See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/359546292
Sifat dan karakterisitik tanah
Book · November 2017
CITATIONS
0
READS
6,878
1 author:
Tri Mulyono
State University of Jakarta 100PUBLICATIONS 98CITATIONS
SEE PROFILE
0 Mulyono,T (2017).,Modul 2: Sifat dam Karakteristik Tanah, Jakarta: FT-UNJ
Program Studi D3 Transportasi Fakultas Teknik
Universitas Negeri Jakarta
Tri Mulyono, MT
Sifat dan Karakteristik Tanah
Modul#2: Mekanika Tanah dan Pondasi
Tri Mulyono
Staft Pengajar Program Studi D3 Transportasi. FT UNJ
Fakultas Teknik Universitas Negeri Jakarta Jl. Rawamangun Muka Jakarta 13220 Kontak Penulis: [email protected]
ii
Sifat dan Karakteristik Tanah
Modul#2: Mekanika Tanah dan Pondasi
Tri Mulyono
Fakultas Teknik
Universitas Negeri Jakarta
Jl. Rawamangun Muka Jakarta 13220 Kontak Penulis: [email protected]
Perpustakaan Nasional RI. Data Katalog dalam Terbitan (KDT) Mulyono, T.
Sifat dan Karakteristik Tanah /Penulis, Tri Mulyono. Jakarta: Program Studi D3 Teknik Sipil FT UNJ, 2017 iv, 69 hlm; 21 cm x 29,7 cm; Microsoft Sans Serif 12pt
1. Sejarah Mekanika Tanah dan Pondasi. 2. Modul 2: Mekanika Tanah dan Pondasi
I. Judul II. Universitas Negeri Jakarta Cetakan Pertama: 3 Nopember, 2017.
Hak Cipta© 2017 pada Penulis Hak Cipta dilindungi Undang-undang. Dilarang memperbanyak atau memindahkan sebagian atau seluruh isi buku ini dalam bentuk apapun, baik secara elektronik maupun mekanis, termasuk memfotocopy, merekam atau dengan sistem penyimpanan lainnya, tanpa ijin tertulis dari Penerbit atau Penulis
PRAKATA
Allhamdulillah, atas berkat rahmat dan ridho ALLAH juahlah maka penulis dapat menyelesaikan modul ini yang berisi materi untuk matakuliah Mekanika Tanah Dan Pondasi di Program Studi D3 Teknik Sipil FT UNJ@2017. Modul ini merupakan rangkaian materi yang terdiri dari:
1 | Sejarah mekanika tanah dan pondasi 2 | Sifat dan karakterisitik tanah
3 | Hubungan antar parameter tanah 4 | Plastisitas dan sturktur tanah 5 | Klasifikasi tanah
6 | Kepadatan Tanah, CPT dan SPT
Referensi yang digunakan berasal dari beberapa referensi yang berhubungan dengan materi dalam modul yang bersumber dari standar ASTM, AASTHO, British Standard dan terutama Standar Nasional Indonesia (SNI) yang disesuaikan dengan kebutuhan akademik.
Semoga Modul ini dapat menambah khasanah ilmu pengetahuan dan bermanfaat bagi pembacanya
Jakarta, November 2017 Penulis
Tri Mulyono
iv
Daftar Isi
A. Tujuan _____________________________________________________ 1 B. Uraian Materi, Indikator Keberhasilan dan Alokasi Waktu Pembelajaran _ 1 C. Kegiatan (Strategi/Metode) ____________________________________ 2 D. Tugas _____________________________________________________ 2 E. Tes/Evaluasi & Tagihan _______________________________________ 2 F. Sumber dan Media Pembelajaran _______________________________ 3 G. Rangkuman Materi __________________________________________ 3 H. Materi Pembelajaran _________________________________________ 4 2.1 Siklus Batuan dan Asal Tanah ______________________________ 4 2.1.1 Batuan Beku (Magma/Mgneous Rock) __________________ 6 2.1.2 Batuan Sedimen (Sedimentary Rock) __________________ 14 2.1.3 Batuan Peralihan (Metamorph Rock) __________________ 16 2.2 Pembentukan Batuan Mineral, Batuan dan Stuktur Batuan ______ 18 2.2.1 Kristalisasi atau Pembentukan Batuan _________________ 18 2.2.2 Proses Pembentukan Endapan ______________________ 21 2.2.3 Batuan dan Stuktur Batuan __________________________ 26 2.3 Ukuran Partikel Tanah ___________________________________ 32 2.4 Mineral Lempung _______________________________________ 34 2.4.1 Mineral Kaolinite __________________________________ 34 2.4.2 Illite ____________________________________________ 34 2.4.3 Mineral-mineral Montmorillonite ______________________ 36 2.5 Berat Jenis ____________________________________________ 36 2.5.1 Pengujian berat jenis tanah _________________________ 37 2.5.2 Prosedur pengujian berat jenis tanah __________________ 38 2.6 Analisis Saringan Tanah _________________________________ 41 2.6.1 Analisa saringan butir Tanah Kasar ___________________ 42 2.6.2 Analisis Hidrometer Tanah __________________________ 43 2.7 Kurva Distribusi Ukuran Partikel Tanah ______________________ 54 2.8 Bentuk Partikel _________________________________________ 60 I. Soal ______________________________________________________ 61 J. Referensi _________________________________________________ 67
Modul 2:
Sifat dan Karakteristik Tanah
A. TUJUAN
Setelah mempelajari materi ini diharapkan mahasiswa mampu menjelaskan tentang sifat dan karakteristik tanah.
B. URAIAN MATERI, INDIKATOR KEBERHASILAN DAN ALOKASI WAKTU PEMBELAJARAN
Materi dan indikator keberhasilan dengan rencana pertemuan dua kali (200 menit) tatap muka setelah memperlajari topik ini seperti Tabel berikut:
Substansi Kajian
(Materi) Indikator keberhasilan Alokasi
Waktu (Menit) 2.1 Siklus batuan
dan asal tanah 2.1.1 Mahasiswa mampu menjelaskan silkus batuan dan tanah asal
2.1.2 Mahasiswa mampu menjelaskan batuan beku 2.1.3 Mahasiswa mampu menjelaskan batuan
sedimen
2.1.4 Mahasiswa mampu menjelaskan batuan malihan
30’
2.2 Pembentukan Batuan, Mineral dan Struktur Batuan
2.2.1 Mahasiswa mampu menjelaskan proses pembentukan
a. batuan beku b. batuan sedimen c. batuan malihan
2.2.2 Mahasiswa mampu menjelaskan proses pembentukan endapan tanah
2.2.2 Mahasiswa mampu menjelaskan batuan dan strukturnya
30’
2.3 Ukuran partikel
tanah 2.3.1 Mahasiswa mampu menjelaskan ukuran perbedaan partikel butir tanah
2.3.2 Mahasiswa mampu membedakan partikel tanah
10’
2.4 Mineral lempung, 2.4.1 Mahasiswa mampu menjelaskan mineral lempung mencakup
a. Mineral Kaolinite b. Illite
c. Mineral-mineral Montmorillonite
2.4.2 Mahasiswa mampu membedakan mineral- mineral lempung
20’
2.5 Berat jenis 2.5.1 Mahasiswa mampu menjelaskan definisi berat jenis tanah
2.5.2 Mahaiswa mampu menghitung berat jenis tanah
10’
2
Substansi Kajian
(Materi) Indikator keberhasilan Alokasi
Waktu (Menit) 2.6 Analisa saringan 2.6.1 Mahasiswa mampu menjelaskan dan
menghitung analisa saringan hasil mekanikal 2.6.2 Mahasiswa mampu menjelaskan dan
menghitung analisa saringan hasil hidrometer
40’
2.7 Kurva distribusi
partikel tanah 2.7.1 Mahasiswa mampu menjelaskan distribusi partikel butir tanah
2.7.1 Mahasiswa mampu menghitung dan menggambarkan distribusi partikel butir tanah
40’
2.8 Bentuk partikel
tanah Mahasiswa mampu menjelaskan bentuk partikel
butir tanah 20’
Tugas#3: Ringkasan
(Individu) Mahasiswa mampu meringkas subtansi materi
yang disampaikan 3 x 24 Jam
Tugas#10:
Kelompok Mahasiswa mampu menghitung hasil analisa saringan/ayakan dan menggambarkan kurva distribusinya
7 x 24 Jam
C. KEGIATAN (STRATEGI/METODE)
Kegiatan pembelajaran dilakukan dengan cara (1) Menjelaskan dalam kelas tentang materi kajian; Membuka sesi diskusi; dan Memberikan tugas individu dan kelompok
D. TUGAS
Mahasiswa setelah mempelajari materi ini diharapkan membuat tugas ringkasan sebagai tugas mandiri dengan lama tugas 3 x 24 Jam dan tugas kelompok dengan waktu 7 x 24 jam.
