TUGAS AKHIR KAJIAN EFEKTIFITAS PENGGUNAAN SEMEN DAN BOTTOM ASH TERHADAP STABILITAS TANAH LEMPUNG DITINJAU DARI NILAI CBR Diajukan untuk melengkapi tugas tugas dan memenuhi syarat untuk menjadi Sarjana Disusun Oleh : ANGGI RAHMAYANI 11 0404 026 BIDANG STUDI GEOTEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016
ABSTRAK Tanah lempung diidentifikasikan dengan indeks plastisitas (PI) yang tinggi dan ukuran partikel yang halus apabila tanah mempunyai sifat-sifat seperti ini dan juga mempunyai struktur kristalisasi yang bersifat mengembang merupakan masalah yang nyata. Pengembangan pada tanah lempung dapat dikendalikan sebagian dengan cara stabilisasi dengan campuran seperti kapur,semen dan abu batubara Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui perbaikan nilai index properties akibat penambahan 1% dan 2% PC dan Bottom ash terhadap tanah lempung, serta untuk mengetahui nilai CBR ( California Bearing Ratio ) akibat penambahan bahan stabilisasi, serta kadar optimum penambahan Bottom ash.metode yang dilakukan pada penelitian ini adalah metode eksperimen dengan pengolahan data yang akan diperoleh dari uji laboratorium. Dari hasil penelitian diperoleh bahwa sampel tanah asli memiliki kadar air 14,68% ; berat jenis 2,66 ; batas cair 48,15% dan indeks plastisitas34,61%. Kemudian nilai kuat tekan 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 berbagai variasi bottom ash dan semen diperoleh kesimpulan bahwa material bottom ashpaling maksimumterjadi pada variasi campuran 2% PC + 9% BAyaitu dengan nilai CBR sebesar 9,93%. Kata Kunci : lempung, semen,bottom ash, stabilisasi tanah, cbr (california bearing ratio). i
KATA PENGANTAR Puji dan syukur saya ucapkan kepada Tuhan Yang Mahas Esa yang telah memberikan anugerah, berkat dan karunia-nya hingga terselesaikannya Tugas Akhir ini dengan judul Kajian Efektifitas Penggunaan Semen dan Bottom Ash Terhadap Stabilitas Tanah Lempung Ditinjau dari Nilai CBR.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 orangtua yang telah sabar memberi bimbingan, arahan, 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. ii
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. Keluarga saya yang tercinta, kepada ayah saya Bapak Muhammad Abdi SH dan kepada ibu saya Ibu Enny Harahap SE yang dengan penuh cinta kasih dan kesabaran dalam merawat, mendidik, menjaga, mendoakan serta berjuang dengan keras untuk selalu memenuhi kebutuhan hidupku hingga berhasil mendapatkan kesempatan untuk menempuh pendidikan yang tinggi. Semoga Allah SWT. selalu melimpahkan berkat bagi beliau. 9. Untuk saudara- saudaraku yang tercinta, Ichwana Dwika Juni Baskara Amd, Mutiara Rizky Sha bani dan Abdillah Toha atas doa, dukungandan waktu dalam mengerjakan Tugas Akhir ini. 10. Untuk yang terkasih Apip Gunaldi Dalimunthe S.P yang selalu memberi semangat, dukungan, dan waktu yang berharga serta doa nya. 11. Para Asisten Laboratorium Mekanika Tanah USUyang telah membantu dan memberikan penjelasan dalam pengerjaan Tugas Akhir ini terkhusus Jeriko, Tyodan yogi yang selalu dan tidak pernah bosan mengajari saya. 12. Rekan-rekan seperjuangan stambuk 2011, sylda, mimah, siti, wenny, dwi, bg rico, hanafi, aref, yandi, reza, zulfuadi, hilman, musdi, imfim dan yang lainnya yang tidak dapat disebutkan satu persatu namanya yang telah memberi dukungan serta semangat. iii
