Kajian Efektifitas Penggunaan Abu Vulkanik dan Abu Sekam Padi Terhadap Stabilitas Tanah Lempung Ditinjau dari Nilai CBR dan Penggunaan Kuat Tekan Bebas (Unconfined Compression Test)

KAJIAN EFEKTIFITAS PENGGUNAAN ABU VULKANIK
DAN ABU SEKAM PADI TERHADAP STABILITAS TANAH
LEMPUNG DITINJAU DARI NILAI CBR DAN PENGUJIAN
KUAT TEKAN BEBAS (UNCONFINED COMPRESSION TEST)

TUGAS AKHIR
Diajukanuntukmelengkapitugas-tugasdanmemenuhisyarat
UntukmenjadiSarjanaTeknikSipil

DisusunOleh :

MUHAMMAD IQBAL ABIDIN
12 0404 008

BIDANG STUDI GEOTEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016

Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK

Tanah lempung merupakan salah satu jenis tanah yang sering digunakan dalam
proses stabilisasi. Metode yang sering digunakan yaitu stabilisasi tanah dengan
penambahan bahan stabilisator. Pada penelitian ini stabilisasi tanah lempung dilakukan
dengan penambahan abu vulkanik dan abu sekam padi. Material abu vulkanik sebagai
stabilisator yang memiliki kandungan silika yang tinggi yaitu sebesar 82,04% dan abu
sekam padi yang memiliki kandungan silika yaitu sebesar 89,8%.
Penelitian ini bertujuan untuk memperbaiki sifat-sifat tanah yaitu sifat fisik dan
sifat mekaniknya. Tanah lempung yang diteliti berasal dari Patumbak, Deli Serdang
sedangkan abu vulkanik yang dipakai berasal dari Gunung Sinabung dan abu sekam padi
adalah hasil pembakaran batu bata Secanggang dari Stabat.
Dari penelitian ini diperoleh bahwa sampel tanah memiliki kadar air 12,35%;
berat jenis 2,65; batas cair 46,73%; dan indeks plastisitas 26,33%. Berdasarkan klasifikasi
USCS, sampel tanah tersebut termasuk dalam jenis (CL) yaitu lempung anorganik dengan
plastisitas rendah sampai sedang.Berdasarkan

klasifikasi AASHTO, sampel tanah

tersebut termasuk dalam jenis A-7-6.
Variasi campuran yaitu dengan 75% tanah asli, abu vulkanik 2,5% - 25% dan abu
sekam padi 2,5% - 25% dari berat kering sampel tanah dengan masa pemeraman 14
hari.Hasil penelitian menunjukan bahan stabilisasi abu vulkanik dapat memperbaiki sifat
fisik

dan

mekanis

tanah

lempung.

Untuk

nilai

Batas-batas

Atterberg

mengalamipenurunan setelah distabilisasi. Indeks Plastisitas tanah menurun dari 26,33%
menjadi 5,31% pada penambahan 2,5 % abu vulkanik + 22,5% abu sekam padi.
Sementara pada sifat mekanis tanah, diperoleh nilai CBR yang optimal pada
pencampuran tanah 75% + 25% abu gunung vulkanik adalah 15,48%, dan penambahan
25 % abu vulkanik menyebabkan kuat tekan tanah meningkat dari 1,38 kg/cm2 menjadi
2,23 kg/cm2. Hasil penelitian ini menunjukkan penggunaan abu sekam padi tidak begitu
dianjurkan.

Kata Kunci: lempung, abu vulkanik,abu sekam padi,stabilisasi tanah, kuat tekan bebas,
cbr.

Universitas Sumatera Utara

KATA PENGANTAR
Puji dan syukur saya ucapkan kepada Tuhan Yang Mahas Esa yang telah
memberikan anugerah, berkat dan karunia-Nya hingga terselesaikannya Tugas
Akhir ini dengan judul “Kajian Efektifitas Penggunaan Abu Vulkanik dan

Abu Sekam Padi Terhadap Stabilitas Tanah Lempung Ditinjau dari Nilai
CBR dan Penggunaan Kuat Tekan Bebas (Unconfined Compression
Test)”.Tugas Akhir ini disusun untuk diajukan sebagai syarat dalam ujian sarjana
Teknik Sipil,Bidang Studi Geoteknik pada Fakultas Teknik, Universitas Sumatera
Utara.
Saya menyadari bahwa dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini tidak terlepas
dari bimbingan, bantuan dan dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, saya
ingin mengucapkan terima kasih kepada beberapa pihak, diantaranya :
1.

