STABILISASI TANAH DENGAN FLY ASH DAN ABU SEKAM PADI

1. Pengertian Fly Ash dan Abu Sekam Padi

- Fly Ash

Fly Ash adalah salah satu residu yang dihasilkan dalam pembakaran, biasanya dari hasil pembakaran batu bara. Fly Ash biasanya di tangkap oleh filter partikel sebelum gas dibuang melalui cerobong asap.

- Abu Sekam Padi

Sekam adalah bagian dari bulir padi-padian berupa lembaran yang kering, bersisik, dan tidak dapat dimakan oleh manusia. Sekam dapat dijumpai pada hamper semua anggota rumput-rumputan, meskipun pada beberapa budidaya ditemukan pula variasi bulir tanpa sekam (misalnya jagung dan gandum). Dalam pertanian, sekam dapat dipakai sebagai campuran pakan, alas kandang, dicampur di tanah sebagai pupuk, dibakar, atau arangnya dijadikan media tanam.

2. Komposisi kimiawi

- Fly Ash

Fly Ash mengandung unsur kimia antara lain silika (SiO2), alumina (Al2O3), ferooksida (Fe2O3) dan kalsium oksida (CaO), juga mengandung unsur tambahan lain yaitu magnesium oksida (MgO), titanium oksida (TiO2), alkalin (Na2O dan K2O), sulfur trioksida (SO3), pospor oksida (P2O5) dan carbon.

- Abu Sekam Padi

Secara tipikal komposisi kimia abu sekam padi meliputi SiO2, K2O, Fe2O3, CaO, MgO, Cl, P2O5, Na2O3, SO3 dan sedikit unsur lainnya.

3. Pemanfaatan

- Fly Ash

Pengumpulan FA ini dimaksudkan terutama adalah untuk mencegah polusi udara. Ketersediaan FA yang berlimpah-limpah memungkinkan untuk dimanfaatkan sebagai material konstruksi bangunan, seperti yang selama ini dipakai yaitu sebagai Fly Ash cement dan sebagai bahan tambah pada campuran beton.

Pemanfaatan limbah batubara (fly ash) akan sangat membantu program pemerintah dalam mengatasi pencemaran lingkungan sekaligus sebagai bahan stabilisasi tanah untuk konstruksi jalan, pada tanah-tanah yang secara teknis bermasalah maupun keperluan lain dibidang teknik sipil.

- Abu Sekam Padi

Selama proses pembakaran sekam padi menjadi abu, zat-zat organik akan hilang dan meninggalkan sisa yang kaya akan silika. Selain itu, perlakuan panas pada silika dalam sekam padi menghasilkan perubahan struktural yang berpengaruh pada dua hal yaitu tingkat aktivitas pozzolan dan kehalusan butir abunya.

Secara umum faktor suhu, waktu dan lingkungan pembakaran harus dipertimbangkan dalam proses pembakaran sekam padi untuk menghasilkan abu yang mempunyai tingkat reaktivitas maksimal. Silika merupakan unsur pokok abu sekam padi (Rice Husk Ash /RHA) yang menguntungkan, karena pada kondisi yang sesuai dapat bereaksi dengan kapur bebas membentuk gel yang bersifat sebagai bahan ikat.

4. Stabilisasi Tanah

Stabilisasi tanah adalah suatu cara yang digunakan untuk mengubah atau memperbaiki sifat tanah dasar sehingga diharapkan tanah dasar tersebut mutunya dapat lebih baik. Hal tersebut dimaksudkan juga untuk dapat meningkatkan kemampuan daya dukung tanah dasar terhadap konstruksi yang akan dibangun diatasnya.

Prinsip usaha stabilitas tanah adalah menambah kekuatan lapisan tanah sehingga bahaya keruntuhan dapat diperkecil atau membuat tanah menjadi lebih stabil dalam menerima beban yang dapat dikaji terjadinnya tegangan dan regangan tanah.

Umumnnya, stabilisasi tanah dapat dibagi menjadi dua, yaitu:

1) Stabilisasi mekanis.

2) Stabilisasi dengan bahan-tambah.

