STUDI PEMAMPATAN TANAH LUNAK PONTIANAK DENGAN PENGARUH GEJALA ELEKTROOSMOSIS Muhar Sepriawan1) Abstrak Tanah lunak Pontianak memiliki karakteristik yang kurang menguntungkan bagi konstruksi, karena daya dukung tanah yang rendah dan besarnya penurunan yang dapat terjadi akibat beban yang dipikulnya, demikian pula dengan konsistensi yang relatif tinggi. Sifat-sifat tanah lunak yang kurang menguntungkan tersebut banyak dipengaruhi oleh air. Semakin rendah kadar air maka daya dukung tanah semakin besar. Dengan demikian, salah satu cara untuk menstabilisasi tanah lunak adalah mengeluarkan air pori dari tanah tersebut. Metode elektroosmosis merupakan salah satu metode yang dapat digunakan untuk mengurangi kadar air yang ada pada tanah lunak, sedemikian hingga dapat mengurangi besarnya penurunan yang terjadi akibat pembebanan. Pada pengujian konsolidasi elektroosmosis masing-masing berupa konsolidasi dengan 24 jam (pre-loading), 48 jam (pre-loading) baik dengan ataupun tanpa pengaruh medan listrik. Hasil uji laboratorium menunjukkan adanya perubahan nilai indeks pemampatan yang signifikan berkisar antara 5,30 % sampai 17,88 % terhadap pengujian konsolidasi dengan adanya pre-loading dan pengaruh medan listrik, sehingga dapat disimpulkan kekakuan tanah lebih meningkat jika menggunakan medan listrik dilihat dari besarnya perubahan nilai indeks pemampatan. Proses pemampatan yang terjadi juga memberikan hasil yang lebih baik di mana dengan waktu yang sama pada saat tekanan diberikan regangan atau penurunan yang terjadi lebih besar jika dengan menggunakan elektroosmosis. Jika regangan atau penurunan yang terjadi sama waktu yang dibutuhkan lebih cepat jika dibandingkan hanya dibebani secara konsolidasi mekanik biasa. Kata-kata kunci: tanah lunak Pontianak, stabilisasi tanah lunak, metode elektroosmosis, dan proses pemampatan
1.
PENDAHULUAN
konstruksi. Fungsi tanah dalam ilmu rekayasa sipil, khususnya rekayasa geoteknik, adalah sebagai pendukung fondasi bangunan. Kenyataannya tanah dasar yang ada berupa tanah lunak dengan sifat mekanis yang kurang menguntungkan, karena daya dukung tanah yang rendah dan besarnya penurunan yang dapat terjadi akibat beban. Tetapi, karena keterbatasan lahan kadang-kadang suatu bangunan harus dibangun di atas tanah lunak. Sifat-sifat tanah lunak yang kurang menguntungkan tersebut banyak dipengaruhi oleh air.
Wilayah kota Pontianak merupakan yang sebagian tanahnya berupa tanah lunak. Kondisi tanah di kota Pontianak tidak semuanya mempunyai tekstur dan jenis yang sama. Adanya perbedaan jenis tanah ini dimungkinkan karena proses terbentuknya setiap jenis tanah tidak sama, tergantung dari kondisi lingkungan geografis dan lokasi tanah tersebut. Tanah memegang peranan penting dalam menentukan keberhasilan suatu
1) Alumnus Prodi Teknik Sipil Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Tanjungpura
213
JURNAL TEKNIK SIPIL UNTAN / VOLUME 12 NOMOR 2 – DESEMBER 2012
Perubahan parameter sifat fisis tanah, khususnya kadar air, akan berpengaruh terhadap kekuatan tanah tersebut. Semakin rendah kadar air maka daya dukung tanah semakin besar. Dengan kata lain, salah satu cara untuk menstabilisasi tanah lunak adalah mengeluarkan air pori dari tanah tersebut. Seperti yang telah diketahui bahwa tanah lunak memiliki koefisien permeabilitas yang sangat kecil sehingga untuk mengeluarkan air porinya memerlukan waktu yang lama. Melalui gejala elektrokinetik, akan menimbulkan pergerakan silang ion-ion di dalam tanah dan menimbulkan pengaruh sementasi, koagulasi dan pada akhirnya meningkatkan kekuatan tanah (Rustamaji, 2007).
