Pengaruh Penggunaan Kapur (CaO) dan Abu Vulkanik Sebagai Bahan Stabilisasi Pada Tanah Lempung Ditinjau dari Nilai CBR dan Pengujian Kuat Tekan Bebas (Unconfined Compression Test)

TUGAS AKHIR

PENGARUH PENGGUNAAN KAPUR (CaO) DAN ABU VULKANIK
SEBAGAI BAHAN STABILISASI PADA TANAH LEMPUNG DITINJAU
DARI NILAI CBR DAN PENGUJIAN KUAT TEKAN BEBAS
(UNCONFINED COMPRESSION TEST)

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

Disusun Oleh :

TRI ALBY SOFYAN
13 0404 106

BIDANG STUDI GEOTEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017

Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK

Kondisi tanah di Indonesia sangat bervariasi ditinjau dari segi kemampuan
dukungnya. Tanah merupakan salah satu material yang memegang peranan penting
dalam konstruksi atau pondasi, sehingga diperlukan tanah dengan sifat-sifat teknik
yang memadai. Dalam kenyataanya sering dijumpai sifat tanah yang tidak memadai
misalnya kompresibilitas, permeabilitas, maupun plastisitasnya.
Pada penelitian ini akan dibahas untuk mengetahui sifat fisis, sifat teknis, kuat
tekan bebas (UCT), nilai CBR (california bearing ratio), dan stabilisasi pada tanah
lempung dengan penambahan kapur dan abu vulkanik sebagai bahan stabilisator.
Kombinasi campurannya adalah 2%, 4%, 6%, 8% kapur dan abu vulkanik 2% sampai
dengan 24%.
Dari penelitian ini diperoleh bahwa sampel tanah memiliki kadar air 34,43%;
berat jenis 2,65; batas cair 47,33%; dan indeks plastisitas 29,88%. 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. Hasil nilai CBR tidak
terendam untuk tanah asli sebesar 6,29%. Sedangkan nilai CBR tidak terendam untuk
semua variasi yang paling optimum berada pada variasi campuran 8% kapur dan 4%
abu gunung vulkanik dimana nilai CBR 10,12%. Nilai kuat tekan bebas (UCT) untuk
tanah asli sebesar 1,42 kg/cm2. Sedangkan nilai kuat tekan bebas (UCT) untuk semua
variasi yang paling optimum berada pada variasi campuran 8% kapur dan 4% abu
gunung vulkanik dimana nilai kuat tekan bebas 3,28 kg/cm2.
Kata Kunci: lempung, kapur, abu gunung vulkanik, stabilisasi tanah, california
bearing ratio, kuat tekan bebas.

i
Universitas Sumatera Utara

KATA PENGANTAR
Alhamdulilah, segala puji dan syukur saya panjatkan kehadiran Allah SWT
atas berkat, dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini
dengan judul “Pengaruh Penggunaan Kapur (CaO) dan Abu Vulkanik Sebagai
Bahan Stabilisasi Pada Tanah Lempung Ditinjau dari Nilai CBR dan

Pengujian 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 yang sebesar-besarnya kepada :
1.

Kedua orang tua saya yang tercinta, kepada Ayah saya H. Sudirman dan
kepada Mama saya Hj. Ria Tarwiyah 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.

Kakak, abang, dan adikku yaitu Suci Anugrah Sari, Robbi Ramadhan dan
M. Sandy Fajar 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.

Bapak Prof. 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.

Ibu Ika Puji Hastuty, S.T, M.T., 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 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
Prasetyo Ramadhan, Ade Indra Utama Lubis, M. Novratama Limbong,
Juanda Andika Siregar dan Yayang Haslika Dasopang yang selalu
membantu dan tidak pernah bosan mengajari saya.

9.

Sahabat – sahabat saya yang terdiri dari Juanda, Novra, Syawali, Herru,
Fachruji, Fadel, Firman, Alif, Wawan, Akbar, Anugrah, dan Zharfan yang
selalu memberi dukungan dan semangat dalam keadaan apapun, yang
menjadi tempat bercerita, tertawa bersama selama kuliah di Teknik Sipil
USU.

10.

Teman kelompok Tugas Akhir M. Novratama Limbong dan Dini Safitri
Andari yang selalu bersemangat dan menghibur saat mengerjakan Tugas
Akhir ini.

Universitas Sumatera Utara

11.

Rekan-rekan seperjuangan Stambuk 2013, Utama, Alfred, Rio, Paccuk,
Ary, Lintong dan yang lainnya yang tidak dapat disebutkan satu persatu
namanya yang telah memberi dukungan serta semangat.

12.

Adik-adik Stambuk 2015, Agung, Farid, Alya, Ayudita, Rekky, dan Yossi
yang telah membantu dalam pengerjaan Tugas Akhir ini.

13.

