TUGAS AKHIR KAJIAN KUAT TEKAN BEBAS STABILITAS TANAH LEMPUNG DENGAN STABILIZING AGENTS SERBUK KACA DAN SEMEN Diajukan untuk melengkapi tugas tugas dan memenuhi syarat untuk menjadi Sarjana Disusun Oleh : SRI WAHYUNI HUTAGALUNG 12 0404 011 BIDANG STUDI GEOTEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016
ABSTRAK Stabilitas merupakan salah satu usaha dalam memperbaiki kondisi tanah yang memiliki indeks propertis yang kurang baik. Salah satu stabilisasi tanah yang biasa dilakukan yaitu dengan menambahkan bahan kimia pada tanah. Bahan kimia yang biasa digunakan berupa semen, fly ash, kapur dan lainnya. Dalam penelitian ini digunakan penambahan semen dan serbuk kaca yang mudah diperoleh di kota Medan dan serbuk kaca merupakan limbah yang selama ini masih kurang dimanfaatkan oleh masyarakat. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui niai index properties akibat penambahan 2% semen dan serbuk kaca pada tanah lempung, kemudian untuk mengetahui nilai kuat tekan maksimum akibat adanya penambahan variasi bahan stabilisasi dengan pengujian UCT (Unconfined Compression Test), serta mengetahui pengaruh waktu pemeraman (curring time) terhadap nilai kuat tekan bebas tanah yang distabilisasi. Dari hasil penelitian diperoleh bahwa sampel tanah asli memiliki kadar air 12,53%; berat spesifik 2,65; batas cair 48,90% dan indeks plastisitas 33,74%. Kemudian nilai kuat tekan tanah asli 1,40 kg/cm 2. Berdasarkan klasifikasi USCS, sampel tanah tersebut termasuk dalam jenis (CL) sedangkan berdasarkan klasifikasi AASHTO, sampel tanah tersebut termasuk dalam jenis A-7-6. Setelah tanah distabilisasi dengan 2% PC dan variasi serbuk kaca didapat kesimpulan bahwa material campuran paling efektif pada variasi campuran 2% PC + 9% SK dan nilai kuat tekan tanah campuran dengan waktu pemeraman lebih lama yaitu 14 hari lebih besar dibandingkan dengan 1 hari. Nilai kuat tekan pada waktu pemeraman 1 hari sebesar 2,72 kg/cm² dan pada waktu pemeraman 14 hari sebesar 2,79 kg/cm². Tanah yang telah dicampur material campuran paling efektif yaitu 2% PC + 9% SK termasuk dalam jenis tanah CL menurut klasifikasi tanah berdasarkan USCS dan menurut klasifikasi tanah menurut AASHTO tanah campuran termasuk dalam jenis tanah A-6. Semakin banyak kadar serbuk kaca yang digunakan, daya dukung akan terus mengalami penurunan tetapi tetap di atas nilai kuat tekan tanah asli. Kata Kunci : lempung, semen, serbuk kaca, stabilisasi tanah, curring time, kuat tekan bebas.
