BAB II LANDASAN TEORI

Transkripsi

1 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Tinjauan Pustaka Upaya stabilisasi yang dapat diambil salah satunya adalah dengan menstabilisasi tanah lempung dengan cara kimia sehingga kekuatan dan daya dukung tanah dapat meningkat. Upaya-upaya stabilisasi tanah yang telah dilakukan salah satunya oleh Anwar, Rida dan Nirwana yang menganalisa stabilisasi tanah menggunakan semen dengan campuran 3%, 6%, 9% dan 12 % terhadap berat kering tanah. Hasil penelitian menunjukkan nilai semen optimum 9.10% dengan peningkatan nilai CBR 20% dan nilai UCS 4.28 kg/cm 2. Banyak peneliti (Al-hassani dkk, 2015; Ghosh dkk, 2011; Rashid dkk, 2014; dan Sasanian dkk, 2014) telah menunjukkan efek dari stabilisasi tanah menggunakan Portland semen untuk mengubah karakteristik mekanik lempung di lapangan dan meningkatkan kekuatannya. Al-hassani dkk (2015), melakukan pengujian penambahan semen pada stabilisasi tanah dari daerah Al-Meshlab di Najab, Iraq menggunakan debu semen sebagai bahan tambah. Debu semen adalah limbah dari proses produksi semen yang disaring pada saringan No. 30 (0,6 mm) sebelum dicampur ke dalam tanah. Dua sampel tanah yang diambil termasuk tipe lempung plastisitas rendah (CL) dan pasir halus berlanau (ML) menurut klasifikasi Unified Soil Classification System (USCS). Perbandingan semen 0%, 5%, 10%, 15% dan 20% dari berat kering tanah. Kadar air yang digunakan pada saat pencampuran yaitu kadar air optimum hasil uji Proctor. Pengujian ini mencatat hasil kuat geser, UCS, koefisien permeabilitas dan durabilitas test. Pengujian-pengujian tersebut untuk melihat hubungan dari masa perawatan terhadap nilai kuat tekan silinder dan koefisien permeabilitas. Peningkatan proporsi semen dapat meningkatkan hasil uji UCS. Pada peningkatan masa perawatan yang digunakan dari 1, 4, 7, 30, 60, dan 90 hari dapat meningkatkan kekuatan tanahnya. Hasil pengujian memperlihatkan koefisien permeabilitas menurun seiring meningkatnya proporsi semen dalam stabilisasi. Pada hasil uji kuat geser diketahui kohesi tanah mengalami penurunan seiring peningkatan proporsi semen.

2 Ghosh dkk (2011), telah melakukan penelitian tentang stabilisasi tanah menggunakan semen dengan cara Deep Cement Mixing (DCM). DCM adalah cara umum yang digunakan untuk mengurangi kompresibilitas dan meningkatkan kuat tekan pada tanah lempung di lapangan. Pengujian ini dilakukan untuk mengestimasi kekuatan dari stabilisasi semen-tanah. Sampel tanah diambil dari empat daerah di India, yaitu daerah Cochin, Bhavnagar, Haldia dan Chennai. Tipe tanah dari setiap daerah diklasifikasikan sebagai lempung plastisitas tinggi (CH), CH-MH, lanau anorganik (MH) dan CH-MH. Lempung distabilisasi dengan variasi proporsi semen dan variasi masa perawatan. Variasi proporsi semen yang digunakan yaitu 8% sampai 15%. Proporsi semen dicampur dengan berat kering tanah dan dikondisikan pada kadar air batas cair. Pengujian kuat tekan silinder hasil stabilisasi tanah-semen dilakukan pada 7, 14, 28 dan 56 hari. Hasil pengujian diketahui bahwa kadar air sangat mempengaruhi kekuatan tanah. Kekuatan akan menurun seiring meningkatnya kadar air dalam tanah. Untuk efek dari masa perawatan menunjukkan bawah kekuatan yang dihasilkan dari uji UCS dapat meningkat seiring meningkatnya masa perawatan pada empat jenis sampel tanah yang digunakan. Studi tentang efek stabilisasi semen untuk meningkatkan kekuatan tanah pada subgrade jalan telah dilakukan oleh Rashid dkk (2014). Studi ini menggunakan tiga tipe tanah untuk mewakili nilai batas cair yang berbeda. Masing-masing tanah akan dicampur dengan semen 0%, 7% dan 13% kemudian ditambah air dari kadar air optimum hasil proctor tes. Dilakukan pengujian California Bearing Ratio (CBR) dan UCS pada semua sampel dengan kadar air optimum setelah perawatan 7 hari. Hasil pengujian menunjukkan nilai CBR dan UCS meningkat seiring meningkatnya proporsi semen. Meningkatnya kekakuan dengan meningkatnya proporsi semen diakibatkan karena adanya proses hidrasi yang mengubah material tanah lempung. Proporsi semen 7% merupakan nilai optimum proporsi semen untuk mendapatkan kuat tekan yang dipersyaratkan untuk subgrade jalan yaitu 0.8 MPa dan 80% CBR. Yunashirsondkk, (2015) melakukan stabilisasi tanah lempung plastisitas tinggi (HC) di indeks likuiditas 1 dan 1.25 dengan menggunakan variasifaktor air semen (FAS) dan variasi proporsi semen:tanah memakai Portland cement type 1 untuk mengetahui peningkatan nilai UCS. Variasi

