KAJIAN EFEKTIFITAS PENGGUNAAN ABU VULKANIK DAN ABU AMPAS TEBU TERHADAP STABILITAS TANAH LEMPUNG DENGAN PENGUJIAN KUAT TEKAN BEBAS (UNCONFINED COMPRESSION TEST) DAN DITINJAU DARI NILAI CBR TUGAS AKHIR Diajukan untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat Untuk menjadi Sarjana Teknik Sipil Disusun Oleh : GIOVANNI RAMADHANY GINTING 12 0404 024 BIDANG STUDI GEOTEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016
ABSTRAK Tanah merupakan material dasar yang sangat penting sebagai tempat berdirinya suatu struktur atau konstruksi, baik itu konstruksi bangunan maupun konstruksi jalan. Namun, tidak semua tanah baik digunakan dalam bidang konstruksi, karena terdapat beberapa jenis tanah dasar yang bermasalah baik dari segi daya dukung tanahnya maupun segi penurunan (deformasi) tanahnya. Tanah lempung yang mempunyai daya dukung dan kuat geser yang rendah perlu distabilisasi agar memenuhi syarat teknis untuk dijadikan sebagai tanah dasar. Bahan tambah yang biasa digunakan untuk stabilisasi tanah antara lain, semen, kapur, abu sekam padi, atau campuran antara dua atau tiga bahan tambah tersebut. Pada penelitian ini, bahan tambah yang digunakan adalah abu gunung vulkanik dan abu ampas tebu. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui nilai index properties akibat penambahan 4% AGV dan variasi kadar abu ampas tebu pada tanah lempung, kemudian untuk mengetahui nilai kuat tekan maksimum dengan pengujian UCT (Unconfined Compression Test) serta mengetahui nilai CBR (California Bearing Ratio) akibat adanya penambahan bahan stabilisasi, serta kadar optimum penambahan abu ampas tebu. Hasil penelitian menunjukkan bahwa sampel tanah asli memiliki Kadar Air sebesar 12,35%; Berat Spesifik 2,65; Batas Cair 46,73% dan Indeks Plastisitas 26,33%. Kemudian nilai Kuat Tekan 1,38 kg/cm². 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 kadar abu ampas tebu diperoleh nilai kuat tekan bebas terbesar terjadi pada kadar penambahan 4% AGV + 10% AAT yaitu sebesar 5,1 kg/cm dan dari hasil uji CBR laboratorium di dapat nilai CBR yang optimal pada campuran 4% AGV + 4% AAT dengan nilai CBR 13,91%. Kata Kunci : lempung, abu gunung vulkanik, limbah abu ampas tebu, stabilisasi tanah, uct, cbr. i
KATA PENGANTAR Alhamdulillah, segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat allah swt atas berkat, rahmat dan karunia-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang berjudul Kajian Efektifitas Penggunaan Abu Vulkanik dan Abu Ampas Tebu Terhadap Stabilitas Tanah Lempung dengan Pengujian Kuat Tekan Bebas (Uncofined Compression Test) dan Ditinjau dari Nilai CBR. Penulisan tugas akhir ini bertujuan untuk melengkapi persyaratan dalam menempuh ujian Sarjana Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Departemen Teknik Sipil,. 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. Ing.Johannes Tarigan, selaku Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 2. Bapak Ir. Syahrizal, MT., selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil. 3. Ibu Ika Puji Hastuty, ST, MT, selaku dosen pembimbing yang telah memberikan begitu banyak ilmu yang tak ternilai harganya serta masukanmasukan, tenaga, pikiran yang dapat membimbing saya sehingga terselesaikannya Tugas Akhir ini. 4. Bapak/Ibu Dosen Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, yang telah memberikan banyak sekali ilmu yang ii
