SIFAT-SIFAT INDEKS DAN KLASIFIKASI TANAH

SIFAT-SIFAT INDEKS DAN KLASIFIKASI TANAH

3

3.1 Pendahuluan Sifat-sifat indeks (index properties) menunjukkan sifat-sifat tanah yang mengindikasikan jenis dan kondisi tanah, serta memberikan hubungan terhadap sifat-sifat mekanis (engineering properties) seperti kekuatan dan pemampatan atau kecenderungan untuk mengembang, dan permeabilitas. Pada umumnya, untuk tanah berbutir kasar (coarse-grained), sifat-sifat partikelnya dan derajat kepadatan relatif adalah sifat-sifat yang paling penting. Sedangkan, untuk tanah berbutir halus (fine-grained), konsistensi (keras atau lunak) dan plastisitas merupakan sifat-sifat yang paling berpengaruh. Perlu pula diketahui bahwa dalam kajian dan analisis untuk proyek konstruksi seringkali tidaklah begitu penting untuk mengetahui semua sifat-sifat indeks tanah. Data sifat-sifat tanah yang diperlukan bergantung pada informasi seberapa banyak data tersebut benar-benar dibutuhkan. Sebagai contohnya, analisis mineral lempung memerlukan alat khusus yang mana data ini tidak diperlukan langsung untuk perancangan fondasi, kecuali pada kondisi yang tertentu. Untuk tanah organik, kandungan bahan organic sangat penting untuk diketahui karena dapat mempengaruhi kekuatan dan pemampatan. Untuk semua tanah pada umumnya, gambaran tentang tanah hendaknya juga menyangkut warnanya. Warna ini dapat mengindikasikan komposisi mineral dan juga sangat berguna untuk menentukan keseragaman (homogeneity) endapan tanah serta dapat pula sebagai bantuan untuk identifikasi dan kaitannya selama konstruksi di lapangan.

3.2 Ukuran Partikel Tanah Untuk menentukan rentang ukuran partikel tanah yang biasanya dinyatakan dalam prosentase dari berat kering total dilakukan analisis secara mekanis (mechanical analysis). Ada dua metode yang umum digunakan untuk memberikan informasi ukuran partikel tanah, yaitu : (1) analisis saringan (sieving analysis), dan (2) analisis pengendapan (sedimentation atau hydrometer analysis). Analisis saringan biasanya digunakan untuk tanah berbutir kasar, sedangkan prosedur pengendapan digunakan untuk analisis tanah berbutir halus.

Pengantar Rekayasa Geoteknik

46

Sifat-Sifat Indeks dan Klasifikasi Tanah

3.2.1 Analisis Saringan Penyaringan merupakan metode yang biasanya secara langsung untuk menentukan ukuran partikel dengan didasarkan pada batas-batas bawah ukuran lubang saringan yang digunakan. Batas terbawah dalam saringan adalah ukuran terkecil untuk partikel pasir. Ukuran saringan yang umum digunakan untuk menentukan ukuran partikel tanah disajikan dalam Tabel 3.1. Tabel 3.1 Ukuran saringan yang biasanya digunakan untuk analisis ukuran partikel. ASTM Vol. 14.02 No. Saringan Ukuran (mm) ¾" 19,00 #4 4,76 5 4,00 6 3,36 7 2,83 8 2,38 10 2,00 12 1,68 14 1,41 16 1,19 18 1,00 20 0,841 25 0,707 30 0,595 35 0,500 40 0,420 45 0,354 50 0,297 60 0,250 70 0,210 80 0,177 100 0,149 120 0,125 140 0,105 170 0,088 200 0,074 230 0,063 270 0,053 325 0,044 400 0,037

BSI, BS-410 No. Saringan Ukuran (mm)

#5 6 7 8 10 12 14 16 18 22 25 30 36

3,353 2,812 2,411 2,057 1,676 1,405 1,204 1,003 0,853 0,699 0,599 0,500 0,422

44 52 60 72 85 100 120 150 170 200 240 300

0,353 0,295 0,251 0,211 0,780 0,152 0,124 0,104 0,089 0,076 0,066 0,053

Dalam analisis saringan, sejumlah saringan yang memiliki ukuran lubang berbeda-beda disusun dengan ukuran yang terbesar di atas yang 47


A.S. Muntohar

kecil (Gambar 3.1a). Contoh tanah yang akan diuji dikeringkan dalam oven, gumpalan dihancurkan dan contoh tanah akan lolos melalui susunan saringan setelah saringan digetarkan. Tanah yang tertahan pada masingmasing saringan ditimbang dan selanjutnya dihitung persentase dari tanah yang tertahan pada saringan tersebut. Bila Wi adalah berat tanah yang tertahan pada saringan ke-i (dari atas susunan saringan) dan W adalah berat tanah total, maka persentase berat yang tertahan adalah : W (3.1) % Berat tertahan pada saringan = i × 100% W dan persentase lebih kecil dari saringan ke-i : i=n

% Berat lebih kecil daripada saringan ke-i = 100 -

∑Wi

(3.2)

i =1

(a)

(b) Hidrometer

Larutan tanah – air

L

Endapan

(c) Gambar 3.1 (a) Analisis saringan (b) Analisis hidrometer, (c) Skema analisis hidrometer. 48



Kemudian, hasilnya digambarkan pada grafik persentase partikel yang lebih kecil dari pada saringan yang diberikan (partikel yang lolos saringan) pada sumbu vertical dan ukuran partikel pada sumbu horizontal (dalam skala logaritma). Grafik ini dinamakan dengan kurva distribusi ukuran partikel atau kurva gradasi seperti ditunjukkan pada Gambar 3.2.

100

Persen Lolos Saringan

80

60 Tanah A 40 Tanah B 20

0 10

1

0.1

0.01

0.001

Ukuran Partikel (mm) -- - skala Log

Gambar 3.2 Kurva distribusi ukuran partikel.

3.2.2 Analisis Hidrometer Proses penyaringan tidak dapat digunakan untuk tanah berbutir halus seperti lanau dan lempung karena ukuran partikelnya sangat kecil berupa koloid (colloid). Metode analisis di laboratorium yang biasa digunakan untuk menentukan distribusi ukuran tanah berbutir halus adalah pengujian hidrometer (Gambar 3.1b). Analisis hidrometer didasarkan pada prinsipprinsip pengendapan butiran tanah di dalam air. Bila contoh tanah terdipersi di dalam air, partikel-partikel mengendap dengan kecepatan yang berbeda-beda bergantung pada ukuran, berat, dan bentuk serta kekentalan (viscosity) air. Partikel-partikel yang lebih besar akan mengendap lebih cepat diikuti dengan partikel-partikel yang lebih kecil. Untuk memudahkan dalam analisis pengendapan ini partikel-partikel dianggap berbentuk bulat dan kecepatan partikel tanah dapat dinyatakan dengan hukum Stokes (Stokes' law), yaitu : ρ − ρw 2 ν= s D (3.3) 18η dimana, ν = kecepatan, 49


A.S. Muntohar

ρs = rapat masa partikel tanah, ρw = rapat masa air, η = kekentalan air, D = diameter partikel tanah. Hidrometer yang dimasukkan dalam larutan tanah-air akan tenggelam hingga gaya angkat (buoyancy force) cukup untuk menyeimbangkan berat hidrometer. Panjang hidrometer yang berada di atas larutan merupakan fungsi dari rapat masa (density), temperatur dan berat jenis dari larutan. Dari persamaan (3.3), 18ην 18ην L (3.4) = D= ρs − ρw ρs − ρw t

Panjang L = , dengan L ditentukan seperti pada Gambar 3.2. waktu t Dengan diketahuinya, ρs = Gsρw (3.5)

dimana, ν =

Kombinasi dari persamaan (4) dan (5) menghasilkan persamaan : 18ην L (3.6) D= (Gs − 1)ρ w t Jika satuan dari η adalah (g. sec)/cm2, ρw diambil sama dengan 1 g/cm3, L dalam cm, dan t dalam satuan menit (min), maka D dapat dinyatakan dalam satuan mm sehingga persamaan (3.6) ditulis menjadi : L D=K (3.7) t 18ην dengan K = merupakan konstanta fungsi dari Gs dan η yang (Gs − 1)ρ w dipengaruhi oleh temperatur. Nilai K disajikan dalam bentuk grafik dalam Gambar 3.3. Keandalan persamaan Stokes di atas untuk analisis tanah berbutir halus didasarkan anggapan-anggapan sebagai berikut : 1. Pengaruh tubrukan antar partikel dan dinding silinder pengendapan diabaikan. 2. Ukuran partikel cukup kecil untuk menjamin bahwa aliran dari larutan berada dalam zona aliran laminer. 3. Bentuk partikel yang sesungguhnya didekati dengan bentuk bulat yang memiliki permukaan halus.

50



0.016

G s = 2,45

0.015 Nilai K

G s = 2,50 G s = 2,55 0.014

G s = 2,60 G s = 2,80 G s = 2,75 G s = 2,70 G s = 2,65

0.013

0.012 15

18

21

24

27

30

o

Temperatur (t, C)

Gambar 3.3 Nilai konstanta K untuk analisis hidrometer.

Lu, Ristow dan Likos (2000) menyebutkan bahwa 2 anggapan pertama masih dapat dibenarkan dengan membuat suatu batasan kondisi selama pengujian. Anggapan pertama dapat dibenarkan dengan batasan bahwa jumlah tanah yang dicampur dengan 1000 cc air tidak lebih dari 50 g. Sedangkan pendekatan kedua dapat dilakukan dengan membatasi bahwa tanah yang digunakan dalam analisis hidrometer adalah yang memiliki ukuran partikel lebih kecil dari 75 µm. Namun, anggapan ketiga dalam persamaan Stokes ini tidak sesuai untuk pengujian hidrometer yang mana partikel dari mineral lempung sesungguhnya berbentuk lempengan (platy). Walaupun demikian, hasil dari analisis hidrometer ini telah cukup untuk keperluan geoteknik. Untuk pengukuran distribusi ukuran partikel yang lebih akurat, khususnya untuk tanah berbutir halus, dapat dilakuan analisis dengan metode yang lebih lengkap seperti metode difraksi laser atau metode SPOS (single particle optical sizing) seperti yang dikembangkan oleh White (2002). Dalam penelitiannya, White (2002) menemukan bahwa hasil analisis ukuran partikel menggunakan metode SPOS lebih besar 20 – 40% dibandingkan dengan metode analisis mekanis (saringan). 3.2.3 Kurva Distribusi Ukuran Partikel Untuk tanah yang merupakan campuran dari butir kasar dan halus, hasil analisis saringan dan hidrometer digambarkan dalam satu grafik seperti diberikan dalam Gambar 3.4. Pada saat hasil analisis ini digabungkan, 51


A.S. Muntohar

dimungkinkan terjadi ketidaksinambungan persentase ukuran partikel. Ketidaksinambungan ini terjadi dikarenakan partikel tanah berbentuk yang tak beraturan. Analisis saringan memberikan ukuran rata-rata partikel, sedangkan analisis hidrometer menunjukkan diameter ekivalen partikel bulat yang mengendap sebagaimana partikel tanah mengendap. Wen, Aydin, dan Duzgoren-Aydin (2002) menyebutkan bahwa ketidakseninambungan ini disebabkan oleh factor utama yaitu perbedaan rapat masa, bentuk dan mineralogi partikel tanah. Head (1992) menyarankan bahwa pembacaan awal hidrometer dapat diabaikan jika data tersebut tidak menghasilkan bentuk kurva distibusi partikel yang kontinyu. 100

Analisis Saringan Persentase Butir Lebih Kecil (%)

90

Analisis Hidrometer

80 70 60 50 40 30 20 10 0 100

10

D 60

1

0.1

D 30

0.01

D 10

0.001

Ukuran partikel (mm) Cobbles No.: 3"

Kasar

Halus

Kasar

Medium

Halus Lanau

Kerikil 3/4"

Lempung

Pasir #4

# 10

# 40

# 200

Analisis Hidrometer

Gambar 3.4 Kurva distribusi ukuran partikel — gabungan analisis saringan dan hidrometer.

