Kuat Geser Pada Tanah Lempung

        I.            Pendahuluan

Lempung sebagian besar terdiri dari partikel mikroskopis dan submikroskopis yang berbentuk lempengan-lempengan pipih dan merupakan partikel-partikel mika, mineral lempung, dan mineral-mineral lain yang sangat halus. Lempung didefinisikan sebagai golongan partikel yang mempunyai ukuran kurang dari 2 mikron (Das, 1985). Pada beberapa kasus, partikel berukuran antara 2 µm sampai 5µm masih digolongkan sebagai partikel lempunmg (ASTM D-65). Pada kondisi ini tanahdiklasifikasikan sebagai lempung hanya didasarkan ukuran saja belumtentu dengan ukuran partikel lempung tersebut mengandung mineral lempung. Jika ditinjau dari segi mineral,  tanah lempung mempunyai partikel tertentu yang menghasilkan sifat-sifat plastis pada tanah bila dicampur dengan air (Grim, 1953 dalam Das, 1985). Jadi, dari segi mineral, tanah dapat juga disebut tanah bukan lempung (non clay soil) meskipun terdiri dari partikel-partikel yang sangat kecil. Dari segi ukuran partikel tersebut memang dapat digolongkan sebagai partikel lempung. Untuk itu, akan lebih tepat bila partikel tanah yang berukuran < 2 µm atau 5µm menurut system klasifikasi yang disebut sebagai partikel berukuran lempung daripada sebagai lempung saja. Menurut Chen, 1975 klasifikasi partikel didasarkan pada diameter efektif lebih kecil dari 2 µm dan perlu dilihat pula mineral yang terkandung dalam tanah. Tanah lempung adalah tanah yang mempunyai potensi kembang susut tinggi dan mempunyai daya dukung yang baik pada kondisi tidak jenuh air tetapi jelek pada kondisi jenuh air. Tanah dengan kandungan montmorillonite mem punyai luas permukaan lebih besar           (Chen, 1975)

     II.            Analisis Perilaku Tanah

Untuk analisis perilaku tanah perlu diketahui faktor-faktor yang berpengaruh dalam sifat-sifat tanah. Faktor yang mempengaruhi sifat tanah dibedakan menjadi dua, yaitu faktor komposisi tanah dan pengaruh lingkungan (Suharjito, 1989 dalam Supriyono, 1997). Faktor komposisi tanah dapat diketahui dengan percobaan di laboratorium pada kondisi tanah terganggu, pengujian dilakukan untuk mengetahui tipe mineralogi, jumlah masing-masing mineral, luas permukaan, distribusi ukuran partikel, sedangkan pengaruh lingkungan dengan pengujian laboratorium meliputi uji batas konsistensi, kadar air, dan berat isi. 

Tanah merupakan salah satu bahan konstruksi yang langsung tersedia di alam. Jika bahan tersebut langsung digunakan akan mempunyai nilai ekonomis yang tinggi. Bendungan urugan, tanggul sungai, dan timbunan badan jalan merupakan contoh pemakaian bahan konstruksi. Tanah yang digunakan untuk konstruksi harusmelalui proses pengendalian mutu. Jika tanah yang ada di alam bersifat sangat lepas atau sangat lunak atau mempunyai indeks konsistensi yang terlalu tinggi sehingga tidak sesuai dengan persyaratan teknis maka tanah tersebut perlu stabilisasi. Stabilisasi dapat dilakukan dengan meningkatkan kerapatan tanah sehingga nilai kohesi tanah atau sudut geser meningkat, menambah bahan yang menyebabkan perubahan kimiawi atau fisis tanah, dan menurunkan muka air tanah. Salah satu usaha stabilisasi tanah yang biasa dilakukan pada tanah berbutir halus dengan menambah bahan kimia pada tanah sehingga terjadi reaksi kimia yang mengakibatkan ikatan antara butir-butir tanah tersebut menjadi kompak. Bahan yang biasa digunakan adalah semen, kapur, abu terbang, dan bubuk batu bata (Bowles, 1993 dalam Tri Utomo, 1996). Menurut Tri Utomo (1996) penambahan abu terbang dan geosta dapat menaikan kepadatan kering maksimum dan menurunkan kadar air optimum, menurunkan batas cair, menaikan batas plastis, dan menurunkan indeks plastisitas. Penambahan abu sekam padi dan kapur juga dapat meningkatkan nilai sudut geser dalam tanah (Suryolelono, 1999).

Penambahan bahan campuran untuk stabilisasi tanah oleh beberapa peneliti bervariasi antara 2% - 20%. Penambahan 13% abu terbang dan geosta 1% s/d 15% juga dapat menaikan nilai CBR dan menurunkan pengembangan, sedangkan penambahan abu sekam padi dan kapur 10% juga dapat meningkatkan nilai sudut geser dalam tanah lempung (Suryolelono, 1999).

