evaluasi pengaruh sifat mikro -fisik dan bentuk butiran
TRANSCRIPT
Jurnal Teknologi dan Rekayasa Sumber Daya Air Vol. 1 No. 2 (2021) p. 584-597
© Jurusan Teknik Pengairan, Fakultas Teknik, Universitas Brawijaya
JTRESDA
Journal homepage: https://jtresda.ub.ac.id/
*Penulis korespendensi: [email protected]
Evaluasi Pengaruh Sifat Mikro-Fisik dan Bentuk
Butiran terhadap Karakteristik Kuat Geser pada
Pasir Vulkanik dan Pasir Pantai Chatherine Grace Maulina1*, Dian Sisinggih1, Andre Primantyo
Hendrawan1
1Jurusan Teknik Pengairan, Fakultas Teknik, Universitas Brawijaya,
Jalan MT. Haryono No.167, Malang, 65145, Indonesia
*Korespondensi Email: [email protected]
Abstract: Sand is a granular material which is widely used for some purposes such
as an embankment material, pile backfill behind retaining walls, and filter material.
Since sand comes from various sources and geological processes, volcanic sand and
beach sand will have different physical, mineralogical, and grain characteristics. This
study conducted a series of laboratory tests on two different types of sand: (1)
volcanic sand in the river of lava flow from the eruption of Mount Kelud in Kali Putih
Blitar, (2) beach sand taken from several beaches in Malang Regency namely
Wonogoro Beach, Jolangkung Beach, and Goa China Beach. Aspects of grain shape
include roundness, sphericity, and texture. SEM and X-RD were used to determine
the micro-physical characteristics and the detailed shape of sand grains, while, shear
testing (direct shear test) was to find out the shear strength of sandy soil. Volcanic
sand has a grainy surface coarser than beach sand, so that the angle of internal friction
was greater than the beach sand. Since sandy soil has no cohesion, its strength is only
at the angle of internal friction; thus, the influence of the micro-physical aspects and
the shape of the sand grains on the shear strength characteristics must be considered
in its application as a geotechnical material.
Keywords: Beach Sand, Roundness, Shear Strength, Sphericity, Volcanic Sand
Abstrak: Pasir merupakan salah satu bahan geoteknik yang memiliki peranan yang
sangat penting, misalnya sebagai bahan timbunan urugan, timbunan backfill di
belakang dinding penahan, maupun bahan filter. Pasir berasal dari berbagai sumber
dan proses geologi yang berbeda, sehingga pasir vulkanik dan pasir pantai akan
memiliki karakteristik fisik, mineralogi, dan bentuk butiran yang berbeda pula.
Penelitian ini melakukan serangkaian uji di laboratorium dengan benda uji berupa
material pasir: (1) pasir vulkanik sungai aliran lahar dari hasil erupsi Gunung Kelud
di Kali Putih Blitar, (2) pasir pantai dari beberapa pantai di Kabupaten Malang yaitu
Pantai Wonogoro, Pantai Jolangkung, dan Pantai Goa Cina. Aspek bentuk butiran
meliputi roundness, sphericity, dan tekstur. Analisis pengujian dari SEM dan X-RD
untuk menentukan karakteristik mikro-fisik dan bentuk butiran pasir secara
mendetail. Pengujian geser langsung (direct shear test) untuk menentukan kuat geser
dari tanah pasir. Pasir vulkanik memiliki permukaan butiran yang lebih kasar dari
Maulina, C.G. et al., Jurnal Teknologi dan Rekayasa Sumber Air Vol. 1 No. 2 (2021) p. 584-597
585
pasir pantai sehingga sudut geser dalam yang didapatkan lebih besar dari sampel pasir
pantai. Karena tanah pasir tidak memiliki kohesi maka kekuatannya hanya pada sudut
geser dalam; dengan demikian, pengaruh aspek mikro-fisik dan bentuk butiran pasir
terhadap karakteristik kuat gesernya harus diperhitungkan untuk aplikasinya sebagai
material geoteknik.
Kata kunci: Kuat Geser, Pasir Pantai, Pasir Vulkanik, Roundness, Sphericity
1. Pendahuluan
Dalam berbagai struktur sipil dan keairan, pasir merupakan salah satu bahan geoteknik yang sangat
dibutuhkan dan memiliki peranan yang sangat penting. Pasir memiliki banyak kegunaan, antara lain
sebagai bahan timbunan, filter, dan bahan campuran untuk stabilisasi tanah. Selain itu, pasir juga bisa
digunakan sebagai agregat halus dalam campuran beton, bahan spesi, perekat pasangan bata maupun
keramik, pasir urug, screed lantai, dan lain-lain. Fakta yang harus kita ketahui bahwa pasir berasal dari
berbagai sumber. Salah satu sumber terbesar dari pasir yaitu berasal dari endapan hasil erupsi gunung
berapi dan pasir pantai. Umumnya, pasir yang berasal dari hasil erupsi gunung berapi karena terbawa
aliran lahar dingin dan akhirnya mengendap di sungai. Sedangkan, pasir pantai dapat terdeposisi sebagai
hasil pasokan dari sungai dan juga dapat terbentuk dari proses hancurnya fragmen eksoskeleton maupun
proses geologis lainnya. Dari proses geologi yang berbeda ini, pasir vulkanik dan pasir pantai akan
memiliki karakteristik fisik dan bentuk butiran yang berbeda pula.
