BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dalam konstruksi bangunan sipil masing-masing struktur bangunan saling

mendukung sehingga tercapai keseimbangan gaya. Jika salah satu struktur bangunan

sudah tidak mampu mengimbangi gaya luar yang terjadi maka akan mengakibatkan

kerusakan keseluruhan konstruksi bangunan. Disamping itu juga sering kali dijumpai

permasalahan pada tanah dasarnya. Dimana suatu konstruksi bangunan sipil selalu

berdiri di atas tanah dasar yang akan menerima dan menahan beban dari keseluruhan

struktur di atasnya. Sedangkan tanah memiliki karakteristik dan sifat-sifat yang berbeda

dari satu lokasi dengan lokasi lainnya. Sehingga diperlukan penanganan dan perlakuan

khusus dalam mengatasi permasalahan yang mungkin terjadi dalam perencanaan suatu

konstruksi bangunan sipil.

Tanah berpotensi sebagai media penurunan kadar bahan pencemar yang dibawa

oleh air dimana berlangsung proses fisik, fisik-kimia dan biologis (Masduqi, 2004).

Lempung adalah salah satu bagian fraksi (ukuran) tanah yang memiliki kemampuan

mengadsorpsi logam berat disebabkan adanya muatan elektronegatif dan dimampukan

untuk melakukan pertukaran kation dan serapan air (Tan, 1991). Lempung memiliki

pengaruh terhadap sifat kimia dan fisika tanah disebabkan kandungan mineral dalam

lempung.

Mineral lempung merupakan salah satu kekayaan Indonesia yang berlimpah dan

belum dimanfaatkan secara optimal. Tanah lempung secara geolois adalah mineral alam

dari keluarga silikat yang berbentuk kristal dengan struktur berlapis (Karna, 2002).

Bentonit merupakan salah satu jenis lempung yang banyak terdapat di beberapa wilayah

Indonesia diantaranya terdapat di sebagian besar daerah Nusa Tenggara, Sulawesi, Jawa

Barat, Jawa Tengah, Yogyakarta, Jawa Timur, Sumatera Selatan, Jambi, dan Sumatera

Utara (Soedjoko, 1987).

Pemanfaatan mineral lempung di Indonesia belum dilakukan secara optimal di

berbagai daerah. Di berbagai daerah, lempung selama ini hanya dijadikan media tanam

maupun bahan timbunan bangunan, padahal lempung memiliki banyak kegunaan, salah

satunya sebagai adsorben ekonomis dengan kapasitas adsorpsi yang besar, dan lain –

Page 1

lain. Berdasarkan pemaparan diatas, baiknya kita mengetahui apa yang dimaksud

dengan tanah lempung sehingga kita dapat mengembangkan atau mengaplikasikan

lempung sebagai zat padat yang dapat bermanfaat.

1.2 Rumusan Masalah

1. Apa saja yang dimaksud dengan Lempung ?

2. Apa saja sifat – sifat yang dimiliki Tanah Lempung ?

3. Bagaimana Cara mengidentifikasi Lempung dan komposisi struktur Tanah

Lempung ?

1.3 Tujuan Makalah

1. Mengetahui definisi Tanah Lempung.

2. Mengetahui sifat fisik dan kimia dari Lempung.

3. Mengetahui cara mengidentifikasi Tanah Lempung.

4. Mengetahui komposisi struktur Tanah Lempung.

Page 2

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Tanah

Tanah sebagai yang dikemukakan oleh Joffe (1949) dalam Poerwowidodo

(1991) merupakan suatu tubuh alami, terdiferensisasi menjadi horison – horison pelican

dan bahan organik, umumnya tidak padu, jeluk beragam, berbeda dari bahan induk

dibawahnya dalam hal morfologi, watak – watak fisis, bahan, watak – watak kimiawi,

komposisi dan ciri – ciri biologis.

Tanah adalah suatu benda alam yang terdapat dipermukaan kulit bumi, yang

tersusun dari bahan-bahan mineral sebagai hasil pelapukan batuan, dan bahan-bahan

organik sebagai hasil pelapukan sisa-sisa tumbuhan dan hewan, yang merupakan

medium atau tempat tumbuhnya tanaman dengan sifat-sifat tertentu, yang terjadi akibat

dari pengaruh kombinasi faktor-faktor iklim, bahan induk, jasad hidup, bentuk wilayah

dan lamanya waktu pembentukan (Yuliprianto, 2010).

