Pengaruh Campuran Semen Portland Tipe I dan Abu Gunung Vulkanik Sebagai Bahan Stabilisasi Pada Tanah Lempung dengan Uji UCT

TUGAS AKHIR

PENGARUH CAMPURAN SEMEN PORTLAND TIPE I DAN
ABU GUNUNG VULKANIK SEBAGAI BAHAN STABILISASI
PADA TANAH LEMPUNG DENGAN UJI UNCONFINED
COMPRESSION TEST (UCT)

Diajukan untuk melengkapi tugas – tugas dan memenuhi syarat
untuk menjadi Sarjana

Disusun Oleh :

MICHAEL NAPITUPULU
11 0404 064

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

1
Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK

Stabilisasi tanah sudah umum dilakukan dalam upaya untuk memperbaiki
struktural tanah. Bahan stabilisator yang dicampurkan dalam stabilisasi tanah
tersebut seperti gypsum, semen, bitumen, dan bahan-bahan olahan limbah pabrik
seperti abu ampas tebu dan abu sekam padi. Dalam penelitian ini digunakan
penambahan semen dan abu gunung vulkanik yang merupakan hasil dari erupsi
gunung Sinabung.
Penelitian ini meneliti suatu proses stabilisasi tanah dengan menggunakan
bahan semen Portland tipe 1 yang telah ditetapkan kadarnya sebesar 3% dan abu
gunung vulkanik dengan variasi kadar masing-masing campuran sebesar 2%, 3%,
4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 11%, 12%, 13% serta 14% dan diuji terhadap uji
kuat tekan bebas tanah (Unconfined Compression Test).
Dari penelitian yang dilakukan diperoleh hasil sampel tanah asli memiliki
kadar air 17,89%, berat jenis tanah 2,65, batas cair 45,49% dan indeks plastisitas
30,30%. Berdasarkan klasifikasi USCS, sampel tanah tersebut termasuk dalam

jenis CL (Clay – Low Plasticity) sedangkan berdasarkan klasifikasi AASHTO,
sampel tanah tersebut termasuk dalam jenis A-7-6, yaitu lempung dengan
penilaian sedang sampai buruk.
Dari hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan semen dan abu
gunung vulkanik pada tanah lempung dengan waktu pemeraman 14 hari (curing)
mengakibatkan menurunnya batas cair serta nilai indeks plastisitas. Dengan
bertambahnya persentase abu gunung vulkanik, kepadatan maksimum cenderung
meningkat hingga pada persentase maksimum abu gunung vulkanik sebesar 6%.
Kemudian nilai kepadatan maksimum menurun. Nilai kuat tekan yang diperoleh
meningkat seiring bertambahnya kadar abu gunung vulkanik hingga batas
maksimum nilai kuat tekan terbesar yang diperoleh pada kadar abu gunung
vulkanik 7% yaitu sebesar 2,98 kg/cm².
Kata Kunci : stabilisasi tanah, lempung, semen, abu gunung vulkanik, uji kuat
tekan bebas tanah, unconfined compression test.

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 “Pengaruh Campuran Semen Portland Tipe I dan Abu
Gunung Vulkanik Sebagai Bahan Stabilisasi Pada Tanah Lempung Dengan
Uji UCT”. 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 tugas
akhir dan sebagai pembimbing akademik yang telah sabar 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 Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik

Universitas Sumatera Utara.

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.

ii
Universitas Sumatera Utara

5.

Ibu Ika Puji Hastuti, ST, MT., sebagai Kepala Laboratorium Mekanika
Tanah Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera
Utara.

6.

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

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.

9.

Keluargaku yang tercinta, terutama kepada ayah saya T. M. Napitupulu
ibu saya T. Gurning yang dengan penuh cinta kasih dan kesabaran dalam
merawat, mendidik, menjaga, mendoakan serta berjuang dengan keras
untuk selalu memenuhi kebutuhan hidupku hingga berhasil mendapatkan
kesempatan untuk menempuh pendidikan yang tinggi. Semoga Tuhan
Yang Maha Kuasa selalu melimpahkan berkat bagi beliau.

