PENGARUH PENAMBAHAN KOMPOSISI BAHAN KIMIA (FLY ASH, KAPUR DAN BIO-BAKTERI) TERHADAP

PARAMETER FISIK, MEKANIK DAN DINAMIK AKIBAT SIKLUS PEMBASAHAN-PENGERINGAN PADA TANAH

RESIDUAL DI DAERAH LERENG

Oleh: Dewinta Maharani P. (3109100004) Agusti Nilasari (3109100041) Bebby Idhiani Nikita (3109100075) Dosen Pembimbing:

Dr. Ir. Ria Asih Aryani Soemitro, M.Eng. Musta’in Arif, S.T., M.T.

Dalam penelitian ini, untuk meningkatkan daya dukung tanah, digunakan metode perbaikan tanah dengan cara kimiawi berupa penambahan bahan kimia yaitu kapur aktif atau

Hydrated Lime (Ca(OH)2), Fly Ash dan juga dengan proses mikrobiologi yang menggunakan Bio-bakteri.

Pengujian sifat fisik dalam penenilitian ini meliputi pengujian

gravimetri dan volumetri yang dilanjutkan dengan menentukan batas-batas Atterberg yang meliputi penentuan

kadar air (wc), batas cair (liquid limit, LL), batas plastis (plasticity limit, PL) dan batas susut (shrinkage limit, SL).

Pengujian sifat mekanik yang meliputi penentuan kohesi (cu) dan sudut geser dalam (ϕ). Pengujian sifat dinamik yang

meliputi penentuan nilai modulus geser dengan menggunakan alat uji Elemen Bender. Pengujian terakhir yaitu pengujian

suction untuk penentuan nilai tegangan air pori negatif (-Uw)

Tanah Residual • Brand & Philipson (1985)

Tanah residual merupakan tanah yang dibentuk oleh pelapukan batuan di tempatnya, tetapi dengan kondisi batuan asli telah terlapuk dengan sempurna

• Sowers (1985) Tanah residual sebagai produk pelapukan batu yang tertinggal di tempatnya akibat proses pembasahan-pengeringan batuan induk

• Wesley (1997) Tanah residual adalah tanah yang terjadi dari pelapukan batu asal yang masih berada di atas batuan asalnya

Tanah Residual • Wesley (1998, 2000)

Sifat-sifat tanah residual dapat dianggap bergantung pada dua faktor utama, yaitu komposisi serta struktur. Komposisi meliputi sifat-sifat butir sendiri, yaitu ukuran, bentuk, serta jenis mineral dan struktur meliputi keadaan asli tanah setempat seperti kepadatan dan gaya tarik menarik yang kuat antara butir (interparticle bonds). Tanah residual memiliki rentang sifat fisik dan sifat mekanik yang besar tergantung pada mineral pembentuk batuan induk, intensitas pelapukan, jumlah curah hujan dan suhu.

Tanah Residual di Jember • Muntaha (2012) dari “Penelitian Karakteristik Tanah Residual di Jember”

Perubahan kadar air, kadar lempung dan angka pori (kepadatan) berpengaruh terhadap modulus geser tanah. Perubahan kadar air dari kondisi kering udara ke kondisi jenuh, tanah yang mempunyai kadar lempung lebih dari 15% dan kepadatan yang lebih tinggi mempunyai rentang modulus geser yang lebih tinggi daripada tanah yang mempunyai kadar lempung kurang dari 15%. Penurunan kohesi dan sudut geser tanah akibat perubahan musin berulang, berdasarkan hasil penelitian rata-rata penurunan nilai kohesi dan sudut geser dalam adalah 10%.

Stabilisator Tanah Residual

• Bio-bakteri • Fly Ash • Kapur Aktif

Langkah-langkah Penelitian

Langkah-langkah Penelitian

Pengujian Sifat Fisik • Indeks Konsistensi

Parameter utama yang digunakan untuk mengetahui karakteristik tanah adalah Indeks Plastis (Plasticity Index). Pengujian yang harus dilakukan terlebih dahulu adalah: Kadar air (water content, wc), digunakan standar uji ASTM D 2216-71 Batas cair (liquid limit, LL), digunakan standar uji ASTM D 432-66 Batas plastis (plastic limit, PL), digunakan standar uji ASTM D 424-74 Batas susut (shrinkage limit, SL), digunakan standar uji ASTM D 427-74 Secara empiris, nilai indeks plastis merupakan selisih antara batas cair dan batas plastis (IP = LL – PL). Batas cair, batas plastis, batas susut dan indeks plastis biasanya lebih dikenal dengan batas Atterberg (Atterberg Limits).

