Persyaratan Material Tanah Dasar Subgrade California Bearing Ratio CBR

2.4. Persyaratan Material Tanah Dasar Subgrade

Material yang digunakan untuk tanah dasar harus memenuhi ketentuan sesuai dengan spesifikasi. Material berplastisitas tinggi golongan A-7-6 tidak boleh digunakan sebagai lapisan tanah dasar Pengendalian Mutu Pekerjaan Tanah, Balai Geoteknik Jalan, hal 37. Menurut AASHTO tanah berplastisitas tinggi termasuk golongan A-7-6. Pada kelas A-7-6 adalah jenis tanah kelempungan berplastisitas tinggi dengan tingkatan umum ‘sedang sampai jelek’. Batasan kelas A-7-6 antara lain : − Lolos saringan No. 200 36 − Batas cair 41 − Indeks Plastisitas LL – 30 Apabila material tanah dasar termasuk dalam spesifikasi kelas A-7-6, maka tanah tersebut terlebih dahulu distabilisasi sebelum dilakukan proses pekerjaan berikutnya. 3

2.5. Stabilisasi Tanah Dasar Subgrade

Stabilisasi tanah dasar subgrade adalah usaha untuk memperbaiki mutu tanah daya dukung tanah yang tidak baik dan meningkatkan mutu dari tanah agar mendapatkan kondisi tanah dasar subgrade yang memenuhi spesifikasi teknis yang disyaratkan. Stabilisasi tanah dasar subgrade bertujuan untuk meningkatkan kemampuan daya dukung tanah serta mendapatkan tanah dasar yang stabil pada semua kondisi musim dan selama umur rencana perkerasan jalan tersebut. Metode-metode stabilisasi tanah yang dikenal adalah sebagai berikut : 1. Stabilisasi Mekanis Stabilisai mekanis adalah penambahan kekuatan atau daya dukung tanah dengan jalan mengatur gradasi tanah yang dimaksud, dengan tujuan utnuk mendapatkan tanah yang berdaya dukung baik. Metode ini biasanya digunakan pada tanah yang berbutir kasar dengan fraksi tanah lolos saringan No. 200 25 . Tanah yang telah berhasil UNIVERSITAS SUMATERA UTARA distabilisasi secara mekanis ini akan memiliki kemampuan tertentu terhadap deformasi oleh muatan lalu lintas yang bekerja di atasnya. Hal ini disebabkan karena adanya kait mengkait dan geseran antar butiran tanah serta daya antar butiran tanah oleh bagian yang halus dan kestabilan akan tercapai setelah diberi usaha pemadatan yang cukup. 2. Stabilisasi Kimiawi Stabilisasi kmiawi adalah penambahan bahan stabilisasi yang dapat mengubah sifat- sifat kurang menguntungkan dari tanah. Metode stabilisasi ini biasanya dilakukan untuk tanah yang berbutir halus. Bahan pencampur yang dipergunakan untuk stabilisasi disebut stabilizing agent karena setelah diadakan pencampuran menyebabkan tanah menjadi lebih stabil. Bahan pencmpur yang digunakan seperti semen portland, kapur, abu sekam padi, abu batubara fly ash, sodium dan lain-lain. Stabilisasi tanah dapat dilakukan dengan beberapa cara, yaitu : 1 Menambah kepadatan secara teknis, 2 Mencampur dengan tanah lain, 3 Mencampur dengan material seperti: semen, kapur, belerang, abu sekam padi atau yang lainnya stabilisasi secara kimiawi, 4 Merendahkan muka air drainase tanah, 5 Pemanasan dengan temperatur tinggi, 6 Mengganti tanah-tanah yang buruk, dan lain sebagainya. Metode atau cara memperbaiki sifat-sifat tanah ini juga sangat bergantung pada lama waktu pemeraman curing time, hal ini disebabkan karena didalam proses perbaikan sifat-sifat tanah terjadi proses kimia dimana memerlukan waktu untuk zat kimia yang ada di dalam adiktif untuk bereaksi dengan tanah dan air. Stabilisasi tanah lempung clay A-7-6 sebagai media dengan bahan pencampur kapur CaOH 2 dan abu sekam padi rice husk ash yang dilakukan dalam penelitian ini UNIVERSITAS SUMATERA UTARA termasuk stabilisasi secara kimiawi. Dimana kapur CaOH 2 dan abu sekam padi rice husk ash berfungsi untuk menambah daya dukung tanah lempung clay A-7-6 sebagai tanah dasar subgrade pada perkerasan jalan.