Adik-adik Stambuk 2016, Okta, Muammar, dan yang lainnya yang telah
membantu dalam pengerjaan Tugas Akhir ini

14.

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

15.

Desy Jayanti Saragih 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.

Medan,

September 2017

Tri Alby Sofyan
13 0404 106

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI
Abstrak ............................................................................................................. i
Kata Pengantar ................................................................................................. ii

Daftar Isi........................................................................................................... v
Daftar Gambar ................................................................................................. x
Daftar Tabel .................................................................................................... xiv
Daftar Notasi .................................................................................................... xv
Daftar Lampiran ............................................................................................... xvii
BAB I

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

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

1.2

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

1.3

Tujuan dan Manfaat ............................................................. 4
1.3.1 Tujuan ...................................................................... 4

1.3.2 Manfaat .................................................................... 4

BAB II

1.4

Pembatasan Masalah ........................................................... 5

1.5

Sistematika penelitian .......................................................... 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 Berat Jenis (Specific Gravity) ..................... 10

2.1.2.3 Derajat Kejenuhan (S) .................................. 11
2.1.2.4 Batas-batas Atterberg (Atterberg Limit)....... 12

v

Universitas Sumatera Utara

2.1.2.4.1 Batas Cair (Liquid Limit) ............... 13
2.1.2.4.2 Batas Plastis (Plastic Limit) ........... 15
2.1.2.4.3 Indeks Plastisitas (Plasiticity
index).............................................. 15
2.1.2.4.4 Indeks Kecairan (Liquidity
Index) ............................................. 16
2.1.2.5 Gradasi Ukuran Butiran ............................... 17
2.1.3

Sistem Klasifikasi Tanah ......................................... 20
2.1.3.1 Sistem Klasifikasi Unified Soil
Classification System (USCS) ....................... 21
2.1.3.2 Sistem Klasifikasi AASHTO ........................ 25
2.1.3.3 Sistem Tanah Berdasarkan Tingkat
Ekspansive .................................................... 26

2.1.4

Sifat-sifat Mekanis Tanah ........................................ 29
2.1.4.1 Pemadatan Tanah (Compaction) .................. 29
2.1.4.2 Pengujian Caifornia Bearing Ratio (CBR) .. 33
2.1.4.3 Penguian Uji Tekan Bebas (Unconfined
Compression Test)........................................ 35
2.1.4.4 Sensivitas Tanah Lempung .......................... 39

2.2

Bahan-bahan Penelitian ....................................................... 43
2.2.1 Tanah Lempung (clay) ............................................. 43
2.2.1.1 Definisi Lempung......................................... 43
2.2.1.2 Lempung dan Mineral Penyusunnya ............ 45
2.2.1.3 Sifat-sifat Tanah Lempung........................... 51

vi

Universitas Sumatera Utara

2.2.2 Kapur........................................................................ 55
2.2.3 Abu Gunung Vulkanik (AGV)................................. 57
2.2.3.1 Umum........................................................... 57
2.3

Stabilitas Tanah ................................................................... 59
2.3.1 Stabilitas Tanah dengan Kapur ................................ 61
2.3.2 Stabilats Tanah dengan Abu Gunung Vulkanik....... 62

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN .................................................... 63
3.1

Program Penelitian............................................................... 63

3.2

Pekerjaan Persiapan ............................................................. 63

3.3

Pembuatan Benda Uji .......................................................... 64
3.3.1 Benda Uji untuk Pengujian Water Content .............. 65
3.3.2 Benda Uji untuk Pengujian Berat Spesifik dan
Analisa Saringan ...................................................... 65
3.3.3 Benda Uji untuk Pengujian Batas-batas Atterberg .. 65
3.3.4 Benda Uji untuk Pengujian compaction .................. 65
3.3.5 Benda Uji untuk Pengujian Unconfined
Compression Test .................................................... 66
3.3.6 Benda Uji untuk Pengujian CBR Laboratorium ...... 66

3.4

Pelaksanaan Pengujian ......................................................... 68
3.4.1 Tanah........................................................................ 68
3.4.1.1 Tanah Asli ...................................................... 68
3.4.1.2 Tanah yang Telah Distabilisasi ...................... 69
3.4.2 Kapur........................................................................ 69
3.4.3 Abu Gunung Vulkanik ............................................. 69

vii

Universitas Sumatera Utara

3.5
BAB IV

Analisis Data Laboratorium ................................................. 70

HASIL DAN PEMBAHASAN .................................................... 72
4.1

Pendahuluan ......................................................................... 72

4.2

Pengujian Sifat Fisik Tanah ................................................. 72
4.2.1 Pengujian Sifat Fisik Tanah Asli ............................. 72
4.2.2 Pengujian Sifat Fisik kapur dan Abu Gunung
Vulkanik ................................................................... 80
4.2.3 Pengujian Sifat Fisik Tanah dengan Bahan
Stablilisator .............................................................. 82
4.2.3.1 Batas Cair (liquid Limit) ................................. 85
4.2.3.2 Batas Plastis (Plastic Limit)............................ 86
4.2.3.3 Indeks Plastisitas (Plasticity Indeks) .............. 87

