Institut Teknologi Medan (ITM) 278
Institut Teknologi Medan (ITM) 279
PENGARUH PEMERAMAN TERHADAP NILAI CBR TANAH MENGEMBANG YANG DISTABILISASI DENGAN FLY ASH Surta Ria N. Panjaitan Teknik Sipil - Institut Teknologi Medan Jln. Gedung Arca no. 52 Medan, telp 61-7363771 multikons_cv@yahoo.co.id Abstrak Tanah mengembang adalah salah satu jenis tanah yang sangat dipengaruhi oleh kadar air yang tinggi dan mempunyai sifat yang cukup kompleks, sehingga sering menyebabkan kerusakan pada bangunan seperti terangkatnya pondasi, jalan bergelombang retaknya dinding dan sebagainya. Penelitian yang dilakukan yaitu pengujian atterberg limits, analisa saringan dan berat jenis untuk mengetahui sifat fisis, dan uji pemadatan dengan standar proctor serta pengujian sifat mekanis dengan CBR test. Pengujian ini dilakukan pada variasi campuran tanah mengembang yang distabilisasi dengan fly ash dengan persentase 5%, 1%,15% dan 2% terhadap berat kering tanah dengan waktu pemeraman antara, 1, 4, 7 dan 14 hari. Hasil penelitian tanah asli menunjukkan bahwa tanah yang diteliti menurut ASTM diklasifikasikan sebagai tanah lempung dengan plastisitas tinggi (CH) dan pada kelompok A-7-6 menurut AASHTO, setelah distabilisasi termasuk pada golongan (MH-OH) dan pada kelompok A-7-5. Dari penelitian yang dilakukan bahwa tanah mengembang yang distabilisasi dengan fly ash dapat menurunkan plastis indeks, potensi pengembangan dan menaikkan nilai CBR yang cukup signifikan pada penambahan fly ash 15 % dengan waktu pemeraman antara 4 sampai dengan 7 hari. Dari analisa yang dilakukan, maka dengan penambahan fly ash dapat memperbaiki sifat fisis dan mekanis tanah. Kata-kata kunci : Tanah Mengembang, Fly Ash, Stabilisasi, Pemeraman, Nilai CBR 1. Pendahuluan Tanah merupakan bagian yang sangat penting dalam suatu pekerjaan konstruksi, baik sebagai bahan konstruksi maupun sebagai pendukung beban (Kazuto Nakazawa, 1983). Tanah diharapkan mampu untuk mendukung beban konstruksi yang ada diatasnya. Untuk itu tanah harus memenuhi persyaratan kualitas baik secara fisik maupun secara teknis. Namun umumnya tanah dalam keadaan asli masih kurang memenuhi persyaratan kualitas untuk pekerjaan konstruksi. Karena itu perlu dilakukan usaha perbaikan sifat-sifat tanah untuk memenuhi persyaratan yang ditentukan. Usaha perbaikan sifat-sifat tanah ini dilakukan dengan cara stabilisasi tanah (Bowles, 1986). Lempung merupakan salah satu jenis tanah yang sangat dipengaruhi oleh kadar air dan mempunyai sifat yang cukup kompleks. Kadar air mempengaruhi sifat kembang susut dan kohesinya. Lempung yang memiliki fluktuasi kembang susut yang tinggi disebut lempung mengembang. Tanah mengembang ini sering menimbulkan kerusakan pada bangunan seperti retaknya dinding, terangkatnya pondasi, jalan bergelombang dan sebagainya. Penelitian tentang tanah sangat dibutuhkan untuk menjamin stabilitas bangunan karena kekuatan struktur secara langsung akan dipengaruhi oleh kemampuan tanah dasar atau pondasi setempat dalam menerima dan meneruskan beban yang bekerja. Dalam penelitian ini dilakukan usaha stabilisasi kimiawi pada tanah lempung dengan penambahan fly ash sebagai stabilizing agent untuk memperbaiki sifat-sifat fisis dan mekanis tanah mengembang. 