Post on 05-Dec-2014
description
BAB I
SIFAT-SIFAT UMUM TANAH
1. PENGANTAR
Pengertian tanah dimaksudkan sebagai kumpulan dari mineral, bahan
organik dan endapan-endapan yang relatip lepas di pemukaan bumi
yang mencakup semua bahan mulai dari tanah lempung sampai
dengan batu-batu yang besar, kecuali batuan tetap. Secara umum
jenis tanah digolongkan dalam ; batu kerikil & pasir, lempung dan
lanau yang sifat-sifatnya meliputi sifat kohesif, plastisitas dan
kepadatannya.
2. TUJUAN INSTRUKSIONAL UMUM
Setelah mempelajari Bab ini, diharapkan dapat memahami dan
mengetahui sifat-sifat umum tanah untuk berbagai keperluan,
terutama dalam pemecahan masalah-masalah di lapangan dan untuk
perencanaan struktur baik dibawah maupun diatas permukaan tanah.
3. TUJUAN INSTRUKSIONAL KHUSUS
Setelah mempelajari materi ini, taruna akan dapat :
Memahami dan mengetahui sifat-sifat umum tanah.
Memahami hubungan antara parameter-perameter tanah.
Mengetahui batas nilai masing-masing parameter tanah.
Memahami dan mengetahui analisis ukuran butiran tanah dan
batasan-batasannya.
Mekanika Tanah I-1
Sifat-Sifat Umum Tanah
4. URAIAN MATERI POKOK
4.1 PENDAHULUAN
Istilah tanah dalam bidang Mekanika Tanah mencakup semua
bahan dari tanah lempung (clay) sampai dengan batuan
(gravel) .Secara umum tanah terdiri dari tiga bahan yaitu
tanahnya sendiri, air dan udara yang terdapat dalam ruangan
(disebut pori/void ) antara butir-butir tersebut. Apabila tanah
sudah benar-benar kering maka tidak akan ada air sama sekali
dalam porinya.
Sebaliknya sering ditemukan keadaan dimana pori tanah tidak
mengandung udara sama sekali, jadi pori tersebut menjadi penuh
terisi air. Dalam hal ini tanah dikatakan jenuh air (fully saturated)
Menurut sifatnya, tanah dapat digolongkan sebagai beriku :
1) Batu Kerikil dan Pasir.
Golongan Batu Kerikil dan Pasir dikenal sebagai kelas bahan-
bahan yang berbutir kasar atau bahan-bahan tidak cohesive.
Golongan ini terdiri dari pecaha-pecahan batu dengan
berbagai ukuran dan bentuk. Butir-butir Batu Kerikil biasanya
terdiri dari pecahan-pecahan batu, tetapi mungkin pula terdiri
dari satu macam zat mineral tertentu, misalnya kwartz atau
flint. Butir-butir pasir hampir selalu terdiri dari satu macam zat
mineral, terutama kwartz.
Dalam beberapa hal mungkin hanya terdapat butir-butir dari
satu ukuran saja, dalam hal ini bahan tersebut dikatakan
“gradasi seragam”
Apabila menunjukkan ukuran-ukuran butir yang mencakup
seluruh daerah ukuran, dari ukuran batu besar sampai ke
Mekanika Tanah I-2
Sifat-Sifat Umum Tanah
ukuran pasir halus, dalam hal ini bahan tersebut dikatakan ber
“gradasi baik”
2) Lempung
Lempung terdiri dari butir-butir yang sangat kecil dan
menunjukkan sifat-sifat plastisitas dan Cohesi.
Cohesi menunjukkan keadaan dimana bagian-bagian butir itu
melekat satu sama lainnya, sedangkan plastisitas adalah sifat
yang memungkinkan bentuk bahan itu dapat dirubah-rubah
tanpa perubahan isi atau tanpa kembali ke bentuk aslinya, dan
tanpa terjadi retakan-retakan atau terpecah-pecah.
3) Lanau.
