Chapter%20II

2.1 Tanah Lempung 

BAB II 

TINJAUAN PUSTAKA 

Tanah lempung dan mineral lempung adalah tanah yang memiliki partikel- 

partikel mineral tertentu yang “menghasilkan sifat-sifat plastis pada tanah bila 

dicampur dengna air” (Grim, 1953). Partikel-partikel tanah berukuran yang lebih 

kecil dari 2 mikron (=2µ), atau

Kebanyakan jenis tanah terdiri dari banyak campuran atau lebih dari satu 

macam ukuran partikel. Tanah lempung belum tentu terdiri dari partikel lempung 

saja, akan tetapi dapat bercampur butir-butiran ukuran lanau maupun pasir dan 

mungkin juga terdapat campuran bahan organik. 

Guna menunjang pengkajian dan penelitian terhadap ”Pengaruh Penambahan 

Abu Caangkang sawit Terhadap Daya Dukung dan Kuat Tekan Pada Tanah Lempung 

Ditinjau Dari Uji UCT dan CBR Laboratorium“, maka dibutuhkan pengetahuan serta 

pemahaman yang baik tentang sifat-sifat tanah berdasarkan teori yang ada terdiri dari 

sifat fisik (Index Properties) dan sifat keteknikan (Enginering Properties), 

pemahaman kedua sifat ini sangatlah penting untuk diketahui sebagai dasar dalam 

mengambil suatu keputusan yang berkaitan dengan perekayasaan pondasi (jalan, 

jembatan, bendungan dan lainnya). 

Sifat fisik dan sifat keteknikan tanah, lebih ditentukan oleh jenis dari 

klasifikasi tanah itu sendiri. Pengklasifikasian tanah dimaksudkan untuk 

mempermudah pengelompokkan berbagai jenis tanah ke dalam kelompok tanah yang 

sesuai dengan sifat teknik dan karakteristiknya. Pengelompokkan tanah menempatkan 

tanah dalam 3 kelompok, tanah berbutir kasar, tanah berbutir halus dan tanah organis. 

Berdasarkan USCS tanah berbutir kasar adalah yang mempunyai 

persentase lolos saringan nomor 200

Tanah berbutir halus dibagi dalam Lanau (M), Lempung (C) yang didasarkan 

pada batas cair dan indeks plastisitasnya. Tanah Organis juga termasuk dalam 

kelompok tanah berbutir halus. 

Konsistensi dari tanah lempung dan tanah kohesif lainnya sangat dipengaruhi 

oleh kadar air. Indeks plastisitas dan batas cair dapat digunakan untuk menentukan 

karateristik pengembangan. Karakteristik pengembangan hanya dapat diperkirakan 

dengan menggunakan indeks plastisitas, ( Holtz dan Gibbs, 1962 ). 

Dikarenakan sifat plastis dari suatu tanah adalah disebabkan oleh air yang 

terserap disekeliling permukaan partikel lempung, maka dapat diharapkan bahwa tipe 

dan jumlah mineral lempung yang dikandung didalam suatu tanah akan 

mempengaruhi batas plastis dan batas cair tanah yang bersangkutan. 

2.2 Sistem Klasifikasi Tanah 

Sistem klasifikasi tanah dibuat pada dasarnya untuk memberikan informasi 

tentang karakteristik dan sifat-sifat fisis tanah. Karena variasi sifat dan perilaku tanah 

yang begitu beragam, sistem klasifikasi secara umum mengelompokan tanah ke 

dalam kategori yang umum dimana tanah memiliki kesamaan sifat fisis. Sistem 

klasifikasi bukan merupakan sistem identifikasi untuk menentukan sifat-sifat mekanis 

dan geoteknis tanah. Karenanya, klasifikasi tanah bukanlah satu-satunya cara yang 

digunakan sebagai dasar untuk perencanaan dan perancangan konstruksi. Pada 

awalnya, metode klasfikasi yang banyak digunakan adalah pengamatan secara kasat- 

mata (visual identification) melalui pengamatan tekstur tanah. Selanjutnya, ukuran 

Universitas Sumatera Utara

utiran tanah dan plastisitas digunakan untuk identifikasi jenis tanah. Karakteristik 

tersebut digunakan untuk menentukan kelompok klasifikasinya. Sistem klasifikasi 

tanah yang umum digunakan untuk mengelompokan tanah adalah Unfied Soil 

Clasification System (USCS). Sistem ini didasarkan pada sifat-sifat indek tanah yang 

sederhana seperti distribusi ukuran butiran, batas cair dan indek plastisitasnya. 

Disamping itu, terdapat sistem lainnya yang juga dapat digunakan dalam identifikasi 

tanah seperti yang dibuat oleh American Association of State Highway and 

Transportation Officials Classfication (AASHTO), British Soil Classification System 

(BSCS), dan United State Department of Agriculture (USDA). Dalam penelitian ini 

digunakan klasifikasi tanah berdasarkan USCS dan AASHTO. 

2.2.1 Sistem Klasifikasi Tanah Menurut USCS 

Klasifikasi tanah sistem ini diajukan pertama kali oleh Casagrande dan 

selanjutnya dikembangkan oleh United State Bureau of Reclamation (USBR) dan 

United State Army Corps of Engineer (USACE). Kemudian American Society for 

Testing and Materials (ASTM) telah memakai USCS sebagai metode standar guna 

mengklasifikasikan tanah. Dalam bentuk yang sekarang, sistem ini banyak digunakan 

dalam berbagai pekerjaan geoteknik. Dalam USCS seperti pada Gambar 2.1 suatu 

tanah diklasifikasikan ke dalam dua kategori utama yaitu: 

1. Tanah berbutir kasar (coarse-grained soils) yang terdiri atas kerikil dan pasir 

yang mana kurang dari 50% tanah yang lolos saringan No. 200 (F200 < 50). 

Simbol kelompok diawali dengan G untuk kerikil (gravel) atau tanah 


plastisitasnnya berada dibawah garis A. Lanau, lempung dan tanah organis dibagi lagi 

menjadi batas cair yang rendah (L) dan tinggi (H). Garis pembagi antara batas cair 

yang rendah dan tinggi ditentukan pada angka 50 seperti: 

1. Kelompok ML dan MH adalah tanah yang diklasifikasikan sebagai lanau pasir, 

lanau lempung atau lanau organis dengan plastisitas relatif rendah. Juga 

termasuk tanah jenis butiran lepas, tanah yang mengandung mika juga beberapa 

jenis lempung kaolinite dan illite. 

2. Kelompok CH dan CL terutama adalah lempung organik. Kelompok CH adalah 

lempung dengan plastisitas sedang sampai tinggi mencakup lempung gemuk. 

Lempung dengan plastisitas rendah yang dikalsifikasikan CL biasanya adalah 

lempung kurus, lempung kepasiran atau lempung lanau. 

3. Kelompok OL dan OH adalah tanah yang ditunjukkan sifat-sifatnya dengan 

adanya bahan organik. Lempung dan lanau organik termasuk dalam kelompok 

ini dan mereka mempunyai plastisitas pada kelompok ML dan MH. 

2.2.2 Sistem Klasifikasi Tanah AASHTO 

Sistem klasifikasi AASHTO berguna untuk menentukan kualitas tanah guna 

pekerjaan jalan yaitu lapis dasar (subbase) dan tanah dasar (subgrade). Karena sistem 

ini ditujukan untuk pekerjaan jalan tersebut, maka penggunaan sistem ini dalam 

prakteknya harus dipertimbangkan terhadap maksud aslinya. Sistem ini membagi 

tanah ke dalam 7 kelompok utama yaitu A-1 sampai dengan A-7. Tanah yang 

terklasifikasikan dalam kelompok A-1, A-2, dan A-3 merupakan tanah granuler yang 


2.3 Karakteristik Fisik Tanah Lempung Lunak 

Menurut Bowles (1989), mineral-mineral pada tanah lempung umumnya 

memiliki sifat-sifat: 

1. Hidrasi. 

Partikel mineral lempung biasanya bermuatan negatif sehingga partikel 

lempung hampir selalu mengalami hidrasi, yaitu dikelilingi oleh lapisan- 

lapisan molekul air yang disebut sebagai air teradsorbsi. Lapisan ini pada 

umumnya mempunyai tebal dua molekul karena itu disebut sebagai lapisan 

difusi ganda atau lapisan ganda. Lapisan difusi ganda adalah lapisan yang 

dapat menarik molekul air atau kation disekitarnya. Lapisan ini akan hilang 

pada temperatur yang lebih tinggi dari 60 0 sampai 100 0 C dan akan 

mengurangi plasitisitas alamiah, tetapi sebagian air juga dapat menghilang 

cukup dengan pengeringan udara saja. 

