CIRI ASAS TANAH

C3008/4/1

Di akhir unit ini pelajar dapat menganalisa saiz zarah tanah dengan kaedah ujian ayakan basah dan kering.

Di akhir unit ini, pelajar akan dapat : 1. membezakan kaedah ayakan basah dan kaedah ayakan kering. 2. memplot lengkungan agihan saiz zarah (lengkung penggredan) dengan tepat. 3. mengenalpasti ciri-ciri lengkung penggredan seragam, tidak seragam, baik dan tidak baik dengan tepat.4.

mengira

pekali

keseragaman

(CU)

dan

pekali

kelengkungan (CC) dengan tepat. 5. menerangkan ujian hidrometer dan pipet dengan jelas.

CIRI ASAS TANAH

C3008/4/2

4.0

Pengenalan Melalui

Pengelasan tanah adalah penting dalam kejuruteraan geoteknik.

pengelasan tanah kita menentukan sama ada tanah tersebut adalah tanah liat berpasir atau sebaliknya. Dalam kod amalan penyiasatan tapak BS 5930 : 1981, sistem pengkelasan saiz zarah adalah seperti ditunjukkan dalam Jadual 4.1.

Jenis Tanah Batu Tongkol Batu Bundar Kerikil

Saiz Kasar Sederhana halus Kasar

Julat (mm) > 200 60 200 20 60 6 20 26 0.6 2 0.2 - 0.6 0.06 0.2 0.02 0.06 0.006 0.02 0.002 0.006 < 0.002

Pasir

Sederhana halus Kasar

Kelodak Tanah Liat

Sederhana halus -

Jadual 4.1 : Jadual Sistem Pengkelasan Saiz Zarah (BS 5390 : 1981)

CIRI ASAS TANAH

C3008/4/3

4.1

Analisis Saiz Zarah terdapat dua (2) ujian yang dilakukan iaitu ujian Ujian pengayakan terdiri daripada dua (2) jenis ujian Teori

Dalam analisis saiz zarah tanah berbutiran halus.

pengayakan bagi sampel tanah berbutiran kasar dan ujian pengenapan bagi sampel iaitu ujian pengayakan basah dan ujian pengayakan kering. Terdapat dua (2) kaedah bagi ujian pengenapan iaitu ujian hidrometer dan ujian pipet. hukum Stoke. analisis ujian pengenapan adalah berdasarkan pengenapan sedimen menurut Butiran berbentuk sfera terenap dalam air pada kadar yang berlainan bergantung kepada saiz sfera. Halaju enapan tamatan zarah tanah yang berbentuk sfera dinyatakan oleh hukum Stoke sebagai;s w18 w

=

D2

(4.1)

Di mana,

s

= = = = =

Halaju enapan tamatan zarah Ketumpatan zarah tanah Ketumpatan air Kelikatan dinamik air Diameter zarah tanah

w

wD

4.1.1

Pengayakan Basah

Sampel tanah yang telah diketahui jisimnya (biasanya 200 gram) dimasukkan ke dalam ayak bersaiz 63 mikron dan kemudian dibasuh dengan air sehingga bersih agar tanah yang tertahan pada ayak hanya tanah berbutiran kasar sahaja. Sampel tanah yang tertahan pada ayak dikeringkan untuk tujuan pengayakan kering dan sampel yang telus pada ayak tersebut digunakan untuk analisis pengenapan.

4.1.2

Pengayakan Kering

CIRI ASAS TANAH

C3008/4/4

Sampel tanah kering yang diketahui jisimnya, dimasukkan ke dalam satu siri susunan ayak. Jisim yang tertahan pada setiap ayak dicatat dan dikira untuk mendapatkan peratus telus. Data-data yang diperolehi dilakarkan di atas kertas graf semilog bagi peratus telus melawan saiz ayak seperti rajah 4.1.

