Jurnal Ilmiah Teknik Sipil Vol. 13, No. 2, Juli 2009
PENGARUH ASAM KARBONAT (H2CO3) TERHADAP KEKUATAN TUMBUKAN AGREGAT BATU KAPUR I. M. Alit K. Salain1, M. Dodiek W. Ardana1, dan W. Tahriri2 1
Dosen Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Udayana, Denpasar. 2 Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Udayana, Denpasar. E-mail :
[email protected]
Abstrak : Batu kapur banyak digunakan sebagai bahan urugan dan lapisan pondasi perkerasan jalan raya, karena batu kapur memiliki daya dukung yang cukup baik. Namun diketahui bahwa asam karbonat (H2CO3) yang berada di dalam air tanah dapat melarutkan batu kapur. Hal ini memungkinkan penurunan kekuatan (daya dukung) pada urugan maupun lapisan pondasi, yang dibuat dari batu kapur yang berada pada lingkungan yang mengandung asam karbonat. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh asam karbonat terhadap kekuatan tumbukan agregat batu kapur (aggregate impact value atau AIV). Nilai AIV merupakan salah satu indikator yang digunakan dalam teknik jalan raya untuk mengetahui kekuatan agregat. Nilai AIV menunjukkan agregat relatif tidak terlalu kuat terhadap beban tekan yang akan diterima dari beban roda kendaraan maupun beban pada saat pemadatan. Pengujian kekuatan batu kapur dilakukan setelah merendam batu kapur di dalam larutan asam karbonat dengan variasi konsentrasi 5, 10, 15, 20 dan 25 ppm. Perendaman untuk masing-masing konsentrasi dilaksanakan selama 10, 15, 20, 25 dan 30 hari. Adapun rancangan dasar yang digunakan adalah Rancangan Acak Lengkap Faktorial, yang mempelajari faktorfaktor sebagai berikut: variasi konsentrasi asam karbonat dan variasi umur perendaman. Kemudian hasilnya dianalisa dengan analisa Sidik Ragam, uji Beda Nyata Terkecil dan Diagram Pencar. Dari hasil analisa diperoleh bahwa variasi konsentrasi dari 5 sampai dengan 25 ppm tidak berpengaruh nyata terhadap kekuatan tumbukan agregat batu kapur, namun umur perendaman berpengaruh nyata. Tidak terdapat interaksi antara variasi konsentrasi larutan asam karbonat dengan variasi umur perendaman. Kata kunci: batu kapur, asam karbonat, aggregate impact value
THE EFFECT OF CARBONATE ACID (H2CO3) ON COLLISION STRENGTH OF CHALK AGREGGATE Abstract : Chalk or limestone is frequently used for backfill materials and for stabilizing foundation layers of highway because of it’s good support in bearing capacity. However it is known that carbonate acid (H2CO3), which is soluble in the ground water, can dissolve chalks or limestone chemically. The natural acid environment is able to decrease the strength (support capability) of backfill and foundation layer. This study is conducted to determine the effect of carbonate acid on aggregate collision strength value of limestone (aggregate impact value or AIV). The AIV value is one of the indicators used in measuring the strength of aggregate. The AIV indicates that the aggregate was not too strong to receive loads from the burden of vehicle’s wheel or other load while it is being compacted. The tests on limestone strength were conducted after soaking the limestone into carbonate acid solution in a series of acid concentration as follows: 5, 10, 15, 20, and 25 parts per million.
