MEKANIKA TANAH I

“HIDROLOGI TANAH”

TRI RAMADHANE1A1 11 047

PROGRAM STUDI S1 TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS HALU OLEO

KENDARI

2015

AB I

PENDAHULUAN

Air yang berada di wilayah  jenuh di bawah permukaan tanah disebut air tanah.

Secara global, dari keseluruhan air tawar yang berada di planet bumi lebih dari 97 % terdiri

atas air tanah. Tampak bahwa peranaan air tanah di bumi sangat penting. Air tanah dapat

dijumpai dihampir semua temmpat di bumi. Ia dapat ditemukan di bawah gurun pasir yang

paling kering sekalipun. Demikian juga di bawah tanah yang membeku  karena tertutup

lapisasn salju atau es. Sumbangan terbesar air tanah berasal dari daerah arid dan semi-arid

serta daerah lain yang mempunyai formasi geologi paling sesuai untuk penampungan air

tanah. Dengan semakin berkembangnya industry serta pemukiman dengan segala fasilitasnya

seprti lapangan golf, kolam renang, maka ketergantungan manusian pada air tanah menjadi

semakin terasakan. Namun demikian, patut disayangkan bahwa untuk memenuhi kebutuhan

air tanah yang semakin meningkat tersebut , cara pengambilan air tanah seringkali tidak

sesuai dengan prinsip-prinsip hidrologiyang baik sehingga seringkali menimbulkan dampak

negative yang serius terhadap kelangsungan dan kualitas sumber daya air tanah.Dampak

negative pemanfaatan air tanah yang berlebihan seperti pencemaran sumur-sumur penduduk,

terutama yang berdekatan dengan aliran sungai  yang menjadi sarana pembuangan limbah

pabrik.

Air di bumi yang meliputi air laut, air danau, dan air sungai akan mengalami

penguapan yang disebabkan oleh pemanasan sinar matahari. Dalam hidrologi, penguapan dari

badan air secara langsung disebut evaporasi. Penguapan air yang terkandung dalam tumbuhan

disebut transpirasi. Jika penguapan dari permukaan air bersama-sama dengan penguapan dari

tumbuh-tumbuhan disebut evapotranspirasi. Penguapan air dari dedaunan dan batang pohon

yang basah disebut intersepsi. Hujan dalam istilah hidrologi disebut presipitasi yakni tetes air

dari awan yang jatuh kepermukaan tanah.

     Hujan yang turun ke permukaan bumi jatuh langsung kepermukaan

tanah,permukaan air danau,sungai,laut,hutan,atau perkebunan. Air yang meresap ke tanah

akan terus sampai kedalaman tertentu dan mencapai permukaan air tanah (ground water)

yang disebut perkolasi. Jika aliran tanah muncul atau keluar akan menjadi mata air (spring).

Mata air yang keluar dengan cara rembesan disebut seepage.

BAB II

PEMBAHASAN

A.   AIR TANAH

Air tanah adalah air yang berada pada lapisan di bawah permukaan tanah. Kedalaman air

tanah di tiap tempat tidak sama karena dipengaruhi oleh tebal atau tipisnya lapisan

permukaan di atasnya dan kedudukan lapisan air tanah tersebut. Kedalaman air dapat

dilihat dari sumur-sumur yang digali oleh penduduk. Permukaan bagian atas air itu lebih

preatik.

Air tanah adalah air yang terdapat dalam lapisan tanah atau bebatuan di bawah

permukaan tanah. Air tanah merupakan salah satu sumber daya air yang keberadaannya

terbatas dan kerusakannya dapat mengakibatkan dampak yang luas serta pemulihannya

sulit dilakukan. Selain air sungai dan air hujan, air tanah juga mempunyai peranan yang

sangat penting terutama dalam menjaga keseimbangan dan ketersediaan bahan baku air

untuk kepentingan rumah tangga (domestik) maupun untuk kepentingan industri.

