Kajian Efektifitas Penggunaan Semen dan Bottom Ash Terhadap Stabilitas Tanah Lempung Ditinjau dari Nilai CBR
BAB I
PENDAHULUAN
I.1.
Uraian Umum
Setiap bangunan konstruksi sipil seperti gedung, jembatan, jalan raya,
terowongan , dinding penahan tanah dan sebagainya dapat berdiri tegak diatas
pondasi yang bebannya akan diteruskan ke lapisan tanah yang cukup kuat daya
dukungnya.
Tanah sendiri memiliki berbagai macam jenis lapisan tanah dan berbeda
pula sifat fisis sehingga berpengaruh pada perkuatan tanah itu sendiri.Dari
berbagai macam lapisan tanah, sering kali yang menjadi permasalahan adalah
jenis tanah lempung karena tanah lempung memiliki sifat kembang susut yang
sangat tinggi.
Tanah lempung diidentifikasikan dengan indeks plastisitas (PI) yang tinggi
dan ukuran partikel yang halus apabila tanah mempunyai sifat-sifat seperti ini dan
juga mempunyai struktur kristalisasi yang bersifat mengembang merupakan
masalah yang nyata. Pengembangan pada tanah lempung dapat dikendalikan
sebagian dengan cara stabilisasi dengan campuran seperti kapur dan abu batubara
(Dunn, 1992).
Tujuan dilakukan stabilisasi tanah yaitu untuk meningkatkan kapasitas
dukung tanah. Keberhasilan usaha ini tergantung dari metode, bahan dan alat yang
digunakan (Dunn, 1992).
1
Universitas Sumatera Utara
Pada umumnya untuk pembangunan konstruksi jalan permasalahan pada
tanah lempung adalah masalah yang nyata. Seperti yang diuraikan diatas bahwa
lempung memiliki sifat kembang susut yang tinggi dan kuat geser yang rendah
sehingga sering kali menghadapi masalah-masalah seperti:
daya dukung tanah yang rendah,
penurunan akibat konsolidasi yang besar
waktu konsolidasi cukup lama
Sehingga untuk mengevaluasi kondisi-kondisi seperti tersebut diatas
dalam pembangunan proyek konstruksi jalan raya maka diperlukan usaha untuk
meningkatkan kapasitas daya dukung ditinjau dari nilai CBR dengan cara
melakukan analisa stabilitas terhadap tanah lempung. Disini penulis akan
melakukan analisa eksperimen stabilitas terhadap tanah lempung dengan
mencampurkan semen dan bottom ash(BA).
Pemakaian semen sebagai bahan stabilisasi dimaksudkan untuk
menghasilkan pemadatan maksimum dan terlebih semen menghasilkan penurunan
indeks plastisitas. Pada stabilisasi tanah dengan semen, semen tidak hanya
mengisi pori-pori tanah, tetapi semen juga menempel pada bidang-bidang kontak
antara butir-butir tanah dan berfungsi sebagai bahan pengikat yang kuat.Proses
interaksi antara tanah dengan semen adalah sebagai berikut:
- Absorpsi air dan reaksi pertukaran ion
Menurut Herzog dan Mitchell (1963),bahwa partikel semen yang kering tersusun
secara heterogen dan berisi kristal-kristal 3CaO.SiO2, 4CaO.SiO 4, 3CaO.Al 2O3
2
Universitas Sumatera Utara
dan bahan-bahan yang padat berupa 4CaO.Al 2O3Fe2O3. Bila semen
ditambahkan pada tanah, ion kalsium Ca +++ dilepaskan melalui hidrolisa dan
pertukaran ion berlanjut pada permukaan partikel-partikel lempung.Dengan reaksi
ini
partikel-partikel
lempung
menggumpal
sehingga
mengakibatkan
konsistensinya tanah menjadi lebih baik.
- Reaksi pembentukan kalsium silikat
Dari reaksi-reaksi kimia yang berlangsung diatas, maka reaksi utama yang
berkaitan dengan kekuatan adalah hidrasi dari A-lite (3CaO.SiO2) dan B-lite
(2CaO.SiO2) terdiri dari kalsium silikat dan melalui hidrasi tadi hidrat-hidrat
seperti kalsium silikat dan aluminat terbentuk.Senyawa-senyawa ini berperan
dalam pembentukan atau pengerasan.
- Reaksi pozzolan
Kalsium hidroksida yang dihasilkan pada waktu hidrasi akan membentuk reaksi
dengan tanah (reaksi pozzolan) yang bersifat memperkuat ikatan antara partikel,
karena ia berfungsi sebagai binder (pengikat). Maka air sebagai pengikat akan
ditambahkan sebesar 2%, 4%, 6%, 8%, dan 10%.
