PENGARUH PENAMBAHAN ABU GERGAJI KAYU TERHADAP KEKUATAN DAN PENGEMBANGAN (SWELLING) PADA SUBGRADE DARI TANAH LEMPUNG BERPLASTISITAS TINGGI

Transkripsi

1 PENGARUH PENAMBAHAN ABU GERGAJI KAYU TERHADAP KEKUATAN DAN PENGEMBANGAN (SWELLING) PADA SUBGRADE DARI TANAH LEMPUNG BERPLASTISITAS TINGGI Syahril. 1 dan Koeswahono. 2 1 Dosen Jurusan Teknik Sipil Politeknik Negeri Bandung, Jl. Gegerkalong Hilir Ds. Ciwaruga Bandung, Telp./Fax , syahril_polban@yahoo.com 2 Dosen Jurusan Teknik Sipil Politeknik Negeri Bandung, Jl. Gegerkalong Hilir Ds. Ciwaruga Bandung, Telp./Fax ABSTRACT In a pavement of road construction, soil is an important part which has a function as a roadbed and it also has to have an ability to bear the traffic load that work on it. The strength, swelling plasticity, and bearing capacity of a subgrade will be the most important thing to be considered in the pavement of road construction. A high plasticity clay which is used as a subgrade is generally has a low capability of bearing capacity. If the bearing capacity of subgrade is very poor, it has to change with another good soil or it has to be improved. Therefore, one way to improve the soil condition is by a stabilization process. Stabilization is a way to improve soil characteristic, to increase soil strength, and to increase the stiffness of soil. In order to have a high quality of soil improvement, an optimum process of soil stabilization could be done for the high plasticity clay which has a poor bearing capacity as a subgrade by adding the wood saws ash. This research used wood saws ash and took the soft soil which has a high plasticity index value of Padalarang-West Java as the sample by adding with a varying levels of the wood saws ash of 5%, 10%, 15%, and 20%. The results of this research could decrease the value of plasticity index (PI) from 33,07% to 16.55%, increase the value of UCS from 4,072 kg/cm 2 to 7,438 kg/cm 2, and decrease the value of swelling pressure from 0,0159 kg/cm 2 to 0,00082 kg/cm 2. Keywords: subgrade, wood saws ash, strength, swelling, road pavement. 1. LATAR BELAKANG Tanah didefinisikan sebagai material yang terdiri dari agregat (butiran) mineral-mineral padat yang tidak tersementasi (terikat secara kimia) satu sama lain dan dari bahan-bahan organik yang telah melapuk (yang berpatikel padat) disertai dengan zat cair dan gas yang mengisi ruang-ruang kosong diantara partikel-partikel padat tersebut. Tanah berguna sebagai pendukung pondasi bangunan dan juga tentunya sebagai bahan bangunan itu sendiri. Tanah yang berfungsi sebagai lapis pondasi dasar (subgrade) merupakan elemen yang sangat penting dalam suatu pekerjaan konstruksi jalan, dimana daya dukung tanah merupakan unsur utama dalam pembangunan konstruksi jalan tersebut. ISBN VI - 48

2 Tanah sebagai tempat berdirinya suatu konstruksi harus mampu menahan beban yang bekerja diatasnya karena tanah merupakan landasan yang menerima dan menahan beban-beban yang bekerja diatasnya. Pemilihan jenis tanah yang dapat dijadikan tanah dasar melalui penyelidikan tanah menjadi penting karena tanah dasar akan sangat menentukan tebal lapis perkerasan diatasnya, sifat fisik perkerasan di kemudian hari, dan kelakuan perkerasan seperti deformasi permukaan dan lain sebagainya. Kekuatan yang tidak memadai (ketahanan terhadap deformasi) merupakan masalah yang sering dijumpai pada pelaksanaan konstruksi jalan dan merupakan penyebab kerugian secara ekonomis atau juga bisa menyebabkan terjadi kecelakaan, seperti terlihat pada gambar 1. Gambar 1. Tipikal kerusakan jalan akibat kualitas subgrade yang tidak baik Tanah merupakan elemen penting yang berfungsi sebagai landasan yang dapat menahan beban lalu lintas. Agar dalam suatu pembangunan konstruksi perkerasan jalan dapat memiliki kontruksi yang baik haruslah memiliki daya dukung tanah yang mampu memikul beban lalu lintas diatasnya. Untuk itu tanah harus memenuhi persyaratan kualitas, baik secara fisik maupun secara teknis. Namun umumnya tanah dalam keadaan aslinya masih kurang memenuhi persyaratan kualitas untuk pekerjaan konstruksi, seperti terlihat pada gambar 2. Karena itu perlu dilakukan usaha perbaikan sifat-sifat tanah untuk memenuhi persyaratan yang ditentukan misalnya dengan stabilisasi tanah. Gambar 2. Tipikal permukaan dan kualitas lapisan tanah dasar yang tidak baik ISBN VI - 49