Lanau adalah suatu deposit yang relatif uniform, merupakan
peralihan antara lempung dan pasir halus. Bahan ini kurang
plastis dan lebih mudah ditembus air dari pada lempung serta
memperlihatkan sifat dilatansi yang tidak terdapat pada
lempung.
Dilatansi ini menunjukkan gejala perubahan isi apabila lanau
itu dirubah bentuknya. Demikian pula lanau akan
menunjukkan gejala untuk menjadi “quick” (hidup) apabila
diguncang atau digetarkan.Tanah ini mempunyai
permeabilitas vertikal yang tinggi tetapi permeabilitas
horisontalnya rendah dan menjadi sangat kompresibel apabila
jenuh. Karena itu untuk suatu pembangunan diatas tanah
lanau agar tidak terjadi penurunan yang besar setelah
bangunan selesai, maka terlebih dahulu tanah ini dibasahi
sebelum pembangunan dimulai.
Mekanika Tanah I-3
Sifat-Sifat Umum Tanah
Pengetahuan Mekanika Tanah sangat berguna untuk
memecahkan masalah-masalah sebagai berikut :
a. Perencanaan Pondasi dan Konstruksi
Pondasi merupakan elemen penting pada segala struktur
seperti terowongan, bangunan, jembatan, bendungan dan
lain-lain, sehingga
perlu diketahui :
- daya dukung tanah,
- pola distribusi tegangan didalam tanah yang berada
dibawah lokasi pembebanan
- kemungkinan penurunan pondasi,
- pengaruh air tanah,
- pengaruh getaran dan lain-lain.
Jenis pondasi seperti pondasi tapak, pondasi tiang, pondasi
sumuran dan lain-lain sangat tergantung pada jenis lapisan
tanah, besarnya beban dan kondisi air tanah.
Pengetahuan tentang penyusutan dan pemuaian tanah
dibawah pondasi juga merupakan hal yang sangat penting.
b. Perencanaan Permukaan Jalan (pavement design)
Permukaan jalan dapat berupa perkerasan fleksibel atau
perkerasan kaku (flexible and rigid) dan itu tergantung pada
lapisan tanah yang berada dibawahnya. Yang dimaksud
dengan perkerasan fleksibel adalah lapisan bitumen (aspal)
dan perkerasan kaku adalah lapisan beton. Tebal perkerasan
tergantung juga pada karakteristik lapisan tanah yang berada
dibawahnya yang harus ditentukan sebelum perencanaan.
Pada permukaan jalan yang sering menerima beban
Mekanika Tanah I-4
Sifat-Sifat Umum Tanah
kendaraan, maka pengaruh dari beban hidup yang berulang
dan faktor kelelahan harus diperhitungkan.
c. Perencanaan struktur dibawah tanah seperti terowongan,
basement, jaringan pipa, drainase dan dinding penahan tanah
sangat memerlukan Mekanika Tanah sebagai dasar
perencanaan.
d. Perencanaan berem (embankment) dan penggalian
(excavation).
Jika permukaan lapisan tanah tidak horizontal maka berat
tanah yang berada dilapisan atas akan bergerak kebawah dan
akan mengganggu stabilitas lapisan tanah tersebut.
Pengetahuan tentang gaya geser dan sifat-sifat tanah sangat
penting untuk perencanaan kemiringan (slope) dari berm
(embankment) atau kedalaman dari galian.
Biasanya untuk menjaga jangan sampai suatu tebing
mengalami kelongsoran, maka air tanah pada lapisan tebing
tersebut dialirkan melalui pipa-pipa drainase. Dan untuk
menjaga dinding tanah setelah penggalian maka dipasang
sheet piles sepanjang dinding tanah.
e. Perencanaan bendungan tanah (earth dam)
Karena tanah merupakan material utama untuk pengurugan
dari suatu bendungan tanah, maka sifat-sifat yang perlu
diketahui adalah : density; plastisitas; specific gravity;
konsolidasi; kompaksi; kekuatan geser tanah.
Penentuan kadar air optimum pada kepadatan (density)
maksmum merupakan aspek utama dalam perencanaan
bendungan tanah.