10. Abangku yaitu Bonar Napitupulu dan Daniel Napitupulu, kakakku yaitu
Rosfianita Napitupulu dan Maria Napitupulu dan adekku Abednego
Napitupulu atas doa, dan dukungan dalam mengerjakan Tugas Akhir ini.
11. Sahabat - sahabat yang selalu memberi dukungan dan semangat dalam
keadaan apapun, Samuel Mario, Triboy, Jannes, Candra, Defrin, Peter,
Rio, Manimpan, Wisman, Habibie, Firdani, Tatano, Maestoso, Ari, Ronny
dan Ovan.

iii
Universitas Sumatera Utara

12. Rekan-rekan seperjuangan stambuk 2011 yang tidak dapat disebutkan satu
persatu namanya yang telah memberi dukungan serta semangat dalam

pengerjaan Tugas Akhir ini.
13. Adik-adik stambuk 2014, Bandri, Erik, Roimer, Tonny, Ruben dan yang
lainnya yang tidak dapat disebutkan satu persatu namanya yang turut
memberi dukungan dan bantuan dalam pengerjaan Tugas Akhir ini.
14. Fransisca Kristiani Pasaribu sebagai orang yang dikasihi yang selalu
memberi dukungan, doa, semangat serta arahan kepada saya.
15. Teman kelompok saya PC-AGV yaitu Irene Margaretha, Lini Marsela dan
Prince Joy.
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

Michael Napitupulu
110404064

iv
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI
Abstrak ............................................................................................................ i
Kata Pengantar ................................................................................................. ii
Daftar Isi........................................................................................................... v
Daftar Gambar ................................................................................................. x
Daftar Tabel .................................................................................................. .. xiii
Daftar Notasi.................................................................................................. .. xiv

BAB I

BAB II

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

Latar Belakang ..................................................................... 1

1.2

Rumusan Masalah ................................................................ 6

1.3

Tujuan dan Manfaat Penelitian ........................................... 6
1.3.1

Tujuan ................................................................... 6

1.3.2

Manfaat .................................................................. 6

1.4

Pembatasan Penelitian ........................................................ 7

1.5

Sistematika Penulisan ......................................................... 8

TINJAUAN PUSTAKA .................................................................. 10
2.1 Tinjauan umum .................................................................... 10
2.1.1 Tanah ..................................................................... 10

v
Universitas Sumatera Utara

2.1.2 Sifat-sifat fisik tanah ............................................. 13
2.1.2.1 Porositas (Porocity) ................................. 13
2.1.2.2 Kadar air (Moisture Content) .................. 13
2.1.2.3 Angka Pori (void ratio) .......................... 14
2.1.2.4 Berat volume (Unit Weight) ................... 14
2.1.2.5 Berat volume kering (Dry Unit Weight) .. 15
2.1.2.6 Berat volume butiran padat (Soil
Volume Weight) ........................................ 15
2.1.2.7 Berat jenis (Specific Gravity) .................. 16
2.1.2.8 Derajat Kejenuhan (S) ............................ 17

2.1.2.9 Batas-batas Atterberg (Atterberg Limit) .. 18
2.1.2.9.1. Batas cair (Liquid Limit) ............. 18
2.1.2.9.2. Batas plastis (Plastic Limit) ......... 20
2.1.2.9.3. Batas susut (Shrinkage Limit) ...... 20
2.1.2.9.4. Indeks plastisitas (Plasticity
Index) .......................................... 21
2.1.2.9.5. Indeks Cair (Liquidity Index) ....... 22
2.1.2.10 Klasifikasi Tanah ..................................... 23
2.1.2.10.1. Klasifikasi AASHTO ................... 23
2.1.2.10.2. Klasifikasi USCS ......................... 24
2.1.3 Sifat-sifat mekanis tanah ....................................... 28
2.1.3.1 Pemadatan tanah ...................................... 28
2.1.3.2 Pengujian Unconfined Compresion Test . 30
2.1.3.3 Teori keruntuhan Mohr-Coulomb ........... 32

vi
Universitas Sumatera Utara

2.1.3.4 Sensitifitas tanah lempung....................... 33
2.2 Bahan-bahan penelitian ....................................................... 37
2.2.1 Tanah lempung ...................................................... 37
2.2.1.1 Lempung dan Mineral Penyusunnya ....... 38
2.2.1.2 Sifat umum tanah lempung...................... 42
2.2.1.3 Pertukaran ion tanah lempung ................. 47
2.2.2 Semen .................................................................... 47
2.2.2.1 Umum ..................................................... 47
2.2.2.2 Semen portland ........................................ 48
2.2.2.2.1

