STRUKTUR TANAH DAN MINERAL LEMPUNG
STRUKTUR TANAH DAN MINERAL LEMPUNG
KELOMPOK 3
• Gilang
• Ghina Ariqoh
• Irvan Qomaruzzaman
• Muhammad Rani S
• Rio Azzani
TANAH DAN FORMASINYA
Bab ini akan meninjau tanah sehubungan dengan komposisinya, strukturnya,
dan untuk lempung, mineral lempung serta pengaruhnya yang sangat penting
terhadap perilaku tanah. Tanah pada keadaan ini kemudian akan di
didefinisikan lagi sebagai berikut:
1. Bahan yang tidak terkonsolidasi dari kerak bumi dimana diatasnya akan
dibangun suatu struktur atau di pakai sebagai bahan konstruksi.
2. Bahan diatas batuan dasar, yang lepas dan tidak terkonsolidasi, yang di
hasilkan oleh pelapukan batuan.
STRUKTUR TANAH DAN TEKSTUR
Struktur tanah adalah susunan geometric dan kerangka dari partike, atau butiran
mineral, dan gaya antarpartikel yang mungkin bekerja padanya (ggradasi, susunan
partikel, angka pori, bahan perekat, dangaya elektris)
Struktur adalah suatu sifat yang menghasilkan respon terhadap perubahan
eksternal di dalam lingkungan (beban, air, temperature, dan faktor-faktor lainnya)
Tekstur tanah diperkenalkan pertengahan tahun 1960-an untuk menerangkan “str
uktur” lempung. Tekstur merupan susunan geometrik dari partikel-partikel mineral
dalam suatu massa lempung sebagaimana diamati lewat mikroskop optic atau
elektron , meliputi jarak antarpartikel dan distribusi ukuran pori.
KOHESI TANAH DAN FRIKSI
•
•
•
•
•
Ukuran daya tarik antara partikel-partikel tanah kohesif disebut kohesi.
ketahanan terhadap perpindahan relatif pada tanah yang tidak kohesif disebut
friksi. Friksi yang diartikan di sini adalah gaya gesek sebesar
Di mana = koefisen friksi
N = gaya normal di antara pertikel-partikel
Koefisien gesek dalam pekerjaan geoteknis diambil sebagai
di mana disebut sudut gesek dalam dari tanah.
Nilai yang bagus lebih rendah untuk pasir kering, kerikil, atau campuran pasirkerikil dapat diperkirakan dari sudut yang terbentuk apabila bahan tadi dicurahkan
dengan teliti menjadi suatu tumpukan, dan mengukur sudut yang dihasilkan oleh
kemiringan curahan itu.
Pada tanah, salah satu nilai dan c mungkin lebih besar dari nol, atau nol-tetapi tidak
lebih kecil dari nol. Apabila keadaan tanah sedemikian rupa sehingga keduanya
bernilai nol, suatu kondisi yang sangat berbahaya akan terjadi.
Tabel 5-1 Nilai-nilai dan , berat isi dan sudut gesek dalam untuk beberapa jenis
tanah.
•
Lepas
Padat
Berat isi kering
Berat isi kering
Kerikil
16,0-18,0
0,62-0,44
32-36
18,0-20,0
0,44-0,30
35-50
Pasir kasar
15,0-17,5
0,73-0,50
32-38
17,5-19,6
0,50-0,33
35-48
Pasri berlempung
14,0-16,5
0,86-0,58
28-32
16,5-18,5
0,58-0,40
35-40
Pasir berlanau
12,6-15,5
1,05-0,68
28-32
15,5-17,5
0,68-0,49
32-38
Pasir halus
14,0-18,5
0,86-0,40
27-33
15,5-18,0
0,68-0,44
33-39
Kerikil berpasir
15,0-18,0
0,73-0,44
30-38
18,0-22,0
0,44-0,18
36-45
Pasir berkerikil
15,0-18,0
0,73-0,44
30-38
18,0-22,0
0,44-0,16
36-50
Lanau
14,0-15,5
0,86-0,68
20-30
15,5-17,5
0,68-0,49
25-32
STRUKTUR TANAH BERBUTIR
•
•
•
Susunan masing-masing partikel tanah di dalam suatu tanah berbutir dapat
disebut kemampatan (packing).
Sebagai contoh kemampatan yang idela dari bola-bola dalam suatu volume setebal
satu bola. Lalu jumlah bola yang sama telah disusun kembali dalam konfigurasi
yang lebih rapat yang disebut kemampatan rombus. Sesuai teoritis yang cukup
sederhana untuk kemampatan berbentuk kubus, apabila kita masukkan bola ke
dalam sebuah kubus dengan sisi = nR, maka kita dapatkan :
Volume
Kubus sederhana
n=2
Berat isi
8
Rombus
•
n Piramid
= bilangan bulat; Gw dimana G= berat jenis bola.
Angka pori e
0,91
0,65
0,35
•
Pertimbangan-pertimbangan geoteknik membutuhkan kemampatan partikel yang
lebih optimum. Dalam kemampatan optimum kuat geser akan bertambah karena
lebih banyak teradapat kontak antar-partikel, yang memberikan tambahan
dukungan lateral (sisi). Tekanan dan/atau penurunan akan berkurang karena
terdapat lebih sedikit rongga di dalam tanah yang dapat menimbulkan perubahan
volume. Disamping itu, dengan adanya kemampatan, akan berkurang pula
kecenderungan atau gejala di mana partikel akan terguling, tergelincir, dan tergeser
menuju posisi keseimbangan yang barudi bawah tegangan yang bekerja.
PERTIMBANGAN LAIN UNTUK STRUKTUR TANAH
BERBUTIR, KERAPATAN RELATIF
•
•
•
•
•
•
Tanah tidak kohesif cenderung membentuk suatu struktur berbutir-tunggal.
Struktur berbutir-tunggalterbentuk apabila butiran-butiran tanah secara bebas
turun dalam larutan tanah-air, yang berlawanan dengan penurunan secara “flok”.
Pada umumnya butiran yang lebih besar dari sekitar 0,01mm akan membentuk
struktur berbutir-tunggal.
