II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Tanah

Tanah dapat didefinisikan sebagai material yang terdiri dari agregat (butiran)

mineral-mineral padat yang tidak tersementasi (terikat secara kimia) satu

sama lain dan dari bahan-bahan organik yang telah melapuk (yang berpartikel

padat) disertai dengan zat cair dan gas yang mengisi ruang-ruang kosong

diantara partikel-partikel padat tersebut (Das, 1995).

Tanah adalah kumpulan-kumpulan dari bagian-bagian yang padat dan tidak

terikat antara satu dengan yang lain (diantaranya mungkin material organik)

rongga-rongga diantara material tersebut berisi udara dan air (Verhoef,1994).

Sedangkan menurut Craig (1991) tanah merupakan akumulasi partikel

mineral atau ikatan antar partikelnya, yang terbentuk karena pelapukan dari

batuan.

Tanah (soil) menurut teknik sipil dapat didefinisikan sebagai sisa atau produk

yang dibawa dari pelapukan batuan dalam proses geologi yang dapat digali

tanpa peledakan dan dapat ditembus dengan peralatan pengambilan contoh

(sampling) pada saat pemboran (Hendarsin, 2000).

6

Menurut Bowles (1991), tanah adalah campuran partikel-partikel yang

terdiri dari salah satu atau seluruh jenis berikut :

1. Berangkal (boulders), yaitu potongan batuan yang besar, biasanya lebih

besar dari 250 mm sampai 300 mm. Untuk kisaran ukuran 150 mm

sampai 250 mm, fragmen batuan ini disebut sebagai kerakal (cobbles)

atau pebbes.

2. Kerikil (gravel), yaitu partikel batuan yang berukuran 5 mm sampai 150

mm.

3. Pasir (sand), yaitu batuan yang berukuran 0,074 mm sampai 5 mm.

Berkisar dari kasar (3 mm sampai 5 mm) sampai halus (< 1mm).

4. Lanau (silt), yaitu partikel batuan yang berukuran dari 0,002 mm sampai

0,074 mm.

5. Lempung (clay), yaitu partikel mineral yang berukuran lebih kecil dari

0,002 mm. Partikel-partikel ini merupakan sumber utama dari kohesif

pada tanah yang “kohesif”.

6. Koloid (colloids), partikel mineral yang “diam” yang berukuran lebih

kecil dari 0,001 mm.

B. Klasifikasi Tanah

Sistem klasifikasi tanah adalah suatu sistem pengaturan beberapa jenis tanah

yang berbeda-beda tetapi mempunyai sifat yang serupa ke dalam kelompok-

kelompok dan subkelompok-subkelompok berdasarkan pemakaiannya. Sistem

klasifikasi memberikan suatu bahasa yang mudah untuk menjelaskan secara

7

singkat sifat-sifat umum tanah yang sangat bervariasi tanpa penjelasan yang

terinci (Das, 1995).

Klasifikasi tanah berfungsi untuk studi yang lebih terinci mengenai keadaan

tanah tersebut serta kebutuhan akan pengujian untuk menentukan sifat teknis

tanah seperti karakteristik pemadatan, kekuatan tanah, berat isi, dan

sebagainya (Bowles, 1989).

Sistem klasifikasi dimaksudkan untuk menentukan dan mengidentifikasikan

tanah dengan cara sistematis guna menentukan kesesuaian terhadap

pemakaian tertentu dan juga berguna untuk menyampaikan informasi tentang

karakteristik dan sifat-sifat fisik tanah serta mengelompokkannnya

berdasarkan suatu kondisi fisik tertentu dari tanah tersebut dari suatu daerah

ke daerah lain dalam bentuk suatu data dasar.

Sistem klasifikasi tanah dapat dibagi menjadi dua, yaitu :

a. Klasifikasi Berdasarkan Tekstur dan Ukuran

Sistem klasifikasi ini didasarkan pada keadaan permukaan tanah yang

bersangkutan, sehingga dipengaruhi oleh ukuran butiran tanah dalam

tanah. Klasifikasi ini sangat sederhana didasarkan pada distribusi ukuran

tanah saja. Pada klasifikasi ini tanah dibagi menjadi kerikil (gravel),

pasir (sand), lanau (silt) dan lempung (clay) (Das,1993).

b. Klasifikasi Berdasarkan Pemakaian

Pada sistem klasifikasi ini memperhitungkan sifat plastisitas tanah dan

menunjukkan sifat-sifat tanah yang penting. Pada saat ini terdapat dua

8

sistem klasifikasi tanah yang sering dipakai dalam bidang teknik. Kedua

sistem klasifikasi itu memperhitungkan distribusi ukuran butir dan batas-

batas Atterberg.

Ada beberapa macam sistem klasifikasi tanah sebagai hasil pengembangan

dari sistem klasifikasi yang sudah ada. Tetapi yang paling umum digunakan

adalah:

a. Sistem Klasifikasi Tanah Unified (Unified Soil Classification System/

USCS)

Sistem klasifikasi tanah unified atau Unified Soil Classification System

(USCS) diajukan pertama kali oleh Prof. Arthur Cassagrande pada tahun

1942 untuk mengelompokkan tanah berdasarkan sifat teksturnya 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) memakai USCS

sebagai metode standar untuk mengklasifikasikan tanah. Menurut sistem

ini tanah dikelompokkan dalam tiga kelompok yang masing-masing

diuraikan lebih spesifik lagi dengan memberi simbol pada setiap jenis

(Hendarsin, 2000), yaitu:

1) Tanah berbutir kasar, yaitu tanah yang mempunyai prosentase lolos

ayakan No. 200 < 50 %.

9

Klasifikasi tanah berbutir kasar terutama tergantung pada analisa

ukuran butiran dan distribusi ukuran partikel. Tanah berbutir kasar

dapat berupa salah satu dari hal di bawah ini :

a) Kerikil (G) apabila lebih dari setengah fraksi kasar tertahan pada

saringan No. 4

b) Pasir (S) apabila lebih dari setengah fraksi kasar berada diantara

ukuran saringan No. 4 dan No. 200

2) Tanah berbutir halus, adalah tanah dengan persentase lolos ayakan No.

200 > 50 %.

