Perbaikan Potensi Pengembangan Tanah Ekspansif dengan Metode Elektrokinetik menggunakan Larutan Kalsium Dioksida
Lydia Darmiyanti
Program Studi TeknikSipil, Fakultas Teknik, Universitas Krisnadwipayana
Email: lydiadarmiyanti@unkris.ac.id

## Abstract
The features and characteristics of expansive soil are determined by its structure and mineralogy. The  mineralogy  of  expansive  soil  includes  kaolinite,  illine,  and  montmorillonite.  The  binding strength of the three structures weakens, with montmorillonite holding the weakest bonds. This weak van  der  waltz  bond  allows  water  to  easily  permeate  montmorillonite,  and  its  major  feature  is  its ability to exchange ions (ion exchange capability). This situation allows water with a positive charge of  two  to  readily  enter  montmorillonite,  releasing  its  negative  charge  and  generating  swelling. Electrokinetic  soil  improvement  is  one  of  the  approaches  most  compatible  with  expansive  soil conditions.  The  Ca  (OH)2  solution  will  be  delivered  into  the  soil  using  a  potential  difference provided to the soil. The results of soil development tests before and after repairs indicated a decline in swelling value.
Keyword: Elektrokinetic, Calsium Dioxide, Swelling, Ekspansive Soil.

## Abstrak
Sifat dan karakteristik dari tanah ekspansif bergantung pada struktur dan mineraloginya. Mineralogi yang terkandung pada tanah ekspansif adalah kaolinite, illine dan montmorilonite. Kekuatan ikatan struktur  ketiganya  semakin  lemah,  dan  montmorilonite  merupakan  mineraldengan  ikatan  yang paling lemah. Ikatan van deer wals yang lemah ini membuat montmorilonite sangat mudah dimasuki oleh air dan kemampuannya untuk terjadi pertukaran ion (kapasitas pertukaran ion) merupakan siri khas  utamanya.  Kondisi  ini  yang  mengakibatkan  air  dengan  muatan  positif  dua  menjadi  mudah masuk  kedalam  montmorilonite  dengan  melepaskan  muatan  negatifnya,  dan  menyebabkan pengembangan. Perbaikan tanah dengan elektrokinetik merupakan salah satu  metode yang paling sesuai dengan kondisi tanah ekspansif. Larutan Ca (OH)2 akan di masukkan ke dalam tanah dengn bantuan  beda  potensial  yang  diberikan  pada  tanah.  Dari  hasil  pengujian  pengembangan  tanah sebelum dan sesudah dilakukan perbaikan terjadi penurunan nilai pengembangan.
Keywords: Elektrokinetik, Kalsium Dioksida, Pengembangan, Tanah Ekspansif.