1.1. Tanah Mengembang Lempung (clay) merupakan golongan partikelpartikel yang berukuran kurang dari,2 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. 4. Untuk menentukan jenis lempung tidak cukup hanya dilihat dari ukuran butirannya saja tetapi perlu diketahui mineral yang terkandung di dalamnya. Menurut (Chen, 1975 dan Supriyono,1997), untuk tanah lempung mengembang, 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. Potensi pengembangannya sangat erat sebagai tanah yang Institut Teknologi Medan (ITM) 278
mempunyai potensi mengembang tertentu berdasarkan iindeks plastisitasnya. Sukoto (1984), menerangkan bahwa lempung merupakan partikel-partikel yang berukuran mikroskopis yang berasal dari pelapukan batuan. Tanah lempung mengembang (expansive soil) bersifat plastis pada kadar air sedang dan dalam keadaan kering lempung sangat keras serta tidak mudah dikelupas dengan jari tangan. Pada keadaan air lebih tinggi, lempung sangat lunak dan bersifat kohesif. Tanah lempung bersifat plastis pada kadar air sedang dan dalam keadaan kering lempung sangat keras sehingga tidak mudah dikelupas dengan jari tangan. Pada keadaan air lebih tinggi lempung sangat lunak dan bersifat kohesif serta memiliki sifat kembang susut yang sangat besar. Berdasarkan pengelempokan jenis material pembentuk tanah lempung, sifat mengembang 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 ). Sifat plastis dari suatu tanah adalah disebabkan oleh air yang terserap disekeliling permukaan partikel lempung, maka dapat diharapkan bahwa tipe dan jumlah mineral lempung yang dikandung didalam suatu tanah akan mempengaruhi batas plastis dan cair tanah yang bersangkutan. 1.2. Stabilisasi Tanah Mengembang Dengan Fly Ash Fly ash adalah material hasil buangan yang dikumpulkan dari pabrik-pabrik yang menggunakan batubara sebagai bahan bakarnya. Ketersediaan fly ash yang berlimpah-limpah memungkinkan untuk dimanfaatkan sebagai material konstruksi bangunan, seperti yang selama ini dipakai yaitu sebagai fly ash cement dan sebagai bahan tambah pada campuran beton. Sebagaimana pemanfaatan fly ash sebagai bahan tambah pada campuran, fly ash juga dapat dimanfaatkan sebagai bahan stabilisasi tanah. Hal ini dimungkinkan karena material ini banyak mengandung unsur silikat dan aluminat sehingga dikategorikan sebagai pussolan (pozzolan). Dari hasil campuran tersebut diharapkan dapat menghasilkan tanah yang memiliki sifat atau karakteristik teknis yang lebih baik dibandingkan sebelumnya. 1.3. Batas Konsistensi ( Atterberg ) Menurut ilmuan dari Swedia bernama Atterberg mengembangkan suatu metode untuk menjelaskan sifat konsistensi tanah berbutir hakus pada kadar air yang bervariasi. Bilamana kadar airnya sangat tinggi, campuran tanah dan air akan menjadi lembek seperti cairan. Costet dan Sanglerat (1981) menyatakan bahwa tanah dengan PI antara 25 55%, diklasifikasikan ke dalam tanah dengan swelling potential yang tinggi, sedangkan PI > 55% termasuk ke dalam tanah dengan swelling potential yang sangat tinggi. 