2.5.1. Stabilisasi Tanah Dasar Subgrade Dengan Menggunakan Zat Additive

Jenis-jenis bahan additive yang dapat digunakan sebagai bahan stabilisasi tanah adalah sebagai berikut : 1 kapur, semen dan polimer, 2 Ground Granulated Blast Furnace Slag GGBFS dan kapur, 3 Semen, kapur dan abu terbang fly ash, 4 Kapur dan abu terbang, 5 GGBFS, kapur dan abu terbang, 6 Kapur dan abu sekam padi rice husk ash, dll. Dalam penelitian ini, penggunaan kapur CaOH 2 dan abu sekam padi rice husk ash dimaksudkan untuk menambah kemampuan daya dukung nilai CBR tanah lempung clay A-7-6 sebagai tanah dasar subgrade pada perkerasan jalan, dengan alasan apabila kapur dengan mineral lempung atau dengan mineral halus lainnya atau dengan komponen pozzolan seperti silika hidrat hydrous silica bereaksi, maka akan membentuk suatu gel yang kuat dan keras yaitu kalsium silikat yang mengikat butir-butir atau partikel tanah Diamond Kinter, 1965 dalam Ingles dan Metcalf, 1972. Gel silika bereaksi dengan segera melapisi dan mengikat partikel lempung dan menutup pori-pori tanah. Terisinya rongga pori tanah menyebabkan sifat saling mengunci inter locking antara butir-butir tanah semakin besar sehingga menghasilkan stabilitas yang lebih tinggi dan menaikkan nilai CBR yang lebih tinggi pula. Dengan menggunakan bahan stabilisasi yang lebih optimum dalam meningkatkan daya dukung nilai CBR tanah dasar, diharapkan potensi kegagalan konstruksi jalan akan dapat dikurangi. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

