Jurnal Rancang Sipil Volume 2 Nomor 2, Desember 2013 99 KORELASI NILAI KUAT TEKAN DAN CBR TANAH LEMPUNG YANG DISTABILISASI DENGAN ABU BATU DAN SEMEN Aazokhi Waruwu Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Medan, Jalan Gedung Arca No. 52, Telp (061) 7363771, Fax (061) 7347954, Medan, 20217, Indonesia, 1) Korespondensi, HP : 081362098080, e-mail : azokhiw@yahoo.com ABSTRAK Tanah lempung merupakan jenis tanah yang berbutir halus yang mempunyai nilai daya dukung yang rendah dan sangat sensitif terhadap perubahan kadar air, yaitu mudah terjadi perubahan volume dan kembang susut. Hal ini sangat tidak menguntungkan bila tanah lempung digunakan sebagai tanah dasar untuk menopang suatu bangunan. Maka salah satu cara untuk mengatasi masalah, tersebut perlu dilakukan suatu perbaikan atau stabilisasi tanah lempung sebagai tanah dasar. Salah satu cara stabilisasi tanah lempung adalah dengan mencoba menambahkan bahan Abu Batu Slurry dan Semen pada tanah lempung. Pada penelitian ini tanah ekspansif Desa Tanjung Rejo Kecamatan Percut Sei Tuan distabilisasi dan di tes dengan menggunakan uji sifat fisis dan mekanis, seperti uji Atterberg, berat jenis, Compaction, Unconfined, dan CBR (California Bearing Ratio). Variasi penambahan Abu batu 10%, 15%, 20% dan 25%, sedangkan semen adalah 5%, 10%, 15%, dan 20%. Dari hasil kadar air optimum melalui uji pemadatan, dilakukan pengujian uncconfined compresssion test dan California Bearing Ratio (CBR) untuk melihat pengaruh setiap penambahan Abu Batu Slurry dan Semen terhadap tanah lempung. Hasil penelitian menunjukkan perbaikan pada sifat sifat fisis dan meningkatkan nilai kuat tekan bebas dan nilai CBR campuran. Hasil yang terbaik dari penelitian tanah lempung ini adalah pada campuran tanah lempug dengan peningkatan nilai kuat tekan tekan bebas antara 25% dan 20%. Hasil pengujian CBR langsung menunjukkan bahwa pada campuran 20% abu batu dan 15 % semen, nilai kuat tekan tanah lempung tidak mengalami peningkatan lagi. Sedangkan hubungan antara kuat tekan dan CBR pada pengujian CBR yang direndam, terlihat bahwa semakin tinggi jumlah bahan campuran (di atas 20% abu batu dan 15 % semen), nilai kuat tekan juga semakin besar. Kata kunci : Tanah Lempung, Abu Batu Slurry, Kuat Tekan, CBR. 1. PENDAHULUAN Tanah lempung merupakan salah satu jenis tanah yang bermasalah dan harus dapat ditangani dengan baik. Pada umumnya tanah lempung mempunyai sifat yang kurang menguntungkan bagi konstruksi bangunan sipil, karena mempunyai kadar air yang tinggi, kemampuan dukung rendah, sifat kembang susut yang tinggi dan penurunan yang besar. Oleh karena itu, sangat diperlukan adanya suatu metode perbaikan tanah yang dapat diterapkan di Indonesia untuk menanggulangi masalah-masalah yang dihadapi tersebut. Beberapa metode penanganan tanah lunak termasuk tanah lempung telah dilakukan antara lain dengan mengganti material atau mencampur tanah dengan bahan stabilisasi lain seperti dengan semen, abu batu, abu sekam, abu batu bara, abu cangkang
Jurnal Rancang Sipil Volume 2 Nomor 2, Desember 2013 100 sawit dan lainnya. Semen dan abu batu slurry dapat digunakan sebagai bahan stabilisasi tanah. Metode ini digunakan di berbagai kondisi seperti pada proyek proyek transportasi dan banyak pada proyek- proyek struktur. Kuat tekan bebas dan nilai CBR adalah parameter yang penting untuk menentukan daya dukung tanah. Sifat sifat yang memiliki tanah lempung adalah sebagai berikut : 1. Ukuran butiran halus, karang dari 0,002mm, 2. Permeabilitas rendah, 3. Kenaikan air kapiler tinggi, 4. Bersifat sangat kohesif, 5. Kadar kembang susut yang tinggi, 6. Proses konsolidasi lambat. Tanah juga memiliki peran yang sangat penting. Selain sebagai