2. Metodologi Penelitian 2.1. Kegiatan Penelitian Prosedur pelaksanaan baik dalam pembuatan contoh tanah (benda uji) maupun pengujian contoh tanah mengikuti standar ASTM. Dari hasil penelitian yang dilakukan akan diperoleh data-data tentang sifat-sifat fisis dan mekanis tanah sebelum dan sesudah dilakukan stabilisasi dengan fly ash. Penambahan fly ash dengan persentase %, 5%, 1% 15% dan 2% serta pengujian CBR Laboratorium (CBR test) tanah dilakukan setelah pemeraman, 1, 4, 7 dan 14 hari. 2.2. Pengambilan Contoh Tanah Dan Fly Ash Contoh tanah lempung yang digunakan pafa penelitian ini yaitu tanah lempung yang berasal dari pinggiran sungai Desa Penara, Lubuk Pakam, Sumatera Utara. Fly ash yang digunakan berasal dari PT. ADHI KARYA (PERSERO) Tbk. Div. Konstruksi II. Jln, Pertahanan, Patumbak dan batubara tersebut berasal dari Aceh. 2.3. Pembuatan Benda Uji Benda uji yang ditest yaitu tanah yang belum distabilisasi dengan fly ash dan yang distabilisasi dangan fly ash. Pengujian dalam penelitian ini antara lain : Batas-batas Atterberg (batas cair, batas plastis, batas susut dan indeks plastisitas), analisa saringan (sieve analysis), berat jenis (specific gravity), pemadatan (compaction) dan CBR Laboratorium (CBR test) dengan pemeraman, 1, 4, 7 dan 14 hari. 3. Hasil dan Pembahasan 3.1. Karakteristik Tanah Asli Berdasarkan hasil uji sifat fisis pada tabel 1, maka menurut klasifikasi tanah USCS dapat disimpulkan tanah tersebut termasuk dalam kelompok CH (clay high) yaitu lempung anorganik dengan plastisitas tinggi, lempung gemuk, dan A-7-6 menurut AASHTO. Tabel 1. Hasil pengujian sifat fisis tanah asli No Sifat Fisis Hasil Institut Teknologi Medan (ITM) 279
1 2 3 4 5 6 Berat Jenis Batas Plastis Batas Susut Batas Cair Indeks Plastisitas Sieve Analisis 2.78 3.8 44.45 62.7 32.17 4.4 3.2. Hasil Pengujian Pemadatan Tanah Asli Hasil uji pemadatan pada tanah asli diperoleh kadar air optimum 22.7 % dan berat isi kering 1.44 gr/ cm 3 seperti terlihat pada gambar 1. B E R A T IS I K E R I N G 1.9 1.8 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 y = -.11x 2 +.532x +.843 1 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 KADAR AIR RATA-RATA Gambar 1. Hasil uji pemadatan pada tanah asli. 3.3. Hasil Pengujian CBR Laboratorium Tanah Asli Dari hasil pengujian CBR tanah asli dapat dilihat pada tabel 2 bahwa variasi waktu pemeraman yang diberikan pada tanah asli mempengaruhi nilai CBR yang diperoleh. Maka dapat disimpulkan bahwa lamanya waktu pemeraman pada tanah asli dapat meningkatkan nilai CBR. Tabel 2. Hasil pengujian CBR tanah `sli Komposisi Campuran Tanah Asli (% fly ash) Waktu Pemeraman (Hari) 1 4 7 14 Nilai CBR (%) 1,57 1,7 2.17 2,67 3,3 B a t a s A t t e r b e r g ( % ) 7 6 5 4 3 2 1 Plastis Limit Shrinkage Limit Liquid Limit Indeks Plastis 5 1 15 2 25 Fly Ash ( % ) Gambar 2. Grafik hubungan persentase fly ash dengan Atterberg Limits. 