108
Jurnal Ilmiah Teknik Sipil Vol. 13, No. 2, Juli 2009
The soaking process of each solution was carried out for 10, 15, 20, 25, and 30 days long. The basic design used was a Factorial Complete Random Design, which studied matters such as the variation of carbonate acid concentration and the variation of soaking time. Then the test results was analyzed using a Style Investigation Analysis, Least Significant Different test and Disperse Diagram The test results show that the variation of concentration from 5 to 25 parts per million does not significantly affect the strength of limestone aggregate impact, but the time soaking has a real effect. There is an interaction between the variations of carbonate acid concentration solution with the time of soaking. Keyword: limestone, carbonate acid, aggregate impact value
PENDAHULUAN Latar Belakang Batu kapur sebagai bahan stabilisasi (stabilizing agent) tanah dasar telah lama digunakan untuk pembuatan jalan raya seperti: di Roma, Yunani, India, Cina [Oglesby dan Hicks,1996]. Selain sebagai bahan stabilisasi tanah, batu kapur dapat juga digunakan sebagai bahan pondasi, urugan, dan bahan campuran dalam pembuatan semen Portland. Penggunaan batu kapur sebagai urugan disebabkan karena batu kapur memiliki daya dukung yang cukup baik. Di Bali, batu kapur digunakan sebagai lapisan pondasi bawah pada konstruksi jalan raya, tanah urugan untuk membangun rumah, dan tembok. Kemudahan untuk mendapatkan batu kapur dan harganya yang relative murah dibandingkan dengan agregat batu pecah menyebabkan semakin sering penggunaan batu kapur di Bali. Penggunaan batu kapur untuk keperluan struktur harus mempertimbangkan persyaratan teknis seperti: daya dukung, keawetan, dan keausan. Menurut Modul Praktikum Bahan Perkerasan Jalan Raya, tes kekuatan tumbukan merupakan salah satu tes yang dapat memberi petunjuk tentang kekuatan relative suatu agregat terhadap beban tekan yang akan digunakan untuk konstruksi jalan raya. Di sisi lain, larutan asam karbonat (H2CO3) dapat melarutkan batu kapur atau CaCO3 [Brady, 1998]. Larutan asam karbonat bisa terdapat di dalam air tanah, sehingga memungkinkan dapat menurunkan kekuatan batu kapur
109
yang digunakan pada lingkungan tersebut. Proses pelarutan batu kapur dapat dilihat melalui persamaan reaksi berikut ini: CaCO3 (s) + H2CO3 (aq)→ H2(CO3)2 (aq) Berdasarkan permasalahan di atas, maka dilakukan penelitian tentang pengaruh asam karbonat terhadap kekuatan batu kapur dengan parameter kekuatan tumbukan (Aggregate Impact Value/AIV) agregat batu kapur. TINJAUAN PUSTAKA Batu Kapur – Limestone Di Indonesia terdapat beberapa batuan yang mengandung senyawa karbonat, antara lain: batu kapur, batu kapur kerang dan batu kapur magnesia. Batu kapur merupakan salah satu bahan galian industri yang potensinya sangat besar dengan cadangan diperkirakan lebih dari 28 milyar ton yang tersebar di seluruh daerah di Indonesia [NI-7,1979]. Menurut Data dan Informasi Pertambangan Propinsi Bali Tahun 2001, Propinsi Bali sendiri memiliki potensi batu kapur dan masih tersisa sekitar 11.220.945.960 m3 dengan luas areal 25.559 Ha (Badung, Klungkung, Buleleng, Jembrana) pada akhir tahun 2000. Produksi batu kapur di Bali sebagian besar dipergunakan untuk bahan bangunan, biasanya digunakan untuk pondasi gedung maupun jalan raya. Batu kapur merupakan jenis batuan sedimen (sedimentary rock) yang mengandung senyawa karbonat atau organik. Pada
Pengaruh Asam Karbonat (H2CO3) .................................................... Salain, Ardana, dan Tahriri