  III.            Kapur

Kapur dikenal sebagai bahan yang memiliki fungsi sebagai bahan ikat dalam pembuatan dinding dan pilar. Sifat-sifat kapur adalah tidak getas, mudah dan cepat mengeras, workability baik dan mempunyai daya ikat untuk batu atau bata (Tjokrodimulyo, 1992). Bahan dasar kapur adalah batu kapur atau dolomit, yang mengandung senyawa kalsium karbonat (CaCO₃). Kapur berasal dari bahan alam, umumnya tidak terdapat dalam keadaan yang murni, tetapi sedikit atau banyak tercampur dengan bahan lain. Kapur dibedakan menurut kadar bahanyang mengotori dikenal dengan

a)      kapur berkadar kalsium tinggi yaitu kapur yangkadar CaO-nya lebih dari 95%,

b)      kapur magnesia, yaitu kapur yang mengandung MgO lebih dari 5% , bila kadar MgO melebihi 20% maka disebut dolomite, dan

c)      kapur hidrolis ialah kapur yang mengandung oksida-oksida tanah (Al₂O₃,SiO₂, Fe₂O₃). Mineral kapur bisa berupa kalsium hidroksida, kalsium oksida dankalsium karbonat. Kapur dapat menimbulkan reaksi kimia dengan tanah lempung. Menurut Ingles, 1972 bahan yang digunakan untuk stabilisasi tanah lempung disarankan spesifikasi bahan kapur

Tabel Spesifikasi Keperluan Kapur Jenis Bahan     Kapur Kering (CaO)   Kapur Cair (Ca(OH)2) d)     Calsium dan Magnesium Oksida ≥ 92%   ≥ 95% e)      Carbon dioxides-at kiln     ≤ 3%    ≤ 5% f)       Carbon dioxides-at elsewhere       ≤ 10% ≥ 7%

 

Kalsium hidroksida jika digunakan untuk stabilisasi disarankan berupa bubuk karena sangat penting untuk proses hidrasi dan dapat mengurangi masalah yang timbul. Kalsium hidroksida lebih banyak digunakan dalam proses stabilisasi, meskipun kalsium oksida lebih efektif dapat dapat menyelesaikan masalah, tetapi masih banyak kelemahan pada kalsium oksida, yaitu mempermudah timbulnya korosi pada peralatan dan bahaya pada pekerja.

  IV.            Kuat Dukung Tanah

Sifat-sifat tanah di lapangan tidak selalu memenuhi harapan dalam perencanaan konstruksi, apabila dijumpai tanah yang sifatnya jelek, maka tanah tersebut harus diperbaiki agar memenuhi persyaratan teknis. Metode perbaikan yang banyak digunakan adalah stabilisasi mekanis dan stabilisasi kimiawi. Stabilisasi mekanis yaitu menambah kekuatan dan kuat dukung tanah dengan cara perbaikan struktur dan perbaikan sifat-sifat mekanis tanah, sedangkan stabilisasi kimiawi yaitu menambah kekuatan dan kuat dukung tanah dengan jalan mengurangi atau menghilangkan sifat-sifat teknis tanah yang kurang menguntungkan dengan cara mencampur tanah dengan bahan kimia, seperti semen, kapur, dan pozolan. Stabilisasi dengan semen cocok untuk tanah yang tidak kohesif, yaitu tanah berpasir atau kerikil yang mengandung sedikit tanahberbutir halus, sedangkan kapur dan pozolan cocok untuk tanah kohesif (Sudarmo dan Purnomo, 1997 dalam Wiqoyah, 2002). Kapur yang biasa digunakan dalam stabilisasi tanah adalah kapur hidup (CaO) maupun kapur padam (Ca(OH)₂) yang merupakan produk pembakaran batu kapur. Damoerin dan Virisdiyanto, (1999), meneliti tentang stabilisasi tanah lempung ekspansif dan pasir dengan menambahkan semen atau kapur. Dari penelitian dihasilkan bahwa penambahan pasir dengan semen atau kapur pada tanah asli menunjukkan adanya perubahan sifat-sifat fisis dan teknis berupa penurunan indeks plastisitas, potensi, dan tekanan swelling, meningkatkan nilai CBR dan kuat tekan bebas. Kadar campuran yang optimum pada persentase 5% pasir + 5% semen + 55 pasir + 10% kapur.

