Unit 4 - Analisa Saiz Zarah Saiz Zarah

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.


4.0 Pengenalan

Pengelasan tanah adalah penting dalam kejuruteraan geoteknik. Melalui

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 Saiz Julat (mm)

Batu Tongkol

Batu Bundar

-

-

> 200

60 – 200

Kerikil

Kasar

Sederhana

halus

20 – 60

6 – 20

2 – 6

Pasir

Kasar

Sederhana

halus

0.6 – 2

0.2 - 0.6

0.06 – 0.2

Kelodak

Kasar

Sederhana

halus

0.02 – 0.06

0.006 – 0.02

0.002 – 0.006

Tanah Liat - < 0.002

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


4.1 Analisis Saiz Zarah

Dalam analisis saiz zarah terdapat dua (2) ujian yang dilakukan iaitu ujian

pengayakan bagi sampel tanah berbutiran kasar dan ujian pengenapan bagi sampel

tanah berbutiran halus. Ujian pengayakan terdiri daripada dua (2) jenis ujian

iaitu ujian pengayakan basah dan ujian pengayakan kering. Terdapat dua (2)

kaedah bagi ujian pengenapan iaitu ujian hidrometer dan ujian pipet. Teori

analisis ujian pengenapan adalah berdasarkan pengenapan sedimen menurut

hukum Stoke. 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;

2

18D

w

ws

µρρ

υ−

= (4.1)

Di mana, υ = Halaju enapan tamatan zarah

sρ = Ketumpatan zarah tanah

wρ = Ketumpatan air

wµ = Kelikatan dinamik air

D = Diameter zarah tanah

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


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.

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 = 10

60

D

D(4.2)

Pekali Kelengkungan, Cc = 6010

230

DD

D(4.3)

% Telus

Saiz Ayak (Semi log)

Tanah Seragam

Gred Baik

Gred Tak Baik


Di mana,

D10 = Saiz ayak untuk sampel 10 % 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) Jisim Tertahan (g)

5.0

2.36

1.18

0.6

0.3

0.212

0.15

0.063

Panci

11

18

24

21

41

32

16

22

20

Jadual 4.1 : Keputusan Analisis Ayakan

Penyelesaian


Daripada data-data yang diberi, peratus telus bagi setiap saiz ayak ditentukan

seperti jadual 4.2 :-

Saiz Ayak (mm) Jisim Tertahan (g) Jisim Telus (g) % Telus

5.0

2.36

1.18

0.6

0.3

0.212

0.15

0.063

Panci

11

18

24

21

41

32

16

22

20

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

(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.


Rajah 4.1 : Graf analisis ayakan


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 %

= 73 % > 50% (Tanah Pasir)

D10 = 0.63, D30 = 0.22, D60 = 0.52

Oleh itu,

Pekali Keseragaman, Cu = 10

60

D

D

= 063.0

52.0

= 8.25 > 6

Pekali Kelengkungan, Cc = 6010

230

DD

D

= )52.0)(063(.

22.0 2

= 1.5 ( 1 < Cu < 3)

Oleh itu, sampel tanah adalah tanah pasir bergred baik.


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


Mengikut hukum Stoke, halaju zarah, υ diberi oleh persamaan

υ = KD2

K w

ws

µρρ

18

−= (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,

maka

υ = 1t

h

2

1KD =

1t

h

∴ D12 =

1Kt

h

D1 = 1Kt

h(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 D1 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

= )500/(

)10/( 1

b

D

M

M x 100 % (4.6)


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 .

Rajah 4.3 : Alat Hidrometer

Kedalaman h

ampaian

Pusat IsipaduHidrometer


Anggap unit adalah dalam gram dan mililiter, maka wγ = 1.

Pada ampaian asal 1000 ml : Dalam ujian hidrometer, kita perlu mengetahui

perkara-perkara berikut:-

Berat pepejal = Ws

∴ Isipadu pepejal, Vs =ws

S

G

W

γ

∴ Isipadu air, Vw = 1000 - ws

S

G

W

γ

∴ Berat air, Ww = 1000 wγ - s

s

G

W

Ketumpatan ampaian awal, iγ =1000

1000 ssws GWW −+ γ

=

−+

s

ssw G

GW 1

1 0 0 0γ

Ketumpatan ampaian pada kedalaman h selepas masa t1

tγ =

−+

s

sDw G

GW 1

1 0 0 0 0γ

Peratus zarahan kurang daripada

saiz D1 dalam ampaian asal , N1 = )1(

000100

−sb

ws

GW

G γx

1000

R

di mana

S = Graviti tentu ampaian

R = Bacaan pada hidrometer

= ( S – 1 ) 1000


tetapi, 1=wγ

∴ N1 = )1(

100

−sb

s

GW

RG

Bacaan hidrometer perlu diambil selepas ½, 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.


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) Jisim Tertahan (g)

37.5 020.0 5910.0 385.0 332.36 271.18 300.6 220.3 150.212 170.15 160.063 9Panci 11

Anda dikehendaki untuk menentukan perkara-perkara berikut :-

i. Lukiskan lengkungan agihan saiz zarah

ii. Tentukan pekali keseragaman (CU) dan

pekali kelengkungan (CC)


iii. Buat kesimpulan bagi gred tanah

tersebut.

Soalan 3

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


Cu = D60/D10 = 7.5/0.18 = 41.67

Cc = (D30)2/(D10D60) = (0.95)2(0.18x7.5) = 0.67

(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


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 µ m

212 µ m

63 µ 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


Soalan 4

Apakah yang dimaksudkan dengan analisis pengenapan. Terangkann dua jenis

ujian pengenapan berikut:-

a. Ujian hidrometer

b. Ujian pipet.

Tahniah

Anda boleh meneruskan unit seterusnya

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

Bagus juga jawapan budak ni.


Jawapan 1

Rujuk 4.1

Jawapan 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



Tanah A

Tanah B


Rajah 4.5

Unit 4 - Analisa Saiz Zarah Saiz Zarah

Documents

Transcript of Unit 4 - Analisa Saiz Zarah Saiz Zarah