umumnya batu kapur yang banyak terdapat adalah batu kapur yang mengandung kalsit. Batu kapur memiliki warna putih, putih kekuningan, abu-abu hingga hitam. Pembentukan warna ini tergantung dari campuran yang ada dalam batu kapur tersebut, misalnya: lempung, kwarts, oksida besi, mangan dan unsur organik. Batu kapur dapat terbentuk dari sisa-sisa kerang di laut maupun dari proses presipitasi kimia. Berat jenis dari batu kapur berkisar 2,6-2,8 dalam keadaan murni dengan bentuk kristal kalsit (CaCO3), sedangkan berat volumenya berkisar 1,7-2,6 gr/cm3. Jenis batuan karbonat dapat di bagi menjadi 2 bagian utama, yaitu: batu kapur (limestone) dan dolomit (dolostone). Suatu batuan disebut batu kapur apabila mengandung kalsit (CaCO3) ≥ 90 % dan disebut dolomit apabila mengandung dolomit (CaMgCO3) ≥ 90 % [Boggs, 1987]. Di beberapa daerah endapan batu kapur, seringkali ditemukan gua dan sungai di bawah tanah.Hal ini terjadi sebagai akibat reaksi air tanah dengan karbondioksida (CO2) yang membentuk asam karbonat (H2CO3) yang dapat melarutkan batu kapur yang dilaluinya. Pembentukan asam karbonat ini dapat dinyatakan dengan persamaan reaksi sebagai berikut: CO2 ( g ) + H2O ( l ) → H2CO3 ( aq ) Sedangkan proses pelarutan batu kapur oleh asam karbonat dapat dinyatakan dengan persamaan reaksi sebagai berikut: CaCO3 ( s ) + H2CO3 ( aq ) → Ca ( HCO3 )2 ( aq )
Reaksi kimia dapat berjalan dengan cepat atau lambat tergantung dari faktorfaktor yang mempengaruhinya, faktor– faktor yang mempengaruhi kecepatan (laju) reaksi adalah : sifat dasar pereaksi, temperatur, adanya katalis dan konsentrasi [Keenan, Kleinfelter and Wood]. Air tanah biasanya mengandung karbondioksida bebas kurang dari 10 ppm (part per million atau milligram per liter) [Sastrawijaya, 2000]. Selain air tanah, air
hujan juga mengandung CO2 dari udara maupun dari hasil pembentukan zat-zat organik di permukaan tanah [Riyanto,1993]. Setiap tetes air hujan mengandung 0,6 ppm karbondioksida yang terdapat di udara [Sastrawijaya, 2000]. Gas CO2 dapat juga diperoleh dari sisa-sisa pembakaran di rumah tangga, mesinmesin industri ataupun mesin-mesin kendaraan bermotor yang lepas ke udara [Surakitti, 1989]. Meningkatnya gas karbondioksida dapat menyebabkan semakin tingginya konsentrasi asam karbonat yang terbentuk dan mempercepat proses pelarutan batu kapur. Pengujian Kekuatan Agregat Terhadap Tumbukan Banyak metode yang telah dikembangkan untuk menguji kekuatan batuan terhadap beban, khususnya beban lalu lintas. Salah satunya dengan melakukan simulasi pemberian beban terhadap suatu sampel agregat. Salah satu beban yang dapat dipakai adalah beban tumbukan (impact). Prinsipnya adalah sampel agregat ditumbuk dengan alat khusus selama beberapa waktu. Agregat yang hancur kemudian ditimbang dan dibandingkan dengan berat sampel awal. Perbandingan ini merupakan nilai dari Aggregate Impact Value (AIV). Di lapangan beban tumbukan didapat dari proses pemadatan jalan dan terakhir beban tumbukan di dapat dari beban lalulintas. Dengan demikian pengujian kekuatan agregat terhadap tumbukan penting dilakukan sebagai analisis perencanaan tebal perkerasan jalan. Pemeriksaan ini pada dasarnya mengukur kekuatan relatif agregat terhadap beban tekan yang dinyatakan dengan rumus: AIV =
B x100% …………………….. (1) A
di mana: AIV : Aggregate Impact Value (%) A : berat awal sampel (gram)
110
Jurnal Ilmiah Teknik Sipil Vol. 13, No. 2, Juli 2009
B
: berat sampel lolos saringan 2,36 mm (gram). Nilai AIV yang besar menunjukkan bahwa jumlah agregat yang hancur cukup besar. Hal ini berarti bahwa sampel tersebut relatif tidak terlalu kuat terhadap beban tekan. Batas toleransi nilai AIV yang diperkenankan untuk batuan adalah sebesar 30 %.
