Pendahuluan

Metode pencampuran dalam (Deep Mixing Method/DMM) adalah pilihan ideal untuk mengatasi masalah yang timbul akibat keberadaan tanah lempung lunak sebagai dasar untuk membangun struktur tertentu. Tanah lempung lunak mencakup area yang luas di beberapa negara di seluruh dunia, sehingga menyulitkan untuk menemukan tempat yang cocok untuk konstruksi.

Tanah lempung lunak, yang memiliki kadar air tinggi sehingga memiliki resistansi geser kecil dan kemampuan penurunan tinggi, tidak cocok sebagai lapisan pendukung di bawah fondasi fasilitas. Oleh karena itu, timbul kebutuhan untuk menggunakan jenis fondasi tertentu, seperti fondasi dalam yang lebih rumit dibandingkan dengan opsi kedua, atau menggunakan teknik perawatan khusus untuk meningkatkan sifat-sifat tanah lempung lunak dan membuatnya cocok untuk konstruksi dengan menggunakan jenis fondasi tertentu selain fondasi dalam.

Salah satu teknik perawatan yang paling cocok untuk tanah lempung lunak dalam hal tujuan struktural, biaya, dan waktu adalah proses pencampuran dalam. Pencampuran tanah dalam adalah proses yang kompleks dalam hal faktor-faktor yang memengaruhi kualitas tanah yang ditingkatkan dan proses yang menyebabkan peningkatan tersebut. Proses ini telah dibahas dalam banyak buku dan penelitian yang diterbitkan dalam banyak aspeknya, tetapi ada beberapa hal yang berkaitan dengan proses ini yang belum disorot secara signifikan, seperti permanensi tanah yang ditingkatkan seiring waktu, yang menyebabkan pemahaman yang buruk tentang perilaku tanah yang ditingkatkan setelah proses peningkatan.

Tinjauan Singkat tentang Mineral Lempung

Secara umum, mineral adalah senyawa anorganik alami yang memiliki sifat fisik, kimia, dan kristal tertentu. Mineral-mineral ini dapat diklasifikasikan menjadi primer dan sekunder, kristalin dan non-kristalin, silikat dan non-silikat. Ketika batuan terpapar faktor erosi (fisik, kimia, biologi), mineral primer yang menyusunnya akan mengalami perubahan struktural dan kimiawi. Juga, faktor-faktor ini menyebabkan redistribusi mineral utama dan minor di dalam profil tanah.

Mineral tanah dapat diklasifikasikan di bawah dua judul utama, mineral primer (tidak mengalami perubahan kimiawi) dan mineral sekunder (mengalami perubahan kimiawi). Mineral tanah primer adalah mineral yang belum mengalami transformasi struktural atau kimiawi sejak kristalisasinya di dalam batuan yang membentuknya, baik batuan beku, metamorf, atau sedimen, dan ditemukan di tanah berpasir dan berlanau kasar. Mineral tanah primer yang paling umum adalah silikat, oksida besi (Fe), zirkon (Zr), titanium (Ti) dan fosfat (P). Mineral sekunder adalah mineral yang terbentuk oleh pemecahan atau/dan transformasi mineral primer dalam kondisi tertentu dan ditemukan di tanah lempung dan lanau halus. Mineral sekunder yang ada di dalam tanah meliputi alumino-silikat, oksida dan hidroksida, karbonat, sulfat, dan mineral amorf1.

Silikat adalah mineral utama untuk sebagian besar jenis tanah, mereka adalah produk dari proses pelapukan pada mineral primer, itulah sebabnya mineral lempung disebut silikat sekunder. Mineral tanah utama lainnya adalah sulfida, oksida, hidroksida, halida, sulfat, karbonat, dan fosfat. Mineral lempung hadir dalam ukuran yang sangat kecil (<0,002 mm) dibandingkan dengan ukuran komponen tanah lainnya; mineral ini sangat efektif secara elektromekanis karena memiliki muatan negatif di tepinya dan muatan positif di permukaannya, dan inilah yang membedakannya dari komponen tanah lainnya (kerikil, pasir, dan lanau).

Mineral lempung terbentuk dari dua struktur utama, yang pertama adalah silika oksigen dan dihasilkan dari ikatan ion silikon dengan atom oksigen dari empat sisi (tetrahedral). Sedangkan yang kedua, dihasilkan dari ikatan ion aluminium dan magnesium dari delapan sisi dengan oksigen dan ion hidroksida (oktahedral). Semua mineral lempung terdiri dari tetrahedron dan lempeng oktahedral dengan jenis kation tertentu yang terikat satu sama lain oleh sistem tertentu, setiap perubahan dalam struktur lembaran tetrahedral dan oktahedral menghasilkan mineral lempung yang berbeda,.

Kelompok mineral lempung yang paling umum meliputi kaolinit, illit, dan smektit (montmorillonit). Kaolinit, terdiri dari lembaran alumina dan silika, yang dihubungkan oleh ikatan yang sangat kuat dan inilah yang membuat jenis lempung ini sangat stabil, gambar (1a). Illit, terdiri dari tiga lempeng, dua lempeng silika dan satu lempeng alumina, ia memiliki ion kalium di antara setiap dua lempeng dan inilah yang membuatnya lebih kuat daripada montmorillonit, gambar (1b). Montmorillonit, jenis ini mirip dalam hal komposisi dengan illit, karena terdiri dari dua lempeng silika dan satu alumina, dan karena ikatan yang lemah antara lempeng-lempeng ini, sejumlah besar air dapat dengan mudah masuk ke dalam struktur jenis ini, menyebabkan fenomena pembengkakan, gambar (1c).

Bagaimana Mineral Lempung Memengaruhi Perilaku Tanah

Banyak fitur lempung sangat memengaruhi sifat-sifat tanah yang mengandungnya dan mengatur perilakunya sebagian besar - bahkan jika persentasenya kurang dari komponen tanah lainnya - seperti kekuatan, penurunan, pembengkakan, dan konduksi hidraulik. Fitur-fitur ini mencakup substitusi isomorf dan kapasitas pertukaran anion dan kation permukaan. Dapat dikatakan bahwa fitur-fitur ini mengontrol kemampuan tanah untuk berinterferensi dengan air (kemampuan untuk menyerap dan menahan air atau mengeluarkan air di luar badan tanah); detail ini, khususnya, memberikan lempung dominasinya atas perilaku tanah.

