Upload
nirmaspribadiyo
View
950
Download
3
Embed Size (px)
Citation preview
0 HAMZAH MAULANA ATIYYA INAYATILLAH RYAN BUDIANTO WELSY PATRICIA TITAHELUW
www.civilforfuture.com 0
PENINGKATAN KEKUATAN GESER TANAH
LEPUNG DI DEPOK DENGAN METODE
ELEKTROOSMOSIS
Disususn Oleh:
HAMZAH MAULANA ([email protected])
ATIYYA INAYATILLAH ([email protected])
RYAN BUDIANTI (thedarkz [email protected])
WELSY PATRICIA TITAHELUW
www.civilforfuture.com/geoteknik
1 HAMZAH MAULANA ATIYYA INAYATILLAH RYAN BUDIANTO WELSY PATRICIA TITAHELUW
www.civilforfuture.com 1
A. JUDUL PROGRAM
Peningkatan Kekuatan Geser Tanah Lempung di Depok dengan Metode
Elektroosmosis
B. LATAR BELAKANG MASALAH
Depok adalah sebuah kota satelit Jakarta di sebelah selatan dengan
pertumbuhan ekonomi dan penduduk yang terus meningkat selama lima tahun
terakhir sehingga secara tidak langsung berpengaruh terhadap banyaknya bangunan
atau konstruksi sipil untuk mengakomodasinya (Data BPS Kota Depok, Maret 2009).
Karena luas lahan yang jumlahnya tetap sementara kebutuhan manusia akan ruang
cenderung bertambah menyebabkan semakin banyak konstruksi sipil dan gedung
yang terpaksa harus dibangun pada kondisi tanah atau geologis yang kurang
menguntungkan misalnya berada pada kondisi jenuh dengan kadar air tinggi sehingga
kekuatan gesernya rendah.
Di Depok banyak terdapat danau dan sumber air lain seperti sungai yang akan
memberikan rembesan berupa garis aliran pada tanah di sekitarnya. Pada tanah
kohesif permeabilitas air sangat kecil sehingga air pori sulit disingkirkan (Suyono &
Kazuto, 1981). Jika pada tanah tersebut akan dibangun gedung atau konstruksi sipil
maka perlu dilakukan stabilisasi tanah yang selama ini masih menjadi tantangan di
Depok. Salah satu contohnya adalah adanya masalah kestabilan tanah dan settlement
pada pembangunan gedung-gedung di sekitar Danau ……. . Tanah pada daerah-
daerah tersebut umumnya adalah tanah jenis lempung yang bersifat kohesif dan
menjadi gambaran jenis tanah yang umum terdapat di Depok.
Lempung atau tanah liat adalah partikel mineral berkerangka dasar silikat
yang berdiameter kurang dari 4 mikrometer. Lempung mengandung leburan silika
dan/atau aluminium yang halus. Unsur-unsur silikon, oksigen, dan aluminum adalah
unsur yang paling banyak menyusun kerak bumi. Lempung cenderung bersifat semi-
konduktor sebagai sifat dari material penyusunnya.
2 HAMZAH MAULANA ATIYYA INAYATILLAH RYAN BUDIANTO WELSY PATRICIA TITAHELUW
www.civilforfuture.com 2
Gejala adanya aliran air dalam tanah sebagai akibat arus listrik searah yang
dialirkan melewatinya pertamakali diamati oleh Reuss pada tahun 1809 dan
kemudian dikenal sebagai elektroosmosis. Metode elektroosmosis dapat bekerja pada
tanah yang bersifat semi-konduktor.
Metode elektroosmosis yaitu menanam seperangkat elektroda ke dalam tanah
kemudian mengalirkan arus searah (DC) di antara anode dan katode. Arus listrik akan
menyebabkan timbulnya aliran air dari anode yang bermuatan positif menuju ke
katode yang bermuatan negatif (Cassagrande, 1953). Hal ini terjadi karena tarikan
kation dan gerakan partikel lempung bermuatan negatif ke arah anode. Bersamaan
dengan itu, air tertarik menjauhi anode dan dengan kandungan kation bebasnya
bergerak mendekati katode yang biasa disebut sebagai cathion exchange. Dengan
adanya proses drainase bawah tanah tersebut kekuatan geser tanah akan meningkat.
Nilai kekuatan geser tanah antara lain diperlukan untuk menghitung daya
dukung tanah atau untuk menghitung tekanan tanah yang bekerja pada tembok
penahan tanah. Menurut Mohr-Coulomb nilai kekuatan geser tanah dinyatakan dalam
휏 = 푐 + 휎 푡푎푛 휑 dimana c adalah nilai kohesi tanah yang juga ditentukan oleh kadar
air di dalam tanah. Metode untuk meningkatkan kekuatan geser tanah yang banyak
digunakan terutama di Indonesia adalah cara-cara mekanis. Penelitian tentang
elektroosmosis untuk meningkatkan kekuatan geser tanah belum banyak
dikembangkan di Indonesia.
Berdasarkan latar belakang di atas, kami ingin melakukan penelitian tentang
pemanfaatan elektroosmosis untuk meningkatkan kekuatan geser tanah lempung di
Depok. Hasil dari penelitian ini akan bisa diaplikasikan untuk meningkatkan
kekuatan geser tanah yang akan berpengaruh terhadap faktor keamanan dan daya
dukung pada tanah lempung di Depok untuk tujuan konstruksi, pembuatan tanggul
danau, atau secara umum untuk stabilisasi tanah yang kadar airnya tinggi.
3 HAMZAH MAULANA ATIYYA INAYATILLAH RYAN BUDIANTO WELSY PATRICIA TITAHELUW
www.civilforfuture.com 3
C. PERUMUSAN MASALAH
Berdasarkan latar belakang terdapat beberapa permasalahan yang dapat
diidentifikasikan sebagai berikut :
1. Bagaimana pengaruh elektromoosmosis terhadap kekuatan geser tanah
lempung di Depok.