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas rahmat dan karunia Nya lah sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini yang berjudul Kajian Kuat Tekan Bebas Stabilitas Tanah Lembung Dengan Stabilizing Agents Serbuk Kaca Dan Semen. Penulisan Tugas Akhir ini adalah untuk melengkapi persyaratan dalam menempuh ujian Sarjana Teknik Sipil pada Fakultas Teknik Departemen Teknik Sipil. Dalam penulisan Tugas Akhir ini, Penulis menghadapi berbagai kendala, tetapi karena bantuan dari berbagai pihak, penulisan Tugas Akhir ini dapat terselesaikan. Pada kesempatan ini pula, penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar besarnya kepada : 1. Kedua orang tua saya Bapak Syafril Hutagalung dan Ibu Jernih Awan Sihombing dengan penuh cinta kasih, kesabaran, dan ketabahan dalam merawat, mendidik, menjaga, serta mendoakan saya. Juga abang tersayang Ngka yang memberikan banyak dukungan dalam penyelesaian Tugas Akhir ini. 2. Bapak Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE., sebagai dosen pembimbing yang telah memberi bimbingan, arahan, saran, serta motivasi kepada Penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. 3. Bapak Ir. Rudi Iskandar, MT., dan ibu Ika Puji Hastuti, ST, MT., dan sebagai Dosen Pembanding dan Penguji Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 4. Bapak Prof. Dr. Ing.Johannes Tarigan, sebagai Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 5. Bapak Ir. Syahrizal, MT., sebagai Sekretaris Departemen Teknik Sipil. 6. Ibu Ika Puji Hastuti, ST, MT., sebagai Kepala Laboratorium Mekanika Tanah Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
7. 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. 8. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 9. Para Asisten Laboratorium Mekanika Tanah USU yang telah membantu dan memberikan penjelasan dalam pengerjaan Tugas Akhir ini khususnya Prasetyo, Ade dan Iq bal yang paling banyak membantu penulis. 10. Kepada Abdiansyah Putra Siregar yang selalu memberikan semangat, dukungan juga bantuan untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. Juga rekanrekan seperjuangan stambuk 2012, Beby, Titi, Muiz, Anshar, Ade, Iqbal, Hafni, Novia dan lainnya yang tidak dapat disebutkan satu persatu namanya yang telah memberi dukungan serta semangat dalam pengerjaan tugas akhir ini. 11. Teman-teman Geoteknik Ridwan, Windy, Sintong, Alfon, Astrya, Hizkia, dan Novita. 12. Kepada teman-teman SMA Tami, Fani, Dea, Sonia, Dina, Ridho, Rino dan Ahmad yang selalu menyemangati dalam hal moral. 13. Seluruh abang abang dan kakak kakak stambuk 2009, yang telah member dukungan serta semangat dalam pengerjaan tugas akhir ini. 14. Adik-adik stambuk 2013 dan 2015, yang tidak dapat disebutkan satu persatu namanya yang telah membantu serta memberikan semangat. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, Penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari Bapak dan Ibu Staf Pengajar serta rekan rekan mahasiswa demi penyempurnaan Tugas Akhir ini.
Akhir kata, Penulis berharap Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat yang sebesar besarnya bagi kita semua. Amin. Medan, Oktober 2016 Sri Wahyuni Hutagalung 12 0404 011