penyangga, tanah dapat pula berfungsi sebagai bahan konstruksi itu sendiri. Namun pada setiap lokasi konstruksi tidak selalu terdapat tanah yang dapat digunakan. Bilamana mendatangkan bahan lain dari lokasi yang berjauhan, menimbulkan resiko biaya dan waktu perlaksanaan yang tidak menguntungkan. Kondisi ini selalu muncul bila pekerjaan harus berhadapan dengan tanah lempung. Masalah yang ditimbulkan oleh tanah lempung sering kita jumpai, masalah ini sangat kita jumpai, masalah ini sangat mengganggu seperti timbulnya kerusakan pada lantai bangunan, bahkan dapat menggangu stabilitas dari struktur pondasi yang dapat mengakibatkan kerusakan total pada bangunan. Lempung selain memilki daya dukung yang rendah juga memiliki penurunan yang sangat besar serta permeabilitas yang sangat rendah. Salah satu usaha peningkatan atau perbaikan sifat mekanis yanah lempung adalah dengan cara teknis stabilisasi, yang lebih dikenal soil stabilization (Enita Suardi,2005). Kuat tekan bebas merupakan pengujian yang umum dilaksanakan dan dipakai dalam proses penyelidikan sifat sifat stabilisasi tanah. Disamping pelaksananya yang praktis, sampel yang dibutuhkan juga tidak banyak. Dalam pembuatan benda uji sebagai dasar adalah kepadatan maksimum yang diperoleh dari percobaan pemadatan. Tabel 1. Hubungan Antara Sifat Mekanis Tanah Dengan Tekanan Bebas Sifat Mekanis Tanah Sangat lunak Lunak Sedang Kaku Sangat kaku Keras Kuat Tekan Bebas (kg/cm 2 ) < 0.25 0.25-0.50 0.50-1.00 1.00-2.00 2.00-4.00 >4.00
Jurnal Rancang Sipil Volume 2 Nomor 2, Desember 2013 101 Harga CBR contoh tanah adalah daya tahan tanah terhadap penetrasi dibandingkan dengan daya tahan batu pecah standart terhadap pembebanan yang sama. Maka CBR 50 berarti tekanan yang diperlukan torak untuk penetrasi kepada contoh tanah dengan kedalaman tertentu, adalah setengahnya apabila torak berpenetrasi pada batu pecah standart dengan jarak yang sama. Beban yang ditempatkan diatas silinder contoh tanah sebelum direndam dalam air disebut Surcharge besarnya beban surcharge berkaitan dengan beban perkerasan struktural. Daya dukung tanah dihubungkan dengan nilai CBR maka didapat nilai-nilai yang terdapat didalam Tabel 2. Tabel 2. Daya Dukung Tanah Dihubungkan Dengan Nilai CBR CBR (%) DAYA DUKUNG TANAH 2 % - 5 % Jelek 6 % - 9 % Sedang > 9 % Baik Dalam stabilisasi tanah semen dan abu batu slurry, maksud utama pencampuran tersebut adalah untuk menghasilkan kenaikan tanah asli. Untuk mencapai maksud tersebut, maka penggunaan bahan bahan tanah, semen, abu batu, dan air yang akan digunakan dalam stabilisasi harus diperhatikan. Di daerah daerah yang kondisi tanah dasarnntya secara teknis kurang menguntungkan, metode yang sudah diterapkan selama ini adalah dengan stabilisasi semen (soil cement stabilization).campuran tanah semen dirancang untuk memenuhi kriteria yang ditetapkan oleh standar ASTM atau AASHTO, yang meliputi hubungan kadar air kepadatan, kekuatan, serta ketahanan terhadap pengaruh basah kering dan beku cair. Pada stabilisasi semen dengan tanah, reaksi antara semen dengan material hampir tidak dipengaruhi oleh sifat sifat tanah, oleh sebab itu semen dapat digunakan sebagai bahan penstabilisasi hampir pada semua material mulai dari pasir berkohesi rendah sampai tanah lempung kohesi dengan plastisitas rendah. Sifat sifat campuran tanah semen bergantung pada banyaknya semen dan tingkat kepadatan. Pemadatan adalah hal terpenting, tidak hanya pada derajat kepadatan, tapi juga ketepatan waktu. Contohnya, pemadatan yang dilakukan setelah terjadi hidrasi