Hidrasi semen ............................... 48

2.2.2.2.2

Jenis-jenis semen portland ............ 49

2.2.3 Abu Gunung Vulkanik (AGV) .............................. 52
2.3 Stabilisasi tanah ................................................................... 53
2.3.1 Stabilisasi tanah dengan semen ............................. 55
2.3.2 Proses kimia pada stabilisasi tanah dengan
semen ..................................................................... 55
2.3.3 Stabilisasi tanah dengan abu vulkanik ................... 56

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN .................................................... 59

3.1

Program penelitian ................................................................... 59

3.2

Pekerjaan persiapan .................................................................. 59

3.3

Pembuatan benda uji ................................................................ 61
3.3.1 Benda Uji untuk Pengujian Water Content ............ 61
3.3.2 Benda Uji untuk Pengujian Berat Spesifik dan
Analisa Saringan ................................................. 61

vii
Universitas Sumatera Utara

3.3.3 Benda Uji untuk Pengujian Batas-batas Atterberg 61
3.3.4 Benda Uji untuk Pengujian Compaction ............... 61
3.3.5

Benda

Uji

untuk

Pengujian

Unconfined

Compression Test .................................................. 62
3.4

Pelaksanaan pengujian ............................................................. 62
3.4.1 Tanah ................................................................... 62
3.4.1.1 Tanah asli ......................................................... 62
3.4.1.2 Tanah yang distabilitasi ................................... 63
3.4.2 Abu Gunung Sinabung ....................................... 63

3.5

BAB IV

Analisis data laboratorium ....................................................... 63

HASIL DAN PEMBAHASAN .................................................... 65

4.1

Pendahuluan ............................................................................ 65

4.2

Pengujian sifat fisik tanah ........................................................ 65
4.2.1 Pengujian sifat fisik tanah asli............................. 65
4.2.2 Pengujian sifat fisik abu vulkanik ....................... 68
4.2.3 Pengujian sifat fisik tanah dengan
bahan stabilisator ................................................. 69
4.2.3.1 Batas cair ........................................................ 70
4.2.3.2 Batas plastis .................................................... 71
4.2.3.3 Indeks plastisitas .............................................. 71

4.3

Pengujian sifat mekanis tanah .................................................. 72
4.3.1 Pengujian pemadatan tanah ................................. 72
4.3.2 Pengujian pemadatan tanah (compaction)

viii
Universitas Sumatera Utara

dengan bahan stabilisator .................................... 73
4.3.2.1 Berat isi kering maksimum ( γd maks ) ......... 74
4.3.2.2 Kadar air maksimum campuran...................... 75
4.3.3 Pengujian kuat tekan bebas
( Unconfined Compression Test) ........................... 76
BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN ..................................................... 82

5.1

Kesimpulan ............................................................................. 82

5.2

Saran ........................................................................................ 84

Daftar Pustaka .................................................................................................. xvi

ix
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR
Hal
Gambar 2.1 Diagram Fase Tanah

12

Gambar 2.2 Batas-batas Atterberg

18

Gambar 2.3 Cawan Casagrande dan Grooving Tool

19

Gambar 2.4 Klasifikasi Berdasarkan Tekstur Tanah

23

Gambar 2.5 Klasifikasi Tanah Sistem USCS

25

Gambar 2.6 Klasifikasi Tanah Sistem AASHTO

27

Gambar 2.7 Hubungan Antara Kadar Air dan Berat Isi Kering Tanah

29

Gambar 2.8 Skema Pengujian Tekan Bebas

30

Gambar 2.9 Keruntuhan Geser Kondisi Air Termampatkan qu di Atas
Sebagai Kekuatan Tanah Kondisi Tak Tersekap

