Pengujian Konsistensi Tanah

Abstrak

Pada awal tahun 1900, seorang ilmuan asal Swedia yang bernama Atterberg mengembangkan suatu metode untuk menjelaskan sifat konsistensi tanah berbutir halus pada kadar air yang bervariasai. Bila kadar airnya sangat tinggi, campuran tanah dan air akan menjadi lembek seperti cairan. Oleh karena itu, berdasarkan kadar air yang terkandung di dalam tanah, Atterberg membagi tanah menjadi empat keadaan dasar yaitu : padat, semi padat, plastis dan cair. Batas perubahan wujud dari satu kondisi ke kendisi yang lain sering disebut dengan batas Atterberg. Batas Atterberg ini banyak digunakan dalam rekayasa mekanika tanah.

Latar Belakang

Tanah kohesif adalah tanah yang memiliki ikatan antar butiran yang kuat. Hal ini terjadi karena ikatan antar muatan yang terdapat disisi butiran sangat kuat. Gaya yang bekerja antar butiran disebut juga gaya Van Der Waals, yaitu gaya tarik menarik atau tolak menolak karena perbedaan muatan yang dikandungnya. Salah satu jenis tanah yang termasuk tanah kohesi adalah tanah lempung. Secara visual tanah lempung memang memiliki ikatan antar butiran (sifat kohesi) yang besar. Hal ini dapat dibuktikan secara sederhana, yaitu apabila kita injak tanah lempung, pada umumya sebagian tanah yang kita injak akan menempel dialas kaki kita.

            Apabila tanah    yang berbutir halus mengandung mineral lempung, maka tanah tersebut dapat diremas-remas (remolded) tanpa menimbulkan retakan. Sifat kohesif ini disebabkan adanya air yang terserap (adsorbed water) di sekeliling partikel lempung.

          

Tinjauan Pustaka dan Metode

Dalam hal ini hanya dikhususkan untuk penentuan batas cair, maka untuk penentuannya menggunakan alat mangkok kuningan. Alat tersebut bertumpu pada dasar karet yang keras. Mangkok kuningan dapat diangkat dan dijatuhkan di atas dasar karet keras tersebut dengan sebuah pengungkit eksentris (”cam”) dijalankan oleh suatu alat pemutar. Untuk mengatur kadar air dari tanah yang bersangkutan agar dipenuhi persyaratannya , mungkin akan sangat sulit. Oleh karena itu akan lebih baik dalam melakukan uji batas cair paling sedikit empat kali pada tanah yang sama tetapi pada kadar air yang berbeda-beda sehingga jumlah pukulan N , yang dibutuhkan untuk menutup goresan bervariasi antara 15 dan 35. Kadar air dari tanah, dalam persen, dan jumlah pukulan untuk masing-masing uji digambarkan di atas kertas garfik semi-log. Hubungan antara kadar air dan log N dapat dianggap sebagai suatu garis lurus. Garis lurus tersebut dinamakan sebagai kurva aliran (flow curve). Kadar air yang bersesuaian dengan N = 25, yang ditentukan dari kurva aliran, adalah batas cair dari tanah yang bersangkutan. Kemiringan dari garis aliran (flow line) didefinisikan sebagai indeks aliran (flow index). (Braja M. Das, 1988).

          w₁ (%) – w₂ (%)

F =   ------------------------

­­         Log N₂  -  Log N₁ 

  Dimana :

F = indeks aliran

w₁ =  kadar air , dari tanah yang bersesuaian dengan jumlah pukulan N_1­     

w₂ = kadar air, dari tanah yang bersesuaian dengan jumlah pukulan   N_2­

Jadi , persamaan garis aliran dapat dituliskan dalam bentuk yang umum sebagai berikut :

w =  - F log N + C

Atas dasar hasil analisis dari beberapa uji batas cair , secara teorotis US Army Waterways Experiment Station (1949), memberikan suatupersamaan untuk mencari harga LL (Liquid Limit), sebagai berikut :

                                                      LL=Wn(N/25)^0,121 

Dimana :  w n  = kadar air

                N    =  jumlah pukulan pada kadar air tersebut.

Maka harga LL adalah merupakan harga rata-rata LL setiap kadar air tersebut. Dibawah ini diberikan harga antara LL pada tanah lempung.