Dibeberapa daerah, ketergantungan pasokan air bersih dan air tanah telah mencapai ±

70%. Sebenarnya di bawah permukaan tanah terdapat kumpulan air yang mempersatukan

kumpulan air yang ada di permukaan. Kumpulan air inilah yang disebut air tanah.

a. Macam macam air tanah

Ada bermacam-macam jenis air tanah.

1. Menurut letaknya, air tanah dapat dibedakan menjadi dua, yaitu air tanah

permukaan (Freatik) dan air tanah dalam.

Air tanah permukaan (Freatik) adalah air tanah yang terdapat di atas lapisan

tanah / batuan yang tidak tembus air (impermeable). Air yang ada di sumur-

sumur, sungai, danau dan rawa termasuk jenis ini.

Air tanah dalam, adalah air tanah yang terdapat di bawah lapisan tanah/ batuan

yang tidak tembus air (impermeable). Untuk memperoleh air tanah jenis ini

harus dilakukan pengeboran. Sumur bor atau artesis merupakan salah satu

contoh sumur yang airnya berasal dari air tanah dalam.

Diantara lapisan kedap dan tak kedap air terdapat lapisan peralihan. Air tanah

pada lapisan tak kedap mempengaruhi gerak aliran air. Jika lapisan yang kurang kedap

terletak di atas dan di bawah suatu tubuh air, maka akan menghasilkan lapisan

penyimpanan air yaitu air tanah yang tak bebas. Tekanan dari air tanah tak bebas

bergantung pada keberadaan tinggi suatu tempat dengan daerah tangkapan hujannya.

Pada daerah yang air tanahnya lebih rendah daripada permukaan air di daerah tangkapan

hujan, air akan memancar keluar dari sumur yang dibor. Sumur demikian disebut sumur

freatis.

Air tanah freatik terdapat pada formasi lapisan batuan porous yang menjadi pengikat air

tanah dengan jumlah yang cukup besar. Kedalaman lapisan freatik tergantung pada

ketebalan lapisan batuan di atasnya.

2. Menurut asalnya air tanah dapat dibedakan menjadi air tanah yang berasal dari atmosfer

(angkasa) dan air tanah yang berasal dari dalam perut bumi.

Air tanah yang berasal dari atmosfer disebut meteoric water, yaitu air tanah ber

asal dari hujan dan pencairan salju.

Air tanah yang berasal dari dalam bumi misalnya air tanah turbir (yaitu air tanah

yang tersimpan di dalam batuan sedimen) dan air tanah juvenil yaitu air tanah yang

naik dari magma bila gas-gasnya dibebaskan melalui mata air panas.

b. Wilayah air tanah

Ada 4 wilayah air tanah yaitu:

1. Wilayah yang masih terpengaruh udara.

Pada bagian teratas dari permukaan bumi terdapat lapisan tanah yang

mengandung air. Karena pengaruh gaya berat (gravitasi), air di wilayah ini akan

bebas bergerak ke bawah. Tumbuh-tumbuhan memanfaatkan air pada lapisan ini

untuk menopang kelangsungan hidupnya.

2. Wilayah jenuh air.

Wilayah inilah yang disebut dengan wilayah kedalaman sumur. Kedalaman

wilayah ini tergantung pada topografi, jenis tanah dan musim.

3. Wilayah kapiler udara.

Wilayah ini merupakan peralihan antara wilayah terpengaruh udara dengan

wilayah jenuh air. Air tanahnya diperoleh dari proses kapilerisasi (perembesan

naik) dari wilayah jenuh air.

4. Wilayah air dalam.

Wilayah ini berisikan air yang terdapat di bawah tanah/batuan yang tidak tembus

air.

c. Jenis jenis air

1. Air Tanah

adalah air yang berada di bawah permukaan tanah. Air tanah dapat dibagi lagi

menjadi dua, yakni air tanah preatis dan air tanah artesis.

