REAL CORP 2009 - Teknik Sipil – Teknik Sipil UMY · 2020. 1. 30. · sebagai bahan konstruksi...
Transcript of REAL CORP 2009 - Teknik Sipil – Teknik Sipil UMY · 2020. 1. 30. · sebagai bahan konstruksi...
ISBN 978-602-98397-0-8
Innovation in Built Environment 2010 1
KARAKTERISTIK KUAT TEKAN CAMPURAN TANAH LEMPUNG,
LIMBAH KARBIT, DAN ABU SEKAM PADI UNTUK BAHAN
KONSTRUKSI RAMAH LINGKUNGAN
Agus Setyo Muntohar, Yosi Andre,
Hardianto R. Mayuna, dan Ratih Dwi Wahyuni E-mail: [email protected]
Jurusan Teknik Sipil, Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
ABSTRAK
Teknik stabilisasi tanah lempung dengan bahan-bahan tambah kimia
seperti kapur, semen, abu terbang, dan sebagainya telah banyak diteliti.
Secara umum penelitian-penelitian tersebut menyimpulkan bahwa
kekuatan tanah, baik kuat tekan, kuat tarik, dan kuat geser, meningkat
tajam setelah proses stabilisasi. Teknik ini lebih banyak dikembangkan
untuk tujuan penyelesaian pekerjaan geoteknik, namun keuntungan teknik
stabilisasi ini dapat pula dikembangkan untuk bahan konstruksi. Pada
naskah ini disajikan hasil penelitian pemanfaatan teknik stabilisasi tanah
lempung dengan bahan limbah karbit dan abu sekam padi untuk bahan
konstruksi. Sejumlah campuran tanah lempung, limbah karbit dan abu
sekam padi dibentuk menjadi benda uji berukuran 200 mm x 100 mm x 60
mm dibuat dengan cara dipadatkan secara statis melalui pemberian
tekanan sebesar 618 kN/m2. Jenis pengujian utama adalah kuat tekan
yang dlakukan pada umur benda uji 1, 3, 7, 14, 21, dan 28 hari. Hasil
penelitian diperoleh bahwa karakteristik benda uji secara visual memiliki
permukaan yang rata dan halus, sudut yang siku dan tidak retak-retak.
Adapun karakteristik secara mekanis, benda uji ini memiliki kuat tekan di
atas 150 kg/cm2 denngan Indek Aktifitas Kuat Tekan 275. Benda uji
campuran limbah karbit – abu sekam padi pada umur perawatan 14 hari
sudah dapat digunakan sebagai bahan konstruksi.
PENDAHULUAN
Sejalan dengan permasalahan lingkungan, perlu juga untuk diperhatikan
tentang pemanfaatan bahan buangan industri untuk tujuan-tujuan
perbaikan tanah (Edil, 1998). Penggantian tanah asli, agregat, semen,
atau bahan sintetis lainnya (geosynthetics) dengan bahan buangan
industri ini adalah suatu hal yang mungkin dan memiliki potensi yang
sangat baik. Selain permasalahan lingkungan dapat teratasi, dapat
dimungkinkan memberikan pengurangan biaya konstruksi. Secara umum
teknik perbaikan tanah dapat dilakukan dengan dua metode utama yaitu
secara mekanis dan kimia. Perbaikan secara kimia biasanya
menggunakan bahan-bahan tambah (additive) seperti kapur, semen, atau
cairan kimia lainnya Bila bahan-bahan ini dicampur dengan tanah akan
merubah sifat tanah sebagai akibat adanya reaksi kimia antara bahan
tambah dan tanah. Usaha perbaikan tanah dengan menggunakan bahan
dari bahan buangan pertanian seperti abu sekam padi (rice husk ash)
telah menunjukkan hasil yang memuaskan seperti yang dilakukan oleh
ISBN 978-602-98397-0-8
2 Innovation in Built Environment 2010
Lazaro dan Moh (1970), Rahman (1986, 1987), Ali dkk (1992a, 1992b),
Balasubramaniam dkk (1999), Muntohar dan Hashim (2002), Budi (2002),
Muntohar (2002), dan Basha dkk (2004). Pemanfaatan kapur-karbit atau
limbah karbit sebagai bahan stabilisasi tanah telah diteliti oleh Consoli
dkk. (2001) dan Yuan dkk. (2010). Limbah karbit digunakan sebagai
bahan stabilisasi tanah dasar jalan raya dengan campuran abu terbang
(fly ash), ground granulated blast furnace slag (GGBS), dan semen
Portland (OPC). Hasil kajian ini memberikan kesimpulan bahwa campuran
kapur karbit, abu terbang, GBBS, dan OPC meningkatkan kekuatan tanah
dasar baik kuat dukung CBR, kuat tekan dan kuat tarik.