1) Stabilisasi Mekanis

Stabilisasi mekanis atau stabilisasi mekanikal dilakukan dengan cara mencampur atau mengaduk dua macam tanah atau lebih yang bergradasi berbeda untuk memperoleh material yang memenuhi syarat kekuatan tertentu. Pencampuran tanah ini dapat dilakukan di lokasi proyek, di pabrik atau di tempat pengambilan bahan timbunan (borrow area). Material yang telah dicampur ini, kemudian

dihamparkan dan dipadatkan di lokasi proyek. Stabilisasi mekanis juga dapat dilakukan dengan cara menggali tanah buruk di tempat dan menggantinya dengan material granuler dari tempat lain.

Tabel Macam tanah dan metode stabilisasi yang cocok

untuk stabilitas dan keawetan tanah-dasar (subgrade) (Johnson, 1965)

Item

Macam tanah

Metode stabilisasi

Perbaikan stabilitas

Granuler kasar

Pemadatan, tanah-aspal, tanah-semen, cement-treated base, semen modifikasi tanah, stabilitas mekanis. Tanah-kapur atau kapur memodifikasi tanah jika tanah mengandung bahan reaktif

Granuler halus

Pemadatan, tanah-aspal, tanah-semen, semen memodifikasi tanah, stabilisasi

mekanis, tanah-kapur atau kapur memodifikasi tanah jika tanah mengandung bahan halus yang reaktif, atau jika ditambahkan pozzolan (missal abu terbang)

Untuk tanah berlanau dan berlempung. Termasuk reduksi resilient tanah elastis pada tanah antara lanau dan lempung (juga tanah micaceous). Pencegahan erosi tanah dasar, semua tipe tanah terkait masalah

pumping (pemompaan) pada perkerasan beton

Tanah sangat berlanau

Pemadatan, tanah-semen, semen memodifikasi tanah, stabilitas mekanis dengan atau tanpa semen, tanah-kapur jika reaksinya seperti yang dikehendaki.

Tanah berlempung plastisitas rendah.

Lempung plastisitas

tinggi.

Pemadatan, tanah-kapur, dan kapur memodifikasi tanah atau kombinasi semen dan kapur. Pembungkus aspal.

Kontrol perubahan volume (termasuk kembang-susut; juga pemadatan akibat beban lalu lintas)

Tanah-tanah berlempung plastisitas rendah

Mengontrol kadar air dan kepadatan agar menghasilkan sedikit perubahan volume dari kondisi awal sampai akhir masa layanan. Dengan menggunakan tanah semen, semen memodiftkasi tanah, tanah kapur, kapur memodifikasi tanah, atau

.campuran yang melibatkan keduanya. Perantara penahan air, jika efektif

Lempung plastisitas tinggi

Mengontrol kadar air dan kcpadatan dalam porsi lebih rendah dari tanah-dasar ditambah tanah-kapur atau kapur modifikasi tanah dengan tebal secukupnya; perlindungan dengan selimut aspal secukupnya

2) Stabilisasi Dengan Menggunakan Bahan-Tambah

Bahan-tambah (additives) adalah bahan basil olahan pabrik yang bila ditambahkan ke dalam tanah dengan perbandingan yang tepat akan memperbaiki sifat-sifat teknis tanah, seperti: kekuatan, tekstur, kemudahan-dikerjakan (workability) dan plastisitas. Contoh contoh bahan-tambah adalah: kapur, semen portland, abu-terbang (fly ash), aspal (bitumen) dan lain-lain.

Stabilisasi dengan menggunakan bahan-tambah atau sering disebut juga stabilisasi kimiawi bertujuan untuk memperbaiki sifat sifat teknis tanah, dengan cara mencampur tanah dengan menggunakan bahan-tambah dengan perbandingan tertentu. Perbandingan campuran bergantung pada kualitas campuran yang diinginkan. Jika pencampuran hanya dimaksudkan untuk merubah gradasi dan plastisitas tanah, dan kemudahan dikerjakan, maka hanya memerlukan bahan-tambah sedikit. Namun, bila stabilisasi dimaksudkan untuk merubah tanah agar mempunyai kekuatan tinggi, maka diperlukan bahan-tambah yang lebih banyak. Material yang telah dicampur dengan bahan-tambah ini harus dihamparkan dan dipadatkan dengan baik.

4.1. Stabilisasi Tanah Dengan Fly Ash

Stabilisasi tanah secara kimia pada saat ini banyak digunakan untuk memperbaiki tanah dasar yang jelek. Salah satu yang dikembangkan saat ini adalah stabilisasi dengan Fly Ash (abu terbang). Sebagaimana pemanfaatan FA sebagai bahan tambah pada campuran beton, FA juga dapat dimanfaatkan sebagai bahan stabilisasi tanah. Hal ini dimungkinkan karena material ini banyak mengandung unsur silikat dan aluminat sehingga dikategorikan sebagai pusolan (McCarthym dkk., 2011).

