bab ii tinjauan pustaka 2.1 tanah...

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Tanah Lempung

Tanah lempung dan mineral lempung adalah tanah yang memiliki partikel-

partikel mineral tertentu yang “menghasilkan sifat-sifat plastis pada tanah bila

dicampur dengna air” (Grim, 1953). Partikel-partikel tanah berukuran yang lebih

kecil dari 2 mikron (=2µ), atau <5 mikron menurut sistem klasifikasi yang lain,

disebut saja sebagai partikel berukuran lempung daripada disebut lempung saja.

Partikel-partikel dari mineral lempung umumnya berukuran koloid (<1µ) dan ukuran

2µ merupakan batas atas (paling besar) dari ukuran partikel mineral lempung.

Untuk menentukan jenis lempung tidak cukup hanya dilihat dari ukuran

butirannya saja tetapi perlu diketahui mineral yang terkandung didalamnya. ASTM

D-653 memberikan batasan bahwa secara fisik ukuran lempung adalah partikel yang

berukuran antara 0,002 mm samapi 0,005 mm.

Sifat-sifat yang dimiliki tanah lempung (Hardiyatmo, 1999) adalah sebagai

berikut:

1. Ukuran butir halus, kurang dari 0,002 mm

2. Permeabilitas rendah

3. Kenaikan air kapiler tinggi

4. Bersifat sangat kohesif

5. Kadar kembang susut yang tinggi

6. Proses konsolidasi lambat.

Universitas Sumatera Utara

Kebanyakan jenis tanah terdiri dari banyak campuran atau lebih dari satu

macam ukuran partikel. Tanah lempung belum tentu terdiri dari partikel lempung

saja, akan tetapi dapat bercampur butir-butiran ukuran lanau maupun pasir dan

mungkin juga terdapat campuran bahan organik.

Guna menunjang pengkajian dan penelitian terhadap ”Pengaruh Penambahan

Abu Caangkang sawit Terhadap Daya Dukung dan Kuat Tekan Pada Tanah Lempung

Ditinjau Dari Uji UCT dan CBR Laboratorium“, maka dibutuhkan pengetahuan serta

pemahaman yang baik tentang sifat-sifat tanah berdasarkan teori yang ada terdiri dari

sifat fisik (Index Properties) dan sifat keteknikan (Enginering Properties),

pemahaman kedua sifat ini sangatlah penting untuk diketahui sebagai dasar dalam

mengambil suatu keputusan yang berkaitan dengan perekayasaan pondasi (jalan,

jembatan, bendungan dan lainnya).

Sifat fisik dan sifat keteknikan tanah, lebih ditentukan oleh jenis dari

klasifikasi tanah itu sendiri. Pengklasifikasian tanah dimaksudkan untuk

mempermudah pengelompokkan berbagai jenis tanah ke dalam kelompok tanah yang

sesuai dengan sifat teknik dan karakteristiknya. Pengelompokkan tanah menempatkan

tanah dalam 3 kelompok, tanah berbutir kasar, tanah berbutir halus dan tanah organis.

Berdasarkan USCS tanah berbutir kasar adalah yang mempunyai

persentase lolos saringan nomor 200<50%, dan tanah berbutir halus (lanau/lempung)

jika lebih dari 50% lolos saringan nomor 200. Tanah ini dibagi dalam 2 kelompok

yaitu kelompok kerikil dan tanah kerikil serta pasir dan tanah kepasiran.


Tanah berbutir halus dibagi dalam Lanau (M), Lempung (C) yang didasarkan

pada batas cair dan indeks plastisitasnya. Tanah Organis juga termasuk dalam

kelompok tanah berbutir halus.

Konsistensi dari tanah lempung dan tanah kohesif lainnya sangat dipengaruhi

oleh kadar air. Indeks plastisitas dan batas cair dapat digunakan untuk menentukan

karateristik pengembangan. Karakteristik pengembangan hanya dapat diperkirakan

dengan menggunakan indeks plastisitas, ( Holtz dan Gibbs, 1962 ).

Dikarenakan sifat plastis dari suatu tanah adalah disebabkan oleh air yang

terserap disekeliling permukaan partikel lempung, maka dapat diharapkan bahwa tipe

dan jumlah mineral lempung yang dikandung didalam suatu tanah akan

mempengaruhi batas plastis dan batas cair tanah yang bersangkutan.

2.2 Sistem Klasifikasi Tanah

Sistem klasifikasi tanah dibuat pada dasarnya untuk memberikan informasi

tentang karakteristik dan sifat-sifat fisis tanah. Karena variasi sifat dan perilaku tanah

yang begitu beragam, sistem klasifikasi secara umum mengelompokan tanah ke

dalam kategori yang umum dimana tanah memiliki kesamaan sifat fisis. Sistem

klasifikasi bukan merupakan sistem identifikasi untuk menentukan sifat-sifat mekanis

dan geoteknis tanah. Karenanya, klasifikasi tanah bukanlah satu-satunya cara yang

digunakan sebagai dasar untuk perencanaan dan perancangan konstruksi. Pada

awalnya, metode klasfikasi yang banyak digunakan adalah pengamatan secara kasat-

mata (visual identification) melalui pengamatan tekstur tanah. Selanjutnya, ukuran


butiran tanah dan plastisitas digunakan untuk identifikasi jenis tanah. Karakteristik

tersebut digunakan untuk menentukan kelompok klasifikasinya. Sistem klasifikasi

tanah yang umum digunakan untuk mengelompokan tanah adalah Unfied Soil

Clasification System (USCS). Sistem ini didasarkan pada sifat-sifat indek tanah yang

sederhana seperti distribusi ukuran butiran, batas cair dan indek plastisitasnya.

Disamping itu, terdapat sistem lainnya yang juga dapat digunakan dalam identifikasi

tanah seperti yang dibuat oleh American Association of State Highway and

Transportation Officials Classfication (AASHTO), British Soil Classification System

(BSCS), dan United State Department of Agriculture (USDA). Dalam penelitian ini

digunakan klasifikasi tanah berdasarkan USCS dan AASHTO.

2.2.1 Sistem Klasifikasi Tanah Menurut USCS

Klasifikasi tanah sistem ini diajukan pertama kali oleh Casagrande dan

selanjutnya dikembangkan oleh United State Bureau of Reclamation (USBR) dan

United State Army Corps of Engineer (USACE). Kemudian American Society for

Testing and Materials (ASTM) telah memakai USCS sebagai metode standar guna

mengklasifikasikan tanah. Dalam bentuk yang sekarang, sistem ini banyak digunakan

dalam berbagai pekerjaan geoteknik. Dalam USCS seperti pada Gambar 2.1 suatu

tanah diklasifikasikan ke dalam dua kategori utama yaitu:

1. Tanah berbutir kasar (coarse-grained soils) yang terdiri atas kerikil dan pasir

yang mana kurang dari 50% tanah yang lolos saringan No. 200 (F200 < 50).

Simbol kelompok diawali dengan G untuk kerikil (gravel) atau tanah


berkerikil (gravelly soil) atau S untuk pasir (sand) atau tanah berpasir (sandy

soil).

2. Tanah berbutir halus (fine-grained soils) yang mana lebih dari 50% tanah

lolos saringan No. 200 (F200 ≥ 50). Simbol kelompok diawali dengan M

untuk lanau anorganik (anorganic silt), atau C untuk lempung anorganik

(anorganic clay), atau O untuk lanau dan lempung organik. Simbol Pt

digunakan untuk gambut (peat), dan tanah dengan kandungan organik tinggi

.Simbol lain yang digunakan untuk klasifikasi adalah W untuk gradasi baik

(well graded), P gradasi buruk (poorly graded), L plastisitas rendah (low

plasticity) dan H plastisitas tinggi (high plasticity).

IND

EK

S PL

AST

IS

BATAS CAIR

CH

CL

OLML

MH OH

&

&CL - ML

0

Garis -

A

0 10

10

20

30

40

60

50

20 30 40 50 60 70 80 90 100

Gambar.2.1 Grafik plastisitas untuk klasifikasi USCS (Das,194)

Lanau adalah tanah berbutir halus yang mempunyai batas cair dan indeks

plastisitas terletak dibawah garis A dan lempung berada diatas garis A. Lempung

organis adalah pengecualian dari peraturan diatas karena batas cair dan indeks


plastisitasnnya berada dibawah garis A. Lanau, lempung dan tanah organis dibagi lagi

menjadi batas cair yang rendah (L) dan tinggi (H). Garis pembagi antara batas cair

yang rendah dan tinggi ditentukan pada angka 50 seperti:

1. Kelompok ML dan MH adalah tanah yang diklasifikasikan sebagai lanau pasir,

lanau lempung atau lanau organis dengan plastisitas relatif rendah. Juga

termasuk tanah jenis butiran lepas, tanah yang mengandung mika juga beberapa

jenis lempung kaolinite dan illite.

2. Kelompok CH dan CL terutama adalah lempung organik. Kelompok CH adalah

lempung dengan plastisitas sedang sampai tinggi mencakup lempung gemuk.

Lempung dengan plastisitas rendah yang dikalsifikasikan CL biasanya adalah

lempung kurus, lempung kepasiran atau lempung lanau.

