Teknik Identifikasi Tanah Ekspansif

 

(lanjutan dari Tanah Ekspansif)

Tanah ekspansif dapat menyebabkan kerusakan yang cukup besar pada struktur dan pondasi teknik sipil. Hal ini disebabkan oleh tekanan pembengkakan yang tinggi yang mereka berikan pada fondasi saat mereka menyerap air. Selain itu, penyusutan tinggi pada pengeringan juga dapat mempengaruhi pondasi secara negatif.

Metode untuk menentukan potensi mengembang tanah ekspansif secara umum dapat dibagi menjadi dua jenis. Kategori pertama terutama melibatkan pengukuran sifat fisik tanah, seperti batas Atterberg, free swell, dan perubahan volume potensial. Kategori kedua meliputi pengukuran sifat mineralogi dan kimia tanah, seperti kandungan tanah liat, kapasitas tukar kation, dan luas permukaan spesifik.

Identifikasi Tanah Ekspansi Berdasarkan Sifat Fisik

a. Metode Berdasarkan Plastisitas

Tanah ekspansif dapat diidentifikasi dengan menggunakan batas Atterberg. Indeks Plastisitas (PI) dan Indeks Likuiditas (LI), adalah dua indeks berdasarkan batas Atterberg. Salah satu atau kedua indeks ini telah digunakan dalam berbagai metode identifikasi untuk ekspansif. Mineral yang lebih ekspansif, secara keseluruhan, memiliki plastisitas yang lebih tinggi. Ada hubungan umum antara indeks plastisitas tanah dan potensi ekspansi yaitu:

Plasticity     Index	Expansion Potential
0 – 15	Low
0 – 35	Medium
22 – 55	High
> 55	Very high

Indeks plastisitas saja tidak secara akurat memprediksi potensi ekspansi tanah ekspansif yang dibentuk kembali. PI menyimpulkan bahwa  potensi ekspansi dengan produk indeks plastisitas dan % lolos saringan No. 200 (75 m) meningkatkan korelasi secara signifikan. Penting untuk diingat bahwa, meskipun plastisitas tanah dapat menunjukkan adanya mineral ekspansif, itu bukan jaminan bahwa tanah itu ekspansif.

Batas Atterberg dan kandungan liat dapat digabungkan menjadi parameter yang disebut aktivitas (Ac). Istilah ini didefinisikan oleh:

Activity = Plasticity Index / (% by weight finer than 2μm)

Lempung dapat dibagi menjadi tiga kategori berdasarkan aktivitasnya. 

• "Tidak aktif" untuk aktivitas kurang dari 0,75
• "Normal" untuk aktivitas antara 0,75 dan 1,25
• "Aktif" untuk aktivitas yang lebih besar dari 1,25.

Potensi ekspansi terbesar terdapat pada lempung aktif. Tabel dibawah menunjukkan nilai aktivitas khas untuk berbagai mineral lempung. Potensi pertumbuhan terbesar terlihat pada natrium montmorillonit.

Mineral	Activity
Kaolinite	0.33 – 0.46
Illite	0.9
Montmorillonite (Ca)	1.5
Montmorillonite (Na)	7.2

b. Free Swell Test

Uji Free Swell Test melibatkan penyisipan volume yang diketahui dari tanah kering yang telah melewati saringan No. 40 (425 m) ke dalam gelas ukur yang diisi dengan air dan mengukur volume pengembangan setelah benar-benar mengendap. Rasio perubahan volume dari kondisi kering ke kondisi basah terhadap volume awal, dinyatakan sebagai persentase, digunakan untuk menghitung pengembangan bebas tanah.

Nilai swell bebas dari bentonit komersial bermutu tinggi (natrium montmorillonit) akan berkisar dari 1200 hingga 2000 persen.Tanah dengan nilai pengembangan bebas serendah 100 persen dapat mengembang secara signifikan di lapangan ketika dibasahi di bawah pembebanan sederhana.

Indeks membengkak bebas (FSI) dihitung sebagai;

FSI = [(volume tanah dalam air - volume tanah dalam kerosene)/ volume tanah dalam kerosene] × 100%

Potensi pemuaian tanah yang diklasifikasikan menurut FSI ditunjukkan pada tabel dibawah

Free Swell Index (FSI)	Expansion Potential
< 20	Low
20 – 35	Medium
35 – 50	High
> 50	Very High

c. Potensi Perubahan Volume / Potential Volume Change (PVC)

Pengujian PVC terdiri dari menempatkan sampel tanah yang telah dicetak ulang ke dalam cincin oedometer. Sampel kemudian dibasahi dan dibiarkan membengkak terhadap cincin pembuktian di perangkat. Tekanan pada cincin diberikan sebagai indeks swell, yang dihubungkan dengan rentang kualitatif dari kemungkinan perubahan volume menggunakan grafik.

Kelebihan dari test ini adalah sederhana dan simpel. Kelemahannya adalah kekakuan cincin pembuktian tidak seragam, memungkinkan berbagai tingkat pembengkakan tergantung pada kekakuan cincin pembuktian. Jumlah pembengkakan yang diizinkan oleh cincin pembuktian akan mempengaruhi tekanan pembengkakan yang berkembang. Indeks swell dan nilai PVC lebih bermanfaat untuk mengidentifikasi potensi perilaku ekspansif dan tidak boleh digunakan sebagai parameter desain untuk tanah in situ yang tidak terganggu karena pengujian menggunakan sampel yang dicetak ulang.

d. Uji Ekspansi / Expansion Index (EI)

Uji indeks ekspansi memerlukan pemadatan tanah pada tingkat kejenuhan 50% ± 2% di bawah kondisi standar. Sampel dikenai tekanan vertikal 144 psf (7 kPa) dan kemudian dibanjiri dengan air suling. Persamaan digunakan untuk menghitung indeks ekspansi, yang dilaporkan ke bilangan bulat terdekat.