Persamaan diatas pada umumnya akan memberikan hasil yang cukup baik apabila jumlah pukulan adalah antara 20 dan 30. Untuk uji laboratorium yang dilakukan secara rutin, persamaan tersebut mungkin dapat digunakan untuk menentukan harga batas cair bilamana hanya dilakukan satu pengujian untuk tiap-tiap tanah. Cara ini dikenal sebagai metode satu titik (one point method). Metode ini telah dimasukkan dalam ASTM standar keterangan no. D-423. Sebagai alasan mengapa metode satu titik ini dapat memberikan hasil yang cukup baik adalah bahwa rentang (range) harga kadar air yang terlibat hanya kecil, yaitu N = 20 sampai dengan N = 30. Tabel dibawah menunjukkan harga-harga dari (N/25)^0,121 yang diperlukan oleh persamaan di atas, untuk N = 20 sampai dengan N = 30. (Braja M. Das, 1988).

Casagrande (1932) telah menyimpulkan bahwa tiap-tiap pukulan dari alat uji batas cair adalah bersesuaian dengan tegangan geser tanah sebesar kira-kira 1 g/cm² (~0,1 kN/m²). Oleh karena itu, batas cair dari tanah berbutir halus adalah kadar air dimana tegangan tanahnya adalah kira-kira 25 g/cm² (~2,5kN/m²).

Tabel 1.1  Harga-harga (N/25)^{0,121 *}

N	(N/25)0,121	N	(N/25)0,121
20	0,973	26	1,005
21	0,979	27	1,009
22	0,985	28	1,014
23	0,990	29	1,018
24	0,995	30	1,022
25	1,000

* Braja M Das

Tabel 1.2  Harga-harga batas Atterberg untuk Mineral Lempung*

Mineral	Batas cair	Batas Plastis
Montmorillonite	100 - 900	50 – 100
Illite	60 - 120	35 - 60
Nontronite	37 - 72	19 - 27
Kolinite	30 - 110	25 - 40

   *Menurut Mitchel (1976)

Batas plastis didefinisikan sebagai kadar air yang dinyatakan dalam persen, dimana tanah apabila di gulung sampai dengan diameter 1/8 in (3,2 mm) akan menjadi retak-retak. Batas plastis merupakan batas terendah dari tingkat keplastisan suatu tanah. Cara pengujiannya adalah sangat sederhana, yaitu dengan cara menggulung massa tanah berukuran elipssoida dengan telapak tangan di atas kaca datar. Dengan mengetahui data batas plastis dan batas cair dapat diketahui indeks plastisitasnya, yaitu :

                        PI (%) = LL (%) – PL (%)

Indeks plastisitas (PI) merupakan selisih antara batas cair dan batas plastis. Batas plastis dan batas cair dipengaruhi oleh kadar air yang terkandung didalamnya. Pada tahun 1953 Skempton berhasil menyimpulkan suatu kemiringan garis yang menyatakan hubungan antara indeks plastisitas dengan persen butiran yang lolos ayakan 2m.  Kemiringan ini dinamakan aktivitas (activity) yang dapat dinyatakan dengan :

                                                         

                        A =      PI   /          % berat fraksi berukuran lempung 

         

 di mana :

A =  Aktivitas / activity

Aktivitas biasa digunakan untuk mengidentifikasi kemampuan mengembang dari suatu tanah lempung.

Hasil Percobaan

Dengan menyiapkan sampel tanah agak kering kira-kira 250 gram untuk tes batas cair dan menyiaapkan contoh tanah agak kering secukupnya (sekitar 50 gram) yang lolos ayakan No. 40 untuk tes batas plastis. Dari hasil percobaan yang telah dilakukan sesuai dengan petunjuk, maka didapat yaitu berat can (W1), berat tanah basah dan can (W2),berat sampel tanah setelah di oven ,can (W3) dan jumlah pukulan (N) pada tiap-tiap kondisi. Data tersebut disajikan dalam bentuk tabel sebagai berikut :  

Tabel 2.1 Data hasil tes batas cair

No. Can	Berat Can (gram)	Berat tanah Basah + can (gram)	Berat tanah kering + can  (gram)	Jumlah Pukulan
12	5	18.2	14.5	27
15	5.3	17.3	13.8	23
17	5	20.2	15.9	33

Tabel 2.2 Data hasil tes batas plastis

No. Can	Berat Can (gram)	Berat tanah basah + can  (gram)	Berat tanah kering + can  (gram)
2	4.6	5.3	5.2
7	4.6	5.2	5.1
10	5	6.3	6.1

             

Untuk memperoleh batas cair dan batas plastis dari data yang ada maka, perlu dicari lebih dahulu kadar airnya. Kadar air dicari dengan menggunakan persamaan :             

                                                                                 

                        w_n = Berat air  /  Berat tanah kering  =( W2 – W3 /  W3 – W1)   x 100%

                  