2. Air tanah preatiz

Air tanah preatis adalah air tanah yang letaknya tidak jauh dari permukaan

tanah serta berada di atas lapisan kedap air / impermeable.

3. Air Tanah Artesis

Air tanah artesis letaknya sangat jauh di dalam tanah serta berada di antara dua

lapisan kedap air.

4. Air Permukaan

Air pemukaan adalah air yang berada di permukaan tanah dan dapat dengan

mudah dilihat oleh mata kita. Contoh air permukaan seperti laut, sungai,

danau, kali, rawa, empang, dan lain sebagainya. Air permukaan dapat

dibedakan menjadi dua jenis yaitu:

Perairan Darat

Perairan darat adalah air permukaan yang berada di atas daratan

misalnya seperti rawa-rawa, danau, sungai, dan lain sebagainya.

Perairan Laut

Perairan laut adalah air permukaan yang berada di lautan luas.

Contohnya seperti air laut yang berada di laut.

d. Sirkulasi

            Lapisan di dalam bumi yang dengan mudah dapat membawa atau menghantar

air disebut lapisan pembawa air, pengantar air atau akufir, yang biasanya dapat

merupakan penghantar yang baik yaitu lapisan pasir dan kerikil, atau di daerah

tertentu, lava dan batu gamping.

            Penyembuhan atau pengisian kembali air yang ada dalam tanah itu berlangsung

akibat curah hujan, yang sebagian meresap kedalam tanah, bergantung pada jenis tanah

dan batuan yang mengalasi suatu daerah curah hujan meresap kedalam bumi dalam

jumlah besar atau kecil, ada tanah yang jarang dan ada tanah yang kedap. Kesarangan

(porositip) tidak lain ialah jumlah ruang kosong dalam bahan tanah atau batuan,

biasanya dinyatakannya dalam persen. Bahan yang dengan mudah dapat dilalaui air

disebut lulus. Kelulusan tanah atau batuan merupakan ukuran mudah atau tidaknya

bahan itu dilalui air.

            Pasir misalnya, adalah bahan yang lulus air melewati pasir kasar dengan

kecepatan antara 10 dan 100 sihosinya. Dalam lempeng, angka ini lebih kecil,tetapi

dalam kerikil lebih besar.

e. Macam-macam akiferAkifer dapat dibedakan sebagai berikut:

1). Akifer bebas,

 yaitu akifer yang terletak di atas di lapisan yang kedap air. Akifer ini sering

disebut juga dengan unconfined aquifer. Akifer bebas terbentuk ketika tinggi

muka air tanah (water table) menjadi batas atas zona tanah jenuh. Tinggi muka air

tanah berfluktuasi tergantung pada jumlah dan kecepatan air hujan yang masuk ke

dalam tanah, pengambilan air tanah dan permeabilitas tanah.

2) Akifer terkekang, 

yaitu akifer yang terletak di antara dua lapisan yang kedap air. Akifer ini sering

disebut dengan confined aquifer. Akifer terkekang terbentuk ketika air tanah

dalam dibatasi oleh lapisan kedap air sehinngga tekanan di bawah lapisan kedap

air tersebut lebih besardari pada tekanan atmosfer. Pada gmbar a menunjukan

bahwa sumur atau pipa yang dibuat sampai kedalaman akifer terkekang, tinggi

permukaan air akan naik melebihi lapisan kedap air yang memisahkan kedua

akifer di atas. Apabila ujung atas sumur atau pip berada di bawah permukaan 

pizometrik (pizometrik surface), yaitu permukaan abstrak dengan tingkat tekanan

hidrostatik sama dengan tekanaan hidrostatik di dalam akifer dan merupakan

merupakan perpanjangan dari tinggi muka air tanah terkekang, maka air tanah

akan keluar dari daru ujung atas sumur atau pipa tersebut. Sebaliknya, apabila

ujung atas pipa berada di atas permukaan pizometrik, maka air tanah tidak akan

keluar dari ujung sumur atau pipa melainkan berada pada ketinggian permukaan

pizometrik. Pada sumur dalam artesis tinggi muka air tanah menunjukkan tinggi

permukaan pizometrik pada daerah tersebut.

