STABILISASI TANAH LEMPUNG DENGAN METODE KIMIAWI MENGGUNAKAN GARAM DAPUR (NaCl) (Studi Kasus Tanah Lempung Desa Majenang, Sukodono, Sragen) Tugas Akhir Diajukan untuk memenuhi persyaratan memperoleh Gelar Sarjana S-1 Teknik Sipil diajukan oleh : PURNOMO HERY PRASETYO NIM : D 100 110 107 PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2016
i
ii
iii
MOTTO Sesungguhnya bersama kesulitan ada kemudahan. Maka apabila engkau telah selesai (dari sesuatu urusan), tetaplah bekerja keras (untuk urusan yang lain). Dan hanya kepada Tuhanmu lah engkau berharap (Al-Insyira: 6-8) Barang siapa menuntut ilmu, maka Allah akan memudahkan baginya jalan menuju surga (H.R Muslim) Pendidikan merupakan perlengkapan paling baik untuk hari tua. (Aristoteles) Banyak kegagalan dalam hidup ini dikarenakan orang-orang tidak menyadari betapa dekatnya mereka dengan keberhasilan saat mereka menyerah (Thomas Alva Edison) Apa yang keluar dari hati, pasti akan mudah diterima oleh hati (Penulis) Hiduplah seperti mendaki gunung, semangat yang tiada henti mencapai puncak, ketika mencapai titik teratas gunung sesekali lah menoleh ke belakang, karena itu membuatmu bagaimana cara belajar bersyukur. Dan menoleh lah ke atas, karena diatas langit masih ada langit yang mengajarkan kamu untuk tidak sombong. (Penulis) iv
PERSEMBAHAN Alhamdulillah, teriring kehadirat Allah SWT yang telah meridhoi, kupersembahkan karya kecil ini teruntuk: Ayah dan Ibu tersayang atas segala do a, segala cinta, perjuangan dan pengorbanan yang telah diberikan, sehingga saya sampai di titik ini, saya ucapkan banyak terimakasih. Keluarga besarku terima kasih atas semua doa, bantuan dan dukungan moril serta materil. Chaerul Novitasari yang tak pernah lupa dan selalu memberikan saya dukungan, doa, semangat, dan pengorbanan yang tak pernah ada hentinya dalam keadaan apapun. Sahabat sahabatku Setia Hartadi, dikka, WIZPAD, fatih, isvan, jaya abadi, bayu eka, saiful, yanuar alan, seno, jodi, dicky, mada, dedy, devy, nadia, chanifah, hafid dan teman-teman yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu, terimakasih atas semua dukungannya. Tak kan ku lupa masa-masa bersama kalian. v
PRAKATA Assalamu alaikum Wr. Wb. Alhamdulillahirabbil alamin, segala puji dan syukur penulis selalu panjatkan kepada Allah SWT, yang telah melimpahkan segala berkah, nikmat, taufik, rahmat dan hidayah-nya, sehingga penyusun dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan judul STABILISASI TANAH LEMPUNG DENGAN METODE KIMIAWI MENGGUNAKAN GARAM DAPUR (NaCl) (Studi Kasus Tanah Lempung Desa Majenang, Sukodono, Sragen) guna melengkapi persyaratan untuk menyelesaikan program studi S-1 pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. Penyusun mengucapkan terimakasih kepada semua pihak yang telah banyak memberikan bantuan dan dukungan sehingga penyusun dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Kemudian dengan selesainya Tugas Akhir ini penyusun juga mengucapkan terima kasih kepada : 1. Allah SWT yang senantiasa melimpahkan taufik dan hidayah-nya, serta untuk segala kekuatan, kemudahan dan petunjuk. Dan untuk anugerah terindah-nya. 2. Bapak Ir. Sri Sunarjono, MT., PhD selaku Dekan Fakultas Teknik dan Bapak Mochamad Solikin, ST., MT., PhD, selaku Ketua Jurusan Program Studi Teknik Sipil Universitas Muhammadiyah Surakarta beserta staffnya, yang telah memberikan fasilitas kepada penyusun untuk dapat mengikuti studi. 