3. Kelompok OL dan OH adalah tanah yang ditunjukkan sifat-sifatnya dengan

adanya bahan organik. Lempung dan lanau organik termasuk dalam kelompok

ini dan mereka mempunyai plastisitas pada kelompok ML dan MH.

2.2.2 Sistem Klasifikasi Tanah AASHTO

Sistem klasifikasi AASHTO berguna untuk menentukan kualitas tanah guna

pekerjaan jalan yaitu lapis dasar (subbase) dan tanah dasar (subgrade). Karena sistem

ini ditujukan untuk pekerjaan jalan tersebut, maka penggunaan sistem ini dalam

prakteknya harus dipertimbangkan terhadap maksud aslinya. Sistem ini membagi

tanah ke dalam 7 kelompok utama yaitu A-1 sampai dengan A-7. Tanah yang

terklasifikasikan dalam kelompok A-1, A-2, dan A-3 merupakan tanah granuler yang


memiliki partikel yang lolos saringan No. 200 kurang dari 35%. Tanah yang lolos

saringan No. 200 lebih dari 35% diklasifikasikan dalam kelompok A-4, A-5, A-6, dan

A-7. Tanah-tanah dalam kelompok ini biasanya merupakan jenis tanah lanau dan

lempung. Sistem klasifikasi menurut AASHTO disajikan yang mana didasarkan pada

kriteria sebagai berikut:

1. Ukuran partikel

a. Kerikil: fraksi yang lolos saringan ukuran 75 mm (3 in) dan tertahan pada

saringan No. 10.

b. Pasir: fraksi yang lolos saringan No. 10 (2 mm) dan tertahan pada saringan No.

200 (0,075 mm).

c. Lanau dan lempung: fraksi yang lolos saringan No. 200.

2. Plastisitas: tanah berbutir halus digolongkan lanau bila memiliki indek plastisitas,

PI ≤ 10 dan dikategorikan sebagai lempung bila mempunyai indek plastisitas, PI

≥ 11 Gambar 2.2 memberikan grafik plastisitas untuk klasifikasi tanah kelompok

A-2, A-4, A-5, A-6, dan A-7.

Gambar 2.2 Grafik plastisitas untuk klasifikasi tanah sistem AASHTO (Das,1994)


2.3 Karakteristik Fisik Tanah Lempung Lunak

Menurut Bowles (1989), mineral-mineral pada tanah lempung umumnya

memiliki sifat-sifat:

1. Hidrasi.

Partikel mineral lempung biasanya bermuatan negatif sehingga partikel

lempung hampir selalu mengalami hidrasi, yaitu dikelilingi oleh lapisan-

lapisan molekul air yang disebut sebagai air teradsorbsi. Lapisan ini pada

umumnya mempunyai tebal dua molekul karena itu disebut sebagai lapisan

difusi ganda atau lapisan ganda. Lapisan difusi ganda adalah lapisan yang

dapat menarik molekul air atau kation disekitarnya. Lapisan ini akan hilang

pada temperatur yang lebih tinggi dari 600 sampai 1000C dan akan

mengurangi plasitisitas alamiah, tetapi sebagian air juga dapat menghilang

cukup dengan pengeringan udara saja.

2. Aktivitas.

Hasil pengujian index properties dapat digunakan untuk mengidentifikasi

tanah ekspansif. Hardiyatmo (2006) merujuk pada Skempton (1953)

mendefinisikan aktivitas tanah lempung sebagai perbandingan antara Indeks

Plastisitas (IP) dengan prosentase butiran yang lebih kecil dari 0,002 mm

yang dinotasikan dengan huruf C, disederhanakan dalam persamaan:

(2.1)


Untuk nilai A>1,25 digolongkan aktif dan sifatnya ekspansif. Nilai A

1,25<A<A<0,75 digolongkan normal sedangkan nilai A<0,75 digolongkan

tidak aktif. Aktivitas juga berhubungan dengan kadar air potensial relatif. Nilai-

nilai khas dari aktivitas dapat dilihat pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1 Aktivitas tanah lempung (Skempton, 1953)

Minerologi tanah lempung Nilai Aktivitas

Kaolinite

Illite

montmorillonite

0,4 – 0,5

0,5 – 1,0

1,0 – 7,0

3. Flokulasi dan Dispersi.

Apabila mineral lempung terkontaminasi dengan substansi yang tidak

mempunyai bentuk tertentu atau tidak berkristal maka daya negatif netto,

ion- ion H+ dari air gaya Van der Waals dan partikel berukuran kecil akan

bersama-sama tertarik dan bersinggungan atau bertabrakan di dalam larutan

tanah dan air. Beberapa partikel yang tertarik akan membentuk flok (flock)

yang berorientasi secara acak atau struktur yang berukuran lebih besar akan

turun dari larutan itu dengan cepatnya membentuk sedimen yang lepas.

Flokulasi adalah peristiwa penggumpalan partikel lempung di dalam larutan

air akibat mineral lempung umumnya mempunyai pH>7. Flokulasi larutan

dapat dinetralisir dengan menambahkan bahan-bahan yang mengandung asam

(ion H+), sedangkan penambahan bahan-bahan alkali akan mempercepat


flokulasi. Untuk menghindari flokulasi larutan air dapat ditambahkan zat

asam.

4. Pengaruh Zat cair

Fase air yang berada di dalam struktur tanah lempung adalah air yang tidak

murni secara kimiawi. Pada pengujian di laboratorium untuk batas Atterberg,

ASTM menentukan bahwa air suling ditambahkan sesuai dengan keperluan.

Pemakaian air suling yang relatif bebas ion dapat membuat hasil yang cukup

berbeda dari apa yang didapatkan dari tanah di lapangan dengan air yang telah

terkontaminasi.

Air yang berfungsi sebagai penentu sifat plastisitas dari lempung. Satu

molekul air memiliki muatan positif dan muatan negative pada ujung yang

berbeda (dipolar). Fenomena hanya terjadi pada air yang molekulnya dipolar

dan tidak terjadi pada cairan yang tidak dipolar seperti karbon tetrakolrida

(Ccl4) yang jika dicampur lempung tidak akan terjadi apapun.

5. Sifat kembang susut (swelling potensial)

Plastisitas yang tinggi terjadi akibat adanya perubahan syistem tanah dengan

air yang mengakibatkan terganggunya keseimbangan gaya-gaya didalam

struktur tanah. Gaya tarik yang bekerja pada partikel yang berdekatan yang

terdiri dari gaya elektrostatis yang bergantung pada komposisi mineral, serta

gaya van der Walls yang bergantung pada jarak antar permukaan partikel.

Partikel lempung pada umumnya berbentuk pelat pipih dengan permukaan

bermuatan likstik negatif dan ujung-ujungnya bermuatan posistif. Muatan


negatif ini diseimbangkan oleh kation air tanah yang terikat pada permukaan pelat

oleh suatu gaya listrik. Sistem gaya internal kimia-listrik ini harus dalam keadaan

seimbang antara gaya luar dan hisapan matrik. Apabila susunan kimia air tanah

berubah sebagai akibat adanya perubahan komposisi maupun keluar masuknya air

tanah, keseimbangan gaya–gaya dan jarak antar partikel akan membentuk

keseimbangna baru. Perubahan jarak antar partikel ini disebut sebagai proses

kembang susut.

Tanah-tanah yang banyak mengandung lempung mengalami perubahan

volume ketika kadar air berubah. Perubahan itulah yang membahayakan bagunan.

Tingkat pengembangan secara umum bergantung pada beberapa faktor yaitu:

1. Tipe dan jumlah mineral yang ada di dalam tanah.

2. Kadar air.

3. Susunan tanah.

4. Konsentrasi garam dalam air pori.

5. Sementasi.

6. Adanya bahan organik, dll.

2.3.1 Identifikasi Tanah Lempung Lunak

Menurut Chen (1975), cara-cara yang bisa digunakan untuk mengidentifikasi

tanah ekspansif dapat dilakukan dengan 2 cara yaitu:

1. Identifikasi mineralogi

2. Cara tidak langsung (indeks tunggal)


1. Identifikasi minerallogi

Analisa Minerologi sangat berguna untuk mengidentifikasi potensi kembang

susut suatu tanah lempung. Identifikasi dilakukan dengan cara:

- Difraksi sinar X (X-Ray Diffraction).

- Difraksi sinar X (X-Ray Fluorescence)

- Analisi Kimia (Chemical Analysis)

- Mikroskop Elektron (Scanning Electron Microscope).

2. Cara tidak langsung (single index method)

Hasil uji sejumlah indeks dasar tanah dapat digunakan untuk evaluasi berpotensi

ekspansif atau tidak pada suatu contoh tanah. Uji indeks dasar adalah uji batas-

batas Atterberg, linear shrinkage test (uji susut linear), uji mengembang bebas.

Untuk melengkapi data dari contoh tanah yang digunakan dalam penelitian

ini, dilakukan beberapa pengujian pendahuluan. Pengujian tersebut meliputi uji sifat-

sifat fisis tanah.

2.3.1.1 Specific Gravity ( Gs )

Harga secific gravity (Gs) dari butiran tanah sangat berperan penting dalam

bermacam-macam keperluan perhitungan mekanika tanah. Harga-harga itu dapat

ditentukan secara akurat dilaboraturium. Tabel 2.4 menunjukan harga-harga specific

gravity beberapa mineral yang umum terdapat pada tanah.


