TUGAS AKHIR PENGUJIAN CBR (CALIFORNIA BEARING RATIO) PADA STABILITAS TANAH LEMPUNG DENGAN CAMPURAN SEMEN PORTLAND TIPE I DAN ABU VULKANIK Diajukan untuk melengkapi tugas tugas dan memenuhi syarat untuk menjadi Sarjana Disusun Oleh : PRINCE JOY SORMIN 110404129 BIDANG STUDI GEOTEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016
ABSTRAK Tanah lunak merupakan tanah kohesif yang merugikan dalam konstruksi, dikarenakan rendahnya kuat geser dan kompresibilitas yang besar. Beberapa solusi yang dilakukan terhadap tanah lunak adalah dengan stabilisasi tanah, akibat sifat buruk yang dimiliki tanah lunak tersebut, sehingga stabilisasi tanah adalah cara yang tepat dalam memperbaiki sifat buruk tanah tersebut, yaitu mencampur tanah dasar dengan bahan tambah (additive) yang sifatnya dapat menguatkan struktur tanah tersebut. Penelitian bertujuan untuk mengetahui sifat fisik (index properties) dari tanah asli, untuk mengetahui pengaruh penambahan semen dan abu vulkanik terhadap stabilitas tanah, dan ntuk mencari kadar persentase yang efektif dengan penambahan semen dan abu vulkanik terhadap daya dukung tanah. Penelitian dimulai dengan melakukan pengambilan sampel tanah lempung dan pengujian di laboratorium untuk mengetahui nilai index properties dan engineering properties menggunakan uji CBR (California Bearing Ratio). Sampel tanah terdiri dari 39 (tiga puluh sembilan) variasi campuran semen dan abu vulkanik. Dengan kadar semen sebesar 2%, 3%, 4% dan variasi kadar abu gunung vulkanik dari 2%-14%. Dari hasil penelitian diperoleh bahwa sampel tanah memiliki kadar air 17,89%; berat jenis 2,651; batas cair 45,49% dan indeks plastisitas 30,29%. Berdasarkan klasifikasi AASHTO, sampel tanah tersebut termasuk dalam jenis A- 7-6 sedangkan berdasarkan klasifikasi USCS, sampel tanah tersebut termasuk dalam jenis (CL). Dari pengujian CBR (California Bearing Ratio) pada sampel tanah asli diperoleh nilai CBR sebesar 4,18%. Setelah tanah distabilisasi dengan berbagai variasi semen dan abu gunung vulkanik diperoleh kesimpulan bahwa penambahan 2% PC + 8% AVG memberikan stabilisasi tanah lempung yang paling optimal. Karena perbandingan nilai CBR pada 2% PC + 8% AVG, 3% PC + 6% AVG, dan 4% PC + 5% AVG tidak terlalu jauh. Sehingga untuk menghemat biaya dalam pembangunan, maka penambahan 2% PC + 8% AVG yang paling optimal. Kata Kunci : lempung, semen, abu vulkanik, stabilisasi tanah, CBR.
KATA PENGANTAR Puji dan syukur saya ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan anugerah, berkat dan karunia-nya hingga terselesaikannya Tugas Akhir ini dengan judul Pengujian CBR (California Bearing Ratio) Pada Stabilitas Tanah Lempung Dengan Campuran Semen Portland Tipe I Dan Abu Vulkanik. Tugas Akhir ini disusun untuk diajukan sebagai syarat dalam ujian sarjana Teknik Sipil bidang studi Geoteknik pada Fakultas Teknik. Saya menyadari bahwa dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini tidak terlepas dari bimbingan, bantuan dan dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, saya ingin mengucapkan terima kasih kepada beberapa pihak, diantaranya : 1. Bapak Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE., sebagai dosen pembimbing dan sebagai orang tua yang telah sabar memberi arahan, bimbingan, saran, serta motivasi kepada Penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. 2. Bapak Ir. Rudi Iskandar, MT., dan Ibu Ika Puji Hastuty, ST, MT., sebagai Dosen Pembanding dan Penguji Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 3. Bapak Prof. Dr. Ing.Johannes Tarigan, sebagai Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 4. Bapak Ir. Syahrizal, MT., sebagai Sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 5. Ibu Ika Puji Hastuty, ST, MT., sebagai Kepala Laboratorium Mekanika Tanah Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 6. Seluruh Bapak dan Ibu Dosen Pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik yang telah membimbing dan