3. Ibu Qunik Wiqoyah, ST., MT. dan Ibu Ir. Renaningsih, MT. selaku Dosen pembimbing yang sedemikian tulus dan ikhlas telah memberikan bimbingan, saran saran yang bermanfaat dan arahan serta petunjuk kepada penyusun dengan penuh kesabaran dalam penyusunan Tugas Akhir ini. Juga kepada Bapak Agus Susanto, ST., MT. selaku Dosen Penguji yang banyak menyumbangkan kritik dan saran yang sangat membangun. vi
4. Ibu Ir. Renaningsih, MT. selaku Dosen Pembimbing Akademik, yang telah membantu dan memberikan pengarahan pengarahan yang berharga selama masa studi di Program Studi Teknik Sipil Universitas Muhammadiyah Surakarta. 5. Bapak / Ibu Dosen Program Studi Teknik Sipil Universitas Muhammadiyah Surakarta yang telah memberikan bekal ilmu pengetahuan yang bermanfaat kepada penyusun. 6. Semua karyawan Program Studi Teknik Sipil Universitas Muhammadiyah Surakarta yang telah melayani dan membantu penyusun selama studi dan hingga selesainya penyusunan Tugas Akhir ini. 7. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu, yang telah banyak memberikan bantuan dan dukungan kepada aku. Dan semua orang yang pernah datang dan pergi dalam hidupku. Terimakasih banyak. Akhirnya penyusun menyadari bahwa hasil dari penulisan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Namun dengan terselesainya Tugas Akhir ini semoga bermanfaat bagi penyusun sendiri maupun bagi pembaca. Wassalamu alaikum Wr. Wb. Surakarta, 29 Juli 2016 Penyusun, vii
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... LEMBAR PENGESAHAN... i LEMBAR PERSETUJUAN... ii PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI... iii MOTTO... iv PERSEMBAHAN... v PRAKATA... vi DAFTAR ISI... viii DAFTAR GAMBAR... xi DAFTAR TABEL... xiii DAFTAR LAMPIRAN... xiv DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN... xv ABSTRAKSI... xvi ABSTRACT... xvii BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah... 1 B. Rumusan Masalah... 2 C. Tujuan dan Manfaat Penelitian... 2 D. Batasan Masalah... 3 E. Keaslian Penelitian... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA A. Tanah Lempung... 5 B. Garam Dapur... 6 C. Stabilisasi Tanah... 6 D. Tinjauan Penelitian Sejenis... 7 viii
BAB III LANDASAN TEORI A. Sifat-sifat Fisis Tanah... 9 1. Kadar Air... 9 2. Berat Jenis Tanah ( Specific Grafity )... 9 3. Batas-batas Atterberg... 10 1) Batas cair (Liquid Limit)... 11 2) Batas plastis (Plastic Limit))... 11 3) Batas susut (Shrinkage Limit)... 11 4) Indeks plastisitas (Plasticity Indeks)... 12 4. Analisa ukuran butiran... 13 1) Analisa hydrometer...... 13 2) Analisa saringan... 13 5. Klasifikasi Tanah... 14 1) USCS...... 14 2) AASHTO...... 16 B. Sifat-sifat Mekanis Tanah... 17 1) Uji pemadatan (standard Proctor)... 17 2) Uji CBR (California Bearing Ratio)...... 19 BAB IV METODE PENELITIAN A. Tinjauan Umum... 21 B. Bahan Penelitian... 21 C. Peralatan Penelitian... 21 1. Uji sifat fisis tanah... 21 1a). Uji kadar air tanah (water content)... 21 1b). Uji berat jenis tanah (specific gravity)... 22 1c). Uji gradasi tanah... 23 1d). Uji batas-batas Atterberg (Atterberg Limits)... 25 2. Uji sifat mekanis tanah... 29 2a). Uji pemadatan (standard Proctor)... 29 2b). Uji kuat dukung (CBR)... 30 ix
