MEKANIKA TANAH - Gradasi Butiran

Gradasi Butir Tanah (particle size distribution)

Ukuran butir tanah :

·       analisa saringan/ayakan  è tanah berbutir kasar

·       analisa pengendapan è tanah berbutir halus (silt, clay)

Gradasi tanah (p s d) è disajikan dengan grafik hubungan : diameter (sumbu x, skala log) vs.  %  kumulatif fraksi yang lebih kecil dari diameter yang bersangkutan.

Analisa ayakan

è digunakan satu set ayakan standard

misal :  pasir

                  Ayakan    f lubang

a                no. 10  ® 2 mm                               1 inchi

b                  no. 20  ® 0.84 mm

c                no. 40  ® 0.42 mm      no. 10 : pada 1 inchi ada 10

d                  no. 60  ® 0.25 mm                         kawat

e                   no. 140  ® 0.105 mm

f                   no. 200  ® 0.074 mm

g                  pan   ® penampung sisa

Misal massa total tanah yang diuji = M (kering oven)

M = a + b + c + d + e + f  + g

Fraksi tanah < 0.074 mm = g/M  x  100 %  =  p  %

Fraksi tanah < 0.105 mm = (f+g)/M  x  100  %  =  q  %

Fraksi tanah < 0.25 mm   = (e+f+g)/M  x 100 %  = r  %

dan seterusnya. è  atau :

Fraksi tanah < 2 mm =  (M-a)/M  x 100 %

Fraksi tanah < 0.84 mm =  (M-(a+b))/M  x  100  %

dan seterusnya

è diplotkan :       sb – X                                 sb - Y

                                   0.074 mm                                 p %

          0.105 mm                                 q %

          0.25   mm                                  r %

          ¯

         dst

Analisa pengendapan

Tanah berbutir halus (< 0.074 mm) ukuran butir tanah dianalisa dengan cara sedimentasi  è prinsip hukum Stoke : kecepatan mengendap dari sebuah bola dengan diameter d mm dan rapat massa r_s (gr/cm³) dalam zat cair dengan rapat massa r_t dan kekentalan h (poise) mempunyai kecepatan konstan :

    v = L/T = (r_s - r_t) g d²/(30h)          cm/menit

digunakan air :  r_t = r_w  ;  g = 980 cm/dt²

è d = Ö(30h/(980(rs-rt)) .Ö(L/T)     mm

pada pengujian : r_s , r_w dan h diketahui

1. Cara pipet

Tanah yang digunakan f < 0.074 mm (lolos saringan no 200) è misal  g  gram

Prinsip kerja :

·       tanah dicampur air 1 ltr (1000 cc)

·       dikocok merata

·       diendapkan/didiamkan (t = 0)

pada waktu-waktu tertentu ( T_i ), tanah + air (larutan) diambil pada kedalaman L ,

dengan d = CÖ(L/Ti)

·       di atas L , f tanah < CÖ(L/Ti)

·       di bawah L , f tanah > CÖ(L/Ti)

Larutan yang diambil : x cm³

dikeringkan oven è butir-butir = y gram

pendekatan :

è Pada 1000 cc tersebut è sebanyak = (1000/x) y

dari butir-butir tanah berdiameter  <  CÖ(L/Ti)

è butir-butir f   £   CÖ(L/Ti)

= (1000/x) y . 1/g . 100 %   ® terhadap g

Terhadap tanah total bisa dihitung C konstan untuk suatu test è jika L konstan, T_i pada inerval waktu-waktu tertentu è d_i  & % butirnya

2. Cara hidrometer

Hidrometer è pengukuran rapat massa larutan.

