Stabilisasi Tanah Lempung dengan Menggunakan Semen Portland Tipe I dan Abu Vulkanik dengan Pengujian Kuat Tekan Bebas
TUGAS AKHIR
STABILISASI TANAH LEMPUNG DENGAN MENGGUNAKAN
SEMEN PORTLAND TIPE I DAN ABU VULKANIK
DENGAN PENGUJIAN KUAT TEKAN BEBAS
Diajukan untuk melengkapi tugas – tugas dan memenuhi syarat
untuk menjadi Sarjana
Disusun Oleh :
IRENE MARGARETHA
11 0404 056
BIDANG STUDI GEOTEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
i
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Tanah lempung yang mempunyai daya dukung dan kuat geser yang rendah
perlu distabilisasi agar memenuhi syarat teknis untuk dijadikan sebagai tanah
dasar. Salah satu stabilisasi tanah yang biasa dilakukan yaitu dengan
menambahkan bahan kimia pada tanah. Bahan kimia yang biasa digunakan berupa
semen, fly ash, kapur dan lainnya. Dalam penelitian ini digunakan penambahan
semen dan abu gunung vulkanik.
Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui niai Index Propertis akibat
penambahan 4% PC dan variasi kadar abu gunung vulkanik pada tanah lempung,
kemudian untuk mengetahui nilai Kuat Tekan maksimum dengan pengujian
Unconfined Compression Test akibat adanya penambahan bahan stabilisasi, serta
kadar optimum penambahan abu gunung vulkanik.
Dari hasil penelitian diperoleh bahwa sampel tanah asli memiliki Kadar Air
17,89%; Berat Spesifik 2,65; Batas Cair 45,49% dan Indeks Plastisitas 30,30%.
Kemudian nilai Kuat Tekan 1,40 kg/cm2. Berdasarkan klasifikasi USCS, sampel
tanah tersebut termasuk dalam jenis (CL) sedangkan berdasarkan klasifikasi
AASHTO, sampel tanah tersebut termasuk dalam jenis A-7-6.
Setelah tanah distabilisasi dengan berbagai variasi abu gunung vulkanik
diperoleh kesimpulan bahwa material abu vulkanik paling maksimum terjadi pada
variasi campuran 4% PC + 5% AGV yaitu dengan nilai Kuat Tekan Bebas sebesar
3,05 kg/cm².
Kata Kunci : lempung, semen, abu vulkanik, stabilisasi tanah, kuat tekan bebas.
i
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 “Stabilisasi Tanah Lempung dengan Menggunakan
Semen Portland Tipe I dan Abu Vulkanik dengan Pengujian Kuat Tekan
Bebas”. 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.
Bapak Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE., sebagai dosen pembimbing yang
telah memberi bimbingan, arahan, saran, serta motivasi kepada Penulis
untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.
2.
Bapak Ir. Rudi Iskandar, MT., dan Ibu Ika Puji Hastuty, ST., MT., sebagai
Dosen Pembanding dan Penguji yang telah memberikan masukan dalam
pengerjaan Tugas Akhir ini.
3.
Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, sebagai Ketua Departemen Teknik
Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4.
Bapak Ir. Syahrizal, MT., sebagai Sekretaris Departemen Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
5.
Ibu Ika Puji Hastuty, ST., MT., sebagai Kepala Laboratorium Mekanika
Tanah Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera
Utara.
ii
Universitas Sumatera Utara
6.
Seluruh Bapak dan Ibu Dosen Pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas
Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan pengajaran
kepada Penulis selama menempuh masa studi.
7.
Seluruh Staf Pegawai Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
8.
Para Asisten Laboratorium Mekanika Tanah USU yang telah membantu
dan memberikan penjelasan dalam pengerjaan Tugas Akhir ini terkhusus
Jeriko yang selalu dan tidak pernah bosan mengajari saya.
9.
Keluargaku yang tercinta, kepada almarhum bapak saya Bapak S. Lumban
Raja, SE dan kepada ibu saya Ibu T. L. Manurung, S.Th yang telah sabar
dalam merawat, mendidik, menjaga, mendoakan saya hingga sampai saat
ini. Semoga Tuhan Yang Maha Kuasa selalu melimpahkan berkat bagi
beliau.
10.
Kedua abangku yaitu Roni Pranawa dan Budi Surya, SP atas doa,
dukungan dan bantuan dana dalam mengerjakan Tugas Akhir ini.
11.
Sepupu-sepupuku Bang Michael, Samuel, Daniel, Dicky, Martin, Marcel,
Jenni, dan Oci.