Sebagai contoh, khususnya di Pulau Jawa terdapat Gunung Merapi yang terletak di Jawa Tengah
dan Gunung Kelud yang terletak di Jawa Timur. Kedua gunung tersebut terakhir meletus pada tahun
2014. Aktivitas Gunung Kelud tergolong cukup tinggi dengan periode ulang aktivitas erupsi kurang
lebih sekitar 20-tahunan [1]. Gunung Kelud merupakan gunung berapi yang sering mengeluarkan
material vulkanik berupa abu (ash) yang kemudian dapat terdeposisi sesuai dengan arah hembusan
angin. Untuk terbentuknya pasir pantai, butiran sedimen pasir yang diangkut oleh sungai-sungai
akhirnya diendapkan di mulut sungai, dimana kecepatan arus tiba-tiba menurun. Kemudian, gelombang
laut (longshore currents) membawa sedimen pasir ke sepanjang garis pantai. Butiran sedimen pasir
yang dibawa oleh sungai-sungai juga dapat diendapkan pada flood plain [2].
Telah banyak kita ketahui bahwa kuat geser tanah terdiri dari 2 komponen utama, yaitu
friksi/gesekan dan kohesi. Tanah pasir tidak memiliki kohesi (atau mendekati nol) sehingga
kekuatannya hanya pada sudut geser dalam, yang berkaitan erat dengan friksi antar permukaan butiran,
sehingga aspek parameter fisik butiran berupa sphericity, roundness dan packing density berpengaruh
terhadap kuat geser material berbutir [3]. Pengaruh proses geologi dan faktor fisik terhadap sudut geser
dalam pasir backfill di Wisconsin Amerika Serikat menyimpulkan bahwa pasir dengan kuat geser
terendah terdiri dari partikel kuarsa yang telah mengalami pengangkutan ekstensif dan pelapukan fisik.
Pasir dengan kuat geser tertinggi mengalami pengangkutan dan pelapukan fisik yang lebih sedikit,
memiliki kandungan kuarsa yang lebih rendah, lebih bersudut, berukuran lebih besar, dan memiliki
rentang gradasi yang lebih lebar dibandingkan dengan pasir lainnya [4].
2. Bahan dan Metode
2.1 Bahan
Material dasar yang digunakan dalam studi ini adalah sampel tanah asli (undisturbed) maupun
sampel tanah terganggu (disturbed), yaitu pasir vulkanik dan pasir pantai dengan lokasi yang berbeda.
Pasir vulkanik yang digunakan berasal dari lokasi longsoran tebing sepanjang sungai aliran lahar dingin
Maulina, C.G. et al., Jurnal Teknologi dan Rekayasa Sumber Daya Air Vol. 1 No. 2 (2021) p. 584-597
586
Sungai Kali Putih Kabupaten Blitar. Untuk pasir pantai, material dasar diambil dari lokasi beberapa
pantai di Kabupaten Malang.
Gambar 1: Lokasi Pengambilan Sampel Material Tanah Pasir; (a) dan (b) Area lahar dingin dari
Gunung Kelud di sepanjang Sungai Kali Putih; (c) dan (d) Pantai Wonogoro; (e) Pantai Jolangkung; dan
(f) Pantai Goa Cina di Kabupaten Malang
Terdapat 4 (empat) lokasi pengambilan sampel, dengan 2 (dua) titik dari lokasi longsoran tebing
sepanjang sungai aliran lahar dingin Sungai Kali Putih, 2 (dua) titik dari Pantai Wonogoro, 2 (dua) titik
dari Pantai Jolangkung, dan 1 (satu) titik dari Pantai Goa Cina.
2.2 Metode
Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode kuantitatif dengan pengambilan data
primer (secara langsung) menggunakan serangkaian uji di laboratorium dengan benda uji berupa
material pasir yang didapat dari dua proses geologi yang berbeda. Berikut tahapan pengerjaan pada
penelitian yang disajikan pada Gambar 2.
Gambar 2: Tahapan Pengerjaan
Maulina, C.G. et al., Jurnal Teknologi dan Rekayasa Sumber Air Vol. 1 No. 2 (2021) p. 584-597
587
Pengerjaan penelitian ini dilakukan dengan alur dan tahapan pengerjaan yang runtut, agar
mendapatkan hasil dan tujuan yang diharapkan. Pengujian karakteristik fisik meliputi pengujian gradasi
butiran tanah asli (sieve analysis), pengujian berat jenis (specific gravity), pengujian kerapatan dan
angka pori (density dan void ratio), pengujian kapasitas absorpsi dan sudut tenang (angle of repose).
Pengujian karakteristik mikroskopik dan mineralogi pasir meliputi uji SEM (Scanning Electron
Microscope), SEM-EDX (Energy Dispersive X-Ray Analysis), dan XRD (X-Ray Diffraction) serta
aspek karakteristik mekanik pasir untuk mengetahui sudut geser dan sudut tenang tanah pasir.