Dimana :   W1 = Berat can  

                  W2 = Berat tanah basah dan can

                  W3 = Berat tanah kering dan can

                   w_n  =  Kadar air sample tanah tertentu

 Berikut adalah contoh penerapan rumus untuk tanah dari nomor can 2 kadar airnya ialah :

                       

     w2 =  (5.3 – 5.2 / 5.2 – 4.6) x 100%  =     16.6 %

                       

Dengan cara yang sama akan diperoleh kadar air tiap-tiap cantoh tanah sesuai nomor cannya,  yaitu :        

1.     w7           =  20 %            

2.     w10          =  18.1 %

3.     w12          =  38.9 %                   

4.     w15          =  41.1 %

5.     w17          =  39.4 %

Sample tanah yang digunakan selama praktikum untuk mencari batas cair ialah No.12,15, dan 17 sedangkan sample tanah No.2,7, dan 10 digunakan untuk mencari batas plastis. Untuk mendapatkan harga Batas Cair/Liquid Limit (LL) tiap-tiap sample tanah kita gunakan persamaan yang dikeluarkan oleh US Army Waterways Experiment Station (1949)yaitu : (Joseph E.Bowles, 1978)

            LL = wn (%) (N/25)^0.121

Dimana : wn = kadar air

                N  = Jumlah pukulan pada kadar air tersebut

Untuk tanah nomor 12 diperoleh batas cair :

LL₁₂       = 38.9 % x (15/25)^0.121   

= 36.56 %

Harga batas cair untuk sample tanah yang lainnya adalah :

1.     LL 15          = 35.80 %

2.     LL 17          = 37.32 %

Dari variasi batas cair yang telah didapatkan diperoleh batas cair rata-rata (LLr), yaitu : 36.56 %. Secara lengkap data yang telah diolah dapat dilihat pada tabel 2.3.

            Tabel 2.3 Data lengkap hasil pengolahan tas batas cair

No. Can	Berat Can (gram)	Berat tanah Basah + can (gram)	Berat tanah Kering + can (gram)	Kadar Air (%)	Jumlah Pukulan	Harga LL (%)
12	5	18.2	14.5	38.9	27	36.56
15	5.3	17.3	13.8	41.1	23	35.80
17	5	20.2	15.9	39.4	33	37.32
Batas cair rata-rata						36.56

Untuk mendapatkan  batas cair (liquid limit), dimana kondisi kadar air (%) pada jumlah ketukan sebanyak 25 kali/pukulan, dengan data yang ada maka kita gunakan  grafik skala log antara kadar air (%) dengan banyaknya jumlah pukulan (N). Dari grafik tersebut kita dapatkan harga batas cair yang sebenarnya. Selain dengan rumus kita juga dapat mencari harga LL dari grafik data, dengan cara menarik garis horizontal dari kurva aliran yang telah diregresi pada pukulan 25 maka akan didapatkan harga batas cair. Dengan perbandingan jarak maka akan diperoleh harga batas cairnya.

Berdasarkan definisi batas plastis (PL), maka kadar air dari sample tanah yang digunakan selama praktikum batas plastis adalah batas plastis itu sendiri. Dari data kadar air diperoleh batas plastis :

1.     w2           =          PL                    = 16.6 %

2.     w7           =          PL                    = 20 %  

3.     w10          =          PL                    = 18.1 %

Batas plastis rata-rata (PLr) sample tanah yang digunakan selama praktikum ialah 18.23 %.

Dengan mengetahui harga batas cair dan batas plastis maka dapat dicari harga indeks plastisnya (PI). Indeks plastis pada umumnya dinyatakan dalam persen. Pada praktikum ini batas cair dan palstis yang digunkan untuk mencari harga indeks plastis sample tanah yang digunakan selama praktikum , ialah :         ( Joseph E.Bowles, 1978)

                        PI (%) = LL(%) – PL (%)            dimana : LL(%) = 36.56 %

                                                                                            PL(%) = 18.23 %

          maka :      PI (%)         = 36.56 % - 18.23 %

                                              = 18.33 %

Untuk menentukan korelasi dari beberapa parameter tanah fisis dan juga untuk mengidentifikasi tanah maka dapat dibuat bagan palstisitas, yaitu dengan menghubungkan indeks plastisitas (PI) dengan liquid limit (LL). Dimana dalam bagan tersebut terdapat dua garis, garis  A dengan persamaan PI = 0.73 (LL – 20) dan garis B dengan persamaan PI = 0.9(LL – 8). (Braja M.Dass, 1988)