memberikan pengajaran kepada Penulis selama menempuh masa studi di Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 7. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 8. Para Asisten Laboratorium Mekanika Tanah USU yang telah membantu dan memberikan penjelasan dalam pengerjaan Tugas Akhir ini. 9. Keluargaku yang tercinta, kepada bapak saya Drs. JP Sormin.MM dan kepada ibu saya Ibu Dra. M. Simangunsong yang dengan penuh cinta kasih dan kesabaran dalam merawat, mendidik, menjaga, mendoakan serta berjuang dengan keras untuk selalu memenuhi kebutuhan hidup saya hingga berhasil mendapatkan kesempatan untuk menempuh pendidikan yang tinggi. Semoga Tuhan Yang Maha Kuasa selalu melimpahkan berkat bagi beliau. 10. Kedua adik saya Jean Reinhard Sormin dan Jesika Sormin atas doa, dan dukungan dalam mengerjakan Tugas Akhir ini. 11. Sahabat setia saya Debbye Adria Hutagalung yang selalu mendoakan, memberi semangat, menghibur saya, dan selalu ada buat saya. 12. Sahabat - sahabat yang selalu memberi dukungan dalam keadaan apapun, Daniel Sitanggang, Yopi Suranta, dan Andama. 13. Rekan-rekan seperjuangan stambuk 2011, Wisman, Andrew, Defrin, dan yang lainnya yang tidak dapat disebutkan satu persatu namanya yang telah memberi dukungan serta semangat dalam pengerjaan Tugas Akhir ini. 14. Teman-teman Geoteknik Daniel, Wisman, Ari, Zul Taufik, Evand, Sylda, Wilda, Valdi, Zuzu, Ade, Intan Fara, Ovan, Anggi, Adel,dan Surya.
15. Adik-adik stambuk 2014, Erik, Bandry Nainggolan dan yang lainnya yang tidak dapat disebutkan satu persatu namanya yang turut memberi dukungan dan bantuan dalam pengerjaan Tugas Akhir ini. Saya menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan yang disebabkan keterbatasan pengetahuan dan kurangnya pemahaman saya. Oleh karena itu, saya mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari para pembaca. Akhir kata, saya mengucapkan terima kasih dan semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca. Tuhan memberkati. Medan, Januari 2016 Prince Joy Sormin 110404129
DAFTAR ISI Abstrak... i Kata Pengantar... ii Daftar Isi... v Daftar Gambar... ix Daftar Tabel..... xii Daftar Notasi..... xiii Daftar Lampiran... xv BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Tujuan dan Manfaat Penelitian... 4 1.2.1 Tujuan... 4 1.2.2 Manfaat... 4 1.3 Pembatasan Penelitian... 5 1.4 Sistematika Penulisan... 6 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 8 2.1 Tinjauan Umum... 8 2.1.1 Tanah... 8 2.1.2 Sifat-sifat Fisik Tanah... 9 2.1.2.1 Porositas (Porosity)... 9 2.1.2.2 Angka Pori (Void Ratio)... 10 2.1.2.3 Derajat Kejenuhan (S)... 10 2.1.2.4 Kadar Air (Moisture Content)... 11
