1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Lempung

BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Lempung ekspansif adalah jenis lempung yang memiliki potensi
pengembangan dan penyusutan yang sangat besar akibat pengaruh perubahan
kadar air. Potensi pengembangan dan penyusutan pada jenis lempung ekspansif
sering menyebabkan kerusakan pada struktur bangunan dan jalan, seperti jalan
bergelombang, lantai rumah retak dan terangkat dan lain sebagainya. Kerusakan
rumah dan infrastruktur akibat sifat kembang dan susut lempung ekspansif
mengakibatkan jumlah kerugian yang sangat besar (Jones dan Holtz, 1973). Pada
tahun 1980, jumlah kerugian terhadap rumah tempat tinggal dan infrastruktur di
Amerika yang rusak disebabkan oleh lempung ekspansif mencapai 7 milyar dollar
Amerika (Wray dan Meyer, 2004).
(a)
Gambar 1.1
(b)
Beberapa kerusakan yang diakibatkan oleh sifat kembang dan susut
lempung ekspansif, (a). retak pada lantai, (b). jalan bergelombang.
Lempung ekspansif tersebar di hampir semua tempat dan daerah, seperti di
Amerika, Australia, Canada, India, Israel, Meksiko, Venezuela, Afrika Selatan,
Spanyol dan lain sebagainya (Chen, 1975). Di Indonesia, sebaran lempung
ekspansif diketahui mulai dari pulau Sumatera sampai dengan pulau Irian. Di
1
pulau Jawa khususnya, lempung ekspansif diketahui tersebar di Jawa Barat
(Cikampek, Jatibarang dan Karang Ngampel), Jawa Tengah (Kudus, Demak,
Godong, Purwodadi, Boyolali, Klaten, Wirosari dan Cepu), Yogyakarta (Wates),
Jawa Timur (Bojonegoro, Babat, Lamongan, Gresik, Ngawi dan Caruban) (PdT10-2005-B, 2005). Walaupun sampai saat ini jumlah kerugian akibat kerusakan
rumah dan infrastruktur yang disebabkan oleh sifat kembang dan susut lempung
ekspansif belum tercatat lebih khusus, namun dari hasil survey dan penelitian
yang dilakukan oleh Pusat Penelitian dan Pengembangan Jalan Departemen
Pekerjaan Umum dan pihak Bina Marga, dilaporkan bahwa kerusakan di beberapa
ruas jalan di pulau Jawa, banyak yang disebabkan oleh sifat kembang dan susut
lempung ekspansif (Mochtar, 1994).
Hasil penelitian terhadap lempung ekspansif menunjukkan bahwa sifat
kembang dan susut lempung ini dipengaruhi oleh kombinasi susunan senyawa
utama dan adanya kation tertentu yang memiliki kemampuan mengikat air relatif
lebih banyak dibandingkan dengan kation lain.
Permasalahan sifat kembang dan susut lempung ekspansif diatasi dengan
cara pergantian material tanah, manajemen air (drainase), penggunaan membran
dan usaha stabilisasi. Stabilisasi lempung ekspansif dilakukan dengan
menggunakan bahan stabilisasi (stabilisator). Bahan stabilisator yang biasanya
digunakan dalam proses stabilisasi mulai dari yang umum digunakan berupa
semen, kapur dan abu terbang, sampai dengan menggunakan bahan kimia seperti
amonium klorida, enzim, polimer, asam sulfat dan kalium. Salah satu bahan
stabilisasi yang sering digunakan untuk proses stabilisasi lempung ekspansif
adalah kapur. Beberapa kelebihan kapur sebagai bahan stabilisasi seperti
mengurangi plastisitas tanah, mempermudah pengerjaan atau pelaksanaan, mampu
meningkatkan daya dukung tanah, reaksi kimia yang lebih lama, adalah beberapa
faktor pertimbangan dalam memilih kapur sebagai bahan stabilisasi tanah
ekspansif.
Penelitian ini merupakan bagian dari rangkaian penelitian fundamental
pengembangan model stabilisasi tanah lempung ekspansif dengan proses
elektrokinetik. Rencana proyeksi di masa depan, proses elektrokinetik dapat
2
digunakan sebagai alternatif model stabilisasi tanah lempung ekspansif yang
efektif, mudah digunakan, ekonomis dan tidak dibatasi oleh jarak dan kedalaman
tanah lempung ekspansif. Sebagai alternatif model stabilisasi tanah lempung
ekspansif, proses elektrokinetik perlu diteliti dan dikembangkan dalam hal:
kemampuan dan perilaku penyebaran larutan kapur di tanah lempung, pengaruh
proses elektrokinetik terhadap sifat fisik dan mekanis tanah lempung, serta
efektifitas tegangan listrik dan waktu pada proses elektrokinetik.