12.
Sahabat - sahabat “Fantastic Engineer” yang terdiri dari Mien, Immaniar,
Stephany, Jeriko, Ronny dan Enrich yang selalu memberi dukungan dan
semangat dalam keadaan apapun, yang menjadi tempat bercerita, tertawa
bersama selama kuliah di Teknik Sipil USU.
13.
Teman kelompok Tugas Akhir “PC + AGV”, Lini dan Michael yang selalu
bersemangat dan menghibur dengan leluconnya saat mengerjakan Tugas
Akhir ini.
iii
Universitas Sumatera Utara
14.
Kakak kelompokku Kak Evi D. S. Napitupulu, S.T dan teman-teman
kelompokku Murydrischy dan Arifin atas doa dan dukungannya.
15.
Rekan-rekan seperjuangan Stambuk 2011, Manimpan, Mario, Bang
Jannes, Manna, Selvia, Aldo, Adriansyah, Wenny, Elvan, Rozaqon, Alvin,
Meita dan yang lainnya yang tidak dapat disebutkan satu persatu namanya
yang telah memberi dukungan serta semangat.
16.
Teman-teman Geoteknik, Evand, Ade, Sylda, Wilda, Valdi, Zuzu, Intan
Fara, Ovan, Anggi, Adel, Surya, Daniel, Wisman, Ari, Sormin dan Zul
Taufik.
17.
Adik-adik Stambuk 2014, Banri, Erik, Roimer, Tonny, Eri, Ruben, Fera,
Cindy dan yang lainnya yang telah membantu dalam pengerjaan Tugas
Akhir ini.
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,
Februari 2016
Irene Margaretha
110404056
iv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Abstrak ............................................................................................................. i
Kata Pengantar ................................................................................................. ii
Daftar Isi........................................................................................................... v
Daftar Gambar ................................................................................................. ix
Daftar Tabel .................................................................................................. .. xii
Daftar Notasi.................................................................................................. .. xiii
BAB I
PENDAHULUAN .......................................................................... 1
1.1
Latar Belakang ..................................................................... 1
1.2
Rumusan Masalah ................................................................ 3
1.3
Tujuan dan Manfaat Penelitian ........................................... 3
1.3.1 Tujuan ...................................................................... 3
1.3.2 Manfaat .................................................................... 4
BAB II
1.4
Pembatasan Penelitian ........................................................ 4
1.5
Sistematika Penulisan ......................................................... 5
TINJAUAN PUSTAKA .................................................................. 7
2.1
Tinjauan Umum ................................................................... 7
2.1.1 Tanah........................................................................ 7
2.1.2 Sifat-sifat Fisik Tanah ............................................. 9
2.1.2.1 Angka Pori (Void Ratio)............................... 9
2.1.2.2 Porositas (Porosity) ...................................... 9
2.1.2.3 Derajat Kejenuhan (S) .................................. 10
2.1.2.4 Kadar Air (Moisture Content) ...................... 11
2.1.2.5 Berat Volume (Unit Weight) ........................ 11
v
Universitas Sumatera Utara
2.1.2.6 Berat Volume Kering (Dry Unit Weight) .... 11
2.1.2.7 Berat Volume Butiran Padat
(Soil Volume Weight) ................................... 12
2.1.2.8 Berat Jenis (Specific Gravity) ..................... 12
2.1.2.9 Batas-batas Atterberg (Atterberg Limit)....... 14
2.1.2.9.1. Batas Cair (Liquid Limit)................. 15
2.1.2.9.2. Batas Plastis (Plastic Limit) ............. 16
2.1.2.9.3. Batas Susut (Shrinkage Limit) .......... 16
2.1.2.9.4. Indeks Plastisitas (Plasticity Index).. 17
2.1.2.9.5. Indeks Kecairan (Liquidity Index)..... 18
2.1.2.10 Klasifikasi Tanah ......................................... 19
2.1.2.10.1. Klasifikasi Unified ........................... 20
2.1.2.10.2. Klasifikasi AASHTO................. ...... 22
2.1.3 Sifat-sifat Mekanis Tanah ........................................ 24
2.1.3.1 Pemadatan Tanah ......................................... 24
2.1.3.2 Pengujian Unconfined Compression Test .... 28
2.1.3.3 Teori Keruntuhan Mohr-Coulomb ............... 31
2.1.3.4 Sensitifitas Tanah Lempung......................... 32
2.2