3. Hasil dan Pembahasan
3.1 Karakteristik Fisik Tanah Pasir
3.1.1 Pengujian Gradasi Butiran Tanah (Sieve Test)
Uji gradasi butiran tanah dilakukan untuk mengetahui variasi ukuran butiran dengan diameter
butiran >0,075 mm dengan cara diayak menggunakan ayakan standar American Standart Testing
Materials (ASTM). Selain ditujukan untuk mengetahui variasi butiran, kurva distribusi dapat
memperoleh nilai uniformity coefficient atau koefisien keseragaman (Cu), dan nilai gradation
coefficient atau koefisien gradasi (Cc). Dari koefisien tersebut, dapat diketahui tipe tanah pasir yang
termasuk dalam gradasi baik (well graded) atau bergradasi buruk (poorly graded). Pengujian gradasi
butiran tanah yang dilakukan hanya menggunakan metode analisis saringan.
Gambar 3: Kurva Gradasi Butiran Sampel Pasir Vulkanik
Berdasarkan distribusi butiran sampel pasir vulkanik sebagaimana tertera pada Gambar 3, sampel
VOL-A didominasi fine sand = 45,6%; medium sand = 20,4%; fine gravel = 18,4%; coarse sand = 10%;
dan fine silt = 5,6% dan sampel VOL-B didominasi fine sand = 51%; medium sand = 19,7%; fine gravel
= 16,5%; coarse sand = 10%; dan fine silt = 2,8%. Kurva gradasi butiran untuk sampel pasir pantai
disajikan pada Gambar 4 sebagai berikut:
Maulina, C.G. et al., Jurnal Teknologi dan Rekayasa Sumber Daya Air Vol. 1 No. 2 (2021) p. 584-597
588
Gambar 4: Kurva Gradasi Butiran Sampel Pasir Pantai
Berdasarkan distribusi butiran sampel pasir pantai, sampel WONO-A didominasi fine sand =
94,4%; medium sand = 5,2%; dan fine silt = 0,4%; sampel WONO-B didominasi fine sand = 96,7%;
dan medium sand = 3,2%; sampel JOL-A didominasi fine sand = 61%; dan medium sand = 39%; sampel
JOL-B didominasi fine sand = 72,7%; dan medium sand = 27,3%; dan sampel GOA CINA didominasi
medium sand = 75,5%; fine sand = 24,1%; dan coarse sand = 0,4%. Berikut hasil rekapitulasi jenis
gradasi butiran di lokasi studi.
Tabel 1: Hasil Pengujian Gradasi Butiran
Sampel D₁₀ D₃₀ D₆₀ Cu Cc Klasifikasi Gradasi
PASIR VULKANIK
VOL – A 0,100 0,290 0,800 7,273 0,956 Sedikit Baik / SW
(Sand Well-graded)
VOL – B 0,140 0,280 0,760 5,429 0,737 Buruk / SP
(Sand Poorly-graded)
PASIR PANTAI
WONO-A 0,160 0,270 0,390 2,438 1,168 Buruk / SP
(Sand Poorly-graded)
WONO-B 0,210 0,300 0,400 1,905 1,071 Buruk / SP
(Sand Poorly-graded)
JOL-A 0,190 0,300 0,590 3,105 0,803 Buruk / SP
(Sand Poorly-graded)
JOL-B 0,260 0,340 0,500 1,923 0,889 Buruk / SP
(Sand Poorly-graded)
GOA CINA 0,350 0,620 0,730 2,086 1,505 Buruk / SP
(Sand Poorly-graded)
Berdasarkan Tabel 1 di atas, dapat diketahui bahwa sampel VOL-A memiliki gradasi butiran
“mendekati baik” karena nilai Cu > 6 dan nilai Cc ≤ 1. Sedangkan untuk sampel VOL-B dan semua
sampel pasir pantai, yaitu pasir pantai Wonogoro, Jolangkung, dan Goa Cina, memiliki gradasi butiran
Maulina, C.G. et al., Jurnal Teknologi dan Rekayasa Sumber Air Vol. 1 No. 2 (2021) p. 584-597
589
“buruk” karena nilai Cu < 6 dan Cc ≤ 1. Sedangkan, grafik komposisi jenis gradasi butiran untuk setiap
sampel pasir yang disajikan dalam Gambar 5.
Gambar 5: Grafik Komposisi Jenis Gradasi Butiran Sampel Pasir Vulkanik dan Pasir Pantai
Berdasarkan hasil analisis saringan dan nilai Cu & Cc maka VOL-A termasuk pasir bergradasi
“mendekati baik” sedangkan VOL-B dan semua sampel pasir pantai dari Pantai Wonogoro, Jolangkung,
dan Goa Cina termasuk kategori pasir bergradasi “buruk”. Dari komposisi fraksi butiran, hampir semua
sampel pasir vulkanik dan pantai didominasi oleh butiran pasir halus (fine sand), kecuali pada pasir
pantai Goa Cina yang didominasi oleh fraksi pasir medium (medium sand). Pada pasir besi pantai
Wonogoro, dominasi fraksi pasir halus sangat tinggi yaitu lebih dari 90%.
3.1.2 Pengujian Berat Jenis (Specific Gravity)
Pengujian specific gravity (Gs) dilakukan dengan tujuan untuk menentukan berat jenis tanah
pada setiap sampel tanah pasir. Berikut tabel hasil pengujian Gs dari material tanah pasir di lokasi studi.