3 Perbaikan tanah pada lapisan tanah dasar (subgrade) dengan stabilisasi merupakan salah satu pilihan untuk mengatasi kondisi tersebut. Maksud dari stabilisasi lapisan tanah dasar (subgrade) pada konstruksi jalan adalah suatu usaha untuk perbaikan sifat-sifat tanah eksisting agar memenuhi spesifikasi teknis. 2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Lapisan Tanah Dasar (Subgrade) Lapisan penyangga konstruksi perkerasan jalan yang terbawah dinamakan subgrade (artinya tanah dasar). Tanah dasar dalam keadaan asli merupakan suatu bahan yang kompleks dan sangat bervariasi kandungan mineralnya. Tebal lapisan ini umumnya 60 cm, kisarannya antara cm. Konstruksi subgrade ini dipersiapkan secara khusus agar didapatkan pondasi yang stabil bagi perkerasan dengan cara memadatkan tanah material subgrade menggunakan alat berat. Daya dukung tanah dasar merupakan faktor penting yang sangat menentukan tebal perkerasan, komposisi, dan kinerjanya. Kekuatan tanah dasar tergantung pada kondisi tanah tersebut baik pada saat konstruksi maupun selama umur rencana perkerasan. Tipe tanah, kepadatan dan kadar air adalah faktor-faktor yang sangat menentukan daya dukung tanah. Karena material subgrade dari tanah, maka diperlukan perlindungan agar tahan terhadap perubahan cuaca dan air tanah. Perlindungan subgrade didapat dengan memadatkan tanah sehingga memperkecil rongga antar butiran (porosity)-nya dan meningkatkan sifat tidak mudah ditembus oleh air (impermeability)-nya, juga adanya lapisan surface dari bahan campuran bitumen-agregat yang kedap air dan konstruksi drainase yang baik di bahu jalan akan turut memperpanjang umur subgrade. 2.2 Tanah Lunak Tanah lunak dapat didefinisikan sebagai tanah yang mempunyai sebagian besar ukuran butirnya sangat halus (lolos ayakan standar No. 200). Tanah lunak dapat dikelompokkan dalam butiran tanah lempung (clay) dan lanau (silt). Kedua jenis butiran tanah tersebut mempunyai kadar air yang tinggi dan kandungan pasir lepas yang terletak dekat atau dibawah permukaan air tanah. Tanah lempung (clay) merupakan tanah yang berukuran mikroskopis sampai dengan sub mikroskopis yang berasal dari pelapukan unsur-unsur kimiawi penyusun batuan. Tanah lempung sangat keras dalam keadaan kering dan bersifat plastis pada kadar air sedang. Pada kadar air lebih tinggi lempung bersifat lengket (kohesif) dan sangat lunak. Tanah lempung memiliki butiran-butiran tanah yang halus dan menunjukan sifat plastis, dan kohesi. Kohesi menunjukkan kenyataan bahwa bagian-bagian itu melekat satu sama lainnya, sedangkan sifat plastis memungkinkan bentuk bahan itu dirubah tanpa perubahan isi atau tanpa kembali ke bentuk aslinya, dan tanpa terjadi retakan-retakan. Sifat yang khas dari tanah lempung adalah dalam keadaan kering dia akan bersifat keras, dan jika basah akan bersifat lunak plastis, dan kohesif, mengembang dan ISBN VI - 50