Tanah yang terdapat di alam pada kenyataannya terdiri atas bermacammacam ukuran partikel. Kondisi ini menghasilkan bentuk distribusi ukuran partikel yang beragam. Bentuk kurva distribusi ukuran partikel tanah tergantung pada rentang dan jumlah dari variasi ukuran partikel contoh tanah yang diuji. Hal ini juga diperngaruhi oleh proses pembentukan tanah dan metode pengangkutannya. Gambar 3.5 menunjukkan bentuk-bentuk kurva distribusi ukuran partikel yang sering 52



dijumpai pada tanah pada umumnya. Tanah bergradasi baik (well-graded) memiliki rentang distribusi ukuran partikel yang relatif lebih luas yang mana menghasilkan kurva distribusi yang lurus dan panjang. Untuk tanah yang seragam (uniform soil), distribusi partikel-partikelnya memiliki ukuran yang relatif sama, sedangkan tanah yang bergradasi buruk (gapgraded atau poorly graded) memiliki distribusi ukuran partikel yang terputus yang mana tidak terdapat ukuran partikel antara butir kasar dan halus. Dengan demikian, pemilihan tanah yang digunakan untuk tujuan tertentu akan bergantung dari ragam partikel yang terkandung dalam tanah. Untuk kepentingan ini, terdapat dua definisi koefisien yang dapat memberikan petunjuk karakteristik tanah berdasarkan distribusi partikelnya, yaitu : koefisien keseragaman (uniformity coefficient), Cu, dan koefisien kelengkungan (coefficient of curvature), Cc.

Cu =

Persentase Butir Lebih Kecil (%)

Cc =

D60 D10

(3.8)

(D30 )2

(3.9)

D10 D60

100 90 80

Gradasi Seragam

70 60 50 Gradasi Buruk

40

Gradasi Baik

30 20 10 0 100

10

1

0.1

0.01

0.001

Ukuran partikel (mm)

Gambar 3.5 Bentuk-bentuk kurva distribusi ukuran partikel.

dimana D60, D30, D10 masing-masing menunjukkan bahwa masing-masing 60%, 30%, 10% partikelnya lebih kecil dari ukuran tertentu. Jika nilai D60 = 0,136 mm (lihat Gambar 3.4), berarti 60% dari berat partikel tanah memiliki diameter lebih kecil dari 0,136 mm, atau untuk nilai D10 = 3,7 µm artinya bahwa 10% partikel tanah berdiameter kurang dari 3,7 µm. 53


A.S. Muntohar

Tanah yang memiliki gradasi yang baik mempunyai nilai Cu > 4 (untuk tanah kerikil), Cu > 6 (untuk pasir), dan nilai Cc antara 1 – 3 (untuk kerikil dan pasir). Diameter D10 disebut juga sebagai diameter efektif tanah (effective size) yang mana terkait dengan kegunaan tanah sebagai filter. Diameter efektif ini sangat penting dalam pengaturan aliran air melalui tanah dan dapat menentukan perilaku mekanis tanah. Nilai D10 yang besar menunjukkan tanah lebih kasar dan memiliki karakteristik drainase yang baik. Diameter yang menunjukkan ukuran partikel yang lebih kecil, yaitu D15, juga sering digunakan sebagai criteria untuk filter tanah. Terzhagi, Peck dan Mesri (1996) memberikan kriteria untuk filter tanah yang efektif untuk mencegah hanyutnya filter tanah dan mencegah kecepatan aliran yang tinggi : D15 ( F ) D15( F ) < 4 dan >4 (3.10) D85 ( BS ) D15( BS ) dimana indek F menunjukkan filter dan BS menunjukkan tanah dasar. D50 menunjukkan ukuran diameter rata-rata tanah. Dalam perkembangannya, kurva distribusi ukuran partikel tanah dapat juga digunakan untuk memperkirakan kurva karakterisitik tanah-air (soilwater characteristic curve/SWCC) dari tanah tidak jenuh (unsaturated soil). Dalam hal ini Fredllund, Wilson, dan Fredllund (2002) menyebutkan bahwa perkiraan SWCC dari kurva distribusi ukuran partikel memberikan hasil yang sangat baik untuk pasir dan lanau, sedangkan untuk tanah lempung dan loam agak sulit untuk diperkirakan. Contoh 3.1. Hasil dari analisis saringan diberikan sebagai berikut : No. Saringan (ASTM) #4 10 20 40 60 80 100 200 Pan

Masa tanah tertahan pada saringan (g) 0 40 60 89 140 122 210 56 12

Gambarkan kurva distribusi ukuran partikel, dan tentukan D10, D30, D60, Cu dan Cc. 54



Penyelesaian Untuk membuat kurva distribusi ukuran partikel, dihitung dulu persen butir tanah yang lebih kecil : No. Saringan #4 10 20 40 60 80 100 200 Pan

Ukuran partikel (mm) 4,75 2 0,85 0,425 0,25 0,18 0,15 0,075

Masa tanah tertahan pada saringan (g) 0 40 60 89 140 122 210 56 12

Jumlah kumulatif masa tertahan pada saringan (g) 0 (+) 40 (+) 100 189 329 451 661 717 ΣM = 729

Persen lolos saringan (g) 100,0 94,5 86,3 74,1 54,9 38,1 9,3 1,6 0

Persen Butir Lebih Kecil (%)

100 90

D 60 = 0.27 mm D 30 = 0.18 mm D 10 = 0.15 mm

80 70 60 50 D 60

40 30 20

D 30

10 0 10

1

D 10

0.1

0.01

Ukuran Partikel (mm)

Gambar 3.6 Kurva distribusi ukuran partikel untuk Contoh 1.

Jumlah kumulatif masa tanah yang tertahan pada saringan ke-i (misalnya saingan No. 10) dihitung : ΣM(#10) = M(#4) + M(#10) = 0 + 40 = 40 g dan pada saringan No. 20 : ΣM(#20) = ΣM(#10) + M(#20) = 40 + 60 = 100 g, dan seterusnya untuk No. saringan lainnya.

55


A.S. Muntohar

Persen masa tanah yang lolos saringan atau persen butir lebih kecil dari ukuran diameter terentu (misalnya 4,75 mm), dihitung : M− M (# 4 ) 729 − 0 × 100 = × 100 = 100% F(#4) (%) 729 M

∑

∑ ∑

dan persen masa tanah yang lolos saringan No. 10 : M− M (# 10 ) 729 − 40 F(#10) (%) × 100 = × 100 = 94,5% 729 M

∑

∑ ∑

Dan demikian seterusnya untuk masa tanah yang lolos saringan berikutnya. Dan hasil dari penghitungan digambarkan menjadi kurva seperti pada Gambar 3.7. Dari kurva pada Gambar 3.7 diketahui ukuran diameter butir D10 = 0,15 mm, D30 = 0,18 mm, dan D60 = 0,27 mm. Dengan menggunakan persamaan (8) dan (9) diperoleh nilai Cu dan Cc :

D 0 ,27 Cu = 60 = = 1,8 dan D10 0 ,15

Cc =

(D30 )2

D10 D60

( 0 ,18 )2 = = 0,8 (0 ,15 )(0 ,27 )

Contoh 3.2. Hasil dari analisis saringan (Bristish Standard) sebagai berikut : Ukuran Saringan, mm (BS) 37,5 28 20 14 10 6,3 3,35 2,00

Masa tanah tertahan (g) 0,00 0,03 0,02 0,00 0,03 0,50 0,30 1,30

Ukuran Saringan, mm (BS) 1,18 0,600 0,425 0,300 0,212 0,150 0,063 Pan

Masa tanah tertahan (g) 1,22 1,80 2,65 2,10 1,87 1,24 8,00 28,85

Dan hasil dari analisis hidrometer diberikan sebagai berikut : Ukuran Partikel, mm 0,04815 0,03988 0,03478 0,02509 0,01809 0,01346 0,00969 56

Persentase lebih kecil (%) 51,68 48,43 46,80 41,93 37,05 32,18 27,30

Ukuran Partikel, mm 0,00702 0,00504 0,00362 0,00250 0,00140 0,00100

Persentase lebih kecil (%) 20,80 15,93 11,05 6,18 2,93 1,30



Gambarkan kurva distribusi ukuran partikel, dan tentukan D10, D30, D60, Cu dan Cc. Penyelesaian Untuk membuat kurva distribusi ukuran partikel, dihitung dulu persen butir tanah yang lebih kecil dari hasil analisis saringan dengan cara yang sama seperti pada Contoh 3.1 di atas : Ukuran Saringan (mm) 37,5 28 20 14 10 6,3 3,35 2,00 1,18 0,600 0,425 0,300 0,212 0,150 0,063 Pan

Masa tanah tertahan (g) 0,00 0,03 0,02 0,09 0,03 0,50 0,30 1,30 1,22 1,80 2,65 2,10 1,87 1,24 8,00 28,85

Jumlah kumulatif masa tertahan (g) 0,00 0,03 0,05 0,14 0,17 0,67 0,97 2,27 3,49 5,29 7,94 10,04 11,91 13,15 21,15 ΣM = 50,00

Persen lolos saringan (g) 100,00 99,94 99,90 99,72 99,66 98,66 98,06 95,46 93,02 89,42 84,12 79,92 76,18 73,70 57,70

Kombinasi antara analisis saringan dan analisis hidrometer digambarkan kurva distribusi partikel yang disajikan pada Gambar 3.8. Dari kurva pada Gambar 8 diketahui ukuran diameter butir D10 = 0,0034 mm, D30 = 0,013 mm, dan D60 = 0,085 mm. Dengan menggunakan persamaan (3.8) dan (3.9) diperoleh nilai Cu dan Cc :

(D30 )2 D60 ( 0 ,085 0 ,013 )2 Cu = = = 25, dan Cc = = = 0,58 D10 0 ,0034 D10 D60 (0 ,0034 )(0 ,085 )

57


A.S. Muntohar

Persen Butir Lebih Kecil (%)

100 D 60 = 0.085 mm D 30 = 0.013 mm D 10 = 0.0034 mm

90 80 70 60 50 D 60

40 30

D 30

20 10 0 100

10

1

0.1

0.01

D 10

0.001


Gambar 3.7 Kurva distribusi ukuran partikel untuk Contoh 3.2.

