## PERUBAHAN KUAT GESER TANAH LEMPUNG TANON PADA METODE ELEKTROOSMOSIS DENGAN VARIASI BEDA POTENSIAL
Tri Nugraheni Handayani 1 , Niken Silmi Surjandari 2 dan Noegroho Djarwanti 2
1 Mahasiswa Program Studi Teknik Sipil, Universitas Sebelas Maret
2 Pengajar Program Studi Teknik Sipil, Universitas Sebelas Maret Jl. Ir. Sutami 36 A Surakarta,
Email: nugraheni98@gmail.com

## ABSTRACT
The soil located at Kalikobok village, Tanon, Sragen is one of soil type that does not qualify to build a structural buildings  on  it, because  the  characters  of  soft  clay  soil  that  has  hight  of  water  content  which  is  causing  the  soil carrying capacity becomes low. In other way, if water content is low then it will increase the carrying capacity of the  soil.  Dewatering  process  is  needed,  one  of  the  examples  is  by  electroosmosis  methods.  Electroosmosis  is  a drainage method by force that drain the water from anode to cathode so it will fix the technical properties  of soil. In  this  study  the  variables  used  are  the  length  of  time  of  the  electric  current  and  the  voltage.  The  variation  of duration is three days and five days, the variation of potential difference that used is 0 volts, 4.5 volts, 9 volts, and 12 volts. The parameters  that tested as a comparison are soil shear strength of soil at each voltage and position (anode, middle, cathode). The results showed that the greater application of potential differences can increase the vallues of c and φ, but the value of c at the cathode position decrease due to water accumulation at cathode.
Keywords: clay, electroosmosis, variation of potential, shear strength

## ABSTRAK
Tanah lempung lunak yang terletak pada Desa Kalikobok, Tanon, Sragen adalah salah satu jenis tanah yang kurang memenuhi  spesifikasi  untuk  didirikan  bangunan  struktural  diatasnya,  karena  sifat  dari  tanah  lempung  lunak  yang memiliki kadar air tinggi sehingga menyebabkan daya dukung tanah menjadi rendah. Sebaliknya, apabila kadar air rendah maka  akan dapat menaikkan daya dukung tanah. Proses dewatering perlu dilakukan, salah satu contohnya menggunakan  metode  elektroosmosis.  Elektroosmosis  adalah  metode  drainase  paksaan  yang  mengalirkan  air  dari posisi  anoda  ke  posisi  katoda  sehingga  dapat  memperbaiki  sifat  teknis  tanah.  Pada  penelitian  ini  variabel  yang digunakan adalah lama waktu pemberian arus listrik dan juga besar voltase. Variasi beda potensial yang digunakan adalah 0 volt, 4,5 volt, 9 volt, dan 12 volt. Parameter yang diuji sebagai pembanding adalah kuat geser tanah tanah pada  setiap  voltase  dan  posisi  (anoda,  tengah,  katoda).  Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa  semakin  besar penerapan  beda  potensial  maka  dapat  menaikkan  nilai  c  dan  φ,  akan  tetapi  nilai  c  pada  posisi  katoda  menurun dikarenakan air yang terakumulai pada katoda.
Kata kunci: lempung, elektroosmosis, beda potensial,  kuat geser

## 1. PENDAHULUAN
Tanah  lempung  lunak  adalah  salah  satu  jenis  tanah  yang  kurang  memenuhi  spesifikasi  untuk  didirikan  bangunan struktural diatasnya, karena sifat dari tanah lempung lunak yang memiliki kadar air tinggi sehingga menyebabkan daya dukung tanah menjadi rendah. Sebaliknya, apabila kadar air rendah maka akan dapat menaikkan daya dukung tanah.  Proses dewatering perlu  dilakukan,  salah  satu  contohnya  menggunakan  metode  elektroosmosis.  Metode elektroosmosis  adalah  metode  drainase  yang  disebabkan  karena  tanah  diberi  arus  listrik  satu  arah  (DC)  sehingga molekul air terikat kemudian mengalir dari elektroda positif (anoda) menuju ke elektroda negatif (katoda), proses tersebut dapat membuat tanah disekitar anoda akan lebih kaku sehingga dapat menaikkan daya dukung tanah.
Sampel  penelitian  ini  diambil  dari  Desa  Kalikobok,  Kecamatan  Tanon,  Kabupaten  Sragen  karena  sebagian  besar tanah pada daerah ini mengandung lempung, sehingga apabila musim hujan tiba maka tanah akan menyerap banyak air  kemudian  akan  bersifat  lunak  hingga  sangat  lunak,  sehingga  kemampuan  untuk  menahan  beban  diatasnya berkurang atau hampir tidak ada karena adanya keruntuhan akibat geser ( Shear Failure ).
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengidentifikasi  pengaruh  elektroosmosis  terhadap  parameter  kuat  geser  tanah lempung  dengan  variabel  lama  pemberian  arus  listrik.  Penelitian  mengenai  elektroosmosis  yang  telah  dilakukan adalah oleh Wibowo (2003) mengatakan bahwa semakin besar beda potensial yang diberikan maka semakin besar pula konsolidasi yang terjadi. Kusuma dan Muntohar (2017) mengatakan semakin lama pemberian arus listrik pada
proses elektroosmosis maka akan mampu menahan pengembangan tanah. Atmaja (2013) mengatakan bahwa metode elektroosmosis dengan preloading dapat mrnaikkan nilai kuat geser tanah.

