ISBN 978-602-98397-0-8

Innovation in Built Environment 2010 1

KARAKTERISTIK KUAT TEKAN CAMPURAN TANAH LEMPUNG,

LIMBAH KARBIT, DAN ABU SEKAM PADI UNTUK BAHAN

KONSTRUKSI RAMAH LINGKUNGAN

Agus Setyo Muntohar, Yosi Andre,

Hardianto R. Mayuna, dan Ratih Dwi Wahyuni E-mail: muntohar@umy.ac.id

Jurusan Teknik Sipil, Universitas Muhammadiyah Yogyakarta

ABSTRAK

Teknik stabilisasi tanah lempung dengan bahan-bahan tambah kimia

seperti kapur, semen, abu terbang, dan sebagainya telah banyak diteliti.

Secara umum penelitian-penelitian tersebut menyimpulkan bahwa

kekuatan tanah, baik kuat tekan, kuat tarik, dan kuat geser, meningkat

tajam setelah proses stabilisasi. Teknik ini lebih banyak dikembangkan

untuk tujuan penyelesaian pekerjaan geoteknik, namun keuntungan teknik

stabilisasi ini dapat pula dikembangkan untuk bahan konstruksi. Pada

naskah ini disajikan hasil penelitian pemanfaatan teknik stabilisasi tanah

lempung dengan bahan limbah karbit dan abu sekam padi untuk bahan

konstruksi. Sejumlah campuran tanah lempung, limbah karbit dan abu

sekam padi dibentuk menjadi benda uji berukuran 200 mm x 100 mm x 60

mm dibuat dengan cara dipadatkan secara statis melalui pemberian

tekanan sebesar 618 kN/m2. Jenis pengujian utama adalah kuat tekan

yang dlakukan pada umur benda uji 1, 3, 7, 14, 21, dan 28 hari. Hasil

penelitian diperoleh bahwa karakteristik benda uji secara visual memiliki

permukaan yang rata dan halus, sudut yang siku dan tidak retak-retak.

Adapun karakteristik secara mekanis, benda uji ini memiliki kuat tekan di

atas 150 kg/cm2 denngan Indek Aktifitas Kuat Tekan 275. Benda uji

campuran limbah karbit – abu sekam padi pada umur perawatan 14 hari

sudah dapat digunakan sebagai bahan konstruksi.

PENDAHULUAN

Sejalan dengan permasalahan lingkungan, perlu juga untuk diperhatikan

tentang pemanfaatan bahan buangan industri untuk tujuan-tujuan

perbaikan tanah (Edil, 1998). Penggantian tanah asli, agregat, semen,

atau bahan sintetis lainnya (geosynthetics) dengan bahan buangan

industri ini adalah suatu hal yang mungkin dan memiliki potensi yang

sangat baik. Selain permasalahan lingkungan dapat teratasi, dapat

dimungkinkan memberikan pengurangan biaya konstruksi. Secara umum

teknik perbaikan tanah dapat dilakukan dengan dua metode utama yaitu

secara mekanis dan kimia. Perbaikan secara kimia biasanya

menggunakan bahan-bahan tambah (additive) seperti kapur, semen, atau

cairan kimia lainnya Bila bahan-bahan ini dicampur dengan tanah akan

merubah sifat tanah sebagai akibat adanya reaksi kimia antara bahan

tambah dan tanah. Usaha perbaikan tanah dengan menggunakan bahan

dari bahan buangan pertanian seperti abu sekam padi (rice husk ash)

telah menunjukkan hasil yang memuaskan seperti yang dilakukan oleh

ISBN 978-602-98397-0-8

2 Innovation in Built Environment 2010

Lazaro dan Moh (1970), Rahman (1986, 1987), Ali dkk (1992a, 1992b),

Balasubramaniam dkk (1999), Muntohar dan Hashim (2002), Budi (2002),

Muntohar (2002), dan Basha dkk (2004). Pemanfaatan kapur-karbit atau

limbah karbit sebagai bahan stabilisasi tanah telah diteliti oleh Consoli

dkk. (2001) dan Yuan dkk. (2010). Limbah karbit digunakan sebagai

bahan stabilisasi tanah dasar jalan raya dengan campuran abu terbang

(fly ash), ground granulated blast furnace slag (GGBS), dan semen

Portland (OPC). Hasil kajian ini memberikan kesimpulan bahwa campuran

kapur karbit, abu terbang, GBBS, dan OPC meningkatkan kekuatan tanah

dasar baik kuat dukung CBR, kuat tekan dan kuat tarik.