Tabel 2.2 Specific gravity mineral-mineral penting pada tanah (Das, 1994)

Mineral Specific gravity Quarts (kwarsa) Kaolinite Illite Montmorillonite Halloysite Potassium feldspar Sodium and calcium feldspar Chlorite Biorite Muscovite Horn blende Limonite Olivine

2.65 2.60 2.80

- 2.80 - 2.55 2.57

2.62 – 2.76 2.60 – 2.90 2.80 – 3.20 2.76 – 3.10 3.00 – 3.47 3.60 – 4.00 3.27 – 3.37

Sebagian dari mineral – mineral tersebut mempunyai specific gravity berkisar

antara 2,6 sampai dengan 2,9. Specific gravity dari bagian padat tanah pasir yang

berwarna terang, umumnya sebagian besar terdiri dari quartz, dapat diperkirakan

sebesar 2,65 untuk tanah lempung atau berlanau, harga tersebut berkisar antara 2,6 –

2,9 dengan persamaan seperti dibawah ini:

Gs = (2.2)

Nilai-nilai specific grafity untuk berbagai jenis tanah dapat dilihat pada Tabel 2.3.

Tabel 2.3 Specific gravity tanah (Hardiyatmo, 2006)

Macam tanah Specific Gravity Kerikil Pasir Lanau anorganik Lanau organik Lempung anorganik Humus Gambut

2,65 – 2,68 2,65 – 2,68 2,62 – 2,68 2,58 – 2,65 2,68 – 2,75

1,37 1,25 – 1,80


Berat isi dalam tanah didefenisikan sebagai rasio antara berat jenis zat pada

partikel tanah dengan berat isi air seperti yang ditunjukkan pada persamaan:

Gs= (2.3)

Dimana Gs = specific gravity

s = berat volume air pada temperatur 40C (gr/cm3)

w = berat volume butiran padat (gr/cm3)

Wiqoyah (2006), telah melakukan penelitian tentang pengaruh kadar kapur,

waktu perawatan dan perendaman terhadap kuat dukung tanah lempung. Hasil uji

specific gravity (Gs) dengan penambahan 2,5% , 5% dan 7,5% kapur menunjukkan

adanya kecenderungan penurunan nilai specific gravity seiring dengan bertambah

besarnya persentase kapur. Besarnya penurunan maksimum adalah 0,03%.

2.3.1.2 Batas Konsistensi (Atterberg)

Kedudukan fisik tanah berbutir halus pada kadar air tertentu disebut

konsistensi. Menurut Atterberg batas-batas konsistensi tanah berbutir halus

tersebut adalah batas cair, batas plastis, batas susut. Batas konsistensi tanah ini

didasarkan kepada kadar air yaitu:

a. Batas Cair (Liquid Limit)

Batas cair adalah kadar air tanah pada batas antara keadaan cair dan keadaan

plastis. Alat uji batas cair dapat dilihat pada Gambar 2.3 dan kurva penentuan

batas cair dapat dilihat pada Gambar 2.4.

Atterberg (1990), telah meneliti sifat konsistensi mineral lempung pada


kadar air yang bervariasi yang dinyatakan dalam batas cair, batas plastis, dan batas susut.

Gambar 2.4 Skema uji batas cair

Gambar 2.4 Kurva pada penentuan batas cair tanah lempung


b. Batas Plastis ( Plastic Limit )

Pengertian batas plastisitas adalah sifat tanah dalam keadaan konsistensi, yaitu

cair, plastis, semi padat, atau padat bergantung pada kadar airnya. Kebanyakan dari

tanah lempung atau tanah berbutir halus yang ada dialam dalam keadaan plastis.

Secara umum semakin besar plastisitas tanah, yaitu semakin besar rentang kadar air

daerah plastis maka tanah tersebut akan semakin berkurang kekuatan dan mempunyai

kembang susut yang semakin besar.

Indeks plastisitas adalah selisih batas cair dan batas plastis ( Interval kadar air

pada kondisi tanah masih bersifat plastis ), karena itu menunjukkan sifat keplastisan

tanah.

PI = LL – PL (2.4)

Dimana

PI = Plastis Indeks ( % )

LL = Liquid Limit ( % )

PL = Plastis Limit ( % )

Batasan mengenai indeks plastisitas, sifat, macam tanah, dapat dilihat pada Tabel 2.4

Tabel 2.4 Nilai indeks plastisitas dan macam tanah (Chen, 1975)

PI Sifat Macam tanah 0

<7 7– 17 >17

Non Plastis Plastisitas rendah Plastisitas sedang Plastisitas tinggi

Pasir Lanau

Lempung berlanau Lempung


c. Batas Susut (Shrinkage Limit)

Suatu tanah akan mengalami penyusutan bila kadar air secara perlahan–lahan

hilang dari dalam tanah. Dengan hilangnya air terus menerus akan mencapai suatu

tingkat keseimbangan, dimana penambahan kehilangan air tidak akan menyebabkan

perubahan volume tanah.

Batas susut dapat dinyatakan dalam persamaan:

SL = %100

x

KeringTanahBeratAirVolume

KeringTanahBeratAirBerat

úû

ùêë

é÷÷ø

öççè

æ-÷÷

ø

öççè

æ (2.5)

Kandungan mineral montmorillonite mempengaruhi nilai batas konsistensi.

Semakin besar kandungan mineral montmorillonite semakin besar batas cair dan

indeks plastisitas serta semakin kecil nilai batas susut dan batas plastisnya

(Hardiyatmo, 2006).

Angka-angka batasan Atterberg untuk bermacam-macam mineral lempung

menurut Mitchell (1976) dapat dilihat pada Tabel 2.5.

Tabel 2.5 Harga-harga batasan atterberg untuk mineral lempung (Mitchell, 1976)

Mineral Batas Cair Batas Plastis Batas Susut Monmorrillonite Montronite Illite Kaolinite Halloysite Terhidrasi Holloysite Attapulgite Chlorite Allophane

100 – 900 37 – 72 60 – 120 30 – 110 50 – 70 35 – 55

160 – 230 44 – 47

200 - 250

50 – 100 19 – 72 35 – 60 25 – 40 47 – 60 30 – 45

100 – 120 36 – 40

130 – 140

8,5 – 15 -

15 – 17 25 – 29

- - - - -


Gambar 2.5 Variasi volume dan kadar air pada kedudukan batas cair, batas plastis, dan batas susut

Kadar air dapat mempengaruhi perubahan volume tanah seperti yang terlihat

dalam Gambar 2.5 diatas. Hal tersebut juga dapat mempengaruhi jenis tanahnya

seperti tanah kohesif ataupun non kohesif. Kesimpulan adalah tanah kohesif seperti

lempung memiliki perbedaan dengan tanah non kohesif seperti pasir. Perbedaan

tersebut adalah:

1. Tahanan friksi tanah kohesif < tanah non kohesif.

2. Kohesi Lempung > tanah granular.

3. Permeability lempung < tanah berpasir.

4. Pengaliran air pada lempung lebih lambat dibandingkan pada tanah berpasir.

5. Perubahan volum pada lempung lebih lambat dibandingkan pada tanah

granular.


2.4 Struktur Komposisi Mineral Lempung

Mineral lempung merupakan pelapukan akibat reaksi kimia yang

menghasilkan susunan kelompok partikel berukuran koloid dengan diameter butiran

lebih kecil dari 0,002 mm. Menurut Holtz & Kovacs (1981) satuan struktur dasar

dari mineral lempung terdiri dari Silica Tetrahedron dan Alumina Oktahedron.

Satuan-satuan dasar tersebut bersatu membentuk struktur lembaran . Jenis-jenis

mineral lempung tergantung dari kombinasi susunan satuan struktur dasar atau

tumpukan lembaran serta macam ikatan antara masing-masing lembaran.

Susunan pada kebanyakan tanah lempung terdiri dari silika tetrahedra dan

alumunium okthedra (Gambar 2-7). Silika Tetrahedron pada dasarnya merupakan

kombinasi dari satuan Silika Tetrahedron yang terdiri dari satu atom silicon yang

dikelilingi pada sudutnya oleh empat buah atom Oksigen. Sedangkan Aluminium

Oktahedron merupakan kombinasi dari satuan yang terdiri dari satu atom Alumina

yang dikelilingi oleh atom Hidroksil pada keenam sisinya.

Silika dan aluminium secara parsial dapat digantikan oleh elemen yang lain

dalam kesatuannya, keadaan ini dikenal sebagai substansi isomorf. Kombinasi dari

susunan kesatuan dalam bentuk susunan lempeng terbentuk oleh kombinasi

tumpukan dari susunan lempeng dasarnya dengan bentuk yang berbeda-beda.

