TUGAS AKHIR STABILISASI TANAH LEMPUNG DENGAN MENGGUNAKAN SEMEN PORTLAND TIPE I DAN ABU VULKANIK DENGAN PENGUJIAN KUAT TEKAN BEBAS Diajukan untuk melengkapi tugas tugas dan memenuhi syarat untuk menjadi Sarjana Disusun Oleh : IRENE MARGARETHA 11 0404 056 BIDANG STUDI GEOTEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016 i
ABSTRAK Tanah lempung yang mempunyai daya dukung dan kuat geser yang rendah perlu distabilisasi agar memenuhi syarat teknis untuk dijadikan sebagai tanah dasar. 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 abu gunung vulkanik. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui niai Index Propertis akibat penambahan 4% PC dan variasi kadar abu gunung vulkanik pada tanah lempung, kemudian untuk mengetahui nilai Kuat Tekan maksimum dengan pengujian Unconfined Compression Test akibat adanya penambahan bahan stabilisasi, serta kadar optimum penambahan abu gunung vulkanik. Dari hasil penelitian diperoleh bahwa sampel tanah asli memiliki Kadar Air 17,89%; Berat Spesifik 2,65; Batas Cair 45,49% dan Indeks Plastisitas 30,30%. 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 abu gunung vulkanik diperoleh kesimpulan bahwa material abu vulkanik paling maksimum terjadi pada variasi campuran 4% PC + 5% AGV yaitu dengan nilai Kuat Tekan Bebas sebesar 3,05 kg/cm². Kata Kunci : lempung, semen, abu vulkanik, stabilisasi tanah, kuat tekan bebas. 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 Stabilisasi Tanah Lempung dengan Menggunakan Semen Portland Tipe I dan Abu Vulkanik dengan Pengujian Kuat Tekan Bebas. Tugas Akhir ini disusun untuk diajukan sebagai syarat dalam ujian sarjana Teknik Sipil, Bidang Studi Geoteknik pada Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. 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 yang telah 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 yang telah memberikan masukan dalam pengerjaan Tugas Akhir ini. 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 memberikan pengajaran kepada Penulis selama menempuh masa studi. 7. Seluruh Staf Pegawai Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 8. Para Asisten Laboratorium Mekanika Tanah USU yang telah membantu dan memberikan penjelasan dalam pengerjaan Tugas Akhir ini terkhusus Jeriko yang selalu dan tidak pernah bosan mengajari saya. 9. Keluargaku yang tercinta, kepada almarhum bapak saya Bapak S. Lumban Raja, SE dan kepada ibu saya Ibu T. L. Manurung, S.Th yang telah sabar dalam merawat, mendidik, menjaga, mendoakan saya hingga sampai saat ini. Semoga Tuhan Yang Maha Kuasa selalu melimpahkan berkat bagi beliau. 10. Kedua abangku yaitu Roni Pranawa dan Budi Surya, SP atas doa, dukungan dan bantuan dana dalam mengerjakan Tugas Akhir ini. 11. Sepupu-sepupuku Bang Michael, Samuel, Daniel, Dicky, Martin, Marcel, Jenni, dan Oci. 12. Sahabat - sahabat Fantastic Engineer yang terdiri dari Mien, Immaniar, Stephany, Jeriko, Ronny dan Enrich yang selalu memberi dukungan dan semangat dalam keadaan apapun, yang menjadi tempat bercerita, tertawa bersama selama kuliah di Teknik Sipil USU. 13. Teman kelompok Tugas Akhir PC + AGV, Lini dan Michael yang selalu bersemangat dan menghibur dengan leluconnya saat mengerjakan Tugas Akhir ini. iii
