TANAH EKSPANSIF DAN MINERALNYATanah ekspansif adalah tanah yang memiliki kembang susut yang tinggi, hal ini di karenakan

terdapat mineral-mineral yang dapat menyerap air secara ekstrem dan dapat menyusut drastis

ketika musim kemarau.

Tanah ekspansif mempunyai kandungan dan struktur mineral yang tidak jauh berbeda dengan

kandungan tanah lempung pada umumnya. ASTM memberikan batasan bahwa secara fisik

ukuran lempung adalah lolos saringan No 200. Untuk menentukan jenis lempung tidak cukup

hanya di lihat dari ukuran butirannya saja tetapi dari mineral pembentuknya juga.

Menurut Chen(1975), mineral lempung terdiri dari tiga komponen penting yaitu

montmorillonite, illite ,dan kaolinite. Mineral montmorillonite mempunyai luas permukaan

lebih besar dan sangat mudah menyerap air dalam jumlah banyak bila dibandingkan dengan

mineral yang lainnya, Sehingga tanah yang mempunyai kepekaan terhadap pengaruh air ini

sangat mudah mengembang.

Struktur kaolinite terdiri dari unit lapisan silica dan aluminium yang diikat oleh ion hydrogen,

kaolinite membentuk tanah yang stabil karena strukturnya yang terikat teguh mampu

menahan molekul-molekul air sehingga tidak masuk kedalamnya.

Struktur illite terdiri dari lapisan-lapisan unit silica-alumunium-silica yang dipisahkan oleh

ion K+ yang mempunyai sifat mengembang.

Struktur montmorillonite mirip dengan struktur illite, tetapi ion pemisahnya berupa ion H2O,

yang sangat mudah lepas, mineral ini dapat dikatakan sangat tidak stabil pada kondisi

tergenang air, air dengan mudah masuk kedalam sela antar lapisan ini sehingga mineral

mengembang, pada waktu mengering, air diantara lapisan juga mengering sehingga mineral

menyusut. Karena sifat-sifat tersebut montmorillonite sangat sering menimbulkan masalah

pada bangunan (Hardiyatmo,2002).

Mineral Tebal tipikal Diameter Permukaan

(nm) Tipikal

(nm)

spesifik

(km2/kg)

Montmorillonite 3 100 – 1000 0.8

Illite 30 10000 0.08

Chlorite 30 10000 0.08

Kaolinie 50 – 2000 300 – 4000 0.015

 

Tabel 1. Rata-rata Ukuran relatif, tebal dan spcific surface mineral lempung,(Yong dan

Warkentin, 1975)

Perilaku tanah ekspansif sangat dipengaruhi oleh kadar air dan mineraloginya. Pada musim

kemarau volume tanah ini akan susut banyak, sedangkan pada musim penghujan volume

tanah akan mengembang.

Sumber: http://media4read.blogspot.com/2011/11/tanah-ekspansif-dan-mineralnya.html

Masalah Tanah Ekspansif dan Beberapa Solusi Terjadinya pengembangan dan penyusutan pada tanah menjadi sangat berbahaya,

terlebih lagi apabila di atas tanah tersebut akan berdiri bangunan sipil. Tanah seperti ini

tergolong tanah yang tidak stabil sehingga dapat merusak lantai bangunan yang akan

didirikan, atau yang lebih berbahaya dapat merusak pondasi bangunan tersebut.

Salah satu upaya untuk mendapatkan sifat tanah yang memenuhi syarat-syarat teknis

tertentu adalah dengan metode stabilisasi tanah. Metode stabilisasi tanah dapat dibagi

menjadi 2 klasifikasi utama yaitu berdasarkan sifat teknisnya dan berdasarkan pada tujuanya,

dimana beberapa variasi dapat di gunakan. Dari sifat teknisnya, stabilisasi dapat dibagi

menjadi 3 jenis yaitu: stabilisasi mekanis, stabilisasi fisik, dan stabilisasi kimiawi (Ingles dan

Metcalf, 1972).