## 2. LANDASAN TEORI

## Tanah Lempung
Das  1995  mengatakan  bahwa  tanah  lempung  adalah  tanah  yang  berukuran  mikroskopis  yang  berasal  dari  pelapukan batuan,  pada  keadaan  kering  tanah  lempung  bersifat  keras  dan  pada  keadaan  kadar  air  sedang  bersifat  plastis  dan lengket (kohesif)
ASTM D-2487-66T yang digunakan oleh United Standard Classification System mengatakan bahwa jika suatu sampel tanah  yang  lolos  saringan  no.  200  (0,075  mm)  lebih  dari  45%  maka  sampel  tanah  tersebut  dapat  di  klasifikasikan sebagai  tanah  berbutir  halus  (lanau  atau  lempung),  sebaliknya  jika  yang  tertahan  pada saringan  no.  200  (0,075  mm) lebih dari 45% maka tanah tersebut dapat diklasifikasikan sebagai tanah berbutir kasar (pasir atau krikil).

## Kuat Gesek
Kuat  geser  tanah  adalah  gaya  perlawanan  yang  dilakukan  oleh  butir-butir  tanah  terhadap  desakan  atau  tarikan. Parameter kuat geser tanah ditentukan dari uji-uji laboratorium dari benda uji yang diambil dari lapangan    Hardiyatmo (2006).
Coulomb (1776) mendefinisikan persamaan f (σ) sebagai berikut :
τ = c + σ tg φ (1)
dengan
τ = kuat geser tanah (kN/m2)
c = kohesi tanah efektif (kN/m2) φ = sudut gesek dalam tanah atau sudut gesek intern ( ⁰ ) σ = tegangan normal efektif pada bidang runtuh (kN/m2)

## Gambar 1. Kriteria kegagalan Mohr dan Coloumb (1776)

## Elektroosmosis
Sosrodarsono (1980) metode elektrokinetik  adalah  salah  satu  metode  drainase  paksaan  dengan  menggunakan  dua elektroda berkutub positif dan negatif, sehingga air yang berada di tanah akan bergerak dari elektroda positif menuju elektorda negatif. Metode ini cocok digunakan pada tanah dengan koefisien permeabilitas yang sangat kecil.
Tanah  akan  selalu  berinteraksi  dengan  air,  air  murni  atau H 2 O  dapat berdisosiasi  menjadi  ion  H+ dan  ion  OH-  yang mana  dapat menempel  pada permukaan  mineral  lempung yang  memiliki  muatan  listrik  negatif.  Berlaku  juga  apabila terdapat  ketidakmurnian  pada  air  yang  dapat  membawa  ion-ion  lain  seperti  Na+  atau  Cl-,  lapisan  ini  juga  disebut lapisan  ganda  listrik.  Sehingga  perlakuan  dengan  memberikan  arus  listrik  pada  tanah  lempung  akan  menguntungkan karena pergerakan ion-ion pada lapisan ganda listrik Terzaghi (1967).