Mengacu pada hasil-hasil penelitian tersebut, bahan-bahan campuran

tersebut merupakan bahan “superior” yang dapat mengubah sifat-sifat fisis

dan mekanis tanah menjadi bahan yang memiliki kekuatan yang tinggi,

maka pemanfaatannya dimungkinkan untuk dikembangkan sebagai bahan

konstruksi. Beberapa peneliti, seperti: Oti dkk. (2009a), Millogo dkk. (2008)

memanfaatkan keuntungan teknik stabilisasi tanah ini untuk membuat

bata tak-dibakar (adobe brick). Namun demikian, pemanfaaan limbah

sebagai bahan konstruksi yang dekat dengan kehidupan manusia sehari-

hari masih memerlukan kajian yang lebih dalam seperti bahaya toksin,

kelindian (leachate), dan konsentrasi mineral berbahaya lainnya (Chiang,

dkk., 2008).

Pada naskah ini disajikan hasil penelitian pemanfaatan teknik stabilisasi

tanah lempung dengan bahan limbah karbit dan abu sekam padi untuk

bahan bata-tak dibakar. Penelitian dilakukan dalam skala laboratorium

sebagai penelitian awal. Tujuan penelitian ini adalah (1) untuk mengkaji

karakateristik kuat tekan campuran tanah lempung, limbah karbit, dan abu

sekam padi, (2) mempelajari pengaruh umur benda uji terhadap nilai kuat

tekan benda uji yang berbentuk persegi.

METODE PENELITIAN

Bahan

Bahan-bahan utama penelitian yang digunakan berupa tanah, limbah

karbit, dan abu sekam padi. Tanah berupa tanah terusik (disturbed)

diambil dari daerah Bangunjiwo, Kasihan, Bantul. Berdasarkan hasil uji

sifat-sifat fisis, kandungan fraksi halus sebesar 93% dan fraksi kasar

sebesar 7%. Menurut sistem klasifikasi USCS (ASTM D2487), tanah uji

diklasifikasikan sebagai tanah lempung plastisitas rendah dengan simbol

CL. Batas cair dan indeks plastisitas masing-masing adalah 73% dan

40%.

ISBN 978-602-98397-0-8

Innovation in Built Environment 2010 3

9.0

9.5

10.0

10.5

11.0

11.5

12.0

12.5

13.0

13.5

14.0

20 30 40 50 60

Kadar Air (%)

Be

rat

Vo

lum

e K

eri

ng

(k

N/m

3)

A = 0 (Zero air void)

A =

A = 10%

Gambar 1 Hasil uji pemadatan Proctor standar campuran tanah, limbah karbit, dan abu sekam padi

Limbah karbit yang digunakan berasal limbah pengelasan dari PT. Indo

Hanzel Perkasa, Sedayu, Bantul. Sedangkan, abu sekam padi yang

digunakan merupakan sisa dari pembakaran sekam padi sebagai bahan

bakar dalam proses pembuatan batu bata di daerah Piyungan, Bantul.