Kumpulan campuran lanau murni, pasir, atau kerikil atau pasir berlanau, kerikil
berpasir, dan sebagainya, merupakan struktur berbutir-tunggal.
Partikel tanah yang sangat kecil dengan ukuran 0,001mm dan lebih kecil disebut
dengan koloid.
Mineral lempung adalah partikel yang lebih kecil sekitar 0,002 mm, tetapi sifatnya
adalah sedemikian rupa sehingga akan ditinjau secara terpisah.
Mineral lempung adalah partikel yang lebih kecil sekitar 0,002 mm, tetapi sifatnya
adalah sedemikian rupa sehingga akan ditinjau secara terpisah.
•
•
•
•
•
•
Seposit pada kondisi tertentu dapat menghasilkan struktur tanah yang sangat
lepas(metastabil).
Struktur tanah ini biasanya terbentuk secara geologis akibat aliran air kearah atas
di dalam deposit yang kemudian berangsur-angsur akan berkurang atau sama
sekali hilang.
Pada butiran tanah yang berukuran antara 5 sampai 0,005 mm, adanya sejumlah
kecil air saja dapat sangat mengubah sifat teknis tanah tersebut.
. Kohesi semu ini memungkinkan galian yang hamper vertikal pada pasir ataupun
mobilitas yang lebih besar dari kendaraan beroda-karet di atas pasir yang lembab.
Kohesi semu menunjukan kemampatan tanah atau menghasilkan apa yang disebut
pengembangan volume (bulking) secara kualitatif memperlihatkan pengaruh
pengembangan volume terhadap berat isi.
Pada S = 100 persen, semua pengaruh tarikan permukaan akan hilang, dan
bersama dengan pengaruh pelumasan tikel, berat isi maksimum akan diperoleh.
•
•
•
•
•
Sementasi dapat terjadi pada deposit tanah yang tidak kohesif apabila air yang
berperkolasi mencurahi berbagai karbonat dan bahan-bahan lainnya.
Kemampatan optimum dari tanah berbutir akan menghasilkan berat isi yang
terbesar dan angka poti maksimum . Sebaliknya kemampatan minimum akan
menghasilkan keadaan yang paling lepas, berat isi minimum, dan angka pori
maksimum .
Kemampatan realtif adalah tolak ukur angka pori di lapangan , sebagai suatu sifat
indeks yang berhubungan dengan nilai-nilai angka pori maksimum dan minimum di
laboratorium, sebagai
Dr =
Kerapatan relatif dapat juga dinyatakan dalam berat isi kering maksimum (),
minimum (), dan di lapangan () sebagai
Dr = =
•
Tabel 5-2 Istilah dan identifikasi lapangan untuk kerapatan relatif
Keadaan tanah
Sangat lepas
Dr
0-0,20
Lepas
Identifikasi lapangan
Mudah ditandai dengan jari, ibu jari, atau kepalan tangan.
Agak kurang mudah ditandai dengan kepalan tangan. Mudah didekap.
0,20-0,40
Agak padat (kompak)
Cukup sukar untuk disekop.
0,40-0,70
Padat
0,70-0,90
Sangat padat
Membutuhkan garpu untuk memisahkan tanah sehingga dapat disekop
dengan mudah.
Memerlukan ledakan atau peralatan berat untuk memisahkan.
0,90-1,00
•
•
Alasan utama untuk menggunakan kerapatan relative adalah karena pengambilan
contoh tanah yang tidak terganggu hamper tidak mungkin dilakukan pada pasir dan
kerikil yang tidak kohesif, dan, sebagai konsekuensinya, uji penetrometer terpaksa sering
digunakan.
Riset-riset yang telah cukup banyak dilakukan, di mana riset yang terakhir dilaporkan
dalam ASTM (1973), menunjukan bahwa Dr bukanlah suatu sifat indeks tanah yang
sangat dapat diandalkan.
STRUKTUR TANAH KOHESIF
•
•
•
•
Suatu tanah kohesif dapat didefinisikan sebagai kumpulan partikel mineral yang
mempunyai indeks plastisitas sesuai sengan batas Atterberg yang pada waktu
mongering membentuk suatu massa yang bersatu sedemikian rupa sehingga
diperlukan gaya untuk memisahkan setiap butiran miskroskopisnya.
Campuran yang diperlukan untuk membuat suatu deposit tanah menjadi bersifat
kohesif adalah mineral lempung, kadang-kadang disebut bahan argillaceous.
Besarnya kohesi tergantung pada ukuran relative dan jumlah berbagai butiran
tanah dan bahan argillaceous yang ada.
Pada umumnya apabila lebih dari 50 persen dari deposit mengandung partikelpartikel berukuran 0,002mm dan lebih kecil, deposit tersebut disebut
“lempung”.dengan persentase relative ini, partikel-partikel tanah yang lebih besar
akan terlarut dalam matriks tanah berbutir halus.
Apabila 80-90 persen dari bahan deposit tersebut lebih kecil dari saringan No.200
(0,075 mm),cukup 5 sampai 10 persen lempung yang ada telah menyebabkan
tanah tersebut kohesif.
Deskripsi lengkap tentang struktur tanah kohesif berbutir-halis memerlukan
pengetahuan mengenai gaya antarpartikel maupun geometric, atau tekstur, dari
partikel tersebut. Gaya antarpartikelterlihat seolah-olah terbentuk dari tiga jenis
aliran listrik yang berbeda:
1. Rekatan ionik. Rekatan akibat kurangnya elektron di bagian luar dari atom-atom
yang membentuk satuan tanah dasar.
2. Rekatan Van der Waals. Rekatan akibat berubah-ubahnya jumlah elektron pada
salah satu bagian dari inti atom.
3. Lain-lain. Termasuk rekatan hydrogen dan gaya tarik gravitasi antaradua benda.
• Studi-studi terakhir mengenai tanh lempung dengan menggunakan scanning
electron microscope (SEM) memperlihatkan bahwa masing-masing partikel
lempung berkelompok atau berflokulasi bersama di dalam satu satuan tekstur
submikroskopik yang disebut domain.
