5

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Tanah

Ada beberapa pendapat tentang definisi tanah menurut para ahli dibidang

sipil, yaitu tanah dapat didefinisikan sebagai :

1. Secara umum tanah terdiri dari tiga bahan, yaitu butir tanahnya sendiri

serta air dan udara yang terdapat dalam ruangan antar butir-butir tersebut

(Wesley, 1997).

2. Tanah adalah material yang terdiri dari agregat (butiran) mineral-mineral

padat yang terikat secara kimia satu dengan yang lain dan dari bahan-

bahan organik yang telah melapuk (partikel padat) disertai zat cair dan gas

yang mengisi ruang-ruang kosong diantara parikel-partikel padat tersebut

(Das, 1995).

3. Tanah adalah kumpulan butiran (agregat) mineral alami yang bisa

dipisahkan oleh suatu cara mekanik bila agregat termaksud diaduk dalam

air (Terzaghi, 1987).

6

4. Tanah adalah akumulasi partikel mineral yang tidak mempunyai/lemah

ikatan antar partikelnya, yang terbentuk karena pelapukan dari batuan

(Craig, 1987)

B. Klasifikasi Tanah

Klasifikasi tanah adalah pengelompokan jenis-jenis tanah yang memiliki

kesamaan sifat tanpa memperhitungkan kondisi dilapangan. Sistim klasifikasi

tanah ini berfungsi untuk mempermudah penjelasan sifat-sifat umum tanah

yang bervariasi tanpa penjelasan secara rinci.

Tanah dapat diklasifikasikan secara umum sebagai tanah kohesif dan tanah

tidak kohesif, atau sebagai tanah berbutir kasar dan tanah berbutir halus.

Namun istilah pengklasifikasian tersebut masih terlalu umum, sehingga

memungkinkan terjadinya identifikasi yang sama untuk tanah-tanah yang

hampir sama sifatnya.

Tujuan klasifikasi tanah adalah untuk menentukan dan mengidentifikasi tanah,

untuk menentukan kesesuaian terhadap pemakaian tertentu, dan juga berguna

untuk menyampaikan informasi mengenai keadaan tanah dari suatu daerah

kepada daerah lainnya dalam bentuk suatu data. Klasifikasi tanah juga berguna

untuk studi yang lebih terinci mengenai keadaan tanah tersebut serta

kebutuhan akan pengujian untuk menentukan sifat teknis tanah seperti

karakteristik pemadatan, kekuatan tanah, berat isi, dan sebagainya.

7

C. Tanah Organik

Tanah organik umumnya mengacu pada bahan alami dengan daya

kemampatan tinggi namun memiliki kekuatan yang rendah. Tanah organik

terbentuk didaerah berair dangkal, dalam danau, atau empang dengan sisitem

drainase yang buruk.

a. Sifat – Sifat Tanah Organik

Tanah organik mempunyai sifat – sifat sebagai berikut :

1) Warna

Pada umunya tanah organik mempunyai warna coklat sampai hitam

meskipun bahan asalnya berwarna kelabu, coklat atau kemerahan, namun

setelah mengalami dekomposisi dalam waktu yang lama akan muncul

senyawa humik berwarna gelap (Darmawijaya, 1992).

2) Sifat Koloidal

Tanah organik sebagai bahan koloid mampu mengikat air cukup tinggi.

Sifat koloid ini mempunyai kapasitas tukar kation lebih besar dan sifat ini

lebih jelas diperlihatkan tanah gambut daripada tanah mineral (Brady,

1974).

3) Struktur Tanah Organik

Tanah organik bila dalam keadaan kering mudah terbakar dan

dihancurkan, dan memiliki campuran bahan : sedimentary peat, plankton,

fibrous peat (banyak mengandung serat , terdiri dari campuran berbagai

macam lumut Spagnum, rerumputan) dan woody peat yang berasal dari

pohon – pohon hutan dan tanaman di bawahnya (Brady, 1974).