bermanfaat selama saya menempuh pendidikan di Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik,. 5. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 6. Para Asisten Laboratorium Mekanika Tanah USU yang telah membantu dan memberikan penjelasan dalam pengerjaan Tugas Akhir ini khususnya Prasetyo, Iqbal dan Ade yang banyak meluangkan waktu dan membantu saya. 7. Kedua orang tua saya Bapak Edmansyah Ginting dan Ibu Mim Elfrida yang selalu mendidik, merawat, membimbing, memotivasi, serta memberikan dukungan penuh dengan kesabaran dan cinta kasih sehingga saya dapat melewati segala rintangan dengan baik di setiap jenjang pendidikan dan kehidupan. Kedua adik saya M. Elfriansyah Ginting dan Aswin Muhammad Ginting yang selalu mendukung saya dan tak hentinya memberikan semangat untuk menyelesaikan tugas akhir ini. 8. Sahabat-sahabat saya, Beby, Rissa, Iqbal, Tio, Anshar, Ade, Nirwan, Fadel, Mitra, Hendra, Ridwan, Joseph yang tiada hentinya membantu, mendukung dan menyemangati saya sedari awal masa perkuliahan ini hingga saya menyelesaikan tugas akhir ini dan buat teman-teman stambuk 2012 yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu. 9. Muhammad Khairul Syahputra yang selama ini tidak hentinya memberikan dukungan dan semangat dari awal saya menjalani masa perkuliahan hingga terselesaikannya tugas akhir ini. iii
10. Teman-teman Geoteknik yang tidak dapat disebutkan satu persatu, terima kasih atas doa, semangat, dukungan, serta motivasi yang diberikan. 11. Adik-adik stambuk 2013 dan 2015, Farid dan Agung yang ikut membantu saya menyelesaikan Tugas Akhir ini. Saya menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna, sehingga saya mengharapkan kritik dan saran yang membangun untuk menambah pengetahuan dan wawasan saya demi penyempurnaan Tugas Akhir ini. Akhir kata, penulis ucapkan terima kasih dan berharap agar tugas akhir ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua. Medan, November 2016 Giovanni Ramadhany Ginting 12 0404 024 iv
DAFTAR ISI Abstrak... i Kata Pengantar... ii Daftar Isi... v Daftar Gambar... x Daftar Tabel..... xiii Daftar Notasi..... xiv Daftar Lampiran... xvi BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Umum... 1 1.2 Latar Belakang... 3 1.3 Tujuan dan Manfaat Penelitian... 5 1.3.1 Tujuan... 5 1.3.2 Manfaat... 5 1.4 Pembatasan Penelitian... 6 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 9 2.1 Tinjauan Umum... 9 2.1.1 Tanah... 9 2.1.2 Sifat-sifat Fisik Tanah... 11 2.1.2.1 Kadar Air (Moisture Content)... 11 2.1.2.2 Angka Pori (Void Ratio)... 11 2.1.2.3 Porositas(Porosity)... 12 2.1.2.4 Berat Volume Basah (Unit Weight)... 12 2.1.2.5 Berat Volume Kering (Dry Unit Weight)... 12 v
2.1.2.6 Berat Volume Butiran Padat (Dry Unit Weight)... 13 2.1.2.7 Berat Jenis (Specific Gravity)... 13 2.1.2.8 Derajat Kejenuhan (S)... 14 2.1.3 Batas-batas Atterberg (Atterberg Limit)...... 16 2.1.3.1 Batas Cair (Liquid Limit)... 17 2.1.3.2 Batas Plastis (Plastic Limit)... 18 2.1.3.3 Batas Susut (Shrinkage Limit)... 18 2.1.3.4 Indeks Plastisitas (Plasticity Index)... 19 2.1.3.5 Indeks Kecairan (Liquidity Index)... 20 2.1.3.6 Gradasi Ukuran Butiran... 21 2.1.4 Sistem Klasifikasi Tanah... 25 2.1.4.1 Klasifikasi Tanah Berdasarkan Ukuran Butir... 25 2.1.4.2 Sistem Klasifikasi Unified... 27 2.1.4.3 Sistem Klasifikasi AASHTO... 30 2.1.5 Sifat-sifat Mekanis Tanah...31 2.1.5.1 Pemadatan Tanah (Compaction)... 31 2.1.5.2 Pengujian Unconfined Compression Test (UCT)... 33 2.1.5.3 Pengujian California Bearing Ratio (CBR)... 36 2.1.5.4 Teori Keruntuhan Mohr-Coulomb... 38 vi