1.2
Rumusan dan Batasan Masalah
1.2.1 Rumusan masalah
Rumusan masalah dalam penelitian ini adalah bagaimana proses
elektrokinetik dapat menstabilkan lempung ekspansif. Untuk menjawab rumusan
masalah, maka pengembangan model stabilisasi tanah lempung ekspansif dengan
proses elektrokinetik memerlukan pengetahuan dalam hal:
1. Model sistem elektrokinetik yang dapat digunakan sebagai alat stabilisasi
tanah lempung ekspansif.
2. Kemampuan listrik dalam menembus keliatan lapisan tanah lempung serta
kemampuan listrik membawa kapur dalam bentuk ion Ca2+ dan
menyebarkannya di tanah lempung.
3. Hubungan tegangan listrik terhadap perubahan konsentrasi ion Ca2+,
perubahan sifat fisik dan sifat mekanis tanah lempung.
4. Pengaruh proses elektrokinetik terhadap perubahan jenis mineral dan
morfologi tanah lempung akibat proses elektrokinetik.
5. Fenomena-fenomena yang terjadi selama proses elektrokinetik yang
menyebabkan terjadinya pergerakan dan penyebaran kapur serta
perubahan sifat fisik dan sifat mekanis tanah lempung.
Penelitian ini dikhususkan pada tahap pengembangan (penelitian
fundamental) proses elektrokinetik, yang meliputi: pemantapan pengetahuan dasar
konsep elektrokinetik, dasar pengembangan instrumentasi elektrokinetik, perilaku
pergerakan listrik dan distribusi larutan kapur dan ion-ion lainnya, perubahan
indeks propertis dan mekanis lempung, perubahan jenis mineral dan morfologi
3
molekul lempung, serta fenomena pergerakan ion dan reaksi kimia selama proses
elektrokinetik berlangsung. Hasil yang dicapai pada tahap pengembangan ini
diharapkan dapat menjadi informasi dasar dan penting untuk tahap selanjutnya,
seperti pembuatan purwarupa alat stabilisasi, sistem kelistrikan dan lain
sebagainya.
TAHAP PENGEMBANGAN
1. Pengetahuan sistem elektrokinetik pada
lempung.
2. Skematik pemasangan alat.
TAHAP DESAIN
dan
MODIFIKASI
3. Perilaku pergerakan listrik, dan distribusi
ion pada lempung.
4. Pengaruh elektrokinetik terhadap indeks
propertis dan
sifat mekanis lempung
(potensi pengembangan tanah)
5. Uji mineral dan morfologi lempung,
1.
2.
3.
4.
Purwarupa alat elektrokinetik.
Sistem kelistrikan.
Durabilitas alat.
Efisiensi alat.
6. Uji durabilitas bahan stabilisator (uji
pelendian).
TAHAP UJI DILAPANGAN
1. Pengujian dilapangan
2. Model dan pemasangan sistem
kelistrikan.
TAHAP FINALISASI
Manufaktur alat stabilisasi
dengan proses
elektrokinetik
Gambar 1.2 Roadmap penelitian
1.2.2 Batasan masalah
Ruang lingkup permasalahan penelitian proses elektrokinetik sangat luas
dan banyak, sehingga memerlukan batasan masalah agar penelitian dapat
dilakukan. Pertimbangan kemudahan pelaksanaan dan penerapan hasil akhir
penelitian pada usaha stabilisasi tanah ekspansif di lapangan, merupakan salah
satu dasar dalam menentukan batasan masalah dalam penelitian ini. Batasan
masalah yang ditetapkan pada penelitian ini adalah:
4
1. Penelitian dilakukan dengan metode eksperimental di laboratorium dengan
menggunakan tanah lempung ekspansif.
2. Tegangan listrik yang digunakan adalah listrik searah (DC), dengan variasi
penggunaan tegangan listrik dibatasi sampai dengan 25 Volt dan 2 Ampere,
dengan pertimbangan keselamatan pada saat pelaksanaan.
3. Jenis contoh tanah yang digunakan dalam penelitian ini adalah 3 jenis
lempung ekspansif asli yang berbeda lokasi di Jawa Tengah dan sekitarnya,
yaitu: Purwodadi, Klaten dan Boyolali yang memiliki klasifikasi tanah serta
jenis mineral dan kimia tanah yang mirip atau hampir sama. Diharapkan hasil
pengamatan dan pengujian pada penelitian ini dapat menjadi gambaran
perilaku penyebaran larutan kapur dengan proses elektrokinetik pada
stabilisasi lempung ekspansif lainnya.
4. Elektroda yang digunakan adalah tembaga (Cu) dengan ukuran sesuai dengan
lebar dan tebal contoh tanah yang terdapat pada kotak pengujian.
5. Bahan stabilisator yang digunakan adalah kapur.
1.3
Keaslian Penelitian
Teori dasar proses elektrokinetik pada tanah dikemukakan oleh
Casagrande (1932), namun mulai dikembangkan dengan pengujian skala
laboratorium oleh O’Bannon (1976) dengan menggunakan potasium sebagai
bahan stabilisator (Petry dan Little, 2002). Beberapa penelitian yang telah
dilakukan dengan menggunakan kapur sebagai bahan stabilisator dan proses
elektrokinetik dalam kegiatan stabilisasi lempung ekspansif dan gambut adalah:
1. Penelitian stabilisasi lempung ekspansif dengan menggunakan kapur terhadap
sifat mengembang, konsolidasi dan kuat geser (Phanikumar, 2009).
