Air Sebagai Campuran Semen (skripsi dan tesis)

      Pada umumnya semua jenis air dapat digunakan untuk stabilisasi semen, air minum termasuk yang paling baik air dengan kandungan organik tinggi dapat menyebabkan masalah sehingga penggunaanya harus dihindari.Beberapa loam dan lempung membutuhkan kadar air tinggi pada saat pemadatan,dan dapat menyebabkan kekuatan yang lebih rendah Ingels dan Metcalf (1972)  dalam Hardiyatmo (2002).

      Kadar air selalu tergantung pada daya pemadatan, bilamana daya pemadatan berlainan maka kadar air optimum juga akan berlainan.(Wesley 1997).

      Tanah berbutir halus khususnya tanah lempung akan banyak dipengaruhi air, karena pada tanah berbutir halus luas permukaan spesifik menjadi lebih besar, variasi kadar air akan mempengaruhi plastisitas tanah.(Hardiyatmo,2002).

      Hardiyatmo (2002), menyatakan Satu molekul air merupakan batang yang mempunyai muatan positif dan negatif pada ujung yang berlawanan atau dipolar (dobel kutub).Mekanisme yang menyebabkan molekul air dipolar dapat tertarik oleh permukaan partikel lempung secara elektrik (Gambar 2.1):

1.      Tarikan antara permukaan bermuatan negatif dari partikel lempung dengan ujung positif dari dipolar.

2.      Tarikan antara kation dalam lapisan ganda dengan muatan negatif dari ujung dipolar kation-kation ini tertarik oleh permukaan partikel lempung yang bermuatan negatif.

G. Stabilisasi Tanah

Ingles dan Metcalf (1972), menyatakan bahwa perubahan sifat tanah untuk mendapatkan persyaratan teknis tertentu disebut Stabilisasi.

      Stabilisasi adalah usaha untuk mempertinggi kemampuan tanah untuk mendapatkan pemadatan optimal.(Soekoto,1984).

Stabilisasi tanah menurut Bowles (1984), adalah meliputi salah satu tindakan dibawah ini yaitu :

1.      Menambah kerapatan tanah;

2.      Menambah material yang tidak aktif sehingga meningkatkan kohesi dan atau   tahanan gesek yang timbul;

3.      Menambah bahan tertentu yang menyebabkan terjadinya perubahan kimiawi dan atau fisis pada tanah;

4.      Menurunkan muka air tanah;

5.      Menganti tanah yang buruk dengan tanah yang lebih baik;

Secara umum stabilisasi tanah dapat dibedakan kedalam dua jenis stabilisasi yaitu : Stabilisasi mekanis yang bertujuan untuk menambah kekuatan atau kapasitas dukung tanah dan mengatur gradasi butir tanah.Sedangkan stabilisasi kimiawi adalah mengandalkan kepada suatu bahan stabilisator yang dapat mengubah dan mengurangi sifat tanah yang kurang menguntungkan dalam mencapai kestabilan yang tinggi.(Soekoto,1984)

      Umumnya tanah yang mengandung banyak lempung sulit dicampur dan kadang bahan tambah dibutuhkan untuk menghasilkan perubahan sifat yang berarti, diketahui bahwa hasil yang baik dalam stabilisasi semen adalah bila tanah bergradasi baik dan mempunyai butiran halus kurang dari 50%, serta plastisitas kurang dari 18% serta batas cair kurang dari 40%.Stabilisasi tanah-semen untuk lempung walaupun kadar semen sudah ditinggikan dalam tanah lempung namun kekuatan campuran lempung - semen sangat lebih kecil dibandingkan dengan tanah berpasir dan kerikil berpasir.( Hardiyatmo,2006).

      Semen dapat bereaksi dengan semua jenis tanah dan jumlah semen yang ditambahkan untuk stabilisasi tanah lempung berkisar antara 6% - 10% berat kering tanah.(Soekoto,1984).

      Lambe (1962) dalam Hardiyatmo (2006), menyatakan banyaknya kadar semen dalam campuran tanah-semen dapat dilihat pada Tabel 2.5.