• Domain-domain tadi kemudian berkelompok lagi membentuk kelompok yang juga
berbentuk submikroskopik yang disebut cluster. Cluster berkelompok lagi
membentuk ped yang berukuran mikroskopik
•
•
•
•
•
•
•
Mikrostruktur adalah lebih penting dipandang dari segi fundamental jika
dibandingkan dengan segi teknis, tetapi ia berguna sebagai alat bantu untuk
memahami perilaku tanah secara umum.
Struktur terflokulasi, atau agregasi, dengan berbagai tingkat kemampatan dan
interkoneksi dihasilkan selama proses sedimentasi.
Tingkat kemampatan secara umum terlihat sangat peka terhadap lingkungan di
mana proses itu terjadi, di air laut, air payau, ataupun di air tawar.
Konsentrasi ion di dalam ketiga jenis air ini akan berkisar dari tinggi untuk air laut
sampai rendah untuk air tawar. Tingkat kemampatannya juga sangat dipengaruhi
oleh mineralogi lempung.
Deskripsi awal dari tanah kohesif antara lain terdiri dari struktur sarang lebah atau
kropok (honeycomb), flokulen, dan terpisah.
Struktur sarang lebih mungkin akan menjadi situasi di mana cluster-cluster dari
kelompok tertentu bergabung selama sedimentasi, dan struktur flokulen adalah
situasi di mana butiran lanau menarik lapisan selubung mineral lempung atau ped
membentuk dan menghasilkan struktur flokulen yang berpori dan acak (random).
LEMPUNG DAN MINERALNYA
•
•
•
•
•
•
Mineral-mineral lempung terutama terdiri dari silikat alumunium dan/ atau besi
dan magnesium. Beberapa diantaranya juga mengandung alkali dan/ atau tanah
alkalin sebagai komponen dasarnya.
Meniral-mineral ini terdiri dari kristalin dimana atom-atom yang membentuknya
tersusun dalam suatu pola geometrik tertentu
Sebagian besar mineral lempung mempunyai struktur berlapis. Chuster adalah
tumpukan satuan yang berlapis tipis atau kumpulan satuan silinder serat.
Mineral lempung berukuran sangat kecil (kurang dari 2 μm) dan merupakan
partikel yang aktif secara elektrokimiawi yang hanya dapat dilihat dengan
mikroskop elektron.
Terdapat dua blok bangunan fundamental untuk struktur mineral lempung. Salah
satu diantaranya adalah satuan silica
satuan lainnya adalah suatu satuan di mana sebuah atom alumunium atau
magnesium
Sumber : http://2.bp.blogspot.com/TG_f9jLO_KA/UF_cNvOHyPI/AAAAAAAAANY/QAhJx3BCpok/s1600/lempung.png
Sumber utama dari mineral lempung adalah pelapukan kimiawi dari batuan
yang mengandung :
1. Felspar ortoklas
2. Feldspar plagioklas
3. Mika (muskovit)
yang semuanya dapat disebut silikat alumunium kompleks. Mineral lempung
yang biasa terdapat adalah sebagai berikut :
4. Kaolinit (kaolinite)
•
5.
6.
Illit (Illite)
Montmorilonit (Montmorinolite)
Kaolinit (kaolinite)
•
•
struktur kaolinit terdiri dari lapisan tetrahedra silika yang berganti-ganti dengan
puncak yang tertanam di dalam satuan oktahedral alumina (gibsit). Rumus yang
dihasilkan adalah:
(OH)8Al4Si4O10
• kaolinit adalah mineral lempung paling aktif yang pernah diamati.
Mineral 1 : 1 lainnya dari “keluarga” kaolinit adalah haloisit. Haloisit berbeda dari
kaolinit karena tertumpuk secara lebih acak, sehingga satu molekul air dapat masuk di
antara satuan-satuan 7 Å, dan memberikan persamaan
(OH)8Al4Si4O10 4H2O
Lempung kaolinit dan hloisit banyak dipakai untuk barang-barang tembikar dan
keramik Cina karena tiadanya besi yang terkandung di dalamnya, sehingga tidak ada
perubahan warna apabila dibakar pada panas yang tinggi. Lempung kaolin juga banyak
dipakai sebagai penyerap instestin untuk melawan infeksi, yaitu sebagai obat anti
diarhea dan untuk penyakit-penyakit perut lainnya.
Illit (Illite)
•
•
•
•
•
•
Illit adalah istilah umum untuk kelomok lempung yang pertama kalinya dijumpai di
Illinois. Mineral lempung ini mempunyai persamaan umum
(OH)4Ky(Si8-y Aly)(Al4
Mg6 Fe4 Fe6)O20
di mana y bernilai antara 1 sampai 1,5. Illit diturunkan dari muscovite (mika) dan biotit
(biotite), dan kadang-kadang disebut lempung mika.
mineral 1 : 2 dengan tambahan perbedaan di mana beberapa posisi silika akan terisi
atom-atom alumunium, dan ion-ion potassium ikut berada di antara lapisan-lapisan
untuk mengatasi kekurangan muatan.
Vermikulit merupakan mineral lempung dalam keluarga illit yang bersifat sama, kecuali
molekul air lapisan-ganda di antara lapisan-lapisannya diselang-selangi dengan ion-ion
kalsium dan/atau magnesium, dengan substitusi oleh brusit sebagai pengganti gibsit di
dalam lapisan oktahedral.
Lempung illit dan vermikulit serta serpih lempung banyak dipakai untuk membuat
agregat berbobot-ringan. Vermikulit terutama sangat mengembang apabila mengalami
pemanasan yang tinggi, karena lapisan-lapisan airnya dengan cepat berubah menjadi
uap sehingga mengakibatkan terjadinya pengembangan yang besar.
Montmorilonit (Montmorinolite)
•
•
•
•
•
•
•
•
Montmorinolit adalah nama yang diberikan untuk suatu mineral lempung yang
dijumpai di Montmorillon, Perancis (1874) dengan rumus umum :
(OH)4Si8Al4O20 nH2O
Di mana nH2O adalah air yang berbeda di antara lapisan-lapisan (n lapis). Istilah
“smectite” juga dipakai untuk kelompok mineral lempung ini.
Mineral lempung montmorilonit juga terdiri dari lapisan-lapisan dengan satuan 1 : 2.
