Pengaruh Campuran Semen Portland Tipe I dan Arang Tempurung Kelapa sebagai Bahan Stabilisasi pada Tanah Lempung dengan Uji Kuat Tekan Bebas

BAB II
TINJAUN PUSTAKA

2.1 Tinjauan Umum
2.1.1 Tanah
Tanah adalah material yang terdiri dari agregat mineral – mineral padat
yang tidak terikat satu sama lain dengan bahan – bahan organik yang telah hancur
yang kemudian disertai zat cair dan gas yang mengisi ruang – ruang kosong di
antara partikel – partikel padat tersebut (Das ,1991). Tanah biasanya terdiri dari
dua atau tiga fase bagian. Tanah kering terdiri dari dua bagian, yaitu butiran padat
tanah dan rongga yang diisi oleh udara. Tanah asli terdiri terdiri tiga bagian, yaitu
butiran padat tanah, air, dan rongga yang diisi oleh udara. Bagian-bagian tanah
dapat digambarkan dalam bentuk diagram fase, seperti yang ditunjukkan Gambar
2.1 .

Gambar 2.1 (a) elemen tanah dalam keadaan asli ; (b) tiga fase elemen tanah
sumber : Das, Braja M, 1998, Mekanika Tanah Jilid 1, hal 30
Dari gambar di atas, kita dapat menggunakan persamaan 2.1 menghitung volume
total dari suatu tanah.
(2.1)

� = �� + �� = �� + �� + ��

Dimana :

Universitas Sumatera Utara

Vs

= volume butiran padat

Vv

= volume pori

Vw

= volume air di dalam pori

Va

= volume udara di dalam pori

Jika diasumsikan bahwa udara tidak memiliki berat, maka untuk menghitung berat
total tanah (W) dapat menggunakan persamaan 2.2 :
� = �� + ��

(2.2)

Dimana :
��

= berat butiran padat

��

= berat air

2.1.2 Sifat-sifat fisik tanah
2.1.2.1 Kadar air (moisture content)
Kadar air tanah (ω) yang disebut juga sebagai water content didefenisikan

sebagai perbandingan antara berat air dan berat butiran padat pada volume tanah
yang diselidiki. Persamaan 2.3 digunakan untuk menhitung kadar air (ω) suatu
tanah.
ω (%) =

��
��

� 100

(2.3)

2.1.2.2 Porositas (porocity)
Porositas (�) didefenisikan sebagai perbandingan antara volume pori (�� )

dengan volume total (�) pada tanah tersebut. Persamaan 2.4 digunakan untuk
menghitung nilai porositas tanah (�).
�=

��

�

� 100

(2.4)

2.1.2.3 Angka pori (void ratio)
Angka pori (�) didefenisikan sebagai perbandingan antara volume pori
(�� ) dengan volume butiran padat (�� ) pada tanah tersebut. Persamaan 2.5
digunakan untuk menghitung angka pori tanah (�) .

�=

��
��

(2.5)

2.1.2.4 Berat jenis (specific gravity)
Berat jenis tanah (�� ) didefenisikan sebagai perbandingan antara berat

volume butiran padat (�� ) dengan berat volume air (�� ) dengan isi yang sama

Universitas Sumatera Utara

pada temperatur tertentu. Nilai suatu berat jenis tanah tidak memiliki satuan (tidak
berdimensi). Persamaan 2.6 dapat digunakan untuk menghitung berat jenis tanah
(�� ) dari suatu tanah. Tabel 2.1 menunjukkan nilai berat jenis dari bermacam jenis

tanah.

��

�� =

(2.6)

��

2.1.2.5 Berat volume (unit weight)

Berat volume (γ) adalah berat tanah per satuan volume. Jadi,
γ=

�

(2.7)

�

Para ahli tanah kadang-kadang menyebut berat volume (unit weight) sebagai berat
volume basah (moist unit weight).
2.1.2.6. Berat volume kering (dry unit weight)
Berat volume kering (�� ) didefenisikan sebagai perbandingan antara berat butiran

padat tanah (�� ) dengan volume total tanah (�). Persamaan 2.8 digunakan untuk
menghitung berat volume kering (�� ) dari suatu tanah.
�� =

��

(2.8)

�

Tabel 2.1 Berat jenis tanah (Hardiyatmo,2002)
Macam Tanah

Berat Jenis

Kerikil

2,65 - 2,68

Pasir

2,65 - 2,68

Lanau tak organik

2,62 - 2,68

Lempung organik

2,58 - 2,65

Lempung tak organik

2,68 - 2,75

Humus

1,37

Gambut

1,25 - 1,80

2.1.2.7 Berat volume butiran padat (soil volume weight)
Berat volume butiran padat (�� ) didefenisikan sebagai perbandingan antara

berat butiran tanah (�� ) dengan volume butiran tanah padat (�� ). Persamaan 2.9
digunakan untuk menhitung berat volume butiran padat (�� ) suatu tanah.
�� =

��
��

(2.9)

Universitas Sumatera Utara

2.1.2.8 Derajat kejenuhan (S)
Derajat kejenuhan (�) didefenisikan sebagai perbandingan antara volume
air (�� ) dengan volume total rongga tanah (�� ). Bila suatu tanah dalam keadaan

jenuh, maka nilai � = 1. Persamaan 2.10 dapat digunakan untuk menghitung

derajat kejenuhan suatu tanah (�). Tabel 2.2 menunjukkan nilai derajat kejenuhan
dari beragam keadaan tanah.
� (%) =

��
��

� 100

(2.10)