14. Kakak kelompokku Kak Evi D. S. Napitupulu, S.T dan teman-teman kelompokku Murydrischy dan Arifin atas doa dan dukungannya. 15. Rekan-rekan seperjuangan Stambuk 2011, Manimpan, Mario, Bang Jannes, Manna, Selvia, Aldo, Adriansyah, Wenny, Elvan, Rozaqon, Alvin, Meita dan yang lainnya yang tidak dapat disebutkan satu persatu namanya yang telah memberi dukungan serta semangat. 16. Teman-teman Geoteknik, Evand, Ade, Sylda, Wilda, Valdi, Zuzu, Intan Fara, Ovan, Anggi, Adel, Surya, Daniel, Wisman, Ari, Sormin dan Zul Taufik. 17. Adik-adik Stambuk 2014, Banri, Erik, Roimer, Tonny, Eri, Ruben, Fera, Cindy dan yang lainnya yang telah membantu 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. Tuhan memberkati. Medan, Februari 2016 Irene Margaretha 110404056 iv
DAFTAR ISI Abstrak... i Kata Pengantar... ii Daftar Isi... v Daftar Gambar... ix Daftar Tabel..... xii Daftar Notasi..... xiii BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 3 1.3 Tujuan dan Manfaat Penelitian... 3 1.3.1 Tujuan... 3 1.3.2 Manfaat... 4 1.4 Pembatasan Penelitian... 4 1.5 Sistematika Penulisan... 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 7 2.1 Tinjauan Umum... 7 2.1.1 Tanah... 7 2.1.2 Sifat-sifat Fisik Tanah... 9 2.1.2.1 Angka Pori (Void Ratio)... 9 2.1.2.2 Porositas (Porosity)... 9 2.1.2.3 Derajat Kejenuhan (S)... 10 2.1.2.4 Kadar Air (Moisture Content)... 11 2.1.2.5 Berat Volume (Unit Weight)... 11 v
2.1.2.6 Berat Volume Kering (Dry Unit Weight)... 11 2.1.2.7 Berat Volume Butiran Padat (Soil Volume Weight)... 12 2.1.2.8 Berat Jenis (Specific Gravity)... 12 2.1.2.9 Batas-batas Atterberg (Atterberg Limit)... 14 2.1.2.9.1. Batas Cair (Liquid Limit)... 15 2.1.2.9.2. Batas Plastis (Plastic Limit)... 16 2.1.2.9.3. Batas Susut (Shrinkage Limit)... 16 2.1.2.9.4. Indeks Plastisitas (Plasticity Index).. 17 2.1.2.9.5. Indeks Kecairan (Liquidity Index)... 18 2.1.2.10 Klasifikasi Tanah... 19 2.1.2.10.1. Klasifikasi Unified... 20 2.1.2.10.2. Klasifikasi AASHTO...... 22 2.1.3 Sifat-sifat Mekanis Tanah... 24 2.1.3.1 Pemadatan Tanah... 24 2.1.3.2 Pengujian Unconfined Compression Test... 28 2.1.3.3 Teori Keruntuhan Mohr-Coulomb... 31 2.1.3.4 Sensitifitas Tanah Lempung... 32 2.2 Bahan-bahan Penelitian... 35 2.2.1 Tanah Lempung... 35 2.2.1.1 Lempung dan Mineral Penyusunnya... 37 2.2.1.2 Sifat Umum Tanah Lempung... 44 2.2.2 Semen... 49 2.2.2.1 Umum... 49 vi
