Untuk menghasilkan konstruksi perkerasan jalan yang kuat dan tahan lama tentu membutuhkan material berkualitas. Kualitas material yang digunakan umumnya ditetapkan dalam bentuk standar atau spesifikasi.

Sayangnya, di beberapa daerah tertentu, ketersediaan material yang berkualitas sesuai standar atau spesifikasi sangat terbatas bahkan tidak tersedia. Akibatnya, pembangunan atau pemeliharaan jalan di beberapa daerah tersebut, harus mendatangkan material berkualitas dari daerah lain. Hal ini membuat kebutuhan biaya yang tinggi dan dengan waktu pelaksanaan yang relatif panjang.

Lalu, apa solusinya?, Jawabannya diperlukan upaya pemanfaatan material tanah (material lokal substandar), yaitu material yang tersedia dalam jumlah yang cukup banyak di sekitar lokasi pekerjaan, walaupun masih memiliki sifat material yang tidak memenuhi standar atau spesifikasi yang ditentukan.

Pemanfaatan material tanah tersebut untuk perkerasan jalan dapat diupayakan dengan melakukan stabilisasi tanah. Stabilisasi tanah sudah banyak diterapkan dan terbukti mampu menunjukkan kinerja yang memadai selama umur pelayanan.

Stabilisasi Tanah

Metode Stabilisasi Tanah

Dalam bidang perkerasan jalan, stabilisasi tanah adalah teknik memperkuat tanah dengan cara mencampurkan dengan bahan tertentu, kemudian dipadatkan dan dirawat (apabila diperlukan). Stabilisasi tanah bertujuan untuk memperbaiki sifat dan karakteristik kekuatan material tanah sehingga dapat digunakan sebagai material perkerasan jalan, baik sebagai material lapis tanah dasar, lapis fondasi bahkan material lapis permukaan.

Secara umum, ada dua metode stabilisasi tanah. Pertama, stabilisasi dengan cara mekanis atau stabilisasi mekanis (mechanical stabilization). Kedua, stabilisasi dengan menggunakan bahan kimia atau stabilisasi kimia (chemical stabilization). Stabilisasi kimia sendiri terbagi dua kelompok berdasarkan jenis bahan kimia. Ada yang menggunakan bahan konvensional seperti semen, kapur, fly ash, bitumen, dan kombinasi dua atau lebih dari bahan kimia tersebut. Ada juga yang memakai bahan non-konvensional, meliputi electrolytes/ ionic, enzyme, lignosulfonate, salt/chlorides, petroleum resins, polymer, dan tree resins yang diproduksi secara komersil.

Bahkan, kombinasi antara bahan konvensional dan non-konvensional juga banyak dipakai dalam praktik.

Pemilihan Jenis Bahan Stabilisasi Tanah

Walaupun berbagai jenis bahan stabilisasi tanah telah tersedia, akan tetapi pemilihan masih harus disesuaikan dengan jenis tanah yang akan distabilisasi. Seperti ditunjukkan pada Tabel 1, pemilihan jenis bahan stabilisasi tergantung pada kandungan material halus (lolos ayakan 0.075 mm) dan indeks plastisitas (PI) tanah yang akan distabilisasi.

Faktor iklim atau cuaca juag merupakan faktoryang perlu dipertimbangkan dalam pemilihan jenis bahan stabilisasi. Untuk daaerah basah, tanah dengan kadar air cukup tinggi, maka sangat penting untuk menjamin bahwa kekuatan tanah yang distabilisasi dalam keadaan basah harus masih tetap tinggi. Pada kondisi tersebut, walaupun aspal dan campuran aspal-semen juga dapat digunakan, namun penggunaan semen lebih direkomendasikan.

Kapur juga bisa digunakan untuk tanah-tanah kohesif agar kadar airnya berkurang. Namun, kapur tidak cocok pada tanah jenis lanau, kecuali dipadukan dengan bahan pozolan seperti fly ash. Sementara itu, di daerah bercuaca kering-dingin, penggunaan aspal emulsi harus dikombinasikan dengan semen atau kapur. Tujuannya agar air dalam campuran bisa keluar dari aspal emulsi selama proses stabilisasi sekaligus meningkatkan kekuatan material yang dihasilkan.