4 menyusut dengan cepat, sehingga mempunyai perubahan volume yang besar dan itu terjadi karena pengaruh air. Tanah lanau (silt) merupakan peralihan antara lempung dan pasir halus. Tanah lanau memiliki sifat kurang plastis dan lebih mudah ditembus air dari pada lempung. Ukuran butiran tanah lanau adalah lebih kecil dari 0,075 mm (lolos ayakan standar No. 200). 2.3 Stabilisasi Tanah Stabilisasi didefinisikan sebagai suatu usaha untuk perbaikan sifat-sifat tanah eksisting agar memenuhi spesifikasi teknis yang diharapkan. Stabilisasi, apabila di desain dengan benar, dapat memberikan keuntungan secara ekonomis dan lingkungan dalam aplikasinya pada rehabilitasi dan pembangunan jalan. Stabilisasi tanah dapat terdiri dari salah satu tindakan sebagai berikut : a. Meningkatkan kerapatan tanah. b. Menambah material yang tidak aktif sehingga meningkatkan kohesi dan/atau tahanan gesek yang timbul. c. Menambah bahan untuk menyebabkan perubahan-perubahan kimiawi dan/atau fisis pada tanah. d. Menurunkan muka air tanah (drainase tanah). e. Mengganti tanah yang buruk. 2.4 Abu Gergaji Kayu Gambar 3. Abu gergaji kayu Abu gergaji kayu (wood saws ash) seperti terlihat pada gambar 3, merupakan limbah industri penggergajian kayu yang dapat dipakai sebagai material pozollan, yaitu material yang banyak mengandung silika dan alumina. Jumlah ketersediaan abu gergaji kayu per tahunnya dimulai dari tahun 2002 hingga tahun 2006 sangat besar seperti terlihat pada tabel 1. Namun tidak semua abu gergaji yang ada telah termanfaatkan, sehingga bila tidak ditangani dengan baik maka dapat menjadi masalah lingkungan yang serius. ISBN VI - 51

5 Umumnya sebagian limbah abu gergaji ini hanya digunakan sebagai bahan bakar tungku, atau dibakar begitu saja, sehingga dapat menimbulkan pencemaran lingkungan. Padahal abu gergaji kayu merupakan bio massa yang belum termanfaatkan secara optimal dan memiliki nilai kalor yang relatif besar. Dengan mengubah abu gergaji kayu menjadi stabilisator tanah, maka akan meningkatkan nilai ekonomis bahan tersebut, serta mengurangi pencemaran lingkungan. Untuk memanfaatkan abu gergaji kayu sebagai stabilisator tanah maka dilakukan proses pembakaran/pengabuan abu gergaji kayu. Tabel 1: Jumlah ketersediaan abu gergaji kayu ( ) Sumber: Departemen Kehutanan (2006) Dalam proses pengabuan, bahan-bahan organic yang terkandung dalam kayu akan terbakar sedangkan bahan-bahan anorganik akan tertinggal.bahan anorganik yang tersisa ini ditimbang dan dinyatakan sebagai kadar abu. Besarnya kadar abu dalam suatu kayu umumnya lebih kecil daripada 1% dari berat kayu keringnya, jarang lebih besar. Secara garis besar proses penghasilan abu gergaji kayu sebagai berikut. Sumber : Departemen Kehutanan Indonesia Gambar 4. Proses penghasilan abu gergaji kayu (wood saws ash) 2.5 Komponen Penyusun Abu Gergaji Kayu Menurut Tarun et al.(2003) komposisi kimia abu kayu adalah senyawa silikat (SiO2) sebesar (4%-60%), Al2O3 sebesar (5-20%) Fe2O3 sebesar (1%-9%), CaO sekitar ISBN VI - 52