Berbagai substitusi terjadi, antara lain Al untuk Si dalam lapisan tetrahedral dan Mg, Fe,
Li, atau Zn, untuk Al dalam lapisan oktahedral.
Bentonit adalah lempung montmorilonit uang dijumpai di dalam deposit vulkanik yang
telah mengalami pelapukan sebagian di Wyoming Swiss, dan Selandia Baru.
Mineral lempung ini terutama sangat aktif dalam mengembang apabila terdapat air dan
sangat banyak digunakan dalam pemboran sumur-sumur minyak dan dalam eksplorasi
tanah sebagai suatu lumpur untuk pemboran dan sebagai suatu penutup dari lempung.
Sifat-sifat bentonit bervariasi, tergantung pada sumber dan jumlah pelapukan material
vulkanik induknya.
Kaolinit (kaolinite)
Illit (Illite)
Montmorilonit
(Montmorinolite)
SIFAT UMUM MINERAL LEMPUNG
••
•
•
•
•
Hidrasi
Partikel lempung hamper selalu terhidrasi, yaitu dikelilingi oleh lapisan-lapisan
molekul air yang disebut “air teradsorbsi”.
Difusi “kation teradsborbsi” dari mineral lempung meluas keluar dari permukaan
lempung sampai ke lapisan air.
Pengaruhnya adalah pengadaan muatan netto (+) di dekat pertikel mineral dan
muatan (-) pada jarak yang lebih jauh.
Air ini sering tertarik dengan kuatnya sehingga berperilaku lebih sebagai benda
padat dari pada benda cair, dan beberapa peneliti melaporkan bahwa
kerapatannya ρw → 1,4g/.
Pada umumnya, apabila lapisan-ganda mengalami dehidrasi pada temperature
rendah, sifat plastisitasnya dapat dikembalikan lagi dengan mencampurnya dengan
air yang cukup dan “dikeringkan” selama 24 sampai 48 jam. Apabla dehidrasi
terjadi pada temperatur yang lebih tinggi, sifat plastisitasnya akan turun atau
berkurang untuk selamanya.
••
•
•
•
•
Aktivitas
Tepi-tepi mineral lempung mempunya muatan negatif netto. Ini mengakibatkan
terjadinya usaha untuk menyeimbangkan muatan ini dengan tarikan kation.
Tarikan ini akan sebanding dengan kekurangna muatan netto dan dapat
dihubungkan dengan aktivitas lempung tersebut.
Aktivitas ini dapat didefinisikan sebagai
Aktivitas =
di mana persentase lempung diambil sebagai fraksi tanah yang < 2μm. Aktivitas
juga berhubungan dengan kadar air potensial relatif. Nilai-nilai khas aktivitas :
Kaolinit
0,4-0,5
Illit
0,5-1,0
Montmorilonit 1,0-7,0
Kapasitas penggantian kation dalam miliekivalen (meq) 100 g lempung juga
digunakan sebagai indikasi suatu aktivitas
•
kapasitas penggantian beberapa mneral lempung adalah sebagai berikut :
Lempung
Kapasitas penggantian, meq / 100 g
Kaolinit
3-15
Haloisit (4H2O)
10-40
Illit
10-40
Vermikulit
100-150
Montmorilonit
•
•
80-150
Dalam pemakaian praktis, aktivitas lempung dapat ditentukan dalam karakteristik
plastisitasnya yang berubah oleh substitusi ion-ion logam dari tingkat yang lebih tinggi
seperti
Li < Na < NH4 < K < Mg < Rb < Ca < Co 7) sebagai akibat dari muatan negative netto pada suatu mineral.
Akibat adanya muatan ini, ion-ion di dlama air, gaya Van Der Waals, dan partikel
berukuran kecil akan bersama-sama tertarik dan bersinggungan atau bertabrakan
di dalam larutan itu.
Untuk menghindari flokulasi suatu larutan tanah-air yang terdispersi
dapatdinetralisirkan dengan menambahkan ion-ion yang dapat diperoleh dari
bahan-bahan yang mengandung asam.
Bahan yang paling biasa digunakan di laboratorium adalah sodium
heksametafosfat (tanda perdagangan Calgon, NaPO3), yang menghasilkan suatu
larutan asam apabila bahan yang kering itu dicampur dengan air.
Penambahan bahan-bahan alkali seperti sodium hidroksida (NaOH) atau
[KAl(SO4)2] akan menyebabkan flokulasi yang tepat.
Lempung yang baru saja terflokulasi dpat dengan mudah didispersikan kembali ke
dalam larutan dengan menggoncangnya, yang menandakan bahwa tarikan
antarpartikel ternyata jauh lebih kecil dari gaya goncangan.
•
•
•
•
•
•
•
Pengaruh air
Fasa air di dalam tanah lempung tidaklah berupa air yang murni secara kimiawi. Air
ini menentukan sifat plastisitaas lempung.
Pemakaian air suling, yang relative bebas terhadap ion, dapat memberiakn hasil
yang cukup bebeda dari apa yang didapatkan dari tanah di lapangan dengan air
yang telah terkntaminasi.
Apabila bongkahan ini dipecah-pecah menjadi partikel-partikel kecil, bahan
tersebut akan berperilaku sebagai bahan yang tidak kohesif.
Apabila air ditambahkan kembali, bahan tersebut akan menjadi plastis dengan
kekuatan yang lebih kecil dibandingkan kekuatan bongkah yang kering.
Apabila lempung basah ini dikeringkan lagi, akan terbentuk bongkah yang keras
dan kuat.
Kita dapat langsung mengamati bahwa kekuatan lempung akan bervariasi dari nilai
yang sangat rendah untuk S = 100 persen sampai nilai yang sangat tinggi untuk S =
0.
Menarik untuk dicatat bahwa pemakaian air, yang merupakan bahan dipolar,akan
menimbulkan pengaruh ini, sedangkan bahan non-polar seperti karbon
tetraklorida (CCl4) tidak akan menimbulakan pengaruh apapun.