2.1.2.5 Berat Volume (Unit Weight)... 11 2.1.2.6 Berat Volume Kering (Dry Unit Weight)... 12 2.1.2.7 Berat Volume Butiran Padat (Soil Volume Weight)... 12 2.1.2.8 Batas-batas Atterberg (Atterberg Limit)... 13 2.1.2.8.1 Batas Cair (Liquid Limit)... 13 2.1.2.8.2 Batas Plastis (Plastic Limit)... 14 2.1.2.8.3 Batas Susut (Shrinkage Limit)... 14 2.1.2.8.4 Indeks Plastisitas (Plasticity Index)... 15 2.1.2.8.5 Indeks Cair (Liquidity Indeks)... 16 2.1.2.9 Berat Jenis (Spesific Grafity)... 17 2.1.2.10 Klasifikasi Tanah... 18 2.1.2.10.1. Klasifikasi Unified... 18 2.1.2.10.2. Klasifikasi AASHTO...... 21 2.1.3 Sifat-sifat Mekanis Tanah... 22 2.1.3.1 Pemadatan Tanah... 22 2.1.3.2 Pengujian CBR (California Bearing Ratio). 25 2.2 Bahan-bahan Penelitian... 26 2.2.1 Tanah Lempung... 26 2.2.1.1 Lempung dan Mineral Penyusunnya... 28 2.2.1.2 Sifat Umum Tanah Lempung... 34 2.2.2 Semen... 39 2.2.2.1 Umum... 39 2.2.2.2 Semen Portland... 40
2.2.2.2.1 Hidrasi Semen... 40 2.2.2.2.2 Jenis-jenis Semen Portland... 41 2.2.3 Abu Vulkanik Gunung (AVG)... 43 2.3 Stabilisasi Tanah... 45 2.3.1 Stabilisasi Tanah dengan Semen... 47 2.3.2 Proses Kimia Pada Stabilisasi Tanah dengan Semen... 47 2.3.3 Stabilisasi Tanah dengan Abu Vulkanik... 49 BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 50 3.1 Program Penelitian... 50 3.2 Pekerjaan Persiapan... 50 3.3 Proses Sampling... 52 3.4 Pekerjaan Laboratorium... 52 3.4.1 Uji Sifat Fisik Tanah... 52 3.4.2 Uji Sifat Mekanis Tanah... 53 3.4.2.1 Uji Proctor Standar... 53 3.4.2.2 Uji CBR (California Bearing Ratio)... 54 3.5 Analisis Data Laboratorium... 56 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 57 4.1 Pendahuluan... 57 4.2 Pengujian Sifat Fisik Tanah... 57 4.2.1 Pengujian Sifat Fisik Tanah Asli... 57 4.2.2 Pengujian Sifat Fisik Tanah dengan Bahan Stablilisator... 60
4.2.2.1 Batas Cair... 64 4.2.2.2 Batas Plastis... 66 4.2.2.3 Indeks Plastisitas... 67 4.3 Pengujian Sifat Mekanis Tanah... 69 4.3.1 Pengujian Pemadatan Tanah Asli... 69 4.3.2 Pengujian Pemadatan Tanah (Compaction) dengan Bahan Stabilisator... 70 4.3.2.1 Berat Isi Kering Maksimum (γd maks)... 73 4.3.2.2 Kadar Air Optimum Campuran... 75 4.3.3 Pengujian CBR (California Bearing Ratio)... 77 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 82 5.1 Kesimpulan... 82 5.2 Saran... 84 Daftar Pustaka... xvi Lampiran-lampiran... xviii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Diagram Fase Tanah 8 Hal Gambar 2.2 Batas-batas Atterberg 13 Gambar 2.3 Cawan Casagrande dan Grooving Tool 14 Gambar 2.4 Klasifikasi Tanah Sistem USCS 20 Gambar 2.5 Klasifikasi Tanah Sistem AASHTO 22 Gambar 2.6 Hubungan Antara Kadar Air dan Berat Isi Kering Tanah 24 Gambar 2.7 Struktur Atom Mineral Lempung 30 Gambar 2.8 Struktur Kaolinite 32 Gambar 2.9 Struktur Illite 33 Gambar 2.10 Struktur Montmorillonite 34 Gambar 2.11 Sifat Dipolar Molekul Air 36 Gambar 2.12 Molekul Air Dipolar Dalam Lapisan Ganda 37 Gambar 2.13 Kation dan Anion Pada Partikel 39 Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian 51 Gambar 4.1 Plot Grafik Klasifikasi USCS 59 Gambar 4.2 Grafik Analisa Saringan 59 Gambar 4.3 Grafik Batas Cair (liquid limit), Atterberg Limit 60
Gambar 4.4a Grafik hubungan antara nilai batas cair (LL) dengan variasi campuran 2% PC dan 2% - 14% AVG 64 Gambar 4.4b Grafik hubungan antara nilai batas cair (LL) dengan variasi campuran 3% PC dan 2% - 14% AVG 64 Gambar 4.4c Grafik hubungan antara nilai batas cair (LL) dengan variasi campuran 4% PC dan 2% - 14% AVG 65 Gambar 4.5a Grafik hubungan antara nilai batas plastis (PL) dengan variasi campuran 2% PC dan 2% - 14% AVG 66 Gambar 4.5b Grafik hubungan antara nilai batas plastis (PL) dengan variasi campuran 3% PC dan 2% - 14% AVG 66 Gambar 4.5c Grafik hubungan antara nilai batas plastis (PL) dengan variasi campuran 4% PC dan 2% - 14% AVG 67 Gambar 4.6a Grafik hubungan antara nilai indeks