Kajian Kuat Tekan Bebas Pada Stabilitas Tanah Lempung Dengan Stabilizing Agents Serbuk Kaca dan Gypsum
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Tanah
Das (2008) mengatakan tanah merupakan material yang terdiri dari agregat
(butiran) mineral padat dengan zat cair, yang membentuk sistem tiga, seperti yang terlihat
pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1 Diagram fase tanah
Gambar 2.1 (a) memperlihatkan elemen tanah yang mempunyai volume V dan
berat total W, sedangkan Gambar 2.1 (b) memperlihatkan hubungan berat dan volumenya.
Dari gambar tersebut dapat dibentuk persamaan berikut :
? =?
?
+?
?
+?
?
(2.1)
? ? =0
sehingga persamaan (2.1) menjadi
? =? ? + ?
?
(2.2)
dan
? =? ? + ? ? + ? ?
(2.3)
? ? =? ? + ? ?
(2.4)
Universitas Sumatera Utara
dimana :
?
?
= Berat butiran padat (gr)
?
?
= Berat air (gr)
??
= Volume butiran padat (cm3)
??
= Volume air dalam porin (cm3)
??
= Volume udara (cm3)
2.1.1 Sifat-sifat fisik tanah
2.1.1.1 Kadar air (Moisture water content)
Kadar air (? ) adalah persentase perbandingan berat air (?
?
) dengan berat butiran
(? ?) dalam tanah. Kadar air tanah (? ?) dapat dinyatakan dalam persamaan:
? (%) =
? 100
(2.5)
2.1.1.2 Derajat kejenuhan (S)
Derajat Kejenuhan (?) dapat didefinisikan sebagai perbandingan antara volume air
(? ? ) dengan volume total rongga pori tanah (? ? ). Bila tanah dalam keadaan jenuh nilai
derajat kejenuhannya = 1 (100%), dan untuk tanah kering nilai derajat kejenuhannya =
0.Kejenuhan suatu tanah (?) dapat dinyatakan dalam persamaan berikut :
? (%) = ? ? / ? ? ? 100
(2.6)
2.1.1.3 Angka pori (Void ratio)
Universitas Sumatera Utara
Angka Pori (?) adalah perbandingan antara volume rongga (? ? ) dengan volume
butiran (? ?) dalam tanah tersebut yang dinyatakan dalam satuan desimal. Angka Pori
tanah (?) dapat dinyatakan dalam persamaan :
? = Vv / ? ?
(2.7)
2.1.1.4 Porositas (Porocity)
Porositas (? ) adalah perbandingan antara volume pori (? ? ) dengan volume total
tanah (? ) dalam tanah tersebut yang dinyatakan dalam satuan persen maupun dalam
bentuk desimal. Porositas tanah (? ) dapat dinyatakan dalam persamaan :
? = ? ? /? ? 100
(2.8)
Hubungan antara angka pori dengan porositas dapat dilihat pada persamaan berikut:
?= ? / (1−? )
(2.9)
? = ? / (1+?)
(2.10)
2.1.1.5 Berat volume basah (Wet volume weight)
Berat Volume (? ? ) adalah perbandingan antara berat butiran tanah termasuk air
dan udara (? ) dengan volume total tanah (? ). Berat Volume Tanah (? ? ) dinyatakan
dalam persamaan berikut :
? ?= ? / ?
(2.11)
2.1.1.6 Berat volume kering (Dry volume weight)
Berat Volume Kering (? ? ) adalah perbandingan antara berat butiran tanah (? ?)
dengan volume total tanah (? ). Berat Volume Tanah (? ? ) dapat dinyatakan dalam
persamaan berikut :
?? = ?
?
/?
(2.12)
2.1.1.7 Berat volume butiran padat (Soil volume weight)
Universitas Sumatera Utara
Berat Volume Butiran Padat (? ?) adalah perbandingan antara berat butiran tanah
(? ?) dengan volume butiran tanah padat (? ?). Berat Volume Butiran Padat (? ?) dapat
dinyatakan dalam persamaan berikut:
? ?= ?
?
/ ??
(2.13)
2.1.1.8 Berat jenis (Specific gravity)
Berat Jenis Tanah (? ?) dapat didefinisikan sebagai perbandingan antara berat
volume butiran tanah (? ?) dengan berat volume air (? ? ) dengan isi yang sama pada
temperatur tertentu. Nilai suatu Berat jenis tanah tidak memiliki satuan (tidak
berdimensi). Berat jenis tanah (? ?) dapat dinyatakan dalam persamaan :
? ?= ? ? / ? ?
(2.14)
Adapun batas-batas besaran Berat Jenis Tanah dapat dilihat pada Tabel 2.1
Tabel 2.1 Berat jenis tanah (Hardiyatmo, 1992)
Jenis tanah
Berat jenis
Kerikil
2,65 - 2,68
Pasir
2,65 - 2,68
Lanau tak organic
2,62 - 2,68
Lempung organic
2,58 - 2,65
Lempung tak organic
2,68 - 2,75
Humus
1,37
Gambut
1,25 - 1,80
Batas-batas nilai dari Derajat Kejenuhan tanah dapat dilihat pada Tabel 2.2.
Tabel 2.2 Derajat kejenuhan dan kondisi tanah (Hardiyatmo, 1992)
Keadaan tanah
Derajat kejenuhan
Tanah kering
0
Universitas Sumatera Utara
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
2.1.1.9 Batas-batas atterberg (Atterberg limit)
Kedudukan fisik tanah berbutir halus pada kadar air tertentu disebut konsistensi.
Batas-batas konsistensi tanah berbutir halus tersebut adalah batas cair, batas plastis, batas
susut.
Masalah pada tanah yang penting untuk diperhatikan adalah pengaruh
penambahan kadar air terhadap sifat-sifat mekanis tanahnya, seperti contoh jika kita
mencampurkan suatu sampel tanah dengan air hingga mencapai keadaan cair, maka lama
kelamaan campuran tersebut akan mengering sedikit demi sedikit sehingga sampel tanah
akan melalui beberapa keadaan tertentu dari keadaan cair sampai keadaan padat
Penjelasan mengenai batas-batas konsistensi dapat dijabarkan sebagai berikut :
.
Gambar 2.2 Batas batas Atterberg
a. Batas cair (Liquid Limit)
Batas cair adalah kadar air tanah pada batas antara keadaan cair dan keadaan
plastis. Batas cair ditentukan melaui pengujian Casagrande (1948). Tanah yang sudah
Universitas Sumatera Utara
dicampur dengan air diletakkan pada mangkuk Casagrande yang kemudian sampel tanah
dibelah dengan membuat alur di tengah-tengah menggunakan alat yang disebut Groving
tool. Kemudian dilakukan pemukulan dengan cara engkol dinaikkan dan sampai mangkuk
menyentuh dasar sampel, sambil dilakukan perhitungan ketukan sampai tanah yang
dibelah tadi berhimpit. Pemukulan dilakukan pada kadar air yang berbeda dan banyaknya
jumlah pukulan dihitung untuk masing-masing kadar air. Dengan demikian dapat dibuat
grafik hubungan antara kadar air dengan jumlah pukulan, sehingga diperoleh kadar air
pada pukulan tertentu. Untuk lebih jelasnya, alat uji batas cair dapat dilihat pada Gambar
2.3.
Gambar 2.3 Alat uji batas cair
b. Batas plastis (Plastic limit)
Batas plastis (plastic limit) adalah kadar air pada batas bawah daerah plastis atau
kadar air minimum dimana tanah dapat digulung-gulung sampai diameter 3,1 mm (1/8
inchi). Penentuan kadar air ini dilakukan dengan cara melakukan pengguliran pada
sampel tanah di atas plat kaca hingga diameter tanah mencapai 3,1 mm. Apabilaa tanah
mulai retak atau pecah pada saat diameternya mencapai 3,1 mm, maka kadar air tanah itu
adalah batas plastis.
Indeks plastisitas adalah selisih antara batas cair dan batas plastis. Adapun
rumusan dalam menghitung besaran nilai indeks plastisitas adalah sesuai dengan
persamaan 2.14, seperti yang ditunjukkan pada rumusan dibawah ini:
Universitas Sumatera Utara
(2.15)
PI = LL – PL
Klasifikasi jenis tanah berdasarkan besar indeks plastisitasnya ditunjukkan pada
Tabel berikut ini:
PI
Tabel 2.3 Indeks plastisitas tanah (Hardiyatmo, 1992)
Sifat
Jenis tanah
Kohesi
0
Non – Plastis
Pasir
Non – Kohesif
17
Plastisitas Tinggi
Kohesif
Lempung
Kohesif
c. Batas susut (Shrinkage Limit)
Batas susut adalah kadar air atau batas dimana tanah yang dalam keadaan jenuh
dan sudah kering tidak akan mengalami penyusutan lagi meskipun dikeringkan secara
terus menerus. Batas susut juga dapat diartikan batas dimana meskipun tanah benar-benar
telah kehilangan kadar airnya, tidak akan menyebabkan penyusutan volume tanah. Batas
susut dapat dinyatakan dalam persamaan
(2.16)
dengan :
? 1 = berat tanah basah dalam cawan percobaan (gr)
? 2 = berat tanah kering oven (gr)
? 1 = volume tanah basah dalam cawan (?? 3)
? 2 = volume tanah kering oven (?? 3)
? ? = berat jenis air
2.1.2 Klasifikasi tanah
Universitas Sumatera Utara
Kebanyakan klasifikasi tanah menggunakan indeks tipe pengujian yang sangat
sederhana untuk menentukan karakteristik tanahnya.Karakteristik tersebut digunakan
untuk menentukan kelompok klasifikasinya.Umumnya klasifikasi tanah didasarkan atas
ukuran partikel yang diperoleh dari analisa saringan dan plastisitasnya.Sekarang, terdapat
dua sistem klasifikasi yang dapat digunakan yaitu Unified Soil Classification System dan
AASHTO.