Kehadiran air adalah penyebab banyak masalah yang dihadapi dalam praktik rekayasa geoteknik dan inilah yang diungkapkan oleh Karl Terzaghi pada tahun 1939, “…Dalam praktik rekayasa, kesulitan dengan tanah hampir secara eksklusif disebabkan bukan oleh tanah itu sendiri tetapi air yang terkandung dalam rongganya. Di planet tanpa air, tidak akan ada kebutuhan akan Mekanika Tanah.” tetapi efek ini tetap bergantung pada kondisi iklim, topografi wilayah, dan lingkungan untuk genesis tanah.

Komposisi struktural mineral lempung yang menyusun tanah lempung mengambil bentuk dan wujud tertentu dan memiliki tingkat stabilitas elektromekanis tertentu. Setiap perubahan dalam struktur ini seperti mengubah lokasi tetrahedral dan oktahedral dengan atom lain yang secara alami hadir di lingkungan tanah menyebabkan ketidakstabilan muatan listrik partikel mineral ini, yang menyebabkan afinitas yang besar terhadap air, dan itu pada tingkat molekuler dan atom tanah. Sementara pada tingkat badan tanah secara keseluruhan, proses-proses ini menyebabkan peningkatan plastisitas tanah, yang pada gilirannya memengaruhi sifat-sifat struktural tanah, dan dengan demikian perilaku fisik tanah sangat bergantung pada perilaku kimiawi partikel mineral lempung individu. Komposisi tanah, secara fisik dan kimiawi, dapat diperiksa secara akurat melalui beberapa pengujian, yang paling penting di antaranya adalah difraktometer sinar-X (XRD) dan mikroskop elektron pemindai (SEM)..

Metode untuk Memperbaiki Tanah Lunak

Dari sudut pandang rekayasa, istilah tanah lemah mencakup beberapa jenis tanah, yaitu tanah lempung lunak - tanah yang menahan sejumlah besar air di dalam strukturnya -, tanah yang mengandung sejumlah besar partikel halus seperti tanah berlanau, tanah organik (gambut), dan tanah berpasir lepas di dekat atau di bawah permukaan air. Untuk tanah lempung lunak, kelembutannya dievaluasi dengan kekuatan geser tak terdrainase Su atau kekuatan tekan tak terbatas q, dan uji spt digunakan untuk mengevaluasi konsistensi dan kepadatannya.

Untuk meningkatkan dan memperkuat sifat-sifat rekayasa jenis tanah ini untuk mempersiapkannya untuk tujuan konstruksi, banyak metode telah dikembangkan selama beberapa dekade dan banyak penelitian dan buku telah diterbitkan tentang topik ini. Teknik perbaikan tanah bertujuan untuk meningkatkan beberapa sifat yang membuat tanah lemah dan tidak cocok untuk konstruksi. Oleh karena itu, sehubungan dengan tanah lempung, tujuan perbaikan adalah untuk meningkatkan kekuatan geser, mengurangi atau menghilangkan penurunan, dan mengurangi permeabilitas. (Kamon dan Bergado 1991) menyajikan Tabel-1 untuk membantu dalam memilih metode yang tepat untuk merawat tanah lunak sesuai dengan jenis tanah dan durasi yang diperlukan untuk menyelesaikan proses perbaikan dan perubahan yang disebabkan oleh metode perbaikan pada kondisi tanah.

Menurut apa yang ditunjukkan dan dapat disimpulkan dari Tabel 1, teknik perbaikan tanah dapat diklasifikasikan menjadi dua kelas utama yang mencakup sebagian besar teknik yang tersedia yang saat ini digunakan untuk perbaikan. Kelas pertama mencakup teknik yang terutama berhubungan dengan tanah tanpa tambahan apa pun, seperti pengeringan dan pemadatan. Sedangkan untuk kelas kedua, ini mencakup teknik yang bergantung pada penambahan beberapa bahan (bahan kimia dan fisik) ke tanah untuk memperbaikinya.

Secara umum, untuk tanah kohesif lunak di lapisan dalam, beberapa metode dapat diterapkan untuk tujuan perbaikan, yang pertama adalah perkuatan (yaitu tiang kolom batu), yang kedua adalah campuran (yaitu Metode pencampuran dalam), dan yang ketiga adalah pengeringan (yaitu drainase vertikal), Sedangkan untuk tanah berpasir lepas, banyak metode pemadatan dalam yang tersedia seperti pemadatan dinamis dan resonansi dan vibroflotasi. Untuk tanah lunak dan lepas di lapisan Superfisial, beberapa metode perawatan tersedia, yang paling penting di antaranya adalah perkuatan tanah atau (MSE) tanah yang distabilkan secara mekanis dan penggunaan bahan sintetis ringan. Gambar 2 dan 3 mengilustrasikan cara yang baik dan bagus untuk memilih metode yang tepat untuk meningkatkan tanah lempung lunak untuk fondasi dangkal dan dalam masing-masing tergantung pada menjawab beberapa pertanyaan mengenai kondisi tanah lokasi konstruksi, waktu yang tersedia untuk proses perbaikan, biaya, dan pendekatan perbaikan yang disukai.

Kesimpulan

Metode pencampuran dalam adalah teknik yang efektif untuk meningkatkan sifat-sifat tanah lempung lunak. Proses ini melibatkan pencampuran bahan pengikat ke dalam tanah untuk meningkatkan kekuatan geser, mengurangi penurunan, dan mengurangi permeabilitas. Metode ini cocok untuk berbagai aplikasi dan dapat disesuaikan untuk memenuhi kebutuhan spesifik proyek.

Sumber: Mohammed Khalil Alhamdi and Bushra Suhale Albusoda. A Review on Deep mixing method for soil improvement. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 1105 012110, 2021.

Pendahuluan

Perilaku tanah mengembang tak jenuh akibat perubahan kadar air telah menjadi fokus penelitian intensif sejak tahun 1950-an. Berbagai formula dan teknik telah diusulkan untuk mengklasifikasikan, menggambarkan, dan memprediksi perilaku serta parameter tanah jenis ini. Di sisi lain, banyak teknik digunakan untuk memungkinkan struktur dibangun di atas tanah mengembang tanpa mengalami kerusakan akibat pengangkatan tanah.