3 Volume tanah Batas Susut (SL) SEMI PADAT Batas Plastis (PL) Batas Cair (LL) FAS adalah 20%, 25%, 30% dan 35% dan variasi semen:tanah adalah 5%, 10% dan 15% dari berat tanah basah. Pemeraman dilakukan selama 3 hari sebelum stabilisasi dan uji UCS. Setelah stabilisasi benda uji diuji menurut masa curing yaitu 1 hari, 3 hari, 7 hari, dan 14 hari. Setiap masa curing ada 2 sampel (benda) uji, dimana satunya diuji segera setelah menyampel keadaan tak-terendam (unsoaked) dan satunya pada keadaan terendam (soaked) selama 24 jam sebelum di iju. Hasil dari penelitian ini menunjukkan bahwa nilai maksimum UCS tanah lempung plastisitas tinggi terdapat pada proporsi semen:tanah 15% dan kuat tekan tertinggi pada proporsi FAS 35% untuk sampel stabilisasi unsoaked dan soaked. 2.2 Landasan Teori Batas Atterberg (Konsistensi) Atterberg memberikan cara mengelompokkan tanah menggunakan batas-batas konsistensi tanah. Batas-batas konsistensi tanah ini berdasarkan pada kadar air yaitu batas susut, batas plastis dan batas cair. Gambar 2.1. Memperlihatkan batas-batas konsistensi tanah menurut Atterberg. Indeks Plastisitas (PI) PADAT PLASTIS CAIR Kadar air Gambar 2.1 Batas-batas konsistensitanah menurut Atterberg (Hardiyatmo, 2010) 1. Batas Cair (Liquid Limit) LL LL adalah batas transisi kadar air dari kondisi plastis ke kondisi cair. 2. Batas Plastis (Plastic Limit) PL PL adalah batas kadar air tanah minimum dalam kondisi plastis.

4 3. Batas Susut (Shrinkage Limit) SL SL adalah batas transisi kadar air dari kondisi padat ke kondisi semi padat. 4. PI adalah selisih antara LL dan PL. (2.1) PI adalah panjang daerah kadar air pada kondisi plastis. Plastisitas mengindikasikan kemampuan tanah untuk berderformasi tanpa mengalami retakan. 5. Indeks Likuiditas LI adalah skala yang digunakan untuk menunjukkan besarnya kadar air dalam tanah berdasarkan PL dan LL. (2.2) w adalah kadar air dalam tanah. Dapat dilihat jika w = LL maka tanah mempunyai LI = 0. Pada kadar air tepat di batas cair atau di atasnya, tanah akan berprilaku sebagai cairan kental (campuran tanah dengan air tanpa mempunyai kekuatan). Nilai w = PL maka tanah mempunyai LI = 0. Pada kadar air tepat di batas plastis atau di bawahnya tanah tidak lagi berprilaku sebagai bahan yang plastis. Jadi untuk tanah pada keadaan plastis mempunyai LI antara 0 sampai 1. Untuk tanah yang mempunyai w<ll maka mempunyai LI < Karakteristik Lempung Plastisitas Tinggi Tanah lempung plastisitas tinggi umumnya mempunyai sifat-sifat sebagai berikut (Hardiyatmo, 2002) : 1. Lunak pada kadar air tinggi 2. Daya dukung rendah 3. Kompresibilitas tinggi 4. Menyusut bila kering dan mengembang bila basah Tanah lempung plastisitas tinggi tergolong dalam tanah kohesif dan dapat dikelompokkan dalam tanah berbutir halus. Penentuan karakteristik tanah lempung tidak cukup dengan hanya melihat gradasi butirannya, tetapi perlu dilakukan pengujian batas konsistensi Atterberg. Karena untuk tanah berbutir halus batas konsistensi Atterberg mempengaruhi karakteristik tanah yang ditinjau.