Kaolinite merupakan mineral dari kelompok kaolin, terdiri dari susunan

satu lembaran silika tetrahedra dengan lembaran aluminium oktahedra, dengan satuan

susunan setebal 7,2 Å (Gambar 2-7a). Kedua lembaran terikat bersama-sama,

sedemikian rupa sehingga ujung dari lembaran silika dan satu dari lepisan lembaran


oktahedra membentuk sebuah lapisan tunggal. Dalam kombinasi lembaran silika dan

aluminium, keduanya terikat oleh ikatan hidrogen (Gambar 2-7b). Pada keadaan

tertentu, partikel kaolinite mungkin lebih dari seratus tumpukan yang sukar

dipisahkan. Karena itu, mineral ini stabil dan air tidak dapat masuk di antara

lempengannya untuk menghasilkan pengembangan atau penyusutan pada sel

satuannya.

oksigensilikon alumninium

hidroksil

silika tetrahedraaluminium oktahedra

lembaran alumnium

lembaran silika

(a) (b)

Gambar 2.6 Mineral - mineral lempung

7,2 A

OHOH

OHOH

OH

OH

OH

OHOH

OH

OH

OH

oksigen

hidroksil

aluminium

aluminium

aluminium

aluminium

aluminium

silika

silika

silika

silika

(a) (b)

silikon

Gambar 2.7 (a) Diagram skematik struktur kaolinite (Lambe, 1953)

(b) Struktur atom kaolinite (Grim, 1959)


Halloysite, hampir sama dengan kaolinite, tetapi kesatuan yang berturutan

lebih acak ikatannya dan dapat dipisahkan oleh lapisan tunggal molekul air. Jika

lapisan tunggal air menghilang oleh karena proses penguapan, mineral ini akan

berkelakuan lain. Maka, sifat tanah berbutir halus yang mengandung halloysite akan

berubah secara tajam jika tanah dipanasi sampai menghilangkan lapisan tunggal

molekul airnya. Sifat khusus lainnya adalah bahwa bentuk partikelnya menyerupai

silinder-silinder memanjang, tidak seperti kaolinite yang berbentuk pelat-pelat.

Montmorillonite, disebut juga dengan smectit, adalah mineral yang dibentuk

oleh dua buah lembaran silika dan satu lembaran aluminium (gibbsite) (Gambar

2.8a). lembaran oktahedra terletak di antara dua lembaran silika dengan ujung

tetrahedra tercampur dengan hidroksil dari lembaran oktahedra untuk membentuk

satu lapisan tunggal (Gambar 2.8b). Dalam lembaran oktahedra terdapat substitusi

parsial aluminium oleh magnesium. Karena adanya gaya ikatan van der Waals yang

lemah di antara ujung lembaran silica dan terdapat kekurangan muatan negatif dalam

lembaran oktahedra, air dan ion-ion yang berpindah-pindah dapat masuk dan

memisahkan lapisannya. Jadi, kristal montmorillonite sangat kecil, tapi pada waktu

tertentu mempunyai gaya tarik yang kuat terhadap air. Tanah-tanah yang

mengandung montmorillonite sangat mudah mengembang oleh tambahan kadar air,

yang selanjutnya tekanan pengembangannya dapat merusak struktur ringan dan

perkerasan jalan raya.


aluminium

aluminium

aluminium

silika

silika

silika

silika

silika

silika

silika

OH

OH

OH

OH

oksigen

hidroksil

aluminium, besi

silika. kadang-kadang

magnesium

aluminium

Lapisan-lapisan nH2O dan kation-kation yang dapat bertukar

(b)(a)

Gambar 2.8 (a) Diagram skematik struktur montmorrilonite (Lambe, 1953) (b) Struktur atom montmorrilonite (Grim, 1959)

Illite adalah bentuk mineral lempung yang terdiri dari mineral-mineral

kelompok illite. Bentuk susunan dasarnya terdiri dari sebuah lembaran

aluminium oktahedra yang terikat di antara dua lembaran silika tetrahedra.

Dalam lembaran oktahedra, terdapat substitusi parsial aluminium oleh

magnesium dan besi, dan dalam lembaran tetrahedra terdapat pula substitusi

silikon oleh aluminium (Gambar 2-9). Lembaran-lembaran terikat besama-

sama oleh ikatan lemah ion-ion kalium yang terdapat di antara lembaran-

lembarannya. Ikatan-ikatan dengan ion kalium (K+) lebih lemah daripada

ikatan hidrogen yang mengikat satuan kristal kaolinite, tapi sangat lebih kuat

daripada ikatan ionik yang membentuk kristal montmorillonite. Susunan Illite

tidak mengembang oleh gerakan air di antara lembaran-lembarannya.


K

K

K

K

10 A

ion kalium

aluminium

aluminium

aluminium

silika

silika

silika

silika

silika

silika

silika

o

Gambar 2.9 Diagram skematik struktur illite (Lambe, 1953).

Air biasanya tidak banyak mempengaruhi kelakuan tanah nonkohesif.

Sebagai contoh, kuat geser tanah pasir mendekati sama pada kondisi kering

maupun jenuh air. Tetapi, jika air berada pada lapisan pasir yang tidak padat,

beban dinamis seperti gempa bumi dan getaran lainnya sangat mempengaruhi

kuat gesernya. Sebaliknya, tanah butiran halus khususnya tanah lempung akan

banyak dipengaruhi oleh air. Karena pada tanah berbutir halus, luas

permukaan spesifik menjadi lebih besar, variasi kadar air akan mempengaruhi

plastisitas tanahnya. Distribusi ukuran butiran jarang-jarang sebagai faktor

yang mempengaruhi kelakuan tanah butiran halus. Batas-batas Atterberg

digunakan untuk keperluan identifikasi tanah ini.


2.5 Interaksi Air dan Mineral Dalam Fenomena Tanah Lempung

Permukaan mineral lempung tanah biasanya mengandung muatan elektro

negatif yang memungkinkan terjadinya reaksi pertukaran kation, muatan ini

merupakan hasil satu atau beberapa lebih dari reaksi yang berbeda.

Tabel 2.6 Kisaran kapasitas tukar kation (Chen, 1975)

Kaolinite Illite Montmorillonite

Particle thickness Particle diameter Specific surface (sq. m/gram) Cation exchange capacity (millequivalents per 100 g)

(0,-52) µm (0,5-4) µm

10-20

3-15

(0,003-0,1) µm (0,5-10) µm

65-180

10-40

>9,5 A0 (0,05-10) µm

50-840

70-80 Keterangan : 1 A0 (Angstrom) = 1 x 10-10m=0,1 µm

Pada mineral lempung kering, muatan negatif pada permukaan akan

dinegralkan oleh kation-kation lain yang mengelilingi partikel tersebut secara

exchange able cation akibat adanya perbedaan kekuatan muatan dan gaya tarik-

menarik elektrostatik Van der Waals. Karenanya perbedaan kekuatan muatan

dimungkinkan antar yang ada di sekeliling partikel lempung bisa saling mendesak

posisi atau bertukar.

Kemampuan mendesak dari kation-kation dapat dilihat dari besarnya potensi

mendesak sesuai urutan berikut:

Al3+>Ca2+>Mg2+≥NH4+>K+>H+>Na+Li+

Kation Li+ tidak dapat mendesak kation lain yang berada dikirinya (Kim. H. Tan,

1982).


Molekul air merupakan molekul dipolar karena atom Hidrogen tidak tersusun

simetris disekitar atom oksigen, melainkan membentuk sudut ikatan 105o akibatnya

molekul-molekul air berperilaku seperti batang-batang kecil yang mempunyai muatan

positif disatu sisi dan muatan negatif disisi lain.

Interaksi antara molekul-molekul air dengan partikel lempung dapat melalui

tiga proses. Pertama, kutub positif molekul dipolar air akan saling menarik dengan

muatan negatif permukaan partikel lempung. Kedua, molekul air diikat oleh partikel

lempung melalui ikatan Hidrogen (Hidrogen air ditarik oksigen atau hidroksil lain

yang ada pada permukaan partikel lempung). Proses ketiga, penarikan molekul air

oleh muatan negatif permukaan lempung secara berantai melalui kation yang

mengapung dalam larutan air. Faktor paling dominan adalah proses ikatan hidrogen.

Menurut Mitchell (1976) molekul air dekat permukaan akan memiliki sifat

kelistrikan dan termodinamika yang berbeda dengan molekul air bebas yang sangat

jauh dari daerah ikatan. Jumlah molekul air yang berinteraksi dengan permukaan

lempung akan sangat dipengaruhi oleh jenis mineral yang ada yaitu pada nilai luasan

permukaan spesifiknya (specific surface). Luas permukaan lempung merupakan

faktor utama yang mempengaruhi besarnya molekul air yang ditarik untuk

membentuk lapisan Rangkap (Diffuse Double Layer). Fenomena ini

mengidentifikasikan kemampuan mineral lempung menarik molekul air atau

menunjukkan kapasitas perilaku plastis tanah lempung.


2.6 Stabilisasi Tanah

2.6.1 Modifikasi Tanah

Istilah modifikasi digunakan untuk menggambarkan suatu proses stabilisasi

yang hanya ditujukan untuk perbaikan sifat-sifat tanah, tapi tidak ditujukan untuk

menambah kekuatan maupun keawetan tanah. Tujuan dilakukan modifikasi tanah

dasar adalah untuk menciptakan landasan kerja bagi alat berat, dengan tanpa

memperhatikan pengaruh modifikasi tanah tersebut terhadap hitungan perancangan

perkerasan. Walaupun sebenarnya modifikasi tanah juga menunjukkan proses

stabilisasi, namun tujuan utamanya lebih mengarah untuk perbaikan sifat-sifat teknis

tanah, misalnya mereduksi plastisitas, mempertinggi kemudahan dikerjakan dan

mengurangi potensi pengembangan.