2. Apakah terjadi peningkatan kekuatan geser pada tanah lempung di Depok
sebelum dan sesudah dilakukan elektroosmosis.
D. TUJUAN PROGRAM
Tujuan program yang akan dicapai setelah Penelitian ini dilaksanakan :
1. Untuk mengetahui bagaimana pengaruh elektromoosmosis terhadap kekuatan
geser tanah lempung di Depok
2. Untuk mengetahui apakah terjadi peningkatan kekuatan geser tanah lempung
di Depok sebelum dan sesudah dilakukan elektroosmosis
E. LUARAN PROGRAM
Karya kreatif dan inovatif berupa metode elektroosmosis untuk meningkatkan
kekuatan geser tanah lempung. Selain itu diperoleh juga produk berupa rangkaian
elektroosmosis.
F. KEGUNAAN PROGRAM
Penelitian ini diharapkan memberikan kontribusi bagi masyarakat, industri
dan pengembangan ilmu adalah sebagai berikut :
1. Dapat diperoleh metode untuk meningkatkan kekuatan geser tanah lempung
di Depok
2. Setelah kekuatan geser tanah lempung dapat ditingkatkan metode ini dapat
diaplikasikan untuk meningkatkan faktor keamanan dan daya dukung pada
4 HAMZAH MAULANA ATIYYA INAYATILLAH RYAN BUDIANTO WELSY PATRICIA TITAHELUW
www.civilforfuture.com 4
tanah lempung di Depok untuk tujuan konstruksi, pembuatan tanggul danau,
meningkatkan sudut geser tanah sehingga bisa dibuat lereng yang lebih
curam, atau secara umum untuk stabilisasi tanah yang kadar airnya tinggi.
Selanjutnya metode ini dapat dikembangkan untuk digunakan di daerah lain
dengan jenis tanah dan kondisi geologi yang relatif berbeda.
3. Dapat mengurangi resiko terjadinya longsor atau kegagalan tanggul dan
mengurangi penurunan yang mungkin terjadi pada bangunan yang kekuatan
gesernya rendah akibat tingginya kadar air.
4. Penggunaan metode elektroosmosis akan lebih efisien untuk meningkatkan
kekuatan geser tanah dan stabilisasi tanah dibanding cara mekanik.
5. Memberi masukan kepada para pelaksana dan perencana geoteknik sebagai
alternatif lain untuk meningkatkan kekuatan geser tanah lempung
6. Bagi masyarakat kampus hasil penelitian ini dapat sebagai kajian keilmuan
untuk meneliti lebih lanjut mengenai metode elektroosmosis Untuk
meningkatkan kekuatan geser tanah lempung
7. Memberika pemahaman kepada masyarakat tentang pentingnya stabilisasi
tanah
G. TINJAUAN PUSTAKA
1. Tanah Lempung
Lempung atau tanah liat adalah kata umum untuk partikel mineral
berkerangka dasar silikat yang berdiameter kurang dari 4 mikrometer. Lempung
mengandung leburan silika dan/atau aluminium yang halus. Unsur-unsur ini,
silikon, oksigen, dan aluminum adalah unsur yang paling banyak menyusun kerak
bumi. Lempung terbentuk dari proses pelapukan batuan silika oleh asam karbonat
5 HAMZAH MAULANA ATIYYA INAYATILLAH RYAN BUDIANTO WELSY PATRICIA TITAHELUW
www.civilforfuture.com 5
dan sebagian dihasilkan dari aktivitas panas bumi. Lempung membentuk
gumpalan keras saat kering dan lengket apabila basah terkena air.
Tanah Lempung mudah menyerap air sehingga mudah mengalami
konsolidasi atau penurunan dan tentunya ini adalah perilaku yang merugikan bila
ingin mendirikan bangunan di atasnya.
Terdapat banyak jenis tanah lempung tetapi yang umum yang dikenal ada
tiga, yaitu:
1. Kaolinit, Formula: Al4(Si4O10)(OH)8
Kualitasnya lumayan bagus dengan Wp=32, Wl=53 dan Pl=21
2. Illite, Formula: Al4(Si6A12)O20.K2(OH)4
Kualitasnya sedang dengan Wp=53, Wl=120, Pl=67
3. Monmorilonite, Formula: Al4(Si6O20).(OH)4.nH2O
Kualitasnya jelek dengan Wp=54, Wl=710 dan Pl=656
Gambar 1. Struktur Kimia Tanah Lempung
Unsur air sendiri ataupun unsur monmorilonit sendiri telah stabil
(Air= + 1 - 2 + 1 = 0 dan Monmorilonit= -4 +8 -4 = 0).
Namun bila ada unsur air di sekitar unsur monmorilonit, senyawa silikat yang ada
di pinggir unsur monmorilonit itu akan menarik 4 unsur air agar unsur tersebut
H
+1
0 -2 H
+1
Silikat Si4O10
-4
Silikat Si4O10
-4
Gibbsite Al4(OH)4
+8
Struktur atom H2O (air) Struktur Mineral Montmorillonite Gaya tarik Van der Walls
6 HAMZAH MAULANA ATIYYA INAYATILLAH RYAN BUDIANTO WELSY PATRICIA TITAHELUW
www.civilforfuture.com 6
stabil ((4. +1) - 4 = 0). Karena itulah tanah lempung mudah menyerap air dan
mudah mengalami kembang susut (bersifat plastis) yang dipengaruhi oleh air.