E. TES/EVALUASI & TAGIHAN
Berisi tes tertulis sebagai bahan pengecekan bagi peserta didik dan dosen untuk mengetahui sejauh mana penguasaan hasil belajar yang telah dicapai, sebagai dasar untuk melaksanakan kegiatan berikutnya. Test akan dilaksanakan pada tengah dan akhir semester dalam bentuk test tertulis pilihan ganda dengan empat pernyataan satu yang benar.
Tagihan setelah mempelajari topik ini adalah sebagai berikut:
1. Tugas#3: Ringkasan (Individu) yaitu mahasiswa meringkas topik dengan ketentuan sebagai berikut:
a. Tugas dikerjakan dengan menggunakan tulisan tangan di atas kertas A4;
b. Urutan/sistematika sesuai dengan urutan pada subtansi kajian (materi);
c. Batas waktu pengumpulan 3 x 24 Jam dikumpulkan sebelum Jam 12.00 WIB dan mengisi daftar absen pengumpulan tugas;
d. Bobot penilaiannya sebesar 2% (dua persen) dari total penilaian.
2. Tugas#10: Kelompok yaitu mahasiswa secara berkelompok menyelesaikan penyelesaian soal tugas yang diberikan, dengan ketentuan.
a. Jumlah anggota kelompok maksimum 5 (lima) orang;
b. Jumlah soal yang diberikan direncanakan sebanyak 5 (lima) soal;
c. Tugas dikerjakan dengan menggunakan tulisan tangan atau dengan MS-WORD di atas kertas A4;
d. Batas waktu pengumpulan 7 x 24 Jam dikumpulkan sebelum perkuliahan dimulai pada minggu berikutnya dan mengisi daftar absen pengumpulan tugas;
e. Bobot penilaiannya sebesar 4% (empat persen) dari total penilaian.
F. SUMBER DAN MEDIA PEMBELAJARAN
Sumber dan media pembelajaran menggunakan literatur sesuai dengan referensi untuk topik ini dengan disampaikan pada saat tatap muka akan digunakan Laptop/Notebooks, dan LCD Projector.
G. RANGKUMAN MATERI
Batu dapat dikelompokkan menjadi tiga kategori dasar: (a) beku, (b) sedimen, dan (c) metamorf.
Tanah terbentuk oleh pelapukan batuan melalui bahan kimia dan mekanik.
Berdasarkan ukuran partikel, tanah dapat diklasifikasikan sebagai kerikil, pasir, lanau, dan tanah liat. Menurut Sistem Klasifikasi USDA, yang sekarang dapat diterima secara universal, batas kerikil pasir, pasir, dan lana pasir (lanau dan tanah liat) adalah sebagai berikut: (1) Kerikil 76,2 mm - 4,75 mm; (2) Pasir 4,75 mm - 0,075 mm ; dan (3) Butiran halus (llempung dan lanan) < 0,075 mm
Lempung adalah partikel yang berbentuk mikroskopis dan submikroskopik mika, mineral lempung, dan mineral lainnya. Mineral tanah liat atau lempung adalah silikat
4
aluminium yang kompleks. Partikel tanah liat membawa muatan negatif bersih di permukaannya. Ketika air ditambahkan, lapisan ganda difusi air dikembangkan di sekitar partikel tanah liat yang menjadikannya lebih plastis.
Analisis ayakan adalah proses penentuan ukuran butir partikel yang ada dalam massa tanah. Ini terdiri dari dua analisis saringan (analisis partikel-partikel> 0,075 m) dan analisis hidrometer (untuk partikel< 0,075 mm). Analisis saringan dinyatakan dalam prosen lolos atau persen lebih halus dari ukuran partikel tertentu (D) dapat ditentukan dengan menggunakan pembacaan hidrometer (L) pada waktu tertentu untuk analisis hidrometer.
H. MATERI PEMBELAJARAN
Secara umum, tanah terbentuk oleh pelapukan batuan. Sifat fisik tanah terjadi dan terbentuk terutama oleh mineral yang membentuk partikel tanah dan oleh karenanya, batuan yang terbentuk sesuai dengan material pembentuknya. Topik ini kita akan membahas hal-hal berikut: Pembentukan berbagai jenis batuan yang asal mulanya adalah pemadatan magma cair kerak bumi; Pembentukan tanah dan batuan dengan pelapukan mekanik dan kimia; Penentuan distribusi ukuran partikel dalam massa tanah termasuk komposisi mineral tanah liat, yang mencakup sifat plastik dari massa tanah serta bentuk berbagai partikel dalam massa tanah.
2.1 Siklus Batuan dan Asal Tanah
Butir mineral yang membentuk fase padat agregat tanah adalah produk dari pelapukan batuan. Proses pelapukan akan menghacurkan batuan atau bahkan melarutkan sebagian dari mineral untuk kemudian menjadi tanah atau diangkut dan diendapkan sebagai batuan sedimen klastik. Sebagian dari mineral mungkin larut secara menyeluruh dan membentuk mineral baru. Inilah sebabnya dalam studi tanah atau batuan klastika mempunyai komposisi yang dapat sangat berbeda dengan batuan asalnya.
Komposisi tanah tidak hanya tergantung pada batuan induk (asal) nya, tetapi juga dipengaruhi oleh alam, intensitas, dan lama (duration) pelapukan dan proses jenis pembentukan tanah itu sendiri.
Umumnya pelapukan terjadi karena pelapukan fisik, kimiawi dan biologis dan bekerja bersama-sama, namun salah satu di antaranya mungkin lebih dominan dibandingkan dengan lainnya. Walaupun di alam proses kimia memegang peran yang terpenting dalam pelapukan, tidak berarti pelapukan jenis lain tidak penting.
Berdasarkan batuan induknya, batuan dapat dibagi menjadi tiga tipe dasar yaitu batuan beku, sedimen, dan peralihan.
Gambar 2.1 menunjukkan diagram siklus pembentukan berbagai jenis batuan dan proses yang terkait dengannya. Ini disebut siklus batu.
Gambar 2.1: Siklus Batuan (Das & Sobhan, 2014)
Pelapukan: proses alterasi dan fragsinasi batuan dan material tanah pada dan/atau dekat permukaan bumi yang disebabkan karena proses fisik, kimia dan biologi.
Hasil dari pelapukan ini merupakan asal (sumber) dari batuan sedimen dan tanah (soil).
Pelapukan fisika: merupakan pelapukan yang disebabkan oleh perubahan suhu atau iklim .contoh : perubahan cuaca
Pelapukan kimia: merupakan pelapukan yang disebabkan oleh tercampurnya batuan dengan zat - zat kimia . contoh: tercampurnya batu oleh limbah pabrik yang mengandung bahan kimia.
Pelapukan organik/biologis: merupakan pelapukan yang disebabkan oleh makhluk hidup. contoh: tumbuhnya lumut.
6
Pengetahuan umum tentang terjadinya batuan dapat langsung memberikan informasi perihal situasi geologis suatu lahan pembangunan. Batuan beku seperti instrusi granit adakalanya terdapat dalam massa yang tidak beraturan. Seringkali sedimen mempunyai lapisan yang beraturan. Seringkali batuan peralihan atau metamorf mengjalani perubahan bentuk yang luar biasa (lipatan) dan sering kali pula berkembang satu foliasi-deformasi atau lebih. (Verhoef, 1985). Jika di lihat dari proses terbentuknya batuan sebagai mineral dapat di bedakan menjadi tiga yaitu, batuan beku (magma), batuan endapan (sedimentasi) dan batuan peralihan/malihan atau metamorph (Mulyono, 2003).
2.1.1 Batuan Beku (Magma/Mgneous Rock)
Batuan magma atau lebih sering di sebut dengan batuan beku, terbentuk dari proses pembekuan magma yang terdapat di dalam lapisan bumi yang dalam atau dari hasil pembekuan magma yang keluar akibat letusan gunung berapi. Jadi dari hasil proses kejadiannya batuan beku dapat di bedakan menjadi dua, yakni batuan beku instrusif, yaitu membeku di bawah permukaan bumi, dan batuan beku ekstrusif, yaitu batuan beku yang membeku di permukaan bumi.
Jenis batuan beku yang terbentuk oleh pendinginan magma bergantung pada faktor- faktor seperti komposisi magma dan laju pendinginan yang terkait dengannya. Setelah melakukan beberapa uji laboratorium, Bowen (1922) mampu menjelaskan hubungan laju pendinginan magma terhadap pembentukan
berbagai jenis batuan. Penjelasan ini-yang dikenal sebagai prinsip reaksi Bowen menggambarkan urutan mineral baru yang terbentuk saat magma mendingin.
Kristal mineral tumbuh lebih besar dan beberapa di antaranya memadat (settle).
Kristal yang tetap tersuspensi dalam cairan dan bereaksi dengan sisa lelehan untuk membentuk mineral baru pada suhu yang lebih rendah. Proses ini berlanjut sampai seluruhnya mencair dan memadat .
