3. METODOLOGI PENELITIAN

Universitas Kristen Petra

15 3

3. METODOLOGI PENELITIAN

Untuk memenuhi tujuan dari penelitian ini, akan dilakukan sejumlah

percobaan. Percobaan yang dilakukan antara lain:

• Uji karakteristik tanah asli, yaitu Water Content, Batas-Batas Atterberg

(Liquid Limit, Plastic Limit, dan Plasticity Index), Vane Shear Test, serta

Permeability Test.

• Tahap Pra Percobaan

• Percobaan Tahap I

• Percobaan Tahap II

3.1. Alat dan Bahan Penelitian

Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini, antara lain:

a. Bak Percobaan

Bak percobaan menggunakan bak beton yang terdapat di bagian belakang

Laboratorium Mekanika Tanah. Bak tersebut memiliki dimensi 2.5 x 2 x 1

meter, seperti terlihat pada Gambar 3.1. dan 3.2. di bawah ini.

Gambar 3.1. Tampak Depan Bak

15

http://www.petra.ac.id/

http://dewey.petra.ac.id/dgt_directory.php?display=classification

http://digilib.petra.ac.id/help.html


16

Gambar 3.2. Tampak Samping Bak

Sebelum memulai percobaan, tanah yang ada didalamnya perlu diolah terlebih

dahulu karena masih berupa bongkahan-bongkahan tanah keras. Langkah-

langkah pengolahan yang dilakukan adalah sebagai berikut:

1. Perendaman

Tanah liat keras yang tersedia di laboratorium direndam dengan air selama

± 3 minggu. Proses perendaman tanah ini bertujuan untuk melunakkan

gumpalan-gumpalan tanah yang tadinya keras dan kering, sehingga dapat

diolah lebih lanjut.

2. Pengadukan

Selama proses perendaman berlangsung, tanah juga diaduk dengan bor

listrik yang telah dimodifikasi dengan tambahan kaki perpanjangan yang

terbuat dari baja seperti tampak pada (lihat Gambar 3.3. dan 3.4.). Hal ini

dimaksudkan untuk menghancurkan gumpalan-gumpalan tanah yang

masih tersisa sehingga tanah diharapkan dapat menjadi homogen.

Gambar 3.3. Bor Listrik yang Telah Dimodifikasi


17

Gambar 3.4. Proses Pengadukan dengan Bor Listrik

b. Bak Plastik

Penelitian ini juga menggunakan dua buah bak plastik bundar masing-masing

berdiameter 50 dan 40 cm dengan kedalaman masing-masing 25 cm (Gambar

3.5).

Gambar 3.5. Bak Plastik Berisi Tanah Liat

c. Kawat Tembaga

Kawat tembaga digunakan pada kedua kutub, baik kutub positif maupun

negatif. Kawat ini didapatkan dari kabel listrik rumah dengan diameter 1 mm

dan panjang masing-masing 60 cm (untuk percobaan di dalam bak beton).

Sedangkan untuk percobaan di dalam ember, digunakan logam yang sama

dengan panjang 30 cm (pada kutub negatif) dan 1.2 meter yang dilipat empat

kali (pada kutub positif).


18

d. Pipa PVC ¾”

Pipa PVC yang digunakan memiliki diameter ¾” dan panjang 1 meter (untuk

percobaan di dalam bak beton). Sedangkan untuk percobaan di dalam ember,

digunakan pipa dengan diameter sama dengan panjang 25 cm. Pipa kemudian

dilubangi di sejumlah bagian dengan menggunakan bor diameter 5 mm. Bagian

ujung bawah dari pipa dipotong meruncing untuk mempermudah pemasangan

saat percobaan dan ditutup dengan menggunakan plastik agar tanah tidak dapat

masuk. Sementara itu, bagian sisi pipa yang dilubangi dilapisi dengan kain

kasa untuk mencegah masuknya tanah dan untuk memudahkan proses

kapilaritas air dalam pipa. Pipa ini juga dihubungkan dengan sebuah botol

plastik yang berfungsi sebagai tempat penampungan air (lihat Gambar 3.6.

sampai 3.8.).