Selain dari struktur kimia klasifikasi tanah yang termasuk jenis lempung
juga bisa dilihat dari ukuran butirannya. Partikel lempung umumnya merupakan
fraksi mikroskopis dan submikroskopis. Menurut USCS tanah digolongkan ke
dalam tanah berbutir halus (lanau dan lempung) jika berukuran kurang dari 0,075
mm, dan menurut AASHTO tanah digolongkan ke dalam jenis lempung jika
berukuran kurang dari 0,002 mm, tetapi berdasarkan ASTM D-653 partikel
berukuran antara 0,002 sampai 0,005 mm juga masih digolongkan sebagai partikel
lempung. Berdasarkan peraturan-peraturan tersebut tanah disebut sebagai lempung
hanya berdasarkan ukurannya saja. Belum tentu tanah dengan ukuran parikel
lempung tersebut juga mengandung mineral-mineral lempung (Braja M. Das.,
1985). Jadi di dalam penelitian ini kami mengklasifikasikan tanah yang menjadi
obyek penelitian adalah jenis lempung hanya berdasarkan ukuran butiran.
2. Pertukaran ion di dalam tanah lempung
Kapasitas lempung untuk menyerap dan menukar kation disebut kapasitas
tukar kation (KTK). Ion bermuatan posisif dinetralisir oleh ion bermuatan negatif
disebut dengan electric double layer. Kation yang tertukar disebut exchangeable
cations, sedang proses pertukaran disebut cation exchange. KTK dipengaruhi oleh,
kandungan liat, tipe liat, kandungan bahan organik. Kapasitas lempung untuk
menyerap dan menukar anion disebut kapasitas tukar anion (KTA).
Karena atom-atom hydrogen pada air tidak tersusun secara simetris
sekeliling atom oksigen maka molekul-molekul air (H2O) membentuk kutub-kutub
(polar) dan mempunyai muatan postif di satu sisi dan muatan negative di sisi yang
lain (berkutub dua atai dipole).
7 HAMZAH MAULANA ATIYYA INAYATILLAH RYAN BUDIANTO WELSY PATRICIA TITAHELUW
www.civilforfuture.com 7
Gambar 2. Sifat berkutub dua (dipolar) dari air
Molekul air yang berkutub dua tersebut tertarik oleh permukaan partikel
lempung yang bermuatan negatif dan oleh adanya kation-kation dalam lapisan
ganda (double layer). Kemudian kation-kation tersebut menempel di permukaan
partikel yang bermuatan negatif. Selain itu terdapat juga ikatan hidrogen dimana
setiap atom hidrogen pada molekul air dipakai bersama oleh atom oksigen pada
permukaan lempung. Gaya tarik antara air dan tanah lempung akan berkurang bila
jaraknya semakin jauh dari permukaan partikel-partikel tanah. semua air yang
terikat pada permukaan partikel-partikel tanah lempung akibat gaya tarik ini
dikenal sebagai air lapisan ganda (double layer water).
Gambar 3. Tarik menarik molekul air dengan partikel tanah
Oksigen
Hidrogen Hidrogen
-
+
Simbol
=
Partikel Lempung
-
-+ -
+ + -
+ +
Dipole
Dipole
Dipole
Kation
Kation
Hidrogen
8 HAMZAH MAULANA ATIYYA INAYATILLAH RYAN BUDIANTO WELSY PATRICIA TITAHELUW
www.civilforfuture.com 8
Sebagaimana diketahui, partikel lempung umumnya banyak mengandung
unsur silikat (yang diketahui cenderung bersifat semi-konduktor), karena itu
tampaknya ada cukup alasan untuk menganggap material lempung lebih bersifat
sebagai semi-konduktor daripada sebagai konduktor.
3. Kekuatan Geser Tanah
Kekuatan geser tanah terdiri dari dua komponen, yaitu kohesi dan geseran
oleh Coulomb dinyatakan dalam suatu persamaan yang berupa suatu garis lurus
dalam suatu sistem koordinat dengan sumbu tegak 휏 dan sumbu horizontal 휎 dapat
didefinisikan dengan rumus (Braja M. Das., 1993) :
휏 = 푐 + 휎 푡푎푛휑 Dimana :
휏 = kekuatan geser tanah/tegangan geser pada keruntuhan (kN/m2)
c = kohesi (kN/m2)
휑 = sudut gesert anah
휎 = tegangan normal rata-rata (kN/m2)
Gambar 4. Arah tegangan geser tanah
Akibat tegangan normal Gambar 5. Tegangan geser
dan regangan
τ
τ
σ τf
Regangan ε
T e g a n g a n
g e s e r τ
9 HAMZAH MAULANA ATIYYA INAYATILLAH RYAN BUDIANTO WELSY PATRICIA TITAHELUW
www.civilforfuture.com 9
Besamya nilai kohesi dan sudut geser tanah (c dan 휑) merupakan
parameter efektif, mempengaruhi kekuatan geser tanah.
Gambar 6. Grafik kekuatan geser
Nilai sudut geser dalam tanah (휑) tergantung dari kepadatan butiran tanah
terutama pasir yang terkandung didalamnya, namun dipengaruhi juga akibat
gradasinya (Braja M. Das, 1993).
Coulomb telah menyelidiki kekuatan geser tanah dan menyatakan bahwa :
“perlawanan gesekan tidak mempunyai suatu nilai yang tetap akan tetapi berbeda-
beda besarnya nilai tegangan normal yang bekerja pada bidang geser.” Asumsi
yang digunakan adalah :
1. Besarnya perlawanan kohesi dianggap mempunyai nilai yang tetap dan tidak
tergantung dari tegangan yang bekerja ini.
2. Kohesi terbagi merata pada luas permukaan geser artinya mempunyai nilai
yang tetap untuk type tanah tertentu, pada suatu kadar air dan kondisi uji
tertentu.
