PENGARUH PENAMBAHAN KAPUR Ca(OH)₂ PADA TANAH LEMPUNG (CLAY) TERHADAP PLASTISITAS DAN NILAI CBR TANAH DASAR (SUBGRADE) PERKERASAN JALAN

Transkripsi

1 PENGARUH PENAMBAHAN KAPUR Ca(OH)₂ PADA TANAH LEMPUNG (CLAY) TERHADAP PLASTISITAS DAN NILAI CBR TANAH DASAR (SUBGRADE) PERKERASAN JALAN TUGAS AKHIR Diajukan untuk Melengkapi Tugas-tugas dan Memenuhi Syarat Menempuh Ujian Sarjana Teknik Sipil FACHRI GHAZALI BIDANG STUDI TRANSPORTASI DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2010

2 ABSTRAK Tanah dasar yang plastisitasnya tinggi, dengan kapasitas dukung terhadap beban yang rendah merupakan permasalahan pada pengembangan konstruksi jalan raya. Oleh karena itu diperlukan perbaikan pada tanah tersebut sebelum dilakukan pekerjaan lapisan berikutnya. Pada penelitian ini digunakan kapur jenis calsium hidroksida Ca(OH)₂ sebagai bahan stabilisasi. Tanah lempung yang diuji termasuk lempung dengan plastisitas tinggi dengan nilai batas cair (LL) 70.30% dan indeks plastisitas 43.43% dan tergolong CH (high plasticity of clay) menurut USCS dan golongan A-7-6 menurut AASHTO. Setelah tanah dicampur dengan kapur, terjadi perubahan klasifikasi tanah menurut Sistem Unified maupun AASHTO. Menurut Unified, dengan nilai batas cair = 44.60% dan indeks plastisitas = 8.35% maka tanah lempung yang telah dicampur dengan kapur termasuk golongan CL (low plasticity of Clay). Berdasarkan sistem klasifikasi AASHTO maka tanah lempung yang diteliti dikategorikan ke dalam kelompok A-5 (8). Dari data data penelitian terhadap tanah asli dan tanah yang telah dicampur kapur, pengaruh yang paling dominan akibat stabilisasi dengan kapur adalah penurunan indeks plastisitas, yaitu dari 43.43% menjadi 8.35% dengan persentase penurunan sebesar 80.77%. Nilai CBR Laboratorium juga mengalami kenaikan yang signifikan, yaitu dari 1.99 % menjadi 23.6 %. Stabilisasi dengan kapur juga mengubah sifat tanah unconfined dalam sistem klasifikasi kuat tekan bebas tanah, yaitu dari kg/cm² menjadi kg/cm² atau dari jenis very soft menjadi medium. Keyword : stabilisasi, tanah dasar, kapur

3 KATA PENGANTAR Rasa syukur yang tiada hingga kepada Allah SWT Tuhan Semesta Alam yang selalu memberikan rahmat dan hidayahnya hingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Selawat beriring salam kepada Nabi Muhammad SAW yang telah membawa kita dari zaman jahiliyah ke zaman yang terang benderang. Adapun judul dari Tugas Akhir ini adalah Pengaruh Penambahan Kapur Ca(OH)₂ pada Tanah Lempung (Clay) terhadap Plastisitas dan Nilai CBR Tanah Dasar (Subgrade) Perkerasan Jalan. Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan Strata I (S1) di Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. Penulis menyadari bahwa dalam penulisan tugas akhir ini tidak terlepas dari bimbingan, dukungan dan bantuan dari semua pihak. Penulis mengucapkan terima kasih atas segala bantuan, motivasi dan doa yang diberikan hingga penulis dapat menyelesaikan studi di Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik, terutama kepada : 1. Bapak Ir. Zulkarnain A. Muis, M.Eng.Sc, selaku Dosen Pembimbing yang telah berkenan meluangkan waktu, tenaga dan pemikiran untuk membantu, membimbing dan mengarahkan penulis hingga selesainya tugas akhir ini. 2. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, selaku Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 3. Bapak Ir. Teruna Jaya, M.Sc, selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik.