3.3 Plastisitas Tanah Berbutir Halus Tanah berbutir halus yang mengandung mineral lempung atau bahan organik dapat berubah bentuk menyesuaikan dengan kadar air tanpa mengalami retak-retak. Kondisi ini dikenal dengan plastisitas yaitu kemampuan tanah dalam menyesuaikan perubahan bentuk atau volume tanpa terjadinya retak-retak yang disebabkan oleh penyerapan air di sekeliling permukaan partikel lempung. Pada kadar air yang sangat rendah, tanah menjadi padat (solid). Sedangkan pada kadar air yang sangat tinggi, tanah dan air mengalir seperti cairan (liquid). Oleh karena itu, berdasarkan perilaku ini, tergantung pada kadar air, perilaku tanah dapat dibagi dalam empat keadaan yaitu padat (solid), agak padat (semisolid), plastis (plastic), dan cair (liquid) seperti diilustrasikan pada Gambar 3.8. Bila pada tanah yang berada pada kondisi cair (titik P) kemudian kadar airnya berkurang hingga titik Q, maka tanah menjadi lebih kaku dan tidak lagi mengalir seperti cairan. Kadar air pada titik Q ini disebut dengan batas cair (liquid limit) yang disimbolkan dengan LL. Bila tanah terus menjadi kering hingga titik R, tanah yang dibentuk mulai mengalami retak-retak yang mana kadar air pada batas ini disebut dengan batas plastis (plastic limit), PL. Rentang kadar air dimana tanah berada dalam kondisi plastis, antara titik Q dan R, disebut dengan indek plastisitas (plasticity index), PI, yang dirumuskan : 58



PI = LL – PL

(3.10)

Padat getas

Agak padat

Padat-plastis

Cair

Volume tanah total

P Q R

S

SL

PL

LL

Kadar air

Gambar 3.8 Variasi volume dan kadar air pada kedudukan batas cair, batas plastis, dan batas susut.

Jika kadar air tanah terus berkurang hingga ke titik S, tanah menjadi keringdan berada dalam kondisi padat. Dalam kondisi ini, berkurangnya kadar air tidak menyebabkan terjadinya perubahan volume. Kadar air yang mana tanah berubah dari kondisi agak padat menjadi padat dinamakan dengan batas susut (shrinkage limit), SL. Batas cair ini merupakan salah satu parameter yang dapat digunakan untuk mengetahui kemampuan kembang-susut tanah. Batas kadar air yang mengakibatkan perubahan kondisi dan bentuk tanah dikenal pula sebagai batas-batas konsistensi atau batas-batas Atterberg (yang mana diambil dari nama peneliti pertamanya yaitu A. Atterberg pada tahun 1913). Pada kebanyakan tanah di alam, berada dalam kondisi plastis. Kadar air yang terkandung dalam tanah berbeda-beda pada setiap kondisi tersebut yang mana bergantung pada interaksi antara partikel mineral lempung. Bila kandungan air berkurang maka ketebalan lapisan kation akan berkurang pula yang mengakibatkan bertambahnya gaya-gaya tarik antara partikel-partikel. Untuk suatu tanah yang berada dalam kondisi plastis, besarnya gaya-gaya antar partikel harus sedemikian rupa sehingga partikel-partikel tidak mengalami pergeseran satu dengan lainnya yang mana ditahan oleh kohesi dari masing-masing partikel. Perubahan kadar air disamping menyebabkan perubahan volume tanah, juga mempengaruhi kekuatan tanah yang mana akan berbeda-beda pada setiap kondisi tanahnya. Pada kondisi cair, tanah memiliki kekuatan yang sangat rendah dan terjadi deformasi yang sangat besar. Namun sebaliknya, kekuatan tanah menjadi sangat besar dan mengalami deformasi yang sangat kecil dalam kondisi padat. 59


A.S. Muntohar

Untuk mengukur kekuatan tanah berdasarkan batas-batas konsistensi dikenal suatu parameter yaitu indek cair (liquidity index), LI, dimana : w − PL LI = N (3.11) PI Dimana, wN = kadar air tanah asli di lapangan, PL = batas plastis tanah, PI = indek plastisitas tanah. Jadi, untuk lapisan tanah asli yang pada kedudukan plastis, nilai LL > wN > PL. Nilai indeks cair akan bervariasi antara 0 dan 1. Lapisan tanah asli dengan wN > LL akan mempunyai LI > 1. Tabel 3.2 menyajikan uraian tentang keadaan umum kekuatan tanah berdasarkan nilai indek cair. Tabel 3.2 Karakeristik kekuatan tanah pada beberapa nilai indek cair. Nilai Indek Cair LI < 0 0 < LI < 1 LI > 1

Karakteristik Kekuatan Tanah Kondisi tanah agak padat, memiliki kekuatan tinggi dan bersifat getas (brittle). Tanah berada pada kondisi plastis, memiliki kekuatan yang sedang dan mengalami deformasi seperti bahan plastis. Tanah berada pada kondisi cair, memiliki kekuatan yang sangat rendah dan mengalami deformasi seperti halnya bahan cair yang kental (viscous fluid)

Plastisitas tanah pada dasarnya disebabkan karena penyerapan air disekeiling partikel lempung ke permukaan partikel. Oleh karena itu, jenis mineral lempung dan persentase partikelnya dalam tanah akan mempengaruhi batas cair dan plastis tanah. Persamaan (3.12) memberikan hubungan antara sifat plastisitas (yang ditunjukkan dengan nilai indek plastisitas) dengan kandungan partikel ukuran lempung (clay-size). Oleh Skempton (1953), hubungan ini disebut dengan activity (A). PI (3.12) A= (% Fraksi partikel ukuran lempung ) Seed, Woodward dan Lundgren (1964) mengkaji sifat plastisitas untuk beberapa campuran tanah (lempung dan pasir). Hasil penelitian ini menyimpulkan bahwa meskipun hubungan indek plastisitas dan kandungan partikel ukuran lempung adalah linear [Persamaan (3.12)] namun tidak selalu berpotongan pada titik awalnya (0,0). Oleh karenanya, persamaan (3.12) didefinisikan kembali menjadi : PI (3.13) A= (% Fraksi partikel ukuran lempung ) − C' 60



dimana C' adalah suatu konstanta untuk tanah yang diuji. Untuk hasil pengujian tanah yang dilakukan oleh Seed, Woodward dan Lundgren (1964) diperoleh nilai C' = 9. Gambar 3.9 memberikan hubungan dari persamaan (3.12) dan (3.13).

100

A = 2,0

A = 1,5

Indek Plastisitas (%)

80

A = 1,0 60

40

A = 0,5 A = 0,5 (Seed, et. al, 1964)

20

0 0

20

40

60

80

100

Persentase partikel ukuran lempung (< 2 mm)

Gambar 3.9 Hubungan indek plastisitas dan partikel ukuran lempung.

3.4 Penentuan Batas Cair Batas cair tanah berbutir halus dapat ditentukan dengan pengujian Casagrande dan kerucut penetrasi (cone penetration). Gambar 3.10 menunjukkan alat uji batas cair (metode Casagrande) dan perlengkapannya.

(a)

(b)

Gambar 3.10 Alat uji batas cair (a) Metode Casagrande, (b) Cone Penetrometer.

61


A.S. Muntohar

3.4.1 Metode Casagrande Bagian utama alat uji ini terdiri atas cawan (bowl) dan bantalan karet yang keras (rubber base). Secara skematik, uji batas cair metode Casagrande ditunjukkan pada Gambar 3.11. Cawan 46,8 27

8

54 2 mm

11

Pasta tanah Pemutar

(b)

celah, tertutup

Bantalan karet

(a) 11

(d) 8

2 mm

celah

(c) 12,7

Gambar 3.11 Skema uji batas cair metode Casagrande (a) susunan alat uji batas cair, (b) grooving tool, (c) pasta tanah sebelum pengujan, (d) pasta tanah sesudah pengujian.

Untuk melakukan uji batas cair, sejumlah pasta tanah (tanah yang dicampur rata dengan air) ditempatkan ke dalam cawan. Selanjutnya, pasta tanah yang telah diratakan dibagi menjadi dua bagian terbentuk celah antara dua bagian dengan menggunakan alat pembuat alur (grooving tool) yang standar (Gambar 3.11b). Dengan menggunakan tangkai pemutar, cawan akan terangkat setinggi 10 mm dan jatuh dengan 2 putaran per detiknya. Jumlah pukulan yang menyebabkan tertutupnya celah sepanjang 12,7 mm (0,5 in) (Gambar 3.11c) dicatat dan contoh tanah diambil guna diuji kadar airnya. Kadar air yang diperlukan untuk menutup celah sepanjang 12,7 mm pada 25 kali pukulan didefinisikan sebagai batas cair. Dalam praktek, cukup sulit mengatur agar celah dapat tertutup pada 25 kali pukulan hanya dengan satu kali pengujian. Oleh 62



karena itu, setidaknya diperlukan tiga hingga empat data lagi dengan kondisi kadar air yang berbeda-beda dan jumlah pukulan antara 15 – 35. Hubungan antara kadar air dan jumlah pukulan ini selanjutnya digambarkan dalam grafik semi-logaritma, seperti ditunjukkan dalam Gambar 3.12. Dari pasangan data tersebut ditarik suatu hubungan linear yang terbaik (best-fit straight line) yang disebut dengan flow curve. Kadar air pada jumlah pukulan 25 yang dihasilkan dari flow curve ini selanjutnya ditetapkan sebagai batas cair tanah. Kemiringan garis lurus dalam flow curve, selanjutnya didefinisikan sebagai flow index (FI) yang ditulis sebagai : w − w2 FI = 1 (3.14)  N2   log  N  1 Dimana, w1 dan w2 masing-masing adalah kadar air pada jumlah pukulan N1 dan N2.

Kadar Air, w (%)

100 80

Flow curve

60

Batas Cair, LL 40 20 0 10

15

20

25

30 35 40 45 50

Jumlah Pukulan, N

Gambar 3.12 Kurva batas cair tanah Metode Casagrande.