Pengujian Sifat Fisik • Ukuran Butiran dan Analisis Hidrometer

Pengukuran butiran tanah (analisis ayakan) dilakukan dengan menggunakan standar uji ASTM D 422-63 dan analisis hidrometer menggunakan standar uji ASTM 1140-54. Kedua pengujian ini dilakukan untuk mendapatkan gradasi butiran terutama fraksi lanau dan lempungnya (fraksi ≤ 0,002 mm).

• Pengujian Specific Gravity Pengujian specific gravity (berat jenis) dilakukan dengan menggunakan standar uji ASTM D 854-72. Nilai berat jenis (Gs) yang diperoleh akan membantu dalam klasifikasi jenis tanah yang diuji.

Pengujian Proctor Standard Uji pemadatan dengan pengujian Proctor Standard dilakukan

dengan menggunakan standar uji ASTM D 698-70. Hasil data dari pengujian ini nantinya untuk menggambarkan kurva hubungan antara kepadatan kering dengan kadar air. Berdasarkan kurva

pemadatan tersebut, harga kepadatan kering maksimum (maximum dry density, MDD) dan kadar air optimum (optimum moisture

content, OMC) dapat ditentukan.

Proses Pembasahan-Pengeringan Proses pembasahan dan pengeringan dilakukan secara bertahap berdasarkan

persentase pengurangan dan penambahan kadar air. Penelitian ini menggunakan siklus pengeringan-pembasahan 1x dan 2x, kemudian proses pengeringan 4x dan 6x. Perlakuan tersebut diterapkan pada benda uji yang

digunakan untuk pengujian gravimetri-volumteri, Elemen Bender dan pengukuran tegangan air pori negatif. Pengukuran tegangan air pori negatif,

kertas filter Whatman no. 42, dihimpit pada dua benda uji gravimetri-volumetri dan Elemen Bender sehingga satu pasang benda uji terdapat satu

buah kertas filter.

Proses Pembasahan-Pengeringan Tahapan siklus pada tanah natural

Proses Pembasahan-Pengeringan Tahapan siklus pada tanah natural+7% bio-bakteri

Proses Pembasahan-Pengeringan Tahapan siklus pada tanah natural+5% fly ash

Proses Pembasahan-Pengeringan Tahapan siklus pada tanah natural+6% kapur

Pengujian Sifat Mekanik • Pengujian Triaksial Unconsolidated Undrained (UU)

Pengujian Triaksial Unconsolidated Undrained ini dilakukan menggunakan alat uji Triaxial Unconsolidated Undrained Test untuk mendapatkan hasil sifat mekanik tanah, yakni kohesi (cu) dan sudut geser dalam (ϕ). Hasil yang didapat berasal dari benda uji yang telah diuji untuk kemudian diolah ke dalam grafik Mohr. Acuan yang digunakan dalam pengujian ini sesuai dengan peraturan pada ASTM D 698-70.

• Pengujian Unconfined Compression Strength (UCS) Pengujian ini dilakuakn menggunakan alat UCS untuk mendapatkan hasil kohesi (cu). Acuan pengujian ini sesuai dengan peraturan ASTM D2166-00.

Pengujian Sifat Dinamik Pengujian dinamik dilakukan dengan pengujian menggunakan alat Elemen Bender. Alat uji Elemen Bender yang digunakan untuk pengukuran adalah

secara manual dan digital. Pengukuran secara manual dilakukan menggunakan osiloskop yang pemancar (transmitter) dan penerimanya (receiver) dihubungkan

dengan komputer untuk kemudian dilakukan pembacaan secara digital. Alat yang terpasang sebagai pembaca digital dinamakan Ultrasonic Time Analyzer

(UTA).

Pengukuran Tegangan Air Pori Negatif Nilai tegangan air pori negatif diperoleh dari grafik korelasi antara kadar air kertas filter

tipe Whatman no. 42 dengan nilai suction setelah diberikan kalibrasi.

(Fredlund dan Rahardjo, 1993)

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil Pengujian Sifat Kimia Material Uji Komposisi sifat kimia fly ash

(Sumber: Sucofindo, 1999)

No. Senyawa

Kimia Kandungan

(%) Jenis

Pengujian 1 SiO2 37,21

Tidak disebutkan

2 Al2O3 17,91 3 Fe2O3 15,25 4 CaO 10,16 5 Na2O 7,53 6 SO3 4,30 7 MgO 3,69 8 TiO2 1,14 9 K2O 0,87

10 Mn3O4 0,11 11 P2O5 0,06

12 Loss on ignition

1,50

Hasil Pengujian Sifat Kimia Material Uji Komposisi sifat kimia kapur aktif

(Sumber: Madiadipoera T. dkk, 1999)

No. Senyawa

Kimia Kandungan

(%) Jenis

Pengujian 1 SiO 0,23 – 18,12

Tidak disebutkan

2 Al2O3 0,20 – 4,33 3 Fe2O3 0,10 – 1,36 4 CaO 40 – 50 5 CO2 35,74 – 42,78 6 H2O 0,10 – 0,85 7 MgO 0,05 – 4,26 8 K2O 0,18 9 P2O5 0,072 – 0,109