Bowen mengklasifikasikan reaksi ini menjadi dua kelompok (Monroe &
Wicander, 2015): (1) deret reaksi feromagnetik tidak berkelanjutan di mana mineral Deret reaksi Bowen: Serangkaian urutan pembentukan mineral yang terbentuk dari hasil pendinginan magma dan perbedaan kandungan magma, dengan asumsi dasar bahwa semua magma berasal dari magma induk yang bersifat basa.
Mineral yang terbentuk dengan kecepatan pendinginan yang lambat akan memiliki bentuk dan ukuran kristal yang lebih besar.
yang terbentuk berbeda dalam komposisi kimianya dan struktur kristalnya umumnya berwarna gelap, dan (2) deret reaksi feldspar berkelanjutan plagioklas dimana mineral yang terbentuk memiliki komposisi kimia yang berbeda. dengan struktur kristal yang serupa umumnya berwarna terang.
Deret Reaksi Bowen ditunjukan di Gambar 2.2. Komposisi kimia dari mineral diberikan pada Tabel 2.1. Mikrograf elektron scanning dari permukaan rekaman kuarsa yang menunjukkan fraktur seperti kaca tanpa pembelahan planar diskret seperti Gambar 2.3 dan Gambar 2.4 adalah mikrograf elektron scanning yang menunjukkan pembelahan basal biji mika individu. Jadi, tergantung pada proporsi mineral yang ada, berbagai jenis batuan beku terbentuk. Granit, gabro, dan basalt adalah beberapa jenis batuan beku yang umum ditemui di lapangan. Tabel 2.2 menunjukkan komposisi umum beberapa batuan beku.
Proses pelapukan (Weathering) batuan menjadi tanah terdiri dari proses penghancuran fisik (disintegration/mechanical) dan proses pelapukan kimiawi (chemical/decomposition).
Gambar 2.2: Deret Reaksi Bowen
8
Tabel 2.1: Komposisi Mineral Deret Reaksi Bowen (Das & Sobhan, 2014)
Mineral Komposisi
Olivine (Mg, Fe)2SiO4
Augite Ca, Na (Mg, Fe, Al)(Al, Si2O6)
Hornblende Silikat ferromagnesium kompleks dari Ca, Na, Mg, Ti & Al Biotite (mika hitam) K(Mg, Fe)3AlSi3O10(OH)2
Plagioclase Kalsium feldspar Plagioclase Natrium feldspar
Ca(Al2Si2O8) Na(AlSi3O8) Orthoclase (kalsium feldspar) K(Alsi3O8) Muscovite (mika putih) Kal3Si3O10(OH)2
Quartz (kwarsa) SiO2
Gambar 2.3: Scanning electron micrograph of fractured surface of quartz showing glass-like fractures with no discrete planar surface (Courtesy of David J. White, Iowa State University, Ames, Iowa) (Das &
Sobhan, 2014)
Gambar 2.4: Scanning electron micrograph showing basal cleavage of individual mica grains (Courtesy of David J. White, Iowa State University, Ames, Iowa) (Das & Sobhan, 2014) Tabel 2.2: Komposisi umum batuan beku (Das & Sobhan, 2014)
Pelapukan mekanis mungkin disebabkan oleh ekspansi dan kontraksi batuan dari kelebihan atau kehilangan panas yang terus berlanjut, yang mengakibatkan disintegrasi utama. Seringkali, air merembes ke dalam pori-pori dan celah-celah yang ada di bebatuan. Seiring suhu turun, air membeku dan mengembang. Tekanan yang diberikan oleh es karena ekspansi volume
cukup kuat untuk memecah bahkan batuan besar. Faktor fisik lainnya yang membantu menghancurkan batuan adalah es gletser, angin, aliran air sungai dan sungai, dan
Proses Pelapukan : proses alterasi dan fragsinasi batuan dan material tanah pada dan/atau dekat permukaan bumi yang disebabkan karena proses fisik, kimia dan biologi. Hasil dari pelapukan ini merupakan asal (source) dari batuan sedimen dan tanah
10
gelombang laut. Pelapukan mekanis, batuan besar dipecah menjadi potongan- potongan yang lebih kecil tanpa adanya perubahan komposisi kimia (Das & Sobhan, 2014).
a. Pelapukan Mekanis (Fisik)
Proses penghancuran fisik adalah proses pelapukan tanah akibat dari faktor fisika dengan penyebab atau faktor utama adalah gravitasi, angin, batuan yang bergulir dan air yang mengalir yang kesemuanya berpengaruh terhadap batuan. Hal – hal tersebut bertanggungjawab terhadap terjadinya rekahan dan retakan pada batuan yang menyebabkan pecahnya batuan dan meyebabkan terjadinya endapan.
Pelapukan lebih lanjut dari fragmen – fragmen batuan dan endapan ini utamanya diakibatkan oleh abrasi, yaitu penggerusan batuan akibat gesekan dan benturan pada saat fragmen batuan ini tertransportasikan di dalam sungai dan aliran air, dibawah dan diseputar es glasial, dan perpindahan pasir oleh angin.
Beberapa contoh erosi mekanis akibat gelombang laut dan angin di Bryce Canyon, Utah dan Benagil Cave, Portugal. Tindakan pembekuan dan pencairan air di permukaan membuat batuan retak dan menciptakan retakan besar dan pola drainase di batuan (Gambar 2.5.a). Selama periode waktu, batuan yang tidak melapuk diubah menjadi batu-batu besar (Gambar 2.5.b).
(a) (b)
Gambar 2.5: contoh spektakuler dari efek erosi (a) Bryce Canyon, Utah, (b) Benagil Cave, Portugal (Wikibooks, 2017)
Proses Pelapukan Fisika atau Pelapukan Mekanik merupakan pelapukan yang
disebabkan oleh proses fisika. Pada proses ini batuan akan mengalami perubahan fisik baik bentuk maupun ukurannya. Pelapukan ini di sebut juga pelapukan mekanik sebab prosesnya berlangsung secara mekanik
b. Pelapukan Kimiawi
Pelapukan kimiawi terjadi ketika batuan bereaksi dengan bahan kimia dalam larutan, pada dasarnya menguraikan batuan asli dan tanah menjadi mineral baru melalui reaksi kimia. Air dan karbon dioksida dari atmosfer membentuk asam karbonat, yang bereaksi dengan mineral batuan yang ada untuk membentuk mineral baru dan garam terlarut. Garam larut yang ada di air
tanah dan asam organik yang terbentuk dari bahan organik yang membusuk juga menyebabkan pelapukan kimiawi. Contoh pelapukan kimia orthoclase untuk membentuk mineral lempung, silika, dan kalium karbonat terlarut berikut (Das & Sobhan, 2014):
Peristiwa ini biasanya terjadi pada air yang kaya karbon dioksida, yang pada gilirannya terutama diakibatkan oleh dekomposisi tanaman. Sebagai contoh yang paling umum adalah peristiwa pelapukan yang terjadi di gua – gua kapur (Gambar 2.6) .
Gambar 2.6: Pelapukan Kimia (McNeely & Loua, 2017; BBC, 2017)
Proses Pelapukan kimiawi merupakan pelapukan yang menghancurkan masa batuan yang disertai perubahan struktur kimiawinya.
Pelapukan kimiawi tampak jelas terjadi pada pegunungan kapur (karst). Pelapukan ini berlangsung dengan batuan air dan suhu yang tinggi.
12
Pelapukan kimia feldspars plagioklas mirip dengan orthoclase karena menghasilkan mineral tanah liat, silika, dan garam larut yang berbeda. Mineral ferromagnes juga membentuk produk dekomposisi mineral tanah liat, silika, dan garam terlarut. Selain itu, zat besi dan magnesium dalam mineral feromagnetik menghasilkan produk lain seperti hematit dan limonit.
Batuan sedimen dan metamorf juga memiliki pelapukan yang serupa. Dengan demikian, dari pembahasan singkat sebelumnya, kita dapat melihat bagaimana proses pelapukan mengubah massa batuan padat menjadi fragmen yang lebih kecil dengan berbagai ukuran yang dapat berkisar dari batu-batu besar hingga partikel tanah liat yang sangat kecil. Pemisahaan agregat dari biji-bijian kecil ini dalam berbagai proporsi membentuk berbagai jenis tanah. Mineral tanah liat, yang merupakan produk pelapukan kimia feldspar, feromagnias, dan mika, memberi sifat dan karakteristik plastik itu pada tanah. Ada tiga mineral lempung penting: (1) kaolinit, (2) ilit, dan (3) montmorilonit.
c. Pelapukan Biologi
Pelapukan biologis disebabkan oleh makhluk hidup yang memecah batu baik secara fisik maupun kimia. Makhluk hidup penyebab pelapukan ini mencakup berbagai macam organisme dari bakteri hingga
tanaman dan hewan. Misalnya, lumut memainkan peran penting dalam pelapukan karena mereka kaya akan agen chelating, yang menangkap unsur-unsur logam dari batuan yang lapuk. Beberapa lumut hidup di permukaan batu (epilithic), beberapa aktif hingga menembus permukaan batuan / dalam batuan (endolithic) dan yang lain hidup di cekungan dan retakan di batu (chasmolithic) seperti Gambar 2.7.