Kedua orang tua saya yang tercinta, kepada Ayah saya Drs. Isyrin Usman
dan kepada Mama saya

Dr. Henny Safitri yang telah sabar dalam

merawat, mendidik, menjaga, mendoakan saya hingga sampai saat ini.
Semoga Allah Swt selalu melimpahkan kesehatan dan rezeki bagi orang
tua saya yang tiada putus-putusnya.
2.

Kedua adikku yaitu Siti Afrah Afifah dan M. Irfan Yusuf atas doa,
dukungan dan bantuan semangat dalam mengerjakan Tugas Akhir ini.

3.

Ibu Ika Puji Hastuty, S.T, M.T., sebagai dosen pembimbing yang telah
memberi bimbingan, arahan, saran, serta motivasi kepada Penulis untuk
menyelesaikan Tugas Akhir ini.

Universitas Sumatera Utara

4.

BapakProf. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE, dan Bapak Ir. Rudi Iskandar, M.T
sebagai Dosen Pembanding dan Penguji yang telah memberikan masukan
dalam pengerjaan Tugas Akhir ini.

5.

Bapak Prof. Dr. Ing.Johannes Tarigan, sebagai Ketua Departemen Teknik

Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

6.

Bapak Ir. Syahrizal, M.T., sebagai Sekretaris Departemen Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

7.

Ibu Ika Puji Hastuty, S.T, M.T., sebagai Kepala Laboratorium Mekanika
Tanah Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera
Utara.

8.

Seluruh Bapak dan Ibu Dosen Pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas
Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan pengajaran
kepada Penulis selama menempuh masa studi.

9.

Seluruh Staf Pegawai Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.

10.

Para Asisten Laboratorium Mekanika Tanah USU yang telah membantu
dan memberikan penjelasan dalam pengerjaan Tugas Akhir ini terkhusus
Prasetyo Ramadhan, Ade Indra Utama Lubis, Novratama, Alby dan Juanda
yang selalu membantu dan tidak pernah bosan mengajari saya.

11.

Sepupu-sepupuku Ikhsan Kamal Lubis dan Akmal Adlin Daulay.

12.

Sahabat – sahabat saya yang terdiri dari Nirwan, Anshar, Hendra, Vany,
Beby, Onzet, Tio, Ade, Ridwan, Mitra, Joseph, Rido, Risa, Hafni, Titi, dan
Novi yang selalu memberi dukungan dan semangat dalam keadaan apapun,

Universitas Sumatera Utara

yang menjadi tempat bercerita, tertawa bersama selama kuliah di Teknik
Sipil USU.
13.

Teman kelompok Tugas Akhir Giovanni Ramadhany Ginting yang selalu
bersemangat dan menghibur saat mengerjakan Tugas Akhir ini.

14.

Rekan-rekan seperjuangan Stambuk 2012, Gery, Nefri, Arep, Bagus,
Nanda, Fathur, Dicky, Hace, Juraida, Muiz, Debo, Indra, Kevin dan yang
lainnya yang tidak dapat disebutkan satu persatu namanya yang telah
memberi dukungan serta semangat.

15.

Adik-adik Stambuk 2015, Agung, Farid dan yang lainnya yang telah

membantu dalam pengerjaan Tugas Akhir ini.

16.

Seluruh teman-teman sub-jurusan geoteknik yang tidak dapat disebutkan
satu persatu atas doa, semangat, dukungan, serta motivasi yang diberikan

17.

Siti Nur Suflah atas bantuan, doa dan dukungan motivasi yang diberikan
selama pengerjaan tugas akhir.

Saya menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan yang
disebabkan keterbatasan pengetahuan dan kurangnya pemahaman saya. Oleh
karena itu, saya mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari para
pembaca.
Akhir kata, saya mengucapkan terima kasih dan semoga Tugas Akhir ini
dapat bermanfaat bagi para pembaca. Tuhan memberkati.
Medan,

Nopember 2016

Muhammad Iqbal Abidin
12 0404 008

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI
Abstrak ............................................................................................................. i
Kata Pengantar ................................................................................................. ii
Daftar Isi........................................................................................................... v
Daftar Gambar ................................................................................................. ix
Daftar Tabel .................................................................................................. .. xii
Daftar Notasi.................................................................................................. .. xiii
Daftar Lampiran................................................................................................xv
BAB I

