GEOLOGI TEKNIK DAN MEKANIKA TANAHMekanika Tanah adalah bagian dari geoteknik yang merupakan salah satu cabang dari ilmu teknik sipil, dalam bahasa Inggris mekanika tanah berarti soil mechanics atau soil engineering dan Bodenmechanik dalam bahasa Jerman.

Istilah mekanika tanah diberikan oleh Karl von Terzaghi pada tahun 1925 melalui bukunya "Erdbaumechanik auf bodenphysikalicher Grundlage" (Mekanika Tanah berdasar pada Sifat-Sifat Dasar Fisik Tanah), yang membahas prinsip-prinsip dasar dari ilmu mekanika tanah modern, dan menjadi dasar studi-studi lanjutan ilmu ini, sehingga Terzaghi disebut sebagai "Bapak Mekanika Tanah".

Dalam pandangan teknik sipil, tanah adalah himpunan mineral , bahan organik, dan endapan-endapan yang relative lepas (loose), yang terletak di atas batuan dasar (bedrock) butiran yang relative lemah disebut karbonat, zat organic, atau oksida yang mengendap diantara partikel-partikel. Proses pelapukan batuan atau proses geologi ataupun yang lainnya yang terjadi didekat permukaan bumi membentuk tanah dapat juga bersifat fisik maupun kimia.

Pelapukan umumnya terjadi akibat proses kimia yang dapat dipengarungi oleh oksigen, karbondioksida, dan air (terutama yang mengandung asam dan alkali). Jika hasil pelapukan masih berada di tempat asalnya maka tanah ini disebut tanah residual (residual soil) dan apabila tanah berpindah tempat nya disebut tanah terangkut (transported soil).

Istilah pasir, lempung, lanau atau lumpur digunakan untuk menggambarkan sifat tanah yang khusus, sebagai contoh lempung adalah jenis tanah yang bersifat kohesif dan plastis,sedangkan pasir digambarkan sebagai tanah yang tidak kohesif(granular).Ukuran partikel dapat bervariasi dari lebih besar 100 mm sampai dengan lebih kecil dari 0,001mm.

RUANG LINGKUP GEOLOGI TEKNIK

6GEOLOGI TEKNIK

MEKANIKATANAH

MEKANIKABATUANTEKNOLOGI

PERTAMBANGAN

TEKNIKPONDASI

HIDROGEOLOGI

PROSESGEOTEKNIK

SEISMOLOGI

TEKNOLOGIBETONJALANBANGUNAN

Pengetahuan Dasar Pengetahuan Khusus

SIFAT SIFAT TANAH

Pengenalan, sifat-sifat tanah adalah mempelajari kelakuan kondisi tanah yang berbeda-beda yang sering ditemukan dalam wujud tanah tidak seperti besi/baja dan beton yang tidak banyak ragam sifat-sifat fisiknya. Keragaman ini menentukan sifat tanah dengan berbagai persoalan sesuai dengan kondisi tertentu yang dikehendaki dalam pelaksanaan. Tetapi kesimpulan ditentukan oleh penggunaan dari tanah dengan anggapan-anggapan yang disederhanakan yang mana memberi tafsiran terhadap situasi terakhir dan dengan kemungkinan-kemungkinan yang ada dalam pengetahuan mekanika tanah untuk membantu para ahli menyelesaikan/memecahkan berbagai macam persoalan yang berhubungan dengan tanah.Persoalan Mekanika Tanah, tanah secara garis besar diklasifikasikan sebagai hal keseimbangan ; hal deformasi ; dan hal stabilitas, untuk ini perlu diketahui : Beban/muatan yang bekerja pada tanah yang tergantung dari tipe/macam struktur dan berat tanah ;

a. Besar dan distribusi tekanan akibat muatan terhadap tanah,tanah dianggap material yang isotropis, tekanan dapat dihitung secara analisa matematik.

b. Perlawanan dari tanah,perlu adanya pengambilan contoh tanah untuk penyelidikan di Laboratorium buat mengetahui kerakteristik/sifat tanah.

c. Tegangan geser (Shear strength).Untuk menentukan kemampuan tanah yang menahan tekanan-tekanan tanpa mengalami keruntuhan. Sifat ini dibutuhkan dalam perhitungan stabilitas pondasi/dasar yang dibebani, stabilitas tanah isian/timbunan dibelakang bangunan penahan tanah dan stabilitas timbunan tanah. Sifat-sifat phisik lainnya adalah batas-batas Atterberg (Aterberg limit), kadar air, kadar pori, kepadatan relative, pembagian butir, kepekaan dan sebagainya.

