dealing with expansive soil

7/26/2019 Dealing With Expansive Soil

1/96

DEALING WITH EXPANSIVESOIL

R. Karlinasari


2/96

TUJUAN :2

Tujuan dilakukannya kajian topik ini adalah :

Mempelajari cara-cara melakukan site

characterization pada tanah ekspansif.

Mempelajari cara-cara identifikasi dan klasifikasitanah ekspansif

Mempelajari pendekatan unsaturated soil untuk

menjelaskan karakteristik tanah ekspansif.

KESIMPULAN


3/96

Case: Expansive Soils @ Cikarang


4/96

Expansive Soils Damages


5/96



6/96



7/96



8/96

KARAKTERISASI LAPANGAN8

SkemaKarakterisasi

Lapangan, Nelson

& Miller, 1992


9/96

KARAKTERISASI LAPANGAN

PROPERTIS TANAH

KONDISI LINGKUNGAN

KONDISI STRESS STATE

9

FAKTOR-FAKTOR BERPENGARUH,

MENGAKIBATKAN KEMBANG DAN SUSUT


10/96

PROPERTIS TANAH10

Faktor Clay Mineralogy

Soil Water Chemistry

Soil Suction

Plasticity

Soil Structure and Fabric

Dry density


11/96

KONDISI LINGKUNGAN11

Initial Moisture Condition

Moisture variations

Climate

Groundwater

Drainage and manmade water sources

Vegetation

Permeability

Temperature


12/96

KONDISI STRESS STATE

12

Stress history

Insitu initial stress state

Loading

Soil Profile


13/96

Why Do Clays Expand and Shrink ?


14/96

Clay Mineralogy14

Sheet pada mineral group Kaolinite, Illite dan Montmorilonit (Budhu,2000)

Perbandingan Kandungan Kimia


15/96

CLAY MINERAL STRUCTURE


16/96


17/96

MECHANISM OF SWELL


18/96

MECHANISM OF SWELL


19/96

MECHANISM OF SWELL


20/96


21/96

MECHANISM OF SWELL


22/96

Scanning Electron Microscope

Laboratory at TEKMIRA Bandung

Capabilities

Identifying minerals, rock and

other materials served in

nanno size. Available analyses

are photomicrograph, spot, line

and x-ray mapping analyses.

Facilities

Scanning Electron Microscope

(SEM) JEOL JSM-6360-LA.


23/96

Kaolinite23

Grup Mineral Kaolonite (Named from Kao-Ling, China Scale: Picture size 50

microns)(http://www.omnilabs.com/)


24/96

Illite24

Grup Mineral Illite (Named from Illinois,US) Scale: Picture size : 33 micron

(http://www.omnilabs.com/)


25/96

Montmorilonit25

Grup Mineral Montmorilonite , Named from : Montmorillone, France Picture

size : 67 micron (http://www.omnilabs.com/)


26/96


27/96

Karakteristik Properti

Psyco-Chemical Mineral27

Isomorphous substitutionSi dan Al dapat digantikan sebagian oleh atom lain dengan ukuran yang

sama. Substitusi oleh atom pada nilai valence yang lebih rendah

menghasilkan secara netto suatu negative surface charge. Jika derajat

substitusi lebih besar maka akan menghasilkan surface charge yang lebih

besar pula.

Substitusi yang umum :

Si4+diganti oleh Al3+ pada silica sheet

Al3+ diganti oleh Mg2+ pada octahedral sheet

Molekul air adalah strong dipole (2H+, O2-). Molekul air dapat disejajarkanpada suatu medal electric dan menarik ions yang berada dalam campuran

(solution). Akibat isomorphous substitution water molekul air ditarik dan

dihisap dengan keras pada clay particle surfaces. Air yang teradsorbsi

mengurangi lebarnya diameter throat (leher) pori yang tersedia untuk air

yang bebas


28/96


29/96

Karakteristik Properti

Psyco-Chemical Mineral 229

Diffused Double Layer Mineral

Permukaan lempung yang memiliki negative charged akan menarik kation

dan menolak anion. Charged surface

(EDL) dan distribusi charge pada fase cair DL dikenal dengan nama DiffuseDouble Layer DDL

DDL model memungkinkan dilakukannya komputasi dari electrical

potential,, sebagai fungsi dari jarak dari charged particle surface.

