s Geoteknik Elektroosmosis 16 Mei Hz

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



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.



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.



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



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



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



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).



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



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



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



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



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 %



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



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



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



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



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



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



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



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



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



= 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



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



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.



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



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



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



7. Diagram Tahapan Penelitian

Gambar 13. Diagram alir penelitian



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).



I. JADWAL KEGIATAN PROGRAM

Penelitian dilaksanakan di …………. Alokasi waktu yang direncanakan

adalah 6 bulan.



Tabel 4. Jadwal pelaksanaan program penelitian Peningkatan Kekuatan Geser Tanah dengan

Metode Elektroosmosis



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 :

s Geoteknik Elektroosmosis 16 Mei Hz

Documents

Transcript of s Geoteknik Elektroosmosis 16 Mei Hz