TUGAS AKHIR KAJIAN KUAT TEKAN BEBAS PADA TANAH LEMPUNG YANG DISTABILISASI DENGAN GYPSUM DAN ABU AMPAS TEBU Diajukan untuk melengkapi tugas tugas dan memenuhi syarat untuk menjadi Sarjana Disusun Oleh : Deddy Jhon Jonatan Gultom 07 0404 128 BIDANG STUDI GEOTEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014
ABSTRAK Stabilisasi tanah sering sekali digunakan dalam proyek konstruksi guna memperbaiki struktural tanah di lapangan. Proses stabilisasi tanah tersebut dapat dilakukan dengan cara mencampurkan bahan stabilisator sepertigypsum, semen, bitumen, dan bahan-bahan olahan limbah pabrik seperti abu ampas tebu, abu sekam padi, abu cangkang sawit. Penelitian ini meneliti suatu proses stabilisasi tanah dengan menggunakan bahan campuran gypsum yang telah ditetapkan kadarnya sebesar 2% dan abu ampas tebu yang telah lolos ayakan nomor 200 dengan variasi kadar masingmasing campuran sebesar 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 11%, 12%, 13%, 14% serta 15% dan diuji terhadap uji kuat tekan bebas tanah (Unconfined Compression Test). Tanah yang digunakan adalah tanah dengan jenis lempung. Berdasarkan penelitian yang dilakukan diperoleh hasil bahwa sampel tanah asli memiliki kadar air 19,05 %, berat jenis tanah 2,64, batas cair 43,36 %. Berdasarkan klasifikasi USCS, sampel tanah tersebut termasuk dalam jenis CL (Clay Low Plasticity) sedangkan berdasarkan klasifikasi AASHTO, sampel tanah tersebut termasuk dalam jenis A-7-6. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan gypsum dan abu ampas tebu pada tanah lempung dengan waktu pemeraman 7 hari (curing)mengakibatkan menurunnya batas cair serta nilai indeks plastisitas. Dengan bertambahnya persentase abu ampas tebu, kepadatan maksimum cenderung meningkat hinggapada persentase maksimum abu ampas tebu sebesar 8%. Kemudian nilai kepadatan maksimum menurun.nilai kuat tekan yang diperoleh meningkat seiring bertambahnya kadar abu ampas tebu hingga batas maksimum nilai kuat tekan terbesar yang diperoleh pada kadar abu ampas tebu 8% yaitu sebesar 2,453 kg/cm². Kata Kunci : kuat tekan bebas tanah, lempung, gypsum, abu ampas tebu.
KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur di panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa, atas segala berkat dan karunia-nya kepada penulis sehingga mampu menyelesaikan TugasAkhir ini dengan baik. Tugas akhir ini merupakan syarat untuk mencapai gelar sarjana Teknik Sipil bidang Geoteknik Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, dengan judul Kajian Kuat Tekan Bebas pada Tanah Lempung yang Distabilisasi dengan Gypsum dan Abu Ampas Tebu. Penulis menyadari bahwa dalam menyelesaikan tugas akhir ini tidak terlepas dari dukungan, bantuan serta bimbingan dari berbagai pihak sehingga penulisan Tugas Akhir ini dapat terselesaikan. Pada kesempatan ini pula, Penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar besarnya kepada : 1. Bapak Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE., sebagai Dosen Pembimbing yang telah sabar memberi bimbingan, arahan, saran, serta motivasi kepada Penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. 2. Bapak Ir. Rudi Iskandar, MT., dan Ika Puji Hatuty, 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.