Proses Pelapukan Biologi atau Pelapukan Organik adalah pelapukan yang disebabkan oleh makhluk hidup. Penyebabnya adalah proses organisme yaitu hewan, tumbuhan dan manusia, yaitu : Hewan yang dapat melakukan pelapukan antara lain cacing tanah, serangga.
Gambar 2.7: Pelapukan Biologi (Pinterest, 2017)
Produk pelapukan mungkin tinggal di tempat yang sama atau mungkin dipindahkan ke tempat lain melalui es, air, angin, dan gravitasi. Tanah yang terbentuk oleh produk yang lapuk di tempat asalnya disebut tanah sisa. Karakteristik penting dari tanah sisa adalah gradasi ukuran partikel. Tanah berbutir halus ditemukan di permukaan, dan ukuran butir meningkat dengan kedalaman. Pada kedalaman yang lebih dalam, fragmen batuan bersudut juga dapat ditemukan. Tanah yang diangkut dapat dikelompokkan menjadi beberapa kelompok, tergantung pada moda transportasi dan pengendapannya (Das & Sobhan, 2014):
1) Tanah glasial - dibentuk oleh transportasi dan pengendapan gletser
2) Tanah aluvial - diangkut dengan mengalirkan air dan disimpan di sepanjang aliran
3) Tanah Lacustrine - dibentuk oleh pengendapan di danau yang sepi 4. Tanah laut - dibentuk oleh endapan di lautan
4) Aeolian tanah-diangkut dan diendapkan oleh angin
5) Tanah koluvial-terbentuk oleh pergerakan tanah dari tempat asalnya dengan gravitasi, seperti saat tanah longsor.
14
2.1.2 Batuan Sedimen (Sedimentary Rock)
Batuan sedimen atau biasa di sebut dengan batuan endapan, yang berarti mengendapnya bahan-bahan yang terurai, sehingga membentuk suatu lapisan endapan bahan padat, yang secara fisik di endapkan oleh angin, air, atau es dan bahan-bahan terlarut yang secara kimia terendapkan dari lautan, danau atau sungai.
Batuan sedimen dapat di bagi menjadi tiga jenis, berdasarkan proses pembentukannya, yaitu: (1) Klastik, yang di bagi menjadi siliklastik, piroklastik dan kapur, (2) Kimiawi, yang terbagi menjadi evaporit, kapur dan lainnya, dan (3) Organik yang terbagi menjadi kapur dan gambut.
Sedimen klastik tersusun dari fragmen- fragmen dan bagian-bagian yang kecil yang terbawah dalam keadaan padat. Sedimen- sedimen siliklastik terdiri dari bagian-bagian kecil silikat (batu pasir, lempung). Batuan piroklastik terdiri dari material-material vulkaik (tuff, lapili). Sedimen klastik kapur tersusun dari fragmen-fragmen batu kapur yang di bawahkan.
Sedimen kimiawi di endapkan dari suatu larutan. Evaporit oleh penguapan (gips, garam) Kapur oleh pengendapan, selain itu terjadi juga endapan secara kimiawi dari amorfa SiO2 (jasper), senyawa besi, fosfat. Endapan organik. Reef (urat biji) merupakan sumber utama untuk kapur (bioherm). gambut, batubara, dan sapropel adalah sedimen dengan banyak zat organik yang membentuk minyak bumi.
Hasil pelapukan yang berupa kerikil, pasir, lanau dan lempung dapat menjadi padat karena adanya tekanan lapisan tanah di atasnya dan adanya proses sementasi antar butiran oleh unsur-unsur sementasi seperti besi, kalsit, dolomite dan quartz.
Unsur-unsur sementasi tersebut biasanya terbawa dalam larutan air tanah. Unsur- unsur tersebut mengisi ruang-ruang di antara butiran dan kemudian membentuk batuan sediment. Batuan yang terbentuk dengan cara ini disebut batuan sediment detrital. Contoh dari tipe/jenis batuan sedimen detrital adalah : conglomerate, breccia mudstone, shale (claystone). Batuan sedimen ada juga yang dibentuk oleh reaksi kimia, misalnya : limestone, chalk, dolomite, gypsum, dan sebagainya.
Batuan sedimen adalah batuan yang terbentuk di permukaan bumi pada kondisi temperatur dan tekanan yang rendah. Batuan ini berasal dari batuan yang lebih dahulu terbentuk, yang mengalami pelapukan, erosi, dan kemudian lapukannya diangkut oleh air, udara, atau es, yang selanjutnya diendapkan dan
berakumulasi di dalam cekungan
pengendapan, membentuk sedimen. Material- material sedimen itu kemudian terkompaksi, mengeras, mengalami litifikasi, dan
terbentuklah batuan sedimen.
Batuan sedimen (Gambar 2.8) mungkin juga mengalami pelapukan dan membentuk tanah-tanah sedimen (endapan), atau terkena proses peristiwa metamorf dan berubah menjadi batuan metamorf.
Gambar 2.8: Perlapisan batuan sedimen di Sukabumi, Jawa Barat (Wikipedia, 2017)
Berdasarkan tenaga alam yang mengangkutnya batuan sedimen terbagi menjadi batuan sedimen aerik (udara), batuan sedimen aquatik (air sungai), batuan sedimen marin (laut) dan batuan sedimen glastik (gletser). Berdasarkan tempat endapannya terbagi menjadi batuan sedimen limnik (rawa), batuan sedimen fluvial (sungai), batuan sedimen marine (laut), batuan sedimen teistrik (darat).
Penamaan batuan sedimen biasanya berdasarkan besar butir penyusun batuan tersebut. Penamaan tersebut adalah: breksi, konglomerat, batupasir, batulanau, batu lempung.
Komposisi kimia batuan sedimen tergantung dari unsur batuan pembentuknya (batuan asal), seperti misalnya batu kapur.
Batu kapur sebagian besar dibentuk dari
kalsium karbonat yang disimpan baik oleh organisme atau oleh proses anorganik.
Kebanyakan batu gamping/kapur memiliki tekstur klastik; Namun, tekstur non-lastik Breksi: batuan sedimen dengan ukuran butir lebih besar dari 2 mm dengan bentuk butitan yang bersudut.
Konglomerat adalah batuan sedimen dengan ukuran butir lebih besar dari 2 mm dengan bentuk butiran yang membudar
Batu pasir: batuan sedimen dengan ukuran butir antara 2 mm sampai 1/16 mm
Batu lanau adalah batuan sedimen dengan ukuran butir antara 1/16 mm sampai 1/256 mm
Batu lempung: batuan sedimen dengan ukuran butir lebih kecil dari 1/256 mm
16
juga sering ditemukan. Batuan sedimen dapat mengalami pelapukan untuk membentuk sedimen atau mungkin mengalami proses metamorfosis menjadi batu metamorf.
2.1.3 Batuan Peralihan (Metamorph Rock)
Batuan metamorph terjadi karena proses metamorfosis, yaitu perubahan yang di alami oleh batuan karena perubahan temperatur dan tekanan yang lainnya dari mereka terbentuk, kita dapat membedakan dari dua jenis metamorfosis, yaitu:
a. Metamorfosis regional: Perubahan bentuk dalam skala besar yang di alami batuan di dalam kulit bumi yang lebih dalam, sebagai akibat dari terbentuknya pegunungan (vulkanik).
b. Metamorfosis kontak, perubahan bentuk yang di alami batuan sebagai akibat dari instruksi benda magma panas di sekitarnya (misalnya granit).
Reaksi kimia dan mineral-mineral baru pun terbentuk, yang berada dalam keadaan stabil di bawah kondisi tekanan dan temperatur sewaktu berlangsungnya metamorfosi di dalam batuan berlangsung.
Pada umunya jika terjadi peningkatan
temperatur dan tekanan maka besar butiran yang terbentukpun akan terus meningkat.
Peristiwa metamorf adalah proses perubahan komposisi dan tekstur dari batuan akibat panas dan tekanan tanpa pernah menjadi cair. Dalam peristiwa metamorf, mineral-mineral baru terbentuk dan butir-butir mineralnya terkena geseran yang kemudian membentuk tekstur batu metamorf yang berlapis-lapis. Granit, diorite dan gabbro berubah menjadi slates dan phyllites pada peristiwa metamorf tingkat rendah.
Batuan asal atau protolith yang dikenai panas (lebih besar dari 150°Celsius) dan tekanan ekstrem (1500 bar), akan mengalami perubahan fisika dan/atau kimia yang besar. Protolith dapat berupa batuan sedimen, batuan beku, atau batuan metamorf lain yang lebih tua. Contoh batuan malihan adalah Schist, marmer, dan kuarsa.