Sedangkan abu batubara merupakan suatu pozolan buatan yang akan
bereaksi secara kimiawi dengan kalsium silikat dan kalsium aluminat hidrat yang
bersifat hidrolis. (Mutohar, 2002).Secara kimia abu batubara merupakan mineral
alumino silikat yang banyak mengandung unsur-unsur Ca, K, dan Na disamping
juga mengandung sejumlah kecil unsur C dan N. Bahan nutrisi lain dalam abu
batubara yang diperlukan dalam tanah diantaranya ialah B, P dan unsur-unsur
kelumit seperti Cu, Zn, Mn, Mo dan Se. Abu batubara sendiri dapat bersifat
3
Universitas Sumatera Utara
sangat asam (pH 3-4) tetapi pada umumnya bersifat basa (pH 10-12), selain itu
abu batubara tersusun dari partikel berukuran silt yang mempunyai karakteristik
kapasitas pengikat air dari sedang sampai tinggi.
Penulis menggunakan abu batubara yang merupakan bottom
ash.Bottom ash (BA) merupakan limbah dari hasil pembakaran batubara yang
tertinggal didasar.Limbah bottom ash ini sering kali menjadi limbah buangan
yang tidak terpakai dan menjadi limbah pada lingkungan.Maka dari itu
diharapkan dari penelitian ini dapat mengurangi limbah bottom ash sebagai
pengalihan fungsi yang bermanfaat. Dilatar belakangi oleh masalah tersebut
diatas, penulis akan menganalisa stabilitas tanah lempung dengan menggunakan
semen dan bottom ash.
I.2.
Tujuan dan Manfaat Penelitian
Tujuan yang diharapkan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :
Adapun tujuan penulisan Tugas Akhir ini adalah:
1. Mengetahui sifat fisik (index properties) dari tanah asli.
2. Untuk mengetahui pengaruh penambahan campuran semen dan bottom
ashpada tanah lempung (clay) terhadap nilai CBRdengan lamanya waktu
pemeraman, yaitu pada umur 14 hari.
3.
Mengetahuikadarbottom ash optimum untuk mendapakan nilai CBR
maksimum.
4. Mengetahui berapa besar pengaruh penambahan semen dan bottom ash
terhadap nilai CBR.
4
Universitas Sumatera Utara
5. Membandingkan hasil nilai CBR pada penggunaan kadar semen 1% PC
dan 2% PC dengan beberapa variasi kadar bottom ash.
Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah sebai berikut :
1.
Penulis dan pembaca dapat mengetahui pengaruh penambahan semen dan
bottom ash terhadap nilai CBR pada tanah lempung.
2. Diharapkan dengan adanya penelitian ini limbah abu batu bara berupa
bottom ash dapat dimanfaatkan sebagai bahan stabilisasi tanah.
3. Diharapkan penelitian ini dapat menjadi masukan untuk pembaca tentang
stabilitas pada lapisan tanah lempung dengan menggunakan semen dan
bottom ash.
4. Sebagai referensi jika dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai timbunan
dengan tanah yang sama
I.3.
Batasan Masalah
a. Tanah yang diteliti dalah jenis tanah lempung yang diambil di Desa
Sihaporas, Sibuluan Sumatera Utara.
b. Sampel bottom ash yang diambil di PT. Asahi Sibolga.
c. Diambil sebanyak 20 (dua puluh)
sampel tanah, dimana 1 (satu)
digunakan untuk sampel tanpa campuran atau tanah asli, 19 (sembilan
belas) digunakan untuk sampel dengan campuran semen – bottom ash.
5
Universitas Sumatera Utara
d. Bahan pencampur yang digunakan dalam penelitian ini adalah bahan
kimiawi yaitu semen Portland tipe I dan bottom ash dengan 19 (sembilan
belas) variasi kadar yang berbeda, yaitu :
1%PC , 1% (PC) + 6% (BA), 1% (PC) + 8% (BA),1%(PC) + 10% (BA),
1% (PC) + 12% (BA)
2% (PC), 2% (PC) + 2% (BA), 2% (PC) + 3% (BA), 2% (PC) + 4% (BA),
2%(PC) + 5%(BA), 2% (PC) + 6% (BA), 2% (PC) + 7% (BA),2%(PC) +
8%(BA), 2% (PC) + 9% (BA), 2% (PC) + 10% (BA),2%(PC) + 11%(BA)
2% (PC) + 12% (BA), 2% (PC) + 13% (BA), 2%(PC) + 14%(BA)
e. Waktu pemeraman (curing time) yang diperlukan agar campuran merata
dilakukan 14 hari agar lebih memenuhi standard kekuatan semen yaitu
berkisar antara 7 sampai 28 hari.
f. Penelitian sebatas pengaruh tanah lempung yang di stabilisasi dengan
semen dan bottom ash terhadap nilai CBR
6
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
I.1.