Jurnal Rancang Sipil Volume 2 Nomor 2, Desember 2013 102 semen hasilnya tidak optiamal. Sifat sifat secara garis besar campuran tanah semen (Ingle dan Metcalf, 1972). Dalam tabel ini terlihat, sifat sifat tanah asli semakin berubah dengan naiknya kadar semen. Jika kadar semen bertambah, maka akan menghasilkan kenaikan kekuatan, kenaikan daya tahan terhadap siklus basah kering dan beku cair. Permeabilitas berkurang, bila kadar semen bertambah, tapi untuk tanah lempung permeabilitas justru bertambah. Kecenderungan menyusut dapat bertambah pada tanah tanah granuler, tapi kecenderungan untuk mengembang berkurang untuk tanah tanah lempung. Abu batu adalah limbah industri yang dihasilkan dari pembakaran batubara dan terdiri dari partikel yang halus. Gradasi dan kehalusan abu batu slurry dapat memenuhi persyaratan gradasi AASTHO M17 untuk mineral filler. Penggunaan mineral filler dalam campuran aspal beton adalah untuk mengisi rongga dalam campuran, untuk meningkatkan daya ikat aspal beton, dan untuk meningkatkan stabilitas dari campuran. Dari penelitian tentang penggunaan abu batu sebagai mineral filler untuk menggantikan filler bubuk marmer pada campuran aspal beton menunjukkan kadar optimum lebih rendah dari pada filler bubuk marmer, yaitu 3.5 % untuk filler abu batu dan 4.5 % untuk filler bubuk marmer. Abu batu slurry sendiri tidak memiliki kemampuan mengikat seperti halnya semen. Tetapi dengan kehadiran air dan ukuran partikelnya yang halus, oksida silika yang dikandung oleh abu terbang akan bereaksi secara kimia dengan kalsium hidroksida yang terbentuk dari proses hidrasi semen dan menghasilkan zat yang memiliki kemampuan mengikat. Sedangkan menurut dari Taufan Candra Abadi, 2007 hasil yang diperoleh dari pengujian yang telah dilakukan dengan campuran fly ash dengan semen, dengan variasi penambahan semen yang digunakan adalah 5% 10%, 15%, dan 20%, sedangkan untuk fly ash variasi penambahannya adalah 2,5%, 5%, 10%, 15%, 20%, dan 25%. Hasil penelitian dengan menggunakan semen sebagai bahan stabilisasinya, menunjukkan bahwa kuat geser tanah akan meningkat secara signifikan pada saat kondisi optimum dan sisi basah dengan penambahan semen yang digunakan sebesar 20%. Sedangkan persentase optimum untuk fly ash yang bisa digunakan pada sisi optimum dan sisi basah adalah 5% dan 10% untuk sisi kering berdasarkan uji compaction. Sedangkan untuk penelitian hasil nilai CBR menunjukkan bahwa stabilisasi tanah lempung ekspansif dengan menggunakan semen 3% dapat meningkatkan nilai CBR dari 1,73% menjadi 19,3% sudah memperbaiki daya dukung tanah dari jelek menjadi kategori baik, (Ananta, 2007).
Jurnal Rancang Sipil Volume 2 Nomor 2, Desember 2013 103 2. METODE PENELITIAN Sampel tanah yang digunakan dalam penelitian ini adalah tanah yang diambil dari daerah Percut Sei Tuan tepatnya di Desa Tanjung Rejo Kabupaten Deli Serdang Propinsi Sumatera Utara. Tanah yang diambil adalah tanah yang berda pada kedalaman 0,5-1 m dari permukaan tanah dalam keadaan terganggu (disturb). Namun, untuk mendapatkan nilai kadar air tanah asli, diambil juga dengan cara tidak terganggu (undisturb). Tanah yang diambil kira-kira 50 kg dan langsung ke laboratorium Mekanika Tanah INSTITUT TEKNOLOGI MEDAN. Tahapan tahapan dalam penelitian secara keseluruhan terlihat seperti pada Gambar 1 yang menunjukkan bagan alir ( flow chart ) dari kegiatan kegiatan penelitian sampai dengan tahap penyusunan hasil penelitian. Pengambilan Sampel Penyiapan Sampel Pengujian Tanah Asli Pengujian tanah asli + 10% abu batu + 5%semen, tanah asli + 15% abu batu + 10% semen, tanah asli + 20%abu batu + 15% semen, tanah asli + 25%abu batu + 20% semen Pemeraman 24 jam Compaction ( W optimum ) Pembuatan benda uji untuk kuat tekan Pencampuran dan pemeraman selama 24jam uji kuat uji CBR Hasil dan Pembahasan Kesimpulan Gambar 1. Bagan Alir Penelitian.