2.5.1.1. Stabilisasi Tanah Dengan Kapur

Stabilisasi tanah dengan kapur telah banyak digunakan pada proyek-proyek jalan di banyak Negara. Stabilisasi dengan kapur dan pozzolan cocok digunakan untuk tanah kohesif berbutir halus, seperti pada tanah lempung. Sementara stabilisasi dengan semen cocok untuk tanah yang tidak kohesif tanah berpasir atau kerikil yang mengandung sedikit tanah berbutir halus Soedarmo dan Purnomo, 1997. Kapur dapat diklasifikasikan dalam beberapa jenis yaitu : a. Kapur tohor CaO : hasil pembakaran batu alam yang komposisinya sebagian besar berupa kalsium karbonat, b. Kapur padam CaOH 2 : hasil pemadaman kapur tohor dengan air dan membentuk hidrat, c. Kapur udara : kapur padam yang apabila diaduk dengan air setelah beberapa waktu dapat mengeras di udara karena pengikatan karbon dioksida, d. Kapur hidrolis : kapur padam yang apabila diaduk dengan air setelah beberapa waktu dapat mengeras baik di dalam air atau di udara. Kapur yang umum digunakan untuk bahan stabilisasi adalah : Kapur kembang CaO dan Kapur padam : CaOH 2 . Kapur hidrasi digunakan di laboratorium dan komponen CaOH 2 merupakan penentu reaksi dengan material tanah dasar. Sedangkan di lapangan, digunakan kapur mentah CaO untuk stabilisasi tanah dasar. Nilai konversi sangat penting untuk jumlah tingkat penghamparan karena adanya perbedaan dari sumber pabrik pengolahan kapur. Secara ringkas, kapur hidrasi CaOH 2 tidak murni dan variasi penggunaan kapur di lapangan sangat beragam. Keuntungan dan kekurangan menggunakan CaOH 2 dan CaO dapat dilihat pada table 2.7. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Tabel 2.6. Persyaratan Sifat-sifat Kapur untuk Stabilisasi Tanah Unsur Calsium Hidroksida Calsium Oksida Komposisi CaOH 2 CaO Bentuk Serbuk Tepung Granular Kepadatan Curah tm 3 0,45 – 0,56 0,9 – 1,3 Ekuivalensi dengan CaOH 2 1,00 1,32 Magnesium dan Kalsium Oksida 95 92 Kalsium Dioksida 5 - 7 3 - 10 Sumber : AustStab Technical Note, lime stabilization practice, 2008 Tahapan proses kimia pada stabilisasi tanah menggunakan kapur adalah sebagai berikut : a. Absorbsi air, reaksi eksotermis dan reaksi ekspansif Pada temperature di bawah 350 o C, komponen kalsium oksida dari kapur mentah bereaksi dengan air untuk menghasilkan kalsium hidroksida seperti halnya pembebasan panas. Persamaan di bawah ini menunjukkan bahwa 56 unit berat dari kalsium oksida murni akan berhidrasi dengan 18 unit berat air. Dan sebaliknya, akan diperlukan 320 liter air untuk menghidrasi satu ton CaO. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut : CaO + H 2 O CaOH 2 + heat Calsium Oxide Calsium hydroxide Quicklime Hydrated lime Heat of hydration ∼ 272 kcalkg CaO b. Reaksi pertukaran ion Butiran lempung dalam kaqndungan tanah berbentuk halus dan bermuatan negative. Ion positif seperti ion hydrogen H + , ion sodium Na + , ion kalsium K + , serta air yang berpolarisasi, semuanya melekat pada permukaan butiran tanah. Jika kapur ditambahkan pada tanah dengan kondisi seperti di atas, maka pertukaran ion segera terjadi, dan ion sodium yang berasal dari larutan kapur diserap oleh permukaan butiran tanah. Jadi, permukaan butiran tanah tadi kehilangan kekuatan tolaknya repulsion force, dan terjadilah kohesi pada butiran itu sehingga berakibat kenaikan kekuatan konsistensi tanah tersebut. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Tabel 2.7. Perbandingan antara CaOH 2 dengan CaO Jenis Kapur Keuntungan Kekurangan CaOH 2 Tidak memerlukan banyak air Lebih peka untuk berdebu CaO 1. Lebih hemat penggunaanya sekitar 30 daripada kapur jenis lain 2. Kepadatan curah lebih besar 3. Lebih cepat kering di lahan yang basah 1. Memerlukan banyak air daripada penggunaan kapur CaOH 2 2. Mengeluarkan uap air saat proses slaking Sumber : AustStab Technical Note, lime stabilization practice, 2008 c. Reaksi pozolan Reaksi antara silica SiO 2 dan alumina Al 2 O 3 halus yang terkandung dalam tanah lempung dengan kandungan mineral reaktif, sehingga dapat bereaksi dengan kapur dan air. Hasil reaksi adalah terbentuknya kalsium silikat hidrat seperti : tobermorit, kalsium aluminat hidrat 4 CaO. Al 2 O 3 . 12 H 2 O dan gehlenit hidrat 4 CaO. Al 2 O 3. SiO 2 . 6 H 2 O yang tidak larut dalam air. Pembentukan senyawa-senyawa ini berlangsung lambat dan menyebabkan tanah menjadi lebih keras, lebih padat dan lebih stabil. Ringkasan summary kelebihan umum dari stabilisasi tanah dengan menggunakan kapur lime stabilization dapat dilihat pada table 2.8. Tabel 2.8. Kelebihan Stabilisasi dengan Kapur Ditinjau dari Tiap-tiap Properties Properties Kelebihan Plasticity Indeks plastisitas akan berkurang, ini diakibatkan karena pengurangan liquid limit dan peningkatan plastis limit. Moisture density relationship Hasil dari reaksi antara kapur dengan tanah adalah perubahan yang substansial pada berat isi. Perubahan berat isi mencerminkan keadaan tanah yang baru dan ini adalah bukti bahwa terjadi perubahan fisik pada tanah selama masa perawatan. Swell potensial Potensial pengembangan tanah dan pengembangan tekanan akan berkurang selama masa perawatan. Drying Kapur sangat membantu pengeringan tanah yang basah. Kondisi ini memungkinkan untuk segera melakukan pemadatan. Strenght properties USCS dan CBR tanah yang distabilisasi dengan kapur akan mengalami peningkatan yang sangat besar. Kondisi ini akan semakin meningkat apabila kemudian dikombinasikan dengan semen setelah perawatan kapur. Water resistance Tanah yang distabilisasi dengan kapur akan menghasilkan lapisan yang kedap air dan menhalangi penetrasi dari kadar air tanah. Sehingga lapisan perkerasan tidak dipengaruhi oleh cuaca. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Kondisi yang akan terjadi dari stabilisasi menggunakan kapur antara lain : − Meningkatkan kekakuan tanah dasar untuk pembangunan jalan baru atau merehabilitasi jalan yang telah ada, − Mengurangi PI dari perkerasan semula dan material tanah dasar, − Meningkatkan stabilitas volume untuk lapisan paling atas dari material yang dipilih, − Memodifikasi lapisan subbase untuk meningkatkan kekakuan perkerasan.