Tabel 2: Hasil Pengujian Spesific Gravity
Sampel Nilai Gs
(gram/cm3) Jenis Tanah Pasir
PASIR VULKANIK
VOL – A 2,783 Pasir (sand)
VOL – B 2,803 Pasir (sand)
PASIR PANTAI
WONO-A 3,424 Pasir Besi (soils with iron)
WONO-B 2,669 Pasir (sand)
JOL-A 2,828 Pasir Besi (soils with iron)
JOL-B 2,695 Pasir (sand)
GOA CINA 2,649 Pasir (sand)
Berdasarkan hasil pengujian, didapatkan harga Gs untuk sampel pasir vulkanik sebesar 2,783
– 2,803 yang sedikit lebih tinggi dari nilai Gs untuk pasir pada umumnya [5]. Harga Gs pada sampel
pasir pantai berkisar antara 2,649 – 2,828. Namun pada pasir besi pantai Wonogoro (sampel WONO-
A) didapatkan harga Gs yang sangat tinggi yaitu sebesar 3,424 dimana hal ini umum dijumpai pada
pasir besi sesuai referensi [6].
Maulina, C.G. et al., Jurnal Teknologi dan Rekayasa Sumber Daya Air Vol. 1 No. 2 (2021) p. 584-597
590
3.1.3 Pengujian Kerapatan dan Angka Pori (Density and Void Ratio)
Pengujian relative density (Dr) digunakan untuk menunjukkan kerapatan dari tanah berbutir
(granular) di lapangan. Kerapatan relatif didefinisikan sebagai perbandingan antara angka pori tanah
pada keadaan paling lepas dan paling padat. Sedangkan angka pori (void ratio) didefinisikan sebagai
perbandingan antara volume rongga dengan volume butiran partikel tanah. Pengujian ini bertujuan
untuk mengetahui berat isi, kerapatan relatif, angka pori, dan porositas dari setiap material yang diuji.
Untuk pemodelan tanah pasir yang digunakan yaitu Dr 70% dan Dr 50%. Dengan menggunakan Dr
70% dan Dr 50% diharapkan dapat memodelkan kondisi tanah yang mewakili keadaan tanah di
lapangan dengan kerapatan tanah padat (denses) dan keadaan dengan kerapatan tanah lepas (looses).
Tabel 3: Hasil Pengujian Kerapatan dan Angka Pori Tanah Pasir
Sampel
Ws
Loose
Ws
Dense
γd
min
γd
max Gs
e min e max
e
(Dr =
50%)
e
(Dr =
70%) gram gram/cm3
PASIR VULKANIK
VOL – A 538 628 1,456 1,699 2,783 0,638 0,912 0,775 0,720
VOL – B 546 678 1,477 1,834 2,803 0,528 0,897 0,713 0,639
PASIR PANTAI
WONO-A 734 864 1,986 2,338 3,424 0,465 0,724 0,594 0,542
WONO-B 530 624 1,434 1,688 2,669 0,581 0,861 0,721 0,665
JOL-A 554 634 1,499 1,715 2,828 0,649 0,887 0,768 0,720
JOL-B 562 630 1,521 1,705 2,695 0,581 0,772 0,677 0,638
GOA CINA 500 570 1,353 1,542 2,649 0,717 0,958 0,838 0,790
Hubungan angka pori tanah dengan kerapatan tanah berbutir menunjukan bahwa semakin
rendah kerapatan tanah berbutir maka semakin besar angka pori tanah, sebaliknya semakin tinggi
kerapatan tanah berbutir maka semakin kecil angka pori tanahnya.
3.1.4 Kapasitas Absorpsi
Pengujian kapasitas absorpsi atau penyerapan bertujuan untuk mengukur kemampuan butiran
atau agregat tanah untuk menyerap air dalam kondisi kering sampai dengan kondisi jenuh permukaan
kering/JPK (SSD = Saturated Surface Dry).
Tabel 4: Hasil Pengujian Kapasitas Absorpsi
Sampel WSSD
(gram)
Wo.dry
(gram) Kapasitas Absorpsi (%)
PASIR VULKANIK
VOL – A 500 464 7,7586
VOL – B 500 470 6,3830
PASIR PANTAI
WONO-A 500 490 2,0408
WONO-B 500 490 2,0408
JOL-A 500 488 2,4590
JOL-B 500 488 2,4590
GOA CINA 500 486 2,8807
Dari pengujian kapasitas absorpsi didapatkan bahwa sampel pasir vulkanik memiliki kapasitas
absorpsi yang lebih tinggi dari sampel pasir pantai; hal ini mungkin disebabkan karena besarnya jumlah
pori mikro pada butiran pasir vulkanik.
Maulina, C.G. et al., Jurnal Teknologi dan Rekayasa Sumber Air Vol. 1 No. 2 (2021) p. 584-597
591
3.1.5 Sphericity dan Roundness
Pengukuran sphericity dan roundness ditujukan untuk mengetahui morfologi partikel yang
dilakukan dengan membandingkan setiap butiran dengan bantuan grafik standar seperti yang diusulkan
oleh Krumbein [7]. Grafik usulan Krumbein digunakan untuk memperkirakan nilai sphericity dan
roundness dari suatu butiran tanah. Berikut contoh hasil pengukuran sphericity dan roundness.