2.6.2 Stabilisasi Tanah Lempung

Maksud dari stabilisasi tanah adalah untuk menambah kapasitas dukung tanah

dan kenaikan kekuatan yang akan diperhitungkan pada proses perancangan tebal

perkerasan. Karena itu, stabilisasi tanah membutuhkan metode perancangan dan

pelaksanaan yang lebih teliti dibandingkan dengan modifikasi tanah.

Banyak material tanah di lapangan tidak dapat digunakan sebagai bahan dasar

dalam pengerjaan konstruksi. Kondisi material tanah yang tidak memenuhi syarat ini

dapat diperbaiki sifat teknisnya sehingga kekuatannya meningkat. Memperbaiki sifat-

sifat tanah dapat dilakukan dengan cara, yaitu cara pemadatan (secara teknis),


mencampur dengan tanah lain, mencampur dengan semen, kapur atau belerang

(secara kimiawi), pemanasan dengan temperatur tinggi, dan lain sebagainya.

Usaha-usaha stabilisasi tanah telah lama dilakukan penelitian dan pelaksanaan

baik secara tradisional maupun dengan beberapa teknologi. Stabilisasi tanah biasanya

dilakukan untuk perbaikan lapisan tanah lantai kerja, badan jalan, bendungan,

konstruksi timbunan dan sebagainya.

Prinsip usaha stabilisasi tanah ialah menambah kekuatan lapisan tanah

sehingga bahaya keruntuhan diperkecil. Peningkatan kekuatan ini dikaji dari

perubahan tegangan. Menurut Ingels dan Metcalf (1972), sifat-sifat tanah yang

diperbaiki dengan stabilisasi dapat meliputi : kestabilan volume, kekuatan/daya

dukung, permeabilitas, dan kekekalan/keawetan. Dan menurut Ingles dan Metcalf

(1972) stabilisasi kapur dapat mengubah tanah menjadi gumpalan-gumpalan partikel.

Banyaknya kapur yang digunakan berkisar antara 5-10%, yang menghasilkan

konsentrasi ion kalsium lebih besar dari yang diperlukan sebenarnya.

Sedangkan pada penelitian ini pada abu cangkang sawit terdapat unsur CaO

yang kadar kapurnya sebesar 1,54%, sedangkan pencampuran lempung dan abu

cangkang sawit memiliki kadar CaO sebesar 1,74% ini menunjukkan kenaikan yang

hanya sedikit sekitar 20%.

Metode atau cara memperbaiki sifat-sifat tanah ini juga sangat bergantung

pada lama waktu pemeraman, hal ini disebabkan karena didalam proses perbaikan

sifat-sifat tanah terjadi proses kimia yang dimana memerlukan waktu untuk zat kimia

yang ada didalam aditif untuk bereaksi. Pada penelitian ini peneliti mencoba


melakukan stabilisasi tanah dengan menggunakan bahan aditif yaitu abu cangkang

sawit dimana komposisi kimia yang terkandung dalam abu cangkang sawit salah

satunya silika (SiO2) yang merupakan unsure pembentuk utama dalam pembuatan

semen. Hasil penelitian unsur kimia yang terdapat didalam tanah lempung dapat

dilihat pada Tabel 2.7.

Tabel 2.7 Komposisi unsur kimia pada tanah lempung (Lab kimia FMIPA USU,2011)

Unsur/senyawa Lempung (%)

Silica (SiO2) Kalsium Oksida (CaO) Magnesium Oksida (MgO) Besi Oksida (Fe2O3) Aluminium Karbonat (Al2O3)

75,40 0,70 0,71 0,01 14,10

2.7 Limbah Pengolahan Kelapa Sawit

Luas area kelapa sawit dan produksi minyak sawit mentah CPO (Crude Palm

Oil), di Indonesia berkembang dengan sangat pesat. Data luas area kelapa sawit dan

produksi CPO di Indonesia dapat dilihat pada Gambar 2.10.

Gambar 2.10 Data luas area kepala sawit dan produksi CPO Indonesia dari Dirjenbun.


Pohon kelapa sawit menghasilkan buah sawit yang terkumpul di dalam satu

tandan, oleh karena itu sering disebut dengan istilah TBS (Tandan Buah Segar). Sawit

yang sudah berproduksi optimal dapat menghasilkan TBS dengan berat antara 15-30

kg/tandan. Tandan-tandan inilah yang kemudian diangkut ke pabrik untuk diolah

lebih lanjut menghasilkan minyak sawit. Produksi utama pabrik sawit adalah CPO

dan minyak inti sawit. CPO diekstrak dari sabutnya (fiber), yaitu bagian antara kulit

dengan cangkangnya. Sedangkan dari daging buahnya akan menghasilkan minyak

inti sawit. Varietas sawit dengan kulit tebal banyak dicari orang, karena buah sawit

seperti ini yang rendaman minyaknya tinggi. Gambar pengolahan sawit di pabrik

kelapa sawit kurang lebih seperti pada Gambar 2.11.

Gambar 2.11 Pengolahan kelapa sawit

Neraca pengolahan sawit di pabrik kelapa sawit kurang lebih seperti gambar

neraca massa di bawah ini. Dari setiap ton TBS yang diolah dapat menghasilkan

140 – 200 kg CPO. Selain CPO pengolahan ini juga menghasilkan limbah/produk


samping, antara lain : limbah cair (POME = Palm Oil Mill Effluent), cangkang sawit,

fiber/serat, dan tandan kosong kelapa sawit.

Perkembangan industri sawit yang terus meningkat akan berdampak pada

limbah padat yang dihasilkan dari pengolahan tandan buah segar (TBS). Limbah ini

adalah sisa produksi minyak sawit kasar berupa tandan kosong, sabut/serat dan

cangkang sawit. Limbah padat berupa cangkang dan serat digunakan sebagai bahan

bakar ketel (boiler) untuk menghasilkan energy mekanik dan panas. Uap dari boiler

dimanfaatkan untuk menghasilkan energy listrik dan untuk merebus TBS sebelum

diolah di dalam pabrik, seperti yang terlihat pada Gambar 2.12.

Gambar 2.12 Penggunaan cangkang dan fiber sawit sebagai bahan bakar pada boiler

Masalah yang kemudian timbul adalah sisa dari pembakaran pada ketel (boiler)

berupa abu dengan jumlah yang terus meningkat sepanjang tahun yang sampai

sekarang masih belum termanfaatkan. Ternyata limbah abu cangkang sawit banyak

mengandung unsur silika (SiO2) yang merupakan bahan pozzolanic.

(http://isroi.wordpress.com/2009/06/19/limbah-pabrik -kelapa-sawit/ , diakses pada

16/12/2010)


2.7.1. Pemanfaatan Abu Cangkang Sawit

Abu cangkang sawit merupakan bahan pozzolanic, yaitu material utama

pembentuk semen, yang mengandung senyawa silika oksida (SiO2) aktif yang

apabila bereaksi dengan kapur bebas atau kalsium hidroksida (Ca(OH2) dan air akan

membentuk material semen yaitu kalsium silikat hidrat (C – S – H).

Gambar 2.13 Abu cangkang sawit yang menggunung di pabrik kelapa sawit sisa dari pembakaran cangkang dan serat kelapa sawit di dalam dapur atau tungku pembakaran (boiler).

Selain itu, abu cangkang sawit tersebut juga mengandung kation anorganik

seperti kalium, natrium. Berdasarkan pengamatan secara visual, abu cangkang sawit

memiliki berbagai karakteristik diantaranya, bentuk partikel abu-abu tidak beraturan,

ada yang memiliki butiran bulat panjang dan bersegi dengan ukuran butiran 0 – 2,3

mm serta memiliki warna abu-abu kehitaman seperti yang terlihat pada Gambar 2.13

diatas.


(http://sipilholic.blogspot.com/abu%20sawit/abu-sawit-perekat-alternatif-dalam.html

diakses pada 16/12/2010)

Aplikasi dalam ilmu teknik, abu cangkang sawit dimanfaatkan sebagai bahan

tambahan pengeras semen dalam desain beton mutu tinggi, bahan pengisaph dalam

lapisan perkerasan jalan raya, bahan stabilisator campuran tanah lempung dan tanah

dasar pada lapisan jalan raya.

Hasil penelitian unsur kimia yang terdapat didalam abu cangkang sawit pada

penelitian yang dilakukan di FMIPA Kimia USU dapat dilihat pada Tabel 2.8.

Tabel 2.8 Komposisi unsur kimia abu cangkang sawit

(Labkimia FMIPA USU, 2011)

Unsur/Senyawa Abu Cangkang Sawit (%)


67,40 1,54 3,02 0,01 10,01

2.7.2 Material Alternatif Abu Cangkang Sawit

Pabrik pengolahan minyak sawit Bakrie Plantations yang terletak didaerah

Kisaran dengan kapasitas produksi sebesar 42 Ton/jam atau 504 Ton/hari dengan

jumlah jam kerja pabrik 12 jam, maka pabrik kelapa sawit memproduksi 500 ton

TBS/hari menghasilkan 30.000 kg cangkang kelapa sawit dan 60.000 kg fiber/sabut

kelapa sawit.