Uraian Umum
Setiap bangunan konstruksi sipil seperti gedung, jembatan, jalan raya,
terowongan , dinding penahan tanah dan sebagainya dapat berdiri tegak diatas
pondasi yang bebannya akan diteruskan ke lapisan tanah yang cukup kuat daya
dukungnya.
Tanah sendiri memiliki berbagai macam jenis lapisan tanah dan berbeda
pula sifat fisis sehingga berpengaruh pada perkuatan tanah itu sendiri.Dari
berbagai macam lapisan tanah, sering kali yang menjadi permasalahan adalah
jenis tanah lempung karena tanah lempung memiliki sifat kembang susut yang
sangat tinggi.
Tanah lempung diidentifikasikan dengan indeks plastisitas (PI) yang tinggi
dan ukuran partikel yang halus apabila tanah mempunyai sifat-sifat seperti ini dan
juga mempunyai struktur kristalisasi yang bersifat mengembang merupakan
masalah yang nyata. Pengembangan pada tanah lempung dapat dikendalikan
sebagian dengan cara stabilisasi dengan campuran seperti kapur dan abu batubara
(Dunn, 1992).
Tujuan dilakukan stabilisasi tanah yaitu untuk meningkatkan kapasitas
dukung tanah. Keberhasilan usaha ini tergantung dari metode, bahan dan alat yang
digunakan (Dunn, 1992).
1
Universitas Sumatera Utara
Pada umumnya untuk pembangunan konstruksi jalan permasalahan pada
tanah lempung adalah masalah yang nyata. Seperti yang diuraikan diatas bahwa
lempung memiliki sifat kembang susut yang tinggi dan kuat geser yang rendah
sehingga sering kali menghadapi masalah-masalah seperti:
daya dukung tanah yang rendah,
penurunan akibat konsolidasi yang besar
waktu konsolidasi cukup lama
Sehingga untuk mengevaluasi kondisi-kondisi seperti tersebut diatas
dalam pembangunan proyek konstruksi jalan raya maka diperlukan usaha untuk
meningkatkan kapasitas daya dukung ditinjau dari nilai CBR dengan cara
melakukan analisa stabilitas terhadap tanah lempung. Disini penulis akan
melakukan analisa eksperimen stabilitas terhadap tanah lempung dengan
mencampurkan semen dan bottom ash(BA).
Pemakaian semen sebagai bahan stabilisasi dimaksudkan untuk
menghasilkan pemadatan maksimum dan terlebih semen menghasilkan penurunan
indeks plastisitas. Pada stabilisasi tanah dengan semen, semen tidak hanya
mengisi pori-pori tanah, tetapi semen juga menempel pada bidang-bidang kontak
antara butir-butir tanah dan berfungsi sebagai bahan pengikat yang kuat.Proses
interaksi antara tanah dengan semen adalah sebagai berikut:
- Absorpsi air dan reaksi pertukaran ion
Menurut Herzog dan Mitchell (1963),bahwa partikel semen yang kering tersusun
secara heterogen dan berisi kristal-kristal 3CaO.SiO2, 4CaO.SiO 4, 3CaO.Al 2O3
2
Universitas Sumatera Utara
dan bahan-bahan yang padat berupa 4CaO.Al 2O3Fe2O3. Bila semen
ditambahkan pada tanah, ion kalsium Ca +++ dilepaskan melalui hidrolisa dan
pertukaran ion berlanjut pada permukaan partikel-partikel lempung.Dengan reaksi
ini
partikel-partikel
lempung
menggumpal
sehingga
mengakibatkan
konsistensinya tanah menjadi lebih baik.
- Reaksi pembentukan kalsium silikat
Dari reaksi-reaksi kimia yang berlangsung diatas, maka reaksi utama yang
berkaitan dengan kekuatan adalah hidrasi dari A-lite (3CaO.SiO2) dan B-lite
(2CaO.SiO2) terdiri dari kalsium silikat dan melalui hidrasi tadi hidrat-hidrat
seperti kalsium silikat dan aluminat terbentuk.Senyawa-senyawa ini berperan
dalam pembentukan atau pengerasan.
- Reaksi pozzolan
Kalsium hidroksida yang dihasilkan pada waktu hidrasi akan membentuk reaksi
dengan tanah (reaksi pozzolan) yang bersifat memperkuat ikatan antara partikel,
karena ia berfungsi sebagai binder (pengikat). Maka air sebagai pengikat akan
ditambahkan sebesar 2%, 4%, 6%, 8%, dan 10%.