Penentuan batas cair dengan metode Casagrande ini memiliki banyak kelemahan sebagaimana dinyatakan sendiri dalam Casagrande (1958). Sherwood dan Riley (1970) setidaknya mengidentifikasi keterbatasan metode tersebut yaitu : (1) pada beberapa jenis tanah, teruatam yang mengandung sedikit pasir halus, terdapat kesulitan dalam membuat alur yang membagi dua bagian pasta tanah, (2) bila tanah yang memiliki plastisitas rendah tidak menutup celah secara plastis, namun cenderung runtuh dan menjadi cair (liquefy) karena getaran dalam cawan sebagai 63


A.S. Muntohar

akibat dari gaya dinamis, (3) sangat dipengaruhi oleh kemampuan orang yang melakukan terutama untuk memastikan apakah celah telah tertutup atau belum. 3.4.2 Metode Cone Penetrometer Metode cone penetrometer atau fall cone ini telah banyak digunakan untuk menentukan batas cair yang merupakan standar pengujian dari Bristish Standard – BS1377 : 1990. Dalam metode ini, bagian kerucut memiliki kemiringan sudut 30o dengan total masanya 80 g (Gambar 3.10b). Kerucut ini kemudian dijatuhkan secara bebas, dengan kerucut pada awalnya menyentuh permukaan tanah dalam cawan, hingga menembus tanah dalam selang waktu 5 detik. Secara skematik penentuan batas cair metode ini ditunjukkan dalam Gambar 13. Kadar air contoh tanah yang menunjukkan pembacaan kedalaman kerucut yang masuk ke tanah (d) sebesar 20 mm didefinisikan sebagai batas cair. Penolok ukur (dial gauge)

30o

Kerucut 80 g

35

Cawan d

Pasta tanah

40

55 mm

(a)

(b)

(c)

Gambar 3.13 Skema uji batas cair metode Cone Penetrometer (a) susunan alat uji, (b) posisi sebelum pengujian, (c) posisi sesudah pengujian.

Pada prakteknya, penentuan batas cair dalam satu kali pengujian adalah cukup sulit. Oleh karenanya, dilakukan empat atau lebih pengujian dengan kadar air contoh tanah yang berbeda-beda sehingga diperoleh pasangan data kedalaman kerucut dan pada setiap kadar air. Data ini kemudian digambarkan dalam grafik seperti ditunjukkan dalam Gambar 3.14. Hubungan linear yang terbaik dari data tersebut menunjukkan flow index, yang mana : 64



d 2 − d1 (3.15) w2 − w1 Dimana w1 dan w2 masing-masing adalah kadar air pada kedalam kerucut d1 dan d2. Kadar air yang menunjukkan pembacaan kedalaman kerucut, d = 20 mm selanjutnya ditentukan sebagai batas cair. Dalam BS-1377 : 1990 disarankan bahwa kadar air contoh tanah hendaknya sedemikianrupa sehingga pembacaan kedalaman kerucut berada dalam rentang 15 – 25 mm. FI =

Kadar Air, w (%)

80

60

Batas Cair, LL 40

Flow curve

20

0 10

15

20

25

30

Kedalaman Kerucut, d (mm) - skala log

Gambar 3.14 Kurva batas cair tanah Metode Cone Penetrometer.

3.5 Penentuan Batas Plastis Batas plastis didefinisikan sebagai kadar air yang mana tanah mengalami retak-retak bila digulung dengan jari-jari tangan menjadi diameter ±3 mm. Batas plastis merupakan batas terendah dari kondisi plastis tanah. Batas plastis dapat ditentukan dengan pengujian yang sederhana dengan cara menggulung sejumlah tanah (Gambar 3.15) dengan menggunakan tanah secara berulang menjadi bentuk ellipsoidal. Kadar air contoh yang tanah yang mana tanah mulai retak-retak didefinisikan sebagai batas plastis. Stone & Phan (1995) menyebutkan bahwa penentuan batas plastis dengan menggunakan metode seperti diuraikan di atas mempunyai beberapa kekurangan. Hal ini disebabkan kesulitan dalam mengontrol (1) pemberian tekanan selama penggulungan dengan tangan, (2) bidang kontak antara tangan dan tanah yang digulung, (3) gesekan antara tanah, tangan dan landasan, (4) kecepatan dalam menggulung. 65


A.S. Muntohar

(a)

(c)

(b)

Gambar 3.15 Pengujian batas plastis (a) tahap awal pengujian, (b) hasil setelah digulung dengan diameter ±3 mm, (c) tanah retak-retak.

Gambar 3.16 Penentuan batas plastis dengan Cone Penetrometer (Wroth & Wood, 1978)

Beberapa kajian tentang penggunaan metode fall-cone atau cone penetrometer untuk menentukan batas cair tanah telah banyak dilakukan (Wroth & Wood, 1978; Harisson, 1988; Feng, 2000). Wroth dan Wood (1978) mendefinisikan batas plastis tanah lempung Cambridge Gault dengan menggunakan dua kerucut yang memiliki berat yang berbeda yaitu 0,78 N dan 2,35 N. Prosedur pengujiannya seperti pada pengujian batas cair. Selisih kadar air pada pembacaan kedalaman kerucut d = 20 mm untuk kedua kerucut didefinisikan sebagai indek plastisitas (Gambar 3.16). Batas plastis ditentukan dengan persamaan (3.16) :     2∆w (3.16) PL =  LL −  = LL − 4 ,2∆w m   2   log 10  m1     66



Gambar 3.17 Batas plastis tanah menggunakan BS Cone Penetrometer (Harisson, 1988).

Harison (1988) memberikan definisi batas plastis sebagai kadar air pada pembacaan kedalaman kerucut d = 2 mm (Gambar 3.17). Sedangkan Feng (2000) mendefinisikan batas plastis ditentukan pada pembacaan kedalaman kerucut antara 2–3 mm. Selanjutnya, Feng (2001) memberikan cara untuk menetapkan batas plastis pada kedalaman kerucut d = 2 mm melalui model linear log d – log w. Sharma dan Bora (2003) melakukan pengujian batas plastis dengan menggunakan berat kerucut 30o sebesar 3,92 N. Batas plastis ditentukan pada kadar air yang menunjukkan kedalaman kerucut d = 4,4 mm. Sridharan, Nagaraj, dan Prakash (1999), dalam hasil penelitiannya, memberikan suatu hubungan antara flow index, yang diperoleh dari pengujian batas cair, dengan indek plastisitas seperti diberikan pada persamaan (3.17) dan (3.18). Metode Casagrande : PI = 4.12FI (%) (3.17) Dan, Metode Cone Penetrometer : PI = 0,74FI (%) (3.18) Muntohar (2005) melakukan uji batas plastis dengan menggunakan BScone penetrometer dan menyimpulkan bahwa nilai kedalaman kerucut pada batas plastis adalah dPL = 2,2 mm (Gambar 3.18). Nilai ini lebih dekat dengan hasil yang diperoleh Harison (1988( dan Feng (2000)

67


A.S. Muntohar

1.4

28 pairs of Data Best-fit curve (Non Linear)

Liquidity Index (LI)

1.2

Liquid Limit

1.0 0.8 0.6 0.4

dPL

0.2

dLL

Plastic Limit

0.0 1

2

3

4

5 6 7 8 910

20

30

Depth of Penetration (d, mm)

Gambar 3.18 Batas plastis tanah menggunakan BS Cone Penetrometer (Muntohar, 2005).

(a)

(b)

Gambar 3.19 Pengujian batas susut tanah (a) sebelum pengeringan, (b) setelah kering oven.

3.6 Penentuan Batas Susut Batas susut didefinisikan sebagai kadar air yang mana masa tanah tidak mengalami perubahan volume bila kadar air berkurang. Batas susut ditentukan dengan cara menempatkan sejumlah masa tanah, m1, dalam cawan porselin dengan ukuran diameter 44, 5mm dan tinggi 12,5 mm, dan kemudian dikeringkan dalam oven hingga terjadi pengurangan volume (Gambar 3.18). Volume tanah kering ditentukan dengan cara menuangkan air raksa agar menempati ruang-ruang kosong pada tanah akibat penyusutan. Masa air raksa dapat dihitung dan pengurangan volume

68



akibat penyusutan dapat dihitung dari rapat masa air raksa yang telah diketahui. Batas susut selanjutnya dihitung dari persamaan (3.19).

 m − m2   V1 − V2    ρ w  × 100  −  SL =  1 (19) m m 2 2      Dimana, m1 dan m2 masing-masing adalah masa tanah basah dan masa tanah kering oven, V1 dan V2 merupakan volume tanah basah dan volume tanah kering setelah dimasukkan dalam oven, dan ρw adalah rapat masa air. Paramater lain yang dapat diperoleh dari pengujian batas susut adalah angka penyusutan (shrinkage ratio), yang mana merupakan perbandingan antara perubahan volume tanah sebagai persentase dari volume kering terhadap perubahan kadar air. Dimana :

 ∆V   V1 − V2      V2  V2  m2   SR = = =  m1 − m2   ∆Vρ w  V2 ρ w     m m 2 2     Dengan, ∆V adalah perubahan volume tanah.

(3.20)

3.7 Grafik Plastisitas Tanah Batas plastis dan batas cair ditentukan dengan pengujian yang sederhana di laboratorium yang mana merupakan parameter yang penting diketahui untuk tanah berbutir halus atau tanah kohesif. Hasil dari pengujian ini sangat sering digunakan untuk menghubungkan dengan parameter fisis tanah seperti identifikasi dan klasifikasi tanah. Gambar 3.19 memberikan hubungan antara batas cair dan indek plastisitas tanah, yang mana dikenal dengan grafik plastisitas (plasticity chart) Casagrande. Hal yang penting dalam grafik plastisitas ini adalah garis pembagi (Garis-A) yang membedakan derajat plastisitas dari tanah menjadi plastisitas tinggi dan rendah. Garis-A memiliki persamaan garis lurus : PI = 0,73(LL – 20). Garis-A ini memisahkan antara lempung inorganik dan lanau inorganik. Lempung inorganik akan berada di atas garis-A, dan lanau inorganik berada di bawah garis-A. Lanau organik berada dalam bagian yang sama (dibawah garis-A dan dengan LL berkisar antara 30 – 50%) yang mana merupakan lanau inorganik dengan derajat pemampatan sedang. Lempung organic berada dalam bagian yang sama dimana memiliki derajat pemampatan yang tinggi (dibawah garis-A dan LL lebih besar dari 50%). Selain garis-A, terdapat pula garis-U (U-line) 69


A.S. Muntohar

yang merupakan batas atas dari hubungan antara indek plastisitas dan batas cair untuk suatu tanah. Garis-U mengikuti persamaan garis lurus : PI = 0,9(LL – 8).

