BAB II HUBUNGAN FASE TANAH, BATAS ATTERBERG, DAN KLASIFIKASI TANAH

BAB II HUBUNGAN FASE TANAH, BATAS ATTERBERG, DAN KLASIFIKASI TANAH

1. KOMPONEN TANAH Tanah terdiri dari mineral dan partikel batuan dalam berbagai ukuran dan bentuk dan ini dikenal dengan dengan bagian padat pada tanah. Ruang antara partikel padat disebut pori atau void. Void ini berisi udara, air atau keduanya. Gambar 2.1 menjukkan komponen tanah.

Gambar 2.1 Rangka Tanah yang terdiri dari Partikel solid dan Void.

2. KOMPONEN TANAH Jika void terisi penuh air maka tanah disebut tanah jenuh. Sebaliknya, jika terisi sebagian air, maka tanah menjadi tanah tidak jenuh. Solid, udara dan air adalah tiga fase dari tanah. Untuk

mengerti properti mekanik dari tanah, kita harus mampu mengkuantifikasi volume dan berat ketiga fase yang sistematisnya ditunjukkan dalam Gambar Fase Tanah (Gambar 2.2) berikut.

Gambar 2.2 Diagram Fase Tanah Dimana: ms, mw, ma

=

massa solid, air, dan udara.

Ws, Ww, Wa

=

berat solid, air, dan udara.

Vs, Vw, Va

=

volume solid, air, dan udara.

gs, gw, ga

=

kepadatan solid, air, dan udara.

Wt, Vt

=

total berat tanah dan total volume tanah

Vv

=

volume void.

2.2 Pengertian Dasar Berat jenis : 𝛾𝑏 = Berat jenis kering

𝑊𝑇 𝑉𝑇

atau

𝛾𝑏 =

𝑚𝑇 𝑔 𝑉𝑇

(2.1)

𝛾𝑠 =

𝑊𝑠

atau

𝑉𝑠

𝛾𝑠 =

𝑚𝑠𝑔

(2.2)

𝑉𝑠

Berat jenis air 𝛾𝑤 = 𝜌𝑤 𝑔

(2.3)

Berat jenis jenuh 𝛾𝑠𝑎𝑡 =

𝑊𝑠𝑎𝑡

𝛾𝑠𝑎𝑡 =

atau

𝑉𝑠𝑎𝑡

𝑚 𝑠𝑎𝑡 𝑔

(2.4)

𝑉𝑠𝑎𝑡

Kadar air 𝑊𝑤

𝑤=

atau 𝑤 =

𝑊𝑠

𝑚𝑤

(2.5)

𝑚𝑠

Rasio Void : rasio volume void terhadap volume solid tanah. 𝑉

𝑒 = 𝑉𝑣

(2.6)

𝑠

Porositas : rasion volume void terhadap total volume tanah. 𝑉

𝑛 = 𝑉 𝑉 × 100%

(2.7)

𝑠𝑇

Derajat kejenuhan: volume air pada void, persentase total volume void pada tanah basah. 𝑆𝑟 = Berat jenis solid

𝑉𝑤 ×100%

(2.8)

𝑉𝑠 𝜌

𝑚

𝐺𝑠 = 𝜌 𝑠 = 𝑉 𝜌𝑠 𝑤

𝑠 𝑤

𝑎𝑡𝑎𝑢

𝛾𝑠 𝛾𝑤

𝑊

= 𝑉 𝛾𝑠

𝑠 𝑤

(2.9)

Berat jenis solid tanah tipikal 2.6 – 2.80.

2.2 Pengujian Laboratorium Pengujian laboratorium dan uji lapangan dapat dilakukan untuk mengukur parameter geoteknis tanah. Beberapa property dasar dan cara pengukurannya akan dijelaskan pada bagian di bawah ini:

2.2.1 Kadar air Kadar air diukur dengan dengan mengambil sampel tanah, menimbangnya dengan berat m, lalu mengeringkannya dalam oven dengan temperature 105 C dalam periode 24 jam, lalu menimbannya kembali dengan berat md. Massa air didapatkan dari pengurangan m dari md. Kadar air dapat dihitung dengan menggunakan rumus 2.5. Pengukuran kadar air juga dapat dilakukan dengan microwave pada periode yang singkat. Cara penggunaannya diatur pada standar ASTM. 2.2.2. Berat Jenis Bulk Berat jenis bulk diukur dengan mengambil sampel tanah, menimbangnya dengan berat mg. Volume, Vg pada sample tanah dapat diukur dengan beberapa teknik. Cara yang paling umum dengan metode Sand Cone, dimana tanah yang diukur, digantikan dengan material pasir yang diketahui berat jenis. Gambar 2.2 menunjukkan cara melakukan sandcone. Ketika mg dan Vg diketahui, g dapat dihitung dengan rumus 2.1.

