2.5 Tanah Lempung clay
2.5.1 Defenisi Lempung
Berdasarkan sudut pandang beberapa ahli, lempung memiliki defenisi antara lain:
1. Terzaghi 1987
Mendefenisikan tanah lempung sebagai tanah dengan ukuran mikrokonis sampai dengan sub mikrokonis yang berasal dari pelapukan unsur-unsur
kimiawi penyusun batuan. Tanah lempung sangat keras dalam keadaan kering dan tak mudah terkelupas hanya dengan jari tangan. Permeabilitas
lempung sangat rendah, bersifat plastis pada kadar air sedang. Pada keadaan air yang lebih tinggi tanah lempung akan bersifat lengket
kohesif dan sangat lunak. 2.
Das. Braja M 1988 Mendefenisikan bahwa tanah lempung sebagian besar terdiri dari partikel
mikroskopis dan sub-mikroskopis tidak dapat dilihat dengan jelas bila hanya dengan mikroskopis biasa yang berbentuk lempengan-lempengan
pipih dan merupakan partikel-partikel dari mika, mineral-mineral lempung clay mineral, dan mineral-mineral yang sangat halus lain. Tanah
lempung sangat keras dalam kondisi kering dan bersifat plastis pada kadar air sedang. Namun pada kadar air yang lebih tinggi lempung akan bersifat
lengket kohesif dan sangat lunak.
Universitas Sumatera Utara
3. Bowles 1991
Mendefinisikan tanah lempung sebagai deposit yang mempunyai partikel berukuran lebih kecil atau sama dengan 0,002 mm dalam jumlah lebih dari
50 . 4.
Hardiyatmo 1992 Mengatakan bahwa sifat-sifat yang dimiliki dari tanah lempung antara lain
ukuran butiran halus lebih kecil dari 0,002 mm, permeabilitas rendah, kenaikan air kapiler tinggi, bersifat sangat kohesif, kadar kembang susut
yang tinggi dan proses konsolidasi lambat. Dalam klasifikasi tanah secara umum, partikel tanah lempung memiliki
diameter 2µm atau sekitar 0,002 mm USDA, AASHTO, USCS.Dibeberapa kasus partikel berukuran antara 0,002 mm sampai 0,005 mm masih digolongkan
sebagai partikel lempung ASTM-D-653.Dari segi mineral tanah dapat juga disebut sebagai tanah bukan lempung non clay soil meskipun terdiri dari
partikel-partikel yang sangat kecil partikel-partikel quartz, feldspar, mika dapat berukuran sub mikroskopis tetapi umumnya tidak bersifat plastis. Partikel-
partikel dari mineral lempung umumnya berukuran koloid, merupakan gugusan kristal berukuran mikro, yaitu 1 µm 2 µm merupakan batas atasnya. Tanah
lempung merupakan hasil proses pelapukan mineral batuan induknya, yang salah satu penyebabnya adalah air yang mengandung asam atau alkali, oksigen, dan
karbondioksida.
Universitas Sumatera Utara
2.5.2 Lempung dan Mineral Penyusun
Mineral lempung merupakan senyawa aluminium silikat yang kompleks.Mineral ini terdiri dari dua lempung kristal pembentuk kristal dasar,
yaitu silika tetrahedra dan aluminium oktahedra Das, 1988. Mineral lempung dapat terbentuk dari hampir setiap batuan selama terdapat cukup banyak alkali dan
tanah alkalin untuk dapat membuat terjadinya reaksi kimia Grimm, 1968. Tanah lempung sangat keras dalam kondisi kering dan bersifat plastis pada
kadar air sedang sedangkan pada kadar air yang lebih tinggi lempung akan bersifat lengket kohesif dan sangat lunak. Kohesif menunjukan bahwa bahwa
pada keadaan basah tanah memiliki kemampuan gaya tarik-menarik yang besar sehingga partikel-pertikel itu melekat satu sama lainnya sedangkan plastisitas
merupakan sifat yang memungkinkan bentuk bahan itu diubah-ubah tanpa perubahan isi atau tanpa kembali ke bentuk aslinya dan tanpa terjadi retakan-
retakan atau terpecah-pecah. Lempung merupakan mineral asli yang mempunyai sifat plastis saat basah,
dengan ukuran butir yang sangat halus dan mempunyai komposisi berupa hydrous aluminium dan magnesium silikat dalam jumlah yang besar.Beberapa diantaranya
juga mengandung alkali danatau tanah alkalin sebagai komponen dasarnya.Mineral lempung sebagian besar mempunyai struktur berlapis dimana
ukuran mineralnya sangat kecil yakni kurang dari 2 µm 1µm = 0,000001m, meskipun ada klasifikasi yang menyatakan bahwa batas atas lempung adalah
0,005 m ASTMdan merupakan partikel yang aktif secara elektrokimiawi yang hanya dapat dilihat dengan mikroskop elektron.