5 Penentuan klasifikasi tanah penting dilakukan, salah satu sistem klasifikasi yang sering dipakai dalam praktek di lapangan adalah kalsifikasi tanah berdasarkan USCS. Untuk mengetahui jenis tanah lempung plastisitas tinggi dapat menggunakan Gambar 2.2. Gambar ini menunjukkan klasifikasi tanah berdasarkan USCS pada tanah berbutir halus 50% atau lebih lolos saringan no. 200 (0.075 mm). Gambar 2.2 Klasifikasi tanah berdasarkan USCS pada tanah berbutir halus lebih besar dari 50% (Krebs dan Walker, 1971) Stabilisasi tanah Kondisi di lapangan, upaya perbaikan tanah untuk memenuhi spesifikasi desain dapat dilakukan ketika menemui tanah yang bermasalah. Upaya perbaikan tanah salah satunya dapat dilakukan dengan metode stabilisasi tanah. Stabilisasi tanah bertujuan untuk meningkatkan kekuatan tanah dan meningkatkan ketahanan terhadap kadar air yang dikandungnya (Sherwood, 1993). Stabilisasi tanah diukur dari perubahan karakteristik teknis tanah antara lain kapasitas dukung, kompresibilitas, permeabilitas, kemudahan dikerjakan, potensi pengembangan dan sensitivitas terhadap perubahan kadar air (Hardiyatmo, 2010). Adapun metode-metode stabilisasi yang dapat dilakukan adalah sebagai berikut:

6 Tipe stabilisasi Stabilisasi Mekanis Dalam metode ini, stabilisasi dapat dicapai melalui proses fisik dengan mengubah sifat fisik tanah di lapangan. Salah satu proses fisik yang dapat dilakukan yaitu pemadatan tanah (Makusa, 2012). Tanah hasil stabilisasi secara mekanis akan mengalami peningkatan kekuatan dan ketahanan terhadap beban yang bekerja di atasnya. Hal ini disebabkan karena adanya kaitan dan geseran antara butiran tanah kasar dengan butiran tanah halus. Kestabilan tanah hasil stabilisasi mekanis akan tercapai setelah dilakukan pemadatan Stabilisasi Kimiawi Dalam stabilisasi kimiawi terjadi reaksi antara bahan stabilisasi dengan tanah. Stabilisasi dilakukan dengan cara penambahan bahan stabilisasi yang dapat mengubah sifat kurang menguntungkan dari tanah. Bahan stabilisasi yang dapat digunakan di antaranya semen portland, kapur, abu batubara (fly ash), aspal, dan lain-lain. Metode ini biasanya digunakan pada tanah berbutir halus. Pemilihan jenis bahan tambah untuk stabilisasi dilakukan berdasarkan distribusi ukuran butir tanah. Tabel 2.1 menunjukkan pemakaian beberapa jenis bahan tambah yang dapat digunakan sebagai bahan stabilisasi untuk berbagai jenis tanah. Tabel 2.1 Pemilihan bahan tambah untuk stabilisasi tanah (Hardiyatmo, 2010) Tipe tanah Ukuran butiran tanah (mm) Stabilisasi volume tanah Kapur Semen Polimerik - organik Mekanis Termal Lempung halus <0,0006 Sangat buruk ' = Efisiensi maksimum Lempung kasar 0,0006-0,002 Lanau halus 0,002-0,01 Lanau kasar Sedang Sedang Baik Pasir halus Pasir kasar 0,01-0,06 0,06-0,40 0,4-2,0 Sangat baik = Efektif, tapi pengendalian mutu sulit Sangit baik Secara umum karakteristik utama yang diubah dari upaya stabilisasi tanah yaitu :

