Seminar Nasional : Peran Teknologi di Era Globalisasi ISBN No. :

Transkripsi

1 Institut Teknologi Medan (ITM) 222

2 Institut Teknologi Medan (ITM) 223

3 TINJAUAN PEMANFAATAN FLY ASH TERHADAP KUAT TEKAN STRUKTUR TANAH Ramlan Tambunan Surta Ria N. Panjaitan Jurusan Teknik Sipil - Institut Teknologi Medan Jln. Gedung Arca no. 52 Medan, telp multikons_cv@yahoo.co.id Abstrak Tanah lempung mengembang merupakan tanah yang memiliki tingkat sensitifitas yang tinggi terhadap perubahan kadar air dan mempunyai sifat kembang susut yanga sangat tinggi, sehingga dapat menyebabkan penurunan kuat tekan. Pengujian yang dilakukan yaitu untuk mengetahui sifat fisis tanah seperti uji batas konsistensi, analisa saringan, dan berat jenis dan uji pemadatan dengan standar proctor serta pengujian sifat mekanis dengan Unconfined Compression Test untuk mengetahui nilai kuat tekan. Penelitian ini dilakukan pada variasi campuran tanah lempung mengembang yang dicampur dengan kadar fly ash 5%, 10%, 15% dan 20% terhadap berat kering tanah. Dari penelitian yang dilakukan bahwa tanah lempung mengembang dengan campuran fly ash dapat menurunkan plastis indeks dan menaikkan nilai kuat tekan. Peningkatan nilai kuat tekan yang paling maksimum untuk memperbaiki sifat mekanis tanah terjadi pada penambahan fly ash pada persentase 10% - 15%. Maka dari penelitan yang dilakukan dapat diketahui tingkat perbaikan kuat tekan tanah yang diperlukan untuk mendapatkan perbaikan kuat tekan yang maksimal. Kata-kata kunci : tanah lempung mengembang, fly ash, kuat tekan. 1. Pendahuluan Tanah selalu mempunyai peranan yang sangat penting pada suatu pekerjaan konstruksi. Dimana tanah merupakan tempat diletakkannya pondasi untuk mendukung struktur bangunan, konstruksi jalan dan tanggul. Salah satu masalah yang cukup sering dijumpai di dalam bidang teknik sipil adalah tanah lempung. Masalah tanah lempung ini telah menimbulkan banyak kerugian yang tidak sedikit, terutama pada stuktur atau kontruksi yang ringan dan jalan raya. Di Indonesia, ditinjau dari kejadian tanahnya, masalah tanah ekspansif merupakan masalah serius yang harus diantisipasi sejak dini. Meskipun kerusakan yang diakibatkan tidak bersifat mendadak dan langsung seperti akibat gampa bumi, tetapi karena kerugian secara materi yang diakibatkan cukup besar, maka perlu dilakukan uasaha-usaha untuk mengurangi kerusakan dan resiko yang mungkin terjadi Tanah lempung Lempung (clay) merupakan golongan partikelpartikel yang berukuran kurang dari 0,002 mm dan mempunyai partikel-partikel mineral tertentu yang menghasilkan sifat-sifat plastis pada tanah bila dicampur dengan air (Grim, 1953 dalam Das. B. M, 1993). Menurut Mitchell (1976) tanah lempung didefenisikan sebagai partikel tanah yang berukuran < 2 µm, sedangkan ASTM memberikan batasan bahwa secara fisik ukuran lempung adalah yang lolos saringan No. 40. Untuk menentukan jenis lempung tidak cukup hanya dilihat dari ukuran butirannya saja tetapi perlu diketahui mineral yang terkandung didalamnya Menurut (Chen, 1975 dan Supriyono,1997), untuk tanah lempung ekspansif, kandungan mineralnya adalah montmorillonite yang mempunyai luas permukaan yang lebih besar dan sangat mudah menyerap air dalam jumlah banyak, bila dibandingkan dengan mineral lainnya, sehingga tanah mempunyai kepekaan terhadap air dan sangat mudah mengembang. Berdasarkan pengelempokan jenis material pembentuk tanah lempung, sifat ekspansif adalah kelompok montmorillonite. Ukuran gugus kristal montmorillonite ini sangat kecil dan sangat kuat menarik air (Nelson, dkk, 1992). Konsistensi dari tanah lempung dan tanah kohesif lainnya sangat dipengaruhi oleh kadar air. indeks plastisitas dan batas cair dapat digunakan untuk menentukan karateristik pengembangan. Karakteristik pengembangan hanya dapat diperkirakan dengan menggunakan indeks plastisitas, ( Holtz dan Gibbs, 1962 ) Identifikasi dan Komposisi Tanah Lempung Institut Teknologi Medan (ITM) 267