Universitas Sumatera Utara
Bowles 1984 menyatakan bahwa sumber utama dari mineral lempung adalah pelapukan kimiawi dari batuan yang mengandung :
felspar ortoklas
felspar plagioklas
mika muskovit
yang semuanya dapat disebut silikat aluminium kompleks complex aluminium silicates. Lempung terdiri dari berbagai mineral penyusun, antara lain mineral
lempung kaolinite, montmorillonite dan illite group dan mineral-mineral lain yang mempunyai ukuran sesuai dengan batasan yang ada mika group,
serpentinite group.Kaolinit merupakan mineral lempung paling tidak aktif yang pernah diamati.
Satuan struktur dasar dari mineral lempung terdiri dari silika tetrahedron dan aluminium oktahedron. Satuan-satuan dasar tersebut bersatu membentuk
struktur lembaran dan jenis-jenis mineral lempung tersebut tergantung dari komposisi susunan satuan struktur dasar atau tumpuan lembaran serta macam
ikatan antara masing-masing lembaran Das, 1988. Unit-unit silika tetrahedra berkombinasi membentuk lembaran silika
silica sheet dan, unit-unit oktahedra berkombinasi membentuk lembaran oktahedra gibbsite sheet.Bila lembaran silika itu ditumpuk di atas lembaran
oktahedra, atom-atom oksigen tersebut akan menggantikanposisi ion hidroksil pada oktahedra untuk memenuhi keseimbangan muatan mereka.
Universitas Sumatera Utara
a b
c d
e Gambar 2.7 Struktur Atom Mineral Lempung a silica tetrahedra ; b silica
sheet ; c aluminium oktahedra ; d lembaran oktahedra gibbsite ; e lembaran silika – gibbsite Das, 2008.
2.5.2.1 Kaolinite
Istilah “kaolinite” dikembangkan dari kata “ Kauling” yang berasal dari nama sebuah bukit yang tinggi di Jauchau Fu, China, dimana lempung kaolinite
putih mula-mula diperoleh beberapa abad yang lalu Bowles, 1984.
Universitas Sumatera Utara
Kaolinitemerupakan hasil pelapukan sulfat atau air yang mengandung karbonat pada temperatur sedang dan umumnya berwarna putih, putih kelabu, kekuning-
kuningan atau kecoklat-coklatan. Struktur unit kaolinite terdiri dari lembaran-lembaran silika tetrahedral
yang digabung dengan lembaran alumina oktahedran gibbsite. Lembaran silika dan gibbsite ini sering disebut sebagai mineral lempung 1 : 1 dengan tebal kira-
kira 7,2 Å 1 Å=10
-10
m. Mineral kaolinite berwujud seperti lempengan- lempengan tipisdengan diameter 1000 Å sampai 20000 Å dan ketebalan dari 100
Å sampai 1000 Å dengan luasan spesifik per unit massa ± 15 m
2
gr yang memiliki rumus kimia
OH
8
Al
4
Si
4
O
10
Keluarga mineral kaolinite1 : 1 yang lainnya adalah halloysite. Halloysite memiliki tumpukan yang lebih acak dibandingkan dengan kaolinite sehingga
molekul tunggal dari air dapat masuk.Halloysite memiliki rumus kimia sebagai berikut.
OH
8
Al
4
Si
4
O
10
. 4H
2
O
Gambar dari struktur kaolinite dapat dilihat dalam Gambar 2.8.
Gambar 2.8 Struktur Kaolinite Das, 2008
Universitas Sumatera Utara
2.5.2.2 Illite
Illite adalah mineral lempung yang pertama kali diidentifikasi di Illinois.Mineral
illite bisa disebut pula
dengan hidrat-mika
karena illitemempunyai hubungan dengan mika biasa Bowles, 1984. Mineral illite
memiliki rumus kimia sebagai berikut: OH
4
K
y
Si
8-y
. Al
y
Al
4
. Mg
6
.Fe
4
. Fe
6
O
20
Dimana y adalah antara 1 dan 1,5. Illite memiliki formasi struktur satuan kristal, tebal dan komposisi yang hampir sama dengan montmorillonite. Perbedaannya
ada pada :
KaliumK berfungsi sebagai pengikat antar unit kristal sekaligus sebagai penyeimbang muatan.
