PERBAIKAN TANAH DENGAN METODE ELEKTROKINETIK

Disusun oleh :

Ade Wijaya (20110110048)

JURUSAN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA

1

PERBAIKAN TANAH DENGAN METODE ELEKTROKINETIK

Ade wijaya1,

Program Studi Teknik Sipil, Universitas Muhammadiyah Yogyakarta

ABSTRAK

lapisan tanah yang disebut lapisan yang lunak adalah tanah lempung (clay) yang

mempunyai nilai pengujian penetrasi standar (SPT) N yang lebih kecil dari 4. Pada tanah

yang demikian memiliki kuat geser tanah yang sangat kecil, sehingga tidak layak untuk

dilakukan kegiatan konstruksi. Maka dari itu harus dilakukan proses perbaikan tanah

(treatment) secara khusus agar didapatkan kuat geser yang sesuai. Lempung adalah tanah

lunak yang memiliki kadar air cukup tinggi, metode perbaikan dengan cara mekanis seperti

pemadatan dengan mesin silinder (compaction) sangatlah sulit dan memakan waktu yang

cukup lama dalam proses pengerjaannya. Untuk mengatasi hal tersebut metode Perbaikan

tanah yang cocok adalah dengan metode Elektrokinetik.

Dari hasil pengujian di Laboratorium menunjukkan adanya peningkatan daya dukung

tanah dari model pondasi tiang setelah proses elektrokinetik. Rasio peningkatan terhadap

tahanan friksi pada selimut pondasi, kapasitas tahanan ujung pondasi dan kuat geser

undrained cukup signifikan. Pada durasi pengaliran listrik selama 3, 6, 12, hingga 24 jam

peningkatan kuat geser tanah ialah 5, 7, 11, hingga 14 kali lipat dari tanah sebelum proses

elektrokinetik.

Kata kunci : elektrokinetik, peningkatan daya dukung tanah, kuat geser Undrained.

1. Mahasiswa Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Sipil Universitas Muhammadiyah Yogyakarta

2

PENDAHULUAN

Umumnya lapisan tanah yang disebut lapisan yang lunak adalah tanah lempung (clay)

yang mempunya nilai pengujian penetrasi standar (SPT) N yang lebih kecil dari 4. Pada tanah

yang demikian harus dilakukan proses perbaikan tanah (treatment) secara khusus agar

didapatkan kuat geser yang sesuai. Metode dalam perbaikan tanah bermacam-macam, dengan

mempertimbangkan kondisi tanah yang akan diperbaiki dan juga mempertimbangkan biaya,

sehingga biaya pengeluaran lebih ekonomis dan efisien.

Lempung adalah tanah lunak yang memiliki kadar air cukup tinggi, metode perbaikan

dengan cara mekanis seperti pemadatan dengan mesin silinder (compaction) sangatlah sulit

dan memakan waktu yang cukup lama dalam proses pengerjaannya. Untuk mengatasi hal

tersebut metode Perbaikan tanah yang cocok adalah dengan metode Elektrokinetik.

Tujuannya adalah agar kadar air yang terkandung dalam tanah akan mengalir menuju ke

tempat yang sudah ditentukan. proses elektrokinetik yaitu mengalirkan air tanah ke suatu

titik/tempat yang telah ditentukan, sehingga air tanah pada titik yang akan dibangun

konstruksi akan berkurang. Setelah kadar air berkurang maka butiran tanah dapat

terkonsolidasi dengan cepat dan kompressibilitas menurun, sehingga kuat geser tanah

meningkat.

Tujuan membuat makalah ini adalah untuk mengetahui perbaikan tanah dengan metode

elektrokinetik. Dengan membaca jurnal-jurnal ilmiah nasional dan internasional, maka

pengetahuan perbaikan tanah dengan metode elektrokinetik bisa didapat. Dari langkah awal

penelitian, teori elektrokinetik, proses pengerjaan, hingga mengetahui hasil yang didapat dari

proses elektrokinetik.