60 Lempung inroganik, plastisitas tinggi

Indek Plastisitas, PI (%)

50

Garis-U

Lempung inroganik, plastisitas sedang

40 30

Lempung inroganik, plastisitas rendah

20

T anah nonkohesif

Garis-A Lanau inroganikpemampatan tinggi, dan lempung organik Lanau inroganikpemampatan sedang, dan lanau organik

10

Lanau inroganikpemampatan rendah

0 0

20

40

60

80

100

Batas Cair, LL (% )

Gambar 3.20 Grafik Plastisitas Casagrande.

Grafik plastisitas yang diberikan oleh BS sedikit berbeda dengan grafik yang diusulkan oleh Casagrande (yang mana telah dicantumkan dalam ASTM) seperti disajikan dalam Gambar 20. Namun, pada dasarnya grafik plastisitas baik oleh ASTM dan BS didasarkan pada contoh tanah dengan ukuran partikel < 425 µm.

Gambar 3.21 Grafik plastisitas British Standard (BS 5930 : 1990)

70



Gambar 3.22 Grafik plastisitas Al-Shayea (2001).

Dalam perkembangan penelitian di bidang mekanika tanah, terdapat banyak penelitian yang mengkaji keandalan grafik plastisitas Casagrande. Al-Shayea (2001) dan Polidori (2003) menyebutkan bahwa grafik plastisitas Casagrande ditentukan secara empiris tanpa memperhatikan kandungan lempung dalam tanah. Pada kenyataannya seperti diuraikan dalam paragraf-paragraf sebelumnya, kandungan fraksi lempung dalamtanah sangat mempengaruhi plastisitas tanah. Untuk itu, Al-Shayea (2001) memberikan perubahan grafik plastisitas Casagrande dengan menambahkan informasi tentang kandungan lempung seperti ditunjukkan pada Gambar 3.21. Polidori (2003) memberikan suatu grafik plastisitas baru (Gambar 3.22), terutama tentang pembagian antara zona lanau dan lempung. Garis pembagi ini disebut dengan garis-C (C-line). Dalam grafik plastisitas Polidori, garis-0,5C (0.5C-line) merupakan pendekatan dari garis-A dalam grafik plastisitas Casagrande. Perbedaan yang terlihat dari grafik plastisitas pada Gambar 3.20 dan 3.22 adalah letak zona lanau dan lempung, yang mana dalam Gambar 3.22, zona lanau terletak diatas zona lempung. Hal ini berbeda dengan pembagian zona lanau dan lempung dalam grafik plastisitas Casagrande.

71


A.S. Muntohar

Gambar 23 Grafik plastisitas Polidori (2003)

3.8 Sistem Klasifikasi Tanah Sistem klasifikasi tanah dibuat pada dasarnya untuk memberikan informasi tentang karakteristik dan sifat-sifat fisis tanah. Karena variasi sifat dan perilaku tanah yang begitu beragam, sistem klasifikasi secara umum mengelompokan tanah ke dalam kategori yang umum dimana tanah memiliki kesamaan sifat fisis. Sistem klasifikasi bukan merupakan sistem identifikasi untuk menentukan sifat-sifat mekanis dan geoteknis tanah. Karenanya, klasifikasi tanah bukanlah satu-satunya cara yang digunakan sebagai dasar untuk perencanaan dan perancangan konstruksi. Pada awalnya, metode klasfikasi yang banyak digunakan adalah pengamatan secara kasat-mata (visual identification) melalui pengamatan tekstur tanah. Selanjutnya, ukuran butiran tanah dan plastisitas digunakan untuk identifikasi jenis tanah. Karakteristik tersebut digunakan untuk menentukan kelompok klasifikasinya. Sistem klasifikasi tanah yang umum digunakan untuk mengelompokan tanah adalah Unfied Soil Clasification System (USCS). Sistem ini didasarkan pada sifat-sifat indek tanah yang sederhana seperti distribusi ukuran butiran, batas cair dan indek plastisitasnya. Disamping itu, terdapat sistem lainnya yang juga dapat digunakan dalam identifikasi tanah seperti yang dibuat oleh American Association of State Highway and Transportation Officials Classfication (AASHTO), British Soil Classification System (BSCS), dan United State Department of Agriculture (USDA). 72



3.8.1 Klasifikasi Tanah Menurut USCS Klasifikasi tanah sistem ini diajukan pertama kali oleh Casagrande dan selanjutnya dikembangkan oleh United State Bureau of Reclamation (USBR) dan United State Army Corps of Engineer (USACE). Kemudian American Society for Testing and Materials (ASTM) telah memakai USCS sebagai metode standar guna mengklasifikasikan tanah. Dalam bentuk yang sekarang, sistem ini banyak digunakan dalam berbagai pekerjaan geoteknik. Dalam USCS, suatu tanah diklasifikasikan ke dalam dua kategori utama yaitu : 1. Tanah berbutir kasar (coarse-grained soils) yang terdiri atas kerikil dan pasir yang mana kurang dari 50% tanah yang lolos saringan No. 200 (F200 < 50). Simbol kelompok diawali dengan G untuk kerikil (gravel) atau tanah berkerikil (gravelly soil) atau S untuk pasir (sand) atau tanah berpasir (sandy soil). 2. Tanah berbutir halus (fine-grained soils) yang mana lebih dari 50% tanah lolos saringan No. 200 (F200 ≥ 50). Simbol kelompok diawali dengan M untuk lanau inorganik (inorganic silt), atau C untuk lempung inorganik (inorganic clay), atau O untuk lanau dan lempung organik. Simbol Pt digunakan untuk gambut (peat), dan tanah dengan kandungan organik tinggi. Simbol lain yang digunakan untuk klasifikasi adalah W untuk gradasi baik (well graded), P  gradasi buruk (poorly graded), L  plastisitas rendah (low plasticity) dan H  plastisitas tinggi (high plasticity). Selanjutnya, tanah diklasifikasikan dalam sejumlah kelompok dan subkelompok yang dapat dilihat dalam Tabel 3.3 dan 3.4.

60

Indek Plastisitas, PI (%)

CH/OH

Garis-U

50 40

Garis-A 30 CL/OL

20 CL-ML

MH/OH

10 ML/OL 0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Batas Cair, LL (% ) 73


A.S. Muntohar

Gambar 3.24 Grafik Plastisitas untuk klasifikasi tanah USCS.

3.8.2 Sistem Klasifikasi AASHTO Sistem klasifikasi AASHTO berguna untuk menentukan kualitas tanah guna pekerjaan jalan yaitu lapis dasar (subbase) dan tanah dasar (subgrade). Karena sistem ini ditujukan untuk pekerjaan jalan tersebut, maka penggunaan sistem ini dalam prakteknya harus dipertimbangkan terhadap maksud aslinya. Sistem ini membagi tanah ke dalam 7 kelompok utama yaitu A-1 sampai dengan A-7. Tanah yang terklasifikasikan dalam kelompok A-1, A-2, dan A-3 merupakan tanah granuler yang memiliki partikel yang lolos saringan No. 200 kurang dari 35%. Tanah yang lolos saringan No. 200 lebih dari 35% diklasifikasikan dalam kelompok A-4, A-5, A-6, dan A-7. Tanah-tanah dalam kelompok ini biasanya merupakan jenis tanah lanau dan lempung. Sistem klasifikasi menurut AASHTO disajikan dalam Tabel 5 yang mana didasarkan pada kriteria sebagai berikut ini : 1. Ukuran partikel a. Kerikil : fraksi yang lolos saringan ukuran 75 mm (3 in) dan tertahan pada saringan No. 10. b. Pasir : fraksi yang lolos saringan No. 10 (2 mm) dan tertahan pada saringan No. 200 (0,075 mm). c. Lanau dan lempung : fraksi yang lolos saringan No. 200. 2. Plastisitas : tanah berbutir halus digolongkan lanau bila memiliki indek plastisitas, PI ≤ 10, dan dikategorikan sebagai lempung bila mempunyai indek plastisitas, PI ≥ 11. Gambar 3.24 memberikan grafik plastisitas untuk klasifikasi tanah kelompok A-2, A-4, A-5, A-6, dan A-7.

74


Jenis

Kerikil 50% atau lebih dari fraksi kasar tertahan saringan No.4

Kerikil gradasi buruk dan campuran pasir – kerikil, sedikit atau tidak mengandung fraksi halus Kerikil berlanau, campuran kerikil – pasir lanau Kerikil berlempung, campuran kerikil – pasir lempung Pasir gradasi baik, berkerikil, sedikit atau tidak mengandung fraksi halus Pasir gradasi buruk, berkerikil, sedikit atau tidak mengandung fraksi halus Pasir berlanau, campuran pasir - lanau

GP

SP

SW

GC

GM

Nama Kelompok Kerikil gradasi baik , sedikit atau tidak mengandung fraksi halus

Simbol GW 2

Kriteria Klasifikasi

F200 < 5% Cu dan Cc tidak memenuhi kedua kriteria untuk SW

2

Bila batas Atterberg berada di daerah arsir dari diagram plastisitas, maka dipakai simbol ganda, GM-GC.

(D30 ) < 3 D Cu = 60 > 6 dan 1 < C c = D10 D10 × D60

F200 > 12%, dan PI < 4% (berada di bawah garis-A) F200 > 12%, dan PI > 7% (berada di atas garis A) F200 < 5%

F200 < 5% Cu dan Cc tidak memenuhi kedua kriteria untuk GW

(D30 ) < 3 D Cu = 60 > 4, dan 1 < C c = D10 D10 × D60

F200 < 5%

Tabel 3.3 Klasifikasi tanah berbutir kasar*) menurut USCS


SM

F200 > 12%, dan PI < Bila batas Atterberg 4% (berada di bawah berada di daerah arsir dari diagram garis-A) SC Pasir berlempung, F200 > 12%, dan PI > plastisitas, maka dipakai simbol ganda, campuran pasir 7% (berada di atas SM-SC. lempung garis A) *) Tanah berbutir kasar bila 50% atau lebih lolos tertahan pada saringan No.200 (R200).