Pada prinsipnya stabilisasi tanah secara mekanis dengan penambahan kekuatan dan

daya dukung terhadap tanah yang ada dengan mengatur gradasi dari butir tanah yang

bersangkutan dengan meningkatkan kepadatannya. Menambah dan mencampur tanah yang

ada( naturalsoil) dengan jenis tanah yang lain sehingga mempunyai gradasi baru yang lebih

baik. Yang perlu diperhatikan dalam stabilisasi tanah secara mekanis adalah gradasi butir

tanah yang memiliki daya ikat( binder soil) dan kadar air.

Contohnya: Stabilisasi Tanah Ekspansif Dengan Cara Removal dan Replacement 

Metode ini dilakukan dengan cara mencampur tanah ekspansif dengan tanah nonekspansif,

diharapkan dengan mencampur kedua jenis tanah ini dapat memperbaiki sifat dari tanah

ekspansif. Tinggi dari timbunan tanah non ekspansif harus tepat agar didapat kekuatan yang

diinginkan. Tidak ada petunjuk yang tepat, berapa tinggi timbunan tersebut. Menurut Chen

(1988) merekomendasikan 1 meter sampai dengan1,30 meter.

Keuntungan dari metode ini adalah:

Tanah non ekspansif yang dicampurkan mempunyai sifat density dan daya dukung

lebih besar, sehingga dapat memperbaiki tanah ekspansif yang mempunyai nilai

density rendah.

Biaya dari metode ini lebih ekonomis dari metode stabilisasi tanah ekspansif

lainya,karena metode ini tidak membutuhkan peralatan konstruksi yang mahal. 

Kerugian dari metode ini adalah ketebalan dari tanah ekspansif yang telah dicampur

dengan tanah non ekspansif akan menjadi lebih tebal sehingga memungkinkan tidak

sesuai dengan ketebalan yang telah ditentukan.

 Stabilisasi kimiawi dengan menambahkan bahan kimia tertentu sehingga terjadi

reaksi kimia. Bahan yang biasanya digunakan antara lain   portland cement, kapurtohor dan

bahan kimia lainya. Stabilisasi ini dilakukan dengan dua cara yaitu mencampur tanah dengan

bahan kimia kemudian diaduk dan dipadatkan, cara kedua adalah memasukan bahan kimia

kedalam tanah( grouting).

Contohnya: Stabilisasi tanah Ekspansif Dengan Cara Chemical Admixtures:

1.Stabilisasi Tanah Dengan Kapur

Stabilisasi tanah dengan kapur telah banyak digunakan pada proyek-proyek

jalan dibanyak negara. Untuk hasil yang optimum kapur yang digunakan biasanya

antara 3% sampai dengan 7%. Thomson (1968) menemukan bahwa dengan kadar

kapur antara 5% sampai dengan 7% akan menghasilkan kekuatan yang lebih besar

dari kadar kapur 3%. 

2.Stabilisasi Tanah Dengan Semen

Hasil yang didapat dengan stabilisasi tanah dengan semen hampir sama

stabilisasi tanah dengan kapur. Menurut Chen (1988) dengan menambahkan semen

pada tanah akan dapat meningkatkan shrinkage limit dan shearstreng tanah.

3.Stabilisasi Tanah Dengan  Fly ash.

Flyash dapat juga dipergunakan sebagai stabilizing agents karena apabila

dicampur dengan tanah akan terjadi reaksi pozzolonic. Pada tanah lunak kapur

yang akan dicampur flyash dengan perbandingan satu banding dua terbukti dapat

meningkatkan daya dukung tanah.

Yang berikutnya adalah stabilisasi secara fisik: yaitu dengan menambahkan geomembran

diatas tanah ekspansif. Penggunaan geomembrane sebagai penghalang kelembaban horisontal

pada tanah ekspansif, bertujuan untuk menghalangi resapan air oleh tanah ekspansif di bawah

perkerasan jalan dengan jalan membungkusnya agar air tidak masuk ke dalam tanah tersebut.