Larutan (air + tanah) mempunyai rapat massa  >  r_w murni karena diendapkan è butir-butir mengendap è r  berangsur-angsur berkurang è  r  bisa dibaca pada waktu-waktu tertentu   t_i

è d_i = CÖ(L/Ti)

Dasar analisa :

misal dalam 1 cm³ larutan mengandung  x  gram tanah dengan rapat massa r_s . Rapat massa air r_w

Volume tanah = x/r_s   cm³  ;   volume air = 1 – x/r_s

massa air = (1 -  x/r_s ) r_w  gram

massa larutan  =  x + (1 - x/r_s ) r_w  ® volume  1 cm³

rapat massa larutan = r_l   è   terbaca pada hidrometer

r_l  = x + (1 -  x/r_s ) r_w

x   =  (r_s/(r_s - r_w) (r_l - r_w)  è pada 1 cm³

® total = x . 1000 gram butir dengan :

f £ CÖ(zi/ti)      è   t_i berubah è x_i dengan f_i  

Catatan :

·       air yang digunakan è air destilasi, agar butir tidak lengket è dispersant

·       Hk. Stoke è berlaku untuk satu bola è butir-butir tidak bulat sempurna è d rata-rata è butiran banyak è benturan è diabaikan

·       r  butir-butir tidak sama è  r_s  rata-rata

·       Hk. Stoke tidak berlaku untuk d < 0.0002 mm

·       Prinsip kerja Hk. Stoke è butiran yang besar mengendap lebih cepat

·       Jika ada bahan organik è dihilangkan dengan hidrogen peroksida.

Contoh :

Pengujian ukuran butir tanah dengan ayakan dan sedimentasi. Dengan contoh 90 gram didapat data :

Ayakan                  massa tertahan           massa lolos

f       =3.35mm            0 gram                       90  gram     = 100 %

     =  2.0 mm              10.8                           79.2 =  88 %

     =  1.18                    10.8                           68.4  =  76 %

     = 0.600                   12.6                           55.8 =  62 %

     = 0.425                   5.4                             50.4 =  56 %

     = 0.300                   6.3                             44.1 =  49 %

     = 0.212                   4.5                             39.6 =  44 %

     = 0.150                   4.5                             35.1 =  39 %

     = 0.063                   11.7                           23.4 = 26 %

        pan                      23.4

Hidrometer :

fraksi f  < 0.04 mm      = 18 gram            = 20 %

fraksi f  < 0.025 mm    = 13.5 gram         = 15 %

fraksi f  < 0.016 mm    = 9.45 gram         = 10.5 %

fraksi f  < 0.010 mm    = 5.4 gram           = 6 %

è grafik : diameter (log) vs. % lolos.

Catatan :

·       Kemiringan grafik menunjukkan variasi butiran :

Þ tegak ® uniform

Þ landai ® wide range

·       Well-graded (gradasi baik) ® pasir/kerikil (< 5% fines)

Þ tak ada fraksi yang berlebihan/kurang pada suatu ukuran Þ ditandai dengan grafik yang cekung dan halus/baik ® umumnya

·       poorly graded (gradasi jelek)

Þ uniform

Þ gap - graded (ada gap ditengah)

·       D₁₀ = diameter effektif

D₁₀ : ukuran (diameter) dengan 10 % butir lolos (contoh D₁₀ = 0.015 mm)

D₆₀ : diameter dengan 60 % butir lolos (D₆₀ = 0.56 mm).

·       Coefficient of uniformity (koefisien keseregaman)

Cu = D₆₀/D₁₀        ®  makin kecil makin seragam

·       Coefficient of curvature (koefisien kelengkungan)

C_Z = D₃₀²/(D₆₀.D₁₀)

Þ well graded :       Cu  >  4 - 6  & Cz  =  1 - 3

Tanah A : bergradasi baik (kerikil)

Tanah B : kerikil berlempung

Tanah C : bergradasi seragam (pasir)

Tanah D : lempung

  

PLASTISITAS TANAH BERBUTIR HALUS

Sifat yang penting pada tanah berbutir halus :

“plastisitas” ® kemampuan tanah mengalami deformasi plastis (unrecoverable deformation) dengan volume tetap tanpa terjadi retak-retak.