Tabel 2.2 Derajat kejenuhan dan kondisi tanah (Hardiyatmo,2002)
Keadaan Tanah

Derajat Kejenuhan

Tanah kering

0

Tanah agak lembab

> 0 - 0,25

Tanah lembab

0,26 - 0,50

Tanah sangat lembab

0,51 - 0,75

Tanah basah

0,76 - 0,99

Tanah jenuh

1

2.1.2.9 Batas-batas Atterberg (Atterberg limit)
Batas-batas Atterberg ditemukan oleh peneliti tanah berkebangsaan
Swedia, Atterberg pada tahun 1911. Batas-batas Atterberg digunakan untuk
mengklasifikasikan jenis tanah untuk mengetahui engineering properties dan
engineering behavior tanah berbutir halus.
Dua hal yang menjadi parameter utama untuk mengetahui plastisitas tanah
lempung yaitu batas atas dan batas bawah plastisitas. Atterberg memberikan cara
untuk menggambarkan batas-batas konsistensi dari tanah berbutir halus dengan
mempertimbangkan kandungan kadar airnya (Holtz dan Kovacs, 1981). Batasbatas tersebut adalah batas cair, batas plastis dan batas susut. Hal ini dapat dilihat
dalam Gambar 2.2 .
2.1.2.9.1 Batas cair (liquid limit)
Batas cair (liquid limit) adalah sebagai kadar air pada tanah ketika tanah
berada diantara keadaan plastis dan keadaan cair. Batas cair ditentukan dari
pengujian Cassagrande (1948), yakni dengan menggunakan cawan yang telah

Universitas Sumatera Utara

dibentuk sedemikian rupa yang telah berisi sampel tanah yang telah dibelah oleh
grooving tool dan dilakukan dengan pemukulan

Gambar 2.2. Batas-batas Atterberg
sampel dengan dua sampel dengan pukulan diatas 25 pukulan dan dua sampel
dengan pukulan dibawah 25 pukulan sampai tanah yang telah dibelah tersebut
menyatu.
Hal ini dimaksudkan agar mendapatkan persamaan sehingga didapatkan nilai
kadar air pada 25 kali pukulan. Batas cair memiliki batas nilai antara 0 – 1000,
akan tetapi kebanyakan tanah memiliki nilai batas cair kurang dari 100. (Holtz dan
Kovacs, 1981).
Alat uji batas cair berupa cawan Cassagrande dan grooving tool dapat dilihat
pada Gambar 2.3.
2.1.2.9.2 Batas plastis (plastic limit)
Batas plastis (plastic limit) dapat diartikan sebagai kadar air pada tanah
ketika tanah berada diantara keadaan semi padat dan keadaan plastis. Untuk
mengetahui batas plastis suatu tanah dilakukan dengan pecobaan menggulung
tanah berbentuk silinder dengan diameter sekitar 3,2 mm dan mulai mengalami
retak-retak ketika digulung. Kadar air dari sampel tersebut adalah batas plastisitas.

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.3 Cawan Casagrande dan grooving tool (Das,1998)
2.1.2.9.3 Batas susut (shrinkage limit)
Batas susut (shrinkage limit) adalah

kadar air tanah pada kedudukan

antara daerah semi padat dan padat, yaitu persentase kadar air di mana
pengurangan kadar air selanjutnya mengakibatkan perubahan volume tanahnya.
Percobaan batas susut dilaksanakan dalam laboratorium dengan cawan porselin
diameter 44,4 mm dengan tinggi 12,7 mm. Bagian dalam cawan dilapisi oleh
pelumas dan diisi dengan tanah jenuh sempurna yang kemudian dikeringkan
dalam oven. Volume ditentukan dengan mencelupkannya dalam air raksa. Batas
susut dapat dinyatakan dalam persamaan
�� = �

(� 1 −� 2 )

dengan :

�2

−

(�1 −�2 )��
�2

� � 100 %

(2.11)

�1 = berat tanah basah dalam cawan percobaan (gr)

�2 = berat tanah kering oven (gr)

�1 = volume tanah basah dalam cawan (��3 )

Universitas Sumatera Utara

�2 = volume tanah kering oven (��3 )

�� = berat jenis air

2.1.2.9.4 Indeks plastisitas (plasticity index)
Indeks plastisitas merupakan interval kadar air dimana tanah masih
bersifat plastis. Indeks plastisitas dapat menunjukkan sifat keplastisitasan tanah
tersebut. Apabila tanah memiliki interval kadar air daerah plastis yang kecil, maka
tanah tersebut disebut tanah kurus, sedangkan apabila suatu tanah memiliki
interval kadar air daerah plastis yang besar disebut tanah gemuk. Indeks Plastisitas
(PI) dapat diketahui dengan menghitung selisih antara batas cair dengan batas
plastis dari tanah tersebut. Persamaan 2.12 dapat digunakan untuk menghitung
besarnya nilai indeks plastisitas dari suatu tanah. Tabel 2.3 menunjukkan batasan
nilai indeks plastisitas dari jenis-jenis tanah.
�� = �� − ��

(2.12)

Dimana :

LL = batas cair
PL = batas plastis

2.1.2.10 Klasifikasi tanah
Klasisfikasi tanah merupakan hal yang dapat membantu perencana dalam
pengarahan melalui cara empiris yang tersedia dari hasil pengalaman yang lalu.
Namun perencana harus berhati-hati dalam penerapannya karena penyelesaian
masalah stabilitas, penurunan dan aliran air yang didasarkan pada klasifikasi tanah
biasanya menimbulkan kesalahan yang berarti. Umumnya klasifikasi tanah
didasarkan atas ukuran partikel yang diperoleh dari analisa saringan dan
plastisitasnya. Terdapat dua sistem klasifikasi yang dapat digunakan yaitu Unified
Soil Classification System (USCS) dan AASHTO.
Tabel 2.3 Indeks Plastisitas Tanah (Hardiyatmo,2002)
PI