2.2 Bahan-bahan Penelitian... 39 2.2.1 Tanah Lempung... 39 2.2.1.1 Definisi Lempung... 39 2.2.1.2 Lempung dan Mineral Penyusunnya... 40 2.2.1.3 Sifat-sifat Tanah Lempung... 46 2.2.2 Abu Gunung Vulkanik (AGV)... 50 2.2.2.1 Umum... 50 2.2.3 Abu Ampas Tebu... 53 2.3 Stabilisasi Tanah... 54 2.3.1 Stabilisasi Tanah dengan Abu Gunung Vulkanik...55 2.3.2 Stabilisasi Tanah dengan Abu Ampas Tebu... 56 BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 57 3.1 Program Penelitian... 57 3.2 Pekerjaan Persiapan... 57 3.3 Proses Pengambilan Sampel....59 3.4 Pekerjaan Laboratorium... 60 3.4.1 Uji Sifat Fisik Tanah... 60 3.4.2 Uji Sifat Mekanis Tanah... 60 3.4.2.1 Uji Proctor Standar... 60 3.4.2.2 Uji UCT (Unconfined Compression Test)... 61 3.5 Analisis Data Laboratorium... 62 vii
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 63 4.1 Pendahuluan... 63 4.2 Pengujian Sifat Fisik... 63 4.2.1 Pengujian Sifat Fisik Tanah Asli... 63 4.2.2 Pengujian Sifat Fisik Abu Gunung Vulkanik Dan Abu Ampas Tebu... 66 4.2.3 Pengujian Sifat Fisik Tanah dengan Bahan Stablilisator... 68 4.2.3.1 Batas Cair... 70 4.2.3.2 Batas Plastis... 70 4.2.3.3 Indeks Plastisitas... 71 4.3 Pengujian Sifat Mekanis Tanah... 72 4.3.1 Pengujian Pemadatan Tanah Asli... 72 4.3.2 Pengujian Pemadatan Tanah (Compaction) dengan Bahan Stabilisator... 73 4.3.2.1 Berat Isi Kering Maksimum (γd maks)... 74 4.3.2.2 Kadar Air Optimum Campuran... 75 4.3.3 Pengujian Kuat Tekan Bebas (Unconfined Compression Test)... 76 4.3.4 Pengujian CBR (California Bearing Ratio)... 80 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 83 5.1 Kesimpulan... 83 5.2 Saran... 85 viii
Daftar Pustaka... xvii Lampiran... xix ix
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Diagram Fase Tanah 10 Gambar 2.2 Batas-batas Atterberg 16 Gambar 2.3 Cawan Cassagrande dan Grooving Tool 17 Gambar 2.4 Kurva Pada Penentuan Batas Cair Tanah Lempung 18 Gambar 2.5 Hubungan Antara W P, W L dan W N Dalam Menghitung LI atau I L 21 Gambar 2.6 Ayakan Untuk Pengujian Sieve Analysis 22 Gambar 2.7 Alat Hidrometer 23 Gambar 2.8 Klasifikasi Berdasar Tekstur Tanah oleh Departemen Pertanian Amerika Serikat (USDA) 26 Gambar 2.9 Klasifikasi Tanah Sistem Unified 29 Gambar 2.10 Klasifikasi Tanah Sistem AASHTO 31 Gambar 2.11 Grafik Hubungan Antara Kadar Air Dan Berat Isi Kering Tanah 32 Gambar2.12 Skema Pengujian Tekan Bebas 33 Gambar 2.13 Keruntuhan Geser Kondisi Air Termampatkan q u di Atas Sebagai Kekuatan Tanah Kondisi Tak Tersekap 34 x