Secara visual abu sekam padi yang digunakan adalah hanya yang

berwarna abu-abu dimana secara teoritis mengandung unsur silika yang

baik. Sebelum digunakan limbah karbit dan abu sekam padi dikeringkan

pada suhu 40oC selama 24 - 48 jam, kemudian dihaluskan secara terpisah

dalam mesin Los Angeles Abrasion Test selama 2 jam. Proses

penghalusan menggunakan besi-besi baja tulangan ulir diameter 13 mm

dengan panjang 30 cm berjumlah 40 batang. Berdasarkan hasil uji unsur

kimia dengan metode Atomic Absorption Spectrocopy, limbah karbit

mengandung 58% unsur CaO, 9% unsur Al2O3, 1% unsur Fe2O3, 3%

unsur SiO2 dan 29% loss on ignition (LOI), sedangkan abu sekam padi

mengandung 88% SiO2, 1% Al2O3, 0,5% CaO, 1% unsur Fe2O3 dan 8%

LOI. Mengacu pada kriteria ASTM C1240, tingkat aktivitas pozzolanik

adalah kumulatif dari unsur SiO2, Al2O3, dan Fe2O3 dengan batas

minimum 85%. Untuk abu sekam padi, ketiga unsur oksida tersebut

berjumlah 89,5% sehingga memenuhi persyaratan sebagai pozzolan.

Untuk mengurangi proses hidrasi, limbah karbit dan abu sekam padi yang

telah halus disimpan dalam kantong plastik kedap air.

ISBN 978-602-98397-0-8

4 Innovation in Built Environment 2010

Desain Pengujian Laboratorium

Jenis pengujian yang dilakukan adalah uji kuat tekan. Mesin uji tekan jenis

Universal Testing Machine Hung Ta kapasitas 500 kN digunakan untuk

menentukan nilai kuat tekan. Benda uji berukuran 200 mm x 100 mm x 60

mm dibuat dengan cara dipadatkan pada nilai kepadatan kering

maksimum (MDD) dan kadar air optimum (OMC). Nilai MDD dan OMC

campuran tanah, limbah karbit, dan abu sekam padi ditentukan dari

pengujian pemadatan yang mengacu pada standar uji ASTM D698 untuk

pemadatan Proctor standar. Hasil pemadatan memberikan hasil MDD =

12 kN/m3 dan OMC = 37% (Gambar 1). Benda uji dicetak secara statik

dengan mesin pencetak hidraulik (compressing machine) yang dapat

mencetak 12 benda uji untuk sekali proses pencetakan. Ravaghan dan

Ohu (1985) menyebutkan bahwa tekanan yang diberikan untuk agar

setara dengan energi pemadatan Proctor standar sebesar 618 kN/m2.

Setelah dicetak, kemudian benda uji disimpan dalam temperatur ruang

untuk diuji pada umur 1, 3, 7, 14, 21, dan 28 hari. Jumlah benda uji untuk

setiap pengujian kuat tekan adalah tiga pasang. Sebagai kuat tekan

kontrol, sejumlah 30 bata bata bakar yang berasal dari Goden diuji kuat

tekannya.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pencetakan benda uji dengan menggunakan mesin pencetak

menghasilkan bentuk yang rata, halus, siku dan tidak retak. Bahan

campuran yang digunakan dalam pembuatan benda uji, yaitu limbah karbit

dan abu sekam padi dapat bereaksi pada suhu ruangan membentuk

bahan yang memiliki daya pengerasan yang dapat mengikat partikel

tanah, sehingga butiran-butiran benda uji lebih kompak dan tidak retak-

retak.

ISBN 978-602-98397-0-8

Innovation in Built Environment 2010 5

Gambar 1. Grafik Kuat Tekan Batu Bata Tanpa Di bakar.