2.1.2.1 Sistem klasifikasi unified
Klasifikasi berdasarkan Unified System (Das, 1994), tanah dikelompokkan
menjadi :
1. Tanah butir kasar (coarse-grained-soil) yaitu tanah kerikil dan pasir dimana kurang
dari 50% berat total contoh tanah lolos ayakan no.200. Simbol dari kelompok ini dimulai
dengan huruf awal G atau S. G adalah untuk kerikil (gravel) atau tanah berkerikil, dan S
adalah untuk pasir (sand) atau tanah berpasir.
2. Tanah berbutir halus (fine-grained-soil) yaitu tanah dimana lebih
dari 50 % berat total contoh tanah lolos ayakan no.200. Simbol dari kelompok ini dimulai
dengan huruf awal M untuk lanau (silt) anorganik, C untuk lempung (clay) anorganik,
dan O untuk lanau organik dan lempung organik. Simbol PT digunakan untuk tanah
gambut (peat), muck, dan tanah-tanah lain dengan kadar organik yang tinggi. Tanah
berbutir kasar ditandai dengan simbol kelompok seperti : GW, GP, GM, GC, SW, SP, SM
dan SC. Untuk klasifikasi yang benar, perlu memperhatikan faktor-faktor berikut ini :
1. Persentase butiran yang lolos ayakan no.200 (fraksi halus).
2. Persentase fraksi kasar yang lolos ayakan no.40.
3. Koefisien keseragaman (Uniformity coefficient, Cu )dan koefisien gradasi
(gradation coefficient, Cc ) untuk tanah dimana 0-12% lolos ayakan no.200.
Universitas Sumatera Utara
4. Batas cair (LL) dan Indeks Plastisitas (PI) bagian tanah yang lolos ayakan no.40
(untuk tanah dimana 5% atau lebih lolos ayakan no.200).
Gambar 2.4. Klasifikasi tanah sistem Unified (Das, 1994)
Universitas Sumatera Utara
2.1.2.2 Sistem klasifikasi AASHTO
Sistem AASHTO (American Association of State Highway Transportation
Official) berguna untuk menentukan kualitas tanah guna perencanaan timbunan jalan,
subbase dan subgrade.Sistem AASHTO membagi tanah ke dalam 7 kelompok, A-1
sampai dengan A-7. Penentuan klasifikasi ini terlebih dahulu membutuhkan data-data
sebagai berikut :
1. Analisis ukuran butiran.
2. Batas cair dan batas plastis dan Ip yang dihitung.
3. Batas susut.
2.1.2 Pengujian Sifat-sifat Mekanis Tanah
2.1.2.1 Pemadatan Tanah (Compaction)
Pemadatan adalah suatu proses dimana udara pada pori-pori tanah dikeluarkan
dengan salah satu cara mekanis atau suatu proses berkurangnya volume tanah akibat
adanya energi mekanis, pengaruh kadar air dan gradasi butiran.
Gambar 2.5. Klasifikasi tanah sistem AASHTO
Untuk setiap daya pemadatan tertentu kepadatan yang tercapai tergantung pada
banyaknya air didalam tanah tersebut yang disebut kadar air. Tingkat pemadatan tanah
diukur dari berat volume kering tanah yang dipadatkan. Air dalam pori tanah berfungsi
sebagai unsur pembasah (pelumas) tanah, sehingga butiran tanah tersebut lebih mudah
bergerak atau bergeser satu sama lain dan membentuk kedudukan yang lebih padat atau
rapat.
Universitas Sumatera Utara
Peristiwa bertambahnya berat volume kering oleh beban dinamis disebut dengan
pemadatan. Pemadatan tanah dapat 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. Namun
tanah lanau sangat sulit dipadatkan bila dalam keadaan basah karena permeabilitasnya
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. Lempung padat mempunyai permeabilitas yang rendah dan tanah
ini tidak dapat dipadatkan dengan baik dalam kondisi basah.
Derajat kepadatan tanah diukur dari berat volume keringnya. Hubungan berat
volume kering (? ? ) dengan berat volume basah (? ? ) dan kadar air (%) dinyatakan dalam
persamaan:
? ? = ? ? / (1 + ? )
(2.16)
Di lapangan biasanya dengan cara menggilas menggunakan peralatan mekanis
seperti roller, sedangkan di laboratorium dengan cara memukul. Dalam pengujian di
laboratorium alat pemadatan berupa silinder mould yang mempunyai volume 9,44 x 10−4
? 3. Tanah dipadatkan di dalam mould dengan menggunakan penumbuk dengan berat 2,5
kg dengan tinggi jatuh 30,5 cm. Tanah dipadatkan dalam 3 lapisan (standart proctor) dan
5 lapisan (modified proctor) dengan pukulan sebanyak 25 kali pukulan.
Universitas Sumatera Utara
Proses ini dilakukan sebanyak lima kali pada sampel tanah dengan kadar air tanah
yang terus dinaikkan pada setiap proses. Dengan menggambarkan hubungan antara
kepadatan kering maksimum dengan kadar air, akan dihasilkan kurv seperti terlihat pada
Gambar 2.6.
Gambar 2.6 Hubungan antara kadar air dan berat isi kering tanah
2.1.3 Uji kuat tekan bebas ( Unconfined compression test )
Pada material tanah, parameter yang perlu ditinjau adalah kekuatan geser
tanahnya.Pengetahuan mengenai kekuatan geser diperlukan untuk menyelesaikan
masalah-masalahyang berkaitan dengan stabilisasi tanah.
Salah satu pengujian yang digunakan untuk mengetahui parameter kuat geser
tanah adalah uji kuat tekan bebas.Yang dimaksud dengan kekuatan tekan bebas adalah
besarnya beban aksial persatuan luas pada saat benda uji mengalami keruntuhan atau
pada saat regangan aksial mencapai 20 %. Percobaan kuat tekan bebas di laboratorium
dilakukan pada sampel tanah dalam keadaan asli maupun buatan (remoulded).
Universitas Sumatera Utara
Cara pengujian kuat tekan bebas ini memiliki perbedaan dengan uji triaksial,
dimana pada uji kuat tekan bebas tidak ada tegangan sel yaitu ? 3=0. Gambar skematik
dari prinsip pembebanan dalam percobaan ini dapat dilihat pada Gambar 2.7.
Gambar 2.7.Skema uji tekan bebas
Pembebanan pada sampel tanah berasal dari tekanan aksial satu arah (? 1) yang
diangsur-angsur bertambah sampai benda uji mengalami keruntuhan.Hubungan
konsistensi dengan kuat tekan bebas dapat dilihat pada Tabel 2.4.
Tabel 2.4 Klasifikasi tanah berdasarkan nilai kuat tekan bebas (Das, 1994)
Tekanan aksial yang bekerja pada tanah dapat dituliskan kedalam persamaan
berikut :
?= ? / ?
(2.17)
Universitas Sumatera Utara
dengan :
P = gaya beban yang bekerja
A = Luas penampang tanah
Kuat geser tanah dari tekanan aksial yang ada dapat dituliskan ke dalam
persamaan berikut :
?? = (? 1+ ? 3) / 2 = ? 1 / 2 = ? ? / 2
(2.18)
dengan :
?? = kekuatan geser undrained (undrained shear strength)
? 3=0
qu= unconfined compressive strength.
2.1.4 Sensitifitas tanah lempung
Uji tekan bebas ini dilakukan pada sampel tanah asli (undisturbed) dan sampel
tanah tidak asli (remoulded) lalu diukur kemampuan masing-masing sampel terhadap
kuat tekan bebas. Dari nilai kuat tekan maksimum yang dapat diterima pada masingmasing sampel dapat diperoleh nilai sensitifitas tanah.Nilai sensitifitas berguna untuk
mengukur bagaimana perilaku tanah jika mengalami gangguan yang diberikan dari luar.
Pada tanah-tanah lempung yang terdeposisi (terendapkan) secara alamiah dapat
diamati bahwa kekuatan tekanan tak tersekap berkurang banyak, bila tanah tersebut
diujiulang lagi setelah tanah tersebut menderita kerusakan struktural (remoulded) tanpa
adanya perubahan dari kadar air, sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 2.8.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.8 Kuat tekan tanah asli dan tanah remoulded
Sifat berkurangnya kekuatan tanah akibat adanya kerusakan struktural tanah
tersebut disebut kesensitifan (sensitivity). Tingkat kesensitifan dapat ditentukan sebagai
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:
? ?= (? ? ? ???) / (? ? ? ??? ?? ? ? ? )
(2.19)
dengan :
St = kesensitifan
Ada beberapa jenis tanah lempung tertentu yang akibat kerusakan tersebut dapat
tiba-tiba berubah menjadi cair.Tanah-tanah seperti itu sebagian besar dijumpai di daerah
Amerika Utara dan daerah semenanjung Skandinavia yang dulunya tertutup es.Tanahtanah lempung seperti ini biasa dinamai sebagai quick clays.
Karena beberapa jenis lempung mempunyai sifat sensitif terhadap gangguan yang
berbeda-beda, maka perlu diadakan pengelompokan yang berhubungan dengan sifat
sensitifnya.Klasifikasi secara umum dapat dilihat pada Tabel 2.5.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.5 Klasifikasi tanah berdasarkan sensitivity (Hardiyatmo, 1992)
Sifat
Nilai Sensitivity
64
Quick
2.2 Bahan-bahan penelitian
2.2.1 Tanah lempung
Beberapa definisi tanah lempung dari beberapa ahli antara lain:
1. Das (1988) mendefinisikan bahwa tanah lempung merupakan tanah dengan ukuran
mikrokronis sampai dengan sub-mikrokronis yang berasal dari pelapukan unsur-unsur
kimiawi penyusun batuan. Tanah lempung sangat keras dalam keadaan kering dan
bersifat plastis pada kadar air sedang. Pada keadaan air lebih tinggi lempung bersifat
lengket (kohesif) dan sangat lunak.