Gambar 2.14 Grafik Hubungan Tegangan Normal dan Tegangan Geser 38 Gambar 2.15 Struktur Atom Mineral Lempung 41 Gambar 2.16 Struktur Kaolinite 43 Gambar 2.17 Struktur Montmorillonite 44 Gambar 2.18 Struktur Illite 46 Gambar 2.19 Sifat Dipolar Molekul Air 49 Gambar 2.20 Molekul Air Dipolar Dalam Lapisan Ganda 50 Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian 58 Gambar 4.1 Plot Grafik Klasifikasi USCS 65 Gambar 4.2 Grafik Analisa Saringan Tanah Asli 65 Gambar 4.3 Grafik Batas Cair (Liquid Limit), Atterberg Limit 66 Gambar 4.4 Grafik Analisa Saringan Abu Gunung Vulkanik 67 Gambar 4.5 Grafik Analisa Saringan Abu Ampas Tebu 68 Gambar 4.6 Grafik Hubungan Antara Nilai Batas Cair (LL) dengan Variasi Campuran AGV dan AAT 70 Gambar 4.7 Grafik Hubungan Antara Nilai Batas Plastis (PL) dengan Variasi Campuran AGV dan AAT 71 Gambar 4.8 Grafik Hubungan Antara Nilai Indeks Plastisitas (IP) denganvariasi Campuran AGV dan AAT 71 xi
Gambar 4.9 Kurva Kepadatan TanahAsli 73 Gambar 4.10 Grafik Hubungan Antara Berat Isi Kering Maksimum (Γ dmaks ) Tanah dengan Variasi Campuran 75 Gambar 4.11 Grafik HubunganAntara Kadar Air Optimum Tanah (W opt ) dengan Variasi Campuran 75 Gambar 4.12 Grafik Hubungan Antara Nilai Kuat Tekan dengan Variasi Campuran AGV dan AAT 79 Gambar 4.13 Grafik Hubungan Nilai CBR denganvariasi Persentase Penambahan AGV dan AAT 81 xii
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Berat Jenis Tanah 14 Tabel 2.2 Derajat Kejenuhan dan Kondisi Tanah 15 Tabel 2.3 Indeks Plastisitas Tanah 20 Tabel 2.4 Simbol Klasifikasi Tanah Sistem USCS 28 Tabel 2.5 Hubungan Konsistensi dengan Kuat Tekan Bebas Tanah Lempung 35 Tabel 2.6 Aktivitas Tanah Lempung 48 Tabel 2.7 Komposisi Kimia Abu Vulkanik 52 Tabel 2.8 Komposisi Kimia Abu Pembakaran Ampas Tebu 53 Tabel 4.1 Data Uji Sifat Fisik Tanah Asli 64 Tabel 4.2 Data Uji Sifat Fisik Abu Gunung Vulkanik 66 Tabel 4.3 Data Uji Sifat Fisik Abu Ampas Tebu 67 Tabel 4.4 Data Hasil Uji Atterberg Limit 69 Tabel 4.5 Data Uji Pemadatan Tanah Asli 73 Tabel 4.6 Data Hasil Uji Pemadatan Tanah dengan Bahan Stabilisator 74 Tabel 4.7 Data Hasil Uji Kuat Tekan Bebas 4% AGV dengan Variasi Penambahan AAT 77 Tabel 4.8 Perbandingan Kuat Tekan Tanah Asli dan Tanah Remoulded 78 Tabel 4.9 Data Hasil CBR dengan Berbagai Varias Penambahan Abu Gunung Vulkanik dan Abu Ampas Tebu 81 xiii
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 WW ss WW ww Berat tanah (gr) Berat butiran padat (gr) Berat air (gr) ω Kadar air (%) nn ee Porositas Angka pori γb Berat volume basah (gr/cm 3 ) γγ dd Berat volume kering (gr/cm 3 ) γγ ss Berat volume butiran padat (gr/cm 3 ) GG ss Berat jenis tanah S Derajat kejenuhan (%) SL Batas susut (%) mm 1 mm 2 Berat tanah basah dalam cawan percobaan (gr) Berat tanah kering oven (gr) vv 1 Volume tanah basah dalam cawan (cm 3 ) vv 2 Volume tanah kering oven (cm 3 ) γγ ww Berat jenis air xiv
IP Indeks plastisitas (%) LL Batas cair (%) PL Batas plastis (%) ττ ff Kuat geser (kg/cm 2 ) σσ 1 Tegangan utama (kg/cm 2 ) qq uu Kuat tekan bebas tanah (kg/cm 2 ) cc uu Kohesi (kg/cm 2 ) Ø Sudut geser tanah ( 0 ) ττ ff 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) xv
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran-1, Data Uji Laboratorium, Kadar Air dan Berat Jenis Lampiran-2, Data Uji Laboratorium, Analisa Saringan Lampiran-3, Data Uji Laboratorium, Atterberg Limit Lampiran-4, Data Uji Laboratorium, Compaction Test Lampiran-5, Data Uji Laboratorium, Unconfined Compression Test Lampiran-6, Data Uji Laboratorium, California Bearing Ratio Test Lampiran-7, Dokumentasi Pelaksanaan xvi