Bahan-bahan Penelitian ....................................................... 35
2.2.1 Tanah Lempung ....................................................... 35
2.2.1.1 Lempung dan Mineral Penyusunnya ............ 37
2.2.1.2 Sifat Umum Tanah Lempung ....................... 44
2.2.2 Semen ....................................................................... 49
2.2.2.1 Umum ............................................................ 49
vi
Universitas Sumatera Utara
2.2.2.2 Semen Portland ............................................... 50
2.2.2.2.1
Hidrasi Semen .................................. 50
2.2.2.2.2
Jenis-jenis Semen Portland............... 51
2.2.3 Abu Gunung Vulkanik (AGV)................................. 53
2.3
Stabilisasi Tanah .................................................................. 55
2.3.1 Stabilisasi Tanah dengan Semen .............................. 57
2.3.2 Proses Kimia Pada Stabilisasi Tanah dengan
Semen ....................................................................... 58
2.3.3 Stabilisasi Tanah dengan Abu Vulkanik .................. 59
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN .................................................... 60
3.1
Program Penelitian............................................................... 60
3.2
Pekerjaan Persiapan ............................................................. 60
3.3
Pembuatan Benda Uji .......................................................... 61
3.3.1 Benda Uji untuk Pengujian Water Content .............. 62
3.3.2 Benda Uji untuk Pengujian Berat Spesifik dan
Analisa Saringan ...................................................... 62
3.3.3 Benda Uji untuk Pengujian Batas-batas Atterberg .. 62
3.3.4 Benda Uji untuk Pengujian Compaction.................. 62
3.3.5 Benda Uji untuk Pengujian Unconfined
Compression Test ..................................................... 63
3.4
Pelaksanaan Pengujian ......................................................... 63
3.4.1 Tanah........................................................................ 63
3.4.1.1 Tanah Asli ...................................................... 63
3.4.1.2 Tanah yang Distabilisasi................................. 63
vii
Universitas Sumatera Utara
3.4.2 Abu Vulkanik .......................................................... 64
3.5
BAB IV
Analisis Data Laboratorium ................................................. 64
HASIL DAN PEMBAHASAN .................................................... 66
4.1
Pendahuluan ......................................................................... 66
4.2
Pengujian Sifat Fisik ............................................................ 66
4.2.1 Pengujian Sifat Fisik Tanah Asli ............................. 66
4.2.2 Pengujian Sifat Fisik Abu Gunung Vulkanik .......... 68
4.2.3 Pengujian Sifat Fisik Tanah dengan Bahan
Stablilisator .............................................................. 69
4.2.3.1 Batas Cair ...................................................... 71
4.2.3.2 Batas Plastis ................................................... 72
4.2.3.3 Indeks Plastisitas ............................................ 73
4.3
Pengujian Sifat Mekanis Tanah ........................................... 74
4.3.1 Pengujian Pemadatan Tanah Asli ............................ 74
4.3.2 Pengujian Pemadatan Tanah (Compaction)
dengan Bahan Stabilisator........................................ 75
4.3.2.1 Berat Isi Kering Maksimum (γd maks) ......... 76
4.3.2.2 Kadar Air Optimum Campuran ...................... 77
4.3.3
Pengujian Kuat Tekan Bebas (Unconfined
Compression Test) .................................................. 78
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN ..................................................... 83
5.1
Kesimpulan ......................................................................... 83
5.2
Saran ................................................................................... 85
Daftar Pustaka .................................................................................................. xiv
viii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Diagram Fase Tanah
8
Gambar 2.2 Batas-batas Atterberg
14
Gambar 2.3 Cawan Cassagrande dan Grooving Tool
15
Gambar 2.4 Kurva Pada Penentuan Batas Cair Tanah Lempung
16
Gambar 2.5 Hubungan Antara WP, WL dan WN Dalam Menghitung LI
19
Gambar 2.6 Klasifikasi Tanah Sistem USCS
22
Gambar 2.7 Klasifikasi Tanah Sistem AASHTO
24