Sifat

Macam tanah

Kohesi

0

Non – Plastis

Pasir

Non - Kohesif

17

Plastisitas Tinggi

Lempung

Kohesif

2.1.2.10.1. Sistem klasifikasi Unified soil classification system (USCS)
Pengklasifikasian menurut sistem Unified Soil Classification System
(USCS) didasari atas hasil analisa saringan. Jika

suatu tanah tertahan pada

saringan nomor 200 lebih dari 50% dari berat total tanah diklasifikasikan sebagai
tanah berbutir kasar, namun apabila tanah yang tertahan pada saringan nomor 200
lebih kecil dari pada 50% dari berat total tanah diklasifikasikan sebagai tanah
berbutir halus. Pengklasifikasian tanah berdasarkan system USCS dapat dilihat
pada Gambar 2.4. Simbol-simbol yang digunakan dalam sistem klasifikasi ini
diantaranya :
G

= kerikil (gravel)

W

= bergradasi baik (well-graded)

S

= pasir (sand)

P

= bergradasi buruk (poor-graded)

C

= lempung (clay)

H

= plastisitas tinggi(high-plasticity)

M

= lanau (silt)

L

= plastisitas rendah (low-plasticity)

O

= lanau/empung organik (organic silt or clay)

Pt

= gambut (peat)

2.1.2.10.2. Sistem klasifikasi AASHTO

Universitas Sumatera Utara

Sistem AASHTO (American Association of State Highway Transportation
Official) berguna untuk menentukan kualitas tanah dalam perencanaan timbunan
jalan, subbase dan subgrade. Sistem AASHTO membagi tanah ke dalam 7

kelompok, A-1 sampai dengan A-7. Tanah dalam tiap kelompok dievaluasi
terhadap indeks kelompoknya yang dihitung dalam rumus empiris. Pengujian
yang digunakan hanya berupa analisa saringan dan nilai batas-batas Atterberg.

Gambar 2.4. Klasifikasi tanah sistem Unified Soil Classification System (USCS)

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.5. Klasifikasi Tanah Sistem AASHTO
2.1.3 Sifat-sifat mekanis tanah
2.1.3.1 Pemadatan tanah (Compaction)
Pemadatan adalah densifikasi tanah yang jenuh dengan penurunan volume
rongga diisi dengan udara, sedangkan volume butiran tanah padat dan kadar air
tetap pada dasarnya sama. Pemadatan tanah dimaksudkan untuk mempertinggi
kuat geser tanah, mengurangi sifat mudah mampat (kompresibilitas), mengurangi
permeabilitas serta dapat mengurangi perubahan volume sebagai akibat perubahan
kadar air dan lainnya.
Pada tanah granuler dipandang paling mudah penanganannya untuk
pekerjaan di lapangan. Material ini mampu memberikan kuat geser yang tinggi
dengan sedikit perubahan volume sesudah dipadatkan. Pada tanah lanau yang
dipadatkan umumnya akan stabil dan mampu memberikan kuat geser yang cukup
dan sedikit kecenderungan mengalami perubahan volume, tetapi sangat sulit
didapatkan bila tanah lanau dalam keadaan basah karena permeabilitasnya yang
rendah. Tanah lempung yang dipadatkan dengan cara yang benar akan
memberikan kuat geser yang tinggi. Stabilitas terhadap sifat kembang-susut
tergantung dari jenis kandungan mineralnya.

Universitas Sumatera Utara

Pada tahun 1933, Proctor menemukan dasar-dasar pemadatan tanah,
dimana terdapat 4 (empat) variabel yang digunakan dalam fungsi compaction,
yaitu: berat jenis kering tanah, kadar air tanah, jenis tanah dan compactive effort
(Bowles, 1984).
Hubungan berat volume kering (�� ) dengan berat volume basah (�� ) dan kadar air
(%) dinyatakan dalam persamaan :

�� =

��

(2.13)

1+�

Pada pengujian compaction di laboratorium alat pemadatan berupa silinder

mould dengan volume 9,34 x 10−4 �3 , dan penumbuk dengan berat 2,5 kg

dengan tinggi jatuh 30,5 cm. Pada pengujian ini tanah dipadatkan dalam 3 lapisan
(standart Proctor) dan 5 lapisan (modified Proctor) dengan pukulan sebanyak 25
kali pukulan.
Hasil dari pengujian compaction berupa kurva yang menunjukkan

hubungan antara kadar air dan berat volume kering tanah yang ditunjukkan
Gambar 2.6.

Gambar 2.6. Hubungan antara kadar air dan berat isi kering tanah
2.1.3.2 Pengujian Unconfined Compression Test (UCT)
Uji kuat tekan bebas (Unconfined Compression Test) merupakan salah satu cara
percobaan laboratorium untuk menghitung kuat geser tanah, dimana uji kuat tekan
ini mengukur kemampuan tanah untuk menerima kuat tekan yang diberikan

Universitas Sumatera Utara

sampai tanah terpisah dari butir-butirannya, pengujian ini juga mengukur
regangan tanah akibat tekanan tersebut. Pada Gambar 2.7 menunjukkan skema
pengujian Unconfined Compression Test. Tegangan aksial yang diterapkan di atas
benda uji berangsur-angsur ditambah sampai benda uji mengalami keruntuhan.
Pada saat keruntuhannya, karena σ3 = 0, maka:
�� =

�1
2

Dimana:
��

=

��
2

= ��

(2.14)

= Kuat geser

Gambar 2.7 Skema uji tekan bebas
�1

= Tegangan utama

��

= kohesi

��

= kuat tekan bebas tanah
Pada gambar 2.8 menunjukkan lingkaran Mohr untuk pengujian

Universitas Sumatera Utara

Unconfined Compression Test (UCT).
Gambar 2.8. Keruntuhan geser kondisi air termampatkan qu di atas sebagai
kekuatan tanah kondisi tak tersekap (Das, 2008)
Hubungan konsistensi dengan kuat tekan bebas tanah lempung diperlihatkan
dalam Tabel 2.4.
Tabel 2.4. Hubungan kuat tekan bebas tanah lempung dengan konsistensinya
(Das, 2008)

Lempung keras

�� (kN/m2)