D. Tahapan Penelitian... 32 E. Pelaksanaan Penelitian... 35 1. Uji sifat fisis tanah... 35 1a). Kadar Air (w)... 35 1b). Specific gravity analysis (uji berat jenis/gs)... 35 1c). Gradasi ukuran butiran tanah (Grain size analysis)... 36 1d). Pengujian batas-batas Atterberg... 39 2. Pengujian pemadatan... 42 3. Pengujian kuat dukung(cbr)... 43 BAB V ANALISA HASIL DAN PEMBAHASAN A. Uji Pendahuluan... 46 B. Uji Sifat Fisis... 46 1. Uji Specific gravity Garam Dapur (NaCl)... 47 2. Uji Tanah Asli... 47 3. Uji Tanah Campuran Dengan Penambahan NaCl... 47 C. Uji Sifat Mekanis... 57 1. Uji pemadatan (standard Proctor)... 57 2. Uji CBR (California Bearing Ratio)... 59 3. Nilai Pengembangan... 61 BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan... 64 B. Saran... 65 DAFTAR PUSTAKA 67 LAMPIRAN... 68 x
DAFTAR GAMBAR Gambar II.1. Mineral-mineral lempung... 5 Gambar III.1. Batas-batas Atterberg... 10 Gambar III.2. Kurva hubungan antara kadar air dan berat volume kering... 18 Gambar III.3. Skema alat pengujian CBR... 19 Gambar IV.1. Satu set alat uji kadar air... 22 Gambar IV.2. Satu set alat uji berat jenis... 23 Gambar IV.3. Satu set alat uji Hydrometer... 24 Gambar IV.4. Satu set alat uji batas cair... 26 Gambar IV.5. Satu set alat uji batas plastis... 27 Gambar IV.6. Satu set alat uji batas susut tanah... 29 Gambar IV.7. Satu set alat uji standard Proctor... 30 Gambar IV.8. Satu set alat uji CBR... 31 Gambar IV.9. Bagan alir tahapan penelitian... 34 Gambar V.1. Hubungan antara kadar air dengan persentase penambahan garam dapur (NaCl)... 48 Gambar V.2. Hubungan antara specific gravity (Gs) dengan persentase penambahan garam dapur (NaCl)... 49 Gambar V.3. Hubungan antara nilai batas cair dengan persentase penambahan garam dapur (NaCl)... 50 Gambar V.4. Hubungan antara nilai batas plastis dengan persentase penambahan garam dapur (NaCl)... 51 Gambar V.5. Hubungan antara nilai batas susut dengan persentase penambahan garam dapur (NaCl)... 52 Gambar V.6. Hubungan antara nilai indeks plastis dengan persentase penambahan garam dapur (NaCl)... 53 Gambar V.7. Hubungan antara persentase lolos saringan dengan diameter saringan... 55 Gambar V.8. Hubungan kadar air dengan berat volume kering tanah asli dan campuran pada tanah lolos saringan No. 4... 57 xi
Gambar V.9. Hubungan kadar air dengan persentase penambahan NaCl... 58 Gambar V.10. Hubungan berat volume maksimum dengan persentase penambahan NaCl... 58 Gambar V.11. Hubungan nilai CBR Unsoaked dengan persentase penambahan NaCl... 60 Gambar V.12. Hubungan nilai CBR Soaked dengan persentase penambahan NaCl... 60 Gambar V.13. Hubungan antara persentase NaCl dengan nilai pengembangan... 62 Gambar V.14. Hubungan antara nilai pengembangan dengan berat volume kering maksimum... 63 xii
