POKOK BAHASAN III
KLASIFIKASI TANAH DASAR (SUBGRADE)
DENGAN CARA USCS
3.1 Pendahuluan
Selain klasifikasi tanah dasar dengan cara AASHTO yang telah dikenalkan di Bab II, maka terdapat satu klasifikasi lagi yang umum digunakan di Indonesia yaitu klasifikasi tanah dasar dengan cara USCS (unified soil classification system). Menariknya klasifikasi dengan cara USCS ini selain sederhana juga tanah dapat diklasifikasi didasarkan atas konsep: kesamaan sifat dengan kinerjanya.
3.1.1 Deskripsi Singkat
Klasifikasi tanah dasar (subgrade) dengan cara USCS ini berisi tentang:
1. Menjelaskan sistim klasifikasi USCS
2. Mendeskripsikan ukuran fraksi butiran tanah 3. Menunjukkan contoh grafik butiran tanah
4. Menunjukkan prosedur menklasifikasi tanah dengan cara USCS 5. Membahas contoh soal dan penyelesaiannya
3.1.2 Relevansi
Bab ini memberikan penjelasan pada para mahasiswa cara menklasifikasi material tanah yang digunakan untuk subgrade. Dalam konstruksi perkerasan jalan, subgrade merupakan lapisan yang paling penting. Kerusakan jalan paling besar adalah karena lemahnya subgrade. Apabila didapatkan material tanah yang sangat baik untuk bahan subgrade, maka bisa dipastikan material diatasnya menjadi lebih tipis ketebalannya, dengan demikian konstruksi jalan akan lebih murah biaya pembuatannya maupun pemeliharaannya.
3.1.3 Kompetensi Dasar
Bila diberikan penjelasan cara menklasifikasi material tanah dengan cara USCS, maka mahasiswa Program Diploma III Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Diponegoro dapat menerangkan kembali cara menklasifikasikan material tanah dasar dengan cara USCS dengan 90% benar.
3.2 Penyajian
3.2.1 Sistim Klasifikasi USCS
Sistim klasifikasi tanah dasar dengan cara USCS (unified soil classification system) dibuat oleh Arthur Casagrande yang mana pada awalnya digunakan oleh US Army untuk membuat landasan terbang selama perang dunia kedua. Sistim ini telah terbukti berdaya guna tinggi. Tanah pada sistem USCS ini dibagi menjadi 3 bagian utama:
1. Tanah berbutir kasar (coarse grained soils) lebih dari 50% tertahan saringan No. 200: gravel dan gravelly soils, sand dan sandy soils didalamnya terbagi lagi ke ukuran butiran (grain size), bentuk kurva gradasinya dan ada tidaknya nilai PI.
2. Tanah berbutir halus (fine grained soils) lebih dari 50% lolos saringan No. 200: lanau (silts) dan lempung (clays) didalamnya terbagi lagi berdasarkan hubungan antara LL dan PI dan ada tidaknya kandungan material organisnya.
3. Tanah humus (peaty soils): jenis ini mengandung serat organis yang tinggi.
Ukuran Butiran Tanah
Deskripsi ukuran butir tanah yang tersaji di Tabel 3.1 dibawah akan membantu kita dalam memahami simbol-simbol yang digunakan di klasifikasi USCS. Demikian juga gambar kurva gradasi tanah seperti pada Gambar 3.1 yang didapat dari analisa saringan terhadap tanah. Pada Gambar 3.1 dikenal 3 macam kurva yaitu:
1. Uniform-graded (bergradasi seragam), disini ukuran butiran tanah hampir sama semuanya. Uniform graded ini termasuk poorly-graded (bergradasi buruk).
2. Well-graded (bergradasi baik/menerus), tanah mempunyai butiran dari kecil hingga besar ada semuanya.
3. Gap-graded (bergradasi senjang), disini ada ukuran butiran tanah yang tidak ada, ditunjukkan oleh garis yang mendatar dari kurva. Gap-graded ini termasuk juga poorly-Gap-graded.