Pada prinsipnya yang dimaksudkan dengan stabilisasi Fly - Ash adalah mencampurkan secara langsung antara Fly-Ash dan tanah yang telah dihancurkan, kemudian menambahkannya dengan air dan kemudian dipadatkan. Dari hasil campuran tanah – Fly Ash - air ini, dapat menghasilkan tanah yang memiliki sifat atau karakteristik teknis yang lebih baik dibandingkan sebelumnya (Brooks, 2009). Jika abu terbang dicampur dengan bahan tanah, akan terjadi proses lekatan sementasi antara lain akibat pengaruh pozzolan atau akibat sifat pengerasan alami abu terbang karena kondisi pemadatan dan air yang ada.

Dari penelitian terdahulu diperoleh manfaat dengan digunakannya abu terbang sebagai bahan stabilisasi dan bahan beton yaitu abu terbang dapat mengurangi kebutuhan air, memperbaiki kohesi, mengurangi shringkage dan permeabilitas tanah serta menambah kekuatan beton bermutu tinggi (K.W. Day). Stabilisasi tanah dengan fly ash memberikan jumlah endapan yang paling sedikit dibandingkan dengan stabilisasi tanah dengan kapur dan tanah tanpa distabilisasi. Perbandingan dapat dilihat pada gambar berikut.

Menurut ASTM C618 fly ash dibagi menjadi dua kelas yaitu fly ash kelas F dan fly ash kelas C.

1. Fly Ash kelas F

merupakan fly ash yang diproduksi dari pembakaran batubara anthracite atau bituminous, mempunyai sifat pozzolanic dan untuk mendapatkan sifat cementitious harus diberi penambahan quick lime, hydrated lime, atau semen. Fly ash kelas F ini kadar kapurnya rendah (CaO < 10%).

2. Fly Ash kelas C

diproduksi dari pembakaran batubara lignite atau sub-bituminous selain mempunyai sifat pozolanic juga mempunyai sifat self-cementing (kemampuan untuk mengeras dan menambah strength apabila bereaksi dengan air) dan sifat ini timbul tanpa penambahan kapur. Biasanya mengandung kapur (CaO) > 20%.

Stabilisasi tanah dengan penambahan fly ash biasanya digunakan untuk tanah lunak, subgrade tanah kelempungan dibawah jalan yang mengalami beban pengulangan (repeated loading). Perbaikan tanah ini bisa menggunakan fly ash kelas C maupun kelas F. Jika menggunakan fly ash kelas F diperlukan bahan tambahan kapur atau semen, sedangkan jika menggunakan fly ash kelas C tidak diperlukan bahan tambahan semen atau kapur karena fly ash kelas C mempunyai sifat self cementing.

Faktor-faktor yang mempengaruhi sifat fisik, kimia dan teknis dari fly ash adalah tipe batubara, kemurnian batubara, tingkat penghancuran, tipe pemanasan dan operasi, metoda penyimpanan dan penimbunan.

Kesimpulan:

Dari hasil-hasil percobaan yang telah dilakukan dapat ditarik beberapa kesimpulan, sebagai berikut:

§ Penambahan FA cenderung menurunkan specific gravity (Gs) tanah.

§ Liquid limit (LL) dan plasticity index (PI) tanah expansif yang dicampur dengan FA cenderung menurun sejalan dengan bertambahnya kandungan fly ash.

§ Penambahan kadar FA dapat memperbaiki gradasi butiran tanah, yang ditunjukkan oleh adanya kecenderungan penurunan kadar air (WC) optimum untuk mencapai berat-volume kering (gd) maksimum dan kenaikan kekuatan tanah.

§ Pada kandungan FA 25%, WC optimum turun sebesar 8.5% sedangkan berat-volume kering (gd) maksimum naik sebesar 0.11 g/cm3 (dari 1.39 g/cm3 menjadi 1.5 g/cm3)

§ Kekuatan tanah dicampur dengan 25% FA dan di curing selama 28 hari meningkat menjadi sekitar 6 kg/cm2 dari sekitar 2 kg/cm2 pada tanah asli, atau meningkat sekitar 300%

§ Penambahan FA sebesar 25% dan curing selama 28 hari dapat menurunkan swell pressure tanah expansif dari sekitar 2 kg/cm2 menjadi sekitar 1 kg/cm2, atau turun sebesar 50%. Kadar FA optimum untuk menurunkan swell pressure tanah adalah 20%.