Gambar 3.6. Pipa PVC ¾” Panjang 1 m yang Telah Dibungkus Kain Kasa

Gambar 3.7. Pipa PVC ¾” 25 cm yang Telah Dibungkus Kain Kasa


19

Gambar 3.8. Botol Penampung Air

e. Pipa PVC 2.5”

Pipa ini dipotong dengan panjang 10 cm, yang kemudian nantinya akan

digunakan untuk mengambil sampel tanah. Caranya ialah dengan menancapkan

pada titik-titik yang ditentukan.

f. Adaptor

Adaptor digunakan sebagai sumber arus searah dengan tegangan rendah.

Adaptor yang digunakan memiliki beberapa variabel tegangan antara 3 sampai

12 V, serta kuat arus sebesar 1 Ampere. Output dari adaptor ini kemudian

dihubungkan dengan kedua logam yang menjadi kutub positif dan negatif.

g. Kabel dan Penjepit

Kabel yang digunakan adalah kabel listrik biasa. Pada kedua ujungnya,

dipasang penjepit untuk mempermudah penyambungan output adaptor dengan

logam tembaga.

h. Selang Plastik

Selang yang digunakan adalah selang akuarium dengan diameter 3 mm dan

panjang 1.5 meter. Selang ini berfungsi sebagai alat penghubung keluarnya air

dari dalam pipa menuju ke penampung air. Sedangkan untuk Permeability Test

digunakan selang plastik yang sama dengan diameter 4 mm.

i. Tanah Liat

Tanah liat yang digunakan untuk percobaan ini menggunakan tanah liat yang

telah tersedia di dalam bak tanah Laboratorium Mekanika Tanah Universitas

Kristen Petra.


20

j. Air

Air yang digunakan diambil dari PDAM Surabaya.

3.2. Prosedur Penelitian

Dalam penelitian ini, terdapat sejumlah prosedur percobaan yang harus

dilakukan. Hal ini dimaksudkan agar tujuan utama dari penelitian ini dapat

tercapai dengan baik. Berikut adalah prosedur penelitian yang telah dilakukan.

3.2.1. Uji Karakteristik Tanah Asli

Tanah yang ada di laboratorium harus melewati serangkaian pengujian

sebelum dapat digunakan. Hal ini dimaksudkan agar karakteristik tanah pada saat

sebelum percobaan nantinya dapat dibandingkan dengan karakteristik tanah

setelah percobaan. Berikut adalah sejumlah prosedur yang dilakukan untuk

mengetahui karakteristik tanah yang ada:

a. Water Content (Wc)

Cawan kosong yang kering dan bersih masing-masing ditimbang beratnya

(W1), kemudian diisi dengan sampel tanah basah secukupnya dan ditimbang

kembali (W2) seperti tampak pada Gambar 3.9 dan 3.10. Kemudian, cawan

yang telah berisi sampel tanah dikeringkan dalam oven selama semalam

(Gambar 3.11.). Setelah dikeringkan selama semalam, cawan kembali

ditimbang (W3).

Gambar 3.9. Proses Pengambilan Sampel


21

Gambar 3.10. Penimbangan Sampel

Gambar 3.11. Oven

Dari data hasil percobaan dapat dihitung berat air (W4) dengan persamaan:

W4 = W2 – W3 (3.1)

Berat tanah kering juga dapat dihitung dengan persamaan:

W5 = W3 – W1 (3.2)

Kemudian, besarnya Wc dapat dihitung dengan persamaan:

%100

5

4x

W

WWc = (3.3)

b. Batas-Batas Atterberg:

Liquid Limit (LL)

Benda uji yang digunakan adalah tanah yang lolos saringan nomor 4. Benda

uji ini kemudian ditambahkan air sedikit demi sedikit sambil diaduk hingga

rata. Campuran tanah tersebut kemudian diletakkan ke dalam mangkuk alat

Cassagrande. Tanah tersebut kemudian diratakan dengan kedalaman 1 cm,


22

lalu dicolet tegak lurus permukaan mangkuk pada bagian tengahnya. Alur

bekas coletan ini memiliki lebar 1.27 cm atau 0.5 inci.

Alat Cassagrande ini kemudian diputar dengan kecepatan 2 putaran per detik

dan dihitung jumlah pukulan dimana alur menutup. Apabila alur menutup

sebelum 20 pukulan, hal ini berarti tanah terlalu cair dan percobaan diulang

dengan penambahan tanah pada adonan. Apabila alur menutup setelah 30

pukulan, berarti tanah terlalu padat dan percobaan harus diulang dengan

menambahkan air secukupnya pada adonan.