Model yang diusulkan oleh Gouy (1910) and Chapman (1913), dankemudian di modifikasi oleh Stern (1924)


30/96

Diffused Double Layer Mineral

Mekanisme DDL (Budhu,2000)

30


31/96


32/96


33/96


34/96


35/96


36/96


37/96


38/96


39/96


40/96

Atteberg Limit

Mineral ActivityKaolinite 0.33 0.46

Illite 0.9

Montmorilonite (Ca) 1.5

Montmorilonite (Na) 7.2

m2finer thanby weight%

IndexPlasticity)Ac(Activity

m

40


41/96

Cation Exchange Capacity

CEC adalah kapasitas pertukaran kation yang diperlukan untuk menyeimbangkan arusnegatif pada permukaan partikel lempung. CEC diukur dalam sejumlah milliequivalentper 100 gram dari lempung kering.

Clay Mineral CEC (meq / 100g)

Kaolinite 3 15

Illite 10 40

Montmorilonite 80 150

41


42/96

Potential Volume Change Meter

42

PVC meter tanah adalah suatu alat yang standar untuk mengukur swelling pressure

dari suatu tanah yang terkompaksi. PVC meter dapat digunakan di lapangan maupun di

laboratorium. Pengujian dilakukan dengan meletakkan suatu sample yang teremas

dalam ring alat konsolidasi dengan suatu gaya pemadatan Proctor yang dimodifikasi

dari 55000 ft-lb/ft3 (2600 kJ/m3) pada kadar air naturalnya

Swell Index versus PVC (Lambe, 1960)


43/96

Expansion Index Test

43

EI ExpansionPotential

0-20 Very Low

21-50 Low

51-90 Medium

91-130 High

>130 Very High

Test expansion index pertama kali dikembangkan di selatan California pada akhir tahun 1960 an,pada suatu masa dimana beberapa agensi lokal mengembangkan suatu metode testing yang

standar untuk daerahnya. Metode ini di evaluasi secara statistic pada lima laboratorium yang

berbeda di California, dan akhirnya diadopsi oleh Uniform Building Code (UBC Standard No 19-2)

dan banyak lembaga pemerintahan di California. Test ini sama dengan PVC test kecuali ekspansi

dilakukan pada suatu beban konstan tertentu.

EI = 100 h x F

Dimana :

h = percent swell

F = fraction passing No 4. sieve


44/96


45/96


46/96


47/96


48/96

Engineering Index Properties

Laboratory and Field Data Probable Expansion(% Total Volume

Change)

Degre of Expansion

PercentagePassingNo 200Sieve

LiquidLimit(%)

StandardPenetratonResistance(Blows/ft)

>95 > 60 > 30 > 10 Very High

60 - 95 40 60 20 30 3 -10 High

30 60 30 40 10 20 1 5 Medium

< 30


49/96


50/96

Engineering Index Properties

LL (%) PI (%) mnat, atsf ProbableSwell(%)

Potential SwellClassification

> 60 > 35 >4 < 1.5 High

50 60 25 35 1.5 4 0.5 1.5 Marginal

< 50 < 25 < 1.5 < 0.5 Low

50

Klasifikasi Tanah Ekspansif berdasarkan liquid limit,

index plastis dan insitu suction (Snethen, 1977

*mnat = soil suction pada natural moisture content


51/96

COLE Classification Chart51

Klasifikasi mineralogy berdasarkan nilai activity dan cation-exchange activity

(CEC/percent clay )

a. (Pearring, 1963, Holtz , 1969)

b. Hamberg 1985


52/96

COLE Classification Chart52

Nilai COLE sebagai fungsi dari % clay untuk

daerah pada chart Gambar 3.6

(Hamberg, 1985)

Ekspantion Potensial diindikasikan pada

diagram Ac verses CEAc (Hamberg,

1985)


53/96

CASE STUDY :53


54/96


55/96

CASE STUDY :55

Relation of suction compression index, Ch, to the slope of the soil water

characteristic curve (McKeen, 1992)


56/96

CASE STUDY :56

Example of the relationship between soil suction and water content (McKeen, 1992)


57/96

PREDIKSI HEAVE

TEORI VOLUME CHANGE PADA UNSATURATED SOIL

57

Typical ConsolidationCurve

(Curve 1 & 3)