4 Berdasarkan pengelempokan jenis material pembentuk tanah lempung, sifat ekspansif adalah kelompok montmorillonite. Ukuran gugus kristal montmorillonite ini sangat kecil dan sangat kuat menarik air (Nelson, dkk, 1992). Konsistensi dari tanah lempung dan tanah kohesif lainnya sangat dipengaruhi oleh kadar air. indeks plastisitas dan batas cair dapat digunakan untuk menentukan karateristik pengembangan. Karakteristik pengembangan hanya dapat diperkirakan dengan menggunakan indeks plastisitas, ( Holtz dan Gibbs, 1962 ). Hubungan antara indeks plastisitas dengan potensi mengembang (Swell Potensial) menurut (Chen,1975) dapat dilihat dalam tabel 1. Tabel 1. Hubungan potensi mengembang dengan indeks plastisitas. Potensi Mengembang Rendah Sedang Tinggi Sangat tinggi Indeks plastisitas Harga dari aktifitas untuk berbagai mineral lempung diberikan dalam tabel 2. Tabel 2. Aktifitas Mineral Lempung Mineral lempung Aktifitas ( A ) Smeetites Illite Kaolinite Halloysite Attepulgite Allophane 1 7 0,5 1,0 0,5 0,1 0,5 1,2 0,5 1,2 Menurut (Michell, 1975) menjelaskan bahwa harga-harga batas Atterberg untuk setiap mineral-mineral lempung mempunyai nilai yang bervariasi dan dapat dilihat pada tabel Fly Ash Fly ash adalah material yang sangat halus dengan gradasi yang sangat uniform yang berasal dari sisa pembakaran batubara. Fly ash termasuk material yang disebut dengan pozzolanic material karena mengandung bahanbahan pozzolan seperti Silika (SiO2), besi oksida (Fe2O3), Aluminium oksida (Al2O3), Kalsium oksida (CaO), Magnesium oksida (MgO), dan Sulfat (SO4) [10]. Komposisi kimia batubara hampir sama dengan komposisi kimia jaringan tumbuhan, keduanya mengandung unsur utama yang terdiri dari unsur C, H, O, N, S dan P. Hal ini mudah dimengerti, karena batubara terbentuk dari jaringan tumbuhan yang telah mengalami proses pembatubaraan (coallification) dimana faktor fisika dan kimia yang ada di alam akan mengubah sellulosa menjadi lignit, subbitumina, bitumina atau antrasit Stabiliasi Tanah Lempung Stabilisasi tanah dikelompokkan menjadi tiga bagian yaitu stabilisasi fisis, stabilisasi mekanis dan stabilisasi kimiawi. Menurut ( Bowles, 1984 ), stabilisasi dapat terdiri dari salah satu tindakan berikut 1. Meningkatkan kerapatan tanah, 2. Menambah material yang tidak aktif, sehingga meningkatkan kohesi atau tahanan gesek yang timbul, 3. Menambah bahan agar terjadi perubahan perubahan kimiawi dan fisik tanah, 4. Menurunkan muka air tanah, 5. Mengganti tanah yang buruk. Ingles dan Metcalf memberikan hubungan kandungan semen dengan kuat tekan bebas pada campuran lempung dan semen menurut jenis tanah. Kezdi (1979) dalam Marzuko (1998), mengatakan stabilisasi tanah dengan semen merupakan proses kimia yang dapat merubah struktur tanah dengan jalan membentuk butiran agregat yang lebih besar sehingga memberikan pengaruh yang menguntungkan Batas Atterberg (Atterberg Limit) Kedudukan fisik tanah bebutir halus pada kadar air tertentu disebut konsistensi. Menurut Atterberg, batas batas konsistensi tanah berbutir halus tersebut adalah batas cair, batas plastis, batas susut. indeks plastisitas adalah selisih batas cair dan batas plastis ( interval kadar air pada kondisi tanah masih bersifat plastis ), karena itu menunjukkan sifat keplastisan tanah Kuat Tekan ( Unconfined Compression Strength ) Kuat tekan merupakan pengujian yang umum dilaksanakan dan dipakai dalam proses penyelidikan sifat mekanis tanah.. Hubungan antara konsistensi tanah dengan kekuatan tanah lempung dengan uji kuat tekan dapat dilihat pada tabel 3. Tabel 3. Hubungan antara sifat mekanis dengan kuat tekan Sifat Kuat tekan bebas Mekanis (kg/cm 2 ) Tanah Sangat lunak Lunak Sedang Kaku Sangat kaku Keras < > 4.00 tanah Institut Teknologi Medan (ITM) 268

