Vol.17 No.1. Februari 2015
Jurnal Momentum
ISSN : 1693-752X
PENGARUH GARAM DAPUR (NaCl) TERHADAP KEMBANG SUSUT TANAH LEMPUNG Oleh : Herman *), Willy Joetra**) *) Dosen Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan **) Mahasiswa Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Institut Teknologi Padang
Abstrak Secara fisik, garam adalah padatan berwarna putih yang berbentuk kristal yang merupakan kumpulan senyawa dengan bahagian terbesar Natrium Chlorida (> 80%) serta senyawa lainnya seperti Magnesium Chlorida, Magnesium Sulfat, Calsium Clorida. Garam mempunyai sifat karakteristik hidroskopis sehingga mudah menyerap air. Dari penelitian yang telah dilaksanakan, garam dapat meningkatkan daya serap tanah terhadap air, mempertahankan permeabilitas dan mengurangi plastisitas tanah ketika basah. Untuk mengetahui pengaruh garam terhadap nilai kembang susut tanah lempung, diadakanlah penelitian di Laboratorium, garam yang digunakan adalah garam dapur beryodium merk”Octopuss”, sampel tanah lempung diambil pada sekitar ruas jalan By Pass KM 17-18 kedalaman 1 m, komposisi garam dalam tanah adalah 0%, 10%, 30% dan 50% dari berat kering tanah dengan masa perawatan 3 hari, pengujian terdiri dari uji sifat fisis dan uji sifat mekanis dari tanah asli maupun tanah yang telah dicampur dengan beberapa variasi garam dapur. Hasil pengujian menunjukan, semakin tinggi porsentase garam dalam tanah dapat menurunkan nilai-nilai batas cair (LL), batas plastis (LL), indeks plastisitas (PI), kadar air optimum, pengembangan dan tekanan pengembangan, pada 30% garam nilai pengembangan sudah mencapai nol, sedangkan nilai batas susut (SL), fraksi tertahan saringan no. 200 dan kepadatan kering maksimum tanah cenderung meningkat. Kata - kata kunci : senyawa, hidroskopis, permeabilitas, plastisitas
AT., 2007). Penggunaan garam anorganik pada tanah ekspansif dapat menurunkan nilai kepadatan kering maksimum, sedangkan kekuatan tanah melalui uji tekan bebas dan uji CBR rendaman meningkat (Aschuri. I).
1. PENDAHULUAN Garam adalah benda padatan bewarna putih berbentuk kristal yang merupakan kumpulan senyawa dengan sebahagian besar terdiri dari Natrium Chlorida (>80%), serta senyawa-senyawa lain seperti Magnesium Chlorida, Magnesium Sulfat, Calsium Chlorida. Garam mempunyai sifat karakteristik hidroskopis yang berarti mudah menyerap air, tingkat kepadatan sebesar 0,8 – 0,9 dan titik lebur pada tingkat suhu 801oC (Subiyantoro. S, 2001). Garam merupakan salah satu bahan kimiawi untuk stabilisasi tanah lempung, struktur garam (NaCl) meliputi anion ditengah dan kation menempati pada rongga octahedral. Larutan garam juga merupakan suatu elektrolit yang mempunyai gerakan brown dipermukaan yang lebih besar dari gerakan brown pada air murni sehingga bisa menurunkan air dan larutan, ini menambah gaya kohesi antar partikel sehingga ikatan antar partikel lebih rapat (Bowles, 1986). Selain itu larutan garam bisa mempermudah didalam memadatkan tanah (Ingles dan Metcalf, 1972). Penambahan garam dapur pada tanah menunjukan semakin besar prosentase garam pada tanah dapat memperbaiki sifat-sifat fisis dan sifat-sifat mekanis tanah lempung (Ramadhan R., Setyawan M, 2013) dan dapat juga memperbaiki sifat-sifat tanah lempung ekspansif (Sudjianto
Tanah Lempung (Clay) Lempung (clay) adalah jenis tanah yang bersifat kohesif dan plastis, terdiri dari partikel mikroskopis dan submikroskopis yang berbentuk lempengan-lempengan pipih dan mempunyai permukaan khusus. Lempung didefinisikan sebagai golongan partikel yang mempunyai ukuran kurang dari 0,002 mm (= 2 mikron) (Das,1998) dan sangat tergantung pada komposisi mineral dan unsur-unsur kimianya. Tanah lempung mempunyai partikel-partikel tertentu yang menghasilkan sifat-sifat plastis pada tanah bila dicampur dengan air (Grim,1953 dalam Das, 1998). Umumnya, terdapat kira-kira 15 macam mineral yang diklasifikasikan sebagai mineral lempung (Kerr,1959 dalam Hardiyatmo,2002). Antara lain montmorillonite, illite, kaolinite, polygorskite, chlorite, vermiculite, dan halloysite. Lempung ekspansif mempunyai fluktuasi kembang susut yang cukup tinggi, mempunyai plastisitas medium sampai tinggi serta mempunyai mineral illite atau montmorillonite