3) Akifer menggantung, 

yaitu akifer yang berada di atas akifer bebas dan berukuran kecil. Akifer ini

sering disebut dengan purched aquifer.

f. Karakteristik akiferFormasi geologi tertentu, baik yang terletak pada zona bebas ( unconfined aquifer)

maupun zona terkekang ( confined aquifer) dapat  memberikan pengaruh tertentu

terhadap keberadaaan air tanah. Dengan demikian, karakteristik akifer mempunyai

peranaan yang menentukan dalam proses pembentukan air tanah.

         Tipe Akiifer

Dalam menentukan kesesuaian formasi geologi untuk tujuan pengisisan air tanah,

beberapa factor harus diperhatikan terutama mengenai tipe akuifer, karakteristik zona

tanah tidak jenuh dan karakteristik air zona jenuh. Untuk studi kelayakan atau penelitian

yang menekankan proses dan mekanisme pengisian air tanah, karakteristik formasi

geologi atau akuifer yang relevan untuk dipelajari  yaitu:

Tipe formasi batuan, karena jenis batuan akan menentukan tingkat permeabilitas akifer.

Kondisi tekanaan hidrolik dalam tanah, yakni untuk menentukan apakah air tanah

berada di zona bebas atau zona terkekang.

Kedalaman permukaan potensiometrik di bawah permukaan tanah,terutama di daerah

sekitar daerah pelepasan atau pengambilan air.

         Zona akifer

Untuk usaha-usaha pengisian kembali air tanah melalui proses peningkatan infiltrasi

tanah serta reklamasi air tanah, maka kedudukan akifer dapat dipandang dari dua

sisi yang berbeda, yaitu:

1.    Zona akifer tidak jenuh

adalah suatu zona penampungan air di dalam tanah yang terletak di atas permukaan air

tanah ( Water table) baik dalam keadaan alamiah (permanen) atau sesaat setelah

berlangsungnya periode pengambilan air tanah. Zona ini merupakan zona penyimpan air

tanah yang paling berperan dalam mengurangi kadar pencemaran air tanah. Oleh karena

itu zona ini sangat penting untuk usaha-usaha reklamasi dan sekaligus pengisian kembali

air tanah

2.    Zona akifer jenuh

adalah zona penampung  air tanah yang berada di bawah permukaan air tanah kecuali

zona penampung air tanah yang sementara jenuh dan berada di bawah daerah yang

sedang mengalami pengisian air tanah. Zona ini berfungsi untuk pemasok air tanah dalam

jumlah yang lebih besar serta mempunyai kualitas air yang lebih baik.

g. Pergerakan air

Air tidak akan bergerak ke pasir sampai lempung menjadi jenuh

Air bergerak ke liat setelah kontak dengan liat, tetapi karena liat menggerakan air

lambat yang terbentuk di atas lapisan liat

Dengan memahami konsep pergerakan air tanah, ada dua hal yang relevan untuk dibicarakan

yaitu:

1.      pengmbilan air tanah

Ketika permukaan air tanah menurun sebagai akibat kegiatan pengambilan air tanah, akan

terbentuk cekungan permukaan air tanah. Keadaan ini akan menyebabkan selisih tinggi

permukaan air antara lokasi pipa dan tempat di sekeliling pipa tersebut (hydraulic

gradient) cukup besar untuk menaikkan air keluar melalui pipa dengan laju sesuai denagn

kekuatan pompa yang digunakan.

2.      Drainase air tanah

Sistem pembuangan air tanah yang sering digunakan adalah dua saluran pembuang air

tranah yang sering digunakan adalah dua saluran pembuang air berpenutup yang sejajar

ditempatkan di dalam tanah. Apabila penutup saluran tersebut dibuka, menyebabakan

permukaan air tanah turun.

h. Proses terbentuknya air tanah

            Untuk lebih memahami proses terbentuknya air tanah, pertama kali kita harus

mengetahui gaya-gaya yang mengakibatkan terjadinya gerakan air di dalam tanah.