Schist (Gambar 2.9) adalah sejenis batuan metamorf yang mempunyai tekstur berlapis-lapis dan dapat dilihat pula pada teksturnya ada bentuk-bentuk kepingan atau lempengan-lempengan dari mineral mika.
Batuan metamorf (atau batuan malihan) adalah salah satu kelompok utama batuan yang merupakan hasil
transformasi atau ubahan dari suatu tipe batuan yang telah ada sebelumnya, protolith, oleh suatu proses yang disebut metamorfisme, yang berarti "perubahan bentuk".
Batu pualam atau marmer (Gambar 2.10) terbentuk dari batuan calcite dan dolomite yang mengalami proses kristalisasi ulang. Butiran mineral pada marmer umumnya lebih besar dari pada yang terdapat pada batuan induknya.
Quartzite (Gambar 2.11) adalah sejenis batuan metamorf yang terbentuk dari sandstone yang kaya akan mineral quatz. Bahan silika kemudian memasuki pori-pori batuan dan ruang-ruang diantara butiran pasir dan quartz, dan menjadi unsur-unsur sementasi antar butiran. Quartzite merupakan salah satu dari batuan yang sangat keras. Pada tekanan dan panas yang besar sekali, batuan metamorf mungkin mencair menjadi magma dan siklus batuan berulang kembali..
Gambar 2.9: Batuan Schist (The University of Auckland, 2005)
Gambar 2.10: Batuan Marmer (Lestari, 2013) Gambar 2.11: Batuan Kuarsa (Geology.com, 2017)
18
2.2 Pembentukan Batuan Mineral, Batuan dan Stuktur Batuan
Batuan pada mulanya dari magma seperti dijelaskan sebelumnya. Magma adalah benda cair, panas, pijar yang bersuhu diatas 1000oC. Lava adalah magma yang sudah muncul ke permukaan. Lahar adalah lava yang bercampur dengan gas, meterial piroklastik, air, tanah tumbuhan.
2.2.1 Kristalisasi atau Pembentukan Batuan
Terjadinya batuan pertama kali diawali oleh adanya magma. Magma ini merupakan bahan pokok pembentuk batuan. Terbentuknya batuan pertama kali karena diawali oleh adanya magma yang mengalami proses kristalisasi. Magma ini tidak terdapat di semua area bumi, sebagian besar magma terbentuk di sepanjang batas lempeng bumi. Kemudian magma yang
yang membeku akan membentuk sebuah kristal atau mineral (hal ini dinamakan kristalisasi). Pembentukan batuan mineral, digambarkan sesuai dengan deret reaksi Bowen.yang menjadi dua cabang; kontinyu dan diskontinyu.
Reret reaksi Bowen berisi tentang urutan pembentukan mineral yang terbentuk dari hasil pendinginan magma dan perbedaan kandungan magma, dengan asumsi dasar bahwa semua magma berasal dari magma induk yang bersifat basa. Mineral yang terbentuk dengan kecepatan pendinginan yang lambat akan memiliki bentuk dan ukuran kristal yang lebih besar (Wikiwand, 2017).
Kristalisasi : proses pembentukan bahan padat dari pengendapan larutan, melt (campuran leleh), atau lebih jarang pengendapan langsung dari gas.
Kristalisasi juga merupakan teknik pemisahan kimia antara bahan padat-cair, di mana terjadi perpindahan massa (mass transfer) dari suat zat terlarut (solute) dari cairan larutan ke fase kristal padat.
Deret berkelanjutan atau Continuous branch dibangun dari mineral feldspar plagioklas yang kaya kalsium dan kaya sodium (Gambar 2.12). Dalam deret kontinyu, mineral awal akan turut serta dalam pembentukan mineral selanjutnya. Dari bagan, plagioklas kaya kalsium akan terbentuk lebih dahulu, kemudian seiring penurunan suhu, plagioklas itu akan bereaksi dengan sisa larutan magma yang pada akhirnya membentuk plagioklas kaya sodium. Demikian seterusnya reaksi ini berlangsung hingga semua kalsium dan sodium habis dipergunakan. Karena mineral awal terus ikut bereaksi dan bereaksi, maka sangat sulit sekali ditemukan plagioklas kaya kalsium di alam bebas. Bila pendinginan terjadi terlalu cepat, akan terbentuk zooning pada plagioklas [plagioklas kaya kalsium dikelilingi plagioklas kaya sodium].
Deret tak berkelanjtan atau Discontinuous branch dibangun dari mineral ferro-magnesian sillicates. Dalam deret diskontinyu, satu mineral akan berubah menjadi mineral lain pada suhu tertentu dengan melakukan melakukan reaksi terhadap sisa larutan magma. Bowen menemukan bahwa pada suhu tertentu, akan terbentuk olivin, yang jika diteruskan akan bereaksi kemudian dengan sisa larutan magma, membentuk pyroxene (augite). Jika
pendinginan dlanjutkan, akan dikonversi ke homblende (amfibol) dan kemudian biotite (mika hitam). Deret ini berakhir ketika biotite telah mengkristal, yang berarti semua besi Kalsium: sebuah elemen kimia dengan simbol Ca dan nomor atom 20. Mempunyai massa atom 40.078 amu.
Kalsium merupakan salah satu logam alkali tanah, dan merupakan elemen terabaikan kelima terbanyak di bumi.
Natrium : suatu unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki lambang Na dan nomor atom 11. Ini adalah logam lunak, putih
keperakan, dan sangat reaktif. Natrium adalah logam alkali, berada pada golongan 1 tabel periodik, karena memiliki satu elektron di kulit terluarnya yang mudah disumbangkannya, menciptakan atom bermuatan positif—kation Na+. Satu-satunya isotop stabil adalah Na.
Natrium adalah unsur keenam paling
melimpah dalam kerak bumi, dan terdapat di banyak mineral seperti feldspar, sodalit dan halit (garam batu, NaCl)
Olivin: sebagai batu mulia disebut juga peridot atau krisolit, adalah mineral magnesium besi silikat dengan rumus (Mg,Fe)2SiO4. Banyak ditemukan di bawah permukaan bumi namun lapuk dengan cepat di permukaan bumi.
Piroksen: sebuah kelompok mineral inosilikat yang banyak ditemukan pada batuan beku dan batuan metamorf. Strukturnya terdiri dari rantai tunggal silika tetrahedral dan mengkristal monoklinik dan ortorombik.
Amfibol: nama grup mineral inosilikat yang penting, umumnya berwarna gelap, dengan kristal yang membentuk prisma atau jarum, terdiri dari ikatan rangkap tetrahedral SiO 4 yang saling terkait membentuk simpul dan umumnya mengandung ion - ion besi dan atau magnesium dalam struktur mereka. Amfibol dapat berwarna hijau, hitam, tak berwarna, putih, kuning, biru, atau coklat.
Biotit: mineral filosilikat umum yang ada di dalam grup mika, dengan perkiraan rumus kimia
K(Mg,Fe)3AlSi3O10(OH) 2K(Mg,Fe)3AlSi3O10(OH)2. Lebih umum, mika mengacu pada seri mika gelap, terutama serangkaian larutan-pelarut antara iron-endmember annit, dan
magnesium-endmember plogopit; ditambah lagi alumina-endmember siderofilit.
20
dan magnesium dalam larutan magma telah habis dipergunakan untuk membentuk mineral. Bila pendinginan terjadi terlalu cepat dan mineral yang telah ada tidak sempat bereaksi seluruhnya dengan sisa magma, akan terbentuk rim [selubung] yang tersusun oleh mineral yang terbentuk setelahnya.
Kedua deret tersebut akan membentuk ortoklase (Ortoklas) yaitu formula akhir KAlSi3O8 adalah sebuah mineral tektosilikat penting yang membentuk batuan beku.
Selanjutnya dapat berbentuk muskovit (mika putih) dan kuarsa (quarts).
Batuan- batuan beku yang telah terbentuk tadi lama- kelamaan akan mengalami proses pelapukan. Batuan yang mengalami proses pelapukan paling cepat terutama adalah batuan yang membeku di permukaan bumi (batuan ekstrusif). Batuan ini lebih cepat mengalami proses pelapukan karena terpapar secara langsung oleh cuaca di bumi dan juga atmosfer bumi, sehingga pelapukannya lebih cepat daripada yang berada di bawah permukaan bumi. Proses yang selanjutnya adalah erosi dan yang paling banyak berperan adalah air. Air yang mengalir misalnya dari sungai merupakan salah satu hal yang paling sepat menyebabkan proses erosi ini terjadi. Arus dari air ini pula yang akan mengangkut material- baterial pelapukan batu menuju ke tempat lain.
Selain air, ada pula yang mengangkut meterial- material lainnya yakni angin ataupun gletser.
Gambar 2.12: Batuan deret berkelanjutan (Wikiwand, 2017)
Muskovit (juga dikenal dengan mika umum, isinglass, atau potash mica): mineral filosilikat yang mengandung alumunium dan kalium dengan rumus kimia KAl2(AlSi3O10)(F,OH)2, atau (KF)2(Al2O3)3(SiO2)6(H2O).