Deformasi, dapat dalam keadaan plastis atau elastis. Sehubungan dengan hal tersebut, perlu diketahui : beban kerja dan distribusi tekanan yang berpengaruh pada penurunan.Sifat-sifat Penting Tanah, Sifat-sifat penting untuk sebuah proyek tergantung pada jenis/fungsi proyek. Sesuai dengan sifat-sifatnya, penting diketahui tipe proyek yang dilaksanakan.Adapun sifat-sifatnya antara lain :a. Permeabilitas (Permeability) Sifat ini untuk mengukur/menentukan

kemampuan tanah di lewati air melalui pori-porinya. Sifat ini penting dalam konstruksi bendung tanah urugan (erth dam) dan persoalan drainase.

b. Konsolidasi (Consolidation), Pada kosolidasi di hitung dari perubahan isi pori tanah akibat beban. Sifat ini dipergunakan untuk menghitung penurunan (settlement) bangunan.

Hubungan Berat dan Volume, Tanah terdiri dari dua bagian, yaitu padat dan bagian rongga. Bagian padat terdiri dari partikel-partikel padat, sedangkan bagian berongga berisi air atau udara sepenuhnya bila tanah tersebut jenuh atau kering. Apabila gumpalan tanah tidak sepenuhnya dalam keadaan basah (Jenuh), maka rongga tanah akan terisi oleh air dan udara. Sekarang kita ambil tanah dengan volume = V, Volume total (keseluruhan) terdiri dari bagian-bagian yang berbeda seperti terlihat dalam gambar 1.

Udara

Air

Butir tanah

Nol

Ww

Ws

V W

Gambar 1

Va Vw

Vs

V = Volume keseluruhan (total)Va = Volume udara

Vw = Volume air

Vs = Volume butir tanah

Vv = Volume rongga = Va +

Vw

V = Va + Vw +Vs

Vv

Kadar pori (e) dari tanah menyatakan perbandingan antara volume rongga dengan volume/isi butir tanah (bagian padat).

V

V

V a

s

v

s

w

V

Ve

................................................. 1

Porositas (n) tanah menyatakan perbandingan antara volume rongga dengan volume keseluruhan.

swa

wa

VVV

VVn

V

Vv ................................................. 2

VsVw Va

1

VsVw Va

ne1

e

n

n - 1

ne

Derajad kejenuhan (S) dari tanah menyatakan perbandingan antara volume air dengan volume rongga.

VwVa

Vw

Vv

VwS

................................................. 3

Tanah Dalam Keadaan Jenuh Air

Air

TanahAir

Vw

Vs Ws

Ww

V

Vwn

Vw = Volume air = VvVs = Volume tanahWw = Berat airWs = Berat tanah

Kadar air (w) dari tanah menyatakan perbandingan antara berat air (Ww) dengan berat butir tanah.

s

w

W

Ww ................................................. 4

Berat isi tanah () menunjukkan perbandingan antara berat tanah dengan isi tanah.

Vs

Vv1Vs

Ws

Ww1Ws

VvVs

WwWs

V

W ......................................... 5

Berat jenis tanah (G) dan berat isi air (w)w

s

s .G V

W

ww

s .GSG

ss

s butirisiberatV

W

Jika tanah dalam keadaan kering maka Ww = 0 dan w = 0

eVs

Vvdan,w

Ws

Ww dimasukan kedalam persamaan 5, Jadi :

)e1(

w) (1..G w

......................................... 6

e 1

G. wd

......................................... 7

Vs

Vw.

Vw

Vv

Vw

Vw.

Vs

Vv

Vs

Vve ......................................... 8

airisiberatwV

Www

w

WwVw:jadi

wws

w .G

WsVsdan,.Gjadi,

sG

Sekarang masukkan nilai Vw dan Vs ke dalam persamaan 8 maka didapat :

S

w.GG.

Ws

Ww.

s

1

wG.

Wsw

Ww

.s

1e

......................................... 9

Untuk tanah yang dalam keadaan jenuh, S = 1 jadi : e = w G

Berat isi jenuh (sat) dari persamaan 6 =

e1

eG.w

)e1(

wG)w(Gsat

)e1(

w) (1..G w

....................................... 10

Berat isi tanah terendam (sub), menyatakan suatu harga dari berat isi jenuh dikurangi berat isi air

we1

e)w(Gw-satsub

Hubungan berat isi kering dan berat isi tanah :

e1

we-w-wewG

)e1(

1)(Gw

....................................... 11

Ws

Ww 1

1 .

V

Wv Ws

w 1

d V

Ws

Ww Ws

Ws .