2. Terzaghi (1987) mendefinisikan bahwa tanah lempung merupakan tanah dengan
ukuran mikrokonis sampai dengan submikrokonis yang berasal dari pelapukan unsurunsur kimiawi penyusun batuan. Tanah lempung sangat keras dalam keadaan kering, dan
tak mudahterkelupas hanya dengan jari tangan. Permeabilitas lempung sangat rendah,
bersifat plastis pada kadar air sedang. Sedangkan pada keadaan air yang lebih tinggi tanah
lempung akan bersifat lengket (kohesif) dan sangat lunak.
Universitas Sumatera Utara
3. Bowles (1986) mendefinisikan bahwa tanah lempung sebagai deposit yang mempunyai
partikel yang berukuran kecil atau sama dengan 0,002 mm dalam jumlah lebih dari 50 %.
2.2.2 Struktur mineral lempung
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. Kohesif memiliki pengertian bahwa pada keadaan basah tanah
memiliki kemampuan gaya tarik-menarik yang besar di antara partikel-partikel tanahnya
sehingga melekat satu sama lain.
Mineral lempung merupakan pelapukan akibat reaksi kimia yang menghasilkan
susunan kelompok partikel berukuran koloid dengan diameter butiran lebih kecil dari
0,002 mm. Holtz & Kovacs (1981) menerangkan satuan struktur dasar dari mineral
lempung terdiri dari Silica Tetrahedra dan Alumina Oktahedra.
Satuan-satuan dasar tersebut bersatu membentuk struktur lembaran.Jenis-jenis
mineral lempung tergantung dari kombinasi susunan satuan struktur dasar atau tumpukan
lembaran serta macam ikatan antara masing-masing lembaran.
Silika Tetrahedra pada dasarnya merupakan kombinasi dari satuan Silika
Tetrahedra yang terdiri dari satu atom silicon yang dikelilingi pada sudutnya oleh empat
buah atom Oksigen.Kombinasi dari unit-unit silica tetrahedra tersebut membentuk
lembaran silika (silica sheet).
Sedangkan Aluminium Oktahedra merupakan kombinasi dari satuan yang terdiri
dari satu atom Alumina yang dikelilingi oleh atom Hidroksil pada keenam
sisinya.Kombinasi dari unit-unit alimunium oktahedra membentuk lembaran gibbsite
(gibbsite sheet).
Universitas Sumatera Utara
Pada sebuah lembaran silika, setiap atom silikon yang bermuatan positif dan
bervalensi empat daihubungkan dengan empat atom oksigen yang bermuatan negatif
dengan valensi total delapan.Tetapi setiap atom oksigen pada dasar tetrahedral itu
dihubungkan dengan dua atom silikon lainnya.Ini berarti bahwa atom-atom oksigen
disebelah atas dari unit-unit tetrahedra mempunyai kelebihan valensi (negatif) sebesar
satu dan harus diseimbangkan. 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.
Jika ditinjau dari mineraloginya, lempung terdiri dari berbagai mineral penyusun,
antara lain mineral lempung (kaolinite, montmorillonite dan illite group) dan mineralmineral lain yang mempunyai ukuran sesuai dengan batasan yang ada (mika group,
serpentinite group).
a. Kaolinite.
Merupakan bagian dasar dari struktur ini adalah lembaran tunggal silika
tetrahedral yang digabung dengan satu lembaran alumina oktahedran (gibbsite)
membentuk satu unit dasar dengan tebal kira-kira 7,2 Å (1 Å=10-10 m) seperti yang
terlihat pada Gambar 2.9. hubungan antar unit dasar ditentukan oleh ikatan hidrogen dan
gaya bervalensi sekunder. Mineral kaolinite berwujud seperti lempengan-lempengan
tipis, masing-masing dengan diameter 1000 Å sampai 20000 Å dan ketebalan dari 100 Å
sampai 1000 Å dengan luasan spesifik per unit massa ± 15 m2/gr.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.9. Struktur kaolinite ( Das, 1988)
b. Montmorillonite
disebut juga 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. Karena struktur inilah 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 ditunjukkan Gambar 2.10 dibawah ini
sebagaimana dikutip (Das, 1988). Hubungan antara satuan unit diikat oleh ikatan gaya
Van der Walls, diantara ujung-ujung atas dari lembaran silika itu sangat lemah, maka
lapisan air (n.H2O) dengan kation yang dapat bertukar dengan mudah menyusup dan
memperlemah ikatan antar satuan susunan kristal mengakibatkan antar lapisan terpisah.
Ukuran unit massa sangat besar, dapat menyerap air dengan sangat kuat, mudah
mengalami proses pengembangan.
Gambar 2.10. Struktur montmorillonite ( Das, 1994)
Universitas Sumatera Utara
c. Illite.
Mineral illite mempunyai hubungan dengan mika biasa, sehingga dinamakan pula
hidrat-mika. Illite memiliki formasi struktur satuan kristal, tebal dan komposisi yang
hampir sama dengan montmorillonite. Perbedaannya ada pada :
•
Pengikatan antar unit kristal terdapat pada kalium (K) yang berfungsi sebagai
penyeimbang muatan, sekaligus sebagai pengikat. Terdapat ± 20 % pergantian
silikon (Si) oleh aluminium (Al) pada lempeng tetrahedral.
•
Struktur mineralnya tidak mengembang sebagaimana montmorillonite Gambar
satuan unit illite seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.11 berikut ini.
Gambar 2.11. Struktur illite ( Das, 1994)
Substitusi dari kation-kation yang berbeda pada lembaran oktahedral akan
mengakibatkan mineral lempung yang berbeda pula. Apabila ion-ion yang disubstitusikan
mempunyai ukuran yang sama disebut ishomorphous. 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.
Universitas Sumatera Utara
2.2.3 Interaksi air dan mineral dalam fenomena tanah lempung
Tanah lempung mengandung muatan elektro negatif pada permukaannya. Muatan
elektro negatif ini mengakibatkan kemungkinan terjadinya reaksi pertukaran kation., yang
mana muatan ini merupakan hasil satu atau lebih dari beberapa reaksi yang berbeda.
Pada mineral lempung yang kering, muatan negatif yang terdapat di
permukaannya dinetralkan oleh kation-kation lain yang mengelilingi partikel tersebut
secara exchange able cation akibat adanya perbedaan kekuatan muatan dan gaya tarikmenarik elektrostatik Van der Waals. Akibat kemungkinan adanya perbedaan kekuatan
muatan di sekeliling kation tersebut dapat saling mendesak dan bertukar posisi.
Kemampuan dari kation-kation tersebut untuk mendesak dapat dilihat dari
besarnya potensi mendesak sesuai urutan berikut:
Al+++ >> Ca++ > Mg++ >> NH4+ > K+ > H+ > Na+ Li+
Dari reaksi di atas disimpulkan Kation Li+ tidak dapat mendesak kation lain yang
berada dikirinya. Molekul air merupakan molekul dipolar karena atom Hidrogen tidak
tersusun simetris disekitar atom oksigen, melainkan membentuk sudut ikatan 105o
akibatnya molekul-molekul air berperilaku seperti batang-batang kecil yang mempunyai
muatan positif disatu sisi dan muatan negatif disisi lain.Sifat dipolar tersebut dapat dilihat
pada Gambar 2.12.
Gambar 2.12 Sifat dipolar molekul air (Das, 1994)
Universitas Sumatera Utara
Interaksi antara molekul-molekul air dengan partikel lempung dapat melalui tiga
proses yaitu :
1. Kutub positif molekul dipolar air akan saling menarik dengan muatan negatif
permukaan partikel lempung.
2. Molekul air diikat oleh partikel lempung melalui ikatan Hidrogen (Hidrogen air
ditarik oksigen atau hidroksil lain yang ada pada permukaan partikel lempung).
Proses ketiga, penarikan molekul air oleh muatan negatif permukaan empung
secara berantai melalui kation yang mengapung dalam larutan air. Faktor paling
dominan adalah proses ikatan hidrogen.
Jumlah molekul air yang berinteraksi dengan permukaan lempung akan sangat
dipengaruhi oleh jenis mineral yang ada yaitu pada nilai luasan permukaan spesifiknya
(specific surface). Besarnya molekul air yang ditarik untuk membentuk lapisan Rangkap
(Diffuse Double Layer). dipengaruhi oleh luas permukaan lempung. Kemampuan mineral
lempung menarik molekul air atau menunjukkan kapasitas perilaku plastis tanah
lempung.
2.2.4 Serbuk kaca
Kaca merupakan benda yang sangat sering kita jumpai dan kita gunakan sehari
hari, sehingga sangat banyak sekali limbah bekas dari kaca, limbah kaca juga sudah
sangat banyak di daur ulang untuk keperluan komersil baik untuk produk- produk
makanan , minuman dan produk lainnya. Namun apabila kaca yang kita jumpai sudah
tidak dalam keadaan utuh lagi misalnya saja, pecahan dari kaca jendela, gelas, kaca
mobil, kaca aquarium dan lainnya, membuat proses daur ulang dari benda ini akan sangat
sulit, dan bahkan bekas dari pecahan ini akan dibuang begitu saja.
Universitas Sumatera Utara
Berdasarkan kondisi tersebut. maka dicoba untuk melakukan penelitian urrtuk
memanfaatkan limbah tersebut menjadi bahan yang bermanfaat di bidang konstruksi
dalam hal ini sebagai bahan stabilisasi tanah lempung. Selain itu kaca yang juga
mengandung silika (sebagai perekat) diharapkan dapat membantu proses stabilisasi dari
sampel tanah lempung yang akan diuji. Dimana serbuk dari kaca yang digunakan dalam
penelitian ini harus sudah lolos ayakan no.200.