Lempung sangat kaku

200 – 400

Lempung kaku

100 – 200

Lempung sedang

50 – 100

Lempung lunak

25 – 50

Lempung sangat lunak

< 25

Konsistensi

>400

* Faktor konversi : 1 lb/in2 = 6,894.8 N/m2
2.1.3.3 Teori keruntuhan Mohr-Coulomb
Teori keruntuhan berfungsi untuk menguji hubungan antara tegangan
normal dengan tegangan geser tanah, dimana keruntuhan (failure) adalah
ketidakmampuan elemen tanah untuk menahan beban akibat pembebanan.
Keruntuhan juga dapat didefenisikan sebagai keadaan dimana tanah tidak dapat
menahan regangan yang besar dan atau penurunan keadaan regangan yang sangat
cepat.
Pada sekitar tahun 1776, Coulomb memperkenalkan hubungan linear yang terjadi
antara tegangan normal dan tegangan geser.
�� = � + � tan ∅

(2.16)

dimana : c = kohesi
Ø = sudut geser internal

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.9 Grafik hubungan tegangan normal dan tegangan geser.
2.1.3.4 Sensitifitas tanah lempung
Uji tekan bebas ini dilakukan pada contoh tanah asli (undisturbed) dan
contoh tanah tidak asli (remoulded). Pada uji tekan bebas ini yang diukur adalah
kemampuan masing-masing contoh terhadap kuat tekan bebas, sehingga didapat
nilai kuat tekan maksimum. Dari nilai kuat tekan maksimum yang didapat akan
didapat nilai sensitivitas tanah. Nilai sensitivitas adalah ukuran bagaimana
perilaku tanah apabila ada gangguan yang diberikan dari luar.
Kekuatan tekanan tak tersekap berkurang banyak pada tanah-tanah
lempung yang terdeposisi (terendapkan) secara alamiah, dan jika tanah tersebut
diuji ulang kembali setelah tanah tersebut mengalami kerusakan struktural
(remoulded) tanpa adanya perubahan dari kadar air, seperti yang ditunjukkan pada
Gambar 2.11.

Gambar 2.10 Grafik sensitifitas tanah asli dan tanah remoulded

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.11 Kuat tekan tanah asli dan tanah remoulded
Sifat berkurangnya kekuatan tanah akibat adanya kerusakan struktural
tanah

disebut

sensitifitas

(sensitifity).

Tingkat

sensitifitas

adalah

rasio

(perbandingan) antara kekuatan tanah yang masih asli dengan kekuatan tanah
yang sama setelah terkena kerusakan (remoulded), bila kekuatan tanah tersebut
diuji dengan cara tekanan tak tersekap. Jadi, sensitifitas diperoleh (acquired
sensitivity) dinyatakan dalam persamaan:
�� =

� � ����

� � ���������

(2.17)

Umumnya, nilai rasio sensitifitas tanah lempung berkisar antara 1 sampai 8, akan
tetapi pada beberapa tanah-tanah lempung maritim yang mempunyai tingkat
flokulasi yang sangat tinggi, nilai sensitifitas berkisar antara 10 sampai 80.
Karena beberapa jenis lempung mempunyai sifat sensitif terhadap
gangguan yang berbeda-beda, oleh karena itu perlu adanya pengelompokan yang
berhubungan dengan nilai sensitifitas. Klasifikasi secara umum dapat dilihat pada
Tabel 2.5.
Tabel 2.5. Sensitifitas lempung (Das, 2008)

Universitas Sumatera Utara

Syarat-syarat yang perlu diperhatikan pada pengujian kuat tekan:
Penekanan
Sr = Kecepatan regangan berkisar antara 0,5 –2% per menit
Kriteria keruntuhan suatu tanah :
Bacaan proving ring turun tiga kali berturut-turut.
Bacaan proving ring tiga kali berturut-turut hasilnya sama.
Ambil pada ε= 20% dari contoh tanah, Sr = 1% permenit, berarti waktu
maksimum runtuh = 20 menit.
Untuk menghitung regangan axial dihitung dengan rumus :
�=

∆�

(2.18)

�0

Dimana :
ε

= Regangan axial (%)

∆L

= Perubahan panjang (cm)

Lo

= Panjang mula-mula (cm)

Besarnya luas penampang rata-rata pada setiap saat :
�=

�0

(2.19)

1− �

Dimana :
A = Luas rata-rata pada setiap saat (cm2)
Ao = Luas mula-mula (cm2)
Besarnya tegangan normal :
�=

�

�

=

Dimana :

�.�
�

σ

= Tegangan (kg/cm2)

P

= Beban (kg)

k

= Faktor kalibrasi proving ring

N

= Pembacaan proving ring (div)

(2.20)

Sensitifitas tanah dihitung dengan rumus :
�� =

�

(2.21)

�′

Dimana :
St

= Nilai sensitivitas tanah

σ

= Kuat tekan maks. tanah asli (kg/cm2)

Universitas Sumatera Utara

σ‘

= Kuat tekan maks. tanah tidak asli (kg/cm2)

2.2 Bahan-bahan penelitian
2.2.1 Tanah lempung
2.2.1.1 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. Setiap unit tetrahedra terdiri dari empat atom
oksigen yang mengelilingi satu atom silikon dan unit oktahedra terdiri dari enam
gugus ion hidroksil (OH) yang mengelilingi atom aluminium (Das, 1991).
Ciri tanah lempung adalah sangat keras dalam keadaan 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 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 retakanretakan 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. 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 (ASTM) dan merupakan

Universitas Sumatera Utara

partikel yang aktif secara elektrokimiawi yang hanya dapat dilihat dengan
mikroskop elektron.
Bowles (1991) menyatakan bahwa sumber utama dari mineral lempung
adalah pelapukan kimiawi dari batuan yang mengandung :
• felspar ortoklas
• felspar plagioklas
• mika (muskovit)
Dimana semuanya itu 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). Satuan struktur dasar dari mineral lempung terdiri dari silika
tetrahedron dan aluminium oktahedron. Satuan-satuan dasar tersebut bersatu
membentuk struktur lembaran.
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 menggantikan posisi ion hidroksil pada
oktahedra untuk memenuhi keseimbangan muatan mereka.