58/96

TEORI VOLUME CHANGE PADA


59/96


UNSATURATED SOIL59

Idealized Soil Water

Characteristic Curve


60/96


61/96



62/96


UNSATURATED SOIL62

Shrinkage Test

Pressure Plate Test Consolidation Test


63/96



64/96


UNSATURATED SOIL64

)u(ulogC)u(logCe wamat



65/96


UNSATURATED SOIL65

Fredlund : Postulate on developing constitutive surface


66/96


67/96



68/96


UNSATURATED SOIL

n

1i i0

i

e1

e.z

iatiwamin

1i i0

i ulogCuulogCe1.z

i

n

1i 0

wwn

1ii ze1

C

z

68

= total heavezi = ketebalan lapisan ke iei = (ef-e0)I

= Cmi log[ (ua-uw)f/(ua-uw)0]i

Cmi = matric suction indeks untuk lapisan iCti = efektif stress indeks untuk lapisan i = total stressua = tekanan udara poriuw = tekanan air pori

KESIMPULAN


69/96

KESIMPULAN

1. Karakterisasi lapangan untuk tanah ekspansif, diawalidengan suatu survey pengenalan medan, pada survey iniharus diamati lokasi-lokasi yang menunjukkan terjadinyaswelling dan juga harus diamati factor-faktor yang dapatmengakibatkan perubahan volume pada tanah, misalnya

adanya kadar air pada lapisan permukaan tanah yangtinggi.

2. Karakterisasi lapangan dilanjutkan dengan suatuinvestigasi awal, dimana sampel yang diambil diuji

dengan suatu test indentifikasi potensi swelling.

KESIMPULAN


70/96

KESIMPULAN

3. Investigasi yang detail dilakukan jika diketahui adanyapotensi swelling dengan pengambilan sampel kembaliuntuk diuji agar didapatkan presiksi besarnya heave.

4. Hasil prediksi besarnya heave yang akan terjadimenentukan alternative disain perbaikan tanahdilapangan selanjutnya.

5. Faktor-faktor skala mikro sangat mempengaruhi perilaku

ekspansif dari suatu jenis tanah, namun demikian factor-faktor skala mikro selama ini hanya dipakai sebagaipenentuan yang sifatnya kualitatif saja untuk memberikanpenjelasan terjadinya swelling pada tanah.


71/96


72/96


73/96


74/96

Expansive Soil Case

E i S il


75/96

Expansive Soils

Expansive Soils as fill material

Expansive Soils as foundation material


76/96


77/96

S lli T t


78/96

Swelling Test

STA 160+825 (4.00 - 4.50 m)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000

Time (minute)

Swelling(mm)

STA 160+825 (4.00 - 4.50 m)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

1 10 100 1000 10000 100000

Time (minute)

Swelling(mm)

Swelling Potential

P t ti l S ll Cl ifi ti


79/96

Potential Swell Classification

Technical Manual Foundation in Expansive Soils US ARMY Corp of

Engineering TM 5-818-7


80/96

A ti Z


81/96

Active Zone

Active Zone (Nelson and Miller,1991

Acti e Zone of E pansi e Soils


82/96

Active Zone of Expansive Soils

Moisture content fluctuation on active zone of

expansive soil (Ning Lu and Likos, 2004)


83/96

E i S il T M h d


84/96

Expansive Soil Treatment Method

Moisture Density Relationship

Lime-Soil Mixture

Lime Mixed Treatment


85/96


Most important points to consider for the successfulapplication of expansive soil treatment :

Usually 2-10% lime stabilizes reactive soil

Soil should be tested for lime reactivity and percentage of

lime needed

Calcareous and alkaline soils have good reactivity

Poorly drained soils have higher reactivities than well-drained

soils

Organics, sulfates and some iron compounds retards thepozzolanic reaction of lime


86/96



87/96


Variation in Compressive Strength as a

Function of Lime Content and Time

(Alaska Soil Stabilization DesignGuide,2002)

Effect of Lime on Optimum Moisture

Content and Density (Alaska Soil

Stabilization Design Guide,2002)


88/96


89/96

E i S il T t t M th d


90/96


Moisture barrier

Vertical and horizontal moisture barrier (US

Army TM 5-818-7)


91/96



92/96


MEMBRANE CUTOFF

Expansive Soil Construction Method


93/96

: Post tensioning Slab



94/96




95/96



96/96

dealing with expansive soil

Documents