Benda uji yang telah memenuhi syarat kemudian dicari kadar airnya. Contoh

tanah tersebut kemudian dikeringkan dalam oven bersuhu 100°C selama satu

hari. Hasil dari percobaan ini kemudian digambarkan dalam grafik skala semi

log dengan jumlah pukulan sebagai absis dan kadar air sebagai sumbu ordinat.

Kadar air yang tercatat pada pukulan ke-25 merupakan batas cairnya.

Secara empiris, liquid limit juga dapat dihitung dengan persamaan:

121.0

25

=

nWW NL

(3.4)

Dengan: WN = kadar air pada n pukulan

n = jumlah pukulan

WL = liquid limit

Plastic Limit (PL)

Benda uji yang digunakan adalah tanah yang lolos saringan nomor 50. Benda

uji ini kemudian diberi air sedikit demi sedikit sambil diaduk hingga rata.

Adonan kemudian digulungkan di atas pelat kaca datar hingga berbentuk

silinder dengan diameter 3 mm. Jika pada saat mencapai diameter tersebut

masih belum ada retakan-retakan pada gulungan, maka percobaan diulangi

dengan mengurangi kadar airnya hingga muncul retakan pada silinder. Setelah

itu, benda uji diletakkan pada cawan sebanyak 2-3 buah untuk selanjutnya

dikeringkan dalam oven. Percobaan dilakukan sebanyak dua kali sebagai

perbandingan. Benda uji tersebut kemudian dicari kadar airnya dan dari kadar

air yang diperoleh dapat dinyatakan sebagai batas plastis dari tanah tersebut.

Plasticity Index (PI)

Plasticity Index (PI) atau Indeks Plastisitas dapat dihitung dengan persamaan:

PLLLPI −= (3.5)


23

c. Pengujian Baling-Baling (Vane Shear Test)

Tujuan dari uji baling-baling adalah untuk mengukur kuat geser tanah tak

terdrainase dan kuat geser remasan. Hasilnya harus digunakan dengan

hubungan nilai kohesi yang berasal dari uji laboratorium dan pengukuran

indeks plastisitas, sehingga validasi data yang dihasilkan dapat dilakukan

(Indonesia, 2002).

Sampel tanah yang digunakan adalah sampel tanah asli dalam tabung dengan

keadaan undisturbed. Diambil sampel berbentuk silinder dengan diameter ±

7.5 cm dan tinggi 20 cm (untuk sampel hasil dari tahap pra percobaan) dan 10

cm (untuk sampel hasil dari percobaan tahap 1 dan 2). Kemudian, bagian atas

silinder ditusuk dengan alat vane hingga kedalaman tertentu (± 3 cm) dan

mesin dinyalakan (Gambar 3.12. dan 3.13.). Pembacaan dilakukan setiap

terjadi perubahan angle sebesar 5° (5°, 10°, 15°, dan seterusnya) dan hasilnya

dicatat (Gambar 3.14.). Hasil ini kemudian dikalibrasi dengan menggunakan

tabel khusus dan didapatkan besaran torque. Tabel yang digunakan adalah

tabel kalibrasi untuk per 1B. Besaran Su dari tanah tersebut kemudian dihitung

dengan persamaan:

+

==

62

32 DHD

TSu

π

τ (3.6)

dengan:

Su = kuat geser tanah (N/cm2)

T = torque (Ncm)

D = diameter baling-baling (cm)

H = tinggi baling-baling (cm)

Persamaan 3.5 di atas hanya berlaku apabila besaran H = 2D. jika H = D,

maka persamaannya akan menjadi:

3

6

7D

TSu

π

τ == (3.7)

Sebagai catatan, percobaan vane untuk kondisi remoulded tidak dilakukan

karena kondisi yang tidak memungkinkan.


24

Gambar 3.12. Alat Vane Test

Gambar 3.13. Pengujian


25

Gambar 3.14. Piringan Skala

d. Permeability Test (Falling Head Test)

Falling head test adalah suatu metode uji karakteristik tanah yang digunakan

untuk mengetahui besarnya permeabilitas tanah. Alat yang digunakan dalam

percobaan ini adalah pipa PVC 2.5” sepanjang 7 cm dengan dua buah tutup

pipa, selang plastic Ø 4 mm sepanjang 1.5 meter, kertas saring, lem pipa,

timbangan, dan stopwatch (lihat Gambar 3.15.).