Gambar 2.8 Hubungan Antara Kadar Air dan Berat Isi Kering Tanah
27
Gambar 2.9 Skema Pengujian Tekan Bebas
29
Gambar 2.10 Keruntuhan Geser Kondisi Air Termampatkan qu di Atas
Sebagai Kekuatan Tanah Kondisi Tak Tersekap
30
Gambar 2.11 Grafik Hubungan Tegangan Normal dan Tegangan Geser
31
Gambar 2.12 Grafik Sensitifitas Tanah Asli dan Tanah Remoulded
32
Gambar 2.13 Kuat Tekan Tanah Asli dan Tanah Remoulded
33
Gambar 2.14 Struktur Atom Mineral Lempung
39
Gambar 2.15 Struktur Kaolinite
41
Gambar 2.16 Struktur Illite
42
ix
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.17 Struktur Montmorillonite
44
Gambar 2.18 Sifat Dipolar Molekul Air
46
Gambar 2.19 Molekul Air Dipolar Dalam Lapisan Ganda
47
Gambar 2.20 Kation dan Anion Pada Partikel
49
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian
65
Gambar 4.1 Plot Grafik Klasifikasi USCS
67
Gambar 4.2 Grafik Analisa Saringan Tanah Asli
68
Gambar 4.3 Grafik Batas Cair (Liquid Limit), Atterberg Limit
68
Gambar 4.4 Grafik Analisa Saringan Abu Gunung Vulkanik
69
Gambar 4.5 Grafik Hubungan Antara Nilai Batas Cair dengan Variasi
Campuran PC dan AGV
71
Gambar 4.6 Grafik Hubungan Antara Nilai Batas Plastis dengan Variasi
Campuran PC dan AGV
72
Gambar 4.7 Grafik Hubungan Antara Nilai Indeks Plastisitas dengan
Variasi Campuran PC dan AGV
73
Gambar 4.8 Kurva Kepadatan Tanah Asli
75
Gambar 4.9 Grafik Hubungan Antara Berat Isi Kering Maksimum
(γd maks) Tanah dengan Variasi Campuran
77
x
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.10 Grafik Hubungan Antara Kadar Air Optimum Tanah
(wopt ) dengan Variasi Campuran
78
Gambar 4.11 Grafik Hubungan Antara Nilai Kuat Tekan Tanah (qu) dengan
Regangan (Strain) yang Diberikan Pada Sampel Tanah Asli
dan Tanah Remoulded.
80
Gambar 4.12 Grafik Hubungan Antara Nilai Kuat Tekan dengan Variasi
Campuran PC dan AGV
81
Gambar 4.13 Grafik Nilai Kuat Tekan 2% PC, 3% PC dan 4% PC dengan
Berbagai Variasi Penambahan AGV
82
xi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Derajat Kejenuhan dan Kondisi Tanah
10
Tabel 2.2 Berat Jenis Tanah
13
Tabel 2.3 Nilai n, e, w, d dan b Untuk Tanah Keadaan Asli Lapangan
14
Tabel 2.4 Indeks Plastisitas Tanah
18
Tabel 2.5 Simbol Klasifikasi Tanah Sistem USCS
21
Tabel 2.6 Pengujian Pemadatan Proctor
26
Tabel 2.7 Hubungan Kuat Tekan Bebas Tanah Lempung Dengan
Konsistensinya
31
Tabel 2.8 Sensitifitas Lempung
34
Tabel 2.9 Aktivitas Tanah Lempung
45
Tabel 2.10 Persyaratan Standar Komposisi Kimia Portland Cement
53
Tabel 2.11 Komposisi Kimia Abu Vulkanik
55
Tabel 4.1 Data Uji Sifat Fisik Tanah
66
Tabel 4.2 Data Uji Sifat Fisik Abu Gunung Vulkanik
69
Tabel 4.3 Data Hasil Uji Atterberg Limit
70
Tabel 4.4 Data Uji Pemadatan Tanah Asli
74
Tabel 4.5 Data Hasil Uji Compaction
76
Tabel 4.6 Data Hasil Uji Kuat Tekan Bebas 4% PC dengan Berbagai
Variasi Penambahan AGV
79
Tabel 4.7 Perbandingan Antara Kuat Tekan Tanah Asli dan Tanah
Remoulded
80
xii
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)
Berat air (gr)
Kadar air
Porositas
Angka pori
γb
Berat volume basah (gr/cm3)
Berat volume kering (gr/cm3)
Berat volume butiran padat (gr/cm3)
Berat jenis tanah
S
Derajat kejenuhan
SL
Batas susut
Berat tanah basah dalam cawan percobaan (gr)
Berat tanah kering oven (gr)
Volume tanah basah dalam cawan (cm3)
Volume tanah kering oven (cm3)
Berat jenis air
xiii
Universitas Sumatera Utara
IP
Indeks plastisitas
LL
Batas cair
PL
Batas plastis
Kuat geser (kg/cm2)
Tegangan utama (kg/cm2)
Kuat tekan bebas tanah (kg/cm2)
Kohesi (kg/cm2)
Ø
Sudut geser tanah (0)
Tegangan runtuh (kg/cm2)
St
Sensitivitas
ε
Regangan axial (%)
∆L
Perubahan panjang (cm)
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)
xiv
Universitas Sumatera Utara
STABILISASI TANAH LEMPUNG DENGAN MENGGUNAKAN
SEMEN PORTLAND TIPE I DAN ABU VULKANIK
DENGAN PENGUJIAN KUAT TEKAN BEBAS
Diajukan untuk melengkapi tugas – tugas dan memenuhi syarat
untuk menjadi Sarjana
Disusun Oleh :
IRENE MARGARETHA
11 0404 056
BIDANG STUDI GEOTEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
i
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Tanah lempung yang mempunyai daya dukung dan kuat geser yang rendah
perlu distabilisasi agar memenuhi syarat teknis untuk dijadikan sebagai tanah
dasar. Salah satu stabilisasi tanah yang biasa dilakukan yaitu dengan
menambahkan bahan kimia pada tanah. Bahan kimia yang biasa digunakan berupa
semen, fly ash, kapur dan lainnya. Dalam penelitian ini digunakan penambahan
semen dan abu gunung vulkanik.
Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui niai Index Propertis akibat
penambahan 4% PC dan variasi kadar abu gunung vulkanik pada tanah lempung,
kemudian untuk mengetahui nilai Kuat Tekan maksimum dengan pengujian
Unconfined Compression Test akibat adanya penambahan bahan stabilisasi, serta
kadar optimum penambahan abu gunung vulkanik.
Dari hasil penelitian diperoleh bahwa sampel tanah asli memiliki Kadar Air
17,89%; Berat Spesifik 2,65; Batas Cair 45,49% dan Indeks Plastisitas 30,30%.
Kemudian nilai Kuat Tekan 1,40 kg/cm2. Berdasarkan klasifikasi USCS, sampel
tanah tersebut termasuk dalam jenis (CL) sedangkan berdasarkan klasifikasi
AASHTO, sampel tanah tersebut termasuk dalam jenis A-7-6.
Setelah tanah distabilisasi dengan berbagai variasi abu gunung vulkanik
diperoleh kesimpulan bahwa material abu vulkanik paling maksimum terjadi pada
variasi campuran 4% PC + 5% AGV yaitu dengan nilai Kuat Tekan Bebas sebesar
3,05 kg/cm².
Kata Kunci : lempung, semen, abu vulkanik, stabilisasi tanah, kuat tekan bebas.
i
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 “Stabilisasi Tanah Lempung dengan Menggunakan
Semen Portland Tipe I dan Abu Vulkanik dengan Pengujian Kuat Tekan
Bebas”. 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.
Bapak Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE., sebagai dosen pembimbing yang
telah memberi bimbingan, arahan, saran, serta motivasi kepada Penulis
untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.
2.
Bapak Ir. Rudi Iskandar, MT., dan Ibu Ika Puji Hastuty, ST., MT., sebagai
Dosen Pembanding dan Penguji yang telah memberikan masukan dalam
pengerjaan Tugas Akhir ini.
3.
Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, sebagai Ketua Departemen Teknik
Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4.
Bapak Ir. Syahrizal, MT., sebagai Sekretaris Departemen Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
5.
Ibu Ika Puji Hastuty, ST., MT., sebagai Kepala Laboratorium Mekanika
Tanah Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera
Utara.
ii
Universitas Sumatera Utara
6.
Seluruh Bapak dan Ibu Dosen Pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas
Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan pengajaran
kepada Penulis selama menempuh masa studi.
7.
Seluruh Staf Pegawai Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
8.
Para Asisten Laboratorium Mekanika Tanah USU yang telah membantu
dan memberikan penjelasan dalam pengerjaan Tugas Akhir ini terkhusus
Jeriko yang selalu dan tidak pernah bosan mengajari saya.
9.
Keluargaku yang tercinta, kepada almarhum bapak saya Bapak S. Lumban
Raja, SE dan kepada ibu saya Ibu T. L. Manurung, S.Th yang telah sabar
dalam merawat, mendidik, menjaga, mendoakan saya hingga sampai saat
ini. Semoga Tuhan Yang Maha Kuasa selalu melimpahkan berkat bagi
beliau.
10.
Kedua abangku yaitu Roni Pranawa dan Budi Surya, SP atas doa,
dukungan dan bantuan dana dalam mengerjakan Tugas Akhir ini.
11.
Sepupu-sepupuku Bang Michael, Samuel, Daniel, Dicky, Martin, Marcel,
Jenni, dan Oci.
12.