Muskovit memiliki belahan basal yang sangat sempurna dan menghasilkan lamina sangat tipis (lembaran) yang sering sangat elastis.
Kuarsa : salah satu mineral yang umum ditemukan di kerak kontinen bumi.
Mineral ini memiliki struktur kristal heksagonal yang terbuat dari silika trigonal terkristalisasi (silikon dioksida, SiO2), dengan skala kekerasan Mohs 7 dan densitas 2,65 g/cm³.
Material- material dari pelapukan batuan beku yang telah terangkut oleh air, angin, ataupun gletser, lama kelamaan akan mengendap di suatu tempat dan kan berjumlah semakin banyak. Karena semakin banyak batuan yang mengendap ini, akibatnya semakin lama akan semakin mengeras dan mengeras . Karena proses pengerasan inilah membentuk terjadinya batuan yang disebut dengan batuan sedimen.
Batuan beku intrusif juga berada di bawah permukaan bumi. Ketika batu yang berada di di bawah permukaan bumi ini tidak tersingkap ke atas permukaan bumi ketika proses pengangkatan, maka batuan tersebut akan terkubur lebih dalam lagi.
Semakin dalam terkubur, maka akan semakin besar kemungkinan untuk terpapar suhu dan juga tekanan tinggi yang dihasilkan oleh kompresi tektonik dan energi panas yang berasal dari dalam bumi, yang pada akhirnya dapat mengubah batuan tersebut.
Batuan yang telah berubah di bawah permukaan bumi akibat paparan suhu, tekanan, dan juga kontak magma ini disebut dengan batuan metamorf atau malihan. Setelah batuan menjadi batuan malihan atau metamorf, lama kelamaan batuan metamorf atau malihan ini akan berubah menjadi magma kemballi. Dan dari magma inilah proses terjadinya batu bisa terjadi kembali.
2.2.2 Proses Pembentukan Endapan
Lapisan tanah yang terbentuk dapat tetap berada ditempatnya, atau terbawa oleh gletser/sungai es, angina, dan/atau air ke tempat lain untuk kemudian terendapkan ditempat yang lain. Berdasarkan proses yang disebut diatas ini, lapisan tanah dapat dibagi ke dalam empat bagian utama, yaitu : tanah residual (residual soil), tanah endapan air (water transported soil),
tanah endapan angin (wind transported soil), tanah endapan sungai es (soil of glacial origin).
a. Tanah Residual (residual soil)
Tanah residu (residual soils) adalah tanah yang dibentuk oleh pelapukan fisika maupun kimia dari batuan induknya dan belum dipindahkan dari tempatnya (Sudarsono & Hasibuan, 2011). Karakteristik tanah residu sangat bergantung pada sifat-sifat batuan induknya. Apabila tanah hasil pelapukan tersebut dipindahkan dan
Terbentuknya endapan atau tidak dalam suatu reaksi, itu tergantung kelarutan dari zat
terlarut, yaitu jumlah maksimum zat terlarut yang akan larut dalam sejumlah tertentu pelarut pada suhu tertentu
22
diendapkan di tempat lain, misalnya oleh air atau angin, maka tanah tersebut dikenal sebagai tanah transport (transported soils).
Gambar 2.13: Tanah Residual (Dharmawansyah, 2015)
Tanah yang terbentuk dari proses penghancuran dan pelapukan batuan dasar dan masih berada ditempat asalnya (Gambar 2.13). Di daerah tropis, ketebalan tanah residual yang terbentuk dari batuan beku dapat mencapai ketebalan lebih dari 20 m.
Tekstur tanah residual tergantung kepada kondisi lingkungan dimana tanah tersebut terbentuk dan kepada tipe batuan induknya.
Granite menghasilkan lanau kepasiran dan pasir kelanauan dengan komposisi mineral mica dan lempung kaolin yang bervariasi Basalt menghasilkan lempung dengan kadar montmorillonite yang tinggi dan bersifat plastis.
b. Tanah Endapan Air (water transported soil)
Tergantung dari macam air yang mengangkut dan mengendapkannya, tanah endapan air dapat dibagi lagi menjadi tiga golongan, yaitu : tanah alluvium (oleh air sungai seperti Gambar 2.14), tanah lacustrine (di danau) dan tanah marina (di pantai/air laut). Tanah alluvium terbentuk ketika air sungai dari pegunungan mencapai dataran rendah. Partikel-partikel kecil yang terapung didalam air sungai terbawa ke Granit : salah satu jenis batuan beku yang memiliki warna cerah, butirannya kasar, tersusun dari mineral kuarsa dan feldspar.
Basalt: batuan beku yang ekstrusif, terbentuk dari solidifikasi magma yang terjadi di
permukaan bumi. Biasanya berwarna abu-abu atau hitam, karena pembekuannya cepat di permukaan bumi.
daerah hilir relative tanpa mengalami perubahan secara fisik. Partikel-partikel yang lebih besar, seperti pasir, kerikil dan kerakal, diangkut dan berguling di dasar sungai, akibatnya partikel tersebut akan terkikis dan berbentuk bulat.
Gambar 2.14: Endapan tanah Aluvial l di daerah Amazon Basin, Brazil ( (Thadani, 2011)
Tanah lacustrine terbentuk ketika danau berfungsi sebagai tempat pengendapan dari partikel-partikel tanah yang terbawa oleh air sungai yang bermuara di danau tersebut. Di daerah yang lembab, ketika danau terisi sediment dan menjadi dangkal, tumbuh-tumbuhan di sekitar tepian danau meningkat. Pembusukan material tumbuh-tumbuhan ini menghasilkan bahan organic yang mengendap bersama dengan lanau dan lempung hingga terbentuk tanah organic. Di tingkat akhir dari proses sedimentasi ini danau dapat dipenuhi
dengan tumbuh-tumbuhan dan hanya terjadi pembusukan sebagian dari sisa-sisa tanaman. Akhirnya terbentuklah tanah gambut (peat). Pada tahap ini danau berubah menjadi tanah rawa (marshland).
Alluvium (dari bahasa Latin, alluvius) adalah sejenis tanah liat, halus dan dapat menampung air hujan yang tergenang. Dengan demikian, padi sawah sangat sesuai ditanam di tanah jenis alluvium. Tanah alluvium biasanya terdapat di tebingan sungai, delta sungai dan dataran yang tergenang banjir.
Lacustrine: berkenaan dengan danau atau tumbuh (terbentuk) dalam danau.
24
c. Tanah Endapan Angin (wind transported soil)
Pergerakan angin (Gambar 2.15) melalui daerah bertanah pasir atau lanau yang luas akan membawa partikel-partikel berukuran pasir dan lanau. Partikel-partikel yang lebih besar dari 0,05 mm (pasir) akan berguling atau terangkat ke udara untuk jarak yang relative pendek dan akan tertumpuk membentuk bukit-bukit pasir (sand dunes).
Gumuk Pasir atau Sand Dune merupakan sebuah bentukan alam karena proses angin disebut sebagai bentang alam eolean (eolean morphology). Angin yang membawa pasir akan membentuk bermacam- macam bentuk dan tipe gumuk pasir, Partikel- partikel lanau yang lebih halus akan terbawa
ke daerah yang lebih jauh. Angin mensortir butiran-butiran pasir dan mengendapkannya dengan ukuran butir yang relative seragam dan umumnya dalam keadaan lepas (loose condition). Berdasarkan bentuknya ada dua macam sand dunes, yaitu (1) Barchan dan (2) Punggung Paus atau Whate back paus.
Gambar 2.15: Endapan oleh angin (a) tanah (Earle, 2017) , (b) Pasir (McDonald, 2015)
d. Tanah Endapan Sungai Es (soil of glacial origin)
Penyebaran dari massa es ini mengerosi, mencampur baur, mengangkut dan mengendapkan batuan-batuan lepas dan tanah dengan berbagai cara (Gambar 2.16).
Material yang diendapkan langsung oleh es disebut dengan till (Gambar 2.17). Tanah jenis ini sangat beragam dalam teksturnya, partikelnya bervariasi dari kerakal (boulder) hingga lempung sehingga till kadang kala disebut boulder clay. Air yang mencair dari lempengan-lempengan es membawa pasir dan kerikil dan mengendapkannya didepan Barchan: sand dunes gundukan pasir yang berbentuk seperti bulan sabit. Jadi bentuknya melengkung dengan bagian punggung tinggi.
Whate back paus: gundukan pasir yang berbentuk seperti punggung dari ikan paus yang memanjang. Bentuk ini kalau kita lihat di daerah pasir mirip dengan ikan paus yang tengkurap dengan punggung di atas.
sungai es dan disebut Outwash. Bila air yang mencair itu bermuara diantara dataran tinggi dan sungai es, tercipta suatu danau dimana endapan danau es akan terbentuk.