Pada penelitian ini stabilitator menggunakan abu cangkang sawit yang terdiri

dari cangkang dan fiber yang digunakan sebagai bahan bakar ketel, sebagai limbah

yang dihasilkannya berupa abu cangkang sawit, dapat kita lihat pada Tabel 2.9.

Tabel 2.9 Data pemakaian fiber dan cangkang (Kisaran Palm Oil Mill, 2010)

TBS diolah Cangkang dan fiber yang dihasilkan

Cangkang dan fiber setelah pembakaran

TBS (Kg) 500400

Cangkang (Kg)

30.000

Fiber (Kg)

60.000

Total (Kg)

90.000

Total (Kg) 4.500

Dari jumlah total cangkang dan fiber yang dihasilkan dari produksi TBS dapat

diketahui jumlah abu cangkang sawit setelah pembakaran yaitu:

% ACS = x 100% = 5%

Tabel diatas adalah hasil survey 1 Pabrik Pengolahan Kelapa Sawit yang ada di

Sumatera Utara tepatnya, pada Pabrik Pengolahan Kepala Sawit Bakrie Plantation

yang terletak di Kisaran Sumatera Utara, ketersedian abu cangkang sawit sebagai

berikut:

Untuk 1 hari produksi, dari 504 ton/hari dapat menghasilkan abu cangkang

sawit ± 4.500 kg/hari atau 5% ACS dari 504 Ton TBS.

Untuk 30 hari ± 4.500 kg x 30 = 135.000 kg abu cangkang sawit/bulan atau

135 Ton/bulan.

Hal ini bisa diakumulasi dari jumlah pabrik pengolahan kelapa sawit yang ada di

seluruh Indonesia khususnya area Sumatera Utara. Tabel 2.10 menunjukkan jumlah

Pabrik dan Kapasitas Pengolahan Kelapa Sawit di Indonesia pada Tahun 1998.


Tabel 2.10 Jumlah pabrik dan kapasitas PKS di Indonesia pada Tahun 1998

No Propinsi Jumlah Pabrik Kapasitas TON TBS/jam 1 2 3 4 5 6 7 8 9

10 11 12 13 14 15 16

D.I Aceh Sumatera Utara Sumatera Barat Riau Jambi Sumatera Selatan Bengkulu Lampung Jawa Barat Kalimantan Barat Kalimantan Tengah Kalimantan Selatan Kalimantan Timur Sulawesi Tengah Sulawesi Selatan Irian Jaya

13 80 7 44 9 13 7 4 2 10 3 3 3 1 4 2

380 3071 295 2017 375 501 230 125 60 430 90 110 130 30 150 80

INDONESIA 205 8074 Sumber : Direktorat Jenderal Bina Produksi Perkebunan, 2004

Berikut adalah tabulasi mengenai produksi TBS perkebunan kelapa sawit di

Indonesia berdasarkan pengusahaannya pada kurun waktu 1998-2006 seperti pada

Tabel 2.11.

Tabel 2.11 Produksi TBS perkebunan kelapa sawit di Indonesia.

Produksi TBS (Ton) Tahun Perkebunan

Rakyat Perkebunan

Besar Negara Perkebunan

Besar Swasta Total Nasional

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006

1.344.569 1.547.881 1.905.653 2.798.032 3.426.739 3.517.324 3.745.264 3.873.677 4.189.000

1.501.747 1.468.949 1.460.954 1.519.289 1.607.734 1.750.651 2.031.130 2.158.684 2.343.000

3.084.099 3.438.830 3.633.901 4.079.151 4.587.871 5.172.859 6.466.132 7.079.579 7.668.000

5.930.415 6.455.660 7.000.508 8.396.472 93922.344 10.440.824 12.224.526 13.111.940 14.200.000

Sumber : Balai Pusat Penelitian Kelapa Sawit, 2007


Sumatera Utara merupakan salah satu pusat perkebunan kelapa sawit di

Indonesia. Luas perkebunan kelapa sawit rakyat di Sumatera Utara pada tahun 2007

sebesar 372.153 Ha dengan produksi 4.8951.830 ton TBS kelapa sawit. Kabupaten

Labuhan Batu merupakan pusat perkebunan kelapa sawit rakyat di Sumatera Utara.

Didaerah ini terdapat 132.670 Ha kebun sawit rakyat atau 35,65% dari seluruh

perkebunan kelapa sawit rakyat di Sumatera Utara seperti disajikan dalam Tabel 2.12.

Tabel 2.12 Produksi TBS perkebunan kelapa sawit di Sumatera Utara 2004-2007

No Propinsi Luas Tanaman(Ha)

ProduksiTBS(Ton)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Nias Mandailing Natal Tapanuli Selatan Tapanuli Tengah Tapanuli Utara Toba Samosir Labuhan Batu Asahan Simalungun Dairi Karo Deli Serdang Langkat Nias Selatan Humbang Hasundutan Pakpak Barat Samosir Serdang Bedagai Batubara Padang Lawas Utara

- 14.075 67.572 2.259

38 769

132.670 60.997 25.748

133 1.197 13.860 41.424

- 396

1.508 9.505

- - -

- 176.353 827.320 24.140

4 11.243

1.703.156 797.129 490.304

739 16.661

177.267 534.762

- 325

12.648 123.774

- - -

Total 2007 2006 2005 2004

372.153 363.095 314.213 243.100

4.895.830 4.486.478 4.167.262 3.132.124

Sumber : Balai Pusat Penelitian Kelapa Sawit, 2007.


Dari data perkebunan dan pabrik pengolahan kelapa sawit dapat dilihat jumlah

tandan buah segar (TBS) yang begitu besar maka dapat ditentukan pula jumlah abu

cangkang sawit yang tersedia dari jumlah TBS yang diproduksi dimulai dari jumlah

TBS yang akan diolah kemudian jumlah cangkang dan fiber hasil pengolahan TBS

lalu dapat dilihat jumlah abu cangkang sawit hasil pembakaran cangkang dan fiber

sebagai bahan bakar ketel perebusan tandan buah segar (TBS).

Ketersediaan material alternatif sebagai bahan stabilisasi yang ada saat ini

dirasa cukup karena didalam penggunaannya juga akan dicampur dengan tanah

lempung yang rusak, penggunaannya juga berdasarkan persentase berat tanah yang

akan distabilisasi.

2.8 Stabilisasi Tanah Lempung Dengan Abu Cangkang Sawit

Stabilisasi tanah terhadap kuat geser maupun kuat tekan adalah suatu usaha

yang selalu dilakukan untuk meningkatkan ketahanan tanah terhadap tegangan tekan

maupun tegangan geser. Sehingga, sampai saat ini stabilisasi tanah merupakan kajian

yang menarik untuk diteliti baik metodenya mapun bahan-bahan yang dipakai untuk

stabilisasi tanah tersebut. Bahan-bahan yang digunakan selama ini antara lain :

GEOSTA yang masih diimpor dan harganya relatif mahal, abu terbang, yang dahulu

merupakan limbah saat ini dimanfaatkan untuk pozzolan pada adukan beton maupun

untuk stabilisasi tanah, sehingga nilai ekonomisnya menjadi tinggi. Dan masih

banyak contoh lain yang pada umumnya harganya sudah cukup mahal. Dalam

penelitian ini akan dicari bahan alternatif untuk stabilisasi tanah dengan limbah


kelapa sawit tidak terpakai berupa abu cangkang sawit. Ketersediaan abu cangkang

sawit memungkinkan untuk dimanfaatkan sebagai material konstruksi bangunan.

Pada prinsipnya yang dimaksudkan dengan stabilisasi cangkang sawit adalah

mencampurkan secara langsung antara abu cangkang sawit dan tanah yang telah

dihancurkan, kemudian menambahkannya dengan air dan kemudian dipadatkan. Dari

hasil campuran tersebut diharapkan dapat menghasilkan tanah yang memiliki sifat

atau karakteristik teknis yang lebih baik dibandingkan sebelumnya.

Hasil penelitian unsur kimia yang terdapat didalam tanah lempung dicampur

dengan abu cangkang sawit dapat dilihat pada Tabel 2.13.

Tabel 2.13 Komposisi unsur kimia tanah lempung dicampur dengan abu cangkang sawit (Labkimia FMIPA USU, 2011)

Unsur/Senyawa Abu Cangkang Sawit (%)


87,60 1,75 3,14 0,02 17,10

2.8.1 Proses Kimia Pada Stabilisasi Tanah

Menurut Bowless (1984), dalam bukunya Sifat-sifat Fisis dan Geoteknis

(Mekanika Tanah) stabilisasi tanah dalam realisasinya terdiri dari salah satu atau

gabungan pekerjaan-pekerjaan sebagai berikut:

1. Mekanis, stabilisasi dengan berbagai macam alat mekanisme seperti mesin

gilas, benda-benda berat yang dijatuhkan (pounder), peledakan dengan alat

peledak, tekanan statis, pembekuan, pemanasan, dll.


2. Bahan pencampur/tambahan (aditif) seperti: kerikil untuk kohesif (lempung),

lempung untuk tanah berbutir kasar, pencampur kimiawi (semen portland,

gamping/kapur, abu batu bara, semen aspal, dll).