Gambar 6: Bentuk Partikel Sampel VOL-A
Hasil pengukuran sphericity dan roundness pada sampel pasir vulkanik menunjukkan bahwa
bentuk partikel jauh dari bentuk bulat; hal ini mengindikasikan bahwa material tebing sungai adalah
material vulkanik dari erupsi Gunung Kelud yang langsung tertimbun di tebing sungai. Berdasarkan
klasifikasi Zingg [12], diperoleh hasil pengujian sebagai berikut.
Tabel 5: Hasil Pengujian Sphericity dan Roundness
Sampel Sphericity Roundness Keterangan
PASIR VULKANIK
VOL – A (1) 0,5 0,4 Low Sphericity-Sub Angular (Bladed-Oblate)
VOL – A (5) 0,5 0,5 Low Sphericity-Sub Angular (Bladed-Oblate)
VOL – A (7) 0,4 0,5 Low Sphericity-Sub Angular (Bladed-Oblate)
VOL – A (1) 0,4 0,4 Low Sphericity-Sub Angular (Bladed-Oblate)
VOL – A (2) 0,5 0,4 Low Sphericity-Sub Angular (Bladed-Oblate)
VOL – A (6) 0,5 0,4 Low Sphericity-Sub Angular (Bladed-Oblate)
PASIR PANTAI
WONO (2) 0,4 0,6 Low Sphericity-Sub Rounded (Oblate)
WONO (8) 0,4 0,6 Low Sphericity-Sub Rounded (Oblate)
WONO (10) 0,5 0,4 Low Sphericity-Sub Angular (Oblate)
JOL (1) 0,4 0,4 Low Sphericity-Sub Angular (Oblate)
JOL (3) 0,4 0,5 Low Sphericity-Sub Angular (Oblate)
JOL (6) 0,5 0,3 Low Sphericity-Sub Angular(Oblate)
GOA CINA (1) 0,4 0,6 Low Sphericity-Sub Rounded (Oblate)
GOA CINA (5) 0,5 0,5 Low Sphericity-Sub Rounded (Oblate)
GOA CINA (6) 0,5 0,6 Low Sphericity-Sub Rounded (Oblate)
Berdasarkan hasil pengukuran, semua sampel termasuk kategori low sphericity, berarti butiran
yang cukup stabil atau tidak mudah bergerak. Dengan nilai roundness yang tidak begitu besar
Maulina, C.G. et al., Jurnal Teknologi dan Rekayasa Sumber Daya Air Vol. 1 No. 2 (2021) p. 584-597
592
menunjukkan tingkat kebolaan yang rendah, sehingga jarak transpor material tidak terlalu jauh.
Berdasarkan bentuk butiran, sampel pasir vulkanik diklasifikasikan dalam kategori butiran sub-angular
serta memiliki bentuk butiran bladed-oblate (bentuk pipih memanjang), sedangkan sampel pasir pantai
dengan rentang kategori butiran dari sub-angular sampai dengan sub-rounded serta memiliki butiran
yang didominasi bentuk oblate (bentuk bulat sedikit pipih).
3.2 Klasifikasi Tanah
3.2.1 Sistem USCS
Tanah pasir diklasifikasikan dalam 2 (dua) kategori utama yaitu: kategori pertama tanah
berbutir kasar (coarse-grained soils) yang terdiri dari kerikil dan pasir yang kurang dari 50% lolos
saringan no.200 dengan simbol yang diawali dengan G untuk kerikil (gravel) atau S untuk pasir (sand)
dan kategori kedua tanah berbutir halus (fine-grained soils) yang mana sampel tanah lebih dari 50%
lolos saringan no.200 dengan simbol kelompok yang diawali M untuk lanau inorganik, C untuk
lempung inorganik, O untuk lanau dan lempung. Selain simbol-simbol yang telah dijelaskan, terdapat
simbol lain seperti W untuk well graded (gradasi baik) dan P untuk poorly graded (gradasi buruk) [8].
Tabel 6: Hasil Klasifikasi Sistem USCS
Sampel Simbol Jenis Tanah Pasir
PASIR VULKANIK
VOL – A SW
(Sand Well-graded)
Pasir bergradasi-baik, pasir berkerikil, sedikit
mengandung butiran halus
VOL – B SP
(Sand Poorly-graded)
Pasir bergradasi-buruk, pasir berkerikil, sedikit atau
tidak mengandung butiran halus
PASIR PANTAI
WONO-A SP
(Sand Poorly-graded)
Pasir bergradasi-buruk, pasir berkerikil, sedikit atau
tidak mengandung butiran halus
WONO-B SP
(Sand Poorly-graded)
Pasir bergradasi-buruk, pasir berkerikil, sedikit atau
tidak mengandung butiran halus
JOL-A SP
(Sand Poorly-graded)
Pasir bergradasi-buruk, pasir berkerikil, sedikit atau
tidak mengandung butiran halus
JOL-B SP
(Sand Poorly-graded)
Pasir bergradasi-buruk, pasir berkerikil, sedikit atau
tidak mengandung butiran halus
GOA CINA SP
(Sand Poorly-graded)
Pasir bergradasi-buruk, pasir berkerikil, sedikit atau
tidak mengandung butiran halus
Berdasarkan sistem klasifikasi USCS didapatkan klasifikasi VOL-A sebagai jenis tanah pasir
dengan simbol SW (Sand Well-graded) sedangkan sampel VOL-B dan seluruh sampel pasir pantai
diklasifikasikan sebagai jenis tanah pasir dengan simbol SP (Sand Poorly-graded).