13
Vol.17 No.1. Februari 2015
Jurnal Momentum
ISSN : 1693-752X
(Damoerin, Virisdiyanto, 1999). Semakin tinggi indeks plastisitas tanah, makin tinggi pula potensi mengembangnya (Mitchell, 1976). Bila indeks plastisitas > 35%, lempung dikategorikan dalam kriteria ekspansif (Chen, 1975). Umumnya partikel lempung bermuatan listrik negatif (anion). Karenanya partikel lempung menarik ion positif (kation) dari garam didalam air pori. Air yang tertarik secara elektris disekitar partikel lempung, disebut air lapisan ganda (double-layer water). Sifat plastis lempung adalah akibat eksistensi air lapisan ganda. Air lapisan ganda pada bagian paling dalam yang sangat kuat melekat pada partikel lempung, disebut air serapan (adsorbed water). Hubungan mineral-mineral lempung dengan air serapan, memberikan bentuk dasar dari susunan tanah. Tiap partikel saling terikat lewat lapisan air serapan (Hardiyatmo, 2002).
b. Pengembangan (Swelling) Tekanan pengembangan Tekanan pengembangan adalah besarnya tekanan yang diperlukan untuk menahan pemuaian tanah karena pengaruh air, atau tekanan yang diperlukan untuk memampatkan tanah yang memuai akibat kenaikan kadar air hingga kembali pada kondisi semula. Nayak (1980) dalam Fathani dan Adi (1999), mendefinisikan tekanan pengembangan sebagai tekanan vertikal yang diperlukan bekerja pada sampel yang dibatasi secara lateral, agar tinggi sampel setelah menyerap air tetap sama seperti kondisi awalnya. Tekanan pengembangan tanah dipengaruhi juga oleh tingkat kandungan air dan kepadatan tanah. Makin meningkat kepadatan tanah, akan meningkat pula tekanan pengembangannya. Tetapi pada kondisi kadar air meningkat, tekanan pengembangan menurun.
Klasifikasi Tanah Klasifikasi tanah adalah sistem pengaturan tanah-tanah ke dalam kelompok ataupun subkelompok yang menunjukkan sifat atau kelakuan yang sama. Secara umum tanah diklasifikasikan sebagai tanah tidak kohesif dan tanah kohesif atau sebagai tanah berbutir kasar dan tanah berbutir halus. Sistem klasifikasi yang banyak digunakan dalam geoteknik adalah Unified Soil Clasification System (USCS) dan American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO).
Potensi pengembangan( swelling potensial) Seed, Woodward dan Lundgren (1962) dalam Hardiyatmo (2002) mendefinisikan potensi pengembangan adalah persentase pengembangan di bawah tekanan 6,9 kPa, pada contoh tanah yang dibebani secara terkekang arah lateral, dan dipadatkan pada kadar air optimum sehingga mencapai berat volume kering maksimumnya menurut standar AASHTO. 2. METODOLOGI Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Institut Teknologi Padang. Tanah lempung diambil sekitar Jalan By Pass KM 17-18 dengan kedalaman 1 m dari muka tanah, garam yang digunakan adalah garam dapur beryodium merk”Octopuss”. Persentase penambahan garam dapur adalah 0%, 10%, 30% dan 50% dari berat kering tanah dengan kondisi tanah terganggu, masa perawatan 3 hari, peralatan yang digunakan diantaranya satu set saringan standar dan hidrometer, satu set alat ukur gravitas khusus, alat uji batas konsistensi, alat pemadatan standar, satu set alat uji pengembanganan (swelling) dengan alat oedometer, alat-alat bantu yang terdiri dari oven, timbangan dengan ketelitian 0,01, stop watch, thermometer. Prosedur pengujian dapat dilihat pada bagan alir penelitian (Gambar 2.1).