PRINSIP DASAR ELEKTROKINETIK

Elektrokinetik merupakan Proses pengaliran air dari suatu titik ke titik yang lain yang

telah ditentukan atau pengurangan kadar air tanah yaitu dengan cara menancapkan 2

elektroda ke dalam tanah dengan jarak tertentu yang sudah diatur. Elektroda anoda (+) dan

elektroda katoda (-) diberi aliran listrik. Air tanah akan mengalir dari anoda menuju ke

katoda, ini disebut proses elektroosmosis.

3

Gambar 1 proses elektroosmosis.

Apabila kadar air tanah telah menurun, kemudian antar partikel tanah akan saling

merapat(terkonsolidasi), Sehingga kohesivitas tanah bertambah. Dan dengan demikian kuat

geser tanah meningkat karena tanah menjadi lebih kaku. Gesekan friksi antara partikel tanah

dengan dinding pondasi semakin besar. Maka tanah tersebut memiliki Daya dukung yang

lebih besar dari sebelumnya. Setelah melalui proses elektrokinetik, maka akan terjadi

perubahan komposisi psiko kimia dari tanah yang mempunyai pengaruh baik bagi kuat geser

tanah.

Menurut hasil penelitian yang dilakukan oleh J. Q.Shang dan K. L. Masterson (dalam

jurnal Daniel Tjandra) ,perbaikan karakteristik tanah ditunjukkan dengan peningkatan nilai

kuat geser sebesar 69 persen, modulus geser sebesar 151 persen, dan tegangan pra-

konsolidasi sebesar 700 persen. Pada saat dua kutub elektroda (anoda dan katoda) ditanam di

dalam tanah dan dialiri dengan arus listrik, maka akan terjadi proses elektrolisis dielektroda

dengan persamaan sebagai berikut :

Anoda : 2H2O ‒ 4e- O2 + 4H+ .............................. (1)Katoda : 2H2O + 2e- H2 + 2OH-............................... (2)

4

Tabel 1. Faktor-faktor yang berpengaruh pada proses elektrokinetik

Faktor-faktor karakteristik

kondisi tanah Ukuran butiran tanah dan tipe

mineral

efektif bila ukuran 30% atau

lebih ukuran butiran lebih kecil

dari 2µ m

Ukuran butiran tanah dan tipe

mineral

lebih efektif pada silty clay

dengan moderate plasticity

(kaolinite dan illite)

dibandingkan pada

high plasticity clays

Kadar garam tidak efektif pada tanah yang

memiliki kadar garam yang

tinggi

pH tidak efektif pada pH yang

rendah (pH < 6)

sangat efektif pada pH yang

tinggi (pH > 9)

sistem current density bervariasi tergantung pada

karakteristik geoteknik tanah

macam elektroda perak, platinum, besi dan

tembaga lebih efektif daripada

aluminium, carbon hitam, dan

timah

konfigurasi elektroda direncanakan berdasarkan

kondisi lapangan (arah aliran air

pori)

5

METODE PENELITIAN

Sebelum melakukan proses perbaikan tanah di lapangan, pertama-tama dilakukan

pengujian dengan membuat model pengujian di laboratorium. Ambil sampel tanah lapang

(tanah lapang yang akan dibangun konstruksi berupa tanah lempung), kemudian dibawa ke

laboratorium. Pada pengujian ini, model pondasi tian diwakili oleh tiang bulat yang terbuat

dari stainless steel dengan diameter 28 mm dan panjang 600 mm. Model pondasi tiang ini

berfungsi sebagai anoda (+), sedangkan katoda yang digunakan terbuat dari tembaga.

Di dalam model pondasi tiang dipasang dua load cells, yang berfungsi sebagai alat

pengukur daya dukung tiang. Load cell yang berada dibagian atas untuk mengukur daya

dukung friksi sepanjang 10 cm sisi bawah tiang, sedangkan load cell yang berada di bagian

bawah untuk mengukurdaya dukung ujung dari tiang.