Pasir lebih dari 50% fraksi kasar lolos saringan No.4

75

Tanah memiliki symbol ganda jika 5% ≤ F200 ≤ 12%, yaitu : a) SW-SM, jika Cc> 4, 1 < Cu < 3, PI < 4% b) SW-SC, jika Cc> 4, 1 < Cu < 3, PI > 7%. c) SP-SM, jika tidak memenuhi kriteria GW dan PI < 4% d) SP-SC, jika tidak memenuhi kriteria GW dan PI > 7%

Tanah memiliki symbol ganda jika 5% ≤ F200 ≤ 12%, yaitu : a) GW-GM, jika Cc> 4, 1 < Cu < 3, PI < 4% b) GW-GC, jika Cc> 4, 1 < Cu < 3, PI > 7%. c) GP-GM, jika tidak memenuhi kriteria GW dan PI < 4% d) GP-GC, jika tidak memenuhi kriteria GW dan PI > 7%

OH

CH

MH

OL

CL-ML

CL

Simbol ML

Lanau inorganik atau pasir halus diatomae, lanau elastis Lempung inoragnik dengan plastisitas tinggi, lempung gemuk (fat clays) Lempung organik dengan plastisitas sedang sampai tinggi

Nama Kelompok Lanau inorganik dan pasir sangat halus atau pasir halus berlanau atau berlempung Lempung inorganik dengan plastisitas rendah hingga sedang, lempung berkerikil, lempung berpasir, lempung berlanau, lempung kurus (clean clays) Lanau berlempung inorganik,dengan pasir halus atau sedikit kerikil. Lanau organik dan lempung berlanau organik dengan plastisitas rendah

76

LL(not dried )

< 0 ,75

< 0 ,75

PI berada dibawah garis-A dalam Grafik Plastisitas (Gambar 23) PI berada diatas garis-A dalam Grafik Plastisitas (Gambar 23) PI berada dalam daerah OH dalam Gambar 23 dan LL(oven dried )

LL(not dried )

PI berada dalam daerah yang diarsir (hatched area) dalam Gambar 23. PI berada dalam daerah OL dalam Gambar 23 dan LL(oven dried )

Kriteria PI < 4 atau berada di bawah garis-A dalam Grafik Plastisitas (Gambar 23). PI > 7 dan berada pada atau di bawah garis-A dalam Grafik Plastisitas (Gambar 23).


Tanah dengan Pt Gambut (peat), dan tanah lain kandungan organik kadar organik tinggi tinggi *) Tanah berbutir halus bila 50% atau lebih lolos saringan No.200 (F200)

Lanau dan lempung dengan batas cair LL > 50%

Lanau dan lempung dengan batas cair, LL < 50%

Jeni s

Tabel 3.4 Klasifikasi tanah berbutir halus*) menurut USCS

A.S. Muntohar

A.S. Muntohar

Tabel 3.5 Klasfikasi tanah untuk tanah dasar jalan raya, AASHTO. Tanah Granuler1

Klasifikasi Umum A-1 A-1-a

Kelompok Persen lolos saringan : No. 10 No. 40 No. 200

50 max 30 max

Fraksi tanah Kondisi kuat dukung Klasifikasi Umum Kelompok

50 max 25 max

15 max

Batas caira Indek Plastisitasa

A-1-b

6 max Kerikil dan pasir Tanah Granuler A-2 A-2-7

A-3

A-2-4

A-2 A-2-5

A-2-6

35 max

35 max

35 max

51 min 10 max

40 max 41 min 40 max NP 10 max 10 max 11 min Pasir Kerikil dan pasir lanau atau halus lempung Sangat baik hingga baik Tanah Mengandung Lanau-Lempung2 A-4

A-5

A-6

A-7 A-7-5b

A-7-6c

Persen lolos saringan : No. 10 No. 40 No. 200 Batas caira Indek Plastisitasa

36 min 36 min 35 max 36 min 36 min 36 min 41 min 40 max 41 min 40 max 40 max 41 min 11 min 10 min 10 max 10 min 10 min 11 min Kerikil, pasir Fraksi tanah Lanau Lempung lanau/lempung Sangat baik Kondisi kuat dukung Kurang baik hingga jelek hingga baik Keterangan : 1 Persen lolos saringan No. 200 ≤ 35%, 2 Persen lolos saringan No. 200 > 35%, a Tanah yang lolos sarinan No. 40, b Untuk A-7-5, PI ≤ LL – 30, c Untuk A-7-6, PI > LL – 30.

Kualitas tanah sebagai bahan tanah dasar jalan raya, dalam AASHTO, dinyatakan dengan Indek Kelompok (group index, GI) yang ditulis didalam tanda kurung setelah kelompok atau sub-kelompok tanah. Indek kelompok ini diberikan dalam persamaan : GI = (F200 − 35 )[0 ,2 + 0 ,005(LL − 40 )] + 0 ,01(F200 − 15 )(PI − 10 ) (3.20)

Dimana,F200 adalah persentase lolos saringan No. 200, LL dan PI adalah batas cair dan indek plastisitas. Suku pertama dalam persamaan (20), (F200 − 35 )[0 ,2 + 0 ,005(LL − 40 )] merupakan bagian indek kelompok yang ditentukan dari batas cair. Sedangkan, suku keduanya yaitu 0 ,01(F200 − 15 )(PI − 10 ) adalah bagian Pengantar Rekayasa Geoteknik

77


dari indek kelompok yang ditentukan dari indek plastisitas. Berikut ini diberikan aturan untuk menentukan indek kelompok dari persamaan (3.20). 1. Jika persamaan (3.20) menghasilkan nilai GI negatif, maka ditetapkan sebagai 0. 2. Indek kelompok yang dihitung dari persamaan (20) dibulatkan ke nilai terdekat, misalnya : GI = 3,4 dibulatkan menjadi 3, GI = 3,5 dibulatkan menjadi 4. 3. Tidak terdapat batas atas untuk indek kelompok. 4. Indek kelompok tanah yang mengikuti kelompok A-1-a, A-1-b, A-2-4, A-2-5, dan A-3 adalah selalu 0. 5. Untuk tanah kelompok A-2-6 dan A-2-7, indek kelompok dihitung dari suku kedua persamaan (20), yaitu : GI = 0 ,01(F200 − 15 )(PI − 10 ) (3.21)

Kedalaman Kerucut, d (mm)

70 60 50 A-7-6

40 A-2-6 A-6

30

A-2-7 A-7-5

20 10 A-2-4 A-4

A-2-5 A-5

0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Kadar Air, w (% )

Gambar 3.25 Grafik plastisitas untuk klasifikasi tanah sistem AASHTO.

3.8.3 Klasifikasi Tanah Menurut BSCS Klasfikasi tanah menurut BSCS disajikan secara rinci dalam Tabel 3.6. Kelompok tanah dalam sistem klasifikasi dinyatakan dengan simbol kelompok yang terdiri atas huruf untuk kelompok utama dan huruf untuk uraian kualitas seperti disajikan dalam Tabel 3.7. Dalam sistem klasifikasi ini, batas antara tanah berbutir kasar dan halus adalah 35% fraksi halus. Sedangkan nilai batas antara lanau dan lempung adalah 65% fraksi halus. Untuk tanah berbutir halus, klasifikasi didasarkan pula berdasarkan sifat-sifat konsistensinya yang dibuat dalam grafik plastisitas seperti pada Gambar 3.20. Grafik plastisitas ini dibagi dalam lima daerah batas cair. 78


A.S. Muntohar

Empat bagian yang memiliki plastisitas sangat tinggi (I, H, V, dan E) dapat dikelompokan dalam satu kelompok plastisitas batas atas (U) jika tidak diperlukan suatu pengelompokan yang lebih detail dan memerlukan prosedur yang singkat. Tabel 3.6 Klasifikasi tanah menurut British Soil Classification System.

Kerikil (Fraksi kasar berukuran 2 mm > 50%) Pasir (Fraksi kasar berukuran 2 mm < 50%) Lanau dan Lempung dengn kerikil atau pasir (35% - 65% fraksi halus) Lanau dan Lempung (65% 100% fraksi halus)

Tanah berbutri halus (lebih dari 35% fraksi lebih kecil dari 0,06 mm)

Tanah berbutir kasar (kurang dari 35% fraksi lebih kecil dari 0,06 mm)

Kelompok Tanah

Tanah Organik

Nama/Simbol Kelompok/Sub-Kelompok Uji Laboratorium Kelom SubFraksi < Batas Nama -pok kelompok 0,06 mm Cair GW GW Kerikil dengan sedikit G 0–5 lanau atau lempung GP GPu, GPg Kerikil dengan lanau G–M GWM, GPM G–F 5 – 15 Kerikil dengan lempung G–C GWC, GPC GML, dst GM Kerikil banyak lanau 15 – 35 GF GCL, GCI, GC Kerikil dengan banyak GCH, GCV, lempung GCE SW SW Pasir dengan sedikit S 0–5 lanau atau lempung SP SPu, SPg Pasir dengan lanau S–M SWM, SPM S–F 5 – 15 Pasir dengan lempung S–C SWC, SPC Pasir banyak lanau SM SML, dst SF 15 – 35 Pasir banyak lempung SC SCL, SCI SCH, SCV SCE Lanau dengan kerikil MG MLG, dst FG Lempung dengan CG CLG, < 35 kerikil CIG 35 – 50 CHG 50 – 70 CVG 70 – 90 CEG > 90 Lanau dengan pasir MS MLS, dst FS Lempung dengan pasir CG CLS, dst Lanau (M-soil) M ML, dst F Lempung C CL < 35 CI 35 – 50 CH 50 – 70 CV 70 – 90 CE > 90 Diberikan huruf O diakhir sub-kelompok. Gambut disimbolkan Pt


79


Tabel 3.7 Kualifikasi kelompok tanah dalam BSCS. Kelompok Utama Kerikil Pasir

Simbol G S

Tanah berbutir halus Lanau halus (M-Soil) Lempung

F M C

Gambut

Pt

Kualifikasi Gradasi baik Gradasi buruk : Seragam (Uniform) Gap-graded Plastisitas rendah (LL < 35) Plastisitas sedang (35 ≤ LL < 50) Plastisitas tinggi (50 ≤ LL < 70) Plastisitas sangat tinggi (70 ≤ LL < 90) Plastisitas sangat tinggi sekali (LL ≥ 90) Plastisitas batas atas (LL > 35) Mempunyai kandungan organik

Simbol W P Pu Pg L I H V E U O

Huruf yang menunjukkan ukuran fraksi yang dominan dalam tanah ditempatkan sebagai huruf pertama dalam simbol kelompok. Jika tanah mempunyai kandungan bahan organik yang cukup tinggi, ditambahkan dengan simbol huruf O diakhir simbol kelompok. Suatu kelompok simbol dapat terdiri atas dua atau lebih huruf, sebagai contohnya : SW — pasir bergradasi baik (well-graded sand), SCL — pasir mengandung banyak lempung plastisitas rendah (very clayey sand – low plasticity), CIS — lempung plastisitas sedang mengandung pasir (sandy clay of intermediate plasticity), MHSO — lanau organik plastistas tinggi mengandung pasir (organic sandy silt of high plasticity). Istilah tanah berbutir halus (F) digunakan bila tidak diperlukan suatu pembedaan antara lanau (M) dan lempung (C). Lanau berada pada daerah di bawah garis-A dan lempung berada di atas garis-A dalam grafik plastisitas, yang mana lanau menunjukkan sifat lebih plastis pada kadar air yang rendah jika dibandingkan dengan lempung pada batas cair yang sama. Lanau dan lempung dikategorikan sebagai mengandung kerikil (gravelly) jika lebih dari 50% fraksi kasar merupakan ukuran kerikil (gravel size), dan sebagai mengandung pasir (sandy) jika lebih dari 50% fraksi kasar berukuran pasir (sand size). Contoh 3.3. Hasil dari pengujian batas cair metode Casagrande sebagai berikut : Jumlah Pukulan (N) : Kadar Air (w %) :

