TUGAS AKHIR - Studi Experimental Perbandingan Perilaku Kuat Geser Pada Tanah Lempung Yang Distabilisasi Dengan Bahan Pencampur Gypsum Dan Semen
TUGAS AKHIR STUDI EXPERIMENTAL PERBANDINGAN PERILAKUKUATGESER PADA TANAH LEMPUNG YANG DISTABILISASI DENGAN BAHAN PENCAMPUR GYPSUM DAN SEMEN
Diajukan untuk melengkapi tugas – tugas dan memenuhi syarat untuk menjadi Sarjana Disusun Oleh : 09 0404 155 Elisa Dwijayanti Purba BIDANG STUDI GEOTEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014
ABSTRAK
Dalam dunia konstruksi masalah yang ditimbulkan oleh sifat fisik dan mekanis tanah sering ditemui. Salah satu upaya yang dilakukan untuk mengatasi masalah tersebut adalah dengan melakukan proses stabilisasi tanah untuk perbaikan tanah. Proses stabilisasi tanah tersebut dapat dilakukan dengan cara mencampurkan bahan stabilisator seperti semen, gypsum, fly ash, bitumen,kapur, dan bahan-bahan olahan limbah pabrik lainnya.
Dalam penelitian ini akan dilakukan proses stabilisasi tanah dengan menggunakan bahan campuran gypsum dan semen dengan variasi kadar masing- masing campuran sebesar 4%, 8%, 10% dan 15% serta membandingkan kedua hasil dari bahan tersebut terhadap uji kuat tekan bebas tanah (Unconfined
Compression Test ). Tanah yang digunakan adalah tanah dengan jenis lempung.
Berdasarkan penelitian yang dilakukan diperoleh hasil bahwa sampel tanah asli memiliki kadar air 20,41%, berat jenis tanah 2,65, batas cair 44,23 dan indeks plastisitas 29,85. Berdasarkan klasifikasi USCS, sampel tanah tersebut termasuk dalam jenis CL (Clay – Low Plasticity) sedangkan berdasarkan klasifikasi AASHTO, sampel tanah tersebut termasuk dalam jenis A-7-6, yaitu lempung dengan penilaian sedang sampai buruk.
Pengujian Kuat Tekan Bebas (Unconfined Compression Test) terhadap sampel tanah yang telah dicampur gypsum dan semen dengan variasi kadar yang telah ditetapkan dan masa peram selama 15 hari menghasilkan nilai pengujian kuat tekan tanah yang meningkat seiring bertambahnya kadar campuran. Hal tersebut terjadi pada campuran gypsum maupun semen. Akan tetapi, hasil nilai kuat tekan tanah yang lebih besar untuk kadar variasi campuran yang sama diperoleh dengan bahan pencampur gypsum. Bahan pencampur semen menunjukkan hasil yang relatif lebih rendah dibandingkan dengan gypsum. Seperti pada hasil pengujian kuat tekan bebas tanah untuk bahan pencampur
2
gypsum pada kadar 15% mencapai 9,388 kg/cm sedangkan untuk tanah lempung dengan bahan pencampur semen pada kadar campuran yang sama yaitu 15%
2 hanya mencapai 6,063 kg/cm .
Kata Kunci : stabilisasi tanah, lempung, gypsum, semen, uji kuat tekan bebas
tanah, unconfined compression test. iSegala puji dan syukur dipanjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Kuasa, atas segala berkat dan karunia-Nya kepada penulis sehingga mampu menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik.
Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana Teknik Sipil bidang Geoteknik Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, dengan judul “Studi Experimental Perbandingan
Perilaku Kuat Geser Pada Tanah Lempung Yang Distabilisasi Dengan
Bahan Pencampur Gypsum Dan Semen”.Dalam proses penyelesaian Tugas Akhir ini tentu ada kendala-kendala yang harus dilalui. Hal tersebut dapat dilalui oleh Penulis dengan berbagai dukungan, bantuan dan bimbingan oleh beberapa pihak. Sehingga dalam kesempatan ini, Penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar- besarnya kepada : 1.