Nilai kekuatan geser tanah antara lain diperlukan untuk menghitung daya
dukung tanah atau untuk menghitung tekanan tanah yang bekerja pada tembok
penahan tanah.
c σ
Ф
τ
10 HAMZAH MAULANA ATIYYA INAYATILLAH RYAN BUDIANTO WELSY PATRICIA TITAHELUW
www.civilforfuture.com 10
4. Pengujian Material Tanah
3.1 Analisis Saringan Tanah
Analisis ukuran butir tanah adalah penentuan persentase berat butiran
pada suatu unit saringan dengan ukuran dan lubang tertentu. Tanah benda uji
disaring lewat satu unit saringan standar untuk pengujian tanah. Berat tanah
yang tinggal pada masing-masing saringan ditimbang dan persentase terhadap
berat kumulatif pada tiap saringan dihitung. Kemudian digambarkan pada suatu
kurva, sehingga dapat diketahui tanah tersebut bergradasi baik atau buruk. Pada
penelitian ini analisis saringan tanah digunakan untuk mengatahui jenis tanah.
Dari persentase yang lolos saringan nomor 200 termasuk tanah berbutir halus
(lanau dan lempung) selanjutnya dilakuka uji hidrometer. Perhitungan
presentase tersebut (MPBJ, PB-0201-76):
% Tertahan =
푥100% % Lolos = 100% - % Tertahan
Tabel 1. Pembagian Ukuran Fraksi-Fraksi Tanah ( Tekstur) Menurut Sistem
Departemen Pertanian Amerika Serikat (USDA) Tahun 1938
Partikel Diameter fraksi (mm) Pasir sangat kasar (Very coarse sand) 2,00 – 1,00 Pasir kasar (Coarse sand) 1,00 – 0,50 Pasir sedang (medium sand) 0,50 – 0,25 Pasir halus (fine sand) 0,25 – 0,10 Pasir sangat halus (very fine sand) 0,10 – 0,05 Debu (silt) 0,05 – 0,002 Liat/ lempung (Clay) Kurang dari 0,002
11 HAMZAH MAULANA ATIYYA INAYATILLAH RYAN BUDIANTO WELSY PATRICIA TITAHELUW
www.civilforfuture.com 11
Apabila hasil ayakan tanah berdameter kurang dari 0,002 maka sample tanah
yang di uji merupakan tanah liat atau lempung.
3.2 Pengujian Berat Jenis Tanah (specific Gravity)
Pengujian ini dimaksudkan untuk memperoleh specific gravity (GS)
yaitu gerak jenis benda yang terdiri dari partikel kecil yang memiliki specific
gravity lebih dari 1,00. Berat jenis didefinisikan sebagai perbandingan berat
volume butiran padat (훾푠) dengan berat volume air (훾휔) pada tempratur 40 C.
maka berat jenis adalah
퐺 = Adapun pembagian jenis tanah berdasarkan berat jenisnya, sebagai
berikut:
Tabel 2.1. Macam dan berat jenis tanah (Hardiyanto & Hary Cristady., 1992)
Macam Tanah Berat Jenis (Gs)
Krikil
Pasir
Lanau Kepasiran
Lempung Tak Organic
Lempung Organik
Humus
Gambut
>2.70
2,65 - 2,67
2,67 - 2,70
2,70 - 2,80
2,50 - 2,65
1,37
1,25 - 1,80
3.3 Pengujian Kadar Air
Pengujian kadar air dimaksudkan untuk menentukan kadar air sample
tanah yaitu perbandingan berat air (Ww) yang terkandung dalam tanah dengan
berat butir tanah (Ws) tersebut dalam keadaan kering, yang dinyatakan dalam
persen (Hardiyatmo H. C., 1992)
W (%) = 푥 100 %
12 HAMZAH MAULANA ATIYYA INAYATILLAH RYAN BUDIANTO WELSY PATRICIA TITAHELUW
www.civilforfuture.com 12
3.4 Pengujian Berat Isi
Pengujian ini dimaksudkan untuk mendapatkan berat isi tanah yang
merupakan perbandingan antara berat tanah basah (W) dengan volume (V)
dalam gr/cm3 (shirly LH., 1994)
훾 = gr/cm3
3.5 Analisis Hidrometer
Analisis hydrometer digunakan untuk butiran yang mempunyai diameter
lebih kecil dari 0,075 mm atau lolos saringan nomor 200.
L1 = Jarak dari pembaca Rc ke leher hydrometer (cm)
L2 = Tinggi kepala dari leher sampai dasar kepala (cm)
L = Tinggi efektif hydrometer dari permukaan suspense ke pusat volume hydrometer
Harga L dapat dicari dengan rumus 퐿 = 퐿1 + 0,5 퐿2−
Vh = Volume hydrometer = berat hydrometer (gram)
A = Luas penampang gelas ukur (cm2)
Rc = Ra – zero correction + Ct
Rc = pembacaan hydrometer setelah dikoreksi
Ra = pembacaan hydrometer
Zero correction = koreksi terhadap angka nol (termasuk menicus)
Ct = faktor koreksi temperature 20oC
D = diameter butiran tanah
K = koreksi berat jenis pada setiap perubahan temperatur
L = tinggi efektif hydrometer
13 HAMZAH MAULANA ATIYYA INAYATILLAH RYAN BUDIANTO WELSY PATRICIA TITAHELUW
www.civilforfuture.com 13
t = waktu pembacaan
Persentase lolos = % finner = 푅푐 푥100%
a = faktor koreksi untuk berat jenis
Ws = berat sampel yang di-hidrometer
Gambar 7. Spesifikasi Hidrometer
3.5 Pengujian Kekuatan Geser Langsung
Pengujian ini dimaksudkan untuk menentukan nilai kohesi (c) dan
sudut geser dalam tanah (휑) secara tepat (shirly LH., 1994)
휏 =
L1
L
Ra R
L2
L Meniscus
14 HAMZAH MAULANA ATIYYA INAYATILLAH RYAN BUDIANTO WELSY PATRICIA TITAHELUW
www.civilforfuture.com 14
휎 = 푁퐴
Dengan :
P = Pemacah arloji geser x angka kalibrasi cincin penguji
휏 = Tegangan geser
휎 = Tegangan Normal
퐴 = Luas penampang contoh tanah
N = Beban normal
Dari tegangan normal dan tegangan geser dapat dibuat persamaan lingkar
Mohr dengan persamaan (Hardiyanto & Hary Christady., 1992)
휏 = 퐶 + 휎 푡푎푛휑
Dari kurva tersebut dapat ditentukan nilai-nilai tersebut:
C = Kohesi
휑 = Sudut geser dalam tanah
5. Elektroosmosis
Elektoosmosis merupakan salah satu metode alternatif untuk
mengurangi kadar air yang ada pada tanah liat lunak, sehingga dapat
mengurangi besarnya penurunan yang terjadi bila dilakukan pembebanan.