Selain geo membran juga ada penanganan swelling pressure pada tanah ekspansif yaitu

dengan menambah berat slab sehingga tekanan slab lebih besar dari tekanan pengembangan,

hal ini dapat meredam tekanan pengembangan.

http://media4read.blogspot.com/2011/11/masalah-tanah-ekspansif-dan-beberapa.html

Tanah ekspansif merupakan istilah yang mengacu pada tanah atau batuan yang memliki

potensi untuk mengembang dan menyusut akibat perubahan kondisi airnya. Walaupun

definisi ini terlihat sederhana, tetapi sebenarnya fenomena kembang susut dari tanah

ekspansif memiliki kinerja yang rumit dan kompleks. Dari beberapa studi yang telah

dilakukan, didapati kenyataan bahwa fenomena kembang susut (shrink-swell phenomena)

dalam tanah tergantung banyak faktor, termasuk kondisi hubungan makro-mikro yang

tergantung di dalam suatu mineral lempung. Segala perubahan bentuk yang terjadi di

permukaan tanah, terbukti berasal dari perubahan mikroorganisasi di dalam suatu partikel

lempung.

Tanah merupakan suatu himpunan mineral bahan organik dan endapan-endapan yang relatif

lepas (loose). Ikatan antar butiran tanah yang relatif lemah dapat disebabkan oleh ikatan

karbonat, zat organik atau oksida yang mengendap diantara partikel-partikel. Ruang diantara

partikel-partikel ini dapat berisi air, udara atau campuran keduanya. Interaksi fisika-kimiawi

antara butiran tanah inilah yang menyebabkan antara lain terjadinya fenomena kohesi dan

sifat plastisitas dari tanah, termasuk sifat kembang-susut. Sifat-sifat ini dipengaruhi oleh

ukuran butiran tanah secara langsung. Tanah kerikil atau pasir yang memiliki ukuran butiran

yang relatif besar (jika dibandingkan dengan lempung) memiliki harga spesific surface yang

sangat kecil, sehingga sifat interaksi butirannya hanya dipengaruhi oleh mekanisme gravitasi

saja. Oleh karena, itu sifat kohesif, plastisitas dan kembang-susut hampir tidak terjadi pada

tanah kerikil dan pasir.

Pada lempung, karena ukuran butirannya kecil (berupa koloid dengan ukuran <0,002 mm),

maka tanah lempung dapat memiliki harga spesific surface yang besar. Hal ini menunjukkan

bahwa sifat tanah lempung sangat dipengaruhi oleh interaksi antar butirannya, sehingga

proses kembang susut hanya terjadi pada tanah lempung.

Selain berdasarkan ukuran butirannya, identifikasi untuk menunjukkan adanya sifat kembang

susut pada tanah ekspansif adalah: Plastisitas Indeks (PI), dan nilai aktivitas (A).

Faktor lain yang dapat menyebabkan terjadinya kenaikan potensi kembang susut adalah

susunan mineralogi lempung. Mineral lempung yang berpotensi untuk menyebabkan

perubahan volume tersebut adalah montmorillonite, illite dan kaolinite biasanya tidak

ekspansif, hanya saja dapat menyebabkan perubahan tanah apabila memiliki ukuran butiran

yang sangat halus.

Menurut Al-Khafaji dan Andersland (1992), mineral kaolinite terdiri dari tumpukan lapisan-

lapisan dasar lembaran-lembaran kombinasi silika-gibbsite. Setiap lapisan dasar itu

mempunyai tebal kira-kira 7,2 Å (1 Å = 10-10 m). Tumpukan lapisan-lapisan tersebut diikat

oleh ikatan hidrogen (hydrogen bonding). Mineral kaolinite berujud seperti lempengan-

lempengan tipis, masing-masing dengan diameter kira-kira 1000 Å sampai 20.000 Å dan

ketebalan dari 100 Å sampai 1000 Å. Luas permukaan partikel kaolinite per unit massa

adalah kira-kira 15 m2/g. Luas pemukaan per unit ini didefinisikan sebagai luasan spesifik

(specific surface).