CONTOH STRUKTUR TANAH
Lembaran-lembaran kristal yang memliki struktur atom yang berulang
1. Tetrahedron / Silica sheetMerupakan gabungan dari Silica Tetrahedron
2. Octahedron / Alumina sheetMerupakan gabungan dari Alumina Octahedron
KELOMPOK 3
• Gilang
• Ghina Ariqoh
• Irvan Qomaruzzaman
• Muhammad Rani S
• Rio Azzani
TANAH DAN FORMASINYA
Bab ini akan meninjau tanah sehubungan dengan komposisinya, strukturnya,
dan untuk lempung, mineral lempung serta pengaruhnya yang sangat penting
terhadap perilaku tanah. Tanah pada keadaan ini kemudian akan di
didefinisikan lagi sebagai berikut:
1. Bahan yang tidak terkonsolidasi dari kerak bumi dimana diatasnya akan
dibangun suatu struktur atau di pakai sebagai bahan konstruksi.
2. Bahan diatas batuan dasar, yang lepas dan tidak terkonsolidasi, yang di
hasilkan oleh pelapukan batuan.
STRUKTUR TANAH DAN TEKSTUR
Struktur tanah adalah susunan geometric dan kerangka dari partike, atau butiran
mineral, dan gaya antarpartikel yang mungkin bekerja padanya (ggradasi, susunan
partikel, angka pori, bahan perekat, dangaya elektris)
Struktur adalah suatu sifat yang menghasilkan respon terhadap perubahan
eksternal di dalam lingkungan (beban, air, temperature, dan faktor-faktor lainnya)
Tekstur tanah diperkenalkan pertengahan tahun 1960-an untuk menerangkan “str
uktur” lempung. Tekstur merupan susunan geometrik dari partikel-partikel mineral
dalam suatu massa lempung sebagaimana diamati lewat mikroskop optic atau
elektron , meliputi jarak antarpartikel dan distribusi ukuran pori.
KOHESI TANAH DAN FRIKSI
•
•
•
•
•
Ukuran daya tarik antara partikel-partikel tanah kohesif disebut kohesi.
ketahanan terhadap perpindahan relatif pada tanah yang tidak kohesif disebut
friksi. Friksi yang diartikan di sini adalah gaya gesek sebesar
Di mana = koefisen friksi
N = gaya normal di antara pertikel-partikel
Koefisien gesek dalam pekerjaan geoteknis diambil sebagai
di mana disebut sudut gesek dalam dari tanah.
Nilai yang bagus lebih rendah untuk pasir kering, kerikil, atau campuran pasirkerikil dapat diperkirakan dari sudut yang terbentuk apabila bahan tadi dicurahkan
dengan teliti menjadi suatu tumpukan, dan mengukur sudut yang dihasilkan oleh
kemiringan curahan itu.
Pada tanah, salah satu nilai dan c mungkin lebih besar dari nol, atau nol-tetapi tidak
lebih kecil dari nol. Apabila keadaan tanah sedemikian rupa sehingga keduanya
bernilai nol, suatu kondisi yang sangat berbahaya akan terjadi.
Tabel 5-1 Nilai-nilai dan , berat isi dan sudut gesek dalam untuk beberapa jenis
tanah.
•
Lepas
Padat
Berat isi kering
Berat isi kering
Kerikil
16,0-18,0
0,62-0,44
32-36
18,0-20,0
0,44-0,30
35-50
Pasir kasar
15,0-17,5
0,73-0,50
32-38
17,5-19,6
0,50-0,33
35-48
Pasri berlempung
14,0-16,5
0,86-0,58
28-32
16,5-18,5
0,58-0,40
35-40
Pasir berlanau
12,6-15,5
1,05-0,68
28-32
15,5-17,5
0,68-0,49
32-38
Pasir halus
14,0-18,5
0,86-0,40
27-33
15,5-18,0
0,68-0,44
33-39
Kerikil berpasir
15,0-18,0
0,73-0,44
30-38
18,0-22,0
0,44-0,18
36-45
Pasir berkerikil
15,0-18,0
0,73-0,44
30-38
18,0-22,0
0,44-0,16
36-50
Lanau
14,0-15,5
0,86-0,68
20-30
15,5-17,5
0,68-0,49
25-32
STRUKTUR TANAH BERBUTIR
•
•
•
Susunan masing-masing partikel tanah di dalam suatu tanah berbutir dapat
disebut kemampatan (packing).
Sebagai contoh kemampatan yang idela dari bola-bola dalam suatu volume setebal
satu bola. Lalu jumlah bola yang sama telah disusun kembali dalam konfigurasi
yang lebih rapat yang disebut kemampatan rombus. Sesuai teoritis yang cukup
sederhana untuk kemampatan berbentuk kubus, apabila kita masukkan bola ke
dalam sebuah kubus dengan sisi = nR, maka kita dapatkan :
Volume
Kubus sederhana
n=2
Berat isi
8
Rombus
•
n Piramid
= bilangan bulat; Gw dimana G= berat jenis bola.
Angka pori e
0,91
0,65
0,35
•
Pertimbangan-pertimbangan geoteknik membutuhkan kemampatan partikel yang
lebih optimum. Dalam kemampatan optimum kuat geser akan bertambah karena
lebih banyak teradapat kontak antar-partikel, yang memberikan tambahan
dukungan lateral (sisi). Tekanan dan/atau penurunan akan berkurang karena
terdapat lebih sedikit rongga di dalam tanah yang dapat menimbulkan perubahan
volume. Disamping itu, dengan adanya kemampatan, akan berkurang pula
kecenderungan atau gejala di mana partikel akan terguling, tergelincir, dan tergeser
menuju posisi keseimbangan yang barudi bawah tegangan yang bekerja.
PERTIMBANGAN LAIN UNTUK STRUKTUR TANAH
BERBUTIR, KERAPATAN RELATIF
•
•
•
•
•
•
Tanah tidak kohesif cenderung membentuk suatu struktur berbutir-tunggal.
Struktur berbutir-tunggalterbentuk apabila butiran-butiran tanah secara bebas
turun dalam larutan tanah-air, yang berlawanan dengan penurunan secara “flok”.
Pada umumnya butiran yang lebih besar dari sekitar 0,01mm akan membentuk
struktur berbutir-tunggal.
Kumpulan campuran lanau murni, pasir, atau kerikil atau pasir berlanau, kerikil
berpasir, dan sebagainya, merupakan struktur berbutir-tunggal.