Selain itu elektroosmosis juga dapat digunakan untuk meningkatkan kekuatan
geser tanah (Cassagrenade, 1935).
Gejala adanya aliran air dalam tanah sebagai akibat arus listrik searah
yang dialirkan melewatinya pertama kali diamati oleh Reuss pada tahun 1809,
yang kemudian dihubungkan dengan peristiwa aliran air melalui pipa kapiler
dan membran (karena itu proses tersebut dikenal sebagai sifat elektroosmosis
tanah). Penjelasan teoretis pertama mengenai gejala tersebut diberikan oleh
Helmholtz pada tahun 1879 dengan konsep lapisan elektrik ganda (electric
15 HAMZAH MAULANA ATIYYA INAYATILLAH RYAN BUDIANTO WELSY PATRICIA TITAHELUW
www.civilforfuture.com 15
double layer). Akan tetapi baru Casagrande yang mematenkan teknik tersebut
untuk keperluan perbaikan sifat-sifat teknis tanah pada tahun 1935. Metode
elektroosmosis dapat bekerja pada tanah yang mengandung mineral lempung,
baik yang bersifat plastisitas rendah maupun tinggi dan biasanya dalam
kondisi jenuh air (Agarwal, 1993)
Metode elektroosmosis yaitu menanam seperangkat elektroda ke
dalam tanah kemudian mengalirkan arus searah (DC) di antara anode dan
katode (Haussman, 1990). Istilah ‘anode’ dan ‘katode’ diusulkan pertama kali
oleh William Whewell kepada Michael Faraday sekitar pertengahan abad 19.
Arus listrik akan menyebabkan timbulnya aliran air dari anode (yang
bermuatan positif) menuju ke katode (yang bermuatan negatif). Hal ini terjadi
karena tarikan kation dan gerakan partikel lempung bermuatan negatif ke arah
anode. Bersamaan dengan itu, air tertarik menjauhi anode dan dengan
kandungan kation bebasnya bergerak mendekati katode (‘cathion exchange’).
Elemen katode biasanya berupa pipa logam berpori yang sekaligus digunakan
sebagai titik sumur well point untuk memompa air dari lapisan tanah
(dewatering). Sementara itu elemen anode dapat berupa batang logam.
Pengaruh elektroosmosis terhadap kadar air dalam tanah akan berubah seiring
dengan perubahan beda potensial antara anode dan katode (Dorfner, 1995).
Gambar 8. Proses pertukaran ion pada elektroosmosis
Sumber: Sismanto dalam Jurnal Berkala MIPA UGM 17(2) Mei 2007 hal. 59
16 HAMZAH MAULANA ATIYYA INAYATILLAH RYAN BUDIANTO WELSY PATRICIA TITAHELUW
www.civilforfuture.com 16
Elemen katode biasanya berupa pipa logam berpori yang sekaligus
digunakan sebagai titik sumur (well point) untuk memompa air dari lapisan
tanah (dewatering). Sementara itu elemen anode dapat berupa batang logam.
Teknik elektroosmosis digunakan untuk stabilisasi tanah, meningkatkan
geser tanah, atau meningkatkan faktor keamanan lereng melauui tiga proses
(Barnes, 1991):
1. Drainase air dari dalam massa tanah, yang berarti meningkatkan kuat
gesernya
2. Injeksi bahan anode (atau material grouting lain yang sengaja
dipasang pada anode) ke dalam massa tanah yang memperbaiki sifat-
sifat geoteknis massa tanah
3. Pemasangan batang logam anode dan pipa katode sekaligus telah
berfungsi sebagai penulangan tanah (earth reinforcement atau soil
nailing)
Drainase elektroosmosis mengubah arah rembesan alami sehingga
aliran air yang dihasilkan oleh arus listrik akan melawan gradien hidrolis
alami sehingga akan menetralisir gaya rembesan yang cenderung menurunkan
stabilitas massa tanah. Metode elektroosmosis dapat sangat efektif jika
digunakan pada tanah dan kondisi yang sesuai, meskipun jumlah air yang
dipompa tidak begitu besar (Lee, 1994).
Kecepatan aliran ke arah wellpoint katode dapat diperkirakan dengan
memodifikasi hukum Darcy sebagai berikut :
q = ke ie A
dengan :
q = kecepatan aliran air, m3/s
17 HAMZAH MAULANA ATIYYA INAYATILLAH RYAN BUDIANTO WELSY PATRICIA TITAHELUW
www.civilforfuture.com 17
ke = koefisien permeabilitas elektro-osmosis akibat beda potensial V,
relatif konstan tidak tergantung jenis tanah. Nilainya antara 1x10-9
sampai 7x10-9 m/s per V/m, dengan harga rerata sebesar 5 x 10-9
m2/s.V atau 5 x 10-3 mm2/s.V.