Langkah-langkah yang dilakukan adalah sebagai berikut:

1. Melubangi kedua tutup pipa PVC 2.5” dengan bor. Setelah berlubang,

selang dipasang pada salah satu tutup pipa. Setelah terpasang, sambungan

antara tutup dan selang dilem dengan menggunakan lem pipa. Setelah lem

kering, sambungan diuji dengan mengalirkan air. Hal ini dilakukan untuk

mengetahui adanya kebocoran pada sambungan.

2. Tabung dari pipa PVC 2.5” ditimbang beratnya dan dicatat.

3. Sampel tanah diambil dengan cara menekan tabung ke dalam tanah yang

telah jenuh. Setelah itu, sampel didorong sedikit dan sampel yang keluar

dipotong hingga rata dengan permukaan tabung. Sampel kemudian

ditekan-tekan sedemikian rupa sehingga tanah menjadi padat.

4. Tabung berisi tanah kemudian ditimbang beratnya dan dicatat.

5. Kemudian, kedua ujung pipa ditutup dengan menggunakan kertas saring.

Setelah itu, tutup pipa PVC 2.5” dipasang dan direkatkan dengan lem pipa.

6. Setelah itu, air diisikan ke dalam selang hingga setinggi 1 meter dan

selang ditera.


26

7. Pembacaan dan peneraan dilakukan setiap selang waktu 5 menit. Peneraan

ini dilakukan selama 30 menit dan selanjutnya peneraan dilakukan dengan

selang waktu setiap 15 menit. Peneraan kemudian dilanjutkan hingga sisa

air dalam selang habis.

8. Setelah air habis, selang kembali diisi dengan air dan percobaan diulangi

sebanyak 2-3 kali.

Nilai k dapat dihitung dengan persamaan:

2

1log303.2h

hx

Axt

axLxk = (3.6)

Gambar 3.15. Pengujian Permeability Test

3.2.2. Tahap Pra Percobaan

Setelah pengujian sampel tanah dasar selesai dilakukan, penelitian

dilanjutkan dengan melakukan tahap pra percobaan (lihat Gambar 3.16. sampai

dengan 3.23.). Tujuan dari tahap pra percobaan ini adalah untuk menguji variabel-

variabel yang ada dari segi waktu (24 dan 48 jam), jarak (100 cm) dan tegangan

listrik (7.5, 9, dan 12 V). Kemudian, dilakukan uji perbandingan antara hasil

percobaan dengan teori-teori pendukung. Hasil uji ini kemudian dijadikan bahan

pertimbangan untuk melakukan tahap penelitian yang selanjutnya.


27

Hal pertama yang harus dilakukan sebelum memulai percobaan adalah

persiapan alat dan bahan. Alat dan bahan yang harus disiapkan antara lain satu

buah pipa PVC ¾”, dua buah kawat tembaga masing-masing sepanjang 70 cm,

adaptor dan dua buah kabel beserta penjepitnya.

Tahap selanjutnya adalah pelaksanaan percobaan. Langkah-langkah

pelaksanaan percobaan antara lain:

a. Pipa PVC ¾” sepanjang 1 meter yang ujung bawahnya telah ditutup dan

dibungkus dengan kain perban ditanamkan ke dalam tanah. Kemudian, dibuat

saluran kecil sepanjang ± 1 meter dan selang yang menghubungkan pipa

dengan botol penampung air juga ditanam dalam tanah beserta dengan botol.

Selang dan botol ini ditanam pada kedalaman -10 cm dari permukaan tanah.

Gambar 3.16. Pemasangan Pipa

Gambar 3.17. Pemasangan Botol


28

b. Kawat tembaga untuk kutub anoda kemudian ditanamkan sejarak 1 meter dari

as pipa. Sementara itu, kawat tembaga untuk kutub katoda dibengkokkan

sedikit salah satu ujungnya dan dimasukkan ke dalam pipa. Pembengkokan ini

dimaksudkan agar kawat tidak langsung masuk ke dalam pipa yang berukuran

lebih panjang.