Reaksi kimia yang terjadi pada stabilisasi tanah dengan abu cangkang sawit adalah:

a. Absorbsi Air dan reaksi pertukaran ion

b. Reaksi pembentukan silikat

c. Reaksi pozzolan.

a. Absorbsi air, reaksi eksotermis dan reaksi ekspansif.

1. Silika (SiO2).

Tahapan proses kimia pada stabilisasi tanah menggunakan Abu Cangkang sawit

yang banyak mengandung silika adalah sebagai berikut:

SiO2 + H2O Adsorbsi

Reaksi antara SiO2 bukan merupakan reaksi kimia, SiO2 terhadap air

menyebabkan adsorpsi fisika dimana molekul air akan terperangkap pada pori-

pori SiO2. Dimana setelah molekul air terperangkap di dalam pori-pori SiO2,

pori-pori SiO2 akan tertutup rapat dan molekul air akan terikat didalamnya, hal

ini mengakibatkankan tanah lempung akan menjadi kering dan keras.

2. Alumunium Oksida (Al2O3).

Tahapan proses kimia pada stabilisasi tanah menggunakan abu cangkang sawit

yang terdapat senyawa alumunium oksida didalam kandungan abu cangkang

sawit dan tanah lempung adalah sama dengan proses kimia yang terjadi pada


unsur silika bahwa alumunium (Al2O3) tidak dapat bereaksi dengan air secara

kimia karena tidak ada reaksi atau senyawa baru yang dihasilkan akibat

alummunium bereaksi dengan air.

Al2O3 + H2O tidak ada reaksi Kimia

3. Besi (Fe2O3).

Tahapan proses kimia pada stabilisasi tanah menggunakan besi adalah sebagai

berikut:

Bila Besi dicampurkan pada tanah yang ada kandungan airnya akan terjadi

reaksi sebagai berikut:

Fe2O3 + H2O 2Fe(OH)3

Bereaksinya antara besi dan air akan terjadi pengendapan berupa karat besi dan

larutan tersebut berwarna coklat kemerahan. Adanya karat besi didalam tanah

akan mengakibatkankan rongga udara didalam tanah akan semakin kecil dan

pori-pori didalam tanah lempung semakin padat sehingga kekuatan tanah akan

meningkat.

4. Calsium Oksida (CaO)


berikut:

Bila CaO dicampurkan pada tanah yang ada kandungan airnya akan terjadi

reaksi sebagai berikut:

CaO + H2O Ca(OH)2 + Panas


Bereaksinya antara air dengan kapur akan menimbulkan panas dan pada saat

yang bersamaan, volume kapur menjadi lebih besar dari pada volume asalnya

sehingga menyebabkan turunnya kandungan air didalam tanah.

5. Magnesium Oksida (MgO)


berikut:

Bila Magnesium dicampurkan pada tanah yang ada kandungan airnya, akan

terjadi reaksi sebagai berikut:

MgO + H2O Mg(OH)2 + Panas

Bereaksinya antara air dengan Magnesium akan menimbulkan panas dan pada

saat yang bersamaan, volume kapur menjadi lebih besar dari pada volume

asalnya sehingga menyebabkan turunnya kandungan air didalam tanah.

b. Reaksi pertukaran ion

Butiran lempung dalam kandungan yang berbentuk halus dan bermuatan

negatif. Ion positif seperti ion hydrogen (H+), ion sodium (Na+), dan ion kalium

(K+), serta air yang berpolarisasi, semuanya melekat pada permukaan butiran

lempung. Jika unsur kimia seperti Fe2O3, CaO dan MgO ditambahkan pada

tanah dengan kondisi seperti diatas, maka pertukaran ion segera terjadi, dan ion

yang berasal dari larutan Fe2O3, CaO dan MgO diserap oleh permukaan butiran

lempung. Jadi, permukaan butiran lempung tadi kehilangan kekuatan tolaknya


(repulsion force), dan terjadilah kohesi pada butiran itu sehingga berakibat

kenaikan kekuatan konsistensi tanah tersebut.

c. Reaksi Pozzolan

Apabila kapur dengan mineral lempung atau dengan mineral halus lainnya atau

dengan komponen pozzolan seperti silika hidrat (hydrous silica) bereaksi, maka

akan membentuk suatu gel yang kuat dan keras yaitu kalsium silikat yang

mengikat butir-butir atau partikel tanah (Diamond & Kinter, 1965 dalam Ingles

dan Metcalf, 1972). Gel silica bereaksi dengan segera melapisi dan mengikat

partikel lempung dan menutup pori-pori tanah. Mekanisme reaksi yang terjadi

Na2O.Al2O3(SiO2)4H2O+CaO.H2O Na2O.H2O+CaO.Al2O3(SiO2)4H2 (2.6)

Na2OH2O+CaOAl2O3(SiO2)4H2O Na2O(SiO2)+2SiO2H2O+CaOAl2O3(2.7)

Reaksi pozzolanisasi menghasilkan kristal Ca(SiO3) yang bersifat mengikat

butiran lempung dengan butiran lempung serta butiran lempung dengan

Ca(SiO3). Untuk mencapai kekuatan penuh proses pozzolanisasi dapat terjadi

dalam beberapa tahun. Reaksi pozzolanisasi (Wijaya, 1994 dalam Sujatmaka

1998) sebagai:

SiO2 + CaOH2+ H2O → Ca(SiO3) + 2 H2O (2.8)

2.8 Pengujian Pemadatan Tanah (Proctor Standar) ASTM D 689

Menurut Bowles (1989) keuntungan yang diperoleh dengan melakukan

pemadatan tanah yaitu:


a. Berkurangnya penurunan permukaan tanah (subsidence), yaitu gerakan

vertikal di dalam massa tanah itu sendiri akibat berkurangnya angka pori.

b. Bertambahnya kekuatan tanah.

c. Berkurangnya volume akibat berkurangnya kadar air pada saat pengeringan.

Pada umumnya pemadatan tanah yang dilakukan di laboratorium terdiri dari 2

macam, yakni Standard Proctor AASHTO T 99 (ASTM D 689) dan Modified Proctor

AASHTO T 180 (ASTM D 1557). Kedua cara pemadatan tersebut yaitu:

1. Pemadatan standart, menggunakan alat penumbuk 2,5 kg, tinggi jatuh 30

cm, dan jumlah lapisan 3 lapis dengan energy pemadatan sebesar 593

kJ/m3.

2. Pemadatan modified, dengan alat penumbuk 5,5 kg, tinggi jatuh 45,7 cm

dan jumlah lapisan 5 lapis dengan energy pemadatan sebesar 2694 kJ/m3.

Aplikasi

· Pemadatan standart digunakan untuk memeriksa kepadatan lapisan tanah

dasar dan timbunan.

· Pemadatan modified digunakan untuk memeriksa kepadatan lapisan pondasi

suatu jalan.

Spesifikasi alat:

Keterangan Standart Modified

Berat penumbuk 5,5 lb =2,5 kg 10 lb= 5,5 kg

Tinggi jatuh 12 inch=30,48 cm 18 inch=45,72 cm

Diameter cetakan 4 inch=10,16 cm 4 inch=10,16 cm

Jumlah tumbukan 25 kali 25 kali

Volume 1/30 ft³=9,44 cm³ 1/30 ft³=9,44 cm³

Jumlah lapisan 3 lapisan 5 lapisan


Pada penelitian ini digunakan Standard Proctor untuk mendapatkan kadar air dan

kepadatan kering optimum yang akan digunakan dalam pengujian CBR.

Pemadatan merupakan usaha untuk mempertinggi kerapatan tanah yaitu dengan

mengeluarkan udara pada pori-pori tanah yang biasanya mengunakan energi mekanis.

Di lapangan, usaha pemadatan dihubungkan dengan jumlah gilasan dari mesin gilas,

atau hal lain yang prinsipnya sama untuk suatu volume tanah tertentu. Di

laboratorium menggunakan pengujian standar yang disebut uji proctor, dengan cara

suatu palu dijatuhkan dari ketinggian tertentu beberapa lapis tanah di dalam sebuah

mold. Dengan dilakukan pengujian pemadatan tanah ini maka akan menghasilkan

hubungan antara kadar air dengan berat volume.. Tujuan pemadatan adalah

memperkecil rongga-rongga udara, karena dalam tanah terdiri atas tiga bagian yaitu :

butiran tanah, air dan udara. Compaction (pemadatan) juga bertujuan untuk

mendapatkan kadar air optimum.

Tingkat kepadatan tanah diukur dari nilai berat volume keringnya (γd). Berat volume

kering tidak berubah oleh adanya kenaikan kadar air. Dengan demikian, tanah yang

telah selesai dipadatkan di lapangan, dan kemudian berubah kadar airnya (misalnya

oleh hujan), maka berat volume kering tetap tidak berubah, sepanjang volume total

tanah tetap. Hal ini, karena kepadatan atau berat volume kering dinyatakan oleh γd =

Ws / V, bila berat butiran (Ws) dan volume total (V) tetap, maka juga γd tetap.

Derajat kepadatan tanah diukur dari berat volume keringnya, hubungan berat volume

kering (γd), berat volume basah (γb) dan kadar air (w) dinyatakan dengan persamaan


(2.7)

Peristiwa bertambahnya berat volume kering oleh beban dinamis disebut

pemadatan. Oleh akibat beban dinamis, butir-butir tanah merapat satu sama lain

sebagai akibat berkurangnya rongga udara.