Tabel 3.1 Ukuran fraksi butiran tanah
Komponen Ukuran butiran
Cobbles Diatas 75 mm Diatas 3 in
Gravel Coarse gravel Fine gravel 75 mm hingga 4.75 mm 75 mm hingga 19 mm 19 mm hingga 4.75 mm
Saringan 3 in hingga No. 4 3 in hingga ¾ in
Saringan ¾ in hingga No.4 Sand Coarse sand Medium sand Fine sand 4.75 mm hingga 0.075 mm 4.75 mm hingga 2 mm 2 mm hingga 0.425 mm 0.425 mm hingga 0.075 mm
No. 4 hingga No. 200 No.4 hingga No.200 No. 10 hingga No.40 No. 40 hingga No.200 Fines (silt atau
clay)
Dibawah 0.075 mm Dibawah No. 200
Sumber: Asphalt Technology And Construction Practices, The Asphalt Institute ES-1.
Prosedur Klasifikasi
Hal pertama yang kita pelajari adalah mengetahui simbol ukuran butiran tanah, sehingga akan memudahkan dalam membaca tabel klasifikasi. Simbol yang digunakan dapat dilihat di Tabel 3.2.
Tabel 3.2 Simbol untuk komponen, gradasi dan liquid limit
Komponen Simbol Boulders Cobbles Gravel Sand Silt Clay Organic Peat Tidak ada Tidak ada G S M *) C O Pt Well – graded Poorly – graded W P High LL Low LL H L *) Diambil dari bahasa Swedia: Mo atau Mjala.
Penentuan jenis tanah didasarkan atas hasil analisa saringan dan Atterberg limit di laboratorium, di Bab 3.2 diatas ada 3 bagian utama tanah pada sistim ini. Hasil dari analisa saringan dan Atterberg limit selanjutnya untuk membaca Tabel 3.3 dan 3.4.
Cara klasifikasinya sebagai berikut:
1. Untuk tanah berbutir kasar (> 50% tertahan saringan No. 200): * G bila > 50% tertahan saringan No. 4 (4.76 mm).
* S bila > 50% lolos saringan No. 4.
* Bila pada G terdapat butiran halus yang lolos saringan No. 200 < 5%, maka dikatakan “bersih” (clean), untuk ini tidak diperlukan pengujian Atterberg limit.
* Jika butiran halus yang lolos saringan No. 200 > 12% maka dikatakan “ada butiran halusnya” (with fines), untuk itu hasil Atterberg limit (PI dan LL) harus diplotkan ke Gambar 3.2. Bila jatuh diatas A-line, maka daerah
C dan bila dibawah line daerah M. Contoh GM. Tetapi bila tepat di A-line, maka harus memakai 2 simbol GM-GC. Catatan: Pengujian Atterberg limit dilakukan terhadap tanah yang lolos saringan No. 40 (0.42 mm).
* Jika butiran halus yang lolos saringan No. 200: 5% < butiran halus < 12%, maka tanah dikatakan “ada digaris batas” (border line), untuk itu dipakai 2 simbol misal: GW-GC.
* Hal diatas berlaku juga untuk S.
* Untuk memakai simbol W, maka harus dipenuhi kriteria untuk Cu dan Cc di Tabel 3.4. Cu (coefficient of uniformity) = koefisien keseragaman dan Cc (coefficient of curvature) = koefisien kelengkungan.
2. Untuk tanah berbutir halus (> 50% lolos saringan No. 200):
* Atterberg limit dilakukan untuk tanah yang lolos saringan No. 40, untuk menklasifikasi tanah didasarkan pada Gambar 3.2. Bila LL > 100 dan PI > 60 maka A-line harus diperpanjang sendiri.
* Untuk tanah yang kelihatan organic (dari warna dan baunya), maka dilakukan pengujian LL yang kedua setelah tanah untuk yang kedua kalinya dipanaskan pada suhu 1100 C selama 24 jam dioven. Apabila terdapat pengurangan harga LL > 25%, dapat dikatakan tanah dari jenis O.
* Untuk tanah yang ada di garis batas antara tanah inorganic dan organic, yaitu bila hasil ploting LL vs PI nya jatuh tepat di A-line maka tanah diklasifikasikan sebagai CL-ML atau CL-OL. Apabila mempunyai LL = 50 maka untuk klasifikasi cenderung ke yang plastis. Jadi bila LL = 50 dan PI = 22 maka tanah diklasifikasikan sebagai CH-MH. Tetapi bila LL = 50 dan PI < 22 maka tanah diklasifikasikan sebagai ML-MH atau OL-OH, tergantung adanya benda organis.