Tanah berbutir ini dibagi menjadi lanau (M). Lempung Anorganik (C)

dan Tanah Organik (O) tergantung bagaimana tanah itu terletak pada

grafik plastisitas.

3) Tanah Organis

Tanah ini tidak dibagi lagi tetapi diklasifikasikan dalam satu kelompok

Pt. Biasanya jenis ini sangat mudah ditekan dan tidak mempunyai sifat

sebagai bahan bangunan yang diinginkan. Tanah khusus dari

kelompok ini adalah peat, humus, tanah lumpur dengan tekstur organis

yang tinggi. Komponen umum dari tanah ini adalah partikel-partikel

daun, rumput, dahan atau bahan-bahan yang regas lainnya.

10

Tabel 1. Sistem Klasifikasi Tanah Unified

Jenis Tanah Simbol Sub Kelompok Simbol

Kerikil

Pasir

Lanau

Lempung

Organik

Gambut

G

S

M

C

O

Pt

Gradasi Baik

Gradasi Buruk

Berlanau

Berlempung

WL<50%

WL>50%

W

P

M

C

L

H

Sumber : Bowles, 1989.

Dimana :

W = Well Graded (tanah dengan gradasi baik),

P = Poorly Graded (tanah dengan gradasi buruk),

L = Low Plasticity (plastisitas rendah, LL<50),

H = High Plasticity (plastisitas tinggi, LL> 50).

Faktor-faktor yang harus diperhatikan untuk mendapatkan klasifikasi yang

benar adalah sebagai berikut :

a. Persentase butiran yang lolos saringan No. 200.

b. Persentase fraksi kasar yang lolos saringan No. 40.

c. Batas cair (LL) dan indeks plastisitas (PI).

11

Tabel 2. Sistem Klasifikasi Tanah USCS

Tan

ah b

erbu

tir

kas

ar≥

50%

bu

tira

n

tert

ahan

sar

ing

an N

o. 20

0 Ker

ikil

50

%≥

fra

ksi

kas

ar

tert

ahan

sar

ing

an N

o. 4

Ker

ikil

ber

sih

(han

ya

ker

ikil

)

GW

Kerikil bergradasi-baik dan

campuran kerikil-pasir, sedikit

atau sama sekali tidak mengandung butiran halus

Kla

sifi

kas

i ber

das

arkan

pro

sen

tase

buti

ran

hal

us

; K

ura

ng

dar

i 5%

lolo

s sa

rin

gan

no

.20

0:

GM

,

GP

, S

W,

SP

. L

ebih

dar

i 12

% l

olo

s sa

ring

an n

o.2

00

: G

M,

GC

, S

M,

SC

. 5%

- 1

2%

lo

los

sari

ng

an N

o.2

00 :

Bat

asan

kla

sifi

kas

i y

ang m

empu

ny

ai s

imb

ol

dobel

Cu = D60 > 4

D10

Cc = (D30)2 Antara 1 dan 3

D10 x D60

GP

Kerikil bergradasi-buruk dan

campuran kerikil-pasir, sedikit

atau sama sekali tidak mengandung butiran halus

Tidak memenuhi kedua kriteria untuk

GW K

erik

il d

eng

an

Buti

ran

hal

us GM

Kerikil berlanau, campuran kerikil-pasir-lanau

Batas-batas

Atterberg di bawah garis A

atau PI < 4

Bila batas Atterberg berada

didaerah arsir

dari diagram

plastisitas, maka

dipakai dobel

simbol GC

Kerikil berlempung, campuran kerikil-pasir-lempung

Batas-batas

Atterberg di bawah garis A

atau PI > 7

Pas

ir≥

50

% f

rak

si k

asar

lolo

s sa

ring

an N

o. 4

Pas

ir b

ersi

h

(h

any

a p

asir

) SW

Pasir bergradasi-baik , pasir

berkerikil, sedikit atau sama sekali tidak mengandung butiran

halus

Cu = D60 > 6 D10

Cc = (D30)2 Antara 1 dan 3

D10 x D60

SP

Pasir bergradasi-buruk, pasir

berkerikil, sedikit atau sama

sekali tidak mengandung butiran halus

Tidak memenuhi kedua kriteria untuk

SW

Pas

ir

den

gan

buti

ran

hal

us

SM Pasir berlanau, campuran pasir-lanau

Batas-batas

Atterberg di bawah garis A

atau PI < 4

Bila batas

Atterberg berada

didaerah arsir dari diagram

plastisitas, maka

dipakai dobel simbol

SC Pasir berlempung, campuran pasir-lempung

Batas-batas

Atterberg di bawah garis A

atau PI > 7

Tan

ah b

erbu

tir

hal

us

50%

ata

u l

ebih

lo

los

ayak

an N

o. 200

Lan

au d

an l

emp

un

g b

atas

cai

r ≤

50

%

ML

Lanau anorganik, pasir halus

sekali, serbuk batuan, pasir halus berlanau atau berlempung

Diagram Plastisitas: Untuk mengklasifikasi kadar butiran halus yang

terkandung dalam tanah berbutir halus dan kasar.

Batas Atterberg yang termasuk dalam daerah yang di arsir berarti batasan klasifikasinya menggunakan

dua simbol.

60

50 CH

40 CL

30 Garis A CL-ML

20

4 ML ML atau OH

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Garis A : PI = 0.73 (LL-20)

CL

Lempung anorganik dengan

plastisitas rendah sampai dengan

sedang lempung berkerikil, lempung berpasir, lempung

berlanau, lempung “kurus” (lean

clays)

OL

Lanau-organik dan lempung

berlanau organik dengan

plastisitas rendah

Lan

au d

an l

emp

un

g b

atas

cai

r ≥

50

%

MH

Lanau anorganik atau pasir halus

diatomae, atau lanau diatomae, lanau yang elastis

CH Lempung anorganik dengan plastisitas tinggi, lempung

“gemuk” (fat clays)

OH

Lempung organik dengan

plastisitas sedang sampai dengan tinggi

Tanah-tanah dengan

kandungan organik sangat tinggi

PT

Peat (gambut), muck, dan tanah-

tanah lain dengan kandungan organik tinggi

Manual untuk identifikasi secara visual dapat dilihat di ASTM Designation D-2488

Sumber : Hary Christady, 1996.

