1. Pendahuluan
Permasalahan limbah akhir-akhir ini menjadi permasalahan yang perlu segera diselesaikan. Salah satu solusi dalam menangani masalah limbah adalah dengan menggunakannya sebagai bahan struktur yang saat ini masih minim. Hal ini memerlukan penelitian pendukung. Salah satu tujuan dari penelitian ini adalah meningkatkan nilai tambah bahan limbah dari pembuatan gas asetilen dan limbah plastik bekas kemasan air mineral dengan jenis polypropylene (PP) sebagai bahan stabilisasi tanah lempung.
Tanah lempung mempunyai ukuran partikel kurang dari 0.002mm pada beberapa kasus kurang dari 0.005mm (ASTM D 653) dan sangat dipengaruhi oleh kadar air yang dikandungnya serta memiliki sifat yang cukup kompleks (Das, 1993) hal ini tidak menguntungkan bagi struktur. Oleh karena itu sebelum didirikan struktur di atasnya memerlukan treatment agar memenuhi syarat-syarat teknis tertentu yang diperlukan. Treatment terhadap tanah lempung biasa dilakukan dengan metode stabilisasi. Menurut Ingles dan Metcalf (1972) stabilisasi dapat dilakukan secara kimia dan mekanis.
Stabilisasi secara kimia dilakukan dengan mencampur tanah dengan bahan tertentu sehingga terjadi reaksi kimia yang dapat mengikat mineral lempung dan menjadi padat serta mengurangi sifat kembang susut tanah lempung (Ingles dan Metcalf, 1972). Stabilisasi mekanis dapat dilakukan dengan menambahkan material yang mempunyai kuat tarik yang signifikan sehingga secara keseluruhan menjadi material yang meningkat kekuatannya. Pada penelitian ini stabilisasi tanah lempung dilakukan dengan kombinasi dua metode yaitu secara kimia dengan mencampurkan tanah lempung dengan trass dan limbah asetilen, secara mekanis dengan menambahkan serat limbah plastik.
Material yang digunakan sebagai bahan stabilisasi secara kimia merupakan material yang dapat menghasilkan reaksi pozzolanic jika dicampur dengan tanah lempung, umumnya menggunakan kapur, semen, trass, abu sekam padi, fly ash dan lain-lain. Menurut penelitian yang telah dilakukan oleh Muntohar (2005), Maizir (2006), Wiqoyah (2007), Risman (2008), Andriani dkk. (2012) dan Gharib dkk. (2012), stabilisasi kimia dengan menggunakan berbagai material pozzolan mampu meningkatkan sifat fisik dan mekanik tanah lempung.
Penelitian yang dilakukan oleh Ziegler dkk., (1998), Puppala dan Musenda (2000), Abdi dkk., (2008), Jadhao dan Nagarnaik (2008), Freilich dan Zornberg (2010), Pashazadeh dkk.(2011), Choura dkk. (2011), Nadeesha dkk. (2011), Sabat (2012) menggunakan serat sintetis jenis polypropylene (PP) untuk stabilisasi secara mekanis pada berbagai jenis tanah baik
dicampur dengan bahan yang lain maupun tidak telah mampu meningkatkan sifat teknis tanah uji.
Kuat dukung subgrade jalan dapat ditentukan dari hasil uji California Bearing Ratio (CBR). Dutta dan Sarda (2007); Choudhary dkk (2010) berdasarkan hasil penelitiannya menyatakan dengan penambahan serat pada tanah secara acak dapat meningkatkan nilai CBR. Pada penelitian ini akan dikaji hasil uji CBR untuk menentukan prosentase dan panjang serat optimum yang akan digunakan sebagai bahan stabilisasi campuran tanah lempung, trass dan limbah asetilen.
2. Metode Penelitian
2.1 Bahan
2.1.1 Tanah lempung
Tanah lempung dari desa Tanak Awu, Pujut, Lombok Tengah, Nusa Tenggara Barat. Tanah diambil sekitar 1m sampai dengan 2m dari permukaan tanah. Sampel tanah terlihat pada Gambar 1. Secara visual sampel tanah lempung memiliki warna hitam keabuan, pada kondisi kering tanah berbongkah-bongkah dan keras sedangkan pada kondisi basah tanah licin dan liat (plastis).
