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