Tabel 2.5 Kadar semen yang baik untuk campuran tanah-semen ( Lambe,1962)

Macam tanah	Kadar semen (% terhadap berat)
Kerikil	5 - 10
Pasir	7 - 12
Lanau	12 – 15
Lempung	12 - 20

   

Semen (skripsi dan tesis)

1. Semen Portland

      Menurut SII.0013-81 Semen Portland adalah semen hidrolis yang dihasilkan dengan cara menghaluskan klinker yang terutama terdiri dari silikat silikat kalsium yang bersifat hidrolis bersama bahan tambahan yang biasanya bahan digunakan adalah Gips.

      Nama semen Portland dipatenkan oleh Joseph Aspdin pada tahun 1824 pada material berbentuk bubuk yang merupakan susunan air dan pasir menyerupai sumber batuan kapur alam yang berada dipulau kecil Portland Inggris (Derucher dkk,1998).

      Semen merupakan stabilizing agents yang baik sekali, mengingat bahwa kemampuannya mengeras dan mengikat butir - butir agregat sangat bermanfaat bagi usaha kita mendapatkan masa tanah yang kokoh dan tahan terhadap deformasi.Semen dapat bereaksi pada hampir semua jenis tanah dari yang jenis kasar non kohesip sampai yang sangat plastis sekalipun.(Soekoto,1984).

      Widjojo(1997) menyatakan diantara bahan ikat yang telah diketahui semenlah yang terpenting, karena semen dapat mengadakan pengikatan dan pengerasan didalam air.

      Distribusi ukuran butiran semen yaitu sekitar 0,5 mikron dan 100 mikron, dengan rata rata sekitar 20 mikron (Hardiyatmo,2006).

2. Susunan semen

      Tjokrodimuljo (1996) menyampaikan tentang kandungan oksida pada bahan dasar semen portland yaitu dapat dilihat pada Tabel 2.3.

Tabel 2.3. Kadar Oksida bahan dasar semen portland (Tjokrodimuljo,1996)

Oksida	Jumlah (%)
Kapur,CaO Silika,SiO2 AluminaAl2O3 Besi,Fe2O3 Magnesia,MgO Sulfur,SO3 Soda/Potas,Na2+K2O	60 - 65 17 - 25 3 - 8 0,5 - 6 0,5 - 4 1 - 2 0,5 - 1

    Widjojo (1977) menyatakan senyawa kimia yang terdapat pada klinker semen portland seperti Tabel 2.4.

Tabel 2.4 Komposisi susunan kimiawi (Widjojo,1977)

Rumus kimia	Singkatan	Nama
3CaO.SiO2	C3S	Alit
2CaO.SiO2	C2S	Belit
2CaO.SiO2	C2S	Felit
4CaO.AL2O3.Fe2O3	C4AF	Celit
3CaO.AL2O3	C3A	Celit
5CaO.3AL2O3	C5A3	Celit

      Menurut Tjokrodimulyo (1996) fungsi susunan kimiawi semen adalah :

1. C3S berpengaruh besar pada pengerasan semen sebelum 14 hari.

2. C2S berpengaruh besar pada pengerasan setelah 7 hari menyebabkan semen tahan terhadap serangan zat kimia dan mengurangi susut akibat pengeringan.

3. C3A bereaksi cepat dan akan meningkatkan kekuatan setelah 24 jam.

4. C4AF belum diketahui fungsinya

      Nilson dan Winter (1991) mengemukakan bahan baku pembentuk semen adalah kapur (CaO) dari batu kapur, Silika (SiO2) dari lempung dan alumina (Al2O3) dari lempung dan sedikit presentase dari Magnesia (Mg0), dan terkadang sedikit Alkali, Oksida besi terkadang ditambah untuk mengontrol komposisinya.

3. Jenis dan sifat semen portland

Dari berbagai macam jenis semen portland menurut SII.0013-18 adalah sebagai berikut :

1.    Jenis I             Semen Portland untuk penggunaan umum yang tidak memerlukan persyaratan-persyaratan khusus seperti yang diisyaratkan pada jenis jenis lain.

      2.    Jenis  II          Semen Portland yang dalam penggunaanya memerlukan ketahanan terhadap sulfat dan panas hidrasi sedang.