Bat

as P

last

is (

%)

Batas Cair (%)

12

b. Sistem klasifikasi AASHTO

Sistem Klasifikasi AASHTO (American Association of State Highway and

Transportation Official) dikembangkan pada tahun 1929 dan mengalami

beberapa kali revisi hingga tahun 1945 dan dipergunakan hingga sekarang,

yang diajukan oleh Commite on Classification of Material for Subgrade

and Granular Type Road of the Highway Research Board (ASTM Standar

No. D-3282, AASHTO model M145). Sistem klasifikasi ini bertujuan

untuk menentukan kualitas tanah guna pekerjaan jalan yaitu lapis dasar

(sub-base) dan tanah dasar (subgrade).

Dalam sistem ini tanah dikelompokkan menjadi tujuh kelompok besar yaitu

A1 sampai dengan A7. Tanah yang termasuk dalam golongan A-1 , A-2,

dan A-3 masuk kedalam tanah berbutir dimana 35% atau kurang dari

jumlah butiran tanah yang lolos ayakan No.200, sedangkan tanah yang

masuk dalam golongan A-4, A-5, A-6 dan A-7 adalah tanah lanau atau

lempung. A-8 adalah kelompok tanah organik yang bersifat tidak stabil

sebagai bahan lapisan struktur jalan raya, maka revisi terakhir oleh

AASHTO diabaikan (Sukirman, 1992). Percobaan yang dibutuhkan untuk

mendapatkan data yang diperlukan adalah analisis saringan, batas cair, dan

batas plastis.

13

Tabel 3. Klasifikasi Tanah Berdasarkan AASTHO

Klasifikasi umum Tanah berbutir

(35% atau kurang dari seluruh contoh tanah lolos ayakan No.200

Klasifikasi kelompok A-1

A-3 A-2

A-1-a A-1-b A-2-4 A-2-5 A-2-6 A-2-7

Analisis ayakan (%

lolos)

No.10

No.40

No.200

Maks 50

Maks 30

Maks 15

Maks 50

Maks 25

Min 51

Maks 10

Maks 35 Maks 35

Maks 35

Maks 35

Sifat fraksi yang lolos

ayakan No.40

Batas Cair (LL)

Indeks Plastisitas (PI)

Maks 6

NP

Maks 40

Maks 10

Min 41

Maks 10

Maks 40

Min 11

Min 41

Min 41

Tipe material yang

paling dominan

Batu pecah, kerikil

dan pasir

Pasir

halus

Kerikil dan pasir yang berlanau atau

berlempung

Penilaian sebagai bahan

tanah dasar Baik sekali sampai baik

Klasifikasi umum Tanah berbutir

(Lebih dari 35% dari seluruh contoh tanah lolos ayakan No.200

Klasifikasi kelompok A-4 A-5 A-6 A-7

Analisis ayakan (%

lolos)

No.10

No.40

No.200

Min 36

NNNNNN

Min 36

Min 36

Min 36

Sifat fraksi yang lolos

ayakan No.40

Batas Cair (LL)

Indeks Plastisitas (PI)

Maks 40

Maks 10

Maks 41

Maks 10

Maks 40

Maks 11

Min 41

Min 11

Tipe material yang

paling dominan Tanah berlanau Tanah Berlempung

Penilaian sebagai bahan

tanah dasar Biasa sampai jelek

Sumber: Das (1995).

Sistem klasifikasi ini didasarkan pada kriteria di bawah ini :

1) Ukuran Butir

Kerikil : bagian tanah yang lolos saringan dengan diameter 75

mm dan tertahan pada saringan diameter 2 mm

(No.10).

14

Pasir : bagian tanah yang lolos saringan dengan diameter 2

mm dan tertahan pada saringan diameter 0,075 mm

(No. 200).

Lanau dan lempung : bagian tanah yang lolos saringan dengan diameter

0,075 (No. 200).

2) Plastisitas

Nama berlanau dipakai apabila bagian-bagian yang halus dari tanah

mempunyai indeks plastis sebesar 10 atau kurang. Nama berlempung dipakai

bilamana bagian-bagian yang halus dari tanah mempunyai indeks plastis,

indeks plastisnya 11 atau lebih.

3) Apabila batuan (ukuran lebih besar dari 75 mm) ditemukan di dalam contoh

tanah yang akan ditentukan klasifikasi tanahnya, maka batuan-batuan tersebut

harus dikeluarkan terlebih dahulu. Tetapi, persentase dari batuan yang

dikeluarkan tersebut harus dicatat.

Data yang akan didapat dari percobaan laboratorium telah ditabulasikan pada

Tabel 3. Kelompok tanah yang paling kiri kualitasnya paling baik, makin ke

kanan semakin berkurang kualitasnya.

C. Tanah Lempung

1. Definisi Tanah Lempung

Tanah lempung terdiri dari berbagai golongan tekstur yang agak susah

dicirikan secara umum. Sifat fisika tanah lempung umumnya terletak

15

diantara sifat tanah pasir dan liat. Pengolahan tanah tidak terlampau berat,

sifat merembeskan airnya sedang dan tidak terlalu melekat.

Tanah lempung merupakan partikel mineral yang berukuran lebih kecil

dari 0,002 mm. Partikel-partikel ini merupakan sumber utama dari kohesi

didalam tanah yang kohesif (Bowles, 1991).

Tanah lempung merupakan tanah yang berukuran mikroskopis sampai

dengan sub mikroskopis yang berasal dari pelapukan unsur-unsur kimiawi

penyusun batuan, tanah lempung sangat keras dalam keadaan kering dan

bersifat plastis pada kadar air sedang. Pada kadar air lebih tinggi lempung

bersifat lengket (kohesif) dan sangat lunak (Das, 1995).

Tanah lempung lunak merupakan tanah kohesif yang terdiri dari tanah

yang sebagian terbesar terdiri dari butir-butir yang sangat kecil seperti

lempung atau lanau. Pada lapisan tanah lempung lunak, semakin muda

umur akumulasinya, semakin tinggi letak muka airnya. Lapisan muda ini

juga kurang mengalami pembebanan sehingga sifat mekanisnya buruk dan

tidak mampu memikul beban.