Ketika air mengalir ke dalam danau tersebut, material yang kasar diendapkan dipinggir danau dan membentuk delta-delta pasir dan kerikil.
Gambar 2.16: Endapan es sepanjang pantai (Supriadi, 2015)
Gambar 2.17: Permukaan Glacial till di jalan yang Longsor, Eastern Sierra Nevada Mountains, U.S.
Daniel Mayer (The Editors of Encyclopædia Britannica, 2017)
26
e. Tanah-Tanah Khusus
Perilaku tanah sering tergantung dari keberadaan material tanah yang khusus, seperti tanah ekspansif, collapsible, dan quick clay serta organik.
Tanah expansive, adalah tanah yang berpotensi mengalami pengembangan (peningkatan volume) bila tereskpos terhadap air. Clay shales dan tanah lempung dengan kadar montmorillonite yang tinggi merupakan tanah expansive.
Tanah collapsible, adalah merupakan tanah dengan potensi pengurangan volume yang besar ketika mengalami peningkatan kadar air. Perubahan volume terjadi tanpa adanya perubahan beban eksternal. Contoh : tanah loess, pasir dan lanau bersementasi lemah yang ikatan semennya biasanya gypsum atau halite, mudah larut dalam air. Tanah collapsible ini umumya dijumpai di daerah-daerah yang gersang.
Quick clay, adalah merupakan lempung yang sangat peka (high sensitivity) terhadap gangguan. Kekuatan geser tanah ini akan berkurang drastis ketika mengalami gangguan. Semua quick clay merupakan lempung marina dengan kadar kepekaan lebih besar dari 15. Kadar kepekaan adalah perbandingan antara kuat geser tanah asli dengan kuat geser tanah terganggu.
Tanah organik, adalah merupakan tanah yang mengandung banyak komponen organik, ketebalannya dari beberapa meter hingga puluhan meter di bawah tanah.
Tanah jenis ini umumnya berkuat geser rendah dan mudah mengalami penurunan yang besar.
2.2.3 Batuan dan Stuktur Batuan
Sesuai dengan proses terjadinya batuan terbagi menjadi batuan beku, sedimentasi dan malihan. Struktur batuan adalah gambaran tentang tekstur atau
keadaan batuan, termasuk di dalamnya bentuk atau kedudukannya.
Warna batuan berhubungan erat dengan komposisi kimia dan mineralogi, maka tekstur berhubungan dengan sejarah pembentukan dan keterdapatannya. Tekstur merupakan hasil dari rangkaian proses sebelum,dan sesudah kristalisasi.
Tekstur batuan itu dapat kita ketahui hanya dengan memperhatikan sampel batuan dalam lingkup kecil contohnya jika ada sebuah hand speciment batuan maka, Tekstur batuan mengacu pada kenampakan butir-butir mineral yang ada di dalamnya, yang meliputi tingkat kristalisasi, ukuran butir, bentuk butir, granularitas, dan hubungan antar butir (fabric)
teksturnya dapat dideskripsikan dengan ketelitian sampai dengan 75%. Sedangkan, struktur batuan dapat kita perhatikan dalam lingkup yang lebih luas seperti tempat batuan itu berasal. Tekstur batuan ditentukan dari kristalisasi yang terjadi.
a. Struktur Batuan Beku
Struktur batuan beku terbagi menjadi struktur untuk batuan beku ekstrusif dan intrusif. Batuan beku ekstrusif adalah batuan beku yang proses pembekuannya berlangsung dipermukaan bumi. Batuan beku ekstrusif ini yaitu lava yang memiliki berbagia struktur yang memberi petunjuk mengenai proses yang terjadi pada saat pembekuan lava tersebut. Struktur ini diantaranya:
1) Masif, yaitu struktur yang memperlihatkan suatu masa batuan yang terlihat seragam.
2) Sheeting joint, yaitu struktur batuan beku yang terlihat sebagai lapisan 3) Columnar joint, yaitu struktur yang memperlihatkan batuan terpisah
poligonal seperti batang pensil.
4) Pillow lava, yaitu struktur yang menyerupai bantal yang bergumpal-gumpal.
Hal ini diakibatkan proses pembekuan terjadi pada lingkungan air.
5) Vesikular, yaitu struktur yang memperlihatkan lubang-lubang pada batuan beku. Lubang ini terbentuk akibat pelepasan gas pada saat pembekuan.
6) Amigdaloidal, yaitu struktur vesikular yang kemudian terisi oleh mineral lain seperti kalsit, kuarsa atau zeolit
7) Struktur aliran, yaitu struktur yang memperlihatkan adanya kesejajaran mineral pada arah tertentu akibat aliran
Batuan beku ekstrusif adalah batuan beku yang proses pembekuannya berlangsung dibawah permukaan bumi. berdasarkan kedudukannya terhadap perlapisan batuan yang diterobosnya struktur tubuh batuan beku intrusif terbagi menjadi dua yaitu konkordan dan diskordan.
Konkordan adalah tubuh batuan beku intrusif yang sejajar dengan perlapisan disekitarnya, jenis jenis dari tubuh batuan ini yaitu :
1) Sill, tubuh batuan yang berupa lembaran dan sejajar dengan perlapisan batuan disekitarnya.
2) Laccolith, tubuh batuan beku yang berbentuk kubah (dome), dimana perlapisan batuan yang asalnya datar menjadi melengkung akibat
28
penerobosan tubuh batuan ini, sedangkan bagian dasarnya tetap datar.
Diameter laccolih berkisar dari 2 sampai 4 mil dengan kedalaman ribuan meter.
3) Lopolith, bentuk tubuh batuan yang merupakan kebalikan dari laccolith, yaitu bentuk tubuh batuan yang cembung ke bawah. Lopolith memiliki diameter yang lebih besar dari laccolith, yaitu puluhan sampai ratusan kilometer dengan kedalaman ribuan meter.
4) Paccolith, tubuh batuan beku yang menempati sinklin atau antiklin yang telah terbentuk sebelumnya. Ketebalan paccolith berkisar antara ratusan sampai ribuan kilometer.
Diskordan adalah tubuh batuan beku intrusif yang memotong perlapisan batuan disekitarnya. Jenis-jenis tubuh batuan ini yaitu:
1) Dike, yaitu tubuh batuan yang memotong perlapisan disekitarnya dan memiliki bentuk tabular atau memanjang. Ketebalannya dari beberapa sentimeter sampai puluhan kilometer dengan panjang ratusan meter.
2) Batolith, yaitu tubuh batuan yang memiliki ukuran yang sangat besar yaitu
> 100 km2 dan membeku pada kedalaman yang besar.
3) Stock, yaitu tubuh batuan yang mirip dengan Batolith tetapi ukurannya lebih kecil.
Penamaan batuan beku berdasarkan kandungan mineralnya seperti Gambar 2.18. Geologist mengklasifikasikan batuannya menggunakan kandungan mineral dan tekstur batuan, Komposisi kimia, warna dan tipikal umum batuan beku seperti Gambar 2.19 dan 2.20.
Granit adalah jenis batuan intrusif, felsik, igneus yang umum dan banyak ditemukan. Granit kebanyakan besar, keras dan kuat, dan oleh karena itu banyak digunakan sebagai batuan untuk konstruksi. Kepadatan rata-rata granit adalah 2,75 gr/cm³ dengan jangkauan antara 1,74 dan 2,80.
Diorit adalah salah satu jenis batuan beku dalam (Batuan Plutonis), bertekstur feneris, mineralnya berbutir kasar hingga sedang, warnanya agak gelap. Batuan diorit mengandung feldspar plagioklas calsiksodik dalam jumlah yang besar dengan tipe sodik yang banyak.
Gambar 2.18: Penamaan batuan berdasarkan mineral dan tekstur batuan (Thompson & Turk, 1997)
Gambar 2.19: Komposisi kimia, warna dan tipikal umum batuan beku (Thompson & Turk, 1997)
30
Gabro adalah batuan beku intrusif, berwarna gelap, dan tersusun atas kristal- kristal mineral yang berukuran kasar (coarse-grained). Batuan ini selalu berwarna hitam atau hijau gelap karena mineral utamanya adalah plagioklas dan augit.
Peridotit adalah batuan beku padat, berbutir kasar, dan sebagian besar terdiri dari mineral olivin dan piroksen. Peridotit adalah batuan ultramafik, karena mengandung kurang dari 45% silika. Peridotit tinggi akan magnesium, dengan proporsi olivin yang tinggi dengan besi yang cukup.
(a) (b)
(c)
(d)
Gambar 2.20: Batuan beku (a) Granite; (b) Gabbro; (c) Diorite; (d) Peridotit (Geology.com, 2017)
b. Struktur Batuan Sedimen
Struktur batuan sedimen diklasifikasikan menjadi tiga macam struktur (Pettijohn, Potter, & Siever, 1987), yaitu struktur sedimen primer, sekunder dan kegiatan organisme.