PENDAHULUAN ........................................................................... 1
1.1

Umum .................................................................................. 1

1.2

Latar Belakang ..................................................................... 2

1.3

Rumusan Masalah................................................................. 3

1.4

Tujuan dan Manfaat Penelitian ........................................... 4
1.3.1 Tujuan ...................................................................... 4
1.3.2 Manfaat .................................................................... 4

BAB II

1.5

Pembatasan Penelitian ........................................................ 5

1.6

Sistematika Penulisan........................................................... 6

TINJAUAN PUSTAKA .................................................................. 8
2.1

Tinjauan Umum ................................................................... 8
2.1.1 Tanah........................................................................ 8
2.1.2 Sifat-sifat Fisik Tanah ............................................. 10
2.1.2.1 Kadar Air (Water Content)........................... 10
2.1.2.2 Angka Pori (Void Ratio)................................ 11

Universitas Sumatera Utara

2.1.2.3 Porositas (Porocity)....................................... 11
2.1.2.4 Berat Volume Basah (Unit Weight) ............. 12
2.1.2.5 Berat Volume Kering (Dry Unit Weight) .... 12
2.1.2.6 Berat Volume Butiran Padat
(Soil Volume Weight) ................................... 13
2.1.2.7 Berat Jenis (Specific Gravity) ..................... 13
2.1.2.8 Derajat Kejenuhan......................................... 14
2.1.3

Batas-batas Atterberg (Atterberg Limit) .................. 15

2.1.4

Gradasi Ukuran Butiran............................................ 21

2.1.5

Klasifikasi Tanah ..................................................... 24
2.1.5.1Klasifikasi Berdasarkan Tekstur/Ukuran Butir
Tanah........ .................................................... 24
2.1.5.2 Klasifikasi Sistem Kesatuan Tanah (Unifed Soil
Classification System)……………………... 25
2.1.5.3 Sistem Klasifikasi AASHTO……………… 28

2.1.6

Sifat-sifat Mekanis Tanah ........................................ 31
2.1.6.1 Pemadatan Tanah ........................................... 31
2.1.6.2 Pengujian Caifornia Bearing Ratio (CBR) .. 32
2.1.6.3 Pengujian Uji Tekan Bebas .......................... 34

2.2

Bahan-bahan Penelitian ....................................................... 37
2.2.1 Tanah Lempung ....................................................... 37
2.2.1.1 Definisi Lempung......................................... 37
2.2.1.2 Lempung dan Mineral Penyusunnya ............ 38
2.2.1.3 Sifat Umum Lempung................................... 44

Universitas Sumatera Utara

2.2.2 Abu Gunung Vulkanik (AGV)................................. 48
2.2.2.1 Umum ............................................................ 48
2.2.3 Abu Sekam Padi (ASP) ............................................ 50
2.3

StabilitasTanah .................................................................... 51
2.3.1 Stabilitas Tanah dengan Abu Gunung Vulkanik ..... 53
2.3.2 Stabilats Tanah dengan Abu Sekam Padi ................ 54

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN ..................................................... 55
3.1

Program Penelitian............................................................... 55

3.2

Pekerjaan Persiapan ............................................................. 55

3.3

Proses Pengambilan Sampling Tanah .................................. 57

3.4

Pelaksanaan Pengujian......................................................... 58
3.4.1 Tanah........................................................................ 58
3.4.1.1 Tanah Asli ...................................................... 58
3.4.1.2 Tanah yang Distabilisasi................................. 58
3.4.2 Abu Vulkanik .......................................................... 58
3.4.3 Abu Sekam Padi ....................................................... 59

3.5
BAB IV

Analisis Data Laboratorium ................................................. 59

HASIL DAN PEMBAHASAN ..................................................... 60
4.1

Pendahuluan ......................................................................... 60

4.2

Pengujian Sifat Fisik ............................................................ 60
4.2.1 Pengujian Sifat Fisik Tanah Asli ............................. 60
4.2.2 Pengujian Sifat Fisik Abu Gunung Vulkanik dan Abu
Sekam Padi............................................................... 63
4.2.3 Pengujian Sifat Fisik Tanah dengan Bahan

Universitas Sumatera Utara

Stablilisator .............................................................. 65
4.2.3.1 Batas Cair ...................................................... 66
4.2.3.2 Batas Plastis ................................................... 68
4.2.3.3 Indeks Plastisitas ............................................ 69
4.3