Terdapat ± 20 pergantian silikon Si oleh aluminiumAl pada lempeng
tetrahedral.
Struktur mineral illite tidak mengembang sebagaimana montmorillonite. Pembentukan mineral lempung yang berbeda disebabkan oleh subtitusi kation-
kation yang berbeda pada lembaran oktahedral.Bila sebuah anion dari lembaran oktahedral adalah hydroxil dan dua per tiga posisi kation diisi oleh aluminium
maka mineral tersebut disebut gibbsite dan bila magnesium disubstitusikan kedalam lembaran aluminium dan mengisi seluruh posisi kation, maka mineral
tersebut disebut brucite. Struktur mineral illite dapat dilihat dalam Gambar 2.9
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.9 Struktur Illite Das, 2008
2.5.2.3 Montmorillonite
Montmorillonite adalah nama yang diberikan pada mineral lempung yang ditemukan di Montmorillon, Perancis pada tahun 1847 yang memiliki rumus
kimia OH
4
Si
8
Al
4
O
20
. nH
2
O dimananH
2
O adalah banyaknya lembaran yang terabsorbsi air. Mineral montmorillonite juga disebut mineral dua banding satu 2:1 karena satuan
susunan kristalnya terbentuk dari susunan dua lempeng silika tetrahedral mengapit satu lempeng alumina oktahedral ditengahnya.
Struktur kisinya tersusun atas satu lempeng Al
2
O
3
diantara dua lempeng SiO
2
.Inilah yang menyebabkan montmorillonite dapat mengembang dan mengkerut menurut sumbu C dan mempunyai daya adsorbsi air dan kation lebih
tinggi. Tebal satuan unit adalah 9,6 Å 0,96 μm, seperti y ang ditunjukkan pada
Gambar 2.10. Gaya Van Der Walls mengikat satuan unit sangat lemah diantara ujung-ujung atas dari lembaran silika, oleh karena itu lapisan air n.H
2
O dengan kation dapat dengan mudah menyusup dan memperlemah ikatan antar satuan
Universitas Sumatera Utara
susunan kristal. Sehingga menyebabkan antar lapisan terpisah. Ukuran unit massamontmorillonite sangat besar dan dapat menyerap air dengan sangat kuat
sehingga mudah mengalami proses pengembangan.Gambar dari struktur kaolinite dapat dilihat di dalam Gambar 2.10.
Gambar 2.10 Struktur Montmorillonite Das, 2008
2.5.3 Sifat Umum Lempung
Mineral lempung memiliki karakteristik yang sama. Bowles 1984 menyatakan beberapa sifat umum mineral lempung antara lain :
1. Hidrasi. Partikelmineralselalu mengalami hidrasi, hal ini dikarenakan lempung
biasanyabermuatannegatif, yaitu partikel dikelilingi oleh lapisan-lapisan molekul airyangdisebut sebagai airterabsorbsi.
Lapisan iniumumnyamemiliki
tebalduamolekul.Oleh karenaitu
disebutsebagailapisan difusigandaataulapisanganda.
Universitas Sumatera Utara
2. Aktivitas. Aktivitastanah
lempung adalah
perbandinganantaraIndeks PlastisitasIPdenganpersentase
butiranlempung,dan dapat disederhanakandalampersamaan:
� = ��
������ ����ℎ ������� Dimana :
persentase lempung diambil sebagai fraksi tanah yang 2 µm untuknilaiA Aktivitas,
A 1,25 : tanah digolongkanaktifdan bersifatekspansif
1,25A0,75 : tanah digolongkannormal A0,75
: tanah digolongkantidakaktif. Nilai- nilaikhasdariaktivitasdapatdilihatpadaTabel 2.4.
Tabel2.4 AktivitastanahlempungBowles,1984
MinerologiTanahLempung NilaiAktivitas
Kaolinite
0,4–0,5
Illite 0,5–1,0
Montmorillonite 1,0–7,0
3 . Flokulasi dan disperse
Mineral lempung hampir selalu menghasilkan larutan tanah – air yang bersifat alkalin Ph 7 sebagai akibat dari muatan negatif netto pada satuan
mineral. Flokulasi larutan dapat dinetralisir dengan menambahkan bahan- bahan yang mengandung asam ion H
+
, sedangkan penambahan bahan-
Universitas Sumatera Utara
bahan alkali akan mempercepat flokulasi. Untuk menghindari flokulasi larutan air dapat ditambahkan zat asam.