plastisitas (IP) dengan variasi campuran 2% PC dan 2% - 14% AVG 67 Gambar 4.6b Grafik hubungan antara nilai indeks plastisitas (IP) dengan variasi campuran 3% PC dan 2% - 14% AVG 68 Gambar 4.6c Grafik hubungan antara nilai indeks plastisitas (IP) dengan variasi campuran 4% PC dan 2%-14% AVG 68 Gambar 4.7 Kurva Kepadatan Tanah Asli 70 Gambar 4.8a Grafik hubungan antara berat isi kering maksimum (γ d maks ) tanah dengan variasi campuran 2% PC dan 2% - 14% AVG 74 Gambar 4.8b Grafik hubungan antara berat isi kering maksimum (γ d maks )
tanah dengan variasi campuran 3% PC dan 2% - 14% AVG 74 Gambar 4.8c Grafik hubungan antara berat isi kering maksimum (γ d maks ) tanah dengan variasi campuran 4% PC dan 2% - 14% AVG 75 Gambar 4.9a Grafik hubungan antara kadar air optimum tanah (w opt ) dengan variasi campuran 2% PC dan 2% - 14% AVG 75 Gambar 4.9b Grafik hubungan antara kadar air optimum tanah (w opt ) dengan variasi campuran 3% PC dan 2% - 14% AVG 76 Gambar 4.9c Grafik hubungan antara kadar air optimum tanah (w opt ) dengan variasi campuran 4% PC dan 2% - 14% AVG 76 Gambar 4.10a Grafik nilai CBR dengan variasi campuran 2% PC dan 2% - 14% AVG 80 Gambar 4.10b Grafik nilai CBR dengan variasi campuran 3% PC dan 2% - 14% AVG 80 Gambar 4.10c Grafik nilai CBR dengan variasi campuran 4% PC dan 2% - 14% AVG 81
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Derajat Kejenuhan dan Kondisi Tanah 11 Tabel 2.2 Indeks Plastisitas Tanah 16 Tabel 2.3 Berat Jenis Tanah 17 Tabel 2.4 Aktivitas Tanah Lempung 35 Tabel 2.5 Komposisi Kimia Semen Portland 43 Tabel 2.6 Hasil Pengujian Analisis Kimia Abu Vulkanik 45 Tabel 4.1 Data Uji Sifat Fisik Tanah 58 Tabel 4.2a Data Hasil Uji Atterberg Limit Dengan Variasi Campuran 2% PC ditambah 2% - 14% AVG 61 Tabel 4.2b Data Hasil Uji Atterberg Limit Dengan Variasi Campuran 3% PC ditambah 2% - 14% AVG 62 Tabel 4.2c Data Hasil Uji Atterberg Limit Dengan Variasi Campuran 4% PC ditambah 2% - 14% AVG 63 Tabel 4.3 Data Uji Pemadatan Tanah Asli 70 Tabel 4.4a Data Hasil Uji Compaction Dengan Variasi Campuran 2% PC ditambah 2% - 14% AVG 71 Tabel 4.4b Data Hasil Uji Compaction Dengan Variasi Campuran 3% PC ditambah 2% - 14% AVG 72 Tabel 4.4c Data Hasil Uji Compaction Dengan Variasi Campuran 4% PC ditambah 2% - 14% AVG 73 Tabel 4.5a Data Hasil Uji CBR Laboratorium Dengan Variasi Campuran 2% PC ditambah 2% - 14% AVG 77 Tabel 4.5b Data Hasil Uji CBR Laboratorium Dengan Variasi Campuran 3% PC ditambah 2% - 14% AVG 78 Tabel 4.5c Data Hasil Uji CBR Laboratorium Dengan Variasi Campuran 4% PC ditambah 2% - 14% AVG 79
DAFTAR NOTASI V V s V v V w V a W γb S SL IP LL PL Volume tanah Volume butiran padat Volume pori Volume air di dalam pori Volume udara di dalam pori Berat tanah Berat butiran padat Berat air Kadar air Porositas Angka pori Berat volume basah Berat volume kering Berat volume butiran padat Berat jenis tanah Derajat kejenuhan Batas susut Berat tanah basah dalam cawan percobaan Berat tanah kering oven Volume tanah basah dalam cawan Volume tanah kering oven Berat jenis air Indeks plastisitas Batas cair Batas plastis
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran-1, Data Uji Laboratorium, Kadar Air dan Berat Jenis Lampiran-2, Data Uji Laboratorium, Analisa Saringan Lampiran-3, Data Uji Laboratorium, Atterberg Limit Lampiran-4, Data Uji Laboratorium, Compaction Test Lampiran-5, Data Uji Laboratorium, CBR (California Bearing Ratio) Lampiran-6, Data Komposisi Kimia Abu Vulkanik Lampiran-7, Dokumentasi Pelaksanaan