4 4. Bapak Ir. Joni Harianto, Bapak Medis S. Surbakti, ST.MT, Bapak Ir. Indra Jaya Pandia, selaku Dosen Pembanding/Penguji yang telah memberikan masukan dan kritikan yang membangun dalam menyelesaikan tugas akhir ini. 5. Bapak Dr.Ir.Roesyanto,MSCE selaku Kepala Laboratorium Mekanika Tanah yang telah memberikan izin melakukan percobaan laboratorium di laboratorium mekanika tanah USU. 6. Bapak/Ibu Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara yang telah membekali penulis dengan berbagai ilmu pengetahuan hingga selesainya tugas akhir ini. 7. Bapak/Ibu Staf Tata Usaha Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik yang telah membantu dalam menyelesaikan dan menyukseskan tugas akhir ini. 8. Ibu dan ayah tercinta yang selalu mendukung dan memotivasi penulis dalam menjalani hidup dengan penuh kasih sayang. Merupakan suatu kebahagian bila ananda bisa selalu membahagiakan ibu dan ayah tercinta. 9. Teman-teman seperjuangan angkatan 05, abang-abang angkatan , dan adik-adik angkatan Terima kasih atas bantuan dan dukungannya baik secara langsung maupun tidak langsung dalam penyelesaian tugas akhir ini, sehingga tugas akhir ini dapat selesai dengan baik dan tanpa menemui hambatan serta rintangan yang berarti.

5 Tiada gading yang tak retak, demikian juga dengan Tugas Akhir ini yang masih jauh dari kesempurnaan. Maka dari itu, segala saran, masukan dan kritikan yang sifatnya membangun akan penulis terima dengan tangan terbuka demi perbaikan tugas akhir ini. Harapan penulis, semoga tugas akhir ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua. Medan, Juni 2010 Hormat Saya, Penulis Fachri Ghazali NIM :

6 DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... x DAFTAR TABEL... xiv DAFTAR PERSAMAAN... xvi BAB I PENDAHULUAN... 1 I.1. Uraian Umum... 1 I.2. Permasalahan... 3 I.3. Maksud dan Tujuan... 3 I.4. Pembatasan Masalah... 4 I.5. Metodologi Pembahasan... 5 I.6. Sistematika Penulisan... 6 BAB II FAKTOR FAKTOR YANG MEMPENGARUHI PLASTISITAS DAN NILAI CBR TANAH LEMPUNG (CLAY) SERTA STABILISASI DENGAN Ca(OH)₂ II.1. Umum II.2. Sifat sifat umum mineral lempung II.3. Faktor faktor yang mempengaruhi plastisitas dan nilai tanah lempung (clay) II.3.1. Faktor lingkungan II.3.2. Karakteristik material II.3.3.Kondisi tegangan II.4. Stabilisasi tanah lempung sebagai subgrade dengan menggunakan bahan aditif kapur II.4.1. Proses kimia stabilisasi tanah dengan kapur II.5. Sistem klasifikasi tanah II.5.1. Sistem Unified Soil Classification System (USCS). 26 II.5.2.Sistem klasifikasi AASHTO... 30

7 BAB III II.6. Sifat fisik tanah II.6.1. Hubungan antara butiran,air dan udara dalam tanah 33 II.7.Batas batas Atterberg II.7.1. Batas cair (liquid limit) II.7.2. Batas plastis (plastis limit) II.7.3.Indeks plastisitas II.8. Pengujian kepadatan tanah II.8.1. Penetuan kadar air optimum II.9.Percobaan CBR unsoaked II.10 Unconfined compression test PEMERIKSAAN SIFAT SIFAT FISIK DAN MEKANIS LEMPUNG (CLAY) SERTA PENCAMPURAN TANAH ASLI DENGAN KAPUR Ca(OH) III.1. Persiapan penelitian III.2. Pekerjaan lapangan III.2.1. Sampel tanah terganggu (disturbed) III.2.2. Peralatan III.2.3. Bahan uji III.3. Pekerjaan laboratorium III.3.1. sampel uji III.4. Pemeriksaan properties tanah asli III.4.1. Pemeriksaan basic properties tanah asli III Pengujian kadar air III Pengujian berat jenis tanah III Analisa saringan dan hidrometer III Percobaan Atterberg Limit III.4.2. Pemeriksaan engineering properties tanah asli III Percobaan pemadatan (proctor standar) III Percobaan CBR laboratorium III Percobaan Unconfined Compression Strenght III.5. Summary laboratory tes... 60

