26 Okt 2013 ... Limbah kalsium karbit (calcium carbide residue/CCR) dan abu sekam ... Kata
Kunci: stabilisasi tanah, limbah kalsium karbit, abu sekam padi, ...
Geoteknik
KUAT GESER DAN KUAT TARIK BELAH TANAH LEMPUNG YANG DISTABILISASI DENGAN LIMBAH KARBIT DAN ABU SEKAM PADI (084G) Willis Diana Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Yogyakarta Email:
[email protected]
ABSTRAK Limbah kalsium karbit (calcium carbide residue/CCR) dan abu sekam padi (Rice Hush Ash/RHA) sangat potensial digunakan sebagai bahan penstabilisasi karena menggandung unsur kalsium (Ca(OH)2) dan silika (SiO2), reaksi pozolanik keduanya akan menghasilkan material sementasi, sehingga dapat menggantikan portland semen sebagai bahan penstabilisasi. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh penambahan limbah kalsium karbit dan abu sekam padi terhadap parameter kuat geser dan kuat tarik belah tanah. Persentase bahan penstabilisasi (limbah kapur karbit) yang diperlukan ditentukan dengan metode CCR fixation point dari pengujian indeks (uji plastisitas). Hasil pengujian CCR fixation point didapatkan persentase limbah kalsium karbit yang diperlukan 8% dari berat tanah. Perbandingan CCR:RHA yang digunakan adalah 30%CCR:70%RHA, 50% CCR:50%RHA dan 70%CCR;30%RHA. Tanah yang distabilisasi dengan semen digunakan sebagai benda uji kontrol. Untuk memperoleh parameter kuat geser dilakukan pengujian triaksial unconsolidated undrained (UU), sedangkan untuk kuat tarik belah dilakukan tensile splitting test (brazilian test). Hasil Pengujian triaksial didapatkan bahwa tegangan deviatorik tertinggi dicapai pada campuran 50%CCR:50%RHA, yaitu sebesar 62,4 kg/cm2; 70,5 kg/cm2; 86,5 kg/cm2; 100,4 kg/cm2; masing-masing untuk tekanan sel 1 kg/cm2; 2 kg/cm2; 3 kg/cm2; 4 kg/cm2. Parameter kuat geser yang dihasilkan pada campuran 50% CCR:50%RHA adalah kohesi (c) 4,42 kg/cm2 dan sudut gesek internal (Ø) 45,64o. Kuat tarik belah optimal diperoleh pada komposisi campuran 50%CCR : 50%RHA, yaitu sebesar 153,50 kPa. Kuat tarik belah tanah yang distabilisasi dengan 50%CCR: 50%RHA, dua kali lebih besar dibandingkan kuat tarik belah tanah tanpa stabilisasi dan lebih tinggi 84% dibandingkan tanah yang distabilisasi dengan semen. Kata Kunci: stabilisasi tanah, limbah kalsium karbit, abu sekam padi, kuat geser, kuat tarik belah
1. PENDAHULUAN Stabilisasi adalah pencampuran tanah dengan bahan tertentu, guna memperbaiki sifat-sifat teknis tanah, atau dapat pula berarti usaha untuk merubah atau memperbaiki sifat-sifat teknis tanah tertentu agar memenuhi syarat teknis tertentu (Hardiyatmo, 2010). Bahan tambah (additives) untuk stabilisasi adalah bahan yang bila ditambahkan kedalam tanah dengan perbandingan yang tepat akan memperbaiki sifat-sifat teknis tanah, seperti kekuatan, tekstur, workability dan plastisitas. Bahan tambah yang biasa digunakan untuk perbaikan tambah antara lain, semen, kapur, abu terbang, abu sekam padi, atau campuran antara dua atau tiga bahan tambah tsb. Faktor-faktor yang mempengaruhi pemilihan bahan tambah antara lain; jenis tanah, jenis struktur yang distabilisasi, kekuatan yang akan diperoleh, pertimbangan lingkungan dan ekonomi. Maksud penelitian ini adalah untuk mengkaji pemanfaatan bahan limbah (limbah kapur karbit dan limbah pertanian (abu sekam padi)) sebagai bahan pengganti semen dalam proses stabilisasi tanah. Tinjauan dilakukan untuk mengetahui kekuatan geser tanah dengan melakukan pengujian triaksial unconsolidated undrained (UU) dan uji tarik belah.
2. TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI Limbah kapur (calsium carbide residu/CCR) adalah bahan sisa dari industri pengolahan gas asitilena (acetylene). Kalsium karbit (CaC2) diperoleh dari reaksi kimia antara kapur dari proses pembakaran batu kapur dan arang batu. Limbah kapur karbit CCR (Ca(OH)2) diperoleh dari reaksi CaC2 dan air (H2O) untuk membentuk gas asitilena (C2H2), reaksi pembentuk CCR sebagai berikut (Jaturapitakkul dan Roongreung; 2003, Makaratat, dkk, 2010: Somna, dkk, 2011; Kampala dan Horpibulsuk, 2013; Horpibulsuk, dkk, 2012) CaC2+H2O→C2H2 + Ca(OH)2......................................................................................................................................(1)
Konferensi Nasional Teknik Sipil 7 (KoNTekS 7) Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013
G - 69
Geoteknik
Abu sekam padi (rice husk ash/RHA) adalah sisa pembakaran sekam padi yang diperoleh dari hasil penggilingan padi. RHA mengandung Si02 dalam jumlah yang besar dan kebanyakan dalam bentuk amrphous sehingga digolongkan sebagai material pozolan. Material pozalan adalah material yang mengandung silika atau mengandung silika dan alumina. Secara umum pozolan hanya memiliki sedikit atau tidak mempunyai sifat sementasi, tetapi jika material pozalan berukuran sangat halus dan adanya air, dapat bereaksi dengan Ca(OH) 2 pada suhu ruangan untuk membentuk sifat seperti semen (sementasi) (Jaturapitakkul dan Roongreung; 2003).. Reaksi kapur karbit, tanah dan bahan abu sekam akan menghasilkan calsium silicate hydrate (CSH), dan calsium aluminate hydrate (CAH), CSH dan CAH adalah material sementasi dan yang berkontribusi meningkatkan kekuatan. Jaturapitakkul dan Roongreung; 2003, menggunakan campuran limbah kapur karbit dan abu sekam padi sebagai pengganti semen pada mortar, rasio CCR:RHA yang menghasilkan kuat tekan tertinggi adalah 50%CCR:50RHA yaitu sebesar 15,6 Mpa dengan waktu perawatan 28 hari, dan 19,1 Mpa dengan waktu perawatan 180 hari. Berdasarkan hasil penelitian, material sementasi CCR dan RHA sangat potensial digunakan untuk pembuatan beton yang tidak memerlukan kuat tekan tinggi. Somna, dkk, 2011 meneliti struktur mikro dari CCR dan Ground Fly Ash (GFA) dengan menggunakan teknik scaning electron microscopy (SEM), X-Ray diffractrometry (XRD) dan Fourier transform infrared (FTIR). Hasil SEM dan XRD dari pasta CCR-GFA dihasilkan calsium silicate hydrate (CSH) dalam bentuk Ca5(SiO4)2(OH)2. Komponen baru ini juga ditemukan dengan analisis FTIR. CSH yang dihasilkan diperoleh dari reaksi SiO2 dari GFA dan Ca(OH)2 dari CCR. Reaksi kimianya serupa dengan reaksi pozolanik. Adanya unsur CSH meningkatkan kekuatan tekan pasta. Kekuatan tekan semua sampel meningkat dengan bertambahnya waktu perawatan dan hampir konstan pada umur 42 hari. Makaratat, dkk, 2010 mengunakan limbah kapur karbit (CCR) dan Fly Ash (FA) sebagai bahan ikat pada beton dan meneliti pengaruhnya terhadap sifat mekanik beton. Rasio berat CCR:original fly ash (OF) atau ground fly ash (GF) yang digunakan sebagai bahan ikat pengganti semen adalah 30:70. Hasil penelitian menunjukan, tanpa