Mengganti tanah mengembang dengan campuran granular adalah salah satu teknik yang paling terkenal dan termurah, terutama untuk struktur ringan di lapisan tanah mengembang yang dangkal. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengembangkan formula sederhana untuk memperkirakan pengangkatan tanah mengembang dengan mempertimbangkan efek lapisan pengganti. Formula yang dikembangkan digunakan untuk memperkirakan kedalaman penggantian yang diperlukan untuk menghindari kerusakan akibat pengangkatan yang berlebihan.

Perilaku Tanah Lempung Mengembang

Hubungan antara kadar air lempung dan kemampuannya untuk mengembang sangat nonlinier seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1 dalam paper. Secara umum, peningkatan kadar air sampel tanah mengembang menyebabkan peningkatan volume sampel karena reaksi kimia antara air dan mineral lempung aktif dalam sampel. Jumlah pengangkatan sampel bergantung pada kuantitas dan jenis mineral aktif serta derajat saturasi awal dan akhir. Selain itu, tegangan eksternal yang diterapkan pada sampel memiliki efek signifikan pada pengangkatan.

Tegangan tekan eksternal yang diterapkan pada sampel tanah liat tak jenuh menyebabkan konsolidasi dan penurunan volume sampel. Semakin besar tegangan yang diterapkan, semakin besar penurunan volumenya. Tegangan yang diperlukan untuk mengurangi volume sampel yang mengembang ke volume aslinya disebut "Tekanan Mengembang" (Ps). Tekanan mengembang dapat diukur secara eksperimental dari uji odometer seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2 dalam paper. Berdasarkan definisi, jika tegangan eksternal yang diterapkan dari struktur sama dengan atau lebih besar dari tekanan mengembang, maka struktur ini tidak akan mengalami pengangkatan. Bangunan yang lebih berat akan mengalami pengangkatan yang lebih kecil daripada bangunan yang lebih ringan. Efek pengangkatan paling buruk untuk struktur tanpa bobot seperti perkerasan, jalur pipa, rel kereta api, dan menara transmisi.

Identifikasi Tanah Mengembang

Memperkirakan kemampuan tanah untuk mengembang (potensi mengembang) dipelajari secara intensif oleh banyak peneliti. Setiap peneliti menyarankan skala untuk mengklasifikasikan tanah sesuai dengan potensi mengembangnya berdasarkan beberapa pengujian laboratorium dasar. Peneliti sebelumnya menggunakan batas konsistensi sederhana dan pengujian mengembang bebas untuk mengklasifikasikan tanah mengembang. Seiring dengan semakin berkembang dan lengkapnya laboratorium mekanika tanah, pengujian yang lebih canggih digunakan untuk mengklasifikasikan tanah mengembang odometer, mineralogi, dan pengujian pertukaran kation. Sebagian besar penelitian mengklasifikasikan tanah mengembang menurut potensi mengembangnya menjadi empat kategori: rendah, sedang, tinggi, dan sangat tinggi. Beberapa metode klasifikasi yang paling terkenal diringkas dalam Gambar 4 dalam paper.

Metode Awal untuk Memprediksi Heave

Memprediksi jumlah heave adalah salah satu tujuan utama dari mempelajari tanah mengembang. Peneliti sebelumnya menggunakan hasil eksperimen untuk membentuk formula empiris untuk memperkirakan heave berdasarkan parameter tanah dasar seperti batas konsistensi, kadar air, dan kandungan lempung. Beberapa formula empiris yang paling terkenal untuk memprediksi nilai heave adalah formula Vijayvergiya dan Sullivan (1973), formula Schneider dan Poor (1974), formula Johnson (1978), dan formula Weston (1980) seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3 dalam paper. Di mana heave sama dengan ketebalan lapisan mengembang dikalikan dengan potensi mengembang. Meskipun formula tersebut mudah diterapkan dan hanya memerlukan sifat tanah dasar, namun memiliki rentang kesalahan yang lebar (sekitar 35%).

Pendekatan ini dikembangkan dengan menggunakan pengujian laboratorium yang lebih canggih untuk meningkatkan akurasi formula empiris. Beberapa contoh formula tersebut adalah Korelasi McKeen dan Lytton (1981), Model McKeen (1992), Model Hafez (1994) seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5 dalam paper. Meskipun formula tersebut lebih akurat, namun tetap merupakan regresi data tanpa dasar ilmiah.

Pendekatan lain untuk memperkirakan nilai heave adalah metode analitik yang bergantung pada prinsip-prinsip mekanika tanah dan menggunakan parameter spesifik yang diukur di laboratorium untuk menghitung heave. Berdasarkan parameter yang diukur, metode tersebut dapat diklasifikasikan menjadi dua jenis, metode yang bergantung pada uji odometer volume konstan dan metode yang bergantung pada uji isap tanah (uji odometer isap terkontrol).

Metode yang bergantung pada uji odometer volume konstan, menghitung heave berdasarkan indeks mengembang yang diukur dengan asumsi bahwa kondisi tegangan awal adalah tekanan mengembang yang dikoreksi dan kondisi tegangan akhir adalah tegangan vertikal efektif. Formula dasarnya ditunjukkan pada Gambar 6 dalam paper.

Metode yang bergantung pada uji isap tanah menghitung perkiraan heave berdasarkan indeks mengembang dan kompresibilitas yang diukur menggunakan prinsip-prinsip perilaku tanah liat tak jenuh yang ditunjukkan pada Gambar 7 dalam paper.

Peningkatan kapasitas komputasi komputer memungkinkan penelitian terbaru untuk menggunakan teknik yang lebih canggih seperti model elemen hingga yang digabungkan dan tidak digabungkan untuk memprediksi heave.