(a)

(b)

Universitas Sumatera Utara

(c)

(d)

(e)
Gambar 2.13 Struktur Atom Mineral Lempung ( a ) silica tetrahedra ; ( b ) silica
sheet ; ( c ) aluminium oktahedra ; ( d ) lembaran oktahedra (gibbsite) ; ( e )
lembaran silika – gibbsite (Das, 1991).

a. 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,
1991). Kaolinite merupakan 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

Universitas Sumatera Utara

lempengan-lempengan tipis dengan diameter 1000 Å sampai 20000 Å dan
ketebalan dari 100 Å sampai 1000 Å dengan luasan spesifik per unit massa
± 15 m2/gr yang memiliki rumus kimia:
(OH)8Al4Si4O10
Keluarga mineral kaolinite 1:1 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)8Al4Si4O10 . 4H2O
Gambar dari struktur kaolinite dapat dilihat dalam Gambar 2.14.

Gambar 2.14 Struktur Kaolinite (Das, 1991)
b. Illite
Illite adalah mineral lempung yang pertama kali diidentifikasi di Illinois.
Mineral illite bisa disebut pula dengan hidrat-mika karena illite mempunyai
hubungan dengan mika biasa (Bowles, 1991). Mineral illite memiliki rumus
kimia sebagai berikut:
(OH)4Ky(Si8-y . Aly)(Al4. Mg6 .Fe4 . Fe6)O20
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 :

Universitas Sumatera Utara

• Kalium (K) berfungsi sebagai pengikat antar unit kristal sekaligus sebagai
penyeimbang muatan.
• Terdapat ± 20% pergantian silikon (Si) oleh aluminium (Al) 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 2.15

Gambar 2.15 Struktur Illite (Das, 1991)
c. Montmorillonite
Montmorillonite adalah nama yang diberikan pada mineral lempung yang
ditemukan di Montmorillon, Perancis pada tahun 1847 yang memiliki rumus
kimia:
(OH)4Si8Al4O20 . nH2O

Universitas Sumatera Utara

Dimana nH2O 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 Al2O3 diantara dua lempeng
SiO2. 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 μm),
(0,96seperti y

ang

ditunjukkan pada Gambar 2.16. Gaya Van Der Walls mengikat satuan unit
sangat lemah diantara ujung-ujung atas dari lembaran silika, oleh karena itu
lapisan air (nH2O) dengan kation dapat dengan mudah menyusup dan
memperlemah ikatan antar satuan susunan kristal. Sehingga menyebabkan
antar lapisan terpisah. Ukuran unit massa montmorillonite sangat besar dan
dapat menyerap air dengan sangat kuat sehingga mudah mengalami proses
pengembangan. Gambar dari struktur kaolinite dapat dilihat di dalam
Gambar 2.16.

Gambar 2.16 Struktur Montmorillonite (Das, 1991)
2.2.1.2 Sifat Umum Tanah Lempung

Universitas Sumatera Utara

Bowles (1991) menyatakan beberapa sifat umum mineral lempung adalah:
1. Hidrasi
Partikel lempung hampir selalu mengalami hidrasi, hal ini disebabkan
karena lempung biasanya bermuatan negatif, yaitu partikel dikelilingi
oleh lapisan-lapisan molekul air yang disebut sebagai air teradsorbsi
(adsorbed water). Lapisan ini umumnya memiliki tebal dua molekul.
Sehingga disebut sebagai lapisan difusi ( d i f f u s e l a y e r ) , lapisan
difusi ganda atau lapisan ganda.
2. Aktivitas
Aktivitas tanah lempung adalah perbandingan antara Indeks Plastisitas
(IP) dengan persentase butiran lempung, dan dapat disederhanakan
dalam persamaan:
� = ������

��

(2.23)

���� ℎ �������

Dimana persentase lempung diambil sebagai fraksi tanah yang < 2 µm
untuknilaiA (Aktivitas),
A > 1,25

: tanah digolongkan aktif dan bersifat ekspansif

1,25 7.
Flokulasi larutan dapat dinetralisir dengan menambahkan bahan-bahan
yang mengandung asam (ion H+), sedangkan penambahan bahan-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.
2 . Pengaruh Zat Cair
Air berfungsi sebagai penentu plastisitas tanah lempung. Molekul air
merupakan molekul yang dipolar, yaitu atom hidrogen tidak tersusun
simetri di sekitar atom-atom oksigen (Gambar 2.17a). Hal ini berarti
bahwa satu .molekul air merupakan batang yang mempunyai muatan
positif dan negatif pada ujung yang berlawanan atau dipolar (dobel kutub)
(Gambar 2.17b).

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.17 Sifat dipolar molekul air (Hardiyatmo, 1992)
Molekul bersifat dipolar, yang berarti memiliki muatan positif dan
negatif pada ujung yang berlawanan, sehingga dapat tertarik oleh lempung
secara elektrik. Terdapat 3 mekanismenya, yaitu:
1. Tarikan antara permukaan bermuatan negatif dari partikel lempung
dengan ujung positif dari dipolar.
2. Tarikan antara kation-kation dalam lapisan ganda dengan muatan negatif
dari ujung dipolar. Kation-kation ini tertarik oleh permukaan partikel
lempung yang bermuatan negatif.
3. Andil atom-atom hidrogen dalam molekul air, yaitu dengan ikatan
hidrogen antara atom oksigen dalam partikel lempung dan atom oksigen
dalam molekul-molekul air (hydrogen bonding). 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.