5 2. Metodologi Penelitian 2.1. Kegiatan Penelitian Tanah lempung yang diteliti diambil dari Lubuk Pakam, Deli Serdang, Sumatera Utara dan fly ash diambil dari PT. ADHI KARYA (PERSERO) Tbk. Div. konstruksi II. Jln Pertahanan, Patumbak. Medan yang berasal dari Bukit asam Sumatera Barat. Karakteristik dari parameter tanah yang didapat baik itu dalam kondosi tanah asli maupun dengan penambahan fly ash, Prosedur pelaksanan pengujian contoh tanah mengikuti prosedur yang dikeluarkan oleh AASHTO (American association of State Highway and Transportation officials) dan ASTM (American society for material) Pengujian Benda Uji Adapun pengujian yang dilakukan dalam penelitian ini antara lain : 1. batas batas atterberg ( batas cair, batas plastis, batas susut ) 2. analisa saringan (sieve analysis) 3. berat jenis (spesificgravity) 4. pemadatan (compaction) dan uji 5. kuat tekan (uncomfined compression test ) 3. Hasil dan Pembahasan 3.1. Sifat Fisik Tanah Asli Dari pengujian yang dilakukan terhadap tanah asli Lubuk Pakam didapat sifat sifat fisik tanah yang terlihat pada tabel 4. Tabel 4. Data sifat fisis tanah lempung Lubuk Pakam No Deskripsi TANAH ASLI 1 Batas Cair 62,25% 2 Batas Plastis 30,08% 3 Batas Susut 44,45% 4 Indeks Plastisitas 32,17% 5 Berat Jenis 2,78% 6 Kadar Air 36,88% Menurut Unified Soil Clasification System (USCS) disimpulkan bahwa tanah ini termasuk dalam kelompok CH (clay high) yaitu lempung anorganik dengan plastisitas tinggi, hasil ini didapat dari harga batas cair dan indeks plastisitas. Selain itu dengan nilai fraksi lolos saringan No. 200 pada tanah asli dapat diketahui klasifikasi tanah tersebut menurut American Assosiation of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) dapat disimpulkan bahwa tanah ini termasuk dalam kelompok A-7-5, merupakan jenis tanah berlempung yang tidak baik atau buruk, jika digunakan sebagai dasar pondasi jalan raya atau dasar pondasi bangunan gedung. Hasil uji pemadatan pada tanah asli diperoleh kadar air optimum 36,88 % dan berat isi kering 1,285 gr/cm 3 seperti terlihat pada gambar 1. B E R A T IS I K E R IN G COMPACTION 0 % 1.49 y = x y = x x KADAR AIR RATA-RATA % Gambar 1. Grafik hasil uji pemadatan pada tanah asli 3.2. Nilai Kuat Tekan Tanah Asli Hasil uji Kuat Tekan Babas (Unconfined Compression Strength) terhadap tanah asli tanpa campuran FLY ASH adalah sebesar 0,0175 kg/cm 2 dapat dilihat pada gambar 2. Compression Stress (Kg/cm2) Axial Strain(%) Gambar 2. Grafik hasil pengujian kuat tanah asli. tekan Berdasarkan harga kuat tekan (qu), maka tanah ini dikategorikan sebagai lempung sangat lunak untuk qu < 0,25 kg/cm 2. Dari hasil pengujian sifat fisis dan mekanis pada kondisi tanah asli, maka dapat disimpulkan bahwa kondisi tanah asli ini tidak baik apabila digunakan sebagai dasar pondasi baik konstruksi jalan raya maupun bangunan gedung, selain daya dukungnya yang rendah juga tanah ini sangat sensitif terhadap perubahan kadar air Pengaruh Penambahan Abu Batubara terhadap Atterberg Hasil uji batas konsistensi terhadap penambahan fly ash dapat dilihat pada gambar 3. Institut Teknologi Medan (ITM) 269