4.3

Pengujian Sifat Mekanis Tanah ........................................... 88
4.3.1 Pengujian Pemadatan Tanah Asli (Compaction) ..... 88
4.3.2 Pengujian Pemadatan Tanah (Compaction)
dengan Bahan Stabilisator........................................ 89
4.3.2.1 Berat Isi Kering Maksimum (γd maks) ......... 92
4.3.2.2 Kadar Air Optimum (Wopt )............................. 94
4.3.3

Pengujian CBR (California Bearing Ratio) ............ 95

4.3.4 Pengujian Kuat Tekan Bebas (Unconfined
Compression Test) ................................................... 99
BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN ..................................................... 106
5.1

Kesimpulan ......................................................................... 106

5.2

Saran ................................................................................... 108

viii

Universitas Sumatera Utara

Daftar Pustaka .................................................................................................. xviii
Lampiran .......................................................................................................... xix

ix

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

13

Gambar 2.3

Alat Uji Batas Cair

14

Gambar 2.4

Kurva Pada Penentuan Batas Cair Tanah Lempung

14

Gambar 2.5

Hubungan Antara WP, WL dan WN Dalam Menghitung
LI atau IL

16

Gambar 2.6

Ayakan Untuk Pengujian Sieve Analysis

18

Gambar 2.7

Alat Hidrometer Jenis ASTM 152H

19

Gambar 2.8

Klasifikasi Tanah Sistem Unified

24

Gambar 2.9

Klasifikasi Tanah Sistem AASHTO

26

Gambar 2.10 Klasifikasi Tanah berdasarkan tingkat ekspansif menurut
Prof. Seed

26

Gambar 2.11 Klasifikasi Tanah berdasarkan tingkat ekspansif
menurut Prof. William

27

Gambar 2.12 Hubungan Antara Kadar Air dan Berat Isi Kering Tanah

32

Gambar 2.13 Skema Uji Tekan Bebas

36

Gambar 2.14 Keruntuhan Geser Kondisi Air Termampatkan qu Di
Atas Sebagai Kekuatan Tanah Kondisi Tak Tersekap

37
x

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.15 Grafik Sensitifitas Tanah Asli dan Tanah Remoulded

39

Gambar 2.16 Kuat Tekan Tanah Asli dan Tanah Remoulded

40

Gambar 2.17 Struktur Atom Mineral Lempung, silica tetrahedra,
silica sheet, aluminium oktahedra, lembaran oktahedra
(gibbsite) dan lembaran silika – gibbsite
Gambar 2.18 Diagram sistematik kolinite dan

46
Struktur atom

kaolinite
Gambar 2.19 Diagram

48
skematik

struktur

montmorrilonite

dan

Struktur atom montmorrilonite

49

Gambar 2.20 Diagram Skematik Struktur Illite

51

Gambar 2.21 Sifat Dipolar Molekul Air

54

Gambar 2.22 Tarik Menarik Molekul Dipolar Pada Lapisan Ganda

55

Gambar 3.1

Diagram Alir Penelitian

71

Gambar 4.1

Plot Grafik Klasifikasi USCS

74

Gambar 4.2

Grafik Analisa Saringan Tanah Asli

75

Gambar 4.3

Grafik Batas Cair (Liquid Limit), Atterberg Limit

75

Gambar 4.4

Klasifikasi

Tanah

berdasarkan

tingkat

ekspansif

menurut Prof. Seed
Gambar 4.5

Klasifikasi

Tanah

76
berdasarkan

menurut Prof. William

tingkat

ekspansif
77
xi

Universitas Sumatera Utara

Gambar 4.6

Grafik Analisa Saringan Kapur

81

Gambar 4.7

Grafik Analisa Saringan Abu Gunung Vulkanik

82

Gambar 4.8

Grafik Hubungan Antara Nilai Batas Cair (LL) dengan
Variasi Campuran Kapur dan Abu Gunung Vulkanik

Gambar 4.9

85

Grafik Hubungan Antara Nilai Batas plastis (PL)
dengan Variasi Campuran Kapur dan Abu Gunung
Vulkanik

86

Gambar 4.10 Grafik Hubungan Antara Nilai Indeks Plastisitas (IP)
dengan

Variasi

Campuran

Kapur

Abu

Gunung

Vulkanik

87

Gambar 4.11 Kurva Kepadatan Tanah Asli

89

Gambar 4.12 Grafik Hubungan Antara Berat Isi Kering Maksimum
(Γd

Maks)