3.2.2 Sistem AASHTO
Menurut AASHTO dapat dibagi menjadi tujuh kelompok dinyatakan dengan simbol A-1, A-2, A-
3, A-4, A-5, A-6 dan A-7. Dari ketujuh kelompok klasifikasi AASHTO, secara umum dengan simbol
A-1 untuk tanah yang paling baik dan simbol A-7 untuk tanah paling buruk.
Maulina, C.G. et al., Jurnal Teknologi dan Rekayasa Sumber Air Vol. 1 No. 2 (2021) p. 584-597
593
Tabel 6: Hasil Klasifikasi Sistem AASHTO
Sampel Simbol Jenis Tanah Pasir
PASIR VULKANIK
VOL – A A-1b Tanah yang terdiri dari kerikil dan pasir kasar dengan sedikit atau tanpa
butir halus, dengan atau tanpa sifat plastis
VOL – B A-1b Tanah yang terdiri dari kerikil dan pasir kasar dengan sedikit atau tanpa
butir halus, dengan atau tanpa sifat plastis
PASIR PANTAI
WONO-A A-3 Kelompok batas tanah berbutir kasar dan halus, campuran kerikil/pasir
dengan tanah berbutir halus cukup banyak (<35%).
WONO-B A-3 Kelompok batas tanah berbutir kasar dan halus, campuran kerikil/pasir
dengan tanah berbutir halus cukup banyak (<35%).
JOL-A A-1b Tanah yang terdiri dari kerikil dan pasir kasar dengan sedikit atau tanpa
butir halus, dengan atau tanpa sifat plastis
JOL-B A-1b Tanah yang terdiri dari kerikil dan pasir kasar dengan sedikit atau tanpa
butir halus, dengan atau tanpa sifat plastis
GOA CINA A-1a Tanah yang terdiri dari kerikil dan pasir kasar dengan sedikit atau tanpa
butir halus, dengan atau tanpa sifat plastis.
Berdasarkan sistem klasifikasi AASTHO [9], sampel pasir vulkanik VOL-A dan VOL-B serta
sampel pasir pantai Jolangkung termasuk klasifikasi sebagai tanah berbutir kasar A-1b. Sampel pasir
pantai Wonogoro termasuk klasifikasi A-3 sedangkan untuk sampel pasir pantai Goa Cina termasuk
sebagai tanah berbutir kasar dengan simbol A-1a.
3.2.3 Sistem JGS
Sistem klasifikasi ini dikembangkan untuk jenis tanah vulkanik. Klasifikasi tanah JGS
diklasifikasikan tergantung pada besar Finer Content (Fc) % 75 m (lolos saringan no.200) yang
dibedakan menurut tanah vulkanik dengan Fc < 50% untuk jenis tanah kasar vulkanik dan Fc > 50%
untuk jenis tanah halus vulkanik [10].
Tabel 7: Hasil Klasifikasi Sistem JGS
Sampel Prosentase lolos ayakan no.200 Simbol Jenis Tanah
VOL – A 5,60% S-V Sand-Volcanic
VOL – B 2,81% V Volcanic
Sesuai dengan sistem klasifikasi JGS untuk tanah vulkanik, pasir tebing Sungai Kali Putih
termasuk dalam jenis tanah Coarse-grained soil dengan nilai Fc<50%. Untuk sampel VOL-B termasuk
dalam kategori Volcanic Soil, sedangkan sampel VOL-A termasuk dalam kategori Sand Volcanic.
Berdasarkan klasifikasi McPhie (1993), didapatkan tanah hasil letusan gunung Kelud didominasi oleh
tanah yang berupa ash untuk seluruh sampel [11].
3.3 Karakteristik Mikroskopik dan Mineralogi Tanah Pasir
3.3.1 Hasil Pengujian SEM (Scanning Electron Microscope)
Uji SEM ini menggunakan pacaran sinar elektron yang kemudian diolah oleh detektor sehingga
mampu menangkap permukaan suatu benda uji. Hasil uji SEM akan ditampilkan pada gambar berikut.
.
Maulina, C.G. et al., Jurnal Teknologi dan Rekayasa Sumber Daya Air Vol. 1 No. 2 (2021) p. 584-597
594
Gambar 7: Hasil Pengujian SEM & SEM-EDX Sampel VOL-A
Berdasarkan hasil uji SEM-EDX pada sampel pasir vulkanik VOL-A dan VOL-B terlihat sama-
sama memiliki rongga-rongga udara pada butiran material sampel, namun sampel VOL-A memiliki
lebih sedikit rongga daripada sampel VOL-B. Tekstur batuan vulkanik yang ditandai dengan banyak
rongga (diketahui selaku vesikel) di permukaan serta di dalam. Rongga yang tercipta pada cara ekstrusi
dimana rongga diisi oleh gas yang terjebak di dalam ataupun mineral inferior. Banyak unsur rongga
yang besar membuktikan titik berat gas yang besar alhasil wujudnya runcing serta bergerigi [13].