6 Batas Atterberg (% ) Abu Batubara (%) batas cair (%) batas plastis (%) batas susut(%) indeks plastisitas(%) Gambar 3. Grafik Hubungan batas Atterberg dan persentase fly ash. Dari hasil uji batas Atterberg untuk nilai batas susut pada gambar 3 terjadi peningkatan. Bertambahnya nilai batas susut sangat berpengaruh pada sifat tanah karena dapat memaksimalkan kerusakan bangunan akibat peristiwa retak dari pondasi. Pada gambar 3 menunjukkan nilai indeks plastis terjadi penurunan akibat penambahan kadar fly ash. Penurunan ini menyebabkan penurunan nilai potensial pengembangan pada tanah lempung Pengaruh Penambahan Fly Ash terhadap Gradasi Butiran Peningkatan maksimum terjadi pada penambahan fly ash 20% yaitu sebesar 0.754%. Hasil penelitian gradasi butiran dengan variasi penambahan fly ash dapat dilihat pada gambar 4.6. Pemeriksaan gradasi butiran menunjukan bahwa penambahan fly ash menyebabkan perubahan komposisi fraksi tanah yaitu bertambahnya fraksi tertahan saringan no.200. Adanya penambahan fly ash pada tanah ini juga akan menyebabkan perubahan sifat pada tanah dan gradasi tanah menjadi beragam (lihat gambar 4). P e rs e n t a s e lo lo s s a rin g a n n o ( % ) Abu Batu Bara(%) Gambar 4. Grafik hasil uji gradasi butiran untuk fraksi lolos saringan no Pengaruh Penambahan Fly Ash terhadap Berat Jenis Dari hasil pengujian berat jenis terhadap penambahan fly ash dapat dilihat pada gambar 5. Berat Jenis Abu batubara (%) Gambar 5. Grafik hubungan persentase Fly dengan berat jenis. Ash Dari gambar 5 menunjukkan terjadinya penurunan berat jenis akibat penambahan fly ash. Penurunan ini diakibatkan karena bercampurnya antara dua bahan dengan berat jenis yang berbeda Pengaruh Penambahan Fly Ash terhadap Pemadatan Dari hasil pengujian pemadatan terhadap penambahan fly ash diperoleh kadar air optimum dan berat isi kering pada gambar % abu batubara 5% abu batubara 10% abu batubara 15% abu batubara 20% abu batubara Gambar 6. Grafik hubungan persentase dengan berat isi kering kadar air Ada pendapat dengan kadar berapa fly ash yang harus ditambah pada pekerjaan stabilisasi tanah dengan stabilisasi kimia.m. Mets & H. Torn (1999) menyarankan penggunaan kdr fly ash sebesar 10% 20 % dan penambahan lebih dari 20% tidak mempengaruhi atau menimbulkan pengurangan pada kekuatan serta pencmpuran fly ash juga menurunkan permeabilitasnya (Thesis Surta Ria N.P.2000). Dari hasil penambahan fly ash memperlihatkan kecenderungan bahwa kepadatan tanah kering maksimum (MDD) dari tanah meningkat. Hal ini disebabkan karena terjadinya pengecilan rongga rongga diantara butiran tanah, semakin banyak penambahan fly ash akan semakin meningkatkan kepadatan tanah kering. Kenaikan kepadatan tanah kering maksimum juga disebabkan semakin rapatnya jarak antar partikel tanah atau terisinya ruang pori tanah, sehingga tanah menjadi lebih padat dan kadar air optimum (OMC) akan semakin berkurang. Institut Teknologi Medan (ITM) 270