Universitas Sumatera Utara

Mekanisme 1

Mekanisme 2

Mekanisme 3

Gambar 2.18 Molekul air dipolar dalam lapisan ganda (Das,1991)
Montmorillonite memiliki defisiensi dan daya tarik exchangeable cation
yang lebih besar daripada kaolinite. Kalsium dan magnesium merupakan
exchangeable cationyang paling dominan pada 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

Universitas Sumatera Utara

mempengaruhi hubungan tarik menarik atau tolak menolak antar partikel tanah
lempung yang diakibatkan oleh pengaruh ikatan hidrogen, gaya Van der Walls
serta macam ikatan kimia dan organiknya. Bertambahnya jarak akan mengurangi
gaya antar partikel.
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.
Kapasitas pertukaran kation tanah lempung didefinisikan sebagai jumlah
pertukaran ion-ion yang dinyatakan dalam miliekivalen per 100 gram lempung
kering. Beberapa garam juga terdapat pada permukaan partikel lempung kering.
Pada waktu air ditambahkan pada lempung, kation-kation dan anion-anion
mengapung di sekitar partikelnya (Gambar 2.19).

Gambar 2.19 Kation dan anion pada partikel (Das,1991)
Pada penelitian ini akan dilakukan usaha penggantian kation-kation yang
terdapat pada lempung dengan kation-kation dari bahan semen yang dicampurkan
dengan arang tempurung kelapa dengan variasi yang berbeda-beda.
2.2.2 Semen
2.2.2.1 Umum

Universitas Sumatera Utara

Semen merupakan perekat hidrolis dimana senyawa-senyawa yang
terkandung di dalam semen dapat bereaksi dengan air dan membentuk zat baru
yang bersifat sebagai perekat terhadap batuan. Semen mimiliki susunan yang
berbeda-beda, dan semen dapat dibedakan menjadi 2 kelompok yaitu:
1. Semen non-hidrolik
Semen hidrolik adalah semen yang memiliki kemampuan untuk mengikat dan
mengeras didalam air. Contoh semen hidrolik antara lain semen portland, semen
pozzolan, semen alumina, semen terak, semen alam dan lain-lain.
2. Semen hidrolik.
Semen non hidrolik adalah semen yang tidak memiliki kemampuan untuk
mengikat dan mengeras didalam air, akan tetapi dapat mengeras di udara. Contoh
utama dari semen non hidrolik adalah kapur.
2.2.2.2 Semen Portland
Semen portland adalah perekat hidrolis yang dihasilkan dari penggilingan
klinker dengan kandungan utamanya adalah kalsium silikat dan satu atau dua buah
bentuk kalsium sulfat sebagai bahan tambahan.
2.2.2.2.1 Jenis-jenis semen portland
Sesuai dengan kebutuhan pemakaian semen yang disebabkan oleh kondisi
lokasi maupun kondisi tertentu yang dibutuhkan pada pelaksanaan konstruksi,
dalam perkembangannya dikenal berbagai jenis semen portland antara lain :
1. Semen portland biasa
Semen portland jenis ini digunakan dalam pelaksanaan konstruksi secara
umum jika tidak diperlukan sifat-sifat khusus, seperti ketahanan terhadap sulfat,
panas hidrasi rendah, kekuatan awal yang tinggi dan sebagainya. ASTM
mengklasifikasikan semen portland ini sebagai tipe I.
2. Semen portland dengan ketahanan sedang terhadap sulfat
Semen ini digunakan pada konstruksi jika sifat ketahanan terhadap sulfat dengan
tingkat sedang, yaitu dimana kandungan sulfat (SO3) pada air tanah dan tanah
masing-masing 0,8% - 0,17% dan 125 ppm, serta PH tidak kurang dari 6. ASTM
mengklasifikasikan semen jenis ini sebagai tipe II.
3. Semen portland dengan kekuatan awal tinggi

Universitas Sumatera Utara

Semen portland yang digiling lebih halus dan mengandung tricalsium silikat
(C3S) lebih banyak dibanding semen portland biasa. Semen jenis ini memiliki
pengembangan kekuatan awal yang tinggi dan kekuatan tekan pada waktu yang
lama juga lebih tinggi dibanding semen Portland biasa. ASTM mengklasifikasikan
semen ini sebagai tipe III.
4. Semen portland dengan panas hidrasi rendah
Semen jenis ini memiliki kandungan tricalsium silikat (C3S) dan tricalsium
aluminat (C3A) yang lebih sedikit, tetapi memiliki kandungan C3S yang lebih
banyak dibanding semen Portland biasa dan memiliki sifat-sifat :
a) Panas hidrasi rendah
b) Kekuatan awal rendah, tetapi kekuatan tekan pada waktu lama sama
dengan semen Portland biasa
c) Susut akibat proses pengeringan rendah
d) Memiliki ketahanan terhadap bahan kimia, terutama sulfat
ASTM mengklasifikasikan semen jenis ini sebagai tipe IV.
5. Semen portland dengan ketahanan tinggi terhadap sulfat
Semen jenis ini memiliki ketahanan yang tinggi terhadap sulfat. Semen ini
diklasifikasikan sebagai tipe V pada ASTM. Semen jenis ini digunakan pada
konstruksi apabila dibutuhkan ketahanan yang tinggi terhadap sulfat, yaitu
kandungan sulfat (SO3) pada air tanah dan tanah masing-masing 0,17% - 1,67%
dan 125 ppm – 1250 ppm, seperti pada konstruksi pengolah limbah atau
konstruksi dibawah permukaan air.
6. Semen portland blended
Semen portland blended dibuat dengan mencampur material selain gypsum
kedalam klinker. Umumnya bahan yang dipakai adalah terak dapur tinggi (balstfurnase slag), pozzolan, abu terbang (fly ash) dan sebagainya. Jenis-jenis semen
portland blended adalah :
a) Semen Portland Pozzolan (Portland Pozzolanic Cement)
b) Semen Portland Abu Terbang (Portland Fly Ash Cement)
c) Semen Portland Terak Dapur Tinggi (Portland Balst-Furnase Slag
Cement)
d) Semen Super Masonry

Universitas Sumatera Utara

Persyaratan komposisi kimia semen portland menurut ASTM Designation C 15092, seperti terlhat pada Tabel. 2.7.
Tabel 2.7 Persyaratan standart komposisi kimia Portland Cement (ASTM,1992)