31

Gambar 2.10 Grafik Hubungan Tegangan Normal dan Tegangan Geser

32

Gambar 2.11 Grafik Sensitifitas Tanah Asli dan Tanah Remoulded

33

Gambar 2.12 Kuat Tekan Tanah Asli dan Tanah Remoulded

33

Gambar 2.13 Struktur Atom Mineral Lempung

38

Gambar 2.14 Struktur Kaolinite

39

Gambar 2.15 Struktur Montmorillonite

40

Gambar 2.16 Struktur Illite

41

Gambar 2.17 Sifat Dipolar Molekul Air

43

Gambar 2.18 Molekul Air Dipolar Dalam Lapisan Ganda

44

Gambar 2.19 Kation dan Anion Pada Partikel

46

x
Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.20 Grafik perbandingan unsur kimia dan jarak dari permukaan
partikel lempung

47

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian

64

Gambar 4.1 Plot grafik klasifikasi USCS

67

Gambar 4.2 Grafik analisa saringan

67

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 (LL) dengan variasi
campuran PC dan AGV dengan waktu pemeraman selama
14 hari.

70

Gambar 4.6 Grafik hubungan antara nilai batas plastis (PL) dengan variasi
campuran PC dan AGV dengan waktu pemeraman selama
14 hari

71

Gambar 4.7 Grafik hubungan antara nilai indeks plastis (IP) dengan
variasi campuran PC dan AGV dengan waktu pemeraman
selama 14 hari.

72

Gambar 4.8 Kurva kepadatan tanah

73

Gambar 4.9 Grafik hubungan antara berat isi kering maksimum ( γd maks )
tanah dan variasi campuran dengan waktu pemeraman selama
14 hari.

75

Gambar 4.10 Grafik hubungan antara kadar air optimum tanah ( wopt )
dan variasi campuran dengan waktu pemeraman selama
14 hari.

76

xi
Universitas Sumatera Utara

Gambar 4.11 Grafik hubungan antara nilai kuat tekan tanah (qu) dengan
regangan (strain) yang diberikan pada sampel tanah asli
dan tanah remoulded.

78

Gambar 4.12 Grafik kuat tekan 3% PC dengan berbagai variasi
penambahan AGV

79

Gambar 4.13 Perbandingan grafik kuat tekan dengan penambahan 2% PC,
3% PC, dan 4% PC serta variasi penambahan AGV dengan
penambahan waktu pemeraman 14 hari

81

xii
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Berat Jenis Tanah

16

Tabel 2.2 Derajat Kejenuhan dan Kondisi Tanah

17

Tabel 2.3 Indeks Plastisitas Tanah

22

Tabel 2.4 Simbol Klasifikasi Tanah Sistem USCS

26

Tabel 2.5 Hubungan Kuat Tekan Bebas Tanah Lempung Dengan
Konsistensinya

32

Tabel 2.6 Sensitifitas Lempung

35

Tabel 2.7 Aktivitas Tanah Lempung

42

Tabel 2.8 Persyaratan Standart Komposisi Kimia Portland Cement

51

Tabel 2.9 Komposisi Kimia Abu Vulkanik

53

Tabel 4.1 Data Uji Sifat Fisik Tanah

66

Tabel 4.2 Data Uji Sifat Fisik Abu Gunung Vulkanik

68

Tabel 4.3 Data Hasil Uji Atterberg Limit

69

Tabel 4.4 Data Uji Pemadatan Tanah

73

Tabel 4.5 Data Hasil Uji Compaction

74

Tabel 4.6 Data Hasil Uji Kuat Tekan Bebas 3%PC dengan Berbagai Variasi
Penambahan AGV

77

Tabel 4.7 Perbandingan antara Kuat Tekan Tanah Asli dan Tanah
remoulded

78

xiii
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)

xiv
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)

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)

�1

Tegangan utama (kg/cm2)

xv
Universitas Sumatera Utara