Tanah dengan Variasi Campuran Kapur dan

Abu Gunung Vulkanik

93

Gambar 4.13 Grafik Hubungan Antara Kadar Air Optimum Tanah
(Wopt ) dengan Variasi Campuran Kapur dan Abu
Gunung Vulkanik

95

Gambar 4.14 Grafik Hubungan Nilai CBR dengan Variasi Persentase
Penambahan Campuran Kapur Abu Gunung Vulkanik

99

xii

Universitas Sumatera Utara

Gambar 4.15 Grafik Hubungan Antara Nilai Kuat Tekan Tanah (qu)
dengan Regangan (Strain) yang Diberikan Pada Sampel
Tanah Asli dan Remoulded

103

Gambar 4.16 Grafik Grafik Kuat Tekan dengan Berbagai Variasi
Penambahan Abu Sekam Padi dan Abu Vulkanik

104

xiii

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Berat Jenis Tanah

11

Tabel 2.2 Derajat Kejenuhan dan Kondisi Tanah

12

Tabel 2.3 Indeks Plastisitas Tanah

16

Tabel 2.4 Simbol Klasifikasi Tanah Sistem USCS

23

Tabel 2.5 Klasifikasi tanah Ekspansif Berdasarkan Indeks Plastisitas
dan Batas

28

Tabel 2.6 Klasifikasi berdasarkan Indeks Plastisitas

28

Tabel 2.7 Klasifikasi Tanah Ekspansif Berdasarkan Persentasi Lolos
Ayakan No. 200, Batas Cair, dan SPT

28

Tabel 2.8 Klasifikasi Potensial Pengembangan Menurut Snethen.

29

Tabel 2.9 Pengujian Pemadatan Proctor

31

Tabel 2.10 Hubungan Konsistensi Dengan Kuat Tekan Bebas Tanah
Lempung

38

Tabel 2.11 Sensitivitas Lempung

41

Tabel 2.12 Aktivitas Tanah Lempung

53

Tabel 2.13 Komposisi Kimia Kapur

56

Tabel 2.14 Komposisi Kimia Abu Vulkanik

59

Tabel 4.1 Data Uji Sifat Fisik Tanah

73

Tabel 4.2 Klasifikasi tanah Ekspansif Berdasarkan Indeks Plastisitas
dan Batas Susut

78

Tabel 4.3 Klasifikasi berdasarkan Indeks Plastisitas

78

Tabel 4.4 Klasifikasi Tanah Ekspansif Berdasarkan Persentasi Lolos
Ayakan No. 200, Batas Cair, dan SPT.

79

xiv

Universitas Sumatera Utara

Tabel 4.5 Klasifikasi Potensial Pengembangan Menurut Snethen.

79

Tabel 4.6 Data Uji Sifat Fisik Kapur

80

Tabel 4.7 Data Uji Sifat Fisik Abu Gunung Vulkanik

81

Tabel 4.8 Data Uji Hasil Uji Atterberg Limit

83

Tabel 4.9 Data Hasil Uji Pemadatan Tanah Asli

89

Tabel 4.10 Data Hasil Uji Pemadatan Tanah dengan Bahan Stabilisator

90

Tabel 4.11 Data Hasil CBR dengan Berbagai Variasi Penambahan
Kapur dan Abu Gunung Vulkanik

96

Tabel 4.12 Data Hasil Uji Kuat Tekan Bebas dengan Berbagai Variasi
Penambahan Kapur dan Abu Gunung Vulkanik

100

Tabel 4.13 Perbandingan Kuat Tekan Asli dan Tanah Remoulded

103

xv

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)

ω

Kadar air %

��

�
�

γb

Porositas

Angka pori
Berat volume basah (gr/cm3)

��

Berat volume kering (gr/cm3)

��

Berat jenis tanah

IP

Indeks plastisitas %

��

Berat volume butiran padat (gr/cm3)

Sr

Derajat kejenuhan %

LL
PL
��

�1

��

Batas cair %

Batas plastis %

Kuat geser (kg/cm2)
Tegangan utama (kg/cm2)
Kuat tekan bebas tanah (kg/cm2)

xv

Universitas Sumatera Utara

��

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)

xvi

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran-1, Data Uji Laboratorium, Kadar Air dan Berat Jenis
Lampiran-2, Data Uji Laboratorium, Analisa Saringan
Lampiran-3, Data Uji Laboratorium, Atterberg Limit
Lampiran-4, Data Uji Laboratorium, Compaction Test
Lampiran-5, Data Uji Laboratorium, CBR Laboratorium Test
Lampiran-6, Data Uji Laboratorium, Unconfined Compression Test
Lampiran-7, Data Komposisi Kimia Kapur
Lampiran-8, Data Komposisi Kimia Abu Gunung Vulkanik
Lampiran-9, Dokumentasi Pelaksanaan

xvii

Universitas Sumatera Utara