Sifat lapisan tanah lempung lunak adalah gaya gesernya yang kecil,

kemampatan yang besar, dan koefisien permeabilitas yang kecil. Jadi,

bilamana pembebanan konstruksi melampaui daya dukung kritisnya maka

dalam jangka waktu yang lama besarnya penurunan akan meningkat yang

akhirnya akan mengakibatkan berbagai kesulitan.

16

2. Mineral Lempung

Mineral lempung merupakan pelapukan akibat reaksi kimia yang

menghasilkan susunan partikel berukuran koloid dengan diameter butiran

lebih kecil dari 0,002 mm. Partikel lempung dapat berbentuk lembaran

yang mempunyai permukaan khusus. Karena itu, tanah lempung

mempunyai sifat sangat dipengaruhi oleh gaya-gaya permukaan.

Jenis-jenis mineral lempung diantaranya :

a. Kaolinite

Kaolinite merupakan anggota kelompok kaolinite serpentin, yaitu

hidrus alumino silikat dengan rumus kimia Al2 Si2O5(OH)4.

Kekokohan sifat struktur dari partikel kaolinite menyebabkan sifat-

sifat plastisitas dan daya pengembangan atau menyusut kaolinite

menjadi rendah.

b. Illite

Illite adalah mineral bermika yang sering dikenal sebagi mika tanah

dan merupakan mika yang berukuran lempung. Istilah illite dipakai

untuk tanah berbutir halus, sedangkan tanah berbutir kasar disebut

mika hidrus.

Rumus kimia illite adalah KyAl2(Fe2Mg2Mg3)(Si4yAly)O10(OH)2.

c. Montmorilonite

Mineral ini memilki potensi plastisitas dan mengembang atau

menyusut yang tinggi sehingga bersifat plastis pada keadaan basah dan

17

keras pada keadaan kering. Rumus kimia montmorilonite adalah

Al2Mg(SiO10)(OH)2 xH2O.

3. Sifat Tanah Lempung

Tanah lempung lunak mempunyai karakteristik yang khusus diantaranya

daya dukung yang rendah, kemampatan yang tinggi, indeks plastisitas

yang tinggi, kadar air yang relatif tinggi, dan mempunyai gaya geser yang

kecil. Kondisi tanah seperti itu akan menimbulkan masalah jika dibangun

konstruksi diatasnya.

Sifat-sifat yang dimiliki tanah lempung adalah sebagai berikut

(Hardiyatmo, 1999) :

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

b. Permeabilitas rendah.

c. Kenaikan air kapiler tinggi.

d. Bersifat sangat kohesif.

e. Kadar kembang susut yang tinggi.

f. Proses konsolidasi lambat.

Tanah butiran halus khususnya tanah lempung akan banyak dipengaruhi

oleh air. Sifat pengembangan tanah lempung yang dipadatkan akan lebih

besar pada lempung yang dipadatkan pada kering optimum dari pada yang

dipadatkan pada basah optimum. Lempung yang dipadatkan pada kering

optimum relatif kekurangan air oleh karena itu lempung ini mempunyai

18

kecenderungan yang lebih besar untuk meresap air sebagai hasilnya adalah

sifat mudah mengembang (Hardiyatmo, 2001).

Sifat yang khas dari tanah lempung adalah dalam keadaan kering, tanah

akan bersifat keras, jika tanah dalam keadaan basah akan bersifat lunak

plastis dan kohesif, mengembang dan menyusut dengan cepat, sehingga

mempunyai perubahan volume yang besar karena pengaruh air.

Tabel 4. Sifat Tanah Lempung (Hary Christady, 2002)

Tipe Tanah Sifat Uji Lapangan

Lempung

Sangat Lunak Meleleh diantara jari ketika diperas

Lunak Dapat diperas dengan mudah

Keras Dapat diperas dengan tekanan jari yang kuat

Kaku Tidak dapat diremas dengan jari, tapi dapat

digencet dengan ibu jari

Sangat Kaku Dapat digencet dengan kuku ibu jari

Faktor-faktor yang mempengaruhi plastisitas dan CBR tanah lempung

(clay) adalah sebagai berikut :

1. Faktor lingkungan

Tanah dengan plastisitas tinggi dalam keadaan kadar air rendah atau

hisapan yang tinggi akan menarik air lebih kuat dibanding dengan

tanah yang sama dengan kadar air yang lebih tinggi. Perubahan kadar

air pada zona aktif dekat permukaan tanah, akan menentukan

besarnya plastisitas. Pada zona ini terjadi perubahan kadar air dan

volume yang lebih besar. Variasi peresapan dan penguapan

mempengaruhi perubahan kedalaman zona aktif. Keberadaan fasilitas

19

seperti drainase, irigasi, dan kolam akan memungkinkan tanah

memiliki akses terhadap sumber air. Keberadaan air pada fasilitas

tersebut akan mempengaruhi perubahan kadar air tanah. Selain itu

vegetasi seperti pohon, semak, dan rumput menghisap air tanah dan

menyebabkan terjadinya perbedaan kadar air pada daerah dengan

vegetasi berbeda.

2. Karakteristik material

Plastisitas yang tinggi terjadi akibat adanya perubahan sistem tanah

dengan air yang mengakibatkan terganggunya keseimbangan gaya-

gaya di dalam 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 listrik negatif dan

ujung-ujungnya bermuatan positif. 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 keseimbangan baru.

Perubahan jarak antar partikel ini disebut sebagai proses kembang

susut.

20

3. Kondisi tegangan

Tanah yang terkonsolidasi berlebih bersifat lebih ekspansif

dibandingkan tanah yang terkonsolidasi normal, untuk angka pori

yang sama. Proses pengeringan dan pembasahan yang berulang

cenderung mengurangi potensi pengembangan sampai suatu keadaan

yang stabil. Besarnya pembebanan akan menyeimbangkan gaya antar

partikel sehingga akan mengurangi besarnya pengembangan.

Ketebalan dan lokasi kedalaman lapisan tanah ekspansif

mempengaruhi besarnya potensi kembang susut dan yang paling besar

terjadi apabila tanah ekspansif yang terdapat pada permukaan sampai

dengan kedalaman zona aktif.