menggunakan semen, bahan ikat baru (campuran CCR dan OF atau GF) menghasilkan kuat tekan 28,4 dan 33,5 Mpa pada umur 28 dan 90 hari. Beton dengan menggunakan bahan ikat CCR-OF atau CCR-GF memiliki waktu ikat awal (initial setting time) dan final setting time yang lebih lama dibandingkan dengan beton normal. Campuran limbah kalsium karbit (CCR) dan fly ash dapat digunakan sebagai bahan ikat baru untuk beton, mengurangi penggunaan produk semen portland dan mengurangi limbah kapur karbit. Horpibulsuk, dkk, 2012 menyelidiki kemungkinan penggunaan campuran CCR dan FA untuk memperbaiki kekuatan dari tanah lempung berlanau. Pengujian struktur mikro mineral menggunakan pengujian SEM dan pengujian kekuatan menggunakan uji tekan bebas. Hasil pengujian menunjukan penambahan CCR menurunkan specific gravity, plastisitas, berat volume kering maksimum dan kadar air optimum pada pengujian pemadatan. Untuk berbagai rasio CCR:FA, kekuatan maksimum diperoleh pada saat kadar air optimum. Perubahan kekuatan dibedakan menjadi tiga zona, yaitu zona aktif, inert dan detoerioration. Pada zona aktif, kekuatan meningkat dengan meningkatnya kandungan CCR untuk semua rasio CCR:FA. Penambahan FA (sebagai pengganti CCR) tidak meningkatkan kekuatan secara signifikan sebab penambahan Ca(OH)2 digunakan oleh material pozalan alami tanah untuk membentuk reaksi pozolanik. Zona aktif dapat ditentukan dengan metode CCR fixation point yang dapat diperoleh dengan pengujian indeks sederhana (pengujian indeks plastisitas). Pada penelitian ini digunakan kadar CCR 7%. FA sebagai pengganti CCR efektif pada kandungan CCR lebih besar dari kandungan CCR zona aktif, ketika material pozolan alami tidak mencukupi untuk bereaksi dengan Ca (OH)2. Kampala dan Harpibulsuk, 2013 meneliti sifat teknik dari lempung berlanau yang distabilisasi dengan limbah kapur karbit (CCR). Kadar CCR yang diperlukan untuk stabilisasi ditentukan dengan CCR fixation point. CCR fixation point menunjukan kapasitas lempung untuk menyerap ion Ca 2+ dan bereaksi dengan Ca(OH)2. Kadar air optimum digunakan untuk membuat campuran lempung berlanau dan CCR. Kadar air yang lebih kecil dari kadar air optimum tidak mencukupi untuk terjadinya reaksi pozolanik. Tanah yang distabilisasi dengan CCR memiliki kekuatan yang lebih besar dibandingkan dengan yang distabilisasi dengan kapur. Hal ini disebabkan karena CCR mengandung material pozolanik (SiO2, Al2O3, dan Fe2O3) sekitar 12,3%. Penggunaan CCR sebagai bahan tambah stabilisasi juga lebih baik ditinjau dari segi teknik, ekonomi, dan lingkungan.
3. METODE PENELITIAN Bahan Penelitian Tanah yang digunakan berasal dari kasihan, Bantul, Daerah Istimewa Yogyakarta. Menurut sistem klasifikasi USCS termasuk tanah lempung plastisitas tinggi dengan simbol CH, dengan indeks plastisitas
Konferensi Nasional Teknik Sipil 7 (KoNTekS 7)
G - 70
Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013
Geoteknik
32,8%. Pengujian standard proctor didapatkan berat unit kering maksimum (maximum dry density MDD) 13,1 kN/m3 dan kadar air optimum (optimum moisture content OMC) 23,8%. Sifat Geoteknik tanah seperti Tabel 1.