Uraian tentang infiltrasi secara lengkap menunjukkan proses dan mekanisme

perjalanan air di dalam tanah. Semakin dalam permukaan tanah, maka jumlah dan

ukuran por-pori tanah menjadi semakin kecil. Ketika air tersebut mencapai tempat

yang lebih dalam, air tersebut sudah tidak berperan dalam proses evaporasi atau

transpirasi. Keadaan tersebut menyebabakan terbentuknya wilayah jenuh di bawah

permukaan tanah, yang dikenal dengan sebutan air tanah.

i. Asal air tanah

Air tanah berasal dari air hujan yang meresap melalui berbagai media peresapan,

antara lain:

Rongga-rongga dalam tanah akibat pencairan berbagai kristal yang membeku pada

musim dingin.

Rongga-rongga dalam tanah yang dibuat binatang (cacing dan rayap).

Retakan-retakan pada lapisan tanah yang terjadi pada musim kemarau, dan pada waktu

musim hujan menjadi sangat basah dan becek, seperti tanah liat dan lumpur.

Pori-pori tanah yang gembur atau berstruktur lemah akan meresapkan air lebih banyak.

Rongga-rongga akibat robohnya tumbuh-tumbuhan yang berakar besar.

j. Kedalaman air tanah

Faktor-faktor yang menyebabkan terjadinya perbedaan kedalaman air tanah adalah

sebagai berikut.

Permeabilitas tanah adalah tingkat kemampuan lapisan batuan atau kemampuan tanah

dalam menyerap air. Hal ini ditentukan oleh besar kecilnya pori-pori batuan penyusun

tanah. Semakin besar pori-pori batuan, semakin banyak air yang dapat diserap oleh

tanah tersebut. Lapisan batuan yang tidak dapat ditembus air disebut lapisan kedap air

atau impermeable dan yang dapat ditembus air disebut lapisan lolos air atau

permeable.

Kemiringan lereng atau topografi curam menyebabkan air yang lewat sangat cepat

sehingga air yang meresap sangat sedikit.

B. AIR KAPILERAir kapiler adalah bagian air tanah yang ditahan oleh tanah, yang terletak diantara

kapasitas lapang dan koefisien higroskopis.  Sedangkan koefisien higroskopis itu sendiri

adalah suatu keadaan dimana air tanah mulai kehilangan sifat-sifat cairan, dan ditahan

oleh tanah dengan tegangan sampai 31 atmosfer. Air kapiler ini mengisi pori-pori tanah. 

Air kapiler dapat berasal dari hasil infiltrasi air dari permukaan tanah kemudian meresap

kedalam tanah dan tertahan diatara butir tanah karena pengaruhgayakapiler tanah atau

bisa juga berasal dari air dalam tanah (dari zona jenuh) yang naik ke atas melalui pori-

pori tanah akibat pengaruhgayakapiler tanah.  Besarnya air kapiler dalam tanah akan

sangat tergantung pada sifat fisik tanah.

Air higroskopis adalah bagian air yang ditahan oleh tanah setelah dicapai

koefisien higroskopis.  Air higroskopis ini terjadi karena adagayakohesi dan adhesi pda

lapisan tipis air yang menyelimuti partikel-partikel tanah dengan tegangan diatas 15

atmosfer.