Pengujian Sifat Mekanis Tanah ........................................... 70
4.3.1 Pengujian Pemadatan Tanah Asli ............................ 70
4.3.2 Pengujian Pemadatan Tanah (Compaction)
dengan Bahan Stabilisator........................................ 71
4.3.2.1 Berat Isi Kering Maksimum (γd maks) ......... 72
4.3.2.2 Kadar Air Optimum Campuran ...................... 74
4.3.3 Pengujian CBR(California Bearing Ratio) .............. 76
4.3.4 Pengujian Kuat Tekan Bebas (Unconfined Compression
Test) ......................................................................... 78

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN ..................................................... 83
5.1

Kesimpulan ......................................................................... 83

5.2

Saran ................................................................................... 85

Daftar Pustaka .................................................................................................. xvi
Lampiran .......................................................................................................... xvii

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Elemen Tanah Dalam Keadaan Tanah Asli dan Tiga Fase
Elemen Tanah

9

Gambar 2.2 Batas-batas Atterberg

16

Gambar 2.3 Cawan Cassagrande dan Grooving Tool

18

Gambar 2.4 Hubungan Antara Wp, Wl dan Wn

21

Gambar 2.5 Ayakan Untuk Pengujian Sieve Anlysis

22

Gambar 2.6 Diagram Klasifikasi Tekstur

25

Gambar 2.7 Hubungan antara Kadar Air dan Berat Isi Kering Tanah

32

Gambar 2.8 Alat Pemeriksa Nilai CBR di Laboratorium

34

Gambar 2.9 Skema Uji Tekan Bebas

35

Gambar 2.10Keruntuhan Geser Kondisi Air

36

Gambar 2.11Struktur Atom Mineral Lempung

39

Gambar 2.12Struktur Kaolinite

41

Gambar 2.13Struktur Montmorillonite

42

Gambar 2.14Struktur Illite

44

Gambar 2.15Sifat Dipolar Molekul Air

46

Gambar 2.16Tarik Menarik Molekul Dipolar Pada Lapisan Ganda

47

Universitas Sumatera Utara

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian

56

Gambar 4.1 Plot Grafik Klasifikasi USCS

62

Gambar 4.2 Grafik Analisa Saringan Tanah Asli

62

Gambar 4.3 Grafik Batas Cair (Liquid Limit), Atterberg Limit

63

Gambar 4.4 Grafik Analisa Saringan Abu Gunung Vulkanik

64

Gambar 4.5 Grafik Analisa Saringan Abu Gunung Sekam Padi

65

Gambar 4.6 Grafik Hubungan Antara Nilai Batas Cair dengan Variasi
Campuran AGV dan ASP

67

Gambar 4.7 Grafik Hubungan Antara Nilai Batas Cair dengan Variasi
Campuran ASP dan AGV

67

Gambar 4.8 Grafik Hubungan Antara Nilai Batas Plastis dengan
Variasi Campuran AGV dan ASP

68

Gambar 4.9 Grafik Hubungan Antara Nilai Batas Plastis dengan
Variasi Campuran ASP dan AGV

68

Gambar 4.10 Grafik Hubungan Antara Nilai Indeks Plastisitas dengan
Variasi Campuran AGV dan ASP

68

Gambar 4.11 Grafik Hubungan Antara Nilai Indeks Plastisitas dengan
Variasi Campuran ASP dan AGV
Gambar 4.12 Kurva Kepadatan Tanah Asli

69
71

Universitas Sumatera Utara

Gambar 4.13 Grafik Hubungan Antara Nilai Berat isi Kering
Maksimum Tanah dengan Variasi Campuran AGV dan
ASP

73

Gambar 4.14 Grafik Hubungan Antara Nilai Berat isi Kering
Maksimum Tanah dengan Variasi Campuran ASP dan
AGV

74

Gambar 4.15 Grafik Hubungan Antara Kadar Air Optimum Tanah
(wopt )dengan Variasi Campuran AGV dan ASP

75

Gambar 4.16 Grafik Hubungan Antara Kadar Air Optimum Tanah
(wopt )dengan Variasi Campuran ASP dan AGV