Bapak Ir. Rudi Iskandar, MT., sebagai Dosen Pembimbing dan Penguji yang dengan penuh kesabaran telah memberikan bimbingan, arahan, saran serta motivasi kepada Penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.
2. Bapak Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE. dan Ibu Ika Puji Hastuti, ST, MT., sebagai Dosen Pembanding dan Penguji Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
ii Bapak Ir. Syahrizal, MT., sebagai Sekretaris Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara.
5. Seluruh Bapak dan Ibu Dosen Pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah membimbing dan memberikan pengajaran kepada Penulis selama menempuh masa studi di Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
6. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah banyak membantu Penulis dalam kelancaran perkuliahan selama menempuh masa studi.
7. Teristimewa untuk kedua orang tua saya, papa tersayang Drs. Kosben Purba dan mama saya yang terhebat Bertha N. Siagian terima kasih yang teramat dalam untuk segala pengorbanan, cinta kasih yang tiada batas, bimbingan, dukungan, doa serta kesabaran dalam mendidik saya.
8. Untuk kakak saya tercinta Yulietha Fauzyana Purba, S.S yang walaupun saat ini sedang berada jauh dari keluarga di Jerman tetapi tidak pernah bosan untuk memberikan dukungan, doa, kasih sayang serta nasehat dan saran kepada Penulis. I miss you so much.
9. Untuk adik saya tercinta Ary Prabowo H. Purba atas segala dukungan, doa dan kasih sayang yang telah diberikan selama ini kepada Penulis. Serta untuk Inanguda T.M.Rita Siagian, S.Pd, MM., serta keluarga terima kasih atas segala nasehat, motivasi dan doa bagi Penulis.
10. Teman-teman tersayang Maria, Plani, Sumihar, Yessica, Desi, Manna Grace dan Mariance atas segala dukungan, bantuan, doa dan kenangan yang telah kita lalui bersama selama menjalani masa studi ini.
iii Teman-teman seperjuangan Geoteknik 2009, Agrifa, Atina, Erin, Hasoloan, Manna serta Nita terima kasih atas segala bantuannya selama ini.
12. Teman-teman yang telah banyak membantu selama proses pengerjaan penelitian ini,Wahyu, Suparta, Sahala, Frengky, Adi Pranata, Edwin, Yoppie, Erik, Abraham, Jimmy, Antonius Ariyoga, Jostar serta teman- teman mahasiswa/i angkatan 2009 sipil lainnya yang tidak dapat disebutkan seluruhnya terima kasih atas semangat dan bantuannya selama ini.
13. Untuk abang-abang dan kakak-kakak angkatan 2006 atas motivasi dan nasehat kepada Penulis serta adik-adik angkatan 2012 atas segala bantuannya.
14. Untuk seluruh asisten Laboratorium Mekanika Tanah USU yang telah turut membantu dan telah memberikan izin penggunaan tempat, terima kasih atas kerja samanya.
15. Untuk seluruh asisten Laboratorium Beton USU yang telah turut membantu dan telah memberikan izin penggunaan tempat, terima kasih atas kerja samanya.
16. Dan segenap pihak yang belum dapat Penulis sebutkan di sini atas segala jasa-jasanya dalam mendukung dan membantu penulis dari segi apapun, sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik.
iv karena itu, Penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari Bapak dan Ibu Staf Pengajar serta rekan – rekan mahasiswa demi penyempurnaan Tugas Akhir ini.
Akhir kata, Penulis berharap Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat yang sebesar–besarnya bagi kita semua.Amin.