Illite terdiri dari sebuah lembaran gibbsite yang diapit oleh dua lembaran silika. Illite ini

kadang-kadang juga disebut mika lempung. Lapisan-lapisan illite terikat satu sama lain oleh

ion-ion Kalium (K = ion Potassium). Muatan negatif yang diperlukan untuk mengikat ion-ion

Kalium tersebut didapat dengan adanya penggantian (substitusi) sebagian atom silikon pada

lembaran tetrahedra oleh atom-atom aluminium. Substitusi dari sebuah elemen oleh lainnya

tanpa mengubah bentuk kristal utamanya disebut sebagai substitusi isomorf (isomorphous

substitution). Partikel-partikel illite pada umumnya mempunyai dimensi mendatar berkisar

antara 1000 Å sampai 5000 Å (juga umumnya berbentuk lempengan-lempengan tipis) dan

ketebalan dari 50 Å sampai 500 Å. Luasan spesifik dari pertikel adalah sekitar 80 m2/g.

Mineral-mineral montmorillonite mempunyai bentuk struktur yang sama dengan illite, yaitu

satu lembaran gibbsite diapit oleh dua lembaran silika. Pada montmorillonite terjadi substitusi

isomorf antara atom-atom magnesium dan besi menggantikan sebagian atom-aton ion kalium

seperti pada illite, dan sejumlah besar molekul tertarik kepada ruangan diantara lapisan-

lapisan tersebut. Partikel montmorillonite mempunyai dimensi mendatar dari 1000 Å sampai

5000 Å dan ketebalan 10 Å sampai 50 Å. Luasan spesifiknya adalah sekitar 800 m2/gram.

Di samping kaolinite, illite dan montmorillonite, mineral-mineral tanah lempung yang lain

yang umum dijumpai adalah chlorite, halloysite, vermiculite dan attapulgite.

Sumber: http://id.shvoong.com/exact-sciences/earth-sciences/2253731-definisi-tanah-ekspansif/#ixzz3Beg0OTkx

ALTERNATIF SOLUSI PERBAIKAN TANAH EKSPANSIF

Dari sisi teknis, metodologi rancang bangun pada tanah ekspansif cenderung masih belum mantap dan banyak penanganan dilakukan berdasarkan coba-coba. Tindakan yang dilakukan, dengan mengupayakan tanah lempung tidak menimbulkan kerusakan pada struktur bangunan. Oleh karena itu, penanganannya dapat terdiri dari beberapa alternatif, berdasarkan sifat lempung 'merusak' yang akan dicegah atau dirubah.

Pertama, penggantian tanah ekspansif dengan membuang sebagian tanah atau seluruhnya, tergantung ketebalan tanah ekspansif yang masih terpengaruh oleh perubahan kadar air. Ahli geoteknik menyarankan kedalaman tanah ekspansif yang diganti minimal 1,00 - 1,50 meter.

Selain itu, manajemen air tak kalah penting, termasuk drainase bawah permukaan, yang berfungsi mencegah aliran air bebas, dan menurunkan muka air tanah. Aliran air yang

menuju ke arah bawah bangunan akan dicegah oleh drainase, lalu dialirkan ke daerah pembuangan.

Perbaikan tanah dasar lewat penerapan metode stabilisasi, belakangan ini makin banyak dipilih, terutama untuk menurunkan nilai indeks plastisitas dan potensi mengembang, dengan mengurangi prosentase butiran halus atau kadar lempungnya. Bahan stabilisasi yang sering digunakan berupa kapur atau semen.

Penggunaan membran sebagai reduksi terhadap laju perubahan kadar air di bawah perkerasan jalan, juga makin banyak diaplikasikan, karena dipandang memiliki sejumlah keunggulan. Selain jenis geosintetis, pemakaian beton dan aspal sebagai fungsi membran belakangan ini makin meluas, karena sifat lebih kaku yang dimilikinya.

http://konstruksimania.blogspot.com/2012/06/alternatif-solusi-perbaikan-tanah.html