D. Stabilisasi Tanah

Stabilisasi tanah secara prinsip adalah suatu tidakan atau usaha yang dilakukan

guna menaikkan kekuatan tanah, mempertahankan kekuatan gesernya, dan

mendapatkan sifat-sifat yang diinginkan dari tanah sehingga sesuai untuk

proyek pembangunan.

Stabilisasi dapat dikelompokkan berdasarkan empat jenis klasifikasi utama,

yaitu :

1. Fisiomekanikal, contohnya dengan melakukan pemadatan.

2. Granulometrik, contohnya dengan pencampuran tanah berkualitas buruk

dan tanah dengan kualitas yang lebih baik.

3. Fisiokimia, contohnya pencampuran tanah dengan semen, kapur, atau

aspal.

21

4. Elektrokimia, contohnya dengan menggunakan bahan kimia sebagai zat

additive.

Beberapa tindakan yang dilakukan untuk menstabilisasikan tanah adalah

sebagai berikut :

1. Menambah bahan yang menyebabkan perubahan-perubahan kimiawi atau

fisis pada tanah.

2. Mengganti tanah yang buruk

3. Meningkatkan kerapatan tanah.

4. Menurunkan muka air tanah.

5. Menambah material yang tidak aktif sehingga meningkatkan kohesi dan

kekuatan geser yang timbul.

Cara yang digunakan untuk menstabilisasi tanah terdiri dari salah satu atau

kombinasi dari cara berikut (Bowles, 1989) :

1. Cara mekanis, yaitu pemadatan dengan berbagai jenis peralatan mekanis

seperti mesin gilas, benda berat yang dijatuhkan, tekanan statis, dan

sebagainya.

2. Dengan bahan pencampur, yaitu penambahan kerikil untuk tanah kohesif,

lempung untuk tanah berbutir, dan pencampur kimiawi seperti semen,

kapur, abu terbang, dan sebagainya.

22

E. Abu Ampas Tebu

Abu ampas tebu merupakan salah satu materi utama dalam penelitian ini. Abu

ampas tebu dihasilkan dari ampas hasil limbah pabrik gula. Ampas tebu

(Bagasse) adalah campuran dari serat yang kuat, dengan jaringan parenchyma

yang lembut, mempunyai tingkat higroskopis yang tinggi, dan dihasilkan

melalui proses penggilingan tebu (Kian dan Suseno, 2002).

Pada penggilingan tebu, terdapat 5 kali proses penggilingan dari batang tebu

sampai menjadi ampas tebu, pada penggilingan pertama dan kedua dihasilkan

nira mentah yang berwarna kuning kecoklatan, kemudian proses penggilingan

ketiga, keempat dan kelima menghasilkan nira dengan volume yang berbeda-

beda. Setelah gilingan terakhir, dihasilkan ampas tebu kering.

Pada proses penggilingan awal yaitu tahap penggilingan pertama dan kedua

dihasilkan ampas tebu basah. Hasil dari ampas tebu gilingan kedua diberi

tambahan susu kapur 3Be yang berfungsi sebagai senyawa yang menyerap

nira dari serat ampas tebu sehingga pada penggilingan ketiga, nira masih dapat

diserap meskipun volumenya lebih sedikit dari hasil gilingan kedua.

Penambahan pada penggilingan ketiga, keempat dan kelima dilakukan dengan

volume yang berbeda-beda. Semakin sedikit nira dalam ampas tebu, maka

akan semakin banyak susu kapur 3Be yang ditambahkan. Proses penggilingan

tebu dapat dilihat pada gambar 1.

23

Penggilingan I Penggilingan III Penggilingan V

Penggilingan II Penggilingan IV

Ampas Ampas Ampas Ampas Ampas

Gilingan I Gilingan II Gilingan III Gilingan IV Gilingan V

Tebu

Susu Kapur Susu Kapur Susu Kapur

3Be 3Be 3Be

Gambar 1. Proses Penggilingan Tebu

Abu ampas tebu (Bagasse Ash) adalah produk buangan yang dihasilkan dalam

jumlah besar dari pembakaran ampas tebu (Bagasse) yang terdiri dari garam-

garam inorganik.

Tabel 5. Komposisi dari Mineral Abu Ampas Tebu

Mineral Komposisi (%)

Silica (SiO2) 71

Alumina (Al2O3) 1,3

Ferri Trioksida (Fe2O3) 7,8

Calsium Oksida (CaO) 3,4

Magnesium Oksida (MgO) 0,3

Kalsium Oksida (KaO) 8,2

Potasium Penta Oksida (P2O5) 3

Mangan (MnO) 0,2

Sumber : (Dubey dan Varma Sugar By-Products & Subsidiary Industries dalam Kian dan

Suseno, 2002).

24

Dari hasil pengujian yang dilakukan di laboratorium Instrumentasi Jurusan

Kimia Fakultas MIPA Unila tahun 2005, kandungan SiO2 yang terkandung

pada bagasse ash mencapai 44,87 % dan Fe2O3 sebesar 1,39 %. Pengujian

yang dilakukan, menunjukkan bahwa senyawa SiO2 pada bagasse ash dapat

bereaksi pada larutan basa kuat (NaOH) dan larutan asam pekat (HNO3) 10%

yang ditunjukan dengan terdapatnya gelembung, timbulnya asap dan

terjadinya penggumpalan. Kondisi ini menguatakan hipotesis bahwa bagasse

ash memiliki sifat pozzolanik yaitu sifat dengan bertambahnya waktu, abu

ampas tebu tersebut apabila bereaksi dengan alumina (Al2O3) dan CaO yang

ada dilempung, maka tanah tersebut akan menjadi bertambah keras.

F. Abu Sekam Padi

Sekam padi merupakan produk samping yang melimpah dari hasil

penggilingan padi sekitar 20% dari bobot padi adalah sekam padi. Selama ini

sekam padi hanya digunakan sebagai pupuk, pakan ternak, bahan bakar untuk

pembakaran bata merah, pembakaran untuk memasak atau dibuang begitu

saja. Dari proses penggilingan padi biasanya diperoleh sekam sekitar 20-30%,

dedak antara 8-12% dan beras giling antara 50-63,5% data bobot awal gabah.

Sekam dengan prosentase yang tinggi tersebut dapat menimbulkan problem

lingkungan.