Gambar 3.18. Pemasangan Elektroda

ANODA

KATODA

TEMPAT

PENAMPUNG

AIR SELANG

PIPA 34 "

1.0000

Gambar 3.19. Tampak Atas Percobaan I – III


29

ANODAKATODA

TEMPAT

PENAMPUNG

AIR SELANG

PIPA 34 "

Gambar 3.20. Tampak Samping Pemasangan Alat

c. Kutub positif adaptor kemudian dihubungkan dengan anoda, dan kutub negatif

dengan katoda. Kemudian, diatur besarnya tegangan listrik sesuai dengan

kebutuhan dan adaptor dinyalakan.

Gambar 3.21. Adaptor dan Kabel

Gambar 3.22. Kaki Anoda


30

Gambar 3.23. Kaki Katoda

d. Pencatatan dilakukan segera setelah percobaan selesai pada rentang waktu 12,

24, dan 48 jam. Pencatatan meliputi pengambilan sampel tanah serta

pengujian. Pengujian terhadap sampel tanah yang dilakukan adalah water

content dan vane test.

3.2.3. Percobaan Tahap I

Percobaan tahap I adalah hasil modifikasi dari tahap pra percobaan. Pada

tahap ini dilakukan sejumlah perubahan yang mendasar, seperti perubahan jarak

kaki elektroda dari 1 meter menjadi hanya 20 dan 30 cm, menggunakan tegangan

yang seragam yaitu 12 V, serta mencoba berbagai kemungkinan konfigurasi

pemasangan elektroda (lihat Gambar 3.24. sampai dengan 3.26.). Pada percobaan

tahap I ini, penelitian tidak lagi dilakukan di bak beton Laboratorium Mekanika

Tanah, tetapi cukup dengan menggunakan bak plastik.

Sebelum memulai percobaan, beberapa hal yang perlu disiapkan adalah

sama dengan percobaan sebelumnya, yaitu pipa-pipa PVC sepanjang 25 cm yang

telah dibungkus dengan kain kasa, kawat tembaga, adaptor yang telah dirangkai

dengan kabel-kabel penghubung, serta bak plastik berisi tanah. Khusus untuk bak

plastik, tanah yang digunakan adalah tanah yang sama dengan tanah di bak beton.

Tujuannya adalah agar terdapat kesinambungan data dengan percobaan

sebelumnya. Tanah ini kemudian diaduk lagi agar homogen dan ketinggian yang

digunakan adalah 25 cm.


31

Percobaan tahap I ini terbagi menjadi dua macam percobaan, yaitu:

a. Percobaan dengan Konfigurasi Dua Buah Elektroda

Percobaan jenis pertama ini hanya menggunakan satu anoda dan satu katoda

sebagai elektrodanya. Variabel yang digunakan adalah waktu (24 dan 48 jam),

sedangkan jarak antar elektroda ditetapkan sejauh 20 cm. Prosedur

percobaannya sama dengan percobaan tahap sebelumnya. Konfigurasi

pemasangan elektroda untuk percobaan-percobaan tahap ini dapat dilihat pada

Gambar 3.24. dibawah ini.

Gambar 3.24. Konfigurasi Pemasangan Elektroda pada Percobaan IV

b. Percobaan dengan Konfigurasi Empat Buah Elektroda Paralel

Percobaan jenis pertama ini hanya menggunakan dua buah anoda dan dua

buah katoda yang dipasang secara paralel sebagai elektrodanya. Variabel yang

digunakan adalah waktu (48, 72, 96, dan 120 jam), serta jarak antara anoda-

katoda sebesar 20 cm. Prosedur percobaannya adalah sebagai berikut:

1. Pembuatan kawat tembaga untuk anoda

Pada percobaan ini, kawat tembaga yang digunakan untuk kutub anoda

memiliki perbedaan. Bila sebelumnya hanya digunakan satu buah saja,

kini kawat sepanjang 1.2 meter dilipat empat kali hingga hanya tinggal

sepanjang 30 cm saja. Setelah dilipat, kawat dipilin sehingga kawat

tembaga menjadi kaku. Hal ini dimaksudkan untuk memperpanjang umur


32

kawat dari gerusan korosi. Empat kawat yang dipilin menjadi satu ini

sanggup bertahan hingga 4-5 hari percobaan.