Kuat tekan benda uji campuran tanah lempung, limbah karbit, dan abu

sekam padi cenderung meningkat dengan bertambahnya umur benda uji

seperti disajikan pada Gambar 2. Berdasarkan hasil pengujian, kuat tekan

rata-rata pada umur 3, 7, 14, 21, dan 28 hari masing-masing adalah 93

kg/cm2, 164 kg/cm2, 165 kg/cm2, 155 kg/cm2, dan 158 kg/cm2. Namun

secara keseluruhan, hasil uji kuat tekan dapat didekati dengan garis fungsi

hiperbolik pada Gambar 2. Fungsi ini mengindikasikan bahwa proses

modifikasi sifat-sifat tanah berlangsung hingga umur 14 hari dan proses

stabilisasi terjadi setelah umur 14 hari. Indikasi peningkatan kuat tekan

terhadap umur benda uji adalah sebagai hasil dari reaksi pozzolanik

antara lempung, limbah karbit, dan abu sekam padi. Unsur CaO dari

limbah karbit dan SiO2 dari abu sekam padi bereaksi membentuk gel

Calcium Silicate Hydrate (C-S-H) yang dapat mengikat dan mengeraskan

butiran tanah lempung (Wild dkk., 1998; Cardoso dkk., 2009; Romano

dkk., 2006). Meskipun dalam penelitian ini tidak dilakukan kajian

mikroskopik, Oti dkk. (2009b) menyebutkan bahwa mekanisme reaksi

bahan-bahan pozzolan untuk stabilisasi tanah adalah sama dengan reaksi

kapur – tanah yang menghasilkan peningkatan kekuatan sebagai hasil

dari pembentukan gel C-S-H.

Pada Gambar 3 disajikan sebaran kuat tekan benda uji kontrol. Kuat tekan

rata-rata benda uji kontrol adalah 44 kg/cm2. Nilai banding antara kuat

tekan rata-rata dari benda uji campuran limbah karbit-abu sekam padi dan

benda uji control dapat dirumuskan sebagai Indek Aktifitas Kuat Tekan

(Strength Activity Index) yaitu :

ISBN 978-602-98397-0-8

6 Innovation in Built Environment 2010

100p

c

fIAK

f

(1)

dengan, IAK adalah Indek Aktifitas Kuat Tekan, fp dan fc masing-masing

adalah kuat tekan rata-rata benda uji dan kuat tekan benda uji kontrol.

Gambar 3. Sebaran kuat tekan maksimum benda uji control

Dengan demikian, nilai IAK dari benda uji limbah karbit-abu sekam padi

secara berurutan pada umur 3 hari, 7 hari, 14 hari, 21 hari dan 28 hari

adalah 110, 273, 275, 252 dan 259. Indek ini menunjukkan bahwa kualitas

benda uji dari campuran limbah karbit – abu sekam padi lebih baik

daripada benda uji kontrol.

Reaksi pozzolan yang menghasilkan gel C-S-H akan membuat butiran

tanah lebih kompak, porositas rendah, dan kedap air (Oti dkk., 2009b).

Kondisi ini dapat dilihat dari pola keruntuhan setelah pengujian kuat tekan

benda uji campuran limbah karbit – abu sekam padi seperti ditunjukkan

pada Gambar 4a. Pada Gambar 4a dapat dilihat bahwa keruntuhan benda

uji campuran limbah karbit – abu sekam padi terjadi di bagian tepi benda

uji, sedangkan pada bagian tengah masih tetap utuh. Sedangkan, benda

uji kontrol memperlihatkan keruntuhan butiran menjadi ukuran-ukuran

yang lebih kecil. Kondisi ini membuktikan bahwa benda uji dengan

campuran limbah karbit – abu sekam padi lebih kompak dan memiliki

kekuatan runtuh (strength at failure) yang lebih tinggi daripada benda uji

kontrol.

ISBN 978-602-98397-0-8

Innovation in Built Environment 2010 7

(a) (b)

Gambar 4. Pola keruntuhan benda uji setelah pengujian kuat tekan, (a) campuran limbah karbit – abu sekam

padi, (b) benda uji kontrol

KESIMPULAN

Pemanfaatan limbah karbit dan abu sekam padi untuk stabilisasi tanah

telah dikembangkan untuk bahan konstruksi pada penelitian ini. Hasil

penelitian ini berhasil menunjukkan bahwa penggunaan limbah karbit dan

abu sekam padi dapat menghasilkan bahan konstruksi dengan kekuatan

yang lebih tinggi daripada yang tersedia di pasar. Kuat tekan benda uji

campuran limbah karbit – abu sekam padi meningkat seiring dengan

bertambahnya umur benda uji. Nilai Indek Aktifitas Kuat Tekan (IAK)

menunjukkan bahwa benda uji pada umur 14 hari sudah dapat

memberikan kuat tekan yang maksimum. Campuran limbah karbit – abu

sekam padi dapat menghasilkan benda uji yang lebih kompak.