2. Aktivitas. 

Hasil pengujian index properties dapat digunakan untuk mengidentifikasi 

tanah ekspansif. Hardiyatmo (2006) merujuk pada Skempton (1953) 

mendefinisikan aktivitas tanah lempung sebagai perbandingan antara Indeks 

Plastisitas (IP) dengan prosentase butiran yang lebih kecil dari 0,002 mm 

yang dinotasikan dengan huruf C, disederhanakan dalam persamaan: 

(2.1) 


Untuk nilai A>1,25 digolongkan aktif dan sifatnya ekspansif. Nilai A 

1,25

flokulasi. Untuk menghindari flokulasi larutan air dapat ditambahkan zat 

asam. 

4. Pengaruh Zat cair 

Fase air yang berada di dalam struktur tanah lempung adalah air yang tidak 

murni secara kimiawi. Pada pengujian di laboratorium untuk batas Atterberg, 

ASTM menentukan bahwa air suling ditambahkan sesuai dengan keperluan. 

Pemakaian air suling yang relatif bebas ion dapat membuat hasil yang cukup 

berbeda dari apa yang didapatkan dari tanah di lapangan dengan air yang telah 

terkontaminasi. 

Air yang berfungsi sebagai penentu sifat plastisitas dari lempung. Satu 

molekul air memiliki muatan positif dan muatan negative pada ujung yang 

berbeda (dipolar). Fenomena hanya terjadi pada air yang molekulnya dipolar 

dan tidak terjadi pada cairan yang tidak dipolar seperti karbon tetrakolrida 

(Ccl4) yang jika dicampur lempung tidak akan terjadi apapun. 

5. Sifat kembang susut (swelling potensial) 

Plastisitas yang tinggi terjadi akibat adanya perubahan syistem tanah dengan 

air yang mengakibatkan terganggunya keseimbangan gaya-gaya didalam 

struktur tanah. Gaya tarik yang bekerja pada partikel yang berdekatan yang 

terdiri dari gaya elektrostatis yang bergantung pada komposisi mineral, serta 

gaya van der Walls yang bergantung pada jarak antar permukaan partikel. 

Partikel lempung pada umumnya berbentuk pelat pipih dengan permukaan 

bermuatan likstik negatif dan ujung-ujungnya bermuatan posistif. Muatan 


negatif ini diseimbangkan oleh kation air tanah yang terikat pada permukaan pelat 

oleh suatu gaya listrik. Sistem gaya internal kimia-listrik ini harus dalam keadaan 

seimbang antara gaya luar dan hisapan matrik. Apabila susunan kimia air tanah 

berubah sebagai akibat adanya perubahan komposisi maupun keluar masuknya air 

tanah, keseimbangan gaya–gaya dan jarak antar partikel akan membentuk 

keseimbangna baru. Perubahan jarak antar partikel ini disebut sebagai proses 

kembang susut. 

Tanah-tanah yang banyak mengandung lempung mengalami perubahan 

volume ketika kadar air berubah. Perubahan itulah yang membahayakan bagunan. 

Tingkat pengembangan secara umum bergantung pada beberapa faktor yaitu: 

1. Tipe dan jumlah mineral yang ada di dalam tanah. 

2. Kadar air. 

3. Susunan tanah. 

4. Konsentrasi garam dalam air pori. 

5. Sementasi. 

6. Adanya bahan organik, dll. 

2.3.1 Identifikasi Tanah Lempung Lunak 

Menurut Chen (1975), cara-cara yang bisa digunakan untuk mengidentifikasi 

tanah ekspansif dapat dilakukan dengan 2 cara yaitu: 

1. Identifikasi mineralogi 

2. Cara tidak langsung (indeks tunggal) 


1. Identifikasi minerallogi 

Analisa Minerologi sangat berguna untuk mengidentifikasi potensi kembang 

susut suatu tanah lempung. Identifikasi dilakukan dengan cara: 

- Difraksi sinar X (X-Ray Diffraction). 

- Difraksi sinar X (X-Ray Fluorescence) 

- Analisi Kimia (Chemical Analysis) 

- Mikroskop Elektron (Scanning Electron Microscope). 

2. Cara tidak langsung (single index method) 

Hasil uji sejumlah indeks dasar tanah dapat digunakan untuk evaluasi berpotensi 

ekspansif atau tidak pada suatu contoh tanah. Uji indeks dasar adalah uji batas- 

batas Atterberg, linear shrinkage test (uji susut linear), uji mengembang bebas. 

Untuk melengkapi data dari contoh tanah yang digunakan dalam penelitian 

ini, dilakukan beberapa pengujian pendahuluan. Pengujian tersebut meliputi uji sifat- 

sifat fisis tanah. 

2.3.1.1 Specific Gravity ( Gs ) 

Harga secific gravity (Gs) dari butiran tanah sangat berperan penting dalam 

bermacam-macam keperluan perhitungan mekanika tanah. Harga-harga itu dapat 

ditentukan secara akurat dilaboraturium. Tabel 2.4 menunjukan harga-harga specific 

gravity beberapa mineral yang umum terdapat pada tanah. 


Tabel 2.2 Specific gravity mineral-mineral penting pada tanah (Das, 1994) 

Mineral Specific gravity 

Quarts (kwarsa) 

Kaolinite 

Illite 

Montmorillonite 

Halloysite 

Potassium feldspar 

Sodium and calcium feldspar 

Chlorite 

Biorite 

Muscovite 

Horn blende 

Limonite 

Olivine 

2.65 

2.60 

2.80 

- 2.80 

- 2.55 

2.57 

2.62 – 2.76 

2.60 – 2.90 

2.80 – 3.20 

2.76 – 3.10 

3.00 – 3.47 

3.60 – 4.00 

3.27 – 3.37 

Sebagian dari mineral – mineral tersebut mempunyai specific gravity berkisar 

antara 2,6 sampai dengan 2,9. Specific gravity dari bagian padat tanah pasir yang 

berwarna terang, umumnya sebagian besar terdiri dari quartz, dapat diperkirakan 

sebesar 2,65 untuk tanah lempung atau berlanau, harga tersebut berkisar antara 2,6 – 

2,9 dengan persamaan seperti dibawah ini: 

Gs = (2.2) 

Nilai-nilai specific grafity untuk berbagai jenis tanah dapat dilihat pada Tabel 2.3. 

Tabel 2.3 Specific gravity tanah (Hardiyatmo, 2006) 

Macam tanah Specific Gravity 

Kerikil 

2,65 – 2,68 

Pasir 

2,65 – 2,68 

Lanau anorganik 

2,62 – 2,68 

Lanau organik 

2,58 – 2,65 

Lempung anorganik 

2,68 – 2,75 

Humus 

1,37 

Gambut 

1,25 – 1,80 


Berat isi dalam tanah didefenisikan sebagai rasio antara berat jenis zat pada 

partikel tanah dengan berat isi air seperti yang ditunjukkan pada persamaan: 

Dimana Gs = specific gravity 

Gs= (2.3) 

s = berat volume air pada temperatur 4 0 C (gr/cm 3 ) 

w = berat volume butiran padat (gr/cm 3 ) 

Wiqoyah (2006), telah melakukan penelitian tentang pengaruh kadar kapur, 

waktu perawatan dan perendaman terhadap kuat dukung tanah lempung. Hasil uji 

specific gravity (Gs) dengan penambahan 2,5% , 5% dan 7,5% kapur menunjukkan 

adanya kecenderungan penurunan nilai specific gravity seiring dengan bertambah 

besarnya persentase kapur. Besarnya penurunan maksimum adalah 0,03%. 