Formula yang Diusulkan untuk Memprediksi Heave

Formula yang diusulkan termasuk dalam metode analitik yang bergantung pada uji odometer volume konstan. Untuk menghitung heave dari lapisan tanah liat mengembang yang homogen dan isotropik yang tebalnya tak terhingga dimulai dari permukaan tanah tanpa permukaan air tanah, pertama-tama kedalaman kritis (Hc) (atau kadang-kadang disebut kedalaman aktif) harus ditentukan. Pada kedalaman kritis, tegangan vertikal efektif sama dengan tekanan mengembang. Di bawah kedalaman kritis, tanah tidak akan heave. Kemudian kedalaman kritis dibagi menjadi 20 sub-lapisan tebal yang sama, setiap lapisan mengalami tegangan ke atas sama dengan tekanan mengembang. Heave dari setiap sub-lapisan dihitung berdasarkan formula yang ditunjukkan pada Gambar 6 dalam paper.

Rasio antara total heave pada setiap sub-lapisan (n) pada kedalaman (H) di dalam kedalaman kritis dan total heave pada permukaan tanah dapat dihitung sebagai penjumlahan heave dari sub-lapisan (n) dan ke bawah ke sub-lapisan (1) dibagi dengan total heave pada permukaan tanah, yang dapat disederhanakan dengan regresi logaritmik menjadi 0,25 Ln(Hc/H). Karena penyederhanaan, H dibatasi antara (0,02 Hc hingga 1,0 Hc). Total heave pada setiap kedalaman adalah total heave pada permukaan tanah dikalikan dengan rasio ini.

Untuk tanah liat mengembang dengan ketebalan terbatas dengan permukaan atas pada kedalaman (Ht) dan permukaan bawah pada kedalaman (Hb) dari permukaan tanah, total heave dari lapisan ini (∆h) adalah selisih antara total heave pada kedalaman (Ht) dan (Hb) sebagai berikut:

Jika hasil uji odometer tidak tersedia, Cs sama dengan (1/6 hingga 1/10) Cc (indeks kompresi), dan Cc berkisar antara (0,007 - 0,009).(LL-10) menurut rasio over-konsolidasi tanah liat, di mana LL adalah persentase batas cair (70% hingga 90% untuk sebagian besar tanah liat mengembang). Oleh karena itu, Cc berkisar antara (0,06 hingga 0,13)LL , di mana LL adalah fraktur desimal. Skempton (1953) menyarankan tiga kelas tanah liat: tidak aktif untuk aktivitas kurang dari 0,75; normal untuk aktivitas antara 0,75 dan 1,25; dan aktif untuk aktivitas lebih besar dari 1,25. Nilai khas aktivitas untuk mineral tanah liat yang berbeda adalah seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1 dalam paper.

Selain itu, tekanan mengembang dapat diukur secara eksperimental atau diperkirakan menggunakan formula empiris apa pun yang tercantum dalam Gambar 3 dalam paper.

Verifikasi Formula Heave yang Diusulkan

Heave dari pelat lantai kelas di bangunan industri ringan di Regina utara-tengah, Saskatchewan dipantau dan dianalisis oleh Yoshida et al., (1983) menggunakan metode analitik berdasarkan uji odometer volume konstan, dan dilaporkan serta dianalisis oleh Fredlund dan Hung, (2004) menggunakan model elemen hingga yang tidak digabungkan. Pembangunan gedung dan instrumentasi berlangsung selama Agustus 1961. Instrumentasi yang dipasang di lokasi termasuk patokan dalam, pengukur gerakan vertikal, dan tabung akses meteran kelembaban neutron. Gerakan tanah vertikal dipantau pada kedalaman 0,58, 0,85, dan 2,39 m di bawah permukaan tanah asli.

Pemilik bangunan memperhatikan heave dan retakan pada pelat lantai pada awal Agustus 1962, sekitar setahun setelah pembangunan. Peningkatan tak terduga dalam konsumsi air sekitar 35000L tercatat. Jalur air panas retak di bawah pelat lantai. Analisis laboratorium untuk sampel di lokasi dilakukan. Batas Atterberg, kadar air in-situ, distribusi ukuran butiran, dan tekanan mengembang sampel dievaluasi. Tekanan mengembang dan indeks mengembang diperoleh dengan uji odometer volume konstan untuk tiga sampel. Lokasi retakan, kontur heave, ringkasan batas Atterberg, dan hasil uji odometer ditunjukkan pada Gambar 9 dalam paper. Biaya tambahan adalah berat pelat beton setebal 100mm pada kelas dan pasir setebal 180mm.

Kesimpulan

Formula yang diusulkan memberikan cara yang lebih sederhana dan akurat untuk memperkirakan heave tanah mengembang dan menentukan kedalaman penggantian tanah yang optimal.

Sumber: Dr. Hisham Arafat, Dr. Ahmed M. Ebid. Optimum Replacement Depth to Control Heave of Swelling Clays. International Journal of Engineering and Innovative Technology (IJEIT), 2015.

Pendahuluan

Studi kelayakan lokasi proyek geoteknik sangat penting sebelum memulai proyek konstruksi. Survei lokasi diperlukan untuk memahami karakteristik lapisan tanah yang menjadi dasar pengambilan keputusan lokasi proyek. Kriteria desain geoteknik berikut harus dipertimbangkan selama pemilihan lokasi:

• Beban desain dan fungsi struktur
• Jenis pondasi yang akan digunakan
• Daya dukung lapisan tanah

Praktik saat ini adalah memodifikasi sifat-sifat teknik tanah asli yang bermasalah agar memenuhi spesifikasi desain. Tinjauan ini berfokus pada metode stabilisasi tanah, yang merupakan salah satu dari beberapa metode perbaikan tanah.

Stabilisasi tanah bertujuan untuk meningkatkan kekuatan tanah dan meningkatkan ketahanan terhadap pelunakan oleh air dengan mengikat partikel-partikel tanah, membuat partikel-partikel tersebut kedap air, atau kombinasi keduanya. Biasanya, teknologi ini memberikan solusi struktural alternatif untuk masalah praktis. Proses stabilisasi yang paling sederhana adalah pemadatan dan drainase. Proses lainnya adalah dengan memperbaiki gradasi ukuran partikel, dan peningkatan lebih lanjut dapat dicapai dengan menambahkan pengikat ke tanah yang lemah.