     3.     Jenis  III         Semen Portland yang dalam penggunaanya memerlukan kekuatan yang tinggi pada fase permulaan setelah pengikatan terjadi.

     4.    Jenis   IV         Semen Portland yang dalam penggunaanya memerlukan panas hidrasi yang rendah.

     5.    Jenis  V           Semen Portland yang dalam penggunaanya memerlukan ketahanan yang tinggi terhadap sulfat.

a. Warna

      Ciri dari semen portland adalah merupakan bubuk halus, biasanya berwarna abu abu dengan ukuran butiran antara 0,5 mikron sampai dengan 80 mikron. (Kerbs dan Walker,1971).

      Warna semen portland tanpa tercampur bahan lain, berwarna abu-abu kehijauan dan setelah membatu menjadi abu-abu kebiru-biruan.(Widjojo,1997).

b. Berat jenis

      Semen portland sebagian besar partikel lolos saringan 200 dengan spesific gravity berkisar antara 3,12 sampai 3,20.(Kerbs dan Walker,1971).

c.Pengikatan

      Widjojo (1977) Tepung semen portland yang dicampur dengan air hingga menjadi bubur akan mengeras didalam waktu tertentu. Hal ini disebabkan adanya reaksi antara senyawa semen dengan air. Air berlaku sebagai penghidrat dan penghidrolisanya, reaksi hidrasi merupakan suatu reaksi pengikatan air secara kimia hingga terbentuk senyawa hidrat berupa kristal dari senyawa

3 CaO.AL₂ O₃ + 6H₂O ------ 3 CaO.AL2O₃.6H₂2O

      Reaksi hidrolisa adalah suatu reaksi pemecahan garam dengan air menjadi asam dan basah dengan reaksi yang terjadi pada silikat-trikalsium :

2[3CaO.SiO₂]  + nH₂O------ 3CaO.2SiO₂.nH₂O + 3Ca(OH)₂

d.Waktu pengikatan

      Waktu pengikatan semen dibagi 2 ialah masa ikatan awal dan masa ikatan akhir.Ikatan awal untuk semua jenis semen tidak boleh kurang dari 60 menit.hal ini perlu untuk memberikan cukup waktu guna pengolahan sebelum semen tersebut dipergunakan.(Widjojo,1977).

      Pencampuran tanah dan semen tidak boleh lebih dari 30 menit mulai pemadatan tidak boleh lebih dari satu jam setelah pencampuran dan berakhirnya proses pemadatan tidak boleh lebih dari dua jam.(Rollings dan Rollings,1996).

Penanganan Tanah Ekspansif (skripsi dan tesis)

Prosedur penanganan yang dapat digunakan untuk stabilisasi tanah ekspansif sebelum dan sesudah konstruksi jalan adalah dengan langkah-langkah sebagai berikut: (Nelson, 1991)

1.      Stabilisasi Kimiawi (chemical additive)

a.       Stabilisasi Kapur

Stabilisasi kapur banyak dilakukan dengan berhasil pada proyek pengerjaan jalan  karena mampu menurunkan nilai swelling dan meningkatkan plastisitas tanah serta kemampuan tanah dengan mencampurkan kapur pada tanah subgrade dengan konsentrasi tertentu. Mekanisme utama dari stabilisasi kapur adalah adanya reaksi pertukaran kation, flokulasi-aglomerasi, larbonasi kapur, dan reaksi pozzolanic.  

b.      Stabilisasi semen

Stabilisasi semen memanfaatkan reaksi hidrasi semen yang merupakan reaksi pozolanic kompleks dari komponen-komponen penyusun semen. Hasil dari pencampuran semen dengan tanah ekspansif adalah pengurangan batas cair (LL), pengurangan indeks palstisitas (IP), mengurangi perubahan volume potensial (swell potensial) dan meningkatkan tegangan geser. Mekanisme pencampurannya hampir serupa dengan kapur.

