahanan geser yang dapat dikerahkan oleh tanah di sepanjang bidang-bidang gesernya. Perancangan fondasi harus mempertimbangkan adanya keruntuhan geser dan penurunan yang berlebihan. Persyaratan-persyaratan yang harus dipenuhi dalam perancangan fondasi adalah: 1. Faktor aman terhadap keruntuhan akibat terlampaunya kapasitas dukung tanah harus dipenuhi. 2. Penurunan fondasi harus masih dalam batas-batas nilai yang ditoleransikan. Khususnya penurunan yang tak seragam harus tidak mengakibatkan kerusakan pada struktur. Persamaan umum kapasitas dukung Terzaghi : untuk fondasi memanjang: qu = cnc + ponq + 0,5 BN (2.9) untuk fondasi bujur sangkar: qu = 1,3 cnc + ponq + 0,4 BN (2.10) untuk fondasi lingkaran: qu = 1,3 cnc + ponq + 0,3 BN (2.11) untuk fondasi empat persegi panjang: qu = cnc (1+0,3 B/L)+ ponq + 0,5 BN (1-0,2B/L) (2.12) dengan: qu = kapasitas dukung ultimit (kg/cm2) c = kohesi (kg/cm2) po = Df. = tekanan overbuden pada dasar fondasi (kg/cm2) Df = kedalaman fondasi (cm)

13 16 B = lebar atau diameter fondasi (cm) L = panjang fondasi (cm) = berat volume tanah (kg/cm3) Nc, Nq, N = faktor kapasitas dukung Terzaghi Untuk nilai-nilai faktor kapasitas dukung Terzaghi dapat dilihat pada tabel 2.3. Tabel 2.3. Nilai-nilai fakor kapasitas dukung Terzaghi (1943), sumber: Braja M Das ϕ Keruntuhan geser umum Keruntuhan geser lokal Nc Nq Nγ Nc Nq Nγ