10 60

19 45,2

23 39,8

27 36,5

40 25,2

Dua data hasil pengujian batas plastis memberikan kadar air 20,3% dan 20,8%. Tentukan : d. Batas cair dan batas plastis, e. Indek plastisitas, 80


A.S. Muntohar

f. Indek cair jika kadar air tanah asli 27,4%, g. Angka pori pada keadaan batas cair, jika Gs = 2,7. h. Tentukan kondisi tanah, apakah dalam kondisi getas ataukah plastis. Penyelesaian :

70

Kadar Air, w (%)

60 50 40

LL = 38% 30 20 10 10

15

20

25

30 35 40 45 50

Jumlah Pukulan, N

Gambar 3.26 Grafik batas cair Contoh 3.

a. Dari data pengujian tersebut, digambarkan grafik hubungan antara jumlah pukulan dan kadar air (Gambar 3.27). Batas cair ditentukan sebagai kadar air pada jumlah pukulan, N = 25, dari flow curve diperoleh LL = 38%. Batas plastis ditentukan dengan cara menghitung (20 ,3 + 20 ,8 ) = 20,6% nilai rerat dari dua data, yaitu : PL = 2 b. Indek plastisitas, PI = LL – PL = 28 – 20,6 = 17,4% w − PL (27 ,4 − 20 ,6 ) c. Indek cair, LI = N = = 0,39 PI 17 ,4 d. Angka pori dihitung dengan anggapan bahwa pada keadaan batas cair tersebut tanah telah jenuh. Maka : e = wGs = (30,8)(2,7) = 1,03 e. Pada keadaannya di lapangan, tanah tersebut berada dalam kondisi plastis (tidak getas) yang ditunjukkan dari nilai LI yaitu : 0 < LI < 1. Contoh 3.4. Hasil dari pengujian batas cair metode fall cone sebagai berikut : Pengantar Rekayasa Geoteknik

81


Parameter

Kerucut 80 g

Kedalaman, d (mm) : Kadar Air, w (%) :

5,5 39

7,8 44,8

14,8 52,5

22 60,3

Kerucut 240 g 32 67

8,5 36

15 45,1

21 59,8

35 58,1

Tentukan : Batas cair dan batas plastis, indek plastisitas, dan indek cair jika kadar air tanah asli 36%. Penyelesaian : Seperti halnya pada contoh 3.4, berdasarkan data-data pengujian batas cair dibuatkan hubungan antara kedalaman kerucut (d) dan kadar air (w) dalam grafik semi-logaritma seperti disajikan pada Gambar 26. Batas cair ditentukan pada kedalaman kerucut, d = 20 mm yaitu LL = 58,9% (untuk kerucut 80 g). Selanjutnya batas plastis ditentukan dengan persamaan (3.16). Nilai kadar air pada d = 20 mm untuk kerucut 240 g adalah 49,3%. Sehingga, beda kadar air untuk kerucut 80 g dan 240 g, ∆w = 58,9 – 49,3 = 9,6 %. Maka : (3.16) PL = LL − 4 ,2 ∆w = 58 ,9 − 4 ,2(9 ,6 ) = 18,6 % Indek plastisitas, PI = LL – PL = 58,9 – 18,6 = 40,3 % w − PL (36 − 18 ,6 ) Indek cair, LI = N = = 0,43 PI 40 ,3

80

m = 80 g Kadar Air, w (%)

70

LL = 58.9%

60

w = 49.3%

50

∆w

m = 240 g

40 30 20 4

5 6 7 8 910

20

30

40 50 60

Kedalaman kerucut, d (mm)

Gambar 27 Grafik batas cair Contoh 4.

82


A.S. Muntohar

Contoh 3.5. Tentukan klasifikasi tanah menurut USCS dari dua jenis tanah A dan B yang memiliki kurva distribusi ukuran partikel diberikan pada Gambar 3.27. Batas-batas Atterberg untuk kedua tanah tersebut adalah : Tanah A B

Batas Cair, LL Batas Plastis, PL 37 % 28 % 22 % 20 %

Penyelesaian : Untuk mengklasifikasikan tanah, terlebih dahulu ditentukan persentase masing-masing jenis tanah atau fraksi tanah berdasarkan kurva gradasi butir dalam Gambar 3.27, seperti berikut ini : 0,002

0,075

4,75

100 Persen Ukuran Lebih Kecil

90 80

Tanah-A

70 60 50 Tanah-B

40 30 20 10 0 0.001

0.01

0.1

1

10


Gambar 3.28 Kurva distibusi ukuran partikel Contoh 3.5. Persentase Fraksi/Jenis Tanah Fraksi kasar (partikel > 0,075 mm) Fraksi halus (partikel < 0,075 mm) Ukuran partikel : Kerikil (> 4,75 mm) Pasir (0,075 – 4,75 mm) Lanau (2 µm – 0,075 mm) Lempung (< 2 µm)

Tanah-A 15 85

Tanah-B 80 20

0 14 58 28

10 81 9 0

Tanah-A Pengantar Rekayasa Geoteknik

83


Berdasarkan hasil tersebut, dan mengacu pada sistem klasifikasi USCS (Tabel 3.3), Tanah-A tergolong dalam tanah berbutir halus (fraksi yang berukuran lebih kecil dari 0,075 mm adalah lebih besar dari 50 %). Untuk Tanah-A, selanjutnya diklasifikasikan menggunakan grafik plastisitas (Gambar 3.23). Dimana, nilai batas cair, LL = 26 % adalah lebih kecil dari 50%, dan nilai indek plastisitas, PI = LL – PL = 37 – 28 = 9 %, sehingga berada dibawah garis-A. Dengan demikian tanah-A adalah lanau plastisitas rendah atau diberi simbol ML. Tanah-B Tanah-B termasuk tanah berbutir kasar (fraksi yang berukuran lebih kecil dari 0,075 mm adalah kurang dari 50 %), dengan ukuran partikel yang dominan merupakan tanah pasir (karena partikel pasir, 81 %, lebih banyak dari kerikil, 10 %), dan memiliki kandungan lanau (9 %). Karena tanah-B memiliki kandungan fraksi halus diantara 5 – 12 %, maka dikelompokkan dengan menggunakan simbol ganda. Dimana : D10 = 0,085 mm, D30 = 0,26 mm, dan D60 = 1,04 mm. Maka : D 1,04 = 12,23 Cu = 60 = D10 0 ,085

Cc =

(D30 )2

( 0 ,26 )2 = = 0,76 (0 ,085 )(1,04 )

D10 D60 Nilai indek plastisitas, PI = 22 – 20 = 2 %. Dengan nilai Cu = 12,23 > 6 dan Cc = 0,76 < 1, dan PI = 2 % < 4 % (dibawah garis-A), Sehingga dikelompokan sebagai pasir bergradasi baik bercampur lanau, yang diberi simbol SW-SM (lihat Tabel 3.4). Contoh 3.6. Analisis ukuran partikel suatu tanah diberikan seperti berikut ini : No. Saringan Persen Lolos

#4 94

#10 63

#20 21

#40 10

#60 7

#100 5

#200 3

Tentukan klasifikasi tanah menurut USCS ! Penyelesaian : Kurva distribusi ukuran partikel diberikan pada Gambar 3.28, dengan persentase fraksi tanah terbanyak adalah pasir (91 %) yang bercampur lanau (3 %). Dari gambar 3.28 diperoleh, D10 = 0,42 mm, D30 = 1,04 mm, dan D60 = 1,85 mm. 84


A.S. Muntohar

Fraksi/Jenis Tanah Fraksi kasar (partikel > 0,075 mm) Fraksi halus (partikel < 0,075 mm) Ukuran partikel : Kerikil (> 4,75 mm) Pasir (0,075 – 4,75 mm) Lanau (2 µm – 0,075 mm) Lempung (< 2 µm)

Persentase 97 3 6 91 3 0

Persen Lolos Saringan

100 80 60 40 20 0 0.01

0.1

1

10


Gambar 3.29 Gradasi partikel tanah Contoh 6.

Berdasarkan Tabel 3.4, untuk tanah pasir dengan kandungan fraksi halus, F200 < 5 %, cukup ditentukan berdasarkan nilai Cc dan Cu.

(D30 )2 D60 1,85 ( 1,04 )2 Cu = Cc = = = 4,4 dan = = 1,4 D10 0 ,42 D10 D60 (0 ,42 )(1,85 ) Dengan nilai Cu = 4,4 < 6 dan Cc = 1,4 > 1, maka dapat dikelompokan sebagai pasir bergradasi buruk, yang diberi simbol SP. Contoh 3.7. Hasil dari analisis ukuran partikel suatu tanah adalah sebagai berikut ini : No. Saringan Persen Lolos


#10 100

#40 80

#200 58

85


Batas cair dan batas plastis untuk fraksi tanah yang lolos saringan No. 40 adalah masing-masing 30 dan 20 %. Tentukan klasifikasi tanah menurut AASHTO ! Penyelesaian : Persentase fraksi yang lolos saringan No. 200, F200 = 58 % > 35 %, maka tanah tersebut diklasfifikasikan sebagai tanah mengandung lanaulempung, dengan nilai indek plastisitas, PI = LL – PL = 30 – 10 = 20 %. Dengan menggunakan Tabel 3.5, setelah diurutkan dari kolom kiri ke kanan maka termasuk dalam kelompok A-4, dengan indek kelompok : GI = (F200 − 35 )[0 ,2 + 0 ,005(LL − 40 )] + 0 ,01(F200 − 15 )(PI − 10 ) = (58 - 35 )[0 ,2 + 0 ,005(30 − 40 )] + 0 ,01(58 − 15 )(10 − 10 ) = 3,45 ≅ 3 Maka, tanah tersebut diklasifikasikan sebagai A-4(3). Contoh 3.8. Hasil dari analisis ukuran partikel suatu tanah adalah sebagai berikut ini : No. Saringan #4 #10 #200 LL (%) PI (%)

Persen Lolos Tanah-X Tanah-Y 90 76 34 95 37 60 12 40

Tentukan klasifikasi tanah menurut AASHTO ! Penyelesaian : Tanah-X Tanah tersebut memiliki persentase fraksi yang lolos saringan No. 200, F200 = 34 % < 35 %, maka diklasfifikasikan sebagai tanah granuler. Dengan menggunakan Tabel 5, termasuk dalam kelompok A-2-6, dengan indek kelompok : GI = 0 ,01(F200 − 15 )(PI − 10 ) = 0 ,01(34 − 15 )(12 − 10 ) = 0,38 ≅ 0 Maka, tanah tersebut diklasifikasikan sebagai A-2-6(0). 86