Sifat –sifat Fisis Tanah. Sifat fisis tanah digambarkan dengan pengujian batas-batas konsistensi (batas-batas Atterberg), gravitas kihusus (specific gravity), kadar air (water content), dan uji distribusi ukuran butiran tanah (grain size analysis), Sifat-sifat Mekanis Tanah a. Pemadatan (Compaction) Pemadatan adalah usaha untuk mempertinggi kerapatan tanah. Pemadatan dilakukan dengan prosedur dinamik dilaboratorium. Tingkat kepadatan tanah diukur dari berat volume kering tanah yang dipadatkan (γd). Kadar air pada saat nilai berat volume kering mencapai maksimum disebut kadar air optimum (Wopt).
14
Vol.17 No.1. Februari 2015
Jurnal Momentum
ISSN : 1693-752X
Gambar 2.1. Bagan Alir Penelitian
3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1 Hasil Penelitian 3.1.1 Penelitian Pendahuluan Hasil uji pendahuluan berupa hasil uji sifat fisis dan sifat mekanis tanah asli dan garam dapur dapat dilihat pada (Tabel 3.1) dan (Tabel 3.2).
5 6 7 8 9 10 12 13 14
Tabel 3.1 Hasil Uji Sifat Fisis dan Sifat MekanisTanah Asli. No. Data Pengamatan Hasil 1 Kadar Air Lapangan 64,33 % 2 Kadar Air Kering Udara 4,88 % 3 Gravitas Khusus 2,66 4 Batas Cair (LL) 65,66 %
Batas Plastis (PL) Batas Susut (SL) Indeks Plastisitas (PI) Tertahan Saringan no. 200 Lolos Sar. no. 200 MDD (d maks) OMC (Wopt) Pengembangan Tekanan Pengembangan
37,66 % 13,53 % 28 % 4,66 % 95,34% 1,39 gr/cm3 25 % 0,74 % 200 kPa
Tabel 3.2. Hasil Uji Sifat Fisis Garam Dapur No. Data Pengamatan Hasil 1 Gravitas Khusus 2,63
15
Vol.17 No.1. Februari 2015
Jurnal Momentum
3 3.1.2 Penelitian Pokok Hasil uji pokok terdiri dari uji sifat fisis tanah dengan campuran berbagai variasi garam dapur dapat dilihat pada (Tabel 3.3), (Tabel 3.4) dan (Tabel 3.5).
ISSN : 1693-752X
Lempung + 50 % Garam
2,66
Tabel 3.4 Fraksi Tertahan Sar. no. 200 (%). Tertahan No. Variasi Campuran Sar. no. 200 (%) 1 Lempung + 10% Garam 7,40 2 Lempung + 30% Garam 7,85 3 Lempung + 50 % Garam 9,70
Tabel 3.3 Nilai Gravitasi Khusus (Gs) Tanah denganVariasi Garam Dapur No. Variasi Campuran Nilai Gs 1 Lempung + 10% Garam 2,66 2 Lempung + 30% Garam 2,66
Tabel 3. 5 Nilai-nilai Batas-batas Konsistensi Tanah dengan Berbagai Variasi Garam Dapur Batas Batas Batas Indeks Cair Plastis (PL) Susut Plastisitas No. Variasi Campuran (LL) (%) (SL) (PI) ( % ) (%) (%) 1 Lempung + 10% Garam 51,44 23,66 14,84 27,78 2 Lempung + 30% Garam 45,05 23,33 19,65 24,52 3 Lempung + 50 % Garam 43,86 20,94 20,12 22,92 Dan uji sifat mekanis tanah dengan beberapa variasi Garam Dapur (Tabel 3.6), (Tabel 3.7) Tabel 3.6 Hasil Uji Pemadatan Tanah dengan Berbagai Variasi Garam Dapur Kadar Air Berat Volume Optimum Kering Maksimum No. Variasi Campuran (OMC) (MDD) (%) ( gr/cm3 ) 1 Lempung + 10% Garam 25 1,45 2 Lempung + 30% Garam 24 1,52 3 Lempung + 50 % Garam 22 1,57 Tabel 3.7 Nilai Pengembangan dan Tekanan Pengembangan denganVariasi Garam Dapur Tekanan Pengembangan Pengembangan No. Variasi Campuran (%) ( kPa) 1 Lempung + 10% Garam 0,35 200 2 Lempung + 30% Garam 0,00 7 3 Lempung + 50 % Garam 0,00 7 cair (LL = 65,66%) > 41%, indeks plastis (PI = 28%) > 11%, dan batas plastis (PL = 37,66%) > 30%, dengan indeks kelompok 34.