UCAPAN TERIMA KASIH

Ucapan terima kasih ditujukan kepada Direktorat Jenderal Pendidikan

Tinggi, Kementerian Pendidikan Nasional Republik Indonesia yang

memberikan hibah penelitian melalui Direktorat Penelitian dan

Pengabdian Masyarakat Tahun 2009/2010. Ucapan terima kasih kepada

“Komunitas Peneliti Muda” Jurusan Teknik Sipil, Universitas

Muhammadiyah Yogyakarta yang telah membantu dalam pelaksanaan

penelitian selama di laboratorium.

REFERENSI

ASTM C1240–05, Standard Specification for Silica Fume Used in

Cementitious Mixtures, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2005.

ASTM D2487–05, Standard Practices for Classification of Soils for Engineering Purposes (Unified Soil Classification System), ASTM International, West Conshohocken, PA, 2005.

ASTM D698–05, Standard Test Methods for Laboratory Compaction Characteristics of Soil Using Standard Effort (12 400 ft-lbf/ft3 (600 kN-m/m3)), ASTM International, West Conshohocken, PA, 2005.

ISBN 978-602-98397-0-8

8 Innovation in Built Environment 2010

Cardoso, F.A., Fernandes, H.C., Pileggi, R.G., Cincotto, M.A., John, V.M., Carbide lime and industrial hydrated lime characterization, Powder Technology, Vol. 195, pp. 143–149, 2009.

Chiang, K-Y., Chien, K-L., and Hwang, S-J., Study on the characteristics of building bricks produced from reservoir sediment, Journal of Hazardous Materials, Vol. 159, pp. 499–504, 2008.

Consoli, N.C., Prietto, P.D.M., Carraro J.A.H, and Heineck, K.S., Behavior of compacted soil-fly ash-carbide lime mixtures, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, ASCE, Vol. 127, No. 9, pp. 774-782, 2001.

Millogo, Y., Hajjaji, M., and Ouedraogo, R., Microstructure and physical properties of lime-clayey adobe bricks, Construction and Building Materials, Vol. 22, pp. 2386–2392, 2008.

Oti, J.E., Kinuthia, J.M., and Bai, J., Engineering properties of unfired clay masonry bricks, Engineering Geology, Vol. 107, pp. 130–139, 2009a.

Oti, J.E., Kinuthia, J.M., and Bai, J., Compressive strength and microstructural analysis of unfired clay masonry bricks, Engineering Geology, Vol. 109, pp. 230–240, 2009b.

Raghavan, G.S.V., Ohu, J.O., Prediction of static equivalent pressure of proctor compaction blows, Transactions of the American Society of Agricultural and Biological Engineers (ASABE), Vol. 28 No. 5, pp. 1398-1400, 1985.

Romano, J.S., Rodrigues, F.A., Bernardi, L.T., Rodrigues, J.A., and Segre, N., Calcium silicate cements obtained from rice hull ash: A comparative study, Journal of Materials Sciences, Vol. 41, pp. 1775–1779, 2006.

Wild, S., Kinuthia, J.M., Jones, G.I., and Higgins, D.D., Effect of partial substitution of lime with ground granulated blast furnace slag (GGBS) on the strength properties of lime-stabilized sulphate-bearing clay soils. Engineering Geology, Vol. 51 No. 4, pp. 37–53, 1998

Yuan, X-Z., Li, S-D., and Cui W., Silt subgrade modification and stabilization with ground granulated blast furnace slag and carbide lime in areas with a recurring high groundwater, Proceeding of International Conference on Mechanic Automation and Control Engineering (MACE), Wuhan, China , 26-28 June 2010, pp. 2063 – 2067, 2010.