Struktur tanah merupakan suatu sifat fisik yang penting karena dapat

mempengaruhi pertumbuhan tanaman serta tidak langsung berupa perbaikan peredaran

air, udara dan panas, aktivitas jasad hidup tanah, tersedianya unsur hara bagi tanaman,

perombakan bahan organik, dan mudah tidaknya akar dapat menembus tanah lebih

dalam. Tanah yang berstruktur baik akan membantu berfungsinya faktor-faktor

pertumbuhan tanaman secara optimal, sedangkan tanah yang berstruktur jelek akan

menyebabkan terhambatnya pertumbuhan tanaman. Struktur tanah dapat dikatakan baik

apabila di dalamnya terdapat penyebaran ruang pori-pori yang baik, yaitu terdapat ruang

pori di dalam dan di antara agregat yang dapat diisi air dan udara dan sekaligus mantap

keadaannya. Agregat tanah sebaiknya mantap agar tidak mudah hancur oleh adanya

gaya dari luar, seperti pukulan butiran air hujan. Dengan demikian tahan erosi sehingga

pori-pori tanah tidak gampang tertutup oleh partikel-partikel tanah halus, sehingga

infiltrasi tertahan dan run-off menjadi besar. Struktur tanah yang jelek tentunya

sebaliknya dengan keadaan diatas. Dan kegiatan yang berupa pengolahan tanah,

pembajakan, pemupukan termasuk pengapuran dan pupuk organik, lebih berhubungan

dengan aspek struktur daripada aspek tekstur tanah (Sarief, 1986).

Page 3

2.2 Kelas Tekstur Tanah

Berdasarkan ukuran partikel tanah, dikenal empat fraksi partikel tanah

berdasarkan USDA (United States Department of Agriculture) yaitu: 1) . Fraksi kerikil

>0,02 mm, 2). Fraksi pasir 0,05-2 mm, 3). Fraksi debu 0,002-0,05 mm, 4). Fraksi

lempung <0,002 mm. Tekstur tanah biasanya ditempatkan karena berhubungan dengan

pergerakan air dan zat terlarut, udara, pergerakan panas, beratvolume tanah, luas

permukaan spesifik, kemudahan tanah memadat (compressibility) dan lain – lain (Hillel,

1982 dalam Kurnia dkk, 2006). Tekstur adalah perbandingan relatif antara fraksi pasir,

debu dan lempung. Menurut winkler tanah dapat diklasifikasikan atas berbagai kelas

tekstur seperti digambarkan pada segitia tekstur di bawah ini :

Gambar 1. Segitiga Tekstur

Salah satu kelas tekstur tanah adalah lempung. Lempung memiliki komposisi

yang imbang antara fraksi kasar dan fraksi halus, dan lempung sering dianggap sebagai

Page 4

tekstur yang optimal untuk pertanian. Lempung merupakan komponen penyusun tanah

bersama – sama logam oksida, lempung merupakan komponen penyusun tanah bersama

– sama logam oksida, dan bahan organik. Lempung terdiri dari senyawa alumina silika

hidrat, bersifat plastis bila ditambah air, kaku bila kering dan padat bila dibakar pada

suhu yang cukup tinggi.

Tabel 1. Rentang Batas Ukuran Butiran Tanah

Gambar 2. Bentuk Tipikal Butiran Kasar

Page 5

Gambar 3. Bentuk Tipikal Butiran Kasar

2.3 Mineral Lempung

Mineral-mineral lempung terutama terdiri dari silikat aluminium dan/atau besi

magnesium. Beberapa diantaranya juga mengandung alkali dan/atau tanah alkalin

sebagai komponen dasarnya. Sebagian besar mineral lempung mempunyai struktur

berlapis. Beberapa diantaranya berbentuk silinder memanjang atau struktur yang

berserat. Mineral lempung berukuran sangat kecil (kurang dari 2 µm) dan merupakan

partikel yang aktif secara elektrokimiawi yang hanya dapat dilihat dengan mikroskop

elektron.