Sahabat - sahabat “Fantastic Engineer” yang terdiri dari Mien, Immaniar,
Stephany, Jeriko, Ronny dan Enrich yang selalu memberi dukungan dan
semangat dalam keadaan apapun, yang menjadi tempat bercerita, tertawa
bersama selama kuliah di Teknik Sipil USU.
13.
Teman kelompok Tugas Akhir “PC + AGV”, Lini dan Michael yang selalu
bersemangat dan menghibur dengan leluconnya saat mengerjakan Tugas
Akhir ini.
iii
Universitas Sumatera Utara
14.
Kakak kelompokku Kak Evi D. S. Napitupulu, S.T dan teman-teman
kelompokku Murydrischy dan Arifin atas doa dan dukungannya.
15.
Rekan-rekan seperjuangan Stambuk 2011, Manimpan, Mario, Bang
Jannes, Manna, Selvia, Aldo, Adriansyah, Wenny, Elvan, Rozaqon, Alvin,
Meita dan yang lainnya yang tidak dapat disebutkan satu persatu namanya
yang telah memberi dukungan serta semangat.
16.
Teman-teman Geoteknik, Evand, Ade, Sylda, Wilda, Valdi, Zuzu, Intan
Fara, Ovan, Anggi, Adel, Surya, Daniel, Wisman, Ari, Sormin dan Zul
Taufik.
17.
Adik-adik Stambuk 2014, Banri, Erik, Roimer, Tonny, Eri, Ruben, Fera,
Cindy dan yang lainnya yang telah membantu dalam pengerjaan Tugas
Akhir ini.
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,
Februari 2016
Irene Margaretha
110404056
iv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Abstrak ............................................................................................................. i
Kata Pengantar ................................................................................................. ii
Daftar Isi........................................................................................................... v
Daftar Gambar ................................................................................................. ix
Daftar Tabel .................................................................................................. .. xii
Daftar Notasi.................................................................................................. .. xiii
BAB I
PENDAHULUAN .......................................................................... 1
1.1
Latar Belakang ..................................................................... 1
1.2
Rumusan Masalah ................................................................ 3
1.3
Tujuan dan Manfaat Penelitian ........................................... 3
1.3.1 Tujuan ...................................................................... 3
1.3.2 Manfaat .................................................................... 4
BAB II
1.4
Pembatasan Penelitian ........................................................ 4
1.5
Sistematika Penulisan ......................................................... 5
TINJAUAN PUSTAKA .................................................................. 7
2.1
Tinjauan Umum ................................................................... 7
2.1.1 Tanah........................................................................ 7
2.1.2 Sifat-sifat Fisik Tanah ............................................. 9
2.1.2.1 Angka Pori (Void Ratio)............................... 9
2.1.2.2 Porositas (Porosity) ...................................... 9
2.1.2.3 Derajat Kejenuhan (S) .................................. 10
2.1.2.4 Kadar Air (Moisture Content) ...................... 11
2.1.2.5 Berat Volume (Unit Weight) ........................ 11
v
Universitas Sumatera Utara
2.1.2.6 Berat Volume Kering (Dry Unit Weight) .... 11
2.1.2.7 Berat Volume Butiran Padat
(Soil Volume Weight) ................................... 12
2.1.2.8 Berat Jenis (Specific Gravity) ..................... 12
2.1.2.9 Batas-batas Atterberg (Atterberg Limit)....... 14
2.1.2.9.1. Batas Cair (Liquid Limit)................. 15
2.1.2.9.2. Batas Plastis (Plastic Limit) ............. 16
2.1.2.9.3. Batas Susut (Shrinkage Limit) .......... 16
2.1.2.9.4. Indeks Plastisitas (Plasticity Index).. 17
2.1.2.9.5. Indeks Kecairan (Liquidity Index)..... 18
2.1.2.10 Klasifikasi Tanah ......................................... 19
2.1.2.10.1. Klasifikasi Unified ........................... 20
2.1.2.10.2. Klasifikasi AASHTO................. ...... 22
2.1.3 Sifat-sifat Mekanis Tanah ........................................ 24