Mengacu pada hasil-hasil penelitian tersebut, bahan-bahan campuran
tersebut merupakan bahan “superior” yang dapat mengubah sifat-sifat fisis
dan mekanis tanah menjadi bahan yang memiliki kekuatan yang tinggi,
maka pemanfaatannya dimungkinkan untuk dikembangkan sebagai bahan
konstruksi. Beberapa peneliti, seperti: Oti dkk. (2009a), Millogo dkk. (2008)
memanfaatkan keuntungan teknik stabilisasi tanah ini untuk membuat
bata tak-dibakar (adobe brick). Namun demikian, pemanfaaan limbah
sebagai bahan konstruksi yang dekat dengan kehidupan manusia sehari-
hari masih memerlukan kajian yang lebih dalam seperti bahaya toksin,
kelindian (leachate), dan konsentrasi mineral berbahaya lainnya (Chiang,
dkk., 2008).
Pada naskah ini disajikan hasil penelitian pemanfaatan teknik stabilisasi
tanah lempung dengan bahan limbah karbit dan abu sekam padi untuk
bahan bata-tak dibakar. Penelitian dilakukan dalam skala laboratorium
sebagai penelitian awal. Tujuan penelitian ini adalah (1) untuk mengkaji
karakateristik kuat tekan campuran tanah lempung, limbah karbit, dan abu
sekam padi, (2) mempelajari pengaruh umur benda uji terhadap nilai kuat
tekan benda uji yang berbentuk persegi.
METODE PENELITIAN
Bahan
Bahan-bahan utama penelitian yang digunakan berupa tanah, limbah
karbit, dan abu sekam padi. Tanah berupa tanah terusik (disturbed)
diambil dari daerah Bangunjiwo, Kasihan, Bantul. Berdasarkan hasil uji
sifat-sifat fisis, kandungan fraksi halus sebesar 93% dan fraksi kasar
sebesar 7%. Menurut sistem klasifikasi USCS (ASTM D2487), tanah uji
diklasifikasikan sebagai tanah lempung plastisitas rendah dengan simbol
CL. Batas cair dan indeks plastisitas masing-masing adalah 73% dan
40%.
ISBN 978-602-98397-0-8
Innovation in Built Environment 2010 3
9.0
9.5
10.0
10.5
11.0
11.5
12.0
12.5
13.0
13.5
14.0
20 30 40 50 60
Kadar Air (%)
Be
rat
Vo
lum
e K
eri
ng
(k
N/m
3)
A = 0 (Zero air void)
A =
A = 10%
Gambar 1 Hasil uji pemadatan Proctor standar campuran tanah, limbah karbit, dan abu sekam padi
Limbah karbit yang digunakan berasal limbah pengelasan dari PT. Indo
Hanzel Perkasa, Sedayu, Bantul. Sedangkan, abu sekam padi yang
digunakan merupakan sisa dari pembakaran sekam padi sebagai bahan
bakar dalam proses pembuatan batu bata di daerah Piyungan, Bantul.