Partikel tanah yang sangat kecil dengan ukuran 0,001mm dan lebih kecil disebut
dengan koloid.
Mineral lempung adalah partikel yang lebih kecil sekitar 0,002 mm, tetapi sifatnya
adalah sedemikian rupa sehingga akan ditinjau secara terpisah.
Mineral lempung adalah partikel yang lebih kecil sekitar 0,002 mm, tetapi sifatnya
adalah sedemikian rupa sehingga akan ditinjau secara terpisah.
•
•
•
•
•
•
Seposit pada kondisi tertentu dapat menghasilkan struktur tanah yang sangat
lepas(metastabil).
Struktur tanah ini biasanya terbentuk secara geologis akibat aliran air kearah atas
di dalam deposit yang kemudian berangsur-angsur akan berkurang atau sama
sekali hilang.
Pada butiran tanah yang berukuran antara 5 sampai 0,005 mm, adanya sejumlah
kecil air saja dapat sangat mengubah sifat teknis tanah tersebut.
. Kohesi semu ini memungkinkan galian yang hamper vertikal pada pasir ataupun
mobilitas yang lebih besar dari kendaraan beroda-karet di atas pasir yang lembab.
Kohesi semu menunjukan kemampatan tanah atau menghasilkan apa yang disebut
pengembangan volume (bulking) secara kualitatif memperlihatkan pengaruh
pengembangan volume terhadap berat isi.
Pada S = 100 persen, semua pengaruh tarikan permukaan akan hilang, dan
bersama dengan pengaruh pelumasan tikel, berat isi maksimum akan diperoleh.
•
•
•
•
•
Sementasi dapat terjadi pada deposit tanah yang tidak kohesif apabila air yang
berperkolasi mencurahi berbagai karbonat dan bahan-bahan lainnya.
Kemampatan optimum dari tanah berbutir akan menghasilkan berat isi yang
terbesar dan angka poti maksimum . Sebaliknya kemampatan minimum akan
menghasilkan keadaan yang paling lepas, berat isi minimum, dan angka pori
maksimum .
Kemampatan realtif adalah tolak ukur angka pori di lapangan , sebagai suatu sifat
indeks yang berhubungan dengan nilai-nilai angka pori maksimum dan minimum di
laboratorium, sebagai
Dr =
Kerapatan relatif dapat juga dinyatakan dalam berat isi kering maksimum (),
minimum (), dan di lapangan () sebagai
Dr = =
•
Tabel 5-2 Istilah dan identifikasi lapangan untuk kerapatan relatif
Keadaan tanah
Sangat lepas
Dr
0-0,20
Lepas
Identifikasi lapangan
Mudah ditandai dengan jari, ibu jari, atau kepalan tangan.
Agak kurang mudah ditandai dengan kepalan tangan. Mudah didekap.
0,20-0,40
Agak padat (kompak)
Cukup sukar untuk disekop.
0,40-0,70
Padat
0,70-0,90
Sangat padat
Membutuhkan garpu untuk memisahkan tanah sehingga dapat disekop
dengan mudah.
Memerlukan ledakan atau peralatan berat untuk memisahkan.
0,90-1,00
•
•
Alasan utama untuk menggunakan kerapatan relative adalah karena pengambilan
contoh tanah yang tidak terganggu hamper tidak mungkin dilakukan pada pasir dan
kerikil yang tidak kohesif, dan, sebagai konsekuensinya, uji penetrometer terpaksa sering
digunakan.
Riset-riset yang telah cukup banyak dilakukan, di mana riset yang terakhir dilaporkan
dalam ASTM (1973), menunjukan bahwa Dr bukanlah suatu sifat indeks tanah yang
sangat dapat diandalkan.
STRUKTUR TANAH KOHESIF
•
•
•
•
Suatu tanah kohesif dapat didefinisikan sebagai kumpulan partikel mineral yang
mempunyai indeks plastisitas sesuai sengan batas Atterberg yang pada waktu
mongering membentuk suatu massa yang bersatu sedemikian rupa sehingga
diperlukan gaya untuk memisahkan setiap butiran miskroskopisnya.
Campuran yang diperlukan untuk membuat suatu deposit tanah menjadi bersifat
kohesif adalah mineral lempung, kadang-kadang disebut bahan argillaceous.
Besarnya kohesi tergantung pada ukuran relative dan jumlah berbagai butiran
tanah dan bahan argillaceous yang ada.
Pada umumnya apabila lebih dari 50 persen dari deposit mengandung partikelpartikel berukuran 0,002mm dan lebih kecil, deposit tersebut disebut
“lempung”.dengan persentase relative ini, partikel-partikel tanah yang lebih besar
akan terlarut dalam matriks tanah berbutir halus.
Apabila 80-90 persen dari bahan deposit tersebut lebih kecil dari saringan No.200
(0,075 mm),cukup 5 sampai 10 persen lempung yang ada telah menyebabkan
tanah tersebut kohesif.
Deskripsi lengkap tentang struktur tanah kohesif berbutir-halis memerlukan
pengetahuan mengenai gaya antarpartikel maupun geometric, atau tekstur, dari
partikel tersebut. Gaya antarpartikelterlihat seolah-olah terbentuk dari tiga jenis
aliran listrik yang berbeda:
1. Rekatan ionik. Rekatan akibat kurangnya elektron di bagian luar dari atom-atom
yang membentuk satuan tanah dasar.
2. Rekatan Van der Waals. Rekatan akibat berubah-ubahnya jumlah elektron pada
salah satu bagian dari inti atom.
3. Lain-lain. Termasuk rekatan hydrogen dan gaya tarik gravitasi antaradua benda.
• Studi-studi terakhir mengenai tanh lempung dengan menggunakan scanning
electron microscope (SEM) memperlihatkan bahwa masing-masing partikel
lempung berkelompok atau berflokulasi bersama di dalam satu satuan tekstur
submikroskopik yang disebut domain.