2.3.1.2 Batas Konsistensi (Atterberg) 

Kedudukan fisik tanah berbutir halus pada kadar air tertentu disebut 

konsistensi. Menurut Atterberg batas-batas konsistensi tanah berbutir halus 

tersebut adalah batas cair, batas plastis, batas susut. Batas konsistensi tanah ini 

didasarkan kepada kadar air yaitu: 

a. Batas Cair (Liquid Limit) 

Batas cair adalah kadar air tanah pada batas antara keadaan cair dan keadaan 

plastis. Alat uji batas cair dapat dilihat pada Gambar 2.3 dan kurva penentuan 

batas cair dapat dilihat pada Gambar 2.4. 

Atterberg (1990), telah meneliti sifat konsistensi mineral lempung pada 


kadar air yang bervariasi yang dinyatakan dalam batas cair, batas plastis, dan batas 

susut. 

Gambar 2.4 Skema uji batas cair 

Gambar 2.4 Kurva pada penentuan batas cair tanah lempung 


. Batas Plastis ( Plastic Limit ) 

Pengertian batas plastisitas adalah sifat tanah dalam keadaan konsistensi, yaitu 

cair, plastis, semi padat, atau padat bergantung pada kadar airnya. Kebanyakan dari 

tanah lempung atau tanah berbutir halus yang ada dialam dalam keadaan plastis. 

Secara umum semakin besar plastisitas tanah, yaitu semakin besar rentang kadar air 

daerah plastis maka tanah tersebut akan semakin berkurang kekuatan dan mempunyai 

kembang susut yang semakin besar. 

Indeks plastisitas adalah selisih batas cair dan batas plastis ( Interval kadar air 

pada kondisi tanah masih bersifat plastis ), karena itu menunjukkan sifat keplastisan 

tanah. 

Dimana 

PI = LL – PL (2.4) 

PI = Plastis Indeks ( % ) 

LL = Liquid Limit ( % ) 

PL = Plastis Limit ( % ) 

Batasan mengenai indeks plastisitas, sifat, macam tanah, dapat dilihat pada Tabel 2.4 

Tabel 2.4 Nilai indeks plastisitas dan macam tanah (Chen, 1975) 

PI Sifat Macam tanah 

0 

17 

Non Plastis 

Plastisitas rendah 

Plastisitas sedang 

Plastisitas tinggi 

Pasir 

Lanau 

Lempung berlanau 

Lempung 


c. Batas Susut (Shrinkage Limit) 

Suatu tanah akan mengalami penyusutan bila kadar air secara perlahan–lahan 

hilang dari dalam tanah. Dengan hilangnya air terus menerus akan mencapai suatu 

tingkat keseimbangan, dimana penambahan kehilangan air tidak akan menyebabkan 

perubahan volume tanah. 

Batas susut dapat dinyatakan dalam persamaan: 

éæ 

Berat Air ö æ Volume Air öù 

SL = êç 

÷ - ç 

÷ úx100% 

ëè 

Berat Tanah Kering ø è Berat Tanah Kering øû 

(2.5) 

Kandungan mineral montmorillonite mempengaruhi nilai batas konsistensi. 

Semakin besar kandungan mineral montmorillonite semakin besar batas cair dan 

indeks plastisitas serta semakin kecil nilai batas susut dan batas plastisnya 

(Hardiyatmo, 2006). 

Angka-angka batasan Atterberg untuk bermacam-macam mineral lempung 

menurut Mitchell (1976) dapat dilihat pada Tabel 2.5. 

Tabel 2.5 Harga-harga batasan atterberg untuk mineral lempung (Mitchell, 1976) 

Mineral Batas Cair Batas Plastis Batas Susut 

Monmorrillonite 

Montronite 

Illite 

Kaolinite 

Halloysite 

Terhidrasi 

Holloysite 

Attapulgite 

Chlorite 

Allophane 

100 – 900 

37 – 72 

60 – 120 

30 – 110 

50 – 70 

35 – 55 

160 – 230 

44 – 47 

200 - 250 

50 – 100 

19 – 72 

35 – 60 

25 – 40 

47 – 60 

30 – 45 

100 – 120 

36 – 40 

130 – 140 

8,5 – 15 

- 

15 – 17 

25 – 29 

- 

- 

- 

- 

- 


Gambar 2.5 Variasi volume dan kadar air pada kedudukan batas cair, 

batas plastis, dan batas susut 

Kadar air dapat mempengaruhi perubahan volume tanah seperti yang terlihat 

dalam Gambar 2.5 diatas. Hal tersebut juga dapat mempengaruhi jenis tanahnya 

seperti tanah kohesif ataupun non kohesif. Kesimpulan adalah tanah kohesif seperti 

lempung memiliki perbedaan dengan tanah non kohesif seperti pasir. Perbedaan 

tersebut adalah: 

1. Tahanan friksi tanah kohesif < tanah non kohesif. 

2. Kohesi Lempung > tanah granular. 

3. Permeability lempung < tanah berpasir. 

4. Pengaliran air pada lempung lebih lambat dibandingkan pada tanah berpasir. 

5. Perubahan volum pada lempung lebih lambat dibandingkan pada tanah 

granular. 


2.4 Struktur Komposisi Mineral Lempung 

Mineral lempung merupakan pelapukan akibat reaksi kimia yang 

menghasilkan susunan kelompok partikel berukuran koloid dengan diameter butiran 

lebih kecil dari 0,002 mm. Menurut Holtz & Kovacs (1981) satuan struktur dasar 

dari mineral lempung terdiri dari Silica Tetrahedron dan Alumina Oktahedron. 

Satuan-satuan dasar tersebut bersatu membentuk struktur lembaran . Jenis-jenis 

mineral lempung tergantung dari kombinasi susunan satuan struktur dasar atau 

tumpukan lembaran serta macam ikatan antara masing-masing lembaran. 

Susunan pada kebanyakan tanah lempung terdiri dari silika tetrahedra dan 

alumunium okthedra (Gambar 2-7). Silika Tetrahedron pada dasarnya merupakan 

kombinasi dari satuan Silika Tetrahedron yang terdiri dari satu atom silicon yang 

dikelilingi pada sudutnya oleh empat buah atom Oksigen. Sedangkan Aluminium 

Oktahedron merupakan kombinasi dari satuan yang terdiri dari satu atom Alumina 

yang dikelilingi oleh atom Hidroksil pada keenam sisinya. 

Silika dan aluminium secara parsial dapat digantikan oleh elemen yang lain 

dalam kesatuannya, keadaan ini dikenal sebagai substansi isomorf. Kombinasi dari 

susunan kesatuan dalam bentuk susunan lempeng terbentuk oleh kombinasi 

tumpukan dari susunan lempeng dasarnya dengan bentuk yang berbeda-beda. 

Kaolinite merupakan mineral dari kelompok kaolin, terdiri dari susunan 

satu lembaran silika tetrahedra dengan lembaran aluminium oktahedra, dengan satuan 

susunan setebal 7,2 Å (Gambar 2-7a). Kedua lembaran terikat bersama-sama, 

sedemikian rupa sehingga ujung dari lembaran silika dan satu dari lepisan lembaran 


oktahedra membentuk sebuah lapisan tunggal. Dalam kombinasi lembaran silika dan 

aluminium, keduanya terikat oleh ikatan hidrogen (Gambar 2-7b). Pada keadaan 

tertentu, partikel kaolinite mungkin lebih dari seratus tumpukan yang sukar 

dipisahkan. Karena itu, mineral ini stabil dan air tidak dapat masuk di antara 

lempengannya untuk menghasilkan pengembangan atau penyusutan pada sel 

satuannya. 

silika tetrahedra 

aluminium oktahedra 

lembaran alumnium 

lembaran silika 

silikon alumninium 

oksigen 

hidroksil 

(a) (b) 

silika 

aluminium 

silika 

aluminium 

silika 

aluminium 

silika 

aluminium 

(a) 

Gambar 2.6 Mineral - mineral lempung 

7,2 A 

OH 

OH 

OH 

OH 

OH 

OH 

(b) 

OH 

OH 

OH 

OH 

OH 

OH 

oksigen 

hidroksil 

aluminium 

silikon 

Gambar 2.7 (a) Diagram skematik struktur kaolinite (Lambe, 1953) 

(b) Struktur atom kaolinite (Grim, 1959) 


Halloysite, hampir sama dengan kaolinite, tetapi kesatuan yang berturutan 

lebih acak ikatannya dan dapat dipisahkan oleh lapisan tunggal molekul air. Jika 

lapisan tunggal air menghilang oleh karena proses penguapan, mineral ini akan 

berkelakuan lain. Maka, sifat tanah berbutir halus yang mengandung halloysite akan 

berubah secara tajam jika tanah dipanasi sampai menghilangkan lapisan tunggal 

molekul airnya. Sifat khusus lainnya adalah bahwa bentuk partikelnya menyerupai 

silinder-silinder memanjang, tidak seperti kaolinite yang berbentuk pelat-pelat. 