25

Tabel 6. Komposisi Kimiawi Sekam Padi

Komponen Persentase Kandungan (%)

A. Menurut Suharno (1979)

1. Kadar air

2. Protein kasar

3. Lemak

4. Serat Kasar

5. Abu

6. Karbohidrat Kasar

9,02

3,03

1,18

35,68

17,71

33,71

B. Menurut DTC-IPB

1. Karbon ( Zat Arang )

2. Hidrogen

3. Oksigen

4. Silika

1,33

1,54

33,64

16,98

Sumber : Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian, 2006.

Sekam padi dengan komposisi kandungan kimia seperti pada Tabel 5 dapat

dimanfaatkan untuk berbagai keperluan di antaranya sebagai bahan baku pada

industri kimia, terutama kandungan zat kimia furfural yang dapat digunakan

sebagai bahan baku dalam berbagai industri kimia; sebagai bahan baku pada

industri bahan bangunan, terutama kandungan silika (SiO2) yang dapat

digunakan untuk campuran pada pembuatan semen portland, bahan isolasi,

husk-board dan campuran pada industri bata merah; sebagai sumber energi

panas pada berbagai keperluan manusia, kadar selulosa yang cukup tinggi

dapat memberikan pembakaran yang merata dan stabil.

Sekam yang dibakar mempunyai sifat pozzolan yang mengandung unsur

silikat yang tinggi, rata-rata SiO2 91,72%. Abu sekam padi sangat kaya akan

silica (Si) yang dalam oksidanya dikenal dengan silica dioxide. Sekam padi

yang dibakar akan menghasilkan kandungan silica mencapai >90%. Dari

26

penelitian yang telah dilakukan, didapat kesimpulan akhir bahwa abu sekam

padi ini sangat potensial digunakan dalam bidang geoteknik terutama untuk

perbaikan tanah.

Tabel 7. Komposisi dari Mineral Abu Sekam Padi

Mineral Komposisi (%)

Silika Diokside (SiO2) 84,16

Aluminium Oxide (Al2O3) 4,57

Iron Oxide (Fe2O3) 0,37

Calcium Oxide (CaO) 3,99

Magnesium Oxide (MgO) 3,53

Carbon Dioxide (CO2) 0,51

Loss on Ignition (lain-lain) 3,8

Sumber : (Lazaro dan Moh dalam Terisna, 2002).

G. Semen

Semen (cement) adalah hasil industri dari paduan bahan baku : batu

kapur/gamping sebagai bahan utama dan lempung/tanah liat atau bahan

pengganti lainnya dengan hasil akhir berupa padatan berbentuk bubuk/bulk,

tanpa memandang proses pembuatannya, yang mengeras atau membatu pada

pencampuran dengan air. Batu kapur/gamping adalah bahan alam yang

mengandung senyawa Calcium Oksida (CaO), sedangkan lempung/tanah liat

adalah bahan alam yang mengandung senyawa : Silika Oksida (SiO2),

Alumunium Oksida (Al2O3), Besi Oksida (Fe2O3 ) dan Magnesium Oksida

(MgO). Untuk menghasilkan semen, bahan baku tersebut dibakar sampai

meleleh, sebagian untuk membentuk clinkernya, yang kemudian dihancurkan

dan ditambah dengan gips (gypsum) dalam jumlah yang sesuai. Hasil akhir

27

dari proses produksi dikemas dalam kantong/zak dengan berat rata-rata 40 kg

atau 50 kg.

Jenis-jenis semen menurut BPS adalah :

1. Semen abu atau semen portland adalah bubuk/bulk berwarna abu kebiru-

biruan, dibentuk dari bahan utama batu kapur/gamping berkadar kalsium

tinggi yang diolah dalam tanur yang bersuhu dan bertekanan tinggi. Semen

ini biasa digunakan sebagai perekat untuk memplester. Semen ini

berdasarkan prosentase kandungan penyusunannya terdiri dari 5 (lima) tipe,

yaitu tipe I sd. V.

2. Semen putih (gray cement) adalah semen yang lebih murni dari semen abu

dan digunakan untuk pekerjaan penyelesaian (finishing), seperti sebagai

filler atau pengisi. Semen jenis ini dibuat dari bahan utama kalsit (calcite)

limestone murni.

3. Oil well cement atau semen sumur minyak adalah semen khusus yang

digunakan dalam proses pengeboran minyak bumi atau gas alam, baik di

darat maupun di lepas pantai.

4. Mixed & fly ash cement adalah campuran semen abu dengan Pozzolan

buatan (fly ash). Pozzolan buatan (fly ash) merupakan hasil sampingan dari

pembakaran batubara yang mengandung amorphous silika, aluminium

oksida, besi oksida dan oksida lainnya dalam berbagai variasi jumlah.

Semen ini digunakan sebagai campuran untuk membuat beton, sehingga

menjadi lebih keras.

28

Semakin baik mutu semen maka semakin lama mengeras atau membatunya

jika dicampur dengan air. Konsentrasi semen dalam campuran sangat

mempengaruhi kekuatan campuran. Kekuatan campuran soil cement dapat

diketahui dengan melakukan tes CBR (California Bearing Ratio). Pengaruh

konsentrasi semen terhadap kekuatan yaitu semakin besar jumlah kadar semen

dalam campuran maka semakin tinggi pula nilai kekuatannya, dan hal tersebut

dipengaruhi juga oleh tanah yang digunakan (Nuraini, 2002).

H. Pemadatan Tanah

Pemadatan tanah adalah suatu proses memadatnya partikel tanah sehingga

terjadi pengurangan volume udara dan volume air dengan memakai cara

mekanis. Kepadatan tanah tergantung pada nilai kadar air, jika kadar air tanah

sedikit maka tanah akan keras begitu pula sebaliknya, bila kadar air banyak

maka tanah akan menjadi lunak atau cair. Pemadatan yang dilakukan pada

saat kadar air lebih tinggi daripada kadar air optimumnya akan memberikan

pengaruh terhadap sifat tanah.

Tujuan pemadatan yang paling utama adalah untuk memadatkan tanah yang

memiliki sifat-sifat yang sesuai dengan spesifikasi pekerjaan tertentu. Energi

pemadatan dilapangan dapat diperoleh dari alat-alat berat, pemadat getaran,

mesin gilas dan dari benda-benda berat yang dijatuhkan. Di laboratorium

untuk mendapatkan pemadatan dilakukan dengan gaya tumbukan (dinamik),

alat penekan, alat tekan statik yang memakai piston dan mesin tekan.