## 1. Pendahuluan
Penyebaran  tanah  bermasalah  di  Indonesia  mencapai  hampir  20%.  Tanah  gambut  dan  tanah dengan kembang susut tinggi merupakan salah satu masalah yang mempuat tanah memiliki daya dukung rendah.  Sifat  fisik  dan  mekanis  ini  disebabkan  karena  proses  pembentukan  nya  sehingga  memiliki Kaolinite,  illite  dan  montmorilonit  merupakan  mineralpgi  yang  terdapat  pada  tanah  lempung.  [1] Mineralogi  montmorilonite  diketahui  memiliki  struktur  dengan  ikatan  yang  paling  lemah.  Dan kemampuannya  dalam  bertukar  ion  menjadi  sifat  khas  lainnya.  Datangnya  mineral  dengan  muatan positif  membuat  ion  negatif  pada  montmorilonite  akan  terlepsa  dan  bertukar.  Kondisi  ini  yang  akan mengakibatkan terjadi perubahan fisik dan mekanis dari lempung, dan bahkan terbentul senyawa baru pada tanah. [2]
Sifat lain dari tanah lempung adalah memiliki nilai plastisitas indeks (IP) yang tinggi. Dimana semakin tinggi IP, maka potensi untuk mengembang nya semakin besar. [3] Permeabilitas tananh yang tinggi juga sifat lainnya dari tanah lempung.  Kondisi ini mengakibatkan tanah lempung dengan nilai pengembangan yang tinggi mengakibatkan tanah rentan akan air dan memiliki daya dukung tanah yang rendah.
Metode  perbaikan  tanah  lempung  telah  banyak  dilakukan.  Perbaikan  dengan  metode pencampuran  biasa  maupun  dengan  cara  lainnya.  Bahan  penstabil  maupun  penambah  untuk
Darmiyanti, Perbaikan Potensi Pengembangan Tanah Ekspansif dengan Metode Elektrokinetik menggunakan Larutan Kalsium Dioksida 11
memperbaiki tanah lempung juga terus berkembang. Salah satu perbaikan tanah dengan permeabilitas rendah  dan  platisitas  tinggi  adalah  elektrokinetik.  Suatu  metode  untuk memanfaatkan  beda  potensial yang akan mengakibatkan terjadinya aliran air dari potensial negatif ke potensial positif. Tegangan yang diberikan disalurkan dengan suatu elektroda yang memiliki sifat penghantar listrik yang baik. Berbagai penelitian elektrokinetik telah dilakukan dengan menggunakan berbagai jenis elektroda, dan ditemukan kelemahan dari elektroda tersebut salahsatunya adalah kemampuan untuk korosi terurtama pada  bagian  anoda.  Pengantar  listrik  yang  paling  optimal  dan  tidak  mengakibatkan  korosi  adalah graphite. [4], [5]
Kelemahan dari tanah ekspansif adalah kemampuannya dalam menyerap dan menangkap air ke dalam struktur  tanah.  Dan  tantangan  yang  luarbiasa  di  Indonesia  adalah  kondisi  iklim  kemarau  dan  hujan. Kondisi hujan membuat tanah mengenbang, dan iklim kemarau mengakibatkan tanah menyusut. Hal ini tentu membuat terjadinya perubahan dan ketidakstabilan tanah dalam memberukan daya dukung nya. Oleh  karena  itu  perlu  dilakukan  penelitian  elektrokinetik  dengan  menggunakan  larutan  yang  mudah masuk dalam tanah dan tidak memberikan efek negatif pada lingkungan.

## 2. Metode
Tanah ekspansif berasal dari Jawa Barat. Pengujian dari sifat fisik tanah asli dan tanah setelah elektrokinetik dilakukan dengan standard SNI 1964-2008 dan pengujian potensi pengembangan yang dilakukan  menggunakan  SNI  1965-2008.  Dengan  klasifikasi  tanah  unified  dihasilkan  tanah  asli merupakan tanah dengan jenis CH dengan pengembangan tinggi dengan potensi pengembangan 5.8%.
Penelitian  eksperimental  yang  dilakukan  sesuai  dengan  tahap  penelitian  pada Gambar.  1 . Perbaikan tanah elektrokinetik dilakukan dalam waktu 7 hari untuk injeksi larutan Ca(OH)2. Perubahan tegangan dan arus yang dihasilkan pada setiap jarak 50mm dibaca setiap 60menit pada 2 hari pertama dan 120menit untuk 5 hari selanjutnya. Elektrokinetik dilakukan dengan satu jenis tanah dan satu larutan kalsium dioksida dengan konsentrasi 5%. Elektroda yang digunakan adalah graphite dan elektrokinetik dilakukan  dengan  empat  varian  beda  potensial.  Elektrokinetik  dilakukan  pada  4box  pengujian;  XX1 12V, XX2 15V, XX3 18V dan XX4 24V. Setelah elektrokinetik selesai dilakukan tanah diperam sampai 14 hari dan dilakukan pengujian sifat fisik dan swelling lagi.
Gambar 1 . Tahapan proses perbaikan tanah Elektrokinetik