5. Ibu Ika Puji Hastuti, 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. Teristimewa untuk keluarga saya, ayahanda Drs. Johanes Samping Aoh dan ibunda saya Dr. Mastiur Panggabean, dan adik saya Dheby Eti Caroline Gultom terima kasih yang teramat dalam untuk segala pengorbanan cinta kasih yang tiada batas, dukungan dan doa. 8. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 9. Teman-teman saya angkatan 2007Samuel Pasaribu, Dedy G Simanjutak, Markus Branly Siregar, Boyma Sinaga, Jefferey Bakara, Doan Siahaan, Rustxell Simanungkalit dan Andreas Siahaan serta teman-teman mahasiswa/i angkatan 2007 sipil lainnya yang tidak dapat disebutkan seluruhnyaterima kasih atas semangat dan bantuannya selama ini. 10. Buat adik 2009 Elisa Dwijayanti Purba, terima kasih atas segala dorongan dan motifasi dalam pengerjaan Tugas Akhir ini sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. 11. Buat adik-adik saya 2010, yang telah membantu penulis baik dalam kuliah, tugas, dan praktikum Tugas Akhir. Michael Tambunan, Agave Manullang Fransiscus Pinem, Andre Syahputra, Syamsul Bahri, Iqbal
Pasaribu, Abdul Bangun, Anggi Badia Sihite, Nagel Sinaga, Steven Rajagukguk, Ok Mudrikah serta adik-adik mahasiswa/i angkatan 2010sipil lainnya yang tidak dapat disebutkan seluruhnyaterima kasih atas semangat dan bantuannya selama ini. 12. Asisten Lab. Mekanika Tanah USU yang turut membantu dan memberikan izin, Iqbal Pasaribu dan Adik-adik 2011 Yogi, Jeriko Sihotang asisten Lab. Mekanika Tanah USU yang lain, serta Adik-adik angkatan 2013 yang membantu eksperimen Yogi, Akmal, Novra dan Pacuk terimakasih atas kerjasamanya. 13. Asisten Lab. Jalan Raya USU yang telah memberikan bantuan dan izin peminjaman tempat sementara kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan pengujian Tugas Akhir penulis. Terimakasih atas kerjasamanya. 14. Dan segenap pihak yang belum penulis sebut disini atas jasa-jasanya dalam mendukung dan membantu penulis dari segi apapun, sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik 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, Mei 2014 Deddy Jhon J Gultom 07 0404 128
DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... vi DAFTAR GAMBAR... x DAFTAR TABEL... xii DAFTAR LAMPIRAN...xiii BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Umum... 1 1.2 Latar Belakang... 2 1.3 Rumusan Masalah... 3 1.4 Maksud dan Tujuan Penelitian... 4 1.5 Metodologi Penelitian... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 7 2.1 Tanah... 7 2.2 Elemen Tanah... 9 2.3 Uji Klasifikasi Tanah... 15 2.3.1Batas-Batas Atterberg... 15 2.3.1.1 Batas Cair... 16 2.3.1.2 Batas Plastis... 18 2.3.1.3 Batas Susut... 18
2.3.1.4 Indeks Plastisitas... 19 2.3.2 Gradasi Ukuran Butir... 20 2.3.3 Analisa Hidrometer... 21 2.4 Sistem Klasifikasi Tanah... 21 2.4.1 Klasifikasi Tanah Berdasar Tekstur/Ukuran Butir... 22 2.4.1 Klasifikasi Tanah Sistem USC... 23 2.4.1 Klasifikasi Tanah Sistem AASHTO... 26 2.5 Tanah Lempung... 28 2.5.1 Defenisi Lempung... 28 2.5.2 Lempung dan Mineral Penyusunnya... 30 2.5.2.1 Kaolinite... 32 2.5.2.2 Illite... 34 2.5.2.3 Montmorillonite... 35 2.5.3 Sifat Umum Lempung... 36 2.6 Stabilisasi Tanah... 41 2.6.1 Konsep Umum Stabilisasi Tanah... 41 2.6.2 Stabilisasi Tanah dengan Gypsum... 46 2.6.2.1 Gypsum... 47 2.6.2.2 Komposisi Kimia Gypsum... 49 2.6.3 Stabilisasi Tanah dengan Abu Ampas Tebu... 50 2.6.3.1 Abu Ampas Tebu... 50 2.6.3.2 Pabrik Gula Sei Semayang (PGSS) PTPN II... 51 2.7 Pemadatan Tanah... 53 2.7.1 Konsep Umum Pemadatan Tanah... 53