ie = gradien potensial elektrik, V/m
A = potongan melintang area, m2
Kecepatan aliran juga dapat diperkirakan berdasarkan persamaan berikut :
q = ki I
dengan :
q = kecepatan aliran, m3/s
ki = aliran air elektroosmosis berdasarkan kuat arus, m3/s.A
I = kuat arus, A
Dalam persamaan (1) dan (2), nilai ke dan ki terhubungkan lewat konduktivitas
elektrik spesifik , sebagai berikut :
푘푖 =푘푒휎
Lempung memiliki hambatan jenis yang rendah, disebabkan oleh ion
yang dapat bertukar serta adanya lapisan elektrik ganda Helmholtz- bahkan
dalam keadaan jenuh sebagian, berkisar dari 3 sampai 50 ohm.m. Sementara
lempung kepasiran berkisar dari 10 sampai 100 ohm.m (Winterkom & Fang,
1975). Batuan pada umumnya memiliki hambatan jenis yang tinggi, meskipun
18 HAMZAH MAULANA ATIYYA INAYATILLAH RYAN BUDIANTO WELSY PATRICIA TITAHELUW
www.civilforfuture.com 18
batuan lapuk dan batuan lunak dapat memiliki hambatan jenis yang sangat
rendah. Nilai-nilai berkisar dari 30000 sampai 100000 telah dicatat untuk
batupasir (sandstone). Nilai-nilai hambatan jenis tanah dengan kisaran yang
hampir sama juga diberikan oleh Sowers.
H. METODE PELAKSANAAN
1. Lokasi Penelitian
Dalam penelitian ini kami melakukan percobaan langsung di lapangan dan
mengambil sampelnya untuk diuji di laboratorium. Kami memilih lokasi
penelitian di ……… sebagai representasi dari tanah lempung di Depok. secara
administratif lokasi penelitian kami masuk ke dalam Kecamatan Beji Kota
Depok. dan berbatasan langsunng dengan Provinsi Jakarta. Secara spesifik
kami akan memilih lokasi di sekitar …………… yang dengan pertimbangan
tingkat permeabilitas air cukup tinggi. Secara geologis Kota Depok terletak
pada cekungan Bitabek. Daerah tersebut berada pada ketinggian 50-140 m
dari permukaan laut. Secara geografis daerah penelitian ini terletak pada 06 0
19’ – 06 0 28’ Lintang Selatan dan 106 043’ BT-106 0 55’ Bujur Timur.
2. Desain Penelitian
Tahapan penelitian dibagi menjadi empat bagian utama yaitu penetuan
lokasi, perakitan rangkaian elektroosmosis, pelaksanaan elektroosmosis pada
lokasi yang telah ditentukan, pengambilan sampel tanah, dan pengujian
laboratirum setelah dilakukan elektroosmosis.
Tahap penentuan lokasi adalah adalah menentukan lokasi tanah
lempung yang akan dielektroosmosis di sekitar ……. Penentuan lokasi ini
bertujuan untuk mendapatkan lokasi yang mengandung tanah lempung dan
mampu mewakili kondisi tanah lempung di Depok secara umum. Tanggul-
tanggul danau di ………. umumnya memakai material tanah lempung yang
ada disekitarya. Setelah itu diambil sampel tanah untuk dibawa ke
19 HAMZAH MAULANA ATIYYA INAYATILLAH RYAN BUDIANTO WELSY PATRICIA TITAHELUW
www.civilforfuture.com 19
laboratorium uji tanah untuk dipastikan bahwa sampel tanah dari lokasi yang
diambil adalah lempung (bersifat semi konduktor) dan mengetahui secara
spesifik kriteria tanah yang menjadi obyek penelitian elektroosmosis ini. Pada
sampel tanah tersebut dilakukan analisis saringan butiran dan analisis
hydrometer (didahului dengan uji berat jenis dan berat isi sebagai faktor
koreksi).
Rangkaian elektroosmosis dibuat dengan menyiapkan aluminium
batangan yang digunakan sebagai anode dan katode. Pada anode dihubungkan
dengan genset sebagai sumber energi listrik, sedangkan pada bagian katode
terangkai dengan pipa logam berpori yang digunakan sebagai well point.
Gambar 9. Pelaksanaan elektroosmosis (tampak atas)
Pelaksanaan elektroosmosis dilakukan pada lokasi yang telah
ditentukan. Dilakukan dua model percobaan dengan jarak antara katode dan
25 Volt
X
Jarak antara anode dan katode sebesar 1m dan 2 m sehingga dilakukan dua percobaan dengan jarak berbeda
generator
Asumsi radius pengaruh optimal elektroosmosis. Pada radius ini akan diambil sampel tanah undisturbed
30 Volt
35 Volt
40 Volt
45 Volt
50 Volt
X/2
X/2
20 HAMZAH MAULANA ATIYYA INAYATILLAH RYAN BUDIANTO WELSY PATRICIA TITAHELUW
www.civilforfuture.com 20
anode sejauh 1 m dan 2 m dengan kedalaman 1 m. Elektrode ditanam hingga
kedalaman 0,75 m1 di bawah permukaan tanah. Sedangkan durasi
elektroosmosis untuk satu jenis beda potensial dan kedalaman ditetapkan
selama empat jam dengan setiap satu jam dilakukan pengecekan. Setelah
rangkaian elektroosmosis telah siap pada lokasi yang ditentukan selanjutnya
diberikan arus listrik dari genset yang akan melalui anode menuju katode.
Dilakukan beberapa kali percobaan dengan beda potensial berbeda Nilai beda
potensial ditetapkan sebesar 25, 30, 35, 40, 45, dan 50 volt2 dengan arus listrik
sebesar 0,2 ampere3.