Mekanika Tanah I-5
Sifat-Sifat Umum Tanah
4.2 DEFINISI DAN HUBUNGAN ANTARA PARAMETER TANAH
Segumpal tanah dapat terdiri dari dua atau tiga bagian yaitu :
a. Dalam tanah yang kering, hanya akan terdiri dari dua bagian,
yaitu butir-butir tanah dan pori-pori udara.
b. Dalam tanah yang jenuh, juga terdapat dua bagian, yaitu
bagian padat atau butiran dan air pori.
c. Dalam tanah yang tidak jenuh, tanah terdiri dari tiga bagian,
yaitu bagian padat (butiran), pori-pori udara, dan air pori.
Bagian-bagian tanah dapat digambarkan dalam bentuk diagram
fase, seperti ditunjukkan Gambar 1.1
Dari gambar tersebut dapat dibentuk persamaan :
W = Ws + Ww
dan V = Vs + Vw + Va
Vv = Vw + Va
Dengan : Ws = berat butiran padat
Ww = berat air
Vs = volume butiran padat
Vw = volume air
Va = volume udara
Vv = volume pori
Berat Isi (volume) Berat Isi (volume)
Wa = 0 udara Va
Vv
Mekanika Tanah I-6
Sifat-Sifat Umum Tanah
Ww air Vw
(W) (V)
butiran Ws tanah Vs
Gambar 1.1 Diagram fase tanah
Definisi dan istilah-istilah yang dipakai untuk menyatakan berat
isi, banyaknya pori, serta jumlah air dan udara dalam tanah
seperti pada tabel berikut :
Sifat Persamaan Definisi
Berat Isi Basah
Berat Isi Butir
Berat Isi Air
Berat Isi Kering
Kadar Air
Angka
Pori
b =
s =
w =
d =
w = x 100
e =
Perbandingan antara berat tanah seluruhnya dengan isi tanah seluruhnya
Perbandingan antara berat butir dengan isi butir
Perbandingan antara berat air dengan
isi air
Perbandingan antara berat butir dengan isi tanah seluruhnya
Perbandingan antara berat air dengan berat buitr tanah (dalam persen)
Perbandingan antara isi pori dengan isi butir tanah (dalam desimal)
Perbandingan antara isi pori dengan isi
Mekanika Tanah I-7
Sifat-Sifat Umum Tanah
Porositas
Berat Jenis
n =
GS = s /w
tanah seluruhnya (dalam persen atau desimal)
Perbandingan antara berat isi butir tanah dengan berat isi air (tidak berdimensi)
Adapun satuan dan nilainya yang biasa untuk berat isi, kadar air
dan sebagainya adalah sebagai berikut :
Berat Isi tanah ditentukan dalam gm/cm3 ( sama dengan
ton/m3 ). Nilai paling biasa adalah dari 1,6 sampai 2,0 kg/cm3 .
Berat Isi Kering ditentukan dengan satuan yang sama gm/cm3
. Nilainya berkisar dari sekitar 0,6 sampai 2,4.
Kadar Air tanah dinyatakan dalam persen dan nilainya berkisar
antara 0 % sampai 200 atau 300 %. Pada tanah dalam keadaan
aslinya biasanya dari 15 % sampai 100 %
Angka pori tanah dinyatakan sebagai bilangan saja. Nilainya
dapat berkisar dari 0,3 sampai lebih dari 3,0.
Derajat kejenuhan (S), adalah perbandingan antara isi air (VW)
dengan total isi pori (Vv). Biasanya dinyatakan dalam persen.
S(%) = x 100
Nilainya berkisar antara 0 % sampai 100 %. Tanah asli
dilapangan luas mempunyai derajat kejenuhan lebih dari 90 %.
Mekanika Tanah I-8
Sifat-Sifat Umum Tanah
Bila tanah dalam keadaan jenuh air, maka S = 1. Pada Tabel 1.1
menunjukkan berbagai macam derajat kejenuhan tanah untuk
maksud klasifikasi.