Secara visual abu sekam padi yang digunakan adalah hanya yang
berwarna abu-abu dimana secara teoritis mengandung unsur silika yang
baik. Sebelum digunakan limbah karbit dan abu sekam padi dikeringkan
pada suhu 40oC selama 24 - 48 jam, kemudian dihaluskan secara terpisah
dalam mesin Los Angeles Abrasion Test selama 2 jam. Proses
penghalusan menggunakan besi-besi baja tulangan ulir diameter 13 mm
dengan panjang 30 cm berjumlah 40 batang. Berdasarkan hasil uji unsur
kimia dengan metode Atomic Absorption Spectrocopy, limbah karbit
mengandung 58% unsur CaO, 9% unsur Al2O3, 1% unsur Fe2O3, 3%
unsur SiO2 dan 29% loss on ignition (LOI), sedangkan abu sekam padi
mengandung 88% SiO2, 1% Al2O3, 0,5% CaO, 1% unsur Fe2O3 dan 8%
LOI. Mengacu pada kriteria ASTM C1240, tingkat aktivitas pozzolanik
adalah kumulatif dari unsur SiO2, Al2O3, dan Fe2O3 dengan batas
minimum 85%. Untuk abu sekam padi, ketiga unsur oksida tersebut
berjumlah 89,5% sehingga memenuhi persyaratan sebagai pozzolan.
Untuk mengurangi proses hidrasi, limbah karbit dan abu sekam padi yang
telah halus disimpan dalam kantong plastik kedap air.
ISBN 978-602-98397-0-8
4 Innovation in Built Environment 2010
Desain Pengujian Laboratorium
Jenis pengujian yang dilakukan adalah uji kuat tekan. Mesin uji tekan jenis
Universal Testing Machine Hung Ta kapasitas 500 kN digunakan untuk
menentukan nilai kuat tekan. Benda uji berukuran 200 mm x 100 mm x 60
mm dibuat dengan cara dipadatkan pada nilai kepadatan kering
maksimum (MDD) dan kadar air optimum (OMC). Nilai MDD dan OMC
campuran tanah, limbah karbit, dan abu sekam padi ditentukan dari
pengujian pemadatan yang mengacu pada standar uji ASTM D698 untuk
pemadatan Proctor standar. Hasil pemadatan memberikan hasil MDD =
12 kN/m3 dan OMC = 37% (Gambar 1). Benda uji dicetak secara statik
dengan mesin pencetak hidraulik (compressing machine) yang dapat
mencetak 12 benda uji untuk sekali proses pencetakan. Ravaghan dan
Ohu (1985) menyebutkan bahwa tekanan yang diberikan untuk agar
setara dengan energi pemadatan Proctor standar sebesar 618 kN/m2.
Setelah dicetak, kemudian benda uji disimpan dalam temperatur ruang
untuk diuji pada umur 1, 3, 7, 14, 21, dan 28 hari. Jumlah benda uji untuk
setiap pengujian kuat tekan adalah tiga pasang. Sebagai kuat tekan
kontrol, sejumlah 30 bata bata bakar yang berasal dari Goden diuji kuat
tekannya.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pencetakan benda uji dengan menggunakan mesin pencetak
menghasilkan bentuk yang rata, halus, siku dan tidak retak. Bahan
campuran yang digunakan dalam pembuatan benda uji, yaitu limbah karbit
dan abu sekam padi dapat bereaksi pada suhu ruangan membentuk
bahan yang memiliki daya pengerasan yang dapat mengikat partikel
tanah, sehingga butiran-butiran benda uji lebih kompak dan tidak retak-
retak.
ISBN 978-602-98397-0-8
Innovation in Built Environment 2010 5
Gambar 1. Grafik Kuat Tekan Batu Bata Tanpa Di bakar.