3.5. Pengaruh Penambahan Fly Ash Terhadap Berat Jenis Dari gambar 3 dapat dilihat hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa terjadi penurunan pada berat jenis seiring bertambahnya penambahan fly ash. Berat jenis campuran berkurang karena berat jenis fly ash lebih rendah dibandingkan dengan berat jenis tanah lempung. Berat Jenis 2.8 2.75 2.7 2.65 2.6 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 22 Fly Ash ( % ) Gambar 3. Grafik hubungan penambahan fly dengan berat jenis ash 3.6. Pengaruh Penambahan Fly Ash Terhadap Analisa Saringan Hasil uji analisa saringan dengan penambahan fly ash dapat dilihat pada gambar 4 dan 5. Pemeriksaan gradasi butiran menunjukkan bahwa penambahan fly ash menyebabkan perubahan komposisi fraksi tanah yaitu berkurangnya persentase lolos saringan no. 2. 3.4. Pengaruh Penambahan Fly Ash Terhadap Nilai Atterberg Limits Gambar 2 menunjukkan bahwa nilai batas susut terjadi peningkatan dan nilai indeks plastis terjadi penurunan akibat penambahan fly ash. Penurunan ini menyebabkan penurunan nilai potensial pengembangan pada tanah lempung. Institut Teknologi Medan (ITM) 28
11 Kurva Gabungan Analisa Saringan Dari gambar di atas dapat disimpulkan bahwa setiap penambahan kadar fly ash dapat meningkatkan kadar air optimum. P e rs e n L o lo s 9 7 5 3.2.4.6.8 1 1.2 1.4 Ukuran Saringan (mm) % Fly ash 5% Fly ash 1% Fly ash 15% Fly ash 2% Fly ash Gambar 4. Grafik hubungan persentase lolos saringan dengan ukuran saringan Analisa Saringan ( % ) 44 43.5 43 42.5 42 41.5 41 4.5 4 5 1 15 2 25 Fly Ash ( % ) Gambar 5. Grafik hubungan persentase fly ashdengan hasil analisa saringan 3.7. Pengaruh Penambahan Fly Ash Terhadap Pemadatan Dari hasil pengujian pemadatan terhadap penambahan fly ash diperoleh kadar air optimum dan berat isi kering seperti terlihat pada gambar 6. B e r a t V o l u m e K e r i n g ( g r / c m 3 ) 1.6 1.55 1.5 1.45 1.4 1.35 1.3 1.25 1.2 GABUNGAN KURVA PEMADATAN 1.15 14 16 18 2 22 24 26 28 3 32 34 36 38 4 42 44 46 Kadar Air (% ) Tanah Lempung + % ABB (Tanah Lempung + 5% ABB) (Tanah Lempung + 1% ABB) (Tanah Lempung + 15% ABB) (Tanah Lempung + 2% ABB) Gambar 6. Kurva gabungan hasil uji pemadatan 3.8. Pengaruh Penambahan Fly Ash Terhadap Klasifikasi Tanah Menurut USCS dan AASHTO, tanah asli merupakan golongan CH, A-7-6 yaitu lempung anorganik dengan plastisitas tinggi, lempung gemuk dan setelah tanah lempung dicampur dengan variasi fly ash 5%, 1%, 15% dan 2 %, termasuk dalam kelompok MH dan OH, A-7-5 yaitu lempung organik dengan plastis sedang sampai tinggi. 3.9. Pengaruh Penambahan Fly Ash Terhadap Nilai CBR Setelah Mengalami Pemeraman Pada pengujian CBR dengan penambahan fly ash dengan variasi waktu pemeraman dapat dilihat pada gambar 7. Nilai CBR 2 16 12 8 4 5 1 15 2 25 Fly Ash (%) Gambar 7. Pengaruh penambahan fly ash terhadap nilai CBR Dari gambar 7 dapat dilihat bahwa nilai CBR terus meningkat seiring penambahan kadar fly ash. Waktu pemeraman juga mempengaruhi nilai CBR yang diperoleh. Dengan adanya penambahan fly ash menyebabkan terjadi pemadatan pada struktur tanah. 3.1. Hubungan Hasil Uji CBR Dengan Variasi Waktu Pemeraman Dari gambar 8, pemeraman 14 hari dengan kadar fly ash %, 5 %, 1 %, 15 % dan 2 % dapat dilihat bahwa garis variasi beban yang dipikul terlihat titik mengalami kenaikan. Hal ini disebabkan pada saat pemeraman tidak terjadi penguapan sehingga hasil yang diperoleh optimal. Institut Teknologi Medan (ITM) 281