V

Wv Ws

....................................... 12

BATAS-BATAS KONSISTENSI (BATAS-BATAS ATTERBERG)Batas-batas Atterberg tergantung pada air yang terkandung dalam

massa tanah, ini dapat menunjukkan beberapa kondisi tanah sebagai berikut : Cair, Kental, Plastis, Semi Plastis, Padat. Perubahan dari keadaan yang satu ke keadaan yang lain sangat penting di perhatikan sifat-sifat phisiknya.

Batas kadar air tanah dari satu keadaan berikutnya dikenal sebagai batas-batas kekentalan / konsistensi. Batas-batas konsistensi yang penting adalah :

1. Batas Cair (liquid limit) = L.L. Menyatakan kadar air minimum dimana tanah masih dapat mengalir di bawah beratnya atau kadar air tanah pada batas antara keadaan cair ke keadaan plastis

2. Batas Plastis (plastis limit) = P.L. Menyatakan kadar air minimum dimana tanah masih dalam keadaan plastis atau kadar air minimum tanah dapat di gulung-gulung sampai diameter 3,1 mm (1/8 inchi).

3. Batas Sudut (shrinkage) = S.L. Menyatakan batas dimana sesudah kehilangan kadar air, selanjutnya tidak menyebabkan penyusutan volume tanah lagi.

Suatu contoh tanah kering dicampur dengan air sampai menjadi dalam keadaan plastis. Contoh tanah ini dibentuk dalam sebuah tabung dengan berat W, kemudian di celupkan kedalam air raksa dan dengan demikian volumenya (V) dapat ditentukan/ditetapkan. Contoh itu kemudian dikering anginkan dengan oven selama 48 jam pada suhu 1050C. kemudian berat dan volume kering (Ws dan V1) dapat ditentukan.

KeadaanCair

KeadaanPlastis

KeadaanSemiPlastis

KeadaanPadat

LL PL SL

1. Kondis asli

Air

Butiran tanah

Air

Butiran tanah

Butiran tanah

V1WsWs

V

UdaraV – V1

V

2. Kondis batas susut

2. Kondis sesudah dikeringkan

Gambar 2

Dari gambar 2 terlihat bahwa contoh yang telah melewati batas susut diantara 1 dan 3. Setelah air yang ada diuapkan/dihilangkan dengan tidak mengurangi volume/isi, maka kadar air dapat ditentukan dengan :

Ws

Ww w

Pada saat awal, berat air adalah (W – Ws). Setelah ada penguapan isi sebesar (V – V1) dengan berat (V – V1) w, karena itu berat air sisa pada batas susut adalah :

Ww = (W – Ws) – (V – V1) w

Di substitusikan ke persamaan : Ws

Ww w

maka didapatWs

)V - (V - Ws)-W (SL w1

....................................... 13

Indek plastis (Plastisity Index) = P.I., menunjukkan sejumlah kadar pada saat tanah dalam kondisi plastis, dimana harga ini adalah selisih antara batas cair dan batas plastis.

PI = L.L. – P.L ....................................... 14

Indek cair (Liquidity Index) = LI, menyatakan perbandingan dalam persen antara kadar air tanah dikurangi batas plastis dengan indek plastis.

P.I.

P.L. - wLI ....................................... 15

Konsistensi relative (Relative Consistency) = R.C., menunjukkan perbandingan antara batas cair di kurangi kadar air tanah dengan indeks plastis

P.I.

w- L.L.RC ....................................... 16

Indek pengaliran (Flow index) = If, adalah kemiringan dari lengkung aliran :

21

21f N log - N log

w- wI

Indek kekasaran (Toughness Index) = It, adalah nilai perbandingan antara indek plastis dan indek pengaliran.

ft I

P.I.I

Nilai susut (Shrinkage Ratio) = SR, adalah perbandingan antara selisih isi (dinyatakan dalam persentase isi kering) dengan kadar air yang bersangkutan.

1. Sebuah contoh pasir yang mempunyai porositas 30 % dan berat jenis butirnya 2,7

Hitunglah :1. Berat isi kering dari pasir tersebut.2. Berat isi pasir tersebut, bila S = 0,563. Derajad kejenuhan contoh, pada kadar air 14%4. Berat isi terendam pasir

Penyelesaian : N = 30%, G = 2,7:

0,3 - 1

0,3

n - 1

n e = 0,428.

3wd g/cm 1,895

1,428

2,7

0,428 1

2,7

e - 1

G. .a

b. S = 0,56

1,428

2,94

1,428

0,428 . 0,56 2,7

e 1

SeG

= 2,06 g/cm3

S

G we.c

428,0

378,0

0,428

2,7 . 0,14

e

.G wS = 88,3%

1,428

1,7

0,428 1

1 - 2,7 .

e 1

1 -G wsub

= 1,19 g/cm3