• Domain-domain tadi kemudian berkelompok lagi membentuk kelompok yang juga
berbentuk submikroskopik yang disebut cluster. Cluster berkelompok lagi
membentuk ped yang berukuran mikroskopik
•
•
•
•
•
•
•
Mikrostruktur adalah lebih penting dipandang dari segi fundamental jika
dibandingkan dengan segi teknis, tetapi ia berguna sebagai alat bantu untuk
memahami perilaku tanah secara umum.
Struktur terflokulasi, atau agregasi, dengan berbagai tingkat kemampatan dan
interkoneksi dihasilkan selama proses sedimentasi.
Tingkat kemampatan secara umum terlihat sangat peka terhadap lingkungan di
mana proses itu terjadi, di air laut, air payau, ataupun di air tawar.
Konsentrasi ion di dalam ketiga jenis air ini akan berkisar dari tinggi untuk air laut
sampai rendah untuk air tawar. Tingkat kemampatannya juga sangat dipengaruhi
oleh mineralogi lempung.
Deskripsi awal dari tanah kohesif antara lain terdiri dari struktur sarang lebah atau
kropok (honeycomb), flokulen, dan terpisah.
Struktur sarang lebih mungkin akan menjadi situasi di mana cluster-cluster dari
kelompok tertentu bergabung selama sedimentasi, dan struktur flokulen adalah
situasi di mana butiran lanau menarik lapisan selubung mineral lempung atau ped
membentuk dan menghasilkan struktur flokulen yang berpori dan acak (random).
LEMPUNG DAN MINERALNYA
•
•
•
•
•
•
Mineral-mineral lempung terutama terdiri dari silikat alumunium dan/ atau besi
dan magnesium. Beberapa diantaranya juga mengandung alkali dan/ atau tanah
alkalin sebagai komponen dasarnya.
Meniral-mineral ini terdiri dari kristalin dimana atom-atom yang membentuknya
tersusun dalam suatu pola geometrik tertentu
Sebagian besar mineral lempung mempunyai struktur berlapis. Chuster adalah
tumpukan satuan yang berlapis tipis atau kumpulan satuan silinder serat.
Mineral lempung berukuran sangat kecil (kurang dari 2 μm) dan merupakan
partikel yang aktif secara elektrokimiawi yang hanya dapat dilihat dengan
mikroskop elektron.
Terdapat dua blok bangunan fundamental untuk struktur mineral lempung. Salah
satu diantaranya adalah satuan silica
satuan lainnya adalah suatu satuan di mana sebuah atom alumunium atau
magnesium
Sumber : http://2.bp.blogspot.com/TG_f9jLO_KA/UF_cNvOHyPI/AAAAAAAAANY/QAhJx3BCpok/s1600/lempung.png
Sumber utama dari mineral lempung adalah pelapukan kimiawi dari batuan
yang mengandung :
1. Felspar ortoklas
2. Feldspar plagioklas
3. Mika (muskovit)
yang semuanya dapat disebut silikat alumunium kompleks. Mineral lempung
yang biasa terdapat adalah sebagai berikut :
4. Kaolinit (kaolinite)
•
5.
6.
Illit (Illite)
Montmorilonit (Montmorinolite)
Kaolinit (kaolinite)
•
•
struktur kaolinit terdiri dari lapisan tetrahedra silika yang berganti-ganti dengan
puncak yang tertanam di dalam satuan oktahedral alumina (gibsit). Rumus yang
dihasilkan adalah:
(OH)8Al4Si4O10
• kaolinit adalah mineral lempung paling aktif yang pernah diamati.
Mineral 1 : 1 lainnya dari “keluarga” kaolinit adalah haloisit. Haloisit berbeda dari
kaolinit karena tertumpuk secara lebih acak, sehingga satu molekul air dapat masuk di
antara satuan-satuan 7 Å, dan memberikan persamaan
(OH)8Al4Si4O10 4H2O
Lempung kaolinit dan hloisit banyak dipakai untuk barang-barang tembikar dan
keramik Cina karena tiadanya besi yang terkandung di dalamnya, sehingga tidak ada
perubahan warna apabila dibakar pada panas yang tinggi. Lempung kaolin juga banyak
dipakai sebagai penyerap instestin untuk melawan infeksi, yaitu sebagai obat anti
diarhea dan untuk penyakit-penyakit perut lainnya.
Illit (Illite)
•
•
•
•
•
•
Illit adalah istilah umum untuk kelomok lempung yang pertama kalinya dijumpai di
Illinois. Mineral lempung ini mempunyai persamaan umum
(OH)4Ky(Si8-y Aly)(Al4
Mg6 Fe4 Fe6)O20
di mana y bernilai antara 1 sampai 1,5. Illit diturunkan dari muscovite (mika) dan biotit
(biotite), dan kadang-kadang disebut lempung mika.
mineral 1 : 2 dengan tambahan perbedaan di mana beberapa posisi silika akan terisi
atom-atom alumunium, dan ion-ion potassium ikut berada di antara lapisan-lapisan
untuk mengatasi kekurangan muatan.
Vermikulit merupakan mineral lempung dalam keluarga illit yang bersifat sama, kecuali
molekul air lapisan-ganda di antara lapisan-lapisannya diselang-selangi dengan ion-ion
kalsium dan/atau magnesium, dengan substitusi oleh brusit sebagai pengganti gibsit di
dalam lapisan oktahedral.
Lempung illit dan vermikulit serta serpih lempung banyak dipakai untuk membuat
agregat berbobot-ringan. Vermikulit terutama sangat mengembang apabila mengalami
pemanasan yang tinggi, karena lapisan-lapisan airnya dengan cepat berubah menjadi
uap sehingga mengakibatkan terjadinya pengembangan yang besar.
Montmorilonit (Montmorinolite)
•
•
•
•
•
•
•
•
Montmorinolit adalah nama yang diberikan untuk suatu mineral lempung yang
dijumpai di Montmorillon, Perancis (1874) dengan rumus umum :
(OH)4Si8Al4O20 nH2O
Di mana nH2O adalah air yang berbeda di antara lapisan-lapisan (n lapis). Istilah
“smectite” juga dipakai untuk kelompok mineral lempung ini.
Mineral lempung montmorilonit juga terdiri dari lapisan-lapisan dengan satuan 1 : 2.
Berbagai substitusi terjadi, antara lain Al untuk Si dalam lapisan tetrahedral dan Mg, Fe,
Li, atau Zn, untuk Al dalam lapisan oktahedral.