2.2.2.2 Semen Portland... 50 2.2.2.2.1 Hidrasi Semen... 50 2.2.2.2.2 Jenis-jenis Semen Portland... 51 2.2.3 Abu Gunung Vulkanik (AGV)... 53 2.3 Stabilisasi Tanah... 55 2.3.1 Stabilisasi Tanah dengan Semen... 57 2.3.2 Proses Kimia Pada Stabilisasi Tanah dengan Semen... 58 2.3.3 Stabilisasi Tanah dengan Abu Vulkanik... 59 BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 60 3.1 Program Penelitian... 60 3.2 Pekerjaan Persiapan... 60 3.3 Pembuatan Benda Uji... 61 3.3.1 Benda Uji untuk Pengujian Water Content... 62 3.3.2 Benda Uji untuk Pengujian Berat Spesifik dan Analisa Saringan... 62 3.3.3 Benda Uji untuk Pengujian Batas-batas Atterberg.. 62 3.3.4 Benda Uji untuk Pengujian Compaction... 62 3.3.5 Benda Uji untuk Pengujian Unconfined Compression Test... 63 3.4 Pelaksanaan Pengujian... 63 3.4.1 Tanah... 63 3.4.1.1 Tanah Asli... 63 3.4.1.2 Tanah yang Distabilisasi... 63 vii
3.4.2 Abu Vulkanik... 64 3.5 Analisis Data Laboratorium... 64 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 66 4.1 Pendahuluan... 66 4.2 Pengujian Sifat Fisik... 66 4.2.1 Pengujian Sifat Fisik Tanah Asli... 66 4.2.2 Pengujian Sifat Fisik Abu Gunung Vulkanik... 68 4.2.3 Pengujian Sifat Fisik Tanah dengan Bahan Stablilisator... 69 4.2.3.1 Batas Cair... 71 4.2.3.2 Batas Plastis... 72 4.2.3.3 Indeks Plastisitas... 73 4.3 Pengujian Sifat Mekanis Tanah... 74 4.3.1 Pengujian Pemadatan Tanah Asli... 74 4.3.2 Pengujian Pemadatan Tanah (Compaction) dengan Bahan Stabilisator... 75 4.3.2.1 Berat Isi Kering Maksimum (γd maks)... 76 4.3.2.2 Kadar Air Optimum Campuran... 77 4.3.3 Pengujian Kuat Tekan Bebas (Unconfined Compression Test)... 78 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 83 5.1 Kesimpulan... 83 5.2 Saran... 85 Daftar Pustaka... xiv viii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Diagram Fase Tanah 8 Gambar 2.2 Batas-batas Atterberg 14 Gambar 2.3 Cawan Cassagrande dan Grooving Tool 15 Gambar 2.4 Kurva Pada Penentuan Batas Cair Tanah Lempung 16 Gambar 2.5 Hubungan Antara W P, W L dan W N Dalam Menghitung LI 19 Gambar 2.6 Klasifikasi Tanah Sistem USCS 22 Gambar 2.7 Klasifikasi Tanah Sistem AASHTO 24 Gambar 2.8 Hubungan Antara Kadar Air dan Berat Isi Kering Tanah 27 Gambar 2.9 Skema Pengujian Tekan Bebas 29 Gambar 2.10 Keruntuhan Geser Kondisi Air Termampatkan q u di Atas Sebagai Kekuatan Tanah Kondisi Tak Tersekap 30 Gambar 2.11 Grafik Hubungan Tegangan Normal dan Tegangan Geser 31 Gambar 2.12 Grafik Sensitifitas Tanah Asli dan Tanah Remoulded 32 Gambar 2.13 Kuat Tekan Tanah Asli dan Tanah Remoulded 33 Gambar 2.14 Struktur Atom Mineral Lempung 39 Gambar 2.15 Struktur Kaolinite 41 Gambar 2.16 Struktur Illite 42 ix