13. Teman-teman Geoteknik, Zul Taufik, Wilda, Valdi, Zuzu, Ade, Intan Fara, Ovan, lini, Adel, Evand, iren Surya, Daniel, Wisman, Ari, Sormin dan Michael. 14. Adik-adik stambuk 2014yang 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.. Medan, Desember 2015 Anggi Rahmayani 110404026 iv
DAFTAR ISI Abstrak... i Kata Pengantar... ii Daftar Isi... v Daftar Gambar... ix Daftar Tabel..... xi Daftar Notasi..... xii Daftar Lampiran... xiv BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Uraian Umum... 1 1.2 Tujuan Penelitian dan Manfaat Penelitian... 4 1.3 Rumusan Masalah... 5 1.4 Batasan Masalah... 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 7 2.1 Tinjauan Umum... 7 2.1.1 Pengertian Tanah... 7 2.1.2 Sifat-sifat Fisik Tanah... 9 2.1.2.1 Kadar Air (Moisture Content)... 9 2.1.2.2 Porositas(Porosity)... 9 2.1.2.3 Angka Pori (Void Ratio)... 9 2.1.2.4 Berat Volume Basah... 10 2.1.2.5 Berat Volume Kering (Dry Unit Weight)... 10 2.1.2.6 Berat Volume Butiran Padat (Soil Volume Weight)... 10 v
2.1.2.7 Berat Jenis (Specific Gravity)... 10 2.1.2.8 Derajat Kejenuhan (S)... 11 2.1.2.9 Batas-batas Atterberg... 15 2.1.2.9.1 Batas Cair... 15 2.1.2.9.2 Batas Plastis... 17 2.1.2.9.3 Batas Susut... 17 2.1.2.9.4 Indeks Plastisitas... 19 2.1.3 Klasifikasi Tanah... 20 2.1.3.1 Klasifikasi Tanah Berdasarkan AASHTO... 21 2.1.3.2 Sistem Klasifikasi USCS... 22 2.2 Bahan-bahan Penelitian... 23 2.2.1 Tanah Lempung... 23 2.2.1.1 Lempungdan Mineral Penyusunnya... 23 2.2.1.2 Sifat Umum Tanah Lempung... 30 2.2.1.3 Pengaruh Air Pada Tanah Lempung... 31 2.2.2 Semen... 37 2.2.2.1 Umum... 37 2.2.2.2 Jenis-jenis Semen Portland... 37 2.2.2.3 Hidrasi dan Mekanisme Pengerasan Semen... 39 2.2.2.4 Pengaruh Air Terhadap Semen Portland..40 2.2.3 Bottom Ash (BA)... 40 2.3 Stabilisasi Tanah... 41 2.3.1 Stabilisasi Tanah dengan Semen... 41 vi
2.3.2 Stabilitas Tanah dengan Bottom Ash... 42 2.4 CBR ( California Bearing Ratio )... 43 BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 47 3.1 Program Penelitian... 47 3.2 Pekerjaan Persiapan... 47 3.3 Proses Pengambilan Tanah... 49 3.4 Pekerjaan Laboratorium... 50 3.4.1 Uji Sifat Kimia Bottom Ash... 50 3.4.2 Uji Sifat FisikTanah... 50 3.4.3 Uji Sifat Mekanis Tanah... 51 3.4.2.1 Uji Proctor Standar... 51 3.4.2.2 Uji CBR (california bearing ratio)... 52 3.5 Analisis Data Laboratorium... 53 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 54 4.1 Pendahuluan... 54 4.2 Pengujian Sifat Kimia Bottom Ash... 54 4.3 Pengujian Sifat Fisik Bottom Ash... 54 4.4 Pengujian Sifat Fisik Tanah... 55 4.3.1 Pengujian Sifat Fisik Tanah Asli... 55 4.3.2 Pengujian Sifat Fisik Tanah dengan Bahan Stablilisator... 57 4.3.2.1 Batas Cair... 59 4.3.2.2 Batas Plastis... 60 4.3.2.3 Indeks Plastisitas... 61 vii