## 3. METODE PENELITIAN
Sampel  dalam  penelitian  ini  diambil dari  Desa  Kalikobok,  Kecamatan  Tanon,  Kabupaten  Sragen  dalam  kondisi tanah  terganggu  ( Disturbed  Sample) pada  kedalaman  0,5 –  1  m.  Dalam  penelitian  ini  dilakukan uji  dengan  skala laboratorium menggunakan box kaca dengan dimensi 45 cm x 30 cm x 15 cm. Pemasangan elektroda positif dan negatif diletakkan dengan jarak 30 cm. sumber arus searah yang digunakan berasal ari adaptor dengan kekuatan 5 Ampere . Variasi beda potensial yang digunakan adalah 0 V, 4.5 V, 9V, dan 12V dan variasi lama pemberian arus listrik adalah selama tiga hari dan lima hari.
Sampel  tanah  yang  telah  memenuhi  kriteria  sebagai  tanah  lempung  kemudian  dicampur  dan  dijenuhkan menggunakan  air  dengan  ketentuan  nilai  SR=100%  selama  4  hari  mengacu  pada  CBR  rendaman.  Setelah  proses penjenuhan sampel, tanah dimasukkan ke dalam box uji untuk diberi perlakuan elektroosmosis. Sampel tanah yang telah melalui proses elektroosmosis kemudian dicetak lalu dilakukan pengujian utama untuk mengetahui kuat geser tanah dengan pengujian geser langsung ( direct shear test ) dengan modifikasi tanpa penambahan air dalam box uji. Beban normal yang digunakan pada pengujian ini adalah 0.4 kg, 0.8 kg, dan 1.6 kg.

## 4. HASIL DAN ANALISIS

## Pengujian Klasifikasi Tanah
Hasil pengujian indexs properties dari sampel tanah asli diperoleh nilai seperti Tabel 1.
Tabel 1. Rekapitulasi Pengujian Index Properties No. Pengujian Parameter Hasil 1. Specific Grafity Gs 2,61 2. Bulk Density (kN/m3) γb 17,39 3. Water Content (%) w 43,80 4. Sieve Analysis dan Hidrometer (%) Gravel Pasir Lanau Lempung 0,02 6,98 39,45 53,55 6. Batas  Konsistensi Atterberg (%) Batas Cair Batas Plastis Plastis Indeks 83,76 33,85 49,91 7. Klasifikasi AASHTO USCS A-7-5 Lempung CH

## Pengujian Utama
Pengujian  ini  dilakukan  pada  tenah  lempung  setelah  proses  elektroosmosis  dengan  penerapan  beda  potensial  dan lama pemberian arus yang berbeda, kemudian ditinjau dari parameter kuat geser tanah  seperti Tabel 2. dan Tabel 3.
Tabel 2. Rekapitulasi Pengujian Nilai c Beda Potensial (V) Posisi Anoda Tengah Katoda 0 4,2032 4,2032 4,2032 4,5 2,4255 3,9369 3,8551 9 5,6297 3,1831 5,5287 12 7,7281 6,0755 7,6337 Tabel 3. Rekapitulasi Pengujian Nilai φ Beda Potensial (V) Posisi Anoda Tengah Katoda 0 5,5662 5,5662 5,5662 4,5 7,3426 3,9856 5,1475
9 5,6732 3,3099 5,3349 12 7,4973 9,1337 4,8529
Dari tabel di atas didapatkan grafik sebagai berikut :
Gambar 2. Hubungan antara parameter c terhadap beda potensial
Penerapan beda  potensial  dan  lama  pemberian  arus  saat  elektroosmosis  mempengaruhi  nilai  c,  karena  semakin  besar pemberian beda potensial dapat menaikkan nilai c pada posisi anoda.Proses elektroosmosis menyebabkan tanah yang jenuh air mengalirkan airnya dari posisi anoda ke katoda, sehingga tekstur tanah pada anoda lebih kaku dan padat secara visual dibandingkan posisi tengah dan katoda. Dengan menghilangnya air pada anoda jarak antar butiran tanah menjadi lebih dekat yang menyebabkan gaya tarik menarik antar partikel tanah juga semakin naik, sehingga dapat menaikkan nilai  c  pada  posisi  anoda  dan  tengah.  akan  tetapi  nilai  c  pada  pemberian  arus  listrik  selama  tiga  hari  mengalami penurunan,  hal  ini  berkaitan  dengan  kandungan  tanah  yang  terlalu  jenuh  air  karena  proses  elektroosmosis  yang mengalirkan air ke katoda sehingga ikatan antar butiran tanah melemah atau hampir tidak ada.
Gambar 3. Hubungan antara parameter φ terhadap beda potensial
Penerapan beda potensial dan lama pemberian arus saat elektroosmosis mempengaruhi nilai φ, karena semakin besar pemberian  beda  potensial  dapat  menaikkan  nilai  φ.  Proses  elektroosmosis  menyebabkan  tanah  yang  jenuh  air mengalirkan  airnya  dari  posisi  anoda  ke  katoda  sehingga  merapatnya  butiran  tanah  menyebabkan  sudut  yang dibentuk dari pergeseran antar butiran semakin besar sehingga nilai φ naik.
Penerapan elektroosmosis pada tanah dengan variasi beda potensial menyebabkan air terdesak dari anoda ke katoda sehingga  air  akan  keluar  dari  model  uji.  Akibat  dari  proses  perpindahan  air  secara  visual  juga  dapat  dilihat  dari model uji seperti Gambar 4. dan Gambar 5.
Gambar 4. Tampak visual sampel sebelum proses elektroosmosis
Gambar 5. Tampak visual keretakan sampel setelah proses elektroosmosis