Montmorillonite, disebut juga dengan smectit, adalah mineral yang dibentuk 

oleh dua buah lembaran silika dan satu lembaran aluminium (gibbsite) (Gambar 

2.8a). lembaran oktahedra terletak di antara dua lembaran silika dengan ujung 

tetrahedra tercampur dengan hidroksil dari lembaran oktahedra untuk membentuk 

satu lapisan tunggal (Gambar 2.8b). Dalam lembaran oktahedra terdapat substitusi 

parsial aluminium oleh magnesium. Karena adanya gaya ikatan van der Waals yang 

lemah di antara ujung lembaran silica dan terdapat kekurangan muatan negatif dalam 

lembaran oktahedra, air dan ion-ion yang berpindah-pindah dapat masuk dan 

memisahkan lapisannya. Jadi, kristal montmorillonite sangat kecil, tapi pada waktu 

tertentu mempunyai gaya tarik yang kuat terhadap air. Tanah-tanah yang 

mengandung montmorillonite sangat mudah mengembang oleh tambahan kadar air, 

yang selanjutnya tekanan pengembangannya dapat merusak struktur ringan dan 

perkerasan jalan raya. 


silika 

silika 

aluminium 

silika 

silika 

aluminium 

silika 

aluminium 

silika 

silika 

(a) 

OH 

Lapisan-lapisan nH2O dan kation-kation yang dapat bertukar 

(b) 

OH 

OH 

OH 

oksigen 

hidroksil 

aluminium, besi 

magnesium 

silika. kadang-kadang 

aluminium 

Gambar 2.8 (a) Diagram skematik struktur montmorrilonite (Lambe, 1953) 

(b) Struktur atom montmorrilonite (Grim, 1959) 

Illite adalah bentuk mineral lempung yang terdiri dari mineral-mineral 

kelompok illite. Bentuk susunan dasarnya terdiri dari sebuah lembaran 

aluminium oktahedra yang terikat di antara dua lembaran silika tetrahedra. 

Dalam lembaran oktahedra, terdapat substitusi parsial aluminium oleh 

magnesium dan besi, dan dalam lembaran tetrahedra terdapat pula substitusi 

silikon oleh aluminium (Gambar 2-9). Lembaran-lembaran terikat besama- 

sama oleh ikatan lemah ion-ion kalium yang terdapat di antara lembaran- 

lembarannya. Ikatan-ikatan dengan ion kalium (K + ) lebih lemah daripada 

ikatan hidrogen yang mengikat satuan kristal kaolinite, tapi sangat lebih kuat 

daripada ikatan ionik yang membentuk kristal montmorillonite. Susunan Illite 

tidak mengembang oleh gerakan air di antara lembaran-lembarannya. 


o 

10 A 

K 

silika 

aluminium 

silika 

K 

silika 

aluminium 

K 

silika 

aluminium 

silika 

K 

silika 

silika 

ion kalium 

Gambar 2.9 Diagram skematik struktur illite (Lambe, 1953). 

Air biasanya tidak banyak mempengaruhi kelakuan tanah nonkohesif. 

Sebagai contoh, kuat geser tanah pasir mendekati sama pada kondisi kering 

maupun jenuh air. Tetapi, jika air berada pada lapisan pasir yang tidak padat, 

beban dinamis seperti gempa bumi dan getaran lainnya sangat mempengaruhi 

kuat gesernya. Sebaliknya, tanah butiran halus khususnya tanah lempung akan 

banyak dipengaruhi oleh air. Karena pada tanah berbutir halus, luas 

permukaan spesifik menjadi lebih besar, variasi kadar air akan mempengaruhi 

plastisitas tanahnya. Distribusi ukuran butiran jarang-jarang sebagai faktor 

yang mempengaruhi kelakuan tanah butiran halus. Batas-batas Atterberg 

digunakan untuk keperluan identifikasi tanah ini. 


Molekul air merupakan molekul dipolar karena atom Hidrogen tidak tersusun 

simetris disekitar atom oksigen, melainkan membentuk sudut ikatan 105 o akibatnya 

molekul-molekul air berperilaku seperti batang-batang kecil yang mempunyai muatan 

positif disatu sisi dan muatan negatif disisi lain. 

Interaksi antara molekul-molekul air dengan partikel lempung dapat melalui 

tiga proses. Pertama, kutub positif molekul dipolar air akan saling menarik dengan 

muatan negatif permukaan partikel lempung. Kedua, molekul air diikat oleh partikel 

lempung melalui ikatan Hidrogen (Hidrogen air ditarik oksigen atau hidroksil lain 

yang ada pada permukaan partikel lempung). Proses ketiga, penarikan molekul air 

oleh muatan negatif permukaan lempung secara berantai melalui kation yang 

mengapung dalam larutan air. Faktor paling dominan adalah proses ikatan hidrogen. 

Menurut Mitchell (1976) molekul air dekat permukaan akan memiliki sifat 

kelistrikan dan termodinamika yang berbeda dengan molekul air bebas yang sangat 

jauh dari daerah ikatan. Jumlah molekul air yang berinteraksi dengan permukaan 

lempung akan sangat dipengaruhi oleh jenis mineral yang ada yaitu pada nilai luasan 

permukaan spesifiknya (specific surface). Luas permukaan lempung merupakan 

faktor utama yang mempengaruhi besarnya molekul air yang ditarik untuk 

membentuk lapisan Rangkap (Diffuse Double Layer). Fenomena ini 

mengidentifikasikan kemampuan mineral lempung menarik molekul air atau 

menunjukkan kapasitas perilaku plastis tanah lempung. 


2.6 Stabilisasi Tanah 

2.6.1 Modifikasi Tanah 

Istilah modifikasi digunakan untuk menggambarkan suatu proses stabilisasi 

yang hanya ditujukan untuk perbaikan sifat-sifat tanah, tapi tidak ditujukan untuk 

menambah kekuatan maupun keawetan tanah. Tujuan dilakukan modifikasi tanah 

dasar adalah untuk menciptakan landasan kerja bagi alat berat, dengan tanpa 

memperhatikan pengaruh modifikasi tanah tersebut terhadap hitungan perancangan 

perkerasan. Walaupun sebenarnya modifikasi tanah juga menunjukkan proses 

stabilisasi, namun tujuan utamanya lebih mengarah untuk perbaikan sifat-sifat teknis 

tanah, misalnya mereduksi plastisitas, mempertinggi kemudahan dikerjakan dan 

mengurangi potensi pengembangan. 

2.6.2 Stabilisasi Tanah Lempung 

Maksud dari stabilisasi tanah adalah untuk menambah kapasitas dukung tanah 

dan kenaikan kekuatan yang akan diperhitungkan pada proses perancangan tebal 

perkerasan. Karena itu, stabilisasi tanah membutuhkan metode perancangan dan 

pelaksanaan yang lebih teliti dibandingkan dengan modifikasi tanah. 

Banyak material tanah di lapangan tidak dapat digunakan sebagai bahan dasar 

dalam pengerjaan konstruksi. Kondisi material tanah yang tidak memenuhi syarat ini 

dapat diperbaiki sifat teknisnya sehingga kekuatannya meningkat. Memperbaiki sifat- 

sifat tanah dapat dilakukan dengan cara, yaitu cara pemadatan (secara teknis), 


mencampur dengan tanah lain, mencampur dengan semen, kapur atau belerang 

(secara kimiawi), pemanasan dengan temperatur tinggi, dan lain sebagainya. 