3.2 Pembahasan 3.2.1 Tanah Asli Butiran yang lolos saringan no 200 adalah 95,34% > 50%, tanah termasuk berbutir halus, dihubungkan dengan nilai batas cair (LL = 65,66%) dan indeks plastisitas (PI = 28%), maka tanah termasuk dalam kelompok MH (USCS) atau Lanau Anorganik Dengan Plastisitas Tinggi, sedangkan menurut AASHTO tanah masuk dalam kelompok A-7-5 (34), karena lolos saringan no 200 adalah 95,34% > 35%, batas
3.2.2
Karakteristik Tanah Lempung dengan Campuran Berbagai Variasi Persentase Garam Dapur a. Specific Gravity (Gravitas khusus) Hasil uji gravitas khusus (Gs), menunjukan nilai ini cenderung konstan dengan
16
Vol.17 No.1. Februari 2015
bertambahnya persentase garam Gambar 3.1 )
Jurnal Momentum
pada tanah (
ISSN : 1693-752X
Gambar 3.2 Grafik Pengaruh Variasi Persentase Garam terhadap Nilai – nilai Batas Konsistensi Tanah. Menurunnya nilai batas cair (LL) disebabkan karena kandungan ion pada garam menghalangi ikatan antar partikel tanah lewat air lapisan ganda maupun air serapan, akibatnya partikel tanah lebih mudah terlepas dari ikatannya, sedangkan penurunan pada nilai batas plastis (PL) tanah karena garam dapat menambah gaya kohesi antar partikel sehingga ikatan partikel menjadi lebih rapat (Bowles, 1984). Jika dibandingkan penurunan dari kedua nilai batas konsistensi ini, nilai batas cair (LL) mengalami penurunan yang lebih besar akibatnya nilai indeks plastisitas (PI) mengalami penurunan juga. Turunnya nilai indeks plastis (PI) akan menurunkan derajat pengembangan atau potensi pengembangan, ini mengindikasikan meningkatnya nilai batas susut (SL) tanah (Altemeyer,1955 dalam Chen, 1975).
Gambar 3.1 Pengaruh Variasi Persentase Garam terhadap Nilai Gravitas Khusus (Gs) Hal ini disebabkan karena nilai gravitas khusus garam hampir sama dengan nilai gravitas khusus tanah asli. b. Atterberg Limit (Batas-batas Konsistensi) Uji batas konsistensi tanah dengan campuran berbagai variasi garam mengindikasikan semakin meningkat persentase garam pada tanah, menurunkan nilai batas cair (LL), batas plastis (PL) dan nilai indeks plastis (PI), serta meningkatkan nilai batas susut (SL) tanah (Gambar 3.2). Pada persentase 50% garam, terjadi penurunan nilai LL sebesar 21,08% atau 33,20% dari nilai LL tanah asli, nilai PL berkurang sebesar 16,72% atau 44,40% dari nilai PL tanah asli, Nilai PI menurun sebesar 5,08% atau 18,14% dari nilai PI tanah asli, sedangkan nilai SL meningkat sebesar 6,59%, atau 48,71% dari harga SL tanah asli
c. Grain Size Analysis (Gradasi Ukuran Butiran) Meningkatnya persentase garam pada campuran pada tanah dengan masa perawatan 3 hari, meningkatkan fraksi butiran tertahan saringan no.200 (Gambar 3.3)
Gambar 3.3 Grafik Pengaruh Variasi Persentase Garam terhadap Fraksi tertahan saringan no. 200. Pada saat persentase garam 50% dalam tanah, fraksi tertahan saringan no. 200 adalah 9,70%; terjadi peningkatan sebesar 5,04%; atau 108,15% dari persentase butiran tertahan saringan no. 200 tanah asli. Hal ini menggambarkan adanya peningkatan ikatan partikel antar butiran tanah seiring dengan meningkatnya posentase garam dalam tanah.