Jurnal Rancang Sipil Volume 2 Nomor 2, Desember 2013 104 3. HASIL DAN PEMBAHASAN Karakteristik tanah lempung Percut Sei Tuan, Deli Serdang dengan batas batas Atterberg (batas cair, batas plastis, plasticity index, batas susut), pemadatan, CBR, dan nilai kuat tekan bebas. Hasil pengujian dapat dilihat pada Tabel 3. Table 3. Katarakteristik Tanah Asli Pemerikasaan Hasil Berat jenis (t/m 3 ) 2,68 Batas cair (LL) 61,56 % Batas plastis (PL) 24,05 % Batas susut (SL) 41,34 % Plasticity index (PI) 37,51 % Berat jenis 2,68 Kadar air optimum 17,76 % Unconfined Test (qu) 1,96 kg/cm 2 Nilai CBR 2,10 % Pada pengujian Uncofined Compresion Test yang telah dilakukan mmenunjukan nilai kuat tekan yang terus meningkat pada setiap penambahan unsur abu batu dan semen pada sampel, dapat dilihat pada Gambar 2. Gambar 2. Hasil Unconfined Compression Test
Jurnal Rancang Sipil Volume 2 Nomor 2, Desember 2013 105 Setiap penambahan kadar Abu batu dan Semen, persen kenaikan harga kuat tekan bebas qu dihitung terhadap tanah asli (0%). Selisih kenaikan harga qu dari 0% ke 10% abu batu & 5% semen adalah 1,31135 kg/cm 2, 10% abu batu & 5% semen ke 15% abu batu & 10% semen selisihnya 2,41231 kg/cm 2, 15% abu batu & 10% semen ke 20% abu batu & 15% semen selisihnya 0,8956 kg/cm 2, dari hasil pengujian ini menunjukkan peningkatan kuat tekan optimum terjadi pada penambahan 15% abu batu & 10% semen yaitu sebesar 2,412 kg/cm 2. Penambahan abu batu dan semen menunjukkan pada peningkatan harga nilai kuat tekannya seperti terlihat pada Gambar 3. Gambar 3. Nilai qu dengan variasi campuran. Hasil pengujian CBR dengan penambahan Abu batu dan Semen dengan variasi campuran 10% abu batu & 5% semen, 15% abu batu & 10% semen, 20% abu batu & 15% semen dan 25% abu batu & 20% semen, terjadi peningkata nilai CBR. Hasil CBR dapat dilihat pada Gambar 4. Dari hasil hubungan grafik yang telah didapat diatas, maka hasilnya adalah 2,10 %. Untuk kadar air selanjutnya pada campuran, diambil dari kadar air optimum tanah asli. Gambar 4. Nilai CBR setiap campuran.
Jurnal Rancang Sipil Volume 2 Nomor 2, Desember 2013 106 Dari grafik diatas dapat diketahui bahwa nilai CBR Desaign yang di peroleh semakin lama semakin meningkat sesuai dengan variasi penambahan bahan penstabilisasinya. Untuk mengetahui perbandingan nilai pada penambahan campuran yang optimum sehingga dapat di gunakan untuk perbaikan pada jalan raya, dapat dilihat pada Tabel 4. Table 4. Nilai Kuat Tekan, dan CBR Variasi Penambahan (%) Unconfined CBR 56 Pukulan CBR (0,2 ) CBR Rendaman (0,2 ) 0 % 1,96227 3,89 0,11 10% dan 5% 3,27362 4,22 2,11 15% dan 10% 5,68593 5,11 3,16 20% dan 15% 6,58153 6,00 3,36 25% dan 20% 6,99287 6,89 3,40 Dari nilai di atas, maka perbandingan yang di peroleh adalah semakin menurunnya nilai PI terlihat pada campuran 25% dan 20%, meningkatnya nilai Unconfined, serta bertambahnya nilai CBR jika variasi penambahan semakin bertambah, seperti pada campuran 25% abu batu dan 20% semen. Hasil pengujian CBR langsung menunjukkan bahwa pada campuran 20% abu batu dan 15 % semen, nilai kuat tekan tanah lempung tidak mengalami peningkatan lagi. Secara umum hubungan antara nilai CBR dan kuat tekan dapat dilihat pada Gambar 5. Gambar 5. Hubungan nilai CBR dan Kuat Tekan pada Uji CBR langsung.