% Telus

Tanah Seragam

Gred Tak Baik

Gred Baik

Saiz Ayak (Semi log) Rajah 4.1 : Analisis Ayakan

Daripada graf semi log peratus telus melawan saiz ayak, nilai pekali keseragaman dan pekali kelengkungan boleh ditentukan melalui formula seperti berikut :Pekali Keseragaman, Cu Pekali Kelengkungan, Cc = =D60 D102 D30 D10 D60

(4.2) (4.3)

CIRI ASAS TANAH

C3008/4/5

Di mana, D10 D30 D60 = = = Saiz ayak untuk sampel 10 % telus Saiz ayak untuk sampel 30 % telus Saiz ayak untuk sampel 60 % telus

Daripada parameter Cu dan Cc kedudukan gred sampel tanah boleh ditentukan. Kerikil dikatakan bergred baik apabila nilai Cu mesti lebih daripada 4 dan nilai Cc di antara 1 hingga 3. Manakala pasir dikatakan bergred baik apabila nilai Cu mesti lebih daripada 6 dan nilai Cc di antara 1 hingga 3. Sekiranya salah satu nilai Cu dan Cc tidak masuk dalam julat yang ditetapkan maka sampel tersebut dikatakan mempunyai gred tidak baik. Contoh 4.1 Satu analisis ayakan dilakukan ke atas sampel tanah dan keputusan adalah seperti dalam jadual 4.1. Tentukan nilai Cu dan Cc dan jenis gred bagi sampel tanah.

Saiz Ayak (mm) 5.0 2.36 1.18 0.6 0.3 0.212 0.15 0.063 Panci

Jisim Tertahan (g) 11 18 24 21 41 32 16 22 20

Jadual 4.1 : Keputusan Analisis Ayakan

Penyelesaian

CIRI ASAS TANAH

C3008/4/6

Daripada data-data yang diberi, peratus telus bagi setiap saiz ayak ditentukan seperti jadual 4.2 :-

Saiz Ayak (mm) 5.0 2.36 1.18 0.6 0.3 0.212 0.15 0.063 Panci

Jisim Tertahan (g) 11 18 24 21 41 32 16 22 20

Jisim Telus (g) 205 11 = 194 194 18 = 176 176 24 = 152 152 21 = 131 131 41 = 90 90 32 = 58 58 16 = 42 42 22 = 20 20 20 = 0

% Telus (194/205)100 = 95 (176/205)100 = 86 (152/205)100 = 74 (131/205)100 = 64 (90/205)100 = 44 (58/205)100 = 28 (42/205)100 = 20 (20/205)100 = 10 (0/205)100 = 0

=

205

Jadual 4.2 : Kiraan Peratus Telus

Daripada keputusan jadual 4.2, satu graf diplotkan pada kertas graf semi-log seperti dalam rajah 4.1. Melalui graf ini jenis tanah dan grednya boleh ditentukan.

CIRI ASAS TANAH

C3008/4/7

Rajah 4.1 : Graf analisis ayakan

CIRI ASAS TANAH

C3008/4/8

Dari graf semi-log (rajah 4,1), keputusan adalah seperti berikut :% Tanah Pasir = % Telus Ayak saiz 2.35mm - % Telus Ayak Saiz 0.06 mm = 83 % 10 % = D10 = 0.63, 73 % > 50% D30 (Tanah Pasir) = 0.22, D60 = 0.52

Oleh itu, Pekali Keseragaman, Cu = = =D60 D100.52 0.063

8.25 > 62 D30 D10 D60

Pekali Kelengkungan, Cc

= = =

0 .2 2 2 (. 0 3 )( 0.5 ) 6 2

1.5 ( 1 < Cu < 3)

Oleh itu, sampel tanah adalah tanah pasir bergred baik.

CIRI ASAS TANAH

C3008/4/9

4.1.3

Ujian Pipet

Ujian pipet digunakan untuk menentukan peratus tanah berbutiran halus. Dalam kaedah ini air basuhan yang mengandungi zarah-zarah halus ( Mb ) dicampurkan dengan air suling sehingga isipadunya menjadi 500 ml dan direndamkan di dalam air pada suhu malar seperti yang ditunjukkan di dalam Rajah 4.2. Apabila ampaian mencapai suhu yang sama dengan suhu air terendam, ia hendaklah dikeluarkan dan digoncang untuk menyerakkan zarah-zarah. Seterusnya ia dimasukkan semula ke dalam air rendaman dan masa permulaan dicatatkan oleh jam randik. Selepas sela masa t (iaitu 3 4 minit, bergantung pada graviti tentu sampel) 10