2. Penelitian dan pengamatan proses perubahan sifat properties (fisik) dari
lempung akibat proses listrik-kimia yang dihasilkan oleh proses elektrokinetik
(Gray dan Schlocker, 1969).
3. Penelitian proses percepatan stabilisasi dan konsolidasi pada tanah lunak yang
akan digunakan sebagai landasan pesawat terbang dengan menggunakan
proses elektrokinetik (Morefield, dkk., 2004).
5
4. Penelitian perubahan tekanan osmotik dan tekanan air pori pada tanah yang
tercemar limbah logam industri dengan menggunakan proses elektrokinetik
(Han, dkk., 2004).
5. Penelitian proses penjernihan tanah yang tercemar logam berat Cr (VI),
dengan menggunakan proses elektrokinetik (Pamukcu, dkk., 2004).
6. Penelitian dan pengamatan proses peningkatan kekuatan tanah lunak dengan
menggunakan metode depolarisasi dengan penggunakan proses elektrokinetik
(Asavadorndeja dan Glawe, 2005).
7. Penelitian perubahan tekanan osmotik, perpindahan kation dan perubahan nilai
keasaman (pH) larutan elektrolit selama proses elektrokinetik berlangsung
pada tanah sedimen (Ahmad, dkk., 2006).
8. Penelitian tahanan listrik serta sensitivitas perubahan kimia-fisik pada tanah
jenis gambut dengan menggunakan proses elektrokinetik (Asadi dan Huat,
2009).
9. Penelitian proses penjernihan tanah yang tercemar logam berat kadmium (Cd)
dengan menggunakan ion besi bervalensi 0 (nol) sebagai bahan katalisator
dengan menggunakan proses elektrokinetik (Rawat, 2010).
Beberapa kesamaan penelitian ini dengan penelitian yang pernah
dilakukan adalah:
1.
penggunaan larutan kapur sebagai bahan stabilisator.
2.
penggunaan sumber tegangan listrik searah (DC) pada proses elektrokinetik
3.
model analisis terhadap kadar kation tertentu dan analisis terhadap nilai batasbatas Atterberg.
Perbedaan penelitian ini dengan penelitian yang pernah dilakukan adalah:
1.
jenis tanah yang digunakan dalam penelitian ini adalah tanah lempung.
2.
model dan skematik alat pengujian/ sistem elektrokinetik.
3.
proses elektrokinetik yang dilakukan bertujuan menyebarkan larutan kapur
pada tanah lempung.
4.
Tujuan penelitian sebagai model stabilisasi tanah lempung ekspansif dengan
proses elektrokinetik.
6
5.
Analisis terhadap waktu dan tegangan listrik yang digunakan untuk
memperoleh hasil konsentrasi ion Ca2+ maksimal di tanah lempung ekspansif.
Sumbangan baru (novelty) yang diperoleh pada penelitian ini antara lain:
1. Skematik dan alat uji elektrokinetik sebagai alat stabilisasi tanah lempung
ekspansif.
2. Perilaku penyebaran larutan kapur dengan menggunakan proses elektrokinetik
pada lempung ekspansif, antara lain: perilaku penyebaran konsentrasi ion Ca2+
selama periode waktu 1 sampai dengan 21 hari dan variasi tegangan listrik
sumber yang digunakan.
3. Korelasi tegangan listrik dan konsentrasi ion Ca2+ untuk penentuan tegangan
listrik ideal yang digunakan untuk mencapai konsentrasi ion Ca2+ maksimal
1.4
Tujuan dan Manfaat Penelitian
1.4.1
Tujuan penelitian
Tujuan penelitian adalah:
1. Pengembangan proses elektrokinetik sebagai alternatif model stabilisasi
lempung ekspansif.
2. Mengetahui perilaku perubahan konsentrasi ion Ca2+ terhadap waktu dan
tegangan listrik.
3. Mengetahui perubahan sifat fisik, mekanis, jenis mineral dan morfologi
lempung akibat proses elektrokinetik.
4. Mengamati dan mengetahui fenomena elektromigrasi, elektroforesis dan
pertukaran kation akibat prosese elektrokinetik.
1.4.2
Manfaat dari penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah:
1. Pengetahuan dasar proses elektrokinetik pada lempung ekspansif yang dapat
dikembangkan lebih lanjut sebagai alternatif model stabilisasi lempung
ekspansif.
2. Menambah kasanah keilmuan dalam hal perilaku dan pengaruh proses
elektrokinetik terhadap sifat fisik, kimia dan mekanis pada lempung ekspansif.
7
3. Sebagai tinjauan awal perencanaan sistim kelistrikan proses stabilisasi
lempung ekspansif dengan menggunakan proses elektrokinetik dan larutan
kapur.
8