2.1.2 Trass
Trass dari salah satu daerah penambangan trass di desa Punikan, Lingsar, Lombok Barat, Nusa Tenggara Barat seperti terlihat pada Gambar 2. Pada penelitian ini digunakan trass lolos saringan no.40.
Gambar 1. Tanah lempung
Gambar 2. Pengambilan trass
2.1.3 Limbah asetilen
Limbah asetilen diambil dari daerah Getap, Mataram, Nusa Tenggara Barat. Limbah ini hasil sampingan dari pembuatan gas asetilen untuk pengelasan. Pada penelitian ini digunakan limbah asetilen lolos saringan no.40.
2.1.4 Serat plastik
Serat plastik dibuat dari bekas kemasan air mineral dengan jenis polypropylene (PP), dipotong-potong dengan variasi ukuran panjang 5mm, 10mm, 15mm, 20mm, 25mm serta lebar 5mm seperti terlihat pada Gambar 3.
2.2 Pengujian pendahuluan
Pengujian pendahuluan meliputi : uji kadar air, uji berat jenis, uji batas konsistensi, uji distribusi ukuran butiran, pemadatan standard Proctor, kuat tarik serat plastik, uji XRD, uji SEM, uji kimia. Pengujian ini dimaksudkan untuk mengetahui kandungan mineral tanah lempung (uji XRD), gambaran partikel lempung (uji SEM), kandungan unsur kimia, Hal ini dilakukan untuk menentukan sifat fisik dan mekanik tanah lempung dan tanah lempung yang distabilisasi trass dan limbah asetilen, memberikan diskripsi sampel tanah lempung dan bahan serat plastik.
2.3 Pengujian utama
Pengujian utama menggunakan uji CBR unsoaked. Pengujian ditampilkan pada Tabel 1. Uji ini dilakukan pada kondisi kepadatan kering maksimum berdasarkan uji pemadatan standard Proctor pada campuran tanah lempung,15% trass dan 5% limbah Asetilen, diperoleh sebesar 1.226 gr/cm3 .
Tabel 1. Rencana pengujian
| No. | Campuran | Variasi Panjang Serat |
|---|---|---|
| 1 | 80%TL+15%T+5% LA+0%SP | - |
| 2 | 79,5%TL+15% T+5%LA+0,5%SP | 5mm,10mm,15mm,20m m, 25mm |
| 3 | 79%TL+15%T+5% LA+1%SP | 5mm,10mm,15mm,20m m, 25mm |
| 4 | 78,5%TL+15% T+5%LA+1,5%SP | 5mm,10mm,15mm,20m m, 25mm |
| 5 | 78%TL+15%T+5% LA+2%SP | 5mm,10mm,15mm,20m m, 25mm |
| Total pengujian = 21 sampel uji | ||
Keterangan : TL : Tanah Lempung
T : Trass
LA : Limbah Asetilen S : Serat Plastik
Gambar 3. Sampel plastik
Gambar 4. Foto pengujian CBR
3. Hasil Penelitian dan Pembahasan
3.1 Hasil uji karakteristik Tanah Lempung
Hasil uji karakteristik fisik dan mekanik, kandungan kimia dan komposisi mineral tanah lempung Tanak Awu, Pujut, Lombok Tengah, NTB seperti ditampilkan pada Tabel 2-4, Gambar 5 hasil uji X-Ray Diffraction dan Gambar 6 hasil uji SEM.