8 III.6. Penentuan persentase kapur yang dibutuhkan III.7. Penelitian pada tanah yang distabilisasi dengan Ca(OH) III.7.1. Pengujian batas batas konsistensi III.7.2. Pengujian pemadatan (compaction test) III.7.3. Percobaan CBR laboratorium III.7.4. Percobaan unconfined compression strenght BAB IV PEMBAHASAN HASIL PENELITIAN IV.1. Karakteristik tanah lempung setelah dicampur Ca(OH) IV.1.1. Karakteristik plastisitas lempung setelah distabilisasi dengan kapur IV Pengaruh kapur terhadap batas cair IV Pengaruh kapur terhadap batas plastis IV Pengaruh penambahan Ca(OH) pada tanah lempung terhadap plastisitas tanah dasar IV.1.2. Pengaruh penambahan kapur terhadap berat isi kering maksimum dan kadar air optimum IV.1.3. Pengaruh penambahan kapur Ca(OH) terhadap kekuatan dan daya dukung lempung (clay) IV Nilai CBR laboratorium yang telah distabilisasi dengan Ca(OH) IV Nilai kekuatan tekan bebas (qu) lempung yang distabilisasi dengan Ca(OH). 82 IV.2. Analisa dan Diskusi IV.2.1. Klasifikasi tanah asli IV Sistem USCS IV Sistem klasifikasi AASHTO IV.2.2. Klasifikasi tanah yang telah dicampur dengan kapur Ca(OH) BAB V APLIKASI LAPANGAN V.1. Peralatan... 89

9 V.2. Ketentuan khusus persiapan stabilisasi V.2.1.Kadar air awal bahan V.2.2 Menentukan kadar kapur aktual dan jumlah penebaran kapur V Kadar kapur aktual V Jumlah penebaran kapur di lapangan V.2.3. Kadar air dan derajat kepadatan lapangan V.2.4. Kekuatan V Sambungan V.3. Cara pengerjaan V.3.1. Penebaran kapur V.3.2.Pencampuran V.3.3. Pemadatan dan perataan V.4. Perawatan (curing) BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN VI.1. Kesimpulan VI.2. Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

10 DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1. Penampang melintang perkerasan lentur jalan raya... 1 Gambar 1.2. Distribusi beban pada struktur jalan... 2 Gambar 1.3. Fase fase tanah... 2 Gambar 1.4. Diagram flowchart pengerjaan tugas akhir... 9 Gambar 2.1. Variasi indeks plastisitas dengan persen fraksi lempung Gambar 2.2. Hubungan antara persentase butir lempung dan aktivitas.. 15 Gambar 2.3. Lime manufacturing plan Gambar 2.4. Subgrade dengan PI yang tinggi distabilisasi dengan kapur Gambar 2.5. Nilai nilai batas Atterberg untuk subkelompok A-4, A-5, A-6 dan A Gambar 2.6. Diagram fase tanah Gambar 2.7. Batas batas Atterberg Gambar 2.8. Kurva hubungan kadar air dengan berat volume kering Gambar 3.1. Lokasi soil sampling Gambar 3.2. Sampel tanah Jl.Anif dan Jl.Bajak V Gambar 3.3. Mencari kadar air pada percobaan water content Gambar 3.4. Perhitungan berat jenis tanah Gambar 3.5. Grafik hubungan pukulan dengan kadar air sampel A Gambar 3.6. Grafik hubungan pukulan dengan kadar air sampel B Gambar 3.7. Persiapan benda uji Atterberg Limit Gambar 3.8. Kurva hubungan kadar air optimum dengan berat isi kering maksimum Gambar 3.9. Kurva hubungan kadar air dengan berat isi tanah kering. 56 Gambar Penentuan perkiraan persentase kapur yang dibutuhkan...61 Gambar Grafik hubungan pukulan dengan kadar air variasi campuran 5% dengan waktu pemeraman 14 hari Gambar Hubungan antara berat isi kering maksimum dengan kadar air optimum pada variasi 5% kapur... 65

11 Gambar Hubungan beban dan penurunan pada 56 pukulan, variasi campuran 5%, waktu pemeraman 14 hari Gambar Hubungan berat isi kering dengan CBR variasi penambahan kapur 5% dengan waktu pemeraman 14 har Gambar 4.1. Perbandingan nilai batas cair lempung yang telah dicampur kapur dengan berbagai variasi kadar kapur dan waktu pemeraman Gambar 4.2. Perbandingan nilai batas plastis lempung yang telah dicampur kapur dengan berbagai variasi kadar kapur dan waktu pemeraman Gambar 4.3. Perbandingan indeks plastisitas lempung yang dicampur Kapur dengan berbagai variasi kadar kapur dan waktu pemeraman Gambar 4.4. Hubungan kadar kapur dengan berat isi kering maksimum...79 Gambar 4.5. Hubungan kadar kapur dengan kadar air optimum Gambar 4.6. Hubungan kadar air dengan berat isi kering dari masing masing persentase kapur Gambar 4.7. Perbandingan nilai CBR lempung yang distabilisasi dengan kapur dengan berbagai variasi kadar kapur dan waktu pemeraman Gambar 4.8. Perbandingan nilai kuat tekan bebas lempung yang dicampur kapur dengan berbagai variasi kadar kapur dan waktu pemeraman Gambar 4.9. Klasifikasi tanah asli menurut USCS Gambar Klasifikasi tanah asli menurut AASHTO Gambar 5.1. Alat pencampur (stabiliser/reclaimer) Gambar 5.2. Gigi pengaduk di drum pengaduk (miling drum) Gambar 5.3. Mesin penggali dingin (cold miling machine) Gambar 5.4. Grafik hubungan kekuatan dengan kadar kapur Aktual Gambar 5.5. Sambungan memanjang lapisan stabilisasi... 98