Gambar 10. Pelaksanaan elektroosmosis (tampak samping)
= Anode berupa batangan aluminium pejal
1 Kedalaman tergantung pada kondisi tanah dan tingkat kandungan air atau sumber di sekitar yang berpengaruh terhadap permeabiliatas (Chen, 1978) 2 Penentuan kisaran beda potensial yang digunakan didasarkan pada penelitian Siti Sarah pada 2009 di Malaysia memekai beda potensial 30 volt, Eggestad pada 1983 di Norwegia dengan beda potensial 50 volt, Bjerrum di AS dan Norwegia dengan beda potensial 50 volt 3 Penentuan besarnya arus listrik yang digunakan berdasarkan percobaan Sismanto di Yogyakarta pada 2007 memakai arus listrik sebesar 0,2 ampere
Arah cation exchange Arah cation exchange
21 HAMZAH MAULANA ATIYYA INAYATILLAH RYAN BUDIANTO WELSY PATRICIA TITAHELUW
www.civilforfuture.com 21
= Katode berupa pipa logam berpori
pipa logam berpori untuk katode dibuat berlapis sehingga panjangnya bisa
diatur sesuai dengan kebutuhan
Gambar 11a, 11b, 11c. Spesifikasi pipa logam berpori sebagai wellpoint
3. Variabel Penelitian
a. Variabel bebas, sebagai variabel bebas dalam penelitian ini adalah beda
potensial elektroosmosis
b. Variabel terikat, sebagai variabel terikat dalam penelitian ini adalah jenis
elektrode, jarak antar elektrode, kedalaman elektrode, waktu, dan jenis
tanah dengan spesifikasi yang akan diperoleh dari analisis saringan butiran
dan analisis hydrometer.
4. Alat dan Bahan a. Batangan aluminium pejal 80% Al, 2,6 Fe, dan 3% Mg sebagai anode
b. Pipa logam (besi) berpori sebagai katode dan wellpoint
c. Sumber listrik Genset min 100 Volt
d. Kabel dan komponen elektronik untuk rangkaian elektroosmosis
e. Solar sebagai bahan bakar genset
f. Potensiometer untuk mengatur dan membagi tegangan listrik
g. Alat pekerjaan tanah untuk galian
h. Alat untuk mengambil sampel tanah undisturbed dan disturbed
22 HAMZAH MAULANA ATIYYA INAYATILLAH RYAN BUDIANTO WELSY PATRICIA TITAHELUW
www.civilforfuture.com 22
i. Alat tulis menulis
j. Perangkat keras laptop dan perangkat lunak menggunakan Microsoft Excel
untuk mengolah data
k. Alat untuk uji laboratorium
5. Metode Pengumpulan Data
a. Metode Pengumpulan data sekunder
Pengumpulan data sekunder dimulai dengan studi pustaka atau studi
literatur terhadap beberapa kepustakaan seperti mempelajari buku-buku
publikasi, publikasi melalui internet, dan dokumen-dokumen sehubungan
melalui penelitian.
b. Metode pengumpulan data primer
Metode pengumpulan data primer dilakukan dengan pengambilan data
awal secara langsung di lapangan berupa sampel tanah untuk dilakukan uji
klasifikasi dan kekuatan geser sebelum dilakukan elektroosmosis, dan
sampel setelah dilakukan elektroosmosis kemudian dibawa ke
labbortarium untuk diperoleh data kekuatan gesernya.
Tata cara pengumpulan data yaitu dilaksanakan dengan :
1. Pengujian klasifikasi tanah
Uji ini hanya untuk memastikan bahwa jenis tanah yang diambil
adalah tanah lempung dan mengetahui persentase ukuran butiran.
Tahap pertama dilakukan analisis ukuran saringan (Grain Size
Analysis) untuk menentukan prsentase butiran kasar dan halus
(batasannya adalah saringan nomor 200 atau ukuran 0,075 mm).
Setelah itu pada sampel tanah yang lolos saringan nomor 200
dilakukan analisis hidrometer untuk mengetahui secara spesifik
kriteria tanah yang menjadi obyek penelitian ini.
2. Pengujian Kadar Air
23 HAMZAH MAULANA ATIYYA INAYATILLAH RYAN BUDIANTO WELSY PATRICIA TITAHELUW
www.civilforfuture.com 23
Pengujian kadar air dilakukan sebelum dan sesudah dilakukan
elektroosmosis untuk setiap beda potensial dan jarak.
3. Pengujian Kekuatan Geser
Pengujian kekuatan geser dilakukan sebelum elektroosmosis dan
setelah dilakukan elektroosmosis. Tujuannya untuk membandingkan
kekuatan geser tanah sebelum dan setelah elektroosmosis pada setiap
beda potensial dan jarak. Sampel tanah untuk pengujian geser lansung
harus diambil dalam kondisi undisturbed dengan cetakan benda uji
berupa kotak geser. Sampel tanah setelah elektroosmosis diambil dua
kali yaitu di dekat katode (pada jarak x dari anode) dan pada jarak x/2
yang terletak antara anode dan katode untuk mengetahui radius
pengaruh elektroosmosis.
6. Metode Pengolahan Data
Pengolahan data dengan cara menganalisa hubungan antara beda
potensial dan peningkatan kekuatan geser tanah lempung. Selain itu juga
dilakukan perbandingan sudut geser tanah, nilai kohesi, dan kadar air pada
setiap beda potensial dan jarak.
Selanjutnya dibuat tabel dan grafik yang menyatakan hubungan antara
beda potensial dan besarnya kekuatan geser tanah setelah dilakukan
elektroosmosis untuk setiap jarak (1 m dan 2 m) dan untuk setiap sampel
tanah (yang diambil pada jarak x dan x/2 dari anode). Selain itu dibuat juga
grafik pengaruh penigkatan beda potensial terhadap variable-variabel yang
mempengaruhi kekuatan geser diantaranya kadar air, kohesi, dan sudut geser
tanah.