Usaha-usaha stabilisasi tanah telah lama dilakukan penelitian dan pelaksanaan 

baik secara tradisional maupun dengan beberapa teknologi. Stabilisasi tanah biasanya 

dilakukan untuk perbaikan lapisan tanah lantai kerja, badan jalan, bendungan, 

konstruksi timbunan dan sebagainya. 

Prinsip usaha stabilisasi tanah ialah menambah kekuatan lapisan tanah 

sehingga bahaya keruntuhan diperkecil. Peningkatan kekuatan ini dikaji dari 

perubahan tegangan. Menurut Ingels dan Metcalf (1972), sifat-sifat tanah yang 

diperbaiki dengan stabilisasi dapat meliputi : kestabilan volume, kekuatan/daya 

dukung, permeabilitas, dan kekekalan/keawetan. Dan menurut Ingles dan Metcalf 

(1972) stabilisasi kapur dapat mengubah tanah menjadi gumpalan-gumpalan partikel. 

Banyaknya kapur yang digunakan berkisar antara 5-10%, yang menghasilkan 

konsentrasi ion kalsium lebih besar dari yang diperlukan sebenarnya. 

Sedangkan pada penelitian ini pada abu cangkang sawit terdapat unsur CaO 

yang kadar kapurnya sebesar 1,54%, sedangkan pencampuran lempung dan abu 

cangkang sawit memiliki kadar CaO sebesar 1,74% ini menunjukkan kenaikan yang 

hanya sedikit sekitar 20%. 

Metode atau cara memperbaiki sifat-sifat tanah ini juga sangat bergantung 

pada lama waktu pemeraman, hal ini disebabkan karena didalam proses perbaikan 

sifat-sifat tanah terjadi proses kimia yang dimana memerlukan waktu untuk zat kimia 

yang ada didalam aditif untuk bereaksi. Pada penelitian ini peneliti mencoba 


melakukan stabilisasi tanah dengan menggunakan bahan aditif yaitu abu cangkang 

sawit dimana komposisi kimia yang terkandung dalam abu cangkang sawit salah 

satunya silika (SiO2) yang merupakan unsure pembentuk utama dalam pembuatan 

semen. Hasil penelitian unsur kimia yang terdapat didalam tanah lempung dapat 

dilihat pada Tabel 2.7. 

Tabel 2.7 Komposisi unsur kimia pada tanah lempung 

(Lab kimia FMIPA USU,2011) 

Unsur/senyawa Lempung (%) 

Silica (SiO2) 

Kalsium Oksida (CaO) 

Magnesium Oksida (MgO) 

Besi Oksida (Fe2O3) 

Aluminium Karbonat (Al2O3) 

2.7 Limbah Pengolahan Kelapa Sawit 

75,40 

0,70 

0,71 

0,01 

14,10 

Luas area kelapa sawit dan produksi minyak sawit mentah CPO (Crude Palm 

Oil), di Indonesia berkembang dengan sangat pesat. Data luas area kelapa sawit dan 

produksi CPO di Indonesia dapat dilihat pada Gambar 2.10. 

Gambar 2.10 Data luas area kepala sawit dan produksi CPO Indonesia dari 

Dirjenbun. 


Pohon kelapa sawit menghasilkan buah sawit yang terkumpul di dalam satu 

tandan, oleh karena itu sering disebut dengan istilah TBS (Tandan Buah Segar). Sawit 

yang sudah berproduksi optimal dapat menghasilkan TBS dengan berat antara 15-30 

kg/tandan. Tandan-tandan inilah yang kemudian diangkut ke pabrik untuk diolah 

lebih lanjut menghasilkan minyak sawit. Produksi utama pabrik sawit adalah CPO 

dan minyak inti sawit. CPO diekstrak dari sabutnya (fiber), yaitu bagian antara kulit 

dengan cangkangnya. Sedangkan dari daging buahnya akan menghasilkan minyak 

inti sawit. Varietas sawit dengan kulit tebal banyak dicari orang, karena buah sawit 

seperti ini yang rendaman minyaknya tinggi. Gambar pengolahan sawit di pabrik 

kelapa sawit kurang lebih seperti pada Gambar 2.11. 

Gambar 2.11 Pengolahan kelapa sawit 

Neraca pengolahan sawit di pabrik kelapa sawit kurang lebih seperti gambar 

neraca massa di bawah ini. Dari setiap ton TBS yang diolah dapat menghasilkan 

140 – 200 kg CPO. Selain CPO pengolahan ini juga menghasilkan limbah/produk 


samping, antara lain : limbah cair (POME = Palm Oil Mill Effluent), cangkang sawit, 

fiber/serat, dan tandan kosong kelapa sawit. 

Perkembangan industri sawit yang terus meningkat akan berdampak pada 

limbah padat yang dihasilkan dari pengolahan tandan buah segar (TBS). Limbah ini 

adalah sisa produksi minyak sawit kasar berupa tandan kosong, sabut/serat dan 

cangkang sawit. Limbah padat berupa cangkang dan serat digunakan sebagai bahan 

bakar ketel (boiler) untuk menghasilkan energy mekanik dan panas. Uap dari boiler 

dimanfaatkan untuk menghasilkan energy listrik dan untuk merebus TBS sebelum 

diolah di dalam pabrik, seperti yang terlihat pada Gambar 2.12. 

Gambar 2.12 Penggunaan cangkang dan fiber sawit sebagai bahan bakar pada boiler 

Masalah yang kemudian timbul adalah sisa dari pembakaran pada ketel (boiler) 

berupa abu dengan jumlah yang terus meningkat sepanjang tahun yang sampai 

sekarang masih belum termanfaatkan. Ternyata limbah abu cangkang sawit banyak 

mengandung unsur silika (SiO2) yang merupakan bahan pozzolanic. 

(http://isroi.wordpress.com/2009/06/19/limbah-pabrik -kelapa-sawit/ , diakses pada 

16/12/2010) 


2.7.1. Pemanfaatan Abu Cangkang Sawit 

Abu cangkang sawit merupakan bahan pozzolanic, yaitu material utama 

pembentuk semen, yang mengandung senyawa silika oksida (SiO2) aktif yang 

apabila bereaksi dengan kapur bebas atau kalsium hidroksida (Ca(OH2) dan air akan 

membentuk material semen yaitu kalsium silikat hidrat (C – S – H). 

Gambar 2.13 Abu cangkang sawit yang menggunung di pabrik kelapa sawit sisa dari 

pembakaran cangkang dan serat kelapa sawit di dalam dapur atau 

tungku pembakaran (boiler). 

Selain itu, abu cangkang sawit tersebut juga mengandung kation anorganik 

seperti kalium, natrium. Berdasarkan pengamatan secara visual, abu cangkang sawit 

memiliki berbagai karakteristik diantaranya, bentuk partikel abu-abu tidak beraturan, 

ada yang memiliki butiran bulat panjang dan bersegi dengan ukuran butiran 0 – 2,3 

mm serta memiliki warna abu-abu kehitaman seperti yang terlihat pada Gambar 2.13 

diatas. 


(http://sipilholic.blogspot.com/abu%20sawit/abu-sawit-perekat-alternatif-dalam.html 

diakses pada 16/12/2010) 

Aplikasi dalam ilmu teknik, abu cangkang sawit dimanfaatkan sebagai bahan 

tambahan pengeras semen dalam desain beton mutu tinggi, bahan pengisaph dalam 

lapisan perkerasan jalan raya, bahan stabilisator campuran tanah lempung dan tanah 

dasar pada lapisan jalan raya. 

Hasil penelitian unsur kimia yang terdapat didalam abu cangkang sawit pada 

penelitian yang dilakukan di FMIPA Kimia USU dapat dilihat pada Tabel 2.8. 

Tabel 2.8 Komposisi unsur kimia abu cangkang sawit 

(Labkimia FMIPA USU, 2011) 

Unsur/Senyawa Abu Cangkang Sawit (%) 

Silica (SiO2) 





2.7.2 Material Alternatif Abu Cangkang Sawit 

67,40 

1,54 

3,02 

0,01 

10,01 

Pabrik pengolahan minyak sawit Bakrie Plantations yang terletak didaerah 

Kisaran dengan kapasitas produksi sebesar 42 Ton/jam atau 504 Ton/hari dengan 

jumlah jam kerja pabrik 12 jam, maka pabrik kelapa sawit memproduksi 500 ton 

TBS/hari menghasilkan 30.000 kg cangkang kelapa sawit dan 60.000 kg fiber/sabut 

kelapa sawit. 