Bubuk kaca mempunyai kelebihan dibandingkan dengan bahan pengisi pori yang
lainnya (Dian, 2011 dalam Andriyani Y. dan Nursyamsi, 2015), yaitu:
1. mempunyai sifat tidak menyerap air (zero water absorption),
2. kekerasan dari gelas menjadikan beton tahan terhadap abrasi yang hanya dapat
dicapai oleh sedikit agregat alami,
3. bubuk kaca/serbuk kaca memperbaiki kandungan dari beton segar sehingga
kekuatan yang tinggi dapat dicapai tanpa penggunaan superplasticizer,
4. bubuk kaca/serbuk kaca yang baik mempunyai sifat pozzoland sehingga dapat
berfungsi sebagai pengganti semen dan filler.
2.2.5 Kandungan dalam kaca
Penelitian ini menggunakan,
kaca dari jenis botolminuman bekas,
yang di
hancurkan dengan menggunakan mesin pemecah batu emas (galundung) di kota
Panyabungan, Kabupaten Mandailing natal. Dan diayak sehingga lolos ayakan No. 200,
di laboratorium mekanika tanah, Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas
Sumatera Utara.
Tabel 2.6 Kandungan kaca dalam persen (Andriyani dan Nursyamsi 2015)
Universitas Sumatera Utara
Jenis Kaca
Clear Glass
Amber Glass
Green Glass
Pyrex Glass
Fused Silica
SiO2
73,2 – 73,5
71,0 – 72,4
71,27
81
99,87
Al2O3
1,7 – 1,9
1,7 – 1,8
2,22
2
-
Na2O+K2O
13,6 – 14,1
13,8 – 14,4
13,06
4
-
CaO+MgO
10,7 – 10,8
11,6
12,17
-
-
SO3
0,2 – 0,24
0,12 – 0,14
0,052
-
-
Fe2O3
0,04 – 0,05
0,3
0,599
3,72
-
Cr2O3
-
0,01
0,43
12,0 – 13,0
-
2.2.6 Gypsum
Secara umum gypsum dituliskan dengan rumus kimia sebagai (CaSO4 (2H2O)).
Gypsum merupakan mineral terbanyak dalam batuan sedimen lunak bila murni.
Merupakan bahan baku yang dapat diolah menjadi kapur tulis, ataupun bahan bahan
bagunan. Adapun kandungan dari persentase bahan kimia gypsum ada pada Tabel 2.7
berikut:
Tabel 2.7 Komposisi kimia gypsum (Surya, A. F. 2014)
No.
Senyawa
Persentase
1
Calcium (Ca)
23,28 %
2
Hidrogen (H)
2,34 %
Universitas Sumatera Utara
3
Calcium Oksida (CaO)
32,57 %
4
Air (H2O)
20,93 %
5
Sulfur (S)
18,62 %
Gypsum digunakan untuk pembuatan bangunan plester, papan dinding, ubin,
sebagai penyerap untuk bahan-kimia, sebagai pigmen cat dan perluasan, dan untuk
pelapisan kertas.Gypsum californiaalami, berisi 15% - 20% belerang, digunakan untuk
memproduksi ammonium sulfate untuk pupuk. Gypsum juga digunakan untuk membuat
asam belerang dengan pemanasan sampai 2000o F (1093oC) dalam permukaan
tertentu.Resultan calsium sulfida bereaksi untuk menghasilkan kapur perekat dan
sulfuricacid.Sedangkan gypsum mentah bisa digunakan untuk campuran Portland
Cemen.
Sekarang ini gypsum banyak digunakan pada hiasan bangunan, bahan dasar
pembuat semen, pengisi (filler) cat, bahan pembuat pupuk (fertilizer) dan berbagai
macam keperluan lainnya. Keuntungan penggunaan gypsum dalam pekerjaan teknik sipil
yaitu:
a. Gypsum yang dicampur lempung dapat mengurangi retak karena sodium pada
tanah tergantikan oleh kalsium pada gypsum sehingga pengembangannya lebih
kecil.
b. Gypsum dapat meningkatkan stabilitas tanah organik karena mengandung
kalsium yang mengikat tanah bermateri organik terhadap lempung yang
memberikan stabilitas terhadap agregat tanah.
Universitas Sumatera Utara
c. Gypsum meningkatkan kecepatan rembesan air, dikarenakan gypsum lebih
menyerap banyak air.
Gypsum sebagai perekat mineral mempunyai sifat yang lebih baik dibandingkan
dengan perekat organik karena tidak menimbulkan pencemaran udara, murah, tahan api,
tahan deteriorasi oleh faktor biologis dan tahan terhadap zat kimia (Purwadi, 1993).
Saat ini gypsum sebagai bahan bangunan digunakan untuk membuat papan
gypsum dan profil pengganti eternit asbes. Papan gypsum profil adalah salah satu produk
jadi setelah material gypsum diolah melalui proses pabrikasi menjadi tepung. Papan
gypsum profil digunakan sebagai salah satu elemen dari dinding partisi dan plafon.
2.3 Stabilisasi tanah
Stabilisasi tanah merupakan suatu upaya untuk memperkuat atau menambahkan
kapasitas dukung tanah agar tanah tersebut sesuai dengan persyaratan dan memiliki mutu
yang baik.
Tanah lempung merupakam salah satu jenis tanah yang sering dilakukan proses
stabilisasi. Hal ini disebabkan sifat lunak plastis dan kohesif pada tanah lempung disaat
basah.Sehingga menyebabkan perubahan volume yang besar karena pengaruh air dan
menyebabkan tanah mengembang dan menyusut dalam jangka waktu yang relatif cepat.
Sifat inilah yang menjadi alasan perlunya dilakukan proses stabilisasi agar sifat tersebut
diperbaiki sehingga dapat meningkatkan daya dukung tanah tersebut.
Stabilisator yang sering digunakan yakni semen, kapur, gypsum, abu sekam padi,
abu cangkak sawit, abu ampas tebu, fly ash, bitumen dan bahan-bahan lainnya. Kelebihan
stabilisasi dengan menggunakan bahan tambahan (admixture) adalah sebagai berikut:
a. Meningkatkan kekuatan
b. Mengurangi deformabilitas
Universitas Sumatera Utara
c. Menjaga stabilitas volume
d. Mengurangi permeabilitas
e. Mengurangi erodibilitas
f. Meningkatkan durabilitas
2.4 Review Penelitian Stabilisasi Tanah Lempung
Adapun tugas akhir saya didasari oleh 3 (tiga) penelitian :
1. ” Pengaruh penambahan serbuk gypsum dengan lamanyaWaktu pengeraman
(curing) terhadap karakteristik Tanah lempung ekspansif di bojonegoro” oleh
Kurniawan, dkk, (2014). Dari Hasil pengujian diperoleh Dengan penambahan
bahan campuran berupa serbuk gypsum, Presentase gypsum yang digunakan
adalah 4%, 6%, 8% dan 10%. dari berat kering tanah. nilai specificgravity dan
nilai plastic limit mengalami peningkatan dibandingkan dengan tanah asli dengan
nilai peningkatan masing-masing yaitu 1,592% dan19,257%. Sedangkan untuk
nilai liquid limit serta indeks plastisitas mengalami penurunan dibandingkan
dengan tanah asli dengan nilai penurunan masing-masing yaitu 41,595% dan
89,862%.
2. “UCS Tanah Lempung Ekspansif Yang Distabilisasi Dengan Abu Ampas Tebu
dan Kapur” oleh Hatmoko dan Lulie,( 2007). Penelitian ini menggunakan abu
ampas tebu dengan persentase 2,5;5;7,5;10;12,5; dan 15% dan kadar kapur dengan
persentase 2,4,6,8,dan 10 %. Potensi pengembangan turun dari 12% pada tanah
asli menjadi 1,12% pada tanah dengan kadar kapur 10%. Dengan naiknya kadar
abu ampas tebu , kuat tekan bebas selalu naik sampai dengan kadar abu 10%
dengan prosentase kenaikan 43,84% kemudian menurun pada kadar abu yang
lebih tinggi 12,5% (31,54%) dan 15% (27,49%). Dengan bertambahnya waktu
Universitas Sumatera Utara
pemeraman kuat tekan bebas tanah + kapur + abu selalu mengalami kenaikan kuat
tekan bebas.
3.
“Kajian Kuat Tekan Bebas Pada Tanah Lempung Yang Distabilisasi Dengan
Abu Ampas Tebu Dan Semen” oleh Rezki, (2014). Penelitian ini menggunakan
campuran abu ampas tebu dan semen dengan perbandingan 2%PC + 0% AAT ;
2% PC + 2% AAT ; 2% PC + 3%AAT ; 2 %PC + 4%AAT ; 2% PC + 5%AAT ; 2
%PC + 6%AAT ; 2 %PC + 7%AAT ; 2 %PC + 8%AAT ; 2% PC + 9% AAT ; 2
%PC + 10%AAT ; 2 %PC + 11%AAT ; 2% PC + 12% AAT ; 2 %PC +
13%AAT ; 2% PC + 14%AAT ; 2% PC + 15% AAT, dengan jenis tanah CL
(clay-low plasticity). Penurunan batas cair dan indeks plastis terbesar terdapat
pada campuran 2% PC + 15% AAT, dimana batas cair (LL) menjadi 20,71 dan
indeks plastisitas 7,04. Berat isi kering maksimum tertinggi pada variasi campuran
2% PC + 9% AAT yaitu sebesar 1,65 gr/cm³ . Pada sampel tanah campuran semen
dan abu ampas tebu, naiknya kadar abu ampas tebu berbanding lurus dengan kuat
tekan bebas. Kenaikan nilai kuat tekan (qu) terbesar terjadi pada kadar abu 12%
dengan nilai kuat tekan tanah (qu) 11,08 kg/cm², kemudian menurun atau konstan
pada kadar abu yang lebih tinggi 13-15%.