Komponen Stabilisasi

Stabilisasi tanah melibatkan penggunaan agen stabilisasi (bahan pengikat) pada tanah yang lemah untuk meningkatkan sifat-sifat geotekniknya seperti kompresibilitas, kekuatan, permeabilitas, dan daya tahan. Komponen teknologi stabilisasi meliputi tanah dan atau mineral tanah serta agen stabilisasi atau pengikat (bahan semen).

1. Tanah

Sebagian besar stabilisasi harus dilakukan pada tanah lunak (tanah berlanau, lempungan gambut, atau tanah organik) untuk mencapai sifat-sifat teknik yang diinginkan. Menurut Sherwood (1993), material granular berbutir halus adalah yang paling mudah distabilkan karena luas permukaannya yang besar relatif terhadap diameter partikelnya. Tanah lempung dibandingkan dengan tanah lainnya memiliki luas permukaan yang besar karena bentuk partikelnya yang pipih dan memanjang. Di sisi lain, material lanau dapat sensitif terhadap perubahan kecil dalam kelembaban, dan oleh karena itu, dapat terbukti sulit selama stabilisasi (Sherwood, 1993). Tanah gambut dan tanah organik kaya akan kandungan air hingga sekitar 2000%, porositas tinggi, dan kandungan organik tinggi. Konsistensi tanah gambut dapat bervariasi dari berlumpur hingga berserat, dan dalam banyak kasus, endapannya dangkal, tetapi dalam kasus terburuk, dapat mencapai beberapa meter di bawah permukaan (Pousette, et al 1999; Cortellazzo dan Cola, 1999; Åhnberg dan Holm, 1999). Tanah organik memiliki kapasitas pertukaran yang tinggi; hal ini dapat menghambat proses hidrasi dengan menahan ion kalsium yang dilepaskan selama hidrasi kalsium silikat dan kalsium aluminat dalam semen untuk memenuhi kapasitas pertukaran. Pada tanah seperti itu, keberhasilan stabilisasi harus bergantung pada pemilihan pengikat dan jumlah pengikat yang tepat yang ditambahkan (Hebib dan Farrell, 1999; Lahtinen dan Jyrävä, 1999, Åhnberg et al, 2003).

2. Agen Stabilisasi

Ini adalah material hidraulik (pengikat primer) atau non-hidraulik (pengikat sekunder) yang ketika bersentuhan dengan air atau dengan adanya mineral pozzolanik bereaksi dengan air untuk membentuk material komposit semen. Pengikat yang umum digunakan adalah:

• Semen
• Kapur
• Abu terbang

3. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Kekuatan Tanah yang Distabilkan

Beberapa faktor dapat mempengaruhi kekuatan tanah yang distabilkan, termasuk:

• Bahan organik
• Sulfat
• Sulfida
• Pemadatan
• Kandungan air
• Suhu
• Efek pembekuan-pencairan dan pengeringan-pembasahan

Metode Stabilisasi

Stabilisasi tanah dapat dicapai dengan dua cara, yaitu: (1) stabilisasi in-situ dan (2) stabilisasi ex-situ.

1. Stabilisasi In-Situ

Metode ini melibatkan perbaikan tanah di tempat tanpa memindahkannya. Salah satu teknik stabilisasi in-situ yang umum adalah metode pencampuran dalam (Deep Mixing Method/DMM). DMM digunakan untuk meningkatkan kekuatan dan mengurangi kompresibilitas tanah lunak.

2. Stabilisasi Ex-Situ

Metode ini melibatkan penggalian tanah dan memindahkannya ke lokasi lain untuk distabilkan.

Studi Kasus dan Angka Penting

• Penggunaan kapur dalam stabilisasi tanah dapat meningkatkan indeks plastisitas tanah dari 21% menjadi 9%.
• Penambahan 12% abu terbang ke dalam tanah dapat menghasilkan peningkatan kekuatan geser tanah sebesar 60%.

Kesimpulan

Stabilisasi tanah merupakan proses penting dalam rekayasa geoteknik yang bertujuan untuk meningkatkan sifat-sifat tanah yang bermasalah. Pemilihan metode stabilisasi yang tepat bergantung pada faktor-faktor seperti jenis tanah, kondisi lokasi, dan persyaratan proyek.

Sumber: Gregory Paul Makusa. SOIL STABILIZATION METHODS AND MATERIALS IN ENGINEERING PRACTICE. Luleå University of Technology, 2012.

Pendahuluan

Teknik stabilisasi tanah banyak digunakan dalam konstruksi jalan untuk meningkatkan sifat-sifat material subgrade. Penggunaan aditif dan stabilisator baru untuk memperbaiki sifat tanah dapat mengurangi biaya konstruksi dan mengurangi dampak negatif material tersebut terhadap lingkungan. Penelitian ini bertujuan untuk mengevaluasi penggunaan material nano berbasis cairan bernama EarthZyme (EZ) dan limbah cement kiln dust (CKD) sebagai campuran untuk memperbaiki sifat-sifat tanah.

Metodologi Penelitian

Dalam penelitian ini, digunakan campuran dua jenis tanah yang disiapkan dari campuran tanah berpasir dan tanah berbutir halus. Uji pemadatan dilakukan pada tanah yang distabilisasi dengan CKD untuk menentukan hubungan antara kepadatan dan kadar air. Uji tekan bebas (Unconfined Compression Test/UCS) juga dilakukan pada spesimen tanpa perlakuan, spesimen yang hanya diberi CKD, dan spesimen yang diberi CKD dan EZ setelah periode perawatan selama tujuh hari.

Hasil dan Diskusi

1. Sifat Pemadatan

Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan CKD ke dalam tanah mengurangi nilai kepadatan kering maksimum (Maximum Dry Density/MDD) sebesar 10 hingga 12%.

2. Kuat Tekan Bebas (UCS)

Penambahan CKD ke dalam tanah menurunkan nilai kuat tekan bebas (UCS) sebesar 5 hingga 15%. Stabilisasi tanah dengan EZ memiliki efek yang tidak signifikan pada hasil yang diperoleh dari uji tekan bebas.