c.       Treatment garam

Jenis garam yang digunakan untuk proses stabilisasi ini adalah jenis garam NaCl dan CaCl. Natrium klorida (NaCl) dapat meningkatkan batas kerut (srhinkage limit) dan tegangan geser, sedangkan kalsium klorida (CaCl) dapat menstabilkan perubahan kadar cairan dalam tanah sehingga mengurangi potensi pengembangan. Namun usaha stabilisasi dengan kapur secara ekonomis kurang meguntungkan mengingat durasi ketahannannya hany maksimal sampai 3 tahun saja.

d.      Senyawa organik

Beberapa senyawa organik telah dicoba untuk usaha stabilisasi tanah ekspansif, namun salah satu senyawa organik yang dapat diaplikasikan dengan baik adalah resin (damar). Mekanismenya adalah mencampurkan secara langsung resin dengan tanah ekspansif hingga tanah mengeras.

2.      Pembasahan (prewetting)

Pembasahan dilakukan berdasarkan teori bahwa peningkatan kadar air tanah ekspansif maka volume tanah ekspansif terhitung pada kondisi kembang maksimumnya. Pembasahan dilakukan sebelum konstruksi, namun upaya ini akan memerlukan waktu yang lama bahkan sampai beberapa tahun jika tanah ekspansif yang ditreatmen memiliki konduktifitas hidrolik yang rendah.

Upaya stabilisasi dengan pembasahan dapat dilakukan dengan sukses pada saat musim kering terjadi karena tanah ekspansif memiliki densitas yang rendah dan mampu menyerap air dengan cepat. Pembasahan untuk meningkatkan kadar air hingga 2 -3 % di atas batas plastis (PL) ternyata mampu memberikanhasil yang memuaskan terhadap nilai stabilitas tanah.

3.      Penggantian tanah dengan Pemadatan (soil replacement with compaction)

Penggantian tanah ekspansif dengan tanah non ekspansif dapat memberikan satbilitas yang lebih baik. Beberapa keunggulan penggunaan metode ini adalah bahwa tanah non ekspansif dapat dipadatkan mencapai kadar kering yang tinggi  bahkan melampaui  berat kering dari hasi stabilisasi pembasahan, biaya yang dikeluarkan dapat lebih kecil mengingat peralatan yang dipergunakan untuk metode ini sangat sederhana, penggantian tanah dapat dilakukan dengan cepat.

Namun pada umunya lapisan tanah ekspansif terlalu dalam dan besar untuk dilakukan penggantian sehingga menjadi tidak ekonomis untuk dilakukan, dan jika tanah stabil yang digunakan untuk mengganti tanah ekspansif tidak berada di sekitar daerah konstruksi maka akan menimbulkan biaya tersendiri untuk mendatangkannya.  

4.      Kendali kadar air (moisture control)

Ekspansifitas tanah merupakan akibat dari fluktuasi kadar air dalam tanah. Jika fluktuasi kadar air dalam tanah dapat dikendalikan maka akan didapatkan tanah yang stabil. Sebagai persiapan proyek konstruksi jalan maka pengendalian kadar air tanah yang dapat dilakukan pada umumnya dilakukan secara horizontal dan vertikal. 

Selain poypropilen, bahan lain yang dapat dipergunakan sebagai membran adalah aspal karena sifat anti air yang dimilikinya serta fleksibilitasnya yang tinggi. Penggunaan beton sebagai barier juga sering dilakukan, yaitu dengan cara membuat slab beton di bahu jalan dengan lebar tertentu dan menanambahkan slab beton di bawah barier tersebut secara horisontal.

5.      Pembebanan (surcharge loading)

Akibat pengembangan tanah ekspansif dapat diminamlisir dengan memberikan pembebanan yang cukup pada lapisan subgrade. Biasanya metode ini mampu bekerja secara efektif pda tanah yang memiliki derajat ekspansi yang rendah. Analisis laboratorium yang komprehensif sangat diperlukan jika ingin menggunakan  metode ini agar dapat diperhitungkan berat pembebanan yang sesuai. Pada prakteknya banyak tanah ekspansif memiliki derajat ekspansifitas sangat tinggi sehingga sangat tidak mungkin untuk dilakukan pembebanan.