Universitas Sumatera Utara
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Tanah
Das (2008) mengatakan tanah merupakan material yang terdiri dari agregat
(butiran) mineral padat dengan zat cair, yang membentuk sistem tiga, seperti yang terlihat
pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1 Diagram fase tanah
Gambar 2.1 (a) memperlihatkan elemen tanah yang mempunyai volume V dan
berat total W, sedangkan Gambar 2.1 (b) memperlihatkan hubungan berat dan volumenya.
Dari gambar tersebut dapat dibentuk persamaan berikut :
? =?
?
+?
?
+?
?
(2.1)
? ? =0
sehingga persamaan (2.1) menjadi
? =? ? + ?
?
(2.2)
dan
? =? ? + ? ? + ? ?
(2.3)
? ? =? ? + ? ?
(2.4)
Universitas Sumatera Utara
dimana :
?
?
= Berat butiran padat (gr)
?
?
= Berat air (gr)
??
= Volume butiran padat (cm3)
??
= Volume air dalam porin (cm3)
??
= Volume udara (cm3)
2.1.1 Sifat-sifat fisik tanah
2.1.1.1 Kadar air (Moisture water content)
Kadar air (? ) adalah persentase perbandingan berat air (?
?
) dengan berat butiran
(? ?) dalam tanah. Kadar air tanah (? ?) dapat dinyatakan dalam persamaan:
? (%) =
? 100
(2.5)
2.1.1.2 Derajat kejenuhan (S)
Derajat Kejenuhan (?) dapat didefinisikan sebagai perbandingan antara volume air
(? ? ) dengan volume total rongga pori tanah (? ? ). Bila tanah dalam keadaan jenuh nilai
derajat kejenuhannya = 1 (100%), dan untuk tanah kering nilai derajat kejenuhannya =
0.Kejenuhan suatu tanah (?) dapat dinyatakan dalam persamaan berikut :
? (%) = ? ? / ? ? ? 100
(2.6)
2.1.1.3 Angka pori (Void ratio)
Universitas Sumatera Utara
Angka Pori (?) adalah perbandingan antara volume rongga (? ? ) dengan volume
butiran (? ?) dalam tanah tersebut yang dinyatakan dalam satuan desimal. Angka Pori
tanah (?) dapat dinyatakan dalam persamaan :
? = Vv / ? ?
(2.7)
2.1.1.4 Porositas (Porocity)
Porositas (? ) adalah perbandingan antara volume pori (? ? ) dengan volume total
tanah (? ) dalam tanah tersebut yang dinyatakan dalam satuan persen maupun dalam
bentuk desimal. Porositas tanah (? ) dapat dinyatakan dalam persamaan :
? = ? ? /? ? 100
(2.8)
Hubungan antara angka pori dengan porositas dapat dilihat pada persamaan berikut:
?= ? / (1−? )
(2.9)
? = ? / (1+?)
(2.10)
2.1.1.5 Berat volume basah (Wet volume weight)
Berat Volume (? ? ) adalah perbandingan antara berat butiran tanah termasuk air
dan udara (? ) dengan volume total tanah (? ). Berat Volume Tanah (? ? ) dinyatakan
dalam persamaan berikut :
? ?= ? / ?
(2.11)
2.1.1.6 Berat volume kering (Dry volume weight)
Berat Volume Kering (? ? ) adalah perbandingan antara berat butiran tanah (? ?)
dengan volume total tanah (? ). Berat Volume Tanah (? ? ) dapat dinyatakan dalam
persamaan berikut :
?? = ?
?
/?
(2.12)
2.1.1.7 Berat volume butiran padat (Soil volume weight)
Universitas Sumatera Utara
Berat Volume Butiran Padat (? ?) adalah perbandingan antara berat butiran tanah
(? ?) dengan volume butiran tanah padat (? ?). Berat Volume Butiran Padat (? ?) dapat
dinyatakan dalam persamaan berikut:
? ?= ?
?
/ ??
(2.13)
2.1.1.8 Berat jenis (Specific gravity)
Berat Jenis Tanah (? ?) dapat didefinisikan sebagai perbandingan antara berat
volume butiran tanah (? ?) dengan berat volume air (? ? ) dengan isi yang sama pada
temperatur tertentu. Nilai suatu Berat jenis tanah tidak memiliki satuan (tidak
berdimensi). Berat jenis tanah (? ?) dapat dinyatakan dalam persamaan :
? ?= ? ? / ? ?
(2.14)
Adapun batas-batas besaran Berat Jenis Tanah dapat dilihat pada Tabel 2.1
Tabel 2.1 Berat jenis tanah (Hardiyatmo, 1992)
Jenis tanah
Berat jenis
Kerikil
2,65 - 2,68
Pasir
2,65 - 2,68
Lanau tak organic
2,62 - 2,68
Lempung organic
2,58 - 2,65
Lempung tak organic
2,68 - 2,75
Humus
1,37
Gambut
1,25 - 1,80
Batas-batas nilai dari Derajat Kejenuhan tanah dapat dilihat pada Tabel 2.2.
Tabel 2.2 Derajat kejenuhan dan kondisi tanah (Hardiyatmo, 1992)
Keadaan tanah
Derajat kejenuhan
Tanah kering
0
Universitas Sumatera Utara
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
2.1.1.9 Batas-batas atterberg (Atterberg limit)
Kedudukan fisik tanah berbutir halus pada kadar air tertentu disebut konsistensi.
Batas-batas konsistensi tanah berbutir halus tersebut adalah batas cair, batas plastis, batas
susut.
Masalah pada tanah yang penting untuk diperhatikan adalah pengaruh
penambahan kadar air terhadap sifat-sifat mekanis tanahnya, seperti contoh jika kita
mencampurkan suatu sampel tanah dengan air hingga mencapai keadaan cair, maka lama
kelamaan campuran tersebut akan mengering sedikit demi sedikit sehingga sampel tanah
akan melalui beberapa keadaan tertentu dari keadaan cair sampai keadaan padat
Penjelasan mengenai batas-batas konsistensi dapat dijabarkan sebagai berikut :
.
Gambar 2.2 Batas batas Atterberg
a. Batas cair (Liquid Limit)
Batas cair adalah kadar air tanah pada batas antara keadaan cair dan keadaan
plastis. Batas cair ditentukan melaui pengujian Casagrande (1948). Tanah yang sudah
Universitas Sumatera Utara
dicampur dengan air diletakkan pada mangkuk Casagrande yang kemudian sampel tanah
dibelah dengan membuat alur di tengah-tengah menggunakan alat yang disebut Groving
tool. Kemudian dilakukan pemukulan dengan cara engkol dinaikkan dan sampai mangkuk
menyentuh dasar sampel, sambil dilakukan perhitungan ketukan sampai tanah yang
dibelah tadi berhimpit. Pemukulan dilakukan pada kadar air yang berbeda dan banyaknya
jumlah pukulan dihitung untuk masing-masing kadar air. Dengan demikian dapat dibuat
grafik hubungan antara kadar air dengan jumlah pukulan, sehingga diperoleh kadar air
pada pukulan tertentu. Untuk lebih jelasnya, alat uji batas cair dapat dilihat pada Gambar
2.3.
Gambar 2.3 Alat uji batas cair
b. Batas plastis (Plastic limit)
Batas plastis (plastic limit) adalah kadar air pada batas bawah daerah plastis atau
kadar air minimum dimana tanah dapat digulung-gulung sampai diameter 3,1 mm (1/8
inchi). Penentuan kadar air ini dilakukan dengan cara melakukan pengguliran pada
sampel tanah di atas plat kaca hingga diameter tanah mencapai 3,1 mm. Apabilaa tanah
mulai retak atau pecah pada saat diameternya mencapai 3,1 mm, maka kadar air tanah itu
adalah batas plastis.
Indeks plastisitas adalah selisih antara batas cair dan batas plastis. Adapun
rumusan dalam menghitung besaran nilai indeks plastisitas adalah sesuai dengan
persamaan 2.14, seperti yang ditunjukkan pada rumusan dibawah ini:
Universitas Sumatera Utara
(2.15)
PI = LL – PL
Klasifikasi jenis tanah berdasarkan besar indeks plastisitasnya ditunjukkan pada
Tabel berikut ini:
PI
Tabel 2.3 Indeks plastisitas tanah (Hardiyatmo, 1992)
Sifat
Jenis tanah
Kohesi
0
Non – Plastis
Pasir
Non – Kohesif
17
Plastisitas Tinggi
Kohesif
Lempung
Kohesif
c. Batas susut (Shrinkage Limit)
Batas susut adalah kadar air atau batas dimana tanah yang dalam keadaan jenuh
dan sudah kering tidak akan mengalami penyusutan lagi meskipun dikeringkan secara
terus menerus. Batas susut juga dapat diartikan batas dimana meskipun tanah benar-benar
telah kehilangan kadar airnya, tidak akan menyebabkan penyusutan volume tanah. Batas
susut dapat dinyatakan dalam persamaan
(2.16)
dengan :
? 1 = berat tanah basah dalam cawan percobaan (gr)
? 2 = berat tanah kering oven (gr)
? 1 = volume tanah basah dalam cawan (?? 3)
? 2 = volume tanah kering oven (?? 3)
? ? = berat jenis air
2.1.2 Klasifikasi tanah
Universitas Sumatera Utara
Kebanyakan klasifikasi tanah menggunakan indeks tipe pengujian yang sangat
sederhana untuk menentukan karakteristik tanahnya.Karakteristik tersebut digunakan
untuk menentukan kelompok klasifikasinya.Umumnya klasifikasi tanah didasarkan atas
ukuran partikel yang diperoleh dari analisa saringan dan plastisitasnya.Sekarang, terdapat
dua sistem klasifikasi yang dapat digunakan yaitu Unified Soil Classification System dan
AASHTO.