MATERI DAN METODE Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari batu kapur berupa agregat limestone dan larutan asam karbonat. Larutan asam karbonat diperoleh dari P.T Polari Limunisa Indonesia, sedangkan batu kapur diperoleh dari penambangan batu kapur di daerah Garuda Wisnu Kencana,Ungasan-Bukit Jimbaran, Bali. Pengambilan batu kapur untuk penelitian dilakukan pada lokasi yang sama. Sebelum dilakukan proses perendaman agregat batu kapur dicampur terlebih dahulu. Selain menjaga keseragaman warna, batu kapur diambil pada pagi hari dengan tujuan untuk mengurangi proses penguapan yang disebabkan oleh sinar matahari. Pengambilan batu kapur dilakukan dengan cara peledakan, kemudian dipecah dengan menggunakan tenaga manusia untuk mendapatkan ukuran butir antara 5 mm sampai dengan 20 mm tanpa meninjau gradasi agregat tersebut. Selanjutnya agregat tersebut direndam dengan larutan asam karbonat sebanyak 3000 mL dalam ember plastik dan berat batu kapur sebanyak 2000 gram. Variasi yang dilakukan terhadap benda uji adalah sebagai berikut: • Variasi konsentrasi larutan asam karbonat dari 5 sampai dengan 25 ppm dengan interval 5 ppm • Variasi umur perendaman dari 10 sampai dengan 30 hari dengan interval 5 hari. Batu kapur yang telah direndam dengan larutan asam karbonat dan umur perendaman tertentu dikeringudarakan selama ± 48 jam. Kemudian diayak pada saringan
111
yang berukuran 14 mm dan 10 mm. Benda uji adalah agregat yang lolos saringan 14 mm dan tertahan 10 mm sebanyak ± 1000 gram. Agregat yang terdapat pada fraksi tersebut dioven selama ± 4 jam dengan suhu (110 ± 5)o C. Setelah dioven agregat didinginkan, kemudian ditumbuk dengan Aggregate Impact Value Machine sebanyak 15 kali tumbukan. Kemudian agregat diayak pada saringan 2,36 mm selama 1 menit, agregat yang lolos dan tertahan pada saringan ditimbang.
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil pengujian kekuatan tumbukan yang dilakukan di laboratorium dianalisa dengan menggunakan Rancangan Acak Lengkap Faktoril, Uji Beda Nyata dan dilanjutkan dengan Digram Pencar. Hasil pengujian kekuatan tumbukan ditunjukan pada Tabel 1 Dari hasil analisa ketiga metode tersebut menunjukkan bahwa konsentrasi asam karbonat dari 5 sampai dengan 25 ppm tidak berpengaruh terhadap nilai AIV, tetapi umur perendaman dari 10 sampai dengan 30 hari menunjukkan adanya pengaruh. Sedangkan kedua perlakuan berinteraksi. Pada konsentrasi 5 dan 25 ppm terlihat nilai AIV yang berfluktuasi. Tidak terdapat pengaruh konsentrasi kemungkinan disebabkan oleh waktu pengamatan yang tidak cukup untuk mengamati proses reaksi kimia yang terjadi secara menyeluruh. Adanya pengaruh umur perendaman terhadap nilai AIV kemungkinan disebabkan oleh pelarutan batu kapur yang berjalan seiring dengan umur perendaman. Sedangkan nilai AIV yang berfluktuasi kemungkinan disebabkan oleh benda uji yang digunakan kurang homogen dan efek peledakan pada saat pengambilan.
Pengaruh Asam Karbonat (H2CO3) .................................................... Salain, Ardana, dan Tahriri
Tabel 1. Hasil Pengujian Kekuatan Tumbukan dalam Persen a. Umur Perendaman 10 - 15 hari Umur Perendaman (hari)
Konsentrasi H2CO3 (ppm) N 5
10
15
20
25
1
21,106
25,754
22,846
23,088
23,124
2
20,259
24,334
22,658
23,475
24,465
3
24,179
19,172
22,551
21,685
22,091
Sub total
65,544
69,260
68,055
68,248
69,680
Rata-rata ulangan
21,848
23,087
22,685
22,749
23,227
1
25,465
22,828
22,745
23,076
22,438
2
24,905
24,398
22,092
23,178
22,624
3
25,005
21,774
23,821
22,446
21,620
Sub total
75,375
69,000
68,658
68,700
66,682
Rata-rata ulangan
25,125
23,000
22,886
22,900
22,227
10
15
b. Umur Perendaman 20 - 30 hari Umur Perendaman (hari)
Konsentrasi H2CO3 (ppm)
N 5
10
15
20
25
1
24,168
23,549
24,518
24,996
25,687
2
23,669
23,488
21,723
21,978
25,620
3
24,847
22,498
23,265
22,644
23,225
Sub total
72,684
46,047
69,506
69,618
74,532
Rata-rata ulangan
24,228
23,178
23,169
23,206
24,844
1
25,872
23,512
23,299
24,860
25,025
2
25,911
22,888
23,804
24,118
24,081
3
24,911
24,480
24,728
23,176
23,030
Sub total
76,694
70,880
71,831
72,154
72,136
Rata-rata ulangan
25,565
23,627
23,944
24,051
24,045
1
25,610
25,412
24,854
25,340
21,444
2
25,473
26,655
24,682
24,192
23,408
3
24,665
24,319
25,122
25,298
24,336
Sub total
75,748
76,386
74,658
74,830
69,188
Rata-rata ulangan
25,249
25,462
24,886
24,943
23,063
Total
366,045
331,573
352,708
353,550
352,218
20
25
30
112
Jurnal Ilmiah Teknik Sipil Vol. 13, No. 2, Juli 2009
Berikut pada Gambar 1. dapat dilihat Diagram Pencar Hubungan Antara Konsentrasi Asam Karbonat (H2CO3) dengan Nilai AIV.