2.7.2 Pemadatan Laboratorium dan Pemadatan Lapangan... 56 2.8 Kuat Geser... 57 2.8.1 Konsep Umum Kuat Geser... 57 2.8.2 Uji Kuat Tekan Bebas... 58 2.8.3 Teori Keruntuhan Mohr-Coulomb... 61 2.8.4 Sensitifitas Tanah Lempung... 62 BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 67 3.1 Program Penelitian... 67 3.2 Pekerjaan Persiapan... 69 3.3 Proses Pengambilan Sampling Tanah... 69 3.4 Pekerjaan Laboratorium...70 3.5.1 Uji Sifat Fisik Tanah... 70 3.5.2 Uji Sifat Mekanis Tanah... 71 3.5.2.1 Uji Proctor Standar... 71 3.5.2.2 Uji UCT... 72 3.5 Analisis Data Laboratorium... 72 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 73 4.1 Pendahuluan... 73 4.2 Pengujian Sifat Fisik Tanah... 73 4.2.1 Pengujian Sifat Fisik Tanah Asli... 73 4.2.2 Pengujian Sifat Fisik Tanah dengan Bahan Stabilisator... 76
4.2.2.1 Batas Cair... 78 4.2.2.2 Batas Plastis... 79 4.2.2.3 Indeks Plastisitas... 80 4.3 Pengujian Sifat Mekanis Tanah... 81 4.3.1 Pengujian Pemadatan Tanah... 81 4.3.2 Pengujian Pemadatan Tanah dengan Bahan Stabilisator... 83 4.3.3 Berat Isi Kering Maksimum... 84 4.3.4 Kadar Air Maksimum Campuran... 85 4.3.5 Pengujian Kuat Tekan Bebas... 86 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 90 5.1 Kesimpulan... 90 5.2 Saran... 91 DAFTAR PUSTAKA... xiv
DAFTAR GAMBAR 2.1 Tiga Fase Elemen Tanah 9 2.2 Batas-Batas Atterberg 16 2.3 Alat Uji Batas Cair 17 2.4 Klasifikasi Berdasar Tekstur Tanah 23 2.5 Klasifikasi Tanah Sistem Unified 25 2.6 Klasifikasi Tanah Sistem AASHTO 27 2.7 Struktur Atom Mineral Lempung 32 2.8 Struktur Kaolinite 33 2.9 Struktur Illite 35 2.10 Struktur Montmorillonite 36 2.11 SifatDipolarMolekulAir 39 2.12 MolekulAirDipolardalamLapisanGanda 39 2.13 Hubungan Antara Kadar Air dan Berat Isi Kering Tanah 55 2.14 Skema Uji Tekan Bebas 59 2.15 Keruntuhan geser kondisi air termampatkan qudi atas sebagai kekuatan tanah kondisi tak tersekap 60 2.16 Grafik Hubungan Tegangan Normal dan Tegangan Geser 62 2.17 Grafik Sensitifitas Tanah Asli dan Tanah Remoulded 62 2.18 Kuat Tekan Tanah Asli dan Tanah Remoulded 63 3.1 Diagram Alir Penelitian 68 4.1. Plot grafik klasifikasi USCS 75 4.2. Grafik analisa saringan 75 4.3. Grafik Batas Cair ( Liquid Limit), Atterberg Limit 76 4.4. Grafik hubungan antara nilai batas cair (LL) denganpersentase bahan stabilisator gypsum dan abu ampas tebu dengan waktu pemeraman selama 7 hari. 78 4.5. Grafik hubungan antara nilai batas plastis (PL) denganpersentase bahan stabilisator gypsum dan abu ampas tebu dengan waktu pemeraman selama 7 hari. 79
4.6. Grafik hubungan antara nilai Indeks Plastisitas (IP) denganpersentase bahan stabilisator gypsum dan abu ampas tebu dengan waktu pemeraman selama 7 hari. 80 4.7. Kurva kepadatan tanah 82 4.8. Grafik hubungan antara berat isi kering maksimum ( γ d maks ) tanah dan variasi campuran dengan waktu pemeraman selama 7 hari. 84 4.9. Grafik hubungan antara kadar air optimum tanah ( w opt ) danvariasi campuran dengan waktu pemeraman selama 7 hari. 86 4.10. Grafik hubungan antara nilai kuat tekan tanah (q u ) dengan regangan (strain) yang diberikan pada sampel tanah asli dan tanah remoulded. 88 4.11. Grafik hubungan antara nilai kuat tekan tanah (q u ) dengan variasicampuran dengan waktu pemeraman selama 7 hari 88
DAFTAR TABEL 2.1 Derajat KejenuhandanKondisi Tanah 12 2.2 Berat Jenis Tanah 15 2.3 IndeksPlastisitas Tanah 19 2.4 AktivitasTanahLempung 37 2.5 Pengujian Pemadatan Proctor 54 2.6 Hubungan Kuat Tekan Bebas Lempung Dengan Konsistensinya 61 2.7 Sensitifitas Lempung 64 4.1 Data Uji Sifat Fisik Tanah 74 4.2 Data HasilUjiAtterberg Limit 77 4.3 Data UjiPemadatan Tanah 82 4.4 Data Hasil Uji Pemadatan (Compaction) 83 4.5 Data Hasil Uji Kuat Tekan Bebas 87
DAFTAR TABEL 2.8 Derajat KejenuhandanKondisi Tanah 12 2.9 Berat Jenis Tanah 15 2.10 IndeksPlastisitas Tanah 19 2.11 AktivitasTanahLempung 37 2.12 Pengujian Pemadatan Proctor 54 2.13 Hubungan Kuat Tekan Bebas Lempung Dengan Konsistensinya 61 2.14 Sensitifitas Lempung 64 4.6 Data Uji Sifat Fisik Tanah 74 4.7 Data HasilUjiAtterberg Limit 77 4.8 Data UjiPemadatan Tanah 82 4.9 Data Hasil Uji Pemadatan (Compaction) 83 4.10 Data Hasil Uji Kuat Tekan Bebas 87