29

Pemadatan berfungsi untuk meningkatkan kekuatan tanah, sehingga akan

meningkatkan daya dukung pondasi diatasnya, mengurangi besarnya

penurunan tanah (settlement) dan meningkatkan kemantapan lereng timbunan

(Das, 1995). Pemadatan merupakan usaha untuk mempertinggi kerapatan

tanah dengan pemakaian energi mekanis untuk menghasilkan pemampatan

partikel (Bowles, 1989).

Menurut Bowles (1989), ada beberapa keuntungan pemadatan:

1. Berkurangnya penurunan permukaan tanah (subsidence) yaitu gaya vertikal

pada massa tanah akibat berkurangnya angka pori.

2. Bertambahnya kekuatan tanah.

3. Berkurangnya penyusutan, berkurangnya volume akibat berkurangnya

kadar air dari nilai patokan pada saat pengeringan.

Kerugian utamanya adalah terjadinya pemuaian (bertambahnya kadar air dari

nilai patokannya) dan kemungkinan pembekuan tanah itu akan membesar.

Salah satu parameter hasil uji pemadatan tanah ditunjukkan oleh suatu nilai

yang disebut dengan nilai CBR. CBR (California Bearing Ratio) adalah

perbandingan antara beban yang dibutuhkan untuk penetrasi tanah contoh

sebesar 0,1” atau 0,2”. Jadi harga CBR adalah nilai yang menyatakan kualitas

tanah dasar dibandingkan dengan bahan standar berupa batu pecah yang

mempunyai nilai CBR sebesar 100% dalam memikul beban lalu lintas

(Sukirman, 1992).

Menurut Soedarmo dan Purnomo (1997), berdasarkan cara mendapatkan

contoh tanah, CBR dapat dibagi atas :

30

1. CBR lapangan (CBR inplace atau field CBR).

CBR lapangan memiliki kegunaan sebagai berikut:

a. Untuk mendapatkan nilai CBR asli di lapangan sesuai dengan kondisi

tanah pada saat itu. CBR lapangan umumnya digunakan untuk

perencanaan tebal lapis perkerasan yang lapisan tanah dasarnya sudah

tidak akan dipadatkan lagi. Pemeriksaan dilakukan dalam kondisi

kadar air tanah tinggi (musim penghujan) atau dalam kondisi terburuk

yang mungkin terjadi.

b. Untuk mengontrol apakah kepadatan yang diperoleh sehingga sesuai

dengan yang diinginkan. Pemeriksaan seperti ini umumnya tidak

digunakan, dan lebih sering menggunakan pemeriksaan yang lain

seperti sand cone, dan lain sebagainya.

Pemeriksaan CBR lapangan dilakukan dengan meletakkan piston pada

kedalaman dimana nilai CBR akan ditentukan lalu dipenetrasi dengan

menggunakan beban yang dilimpahkan melalui gandar truk.

2. CBR lapangan rendaman (undisturbed soaked CBR).

CBR lapangan rendaman berfungsi untuk mendapatkan nilai CBR asli di

lapangan pada keadaan tanah jenuh air, dan tanah mengalami

pengembangan (swelling) maksimum. Pemeriksaan ini dilaksanakan

pada musim kemarau dan kondisi tanah dasar tidak dalam keadaan jenuh

air. Metode ini biasanya digunakan untuk menentukan daya dukung

tanah di daerah yang lapisan tanah dasarnya sudah tidak akan dipadatkan

31

lagi, terletak di daerah yang badan jalannya sering terendam air pada

musim hujan dan kering pada musim kemarau.

Pemeriksaan CBR lapangan rendaman dilakukan dengan mengambil

contoh tanah dalam tabung (mold) yang ditekan masuk ke dalam tanah

mencapai kedalaman tanah yang diinginkan. Mold berisi contoh tanah

yang dikeluarkan dan direndam dalam air selama beberapa hari sambil

diukur pengembangannya (swelling). Setelah pengembangan tidak

terjadi lagi maka dilaksanakan pemeriksaan CBR.

3. CBR Rencana Titik (CBR laboratorium atau design CBR)

Tanah dasar (subgrade) yang diperiksa merupakan tanah dasar jalan raya

baru yang berasal dari tanah asli, tanah timbunan atau tanah galian yang

dipadatkan sampai mencapai 95% (kepadatan maksimum). Dengan

demikian daya dukung tanah dasar merupakan kemampuan lapisan tanah

yang memikul beban setelah tanah itu dipadatkan.

Pemeriksaan CBR laboratorium dilaksanakan dengan dua macam metode

yaitu CBR laboratorium rendaman (soaked design CBR) dan CBR

laboratorium tanpa rendaman (unsoaked design CBR) (Sukirman, 1992).

Hal yang membedakan pada dua macam metode tersebut adalah contoh

tanah atau benda uji sebelum dilakukan pemeriksaan CBR.

Uji CBR metode rendaman adalah untuk mengasumsikan keadaan

hujan atau saat kondisi terjelek di lapangan yang akan memberikan

pengaruh penambahan air pada tanah yang telah berkurang airnya,

32

sehingga akan mengakibatkan pengembangan (swelling) dan

penurunan kuat dukung tanah (Wikoyah, 2006)

Pada metode CBR rendaman, contoh tanah di dalam cetakan direndam

dalam air sehingga air dapat meresap dari atas maupun dari bawah dan

permukaan air selama perendaman harus tetap kemudian benda uji yang

direndam telah siap untuk diperiksa.

Pengujian kekuatan CBR dilakukan dengan alat yang mempunyai piston

dengan luas 3 sqinch dengan kecepatan gerak vertikal ke bawah 0,05

inch/menit, proving ring digunakan untuk mengukur beban yang

dibutuhkan pada penetrasi tertentu yang diukur dengan arloji pengukur

(dial). Penentuan nilai CBR yang biasa digunakan untuk menghitung

kekuatan pondasi jalan adalah penetrasi 0,1” dan penetrasi 0,2” dengan

rumus sebagai berikut:

Nilai CBR pada penetrasi 0,1” =

Nilai CBR pada penetrasi 0,2” =

Dimana :

A = pembacaan dial pada saat penetrasi 0,1”

B = pembacaan dial pada saat penetrasi 0,2”

Nilai CBR yang didapat adalah nilai yang terkecil diantara hasil

perhitungan kedua nilai CBR.