2.1.3.1 Pemadatan Tanah ......................................... 24
2.1.3.2 Pengujian Unconfined Compression Test .... 28
2.1.3.3 Teori Keruntuhan Mohr-Coulomb ............... 31
2.1.3.4 Sensitifitas Tanah Lempung......................... 32
2.2
Bahan-bahan Penelitian ....................................................... 35
2.2.1 Tanah Lempung ....................................................... 35
2.2.1.1 Lempung dan Mineral Penyusunnya ............ 37
2.2.1.2 Sifat Umum Tanah Lempung ....................... 44
2.2.2 Semen ....................................................................... 49
2.2.2.1 Umum ............................................................ 49
vi
Universitas Sumatera Utara
2.2.2.2 Semen Portland ............................................... 50
2.2.2.2.1
Hidrasi Semen .................................. 50
2.2.2.2.2
Jenis-jenis Semen Portland............... 51
2.2.3 Abu Gunung Vulkanik (AGV)................................. 53
2.3
Stabilisasi Tanah .................................................................. 55
2.3.1 Stabilisasi Tanah dengan Semen .............................. 57
2.3.2 Proses Kimia Pada Stabilisasi Tanah dengan
Semen ....................................................................... 58
2.3.3 Stabilisasi Tanah dengan Abu Vulkanik .................. 59
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN .................................................... 60
3.1
Program Penelitian............................................................... 60
3.2
Pekerjaan Persiapan ............................................................. 60
3.3
Pembuatan Benda Uji .......................................................... 61
3.3.1 Benda Uji untuk Pengujian Water Content .............. 62
3.3.2 Benda Uji untuk Pengujian Berat Spesifik dan
Analisa Saringan ...................................................... 62
3.3.3 Benda Uji untuk Pengujian Batas-batas Atterberg .. 62
3.3.4 Benda Uji untuk Pengujian Compaction.................. 62
3.3.5 Benda Uji untuk Pengujian Unconfined
Compression Test ..................................................... 63
3.4
Pelaksanaan Pengujian ......................................................... 63
3.4.1 Tanah........................................................................ 63
3.4.1.1 Tanah Asli ...................................................... 63
3.4.1.2 Tanah yang Distabilisasi................................. 63
vii
Universitas Sumatera Utara
3.4.2 Abu Vulkanik .......................................................... 64
3.5
BAB IV
Analisis Data Laboratorium ................................................. 64
HASIL DAN PEMBAHASAN .................................................... 66
4.1
Pendahuluan ......................................................................... 66
4.2
Pengujian Sifat Fisik ............................................................ 66
4.2.1 Pengujian Sifat Fisik Tanah Asli ............................. 66
4.2.2 Pengujian Sifat Fisik Abu Gunung Vulkanik .......... 68
4.2.3 Pengujian Sifat Fisik Tanah dengan Bahan
Stablilisator .............................................................. 69
4.2.3.1 Batas Cair ...................................................... 71
4.2.3.2 Batas Plastis ................................................... 72
4.2.3.3 Indeks Plastisitas ............................................ 73
4.3
Pengujian Sifat Mekanis Tanah ........................................... 74
4.3.1 Pengujian Pemadatan Tanah Asli ............................ 74
4.3.2 Pengujian Pemadatan Tanah (Compaction)
dengan Bahan Stabilisator........................................ 75
4.3.2.1 Berat Isi Kering Maksimum (γd maks) ......... 76
4.3.2.2 Kadar Air Optimum Campuran ...................... 77
4.3.3
Pengujian Kuat Tekan Bebas (Unconfined
Compression Test) .................................................. 78
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN ..................................................... 83
5.1
Kesimpulan ......................................................................... 83
5.2
Saran ................................................................................... 85