26,000
10 Hari 15 Hari 20 Hari
24,000 AIV (%)
25 Hari 30 Hari 22,000
20,000 5
10 15 20 Konsentrasi H2CO 3 (ppm)
25
Gambar 1. Diagram Pencar Hubungan antara Konsentrasi H2CO3 dengan Konsentrasi AIV SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: 1. Variasi konsentrasi asam karbonat dari 5 sampai dengan 25 ppm berpengaruh berbeda tidak nyata terhadap nilai AIV agregat batu kapur. 2. Variasi umur perendaman berpengaruh sangat nyata terhadap nilai AIV agregat batu kapur. 3. Interaksi antara variasi konsentrasi larutan asam karbonat dan variasi umur perendaman memiliki pengaruh berbeda tidak nyata terhadap nilai AIV agregat batu kapur. 4. Nilai AIV yang berfluktuasi pada konsentrasi 5 dan 25 ppm kemungkinan dapat disebabkan benda uji yang kurang homogen. Saran Untuk pengembangan penelitian lebih lanjut disarankan: 1. Menguji batu kapur dengan konsentrasi asam karbonat yang lebih tinggi dan umur perendaman yang lebih lama 113
2. Menjaga suhu dan tekanan yang konstan dalam proses perendaman batu kapur 3. Kekuatan ditentukan dengan parameter tes kuat tekan. UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan terima kasih kepada Pimpinan Jurusan Teknik Sipil dan teknisi Laboratorium Jalan, Fakultas Teknik, Universitas Udayana yang telah menyediakan peralatan untuk melaksanakan penelitian serta semua pihak yang telah banyak membantu hingga selesainya penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA Bowles, J.E., 1993, Sifat-Sifat Fisis dan Geoteknis Tanah (Mekanika Tanah), Erlangga, Jakarta. Brady, J.E, 1998, Kimia Universitas Asas & Struktur Jilid I (Terjemahan), Binarupa Aksara, Jakarta. Das, B.M, 1995, Mekanika Tanah (Prinsip – Prinsip Rekayasa Geoteknis), Erlangga, Jakarta.
Pengaruh Asam Karbonat (H2CO3) .................................................... Salain, Ardana, dan Tahriri
Fakultas Teknik Universitas Udayana, 2000, Modul Praktikum Bahan Perkerasan Jalan Raya, Fakultas Teknik Universitas Udayana, Bali. Gaspersz, V, 1995, Teknik Analisis Dalam Penelitian Percobaan, Tarsito, Bandung. Gomez, A.K, 1995, Prosedur Statistik Untuk Penelitian Pertanian , Universitas Indonesia, Jakarta. Hanafiah, A. K, 2001, Rancangan Percobaan, Raja Grafindo Persada, Jakarta. Munir, M, 1996, Geologi & Mineralogi Tanah, Pustaka Jaya, Jakarta. Oglesby, C. H. and R. G. Hicks, 1996, Teknik Jalan Raya Jilid 2 (Terjemahan), Erlangga, Jakarta.
Pitts, J, 1984, A Manual of Geology for Civil Engineers, Nanyang Technological Institute, Singapore. Riyanto, A, 1993, Batu Gamping, Direktorat Jenderal Pertambangan Umum Pusat Penelitian Dan Pengembangan Teknologi Mineral, Jakarta. Tanaya, N, 1986, Perancangan Percobaan I dan II, Diktat Kuliah, Laboratorium Statistika Fakultas Pertanian, Universitas Udayana, Bali. Verhoef, P.N.W, 1992, Geologi Untuk Teknik Sipil, Erlangga, Jakarta. Waltham, A.C, 1994, Foundations of Engineering Geology, Civil Engineering Departement, Nottingham Trent University, Oxford.
114