Medan, Februari 2014 Elisa Dwijayanti Purba 09 0404 155
v
vi ABSTRAK ............................................................................................... i KATA PENGANTAR .............................................................................. ii DAFTAR ISI ........................................................................................... vi DAFTAR GAMBAR ................................................................................ x DAFTAR TABEL ................................................................................... xii DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................... xiii
BAB I PENDAHULUAN ......................................................................... 1
1.1 Umum ................................................................................ 1
1.2 Latar Belakang ................................................................... 3
1.3 Rumusan Masalah .............................................................. 5
1.4 Maksud dan Tujuan Penelitian ........................................... 5
1.5 Metodologi Penelitian ....................................................... 6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA .............................................................. 8
2.1 Tanah .................................................................................. 8
2.2 Elemen Tanah .................................................................... 10
2.3 Uji Klasifikasi Tanah ......................................................... 16
2.3.1Batas-Batas Atterberg ................................................ 16
2.3.1.1 Batas Cair ...................................................... 17
2.3.1.2 Batas Plastis ................................................... 19
2.3.1.3 Batas Susut .................................................... 19
2.3.2 Gradasi Ukuran Butir ................................................. 21
2.3.3 Analisa Hidrometer .................................................... 22
2.4 Sistem Klasifikasi Tanah ..................................................... 22
2.4.1 Klasifikasi Tanah Berdasar Tekstur/Ukuran Butir ...... 23
2.4.1 Klasifikasi Tanah Sistem USC ................................... 24
2.4.1 Klasifikasi Tanah Sistem AASHTO ........................... 27
2.5 Tanah Lempung ................................................................. 29
2.5.1 Defenisi Lempung ...................................................... 29
2.5.2 Lempung dan Mineral Penyusunnya ........................... 31
2.5.2.1 Kaolinite......................................................... 33
2.5.2.2 Illite ................................................................ 35
2.5.2.3 Montmorillonite ............................................ 36
2.5.3 Sifat Umum Lempung ................................................ 37
2.6 Stabilisasi Tanah ................................................................. 42
2.6.1 Konsep Umum Stabilisasi Tanah ................................ 42
2.6.2 Stabilisasi Tanah dengan Gypsum .............................. 47
2.6.2.1 Gypsum .......................................................... 48
2.6.2.2 Komposisi Kimia Gypsum .............................. 50
2.6.3 Stabilisasi Tanah dengan Semen ................................. 51
2.6.3.1 Semen ............................................................ 53
2.6.3.2 Proses Kimia Stabilisasi Tanah Semen ........... 59
2.7 Pemadatan Tanah ............................................................... 60
2.7.1 Konsep Umum Pemadatan Tanah ............................. 60
vii
viii
3.4.1 Penentuan Kombinasi Campuran ................................ 78
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .................................................. 83
3.6 Analisis Data Laboratorium ................................................ 82
3.5.2.2 Uji Kuat Tekan Bebas ..................................... 81
3.5.2.1 Uji Proctor Standar ......................................... 80
3.5.2 Uji Sifat Mekanis Tanah ............................................. 80
3.5.1 Uji Sifat Fisik Tanah .................................................. 80
3.5 Pekerjaan Laboratorium ....................................................... 80
3.4.2 Pembuatan Benda Uji Untuk Uji Kuat Tekan Bebas ... 79
3.4 Pembuatan Benda Uji ......................................................... 78
2.8 Kuat Geser ......................................................................... 63
3.3 Proses Pengambilan Sampel................................................ 77
3.2 Pekerjaan Persiapan ............................................................ 77
3.1 Program Penelitian.............................................................. 75
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ............................................... 75
2.9 Penelitian yang Pernah Dilakukan ....................................... 73
2.8.4 Sensitifitas Tanah Lempung ....................................... 69
2.8.3 Teori Keruntuhan Mohr-Coulomb .............................. 68
2.8.2 Uji Kuat Tekan Bebas ................................................ 65
2.8.1 Konsep Umum Kuat Geser ......................................... 63
4.1 Pendahuluan ...................................................................... 83
4.2.1 Pengujian Sifat Fisik Tanah Asli ................................ 83
4.2.2 Pengujian Sifat Fisik Tanah dengan Bahan Stabilisator ...................................................................................... 86