Pembahasan

Dari Dari data grafik antara jumlah pukulan (N) dengan kadar air (%) pada sampel tanah dapat diketahui bahwa bentuk kurva aliran (flow curve) adalah membentuk garis lurus dimana kurva semakin cenderung menurun seiring dengan bertambahnya jumlah pukulan (N) pada mangkok Casagrande. Hal ini menunjukkan bahwa semakin bertambah jumlah pukulan, maka kandungan kadar air (w) pada sampel tanah semakin menurun. Hal ini sesuai dengan literatur (I.S Dunn, L.R. Anderson, and F.W. Kiefer, 1980).Hasil pengamatan pada praktikum batas cair ini memang terdapat beberapa kendala dalam pelaksanaanya. Mulai sulitnya untuk memberi kadar air agar pukulan yang akan terjadi tidak lebih kurang dari 15 pukulan dan tidak lebih dari 35 pukulan sampai pada membuat gulungan tanah dengan diameter yang tepat, yang memerlukan ketelitian yang baik.

Namun demikian  dari hasil yang didapatkan telah diperoleh harga batas cair (liquit limit) dan juga nilai indeks aliran masing-masing bernilai 36.56 % dan 18.33 %. Berbagai macam kekurangan  terjadi saat praktikum sehingga tidak mendapat hasil yang sesuai. Diantaranya ialah penggunaan sample tanah yang tidak tepat. Dalam modul praktikum sample tanah yang digunakan ialah tanah yang lolos ayakan No.40 tetapi saat praktikum sample tanah yang digunakan ialah sisa sample tanah dari uji batas cair. Pada kondasi seperti ini ada keuntungannya yaitu praktikan dapat mengetahui hubungan batas plastis dan batas cair dari sample tanah yang sama.

Saat pelaksanaan tes batas plastis sangat sulit untuk mendapatkan diameter yang tepat sesuai dengan definisi, sehingga diameter yang digunakn ialah diameter pendekatan.Dalam melakukan percobaan batas plastis yang perlu diperhatikan adalah bagaimana menggulung sampel tanah sebasar 3,18 mm dapat dilakukan dengan baik. Hal ini penting karena berhubungan dengan hasil batas plastis yang akan kita dapatkan. Melihat hubungan antara batas plastis dan berat tanah kering (setelah di oven), terjadi hubungan yang berbanding terbalik, yaitu semakin basar batas plastis yang dihasilkan maka nilai berat kering tanah akan semakin kecil.

Dari hasil perhitungan didapatkan hasil bahwa batas platis dari sampel tanah yang digunakan dalam percobaan bernilai 18.23 %, dan  indeks plastisnya sebesar 18.33 %. Dari data ini maka sample tanah percobaan tergolong miniral lempung kaolinite. Mineral lempung kaolinite terdiri dari tumpukan lapisan-lapisan dasar lembaran-lembaran kombinasi silika-gibbsite yang diikat oleh ikatan hidrogen. Mineral kaolinite berujud seperti lempengan-lempengan tipis, masing-masing dengan diameter kira-kira 1000Å sampai 20.000Å dan ketebalan kira-kira 15 m²/gram.        

Kesimpulan

Indeks plastisitas suatu tanah (IP) menggambarkan sifat plastis tanah ketika diberi beban dan batas cair menjelaskan kondisi batas kadar air yang terkandung di tanah. Makin tinggi indeks plastisitas maka makin baik tanah dalam menahan beban.Dengan mengetahui batas cair maka perekayasa dapat memutuskan keputusan yang tepat, misalnya pondasi apa yang sesuai dengan kondisi tanah tersebut. Batas cair dan indeks plstisitas digunakan dalam sistem klasifikasi tanah menurut AASHTO. Penggunaan parameter batas cair dan indeks plastisitas dalam sistem AASHTO didasarkan atas aplikasinya yang berkaitan dengan pembangunan jalan raya dimana diperhitungkan dengan tepat kekuatan/sifat plastis tanah dan kondisi kadar air dari tanah yang akan digunakan sebagai jalan raya atau untuk pembangunan suatu jalan tol selain itu untuk memulai pembangunan kita juga harus tahu mengenai hal ini karena akan sangat berpengaruh pada kekuatan pondasi dari bangunan tersebut.

 

Daftar Pustaka

Bowles, Joseph E.1978. Rekayasa Mekanika Tanah. Jakarta. Erlangga

Das, Braja M .1988. Mekaniaka Tanah. Surabaya . Erlangga.

Dunn, I. S. Dkk. 1980. Aplikasi Mekanika Tanah. Jakarta. Pustaka Ilmu.

M.J. Smith (1984). Soil Mechanic.