6 (2%-37%), MgO sebesar (0,7%-5%), TiO2 sebesar (0%-1,5%), K2O sebesar (0,4%- 14%), SO3 sebesar (0,15-15%), LOI (0,1%-33%). Besar kecil kandungan senyawa tersebut tergantung dari jenis kayu yang dibakar. Hal ini ditunjukkan dari hasil penelitian pada tabel 2 berikut. Tabel 2: Komposisi kimia abu beberapa jenis kayu (Taipale dan Vesterinen, 2003) Jenis Kayu Presentase dalam abu % CaO K2O P2O5 MgO Fe2O3 SO3 SiO2 Na2O Al2O3 TiO2 Birch Cemara Spruce Willow Abu Cemara Sumber: Materrials Handbook Thirteeath Edition,2003 Penelitian yang dilakukan oleh Suyono et al. (1991) mengenai kandungan kimia abu kayu (wood saws ash) dibandingkan dengan abu sekam padi (rice hush ash) dan kapur (lime) adalah sebagai berikut. Tabel 3: Komposisi kimia abu kayu, abu sekam padi dan kapur (Suyono, et al., 1991). Komposisi Kimia Abu Kayu Abu Sekam Padi Kapur SiO 2 60,00% 96,31% 35,57% CaO 23,5% 0,30% 60,51% MgO 3,32% 0,28% 3,67% Na 2 O 0,16% 0,06% 0,04% Fe 2 O 3 0,19% 0,08% 0,01% Al 3 O 3 1,04% 0,96% 0,07% K 2 O 9,60% 0,96% 0,01% P 2 O 3 2,34% 0,88%, 0,01% Sumber: Materials Handbook Thirteeath Edition, Reaksi Kimiawi antara Abu Kayu dan Tanah Sebagaimana dijelaskan pada tabel 3 bahwa kandungan senyawa kimia yang terkandung dalam abu gergaji kayu beraneka ragam. Dan senyawa kimia yang paling dominan ada 2 jenis antara lain : ISBN VI - 53

7 1. SiO 2 60%, unsur kimia yang diperoleh adalah Silica. 2. CaO 23.5 %, unsur kimia yang diperoleh ialah Kalsium. Jika kedua unsur kimia tersebut bercampur dan terhidrasi maka akan membentuk pozzolan yang disebut kalsium silika semen (cementing agent) dimana pozzolan ini berguna untuk menjadi bahanpengganti semen dalam tanah lunak nantinya. Berikut adalah reaksi kimia pencampuran silika dan kalsium. Ca(OH) 2 Ca + 2OH + SiO 2 Ca + 2OH C + S +H (Cementing Agent) Keterangan : C adalah CaO, S adalah SiO2 dan H adalah H2O Sumber : Wikipedia Gambar 5. Reaksi kimiawi abu gergaji kayu (wood saws ash) 3. METODOLOGI PENGUJIAN Mulai Studi literatur Pemilihan jenis tanah : Tanah lunak => diinginkan nilai PI > 30 Tanah lunak daerah Padalarang, Jawa Barat (PI > 30) + abu gergaji kayu dengan variasi (0%, 5%, 10%, 15%, dan 20% %) Menentukan batas-batas Atterberg (LL,PL, PI) Pemadatan standard Berat isi maksimum (γd max) Kadar air optimum (OMC) Unconfined Compressive Strength (UCS) Swelling Analisis Diskusi dan Kesimpulan Selesai Gambar 6. Metodologi pengujian ISBN VI - 54