3. EarthZyme (EZ)

EarthZyme adalah stabilisator tanah non-toksik yang digunakan dengan tanah lempung untuk mengurangi biaya pemeliharaan jalan karena meningkatkan pemadatan dan meningkatkan nilai kekuatan. Penerapan EZ dalam perbaikan tanah menyebabkan nilai kekuatan tanah yang lebih tinggi, yang memungkinkan penggunaan tanah yang buruk, sehingga mengurangi ketergantungan normal pada tanah granular.

4. Cement Kiln Dust (CKD)

CKD adalah produk sampingan dari proses produksi semen Portland. CKD dapat digunakan sebagai alternatif untuk kapur, semen Portland, dan fly ash yang telah digunakan dalam konstruksi jalan. Penggunaan CKD tidak hanya efektif dalam meningkatkan kekuatan tanah, tetapi juga dalam meminimalkan biaya konstruksi.

5. Studi Kasus dan Angka Penting

• Penambahan CKD mengurangi MDD dari 10 hingga 12%.
• Penambahan CKD menurunkan nilai UCS dari 5 hingga 15%.
• Stabilisasi tanah dengan EZ memiliki efek yang tidak signifikan pada hasil UCS.

Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian, dapat disimpulkan bahwa penambahan CKD ke dalam tanah campuran (pasir dan tanah berbutir halus) cenderung menurunkan nilai MDD dan UCS. Penggunaan EarthZyme dalam kombinasi dengan CKD tidak memberikan peningkatan signifikan pada kuat tekan bebas tanah. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mengeksplorasi potensi penggunaan EZ dan CKD dengan jenis tanah lain dan dalam kondisi yang berbeda.

Sumber: A. H. Abdulkareem, S. O. Eyada, N. S. Mahmood. Improvement of a subgrade soil by using EarthZyme and cement kiln dust waste. Civil Engineering Journal, 2023.

Pengelolaan limbah dari instalasi pengolahan air (water treatment plant/WTP) selalu menjadi tantangan lingkungan yang signifikan. Salah satu limbah utama dari WTP adalah lumpur pengolahan air (water treatment sludge/WTS) yang dihasilkan selama proses pengendapan dan filtrasi. Penelitian terbaru oleh Marchiori et al. (2022) mengusulkan solusi inovatif dengan menggunakan WTS sebagai bahan campuran untuk menghasilkan material liner yang berkelanjutan untuk fasilitas penyimpanan limbah.

Dasar Pemikiran dan Tujuan Penelitian

Liner berbasis lempung dan geosintetik umumnya digunakan sebagai penghalang hidrolik di berbagai fasilitas pembuangan limbah padat, kolam tailing pertambangan, dan teknologi pengolahan air limbah berbasis tanah. Fungsi utamanya adalah mencegah pencucian senyawa berbahaya ke dalam tanah dan air tanah. Namun, penggunaan lempung dan geosintetik memiliki beberapa keterbatasan, termasuk biaya tinggi, kelangkaan bahan baku, dan dampak lingkungan dari ekstraksi lempung.

Studi ini bertujuan untuk mengkarakterisasi dan menganalisis parameter fisik, kimia, dan mekanis dari WTS, tanah lunak, dan empat campuran WTS:tanah dengan rasio 05:95%, 10:90%, 15:85%, dan 20:80%. Analisis ini dilakukan untuk mengevaluasi rasio terbaik untuk memproduksi liner berbasis limbah untuk aplikasi teknik sipil, khususnya untuk fasilitas penyimpanan limbah.

Metodologi Penelitian

Penelitian ini menggunakan pendekatan komprehensif dengan serangkaian pengujian untuk mengevaluasi karakteristik geoteknik, kimia, dan mekanis dari semua sampel.

Karakterisasi Geoteknik:

• Distribusi ukuran partikel
• Permukaan spesifik (SS)
• Berat jenis (Gs)
• Batas Atterberg
• Pemadatan Normal Proctor

Karakterisasi Kimia:

• Analisis oksida melalui X-ray fluorescence (XRF)
• Karakterisasi mineralogi dengan X-ray diffraction (XRD)
• Pencitraan dengan scanning electron microscope (SEM) dengan energy dispersive spectrometer (EDS)
• Pengukuran pH

Pengujian Mekanis:

• Pengujian ekspansibilitas
• Konsolidasi oedometrik
• Uji kompresi triaksial terkonsolidasi tak terdrainase (CU)
• Permeabilitas head jatuh

Lumpur pengolahan air diperoleh dari Instalasi Pengolahan Air "ETA Caldeirão" di Guarda, Portugal, sedangkan tanah lunak dikumpulkan dari lokasi konstruksi di Castelo Branco, Portugal.

Temuan Utama

1. Karakteristik Geoteknik

Hasil penelitian menunjukkan bahwa tanah lunak diklasifikasikan sebagai pasir bergradasi baik (SW), sementara WTS dan semua campuran diklasifikasikan sebagai pasir bergradasi baik dengan lanau (SW-SM) menurut klasifikasi standar USCS. Tanah memiliki plastisitas rendah dengan indeks plastisitas (PI) sekitar 7%, sedangkan WTS kering tergolong material non-plastik (NP), meskipun dalam keadaan basah memiliki plastisitas tinggi sekitar 140%.

Berat jenis (Gs) WTS adalah 2,04, lebih rendah dari tanah (2,77), yang menyebabkan penurunan berat unit kering dari campuran seiring dengan penambahan WTS. Untuk campuran dengan WTS kering, ketika kandungan WTS meningkat dari 5% menjadi 20%, plastisitas menurun dari 6% menjadi 1%.

2. Komposisi Kimia dan Mineralogi

Analisis XRF menunjukkan bahwa komposisi WTS didominasi oleh alumina (Al₂O₃) sebesar 60,4% dan silika (SiO₂) sebesar 29,9%. Kandungan alumina yang tinggi ini menjelaskan penurunan berat unit kering campuran seiring dengan penambahan WTS. Semua campuran memiliki kandungan Al₂O₃ + SiO₂ + Fe₂O₃ lebih dari 90%, yang potensial menunjukkan aktivitas pozzolanik.

Analisis XRD mengungkapkan keberadaan mineral utama seperti kuarsa, muskovit, dan kaolinit dalam WTS dan tanah. Hasil SEM menunjukkan peran WTS sebagai material pengisi yang memberikan granulometri lebih halus dan campuran lebih homogen.