## 3. Hasil dan Pembahasan

## 3.1 Pengujian Fisik Tanah
Specipic  Gravity  tanah  asli  2,625 dan  dari  pengujian  Atterberg  dihasilkan  liquid  limit  (LL) tanah  asli  62%,  plastic  limit  (PL)  21.5%  dan  indeks plastis (PI)  40.5%  Hasil  ini menunjukkan tanah memiliki  potensi  pengembangan  yang  tinggi.[6]  Tanah  ekspansif  dengan  indeks  plastisitas  tinggi banyak ditemukan di Indonesia. Tanah dengan IP diantara 20-55 % telah diketahui dari penelitian tanah ekspansif terdahulu. Pengujian batas attemberg dilakukan kembali dan terjadi perubahan nilai LL, PL, dan  PI.    Terjadi  penurunan  nilai  PI,  dari  34.09%  menjadi  27.46%  untuk  XX1,  23.52%  untuk  XX2, 19.32%  untuk  XX3  dan  20.35%  untuk  XX4.  Penurunan  PI  ini  terjadi  dikarenakan  larutan  kalsium dioksida yang masuk terlah membentuk cement karena reaksi  kimia dengan mineralogi lempungnya. [2], [5], [7]–[9] Perubahan nilai PI ada pada Gambar.2.
Pengujian Tanah Asli Perbaikan Tanah Elektrokinetik Pengujian setelah Perbaikan Tanah Elektrokinetik
Gambar 2 . Plastisitas indeks tanah setelah elektrokinetik

## 3.2 Penggembangan (Swelling)
Tanah  asli  memiliki  potensi  pengembangan  5.8%.  Nilai swelling potensial  tersebut menunjukkan  tanah  memiliki  potensi  pengembangan  yang  tinggi.  [6]  Proses  elektrokinetik menghasilkan  penurunan  nilai  potensi  pengembangan  tanah.  ( Gambar.3 )  Tanah  ekspansif  yang memiliki  mineralogi  montmorilonite  memiliki  ikatan  vandeerwals  yang  sangat  lemah.  Kemampuan untuk terjadi pertukaran ion mengakibatkan ion pada kalsium klorida yang bernilai positif 2 akan masuk ke dalam struktur montmorilonit dan bertukan dengan ion negatif yang ada didalamnya. [10], [11]
Penurunan potensi pengembangan pada tanah ekspansif ini diperngaruhi oleh mineralogi tanah dan  besar  beda  tegangan  yang  diberikan  pada  tanah.  Semakin  besar  tegangan  yang  diberikan  akan mempengaruhi kecepatan aliran air dari anoda ke katoda, sehingga larutan yang terbawa juga semakin banyak. Akan tetapi hal ini akan dipengaruhi juga oleh sifat dari kimia tersebut terhadap air. Karena kalsium klorida memiliki kemampuan melarut hanya sebesar 1,78gram/liter. Sehingga semakin besar konsentrasi larutan yang terapkan tidak akan linear dengan perubahan potensi pengembangannya, hal ini dikarenakan tisak semua kalsium klorida akan larut pada air. [12]
1 2 3 4 5 PI 34.09 27.46 23.52 19.32 20.35 0 5 10 15 20 25 30 35 40
Gambar 3 . Swelling potensial tanah setelah elektrokinetik

## 4. Kesimpulan
Perubahan tanah yang terjadi diketahui dari tanah asli yang merupakan taah dengan plastisitas tinggi  menjadi  tanah  plastisitas  rendah.  Tanah  asli  berjenis  CH  berubah  menjadi  tanah  CL  setelah dilakukan  perbaikan  tanah  elektrokinetik.  Potensi  pengembangan  tanah  dihasilkan  terjadi  perubahan yang signifikan, dimana perubahan pengembangan menurun 36,9% dari tanah aslinya. Dari hasil potensi pengembangan ini diketahui bahwa perbaikan tanah dengan elektrokinetik cukup signifikan dan efektif.