Tabel 2. Hasil uji sifat fisik dan mekanik tanah lempung
| No. | Parameter | Hasil |
|---|---|---|
| 1 | kadar air (w) | 70.557% |
| 2 | spesific grafity (G) | 2.70 |
| 3 | berat volume (g) | 1.54 gr/cm3 |
| 4 | batas cair (LL) | 76.5% |
| 5 | batas plastis (PL) | 21.16%, |
| 6 | batas susut (SL) | 16.79% |
| 7 | indeks plastisitas (PI) | 55.34%. |
| 8 | Klasifikasi Tanah (Unified) | CH |
| 9 | Klasifikasi Tanah (AASTHO) | A7-6 |
| 10 | Berat volume kering | 1.344 gr/cm3 |
| maksimum (MDD) | ||
| 11 | Kadar air optimum (wopt) | 25.344%. |
| 12 | CBR | 6.525% |
Tabel 3. Kandungan mineral tanah lempung
| No. | Komposisi Mineral | Persen Berat (%) |
|---|---|---|
| 1 | Anorthite | 76.89 |
| 2 | Kaolinite | 2.58 |
| 3 | Cristobalite | 2.27 |
| 4 | Quartz | 4.94 |
| 5 | Talc | 11.08 |
| 6 | Albite, calcian, ordered | 2.25 |
Tabel 4. Hasil analisis kimia tanah lempung
| No. | Parameter | Hasil (%) |
|---|---|---|
| 1 | SiO2 | 42.65 |
| 2 | Al2O3 | 28.71 |
| 3 | CaO | 2.77 |
| 4 | MgO | 0.92 |
Hasil uji batas cair dan batas plastis tanah lempung diperoleh nilai batas cair (LL) dan batas plastis (PL) berturut-turut sebesar 76.5% dan 21.16%, sehingga dapat ditentukan nilai indeks plastisitas (PI) sebesar 55.34%. Komposisi mineral tanah mengandung mineral lempung jenis Kaolinite 2.58% dan Talc (kelompok montmorillonite) sebesar 11.08%. Lembaran-lembaran partikel lempung Tanak Awu (Pujut) tampak dari hasil uji SEM (Scanning Electron Microscope). Dari uraian di atas menggambarkan lempung Tanak Awu (Pujut) termasuk tanah ekspansif tinggi karena mempunyai nilai LL>60%, PI>35% dan mengandung mineral montmorillonite hal ini seperti dinyatakan oleh Holts dan Gibbs (1956) dan Chen (1975).
Gambar 5. Hasil uji XRD tanah lempung
Gambar 6. Hasil uji SEM tanah lempung pembesaran 10.000 kali
3.2 Hasil uji trass dan Limbah Asetilen
Hasil analisa kimia trass dan limbah asetilen ditampilkan pada Tabel 5.
Tabel 5. Hasil uji kimia analitik trass dan limbah asetilen
| No. | Material | Parameter uji | Hasil (%) |
|---|---|---|---|
| 1 | Trass | SiO2 | 45.57 |
| Al2O3 | 31.63 | ||
| CaO | 4.32 | ||
| MgO | 1.83 | ||
| Fe2O3 | 9.52 | ||
| 2 | Limbah Asetilen | CaO | 60.26 |
Dari Tabel 5 dapat ditentukan komposisi SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 = 45.57 % + 31.63% + 9.52% = 86.72% > 70% berdasarkan ASTM C 618 trass termasuk pozzolan kelas N. Menurut Little dkk. (2002), pozzolan N memerlukan material lain yang mengandung CaO bila dipakai sebagai bahan stabilisasi. Kandungannya CaO trass sebesar 4.32%, memerlukan bahan tambah, pada penelitian ini digunakan limbah asetilen yang mengandung CaO sebesar 60.26%.
3.3 Hasil uji Limbah Plastik
Pengujian kuat tarik plastik dilakukan dengan alat uji tarik Electromechanical Universal Testing Mechine seperti terlihat pada Gambar 7, prosedur pengujian mengacu pada standart ASTM D 4885 seperti yang telah dilakukan oleh Dutta dan Sarda (2007). Dimensi sampel uji kuat tarik plastik berbentuk segi empat dengan panjang 15cm, lebar 3cm dan tebal 0,15mm. Kecepatan tarik ditentukan 10mm/menit. Hasil uji menyatakan kuat tarik maks rata-rata sebesar 16.5 Mpa, regangan tarik maks rata-rata sebesar 15.65%. Plastik mempunyai berat volume sebesar 9.63kN/m3 .