Daftar Pustaka .................................................................................................. xiv
viii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Diagram Fase Tanah
8
Gambar 2.2 Batas-batas Atterberg
14
Gambar 2.3 Cawan Cassagrande dan Grooving Tool
15
Gambar 2.4 Kurva Pada Penentuan Batas Cair Tanah Lempung
16
Gambar 2.5 Hubungan Antara WP, WL dan WN Dalam Menghitung LI
19
Gambar 2.6 Klasifikasi Tanah Sistem USCS
22
Gambar 2.7 Klasifikasi Tanah Sistem AASHTO
24
Gambar 2.8 Hubungan Antara Kadar Air dan Berat Isi Kering Tanah
27
Gambar 2.9 Skema Pengujian Tekan Bebas
29
Gambar 2.10 Keruntuhan Geser Kondisi Air Termampatkan qu di Atas
Sebagai Kekuatan Tanah Kondisi Tak Tersekap
30
Gambar 2.11 Grafik Hubungan Tegangan Normal dan Tegangan Geser
31
Gambar 2.12 Grafik Sensitifitas Tanah Asli dan Tanah Remoulded
32
Gambar 2.13 Kuat Tekan Tanah Asli dan Tanah Remoulded
33
Gambar 2.14 Struktur Atom Mineral Lempung
39
Gambar 2.15 Struktur Kaolinite
41
Gambar 2.16 Struktur Illite
42
ix
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.17 Struktur Montmorillonite
44
Gambar 2.18 Sifat Dipolar Molekul Air
46
Gambar 2.19 Molekul Air Dipolar Dalam Lapisan Ganda
47
Gambar 2.20 Kation dan Anion Pada Partikel
49
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian
65
Gambar 4.1 Plot Grafik Klasifikasi USCS
67
Gambar 4.2 Grafik Analisa Saringan Tanah Asli
68
Gambar 4.3 Grafik Batas Cair (Liquid Limit), Atterberg Limit
68
Gambar 4.4 Grafik Analisa Saringan Abu Gunung Vulkanik
69
Gambar 4.5 Grafik Hubungan Antara Nilai Batas Cair dengan Variasi
Campuran PC dan AGV
71
Gambar 4.6 Grafik Hubungan Antara Nilai Batas Plastis dengan Variasi
Campuran PC dan AGV
72
Gambar 4.7 Grafik Hubungan Antara Nilai Indeks Plastisitas dengan
Variasi Campuran PC dan AGV
73
Gambar 4.8 Kurva Kepadatan Tanah Asli
75
Gambar 4.9 Grafik Hubungan Antara Berat Isi Kering Maksimum
(γd maks) Tanah dengan Variasi Campuran
77
x
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.10 Grafik Hubungan Antara Kadar Air Optimum Tanah
(wopt ) dengan Variasi Campuran
78
Gambar 4.11 Grafik Hubungan Antara Nilai Kuat Tekan Tanah (qu) dengan
Regangan (Strain) yang Diberikan Pada Sampel Tanah Asli
dan Tanah Remoulded.
80
Gambar 4.12 Grafik Hubungan Antara Nilai Kuat Tekan dengan Variasi
Campuran PC dan AGV
81
Gambar 4.13 Grafik Nilai Kuat Tekan 2% PC, 3% PC dan 4% PC dengan
Berbagai Variasi Penambahan AGV
82
xi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Derajat Kejenuhan dan Kondisi Tanah
10
Tabel 2.2 Berat Jenis Tanah
13
Tabel 2.3 Nilai n, e, w, d dan b Untuk Tanah Keadaan Asli Lapangan
14
Tabel 2.4 Indeks Plastisitas Tanah
18
Tabel 2.5 Simbol Klasifikasi Tanah Sistem USCS
21
Tabel 2.6 Pengujian Pemadatan Proctor
26
Tabel 2.7 Hubungan Kuat Tekan Bebas Tanah Lempung Dengan
Konsistensinya
31
Tabel 2.8 Sensitifitas Lempung
34
Tabel 2.9 Aktivitas Tanah Lempung
45
Tabel 2.10 Persyaratan Standar Komposisi Kimia Portland Cement
53
Tabel 2.11 Komposisi Kimia Abu Vulkanik
55
Tabel 4.1 Data Uji Sifat Fisik Tanah
66
Tabel 4.2 Data Uji Sifat Fisik Abu Gunung Vulkanik
69
Tabel 4.3 Data Hasil Uji Atterberg Limit
70
Tabel 4.4 Data Uji Pemadatan Tanah Asli
74
Tabel 4.5 Data Hasil Uji Compaction
76
Tabel 4.6 Data Hasil Uji Kuat Tekan Bebas 4% PC dengan Berbagai
Variasi Penambahan AGV
79
Tabel 4.7 Perbandingan Antara Kuat Tekan Tanah Asli dan Tanah
Remoulded
80
xii
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)
Berat air (gr)
Kadar air
Porositas
Angka pori
γb
Berat volume basah (gr/cm3)
Berat volume kering (gr/cm3)
Berat volume butiran padat (gr/cm3)
Berat jenis tanah
S
Derajat kejenuhan
SL
Batas susut
Berat tanah basah dalam cawan percobaan (gr)
Berat tanah kering oven (gr)
Volume tanah basah dalam cawan (cm3)
Volume tanah kering oven (cm3)
Berat jenis air
xiii
Universitas Sumatera Utara
IP
Indeks plastisitas
LL
Batas cair
PL
Batas plastis
Kuat geser (kg/cm2)
Tegangan utama (kg/cm2)
Kuat tekan bebas tanah (kg/cm2)
Kohesi (kg/cm2)
Ø
Sudut geser tanah (0)
Tegangan runtuh (kg/cm2)
St
Sensitivitas
ε
Regangan axial (%)
∆L
Perubahan panjang (cm)
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)
xiv
Universitas Sumatera Utara