Nilai pH campuran berkisar antara 4,2 hingga 4,6, lebih rendah dibandingkan dengan tanah dan WTS yang memiliki pH 6,0. Penurunan pH ini mungkin disebabkan oleh reaksi kimia yang terjadi selama pencampuran WTS dengan air suling.

3. Performa Mekanis

Kompresibilitas: Indeks kompresi (Cc) campuran serupa dengan tanah asli, menunjukkan bahwa karakteristik deformabilitas tidak berubah secara signifikan dengan penambahan WTS. Nilai Cc untuk semua material kurang dari 0,5, konsisten dengan tanah lempung yang dipadatkan.

Ekspansibilitas: Indeks ekspansibilitas (Is) menurun dari 22% untuk tanah menjadi 10% untuk campuran 20:80%, menunjukkan stabilisasi tanah dengan penambahan WTS, menghasilkan material yang lebih stabil.

Kekuatan Geser: Penambahan WTS ke tanah lunak berdampak positif, dengan peningkatan sudut gesek internal efektif (φ') dan penurunan kohesi (c'). Nilai φ' meningkat dari 20° untuk tanah menjadi 31° untuk campuran 15:85%, dan kohesi menurun dari 10 kPa untuk tanah menjadi 0 kPa untuk campuran 15:85% dan 20:80%.

4. Konduktivitas Hidrolik

Konduktivitas hidrolik (k) adalah parameter terpenting untuk liner bawah atau penutup akhir fasilitas pembuangan limbah. Liner lempung yang dipadatkan harus memiliki permeabilitas sama dengan atau lebih rendah dari 1 x 10⁻⁹ m/s sesuai dengan peraturan lingkungan di sebagian besar negara.

Hasil pengujian menunjukkan bahwa campuran dengan performa terbaik terkait permeabilitas adalah campuran dengan penambahan 15% WTS. Tanah yang dipadatkan memiliki permeabilitas rendah yang memenuhi persyaratan untuk material liner. Meskipun penambahan WTS meningkatkan nilai k hingga satu tingkat magnitude (10x), permeabilitas campuran tetap lebih dekat dengan tanah lempung daripada pasir.

Campuran 15:85% mencapai nilai di bawah 10⁻⁹ m/s dalam semua pengujian, menjadikannya campuran optimal untuk aplikasi liner.

Studi Kasus dan Perbandingan Numerik

Penelitian ini menunjukkan perbedaan signifikan dalam parameter kunci di antara berbagai campuran:

Berat Unit Kering Maksimum:

• Tanah: 1,74 g/cm³
• Campuran 05:95%: 1,68 g/cm³
• Campuran 10:90%: 1,58 g/cm³
• Campuran 15:85%: 1,50 g/cm³
• Campuran 20:80%: 1,44 g/cm³

Indeks Plastisitas (PI):

• Tanah: 7%
• WTS basah: 140%
• WTS kering: Non-plastik
• Campuran 05:95%: 6%
• Campuran 10:90%: 5%
• Campuran 15:85%: 3%
• Campuran 20:80%: 1%

Indeks Ekspansibilitas (Is):

• Tanah: 22%
• Campuran 05:95%: 15%
• Campuran 10:90%: 13%
• Campuran 15:85%: 12%
• Campuran 20:80%: 10%

Sudut Gesek Internal Efektif (φ'):

• Tanah: 20°
• Campuran 05:95%: 24°
• Campuran 10:90%: 25°
• Campuran 15:85%: 31°
• Campuran 20:80%: 30°

Konduktivitas Hidrolik (k):

• Tanah: 6 x 10⁻¹¹ - 3 x 10⁻⁹ m/s
• Campuran 05:95%: 1 x 10⁻⁹ - 6 x 10⁻⁹ m/s
• Campuran 10:90%: 7 x 10⁻¹⁰ - 2 x 10⁻⁹ m/s
• Campuran 15:85%: 2 x 10⁻¹⁰ - 1 x 10⁻⁹ m/s
• Campuran 20:80%: 8 x 10⁻¹⁰ - 2 x 10⁻⁸ m/s

Kontribusi dan Implikasi

Penelitian ini memberikan kontribusi signifikan untuk praktik teknik sipil yang berkelanjutan dan manajemen limbah:

1. Valorisasi Limbah: Memanfaatkan WTS sebagai bahan berharga baru dalam kerangka ekonomi sirkular, meminimalkan dampak lingkungan dari pembuangan limbah.
2. Material Liner Alternatif: Menghasilkan material liner berbasis limbah yang dapat digunakan untuk fasilitas penyimpanan limbah padat, kolam tailing pertambangan, dan teknologi pengolahan air limbah berbasis tanah.
3. Pengurangan Ekstraksi Bahan Baku: Mengurangi kebutuhan akan lempung dan bahan geosintetik yang mahal dan berdampak lingkungan tinggi.
4. Optimalisasi Rasio Campuran: Mengidentifikasi rasio optimal 15:85% WTS:tanah yang memberikan performa terbaik untuk aplikasi liner.

Keterbatasan dan Penelitian Lebih Lanjut

Meskipun penelitian ini memberikan hasil yang menjanjikan, beberapa keterbatasan dan area untuk penelitian lebih lanjut diidentifikasi:

1. Evaluasi Jangka Panjang: Diperlukan pengujian tambahan untuk mengevaluasi konsolidasi material dengan tanah dalam jangka panjang.
2. Risiko Pencucian: Potensi pencucian senyawa berbahaya dari limbah (misalnya, garam besi dan aluminium) ke dalam tanah perlu dievaluasi lebih lanjut.
3. Aktivitas Pozzolanik: Meskipun komposisi kimia menunjukkan potensi aktivitas pozzolanik, pengujian spesifik seperti analisis FTIR diperlukan untuk konfirmasi.
4. Variabilitas WTS: Keanekaragaman dalam analisis kimia dan indeks plastisitas di antara berbagai studi mengungkapkan variabilitas WTS, yang mungkin dipengaruhi oleh metode pengolahan air dan jenis koagulan yang digunakan.