## 5. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil dari penelitian dan pembahasan yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan seperti berikut:
1. Proses  elektroosmosis  berpengaruh  pada  nilai  kuat  geser  tanah,  posisi  anoda  lebih  padat  dan  kaku  secara  visual dibandingkan tanah yang berada pada posisi tengah dan katoda.
2. Semakin  besar  beda  potensial  yang  diberikan  pada  proses  elektroosmosis  maka  nilai  c  akan  semakin  naik  pada posisi  anoda  dan  tengah.  Sedangkan  untuk  posisi  katoda  pada  nilai  c  mengalami  penurunan  karena  air  yang terkumpul pada sisi katoda.
0 Volt Anoda Katoda 12 Volt Anoda Katoda
Vol. 3 No. 2, Maret  2020
3. Semakin besar beda potensial yang diberikan dan semakin lama pemberian arus pada proses elektroosmosis maka nilai φ akan semakin naik pada posisi anoda,tengah dan katoda.

## DAFTAR PUSTAKA
ASTM D-423-72 Standard Test Method for Sieve Analysis. Annual Books of ASTM Standard USA. ASTM D-422-73 Standard Test Method for Hydrometer Analysis. Annual Books of ASTM Standard USA. ASTM D-424-74 Standard Test Method for Plastic Index. Annual Books of ASTM Standard USA. ASTM D-432-66 Standard Test Method for Plastic Limit and Liquid Limit. Annual Books of ASTM Standard USA. ASTM D-3080-90 Standard Test Method for Direct Shear  Test of Soils Under Consolidated Drained Conditions. Annual Books of ASTM Standard USA.
Das, B. M., 1995, Mekanika Tanah (Prinsip – Prinsip Rekayasa Geoteknis) Jilid I , Erlangga, Jakarta. Hardiyatmo, Hary Christady, 2006, Mekanika Tanah 1:Edisi Keempat , Yogyakarta: Gadjah Mada University Press. Sosrodarsono, Suyono, 1983, Mekanika Tanah dan Teknik Pondasi . Jakarta : Pradya Paramita. SNI  2813.  2008.  Cara  Uji  Kuat  Geser  Langsung  Tanah  Terkonsolidasi  dan  Terdrainase.  Bandung  :  Badan Standarisasi Nasional.
Terzaghi, Karl dan Ralph B,Peck. 1993. Edisi Kedua Mekanika Tanah dalam Praktek Rekayasa Jilid-1 , Erlangga, Jakarta.
Atmaja, Yusup R, 2013, Pengaruh Penggunaan Elektroosmosis Terhadap Parameter Kuat Geser Tanah Lempung.
Surakarta: Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Kusuma,  A.,  Muntohar,  A,  2017, Pengaruh  Lama  Pemberian  Arus  Terhadap  Pengembangan  Tanah  Lempung Ekspansif Metode Elektrokinetik . Yogyakarta: Universitas Muhammadiyah Yogyakarta. Majid,  Abdul,  2013, Pengaruh  Penggunaan  Elektroosmosis  Terhadap  Tekanan  Air  Pori  pada  Tanah  Lempung . Skripsi. Surakarta: Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Wibowo, Budi, 2003, Uji Model Elektroosmosis pada Tanah Lempung , Skripsi Sarjana, Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret, Surakarta.