Berikut ini adalah tabel beban yang digunakan untuk melakukan penetrasi

bahan standar:

100% x 3000

A

100% x 4500

B

33

Tabel 8. Beban Penetrasi Bahan Standar

Penetrasi

(inch) Beban Standar (lbs) Beban Standar (lbs/inch)

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

3000

4500

5700

6900

7800

1000

1500

1900

2300

6000

I. Batas-Batas Konsistensi

Batas-batas konsistensi atau disebut juga batas-batas Atterberg (yang diambil

dari nama peneliti pertamanya yaitu Atterberg pada tahun 1911) adalah batas

kadar air yang mengakibatkan perubahan kondisi dan bentuk tanah.

Pada setiap kondisi kadar air yang terkandung dalam tanah berbeda-beda dan

bergantung pada interaksi antara partikel mineral lempung, bila kandungan air

berkurang maka ketebalan lapisan kation akan berkurang pula yang

mengakibatkan bertambahnya gaya-gaya tarik antara partikel-partikel.

Sedangkan jika kadar airnya sangat tinggi, campuran tanah dan air akan

menjadi sangat lembek seperti cairan. Oleh karena itu, berdasarkan kadar air

yang dikandung tanah, tanah dapat dibedakan ke dalam empat (4) keadaan

dasar, yaitu : padat (solid), semi padat (semi solid), plastis (plastic), dan cair

(liquid), seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 2.

34

Gambar 2. Batas Konsistensi Tanah

Adapun yang termasuk ke dalam batas-batas Atterberg antara lain:

1. Batas cair (Liquid Limit)

Batas cair (LL) adalah kadar air tanah pada batas antara keadaan cair dan

keadaan plastis, yaitu batas atas dari daerah plastis.

2. Batas plastis (Plastic Limit)

Batas plastis (PL) adalah kadar air pada kedudukan antara daerah plastis

dan semi plastis, yaitu persentase kadar air dimana tanah dengan

diameter silinder 3 mm mulai retak-retak ketika digulung.

3. Batas susut (Shrinkage Limit)

Batas susut (SL) adalah kadar air yang didefinisikan pada derajat

kejenuhan 100%, dimana untuk nilai-nilai dibawahnya tidak akan

terdapat perubahan volume tanah apabila dikeringkan terus. Harus

diketahui bahwa batas susut makin kecil maka tanah akan lebih mudah

mengalami perubahan volume.

Padat Padat Semi Plastis Cair

Limit) (ShrinkageSusut Batas

Limit) (PlasticPlastis Batas

Limit) (LiquidCair Batas

Kering Makin Basah

PL - LL PI(PI)Index Plasticity

Cakupan

35

4. Indeks plastisitas (Plasticity Index)

Indeks plastisitas (PI) adalah selisih antara batas cair dan batas plastis.

Indeks plastisitas merupakan interval kadar air tanah yang masih bersifat

plastis.

5. Berat spesifik (Specific Gravity)

Berat jenis tanah (Gs) adalah perbandingan antara berat volume butiran

padat (γs) dengan berat volume air (γw) pada temperature tº C.

𝐺𝑠 = 𝛾𝑠

𝛾𝑤

J. Tinjauan Penelitian Terdahulu

1. Penelitian yang dilakukan oleh Zulya Safitri pada tahun 2012 adalah

mengenai “Pengaruh Penambahan Abu Ampas Tebu (Bagasse Ash)

Sebagai bahan Stabilisator Pada Tanah Lempung Lunak” mengatakan

bahwa penggunaan bahan campuran abu ampas tebu sebagai bahan

stabilisasi mampu meningkatkan daya dukungnya, dengan prosentase

campuran yang digunakan yaitu 5%, 10% dan 15%. Hasil pengujian

untuk CBR tanpa rendaman dengan waktu pemeraman selama 7 hari

mengalami peningkatan sebesar 9.2 %, 10.7 % dan 12.6 % dari CBR

tanah asli. Sedangkan nilai CBR rendaman dengan waktu perendaman

selama 4 hari mengalami peningkatan, yaitu sebesar 5.4 %, 6.7% dan

8%, sehingga dapat disimpulkan bahwa tanah stabilisasi yang dapat

digunakan sebagai subgrade pada konstruksi jalan yaitu campuran abu

ampas tebu dengan kadar 10% dan 15%, karena nilai CBR nya ≥ 6 %.

36

2. Stabilisasi Tanah dengan Abu Ampas Tebu dan Semen pada tanah

lempung lunak yang dilakukan oleh Eka Fitrian Sari, 2012 dengan judul

penelitian “Pemanfaatan Abu Ampas Tebu pada Stabilisasi Tanah

Lempung Lunak dengan Menggunakan Semen”. Hasil pengujian dengan

bahan campuran abu ampas tebu dan semen dengan waktu pemeraman 7

hari dan rendaman 4 hari mampu meningkatkan nilai CBR terhadap nilai

CBR tanah asli dengan prosentase campuran yang digunakan yaitu 6%,

9% dan 12% dengan perbandingan abu ampas tebu dan semen yaitu 1:2.

Hasil pengujian untuk CBR unsoaked dengan waktu pemeraman selama

7 hari mengalami peningkatan sebesar 9.4 %, 11.3 %, dan 14.2 % dari

CBR tanah asli. Sedangkan hasil pengujian untuk CBR soaked dengan

waktu perendaman selama 4 hari juga mengalami peningkatan, yaitu

sebesar 5.3%, 7.8%, dan 10%. Melihat hasil pengujian CBR tersebut

dapat disimpulkan bahwa tanah yang telah distabilisasi dengan campuran

abu ampas tebu dan semen dengan kadar campuran 6% ( AAT 4% + PC

2%), 9% ( AAT 6% + PC 3%), 12% ( AAT 8% + PC 4%) dapat

digunakan sebagai subgrade pada konstruksi jalan, karena nilai CBRnya

≥ 6 %.