17
Vol.17 No.1. Februari 2015
Jurnal Momentum
ISSN : 1693-752X
dalam tanah menyebabkan tanah lebih mudah penanganannya, dan air lebih cepat meninggalkan rongga pori dan digantikan oleh butiran padat saat proses pemadatan, akibatnya butiran makin merapat. Keluarnya sebahagian air pori saat proses pemadatan mengindikasikanterjadinya penurunan kadar air optimum (OMC) tanah. Kadar air optimum (OMC) saat prosentase garam 50% adalah 22% terjadi penurunan sebesar 3% atau 12% dari kadar air optimum (OMC) tanah asli.
d. Compaction (Pemadatan) Karakteristik pemadatan tanah adalah berat volume kering maksimum (MDD) dan kadar air optimum (OMC). Hasil uji menunjukan, meningkatnya persentase garam memperlihatkan kecenderungan meningkatnya nilai MDD tanah (Gambar 3.4). dan menurunkan nilai OMC tanah (Gambar 3.5).
e. Swelling (Pengembangan) Uji pengembangan di bawah tekanan 6,9 kPa terhadap tanah dengan variasi prosentase garam yang dipadatkan dengan kadar air optimum, perawatan 3 hari, mengindikasikan terjadi penurunan nilai persen pengembangan dan tekanan pengembangan, (Gambar 3.6) dan (Gambar 3.7). Pada kurva terlihat saat persentase garam 30% dalam campuran tanah, nilai persen pengembangan sudah mencapai nol atau terjadi penurunan sebesar 100% jika dibandingkan dengan nilai persen pengembangan tanah asli, dan nilai tekanan pengembangan 7 kPa, terjadi penurunan sebesar 193 kPa atau 96,50% dari nilai tekanan pengembangan tanah asli.
Gambar 3.4 Grafik Pengaruh Variasi Persentase Garam terhadap Nilai Berat Volume Kering Maks. (MDD) Tanah
Gambar 3.6 Grafik Pengaruh Variasi Garam terhadap Nilai Pengembangan
Gambar 3.5 Grafik Pengaruh Variasi Persentase Garam terhadap Nilai Kadar Air Optimum (OMC) Tanah Pada persentase 50% garam dalam tanah, nilai MDD adalah 1,57 gr/cm3, terjadi peningkatan sebesar 0,18 gr/cm3, atau 12,95% dari MDD tanah asli. Peningkatan nilai MDD ini dikarenakan keberadaan garam dalam tanah dapat mempermudah memadatkan tanah (Ingles dan Metcalf, 1972), nilai batas cair (LL) yang turun seiring meningkatnya prosentase garam
18
Vol.17 No.1. Februari 2015
Jurnal Momentum
ISSN : 1693-752X
menunjukan tanah sudah mencapai kestabilan (pengembangan = 0), tetapi campuran tanah + 50% menghasilkan kepadatan yang lebih baik. 4.2. Saran 1. Untuk melihat sejauh mana efektifitas garam dalam menstabilisasi tanah lempung, sebaiknya sampel tanah lempung yang diambil adalah yang mempunyai pengembangan dan tekanan yang tinggi. 2. Perlu juga diadakan penelitian untuk melihat pengaruh garam terhadap parameter geser, dan nilai CBR tanah lempung