Sedangkan, untuk sampel pasir pantai Wonogoro, Jolangkung, dan Goa Cina terlihat jelas bahwa
terdapat rongga-rongga udara pada butiran material sampel dimana Sampel Goa Cina yang paling
sedikit memiliki rongga pada butirannya. Hasil komposisi kimia pada material dari analisis EDX
memberikan informasi untuk semua sampel memiliki unsur yang paling banyak yaitu oksigen. Selain
itu terdapat unsur natrium (Na), magnesium (Mg), aluminium (Al), silikon (Si), kalium (K), kalsium
(Ca), titanium (Ti), klorin (Cl), dan ferrum (Fe) atau besi.
Dari analisis EDX pada pasir vulkanik VOL-A terindikasi dua unsur utama yaitu oksigen (O) dan
silikon (Si), sedangkan untuk sampel VOL-B terindikasi tiga unsur utama pembentuk sampel VOL-B
yaitu adalah oksigen (O), besi/ferrum (Fe) dan silikon (Si). Pada sampel pasir pantai Wonogoro
terindikasi 2 unsur utama yaitu oksigen (O) dan besi (Fe) sedangkan sampel pasir pantai Jolangkung
memiliki 3 unsur utama pembentuknya adalah oksigen (O), besi/ferrum (Fe) dan silikon (Si). untuk
sampel pasir pantai Goa Cina terindikasi 2 unsur utama yaitu oksigen (O) dan kalsium (Ca), dimana
unsur Ca ini yang menyebabkan warna pasir Goa Cina lebih putih dari pasir pantai lainnya.
3.3.2 Hasil Pengujian X-RD (X-Ray Diffraction)
Analisa dengan metode X-RD ini dilakukan untuk mendapatkan kandungan mineral primer
mudah lapuk yang hasilnya dapat dianalisa berdasarkan grafik yang mampu menunjukkan kandungan
mineral. Hasil uji X-RD akan ditampilkan pada gambar berikut.
Maulina, C.G. et al., Jurnal Teknologi dan Rekayasa Sumber Air Vol. 1 No. 2 (2021) p. 584-597
595
Gambar 8: Hasil Pengujian X-RD Sampel VOL-A
Sesuai dengan hasil X-RD yang telah dilakukan diperoleh hasil kandungan senyawa dalam kedua
sampel pasir vulkanik adalah anorthite (Ca(Al2Si2O8)) dan enstatite (Mg2(Si2O6)). Pada sampel VOL-
A terdapat senyawa anorthite sebesar 76% dan enstatite sebesar 24% sedangkan sampel VOL-B
terdapat senyawa anorthite sebesar 80,2%, enstatite sebesar 17,8% dan kuarsa yaitu cristobalite (SiO2)
sebesar 2%. Hasil analisa X- RD bila dihubungkan dengan reaksi Bowen bahwa anorthite dan piroksen
ialah senyawa yang umum terkandung dalam material masih muda serta belum alami pelapukan dengan
cara sempurna [14].
3.4 Karakteristik Mekanik Tanah Pasir
3.4.1 Pengujian Uji Kuat Geser Langsung
Pengujian ini dimaksudkan untuk menentukan parameter kuat geser tanah kohesi (c) dan sudut
geser tanah (Ø).
Gambar 9: Grafik Rekapitulasi Hasil Pengujian Kuat Geser Sampel Pasir Vulkanik dan Pasir Pantai
untuk Pemodelan dengan Kepadatan Dr 50% dan Dr 70%
Untuk sampel pasir vulkanik pemodelan Dr 50% (39,74˚-46,97˚) dengan nilai sudut geser terkecil
yaitu VOL-A sebesar 39,74˚ dan nilai sudut geser pasir terbesar yaitu VOL-B sebesar 46,97˚, sedangkan
untuk pemodelan Dr 70% (42,84˚-47,81˚) dengan nilai sudut geser pasir (ø) terkecil pada sampel pasir
Maulina, C.G. et al., Jurnal Teknologi dan Rekayasa Sumber Daya Air Vol. 1 No. 2 (2021) p. 584-597
596
VOL-B sebesar 42,84˚ dan nilai sudut geser pasir terbesar yaitu VOL-A sebesar 47,81˚. Untuk sampel
pasir pantai memiliki nilai sudut geser dalam (Ø) untuk pemodelan Dr 50% sebesar 25,03˚- 42,84˚,
sedangkan untuk pemodelan Dr 70% sebesar 35,13˚- 43,81˚.
Dari hubungan antara kerapatan tanah berbutir dan sudut geser dalam tanah (ø) didapatkan bahwa
semakin besar prosentase kepadatan tanah pasir maka jarak antar butiran semakin kecil. Sehingga,
butiran-butiran saling mengunci satu sama lain dan sudut geser antar butiran juga semakin besar.
3.4.2 Pengujian Angle of Repose
Wawasan mengenai sudut tenang sangat berarti apabila kita ingin mengetahui karakteristik dengan
material berbutir kasar. Sebagai contoh, keamanan timbunan material berbutir semacam batu bara,
kerikil ataupun materi tambang berbutir yang lain memerlukan pemahaman mengenai sudut tenang dari
material itu [15]. Dari hasil pengujian angle of repose dan zone of influence sangat mempunyai peranan
penting dalam mengetahui sudut kemiringan dari suatu material berbutir dalam mengalami keruntuhan.
Pada suatu material berbutir yang berada di dalam sudut tenang akan mengunci satu sama lain dan tidak
akan runtuh ke dalam galian. Tetapi material tanah yang berada di luar area sudut tenang akan berada
di dalam “zona pengaruh”, dimana material ini akan berpotensi untuk mengalami keruntuhan.