Berat jenis tanah (GS) tidak berdimensi. Berat jenis dari berbagai
jenis tanah berkisar antara 2,65 sampai 2,75. Nilai-nilai berat jenis
dari berbagai jenis tanah seperti dalam Tabel 1.2
Tabel 1.1 Derajat kejenuhan dan kondisi tanah
Keadaan Tanah Derajat kejenuhan S
Tanah kering
Tanah agak lembab
Tanah lembab
Tanah sangat lembab
Tanah basah
Tanah jenuh air
0
> 0 – 0,25
0,26 – 0,50
0,51 – 0,75
0,76 – 0,99
1
Tabel 1.2 Berat Jenis Tanah
Macam Tanah Berat Jenis (GS)
Kerikil
Pasir
Lanau anorganik
Lempung organic
Lempung anorganik
2,65 – 2,68
2,65 – 2,68
2,62 – 2,68
2,58 – 2,65
2,68 – 2,75
Mekanika Tanah I-9
Sifat-Sifat Umum Tanah
Humus
Gambut
1,37
1,25 – 1,80
Contoh Soal 1.1
Pada kondisi dilapangan, tanah mempunyai volume (isi) 10 cm3 dan
berat basah 18 gram. Berat tanah kering oven adalah 16 gram.
Jika berat jenis tanah Gs = 2,71.
Hitung : Kadar Air, Berat volume basah, Berat volume kering,
Angka pori, Porositas, dan Derajat kejenuhan (dianggap
berat volume air 1 g/cm3)
Penyelesaian :
a. Kadar Air : w = = = = 12,5 %
b. Berat volume basah b = = 18/10 = 1,80 g/cm3
c. Berat volume kering d = = 16/10 = 1,60 g/cm3
d. Angka pori e =
VS = = = 5,90 cm3
VV = V - VS = 10 – 5,90 = 4,10 cm3
e = 4,10/5,90 = 0,69
e. Porositas : n = = = 0,41
Mekanika Tanah I-10
Sifat-Sifat Umum Tanah
f. Derajat kejenuhan : S =
Vw = = ( 18 – 16 )/1 = 2 cm3
Jadi S = 2/4,10 = 0,49 = 49 %
4.3 UKURAN BUTIRAN TANAH
Sifat-sifat dari suatu macam tanah tertentu banyak tergantung
kepada ukuran butirannya. Karena itu pengukuran besarnya butir
tanah merupakan suatu percobaan yang sering dilakukan dalam
bidang Mekanika Tanah. Besarnya butir juga merupakan dasar
untuk menyatakan klasifikasi tanah atau pemberian nama kepada
macam-macam tanah tertentu.. Dengan demikian, analisis
tentang butiran merupakan pengujian yang sangat sering
dilakukan.
Analisis ukuran butiran tanah adalah penentuan persentase berat
butiran yang tertinggal pada satu unit seringan, dengan ukuran
diameter lubang tertentu.
1) Tanah Berbutir Kasar
Distribusi ukuran butir untuk tanah berbutir kasar dapat
ditentukan dengan cara menyaring. (lihat ukuran dan nomor
saringan tabel 1.3)
Caranya, tanah benda uji disaring lewat satu unit saringan
standar. Berat tanah yang tertinggal pada masing-masing
Mekanika Tanah I-11
Sifat-Sifat Umum Tanah
saringan ditimbang, lalu persentase terhadap berat kumulatif
tanah dihitung.
Adapun besarnya butir tanah biasanya digambarkan pada
suatu grafik, yaitu grafik lengkung gradasi atau grafik
lengkungan pembagian butir (particle size distribution curve),
sebagaimana terlihat pada Gambar 1.2. Juga pada gambar ini
dapat dilihat besarnya butir yang merupakan batas antara
kerikil dan pasir, pasir dan lanau, dan sebagainya.
Mekanika Tanah I-12
Sifat-Sifat Umum Tanah
Gambar 1.2 Grafik Pembagian Ukuran Butir
Mekanika Tanah I-13
Sifat-Sifat Umum Tanah
Contoh nomor-nomor saringan dan diameter lubang saringan
dari standar Amerika dapat dilihat dalam Tabel 1.3
Tabel 1.3 Saringan Standar Amerika
No.