10 Loss on ignition

40,06

Hasil Pengujian Sifat Fisik Tanah Natural

(Sumber: Hasil penelitian)

Pengujian Tanah Residual

Natural Analisa Saringan dan Hidrometer

- Fraksi kerikil 0% (gravel) - Fraksi pasir 25,28% (sand) - Fraksi lanau-lempung 74,72% (silt-clay) Indeks Konsistensi - Batas cair (LL) 39,124% - Batas plastis (PL) 29,177% - Indeks plastis (PI) 9,947% - Batas susut (SL) 6,546% Activity (A) 0,271 Specific Gravity (Gs) 2,532 Klasifikasi Tanah - USCS CL (Lempung berpasir) - AASHTO A-7-6 Triaksial Unconsolidated Undrained Test - Kohesi, cu (kPa) - Sudut geser dalam, ϕ

34,5 18,9˚

Hasil Pengujian Proctor Standard Tanah Natural Dari hasil pengujian Proctor Standard untuk tanah residual natural Kemuning

Lor, Jember ini didapat nilai kepadatan kering maksimum sebesar 13,016 kN/m3 dengan nilai kadar air optimum sebesar 37,701%.

Hasil grafik pemadatan Proctor Standard pada tanah residual natural (Sumber: Hasil penelitian)

9.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.00 17.00 18.00

20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00

Kep

adat

an K

erin

g, γ

d Ze

ro A

ir V

oid

(γZA

V),

kN/m

3

Wc (%)

Zav line

Hasil Pengujian Proctor Standard Tanah Natural dengan Bio-bakteri

Hasil pengujian Proctor Standard tanah natural yang dicampur dengan 3%, 5% dan 7% bio-bakteri. Hasil keseluruhan pengujian Proctor Standard pada tanah

natural yang dicampur dengan 3%, 5% dan 7% bio-bakteri dalam keadaan optimum akan ditunjukkan pada tabel di bawah ini.

(Sumber: Hasil penelitian)

Kadar Bio-bakteri

γd maksimum (kN/m3)

wc optimum (%)

3% 12,281 28,09 5% 12,706 33,397 7% 13,269 34,761

Hasil Pengujian Proctor Standard Tanah Natural dengan Bio-bakteri

Berdasarkan hasil pada tabel menunjukkan bahwa nilai kepadatan maksimum optimum adalah tanah natural yang dicampur dengan 7% bio-bakteri. Dengan demikian, kadar bio-bakteri yang digunakan untuk campuran tanah pada siklus

pengeringan-pembasahan adalah 7%.

Hasil grafik pemadatan Proctor Standard pada tanah residual natural +7% bio-bakteri (Sumber: Hasil penelitian)

11.00

12.00

13.00

14.00

15.00

16.00

17.00

18.00

15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00

Ber

at V

olum

e K

erin

g, γ

d Ze

ro A

ir V

oid

(γZA

V),

kN/m

3

Wc (%)

Zav line

Hasil Pengujian Proctor Standard Tanah Natural dengan Fly Ash

Hasil pengujian Proctor Standard tanah natural yang dicampur dengan 5%, 10%, 15%, 20% dan 25% fly ash. Hasil keseluruhan pengujian Proctor Standard pada

tanah natural yang dicampur dengan 5%, 10%, 15%, 20% dan 25% fly ash dalam keadaan optimum akan ditunjukkan pada tabel di bawah ini.

(Sumber: Hasil penelitian)

Kadar Fly Ash

γd maksimum (kN/m3)

wc optimum (%)

5% 13,528 32,26 10% 13,349 31,014 15% 12,844 28,667 20% 13,068 34,646 25% 12,996 32,864

Hasil Pengujian Proctor Standard Tanah Natural dengan Fly Ash

Berdasarkan hasil pada tabel menunjukkan bahwa nilai kepadatan maksimum optimum adalah tanah natural yang dicampur dengan 5% fly ash. Dengan demikian, kadar fly ash yang digunakan untuk campuran tanah pada siklus

pengeringan-pembasahan adalah 5%.

Hasil grafik pemadatan Proctor Standard pada tanah residual natural +5% fly ash (Sumber: Hasil penelitian)

10.00

11.00

12.00

13.00

14.00

15.00

16.00

22.00 24.00 26.00 28.00 30.00 32.00 34.00

Kep

adat

an K

erin

g, γ

d Ze

ro A

ir V

oid

(γZA

V),

kN/m

3

Wc (%)

Zav line

Hasil Pengujian Proctor Standard Tanah Natural dengan Kapur

Hasil pengujian Proctor Standard tanah natural yang dicampur dengan 2%, 4%, 6%, 8% dan 10% kapur. Hasil keseluruhan pengujian Proctor Standard pada tanah natural yang dicampur dengan 2%, 4%, 6%, 8% dan 10% kapur dalam

keadaan optimum akan ditunjukkan pada tabel di bawah ini.