Gambar. 2.2. Sand Cone

2.2.3. Berat Jenis Kering Berat jenis kering ditentukan sama dengan cara pengukuran berat jenis bulk. Kecuali sampelnya dikeringkan dalam oven untuk mengukur kadar airnya. Sampel ditimbang dengan berat ms.

Volume, Vs, diukur dengan cara yang sama seperti metode Sandcone. Ketika ms dan Vs diketahui, g dengan rumus 2.2.

2.2.4. Spesific Gravity Specific Gravity diukur dengan mengukur berat sample tanah yang sudah dikeringkan, ms, kemudian dimasukkan dalam pycnomemter, Vs. G dapat dihitung dengan rumus 2.9.

3. DESKRIPSI DAN KLASIFIKASI TANAH Tanah dibagi dalam dua kategori, tanah berbutir halus dan tanah berbutir kasar. Tanah berbutir kasar diukur dengan analisa ukuran butiran dan analisa Atterberg limit untuk tanah berbutir halus. Kedua analisa ini merupakan alat bagi insinyur geoteknik untuk mengklasifikasi tanah. 3.1. Ukuran Butiran dan Distribusi Ukuran Butiran Perilaku mekanis tanah berbutir dipengaruhi oleh bentuk, ukuran, distribusi dan kepadatan relative dari partikel-partikelnya. 3.2. Ukuran butir Ukuran butiran tanah sangat beragam, mulai dari bongkahan (boulder) atau kerakal yang berukuran ratusan millimeter hingga partikel lempung yang berukuran ribuan millimeter. Tabel 3.1 menunjukkan klasifikasi tanah berdasarkan ukuran partikelnya. Tabel 3.1 Klasifikasi Partikel Tanah

3.1.2. Bentuk butiran Insinyur geoteknik harus dapat menerangkan secara kualitatif tanah dari bentuk butirannya. Gambar 3.1 menunjukkan 4 klasifikasi bentuk butiran tanah dalam geoteknik.

Gambar 3.1. Bentuk Butiran Tanah.

3.1.3. Distribusi Ukuran Butiran Distribusi ukuran butiran tanah ditentukan memlalui pengujian standard distribusi ukuran partikel tanah. Pengujian ini dilakukan dengan penyaring tanah kering pada satu set saringan dengan ukuran yang bervariasi, dari saringan atas hingga saringan bawah. Jika massa tanah diketahui, persentase tanah tertahan pada masing-masing saringan dapat diketahui dari penimbangan tanah yang tertahan setelah diayak. Distribusi ukuran butiran diplot pada grafik logaritmik pada Gambar 3.2. Tanah tergradasi baik adalah tanah yang variasi ukuran partikelnya dalam rentang panjang, sedangkan tanah tergradasi buruk adalah tanah yang rentang variasi ukuran partikelnya didominasi ukuran tanah tertentu. Tanah yang seragam, adalah tanah yang rentang partikelnya kecil. Koefisien untuk menghitung distribusi ukuran butiran tanah adalah: Koefisien Keseragaman,

𝐷

𝐶𝑢 = 𝐷60 10

(3.1)

Dimana: D60 adalah ukuran butiran yang 60%-nya lolos saringan D10 adalah ukuran butiran yang 10%-nya lolos saringan. Cu adalah ukuran keseragaman tanah. Jika Cu = 1 maka tanah tersebut hanya memiliki satu ukuran saja. Jika Cu ≥ 15 maka tanah tersebut tergradasi baik.

Gambar 3.2. Tipikal Distribusi Ukuran Butiran Tanah.