Tanah lunak diberi tegangan listrik melalui elektroda pada saat yang bersamaan dengan jalannya uji konsolidasi yang menggunakan oedometer dalam metode Terzaghi. Pada penelitian ini berbeda dengan penelitian sebelumnya di mana uji konsolidasi biasa dilakukan setelah pengujian dengan metode elektroosmosis, sedangkan pada penelitian kali ini elektroosmosis dan konsolidasi dilakukan bersama-sama. Konsolidasi adalah salah satu fenomena yang penting di dalam mekanika tanah, khususnya pada tanah berbutir halus. Paper ini menjelaskan hasil uji konsolidasi yang diberikan beban sesuai dengan prinsip beban bertambah yaitu 0,25 kg/cm2, 0,5 kg/cm2, 1 kg/cm2, 2 kg/cm2, 4 kg/cm2 dan 8 kg/cm2. Selama itu tanah lunak akan diberikan aliran listrik, di mana elektroda dipasang ke dalam tanah lunak dan dialirkan arus DC ±10 mA ke elektroda tersebut secara konstan.
Metode elektroosmosis merupakan salah satu metode yang potensial untuk mengurangi kadar air yang ada pada tanah lunak, sehingga dapat mengurangi besarnya penurunan yang terjadi apabila dilakukan pembebanan. Penggunaan metode ini dengan cara menempatkan katoda dan anoda di dalam tanah dengan suatu jarak tertentu. Di antara katoda dan anoda diberikan suatu medan listrik dengan arus listrik searah sehingga air akan mengalir dari anoda ke katoda. Dengan mengurangi kadar air dalam tanah, penurunan tanah yang terjadi diharapkan akan semakin berkurang, dan meningkatkan kekuatan tanah. Pengujian tanah setelah elektroosmosis lebih kaku dibandingkan dengan sebelum pengujian pengujian elektroosmosis sehingga terlihatnya peningkatan kekuatan tanah (Tika, 2005)
Berdasarkan masalah yang telah diuraikan maka penelitian ini mempunyai tujuan untuk mengetahui besarnya penurunan yang terjadi setelah dilakukan pembebanan mekanis dan medan listrik. Di samping itu, juga untuk mengetahui pengaruh gejala elektroosmosis terhadap proses konsolidasi pada tanah lunak dengan pendekatan Terzaghi. 2.
METODE PENELITIAN
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain tanah, elektroda aktif yang terbuat dari besi, batu pori 214
Studi Pemampatan Tanah Lunak Pontianak dengan Pengaruh Gejala Elektroosmosis (Muhar Sepriawan)
sebagai pemisah antara spesimen tanah dan air dalam skala model, pipa PVC 2,5 inci dengan tinggi ±5 cm, kertas pori, beban-beban yang telah disesuaikan dengan alat oedometer, dan air. Peralatan yang digunakan penelitian ini antara lain: Oedometer DC Power Supply Kabel listrik Multitester Dial pembaca.
Teknik Universitas Tanjungpura. Contoh (sampel) tanah yang digunakan dalam penelitian ini diambil Jalan Karet Gang Karet Cemerlang Kota Pontianak, dengan kondisi tanah tidak terganggu (Undisturbed sample).
dalam Setelah sampel itu diambil, dilakukan pemeriksaan dan pengujian tanah (Das, 1995), yang terdiri dari: 1. 2.
Desain alat ini berupa: Alat oedometer dengan elektroomosis, seperti terlihat dalam Gambar 1.
3. 4.
Lokasi penelitian dilakukan di Laboratorium Mekanika Tanah Fakultas
5.
Gambar 1. Desain alat dengan elektroosmosis 215
Pemeriksaan kadar air tanah, w (ASTM D-2216-90) Pemeriksaan berat jenis tanah, Gs (ASTM D-854-86) Pemeriksaan berat volume tanah, γ (ASTM D-9254-83) Pemeriksaan batas cair, wL (ASTM D-423-66) Pemeriksaan batas plastis, wP
JURNAL TEKNIK SIPIL UNTAN / VOLUME 12 NOMOR 2 – DESEMBER 2012
6. 7.
(ASTM D-242-74) Pemeriksaan disitribusi partikel (ASTM D-422-72) Pengujian konsolidasi (ASTM D-2435-90)
3.
Hasil pengujian laboratorium sifat-sifat fisik tanah di pengujian dapat dilihat dalam Tabel 1. Parameter-parameter yang digunakan secara lengkap dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 1. Hasil penelitian sifat fisis tanah asli
No. Paramater 1. Kadar air, w(%) 2. Berat jenis (Gs) 3. Berat volume (gr/cm3) 4. Batas Atterberg: wL (%) wP (%) PI 5. Grain size: Pasir (%) Lanau (%) Lempung (%) 6. Klasifikasi: USDA USCS AASHTO
HASIL DAN PEMBAHASAN
ukuran
Perubahan pada nilai indeks pemampatan antara pengujian konsolidasi mekanik biasa dengan ditambahkan medan listrik dapat dirumuskan sebagai berikut:
Tanah asli 115 2,45
Cc (%)
1,45 83 36 47
cc1 cc 2 100% c1
(1)
di mana ΔCc (%): perubahan indeks pemampatan Cc1 : indeks pemampatan dari pengujian konsolidasi Cc2 : indeks pemampatan dari pengujian konsolidasi ditambahkan medan listrik (elektroosmosis) ataupun dengan pre-loading.