7 1. Stabilisasi volume Perubahan volume erat hubungannya dengan kadar air yang terkandung di dalam tanah. Banyak jenis tanah lempung yang mempunyai sifat kembang dan susut tinggi karena kepekaan terhadap perubahan kadar air. Di lapangan perubahan kadar air sejalan dengan perubahan musim di wilayah tersebut misalnya pada musim kemarau tanah mengalami retak-retak dan mengembang pada musim hujan. 2. Kekuatan Hasil stabilisasi tanah dikatakan mencapai tujuannya jika tanah hasil stabilisasi mengalami peningkatan kekuatan. Pada umumnya parameter yang digunakan untuk mengetahui kekuatan tanah adalah dengan percobaan kuat geser dan kuat tekan silinder (UCS) Semen Umum Semen merupakan bahan pozolanik yang sifatnya dapat mengikat serta dapat mengeras bila bereaksi dengan air. Reaksi semen dan air akan membentuk suatu material yang kuat dan keras yang sering disebut sebagai hydraulic cement. Semen dihasilkan dengan cara menghaluskan klinker yang terdiri dari silikat kalsium yang bersifat hidrolis dan gips sebagai bahan tambah (Widodo dkk, 2011). Material portland cement sebagian besarnya terdiri dari kapur (CaO), silikat (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), dan besi oksida (Fe 2 O 3 ). Distribusi ukuran butiran portland cement adalah antara mikron, dengan diameter ratarata 20 mikron. Untuk butiran yang lebih besar dari ini semen tidak dapat berhidrasi secara lengkap. Butiran semen berukuran 10 mikron mungkin memerlukan tiga bulan untuk selesai berhidrasi. Oleh sebab itu semen yang lebih halus akan lebih menguntungkan. Kekuatan yang lebih tinggi dari stabilisasi tanah menggunakan portland cement dapat dihasilkan dari semen yang lebih halus (Hartosukma, 2005)

8 Jenis-Jenis Semen Semen yang umumnya digunakan dalam konstruksi adalah semen tipe I. Namun masih terdapat empat jenis semen lainnya yang digunakan dalam kondisi-kondisi khusus. Deskripsi singkat tentang semen-semen tersebut adalah sebagai berikut (McCormac, 2004) : Semen tipe I, yaitu semen serba guna yang digunakan pada pekerjaan konstruksi biasa. Semen tipe II, yaitu semen modifikasi yang mempunyai panas hidrasi yang lebih rendah daripada semen tipe I dan memiliki ketahanan terhadap sulfat yang cukup tinggi. Semen tipe III, yaitu semen dengan kekuatan awal yang tinggi yang dalam 24 jam akan menghasilkan beton dengan kekuatan sekitar dua kali semen tipe I. Semen jenis ini memiliki panas hidrasi yang jauh lebih tinggi. Semen tipe IVyaitu semen dengan panas hidrasi rendah yang menghasilkan beton yang melepaskan panas dengan sangat lambat. Semen tipe V, yaitu semen yang memiliki ketahanan yang tinggi terhadap sulfat Faktor Air Semen Faktor air semen (FAS) merupakan perbandingan antara berat air dan berat semen dalam suatu campuran. Banyaknya air yang digunakan selama proses hidrasi semen akan mempengaruhi kekuatannya. Pada dasarnya jumlah air yang diperlukan untuk proses hidrasi semen hanya sekitar 25% dari berat semennya.penambahan jumlah air lebih dari ini justru akan mengurangi kekuatannya setelah mengeras (Tjokrodimuljo, 1996). Faktor air semen yang rendah akan menyebabkan air yang berada di antara butiran semen sedikit sehingga jarak antar butiran-butiran semen menjadi lebih pendek dan angka pori lebih kecil. Akibatnya batuan semen mencapai kepadatan yang tinggi dan kuat tekan yang besar. Sebaliknya penambahan air yang banyak menyebabkan jarak antar partikel semen semakin jauh sehingga batuan semen memiliki angka pori yang besar. Akibatnya kepadatan batuan semen menurun dan kuat tekannya berkurang Stabilisasi Tanah dengan Semen Metode stabilisasi tanah telah digunaka untuk mengatasi dan memecahkan berbagai macam masalah kondisi tanah dan memperbaiki sifat rekayasa yang diinginkan dari tanah yang ada atau