8

4) Reaksi Asam

Menurut Darmawijaya (1992), tanah organik memiliki PH antara 3 – 5.

Dalam proses dekomposisi, tanah organik mengahasilkan asam organik

terakumulasi dengan demikian tanah organik cenderung lebih asam

dibanding dengan tanah mineral.

b. Klasifikasi Tanah Organik

Sistem klasifikasi untuk gambut dan tanah organik telah dikembangkan untuk

memenuhi kebutuhan yang berbeda-beda oleh berbagai kalangan yang

terlibat, contohnya pertanian, sumber minyak bumi dan rekayasa geoteknik.

Sementara terdapat pendapat yang berlainan mengenai definisi gambut dan

tanah organik, seperti ditunjukkan oleh kandungan abu.

Tanah organik dan tanah gambut dapat juga diklasifikasikan karena material

pembentuknya, kandungan seratnya serta sifat – sifatnya yang tergolong

berbeda dengan jenis tanah yang lainnya, yaitu :

1) Berdasarkan material pembentuknya (Brad dan Neil, 1974).

a) Sedimentary Peat

b) Fibraus Peat

c) Woody Peat

2) Berdasarkan kandungan seratnya (Mac. Farlane, 1969).

a) Fibraus Peat

b) Amaphaus Granular Peat

3) Berdasarkan bentuk dan kondisi geografis (Mane, 1982).

a) Topogeneus Peat (Marsh Peat)

9

b) Ombrogeneus Peat

4) Berdasarkan berat isi rata- rata (Faruhan,1957)

a) Mass Peat

b) Woody Peat

c) Herbaceous Peat

d) Aquatic Peat

e) Aggregat Peat

f) Amarphaus Peat

5) Berdasarkan bahan organik dan kadar serat (ASTM D 2697-69,1989)

a) Spagnum Mass Peat

b) Hypnum Mass Peat

c) Read – Sedge Peat

d) Peat Humus

6) Berdasarkan kandungan abu (ASTM D 4427-84,1989)

a) Kandungan abu rendah

Tanah organik dengan kadar abu kurang dari 5 %.

b) Kandungan abu sedang

Tanah organik dengan kadar abu antara 5 % - 15 %

c) Kandungan abu tinggi

Tanah organik dengan kadar abu lebih dari 15 %

7) Berdasarkan kadar serat (ASTM D 4427-84,1989)

a) Fibric Peat

Tanah organik dengan kadar serat yang lebih besar dari 67 %

10

b) Henic Peat

Tanah organik dengan kadar serat antara 33 % - 67 %

c) Sarpric Peat

Tanah organik dengan kadar serat kurang dari 33 %

Gambar 2.1. Grafik plastisitas Cassagrande

Tanah organik umumnya memilki sifat kompresibilitas tinggi dan kuat geser

undrained yang rendah. Seperti halnya kebanyakan tanah organik memiliki

perilaku rangkak (creep) yang signifikan. Permeabilitas relatif tinggi dengan

nilai koefisien permeabilitas arah horizontal lebih besar dari arah vertikal.

Serat dan sisa-sisa tetumbuhan biasanya memiliki orientasi horizontal

sehingga material ini bersifat anisotropis.

Grafik 1. Grafik plastisitas Cassagrande

11

Beberapa contoh tanah organik tidak menunjukkan mekanisme keruntuhan

selama proses pembebanan (penggeseran). Hal ini disebabkan permeabilitas

tanah organik yang tinggi dan pengaruh perkuatan dari serat organik.

D. Penurunan

Jika lapisan tanah dibebani, maka tanah akan mengalami penurunan

(settlement). Penurunan yang terjadi dalam tanah disebabkan oleh berubahnya

susunan tanah maupun oleh pengurangan rongga pori air di dalam tanah

tersebut. Jumlah dari penurunan sepanjang kedalaman lapisan merupakan

penurunan total tanah. Penurunan akibat beban adalah jumlah total dari

penurunan segera dan penurunan konsolidasi.