Gambar 7. Foto uji kuat tarik plastik
3.4 Hasil uji pemadatan standard proctor
Untuk mendapatkan nilai berat volume kering maksimum atau Maximum Dry Density (MDD) dan kadar air optimum atau Optimum Moisture Content (OMC) tanah lempung dengan campuran 15% trass dan 5% limbah asetilen, dilakukan uji pemadatan standard Proctor. Hasil uji diperoleh nilai OMC sebesar 27% dan Berat nilai MDD sebesar 1.226 gr/cm3 . Pengujian pemadatan standard Proctor tanah lempung dengan campuran 15% trass dan 5% limbah asetilen (tanah campuran) dengan variasi panjang dan prosentase serat dilaksanakan pada kondisi MDD sebesar 1.226 gr/cm3 dan kadar air optimum (OMC) sebesar 27%. Hasil pengujian seperti ditampilkan pada Gambar 8.
Gambar 8 menunjukkan bahwa berat volume kering tanah mengalami perilaku yang sama pada tanah campuran dengan penambahan prosentase serat 0.5%, 1.5% dan 2% yaitu mengalami penurunan berat volume kering pada panjang serat dari 5mm sampai dengan 10 mm, kemudian mengalami peningkatan berat volume kering pada panjang serat 10 mm sampai dengan 20 mm dan mengalami penurunan kembali pada panjang serat 20mm sampai dengan 25mm, khusus tanah campuran dengan penambahan prosentase serat 2% mulai mengalami penurunan kembali pada panjang serat 15mm sampai dengan 25mm. Sedangkan pada tanah campuran dengan penambahan prosentase serat 1% menunjukkan perilaku yang berbeda yaitu mengalami peningkatan berat volume kering pada panjang serat 5mm sampai dengan 20mm kemudian mengalami penurunan berat volume kering setelah panjang serat lebih dari 20mm sampai dengan 25mm. Nilai kepadatan maksimum (MDD) tertinggi sebesar 1.325 gr/cm3 dicapai pada campuran tanah lempung, trass dan limbah asetilen dengan penambahan serat, panjang 20mm sebanyak 1% terhadap berat keringnya. Dengan penambahan serat pada tanah campuran, terdapat peningkatan berat volume kering maksimum sebesar 8.07% terhadap tanah campuran tanpa serat plastik.
Gambar 8. Hasil uji pemadatan standard proctor lempung, trass, asetilen, variasi serat
3.5 Hasil uji CBR
Kurva beban-penurunan (penetrasi) hasil uji CBR unsoaked untuk tanah campuran (lempung+15% trass+5% limbah asetilen) dengan penambahan serat secara acak dengan variasi prosentase 0% (tanpa serat), 0.5%, 1%, 1.5%, dan 2% dan variasi panjang serat 5mm, 10mm, 15mm, 20mm dan 25mm berturutturut diperlihatkan pada Gambar 9-13.
Gambar 9. Grafik hubungan antara Beban dengan penurunan (panjang serat=5mm)
Gambar 10. Grafik hubungan antara Beban dengan penurunan (panjang serat=10mm)
Gambar 11. Grafik hubungan antara Beban dengan penurunan (panjang serat=15mm)
Gambar 12. Grafik hubungan antara Beban dengan penurunan (panjang serat=20mm)
Gambar 13. Grafik hubungan antara Beban dengan penurunan (panjang serat=25mm)
Gambar 9-13 menunjukkan secara umum dengan adanya inklusi serat pada tanah campuran meningkatkan beban pada piston pada penetrasi 0.1 inch (2.54mm) maupun 0.2 inch (5.08mm) yang ditunjukkan pada kurva beban-penurunan. Hal ini disebabkan karena komposit tanah yang terbentuk dari penggabungan serat plastik, trass dan asetilen sehingga meningkatkan kekuatannya.