2.2.3 Arang Tempurung Kelapa
2.2.3.1 Arang
Arang merupakan suatu padatan berpori yang mengandung 85-95%
karbon, dihasilkan dari bahan-bahan yang mengandung karbon dengan pemanasan
pada suhu tinggi. Ketika pemanasan berlangsung, diusahakan agar tidak terjadi
kebocoran udara di

dalam

ruangan

pemanasan

sehingga

bahan

yang

mengandung karbon tersebut hanya terkarbonisasi dan tidak teroksidasi.
Arang selain digunakan sebagai bahan bakar, juga dapat digunakan sebagai
adsorben (penyerap). Daya serap ditentukan oleh luas permukaan partikel dan
kemampuan ini dapat menjadi lebih tinggi jika terhadap arang tersebut dilakukan
aktivasi dengan aktif faktor bahan-bahan kimia ataupun dengan pemanasan

Universitas Sumatera Utara

pada temperatur tinggi. Dengan demikian, arang akan mengalami perubahan
sifat-sifat fisika dan kimia. Arang yang demikian disebut sebagai arang aktif.
Selain itu arang tempurung adalah arang yang dibuat dengan cara
kombinasi dari tempurung atau batok kelapa. Pada proses pembakaran tempurung
kelapa yang terdiri dari karbohidrat yang sangat kompleks, akan menyebabkan
suatu rentetan reaksi yaitu peruraian secara termal serta menimbulkan panas
sebagai hasil peruraian dari bermacam-macam struktur molekul. Pada suhu 275°
C, lingo selulosa mulai melepaskan H2O dan CO2, disamping itu juga terbentuk
arang dan metana. (BPPI, 1983). Luas permukaan arang aktif berkisar antara
300-3500 m2/g

dan

ini berhubungan dengan struktur pori internal yang

menyebabkan arang aktif mempunyai sifat sebagai adsorben.
Luas permukaan arang aktif berkisar antara 300-3500 m2/g dan ini
berhubungan dengan struktur pori internal yang menyebabkan arang aktif
mempunyai sifat sebagai adsorben. Arang aktif dapat mengadsorpsi gas dan
senyawa-senyawa k. imia tertentu atau sifat adsorpsinya selektif, tergantung pada
besar atau volume pori- pori dan luas permukaan. Daya serap arang aktif
sangat besar, yaitu 25-100% terhadap berat arang aktif.
Tiga metode pembuatan arang tempurung kelapa yaitu metode drum, metode
lubang

dan

metode

tungku. Metode

tungku dapat digunakan untuk

memproduksi arang aktif secara komersial, sedangkan metode yang paling
sesuai untuk pembuatan arang dengan skala kecil adalah metode drum.
Deskripsi

pembuatan

arang tempurung

menurut

Blando

(1976)

dan

Sukardiyono (1995) sebagai berikut:
Pilih drum bekas dengan volume 200
Masukkan tempurung kelapa yang udah di pejah-pejah
Bakar
2.2.3.2 Sifat-sifat Arang
Sifat arang aktif yang paling penting adalah daya serap. Dalam hal
ini, ada beberapa faktor yang mempengaruhi daya serap adsorpsi, yaitu:
1. Sifat Adsorben
Arang aktif yang merupakan adsorben adalah suatu padatan berpori, yang
sebagian

besar terdiri dari unsur karbon bebas dan masing-masing

Universitas Sumatera Utara

berikatan secara kovalen. Dengan demikian, permukaan arang aktif bersifat
non polar. Selain komposisi dan polaritas, struktur pori juga merupakan faktor
yang penting diperhatikan. Struktur pori berhubungan dengan luas permukaan,
semakin kecil pori-pori arang aktif, mengakibatkan luas permukaan semakin
besar. Dengan demikian kecepatan adsorpsi bertambah. Untuk meningkatkan
kecepatan adsorpsi, dianjurkan agar menggunakan arang aktif yang telah
dihaluskan. Jumlah atau dosis arang aktif yang digunakan, juga diperhatikan.
2. Sifat Serapan
Banyak

senyawa

yang

dapat

diadsorpsi

oleh

arang

aktif,

tetapi

kemampuannya untuk mengadsorpsi berbeda untuk masing-masing senyawa.
Adsorpsi akan bertambah besar sesuai dengan bertambahnya ukuran molekul
serapan dari sturktur yang sama, seperti dalam deret homolog. Adsorsi juga
dipengaruhi oleh gugus fungsi, posisi gugus fungsi, ikatan rangkap, struktur
rantai dari senyawa serapan.
3. Temperatur
Dalam pemakaian arang aktif dianjurkan untuk menyelidiki temperatur pada saat
berlangsungnya

proses.

Karena

tidak

ada peraturan

umum

yang

bisa

diberikan mengenai temperatur yang digunakan dalam adsorpsi. Faktor yang
mempengaruhi temperatur proses adsoprsi adalah viskositas dan stabilitas
termal senyawa serapan. Jika pemanasan tidak mempengaruhi sifat-sifat senyawa
serapan, seperti terjadi
perlakuan

dilakukan

perubahan

warna

maupun

dekomposisi,

maka

pada titik didihnya. Untuk senyawa volatil, adsorpsi

dilakukan pada temperatur kamar atau bila memungkinkan pada temperatur yang
lebih kecil.
4. pH (Derajat Keasaman)
Untuk asam-asam organik adsorpsi akan meningkat bila pH diturunkan, yaitu
dengan penambahan asam-asam minreal. Ini disebabkan karena kemampuan asam
mineral untuk mengurangi ionisasi asam organik tersebut. Sebaliknya bila
pH asam organik dinaikkan yaitu dengan menambahkan alkali, adsorpsi akan
berkurang sebagai akibat terbentuknya garam.
5. Waktu Kontak

Universitas Sumatera Utara

Bila arang aktif ditambahkan dalam suatu cairan, dibutuhkan waktu untuk
mencapai

kesetimbangan.