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 Rumusan Masalah... 2 1.3 Tujuan dan Manfaat Penelitian... 2 1.4.1 Tujuan... 2 1.4.2 Manfaat... 3 1.4 Pembatasan Penelitian... 3 1.5 Sistematika Penulisan... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 6 2.1 Tinjauan Umum... 6 2.1.1 Tanah... 6 2.1.2 Sifat-sifat Fisik Tanah... 8 2.1.2.1 Angka Pori... 8 2.1.2.2 Porositas... 8 2.1.2.3 Derajat Kejenuhan... 9 2.1.2.4 Kadar Air... 10
2.1.2.5 Berat Volume... 10 2.1.2.6 Berat Volume Kering... 10 2.1.2.7 Berat Volume Butiran Padat... 11 2.1.2.8 Berat Jenis... 11 2.1.3 Batas- batas Atterberg... 12 2.1.3.1 Batas Cair... 13 2.1.3.2 Batas Plastis... 14 2.1.3.3 Batas Susut... 14 2.1.3.4 Indeks Plastisitas... 15 2.1.4 Klasifikasi Tanah... 15 2.1.4.1 Sistem Klasifikasi Unified Soil (USCS)... 16 2.1.4.2 Sistem Klasifikasi AASHTO... 20 2.1.5 Sifat-sifat Mekanis Tanah... 22 2.1.5.1 Pemadatan Tanah... 22 2.1.5.2 Uji Tekan Bebas... 23 2.2 Bahan-bahan Penelitian... 25 2.2.1 Tanah Lempung... 25 2.2.1.1 Sifat Umum Tanah Lempung... 29 2.2.2 Semen... 34 2.2.3 Serbuk Kaca... 36 2.3 Stabilisasi Tanah... 38 2.3.1 Stabilisasi Tanah dengan Semen... 40 2.3.2 Stabilisasi Tanah dengan Serbuk Kaca... 42 BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 42
3.1 Program Penelitian... 42 3.2 Pekerjaan Persiapan... 42 3.3 Pembuatan Benda Uji... 44 3.3.1 Benda Uji untuk Pengujian Batas-batas Atterberg... 44 3.3.2 Benda Uji intuk Pengujian Compaction... 44 3.3.3 Benda Uji untuk Pengujian UCT... 44 3.4 Pelaksanaan Pengujian... 45 3.4.1 Tanah... 45 3.4.1.1 Tanah asli... 45 3.4.1.2 Tanah yang telah distabilisasi... 45 3.4.2 Serbuk Kaca... 46 3.5 Analisis Data Laboratorium... 46 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 48 4.1 Pendahuluan... 48 4.2 Pengujian Sifat Fisik Sampel... 48 4.2.1 Pengujian Sifat Fisik Tanah Asli... 48 4.2.2 Pengujian Sifat Fisik Serbuk Kaca... 50 4.2.3 Pengujian Sifat Fisik Tanah dengan Bahan Stablilisator... 52 4.2.3.1 Batas Cair... 53 4.2.3.2 Batas Plastis... 54 4.2.3.3 Indeks Plastis... 55 4.3 Pengujian Sifat Mekanis Tanah... 56 4.3.1 Pengujian Pemadatan Tanah Asli... 56
4.3.2 Pengujian Pemadatan Tanah (Compaction) dengan Bahan Stabilisator... 57 4.3.2.1 Berat Isi Kering Maksimum (γd maks)... 59 4.3.2.2 Kadar Air Optimum... 62 4.3.3 Pengujian Kuat Tekan Bebas (Unconfined Compression Test)... 63 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 70 5.1 Kesimpulan... 70 5.2 Saran... 72 Daftar Pustaka... 73 Lampiran-lampiran... 75
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Diagram fase tanah 6 Gambar 2.2 Batas-batas Atterberg 13 Gambar 2.3 Cawan Casagrande dan Grooving Tool 13 Gambar 2.4 Grafik hubungan antara kadar air dan berat volume kering 22 Gambar 2.5 Skema uji tekan bebas 23 Gambar 2.6 Keruntuhan geser kondisi air termampatkan qu di atas sebagai kekuatan tanah kondisi tak tersekap 24 Gambar 2.7 Struktur Kaolinite 26 Gambar 2.8 Struktur Ilite 27 Gambar 2.9 Struktur Montmorillonite 29 Gambar 2.10 Sifat dipolar molekul air 31 Gambar 2.11 Molekul air dipolar dalam lapisan ganda 32 Gambar 2.12 Air partikel lempung 33 Gambar 2.13 Hubungan potensial elektrostatis kimia, dan sebagainya, dengan jarak permukaan lempung 34 Gambar 3.1 Diagram alir penelitian 47 Gambar 4.1 Plot grafik klasifikasi USCS 49