EI = [(ketebalan akhir - ketebalan awal) / ketebalan awal] × 1000

Potensi pemuaian tanah diklasifikasikan menurut indeks pemuaian,

Expansion Index (EI)	Expansion Potential
0 – 20	Very low
21 – 50	Low
51 – 90	Medium
91 – 130	High
> 130	Very high

International Building Code (2012) dan International Residential Code (2012) keduanya mengadopsi uji indeks ekspansi untuk identifikasi tanah ekspansif. Kedua kode menyatakan sebagai berikut:

Tanah yang memenuhi keempat ketentuan berikut ini harus dianggap ekspansif, kecuali bahwa pengujian untuk menunjukkan kesesuaian dengan Butir 1, 2, dan 3 tidak diperlukan jika pengujian yang ditentukan dalam Butir 4 dilakukan, antara lain:

• Indeks Plastisitas (PI) dari 15 atau lebih besar, ditentukan sesuai dengan ASTM D 4318.
• Lebih dari 10 persen partikel tanah lolos saringan No. 200, ditentukan sesuai dengan ASTM D 422.
• Lebih dari 10 persen partikel tanah berukuran kurang dari 5 mikrometer,

e. Koefisien Perpanjangan Linier / Coefficient of Linear Extensibility (COLE)

Uji koefisien perpanjangan linier (COLE) mengukur regangan linier sampel tidak terganggu dan tidak dibatasi saat dikeringkan dari tekanan 5 psi (34 kPa) hingga kering-oven (150.000 psi = 1.000 MPa). Sebuah resin plastik fleksibel diterapkan pada sampel tanah yang tidak terganggu selama prosedur. Resin tidak permeabel terhadap air/cairan, tetapi permeabel terhadap uap air. Gumpalan tanah alami dibawa ke penghisap tanah sebesar 5 psi (34 kPa) dalam bejana tekan.

Menggunakan prinsip Archimedes, mereka ditimbang di udara dan di air untuk menentukan berat dan volumenya. Setelah itu, sampel dikeringkan dalam oven, dan pengukuran berat dan volume lainnya dilakukan dengan cara yang sama. COLE adalah pengukuran seberapa banyak dimensi sampel berubah dari basah menjadi kering.

Nilai COLE adalah:

COLE = ΔL∕ΔL_D = (𝛾_dD∕𝛾_dM)^0.33 − 1 

dimana:

ΔL∕ΔL_D = regangan linier relatif terhadap dimensi kering
𝛾_dD = densitas kering sampel kering oven
𝛾_dM = densitas kering sampel pada hisapan 5 psi (34 kPa)

Nilai COLE terkadang dinyatakan sebagai persentase. Apakah itu persentase atau tidak berdimensi terbukti dari besarnya. COLE telah dikaitkan dengan indeks swell dari uji PVC dan parameter indikatif lainnya. Ekstensibilitas Linier (LE) dapat digunakan sebagai penduga mineralogi lempung. LE lapisan tanah adalah produk dari ketebalan, dalam sentimeter, dikalikan dengan COLE lapisan tersebut. LE tanah didefinisikan sebagai jumlah dari produk-produk ini untuk semua horizon tanah. Rasio LE terhadap kandungan lempung berhubungan dengan mineralogi

LE/Percent Clay	Mineralogy
< 0.05	Kaolinite
0.05–0.15	Illite
0.15	Montmorillonite

f. Kadar Air Penyerapan Standar / Standard Absorption Moisture Content (SAMC)

SAMC adalah sarana untuk mengidentifikasi tanah ekspansif. Cara ini disarankan dalam Spesifikasi China untuk Desain Subgrade Jalan Raya (CMC 2004). Tes SAMC memiliki keuntungan karena sederhana. SAMC adalah kadar air di mana tanah akan mencapai keseimbangan dalam kondisi tertentu.

Sampel tanah tidak terganggu ditempatkan pada pelat berpori dalam wadah kelembaban konstan di atas larutan natrium bromida jenuh. Setelah mengukur berat sampel tanah pada kesetimbangan, dikeringkan dengan oven. SAMC ditentukan sebagai berikut:

SAMC (%) = (W_e −W_s)/W_s

di mana:

W_e = berat sampel pada kesetimbangan (77 F dan 60% kelembaban relatif) dan

W_s = berat sampel kering oven.

Spesifikasi China untuk Desain Subgrade Jalan Raya (CMC 2004) menyajikan metode untuk mengklasifikasikan tanah ekspansif berdasarkan kadar air serapan standar, indeks plastisitas, dan nilai free swell.

Standard Absorption Moisture Content (%)	Plasticity Index     (%)	Free-Swell Value     (%)	Swell Potential     Class
< 2.5	< 15	< 40	Non-expansive
2.5 – 4.8	15 – 28	40 – 60	Low
4.8 – 6.8	28 – 40	60 – 90	Medium
6.8	> 40	> 90	High