Dari berbagai jenis bahan stabilisasi tanah yang tersedia, semen merupakan jenis bahan kimia yang paling umum digunakan. Namun, untuk stabilisasi tanah lempung berplastisitas tinggi, jumlah semen yang diperlukan cukup tinggi dan berpotensi menimbulkan retak susut. Karena itu, untuk stabilisasi tanah lempeng berplastisitas tinggi, penggunaan semen harus dikombinasikan dengan bahan stabilisasi lainnya, seperti kombinasi semen dengan bahan kimia non-konvensional atau dengan kapur. Kombinasi ini juga telah ditetapkan dalam bentuk spesifikasi, baik spesifikasi umum maupun spesifikasi khusus seperti yang dijelaskan pada Tabel 2.

Stabilisasi Tanah dengan Semen

Stabilisasi tanah dengan semen dilakukan dengan mencapurkan material tanah dengan semen, kemudian dipadatkan pada kadar air tertentu (pada atau mendekati kadar air optimum) sampai mencapai kepadatan sesuai yang ditentukan. Setelah itu, tanah hasil campuran dirawat, seperti Gambar 1.

Semen sendiri adalah bahan anorganik halus yang memiliki sifat mengikat kuat secara hidrolik bila dicampur dengan air untuk menghasilkan produk yang stabil dan tahan lama. Ketika semen dicampur dengan tanah, reaksi utama semen dengan air dalam tanah membentuk material bersifat semen (cementitious material).

Karena reaksi inilah semen dapat digunakan untuk menstabilkan berbagai jenis tanah, kecuali tanah- tanah organik dan mengandung sulfat atau tanah- tanah bersifat asam (pH < 6).

Pada tanah berbutir kasar, pasta semen mengikat partikel tanah akibat adanya gaya adhesi antara gel semen dan permukaan partikel. Sementara pada tanah berbutir halus, fase lempung berkontribusi pada proses stabilisasi melalui reaksi kapur bebas dari semen sehingga dapat mengurangi sifat plastisitas dan pengembangan (expansion) tanah, sekaligus meningkatkan kekuatannya.

Kualitas tanah yang distabilisasi dengan semen biasanya diukur melalui pengujian unconfined compressive strength (UCS) setelah material yang distabilisasi tersebut mengeras atau setelah curing time. Walaupun pengujian UCS kerap dikritisi karena tidak mencerminkan kondisi sesungguhnya yang akan terjadi di lapangan, metode ini tetap sering digunakan karena praktik dan sangat cocok untuk kontrol rutin dalam jumlah yang banyak. Dalam Spesifikasi Umum Bina Marga Seksi 5.4 ditetapkan persyaratan UCS stabilisasi tanah dengan semen untuk lapis fondasi (Lapis Fondasi Tanah Semen) setelah dirawat selama 7 hari harus berada pada kisaran sebesar 20 kg/cm2 – 35 kg/cm2.

Banyak hasil penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa untuk menghasilkan UCS sesuai spesifikasi, diperlukan jumlah pemakaian semen yang bervariasi. Untuk tanah berbutir kasar dan tanah berplastisitas rendah diperlukan jumlah pemakaian semen yang relatif rendah, sedangkan untuk tanah-tanah berbutir halus, seperti tanah lempung plastisitas tinggi, diperlukan jumlah pemakaian semen yang tinggi. Penggunaan semen yang tinggi dapat menimbulkan retak susut yang tinggi dan berpotensi menimbulkan retak refleksi. Karena itu, Spesifikasi Umum Bina Marga Seksi 5.4 juga menetapkan jumlah pemakaian semen maksimum adalah 8% untuk stabilisasi tanah.

Untuk mengurangi kebutuhan semen, beberapa metode kombinasi mulai digunakan. Misalnya, mencampur semen dengan bahan kimia non- konvensional (aditif), atau menggunakan metode dua tahap dengan kapur dan semen. Cara ini terbukti lebih efisien sekaligus mengurangi risiko kerusakan di kemudian hari.

Stabilisasi Tanah dengan Semen dan Aditif

Selain menggunakan semen saja, stabilisasi tanah kini juga banyak dilakukan dengan menambahkan aditif, yaitu bahan kimia non-konvensional. Campuran tanah, semen, dan aditif kemudian dipadatkan dan dirawat hingga siap digunakan sebagai lapis fondasi jalan. Dalam Spesifikasi Khusus Interim SKh-2.5.4 lapisan ini disebut Lapis Fondasi Semen Komposit Tanah.