4.2.2.1 Batas Cair ....................................................... 88
4.2.2.2 Batas Plastis ................................................... 89
4.2.2.3 Indeks Plastisitas ............................................ 90
4.3 Pengujian Sifat Mekanis Tanah ........................................... 91
4.3.1 Pengujian Pemadatan Tanah ....................................... 91
4.3.2 Pengujian Pemadatan Tanah dengan Bahan Stabilisator ..................................................... 92
4.3.3 Berat Isi Kering Maksimum ....................................... 93
4.3.4 Kadar Air Maksimum Campuran................................ 95
4.3.5 Pengujian Kuat Tekan Bebas ...................................... 96
4.4 Keruntuhan Benda Uji ....................................................... 100
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................... 103
5.1 Kesimpulan......................................................................... 103
5.2 Saran .................................................................................. 106
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................... xiv ix
x
69
2.14 Skema Uji Tekan Bebas
66
2.15 Keruntuhan geser kondisi air termampatkan q
u
di atas sebagai kekuatan tanah kondisi tak tersekap
67
2.16 Grafik Hubungan Tegangan Normal dan Tegangan Geser
68
2.17 Grafik Sensitifitas Tanah Asli dan Tanah Remoulded
2.18 Kuat Tekan Tanah Asli dan Tanah Remoulded
2.13 Hubungan Antara Kadar Air dan Berat Isi Kering Tanah
70
3.1 Diagram Alir Penelitian 76 4.1.
Plot grafik klasifikasi USCS 85 4.2.
Grafik analisa saringan 85 4.3.
Grafik Batas Cair ( Liquid Limit) , Atterberg Limit
86 4.4. Grafik hubungan antara nilai batas cair (LL) denganpersentase bahan stabilisator gypsum dan semen dengan waktu pemeraman selama 15 hari.
88 4.5.
dengan waktu pemeraman selama 15 hari.
89
62
40
2.1 Tiga Fase Elemen Tanah
2.6 Klasifikasi Tanah Sistem AASHTO
10
2.2 Batas-Batas Atterberg
17
2.3 Alat Uji Batas Cair
18
2.4 Klasifikasi Berdasar Tekstur Tanah
24
2.5 Klasifikasi Tanah Sistem Unified
26
28
2.12 MolekulAirDipolardalamLapisanGanda
2.7 Struktur Atom Mineral Lempung
33
2.8 Struktur Kaolinite
34
2.9 Struktur Illite
36
2.10 Struktur Montmorillonite
37
2.11 SifatDipolarMolekulAir
40
Grafik hubungan antara nilai batas plastis (PL) denganpersentase bahan stabilisator gypsum dan semen
xi
u ) dengan
101 4.13. Pola Retak Benda Uji Campuran Semen
98 4.12. Pola Retak Benda Uji Campuran Gypsum
variasicampuran dengan waktu pemeraman selama 15 hari
u ) dengan
98 4.11. Grafik hubungan antara nilai kuat tekan tanah (q
regangan (strain) yang diberikan pada sampel tanah asli dan tanah remoulded.
96 4.10. Grafik hubungan antara nilai kuat tekan tanah (q
Grafik hubungan antara nilai Indeks Plastisitas (IP) denganpersentase bahan stabilisator gypsum dan semen dengan waktu pemeraman selama 15 hari.
opt ) danvariasi campuran dengan waktu pemeraman selama 15 hari.
94 4.9. Grafik hubungan antara kadar air optimum tanah ( w
tanah dan variasi campuran dengan waktu pemeraman selama 15 hari.
d maks )
92 4.8. Grafik hubungan antara berat isi kering maksimum ( γ
90 4.7. Kurva kepadatan tanah
101 xii
2.1 Derajat KejenuhandanKondisi Tanah
71
4.5 Data Hasil Uji Kuat Tekan Bebas
93
4.4 Data Hasil Uji Pemadatan (Compaction)
92
4.3 Data UjiPemadatan Tanah
87
4.2 Data HasilUjiAtterberg Limit
84
4.1 Data Uji Sifat Fisik Tanah
2.7 Sensitifitas Lempung
13
67
2.6 Hubungan Kuat Tekan Bebas Lempung Dengan Konsistensinya
61
2.5 Pengujian Pemadatan Proctor
38
2.4 AktivitasTanahLempung
20
2.3 IndeksPlastisitas Tanah
16
2.2 Berat Jenis Tanah
97 Lampiran-1, Data Uji Laboratorium, Kadar Air dan Berat Jenis Lampiran-2, Data Uji Laboratorium, Analisa Saringan Lampiran-3, Data Uji Laboratorium, Compaction Test Lampiran-4, Data Uji Laboratorium, Atterberg Limit Lampiran-5, Data Uji Laboratorium, Unconfined Compression Test Lampiran-6, Dokumentasi Pelaksanaan
xiii