Saringan
Diameter lubang
mm
No.
Saringan
Diameter lubang
mm
3
4
6
8
10
16
20
30
6,35
4,75
3,35
2,36
2,00
1,18
0,85
0,60
40
50
60
70
100
140
200
270
0,42
0,30
0,25
0,21
0,15
0,106
0,075
0,053
2) Tanah Berbutir Halus
Distribusi ukuran butir tanah berbutir halus atau sebagian
bebutir halus dari tanah berbutir kasar, dapat ditentukan
dengan cara sedimentasi atau pengendapan. Disebut juga
analisa basah atau percobaan hidrometer.
Caranya, tanah dicampur dengan air (biasanya sebanyak 1000
cc) dan diaduk dalam suatu tabung hidrometer dan dibiarkan
tabung berdiri supaya butir-butir tanah mengendap, kemudian
dilakukan analisa saat pengendapan berlangsung.
4.4 BATAS-BATAS ATTERBERG
Mekanika Tanah I-14
Sifat-Sifat Umum Tanah
Suatu hal yang penting pada tanah yang berbutir halus adalah
sifat plastisitasnya. Plastisitas disebabkan oleh adanya partikel
mineral lempung dalam tanah. Istilah plastisitas menggambarkan
kemampuan tanah dalam menyesuaikan perubahan bentuk pada
volume yang konstan tanpa retak-retak atau remuk.
Suatu contoh tanah berbutir halus (lempung atau lanau) yang
telah dicampur air sehingga menjadi cair. Kemudian campuran ini
diperbolehkan menjadi kering lagi sedikit demi sedikit, maka
tanah ini akan melalui beberapa keadaan tertentu dari keadaan
cair sampai ke keadaan beku.
Kedua angka yang paling penting ialah batas cair dan batas
plastis (disebut batas-batas Atterberg). Pengukuran batas-batas
ini dilakukan secara rutin untuk sebagian besar penyelidikan-
penyelidikan yang meliputi tanah yang berbutir halus. Karena
batas-batas ini tidak merupakan sifat-sifat fisika yang jelas , maka
dipakai cara empiris untuk menentukannya.
Keadaan-keadaan ini, dengan istilah-istilah yang dipakai untuk
perbatasan antaranya adalah sebagaimana digambarkan dibawah
ini :
Basah -------------------- makin kering ------------------- Kering
Keadaan Cair
(Liquid)
Keadaan
Plastis
(Plastic)
Keadaan semi
plastis
(Semi-Plastic)
Keadaan Beku
(Solid)
Batas Cair Batas Plastis Batas Pengerutan
(Liquid Limit) (Plastic Limit) (Shrinkage Limit)
Mekanika Tanah I-15
Sifat-Sifat Umum Tanah
Penentuan batas-batas Atterberg dilakukan melalui percobaan
dengan menggunakan alat batas cair seperti pada Gambar 1.3
Kegunaan Batas-batas Atterberg.
Batas cair dan batas plastis tidak secara langsung memberi angka-
angka yang dapat dipakai dalam perhitungan (design). Batas
Atterberg ini adalah suatu gambaran secara garis besar, sifat-sifat
tanah yang bersangkutan. Tanah yang batas cairnya tinggi
biasanya mempunyai sifat teknik yang buruk, yaitu kekuatannya
rendah, “compressibility”nya tinggi, dan sulit memadatkannya
untuk pembuatan jalan misalnya. Untuk macam-macam tanah
tertentu Batas-batas Atterbergnya dapat dihubungkan secara
empiris dengan sifat-sifat lainnya, misalnya dengan kekuatan geser
dan sebagainya. Index plastis biasanya dipakai sebagai salah satu
syarat untuk bahan yang akan dipakai untuk pembuatan jalan.
Mekanika Tanah I-16
Sifat-Sifat Umum Tanah
Gambar 1.3 Percobaan Batas Cair
Mekanika Tanah I-17
Sifat-Sifat Umum Tanah