(Sumber: Hasil penelitian)

Kadar Kapur

γd maksimum (kN/m3)

wc optimum (%)

2% 12,628 32,96 4% 12,539 35,343 6% 12,435 28,548 8% 11,357 35,717

10% 11,549 30,706

Hasil Pengujian Proctor Standard Tanah Natural dengan Kapur

Berdasarkan hasil pada tabel digunakan nilai kepadatan maksimum yang terbesar adalah tanah natural yang dicampur dengan 6% kapur. Dengan

demikian, kadar kapur yang digunakan untuk campuran tanah pada siklus pengeringan-pembasahan adalah 6%.

Hasil grafik pemadatan Proctor Standard pada tanah residual natural +6% kapur (Sumber: Hasil penelitian)

11.00

12.00

13.00

14.00

15.00

16.00

17.00

18.00

19.00

15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00

Ber

at V

olum

e K

erin

g, γ

d Ze

ro A

ir V

oid

(γZA

V),

kN/m

3

Wc (%)

Zav line

Hasil Pengujian Sifat Fisik Tanah yang Distabilisasi

(Sumber: Hasil penelitian)

Pengujian Jenis Tanah

Tanah Natural + 7% Bio-bakteri

Tanah Natural + 5% Fly Ash

Tanah Natural + 6% Kapur Aktif

Analisa Saringan dan Hidrometer

- Fraksi kerikil 0% 0% 0% (gravel) - Fraksi pasir 21,48% 18,36% 32,64% (sand) - Fraksi lanau-lempung 78,52% 82,63% 68,36% (silt-clay) Indeks Konsistensi - Batas cair (LL) 49,018% 42,509% 45,914% - Batas plastis (PL) 26,891% 27,69% 34,762% - Indeks plastis (PI) 22,127% 14,819% 11,152% - Batas susut (SL) 6,478% 7,985% 5,501% Activity (A) 0,522 0,333 0,319 Specific Gravity (Gs) 2,702 2,562 2,549 Klasifikasi Tanah - USCS CL CL CL

(Lempung berpasir)

(Lempung berpasir)

(Lempung berpasir)

- AASHTO A-7-6 A-7-6 A-7-5 Triaksial Unconsolidated Undrained Test - Kohesi, cu (kPa) - Sudut geser dalam, ϕ

1,8

31,7˚

24,6 33,4˚

74,7 21,6˚

Hasil Pengujian Sifat Mekanik • Analisis Hasil Uji Proctor Standard pada Benda Uji Natural

dan Benda Uji Natural + Stabilisator • Analisis Terhadap Benda Uji yang Mengalami Proses

Pengeringan-Pembasahan pada Siklus Pertama dan Kedua • Analisis Terhadap Benda Uji yang Mengalami Proses

Pengeringan pada Siklus 1, 2, 4 dan 6

Analisis Terhadap Benda Uji yang Mengalami Proses Pengeringan-Pembasahan pada Siklus Pertama dan Kedua Seluruhnya dengan nilai kadar optimum 37,701% untuk tanah

residual natural; 34,761% untuk tanah residual natural + 7% bio-bakteri; 32,26% untuk tanah residual natural + 5% fly ash dan 28,548% untuk tanah residual natural + 6% kapur aktif akan

diterapkan pada siklus pembasahan-pengeringan. Proses pengeringan-pembasahan tersebut dilakukan untuk siklus pertama

dan kedua seperti pada grafik yang akan diberikan berikut ini.

Hasil Pengujian Sifat Dinamik • Modulus Geser Maksimum Pengujian properti dinamik untuk memperoleh modulus geser maksimum (Gmaks) dilkukan di Laboratorium Mekanika Tanah dan Batuan, Jurusan Teknik Sipil, FTSP ITS. Penentuan nilai modulus geser maksimum tidak dapat terhindar dari faktor subyektivitas karena dipengaruhi oleh banyak faktor. Hasil (output) dari alat Elemen Bender yang digunakan adalah waktu tempuh axis (t) dalam satuan μs dan kecepatan rambat axis (Vs) dalam satuan m/s. Waktu tempuh axis dan kecepatan rambat axis dapat dicatat dari tampilan dalam software Ultrasonic Time Analyzer (UTA).

Hasil Pengujian Sifat Dinamik • Perubahan Sifat Dinamik Akibat Siklus

Pembasahan-Pengeringan Pertama dan Kedua

• Perubahan Sifat Dinamik Akibat Pengeringan 1x, 2x, 4x dan 6x