2.5.1.2. Stabilisasi Tanah Dengan Abu Sekam Padi Rice Husk Ash

Abu sekam padi merupakan bahan hasil sampingan produk pertanian, sekam yang dibakar mempunyai sifat pozzolan yang mengandung unsur silikat yang tinggi. Secara visual abu sekam padi yang digunakan dalam penelitian ini adalah berwarna abu- abu grey colour-ash. Pada pembakaran padi menjadi abu akan kehilangan zat organik dan menghasilkan silika yang banyak. Pengaruh panas terhadap silika dalam sekam dapat menghasilkan perubahan struktural yang berpengaruh terhadap dua hal, yaitu tingkat aktifitas pozzolan dan kehalusan butirnya. Menurut Swamy, 1986, temperatur pembakaran untuk kulit gabah adalah sekitar 350 o C dan kehilangan berat terjadi pada suhu 500 o C. Analisis abu dengan difraksi sinar X terjadi pada suhu 700 o C, abu terutama terdiri dari silika amorpous, tetapi diluar temperature 700 o C silika akan mengkristalisasi menjadi kristobalit dan tridimit, sifat dari kedua silika ini kurang reaktif. Pada temperatur yang lebih tinggi pembakaran sekam padi dapat menghasilkan abu sekam padi yang berwarna lebih cerah. Laju reaksi pozzolan dapat ditingkatkan dengan meningkatkan kehalusan. Proses-proses lain telah dikembangkan untuk memperoleh material yang bersifat seperti semen dari bahan kulit padi, namun aktifitas pozzolanik yang dihasilkan sangat buruk Swamy, 1986. Reaksi pozzolanik yang terjadi UNIVERSITAS SUMATERA UTARA antara abu sekam padi dengan kapur adalah sebagai berikut Tjokrodimulyo, 1992 dalam Muntahar, 1997 : 3CaOH 2 + 2SiO 2 3CaO. 2SiO 2 . 3H 2 O Reaksi ini jauh lebih kompleks dan bergantung kepada bahan-bahan penyusun pozzolan, termasuk silika. Menurut Swamy, 1986, silika termasuk unsur kimia yang paling dominan dan menguntungkan pada abu sekam padi. Kandungannya pada abu sekam padi mencapai 93. Penggunaan abu sekam padi sebagai bahan stabilisasi stabilizing agents pada tanah lempung dimungkinkan karena material ini banyak mengandung unsur silikat SiO 2 dan aluminat Al 2 O 3 , sehingga dikategorikan sebagai pozzolan. Pozzolan ini mengandung sifat sementasi jika bercampur dengan kapur padam dan air. 9 Apabila kapur CaOH 2 , abu sekam padi dan mineral lempung bereaksi, maka akan terjadi reaksi pozzolanisasi yang menghasilkan kristal CaSiO 3 yang bersifat mengikat butiran lempung dengan butiran lempung serta butiran lempung dengan CaSiO 3 . Reaksi pozzolanisasi yang terjadi antara kapur dan abu sekam padi tersebut sebagai berikut Wijaya, 1994 dalam Sujatmaka 1998 : SiO 2 + CaOH 2 + H 2 O CaSiO 3 + 2H 2 O 2.5.2. Pengaruh Masa Perawatan Curing Time Masa perawatan curing time dilakukan dengan tujuan untuk memperbaiki interaksi antara air dengan partikel-partikel tanah serta bahan stabilisasi zat aditif kapur dan abu sekam padi melalui reaksi permukaan berupa reaksi kimia yang sedemikian rupa sehingga membuat sifat tanah dalam hubungannya dengan air memberi efek yang paling menguntungkan untuk suatu keperluan tertentu dan memberikan pengaruh terhadap perbaikan kekuatan tanah. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Pada pencampuran tanah lempung dengan kapur dan abu sekam padi serta air membentuk hydrated gel yang mengikat butiran. Proses tersebut memakan waktu beberapa hari, karena setelah mengalami perawatan curing time, perendaman dalam air justru membantu proses hidrasi tadi. Hal ini mengakibatkan campuran tanah-kapur-abu sekam padi menjadi semakin kuat yang kemudian meningkatkan nilai CBR-nya. Qunik Wiqoyah, 2006, dalam penelitian pengaruh kadar kapur, waktu perawatan dan perendaman terhadap kuat dukung tanah lempung, menemukan bahwa hasil uji CBR perawatan 3 hari dan perendaman 4 hari menunjukkan peningkatan nilai CBR seiring penambahan kapur. Peningkatan maksimum baik pada perawatan 3 hari maupun perendaman 4 hari terjadi pada penambahan 7,5 kapur. Besarnya peningkatan masing- masing berturut-turut ; 23,64 dan 28,78 . Penambahan kapur samapi pada 7,5 dengan perawatan 3 hari dan perendaman 4 hari dapat meningkatkan kuat dukung tanah dan dapat menurunkan nilai swelling potential dengan besar penurunan 3,03 . Fachri ghazali, 2010, dalam penelitiannya terhadap waktu perawatan curing time, menemukan bahwa persentase kenaikan nilai batas plastis maksimum terjadi pada masa curing 14 hari yakni sebesar 5,56 dari masa curing 7 hari. Sedangkan masa pemeraman 28 hari kenaikan nilai batas plastis adalah sebesar 1,02 dari masa pemeraman 14 hari. Akibat penambahan kapur, terjadi penurunan indeks plastisitas dari 43,43 menjadi 8,35 atau sebesar 80,77 pada penambahan 5 masa pemeraman 14 hari. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 9. Nilai CBR maksimum diperoleh pada penambahan kapur sebesar 5 dengan masa perawatan 14 hari, yaitu dari 1,99 menjadi 23,6 . Hal ini dapat dilihat pada Gambar 10. Nilai kuat tekan bebas Qu maksimum juga terjadi pada penambahan kapur 5 dengan masa pemeraman 14 hari, yaitu dari 0,204 kgcm 2 menjadi 0,703 kgcm 2 . Hal ini dapat dilihat pada Gambar 11. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Gambar 9. Perbandingan indeks plastisitas lempung yang telah dicampur CaOH 2 dengan berbagai variasi kadar kapur dan waktu pemeraman Gambar 10. Perbandingan nilai CBR lempung yang dicampur CaOH 2 dengan berbagai variasi kadar kapur dan waktu pemeraman Gambar 11. Perbandingan nilai kuat tekan bebas maksimum lempung yang dicampur CaOH 2 dengan berbagai variasi kadar kapur dan waktu pemeraman