DAFTAR TABEL Tabel III.1. Specific gravity (Gs) pada macam-macam tanah... 10 Tabel III.2. Nilai indeks plastisitas dan macam tanah... 12 Tabel III.3. Ukuran-ukuran ayakan standar di Amerika Serikat... 13 Tabel III.4. Sistem Klasifikasi USCS Menggunakan LLR (Cassagrande, 1948) 14 Tabel III.5. Sistem Klasifikasi USCS... 15 Tabel III.6 Sistem Klasifikasi AASHTO... 16 Tabel III.7. Ukuran pemadatan Standard Proctor (ASTM D698)... 17 Tabel III.8. Ukuran Standard Proctor (ASTM D698 metode A)... 18 Tabel V.1. Hasil uji unsur kimia sampel tanah... 46 Tabel V.2. Hasil uji sifat fisis tanah asli... 47 Tabel V.3. Hasil uji sifat fisis tanah campuran... 48 Tabel V.4. Hasil uji gradasi butiran... 54 Tabel V.5. Hasil uji sifat fisis tanah asli dan campuran... 55 Tabel V.6. Hasil uji standard Proctor pada tanah asli dan campuran lolos saringan No. 4... 57 Tabel V.7. Hasil uji CBR Unsoaked (tanpa rendaman) pada tanah lolos saringan No. 4... 59 Tabel V.8. Hasil uji CBR Soaked (rendaman) pada tanah lolos saringan No.4 60 Tabel V.9. Hasil uji pengembangan... 62 xiii
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran A Pengujian Kadar Air Lampiran B Pengujian Berat Jenis Lampiran C Pengujian Batas-batas Atterberg Lampiran D Pengujian Analisa Saringan Lampiran E Pengujian Standard Proctor Lampiran F Pengujian CBR Lampiran G Uji Pendahuluan xiv
DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN AASHTO ASTM CH F GI Gs = American Association of State Highway and Transportation Official = American Society for Testing and Materials = Lempung anorganik dengan plastisitas tinggi = Persentase butiran lolos No.200 = Group Index (indeks kelompok) = Spesific Grafity (Berat jenis) IP = Indeks Plastisitas (%) LL = Liquid Limit (batas cair) (%) MH = Lanau anorganic dengan plastisitas tinggi OH = Lempung organik dengan plastisitas sedang sampai opt tinggi = Optimum PL = Plastic Limit (batas plastis) (%) SL = Shringkage Limit (batas susut) (%) USCS = Unified Soil Clasification System 1 = Volume tanah basah dalam cawan (cm 3 ) 2 = Volume tanah kering oven (cm 3 ) V = Volume cetakan (cm 3 ) w = Kadar air (%) W W s W w = Berat tanah basah di dalam cetakan (gram) = Berat kering tanah (gram) = Berat air dalam tanah (gram) γb = Berat isi basah (gr/cm 3 ) γd = Berat isi kering (gr/cm 3 ) = Berat volume butiran tanah (gr/cm 3 ) s = Berat volume air (gr/cm 3 ) w xv
STABILISASI TANAH LEMPUNG DENGAN METODE KIMIAWI MENGGUNAKAN GARAM DAPUR (NaCl) (Studi Kasus Tanah Lempung Desa Majenang, Sukodono, Sragen) ABSTRAKSI Berdasarkan hasil uji pendahuluan menunjukkan tanah di Sukodono, Sragen merupakan tanah lempung anorganik plastisitas tinggi, dengan nilai LL=85,73%, PL=24,69%, PI=61,04%. Pada uji unsur kimia tanah yang dilakukan di Laboratorium Kimia Analitik MIPA UGM Yogyakarta, tanah Sukodono memiliki kandungan unsur kimia tanah Al 2 O 3 =16,86%, CaO=0,92%, Fe 2 O 3 =10,81%, MgO=1,35%, dan SiO 2 =63,25%. Berdasarkan nilai PI=61,04% (lebih dari 17%) maka tanah ini perlu adanya tindakan perbaikan tanah. Perbaikan tanah yang dilakukan dengan cara stabilisasi tanah secara kimiawi menggunakan garam dapur (NaCl) dengan persentase penambahan NaCl 5%, 10%, 15%, 20% dan 25% dari berat sampel. Pengujian yang dilakukan meliputi uji sifat fisis dan sifat mekanis tanah asli dan tanah campuran. Hasil uji sifat fisis tanah asli dan campuran didapatkan nilai kadar air, batas plastis, batas susut mengalami kenaikan sedangkan berat jenis (specific grafity), batas cair, indeks plastis dan persen lolos saringan No.200 mengalami penurunan. Klasifikasi tanah campuran NaCl 0% dan 