Tanah lempung yang dipadatkan dengan cara yang benar akan dapat

memberikan kuat geser tinggi. Stabilitas terhadap sifat kembang- susut tergantung

dari jenis kandungan mineralnya. Sebagai contoh, lempung montmorillonite akan

mempunyai kecendurangan yang lebih besar terhadap perubahan volume dibanding

dengan lempung kaolinite. Lempung padat mempunyai permeabilitas yang rendah

dan tanah ini tidak dapat dipadatkan dengan baik pada waktu sangat basah (jenuh).

Bekerja dengan tanah lempung yang sangat basah akan mengalami banyak kesulitan,

karena pada saat lempung dipadatkan, air sulit mengalir ke luar dari rongga pori

lempung. Air yang tidak mau ke luar dari rongga pori tanah ini menyebabkan butiran

sulit merapat satu sama lain saat dipadatkan.

2.9.1 Penentuan Kadar Air Optimum

Tujuan pemadatan diantaranya untuk memadatkan tanah dalam keadaan kadar

air optimum, sehingga udara dalam pori-pori tanah akan keluar. Untuk mengetahui

kadar air yang optimum pada tanah, maka dilakukan pengujian pemadatan proktor

standar, pengujian tersebut dilakukan dengan pemadatan sampel tanah basah (pada

kadar air terkontrol) dalam suatu cetakan dengan jumlah 3 lapisan. Setiap lapisan


dipadatkan dengan 25 tumbukan yang ditentukan dengan penumbuk dengan massa

2,5 kg dan tinggi jatuh 30 cm. Energi pemadatan sebesar 592,57 kilo Joule/m3.

Kadar air yang memberikan berat kering yang maksimal disebut kadar air

optimum. Untuk tanah berbutir halus dalam mendapatkan kadar air optimum

digunakan batas plastisnya. Buat kurva hubungan antara kadar air (w) sebagai absis

dan berat volume tanah kering sebagai ordinat, puncak kurva sebagai nilai (γd maks),

kurva yang digunakan adalah kurva dari uji pemadatan tanah (proctor standart). Dari

titik puncak ditarik garis vertikal memotong absis, pada titik ini adalah kadar air

optimum seperti yang terlihat pada Gambar 2.14.

Gambar 2.14 Kurva hubungan kadar air dengan berat volume kering (Das, 1994)

2.10 CBR Laboratorium

Cara CBR dikembangkan oleh California State Highway Departement sebagai

cara untuk menilai kekuatan tanah dasar jalan (subgrade). CBR menunjukkan nilai

relatif kekuatan tanah, semakin tinggi kepadatan tanah maka nilai CBR akan semakin


tinggi. Walaupun demikian, tidak berarti bahwa sebaiknya tanah dasar dipadatkan

dengan kadar air rendah supaya mendapat nilai CBR yang tinggi, karena kadar air

kemungkinan tidak akan konstan pada kondisi ini.

Pemeriksaan CBR bertujuan untuk menentukan harga CBR tanah yang

dipadatkan di laboratorium pada kadar air tertentu. Disamping itu, pemeriksaan ini

juga dimaksudkan untuk menentukan hubungan antara kadar air dan kepadatan

tanah.Pemeriksaan CBR Laboratorium mengacu pada AASHTO T-193-74 dan

ASTM-1883-73.

Untuk perencanaan jalan baru, tebal perkerasan biasanya ditentukan dari nilai

CBR dari tanah dasar yang dipadatkan. Nilai CBR yang digunakan untuk

perencanaan ini disebut “design CBR“.

Cara yang dipakai untuk mendapat “design CBR“ ini ditentukan dengan

perhitungan dua faktor (Wesley, 1977) yaitu:

a. Kadar air tanah serta berat isi kering pada waktu dipadatkan.

b. Perubahan pada kadar air yang mungkin akan terjadi setelah perkerasan

selesai dibuat.

Nilai CBR sangat bergantung kepada proses pemadatan. Jadi, CBR digunakan

selain untuk menilai kekuatan tanah dasar atau bahan lain yang hendak dipakai CBR

juga dipakai sebagai dasar untuk menentukan tebal lapisan dari suatu perkerasan.

Untuk menilai subgrade yang dipadatkan hingga mencapai kepadatan kering

maksimum, dan membentuk profil sesuai yang direncanakan.


Faktor –faktor yang mempengaruhi kepadatan material subgrade adalah:

1. Karekteristik material tanah dasar.

2. Kadar air material tanah dasar.

3. Jenis alat pemadat yang digunakan.

4. Berat alat pemadat yang tergantung pada lebar roda dan pelat dasarnya.

5. Ketebalan lapisan material yang dipadatkan.

6). Jumlah lintasan alat pemadat yang diperlukan.

Kekuatan tanah dasar tentu banyak bergantung pada kadar airnya. Makin

tinggi kadar airnya makin kecl kekuatan nilai CBR dari tanah tersebut. Walaupun

demikian, hal itu tidak berarti bahwa sebaiknya tanah dipadatkan dengan kadar air

rendah untuk mendapatkan nilai CBR yang tinggi, karena kadar air tidak tahan

konstan pada nilai rendah itu. Setelah pembuatan jalan maka air akan meresap ke

dalam tanah dasar, sehingga kekuatan dan CBR turun sampai kadar air mencapai

nilai yang konstan. Kadar air konstan inilah yang disebut kadar air keseimbangan.

Batas-batas kadar air dan berat isi kering dapat ditentukan dari hasil percobaan

laboratorium yaitu percobaan pemadatan dan CBR.

Pemeriksaan CBR laboratorium dapat dilakukan dengan 2 cara:

a. Percobaan terendam (soaked)

b. Percobaan tidak terendam (unsoaked)


Dalam penelitian ini yang digunakan adalah CBR unsoaked dan CBR Soaked

karena penelitian ini hanya bertujuan untuk mendapatkan kuat dukung tanah

lempung.

Untuk pengujian Swelling rendaman diperoleh persamaan:

(2.10)

Dimana S = Potensi Pengembangan (%)

A = pembacaan Dial (mm)

H = Tinggi Benda Uji (mm)

2.10 Uji Tekan Bebas (Unconfined Compression Test)

Yang dimaksud dengan kekuatan tekan bebas adalah besarnya beban aksial

persatuan luas pada saat benda uji mengalami keruntuhan atau pada saat renggangan

aksial mencapai 20%. Percobaan ini dimaksudkan untuk menentukan besarnya

kekuatan tekan bebas contoh tanah dan batuan yang bersifat kohesif dalam keadaan

asli maupun buatan (remoulded).

Bila maksud pengujian adalah untuk menentukan parameter kuat geser tanah,

pengujian ini hanya cocok untuk jenis tanah lempung jenuh, dimana pada

pembebanan cepat, air tidak sempat mengalir ke luar dari benda uji. Pada lempung

jenuh, tekanan air pori dalam benda uji pada awal pengujian negatif (tegangan

kapiler).


Gambar skematik dari prinsip pembebanan dalam percobaan ini dapat dilihat

pada Gambar 2.15.

s1

s1

s = 03s = 03Contohtanah

Gambar 2.15 Skema uji tekan bebas

Tegangan aksial yang diterapkan di atas benda uji berangsur-angsur ditambah

sampai benda uji mengalami keruntuhan. Sedangkan untuk hubungan konsistensi

dengan kuat tekan bebas tanah lempung diperlihatkan dalam Tabel 2.14.

Tabel 2.14 Hubungan kuat tekan bebas (qu) tanah lempung dengan konsistensinya (Holtz and Kovacs, 1981)

Konsistensi qu (kN/m2) Lempung keras Lempung sangat kaku Lempung kaku Lempung sedang Lempung lunak Lempung sangat lunak

> 400 200 – 400 100 – 200 50 – 100 25 – 50

< 25

Ada beberapa hal yang harus dipenuhi, untuk memperoleh hasil uji tekan

bebas (Holtz and Kovacs, 1981) adalah:


1. Benda uji harus 100% jebuh, kalau tidak, akan terjadi desakan udara di dalam

ruang pori yang menyebabkan angka pori (e) berkurang sehingga kekuatan benda

uji bertambah.

2. Benda uji tidak boleh mengandung retakan atau kerusakan yang lain. Dengan kata

lain benda uji harus utuh dan merupakan lempung homogen. Dalam praktek,

sangat jarang lempung overconsolidated dalam keadaan utuh, dan bahkan sering

terjadi pula lempung normally consolidated mempunyai retakan-retakan.

3. Proses pengujian harus berlangsung dengan cepat sampai contoh tanah mencapai

keruntuhan. Pengujian ini merupakan uji tegangan total dan kondisinya harus

tanpa drainase selama pengujian berlangsung. Jika waktu yang dibutuhkan dalam

pengujian terlalu lama, penguapan dan pengeringan benda uji akan menambah

tegangan kekang dan dapat menghasilkan kuat geser yang lebih tinggi. Waktu

yang cocok biasanya sekitar 5 sampai 15 menit.


bab ii tinjauan pustaka 2.1 tanah...

Documents