Jurnal Teknologi dan Rekayasa Sumber Daya Air Vol. 1 No. 2 (2021) p Jurusan Teknik Pengairan, Fakultas Teknik, Universitas Brawijaya JTRESDA

(1)

JTRESDA

Journal homepage: https://jtresda.ub.ac.id/

*Penulis korespendensi: gracechatherine@student.ub.ac.id

Evaluasi Pengaruh Sifat Mikro-Fisik dan Bentuk

Butiran terhadap Karakteristik Kuat Geser pada

Pasir Vulkanik dan Pasir Pantai

Chatherine Grace Maulina

1*

_{, Dian Sisinggih}

1

_{, Andre Primantyo}

Hendrawan

1

1_{Jurusan Teknik Pengairan, Fakultas Teknik, Universitas Brawijaya,}

Jalan MT. Haryono No.167, Malang, 65145, Indonesia *Korespondensi Email: gracechatherine@student.ub.ac.id

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

(2)

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

(3)

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.

(4)

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:

(5)

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

(6)

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].

(7)

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.

(8)

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)

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)

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

(9)

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

Pasir bergradasi-buruk, pasir berkerikil, sedikit atau tidak mengandung butiran halus

PASIR PANTAI

WONO-A SP

WONO-B SP

JOL-A SP

JOL-B SP

GOA CINA SP

(Sand Poorly-graded)

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 1, 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.

(10)

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.

(11)

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.

(12)

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

(13)

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

(14)

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.