Gambar 14. Grafik hubungan Nilai CBR dengan panjang dan prosentase serat
Nilai CBR hasil analisa ditampilkan pada Gambar 14. Dari Gambar tersebut menunjukkan perilaku nilai CBR yang hampir sama pada variasi prosentase serat 0.5%, 1%, 1.5% maupun 2%, yaitu nilai CBR cenderung mengalami penurunan pada panjang serat 5mm sampai dengan panjang serat antara 10mm - 15mm. Penurunan nilai CBR secara signifikan melampaui nilai CBR tanpa serat dialami pada prosentase serat 1%, 1.5% dan 2%. Peningkatan nilai CBR mulai pada panjang serat antara 10mm-15mm sampai dengan panjang serat 20mm. Peningkatan nilai CBR ini kurang signifikan atau sedikit diatas nilai CBR tanpa serat pada prosentase serat 0.5%, 1.5%, dan 2% namun pada prosentase serat 1% mengalami peningkatan nilai CBR yang signifikan jauh melampaui nilai CBR tanpa serat. Kemudian setelah panjang serat lebih dari 20mm sampai dengan panjang serat 25mm nilai CBR mengalami penurunan kembali. Penurunan nilai CBR pada panjang serat lebih dari 5mm sampai dengan antara 10mm-15mm disebabkan karena belum terbentuk ikatan antar serat sehingga komposit tanah yang terbentuk kurang kaku, sedangkan penambahan panjang serat selanjutnya sampai 20mm telah mampu membentuk ikatan antar serat sehingga meningkatkan komposit jika dikenai beban piston dan penambahan panjang setelah 20mm sampai dengan 25mm, sudah tidak efektif untuk meningkatkan kekuatan komposit tanah karena cenderung menurunkan kepadatan tanah. Nilai CBR maksimum diperoleh pada tanah campuran dengan penambahan serat panjang 20mm dan prosentase serat 1%, yaitu sebesar 14.4%. Nilai CBR pada kondisi tanah campuran tanpa serat diperoleh sebesar 8.1%. Dengan demikian nilai CBR mengalami peningkatan sebesar 77.78%.
Prediksi nilai subgrade reaction (kv) atau nilai modulus secant (Es) dari hasil uji CBR dilakukan dengan cara membandingkan antara tegangan pada saat penurunan 1 inch dengan konstanta 0.0025. Nilai subgrade reaction (kv) atau nilai modulus secant (Es) pada variasi sampel uji ditampilkan pada Gambar 15. Perilaku nilai modulus secant secara umum sama dengan nilai CBR. Nilai modulus secant tertinggi pada tanah campuran lempung, trass, limbah asetilen dan serat panjang 20mm dengan prosentase serat sebesar 1%, yaitu sebesar 397.14 MPa sedangkan kondisi tanah campuran tanpa serat sebesar 223.39MPa atau mengalami peningkatan sebesar 173.75MPa.
Gambar 15. Grafik hubungan nilai modulus secant dengan panjang dan prosentase serat
4. Kesimpulan
Dari uraian di atas dapat disimpulkan bahwa :
- 1. Tanah lempung Tanak Awu, Pujut, Lombok Barat, NTB mengandung mineral lempung talc yaitu kelompok montmorillonit dengan kemampuan kembang susut tinggi sehingga perlu dilakukan stabilisasi
- 2. Material trass termasuk pozzolan kelas N karena kandungan CaO relatif kecil sehingga untuk stabilisasi tanah lempung memerlukan bahan lain dengan kandungan CaO cukup tinggi
- 3. Limbah asetilen dapat dipergunakan sebagai bahan tambah trass untuk stabilisasi tanah lempung karena mengandung CaO sebesar 60.26%.
- 4. Pemakaian panjang serat plastik 20mm dengan prosentase serat 1% dari berat kering tanah mampu menghasilkan nilai kepadatan kering, nilai CBR dan nilai subgrade reaction tertinggi dari sampel uji berturut-turut sebesar 1.325 gr/cm3 , 14.4% dan 397.14 Mpa.
- 5. Panjang serat plastik optimum diperoleh sebesar 20mm
- 6. Prosentase serat plastik optimum diperoleh sebesar 1% dari berat kering tanah
5. Ucapan Terima Kasih
Peneliti mengucapkan terima kasih kepada Direktorat Penelitian dan Pengabdian pada Masyarakat, Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi, Kementerian Pendidikan Dan Kebudayaan atas dukungan dana dan program untuk penelitian ini, juga pada Laboratorium Mekanika Tanah UM Mataram dan Laboratorium Struktur & Bahan UNRAM atas penggunaan fasilitasnya.