Gambar 2.17 Struktur Montmorillonite 44 Gambar 2.18 Sifat Dipolar Molekul Air 46 Gambar 2.19 Molekul Air Dipolar Dalam Lapisan Ganda 47 Gambar 2.20 Kation dan Anion Pada Partikel 49 Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian 65 Gambar 4.1 Plot Grafik Klasifikasi USCS 67 Gambar 4.2 Grafik Analisa Saringan Tanah Asli 68 Gambar 4.3 Grafik Batas Cair (Liquid Limit), Atterberg Limit 68 Gambar 4.4 Grafik Analisa Saringan Abu Gunung Vulkanik 69 Gambar 4.5 Grafik Hubungan Antara Nilai Batas Cair dengan Variasi Campuran PC dan AGV 71 Gambar 4.6 Grafik Hubungan Antara Nilai Batas Plastis dengan Variasi Campuran PC dan AGV 72 Gambar 4.7 Grafik Hubungan Antara Nilai Indeks Plastisitas dengan Variasi Campuran PC dan AGV 73 Gambar 4.8 Kurva Kepadatan Tanah Asli 75 Gambar 4.9 Grafik Hubungan Antara Berat Isi Kering Maksimum (γ d maks ) Tanah dengan Variasi Campuran 77 x
Gambar 4.10 Grafik Hubungan Antara Kadar Air Optimum Tanah (w opt ) dengan Variasi Campuran 78 Gambar 4.11 Grafik Hubungan Antara Nilai Kuat Tekan Tanah (q u ) dengan Regangan (Strain) yang Diberikan Pada Sampel Tanah Asli dan Tanah Remoulded. 80 Gambar 4.12 Grafik Hubungan Antara Nilai Kuat Tekan dengan Variasi Campuran PC dan AGV 81 Gambar 4.13 Grafik Nilai Kuat Tekan 2% PC, 3% PC dan 4% PC dengan Berbagai Variasi Penambahan AGV 82 xi
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Derajat Kejenuhan dan Kondisi Tanah 10 Tabel 2.2 Berat Jenis Tanah 13 Tabel 2.3 Nilai n, e, w, d dan b Untuk Tanah Keadaan Asli Lapangan 14 Tabel 2.4 Indeks Plastisitas Tanah 18 Tabel 2.5 Simbol Klasifikasi Tanah Sistem USCS 21 Tabel 2.6 Pengujian Pemadatan Proctor 26 Tabel 2.7 Hubungan Kuat Tekan Bebas Tanah Lempung Dengan Konsistensinya 31 Tabel 2.8 Sensitifitas Lempung 34 Tabel 2.9 Aktivitas Tanah Lempung 45 Tabel 2.10 Persyaratan Standar Komposisi Kimia Portland Cement 53 Tabel 2.11 Komposisi Kimia Abu Vulkanik 55 Tabel 4.1 Data Uji Sifat Fisik Tanah 66 Tabel 4.2 Data Uji Sifat Fisik Abu Gunung Vulkanik 69 Tabel 4.3 Data Hasil Uji Atterberg Limit 70 Tabel 4.4 Data Uji Pemadatan Tanah Asli 74 Tabel 4.5 Data Hasil Uji Compaction 76 Tabel 4.6 Data Hasil Uji Kuat Tekan Bebas 4% PC dengan Berbagai Variasi Penambahan AGV 79 Tabel 4.7 Perbandingan Antara Kuat Tekan Tanah Asli dan Tanah Remoulded 80 xii
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 Berat tanah (gr) Berat butiran padat (gr) Berat air (gr) Kadar air ( ) Porositas Angka pori γb Berat volume basah (gr/cm 3 ) Berat volume kering (gr/cm 3 ) Berat volume butiran padat (gr/cm 3 ) Berat jenis tanah S Derajat kejenuhan ( ) SL Batas susut ( ) Berat tanah basah dalam cawan percobaan (gr) Berat tanah kering oven (gr) Volume tanah basah dalam cawan (cm 3 ) Volume tanah kering oven (cm 3 ) Berat jenis air xiii
IP Indeks plastisitas ( ) LL Batas cair ( ) PL Batas plastis ( ) Kuat geser (kg/cm 2 ) Tegangan utama (kg/cm 2 ) Kuat tekan bebas tanah (kg/cm 2 ) Kohesi (kg/cm 2 ) Ø Sudut geser tanah ( 0 ) Tegangan runtuh (kg/cm 2 ) S t Sensitivitas ε Regangan axial (%) L L o Perubahan panjang (cm) Panjang mula-mula (cm) A Luas rata-rata pada setiap saat (cm 2 ) A o Luas mula-mula (cm 2 ) σ Tegangan (kg/cm 2 ) P k N Beban (kg) Faktor kalibrasi proving ring Pembacaan proving ring (div) xiv