Jurnal Rancang Sipil Volume 2 Nomor 2, Desember 2013 107 Gambar 6. memberikan hubungan antara kuat tekan dan CBR pada pengujian CBR yang direndam, terlihat bahwa semakin tinggi jumlah bahan campuran (di atas 20% abu batu dan 15 % semen), nilai kuat tekan juga semakin besar. Jika dibandingkan dengan dengan CBR langsung, maka hasilnya berbanding terbalik. Untuk CBR langsung, nilai CBR semakin tinggi sedangkan nilai kuat tekan tetap, pada CBR langsung nilai CBRnya yang tetap pada nilai kuat tekan yang semakin tinggi. Gambar 6. Hubungan nilai CBR dan Kuat Tekan pada Uji CBR rendam. 4. KESIMPULAN Dari studi penelitian serta analisa yang telah dilakukan, ada beberapa kesimpulan yang dapat diambil antara lain : 1. Hasil pengujian CBR langsung menunjukkan bahwa pada campuran 20% abu batu dan 15 % semen, nilai kuat tekan tanah lempung tidak mengalami peningkatan lagi. Sedangkan hubungan antara kuat tekan dan CBR pada pengujian CBR yang direndam, terlihat bahwa semakin tinggi jumlah bahan campuran (di atas 20% abu batu dan 15 % semen), nilai kuat tekan juga semakin besar. 2. Pengujian CBR langsung, nilai CBR semakin tinggi sedangkan nilai kuat tekan tetap, sedangkan pada CBR langsung nilai CBRnya yang tetap pada nilai kuat tekan yang semakin tinggi.
Jurnal Rancang Sipil Volume 2 Nomor 2, Desember 2013 108 DAFTAR PUSTAKA Abadi Taufan Candra, 2007, Perbandingan Hasil Stabilisasi Dengan Fly Ash dan Semen Pada Tanah Ekspansif Cikampek, Jurnal Teknik Sipil Volume 7, Bandung. Ali, M.,S., and Koranne, S.,S., (2011), Performance Analysis of Expansive Soil Treated With Stone Dust and Fly Ash, EJGE, Vol. 16 : 973-982. Ameta N. K., Purohit D.G. M., Wayal A. S., (2007), Characteristics, Problems and Remedies of Expansive Soils of Rajasthan, India, Electronic Journal of Geotechnical Engineering (EJGE). Anagnostopoulos C.A. dan Chatziangelou M, (2008), Compressive Strength of Cement Stabilized Soils. A New Statistical Model, Electronic Journal of Geotechnical Engineering (EJGE). Ariyani Dwi dan Wahyuni P.D. 2007, Perbaikan Tanah Lempung Dari Grobogan Purwodadi Dengan Campuran Semen dan Abu Sekam Padi, Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik UKRIM, Jurnal Ilmiah Teknik Sipil Volume 7, Yogyakarta. K. Mallikarjuna Rao and G. V. Rama Subba Rao, (2008), Influence of Fly Ash on Compaction Characteristics of Expansive Soils Using 22 Factorial Experimentation, Electronic Journal of Geotechnical Engineering (EJGE). N. K. Ameta, D.G. M. Purohit, A. S. Wayal, (2008), Characteristics, Problems and Remedies of Expansive Soils of Rajasthan, India, Electronic Journal of Geotechnical Engineering (EJGE). Suardi Enita. 2005, Studi Pengaruh Aditif Semen Terhadap Konsolidasi Tanah Lempung, Jurnal Ilmiah Rekayasa Sipil volume 1, Padang.