ml ampaian diambil dengan menggunakan pipet pada kedalaman 100 mm dari permukaan air. Kemudian jisim pepejal di dalam sampel ditentukan (MD). Pembetulan hendaklah dibuat terhadap jisim yang dihasilkan oleh agen penyerak (natrium heksametafosfat) di dalam ampaian. Pembetulan ini dibuat dengan mengambil larutan agen penyerak secara berasingan dan diuji pada masa dan dengan cara yang sama. Prosedur keseluruhannya diulang semula selepas 40-50 minit dan sekali lagi selepas 6-7 jam.

Rajah 4.2 : Ujian Pipet

CIRI ASAS TANAH

C3008/4/10

Mengikut hukum Stoke, halaju zarah, diberi oleh persamaan

= KD2s w18 w

K = =

(4.4)

pemalar.

Selepas masa t1, semua zarah yang berukuran tertentu, iaitu D1 akan terenap dari permukaan ke kedalaman 100 mm. Zarah-zarah yang lebih besar daripada saiz D1, akan tenggelam ke bawah dari tanda 100 mm. Oleh itu, halaju zarah yang berukuran D1 dapat dikira dengan membahagikan jarak 100 mm dengan masa t1, makah t1 h t1 h K1 t

KD 12

= =

D12 =

D1 =

h Kt 1

(4.5)

Dengan ini, saiz butiran maksimum, D1 dapat dikira apabila nilai-nilai h, t1 dan K telah diketahui. Semua saiz zarah yang lebih kecil daripada D 1 akan tinggal di dalam ampaian pada kedalaman tersebut. Peratus saiz zarah yang lebih kecil daripada D1 di dalam larutan asal dapat dikira seperti yang berikut : Jisim pepejal per ml pada kedalaman 100 mm selepas masa t1 N = Jisim pepejal per ml di dalam larutan asal( M D1 / 10 ) ( M b / 500 )

=

x 100 %

(4.6)

CIRI ASAS TANAH

C3008/4/11

Nilai-nilai D2 dan D3 dapat diketahui selepas masa t2 dan t3 . Semua nilai ini boleh diplotkan pada carta pengagihan saiz untuk bahagian kelodak dan tanah liat. 4.1.4 Ujian Hidrometer

Dalam kaedah hidrometer, 1000 ml ampaian zarah halus disediakan seperti mana dalam kaedah ujian pipet dan graviti tentu ampaian pada kedalaman h diukur pada selang masa tertentu, penggunaan hidrometer seperti rajah 4.3. Hidrometer akan memberi bacaan terus untuk graviti tentu ampaian. Biasanya pada hidrometer nilai 1 dikeluarkan dari bacaan graviti tentu dan titik perpuluhan diambil 3 tempat ke arah kanan, iaitu bacaan 12 pada hidrometer bermakna graviti tentu ampaian adalah 1.012 .

Kedalaman h

Pusat Isipadu Hidrometer

ampaian

Rajah 4.3 : Alat Hidrometer

CIRI ASAS TANAH

C3008/4/12

Anggap unit adalah dalam gram dan mililiter, maka w = 1. Pada ampaian asal 1000 ml : Dalam ujian hidrometer, kita perlu mengetahui perkara-perkara berikut:Berat pepejal = = = = = WsWS Gs w

Isipadu pepejal, Vs Isipadu air, Vw Berat air, Ww

1000 -

WS Gs w Ws Gs

1000 w -

Ketumpatan ampaian awal, i

Ws + 1000 w Ws G s 1000

=

Ws Gs 1 w + 1 0 G0s 0 WD Gs 1 w + 1 0 0Gs 0 0 =100 000 G s w Wb (G s 1) x 1000

Ketumpatan ampaian pada kedalaman h selepas masa t1

t

=

Peratus zarahan kurang daripada saiz D1 dalam ampaian asal , N1 di mana S R = = =

R

Graviti tentu ampaian Bacaan pada hidrometer ( S 1 ) 1000

CIRI ASAS TANAH

C3008/4/13

tetapi, w

= 1

N1

=

100 G s R Wb (G s 1)

Bacaan hidrometer perlu diambil selepas , 1,2,4,8,15 dan 30 minit, 1, 2 dan 4 jam dan kemudian 1 atau 2 kali setiap hari. Pembetulan mestilah dilakukan untuk perubahan suhu dan pertambahan agen serakan.