75

Gambar 4.17Grafik Hubungan Nilai CBR dengan Variasi Campuran
AGV dan ASP

77

Gambar 4.18Grafik Hubungan Nilai CBR dengan Variasi Campuran
ASP dan AGV

78

Gambar 4.19Grafik Hubungan Nilai Kuat Tekan Tanah dengan
Regangan (Strain) Pada Sampel Tanah Asli dan
80

Remoulded
Gambar 4.20 Grafik Kuat Tekan dengan dengan Variasi Campuran AGV
dan ASP

81

Gambar 4.21 Grafik Kuat Tekan dengan dengan Variasi Campuran ASP
dan AGV

82

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Berat Jenis Tanah

14

Tabel 2.2 Derajat Kejenuhan dan Kondisi Tanah

15

Tabel 2.3 Indeks Plastisitas Tanah

20

Tabel 2.4 Klasifikasi Sistem Kesatuan Tanah

27

Tabel 2.5 Klasifikasi Tanah Menurut AASHTO

30

Tabel 2.6 Hubungan Konsistensi dengan Kuat Tekan Bebas

36

Tabel 2.7 Aktivitas Tanah Lempung

45

Tabel 2.8 Komposisi Kimia Abu Vulkanik

49

Tabel 2.9 Hasil Pengujian Analisi Kimia Abu Sekam Padi

51

Tabel 4.1 Data Uji Sifat Fisik Tanah

61

Tabel 4.2 Data Uji Sifat Fisik Abu Gunung Vulkanik

63

Tabel 4.3 Data Uji Sifat Fisik Abu Sekam Padi

64

Tabel 4.4 Data Uji Hasil Uji Atterberg Limit

66

Tabel 4.5 Data Hasil Uji Pemadatan Tanah Asli

71

Tabel 4.6 Data Hasil Uji Pemadatan Tanah dengan Bahan Stabilisator

72

Tabel 4.7 Data Hasil CBR dengan Variasi Campuran

77

Tabel 4.8 Data Hasil Kuat Tekan Bebas dengan Variasi Campuran

79

Tabel 4.9 Perbandingan Kuat Tekan Asli dan Tanah Remoulded

80

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR NOTASI
V

Volume tanah(cm3)

Vs

Volume butiran padat(cm3)

Vv

Volume pori(cm3)

Vw

Volume air di dalam pori(cm3)

Va

Volume udara di dalam pori (cm3)

W

Berat tanah (gr)

��

Berat butiran padat(gr)

��

ω

Berat air(gr)
Kadar air(%)

�

Porositas

γb

Berat volume basah(gr/cm3)

�

Angka pori

��

Berat volume kering(gr/cm3)

Berat jenis tanah

��

Berat volume butiran padat(gr/cm3)

��

S

Derajat kejenuhan(%)

SL

Batas susut(%)

�1

Berat tanah basah dalam cawan percobaan(gr)

�1

Volume tanah basah dalam cawan (cm3)

��

Berat jenis air

�2

Berat tanah kering oven(gr)

�2

Volume tanah kering oven (cm3)

Universitas Sumatera Utara

IP

Indeks plastisitas(%)

LL

Batas cair(%)

PL

Batas plastis(%)

��

Kuat geser(kg/cm2)

��

Kuat tekan bebas tanah(kg/cm2)

��

Kohesi(kg/cm2)

Ø

Sudut geser tanah (0)

��

Tegangan runtuh(kg/cm2)

�1

Tegangan utama(kg/cm2)

St

Sensitivitas

ε

Regangan axial(%)

∆L

Lo

Panjang mula-mula(cm)

A

Luas rata-rata pada setiap saat (cm2)

Ao

Luas mula-mula(cm2)

σ

Tegangan(kg/cm2)

P

Beban (kg)

k

Faktor kalibrasi proving ring

N

Pembacaan proving ring (div)

Perubahan panjang(cm)

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran-1, Data UjiLaboratorium, Kadar Air danBeratJenis
Lampiran-2, Data UjiLaboratorium, AnalisaSaringan
Lampiran-3, Data UjiLaboratorium, Atterberg Limit
Lampiran-4, Data UjiLaboratorium, Compaction Test
Lampiran-5, Data UjiLaboratorium, CBR Test
Lampiran-6, Data UjiLaboratorium, Unconfined Compression Test
Lampiran-7, Data Komposisi Kimia Abu Vulkanik dan Abu Sekam Padi
Lampiran-8, Dokumentasi Pelaksanaan

Universitas Sumatera Utara