2.1.2.1 Sistem klasifikasi unified
Klasifikasi berdasarkan Unified System (Das, 1994), tanah dikelompokkan
menjadi :
1. Tanah butir kasar (coarse-grained-soil) yaitu tanah kerikil dan pasir dimana kurang
dari 50% berat total contoh tanah lolos ayakan no.200. Simbol dari kelompok ini dimulai
dengan huruf awal G atau S. G adalah untuk kerikil (gravel) atau tanah berkerikil, dan S
adalah untuk pasir (sand) atau tanah berpasir.
2. Tanah berbutir halus (fine-grained-soil) yaitu tanah dimana lebih
dari 50 % berat total contoh tanah lolos ayakan no.200. Simbol dari kelompok ini dimulai
dengan huruf awal M untuk lanau (silt) anorganik, C untuk lempung (clay) anorganik,
dan O untuk lanau organik dan lempung organik. Simbol PT digunakan untuk tanah
gambut (peat), muck, dan tanah-tanah lain dengan kadar organik yang tinggi. Tanah
berbutir kasar ditandai dengan simbol kelompok seperti : GW, GP, GM, GC, SW, SP, SM
dan SC. Untuk klasifikasi yang benar, perlu memperhatikan faktor-faktor berikut ini :
1. Persentase butiran yang lolos ayakan no.200 (fraksi halus).
2. Persentase fraksi kasar yang lolos ayakan no.40.
3. Koefisien keseragaman (Uniformity coefficient, Cu )dan koefisien gradasi
(gradation coefficient, Cc ) untuk tanah dimana 0-12% lolos ayakan no.200.
Universitas Sumatera Utara
4. Batas cair (LL) dan Indeks Plastisitas (PI) bagian tanah yang lolos ayakan no.40
(untuk tanah dimana 5% atau lebih lolos ayakan no.200).
Gambar 2.4. Klasifikasi tanah sistem Unified (Das, 1994)
Universitas Sumatera Utara
2.1.2.2 Sistem klasifikasi AASHTO
Sistem AASHTO (American Association of State Highway Transportation
Official) berguna untuk menentukan kualitas tanah guna perencanaan timbunan jalan,
subbase dan subgrade.Sistem AASHTO membagi tanah ke dalam 7 kelompok, A-1
sampai dengan A-7. Penentuan klasifikasi ini terlebih dahulu membutuhkan data-data
sebagai berikut :
1. Analisis ukuran butiran.
2. Batas cair dan batas plastis dan Ip yang dihitung.
3. Batas susut.
2.1.2 Pengujian Sifat-sifat Mekanis Tanah
2.1.2.1 Pemadatan Tanah (Compaction)
Pemadatan adalah suatu proses dimana udara pada pori-pori tanah dikeluarkan
dengan salah satu cara mekanis atau suatu proses berkurangnya volume tanah akibat
adanya energi mekanis, pengaruh kadar air dan gradasi butiran.
Gambar 2.5. Klasifikasi tanah sistem AASHTO
Untuk setiap daya pemadatan tertentu kepadatan yang tercapai tergantung pada
banyaknya air didalam tanah tersebut yang disebut kadar air. Tingkat pemadatan tanah
diukur dari berat volume kering tanah yang dipadatkan. Air dalam pori tanah berfungsi
sebagai unsur pembasah (pelumas) tanah, sehingga butiran tanah tersebut lebih mudah
bergerak atau bergeser satu sama lain dan membentuk kedudukan yang lebih padat atau
rapat.
Universitas Sumatera Utara
Peristiwa bertambahnya berat volume kering oleh beban dinamis disebut dengan
pemadatan. Pemadatan tanah dapat 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. Namun
tanah lanau sangat sulit dipadatkan bila dalam keadaan basah karena permeabilitasnya
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. Lempung padat mempunyai permeabilitas yang rendah dan tanah
ini tidak dapat dipadatkan dengan baik dalam kondisi basah.
Derajat kepadatan tanah diukur dari berat volume keringnya. Hubungan berat
volume kering (? ? ) dengan berat volume basah (? ? ) dan kadar air (%) dinyatakan dalam
persamaan:
? ? = ? ? / (1 + ? )
(2.16)
Di lapangan biasanya dengan cara menggilas menggunakan peralatan mekanis
seperti roller, sedangkan di laboratorium dengan cara memukul. Dalam pengujian di
laboratorium alat pemadatan berupa silinder mould yang mempunyai volume 9,44 x 10−4
? 3. Tanah dipadatkan di dalam mould dengan menggunakan penumbuk dengan berat 2,5
kg dengan tinggi jatuh 30,5 cm. Tanah dipadatkan dalam 3 lapisan (standart proctor) dan
5 lapisan (modified proctor) dengan pukulan sebanyak 25 kali pukulan.
Universitas Sumatera Utara
Proses ini dilakukan sebanyak lima kali pada sampel tanah dengan kadar air tanah
yang terus dinaikkan pada setiap proses. Dengan menggambarkan hubungan antara
kepadatan kering maksimum dengan kadar air, akan dihasilkan kurv seperti terlihat pada
Gambar 2.6.
Gambar 2.6 Hubungan antara kadar air dan berat isi kering tanah
2.1.3 Uji kuat tekan bebas ( Unconfined compression test )
Pada material tanah, parameter yang perlu ditinjau adalah kekuatan geser
tanahnya.Pengetahuan mengenai kekuatan geser diperlukan untuk menyelesaikan
masalah-masalahyang berkaitan dengan stabilisasi tanah.
Salah satu pengujian yang digunakan untuk mengetahui parameter kuat geser
tanah adalah uji kuat tekan bebas.Yang dimaksud dengan kekuatan tekan bebas adalah
besarnya beban aksial persatuan luas pada saat benda uji mengalami keruntuhan atau
pada saat regangan aksial mencapai 20 %. Percobaan kuat tekan bebas di laboratorium
dilakukan pada sampel tanah dalam keadaan asli maupun buatan (remoulded).
Universitas Sumatera Utara
Cara pengujian kuat tekan bebas ini memiliki perbedaan dengan uji triaksial,
dimana pada uji kuat tekan bebas tidak ada tegangan sel yaitu ? 3=0. Gambar skematik
dari prinsip pembebanan dalam percobaan ini dapat dilihat pada Gambar 2.7.
Gambar 2.7.Skema uji tekan bebas
Pembebanan pada sampel tanah berasal dari tekanan aksial satu arah (? 1) yang
diangsur-angsur bertambah sampai benda uji mengalami keruntuhan.Hubungan
konsistensi dengan kuat tekan bebas dapat dilihat pada Tabel 2.4.
Tabel 2.4 Klasifikasi tanah berdasarkan nilai kuat tekan bebas (Das, 1994)
Tekanan aksial yang bekerja pada tanah dapat dituliskan kedalam persamaan
berikut :
?= ? / ?
(2.17)
Universitas Sumatera Utara
dengan :
P = gaya beban yang bekerja
A = Luas penampang tanah
Kuat geser tanah dari tekanan aksial yang ada dapat dituliskan ke dalam
persamaan berikut :
?? = (? 1+ ? 3) / 2 = ? 1 / 2 = ? ? / 2
(2.18)
dengan :
?? = kekuatan geser undrained (undrained shear strength)
? 3=0
qu= unconfined compressive strength.
2.1.4 Sensitifitas tanah lempung
Uji tekan bebas ini dilakukan pada sampel tanah asli (undisturbed) dan sampel
tanah tidak asli (remoulded) lalu diukur kemampuan masing-masing sampel terhadap
kuat tekan bebas. Dari nilai kuat tekan maksimum yang dapat diterima pada masingmasing sampel dapat diperoleh nilai sensitifitas tanah.Nilai sensitifitas berguna untuk
mengukur bagaimana perilaku tanah jika mengalami gangguan yang diberikan dari luar.
Pada tanah-tanah lempung yang terdeposisi (terendapkan) secara alamiah dapat
diamati bahwa kekuatan tekanan tak tersekap berkurang banyak, bila tanah tersebut
diujiulang lagi setelah tanah tersebut menderita kerusakan struktural (remoulded) tanpa
adanya perubahan dari kadar air, sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 2.8.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.8 Kuat tekan tanah asli dan tanah remoulded
Sifat berkurangnya kekuatan tanah akibat adanya kerusakan struktural tanah
tersebut disebut kesensitifan (sensitivity). Tingkat kesensitifan dapat ditentukan sebagai
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:
? ?= (? ? ? ???) / (? ? ? ??? ?? ? ? ? )
(2.19)
dengan :
St = kesensitifan
Ada beberapa jenis tanah lempung tertentu yang akibat kerusakan tersebut dapat
tiba-tiba berubah menjadi cair.Tanah-tanah seperti itu sebagian besar dijumpai di daerah
Amerika Utara dan daerah semenanjung Skandinavia yang dulunya tertutup es.Tanahtanah lempung seperti ini biasa dinamai sebagai quick clays.
Karena beberapa jenis lempung mempunyai sifat sensitif terhadap gangguan yang
berbeda-beda, maka perlu diadakan pengelompokan yang berhubungan dengan sifat
sensitifnya.Klasifikasi secara umum dapat dilihat pada Tabel 2.5.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.5 Klasifikasi tanah berdasarkan sensitivity (Hardiyatmo, 1992)
Sifat
Nilai Sensitivity
64
Quick
2.2 Bahan-bahan penelitian
2.2.1 Tanah lempung
Beberapa definisi tanah lempung dari beberapa ahli antara lain:
1. Das (1988) mendefinisikan bahwa tanah lempung merupakan tanah dengan ukuran
mikrokronis sampai dengan sub-mikrokronis yang berasal dari pelapukan unsur-unsur
kimiawi penyusun batuan. Tanah lempung sangat keras dalam keadaan kering dan
bersifat plastis pada kadar air sedang. Pada keadaan air lebih tinggi lempung bersifat
lengket (kohesif) dan sangat lunak.