9 tersedia. Secara umum, perbaikan atau stabilisasi tanahdapat diartikan sebagai proses yang dilakukan untuk mencapai peningkatan sifat geoteknik dari tanah pada suatu lokasi (Nicholson, 2015). Tujuan dari stabilisasi tanah pada dasarnya adalah untuk mengubah sifat alami dari tanah dan/atau mengontrol perilaku geotekniknya. Diantara sifat-sifat tanah yang biasanya diperbaiki adalah (Nicholson, 2015): Mengurangi kompresibilitas untuk menghindari penurunan. Meningkatkan kekuatan untuk meningkatkan stabilitas, daya dukung, dan daya tahan. Mengurangi permeabilitas untuk membatasi aliran air tanah. Meningkatkan permeabilitas untuk memungkinkan drainase. Mengurangi potensi likuifaksi akibat gempa Jenis-Jenis Stabilisasi Tanah Pemilihan bahan stabilisasi dilakukan berdasarkan beberapa faktor, yaitu peningkatan kekuatan dan kekakuan, tersedianya bahan, kemudahan pelaksanaan, daya tahan hasil stabilitas dan biaya (Ismail dkk, 2002). Semen Portland sering digunakan pada stabilisasi tanah karena kemudahan untuk mendapatkan, efisien dalam pelaksanaan, harga relatif murah dan mudah dalam penyimpanan (Bergado dkk, 1996). Selain itu semen dapat digunakan pada berbagai jenis tanah sesuai distribusi ukuran butirannya dan semen dapat mengeras sendiri sehingga tidak perlu pemadatan (Hardiyatmo, 2010). Ada dua reaksi pada stabilisasi menggunakan semen, yaitu hidrasi dan pozzolan. Reaksi hidrasi yang mana terjadi antara semen dengan air menghasilkan kalsium hidroksida. Reaksi hidrasi umumnya bereaksi lebih dahulu dan dianggap memberikan kontribusi yang signifikan untuk peningkatan kekuatan. Sedangkan reaksi pozzolan terjadi antara kalsium hidroksida dengan tanah. Reaksi hidrasi tersebut adalah (Bergado dkk, 1996): 2C 3 S + 6H C 3 S 2 H 3 + 3Ca(OH) 2 (2.3) 2C 3 S + 4H C 3 S 2 H 3 + Ca(OH) 2 (2.4) dengan,

10 H = H 2 O C = CaO S = SiO 2 Reaksi sekunder berikutnya terjadi segera setelah kalsium hidroksida dihasilkan dalam campuran. Reaksi pozzolan tersebut adalah (Bergado dkk, 1996): Ca(OH) 2 + SiO 2 CSH (2.5) Ca(OH) 2 + Al 2 O 3 CAH (2.6) dengan, A = Al 2 O 3 Pada lempung dengan kadar air tinggi struktur semen akan bereaksi signifikan untuk mengubah karakteristik mekanik lempung karena proses hidrasi (Sasanian dkk, 2011). Poin penting dalam stabilisasi tanah menggunakan semen yaitu (Makusa, 2012): 1. Menurunkan sifat plastis tanah atau indeks plastisitas 2. Meningkatkan kekuatan 3. Menstabilkan volume Metode Stabilisasi di Lapangan Pada prinsipnya metode stabilisasi tanah dengan semen di lapangan adalah untuk mencampur secara merata tanah dengan semen. Sebelum dilakukan stabilisasi di lapangan, perlu dilakukan stabilisasi dalam skala laboratorium. Pengujian laboratorium berguna untuk mengetahui efektivitas bahan stabilisasi yang digunakan. Hasil dari pengujian laboratorium selanjutnya digunakan sebagai dasar pemilihan proporsi bahan stabilisasi untuk mencapai spesifikasi teknis yang diinginkan. Ada dua metode yang dapat digunakan untuk stabilisasi tanah di lapangan yaitu stabilisasi in-situ dan stabilisasi ex-situ Pengujian Kuat Tekan Silinder (Unconfined compression test) Pengujian kuat tekan silinder pada penelitian ini berpedoman pada Standar Nasional Indonesia (SNI) 6887:2012. SNI tentang Metode pengujian kuat tekan bebas campuran tanah-semen

11 (UCS) ini revisi dari SNI Standar ini merupakan adopsi dari ASTM Designation: D , Standard Test Methods for Compressive Strength of Molded Soil-Cement Cylinders. Pengujian UCS campuran semen-tanah dimaksudkan untuk mengetahui kuat tekan tanah campuran semen-tanah hasil stabilisasi yang diuji dalam bentuk silinder. Kuat tekan tanah yang diperoleh selanjutnya dapat digunakan sebagai salah satu parameter perencanaan dan pelaksanaan pekerjaan stabilisasi tanah dengan semen di lapangan. Secara umum, prosedur dalam pengujian ini meliputi penyiapan benda uji, pemeraman, pengaturan peralatan, pengujian kuat tekan, perhitungan dan pelaporan. Silinder yang akan digunakan dengan dimensi tinggi 8.5 cm dan diameter 3.7 cm serta pembebanan dilakukan dengan kecepatan sekitar1 mm/menit. Kuat tekan tanah adalah beban maksimum dibagi luas penampang benda uji.