Secara biologis, air tanah dibedakan berdasarkan pada ketersediaannya bagi

tanaman.  Atas dasar itu, maka air tanah dibedakan menjadi air tidak berguna, air tersedia

dan air tidak tersedia.  Air tidak berguna adalah bagian dari air tanah, berupa air bebas

atau air gravitasi,.  Air tersedia adalah air yang berada diantara kapasitas lapang dan titik

layu.  Sedangkan air tidak tersedia adalah bagian air tanah dibawah titik layu dimana air

ditahan oleh tanah dengan tegangan yang sangat besar sehingga tidak dapat diserap oleh

tanaman

Kapasitas lapang adalah keadaan kelembaban tanah yang relative mantap dan

biasanya dicapai beberapa hari setelah tanah mengalami pembasahan total atau keadaan

jenuh air.  Pada kondisi ini tegangan air biasanya sekitar 1/3 atmosfer atau setara dengan

nilai pF 2,54.  Titik layu dapat didefinisikan sebagai tingkat kelembaban tanah dimana

akar tanaman tidak lagi mampu menyerap air, dengan tegangan rata-rata 15 atmosfer atau

setara dengan nilai pF 4,2.

a. Gerakan air kapiler

Yang dimaksud gerakan air kapiler adalah pengisian lengas tanah yang berasal

dari tanah bagian bawahnya.  Gerakan ini dapat berupa hubungan langsung dengan air

tanah (groundwater) atau gerakan ka[iler dari bagian bawah ke garian lebih

atasnya.sedangkan gaya yang menyebabkan pergerakan air kapiler adalah karena

adanya pembentukan tekanan pFakibat penguapan dan absoprsi air oleh tanaman dan

apabila tidak ada penambahan air oleh hujan atau irigasi maka lapisan tanah bagian

atas kandungan airnya lebih kecil dari kandungan air dibawahnya sehingga terdapat

perbedaan tekanan.. pergerakan air kapiler terjadi dari lapisan tanah yang mempunyai

pF rendah ke lapisan tanah yang mempunyai pF tinggi.  Dengan adanya gerakan air

kapiler ini maka kebutuhan air dilapisan perakaran tanamandapat dipenuhi oleh air

dari dalam tanah

b. Tekanan Kapilaritas

Tekanan kapiler dapat timbul karena adanya tarikan lapisan tipis permukaan

air sebelah atas. Kejadian ini disebabkan oleh adanya pertemuan antara dua jenis

material yang berbeda sifatnya. Pada prinsipnya, tarikan permukaan adalah hasil

perbedaan gaya tarik antara molekul-molekul pada bidang singgung pertemuan dua

material yang berbeda sifatnya (Hardiyatmo, 2006).

Kejadian tarikan permukaan dapat dilihat dari percobaan laboratorium pada

pipa kapiler yang dicelupkan dalam bejana berisi air. Ketinggian air dalam pipa

kapiler akan lebih tinggi dari pada tinggi air dalam bejana. Permukaan air dalam

cairan membentuk sudut α terhadap dinding pipa. Tekanan pada permukaan air

dalam pipa dan tekanan pada permukaan air pada bejana akan sama dengan tekanan

atmosfer. Tidak adanya gaya luar yang mencegah air dalam pipa dalam

kedudukannya menunjukan bahwa suatu gaya tarik bekerja pada lapisan tipis

permukaan air dalam pipa kapiler, seperti yang ditunjukkan pada Gambar B.1.

Gambar B.1 Analogi Tekanan Air Kapiler dalam Lapisan Tanah dan

Kedudukannya (Holtz dan Kovacs, 1981 dalam Hardiyatmo, 2010.

c. Pengaruh Tekanan Kapiler

Akibat tekanan kapiler, air tanah tertarik keatas melebihi permukaannya.

Pori-pori tanah sebenarnya bukan sistem pipa kapiler, tapi teori kapiler dapat

diterapkan guna mempelajari kelakuan air pada zone kapiler. Air dalam zone kapiler

ini dapat dianggap bertekanan negative, yaitu mempunyai tekanan di bawah tekanan

atmosfer. Tinggi minimum dari ℎ𝑐(min) dipengaruhi oleh ukuran maksimum pori-

pori tanah. Di dalam batas antara ℎ𝑐(min) dan ℎ𝑐(mak), tanah dapat bersifat jenuh

sebagian (partially saturated). Terzaghi dan Peck (1948) dalam Hardiyatmo, 2006

memberikan hubungan pendekatan antara ℎ𝑐(mak) dan diameter butiran, sebagai

berikut:

ℎ𝑐 = 𝐶/ 𝑒𝐷₁₀ (mm)dengan,

hc : tinggi air dalam pipa kapiler (mm),

C : konstanta (C bervariasi antara 10-50 mm2),

D10 : diameter efektif (mm).