HASIL PENGUJIAN

Hasil pengujian ini menunjukkan adanya peningkatan daya dukung tanah dari model

pondasi tiang setelah proses elektrokinetik. Lihat tabel dibawah ini:

Tabel 2. hasil pengujian

waktu pengaliran listrik(jam)

peningkatan dayadukung tanah (× n)

3 56 7

12 1124 14

Selain itu, ditunjukkan pula bahwa rasio peningkatan tahanan friksi lebih besar dari

tahanan ujung pada setiap durasi waktu. Peningkatan kapasitas daya dukung tanah terhadap

tiang yang dihitung dengan persamaan sebagai berikut :

Kapasitas friksi Qs = ...................................(3)

Kapasitas ujung Qb = ....................................(4)

6

Dimana,

P = daya dukung tiang dari pembacaan load cell (kg)

As = luasan bidang kontak antara sensor friksi dengan tanah (cm2)

= (π × diameter tiang) × panjang selubung friksi.

Ab = luasan penampang ujung tiang.

Tabel 3. Daya Dukung Tiang

Tabel 4. Kapasita Daya Dukung Tanah

KUAT GESER UNDRAINED

Setelah proses elektrokinetik selama 3, 6, 12, dan 24 jam, terjadi peningkatan kuat geser

undrained (Cu) tanah yang berarti. Selain itu, semakin dekat dengan anoda (tiang), kuat geser

undrained semakin meningkat. Pada durasi 6 jam pertama, nilai Cu cenderung konstan

bahkan menurun, hal ini juga menunjukkan bahwa proses elektrokinetik lebih efektif setelah

durasi 6 jam pertama.

Durasiwaktu (jam)

Tahanan friksi RasioTahanan ujung

(kg) RasioTahanan Total

(kg) Rasioawal * akhir** awal* akhir** awal* akhir**

3 1.10 5.63 5.1 1.5 7.4 4.9 2.6 13.03 5.06 1.0 7.60 7.6 1.5 9.8 6.5 2.5 17.4 7.0

12 1.13 13.81 12.22 1.8 19.1 10.6 2.93 32.91 11.224 1.04 16.87 16.2 1.6 21.8 13.6 2.64 38.67 14.6

Durasi Waktu(jam)

kapasitas friksi(kg/cm2)

Kapasitas Ujung Tiang(kg/cm2)

Kapasitas total(kg/cm2)

3 0.06 1.20 1.276 0.09 1.59 1.68

12 0.16 3.10 3.2624 0.19 3.54 3.73

7

KESIMPULAN

Pada pengujian ini, percobaan elektrokinetik dilakukan sebagai salah satu metode

perbaikan tanah. Dari hasil pengujian laboratorium dan analisa yang telah dilakukan, dapat

disimpulkan bahwa :

1. Proses elektrokinetik dapat meningkatkan daya dukung tiang di lempung marina, di mana

daya dukung tiang mengalami peningkatan yang berarti setelah 24 jam proses

elektrokinetik sebesar 14 kali dibandingkan daya dukung tiang mula-mula.

2. Rasio peningkatan tahanan friksi lebih besar dari pada tahanan ujung pada setiap durasi

waktu. Dengan demikian proses elektrokinetik mempunyai pengaruh yang lebih besar

pada peningkatan tahanan friksi.

3. Nilai kuat geser undrained (Cu) juga mengalami peningkatan yang berarti (lebih dari 80%)

sejalan dengan pertambahan waktu dari 3 jam ke 24 jam.

4. Semakin dekat dengan kutub anoda, nilai kuat geser undrained semakin meningkat.

5. Pada pengujian ini, metode elektrokinetik lebih efektif setelah durasi 6 jam pertama. Hal

ini ditunjukkan dengan peningkatan daya dukung tiang dan kapasitas daya dukung tanah

yang lebih besar setelah durasi 6 jam dan nilai kuat geser undrained (Cu) yang cenderung

konstan atau bahkan menurun sebelum durasi 6 jam.

8

DAFTAR PUSTAKA

1. Tjandra, Daniel dan Sri Wulandari, Paravita, Pengaruh elektrokinetik terhadap Daya

dukung Pondasi Tiang di Lempung Marina, Civil Engineering Dimension, Vol.8, No.1,

15-19, march 2006.

2. Nakagawa, Kazuto, 1984, Mekanika Tanah & Teknik Pondasi, Dainippon Gitakarya

Printing, Jakarta.