4.2. Stabilisasi Tanah Dengan Abu Sekam Padi

Pemanfaatan tanah lempung meningkat sebagai lapisan kedap air, baik dengan cara perbaikan kuat geser dan stabilitasnya, dengan pencampuran dengan bahan kapur, semen dan sebagainya. Berdasarkan uraian di atas maka timbul ide baru untuk melakukan penelitian yang bertujuan mencoba kemungkinan penggunaan limbah sekam padi yang sebelumnya energi panasnya cuma dimanfaatkan dalam pembakaran keramik, genteng dan batu bata.

Diharapkan dengan pemanfaatan bahan limbah kulit sekam padi dalam proses pembakaran batu bata, dan keramik ini dapat menghasilkan abu sekam padi (ASP) yang nantinya dapat memberikan

perbaikan kemampuan fisis maupun mekanis tanah lempung, meningkatkan nilai tambah dan nilai guna limbah untuk menciptakan lapangan pekerjaan, dan sekaligus mengurangi pencemaran lingkungan.

Pada pembakaran padi menjadi abu akan terjadi kehilangan zat-zat organik, dan menghasilkan sisa silika yang banyak. Pengaruh panas terhadap silika dalam sekam dapat menghasilkan perubahan struktural yang berpengaruh terhadap dua hal, yaitu tingkat aktivitas pozzolan dan kehalusan butirnya. Menurut Swamy, 1986, temperatur pembakaran untuk kulit gabah adalah sekitar 350°C dan kehilangan berat terjadi pada suhu 500°C.

Analisis abu dengan difraksi sinar X terjadi pada suhu 700°C, abu terutama terdiri dari silika amorpous, tetapi di luar temperatur 700°C silika akan mengkristalisasi menjadi kristobalit dan tridimit, sifat dari kedua silika ini kurang reaktif. Pada temperatur yang lebih tinggi pembakaran sekam padi dapat menghasilkan ASP yang bewarna lebih cerah. Laju reaksi pozzolan dapat ditingkatkan dengan meningkatkan kehalusan. Proses-proses lain telah dikembangkan untuk memperoleh material yang bersifat seperti semen dari bahan kulit padi, namun aktivitas pozzolanik yang dihasilkan sangat buruk (Swamy, 1986).

Kesimpulan:

Dari hasil penelitian laboratorium tentang pencampuran tanah lempung dengan abu sekam padi (ASP) untuk bahan inti kedap air bendungan urugan dapat disimpulkan sebagai berikut :

§ Dari hasil uji specific gravity tanah diperoleh nilai 2,64 untuk tanah asli (tanpa campuran ASP), dan yang terendah 2,55 untuk campuran ASP 15%, sehingga disimpulkan semakin banyak ASP yang ditambahkan pada tanah lempung, specific gravity semakin berkurang.

§ Untuk tanah asli (campuran ASP 0%) diperoleh tanah yang lolos saringan no.200 sebesar 91,27%, batas cair (LL)= 50,05%, batas plastis (PL)= 26,28%, batas susut (SL)= 41,54%, dan indeks plastis (PI)= 23,77%.

§ Dari hasil uji pemadatan dapat disimpulkan bahwa semakin banyak campuran ASP semakin berkurang nilai maximum dry density (MOD), yaitu sebesar 1,23 gr/cm3 untuk tanah asli, dan 1,16 gr/cm3 untuk tanah dengan campuran 15%, kemudian untuk optimum moisture content (OMC), semakin bertambah campuran ASP semakin bertambah nilainya, pada tanah asli sebesar 22,55% dan pada campuran 15% sebesar 26,55%

§ Pada setiap penambahan ASP nilai koefisien permeabilitas tanah cenderung bertambah, untuk tanah asli diperoleh sebesar 4,51 x 10-7 cm/det, dan campuran ASP 15% sebesar 2,95 x 10"6 cm/det, masih lebih kecil dari 1 x 10-5 cm/det untuk persyaratan bahan kedap air.

§ Ditinjau dari hasil uji sifat-sifat mekanis tanah lempung yang diberikan campuran ASP menunjukkan pengaruh stabilisasi yang kurang baik, jika ditinjau dari nilai permeabilitas