Lempung yang baru saja terflokulasi dapat dengan mudah didispersikan kembali ke dalam larutan dengan menggoncangnya, menandakan bahwa
tarikan antar partikel jauh lebih kecil dari gaya goncangan. Apabila lempung tersebut telahdidiamkan beberapa waktu dispersi tidak dapat tercapai
dengan mudah, yang menunjukkan adanya gejala tiksotropik, dimana kekuatan didapatkan dari lamanya waktu. Sebagai contoh, tiang pancang
yang dipancang ke dalam lempung lunak yang jenuh akan membentuk kembali struktur tanah di dalam suatu zona di sekitar tiang tersebut.
Kapasitas beban awal biasanya sangat rendah, tetapi sesudah 30 hari atau lebih, beban desain akan dapat terbentuk akibat adanya adhesi antara
lempung dan tiang R.F.Craig, Mekanika Tanah.
4 . PengaruhZatcair
Air berfungsi sebagai penentu plastisitas tanah lempung.Molekulair berperilakusepertibatang-batangkecilyang
mempunyai muatan
positifdisatusisidanmuatan negatif disisilainnya hal ini dikarenakan molekul air merupakan
molekul dipolar. Sifat
dipolarairterlihatpadaGambar2.11.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.11 SifatdipolarmolekulairDas,2008 Molekul bersifat dipolar, yang berarti memiliki muatan positif dan
negatif pada ujung yang berlawanan, sehingga dapat tertarik oleh lempung secara elektrik dalam 3 kasus,hal ini disebut dengan hydrogen
bonding, yaitu: 1.
Tarikanantarpermukaannegatifdanpartikellempungdenganujungpo sitif dipolar.
2. Tarikanantarakation-
kationdalamlapisangandadenganmuatannegatifdari ujung dipolar. Kation-kation ini tertarik oleh permukaan partikel lempung
yangbermuatannegatif. 3.
Andilatom-atom hidrogendalammolekul air,yaituikatanhidrogen antara atomoksigendalammolekul-molekulair.
Universitas Sumatera Utara
Gambar2.12MolekulairdipolardalamlapisangandaHardiyatmo,2002 Mineral lempung yang berbeda memiliki defisiensi dan tendensi yang
berbeda untuk menarik exchangeablecation. Exchangeable cation adalah keadaan dimana kation dapat dengan mudah berpindah dengan ion yang bervalensi sama
dengan kation asli. Montmorillonite memiliki defisiensi dan daya tarik exchangeable cationyang besar daripada kaolinite.Kalsium dan magnesium
merupakan exchangeable cationyang paling dominanpada tanah, sedangkan potassium dan sodium merupakan yang paling tidak dominan.Ada beberapa faktor
yang mempengaruhi exchangeable cation, yaitu valensi kation, besarnya ion dan besarnya ion hidrasi.Kemampuan mendesak dari kation-kation dapat dilihat dari
besarnya potensi mendesak sesuai urutan berikut: Al
+3
Ca
+2
Mg
+2
NH
+4
K
+
H
+
Na
+
Li
+
Kation Li+ tidak dapat mendesak kation lain yang berada dikirinya Das, 2008
Semakin luas permukaan spesifik tanah lempung, air yang tertarik secara elektrik disekitar partikel lempung yang disebut air lapisan ganda jumlahnya akan
semakin besar. Air lapisan ganda inilah yang menyebabkan sifat plastis pada tanah lempung.Konsentrasi air resapan dalam mineral lempung memberi bentuk
dasar dari susunan tanahnya sebagai berikut, tiap partikelnya terikat satu sama lain lewat lapisan air serapannya. Selain itu jarak antara partikel juga akan
mempengaruhi hubungan tarik menarik atau tolak menolak antar partikel tanah lempung yang diakibatkan oleh pengaruh ikatan hidrogen, gaya Van der Walls
serta macamikatan kimia dan organiknya. Bertambahnya jarak akan mengurangi gaya antar partikel.
Universitas Sumatera Utara
Sehingga ikatan antar partikel tanah yang disusun oleh mineral lempung akan sangat dipengaruhi oleh besarnya jaringan muatan negatif pada mineral, tipe,
konsentrasi dan distribusi kation-kation yang berfungsi untuk mengimbangi muatannya. Pada penelitian ini akan dilakukan usaha penggantian kation-kation
yang terdapat pada lempung dengan kation-kation dari bahan gypsum yang dicampurkan dengan abu ampas tebu dengan variasi yang berbeda-beda.
2.6 Stabilisasi Tanah
Kategori