Bentonit adalah lempung montmorilonit uang dijumpai di dalam deposit vulkanik yang
telah mengalami pelapukan sebagian di Wyoming Swiss, dan Selandia Baru.
Mineral lempung ini terutama sangat aktif dalam mengembang apabila terdapat air dan
sangat banyak digunakan dalam pemboran sumur-sumur minyak dan dalam eksplorasi
tanah sebagai suatu lumpur untuk pemboran dan sebagai suatu penutup dari lempung.
Sifat-sifat bentonit bervariasi, tergantung pada sumber dan jumlah pelapukan material
vulkanik induknya.
Kaolinit (kaolinite)
Illit (Illite)
Montmorilonit
(Montmorinolite)
SIFAT UMUM MINERAL LEMPUNG
••
•
•
•
•
Hidrasi
Partikel lempung hamper selalu terhidrasi, yaitu dikelilingi oleh lapisan-lapisan
molekul air yang disebut “air teradsorbsi”.
Difusi “kation teradsborbsi” dari mineral lempung meluas keluar dari permukaan
lempung sampai ke lapisan air.
Pengaruhnya adalah pengadaan muatan netto (+) di dekat pertikel mineral dan
muatan (-) pada jarak yang lebih jauh.
Air ini sering tertarik dengan kuatnya sehingga berperilaku lebih sebagai benda
padat dari pada benda cair, dan beberapa peneliti melaporkan bahwa
kerapatannya ρw → 1,4g/.
Pada umumnya, apabila lapisan-ganda mengalami dehidrasi pada temperature
rendah, sifat plastisitasnya dapat dikembalikan lagi dengan mencampurnya dengan
air yang cukup dan “dikeringkan” selama 24 sampai 48 jam. Apabla dehidrasi
terjadi pada temperatur yang lebih tinggi, sifat plastisitasnya akan turun atau
berkurang untuk selamanya.
••
•
•
•
•
Aktivitas
Tepi-tepi mineral lempung mempunya muatan negatif netto. Ini mengakibatkan
terjadinya usaha untuk menyeimbangkan muatan ini dengan tarikan kation.
Tarikan ini akan sebanding dengan kekurangna muatan netto dan dapat
dihubungkan dengan aktivitas lempung tersebut.
Aktivitas ini dapat didefinisikan sebagai
Aktivitas =
di mana persentase lempung diambil sebagai fraksi tanah yang < 2μm. Aktivitas
juga berhubungan dengan kadar air potensial relatif. Nilai-nilai khas aktivitas :
Kaolinit
0,4-0,5
Illit
0,5-1,0
Montmorilonit 1,0-7,0
Kapasitas penggantian kation dalam miliekivalen (meq) 100 g lempung juga
digunakan sebagai indikasi suatu aktivitas
•
kapasitas penggantian beberapa mneral lempung adalah sebagai berikut :
Lempung
Kapasitas penggantian, meq / 100 g
Kaolinit
3-15
Haloisit (4H2O)
10-40
Illit
10-40
Vermikulit
100-150
Montmorilonit
•
•
80-150
Dalam pemakaian praktis, aktivitas lempung dapat ditentukan dalam karakteristik
plastisitasnya yang berubah oleh substitusi ion-ion logam dari tingkat yang lebih tinggi
seperti
Li < Na < NH4 < K < Mg < Rb < Ca < Co 7) sebagai akibat dari muatan negative netto pada suatu mineral.
Akibat adanya muatan ini, ion-ion di dlama air, gaya Van Der Waals, dan partikel
berukuran kecil akan bersama-sama tertarik dan bersinggungan atau bertabrakan
di dalam larutan itu.
Untuk menghindari flokulasi suatu larutan tanah-air yang terdispersi
dapatdinetralisirkan dengan menambahkan ion-ion yang dapat diperoleh dari
bahan-bahan yang mengandung asam.
Bahan yang paling biasa digunakan di laboratorium adalah sodium
heksametafosfat (tanda perdagangan Calgon, NaPO3), yang menghasilkan suatu
larutan asam apabila bahan yang kering itu dicampur dengan air.
Penambahan bahan-bahan alkali seperti sodium hidroksida (NaOH) atau
[KAl(SO4)2] akan menyebabkan flokulasi yang tepat.
Lempung yang baru saja terflokulasi dpat dengan mudah didispersikan kembali ke
dalam larutan dengan menggoncangnya, yang menandakan bahwa tarikan
antarpartikel ternyata jauh lebih kecil dari gaya goncangan.
•
•
•
•
•
•
•
Pengaruh air
Fasa air di dalam tanah lempung tidaklah berupa air yang murni secara kimiawi. Air
ini menentukan sifat plastisitaas lempung.
Pemakaian air suling, yang relative bebas terhadap ion, dapat memberiakn hasil
yang cukup bebeda dari apa yang didapatkan dari tanah di lapangan dengan air
yang telah terkntaminasi.
Apabila bongkahan ini dipecah-pecah menjadi partikel-partikel kecil, bahan
tersebut akan berperilaku sebagai bahan yang tidak kohesif.
Apabila air ditambahkan kembali, bahan tersebut akan menjadi plastis dengan
kekuatan yang lebih kecil dibandingkan kekuatan bongkah yang kering.
Apabila lempung basah ini dikeringkan lagi, akan terbentuk bongkah yang keras
dan kuat.
Kita dapat langsung mengamati bahwa kekuatan lempung akan bervariasi dari nilai
yang sangat rendah untuk S = 100 persen sampai nilai yang sangat tinggi untuk S =
0.
Menarik untuk dicatat bahwa pemakaian air, yang merupakan bahan dipolar,akan
menimbulkan pengaruh ini, sedangkan bahan non-polar seperti karbon
tetraklorida (CCl4) tidak akan menimbulakan pengaruh apapun.
CONTOH STRUKTUR TANAH
Lembaran-lembaran kristal yang memliki struktur atom yang berulang
1. Tetrahedron / Silica sheetMerupakan gabungan dari Silica Tetrahedron
2. Octahedron / Alumina sheetMerupakan gabungan dari Alumina Octahedron