Sumber utama dari mineral lempung adalah pelapukan kimiawi dari batuan yang

mengandung : ♦ Felspar ortoklas ♦ Felspar plagioklas ♦ Mika (muskovit) yang

semuanya dapat disebut silikat aluminium kompleks. Menurut Grimm, 1968 mineral

lempung dapat terbentuk dari hampir setiap batuan selama terdapat cukup banyak alkali

dan tanah alkalin untuk dapat membuat terjadinya reaksi kimia. Kalionit, Illit, dan

monmorilonit merupakan beberapa contoh mineral lempung. Di antara ketiganya,

kaolinit merupakan mineral lempung paling tidak aktif yang pernah diamati.

Page 6

BAB III

PEMBAHASAN

3.1 Pengertian Tanah Lempung

Lempung atau tanah liat adalah partikel mineral berkerangka dasar silikat yang

berdiameter kurang dari 4 mikrometer. Lempung mengandung leburan silika dan/atau

aluminium yang halus. Unsur-unsur ini, silikon, oksigen, dan aluminum adalah unsur

yang paling banyak menyusun kerak bumi. Lempung terbentuk dari proses pelapukan

batuan silika oleh asam karbonat dan sebagian dihasilkan dari aktivitas panas bumi.

Lempung membentuk gumpalan keras saat kering dan lengket apabila basah

terkena air. Sifat ini ditentukan oleh jenis mineral lempung yang mendominasinya.

Mineral lempung digolongkan berdasarkan susunan lapisan oksida silikon dan oksida

aluminium yang membentuk kristalnya. Golongan 1:1 memiliki lapisan satu oksida

silikon dan satu oksida aluminium, sementara golongan 2:1 memiliki dua lapis

golongan oksida silikon yang mengapit satu lapis oksida aluminium. Mineral lempung

golongan 2:1 memiliki sifat elastis yang kuat, menyusut saat kering dan memuai saat

basah. Karena perilaku inilah beberapa jenis tanah dapat membentuk kerutan-kerutan

atau "pecah-pecah" bila kering (wikipedia.com)

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 <5 mikron menurut sistem klasifikasi yang lain, disebut saja sebagai

partikel berukuran lempung daripada disebut lempung saja. Partikel-partikel dari

mineral lempung umumnya berukuran koloid (<1µ) dan ukuran 2µ merupakan batas

atas (paling besar) dari ukuran partikel mineral lempung. Untuk menentukan jenis

lempung tidak cukup hanya dilihat dari ukuran butirannya saja tetapi perlu diketahui

mineral yang terkandung didalamnya.

Page 7

3.2 Sifat – Sifat Tanah Lempung

Sifat-sifat yang dimiliki tanah lempung (Hardiyatmo, 1999) adalah sebagai

berikut:

1. Ukuran butir halus, kurang dari 0,002 mm

2. Permeabilitas rendah

3. Kenaikan air kapiler tinggi

4. Bersifat sangat kohesif

5. Kadar kembang susut yang tinggi

6. Proses konsolidasi lambat.

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.

3.3 Karakterisasi Fisik Tanah Lempung

Mineral lempung memiliki karakteristik yang sama. Beberapa sifat umum

mineral lempung antara lain :

1. Hidrasi

Partikel lempung hampir selalu terhidrasi, yaitu dikelilingi oleh lapisan-lapisan

molekul air yang disebut “air teradsorbsi” (adsorbsed water). Lapisan ini umumnya

mempunyai tebal dua molekul dan disebut lapisan difusi (diffuse layer), lapisan

difusi ganda atau lapisan ganda. Difusi “kation teradsorbsi” dari mineral lempung

meluas keluar dari permukaan lempung sampai ke lapisan air. Lapisan air ini dapat

hilang pada temperatur yang lebih tinggi dari 60 sampai 100 oC dan akan

mengurangi plastisitas alamiah dari tanah. Sebagian air ini juga dapat hilang cukup

dengan pengeringan udara saja. Apabila lapisan ganda mengalami dehidrasi pada

temperatur rendah, sifat plastisitasnya dapat dikembalikan lagi dengan

mencampurnya dengan air yang cukup dan dikeringkan selama 24 sampai 48 jam.