CIRI ASAS TANAH

C3008/4/14

Uji kefahaman anda dengan soalan di bawah. Jika ada masalah sila berbincang dengan pensyarah anda. Soalan 1 Terangkan prosedur untuk melakukan analisis ayakan basah dan ayakan kering. Soalan 2 Anda telah berjaya menjalankan ujian ayakan tanah berbutiran di makmal dan data berikut diperolehi daripada analisis ayakan tersebut. Saiz Ayakan (mm) 37.5 20.0 10.0 5.0 2.36 1.18 0.6 0.3 0.212 0.15 0.063 Panci Jisim Tertahan (g) 0 59 38 33 27 30 22 15 17 16 9 11

Anda dikehendaki untuk menentukan perkara-perkara berikut :i. ii. pekali kelengkungan (CC) Lukiskan lengkungan agihan saiz zarah Tentukan pekali keseragaman (CU) dan

CIRI ASAS TANAH

C3008/4/15

iii. tersebut. Soalan 3

Buat

kesimpulan

bagi

gred

tanah

Terangkan perbezaan di antara ujian hidrometer dan ujian pipet.

Jawapan 1 Rujuk bahagian 4.1.1 dan 4.1.2 Jawapan 2 (a)

(b)

Daripada graf : Peratus Kerikil = 60 % > 50% D10 = 0.18 D30 = 0.95 D60 = 7.5

CIRI ASAS TANAH

C3008/4/16

Cu = D60/D10

= 7.5/0.18 = 41.67 = 0.67

Cc = (D30)2/(D10D60) = (0.95)2(0.18x7.5)

(c)

Cu > 4 dan Cc < 1 Oleh itu, tanah tersebut adalah kerikil gred tak baik (GP)

Jawapan 3 Rujuk 4.1.3 dan 4.1.4

CIRI ASAS TANAH

C3008/4/17

Ujikan kefahaman anda berkenaan dengan pelajaran dalam unit ini dengan menjawab soalan-soalan berikut. Soalan 1 Nyatakan jenis-jenis ujian yang terdapat dalam analisis saiz zarah. Soalan 2 Apakah perbezaan di antara analisis ayakan basah dan ayakan kering. Soalan 3 Data di bawah diperolehi dari satu ujian ayakan ke atas dua sampel tanah. Lakarkan agihan zarah dan klasifikasikan sampel-sampel tersebut.Saiz Ayak % Telus Sampel A Sampel B

63 mm 20mm 6.3 mm 2 mm 600 m 212 m 63 m 0.020 mm 0.006 mm 0.002 mm

100 75 66 60 55 45 34 22 15 8 100 95 84 68 42

CIRI ASAS TANAH

C3008/4/18

Soalan 4 Apakah yang dimaksudkan dengan analisis pengenapan. Terangkann dua jenis ujian pengenapan berikut:a. Ujian hidrometer b. Ujian pipet.

Bagus juga jawapan budak ni.

Encik betul tak jawapan saya ni?. Saya yakin jawapan ini betul

Tahniah Anda boleh meneruskan unit seterusnya

CIRI ASAS TANAH

C3008/4/19

Jawapan 1 Rujuk 4.1 Jawapan 2 Rujuk bahagian 4.1.1 dan 4.1.2 Jawapan 3 Merujuk kepada rajah 4.5 : Tanah A : Tanah berbutiran kasar dan bergred baik. Tanah B : Tanah jenis kelodak bertanah liat. Jawapan 4 Rujuk bahagian 4.1.3 dan 4.1.4

CIRI ASAS TANAH

C3008/4/20

Tanah A

Tanah B

CIRI ASAS TANAH

C3008/4/21

Rajah 4.5