Gambar 10: Grafik Hubungan Sudut Tenang (α) dan Sudut Geser Pasir (Ø) di Lokasi Studi untuk
Pemodelan dengan Dr 70% dan Dr 50%
Sampel pasir vulkanik lebih tinggi dari pasir pantai; hal ini mungkin disebabkan pasir vulkanik
memiliki permukaan butiran yang lebih kasar dari pasir pantai sehingga lebih stabil terhadap keruntuhan
lereng. Hal itu berkaitan dengan karakteristik fisik material tanah yaitu semakin padat partikel butiran
tanah maka semakin besar sudut geser dan semakin kecil sudut tenang tanahnya.
4. Kesimpulan
Secara umum, pasir vulkanik memiliki permukaan butiran yang lebih kasar dari pasir pantai
sehingga sudut geser dalam yang didapatkan juga lebih besar dari sampel pasir pantai. Sudut geser
dalam juga berkaitan erat dengan struktur dari sampel pasir, dimana pasir vulkanik dengan struktur
permukaan lebih kasar, memiliki sudut lebih lancip, bentuk partikel sub-angular (tajam), bladed-oblate
(bentuk pipih memanjang) memiliki sudut geser dalam yang lebih besar dari pasir pantai dengan
struktur permukaan halus, memiliki sudut yang kecil dikarenakan bulat, bentuk partikel sub-rounded
(bulat), oblate (bentuk bulat sedikit pipih). Karena tanah pasir tidak memiliki kohesi maka kekuatannya
Maulina, C.G. et al., Jurnal Teknologi dan Rekayasa Sumber Air Vol. 1 No. 2 (2021) p. 584-597
597
hanya pada sudut geser dalam; dengan demikian, pengaruh aspek mikro-fisik dan bentuk butiran pasir
terhadap karakteristik kuat gesernya harus diperhitungkan untuk aplikasinya sebagai material
geoteknik. Dari hasil pengujian sudut tenang (angle of repose) untuk sampel pasir vulkanik lebih tinggi
dari pasir pantai; hal ini mungkin disebabkan pasir vulkanik memiliki permukaan butiran yang lebih
kasar dari pasir pantai sehingga lebih stabil terhadap keruntuhan lereng. Untuk menjamin keamanannya
pada galian dan timbunan, maka besar sudut tenang pada pasir vulkanik dan pasir pantai harus
diperhitungkan secara teliti.
Daftar Pustaka
[1] Wardhana, et al. Pemetaan Daerah Rawan Jatuhan Material Piroklastik, Kasus Erupsi
Gunungapi Kelud 2014. Bagian I. 2014.
[2] G.S. Visher. Grain Size Distributions and Depositional Processes, Jour. Sedimentary
Petrology, in Friedman, G.M. and Johnson, K.G., 1982, Exercises in Sedimentology, John
Wiley & Sons Inc, New York: 208 pp. 1969.
[3] Santamarina & Cho. Soil Behaviour: The Role of Particle Shape. Advances in Geotechnical
Engineering: The Skempton Conf., Thomas Telford, 2004, London, 604–617. 2004.
[4] Bareither, et al. Geological and Physical Factors Affecting the Friction Angle of Compacted
Sands. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol. 134, No. 10, October
1, 2008.
[5] H.C. Hardiyatmo. Mekanika Tanah 1 Edisi kelima. Yogyakarta: Gadjah Mada University Press.
2010.
[6] Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral. Gerakan Tanah. Bandung: Kementrian Energi
dan Sumber Daya Mineral, Badan Geologi, Pusat Vulkanologi dan Mitigasi Bencana Geologi.
2015.
[7] W.C. Krumbein and L.L. Sloss. Stratigraphy and Sedimentation. 2nd. Ed. W. H. Freeman and
Company. London. 1951.
[8] J.E. Bowles. Sifat-Sifat Fisis dan Geoteknis Tanah (Mekanika Tanah). Jakarta: Erlangga. 1991.
[9] B.M. Das. Mekanika Tanah (Prinsip-Prinsip Rekayasa Geoteknis) Jilid 1. Jakarta: Erlangga.
1995.
[10] S. Matsumura. Laboratory and In-Situ Studies on Mechanical Properties of Volcanic Soil
Embankment in Cold Region. Hokkaido University. 2014.
[11] J. McPhie, M. Doyle, R. Allen. Volcanic Textures A Guide to The Interpretation of textures in
volcanic rocks. Tasmania : Centre for Ore Deposit and Exploration Studies. 1993.
[12] D.O. Latif, et al. Chemical Characteristics of Volcanic Ash in Indonesia for Soil Stabilization,
Morphology and Mineral Content. Journal of GEOMATE. Vol. 11(26): 2606-2610. 2016.
[13] J.K. Mitchell, Soga. Fundamental of Soil Behavior. 3rd ed. John Wiley & Sons. New York.
2005.
[14] Zingg. Beiträge zur Schotteranalyse: Min. Petrog. Mitt. Schweiz., 15:39-140. 1935.
[15] N. Sultan. Angle of repose. Particle Technology Lab Report CH-244, University of Engineering
and Technology, Lahore KSK Campus. 2005.