24 HAMZAH MAULANA ATIYYA INAYATILLAH RYAN BUDIANTO WELSY PATRICIA TITAHELUW
www.civilforfuture.com 24
Tabel 2. Tabel hasil pengujian untuk percobaan 1 dengan jarak antara anode dan katode x
= 1 m
N
o
Sampel tanah undisturbed dimbil dekat
dengan katode
Sampel tanah undisturbed dimbil pada jarak
0,5 m (x/2) di antara anode dan katode
V (volt)
W (%)
c (kN/m2)
흋 흉 (kN/m2)
V (volt)
W (%)
c (kN/m2)
흋 흉 (kN/m2)
1. 0 (sebelum
dilakukan
elektroosmosis)
0 (sebelum
dilakukan
elektroosmosis)
2. 25 25 3. 30 30 4. 35 35 5. 40 40 6. 45 45 7. 50 50
25 HAMZAH MAULANA ATIYYA INAYATILLAH RYAN BUDIANTO WELSY PATRICIA TITAHELUW
www.civilforfuture.com 25
Tabel 3. Tabel hasil pengujian untuk percobaan 2 dengan jarak antara anode dan katode x
= 2 m
N
o
Sampel tanah undisturbed dimbil dekat
dengan katode
Sampel tanah undisturbed dimbil pada jarak
1 m (x/2) di antara anode dan katode
V (volt)
W (%)
c (kN/m2)
흋 흉 (kN/m2)
V (volt)
W (%)
c (kN/m2)
흋 흉 (kN/m2)
1. 0 (sebelum
dilakukan
elektroosmosis)
0 (sebelum
dilakukan
elektroosmosis)
2. 25 25 3. 30 30 4. 35 35 5. 40 40 6. 45 45 7. 50 50
26 HAMZAH MAULANA ATIYYA INAYATILLAH RYAN BUDIANTO WELSY PATRICIA TITAHELUW
www.civilforfuture.com 26
Gambar 12. Grafik hubungan antara beda potensial dan peningkatan kekuatan
geser, kadar air, kohesi, dan sudut geser tanah
K e k u a t a n g e s e r
K a d a r a i r
Beda potensial
K o h e s i
Beda potensial
S u d u t g e s e r Beda potensial Beda potensial
27 HAMZAH MAULANA ATIYYA INAYATILLAH RYAN BUDIANTO WELSY PATRICIA TITAHELUW
www.civilforfuture.com 27
7. Diagram Tahapan Penelitian
Gambar 13. Diagram alir penelitian
28 HAMZAH MAULANA ATIYYA INAYATILLAH RYAN BUDIANTO WELSY PATRICIA TITAHELUW
www.civilforfuture.com 28
Tahapan Penelitian:
a. Pengambilan sampel tanah jenis lempung pada tanggul yang akan diuji
dan pengujian klasifikasi tanah untuk memastikan bahwa jenis tanah
yang diuji adalah lempung (semi konduktor) dan mengetahui secara
spesifik jenis tanah yang menjadi obyek penelitian.
b. Pembuatan elektroda dan rangkaian eletroosmosis
c. Jenis elektroda yang digunakan kami batasi untuk anode digunakan
aluminium dengan spesifikasi 80% Al, 2,6% Fe, dan 3% Mg dan
kaotede pipa logam (besi) berpori yang juga digunakan sebagai
wellpoint
d. Pelaksanaan elektroosmosis pada satu lokasi dengan beda potensial
sebesar 25, 30, 35, 40, 45, dan 50 volt dan dilakukan dua kali percobaan
dengan jarak antara anode dan katode sejauh x = 1m dan x = 2 m,
kedalaman elektrode 0,75 m dan besarnya arus listrik ditetapkan sebesar
0,2 ampere
e. Pengambilan sampel tanah setelah dilakukan elektroosmosis
f. Pengujian geser langsung dan kadar air sampel tanah setelah dilakukan
elektroosmosis untuk menentukan kadar air dan nilai kohesi tanah
g. Membandingkan kekuatan geser tanah sebelum dan sesudah dilakukan
elektroosmosis
h. Penarikan kesimpulan
8. Cara Penafsiran dan Penarikan Hasil Kesimpulan
Dari tabel dan grafik hubungan antara besarnya beda potensial akan
terlihat pengaruh elektroosmosis terhadap kekuatan geser tanah. Kesimpulan
dari percobaan ini adalah pengaruh elektroosmosis terhadap penigkatan
kekuatan geser tanah lempung (dengan spesifikasi sesuai hasil analisis
saringan dan analisis hidrometer).
29 HAMZAH MAULANA ATIYYA INAYATILLAH RYAN BUDIANTO WELSY PATRICIA TITAHELUW
www.civilforfuture.com 29
I. JADWAL KEGIATAN PROGRAM
Penelitian dilaksanakan di …………. Alokasi waktu yang direncanakan
adalah 6 bulan.
30 HAMZAH MAULANA ATIYYA INAYATILLAH RYAN BUDIANTO WELSY PATRICIA TITAHELUW
www.civilforfuture.com 30
Tabel 4. Jadwal pelaksanaan program penelitian Peningkatan Kekuatan Geser Tanah dengan
Metode Elektroosmosis
0 HAMZAH MAULANA ATIYYA INAYATILLAH RYAN BUDIANTO WELSY PATRICIA TITAHELUW
www.civilforfuture.com 0
JADWAL PELAKSANAAN
No Kegiatan ALOKASI WAKTU (bulan)
1 2 3 4 5 6
1 Persiapan
Studi Literatur
2 Pelaksanaan
Peninjauan lokasi dan pengambilan sampel tanah
Perakitan elektroda dan rangakaian elektroosmosis
pelaksanaan elektroosmosis danpengambilan sampel tanah undisturbed
Uji laboratorium
3 Pelaporan
Penulisan
Penggandaan
Laporan
J. RANCANGAN BIAYA
Rencana biaya penelitian ini sebesar Rp. 9.955.000,00 (sembilan juta
sembilan ratus lima puluh lima ribu lima ribu rupiah) dengan perincian
sebagai berikut :