5% menurut sistem AASHTO termasuk kelompok A-7-6 dan campuran NaCl 10%, 15%, 20% dan 25% termasuk kelompok A-7-5. Tanah campuran NaCl 0%, 5%, 10% dan 15% menurut sistem USCS termasuk kelompok CH dan campuran NaCl 20% dan 25% termasuk kelompok MH. Hasil uji sifat mekanis dari uji Standard Proctor tanah campuran NaCl 0%, 5%, 10%, 15%, dan 20% mengalami kenaikan nilai berat volume dan penurunan kadar air optimum. Nilai berat volume maksimum sebesar 1,45 gr/cm 3 dan kadar air optimum terendah sebesar 23% pada penambahan NaCl 20%. Nilai CBR mengalami peningkatan maksimal yang sama dengan keadaan hasil pemadatan yaitu pada persentase NaCl 20%. Nilai CBR Unsoaked pada NaCl 0% sebesar 9% menjadi 28% pada NaCl 20% dan nilai CBR Soaked pada NaCl 0% sebesar 1% menjadi 3% pada NaCl 20%. Nilai pengembangan mengalami penurunan maksimal pada NaCl 20% dari nilai pengembangan NaCl 0% sebesar 1,51% menjadi nilai pengembangan NaCl 20% sebesar 1,01%. Kata kunci : tanah lempung, stabilisasi, garam dapur (NaCl), sifat fisis, kuat dukung. xvi
CLAY SOIL STABILIZATION USING CHEMICAL METHOD WITH SALT (NaCl) (Case Study Soil Clays Majenang Village, Sukodono, Sragen) ABSTRACT Based on preliminary test results showed the soil in Sukodono, Sragen soil is an inorganic clays of high plasticity, with a value of LL = 85.73%, PL = 24.69%, PI = 61.04%. On the test of soil chemical elements conducted at the Laboratory of Analytical Chemistry MIPA UGM, Sukodono soil contains soil chemical element = 16.86% Al2O3, CaO = 0.92% = 10.81% Fe2O3, MgO = 1.35%, and SiO2 = 63.25%. Based on the value of PI = 61.04% (more than 17%) and the soil need for soil improvement measures. Soil improvement is done by means of chemical soil stabilization using salt (NaCl) with the addition of NaCl percentage of 5%, 10%, 15%, 20% and 25% of the sample weight. Testing was conducted on the test of the physical properties and mechanical properties of original soil and soil mix. The test results and the physical properties original soil water content values obtained mixture, plastic limit, shrinkage limit increases while the density (specific gravity), liquid limit, plasticity index and percent through sieve 200 has decreased. Classification of soil mix NaCl 0% and 5% according to the AASHTO system includes a group of A-7-6 and the mixture NaCl 10%, 15%, 20% and 25% belong to a group of A-7-5. Soil mix NaCl 0%, 5%, 10% and 15% according to the USCS system including CH group and mixtures NaCl 20% and 25% including a group of MH. The test results of mechanical properties of the Standard Proctor test soil mix NaCl 0%, 5%, 10%, 15%, and 20% experienced an increase in volume and a decrease in the weight value optimum moisture content. Maximum volume of heavy grades of 1.45 g / cm3 and the optimum water content as low as 23% on addition of 20% NaCl. CBR has increased the maximum value equal to the state of compaction that results in 20% NaCl percentage. CBR value Unsoaked on NaCl 0% to 9% to 28% NaCl 20% and the CBR Soaked in NaCl 0% by 1% to 3% in 20% NaCl. Maximum development value decreased in 20% NaCl from 0% NaCl development value of 1.51% to 20% NaCl development value of 1.01%. Keywords: clay, stabilization, salt (NaCl), strong support xvii