Kuat tekan benda uji campuran tanah lempung, limbah karbit, dan abu
sekam padi cenderung meningkat dengan bertambahnya umur benda uji
seperti disajikan pada Gambar 2. Berdasarkan hasil pengujian, kuat tekan
rata-rata pada umur 3, 7, 14, 21, dan 28 hari masing-masing adalah 93
kg/cm2, 164 kg/cm2, 165 kg/cm2, 155 kg/cm2, dan 158 kg/cm2. Namun
secara keseluruhan, hasil uji kuat tekan dapat didekati dengan garis fungsi
hiperbolik pada Gambar 2. Fungsi ini mengindikasikan bahwa proses
modifikasi sifat-sifat tanah berlangsung hingga umur 14 hari dan proses
stabilisasi terjadi setelah umur 14 hari. Indikasi peningkatan kuat tekan
terhadap umur benda uji adalah sebagai hasil dari reaksi pozzolanik
antara lempung, limbah karbit, dan abu sekam padi. Unsur CaO dari
limbah karbit dan SiO2 dari abu sekam padi bereaksi membentuk gel
Calcium Silicate Hydrate (C-S-H) yang dapat mengikat dan mengeraskan
butiran tanah lempung (Wild dkk., 1998; Cardoso dkk., 2009; Romano
dkk., 2006). Meskipun dalam penelitian ini tidak dilakukan kajian
mikroskopik, Oti dkk. (2009b) menyebutkan bahwa mekanisme reaksi
bahan-bahan pozzolan untuk stabilisasi tanah adalah sama dengan reaksi
kapur – tanah yang menghasilkan peningkatan kekuatan sebagai hasil
dari pembentukan gel C-S-H.
Pada Gambar 3 disajikan sebaran kuat tekan benda uji kontrol. Kuat tekan
rata-rata benda uji kontrol adalah 44 kg/cm2. Nilai banding antara kuat
tekan rata-rata dari benda uji campuran limbah karbit-abu sekam padi dan
benda uji control dapat dirumuskan sebagai Indek Aktifitas Kuat Tekan
(Strength Activity Index) yaitu :
ISBN 978-602-98397-0-8
6 Innovation in Built Environment 2010
100p
c
fIAK
f
(1)
dengan, IAK adalah Indek Aktifitas Kuat Tekan, fp dan fc masing-masing
adalah kuat tekan rata-rata benda uji dan kuat tekan benda uji kontrol.
Gambar 3. Sebaran kuat tekan maksimum benda uji control
Dengan demikian, nilai IAK dari benda uji limbah karbit-abu sekam padi
secara berurutan pada umur 3 hari, 7 hari, 14 hari, 21 hari dan 28 hari
adalah 110, 273, 275, 252 dan 259. Indek ini menunjukkan bahwa kualitas
benda uji dari campuran limbah karbit – abu sekam padi lebih baik
daripada benda uji kontrol.
Reaksi pozzolan yang menghasilkan gel C-S-H akan membuat butiran
tanah lebih kompak, porositas rendah, dan kedap air (Oti dkk., 2009b).
Kondisi ini dapat dilihat dari pola keruntuhan setelah pengujian kuat tekan
benda uji campuran limbah karbit – abu sekam padi seperti ditunjukkan
pada Gambar 4a. Pada Gambar 4a dapat dilihat bahwa keruntuhan benda
uji campuran limbah karbit – abu sekam padi terjadi di bagian tepi benda
uji, sedangkan pada bagian tengah masih tetap utuh. Sedangkan, benda
uji kontrol memperlihatkan keruntuhan butiran menjadi ukuran-ukuran
yang lebih kecil. Kondisi ini membuktikan bahwa benda uji dengan
campuran limbah karbit – abu sekam padi lebih kompak dan memiliki
kekuatan runtuh (strength at failure) yang lebih tinggi daripada benda uji
kontrol.
ISBN 978-602-98397-0-8
Innovation in Built Environment 2010 7
(a) (b)
Gambar 4. Pola keruntuhan benda uji setelah pengujian kuat tekan, (a) campuran limbah karbit – abu sekam
padi, (b) benda uji kontrol
KESIMPULAN
Pemanfaatan limbah karbit dan abu sekam padi untuk stabilisasi tanah
telah dikembangkan untuk bahan konstruksi pada penelitian ini. Hasil
penelitian ini berhasil menunjukkan bahwa penggunaan limbah karbit dan
abu sekam padi dapat menghasilkan bahan konstruksi dengan kekuatan
yang lebih tinggi daripada yang tersedia di pasar. Kuat tekan benda uji
campuran limbah karbit – abu sekam padi meningkat seiring dengan
bertambahnya umur benda uji. Nilai Indek Aktifitas Kuat Tekan (IAK)
menunjukkan bahwa benda uji pada umur 14 hari sudah dapat
memberikan kuat tekan yang maksimum. Campuran limbah karbit – abu
sekam padi dapat menghasilkan benda uji yang lebih kompak.
UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan terima kasih ditujukan kepada Direktorat Jenderal Pendidikan
Tinggi, Kementerian Pendidikan Nasional Republik Indonesia yang
memberikan hibah penelitian melalui Direktorat Penelitian dan
Pengabdian Masyarakat Tahun 2009/2010. Ucapan terima kasih kepada
“Komunitas Peneliti Muda” Jurusan Teknik Sipil, Universitas
Muhammadiyah Yogyakarta yang telah membantu dalam pelaksanaan
penelitian selama di laboratorium.
REFERENSI
ASTM C1240–05, Standard Specification for Silica Fume Used in
Cementitious Mixtures, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2005.
ASTM D2487–05, Standard Practices for Classification of Soils for Engineering Purposes (Unified Soil Classification System), ASTM International, West Conshohocken, PA, 2005.
ASTM D698–05, Standard Test Methods for Laboratory Compaction Characteristics of Soil Using Standard Effort (12 400 ft-lbf/ft3 (600 kN-m/m3)), ASTM International, West Conshohocken, PA, 2005.
ISBN 978-602-98397-0-8
8 Innovation in Built Environment 2010
Cardoso, F.A., Fernandes, H.C., Pileggi, R.G., Cincotto, M.A., John, V.M., Carbide lime and industrial hydrated lime characterization, Powder Technology, Vol. 195, pp. 143–149, 2009.
Chiang, K-Y., Chien, K-L., and Hwang, S-J., Study on the characteristics of building bricks produced from reservoir sediment, Journal of Hazardous Materials, Vol. 159, pp. 499–504, 2008.
Consoli, N.C., Prietto, P.D.M., Carraro J.A.H, and Heineck, K.S., Behavior of compacted soil-fly ash-carbide lime mixtures, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, ASCE, Vol. 127, No. 9, pp. 774-782, 2001.
Millogo, Y., Hajjaji, M., and Ouedraogo, R., Microstructure and physical properties of lime-clayey adobe bricks, Construction and Building Materials, Vol. 22, pp. 2386–2392, 2008.
Oti, J.E., Kinuthia, J.M., and Bai, J., Engineering properties of unfired clay masonry bricks, Engineering Geology, Vol. 107, pp. 130–139, 2009a.
Oti, J.E., Kinuthia, J.M., and Bai, J., Compressive strength and microstructural analysis of unfired clay masonry bricks, Engineering Geology, Vol. 109, pp. 230–240, 2009b.
Raghavan, G.S.V., Ohu, J.O., Prediction of static equivalent pressure of proctor compaction blows, Transactions of the American Society of Agricultural and Biological Engineers (ASABE), Vol. 28 No. 5, pp. 1398-1400, 1985.
Romano, J.S., Rodrigues, F.A., Bernardi, L.T., Rodrigues, J.A., and Segre, N., Calcium silicate cements obtained from rice hull ash: A comparative study, Journal of Materials Sciences, Vol. 41, pp. 1775–1779, 2006.
Wild, S., Kinuthia, J.M., Jones, G.I., and Higgins, D.D., Effect of partial substitution of lime with ground granulated blast furnace slag (GGBS) on the strength properties of lime-stabilized sulphate-bearing clay soils. Engineering Geology, Vol. 51 No. 4, pp. 37–53, 1998
Yuan, X-Z., Li, S-D., and Cui W., Silt subgrade modification and stabilization with ground granulated blast furnace slag and carbide lime in areas with a recurring high groundwater, Proceeding of International Conference on Mechanic Automation and Control Engineering (MACE), Wuhan, China , 26-28 June 2010, pp. 2063 – 2067, 2010.