5 58 37 Campuran tanah liat dan lempung berlanau CH Tanah berlempung
Perubahan nilai Cc ini dapat dinyatakan dalam persen (%), di mana membuktikan bahwa berapa persenkah meningkatnya kekakuan tanah dalam pengaruh gejala elektroosmosis.
Tabel 2. Parameter dan data hasil pengujian elektroosmosis
Pengujian Konsolidasi Konsolidasi dengan 24 jam (pre-loading) Konsolidasi dengan 48 jam (pre-loading)
V (volt) ie (V/m) σ (S/m) t I j (jam) (A) (V/m2) awal akhir awal akhir awal akhir 168 0,01 3,059 2,3 3,6 76,67 120 0,0399 0,0255 24
0,01
3,059
1,4
1,9
48
0,01
3,059
1,5
2,5 50,00 83,33 0,0612 0,0367
216
46,67 63,33 0,0656 0,0483
0,1
Konsolidasi Konsolidasi + E 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 10
1
Angka pori (e0 )
Studi Pemampatan Tanah Lunak Pontianak dengan Pengaruh Gejala Elektroosmosis (Muhar Sepriawan)
Tekanan (kg/cm2) Gambar 2. Grafik perubahan angka pori terhadap tekanan (pada pengujian konsolidasi tanpa pre-loading)
Pada Gambar 2 disajikan hubungan antara tekanan dengan angka pori tanah dengan atau tanpa elektroosmosis. Pada Tabel 3 disajikan nilai Cc dan Cv. Berdasarkan nilai Cc ini, dapat disimpulkan bahwa contoh tanah dengan pengaruh gejala elektroosmosis lebih
kaku dibandingkan dengan contoh tanah tanpa pengaruh gejala elektroosmosis. Pada Gambar 3 s.d. Gambar 5 dapat dilihat efisiensi waktu pengujian konsolidasi yang ditambahkan medan listrik terhadap konsolidasi mekanik
Tabel 3. Nilai Cc dan Cv pada tipe pengujian konsolidasi tanah dengan atau tanpa elektroosmosis
Tipe pengujian konsolidasi tanah Konsolidasi Konsolidasi + elektroosmosis Konsolidasi dengan 24 jam (pre-loading) Konsolidasi dengan 24 jam (pre-loading) + elektroosmosis Konsolidasi dengan 48 jam (pre-loading) Konsolidasi dengan 48 jam (pre-loading) + elektroosmosis 217
Cc 1,057 0,869 0,904 0,868 1,001 0,894
Cv 1,44110–4 3,93810–4 2,26010–4 4,63010–4 3,36510–4 4,20010–4
JURNAL TEKNIK SIPIL UNTAN / VOLUME 12 NOMOR 2 – DESEMBER 2012
50
10
40
8
Konsolidasi+ E Konsolidasi Tekanan (Kg/cm2)
6
20
4
10
2
0
0
-10
-2
-20
-4
ηt = 17,07%
-30
Tekanan (kg/cm2 )
Regangan (ɛ) (%)
30
-6
-40
-8
-50
-10 0
50
100
150
200
Waktu (t) (jam) Gambar 3. Grafik regangan dan tekanan terhadap waktu (pada pengujian konsolidasi tanpa pre-loading)
biasa pada saat regangannya sama, dapat juga dirumuskan sebagai berikut:
t
tK tE 100% tK
tE
: waktu dari pengujian konsolidasi ditambahkan medan listrik (elektroosmosis) pada saat regangan yang sama (jam).
4.
PENUTUP
(2)
di mana ηt : efisiensi waktu (%) tK : waktu dari pengujian konsolidasi pada saat regangan yang sama (jam)
Berdasarkan analisis data dari hasil penelitian, yang dilandasi oleh beberapa pemikiran melalui suatu pendekatan 218
Studi Pemampatan Tanah Lunak Pontianak dengan Pengaruh Gejala Elektroosmosis (Muhar Sepriawan)
50
10
30 20
Regangan (ɛ) (%)
8
jam (pre-loading) 24 Jam (Pre-Loading) + EE jam (pre-loading) 24 Jam (Pre-Loading) Tekanan Tekanan(Kg/cm2)
6 4
10
2
0
0
-10
-2
-20
-4
ηt = 3,7%
-30
Tekanan (kg/cm2 )
40
-6
-40
-8
-50
-10 0
50
100
150
200
250
Waktu (t) (jam) Gambar 4. Grafik regangan dan tekanan terhadap waktu (pada pengujian konsolidasi dengan 24 jam [pre-loading])
kasus, causal komparatif dan studi pustaka serta didukung oleh beberapa pengujian laboratorium, dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut: 1.