Gambar 3.7 Grafik Pengaruh Variasi Persentase Garam terhadap Nilai Tekanan Pengembangan 4. KESIMPULAN DAN SARAN. 4.1. Kesimpulan Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Tanah lempung dari By Pass Padang yang diambil sebagai sampel masuk dalam kelompok tanah MH (USCS) atau Lanau Anorganik dengan Plastisitas Tinggi, dan kelompok A-7-5 (34) (AASHTO), yaitu jenis tanah yang tidak baik dijadikan sebagai tanah dasar (subgrade) jalan raya. 2. Hasil uji menunjukan nilai gravitas khusus (Gs) cenderung konstan, nilai-nilai batas cair (LL), nilai batas plastis (PL), nilai indeks plastisitas (PI), kadar air optimum (OMC), pengembangan dan tekanan pengembangan menurun, sedangkan nilai-nilai batas susut (SL), % butiran tertahan saringan nomor 200, kepadatan tanah (MDD) meningkat seiring dengan bertambahnya prosentase garam dalam tanah. 3. Besarnya penurunan dari nilai-nilai tersebut adalah ; batas cair (LL) 33,20%, batas plastis (PL) 44,40%, indeks plastis (PI) 18,14%, kadar air optimum (OMC) 12,00%, pengembangan 100%, tekanan pengembangan 96,50% jika dibandingkan dengan tanah asli, pada kondisi 50% garam dalam campuran tanah. 4. Nilai-nilai yang mengalami peningkatan diantaranya batas susut (SL) 48,71%, fraksi tertahan saringan nomor 200, 108,15% kepadatan maksimum (MDD) 12,95%, dari tanah asli, pada kondisi 50% garam dalam campuran tanah 5. Komposisi yang terbaik adalah tanah + 50% garam, walaupun pada tanah + 30% garam
DAFTAR PUSTAKA Aschuri, I. 2013, “Perbaikan Tanah Ekspansif Dengan Menggunakan Garam Anorganik (Studi Kasus Tanah Cikampek)” , lib.itenas.ac.id Anonim, 1992, Annual Book of ASTM Standarts, Section 4, Volume 04 08, Philadelphia,USA Bowles, J.E, 1986, Sifat-sifat Fisis dan Geoteknik Tanah, Edisi Kedua, Penerbit Erlangga, Jakarta Chen, F.H, 1975, Foundation on Expansive Soil, Elsevier Science Publishing Company, New York Damoerin, D dan Virisdiyanto, 1999, “Stabilisasi Tanah Lempung Ekpansif dan Pasir dengan Penambahan Semen atau Kapur untuk Lapisan Badan Jalan”, Prosiding Seminar Nasional Geoteknik ’99, hal 1-10 Das,
B.M, 1998,”Mekanika Tanah (Prinsipprinsip Rekayasa Geoteknik)”, Penerbit Erlangga, Jakarta.
Fathani,
19
T.F., dan Adi, A.D., 1999, “Perbaikan Sifat Lempung Ekspansif dengan Penambahan Kapur”, Prosiding Seminar Nasional Geoteknik’99’ hal.97105.
Vol.17 No.1. Februari 2015
Jurnal Momentum
ISSN : 1693-752X
Garam Dapur”, Skripsi S-1 Taknik Sipil Universitas Mulawarman SamarindaKalTim.
Hardiyatmo, H.C, 2002, Mekanika Tanah I dan II, Gadjah Mada University Press, Yogyakarta O.G dan Metcalf, J.B, 1972, “Soil Stabilitzation Principles and Practice”, Butterworths Pty. Limited, Melbourne.
Subiyantoro. S, 2001, “Mengenal Lebih Jauh Tentang Garam”, BPPP Banyuwangi, JaTim
Mitchell, J.K, 1992, Fundamentals of Soil Behavior, Second Edition, John Wiley & Sons Inc, New York
Sudjianto AT. 2007, “Stabilisasi Tanah Lempung Ekspansif Dengan Garam Dapur (NaCl)” Jurnal Teknik Sipil Vol. 8 No.1 Oktober 2007 hal 53 - 63
Ingles,
Ramadhan, R ; Setyawan M, 2013, “Stabilisasi Tanah Lempung Ekspansif Dengan
20