A.S. Muntohar

Tanah-Y Persentase fraksi yang lolos saringan No. 200, F200 = 95 % > 35 %, maka diklasfifikasikan sebagai tanah berbutir halus (lanau-lempung). Berdasarkan grafik plastisitas pada Gambar 24, termasuk dalam kelompok A-7-6, dimana PI = 40 > LL – 30, dengan indek kelompok : GI = (F200 − 35 )[0 ,2 + 0 ,005(LL − 40 )] + 0 ,01(F200 − 15 )(PI − 10 ) = (95 - 35 )[0 ,2 + 0 ,005(60 − 40 )] + 0 ,01(95 − 15 )(40 − 10 ) = 42 Maka, tanah tersebut diklasifikasikan sebagai A-7-6(42). Contoh 3.8. Persentase ukuran lebih kecil dari analisis ukuran partikel (British Standard) untuk 4 contoh tanah A, B, C, dan D adalah sebagai berikut : Ukuran Saringan/Partikel Tanah-A Tanah-B Tanah-C Tanah-D

63 mm 100

20 mm 64

100

76

6,3 mm 39 100 65

2 mm 24 98 59

0,6 mm 12 90 54

212 µm 5 9 47 100

63 µm 0 3 34 95

20 µm

6 µm

2 µm

23 69

14 46

7 31

Hasil uji batas cair dan batas plastis untuk tanah D adalah : Parameter Kedalaman, d (mm) : Kadar Air, w (%) :

Batas Cair 15,5 39,3

18 40,8

19,4 42,1

Batas Plastis 22,2 44,6

24,8 45,6

23,9

24,3

Fraksi halus dari tanah C memiliki nilai batas cair, LL = 26 % dan indek plastisitas, PI = 9 %. Tentukan nilai Cc dan Cu untuk tanah A, B, C, dan klasifikasi tanah menurut British Soil Classification. Penyelesaian : Gambar 3.29 memberikan kurva distribusi ukuran partikel untuk masingmasing tanah A, B, C, dan D. Ukuran D10, D30, dan D60 dibaca dari kurva tersebut, dan selanjutnya dihitung nilai Cu dan Cc.


87


Persen ukuran partikel lebih kecil

100 90 Tanah-D

80

Tanah-B

70 60 50

Tanah-C

40 30

Tanah-A

20 10 0 0.001

0.01

0.1

1

10

100

Ukuran partikel (mm)

Gambar 3.30 Kurva gradasi partikel Contoh 3.8.

Cu(tanah A) = Cc(tanah A) =

D60 16 ,5 = = 35, dan D10 0 ,47

(D30 )2 D10 D60

Tanah A B C

( 3,25 )2 = = 1,36 (0 ,47 )(16 ,5 )

D10 (mm) 0,47 0,21 0,0041

D30 (mm) 3,25 0,29 0,042

D60 (mm) 16,5 0,4 2,6

Cu 35 1,9 600

Cc 1,36 1,02 0,17

Batas cair untuk tanah D ditentukan sebagai kadar air pada kedalaman kerucut, d = 20 mm, dari grafik yang disajikan pada Gambar 3.30, yaitu LL = 42,7 %. Dan, batas plastis ditentukan dengan cara menghitung nilai rata-rata dari dua contoh tanah yang diuji, yaitu PL = 24,1 %. Indek plastisitas tanah D, PI = 42,7 – 24,1 = 18,6 %. Klasifikasi tanah : Tanah-A terdiri atas 100 % fraksi berbutir kasar dengan ukuran kerikil yang dominan (76 % kerikil, 24 % pasir), nilai Cu = 35 > 4 dan Cc = 1,36 (berada diantara 1 – 3). Dengan demikian memenuhi kriteria untuk diklasifikasikan sebagai GW : kerikil bergradasi baik mengandung banyak pasir. 88


A.S. Muntohar

Kadar Air, w (%)

50

45

LL = 42,7%

40

35

30 10

15

20

25

30

Kedalaman kerucut, d (mm)

Gambar 3.31 Grafik batas cair tanah D Contoh 8.

Tanah-B memiliki 97 % fraksi berbutir kasar dengan ukuran pasir yang dominan (2 % kerikil dan 95 % pasir), dan 3 % fraksi berbutir halus (lanau), dengan nilai Cu = 1,9 < 6 dan Cc = 1,02 (berada diantara 1 – 3). Tanah ini tidak memenuhi kriteria sebagai tanah bergradasi baik. Dengan demikian dapat diklasifikasikan sebagai SPu : pasir bergradasi buruk (seragam) mengandung lanau. Tanah-C terdiri atas 66 % fraksi berbutir kasar dengan ukuran kerikil yang terbanyak (41 % kerikil dan 25 % pasir), dan 34 % fraksi berbutir halus (dengan LL = 26 % dan PI = 9, berada dalam daerah CL pada grafik plastisitas Gambar 3.20), dengan nilai Cu = 600 > 4 dan Cc = 0,17 < 1. Dengan menggunakan Tabel 6, tanah C diklasifikasikan sebagai GCL : kerikil mengandung banyak lempung plastisitas rendah. Tanah-D terdiri atas 95 % fraksi berbutir halus dengan LL = 42,7 % dan PI = 18,6 %. Tanah ini berada di ataas garis-A pada grafik plastisitas Gambar 20 yaitu berada dalam daerah CI : lempung plastisitas sedang. Contoh 3.9. Klasifikasikan tanah pada Contoh 3.8 menurut sistem klasifikasi USCS dan AASHTO ! Penyelesaian : Dari Gambar 3.29 diperoleh persentase ukuran partikel yang lebih kecil dari ukuran saringan sebagai berikut :


89


No. Saringan #4 #10 #40 #200 Hydrometer

Ukuran (mm) 4,76 2 0,42 0,075 0,002

Tanah A

Tanah B

Tanah C

Tanah D

34 24 10 0 0

99 98 66 3 0

64 59 52 36 7

100 100 98 31

Klasifikasi tanah diberikan sebagai berikut : Parameter Fraksi Tanah : Kerikil (%) Pasir (%) Lanau (%) Lempung (%) Batas Cair (%) Indek Plastisitas (%) Cu Cc Klasifikasi : USCS AASHTO BSCS

Tanah A

Tanah B

Tanah C

Tanah D

66 34 0 0 NP NP 35 1,36

1 96 3 0 NP NP 1,9 1,02

36 28 29 7 26 9 600 0,17

0 2 67 31 42,7 18,6 -

GW A-1-a(0) GW

SP A-3(0) SPu

SM-SC A-2-4(0) GCL

CL A-7-6(21) CI

3.9 Daftar Pustaka dan Referensi Al-Shayea, N.A., 2001, "The combined effect of clay and moisture content on the behavior of remolded unsaturated soils", Engineering Geology, Vol. 62 (4), pp. 319-342. Budhu, M., 2000, Soil Mechanics and Foundations, John Wiley & Son's, New York, Ch. 2. Casagrande, A., 1958, "Note on the design of the liquid limit device", Géotechnique, Vol. 8 No. 2, pp. 84-91. Das, B.M., 1986, Advanced Soil Mechanics, McGraw Hill, Singapore, Ch. 1. Das, B.M., 2002, Principles of geotechnical engineering, 5th Ed., Brooks/Cole, USA, Ch. 3. Feng, T.W., 2000, "Fall-cone penetration and water content relationship of clays", Géotechnique, Vol. 50 No. 2, pp. 181-187. Feng, T.W., 2001, "A linear log d - log w model for the determination of consistency limits of soils", Canadian Geotechnical Journal, Vol. 38, pp. 1335-1342.

90


A.S. Muntohar

Fredlund, M.D., Wilson, G.W., and Fredllund, D.G., 2002, "Use of the grain-size distribution for estimation of the soil-water characteristic curve", Canadian Geotechnical Journal, Vol. 39, pp. 1103-1117. Harisson, J.A., (1988), "Using the BS cone penetrometer for the determination of the plastic limis of soils", Géotechnique, Vol. 38 No. 3, pp. 433-438. Head, K.H., 1992, Manual of Soil Laboratory Testing, Volume 1: Soil Classfication and Composition Tests, 2nd Ed., Pentech Press, London. Holtz, R.D., and Kovacs, W.D., 1981, An introduction to geotechnical engineering, Prentice Hall, New Jersey, USA. Lu, N., Ristow, G.H., and Likos, W.J., 2000, "The Accuracy of hydrometer analysis for fine-granied clay particles", Geotechnical Testing Journal, Vol. 23 No. 4, pp. 487495. McCharty, D.F., 1998, Essential of Soil Mechanics and Foundations: Basic Geotechnics, Prentice Hall, New Jersey, USA, Ch. 2. Mutohar, A.S., 2005, “Determination of plastic limits of soils using cone penetrometer: Re-Appraisal, Jurnal Teknik Sipil, Universitas Tarumanagara. Polidori, E., (2003), "Proposal for a new plasticity chart", Géotechnique, Vol. 53 No. 4, pp. 397-406. Seed, H.B., Woodward , R.J., and Lundgren, R., 1964, "Clay mineralogical aspects of Atterberg limits", Journal of The Soil Mechanics and Foundations Divisions, ASCE, Vol. 90 No. SM4, pp. 107-131. Sharma, B., and Bora, P.K., 2003, "Plastic Limit, Liquid Limit and Undrained Shear Strengthof Soil—Reappraisal", Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol. 129, No. 8, pp. 774-777. Sherwood, P.T., and Ryley, M.D., 1970, "An investigation of a cone-penetrometer method for the determination of liquid limit", Géotechnique, Vol. 20 No. 2, pp. 203-208. Sridharan, A., Nagaraj, H.B., and Prakash, K., 1999, "Determination of the Plasticity Index from Flow Index", Geotechnical Testing Journal, Vol. 22, No. 2, pp. 169– 175. Stone, K.J.L., and Phan, K.D., 1995, "Cone penetration tets near the plastic limit", Géotechnique, Vol. 45 No. 1, pp. 155-158. Terzaghi, K., Peck, R.,B., and Mesri, G., 1996, Soil Mechanics in Engineering Practice, 3rd Ed., John Wiley & Son's, New York. Wen, B., Aydin, A., and Duzgoren-Aydin, N.S., 2002, "A comparative study of particle size analyses by sieve-hydrometer and laser difraction methods", Geotechnical Testing Journal, Vol. 25 No. 4, pp. 1-9. White, D.J., 2002, The measurement of particle size distribution using the Single Particle Optical Sizing (SPOS) Method, Technical Report No. CUED/DSOILS/TR321, August 2002, Cambridge University Engineering Department.


91


Wroth, C.P., and Wood, D.M., 1978, "The correlation of index properties with some basic engineering properties of soils", Canadian Geotechnical Journal, Vol, 15 No. 2, pp. 137-145.

92


SIFAT-SIFAT INDEKS DAN KLASIFIKASI TANAH

Recommend Documents