Sedangkan abu batubara merupakan suatu pozolan buatan yang akan
bereaksi secara kimiawi dengan kalsium silikat dan kalsium aluminat hidrat yang
bersifat hidrolis. (Mutohar, 2002).Secara kimia abu batubara merupakan mineral
alumino silikat yang banyak mengandung unsur-unsur Ca, K, dan Na disamping
juga mengandung sejumlah kecil unsur C dan N. Bahan nutrisi lain dalam abu
batubara yang diperlukan dalam tanah diantaranya ialah B, P dan unsur-unsur
kelumit seperti Cu, Zn, Mn, Mo dan Se. Abu batubara sendiri dapat bersifat
3
Universitas Sumatera Utara
sangat asam (pH 3-4) tetapi pada umumnya bersifat basa (pH 10-12), selain itu
abu batubara tersusun dari partikel berukuran silt yang mempunyai karakteristik
kapasitas pengikat air dari sedang sampai tinggi.
Penulis menggunakan abu batubara yang merupakan bottom
ash.Bottom ash (BA) merupakan limbah dari hasil pembakaran batubara yang
tertinggal didasar.Limbah bottom ash ini sering kali menjadi limbah buangan
yang tidak terpakai dan menjadi limbah pada lingkungan.Maka dari itu
diharapkan dari penelitian ini dapat mengurangi limbah bottom ash sebagai
pengalihan fungsi yang bermanfaat. Dilatar belakangi oleh masalah tersebut
diatas, penulis akan menganalisa stabilitas tanah lempung dengan menggunakan
semen dan bottom ash.
I.2.
Tujuan dan Manfaat Penelitian
Tujuan yang diharapkan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :
Adapun tujuan penulisan Tugas Akhir ini adalah:
1. Mengetahui sifat fisik (index properties) dari tanah asli.
2. Untuk mengetahui pengaruh penambahan campuran semen dan bottom
ashpada tanah lempung (clay) terhadap nilai CBRdengan lamanya waktu
pemeraman, yaitu pada umur 14 hari.
3.
Mengetahuikadarbottom ash optimum untuk mendapakan nilai CBR
maksimum.
4. Mengetahui berapa besar pengaruh penambahan semen dan bottom ash
terhadap nilai CBR.
4
Universitas Sumatera Utara
5. Membandingkan hasil nilai CBR pada penggunaan kadar semen 1% PC
dan 2% PC dengan beberapa variasi kadar bottom ash.
Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah sebai berikut :
1.
Penulis dan pembaca dapat mengetahui pengaruh penambahan semen dan
bottom ash terhadap nilai CBR pada tanah lempung.
2. Diharapkan dengan adanya penelitian ini limbah abu batu bara berupa
bottom ash dapat dimanfaatkan sebagai bahan stabilisasi tanah.
3. Diharapkan penelitian ini dapat menjadi masukan untuk pembaca tentang
stabilitas pada lapisan tanah lempung dengan menggunakan semen dan
bottom ash.
4. Sebagai referensi jika dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai timbunan
dengan tanah yang sama
I.3.
Batasan Masalah
a. Tanah yang diteliti dalah jenis tanah lempung yang diambil di Desa
Sihaporas, Sibuluan Sumatera Utara.
b. Sampel bottom ash yang diambil di PT. Asahi Sibolga.
c. Diambil sebanyak 20 (dua puluh)
sampel tanah, dimana 1 (satu)
digunakan untuk sampel tanpa campuran atau tanah asli, 19 (sembilan
belas) digunakan untuk sampel dengan campuran semen – bottom ash.
5
Universitas Sumatera Utara
d. Bahan pencampur yang digunakan dalam penelitian ini adalah bahan
kimiawi yaitu semen Portland tipe I dan bottom ash dengan 19 (sembilan
belas) variasi kadar yang berbeda, yaitu :
1%PC , 1% (PC) + 6% (BA), 1% (PC) + 8% (BA),1%(PC) + 10% (BA),
1% (PC) + 12% (BA)
2% (PC), 2% (PC) + 2% (BA), 2% (PC) + 3% (BA), 2% (PC) + 4% (BA),
2%(PC) + 5%(BA), 2% (PC) + 6% (BA), 2% (PC) + 7% (BA),2%(PC) +
8%(BA), 2% (PC) + 9% (BA), 2% (PC) + 10% (BA),2%(PC) + 11%(BA)
2% (PC) + 12% (BA), 2% (PC) + 13% (BA), 2%(PC) + 14%(BA)
e. Waktu pemeraman (curing time) yang diperlukan agar campuran merata
dilakukan 14 hari agar lebih memenuhi standard kekuatan semen yaitu
berkisar antara 7 sampai 28 hari.
f. Penelitian sebatas pengaruh tanah lempung yang di stabilisasi dengan
semen dan bottom ash terhadap nilai CBR
6
Universitas Sumatera Utara