Tabel 1. Sifat-sifat geoteknik tanah Parameter Berat Jenis Gs Ukuran butir tanah Pasir (19,05mm-75μm) Lanau (75-2μm) Lempung(,8,3 >,8,3 & &
>,8,3=0708 >,8,3 & &
>,8,3 & &
Gambar 3. Selubung keruntuhan dalam koordinat p-q Hasil Pengujian Tarik Belah Hasil pengujian tarik belah disajikan dalam Tabel 5. Rasio campuran yang menghasilkan kuat tarik belah tertinggi adalah 50%CCR:50%RHA, dengan nilai kuat tarik belah yang lebih besar dari pada kuat tarik belah tanah yang distabilisasi dengan semen. Peningkatan kuat tarik belah tanah yang distabilisasi dengan 50%CCR:50%RHA 2 kali lebih besar daripada tanah tanpa stabilisasi dan 84% lebih besar daripada tanah yang distabilisasi dengan semen. Pada campuran 70%CCR;30%RHA kuat tarik belah tanah yang distabilisasi dengan CCR-RHA lebih rendah daripada tanah-semen. Tabel 5. Hasil pengujian tarik belah Benda uji
Kuat tarik belah , (kPa)
Tanah asli Tanah + semen Tanah +(30CCR:70RHA) Tanah +(50CCR:50RHA) Tanah +(70CCR:30RHA)
41,21 68,17 72,51 153,50 46,33
Peningkatan dibanding tanah asli (%) 65% 76% 204% 12%
Peningkatan dibanding dengan semen (%) 6% 84% -32%
Dari hasil pengujian kuat geser dengan traksial UU maupun kuat tarik belah, terlihat kecenderungan yang sama, yaitu rasio CCR:RHA yang menghasilkan kekuatan maksimum diperoleh pada 50%CCR :50%RHA, kemudian campuran 30%CCR: 70%RHA.
KESIMPULAN a.
b.
Limbah kapur karbit (CCR) dan Abu sekam padi (RHA) dapat digunakan sebagai pengganti semen untuk bahan stabilisasi tanah, tanah yang distabilisasi dengan CCR dan RHA memiliki parameter kuat geser tanah yang hampir sama dengan tanah yang distabilisasi dengan semen, Rasio CCR:RHA yang menghasilkan parameter kuat geser tertinggi dari pengujian triaksial adalah 50%CCR:50%RHA, dengan nilai kohesi (c)=4,42 kg/cm2 dan sudut gesek internal =45,64o,
Konferensi Nasional Teknik Sipil 7 (KoNTekS 7)
G - 74
Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013
Geoteknik
c.
Dari hasil pengujian tarik belah diperoleh nilai kuat tarik belah maksimum 153,50 kPa untuk rasio campuran 50%CCR;50%RHA, lebih besar 2 kali lipat dibanding tanah tanpa stabilisasi, dan 84% lebih besar daripada stabilisasi tanah-semen.
UCAPAN TERIMA KASIH Penelitian ini didanai oleh Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi, Kementrian Pendidikan dan Kebudayaan Republik Indonesia, melalui skim Penelitian Hibah Bersaing tahun 2012. Terima kasih disampaikan kepada Direktorat Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat (Ditlitabmas) atas pendanaan penelitian ini. Ucapan terima kasih juga ditujukan kepada Dr. Agus S.M, ST.,M.Eng, atas saran dan bantuannya, asisten peneliti Nur Jihad, dan Yeti Aisiyati, yang telah membantu dalam pengujian di laboratorium.
DAFTAR PUSTAKA ASTM International, 2003, Standard Test Method for Splitting Tensile Strength of Cylindrical Concrete Specimens, C496-96, Pensylvania, USA. Hardiyatmo, H.C., (2010). Stabilisasi Tanah Untuk Perkerasan Jalan. Gadjah Mada university Press, Yogyakarta. Horpibulsuk, S., Phetchuay, C., Chinkulkijniwat, A., (2012). “Soil Stabilization by Calsium Carbide Residu and Fly Ash”. Journal of materials in Civil Engineering @ASCE, Vol.24 No.2., 184-193. Jaturapitakkul, C., Roongreung, B., (2003).” Cementing Material from Calsium Carbide Residu-Rice Husk Ash”. Journal of materials in Civil Engineering @ASCE, Vol.15 No.5., 470-475. Kampala, A., Horpibulsuk, S., (2013).” Engineering Properties of Silty Clay Stabilized with Calcium Carbide Residue”. Journal of materials in Civil Engineering @ASCE, Vol.25 No.5., 632-644. Makaratat, N., Jaturapitakkul, C., Laosamathikul, T., (2010).,”Effect of Calsium Carbide Residue-Fly ash Binder on Mechanical Properties of Concrete”. Journal of materials in Civil Engineering @ASCE, Vol.22 No.11., 11641170. Somna, K., Jaturapitakkul, C., Kajivichyanukul, P., (2011)., “Microstructure of Calsium Carbide Residue-Ground Fly Ash Paste”., Journal of materials in Civil Engineering @ASCE, Vol.23 No.3., 298-304.
Konferensi Nasional Teknik Sipil 7 (KoNTekS 7) Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013
G - 75