Pekerjaan laboratorium bisa dihilangkan didasarkan pada inspeksi secara visual. Misalnya bila jelas tanah tersebut berbutir halus, maka tidak diperlukan penentuan grain-size. Atterberg limit juga bisa dihilangkan setelah dilihat tanahnya coarse-grained dengan butiran halus kurang dari 5%. Untuk sejenis tanah yang kandungan utamanya
bahan organis bukan hasil pelapukan atau sebagian hasil pelapukan, berwarna coklat tua hingga hitam, mempunyai bau organis dan texturnya berserat maka boleh diklasifikasikan sebagai Pt tanpa harus diadakan pengujian laboratorium.
Tabel 3.3 Tabel klasifikasi tanah USCS Major divisions Group
symbols
Typical names
GW Well-graded gravels and gravel-sand mixtures, little or no fines
C le an G ra v el s
GP Poorly graded gravels and gravel-sand mixtures, little or no fines GM Silty gravels, gravel-sand-silt
mixtures G ra v el s, 5 0 % o r m o re o f co ar se fr ac ti o n re ta in e d o n N o .4 si ev e G ra v el s w it h fi n
es GC Clayey gravels, gravel-sand-clay mixtures
SW Well-graded sands and gravelly sands, little or no fines
C le an sa n d s
SP Poorly graded sands and gravelly sands, little or no fines
SM Silty sands, sand-silt mixtures
C o a rs e-g ra in e d so il s. M o re th an 5 0 % re ta in ed o n N o . 2 0 0 s ie v e S an d s. M o re th a n 5 0 % o f c o ar se fr ac ti o n p a ss es N o .4 s ie v e S an d s w it h fi n
es SC Clayey sands, sand-clay mixtures ML Inorganic silts, very fine sands, rock
flour, silty or clayey fine sands CL Inorganic clays of low to medium
plasticity, gravelly clays, sandy clays, silty clays, lean clays
S il ts an d cl ay s L iq u id l im it 5 0 % o r le ss
OL Organic silts and organic silty clays of low plasticity
MH Inorganic silts, micaceous or diatomaceous fine sands or silts, elastic silts
CH Inorganic clays of high plasticity, fat clays F in e-g ra in e d s o il s 5 0 % o r m o re p a ss es N o . 2 0 0 s ie v e S il ts an d cl a y s L iq u id li m it g re at er t h a n 5 0 %
OH Organic clays of medium to high plasticity
Highly organic soils Pt Peat, muck, and other highly organic soils
Table II.5 Lanjutan klasifikasi USCS Group symbols Classification criteria GW Cu = 10 60 D D Greater than 4 Cc =
(
)
60 10 2 30 D D D × Between 1 and 3GP Not meeting both criteria for GW GM Atterberg limits plot below
A line or plasticity index less than 4
GC Atterberg limits plot above A line and plasticity index greater than 7
Atterberg limits plotting in hatched area are borderline classifications requiring use of dual symbols SW Cu = 10 60 D D Greater than 6 Cc =
(
)
60 10 2 30 D D D × Between 1 and 3SP Not meeting both criteria for SW SM Atterberg limits plot below
A line or plasticity index less than 4 SC C la ss if ic a ti o n o n b a si s o f p e rc e n ta g e o f fi n e s L es s th an 5 % p as s N o . 2 0 0 s ie v e G W , G P , S W , S P M o re t h an 1 2 % p as s N o . 2 0 0 s ie v e G M , G C , S M , S C 5 % t o 1 2 % p a ss N o . 2 0 0 s ie v e B o rd er li n e cl as si fi ca ti o n r eq u ir in g u se o f d u a l sy m b o ls
Atterberg limits plot above A line and plasticity index greater than 7
Atterberg limits plotting in hatched area are borderline classifications requiring use of dual symbols ML CL OL MH CH OH
Ditentukan berdasarkan Gambar 3.2
PT Visual-manual identification, see ASTM D 2488
Gambar 3.2 Grafik plastisitas
Contoh Soal Klasifikasi USCS
1. Tentukan klasifikasi sejenis tanah yang mempunyai sifat-sifat sebagai berikut: Saringan % lolos ¼ in (6.35 mm) 60 No.4 (4.76 mm) 57 No. 20 (0.84 mm) 30 No. 200 (0.075 mm) 10
Untuk tanah yang lolos saringan No. 40, LL = 30 dan PI = 5. Tanah dari jenis inorganic.