Waktu

yang

dibutuhkan

berbanding

terbalik

dengan jumlah arang yang digunakan. Selain ditentukan oleh dosis arang
aktif, pengadukan

juga

mempengaruhi

waktu

singgung.

Pengadukan

dimaksudkan untuk memberi kesempatan pada partikel arang aktif untuk
bersinggungan dengan senyawa serapan. Untuk larutan yang mempunyai
viskositas

tinggi,

dibutuhkan waktu singgung yang lebih lama (Sembiring,

2003).
Adanya hidrogen dan oksigen mempunyai pengaruh yang besar pada sifatsifat karbon aktif. Unsur unsur ini berkombinasi dengan unsur-unsur atom karbon
membentuk gugus fungsional misalnya: gugus karboksilat, gugus hidroksifenol,
gugus kuinon tipe karbonil, gugus normalakton, lakton tipe flueresence, asam
karboksilat anhidrida dan peroksida siklis. ( Jankowski, et al; 1991). Metode ini
dilakukan dengan merendam bahan baku pada bahan kimia seperti H3PO4,
ZnCl2, HCl, H2SO4, CaCl2, K2S, NaCl, dan lain-lain. (Juliandini dan
Trihadiningrum, 2008). Arang aktif mengandung unsur selain karbon yang terikat
secara kimiawi, yaitu hidrogen dan oksigen. Kedua unsur tersebut berasal dari
bahan baku yang tertinggal akibat tidak sempurnanya karbonisasi atau dapat juga
terjadi ikatan pada proses aktivasi.
Tabel 2.8 Kandungan yang terdapat di arang (Muh,Alwi. 1998)
KOMPOSISI

KADAR

K2O

45,07

Na2O

15,42

CaO

6,26

MgO

1,32

Fe2O3

1,39

Al2O3

1,39

P2O3

4,64

SO3

5,75

SLO3

4,64

2.2.3.3 Cara pembakaran arang dari batok kelapa

Universitas Sumatera Utara

1. Drum dibagi atas empat bagian yaitu:bagian bawah drum yang
terbuka,tutup drum atas,cerobong dan lubang-lubang udara pada badan
drum. Bagiang tengah di tutup. Dibuat lubang diameter 10 cm untuk
dihungungkan dengan cerobong asap setinggi 30 cm.
2. Cerobong tersebut terbuat dari seng atau bahan metal lain.
3. Pada bagian tutup drum di buat 3 baris lubang, terdiri 4 lubang
berdiameter 13 mm dengan jarak antar baris 30 cm.
4. Arang tempurung dibuat dengan cara membakar baku di dalam drum
selama beberapa jam.
5. Produksi arang yang bagus tidak boleh menyiram dengan air. Tunggu
sampe dia mati selam 6 jam.
6. Arang tersebut digiling ataupun dihaluskan dengan penghalus

Gambar 2.20 Arang

Gambar

2.21 Arang yang udah di

haluskan

2.3 Stabilisasi Tanah
2.2.3.1 Proses kimia pada stabilisasi tanah dengan semen
Suardi (2005) mengatakan tahapan proses kimia pada stabilisasi tanah
menggunakan semen adalah sebagai berikut:
a) Absorbsi air dan reaksi pertukaran ion;
Jika semen portland ditambahkan pada tanah, ion kalsium Ca++ dilepaskan melalui
proses hidrolisa dan pertukaran ion berlanjut pada permukaan partikel-partikel
lempung, Butiran lempung dalam kandungan tanah berbentuk halus dan
bermuatan negatif. Ion positif seperti ion hidrogen (H+), ion sodium (Na+), ion
kalsium (K+), serta air yang berpolarisasi. Sehingga membentuk kalsium silikat
dan kalsium aluminat yang mengakibatkan kekuatan tanah meningkat. Reaksi

Universitas Sumatera Utara

pozolan; semuanya melekat pada permukaan butiran lempung. Dengan reaksi ini
partikel-partikel lempung menggumpal sehingga mengakibatkan konsistensi tanah
menjadi lebih baik.
b) Reaksi pembentukan kalsium silikat dan kalsium aluminat;
Secara umum hidrasi adalah sebagai berikut:
2(3CaO.SiO2) + 6H2O 3CaO.2SiO2 . 3H2O+3Ca(OH)2
2(2CaO.SiO2) + 4H2O 3CaO.2SiO2 . 3H2O+ Ca(OH)2
Reaksi antara SiO2 dan Al2O3 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

4CaO.Al2O3.12H2O

dan

gehlenit

hidrat

2CaO.Al2O3.SiO2.6H2O yang tidak larut dalam air. Pembentukan senyawasenyawa ini berlangsung lambat dan menyebabkan tanah menjadi lebih keras,
lebih padat dan lebih stabil. Jadi semen yang umum digunakan untuk stabilisai
tanah dengan bahan semen adalah ordinary portland cement atau dikenal sebagai
semen tipe I.
2.2.2.5. Stabilisasi tanah dengan Arang tempurung kelapa
Butiran lempung dalam kandungan yang berbentuk halus dan bermuatan
negatif. Ion positif seperti ion hidrogen (H+), ion sodium (Na+), dan ion kalium
(K+), serta air yang berpolarisasi, semuanya melekat pada permukaan butiran
lempung. Jika unsur kimia seperti Fe2O3, CaO dan MgO ditambahkan pada tanah
dengan kondisi seperti diatas, maka pertukaran ion segera terjadi, dan ion yang
berasal dari larutan Fe2O3, CaO dan MgO diserap oleh permukaan butiran
lempung. Jadi, permukaan butiran lempung tadi kehilangan kekuatan tolaknya
(repulsion force), dan terjadilah kohesi pada butiran itu sehingga berakibat
kekuatan konsistensi tanah tersebut akan bertambah.

Universitas Sumatera Utara