2 PENETRASI BAWAH penambahan kadar 15 % fly ash dengan waktu pemeraman antara 4 hari dan 7 hari. BEBAN ( LBS ) 18 16 14 12 1 8 6 4 2..5.1.15.2.25.3.35 PENETRASI ( INCHI ) TL + % FLY ASH TL + 5 % FLY ASH TL + 1 % FLY ASH TL + 15 % FLY ASH TL + 2 % FLY ASH Gambar 8. Grafik hasil uji CBR tertinggi dengan penambahan fly ash dengan waktu pemeraman 14 hari Pada saat waktu pemeraman 14 hari dengan penambahan 2 % fly ash dapat dilihat bahwa garis grafiknya lebih tinggi dari penambahan kadar fly ash yang lain karena beban yang dipikul nya lebih besar daripada yang lainnya. 3.11. Hubungan Nilai CBR Dengan Variasi Waktu Pemeraman Untuk variasi waktu pemeraman pada pengujian CBR baik pada tanah asli maupun yang sudah distabilisasi dengan fly ash diperoleh nilai CBR pada masing-masing waktu pemeraman, terlihat pada gambar 9. N i l a i C B R. 1 " 2 16 12 8 4 CBR TL ASLI CBR TL + 5 % FA CBR TL + 1 % FA CBR TL + 15 % FA CBR TL + 2 % FA 2 4 6 8 1 12 14 16 Waktu Pemeraman ( Hari ) Gambar 9. Grafik hubungan waktu pemeraman terhadap nilai CBR Dari grafik di atas dapat dilihat bahwa nilai CBR pada tanah asli kenaikan terlihat lebih konstan. Dengan penambahan persentase fly ash kenaikan pada nilai CBR mengalami kenaikan yang bervariasi seiring dengan penambahan fly ash dan lamanya waktu pemeraman. Pada garis grafik kenaikan yang cukup signifikan bila dibandingkan dengan penambahan kadar fly ash terjadi pada.4.45.5.55 4. Kesimpulan 1. Hasil penelitian yang dilakukan bahwa tanah asli termasuk kedalam golongan CH, A-7-6 yaitu tanah lempung anorganik dengan plastisitas tinggi, lempung gemuk dengan indeks plastisitas sebesar 32.17 %. Setelah distabilisasi dengan campuran fly ash termasuk golongan MH dan OH, A-7-5 yaitu lempung organik dengan plastisitas sedang sampai tinggi. 2. Pada pengujian atterberg limits dengan stabilisasi fly ash diperoleh nilai indeks plastisitas dengan campuran 2 % fly ash sebesar 2.52 %, PL dari 3.8 % menjadi 35.47 %, SL dari 44.45 % menjadi 47.8 %, LL dari 62.7 % menjadi 56.22 %, dan nilai GS menurun dari 2.78 % menjadi 2.61 %. 3. Pada pengujian CBR yang dilakukan dengan penambahan kadar fly ash serta adanya variasi waktu pemeraman dapat meningkatkan nilai CBR. Peningkatan nilai CBR terjadi seiring dengan bertambahnya waktu pemeraman. Peningkatan yang terjadi secara signifikan pada penambahan kadar fly ash 15 % dengan variasi waktu pemeraman antara 4 hari sampai 7 hari. Daftar Pustaka Bowles,J.E, 1984, Sifat Sifat Fisis dan Geoteknis Tanah, Edisi Kedua (Terjemahan), Penerbit Erlangga, Jakarta. Das B. M, 1991, Mekanika Tanah (Prinsip-Prinsip Reakayasa Geoteknis) jilid I, Jakarta: Erlangga. Hardiyatmo, C,H, 1955, Mekanika Tanah 1 dan Mekanika Tanah 2, Gramedia Pustaka Utama, Jakarta. M.S. Rudi Putra (26). Pengaruh Pemeraman Kuat Tekan Tanah Lempung Yang Distabilisasi Dengan Kapur. Kalantari Behzat and Bujang B.K. Huat, Peat Soil Stabilization, Using OPC and Air Curing Technique, University of Putra Malaysia, EJGE. Sahu, BK, dan Piyo, PM, 1997, Improvement in Strenght Characteristics of White Kalahari Sand by Fly Ash, EJGE. Sukandarrumidi, Batu Bara dan Pemanfaatannya, Cetakan Pertama, Gadjah Mada University Press, Yogyakarta, 26. www.google.com. Journal CBR Stabilization with fly ash. EJGE, 28. Institut Teknologi Medan (ITM) 282
Institut Teknologi Medan (ITM) 283