2. Terzaghi (1987) mendefinisikan bahwa tanah lempung merupakan tanah dengan
ukuran mikrokonis sampai dengan submikrokonis yang berasal dari pelapukan unsurunsur kimiawi penyusun batuan. Tanah lempung sangat keras dalam keadaan kering, dan
tak mudahterkelupas hanya dengan jari tangan. Permeabilitas lempung sangat rendah,
bersifat plastis pada kadar air sedang. Sedangkan pada keadaan air yang lebih tinggi tanah
lempung akan bersifat lengket (kohesif) dan sangat lunak.
Universitas Sumatera Utara
3. Bowles (1986) mendefinisikan bahwa tanah lempung sebagai deposit yang mempunyai
partikel yang berukuran kecil atau sama dengan 0,002 mm dalam jumlah lebih dari 50 %.
2.2.2 Struktur mineral lempung
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. Kohesif memiliki pengertian bahwa pada keadaan basah tanah
memiliki kemampuan gaya tarik-menarik yang besar di antara partikel-partikel tanahnya
sehingga melekat satu sama lain.
Mineral lempung merupakan pelapukan akibat reaksi kimia yang menghasilkan
susunan kelompok partikel berukuran koloid dengan diameter butiran lebih kecil dari
0,002 mm. Holtz & Kovacs (1981) menerangkan satuan struktur dasar dari mineral
lempung terdiri dari Silica Tetrahedra dan Alumina Oktahedra.
Satuan-satuan dasar tersebut bersatu membentuk struktur lembaran.Jenis-jenis
mineral lempung tergantung dari kombinasi susunan satuan struktur dasar atau tumpukan
lembaran serta macam ikatan antara masing-masing lembaran.
Silika Tetrahedra pada dasarnya merupakan kombinasi dari satuan Silika
Tetrahedra yang terdiri dari satu atom silicon yang dikelilingi pada sudutnya oleh empat
buah atom Oksigen.Kombinasi dari unit-unit silica tetrahedra tersebut membentuk
lembaran silika (silica sheet).
Sedangkan Aluminium Oktahedra merupakan kombinasi dari satuan yang terdiri
dari satu atom Alumina yang dikelilingi oleh atom Hidroksil pada keenam
sisinya.Kombinasi dari unit-unit alimunium oktahedra membentuk lembaran gibbsite
(gibbsite sheet).
Universitas Sumatera Utara
Pada sebuah lembaran silika, setiap atom silikon yang bermuatan positif dan
bervalensi empat daihubungkan dengan empat atom oksigen yang bermuatan negatif
dengan valensi total delapan.Tetapi setiap atom oksigen pada dasar tetrahedral itu
dihubungkan dengan dua atom silikon lainnya.Ini berarti bahwa atom-atom oksigen
disebelah atas dari unit-unit tetrahedra mempunyai kelebihan valensi (negatif) sebesar
satu dan harus diseimbangkan. 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.
Jika ditinjau dari mineraloginya, lempung terdiri dari berbagai mineral penyusun,
antara lain mineral lempung (kaolinite, montmorillonite dan illite group) dan mineralmineral lain yang mempunyai ukuran sesuai dengan batasan yang ada (mika group,
serpentinite group).
a. Kaolinite.
Merupakan bagian dasar dari struktur ini adalah lembaran tunggal silika
tetrahedral yang digabung dengan satu lembaran alumina oktahedran (gibbsite)
membentuk satu unit dasar dengan tebal kira-kira 7,2 Å (1 Å=10-10 m) seperti yang
terlihat pada Gambar 2.9. hubungan antar unit dasar ditentukan oleh ikatan hidrogen dan
gaya bervalensi sekunder. Mineral kaolinite berwujud seperti lempengan-lempengan
tipis, masing-masing dengan diameter 1000 Å sampai 20000 Å dan ketebalan dari 100 Å
sampai 1000 Å dengan luasan spesifik per unit massa ± 15 m2/gr.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.9. Struktur kaolinite ( Das, 1988)
b. Montmorillonite
disebut juga 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. Karena struktur inilah 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 ditunjukkan Gambar 2.10 dibawah ini
sebagaimana dikutip (Das, 1988). Hubungan antara satuan unit diikat oleh ikatan gaya
Van der Walls, diantara ujung-ujung atas dari lembaran silika itu sangat lemah, maka
lapisan air (n.H2O) dengan kation yang dapat bertukar dengan mudah menyusup dan
memperlemah ikatan antar satuan susunan kristal mengakibatkan antar lapisan terpisah.
Ukuran unit massa sangat besar, dapat menyerap air dengan sangat kuat, mudah
mengalami proses pengembangan.
Gambar 2.10. Struktur montmorillonite ( Das, 1994)
Universitas Sumatera Utara
c. Illite.
Mineral illite mempunyai hubungan dengan mika biasa, sehingga dinamakan pula
hidrat-mika. Illite memiliki formasi struktur satuan kristal, tebal dan komposisi yang
hampir sama dengan montmorillonite. Perbedaannya ada pada :
•
Pengikatan antar unit kristal terdapat pada kalium (K) yang berfungsi sebagai
penyeimbang muatan, sekaligus sebagai pengikat. Terdapat ± 20 % pergantian
silikon (Si) oleh aluminium (Al) pada lempeng tetrahedral.
•
Struktur mineralnya tidak mengembang sebagaimana montmorillonite Gambar
satuan unit illite seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.11 berikut ini.
Gambar 2.11. Struktur illite ( Das, 1994)
Substitusi dari kation-kation yang berbeda pada lembaran oktahedral akan
mengakibatkan mineral lempung yang berbeda pula. Apabila ion-ion yang disubstitusikan
mempunyai ukuran yang sama disebut ishomorphous. 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.
Universitas Sumatera Utara
2.2.3 Interaksi air dan mineral dalam fenomena tanah lempung
Tanah lempung mengandung muatan elektro negatif pada permukaannya. Muatan
elektro negatif ini mengakibatkan kemungkinan terjadinya reaksi pertukaran kation., yang
mana muatan ini merupakan hasil satu atau lebih dari beberapa reaksi yang berbeda.
Pada mineral lempung yang kering, muatan negatif yang terdapat di
permukaannya dinetralkan oleh kation-kation lain yang mengelilingi partikel tersebut
secara exchange able cation akibat adanya perbedaan kekuatan muatan dan gaya tarikmenarik elektrostatik Van der Waals. Akibat kemungkinan adanya perbedaan kekuatan
muatan di sekeliling kation tersebut dapat saling mendesak dan bertukar posisi.
Kemampuan dari kation-kation tersebut untuk mendesak dapat dilihat dari
besarnya potensi mendesak sesuai urutan berikut:
Al+++ >> Ca++ > Mg++ >> NH4+ > K+ > H+ > Na+ Li+
Dari reaksi di atas disimpulkan Kation Li+ tidak dapat mendesak kation lain yang
berada dikirinya. Molekul air merupakan molekul dipolar karena atom Hidrogen tidak
tersusun simetris disekitar atom oksigen, melainkan membentuk sudut ikatan 105o
akibatnya molekul-molekul air berperilaku seperti batang-batang kecil yang mempunyai
muatan positif disatu sisi dan muatan negatif disisi lain.Sifat dipolar tersebut dapat dilihat
pada Gambar 2.12.
Gambar 2.12 Sifat dipolar molekul air (Das, 1994)
Universitas Sumatera Utara
Interaksi antara molekul-molekul air dengan partikel lempung dapat melalui tiga
proses yaitu :
1. Kutub positif molekul dipolar air akan saling menarik dengan muatan negatif
permukaan partikel lempung.
2. Molekul air diikat oleh partikel lempung melalui ikatan Hidrogen (Hidrogen air
ditarik oksigen atau hidroksil lain yang ada pada permukaan partikel lempung).
Proses ketiga, penarikan molekul air oleh muatan negatif permukaan empung
secara berantai melalui kation yang mengapung dalam larutan air. Faktor paling
dominan adalah proses ikatan hidrogen.
Jumlah molekul air yang berinteraksi dengan permukaan lempung akan sangat
dipengaruhi oleh jenis mineral yang ada yaitu pada nilai luasan permukaan spesifiknya
(specific surface). Besarnya molekul air yang ditarik untuk membentuk lapisan Rangkap
(Diffuse Double Layer). dipengaruhi oleh luas permukaan lempung. Kemampuan mineral
lempung menarik molekul air atau menunjukkan kapasitas perilaku plastis tanah
lempung.
2.2.4 Serbuk kaca
Kaca merupakan benda yang sangat sering kita jumpai dan kita gunakan sehari
hari, sehingga sangat banyak sekali limbah bekas dari kaca, limbah kaca juga sudah
sangat banyak di daur ulang untuk keperluan komersil baik untuk produk- produk
makanan , minuman dan produk lainnya. Namun apabila kaca yang kita jumpai sudah
tidak dalam keadaan utuh lagi misalnya saja, pecahan dari kaca jendela, gelas, kaca
mobil, kaca aquarium dan lainnya, membuat proses daur ulang dari benda ini akan sangat
sulit, dan bahkan bekas dari pecahan ini akan dibuang begitu saja.
Universitas Sumatera Utara
Berdasarkan kondisi tersebut. maka dicoba untuk melakukan penelitian urrtuk
memanfaatkan limbah tersebut menjadi bahan yang bermanfaat di bidang konstruksi
dalam hal ini sebagai bahan stabilisasi tanah lempung. Selain itu kaca yang juga
mengandung silika (sebagai perekat) diharapkan dapat membantu proses stabilisasi dari
sampel tanah lempung yang akan diuji. Dimana serbuk dari kaca yang digunakan dalam
penelitian ini harus sudah lolos ayakan no.200.
