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

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

Universitas Sumatera Utara

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

Universitas Sumatera Utara

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,
Universitas Sumatera Utara.
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 Universitas Sumatera Utara.
2. Bapak Ir. Syahrizal, MT., selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil
Universitas Sumatera Utara.
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

Universitas Sumatera Utara

bermanfaat selama saya menempuh pendidikan di Departemen Teknik
Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
5. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
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

Universitas Sumatera Utara

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

Universitas Sumatera Utara

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
BAB II

Pembatasan Penelitian ........................................................ 6

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

Universitas Sumatera Utara

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

Universitas Sumatera Utara

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
2.3

Abu Ampas Tebu.................................................... 53

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

Universitas Sumatera Utara

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

Universitas Sumatera Utara

Daftar Pustaka .................................................................................................. xvii
Lampiran .......................................................................................................... xix

ix

Universitas Sumatera Utara

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 WP, WL dan WN Dalam
Menghitung LI atau IL

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 qu di Atas
Sebagai Kekuatan Tanah Kondisi Tak Tersekap

34

x

Universitas Sumatera Utara

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

Universitas Sumatera Utara

Gambar 4.9 Kurva Kepadatan TanahAsli

73

Gambar 4.10 Grafik Hubungan Antara Berat Isi Kering Maksimum
(ΓdMaks) Tanah dengan Variasi Campuran

75

Gambar 4.11 Grafik HubunganAntara Kadar Air Optimum Tanah
(Wopt) 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

Universitas Sumatera Utara

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

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR NOTASI

V

Volume tanah (cm3)

Vs

Volume butiran padat (cm3)

Vv

Volume pori (cm3)

Vw

Volume air di dalam pori (cm3)

Va

Volume udara di dalam pori (cm3)

W

Berat tanah (gr)

��

Berat butiran padat (gr)

��

ω

Berat air (gr)
Kadar air (%)

�

Porositas

γb

Berat volume basah (gr/cm3)

�

Angka pori

��

Berat volume kering (gr/cm3)

Berat jenis tanah

��

Berat volume butiran padat (gr/cm3)

��

S

Derajat kejenuhan (%)

SL

Batas susut (%)

�1

Berat tanah basah dalam cawan percobaan (gr)

�1

Volume tanah basah dalam cawan (cm3)

��

Berat jenis air

�2

Berat tanah kering oven (gr)

�2

Volume tanah kering oven (cm3)

xiv

Universitas Sumatera Utara

IP

Indeks plastisitas (%)

LL

Batas cair (%)

PL

Batas plastis (%)

��

Kuat geser (kg/cm2)

��

Kuat tekan bebas tanah (kg/cm2)

��

Kohesi (kg/cm2)

Ø

Sudut geser tanah (0)

��

Tegangan runtuh (kg/cm2)

St

Sensitivitas

ε

Regangan axial (%)

∆L

Perubahan panjang (cm)

Lo

Panjang mula-mula (cm)

A

Luas rata-rata pada setiap saat (cm2)

Ao

Luas mula-mula (cm2)

σ

Tegangan (kg/cm2)

P

Beban (kg)

k

Faktor kalibrasi proving ring

N

Pembacaan proving ring (div)

�1

Tegangan utama (kg/cm2)

xv

Universitas Sumatera Utara

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

Universitas Sumatera Utara