Apabila dehidrasi terjadi pada temperatur yang lebih tinggi, sifat plastisitasnya akan

turun atau berkurang untuk selamanya.

Page 8

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:

Nilai-nilai khas aktivitas dari persamaan diatas adalah sebagai berikut :

Kaolinit 0,4 – 0,5

Illit 0,5 – 1,0

Montmorilonit 1,0 – 1,7

Indikator aktivitas yang praktis lebih baik adalah batas susut yaitu batas kadar

air sebelum terjadi perubahan volume. Aktivitas dalam kaitannya dengan perubahan

volume merupakan pertimbangan utama dalam mengevaluasi tanah yang akan

dipakai dalam pekerjaan tanah dan pondasi. Kapasitas penggantian beberapa

mineral lempung adalah sebagai berikut :

Tabel 2. Kapasitas Penggantian Mineral Lempung

meq = milliekivalen

Sumber : Joseph E. Bowles, 1984

Dalam pemakaian praktis, aktivitas lempung dapat ditentukan dalam

karakteristik plastisitasnya yang berubah oleh substitusi ion-ion logam dari tingkat

yang lebih tinggi, seperti terlihat pada skala substitusi berikut :

Li < Na < NH4 < K < Mg < Rb < Ca < Co < Al

Page 9

Sesuai dengan skala ini, Ca akan lebih mudah menggantikan Na atau Mg

daripada Mg atau Na menggantikan Ca. Selain itu, dari sudut pandang praktis,

makin tinggi kapasitas penggantian, makin banyak kation (dalam bentuk

pencampuran) yang dibutuhkan untuk dapat mengubah suatu aktivitas.

3. Flokulasi dan Dispersi

Mineral lempung hampir selalu menghasilkan larutan tanah – air yang bersifat

alkalin (Ph > 7) sebagai akibat dari muatan negatif netto pada satuan mineral.

Akibat adanya muatan ini, ion-ion H+ didalam air, gaya Van der Waals, dan partikel

berukuran kecil akan bersama-sama tertarik dan bersinggungan atau bertabrakan di

dalam larutan itu. Beberapa partikel yang tertarik akan membentuk “flok” (floc)

yang berorientasi secara acak atau struktur yang berukuran lebih besar yang akan

mengendap didalam larutan itu dengan cepatnya dan membentuk sedimen yang

sangat lepas. Di dalam laboratorium, contoh lempung seberat 50 atau 60 g akan

mengendap di dalam larutan 1000 ml dalam waktu 30 menit, kecuali apabila

formasi flok dapat dikontrol. Untuk menghindarkan flokulasi suatu larutan tanah –

air yang terdispersi dapat dinetralisasikan dengan menambahkan ion- ion H+ yang

dapat diperoleh dari bahan-bahan yang mengandung asam, misal sodium

heksametafosfat.

Lempung yang baru saja terflokulasi dapat dengan mudah didispersikan kembali

ke dalam larutan dengan menggoncangnya, yang menandakan bahwa tarikan antar

partikel ternyata jauh lebih kecil dari gaya goncangan. Tetapi apabila lempung

tersebut telah didiamkan selama beberapa waktu dispersi tidak dapat tercapai

dengan mudah, yang menunjukkan adanya gejala tiksotropik, di mana kekuatan

didapatkan dari lamanya waktu. Sebagai contoh, tiang pancang yang dipancang ke

dalam lempung lunak yang jenuh akan membentuk kembali struktur tanah di dalam

suatu zona di sekitar tiang tersebut. Kapasitas beban awal biasanya sangat rendah,

tetapi sesudah 30 hari atau lebih, beban desain akan dapat terbentuk akibat adanya

adhesi antara lempung dan tiang (R.F.Craig, Mekanika Tanah ).

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.

Page 10

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

(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.

Page 11

3.4 Identifikasi Tanah Lempung

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. 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)

3.5 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 4). 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

Page 12

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 4-a). 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 4-b). 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.