8 Dalam stabilisasi ini yang ingin diketahui adalah seberapa jauh peningkatan atau penurunan dari perubahan perilaku tanah akibat adanya penambahan bahan stabilisasi abu gergaji kayu. Secara garis besar, metodologi pengujian yang akan dilakukan dapat dilihat pada gambar 6 diatas. 4. HASIL PENGUJIAN DAN DISKUSI 4.1 Pengujian Konsistensi Tanah (Atterberg Limits) Konsistensi dari suatu jenis tanah berubah seiring dengan perubahan kadar airnya, apabila kadar airnya meningkat maka tanah menjadi lebih lunak, dan sebaliknya akan mengeras bila kadar airnya berkurang. Dibawah ini adalah tabel hasil pengujian konsistensi tanah (atterberg limits) pada tanah asli. Setelah dibuat grafik dan di plotkan pada ketukan ke 25, didapat nilai batas cair (LL) sebesar 66,37%, batas plastis (PL) sebesar 33,30%. Maka indeks plastisitas(pi)nya adalah: Tabel 4: Hasil pengujian konsistensi tanah asli (Atterberg Limits) Pengujian Batas cair (LL) Batas Plastis (PL) No, Percobaan Jumlah Ketukan Berat Cawan (gr) 15,56 15,63 15,69 15,7 15,73 15,35 Berat Cawan + Tnh Basah (gr) 32,04 31,34 30,18 32,6 17,09 17,18 Berat Cawan + Tnh Kering (gr) 25,2 25,02 24,5 26,09 16,76 16,71 Berat Air (gr) 6,84 6,32 5,68 6,51 0,33 0,47 Berat Tanah Kering (gr) 9,64 9,39 8,81 10,39 1,03 1,36 Kadar Air (%) 70,95 67,31 64,47 62,66 32,04 34,56 Kadar Air Rata - rata (%) 66,35 33,30 Nilai Batas LL = 66,37 PL = 33,30 Sumber: Dokumentasi Pribadi 4.2 Hasil Pengujian Konsistensi Tanah (Atterberg Limits) dari Campuran Tanah dan Abu Gergaji Kayu Pada pengujian ini diharapkan terjadi penurunan nilai indeks plastisitas (PI) akibat pencampuran menggunakan abu gergaji kayu selama waktu pemeraman yang dimulai dari 0, 3, 7 dan 14 hari. Dalam hal ini pemeraman yang dilakukan adalah dengan mencapurkan tanah dengan bahan campuran abu gergaji kayu, kemudian setelah dicampur, campuran dimasukan dalam plastik, dan ditempatkan pada ruang terkondisi. ISBN VI - 55

9 Dalam pengujian ini, kadar abu gergaji kayu yang ditambahkan adalah 0%, 5%, 10%, 15%, dan 20%, dengan vaiasi pemeraman 0, 3, 7 dan 14 hari. Tabel 5: Indeks plastisitas dari pengujian konsistensi tanah (Atterberg Limits) akibat penambahan abu gergaji kayu Bahan Tambah/ Stabilisasi Abu Gergaji Kayu 0% 5% 10% 15% 20% Tanah + Hari Pemeraman 0 33,07 28,53 22,97 24,88 25, ,07 20,21 16,55 20,42 22, ,07 25,46 22,14 22,35 24, ,07 21,06 22,41 25,34 25,85 Sumber : Dokumentasi Pribadi Gambar 7. Grafik hubungan kadar abu gergaji kayu dengan indeks plastisitas Besarnya nilai indeks plastisitas (PI) akibat penambahan 10% abu gergaji kayu 3 hari peram dapat dihitung sebesar : 4.3 Hasil Pengujian Kuat Tekan Bebas (UCS) Campuran Tanah dan Abu Gergaji Kayu Pada pengujian kuat tekan bebas (UCS) campuran, yang menjadi variabel adalah kadar abu gergaji kayu dan jumlah hari pemeraman. Pembuatan sampel tanah pada pengujian ini berbeda dengan pengujian pemadatan, pada pengujian ini sampel tanah dicetak kemudian diperam sesuai dengan jumlah hari pemeramannya. Hasil pengujian kuat tekan bebas (UCS) dapat dilihat dalam tabel dibawah ini. ISBN VI - 56