7 3.7. Pengaruh Penambahan Fly Ash terhadap Nilai Kuat Tekan Hasil pengujian kuat tekan pada tanah dengan penambahan fly ash dapat dilihat pada gambar 7. Gambar 7. Grafik Hasil uji kuat tekan pada setiap variasi fly ash. Ikatan antar butir merupakan kemampuan saling mengunci antar butiran dan adanya rekatan yang merekatkan permukaan butiran tersebut. Semakin kuat ikatan antar butir akan menghasilkan nilai kuat tekan yang semakin tinggi, begitu pula sebaliknya. Besarnya nilai kuat tekan bebas tanah dipengaruhi oleh kualitas dari bahan, lekatan antar butir dan kepadatannya. Kualitas bahan berhubungan erat dengan kekasaran dan kekuatan. Bahan keras artinya tidak mudah hancur dan menjadi butir butir yang lebih kecil atau berubah bentuk karena pengaruh kadar air. Mengingat penambahan abu batubara pada tanah ini akan selalu diikuti penambahan kekuatan, maka nilai qu yang optimum bukanlah nilai qu terbesar (maksimum). Tetapi suatu nilai qu yang memberikan selisih kenaikan terbesar dari nilai qu satu ke nilai qu yang lainnya. Dari hasil pengujian ini menunjukkan peningkatan nilai kuat tekan optimum terjadi pada penambahan 10% abu batubara adalah sebesar 0,1362 kg/cm 2. Selisih kenaikan nilai kuat tekan yang paling maksimum terjadi pada penambahan fly ash 10%-15% yaitu 0,1362 Kg/cm 2. Penambahan fly ash menunjukkan pada peningkatan harga kuat tekan ya seperti pada gambar 8 dibawah ini. K uat T ekan Beb as (Kg /cm ) 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, Abu Batubara (%) Gambar 8. Grafik hubungan persentase Fly Ash dengan nilai kuat tekan Dari analisa yang dilakukan maka dapat disimpulkan bahwa stabilisasi menggunakan fly ash pada tanah lempung ini dapat memperbaiki sifat mekanis tanah. Penambahan fly ash pada tanah lempung akan mengakibatkan peningkatan daya dukung sebanding dengan peningkatan kuat tekan tanah.adapun nilai kuat tekan tanah yang optimal yaitu sebesar 0,5593 kg/cm 2 yang merupakan sifat mekanis tanah tersebut sedang. 4. Kesimpulan Berdasarkan hasil penelitian dan pengujian yang dilakukan, dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut: 1. Tanah lempung Lubuk Pakam, mempunyai indeks plastisitas sebesar 32.17%. Menurut Unified Soil Classification System (USCS), tanah asli ini termasuk tanah kelompok CH yaitu lempung anorganik dengan plastisitas tinggi (high plasticity clay), sedangkan menurut American of Stat Highway and Transportation Official (AASHTO) tanah tersebut dalam kelompok A-7-5, merupakan tanah berlempung yang tidak baik atau buruk apabila digunakan sebagai dasar pondasi. 2. Hasil uji nilai kuat tekan pada tanah asli adalah sebesar 0,1847 kg/cm 2. Setelah dilakukan pengujian pada tanah asli lempung, maka dapat dikatakan bahwa tanah lempung asli mempunyai kuat tekan yang rendah serta sangat sensitif terhadap perubahan kadar air. 3. Hasil uji batas konsistensi dengan penambahan kadar fly ash terjadi penurunan nilai indeks plastisitas. 4. Selisih kenaikan nilai kuat tekan yang paling maksimum terjadi pada penambahan fly ash 10% - 15% yaitu 0,1362 Kg/cm2. 5. Hasil nilai kuat tekan yang paling optimum sebesar 0,5593 kg/cm 2, yang merupakan sifat mekanis tanah tersebut sedang. Daftar Pustaka Arfan Muhammad (2002). Pengaruh Kapur pada Tanah Lempung Ekspansif Mengandung Batu Bara Terhadap Kuat Geser.Teknik Sipil UGM. Bowles,J.E (1984). Sifat Sifat Fisis dan Geoteknis Tanah, Edisi Kedua (Terjemahan), Penerbit Erlangga, Jakarta. Desiani Asriwiyanti (2003). Stabilisasi Lempung Lunak Pulau Rimau (Sum-Sel) menggunakan Semen dan Bahan Kimia. Teknik Sipil UKM. Ingles. O. G dan Metcalf ( 1972 ), Soil Stabilization, Sydney, Butterworth. Institut Teknologi Medan (ITM) 271

8 Sukah Margus (2002). Perbaikan Sifat Geoteknis Tanah Lempung Dengan Serat Serat Sintetis. Teknik Sipil ITB. Surta Ria N. P Pengaruh Pengeringan dan Pembasahan Terhadap Kuat Tekan Tanah Mengembang Yang Distabilisasi Dengan Fly Ash, Thesis Pasca Sarjana Program Studi Teknik Sipil, Bidang Keahlian Geoteknik ITS Surabaya. Institut Teknologi Medan (ITM) 272

9 Institut Teknologi Medan (ITM) 273