Pada penelitian ini stabilitator menggunakan abu cangkang sawit yang terdiri 

dari cangkang dan fiber yang digunakan sebagai bahan bakar ketel, sebagai limbah 

yang dihasilkannya berupa abu cangkang sawit, dapat kita lihat pada Tabel 2.9. 

Tabel 2.9 Data pemakaian fiber dan cangkang (Kisaran Palm Oil Mill, 2010) 

TBS diolah Cangkang dan fiber yang 

dihasilkan 

TBS (Kg) Cangkang Fiber Total 

500400 (Kg) (Kg) (Kg) 

30.000 60.000 90.000 

Cangkang dan fiber setelah 

pembakaran 

Total 

(Kg) 

4.500 

Dari jumlah total cangkang dan fiber yang dihasilkan dari produksi TBS dapat 

diketahui jumlah abu cangkang sawit setelah pembakaran yaitu: 

% ACS = x 100% = 5% 

Tabel diatas adalah hasil survey 1 Pabrik Pengolahan Kelapa Sawit yang ada di 

Sumatera Utara tepatnya, pada Pabrik Pengolahan Kepala Sawit Bakrie Plantation 

yang terletak di Kisaran Sumatera Utara, ketersedian abu cangkang sawit sebagai 

berikut: 

Untuk 1 hari produksi, dari 504 ton/hari dapat menghasilkan abu cangkang 

sawit ± 4.500 kg/hari atau 5% ACS dari 504 Ton TBS. 

Untuk 30 hari ± 4.500 kg x 30 = 135.000 kg abu cangkang sawit/bulan atau 

135 Ton/bulan. 

Hal ini bisa diakumulasi dari jumlah pabrik pengolahan kelapa sawit yang ada di 

seluruh Indonesia khususnya area Sumatera Utara. Tabel 2.10 menunjukkan jumlah 

Pabrik dan Kapasitas Pengolahan Kelapa Sawit di Indonesia pada Tahun 1998. 


Tabel 2.10 Jumlah pabrik dan kapasitas PKS di Indonesia pada Tahun 1998 

No Propinsi Jumlah Pabrik Kapasitas TON TBS/jam 

1 

2 

3 

4 

5 

6 

7 

8 

9 

10 

11 

12 

13 

14 

15 

16 

D.I Aceh 

Sumatera Utara 

Sumatera Barat 

Riau 

Jambi 

Sumatera Selatan 

Bengkulu 

Lampung 

Jawa Barat 

Kalimantan Barat 

Kalimantan Tengah 

Kalimantan Selatan 

Kalimantan Timur 

Sulawesi Tengah 

Sulawesi Selatan 

Irian Jaya 

13 

80 

7 

44 

9 

13 

7 

4 

2 

10 

3 

3 

3 

1 

4 

2 

380 

3071 

295 

2017 

375 

501 

230 

125 

60 

430 

90 

110 

130 

30 

150 

80 

INDONESIA 205 8074 

Sumber : Direktorat Jenderal Bina Produksi Perkebunan, 2004 

Berikut adalah tabulasi mengenai produksi TBS perkebunan kelapa sawit di 

Indonesia berdasarkan pengusahaannya pada kurun waktu 1998-2006 seperti pada 

Tabel 2.11. 

Tabel 2.11 Produksi TBS perkebunan kelapa sawit di Indonesia. 

Produksi TBS (Ton) 

Tahun Perkebunan Perkebunan Perkebunan 

Rakyat Besar Negara Besar Swasta 

1998 1.344.569 1.501.747 3.084.099 

1999 1.547.881 1.468.949 3.438.830 

2000 1.905.653 1.460.954 3.633.901 

2001 2.798.032 1.519.289 4.079.151 

2002 3.426.739 1.607.734 4.587.871 

2003 3.517.324 1.750.651 5.172.859 

2004 3.745.264 2.031.130 6.466.132 

2005 3.873.677 2.158.684 7.079.579 

2006 4.189.000 2.343.000 7.668.000 

Sumber : Balai Pusat Penelitian Kelapa Sawit, 2007 

Total Nasional 

5.930.415 

6.455.660 

7.000.508 

8.396.472 

93922.344 

10.440.824 

12.224.526 

13.111.940 

14.200.000 


Sumatera Utara merupakan salah satu pusat perkebunan kelapa sawit di 

Indonesia. Luas perkebunan kelapa sawit rakyat di Sumatera Utara pada tahun 2007 

sebesar 372.153 Ha dengan produksi 4.8951.830 ton TBS kelapa sawit. Kabupaten 

Labuhan Batu merupakan pusat perkebunan kelapa sawit rakyat di Sumatera Utara. 

Didaerah ini terdapat 132.670 Ha kebun sawit rakyat atau 35,65% dari seluruh 

perkebunan kelapa sawit rakyat di Sumatera Utara seperti disajikan dalam Tabel 2.12. 

Tabel 2.12 Produksi TBS perkebunan kelapa sawit di Sumatera Utara 2004-2007 

No Propinsi Luas Tanaman(Ha) 

1 

2 

3 

4 

5 

6 

7 

8 

9 

10 

11 

12 

13 

14 

15 

16 

17 

18 

19 

20 

Nias 

Mandailing Natal 

Tapanuli Selatan 

Tapanuli Tengah 

Tapanuli Utara 

Toba Samosir 

Labuhan Batu 

Asahan 

Simalungun 

Dairi 

Karo 

Deli Serdang 

Langkat 

Nias Selatan 

Humbang Hasundutan 

Pakpak Barat 

Samosir 

Serdang Bedagai 

Batubara 

Padang Lawas Utara 

Total 2007 

2006 

2005 

2004 

- 

14.075 

67.572 

2.259 

38 

769 

132.670 

60.997 

25.748 

133 

1.197 

13.860 

41.424 

- 

396 

1.508 

9.505 

- 

- 

- 

372.153 

363.095 

314.213 

243.100 

Sumber : Balai Pusat Penelitian Kelapa Sawit, 2007. 

ProduksiTBS(Ton) 

- 

176.353 

827.320 

24.140 

4 

11.243 

1.703.156 

797.129 

490.304 

739 

16.661 

177.267 

534.762 

- 

325 

12.648 

123.774 

- 

- 

- 

4.895.830 

4.486.478 

4.167.262 

3.132.124 


Dari data perkebunan dan pabrik pengolahan kelapa sawit dapat dilihat jumlah 

tandan buah segar (TBS) yang begitu besar maka dapat ditentukan pula jumlah abu 

cangkang sawit yang tersedia dari jumlah TBS yang diproduksi dimulai dari jumlah 

TBS yang akan diolah kemudian jumlah cangkang dan fiber hasil pengolahan TBS 

lalu dapat dilihat jumlah abu cangkang sawit hasil pembakaran cangkang dan fiber 

sebagai bahan bakar ketel perebusan tandan buah segar (TBS). 

Ketersediaan material alternatif sebagai bahan stabilisasi yang ada saat ini 

dirasa cukup karena didalam penggunaannya juga akan dicampur dengan tanah 

lempung yang rusak, penggunaannya juga berdasarkan persentase berat tanah yang 

akan distabilisasi. 

2.8 Stabilisasi Tanah Lempung Dengan Abu Cangkang Sawit 

Stabilisasi tanah terhadap kuat geser maupun kuat tekan adalah suatu usaha 

yang selalu dilakukan untuk meningkatkan ketahanan tanah terhadap tegangan tekan 

maupun tegangan geser. Sehingga, sampai saat ini stabilisasi tanah merupakan kajian 

yang menarik untuk diteliti baik metodenya mapun bahan-bahan yang dipakai untuk 

stabilisasi tanah tersebut. Bahan-bahan yang digunakan selama ini antara lain : 

GEOSTA yang masih diimpor dan harganya relatif mahal, abu terbang, yang dahulu 

merupakan limbah saat ini dimanfaatkan untuk pozzolan pada adukan beton maupun 

untuk stabilisasi tanah, sehingga nilai ekonomisnya menjadi tinggi. Dan masih 

banyak contoh lain yang pada umumnya harganya sudah cukup mahal. Dalam 

penelitian ini akan dicari bahan alternatif untuk stabilisasi tanah dengan limbah 


kelapa sawit tidak terpakai berupa abu cangkang sawit. Ketersediaan abu cangkang 

sawit memungkinkan untuk dimanfaatkan sebagai material konstruksi bangunan. 