12 Gambar 5.6. Sambungan melintang lapisan stabilisasi Gambar 5.7. Pemuatan kapur (loading binder) Gambar 5.8. Penyebaran kapur (spreading) Gambar 5.9. Pencampuran kering (dry mixing) Gambar Pencampuran basah (wet mixing) Gambar Pemadatan awal (initial compaction) Gambar Pemadatan akhir (final compaction) Gambar Pemotongan (cutting) Gambar 5.6. Perawatan (curing) menggunakan membran bitumen..107

13 DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Jenis bahan pengikat Tabel 2.2. Persyaratan sifat sifat kapur untuk stabilisasi tanah Tabel 2.3. Perbandingan antara Ca(OH)₂ dengan CaO Tabel 2.4. Kelebihan stabilisasi dengan kapur ditinjau dari tiap tiap propertis Tabel 2.5. Sistem klasifikasi tanah Unified Tabel 2.6. Persen butiran lolos dari masing- masing ayakan Tabel 2.7. Sistem klasifikasi AASHTO Tabel 2.8. Sifat sifat tanah ditinjau dari indeks plastisitas Tabel 3.1. Sampel pengujian untuk tanah asli Tabel 3.2. Sampel pengujian untuk tanah asli + Ca(OH)₂ Tabel 3.3. Hasil pengujian kadar air sampel A Tabel 3.4. Hasil pengujian kadar air sampel B Tabel 3.5. Hasil pengujian berat jenis tanah sampel A Tabel 3.6. Hasil pengujian berat jenis tanah sampel B Tabel 3.7. Hasil analisa ayakan sampel A Tabel 3.8. Hasil pengujian hidrometer sampel A Tabel 3.9. Hasil analisa ayakan sampel B Tabel Hasil pengujian hidrometer sampel B Tabel Hasil pengujian batas cair dan batas plastis sampel A Tabel Hasil pengujian batas cair dan batas plastis sampel B Tabel Hasil percobaan pemadatan sampel A Tabel Hasil percobaan pemadatan sampel B Tabel Hasil pengujian CBR sampel A Tabel Hasil pengujian CBR sampel B Tabel Summary laboratory test terhadap tanah asli Tabel Hasil pengujan batas cair dan batas palstis penambahan kapur 5% dan waktu pemeraman 14 hari Tabel Nilai batas batas konsistensi lempung setelah distabilisasi

14 dengan kapur Tabel Hasil pengujian proctor standar variasi campuran 5% kapur Tabel Hasil pengujian proctor standar terhadap berbagai variasi penambahan kapur Tabel Hasil pengujian CBR laboratorium variasi 5% kapur dan waktu pemeraman 14 hari Tabel Hasil pengujian CBR Laboratorium dengan variasi penambahan kapur dan waktu pemeraman Tabel Hasil pengujian UCS variasi penambahan 5% kapur dengan waktu pemeraman 14 hari Tabel Hasil penelitian terhadap kuat tekan bebas dengan berbagai variasi penambahan kapur dan waktu pemeraman Tabel 4.1. Sifat sifat tanah ditinjau dari indeks plastisitas Tabel 4.2. Korelasi indeks uji dengan tingkat pengembangan menurut Holtz dan Gibbs Tabel 4.3. Klasifikasi tanah berdasarkan nilai kuat tekan bebas Tabel 5.1. Tipekal desain kekuatan bahan jalan terstabilisasi... 98

15 DAFTAR PERSAMAAN Persamaan 2.1. Aktivitas tanah Persamaan 2.2. Indeks kelompok (GI) Persamaan 2.3. Berat butir tanah Persamaan 2.4. Volume tanah Persamaan 2.5. Volume pori Persamaan 2.6. Kadar air Persamaan 2.7. Berat isi tanah Persamaan 2.8. Berat volume tanah kering Persamaan 2.9. Berat jenis tanah Persamaan Kadar air tanah Persamaan Berat jenis (spesific gravity) Persamaan Indeks plastisitas Persamaan Berat isi kering Persamaan 3.1. CBR laboratorium Persamaan 5.1. Faktor efisiensi alat pencampur Persamaan 5.2. UCS terkoreksi Persamaan 5.3. Jumlah penebaran kapur Persamaan 5.4. Derajat kepadatan lapangan... 97