Bubuk kaca mempunyai kelebihan dibandingkan dengan bahan pengisi pori yang
lainnya (Dian, 2011 dalam Andriyani Y. dan Nursyamsi, 2015), yaitu:
1. mempunyai sifat tidak menyerap air (zero water absorption),
2. kekerasan dari gelas menjadikan beton tahan terhadap abrasi yang hanya dapat
dicapai oleh sedikit agregat alami,
3. bubuk kaca/serbuk kaca memperbaiki kandungan dari beton segar sehingga
kekuatan yang tinggi dapat dicapai tanpa penggunaan superplasticizer,
4. bubuk kaca/serbuk kaca yang baik mempunyai sifat pozzoland sehingga dapat
berfungsi sebagai pengganti semen dan filler.
2.2.5 Kandungan dalam kaca
Penelitian ini menggunakan,
kaca dari jenis botolminuman bekas,
yang di
hancurkan dengan menggunakan mesin pemecah batu emas (galundung) di kota
Panyabungan, Kabupaten Mandailing natal. Dan diayak sehingga lolos ayakan No. 200,
di laboratorium mekanika tanah, Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas
Sumatera Utara.
Tabel 2.6 Kandungan kaca dalam persen (Andriyani dan Nursyamsi 2015)
Universitas Sumatera Utara
Jenis Kaca
Clear Glass
Amber Glass
Green Glass
Pyrex Glass
Fused Silica
SiO2
73,2 – 73,5
71,0 – 72,4
71,27
81
99,87
Al2O3
1,7 – 1,9
1,7 – 1,8
2,22
2
-
Na2O+K2O
13,6 – 14,1
13,8 – 14,4
13,06
4
-
CaO+MgO
10,7 – 10,8
11,6
12,17
-
-
SO3
0,2 – 0,24
0,12 – 0,14
0,052
-
-
Fe2O3
0,04 – 0,05
0,3
0,599
3,72
-
Cr2O3
-
0,01
0,43
12,0 – 13,0
-
2.2.6 Gypsum
Secara umum gypsum dituliskan dengan rumus kimia sebagai (CaSO4 (2H2O)).
Gypsum merupakan mineral terbanyak dalam batuan sedimen lunak bila murni.
Merupakan bahan baku yang dapat diolah menjadi kapur tulis, ataupun bahan bahan
bagunan. Adapun kandungan dari persentase bahan kimia gypsum ada pada Tabel 2.7
berikut:
Tabel 2.7 Komposisi kimia gypsum (Surya, A. F. 2014)
No.
Senyawa
Persentase
1
Calcium (Ca)
23,28 %
2
Hidrogen (H)
2,34 %
Universitas Sumatera Utara
3
Calcium Oksida (CaO)
32,57 %
4
Air (H2O)
20,93 %
5
Sulfur (S)
18,62 %
Gypsum digunakan untuk pembuatan bangunan plester, papan dinding, ubin,
sebagai penyerap untuk bahan-kimia, sebagai pigmen cat dan perluasan, dan untuk
pelapisan kertas.Gypsum californiaalami, berisi 15% - 20% belerang, digunakan untuk
memproduksi ammonium sulfate untuk pupuk. Gypsum juga digunakan untuk membuat
asam belerang dengan pemanasan sampai 2000o F (1093oC) dalam permukaan
tertentu.Resultan calsium sulfida bereaksi untuk menghasilkan kapur perekat dan
sulfuricacid.Sedangkan gypsum mentah bisa digunakan untuk campuran Portland
Cemen.
Sekarang ini gypsum banyak digunakan pada hiasan bangunan, bahan dasar
pembuat semen, pengisi (filler) cat, bahan pembuat pupuk (fertilizer) dan berbagai
macam keperluan lainnya. Keuntungan penggunaan gypsum dalam pekerjaan teknik sipil
yaitu:
a. Gypsum yang dicampur lempung dapat mengurangi retak karena sodium pada
tanah tergantikan oleh kalsium pada gypsum sehingga pengembangannya lebih
kecil.
b. Gypsum dapat meningkatkan stabilitas tanah organik karena mengandung
kalsium yang mengikat tanah bermateri organik terhadap lempung yang
memberikan stabilitas terhadap agregat tanah.
Universitas Sumatera Utara
c. Gypsum meningkatkan kecepatan rembesan air, dikarenakan gypsum lebih
menyerap banyak air.
Gypsum sebagai perekat mineral mempunyai sifat yang lebih baik dibandingkan
dengan perekat organik karena tidak menimbulkan pencemaran udara, murah, tahan api,
tahan deteriorasi oleh faktor biologis dan tahan terhadap zat kimia (Purwadi, 1993).
Saat ini gypsum sebagai bahan bangunan digunakan untuk membuat papan
gypsum dan profil pengganti eternit asbes. Papan gypsum profil adalah salah satu produk
jadi setelah material gypsum diolah melalui proses pabrikasi menjadi tepung. Papan
gypsum profil digunakan sebagai salah satu elemen dari dinding partisi dan plafon.
2.3 Stabilisasi tanah
Stabilisasi tanah merupakan suatu upaya untuk memperkuat atau menambahkan
kapasitas dukung tanah agar tanah tersebut sesuai dengan persyaratan dan memiliki mutu
yang baik.
Tanah lempung merupakam salah satu jenis tanah yang sering dilakukan proses
stabilisasi. Hal ini disebabkan sifat lunak plastis dan kohesif pada tanah lempung disaat
basah.Sehingga menyebabkan perubahan volume yang besar karena pengaruh air dan
menyebabkan tanah mengembang dan menyusut dalam jangka waktu yang relatif cepat.
Sifat inilah yang menjadi alasan perlunya dilakukan proses stabilisasi agar sifat tersebut
diperbaiki sehingga dapat meningkatkan daya dukung tanah tersebut.
Stabilisator yang sering digunakan yakni semen, kapur, gypsum, abu sekam padi,
abu cangkak sawit, abu ampas tebu, fly ash, bitumen dan bahan-bahan lainnya. Kelebihan
stabilisasi dengan menggunakan bahan tambahan (admixture) adalah sebagai berikut:
a. Meningkatkan kekuatan
b. Mengurangi deformabilitas
Universitas Sumatera Utara
c. Menjaga stabilitas volume
d. Mengurangi permeabilitas
e. Mengurangi erodibilitas
f. Meningkatkan durabilitas
2.4 Review Penelitian Stabilisasi Tanah Lempung
Adapun tugas akhir saya didasari oleh 3 (tiga) penelitian :
1. ” Pengaruh penambahan serbuk gypsum dengan lamanyaWaktu pengeraman
(curing) terhadap karakteristik Tanah lempung ekspansif di bojonegoro” oleh
Kurniawan, dkk, (2014). Dari Hasil pengujian diperoleh Dengan penambahan
bahan campuran berupa serbuk gypsum, Presentase gypsum yang digunakan
adalah 4%, 6%, 8% dan 10%. dari berat kering tanah. nilai specificgravity dan
nilai plastic limit mengalami peningkatan dibandingkan dengan tanah asli dengan
nilai peningkatan masing-masing yaitu 1,592% dan19,257%. Sedangkan untuk
nilai liquid limit serta indeks plastisitas mengalami penurunan dibandingkan
dengan tanah asli dengan nilai penurunan masing-masing yaitu 41,595% dan
89,862%.
2. “UCS Tanah Lempung Ekspansif Yang Distabilisasi Dengan Abu Ampas Tebu
dan Kapur” oleh Hatmoko dan Lulie,( 2007). Penelitian ini menggunakan abu
ampas tebu dengan persentase 2,5;5;7,5;10;12,5; dan 15% dan kadar kapur dengan
persentase 2,4,6,8,dan 10 %. Potensi pengembangan turun dari 12% pada tanah
asli menjadi 1,12% pada tanah dengan kadar kapur 10%. Dengan naiknya kadar
abu ampas tebu , kuat tekan bebas selalu naik sampai dengan kadar abu 10%
dengan prosentase kenaikan 43,84% kemudian menurun pada kadar abu yang
lebih tinggi 12,5% (31,54%) dan 15% (27,49%). Dengan bertambahnya waktu
Universitas Sumatera Utara
pemeraman kuat tekan bebas tanah + kapur + abu selalu mengalami kenaikan kuat
tekan bebas.
3.
“Kajian Kuat Tekan Bebas Pada Tanah Lempung Yang Distabilisasi Dengan
Abu Ampas Tebu Dan Semen” oleh Rezki, (2014). Penelitian ini menggunakan
campuran abu ampas tebu dan semen dengan perbandingan 2%PC + 0% AAT ;
2% PC + 2% AAT ; 2% PC + 3%AAT ; 2 %PC + 4%AAT ; 2% PC + 5%AAT ; 2
%PC + 6%AAT ; 2 %PC + 7%AAT ; 2 %PC + 8%AAT ; 2% PC + 9% AAT ; 2
%PC + 10%AAT ; 2 %PC + 11%AAT ; 2% PC + 12% AAT ; 2 %PC +
13%AAT ; 2% PC + 14%AAT ; 2% PC + 15% AAT, dengan jenis tanah CL
(clay-low plasticity). Penurunan batas cair dan indeks plastis terbesar terdapat
pada campuran 2% PC + 15% AAT, dimana batas cair (LL) menjadi 20,71 dan
indeks plastisitas 7,04. Berat isi kering maksimum tertinggi pada variasi campuran
2% PC + 9% AAT yaitu sebesar 1,65 gr/cm³ . Pada sampel tanah campuran semen
dan abu ampas tebu, naiknya kadar abu ampas tebu berbanding lurus dengan kuat
tekan bebas. Kenaikan nilai kuat tekan (qu) terbesar terjadi pada kadar abu 12%
dengan nilai kuat tekan tanah (qu) 11,08 kg/cm², kemudian menurun atau konstan
pada kadar abu yang lebih tinggi 13-15%.
Universitas Sumatera Utara