Pada prinsipnya yang dimaksudkan dengan stabilisasi cangkang sawit adalah 

mencampurkan secara langsung antara abu cangkang sawit dan tanah yang telah 

dihancurkan, kemudian menambahkannya dengan air dan kemudian dipadatkan. Dari 

hasil campuran tersebut diharapkan dapat menghasilkan tanah yang memiliki sifat 

atau karakteristik teknis yang lebih baik dibandingkan sebelumnya. 

Hasil penelitian unsur kimia yang terdapat didalam tanah lempung dicampur 

dengan abu cangkang sawit dapat dilihat pada Tabel 2.13. 

Tabel 2.13 Komposisi unsur kimia tanah lempung dicampur dengan abu 

cangkang sawit (Labkimia FMIPA USU, 2011) 

Unsur/Senyawa Abu Cangkang Sawit (%) 

Silica (SiO2) 





2.8.1 Proses Kimia Pada Stabilisasi Tanah 

87,60 

1,75 

3,14 

0,02 

17,10 

Menurut Bowless (1984), dalam bukunya Sifat-sifat Fisis dan Geoteknis 

(Mekanika Tanah) stabilisasi tanah dalam realisasinya terdiri dari salah satu atau 

gabungan pekerjaan-pekerjaan sebagai berikut: 

1. Mekanis, stabilisasi dengan berbagai macam alat mekanisme seperti mesin 

gilas, benda-benda berat yang dijatuhkan (pounder), peledakan dengan alat 

peledak, tekanan statis, pembekuan, pemanasan, dll. 


2. Bahan pencampur/tambahan (aditif) seperti: kerikil untuk kohesif (lempung), 

lempung untuk tanah berbutir kasar, pencampur kimiawi (semen portland, 

gamping/kapur, abu batu bara, semen aspal, dll). 

Reaksi kimia yang terjadi pada stabilisasi tanah dengan abu cangkang sawit adalah: 

a. Absorbsi Air dan reaksi pertukaran ion 

b. Reaksi pembentukan silikat 

c. Reaksi pozzolan. 

a. Absorbsi air, reaksi eksotermis dan reaksi ekspansif. 

1. Silika (SiO2). 

Tahapan proses kimia pada stabilisasi tanah menggunakan Abu Cangkang sawit 

yang banyak mengandung silika adalah sebagai berikut: 

SiO2 + H2O Adsorbsi 

Reaksi antara SiO2 bukan merupakan reaksi kimia, SiO2 terhadap air 

menyebabkan adsorpsi fisika dimana molekul air akan terperangkap pada pori- 

pori SiO2. Dimana setelah molekul air terperangkap di dalam pori-pori SiO2, 

pori-pori SiO2 akan tertutup rapat dan molekul air akan terikat didalamnya, hal 

ini mengakibatkankan tanah lempung akan menjadi kering dan keras. 

2. Alumunium Oksida (Al2O3). 

Tahapan proses kimia pada stabilisasi tanah menggunakan abu cangkang sawit 

yang terdapat senyawa alumunium oksida didalam kandungan abu cangkang 

sawit dan tanah lempung adalah sama dengan proses kimia yang terjadi pada 


unsur silika bahwa alumunium (Al2O3) tidak dapat bereaksi dengan air secara 

kimia karena tidak ada reaksi atau senyawa baru yang dihasilkan akibat 

alummunium bereaksi dengan air. 

Al2O3 + H2O tidak ada reaksi Kimia 

3. Besi (Fe2O3). 

Tahapan proses kimia pada stabilisasi tanah menggunakan besi adalah sebagai 

berikut: 

Bila Besi dicampurkan pada tanah yang ada kandungan airnya akan terjadi 

reaksi sebagai berikut: 

Fe2O3 + H2O 2Fe(OH)3 

Bereaksinya antara besi dan air akan terjadi pengendapan berupa karat besi dan 

larutan tersebut berwarna coklat kemerahan. Adanya karat besi didalam tanah 

akan mengakibatkankan rongga udara didalam tanah akan semakin kecil dan 

pori-pori didalam tanah lempung semakin padat sehingga kekuatan tanah akan 

meningkat. 

4. Calsium Oksida (CaO) 


berikut: 

Bila CaO dicampurkan pada tanah yang ada kandungan airnya akan terjadi 

reaksi sebagai berikut: 

CaO + H2O Ca(OH)2 + Panas 


Bereaksinya antara air dengan kapur akan menimbulkan panas dan pada saat 

yang bersamaan, volume kapur menjadi lebih besar dari pada volume asalnya 

sehingga menyebabkan turunnya kandungan air didalam tanah. 

5. Magnesium Oksida (MgO) 


berikut: 

Bila Magnesium dicampurkan pada tanah yang ada kandungan airnya, akan 

terjadi reaksi sebagai berikut: 

MgO + H2O Mg(OH)2 + Panas 

Bereaksinya antara air dengan Magnesium akan menimbulkan panas dan pada 

saat yang bersamaan, volume kapur menjadi lebih besar dari pada volume 

asalnya sehingga menyebabkan turunnya kandungan air didalam tanah. 

b. Reaksi pertukaran ion 

Butiran lempung dalam kandungan yang berbentuk halus dan bermuatan 

negatif. Ion positif seperti ion hydrogen (H + ), ion sodium (Na + ), dan ion kalium 

(K + ), serta air yang berpolarisasi, semuanya melekat pada permukaan butiran 

lempung. Jika unsur kimia seperti Fe2O3, CaO dan MgO ditambahkan pada 

tanah dengan kondisi seperti diatas, maka pertukaran ion segera terjadi, dan ion 

yang berasal dari larutan Fe2O3, CaO dan MgO diserap oleh permukaan butiran 

lempung. Jadi, permukaan butiran lempung tadi kehilangan kekuatan tolaknya 


a. Berkurangnya penurunan permukaan tanah (subsidence), yaitu gerakan 

vertikal di dalam massa tanah itu sendiri akibat berkurangnya angka pori. 

b. Bertambahnya kekuatan tanah. 

c. Berkurangnya volume akibat berkurangnya kadar air pada saat pengeringan. 

Pada umumnya pemadatan tanah yang dilakukan di laboratorium terdiri dari 2 

macam, yakni Standard Proctor AASHTO T 99 (ASTM D 689) dan Modified Proctor 

AASHTO T 180 (ASTM D 1557). Kedua cara pemadatan tersebut yaitu: 

1. Pemadatan standart, menggunakan alat penumbuk 2,5 kg, tinggi jatuh 30 

cm, dan jumlah lapisan 3 lapis dengan energy pemadatan sebesar 593 

kJ/m 3 . 

2. Pemadatan modified, dengan alat penumbuk 5,5 kg, tinggi jatuh 45,7 cm 

dan jumlah lapisan 5 lapis dengan energy pemadatan sebesar 2694 kJ/m 3 . 

Aplikasi 

· Pemadatan standart digunakan untuk memeriksa kepadatan lapisan tanah 

dasar dan timbunan. 

· Pemadatan modified digunakan untuk memeriksa kepadatan lapisan pondasi 

suatu jalan. 

Spesifikasi alat: 

Keterangan Standart Modified 

Berat penumbuk 5,5 lb =2,5 kg 10 lb= 5,5 kg 

Tinggi jatuh 12 inch=30,48 cm 18 inch=45,72 cm 

Diameter cetakan 4 inch=10,16 cm 4 inch=10,16 cm 

Jumlah tumbukan 25 kali 25 kali 

Volume 1/30 ft³=9,44 cm³ 1/30 ft³=9,44 cm³ 

Jumlah lapisan 3 lapisan 5 lapisan 


(2.7) 

Peristiwa bertambahnya berat volume kering oleh beban dinamis disebut 

pemadatan. Oleh akibat beban dinamis, butir-butir tanah merapat satu sama lain 

sebagai akibat berkurangnya rongga udara. 