Tinggi air kapiler untuk berbagai macam tanah dapat ditunjukkan dalam Tabel B.1.

Tabel B.1 Ketinggian Air Kapiler (Hansbo, 1957 dalam Hardiyatmo, 2006)

MacamTanah Kondisi longgar Kondisi padat Pasir kasar Pasir sedang Pasir halus Lanau Lempung

0,03 – 0,12 m 0,12 – 0,50 m 0,30 – 2,00 m 1,50 – 10,0 m

0,04 – 0,15m 0,35 – 1,10m 0,40 – 3,50m 2,50 – 12,0m > 10 m

C. KONDSI-KONDISI TEKANAN DALAM TANAH

Tekanan tanah timbul selama pergeseran tanah (soil displacement) atau selama

peregangan tetapi sebelum tanah tersebut mengalami keruntuhan. Agar dapat

merencanakan konstruksi penahan tanah dengan benar, maka kita perlu mengetahui gaya

horisontal yang bekerja antara konstruksi penahan dan massa tanah yang ditahan. Gaya

horisontal disebabkan oleh tekanan tanah arah horisontal (lateral). Analisa dan penentuan

tekanan tanah lateral sangat penting dalam mendesain dinding penahan tanah. Besar dan

distribusi tekanan lateral yang bekerja pada struktur dinding penahan tanah atau pondasi

tergantung pada regangan relatif tanah dibelakang struktur.

Timbunan tanah yang berada di belakang dinding penahan tanah akan mendorong

dinding ke depan menjauhi timbunan. Jika struktur ini merupakan abutmen pada jembatan,

maka dampaknya sangat berbahaya sekali untuk struktur diatasnya. Jika dorongan dari

tanah lateral tersebut lebih besar dari tahanannya maka abutmen tersebut akan patah,

struktur yang ada diatasnya (contohnya adalah girder pada jembatan ) bisa runtuh. Hal ini

merupakan beban dalam arah lateral  yang harus diperhatikan pada saat mendesain dinding

penahan tanah itu. Pada waktu analisis perhitungan, umumnya besarnya tekanan tanah dan

gaya-gaya diambil untuk suatu unit panjang potongan (pias) selebar satu meter. Distribusi

tegangan tanah lateral akibat berat sendiri tanah biasanya berbentuk segitiga (hidrostatis),

dengan nilai maksimum pada dasar dinding penahan tanah.

Terdapat hal-hal mendasar yang berkaitan dengan tekanan tanah lateral pada

dinding penahan tanah, dimana pada umumnya dinding berada di dalam keadaan di bawah

ini:

1. Kondisi tekanan tanah pada keadan diam

2. Kondisi tekanan tanah aktif

3. kondisi tekanan tanah pasif

1. Kondisi tekanan tanah pada keadan diam

Tekanan tanah pada kondisi diam adalah tekanan lateral oleh tanah yang

dihindarkan dari pergerakan lateralnya oleh suatu dinding struktur yang tidak

memberikan perubahan bentuk / posisi (unyielding wall). Kondisi ini terjadi jika

regangan lateral pada tanah sama dengan nol, yang dapat dijumpai antara lain

pada tekanan-tekanan tanah yang bekerja pada dinding-dinding suatu lantai dasar.

Pada kondisi ini besarnya tekanan tanah pada dinding penahan berada

diantara tekanan tanah aktif dan tekanan tanah pasif. Untuk melakukan analisis

tekanan tanah pada keadaan diam, dilakukan tinjauan kondisi tekanan pada suatu

elemen tanah di kedalaman z. 