Pemampatan tanah dengan pengaruh gejala elektroosmosis dapat memberikan hasil yang lebih baik jika dibandingkan dengan konsolidasi mekanik biasa yaitu gejala elektroosmosis dapat mempercepat waktu konsolidasi.
2.
Perubahan indeks pemampatan (Cc) antara pengujian konsolidasi mekanik biasa dan yang dipengaruhi gejala elektroosmosis menunjukkan
bahwa jika ditambahkan medan listrik (elektroosmosis) indeks pemampatan yang diperoleh lebih baik (lebih kecil) jika dibandingkan dengan indeks pemampatan yang diperoleh dari konsolidasi mekanik. Dapat dilihat dari meningkatnya kekakuan tanah yang diakibatkan oleh gejala elektroosmosis, terhadap konsolidasi mekanik biasa dibuktikan dari data di bawah ini: a. Pengujian konsolidasi tanpa preloading dan pengaruh medan listrik, memberikan perubahan nilai Cc sebesar 17,79%. 219
JURNAL TEKNIK SIPIL UNTAN / VOLUME 12 NOMOR 2 – DESEMBER 2012
50
10 48 Jam jam (Pre-Loading) (pre-loading) + E
40
8
jam (pre-loading) 48 Jam (Pre-Loading) 6
Tekanan (Kg/cm2)
20
4
10
2
0
0
-10
-2
-20
-4
-30
Tekanan (kg/cm2 )
Regangan (ɛ) (%)
30
-6
ηt = 9,2%
-40
-8
-50
-10 0
50
100
150
200
250
300
Waktu (t) (jam) Gambar 5. Grafik regangan dan tekanan terhadap waktu (pada pengujian konsolidasi dengan 48 jam [pre-loading])
b. Pengujian dengan pre-loading 24 jam, memberikan perubahan nilai Cc sebesar 14,47%.
e. Pengujian dengan pre-loading 48 jam dan pengaruh medan listrik, memberikan perubahan nilai Cc sebesar 15,42%.
c. Pengujian dengan pre-loading 24 jam dan pengaruh medan listrik, memberikan perubahan nilai Cc sebesar 17,88%.
Dengan kata lain, kekakuan tanah itu akan semakin meningkat jika dilakukannya metode elektroosmosis sehingga mempercepat proses pemampatan tanah.
d. Pengujian dengan pre-loading 48 jam, memberikan perubahan nilai Cc sebesar 5,30%.
3.
220
Dilihat dari hubungan antara regangan dengan tekanan terhadap
Studi Pemampatan Tanah Lunak Pontianak dengan Pengaruh Gejala Elektroosmosis (Muhar Sepriawan)
Daftar Pustaka Rustamaji, R. M. 2007. "Ground Improvement Using ElectroChemical Injection". Mitteilungen zur Ingenieurgeologie und Hydrogeologie. Lehrstuhl für Ingenieurgeologie und Hydrogeologie RWTH-Aachen. Aachen-Germany: Druck und verlag Mainz.
waktu, proses pemampatan tanah yang terjadi dapat disimpulkan, bahwa: a. Untuk suatu tekanan yang diberikan pada periode waktu yang sama, regangan atau penurunan yang terjadi lebih besar apabila konsolidasi dipengaruhi oleh gejala elektroosmosis dibandingkan dengan proses konsolidasi mekanik biasa.
Das, Braja M. 1995. Mekanika Tanah (Prinsip-Prinsip Rekayasa Geoteknis). Jilid 1. Jakarta: Erlangga.
b. Untuk suatu regangan atau penurunan yang sama, waktu konsolidasi yang diperlukan lebih cepat pada konsolidasi dengan pengaruh gejala elektroosmosis dibandingkan dengan konsolidasi biasa. 4.
Elfira, Tika. 2009. Mekanisme Aliran Elektroosmotik pada Tanah Lunak Pontianak di Bawah Pengaruh Medan Listrik. Skripsi. Pontianak: Fakultas Teknik Universitas Tanjungpura.
Terdapat efisiensi waktu pemampatan pada konsolidasi dengan pengaruh gejala elektroosmosis. Efisiensi waktu yang diperlukan pada konsolidasi dengan pengaruh gejala elektroosmosis dibandingkan dengan konsolidasi biasa pada regangan sebesar 20% dapat dilihat sebagai berikut: a. Pada pengujian konsolidasi efisiensi waktu yang diperoleh sebesar 17,07%. b. Pada pengujian konsolidasi dengan 24 jam (pre-loading) efisiensi waktu yang diperoleh sebesar 3,70%. c. Pada pengujian konsolidasi dengan 48 jam (pre-loading) efisiensi waktu yang diperoleh sebesar 9,20%. 221
JURNAL TEKNIK SIPIL UNTAN / VOLUME 12 NOMOR 2 – DESEMBER 2012
222