Penyelesaian:
Tanah diatas mengandung 43% gravel, 47% pasir dan 10% butiran halus, dengan demikian tanah tersebut terletak digaris batas antara pasir bersih dan pasir yang mengandung butiran halus.
) 075 . 0 )( 35 . 6 ( ) 84 . 0 ( 2 = Cc = 1.50
Dengan demikian didapatkan pasir dengan gradasi baik atau gradasi menerus (well-graded sand). Dengan melihat grafik plastisitas pada Gambar II.5, butir-butir halusnya (fines) diklasifikasi sebagai silt (lanau). Hasil akhir klasifikasi tanah tersebut adalah: SW-SM.
2. Klasifikasikan tanah inorganic yang mengandung lebih dari 50% butiran halus dan mempunyai LL = 60 dan PI = 29.
Penyelesaian:
Dengan menggunakan grafik plastisitas Gambar II.5 dan memplotkan nilai PI lawan LL, maka akan jatuh di A-line. Dengan demikian klasifikasi tanah tersebut adalah: CH-MH.
3. Hasil berikut adalah hasil test laboratorium untuk sejenis tanah dengan analisa ayakan dan Atterberg’s limit test. Dimana yang lolos saringan No. 200 adalah: 82% dan LL =32 dan PL = 18.
Klasifikasikan tanah tersebut dengan cara: a. AASHTO
b. USCS
Penyelesaian:
Untuk a. klasifikasi AASHTO:
Karena yang lolos saringan No. 200 lebih dari 35% berdasarkan Tabel II.1 maka tanah kelanauan atau kelempungan kemungkinan bisa A - 4, A – 5, A – 6 atau A – 7.
Dengan LL = 32 dan PI = LL – PL = 32 – 18 =14. Maka dari Tabel II.1 didapat bahwa tanah adalah jenis A – 6. Untuk mencari group indexnya maka dengan memasukkan harga-harga kedalam rumus group index: GI = (F – 35){0.2 + 0.005(LL – 40)} + 0.001(F – 15)(PI – 10)
Dengan F = 82%, maka:
GI = (82 – 35){0.2 + 0.005(32 – 40)} + 0.001(82 – 15)(14 – 10) = 10.2 ~ 10
Dengan demikian tanah dari jenis: A – 6(10).
Untuk b. klasifikasi USCS:
Dengan melihat Tabel II.4, karena lebih dari 50% tanah lolos saringan No. 200, maka merupakan tanah berbutir halus. Dengan LL = 32 dan PI = 14, melihat grafik plastisitas pada Gambar II.5, maka tanah dari jenis CL.
3.2.2 Latihan
1. Jelaskan sifat-sifat tanah yang dipakai sebagai dasar identifikasi tanah pada cara klasifikasi tanah USCS?
2. Jelaskan secara lengkap bentuk-bentuk kurva gradasi tanah? 3. Berikan penjelasan secara lengkap simbol untuk ukuran butiran? 4. Berikan penjelasan secara lengkap simbol untuk komponen gradasi? 5. Berikan penjelasan secara lengkap simbol untuk komponen liquid limit?