10 Tabel 6: Hasil pengujian kuat tekan bebas campuran tanah Hari Pemeraman Hasil UCS Abu Gergaji Kayu (%) 0% 5% 10% 15% 20% 0 4,405 5,486 3,626 4,447 qu (kg/cm²) 3 4,072 4,662 7,438 5,083 4, ,282 5,180 4,734 4,438 Sumber : Dokumentasi Pribadi Penambahan 10% Abu Gergaji Kayu Gambar 8. Grafik hasil pengujian kuat tekan bebas (UCS) akibat penambahan 10% abu gergaji kayu Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa pada penambahan 10% abu gergaji kayu, nilai kuat tekan bebas (UCS) terbesar terdapat pada pemeraman 3 hari, dengan besarnya tegangan yang diperoleh 7,438 kg/cm Pengujian Swelling Uji swelling ini adalah suatu percobaan yang dilakukan terhadap suatu sampel tanah untuk mengukur besarnya pengembangan suatu tanah apabila berada pada kondisi ekstrim (jenuh air). Pada pengujian swelling ini kita melakukan 2 kali pembacaan diantaranya: 1. Menentukan Gaya Pengembangan (Swelling) dengan cara membaca dial dari proving ring yang di kalibrasi. 2. Menentukan Nilai Swelling Potential dalam bentuk persentase dengan cara membaca perubahan tinggi yang terjadi. ISBN VI - 57

11 Tabel 7: Resume Swelling Pressure (kg/cm 2 ) tanah asli A Swelling Tanah Asli Bacaan Proving Ring Gaya Pengembangan (kg/cm 2 ) 10x 25x 56x 10x 25x 56x , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , Gambar 9. Grafik resume hasil gaya pengembangan (kg/cm 2 ) tanah asli Berdasarkan tabel dan grafik diatas dapat dilihat bahwa swelling tanah terbesar terjadi pada tanah asli dengan jumlah tumbukan 10x dengan nilai gaya pengembangan sebesar 0,0159 kg/cm 2. Tabel 8. Resume Swelling Pressure (kg/cm 2 ) campuran 10% abu gergaji kayu A Swelling Campuran Tanah + 10% Abu gergaji kayu Bacaan Proving Ring Gaya Pengembangan (kg/cm 2 ) 10x 25x 56x 10x 25x 56x , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ISBN VI - 58

12 Gambar 10. Grafik resume hasil gaya pengembangan (kg/cm 2 ) tanah campuran Berdasarkan tabel dan grafik diatas dapat dilihat bahwa swelling tanah terbesar terjadi pada tanah asli dengan jumlah tumbukan 10x dengan nilai gaya pengembangan sebesar 0,00082kg/cm KESIMPULAN Berdasarkan hasil pengujian yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan bahwa stabilisasi pada tanah lunak yang akan digunakan sebagai lapisan tanah dasar (subgrade) suatu perkerasan, dengan menggunakan bahan abu gergaji kayu dapat meningkatkan kemampuan tanah sebagai bahan alternatif pengganti yang memenuhi persyaratan teknis. Stabilisasi dengan menggunakan abu gergaji kayu dapat menurunkan indeks plastisitas tanah dari 33,07% menjadi 16.55%. Perubahan sifat fisik dan sifat mekanik tanah lainnya yang terjadi pada saat tanah lunak distabilisasi dengan bahan abu gergaji kayu adalah meningkatnya nilai kekuatan tanah (q u ) dari 4,072 kg/cm 2 menjadi 7,438 kg/cm 2, serta menurunkan nilai pengembangan (swelling) tanah dari 0,0159 kg/cm 2 menjadi 0,00082 kg/cm DAFTAR PUSTAKA 1. Ausroad (1998), Guide to Stabilisation in Roadworks, Materials and Design, Ausroad Incorporated Publishing, Canberra, Australia. 2. Bowles J.E. (1984), Physical and Geotechnical Properties of Soils, Materials and Design, McGraw-Hill Inc.,USA. 3. Holtz, R.D. and W.D. Kovacs (1981), An Introduction to Geotechnical Engineering, Prentice-Hall, Englewood Cliff, NJ, USA. 4. Ingles O.G. and Metcalf J.B (1972), Soil Stabilization Principles and Practice, Butterworths,Sydney, Australia. 5. Hought, E. (3003), Material Handbook 13rd Ed., Elsevier Publising Company, Amsterdam. ISBN VI - 59