6.      Metode thermal (thermal method)

Metode ini dilakukan dengan cara membakar tanah ekspansif sampai suhu 200% sehingga potensial swelnya dapat diturunkan. Namun pengujian secara ekonomis terhadap metode ini belum dilakukan

Potensi pengembangan (skripsi dan tesis)

      Menurut seed dkk (1962) dalam Hardiyatmo (2002) mendefinisikan potensi pengembangan (swell potential) adalah persentase pengembangan dibawah tekanan 6,9 kPa pada contoh tanah yang terbebani secara terkekang pada arah lateral dengan contoh tanah yang dipadatkan pada kadar air optimum sehingga mencapai berat volume kering maksimumnya.

      Menurut Victorine dkk (1997) dalam Syawal (2004) mengukur potensi kembang susut tanah diperlukan dua metoda yaitu pengukuran langsung dan tidak langsung.Metoda langsung dengan mengadakan pengujian sebenarnya terhadap pengembangan, metoda tidak langsung melibatkan klasifikasi dan sifat-sifat fisik tanah untuk memperediksi potensi kembang susut.

a.Metoda langsung ( direct method )  

      Dalam menentukan besarnya potensi pengembangan (swell potential) untuk tanah ekspansif  dilakukan pengujian dilaboratorium dengan menngunakan alat type konsolidometer. Pengembangan yang diukur adalah pengembangan arah vertikal setelah tanah sampel digenangi air, ratio dari tinggi awal sampel kedeformasi didefinisikan sebagai persen pengembangan.

b.Metoda tidak langsung (indirect method)

      Seed dkk (1962) dalam Hardiyatmo (2002) memberikan klasifikasi nilai potensi pengembangan yang diperoleh dilaboratorium, dapat diperlihatkan pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1 Klasifikasi potensi pengembangan (Seed dkk,1962)

Derajat ekspansif	Potensi pengembangan, S(%)
Rendah Sedang Tinggi Sangat tinggi	0 – 1,5 1,5 – 5 5 – 25 > 25

               

       Menurut Mechan and Karp (1994) dalam Day (1999) potensial mengembang dapat diketahui berdasarkan nilai prosentasi lempung (ukuran butir < 0,002 mm) dan indeks plastisitas seperti Tabel 2.2.

Tabel 2.2. Hubungan potensial mengembang dengan IP (Day,1999)

No.	%d<0,002 mm	Indeks Plastisitas	Potensial mengembang
1	0-10	0% - 10%	Sangat rendah
2	10-15	10% - 15%	Rendah
3	15-25	15% - 25%	Medium
4	25-35	25% - 35%	Tinggi
5	>35	>35	Sangat tinggi

Tanah Ekspansif (skripsi dan tesis)

      Tanah ekspansif adalah tanah berlempung yang mempunyai ciri-ciri yaitu mengalami perubahan volume yang besar dalam merespon langsung  perubahan  kadar air. Tanah ekspansif cenderung mengalami peningkatan volume yaitu akan mengembang (swell) ketika kadar air pada tanah meningkat dan mengalami penyusutan (shrink) ketika kadar air pada tanah menurun.Walaupun potensi ekspansif dapat dihubungkan dengan banyak faktor seperti susunan dan struktur tanah, kondisi lingkungan, dan lain sebagainya, semua itu yang menjadi kontrol utamanya adalah mineralogi tanah lempung.Tanah yang mengandung kaolinite yang berplastisitas rendah cenderung untuk memperlihatkan suatu potensi kembang susut yang lebih rendah dibandingkan tanah yang mengandung montmorillonite yang berplastisitas tinggi.(Syawal,2004).

Tanah Lempung (skripsi dan tesis)

      Tanah lempung adalah tanah yang berbutir sangat halus berbentuk pipih dan panjang yang apabila dalam keadaan kering sangat keras, terjadi retak retak dibeberapa tempat sedangkan apabila dalam keadaan basah menjadi lunak dan lengket bahkan apabila kadar airnya berlebih berubah menjadi lumpur yang tidak mempunyai kuat dukung sama sekali.(Soekoto,1984).

      Partikel lempung mempunyai diameter efektif sama atau kurang dari 0,002 mm, sehingga ukuran partikel belum dapat untuk menentukan mineral lempung, tetapi masih harus dilihat dari kandungan komposisi mineralnya Chen (1975) dalam Hardiyatmo (2002).