Tanah lempung yang dipadatkan dengan cara yang benar akan dapat 

memberikan kuat geser tinggi. Stabilitas terhadap sifat kembang- susut tergantung 

dari jenis kandungan mineralnya. Sebagai contoh, lempung montmorillonite akan 

mempunyai kecendurangan yang lebih besar terhadap perubahan volume dibanding 

dengan lempung kaolinite. Lempung padat mempunyai permeabilitas yang rendah 

dan tanah ini tidak dapat dipadatkan dengan baik pada waktu sangat basah (jenuh). 

Bekerja dengan tanah lempung yang sangat basah akan mengalami banyak kesulitan, 

karena pada saat lempung dipadatkan, air sulit mengalir ke luar dari rongga pori 

lempung. Air yang tidak mau ke luar dari rongga pori tanah ini menyebabkan butiran 

sulit merapat satu sama lain saat dipadatkan. 

2.9.1 Penentuan Kadar Air Optimum 

Tujuan pemadatan diantaranya untuk memadatkan tanah dalam keadaan kadar 

air optimum, sehingga udara dalam pori-pori tanah akan keluar. Untuk mengetahui 

kadar air yang optimum pada tanah, maka dilakukan pengujian pemadatan proktor 

standar, pengujian tersebut dilakukan dengan pemadatan sampel tanah basah (pada 

kadar air terkontrol) dalam suatu cetakan dengan jumlah 3 lapisan. Setiap lapisan 


tinggi. Walaupun demikian, tidak berarti bahwa sebaiknya tanah dasar dipadatkan 

dengan kadar air rendah supaya mendapat nilai CBR yang tinggi, karena kadar air 

kemungkinan tidak akan konstan pada kondisi ini. 

Pemeriksaan CBR bertujuan untuk menentukan harga CBR tanah yang 

dipadatkan di laboratorium pada kadar air tertentu. Disamping itu, pemeriksaan ini 

juga dimaksudkan untuk menentukan hubungan antara kadar air dan kepadatan 

tanah.Pemeriksaan CBR Laboratorium mengacu pada AASHTO T-193-74 dan 

ASTM-1883-73. 

Untuk perencanaan jalan baru, tebal perkerasan biasanya ditentukan dari nilai 

CBR dari tanah dasar yang dipadatkan. Nilai CBR yang digunakan untuk 

perencanaan ini disebut “design CBR“. 

Cara yang dipakai untuk mendapat “design CBR“ ini ditentukan dengan 

perhitungan dua faktor (Wesley, 1977) yaitu: 

a. Kadar air tanah serta berat isi kering pada waktu dipadatkan. 

b. Perubahan pada kadar air yang mungkin akan terjadi setelah perkerasan 

selesai dibuat. 

Nilai CBR sangat bergantung kepada proses pemadatan. Jadi, CBR digunakan 

selain untuk menilai kekuatan tanah dasar atau bahan lain yang hendak dipakai CBR 

juga dipakai sebagai dasar untuk menentukan tebal lapisan dari suatu perkerasan. 

Untuk menilai subgrade yang dipadatkan hingga mencapai kepadatan kering 

maksimum, dan membentuk profil sesuai yang direncanakan. 


Faktor –faktor yang mempengaruhi kepadatan material subgrade adalah: 

1. Karekteristik material tanah dasar. 

2. Kadar air material tanah dasar. 

3. Jenis alat pemadat yang digunakan. 

4. Berat alat pemadat yang tergantung pada lebar roda dan pelat dasarnya. 

5. Ketebalan lapisan material yang dipadatkan. 

6). Jumlah lintasan alat pemadat yang diperlukan. 

Kekuatan tanah dasar tentu banyak bergantung pada kadar airnya. Makin 

tinggi kadar airnya makin kecl kekuatan nilai CBR dari tanah tersebut. Walaupun 

demikian, hal itu tidak berarti bahwa sebaiknya tanah dipadatkan dengan kadar air 

rendah untuk mendapatkan nilai CBR yang tinggi, karena kadar air tidak tahan 

konstan pada nilai rendah itu. Setelah pembuatan jalan maka air akan meresap ke 

dalam tanah dasar, sehingga kekuatan dan CBR turun sampai kadar air mencapai 

nilai yang konstan. Kadar air konstan inilah yang disebut kadar air keseimbangan. 

Batas-batas kadar air dan berat isi kering dapat ditentukan dari hasil percobaan 

laboratorium yaitu percobaan pemadatan dan CBR. 

Pemeriksaan CBR laboratorium dapat dilakukan dengan 2 cara: 

a. Percobaan terendam (soaked) 

b. Percobaan tidak terendam (unsoaked) 


Dalam penelitian ini yang digunakan adalah CBR unsoaked dan CBR Soaked 

karena penelitian ini hanya bertujuan untuk mendapatkan kuat dukung tanah 

lempung. 

Untuk pengujian Swelling rendaman diperoleh persamaan: 

Dimana S = Potensi Pengembangan (%) 

A = pembacaan Dial (mm) 

H = Tinggi Benda Uji (mm) 

2.10 Uji Tekan Bebas (Unconfined Compression Test) 

(2.10) 

Yang dimaksud dengan kekuatan tekan bebas adalah besarnya beban aksial 

persatuan luas pada saat benda uji mengalami keruntuhan atau pada saat renggangan 

aksial mencapai 20%. Percobaan ini dimaksudkan untuk menentukan besarnya 

kekuatan tekan bebas contoh tanah dan batuan yang bersifat kohesif dalam keadaan 

asli maupun buatan (remoulded). 

Bila maksud pengujian adalah untuk menentukan parameter kuat geser tanah, 

pengujian ini hanya cocok untuk jenis tanah lempung jenuh, dimana pada 

pembebanan cepat, air tidak sempat mengalir ke luar dari benda uji. Pada lempung 

jenuh, tekanan air pori dalam benda uji pada awal pengujian negatif (tegangan 

kapiler). 


Gambar skematik dari prinsip pembebanan dalam percobaan ini dapat dilihat 

pada Gambar 2.15. 

s 3 = 0 

s1 

Contoh 

tanah 

s1 

s 3 = 0 

Gambar 2.15 Skema uji tekan bebas 

Tegangan aksial yang diterapkan di atas benda uji berangsur-angsur ditambah 

sampai benda uji mengalami keruntuhan. Sedangkan untuk hubungan konsistensi 

dengan kuat tekan bebas tanah lempung diperlihatkan dalam Tabel 2.14. 

Tabel 2.14 Hubungan kuat tekan bebas (qu) tanah lempung dengan konsistensinya 

(Holtz and Kovacs, 1981) 

Konsistensi qu (kN/m 2 ) 

Lempung keras 

Lempung sangat kaku 

Lempung kaku 

Lempung sedang 

Lempung lunak 

Lempung sangat lunak 

> 400 

200 – 400 

100 – 200 

50 – 100 

25 – 50 

< 25 

Ada beberapa hal yang harus dipenuhi, untuk memperoleh hasil uji tekan 

bebas (Holtz and Kovacs, 1981) adalah: 


1. Benda uji harus 100% jebuh, kalau tidak, akan terjadi desakan udara di dalam 

ruang pori yang menyebabkan angka pori (e) berkurang sehingga kekuatan benda 

uji bertambah. 

2. Benda uji tidak boleh mengandung retakan atau kerusakan yang lain. Dengan kata 

lain benda uji harus utuh dan merupakan lempung homogen. Dalam praktek, 

sangat jarang lempung overconsolidated dalam keadaan utuh, dan bahkan sering 

terjadi pula lempung normally consolidated mempunyai retakan-retakan. 

3. Proses pengujian harus berlangsung dengan cepat sampai contoh tanah mencapai 

keruntuhan. Pengujian ini merupakan uji tegangan total dan kondisinya harus 

tanpa drainase selama pengujian berlangsung. Jika waktu yang dibutuhkan dalam 

pengujian terlalu lama, penguapan dan pengeringan benda uji akan menambah 

tegangan kekang dan dapat menghasilkan kuat geser yang lebih tinggi. Waktu 

yang cocok biasanya sekitar 5 sampai 15 menit.

Chapter%20II

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?