4.5 Pengujian Sifat Mekanis Tanah... 62 4.4.1 Pengujian Pemadatan Tanah Asli... 62 4.4.2 Pengujian Pemadatan Tanah (Compaction) dengan Bahan Stabilisator... 63 4.4.2.1 Berat Isi Kering Maksimum (γd maks)... 64 4.4.2.2 Kadar Air Optimum Campuran... 65 4.4.3 Pengujian CBR (California Bearing Ratio)... 65 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 69 5.1 Kesimpulan... 69 5.2 Saran... 70 Daftar Pustaka... xvi Lampiran-lampiran... xviii viii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1Diagram Fase Tanah 8 Gambar 2.2 Batas-batas Atterberg 16 Gambar 2.3Cawan Cassagrande 17 Gambar 2.4Mineral-mineral Lempung 26 Gambar 2.5Diagram skematik struktur kaolinite Struktur atom kaolinite 26 Gambar 2.6Diagram Skematik Struktur Monotrollite 28 Gambar 2.7Diagram Skematik Struktur Illite 30 Gambar 2.8Kation dan Anion Pada Partikel 33 Gambar 2.9Sifat Dipolar Air 33 Gambar 2.10Molekul Air Dipolar Dalam Lapisan Ganda 34 Gambar 2.11 Air Partikel Lempung 35 Gambar 2.12 GrafikHubungan Potensial Elektrostatis 36 Gambar 3.1Diagram Alir Penelitian 48 Gambar4.1 Komposisi Senyawa Kimia Abu Batubara Bottom Ash 54 Gambar 4.2Plot Grafik Klasifikasi USCS 56 Gambar 4.3Grafik Analisa Saringan 57 ix
Gambar 4.4Grafik Batas Cair (liquid limit), Atterberg Limit 58 Gambar 4.5Grafik hubungan antara nilai batas cair (LL) dengan variasi campuran PC dan BA 59 Gambar 4.6Grafik hubungan antara nilai batas plastis (PL) dengan variasi campuran PC dan BA 60 Gambar 4.7Grafik hubungan antara nilai indeks plastisitas (IP) dengan variasi campuran PC dan BA 61 Gambar 4.8Kurva Kepadatan Tanah Asli 62 Gambar 4.9Grafik hubungan antara berat isi kering maksimum (γ d maks ) tanah denganvariasi campuran 63 Gambar 4.10Grafik hubungan antara kadar air optimum tanah (w opt ) denganvariasi campuran 64 Gambar 4.11Grafik nilai CBR 2% PC dengan variasi campuran bottom ash 65 Gambar 4.12Grafik nilai CBR 1% PC dengan variasi campuran bottom ash 67 Gambar 4.13Grafik hubungan nilai CBR tanah asli1% PC,2% PC dengan variasi campuran bottom ash 67 x
DAFTAR TABEL Tabel 2.1Berat Jenis Tanah 11 Tabel 2.2 Derajat Kejenuhan Dan Kondisi Tanah 12 Tabel 2.3 Nilai-Nilai Porositas, Angka Pori Dan Berat Volume 13 Table 2.4 Indeks Plastisitas Tanah 19 Tabel 2.5 Nilai Konsistensi Dalam Range Plastis 20 Tabel2.6 Klasifikasi Tanah Berpasir Sistem AASHTO 21 Tabel 2.7Klasifikasi Tanah Sistem USCS 24 Tabel 2.8AktivitasTanahLempung 31 Tabel 4.1 Komposisi Senyawa Kimia Abu Batubara Bottom Ash 54 Tabel 4.2 Data Uji Sifat Fisik Bottom Ash 55 Tabel 4.2Data Uji Sifat Fisik Tanah 55 Tabel 4.3Data Hasil Uji Atterberg Limit 58 Tabel 4.4 Data Uji Pemadatan Tanah Asli 62 Tabel 4.5Data Hasil Uji Compaction 64 Tabel 4.6 Data Hasil Uji CBR 2%PC dan 1%PC dengan Berbagai Variasi Penambahan BA 66 Tabel 4.8 Data Selisih Hasil UjiAntara CBR 2% Dan 1% PC SemenDengan Variasi Campuran Bottom Ash 68 xi
DAFTAR NOTASI V V s V v V w V a W 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 γb Berat volume basah Berat volume kering Berat volume butiran padat Berat jenis tanah S SL 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 xii
IP LL PL P k N Indeks plastisitas Batas cair Batas plastis Beban Faktor kalibrasi proving ring Pembacaan proving ring (div) xiii