      Partikel lempung dalam kondisi asli selalu dikelilingi oleh air dan ikatan antara air dan permukaan padat mineral lempung disebut Adsorbed water (Das-Mochtar,1993).

       Derucher dkk (1998) mengemukakan bahwa ada tiga jenis mineral yang dominan dalam mineral lempung yaitu : Kaolinite, illite, dan Montmorillonite.

      Mineral lempung dapat didefinisikan sebagai hasil pelapukan tanah akibat reaksi kimia yang menghasilkan susunan kelompok partikel berukuran koloid dengan diameter butiran lebih kecil dari 0,002 mm.(Hardiyatmo,2002).

      Hampir semua mineral lempung berbentuk lempengan sehingga sifat partikel sangat dipengaruhi oleh gaya permukaan.(Craig – Susilo,1991).

      Bentuk partikel tanah lempung adalah mungkin berbentuk bulat, bergerigi maupun bentuk diantaranya dan mempunyai spesifik gravity antara 2,58 – 2,75. (Hardiyatmo,2002).

      Untuk menghasilkan kekuatan tertentu, tanah berbutir halus seperti lempung membutuhkan semen yang lebih banyak, hal ini karena permukaan partikel yang harus ditutup memberikan sementasi pada titik kontak antar partikelnya lebih besar dibandingkan dengan tanah dengan butiran yang lebih besar.(Soekoto,1984).

Pengertian Tanah (skripsi dan tesis)

Bowles (1984) menuliskan bahwa tanah merupakan campuran dari partikel partikel yang terdiri dari salah satu atau seluruh jenis sebagai berikut :

1. Berangkal atau boulders yaitu potongan batuan yang besar dengan ukuran 250 mm sampai 300 mm.
2. Kerakal (cobbles) atau pebbles yaitu batuan yang berukuran 150 mm sampai 250 mm.
3. Kerikil atau gravel merupakan partikel batuan yang berukuran 5 mm sampai 150 mm
4. Pasir atau sand merupakan batuan yang berukuran antara 0,074 mm sampai 5 mm
5. Lanau atau silt merupakan batuan berukuran antara 0,002 mm sampai 0,074 mm
6. Lempung atau clay adalah partikel mineral yang berukuran lebih kecil dari 0,002 mm
7. Koloid (colloids) adalah partikel mineral yang berukuran lebih kecil dari 0,001 mm.

      Faktor utama yang mempengaruhi kualitas campuran tanah semen adalah macam tanah, kadar semen, pemadatan, waktu pemeraman, cara pencampuran (Hardiyatmo,2006).

      Ruktiningsih (2002) melakukan penelitian tentang stabilisasi tanah lempung menggunakan semen. Hasil penelitian menunjukan penambahan semen pada tanah lempung terjadi kenaikan batas cair, batas plastis, menurunkan indeks plastisitas dan menaikan berat volume kering tanah, menurunkan kadar air optimum, menaikan nilai CBR, menurunkan nilai swelling.

      Wesley (1977) menyatakan pada tanah berbutir halus diketahui tidak ada hubungan langsung antara sifat-sifatnya dengan ukuran butir-butirnya,maka untuk menyatakan sifat dan mengklasifikasikannya dipakai metoda lain terutama percobaan batas Atterberg.

       Tanah yang baik untuk konstruksi perkerasan jalan adalah tanah dasar (Subgrade) yang berasal dari lokasi sendiri atau didekatnya yang telah dipadatkan sampai tingkat kepadatan tertentu sehingga mempunyai kekuatan daya dukung yang baik serta berkemampuan mempertahankan perubahan volume selama masa pelayanan walaupun terdapat perbedaan kondisi lingkungan dan jenis tanah setempat.(Sukirman,1995).

      Sifat tanah yang akan dipergunakan sebagai bahan tanah dasar jalan , tanah itu dikelompokan berdasarkan sifat plastisitas dan ukuran butirnya, serta kuat dukung tanah dasar yang dapat diperkirakan dengan mempergunakan hasil klasifikasi tanah ataupun dengan mencari nilai CBR dan dinyatakan dalam persen (Sukirman,1995).