Nilai banding antara sv dan sh dinamakan “koefisien tekanan tanah dalam keadaan

diam (Ko)” :

Suatu elemen tanah yang terletak pada kedalaman z akan terkena tekanan arah

vertikal (sv) dan tekanan arah horisontal (sh) :

sv = g z

sh = sv Ko + u u = tekanan air pori

Harga-harga Ko adalah sebagai berikut :

Untuk tanah berbutir yang terkonsolidasi normal (Jaky 1944)

Ko = 1 - sin

Brooker dan Jreland (1965) Tanah lempung yang terkonsolidasi normal

(Brooker dan Ireland, 1965) :

Ko = 0,95 - sin

= Sudut geser tanah dalam keadaan air teralirkan (drained).

Tanah lempung yang terkonsolidasi normal dan mempunyai indeks plastisitas

(PI).

Ko = 0,4 + 0,007 (PI) PI antara 0 - 40

Ko = 0,64 + 0,001 (PI) PI antara 40 - 80

Tanah lempung yang terkonsolidasi lebih (overconsolidated)

KO(overconsolidated) = KO(normally consolidated)

OCR = overconsolidated ratio (rasio konsolidasi lebih).

=

Untuk “compacted dense sand” :

= Sudut geser tanah

d = Berat isi kering tanah di lapangan

d (min) = Berat isi kering minimum dari tanah

2. Kondisi tekanan tanah pada keadaan Aktif Dan Pasif

Rankine (1857) menyelidiki keadaan tegangan di dalam tanah yang berada

pada kondisi keseimbangan plastis yaitu suatu keadaan yang menyebabkan tiap-

tiap titik di dalam massa tanah menuju proses ke suatu keadaan runtuh.

Kondisi Aktif Menurut Rankine

Apabila AB tidak diizinkan bergerak sama sekali, maka h = K0

v. Kondisi tegangan dalam elemen tanah ini dapat diwakili oleh lingkaran

Mohr a (gambar c).

Bila dinding AB berputar terhadap dasar dinding ke suatu posisi A’B,

maka massa tanah segitiga ABC’ yang berdekatan dengan dinding akan

mencapai keadaan “aktif”.

Bidang geser BC” yang membatasi massa tanah yang berada pada kondisi

keseimbangan plastis adalah membuat sudut (45 + /2) dengan arah

horisontal.

Tekanan a yang bekerja pada bidang vertikal adalah tekanan tanah aktif

menurut Rankine.

Kondisi tegangan ketika dalam keseimbangan plastis dapat digambarkan

dalam persamaan Mohr-Coulomb yaitu :

dimana : 1 = v (tegangan utama besar)

3 = a (tegangan utama kecil)

atau :

v = = v . Ka - 2 c

Kondisi Pasif Menurut Rankine

Keadaan tegangan awal pada suatu elemen tanah diwakili oleh lingkaran

Mohr a (gambar c).

Bila dinding mengalami perputaran ke arah massa tanah yaitu ke posisi

A”B maka massa tanah ABC” akan mencapai keadaan “pasif”. Kondisi

tegangan elemen tanah dapat diwakili oleh lingkaran Mohr b (gambar c).

Pada geser BC” yang membatasi massa tanah yang berada pada kondisi

keseimbangan plastis adalah membentuk sudut (45 - /2) dengan arah

horisontal.

Tekanan tanah ke samping p, yang merupakan tegangan utama besar

adalah “tekanan tanah pasif menurut Rankine”.

Kondisi tegangan ketika dalam keseimbangan plastis dapat digambarkan

dalam persamaan Mohr-Coulomb yaitu :

Dimana : 1 = p (tegangan utama besar)3 = v (tegangan utama kecil)

p = v tan2 (45 + /2) + 2 c tan (45 + /2)

= v Kp + 2 c