## Ucapan Terima Kasih
Terima  kasih  kepada  Prodi  Teknik  Sipil  Fakultas  Teknik  Universitas  Krisnadwipayana  atas  segala perhatian dan dukungannya sehingga penelitian ini dapat terlaksana.

## Referensi
[1] G. S. Dasog and A. R. Mermut, Expansive soils and clays , no. October. 2013.
[2] Y. Zaika and A. Rachmansyah, “Stabilization of Sandy Clay Using Electrochemical Injection Yulvi Zaika , Arief Rachmansyah,” vol. 2, no. 5, pp. 4684–4690, 2012.
[3] S. Jayasekera and A. Mohajerani, “Some relationships between shrink-swell index, liquid limit, plasticity index, activity and free swell index,” Aust. Geomech. J. , vol. 38, no. 2, pp. 53–58, 2003.
[4] K. Ranjitha and B. V Manjari Blessing, “Soil Stabilization by Electrokinetic Method,” Int. J. Sci. Res. , vol. 6, no. 2, pp. 2319–7064, 2015, [Online]. Available: www.ijsr.net.
[5] D. Darmiyanti, A. Rachmansyah, A. Munawir, Y. Zaika, Ershandy, and E. A. Suryo, “Voltage optimization in expansive soil improvement with saline solution on swelling and shear strength,” IOP  Conf.  Ser.  Earth  Environ.  Sci. ,  vol.  1263,  no.  1,  2023,  doi:  10.1088/1755- 1315/1263/1/012050.
[6] Fu Hua Chen, Foundation on Expansive soils . 1979.
[7] L. Darmiyanti, A. Munawir, A. Rachmansyah, Y. Zaika, and E. A. Suryo, “Identification of the Influence of Electrokinetic Soil Improvement on the Microstructure, Physical and Mechanical Properties of Expansive Soil,” Eastern-European J. Enterp. Technol. , vol. 6, no. 6(126), pp. 41– 50, 2023, doi: 10.15587/1729-4061.2023.290234.
[8] A.  Rachmansyah,  L.  Darmiyanti,  R.  Kusumaningrum,  and  Harimurti,  “Expansive  Soil Improvement Using Electrochemical Injection,” IOP Conf. Ser. Earth Environ. Sci. , vol. 1249, no. 1, 2023, doi: 10.1088/1755-1315/1249/1/012039.
5.8 2.88 2.14 3.85 2.39
Tanah Asli 12V
15V 18V 24V
[9] U. W. Lydia Darmiyanti, “Effect of Salt Solution in Electrochemical Stabilization with Variation of Potential Difference on Clay ’ s Shear Strength,” Reka Buana  J. Ilm. Tek. Sipil dan Tek. Kim. ,
vol. 9, no. 1,
pp. 28–40, 2024, [Online]. Available:
https://jurnal.unitri.ac.id/index.php/rekabuana/article/view/5434.
[10] W.  S.  Abdullah  and  A.  M.  Al-abadi,  “Applied  Clay  Science  Cationic  –  electrokinetic improvement of an expansive soil,” Appl. Clay Sci. , vol. 47, no. 3–4, pp. 343–350, 2010, doi: 10.1016/j.clay.2009.11.046.
[11] H. Wu, L. Hu, and Q. Wen, “Electro-osmotic enhancement of bentonite with reactive and inert electrodes,” Appl. Clay Sci. , vol. 111, pp. 76–82, 2015, doi: 10.1016/j.clay.2015.04.006.
[12] A. Mukherjee, R. Kumaresan, and S. Ghosh, “Redox behaviour of CaCl2 melts in presence of moisture as impurity. Part I: Cyclic voltammetry,” Journal of Electroanalytical Chemistry , vol. 902. 2021, doi: 10.1016/j.jelechem.2021.115778.