6. Apa yang dimaksud dengan “coarse grained of soils” pada sistim klasifikasi tanah USCS?
7. Apa yang dimaksud dengan “fine grained of soils” pada sistim klasifikasi tanah USCS?
8. Bagaimana cara mengetahui bahwa tanah yang sedang diuji merupakan tanah dengan kadar organik yang tinggi?
9. Jelaskan untuk tanah berbutir kasar, mengapa bisa memakai “dual simbol”?
10. Kriteria apa yang harus dipenuhi agar simbol huruf “W” dapat dipakai?
3.3 Penutup
3.3.1 Tes Formatif
1. Klasifikasikan tanah berikut menggunakan cara klasifikasi tanah USCS.
Sieve Size Soil 1 % Lolos Soil 2 % Lolos Soil 3 % Lolos Soil 4 % Lolos No. 4 No. 10 No. 40 No.100 No. 200 99 92 86 78 60 97 90 40 8 5 100 100 100 99 97 92 81 78 - 65 LL PL PI 20 15 5 - - NP* 124 47 77 48 16 32 *Nonplastis 3.3.2 Umpan Balik
Kerjakan tes formatif diatas dalam waktu 60 menit. Cocokkan jawaban yang anda peroleh dengan kunci jawaban tes formatif dibawah. Berikan skor 25 untuk setiap jawaban anda yang betul dan 0 untuk yang salah. Bila jawaban anda betul semua maka skor anda 100, nilainya A. Bila terdapat kesalahan 1 jawaban maka nilai anda B. Bila terdapat 2 kesalahan dalam jawaban anda maka nilai yang anda peroleh C.
3.3.3 Tindak Lanjut
Apabila hasil tes formatif yang anda kerjakan masih didapatkan ≥ 2 atau lebih, maka anda harus membaca sekali lagi Bab II dan mengerjakan ulang soal yang jawabannya salah.
Klasifikasi tanah dengan cara USCS membagi tanah dalam 3 bagian utama yaitu: tanah berbutir kasar (coarse grained soils), tanah berbutir halus (fine grained soils) dan tanah humus (peaty soils). Cara penggolongannya didasarkan atas uji laboratorium yaitu: analisa saringan (didapatkan bentuk kurva gradasinya) dan uji Atterberg limit yang didapatkan nilai LL dan PI nya. Tanah berbutir kasar bila 50% atau lolos saringan No. 200. Tanah berbutir kasar yang mempunyai butiran halus antara 5% sampai dengan 12% akan mempunyai simbol ganda, sedangkan yang mempunyai butiran halus > 12% harus dicari LL dan PI nya.
3.3.5 Kunci Jawaban Tes Formatif 1. Soil 1: CL-ML
2. Soil 2: SP-SM 3. Soil 3: CH 4. Soil 4: CL
DAFTAR PUSTAKA
AASHTO, (1990), Standard Specifications For Transportation Materials And Methods Of Sampling And Testing, Part II Tests, 15th edition, AASHTO Publication, Washington.
AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS, (1990),
Manual Book Of ASTM Standards, Section 4 Road and Paving Materials, Pavement Management Technologies, Volume 04.03, ASTM Publication Philadelphia, USA.
ASPHALT INSTITUTE, (1983), Asphalt Technology And Construction Practices (ES-1), 2nd edition, Maryland, USA.
CRONEY, D., AND CRONEY, P., (1992), The Design And Performance Of Road Pavements, 2nd edition, McGraw-Hill Book Company, London, UK.
DAS, BRAJA M., (1983), Advanced Soil Mechanics, Hemisphere Publishing Corporation, Washington, USA.
DIREKTORAT JENDERAL BINA MARGA, (1976), Manual Pemeriksaan Bahan Jalan, No. 01/MN/BM/1976, Jakarta.
H0LTZ, R. D., AND KOVACS, W.D., (1981), An Introduction To Geotechnical Engineering, 10th edition, Prentice-Hall Inc., NJ, USA.
KREBS, R.D., AND WALKER, R. D., (1971), Highway Materials,
McGraw-Hill Book Company, New York, USA.
YODER, E.J., AND WITCZAK, M.W., (1975), Priciples Of Pavement Design, 2nd edition, John Wiley & Sons, New York, USA.
SENARAI
A-line Gravelly soils
Arthur Casagrande Inorganic Atterberg limit Medium sand
Border line Mjala
Boulders Mo
Clays Organic
Clean Peat
Coarse grained soils Peaty soils Coarse gravel Poorly graded
Cobbles Silts Coefficient of curvature Subgrade
Coefficient of uniformity Unified soil classification system Fine grained soils Uniform graded
Fine gravel US army
Fines Well graded
Fine sand Gap graded Grain size Gravel