Penyebab :

·       Clay mineral

·       Organik material

Sifat umum lempung

·       kering ® butir-butir melekat kuat/keras

·       basah ® plastis ® bisa diubah bentuknya tanpa pecah

·       menyerap air ® air diserap ® mengembang (lebih lunak) ® lekatan berkurang

Consistency (konsistensi) :  kondisi fisik tanah lempung pada kadar air tertentu

padat ® semi padat ® plastis ® cair (kadar air naik)

 

Kondisi liquid (cair) : kadar sangat tinggi è tanah dapat mengalir

Kondisi plastis : tidak mengalir, bisa diubah bentuk tanpa retak-retak.

Semi solid : diubah bentuk ® retak-retak, kadar air turun masih susut.

Solid : bentuk tak bisa diubah lagi, kadar air dikurangi, volume tetap.

1  s/d  3  ®   volume berkurang dan sebaliknya

Batas-batas konsistensi

Batas cair (liquid limit, LL/w_L) : kadar air minimum tanah pada kondisi cair

Plastic limit (batas plastik, PL/w_p) : kadar air minimum tanah pada kondisi plastis

Batas susut (shrinkage limit, SL/w_s) : kadar air batas è kadar air turun è volume tetap

Atterberg limits èLL dan PL  ( SL ? ) 

Plasticity index (indeks plastis , PI/I_p) : interval kadar air pada kondisi plastis

PI  =  LL  -  PL

Tanah (dilapangan) : kadar air “w” terhadap LL dan PL- nya  è  Liquidity index (indeks kecairan, I_L/LI)

LI  =  (w-PL)/PI             LI  >  1  ®  cair

LI  =  0 - 1  ® plastis

LI  <  0  ®  solid (semi solid)

Activity (A) : rasio PI terhadap % fraksi lempung.

Catatan :

·       Tanah dengan batas cair tinggi  ®  kurang baik  ®  kekuatan kecil, kompresibilitas tinggi, sukar dipadatkan dan kembang susut besar.

·       LL sama dengan PI tinggi  ®  lebih liat ® lebih rapat air

·       Lempung “high plasticity” = lempung gemuk

Lempung “low plasticity” = lempung kurus

lempung gemuk + pasir/lanau ® bisa berkurang (agak kurus)

·       Butiran lempung sering sulit mengendap dalam larutan (bermuatan listrik) ®  test gradasi  ®  deflocculating agent

·       air minum  ®  digumpalkan  ®  mengendap (koagulasi)

Penentuan batas cair

èAlat casagrande atau cara kerucut jatuh

tanah èdiaduk merata dengan air è dimasukkan mangkok (tebal 1 cm)  è bagian tengah dibarut dengan colet.

·       jika tanah cair  è  mengalir dan menutup

·       tanah kurang cair è menempel èdiketuk-ketuk

·       kadar air = batas cair è menutup alur è 25  ketuk-an/jatuhan

è dalam praktek è interpolasi dari 4 pengujian :

2 test  ®  15 - 25 kali

2 test  ®  25 - 40 kali

è grafik sb-x = ketukan (skala log)

                  sb-y = kadar air

Penentuan batas plastis

Tanah pada kadar batas plastis (PL)   è tanah digiling-giling è batang berdiameter 3 mm  è mulai retak-retak

  jika f 3 mm masih utuh/halus ® plastis.

  Jika f > 3 mm sudah retak  è semi solid (kurang air)

Batas susut (SL)

SL : kadar air maksimum tanah tak susut lagi ® w_sat pada volume minimum

Tanah + air  è    kira-kira cair  è    cawan susut  è   dikeringkan oven.

                                                          Volume minimum

·       volume diukur dengan menekan kedalaman air raksa ® V_o

·       massa ditimbang ® M_o

Þ r_d  = Mo/Vo              

Þ   wsat = SL =  1/r_d  - 1/r_s          è r_s  diuji

Catatan :

LL, PL, SL ® tanah kohesif saja

pasir  ®  non plastis (NP)

·       Tanah dikatakan “high plasticity” jika LL > 50 %

·       Suatu tanah jika batas plastisnya tidak bisa di test  atau jika PL ³ LL è non plastis .