Kesimpulan

Penelitian ini menunjukkan bahwa inkorporasi WTS dapat meningkatkan atau setidaknya tidak mengganggu sifat-sifat tanah untuk digunakan sebagai material liner di fasilitas penyimpanan limbah padat, kolam pertambangan, dan teknologi pengolahan air limbah berbasis tanah. Campuran 15:85% WTS:tanah memberikan hasil terbaik yang memenuhi persyaratan konduktivitas hidrolik untuk material liner, yaitu sama dengan atau lebih rendah dari 10⁻⁹ m/s.

Pemanfaatan kembali WTS untuk tujuan ini memungkinkan produksi material bernilai tambah baru dalam lingkup ekonomi sirkular, sejalan dengan prinsip-prinsip keberlanjutan dan pengurangan dampak lingkungan. Pendekatan ini tidak hanya memberikan solusi untuk manajemen limbah WTP tetapi juga menghasilkan material konstruksi berkelanjutan yang dapat diaplikasikan dalam berbagai proyek teknik sipil dan lingkungan.

Sumber: Marchiori, L., Studart, A., Albuquerque, A., Andrade Pais, L., Boscov, M. E., & Cavaleiro, V. (2022). Mechanical and Chemical Behaviour of Water Treatment Sludge and Soft Soil Mixtures for Liner Production. The Open Civil Engineering Journal, 16, e187414952211101. DOI: 10.2174/18741495-v16-e221115-2022-27.

Pendahuluan

Tanah gambut dikenal memiliki karakteristik yang kurang menguntungkan untuk konstruksi, seperti kompresibilitas tinggi, kekuatan rendah, dan kandungan air yang sangat tinggi. Oleh karena itu, stabilisasi tanah gambut menjadi krusial untuk memastikan keamanan dan keberlanjutan proyek konstruksi. Penelitian ini bertujuan untuk membandingkan efektivitas dua bahan tambahan umum, yaitu kapur dan semen, dalam meningkatkan kekuatan geser tanah gambut di Perlis, Malaysia.

Metode Penelitian

Penelitian ini menggunakan sampel tanah gambut yang diambil dari lahan padi di Jejawi, Perlis. Sampel diuji dalam kondisi terganggu. Kapur dan semen dicampurkan ke dalam tanah gambut dengan proporsi 10% dan 20% dari berat kering tanah. Uji geser langsung (Direct Shear Box Test) dilakukan untuk menentukan kekuatan geser tanah yang telah distabilisasi.

Prosedur pengujian meliputi:

• Pengeringan sampel tanah pada suhu 105°C - 110°C selama 24 jam.
• Pengayakan sampel kering melalui saringan 1.18mm.
• Pengujian geser langsung sesuai standar BS 1377:1990 (Bagian 7) dengan ukuran sampel 60mm x 60mm x 25mm.
• Pemberian tekanan normal sebesar 136.2 kN/m2, 272.5 kN/m2, dan 408.8 kN/m2.

Hasil dan Diskusi

1. Sifat Tanah Gambut Asli

Tanah gambut Perlis memiliki kadar air yang sangat tinggi, yaitu 327.14%. Kadar air tinggi ini berkontribusi pada rendahnya daya dukung dan berat jenis tanah gambut.

2. Pengujian Geser Langsung

Hasil pengujian geser langsung menunjukkan bahwa penambahan kapur dan semen meningkatkan kekuatan geser tanah gambut. Peningkatan kekuatan geser ini dapat dilihat dari kurva tegangan geser vs. perpindahan pada berbagai tekanan normal.

• Sudut geser dalam (ɸ) tanah gambut asli adalah 40.78°. Nilai ini relatif tinggi dibandingkan dengan tanah organik lainnya karena kandungan partikel pasir yang bersudut.
• Kohesi (c) tanah gambut asli adalah 27.72 kN/m2.

3. Pengaruh Kapur dan Semen

Penambahan kapur dan semen memberikan dampak yang berbeda pada kekuatan geser tanah gambut. Penambahan kapur sebesar 20% menghasilkan kekuatan geser tertinggi dengan kohesi mencapai 50.09 kN/m², meningkat 14.07% dibandingkan tanah asli. Kapur meningkatkan ikatan antar partikel tanah, mengubah tekstur tanah, dan efektif dalam jangka pendek. Di sisi lain, penambahan semen juga meningkatkan kekuatan geser, tetapi tidak seefektif kapur, dengan peningkatan sebesar 13.5% dibandingkan tanah asli untuk penambahan semen 20%. Reaksi semen membutuhkan waktu lebih lama untuk mencapai kekuatan optimal dan dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti suhu, jumlah kalsium, pH, dan kandungan silika. Data pengujian menunjukkan bahwa tanah asli memiliki tekanan normal 136 kN/m² dan tegangan geser puncak 134 kN/m², sedangkan tanah yang ditambahkan kapur 20% menunjukkan tegangan geser puncak 140 kN/m² dan kohesi 50.09 kN/m².

4. Mekanisme Stabilisasi

• Kapur: Bereaksi dengan tanah dalam jangka pendek melalui pertukaran ion, flokulasi, agregasi, karbonasi, dan reaksi pozzolanik.
• Semen: Bereaksi secara bertahap dengan air dalam tanah, menghasilkan hidrat kalsium silikat dan kalsium hidroksida.

5. Studi Kasus dan Angka Penting

• Penambahan kapur 20% meningkatkan kohesi tanah gambut hingga 50.09 kN/m2.
• Peningkatan kekuatan geser dengan kapur lebih tinggi (14.07%) dibandingkan dengan semen (13.5%).

Kesimpulan

Penelitian ini menyimpulkan bahwa penambahan kapur dan semen dapat meningkatkan karakteristik kekuatan tanah gambut. Kapur terbukti lebih efektif dalam meningkatkan kekuatan geser tanah gambut dibandingkan dengan semen. Hasil ini menunjukkan bahwa kapur dan semen adalah bahan stabilisasi yang baik untuk tanah gambut, terutama karena kemampuannya mengurangi kadar air dan meningkatkan kekuatan geser.

Sumber: Nadhirah Mohd Zambri, Zuhayr Md. Ghazaly. A Comparison between Lime and Cement for Treating Peat Soil in Term of Stabilization. E3S Web of Conferences 34, 01034 (2018).