2.6. California Bearing Ratio CBR

Percobaan dengan cara CBR dikembangkan oleh California State Highway Department sebagai cara untuk menilai kekuatan tanah dasar jalan subgrade. Nilai CBR adalah nilai yang menyatakan kualitas suatu bahan dibanding dengan bahan standar berupa batu pecah yang mempunyai nilai CBR sebesar 100 . CBR menunjukkan nilai relative kekuatan tanah, semakin tinggi kepadatan tanah maka nilai CBR akan semakin UNIVERSITAS SUMATERA UTARA tinggi. Walaupun demikian, tidak berarti bahwa sebaiknya tanah dasar dipadatkan dengan kadar air rendah supaya mendapat nilai CBR yang tinggi, karena air kemungkinan tidak akan konstan pada kondisi ini. Nilai CBR adalah nilai banding antara gaya yang diperlukan untuk menembus tanah dengan piston berukuran standar 1935 mm 2 dengan kecepatan standar 1,27 mmmenit terhadap gaya yang diperlukan untuk menembus bahan standar tertentu. Besarnya nilai CBR tanah akan menetukan ketebalan lapis keras yang akan dibuat diatasnya. Nilai CBR dinyatakan dalam persen. Nilai CBR merupakan salah satu parameter yang digunakan dalam perhitungan struktur perkerasan jalan raya. Semakin besar nilai CBR, semakin besar pula daya dukung tanah dasar sehingga untuk beban lalu lintas yang sama akan membutuhkan ketebalan perkerasan yang lebih tipis. Ditinjau dari sisi finansial, pengurangan ketebalan perkerasan akan berdampak pada penghematan biaya konstruksi jalan. Menurut Soedarmo dan Purnomo 1997, CBR dapat dibagi sesuai dengan cara mendapatkan contoh tanahnya yaitu CBR lapangan CBR inplace atau field CBR, CBR lapangan rendaman undisturbed soaked CBR dan CBR laboratorium laboratory CBR. CBR laboratorium dibedakan menjadi dua macam yaitu CBR laboratorium rendaman soaked laboratory CBR dan CBR laboratorium tanpa rendaman unsoaked laboratory CBR. Penentuan nilai CBR dilaksanakan terhadap contoh tanah yang sudah dipadatkan dengan pemadatan standar. Dalam penelitian ini nilai CBR ditentukan dengan rendaman soaked laboratory CBR yang dilaksanakan selama 4 hari 96 jam. Uji CBR metode rendaman adalah untuk mengasumsikan keadaan hujan atau saat kondisi terjelek di lapangan yang akan memberikan pengaruh penambahan air pada tanah yang telah berkurang airnya, sehingga akan terjadinya pengembangan swelling dan penurunan UNIVERSITAS SUMATERA UTARA kuat dukung tanah. Nilai CBR dapat diperoleh dengan mengukur besarnya beban pada penetrasi 0,1” dan 0,2”. Dari kedua nilai tersebut digunakan nilai terbesar.

2.7. Unconfined Compression Test Kuat Tekan Bebas