Koefisien Kurvature,

𝐷30 2

𝐶𝑐 = 𝐷

10 𝐷60

Jika Cc antara 1 dan 3 maka tanah tergradasi baik dengan syarat Cu > 4 untuk kerikil dan Cu > 6 untuk pasir. Butiran tanah 10% pada tanah akan mengontrol permeabilitas, olehnya itu D10 dikenal pula sebagai ukuran efektif. Untuk mengukur partikel lebih kecil dari 0.075 mm, maka dilakukan hydrometer test yang dapat menentukan distribusi ukuran butiran pada tanah lanau dan lempung. Metode ini bergantung pada sedimentasi dan Hukum Stoke/

3.2. Batas Atterberg Metode ini dirintis oleh A. Atterberg (1911) dan A. Casagrande (1932). Batas Atterberg dan indeks konsistensinya sangat berguna untuk mengukur karakteristik partikel tanah. Batas Atterberg berangkat dari konsep tanah berbutir halus dapat eksis pada empat kondisi tergantung pada kadar airnya. Tanah akan solid ketika kering. Ketika ditambah air, tanah akan menjadi

semisolid, plastic dan likuid (Gambar 3.3). Dari kadar airnya maka aka nada batas-batas seperti batas liquid, batas plastis dan batas susut.

Gambar 3.2. Batas Atterberg.

3.2.1 Batas Liquid Batas liquid, wL, atau LL, adalah kadar air pada tanah yang berfase plastis ke cair sebagaimana ditentukan melalui pengujian batas liquid. Pengujian dilakukan dengan alat Casagrande dimana sample tanah 250 gr tanah yang lolos saringan 0.425 mm dan dikuring selama 12 jam.

Gambar 3.4. Alat Casagrande untuk Mengukur Batas Liquid.

Alat Casagrande terdiri dari mangkuk tembaga yang terhubungkan dengan handel. Mekanismenya adalah handel diputar sehingga mangkuk terangkat 10 mm dan jatuh pada dasar karet. Casagrande mendefinisikan batas liquid sebagai kadar air pada standar tanah yang ditorehkan bertemu sepanjang 13 mm pada 25 ketukan. Pada prakteknya, sulit menentukan kadar air secara akurat, namun Casagrande menemukan cara memplot kadar air pada logaritma ketukan untuk empat percobaan. Kurva flownya sebagaimana pada Gambar 3.5.

Gambar 3.5. Penentukan batas Liquid dengan Kurva Flow.

3.2.2. Batas Plastis Batas plastis, wL atau PL adalah kadar air pada tanah yang berubah dari fase kering ke fase plastis sebagaimana ditentukan melalui pengujian batas plastis. Pengujian ini dimuai dari mempersiapkan contoh tanah dan dikuring sama seperti pada pengujian batas liquid. Beberapa bagian dari sampel tanah diambil lalu dipilin untuk dibentuk seperti batang kawat/benang. Batas plastis didefenisikan sebagai kadar air ketika benang tanah tersebut pecah pada diameter 3 mm sebelum pecah.

Gambar 3.6. Pengujian Batas Plastis

3.2.3 Batas Susut Batas susut, ws, adalah transisi antara fase semi solid dan fase solid suatu tanah. Batas susut didefenisikan

sebagai kadar air pada tanah yang

volumenya pada titik terendah ketika

mongering. Susut Linier, LS adalah memendeknya panjang sampel tanah yang dihitung sebagai persentase dari panjang sebelumnya ketika tanah mengering. Pengujian batas susut dilakukan dengan

menempatkan tanah pada mould, meratakannya lalu mendiamnkannya hingga

mengering. 𝐿𝑆 = 1 −

𝑝𝑎𝑛𝑗𝑎𝑛𝑔 𝑠𝑒𝑡𝑒𝑙𝑎 ℎ 𝑚𝑒𝑛𝑔𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔 𝑝𝑎𝑛𝑗𝑎𝑛𝑔 𝑎𝑤𝑎𝑙

100%

Gambar 3.7. Mould Susut Linear

3.2.4. Indeks Konsistensi

(3.3)

Properti tanah yang paling penting dalam pengujian Batas Atterberg adalah Indeks Plastisitas, PI, yang didefenisikan sebagai: 𝑃𝐼 = 𝑤𝐿 − 𝑤𝑃

(3.4)

Indeks Kecairan, LI, didefenisikan sebaga

𝐿𝐼 =

𝑤 𝐿 −𝑤 𝑃

(3.5)

𝑃𝐼

Dimana w adalah kadar air pada sampel tanah.

Jika LI < 0

maka tanah akan beperikalu getas ketika mengalami geser.

Jika 0 < LI < 1

maka tanah akan berprilaku plastika ketika mengalami geser.