Struktur sedimen primer terbentuk karena proses sedimentasi dapat merefleksikan mekanisasi pengendapannya. Contohnya seperti perlapisan, gelembur gelombang, perlapisan silang siur, konvolut, perlapisan bersusun, dan lain-lain.
Struktur primer adalah struktur yang terbentuk ketika proses pengendapan dan ketika batuan beku mengalir atau mendingin dan tidak ada singkapan yang terlihat. Struktur primer ini penting sebagai penentu kedudukan atau orientasi asal suatu batuan yang tersingkap, terutama dalam batuan sedimen.
Struktur yang terbentuk sesudah proses sedimentasi, sebelum atau pada waktu diagenesa merupakan struktur sedimen sekunder. Juga merefleksikan keadaan lingkungan pengendapan misalnya keadaan
dasar, lereng dan lingkungan organisnya. Antara lain : beban, rekah kerut, jejak binatang.
Struktur yang terbentuk oleh kegiatan organisme, seperti molusca, cacing atau binatang lainnya. Antara lain : kerangka, laminasi pertumbuhan adalah struktur sedimen organik.
Struktur batuan sedimen yang penting antara lain struktur perlapisan dimana struktur ini merupakan sifat utama dari batuan sedimen klastik yang menghasilkan bidang-bidang sejajar sebagai hasil proses pengendapan. Faktor-faktor yang mempengaruhi adanya struktur perlapisan adalah:Adanya perbedaan dan perubahan warna; ukuran butir; struktur; komposisi mineral; dan kepadatannya.
c. Struktur Batuan Malihan
Stuktur batuan malihan diklasifikasikan teksturnya (The University of Auckland , 2005) menjadi struktur foliasi dan nonfoliasi (granular) seperti Gambar 2.21. Struktur foliasi merupakan bidang yang lemah seperti di batu karang. Foliasi disebabkan oleh pelurusan kembali mineral saat mengalami tekanan dan suhu tinggi. Mineral individu menyesuaikan diri dengan tegak lurus terhadap medan tegangan sehingga sumbu panjangnya berada di arah bidang ini (yang mungkin terlihat seperti bidang pembelahan mineral). Biasanya, serangkaian bidang foliasi bisa terlihat sejajar satu sama lain di batu karang. Foliasi yang berkembang dengan baik adalah karakteristik batuan paling metamorf. Batu metamorf sering
pecah dengan mudah di sepanjang bidang foliasi.
Diagenesis : perubahan dari sedimen atau batuan sedimen yang ada menjadi batuan sedimen yang berbeda selama dan setelah terbentuknya batuan (litifikasi), pada suhu dan tekanan kurang dari yang dibutuhkan untuk pembentukan batuan metamorf.
Foliasi di geologi mengacu pada perlapisan berulang di batuan metamorf.
32
Struktur granular atau non-foliasi menggambarkan batuan metamorf yang terdiri dari kristal sama yang saling terkait (butiran), hampir seluruhnya dari satu mineral.
Tekstur granular dikembangkan jika komposisi kimia batuan mendekati mineral tertentu. Mineral ini akan mengkristal jika batuan tersebut terkena tekanan dan suhu tinggi. Tekstur granular adalah karakteristik beberapa batuan metamorf.
Gambar 2.21: Batuan Malihan (Google.com)
2.3 Ukuran Partikel Tanah
Butiran-butiran mineral yang membentuk bagian padat dari tanah merupakan hasil pelapukan dari batuan. Ukuran setiap butiran padat tersebut bervariasi dan sifat- sifat fisik dari tanah banyak tergantung dari faktor-faktor ukuran, bentuk dan komposisi kimia dari butiran (Das & Sobhan, 2014). Tanah umunya dapat disebut sebagai kerikil (gravel), pasir (sand), lanau (silt) atau lempung (clay), tergantung pada ukuran partikel yang paling dominan pada tanah tersebut.
Beberapa organisasi telah mengembangkan batasan-batasan ukuran golongan jenis tanah (soil separate size limits) berdasarkan ukuran-ukuran partikelnya. Pada Tabel 2.3 dan Gambar 2.22 ditunjukkan batasan-batasan ukuran partikel tanah yang telah dikembangkan oleh beberapa organisasi yang ahli di bidangnya.
Tabel 2.3: Klasifikasi Ukuran Partikel Tanah (Das & Sobhan, 2014) Nama Kelompok
Organisasi Ukuran Butiran (mm)
Kerikil Pasir Lanau Lempung
Massachusetts Institute of
Technology (MIT) > 2 2 – 0,06 0,06 – 0,002 < 0,002 U.S. Departement of Agriculture
(USDA) > 2 2 – 0,05 0,05 – 0,002 < 0,002
American Association of State Highway and Transportation Officials
(AASHTO) 76,2 - 2 2 –0,075 0,075–0,002 < 0,002
Unified Soil Classification System (U.S. Army Corps of Engineers, U.S.
Bureau of Reclamation) 76,2-4,75 4,75-0,075 Halus
(yaitu lanau dan lempung)
< 0,0075
Gambar 2.22: Soil-separate-size limits by various systems (Das & Sobhan, 2014)
Kerikil (gravels) adalah kepingan-kepingan dari batuan yang kadang-kadang juga mengandung partikel-partikel mineral quartz, feldspar dan mineral-mineral lain, Diameter butiran > 5 mm. Pasir (sand) sebagian besar terdiri dari mineral quartz dan feldspar. Butiran dari mineral yang lain mungkin juga masih ada pada golongan ini , Diameter butiran 0,0075 – 5,0 mm. Lanau (silt) sebagian besar merupakan fraksi mikroskopis (berukuran sangat kecil) dari tanah yang terdiri dari butiran-butiran quartz yang sangat halus, dan sejumlah partikel-partikel berbentuk lempengan-lempengan pipih yang merupakan pecahan dari mineral-mineral mika, Diameter butiran 0,002 – 0,0075 mm.
34
Lempung (clays) sebagian besar terdiri dari partikel mikroskopis dan submikroskopis (tidak dapat dilihat dengan jelas bila hanya dengan mikroskopis biasa) yang berbentuk lempengan-lempengan pipih dan merupakan partikel-partikel dari mika. Lempung didefinisikan sebagai golongan partikel yang berukuran kurang dari 0,002 mm (= 2 mikron).
2.4 Mineral Lempung
Mineral lempung adalah kristal yang sangat kecil (hanya dapat dilihat dengan bantuan mikroskop elektron) yang berasal dari pelapukan kimiawi dari mineral batuan tertentu adalah kristal alumunium silikat dengan ion-ion logam yang kompleks yang merupakan komposisi 2 lembar kristal dasar (Das & Sobhan, 2014) yaitu : (1) Silica Tetrahedron, dan (2) Alumina Octahedron.
Tiap unit tetrahedron terdiri dari 4 atom oksigen mengelilingi sebuah atom silicon. Kombinasi beberapa unit tetrahedron membentuk lembar silica (silica sheet), tiga atom oksigen yang di dasar dipakai bersama oleh tetrahedron yang berdekatan.
Tiap unit octahedron terdiri dari 6 hidroxil yang mengelilingi satu atom aluminium.
Kombinasi beberapa unit octahedron aluminium hidroxil membentuk lembar octahedron yang disebut gibbsite, kadang-kadang atom-atom magnesium mengganti aluminium, hal ini disebut lembar brucite. (Gambar 2.23),
2.4.1 Mineral Kaolinite
Mineral kaolinite merupakan lembar yang terdiri dari berlapis-lapis lembar silica dan gibbsite yang tiap lapis silica-gibbsite tebalnya 7,2 Å (Å =). Lembar-lembar tersebut diikat oleh hidrogen. Kaolinite
berada dalam bentuk lempengan, yang dimensi lateralnya 1000 – 10000 Å, tebal 100 – 1000 Å. Luas permukaannya sekitar 15 m2/gr. (luas permukaan perunit massa disebut specific surface).
2.4.2 Illite
Selembar illite terdiri dari sebuah lembar gibbsite yang menyatu dan diapit oleh 2 lembar silica. Kadang-kadang disebut mica lempung (clay mica), tebal 1 lembar 10 Å, lembar satu dengan yang lainnya diikat oleh ion potasium (natrium). Ada substitusi aluminium untuk silicon pada lembar tetrahedral. Substitusi elemen tanpa mengubah Kaolin: mineral yang terdapat pada batuan sedimen dikenal dengan nama batu lempung.
Illite: Mineral lempung yang tidak mengembang (non-expanding).
montmorillonite: Salah satu dari mineral lempung yang lembut, dengan silikat
bentuk kristal disebut substitusi isomorphous. Lembar-lembar illite menyatu menyerupai lembar yang mempunyai dimensi lateral 1000 – 5000 Å dan tebal 50 – 500 Å. Specific surface = 80 m2/gr.
Gambar 2.23: (a) Silica tetrahedron; (b) silica sheet; (c) alumina octahedron; (d) octahedral (gibbsite) sheet; (e) elemental silica-gibbsite sheet (Das & Sobhan, 2014)