2. Setelah kawat siap, pipa-pipa PVC ditanamkan sebelah menyebelah

dengan jarak antar pipa sejauh 15 cm diukur dari as ke as. Pipa-pipa ini

ditanam sedalam ± 15 cm dari permukaan tanah.

3. Kawat yang telah dipilin juga ditanam serupa dengan pipa PVC. Kawat-

kawat ini ditanam sejauh 20 cm dari as pipa PVC. Penempatan elektroda-

elektroda ini diusahakan saling tegak lurus sehingga membentuk persegi

panjang.

4. Kawat tembaga yang tidak dipilin sepanjang 30 cm dimasukkan ke dalam

pipa PVC dan menjadi kutub katoda.

5. Kutub-kutub positif adaptor kemudian dijepitkan ke kutub anoda dan

negatif ke katoda. Diusahakan agar pemasangan penjepit tidak sampai

terbalik.

6. Adaptor kemudian diset pada tegangan 12 V dan dinyalakan.

7. Pengambilan sampel dan pengujian laboratorium dilaksanakan segera

setelah percobaan selesai. Variabel waktu yang digunakan adalah 48, 72,

96, dan 120 jam. Pengujian terhadap sampel tanah yang dilakukan sama

dengan percobaan sebelumnya, yaitu water content dan vane test.

Contoh percobaan dengan menggunakan empat buah elektroda ini dapat

dilihat pada Gambar 3.25. dan Gambar 3.26. dibawah ini.

Gambar 3.25. Konfigurasi Pemasangan Elektroda pada Percobaan V – VIII


33

Gambar 3.26. Contoh Percobaan dalam Bak Plastik

3.2.4. Percobaan Tahap II

Percobaan tahap II adalah hasil modifikasi lebih lanjut dari percobaan

tahap I. Pada tahap ini dilakukan lagi perubahan, yaitu dengan menggunakan

konfigurasi elektroda berbentuk segitiga dan segiempat, satu variabel waktu (96

jam), jarak antar elektroda sejauh 20 cm dan tegangan listrik sebesar 12 V (lihat

Gambar 3.27. hingga 3.29.).

Persiapan alat dan bahan percobaan untuk tahap ini sama dengan

percobaan-percobaan sebelumnya. Perbedaan yang mendasar hanya konfigurasi

pemasangan elektroda saja, dimana hanya digunakan satu buah anoda dan lainnya

adalah katoda. Konfigurasi pemasangan elektroda untuk percobaan pada tahap ini

dapat dilihat pada gambar-gambar dibawah ini.

Gambar 3.27. Konfigurasi Pemasangan Elektroda pada Percobaan IX


34

Gambar 3.28. Konfigurasi Pemasangan Elektroda pada Percobaan X

Gambar 3.29. Tampak Samping Pemasangan Alat

Langkah-langkah yang harus dilakukan adalah sebagai berikut:

1. Persiapan kawat tembaga sama dengan percobaan dengan konfigurasi

empat elektroda paralel.

2. Setelah kawat siap, kawat tembaga langsung ditanamkan pada di tengah-

tengah bak plastik. Kawat ditanam sedalam ± 15 cm dari permukaan tanah.


35

3. Pipa-pipa PVC juga ditanam serupa dengan kawat tembaga. Pipa-pipa ini

ditanam mengelilingi kawat tembaga sejauh 20 cm. Penempatan pipa-pipa

ini diusahakan membentuk segititiga (untuk 4 elektroda) dan segiempat

(untuk 5 elektroda).

4. Kawat tembaga yang tidak dipilin sepanjang 30 cm dimasukkan ke dalam

pipa PVC dan menjadi kutub katoda.

5. Kutub positif adaptor kemudian dijepitkan ke kutub anoda dan negatif ke

katoda. Diusahakan agar pemasangan penjepit tidak sampai terbalik.

6. Adaptor kemudian diset pada tegangan 12 V dan dinyalakan.

7. Pengambilan sampel dan pengujian laboratorium dilaksanakan segera

setelah percobaan selesai. Variabel waktu yang digunakan adalah 96 jam.

Pengujian terhadap sampel tanah yang dilakukan sama dengan percobaan

sebelumnya, yaitu water content dan vane test.

3. METODOLOGI PENELITIAN

Documents

Transcript of 3. METODOLOGI PENELITIAN