Berbagai jenis aditif tersedia di pasaran, diantaranya adalah aditif berbasis garam anorganik, berupa serbuk halus yang terdiri dari logam dan garam mineral anorganik, berwarna putih dan bersifat larut dalam air.

Penggunaan aditif berbasis garam anorganik untuk stabilisasi tanah dengan semen bekerja melalui reaksi kimia. Reaksi kimia ini membantu mengurangi bahan-bahan tertentu dalam tanah yang bisa menghambat reaksi antara semen dengan material tanah. Dengan berkurangnya bahan penghambat tersebut, kebutuhan semen tidak lagi terlalu tinggi untuk menghasilkan kekuatan dan ketahanan sesuai standar.

Penggunaan aditif, kandungan bahan-bahan yang menghambat dalam tanah berkurang sehingga kebutuhan semen ikut menurun dan risiko retak akibat pemakaian semen berlebihan bisa diminimalisir. Meski begitu, hasil uji laboratorium sebelumnya menunjukkan bahwa efektivitas penggunaan aditif berbasis garam anorganik yang diukur dari peningkatan UCS masih sangat bervariasi. Untuk material tanah tertentu, penggunaan aditif berbasis garam anorganik cukup efektif, dapat meningkatkan UCS cukup signifikan, namun kurang efektif untuk jenis tanah lainnya.

Karena itu, uji desain campuran di laboratorium sangat penting dilakukan sebelum diaplikasikan di lapangan.

Penggunaan aditif berbasis garam anorganik terbukti mampu meningkatkan kekuatan tanah. Pada material tanah jenis batu kapur di Bojonegoro, misalnya, pencampuran 7% semen dengan tambahan aditif dapat menghasilkan UCS sebesar 27,05 kg/cm2 atau meningkat sekitar 15% dibandingkan dengan UCS tanpa aditif.

Untuk pengaplikasian di lapangan, aditif berbasis garam anorganik dilarutkan terlebih dahulu dalam air, selanjutnya ditebarkan/didistribusikan bersamaan atau setelah pencampuran material tanah dengan semen.

Apabila penebaran aditif berbasis garam anorganik dilakukan setelah pencampuran material tanah dengan semen, maka harus dilakukan pencampuran kembali agar aditif berbasis garam anorganik tersebar secara merata dalam campuran tanah dengan semen. Setelah itu, semen dan aditif berbasis garam anorganik, dilakukan pemadatan sampai mencapai kepadatan yang ditentukan dan dirawat selama 7 hari.

Dalam pekerjaan percobaan lapangan (field trial) di Bojonegoro, pencampuran material baru kapur dengan 7% semen dan tambahan 2% aditif berbasis garam anorganik menghasilkan UCS sebesar 30,35 kg/cm2 pada kondisi kepadatan kering.

Stabilisasi Tanah dengan Kapur dan Semen

Telah dijelaskan sebelumnya pada Tabel 1, tanah lempung plastisitas tinggi (PI ≥ 20) tidak cocok distabilisasi dengan semen karena membutuhkan jumlah pemakaian semen yang tinggi. Untuk jenis tanah ini, kapur menjadi pilihan yang tepat. Dua jenis kapur yang umum digunakan adalah kapur kembang (kalsium oksida, CaO) dan kapur padam (kalsium hidroksida, Ca(OH) ). Ketika kapur dicampur dengan tanah lempung plastisitas tinggi, adanya air memicu beberapa reaksi kimia mulai dari pertukaran kation, flokulasi- aglomerasi, reaksi pozzolanic, dan karbonasi.

Pertukaran kation dan flokulasi-aglomerasi adalah reaksi primer, yang berlangsung segera setelah pencampuran. Selama reaksi ini, kation monovalen dari mineral lempung digantikan oleh ion divalen kalsium. Reaksi ini menghasilkan penurunan indeks plastisitas, peningkatan workability dan kekuatan.

Selanjutnya, reaksi pozzolanic terjadi antara kapur dengan silika dan alumina dari mineral lempung menghasilkan material yang bersifat semen berupa kalsium silikat-hidrat dan kalsium alumina-hidrat.