Jika LI ≥ 1

maka tanah akan sangat viscous ketika geser

3.5. Aktifitas Lempung

Aktifitas lempung berhubungan dengan air yang ditarik oleh permukaan tanah. Ketebalan tanah lempung yang menarik air adalah konstan dan tidak dipengaruhi oleh mineral lempung/ Lapisan penarik air sangat mempengaruhi derajat ekspansifitas tanah, atau reaktifitas tanah lempung. Skempton (1953) mengartikannya sebagai aktifitas, A, sebagai berikut:

𝐴 = %𝑏𝑒𝑟𝑎𝑡

𝑃𝐼

(3.6)

𝑡𝑎𝑛𝑎 ℎ 𝑙𝑜𝑙𝑜𝑠 2 𝑚

Jika A < 0.75

lempung tidak aktif

Jika0.75 < A< 1.25

lempung normal

Jika A>1.25

lempung aktif

4. SISTEM KLASIFIKASI UNIFIED SOIL (USCS)

Sistem klasifikasi yang menggunakan analisa ukuran butiran dan Batas Atterberg dapat digunakan untuk memahami perilaku mekanis tanah. USCS adalah sistem klasifikasi tanah yang populer digunakan.

USCS menggunakan empat kategori: coarse-grained soils: bongkahan,

kerakal, kerikil dan pasir; fine-grained soil: lanau dan lempung; organic soil dan peat. Masingmasing tanah diberi dua kode huruf. Huruf pertama menandakan jenis tanah, huruf kedua menandakan gradasinya atau kandungan butiran halusnya untuk kasus tanah berbutir kasar, atau plastisitas pada kasus tanah berbutir halus. Kode huruf diterangkan pada Tabel 4.1.

Tabel 4.1 Kode USCS

Kode huruf kedua, W, P, M, dan C digunakan pada tanah berbutir kasar (kerikil dan pasir), dan L dan H digunakan untuk tanah berbutir halus (lanau dan lempung) termasuk tanah organik. Sebagai contoh, GW adalah Gravel (kerikil) bergradasi baik, SP adalah sand (pasir) bergradasi buruk, GM adalah kerikil berlanau, SC adalah pasir berlempung, dan ML adalah lanau berplastisitas rendah, CH adalah lempung berplastisitas tinggi, Ol adalah tanah organik berplastisitas rendah dan Pt adalah tanah peat.

Prosedur klasifikasi tanah dalam kategori diaas diatur secara detail pada Tabel 4.2, dan Flow chart sistem klasifikasi diterangkan pada Gambar 4.1.

4.4. Plastisitas Tanah memiliki plastisitas rendah jika wL ≤ 35%, medium jika 35% ≤ wL ≤ 50%, dan berplastisitas tinggi jika wL > 50%.

Untuk menentukan apakah sampel tanah adalah lanau, lempung atau tanah organik, kita harus memplot Batas Atterberg pada Chart Plastisitas Casagrande, Gambar 4.2 dan Tabel 4.2. Jika plot di atas A-line, didefenisikan lempung, dan jika dibawah A-line dikategorikan lanau atau tanah organik. Perbedaan antara lanau dan tanah organik tergantung pada bau dan warna tanah. Tanah organik memiliki bau yang agak kurang sedap dan berwarna gelap.

Gambar 4.2. Chart Plastisitas Casagrande.

4.2. Klasifikasi Kedua Tanah

Jika antara 45% dan 55% sampel tanah tertahan pada 0.075 mm atau 2.36 mm saringan maka tanah termasuk butiran kasar dan juga halus (SC atau CL). Jika butir tertahan kasar lebih banyak dari dari 12% kandungan halus, kode huruf kedua bisa saja M atau C. Apakah M atau C tergantung dari plot Batas Atterberg

pada Chart Plastisitas. Contoh: kerikil dengan 12%

lempung diberi kode GC atau Clayey Gravel.

Jika antara 5% dan 12% butiran halus,. tanah diberi kode W atau P, tergantung ukuran butiran tanah dan koefisiennya. Contoh, kerikil gradasi baik dengan 8% lempung diberi kode GC atau Clayey Gravel.

Jika kandungan butiran halusnya kurang dari 5%, tanah diberi kode huruf W atau P, tergantung distribusi ukuran butiran dan koefisiennya. Contoh, kerikil bergradasi baik dengan lempung kurang dari 5% diberi kode GW atau Kerikil bergradasi baik dengan tras lempung.

Aturan ini sama dengan tanah berbutir halus. Sebagai contoh, tanah lanau dengan plastisitas tinggi dengan > 12% dan <50% akan diberi kode MH, lanau kepasiran. Sebaliknya, jika memiliki 3% pasir, akan diberi kode MH, lanau dengan plastisitas tinggi dengan trase pasir.

Gambar 4.2. Flow Chart USCT.

Tabel 4.2. USCS