*Tetrahedral/Lembaran Silika

Page 13

*Oktahedral/Lembaran Alumina

Gambar 4. Mineral – Mineral Lempung

Gambar 4. (a) Diagram skematik struktur kaolinite (Lambe, 1953)

(b) Struktur Atom Kaolinite (Grim, 1959)

Page 14

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 5-a).

lembaran oktahedra terletak di antara dua lembaran silika dengan ujung tetrahedra

tercampur dengan hidroksil dari lembaran oktahedra untuk membentuk satu lapisan

tunggal (Gambar 5-b). 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

Page 15

mengembang oleh tambahan kadar air, yang selanjutnya tekanan pengembangannya

dapat merusak struktur ringan dan perkerasan jalan raya.

Gambar 5 (a) Diagram skematik struktur montmorrilonite (Lambe, 1953)

(b) Struktur atom montmorrilonite (Grim, 1959)

Page 16

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 6). 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.

Gambar 6. Diagram skematik struktur illite (Lambe, 1953)

Page 17

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.

3.6 Interaksi Air dan Mineral Dalam Fenomena Tanah Lempung

Permukaan mineral lempung tanah biasanya mengandung muatan elektro negatif

yang memungkinkan terjadinya reaksi pertukaran kation, muatan ini merupakan hasil

satu atau beberapa lebih dari reaksi yang berbeda.

Page 18

Tabel 3. Kisaran kapasitas tukar kation (Chen, 1975)

Pada mineral lempung kering, muatan negatif pada permukaan akan

dinegralkan oleh kation-kation lain yang mengelilingi partikel tersebut secara exchange

able cation akibat adanya perbedaan kekuatan muatan dan gaya tarik-menarik

elektrostatik Van der Waals. Karenanya perbedaan kekuatan muatan dimungkinkan

antar yang ada di sekeliling partikel lempung bisa saling mendesak posisi atau bertukar.

Kemampuan mendesak dari kation-kation dapat dilihat dari besarnya potensi mendesak

sesuai urutan berikut:

Al3+>Ca2+>Mg2+≥NH4+>K+>H+>Na+>Li+

Kation Li+ tidak dapat mendesak kation lain yang berada dikirinya (Kim. H.

Tan, 1982).

Molekul air merupakan molekul dipolar karena atom Hidrogen tidak tersusun

simetris disekitar atom oksigen, melainkan membentuk sudut ikatan 105o 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

Page 19

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.

3.7 Stabilitas 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.

Page 20

Tabel. Komposisi Unsur Kimia pada Tanah Lempung (Lab Kimia FMIPA USU, 2011)

Page 21

BAB IV

PENUTUP

4.1 Kesimpulan

1. Lempung membentuk gumpalan keras saat kering dan lengket apabila basah

terkena air. Sifat ini ditentukan oleh jenis mineral lempung yang

mendominasinya. Mineral lempung digolongkan berdasarkan susunan

lapisan oksida silikon dan oksida aluminium yang membentuk kristalnya.

2. Struktur komposisi lempung terdiri dari kallonite, halloysite, montmorillonit

dan illet yang memiliki struktur yang berbeda.

3. 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.

4.2 Saran

1. Mahasiswa mampu memahami apa yang dimaksud dengan lempung.

2. Mahasiswa mampu memahamai struktur dalam dari lempung dan komposisi

penyusun lempung.

Page 22

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. Lempung.wikipedia.com. diakses tanggal 27 September 2014.

Anonim. Repository.usu.ac.id/Lempung. Diakses tanggal 27 September 2014

Erizal. Mekanika Tanah (ppt). Bogor : Institut Pertanian Bogor. Diakses tanggal 28

September 2014

Iek, Sakti Anie.2009. Karakterisasi Mineral Lempung Asal Sowi Kabupaten

Manokwari. Papua : Universita Negeri Papua.

Kurnia, dkk.2006. Sifat Fisik Tanah dan Metode Analisisnya. Balai Besar Penelitian

dan Pengembangan Sumberdaya Lahan Pertanian. Departemen Pertanian.

Masduqi.2007. Teknologi Alamiah untuk Pengolahan Air Limbah Industri. ITS.Seminar

Nasional.www.google.com. diakses tanggal 28 September 2014.

Poerwidodo. 1991. Genesa Tanah Batuan Pembentuk Tanah. Jakarta : Rajawali.

Tan, Kim H. 1991. Dasar – Dasar Kimia Tanah, Penerjemah: Didiek H.G. Yohyakarta :

Universitas Gajah Mada Press.

Page 23