Tujuan pemadatan adalah mempertinggi kuat geser tanah, mengurangi sifat mudah mampat (compresibilitas), mengurangi permeabilitas, dan mengurangi perubahan volume sebagai akibat perubahan kadar air dan lain-lain. Pemadatan tanah lempung secara benar akan memberikan kuat geser yang tinggi, sedangkan stabilitas terhadap kembang susut tergantung dari jenis kandungan mineralnya. Tingkat kepadatan tanah diukur dengan berat volume kering tanah yang dipadatkan, jika ditambahkan pada tanah yang dipadatkan air akan berfungsi sebagai pelumas pada partikeltanah. Adanya air pada partikel tanah akan lebih mudah bergerak dan bergeser satu sama lain dan membentuk kedudukan yang lebih rapat atau padat. Karakteristik kepadatan tanah dinilai dai uji standar laboratorium yang disebut dengan uji proctor. Pemadatan menghasilkan kurva hubungan antara kadar air dengan berat volume kering tanah. Kurva menunjukan nilai kadar air optimum untuk mencapai berat volume kering maksimum atau kepadatan maksimum. Derajat kepadatan tanah diukur dari berat volume kering. Hubungan berat volume kering (γ_d ) dengan berat volume basah (γ_b ) dan kadar air (w) dinyatakan pada persamaan 1.

γ ^b

γ_d =  ………………. (1)

+w

dengan :

 γ_b : berat volume tanah basah (kg/cm³)

γ_d : berat volume tanah kering (kg/cm³)

w  : kadar air (%)

     V.            Kuat Geser

Kuat geser tanah adalah perlawanan yang dilakukan oleh butir-butir tanah terhadap desakan atau tarikan persatuan luas terhadap keruntuhan atau pergeseran sepanjang bidang geser dalam tanah yang di maksud (Haryanto, 1994). Jika tanah mengalami pembebanan, maka akan ditahan oleh :

a)      Kohesi tanah yang tergantung dari jenis tanah dan kepadatannya tetapi tidak tergantung dari tegangan normal yang bekerja pada bidang geser

b)      Gesekan antara butir-butir tanah yang besarnya berbanding lurus dengan tegangan normal pada bidang gesernya. Mohr (1910) dalam Das (1994) memberikan persamaan:

τ= f (^σ)…………………..(2)

Coulomb (1976) dalam Das (1994) memberikan persamaan untuk kuat geser adalah 

f (^σ) = c +σtgψ………………..(3)

sehingga persamaan menjadi

τ= c +σtgψ   ………………..(4)

dengan :

τ   : kuat geser tanah (ton/m²)

 c   : kohesi tanah (ton/m²)

 σ  : tegangan normal tanah (ton/m²)

            ψ  : sudut geser dalam ( ..^o )

Persamaan (4) disebut juga dengan kriteria keruntuhan Mohr-Coulomb.

California Bearing Ratio (CBR) didefinisikan sebagai suatu perbandingan antara beban percobaan (test load) dengan beban standar (standard load) dan dinyatakan dalam persen. Hasil pengujian dapat diperoleh dengan mengukur besarnya beben pada penetrasi tertentu. Penetrasi dapat dihitung menggunakan peresamaan 5 dan 6 yang dikeluarkan oleh CaliforniaHighway Departement dan US Army Corps of Engineers, 1929 dalam Rollings and Rollings, J.R (1996).Penetrasi 0,1” (2,5 mm) 

p ¹

CBR= x100% ……….(5)

3x1000

Penetrasi 0,2” (5 mm) :

P ²

CBR= x100%    …………….(6)

3x1500

Penambahan air dalam tanah berbutir halus akan mengakibatkan terjadinya perubahan volume tanah. Nilai potensial pengembangan yang terjadi dapat dihitung menggunakan persamaan 7.

S=(2,16x10^-3)(PI)^2,44 ……………….(7)

dengan :

S   : potensial pengembangan (%)

PI  : indeks plastisitas (%).

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui besarnya kuat geser tanah dan nilai CBR tanah sehingga diperoleh gambaran terhadap perubahan sifat fisis dan mekanis dari tanah campuran. Diharapkan Penelitian ini dapat memberikan informasi bahwa limbah pembakaran batu bara dapat digunakan untuk stabilisasi tanah sehingga tanah yang kurang mampu menahan beban dapat berubah menjadi tanah yang kuat.

DAFTAR PUSTAKA

Basudewa, H.H, 1997, “Study Pengaruh

Campuran Limbah Electroplating dan Fly Ash Terhadap Kuat Tekan Bebas pada Lempung Bandung”. Naskah Seminar Hasil Penelitian Tesis

Magister,            Bidang            Pengutamaan

Geoteknik, Program Studi Teknik

Sipil Program Pasca Sarjana ITB Bandung.

Chen, F.H, 1975. Foundation on Expansive Soil. New York: Elsevier Science Publishing Company.

Damoerin, D dan Virisdiyanto, 1999. “Stabilisasi      Tanah   Lempung

Ekspansif dan Pasir dengan Penambahan Semen  atau Kapur untuk Lapisan Badan Jalan”.

Prosiding            Seminar           Nasional

Geoteknik’99,halaman 1-10.

Das, B.M, 1994. Principle of Foundation Engineering. New York: PWS-Kent Publishing Company.

Hardiyatmo, H.C, 1994.Mekanika Tanah I & I. Jakarta: Penerbit PT Gramedia Puataka Utama, Jakarta.