Gambar 4.2 Grafik analisa saringan tanah asli 50 Gambar 4.3 Grafik batas cair (liquid limit), Atterberg Limit 50 Gambar 4.4 Grafik analisa saringan serbuk kaca 51 Gambar 4.5 Grafik hubungan antara nilai batas cair (LL) dengan variasi campuran 2% PC dan SK 53 Gambar 4.6 Grafik hubungan antara nilai batas plastis (PL) dengan variasi campuran 2% PC dan SK 54 Gambar 4.7 Grafik hubungan antara nilai indeks plastisitas (IP) dengan variasi campuran 2% PC dan SK 55 Gambar 4.8 Kurva kepadatan tanah asli 57 Gambar 4.9 Grafik hubungan antara berat isi kering maksimum tanah dengan variasi campuran (1 hari) 61 Gambar 4.10 Grafik hubungan antara berat isi kering maksimum tanah dengan variasi campuran (14 hari) 61 Gambar 4.11 Grafik hubungan antara kadar air optimum tanah dengan variasi campuran (1 hari) 62 Gambar 4.12 Grafik hubungan antara kadar air optimum tanah dengan variasi campuran (14 hari) 63 Gambar 4.13 Grafik hubungan antara nilai kuat tekan tanah (qu) dengan
regangan (strain) yang diberikan pada sampel tanah asli dan tanah remoulded 66 Gambar 4.14 Grafik kuat tekan dengan variasib 2% PC dengan berbagai variasi penambahan SK (1 hari) 67 Gambar 4.15 Grafik kuat tekan dengan variasib 2% PC dengan berbagai variasi penambahan SK (14 hari) 67
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Derajat kejenuhan dan kondisi tanah 9 Tabel 2.2 Berat jenis tanah 12 Tabel 2.3 Indeks plastisitas tanah 15 Tabel 2.4 Simbol klasifikasi tanah sistem USCS 17 Tabel 2.5 Sistem klasifikasi tanah sistem UNIFIED 18 Tabel 2.6 Klasifikasi tanah menurut AASHTO 21 Tabel 2.7 Hubungan kuat tekan bebas tanah lempung dengan konsistensinya 24 Tabel 2.8 Aktivitas tanah lempung 30 Tabel 2.9 Susunan unsur semen Portland 36 Tabel 2.10 Kandungan kaca 37 Tabel 2.11 Kandungan serbuk kaca 38 Tabel 4.1 Data uji sifat fisik tanah 48 Tabel 4.2 Data uji sifat fisik serbuk kaca 51 Tabel 4.3 Data hasil uji Atterberg Limit 52 Tabel 4.4 Data uji pemadatan tanah asli 57 Tabel 4.5 Data hasil uji compaction ( 1 hari ) 58 Tabel 4.6 Data hasil uji compaction ( 14 hari ) 59 Tabel 4.7 Data hasil uji kuat tekan bebas 2% PC dengan berbagai variasi penambahan serbuk kaca ( 1 hari ) 64 Tabel 4.8 Data hasil uji kuat tekan bebas 2% PC dengan berbagai variasi penambahan serbuk kaca ( 14 hari ) 65 Tabel 4.9 Perbandingan antara kuat tekan tanah asli dan tanah Remoulded 66
DAFTAR NOTASI V Volume tanah (cm 3 ) V s Volume butiran padat (cm 3 ) V v Volume pori (cm 3 ) V w Volume air di dalam pori (cm 3 ) V a Volume udara di dalam pori (cm 3 ) W W s W w Berat tanah (gr) Berat butiran padat (gr) Berat air (gr) ω Kadar air (%) n e Porositas Angka pori γb Berat volume basah (gr/cm 3 ) γ d Berat volume kering (gr/cm 3 ) γ s Berat volume butiran padat (gr/cm 3 ) G s Berat jenis tanah S Derajat kejenuhan (%) SL m 1 m 2 v 1 v 2 γ w Batas susut Berat tanah basah dalam cawan percobaan (gr) Berat tanah kering oven (gr) Volume tanah basah dalam cawan Volume tanah kering oven Berat jenis air
IP Indeks plastisitas (%) LL Batas cair (%) PL Batas plastis (%) τ f Kuat geser (kg/cm 2 ) σ 1 Tegangan utama (kg/cm 2 ) q u c u Kuat tekan bebas tanah Kohesi Ø Sudut geser tanah ( 0 ) τ f St Tegangan runtuh Sensitivitas ε Regangan axial (%) L Lo Perubahan panjang (cm) Panjang mula-mula (cm) A Luas rata-rata pada setiap saat (cm 2 ) Ao Luas mula-mula (cm 2 ) σ Tegangan (kg/cm 2 ) P k N Beban (kg) Faktor kalibrasi proving ring Pembacaan proving ring (div)
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, Unconfined Compression Test Lampiran-6, Data Komposisi Kimia Serbuk Kaca Lampiran-7, Dokumentasi Pelaksanaan