Reaksi pozzolanic yang terjadi bergantung pada waktu dan temperatur serta dapat terus berlangsung untuk jangka waktu yang panjang. Dengan demikian, stabilisasi tanah lempung plastisitas tinggi dengan kapur mempunyai dua tujuan, yaitu untuk memodifikasi dan untuk meningkatkan kekuatan tanah lempung tersebut.

Peningkatan workability tanah lempung merupakan hasil modifikasi langsung, yang merupakan kontributor utama dalam tahap awal konstruksi. Meningkatkan kekuatan dan daya tahan dianggap stabilisasi jangka panjang, terjadi selama dan setelah melalui proses perawatan.

Karena reaksi pozzolanic ini sangat tergantung pada waktu dan temperatur, peningkatan kekuatan biasanya berlangsung lambat maka semen biasanya ditambahkan ke dalam material tanah yang telah dimodifikasi dengan kapur untuk meningkatkan laju peningkatan kekuatan.

Jadi, stabilisasi tanah dengan kapur dan semen adalah pencampuran tanah dengan kapur dan semen, dipadatkan dan dirawat. Metode ini disebut stabilisasi dua tahap, karena prosesnya diawali dengan kapur lalu dilanjutkan dengan semen. Adapun tahapan yang dilakukan:

1. Tahap 1 - stabilisasi dengan kapur, digunakan untuk mengurangi sifat plastisitas tanah lempung dan meningkatkan workability. Untuk stabilisasi dengan kapur, tanah lempung dicampur dengan kapur dan air sesuai yang diperlukan, dipadatkan secukupnya dengan 1 – 2 lintasan alat pemadat (lihat Gambar 5) dan dirawat (mellow time) selama 1 – 3 hari.

2. Tahap 2 - stabilisasi dengan semen, digunakan untuk meningkatkan kekuatan. Tanah lempung yang telah dicampur dengan kapur dan telah melalui proses mellow time dicampur kembali dengan semen dan air (apabila diperlukan), dipadatkan sampai mencapai kepadatan lapangan sesuai yang ditentukan (lihat Gambar 6) dan 52 selanjutnya dirawat selama 7 hari.

Stabilisasi tanah dengan kapur dan semen telah diterapkan di Trans Papua Kabupaten Merauke (ruas Merauke – Tanah Merah). Dalam penerapan tersebut, digunakan material tanah lempung dari dua lokasi di sekitarnya, yaitu dari KM. 138 dan KM. 171, masing-masing dengan nilai indeks plastisitas 34 dan 30, distabilisasi menggunakan 6% kapur.

Hasilnya, nilai plastisitas turun menjadi 19 dan 17 setelah melalui proses mellow time selama dua hari.

Untuk tanah dari KM. 171, nilai UCS sebesar 16,55 kg/cm2 setelah melalui proses perawatan tujuh hari. Selanjutnya, penambahan semen sebesar 8% pada kedua material tanah lempung yang telah distabilisasi dengan 6% kapur menghasilkan UCS sekitar 20,50 kg/cm2 – 25,70 kg/cm2 setelah tujuh hari, sesuai dengan standar yang ditetapkan dalam Spesifikasi Khusus Interim Lapis Fondasi Tanah Kapur Semen, SKh-2.5.11.

Penutup

Stabilisasi tanah menjadi solusi penting dalam memanfaatkan material lokal yang sering dianggap substandar untuk perkerasan jalan, khususnya pada lapisan fondasi. Selama ini, metode yang paling banyak digunakan adalah stabilisasi dengan semen. Namun, untuk tanah berbutir halus atau lempung plastisitas tinggi, kebutuhan semen yang tinggi justru berisiko menimbulkan retak susut dan retak refleksi.

Untuk mengatasi hal, ini tersedia dua alternatif yang lebih efektif yakni stabilisasi dengan semen dan aditif, serta stabilisasi dua tahap dengan kapur dan semen. Penggunaan aditif membantu meningkatkan kekuatan tanah hasil stabilisasi dengan semen, sementara kombinasi kapur dan semen memungkinkan plastisitas tanah lempung berkurang sehingga lebih mudah dikerjakan sekaligus tetap memiliki kekuatan yang memadai.

Penerapan metode yang tepat, pemanfaatan tanah lokal yang kurang layak dapat diubah menjadi fondasi jalan yang kuat, efisien, dan berdaya tahan lebih lama