Pada tanah berpasir yang sangat tembus air (permeable), air dapat mengalir

dengan cepat sehingga pengaliran air pori keluar sebagai akibat dari kenaikan

tekanan air pori dapat selesai dengan cepat.

Keluarnya air dari dalam pori selalu disertai dengan berkurangnya volume

tanah, berkurangnya volume tanah tersebut dapat menyebabkan penurunan

lapis tanah itu karena air pori didalam tanah berpasir dapat mengalir keluar

dengan cepat, maka penurunan segera dan penurunan konsolidasi terjadi

secara bersamaan.(Das, 1995)

Pada tanah organik perubahan volume yang disebabkan oleh keluarnya air dari

dalam pori ( dikarenakan konsolidasi ) akan terjadi sesudah penurunan segera.

Penurunan konsolidasi biasanya jauh lebih besar dan lebih lambat serta lebih

lama dibandingkan dengan dengan penurunan segera (Das, 1995).

12

Penurunan konsolidasi biasanya jauh lebih besar dan lebih lambat serta lama

dibandingkan dengan dengan penurunan segera. (Das, 1995).

E. Drainase Vertikal

Berdasarkan teori dari Hardiyatmo, kecepatan konsolidasi yang rendah pada

tanah organik, dan tanah yang mudah mampat lainnya, dapat dipercepat

dengan menggunakan drainase dengan bahan seperti pasir, Ijuk atau bahan

lain yang ditanam secara vertikal. Drainase ini memberikan lintasan air pori

yang lebih pendek kearah horizontal. Karena jarak drainase arah horizontal

yang lebih pendek, maka akan mempercepat proses konsolidasi.

Permeabilitas tanah kearah horizontal yang beberapa kali lebih besar , juga

mempercepat kenaikan nilai kuat geser tanah aslinya. Drainase pasir vertikal

terdiri dari lubang bor vertikal yang menembus lapisan gambut jenuh yang

relatif tebal. Berat timbunan yang berada di atas drainase pasir vertikal akan

menyebabkan tanah yang lunak memampat.

Kemampatan tanah disebabkan karena mengalirnya air kearah lateral drainase

pasir. Dari sini, air mengalir ke atas, menuju lapisan air yang diletakkan pada

dasar tanah timbunan. Bila beban bertambah besar, maka kecepatan

konsolidasi akan bertambah pula.

Kelemahan pada drainase vertikal adalah drainase pasir sangat lemah terhadap

pengaruh geser, khususnya jika geseran ini ditimbulkan oleh perubahan

bentuk atau deformasi tanah dibawah timbunan yang dibangun. Karena itu,

13

kecepatan pembebanan harus sedemikian rupa sehingga tidak menyebabkan

kerutuhan geser tanah (Hardiyatmo, 1995).

F. Landasan Teori

Untuk mempercepat proses penurunan konsolidasi pada suatu konstruksi,

maka dapat digunakan metode drainase pasir. Drainase pasir dibuat dengan

menggali lubang-lubang yang kemudian diisi dengan pasir. Pada saat tanah

diberi beban, tegangan pori akan timbul pada tanah organik dan

mengakibatkan drainase vertikal dan horizontal,(Das, 1995).

Ada dua macam hal pokok yang harus diketahui dalam mempelajari Drainase

pasir, yaitu :

1. Regangan Bebas (Free – Strain)

Apabila beban diletakkan di atas permukaan tanah lentur (fleksibel).

Distribusi beban permukaan seimbang.

2. Regangan Seimbang (Equal – Strain)

Apabila beban diletakkan di atas permukaan tanah kaku. Penurunan

permukaan seluruhnya sama.

14

1. Konsolidasi Regangan Bebas Tanpa Pelumas (Free – Strain

Consolidation With no Smear)

Persamaan dasar teori konsolidasi untuk aliran arah vertikal :

t

u2

2

. z

u

m

k

vw

= Cv 2

2

z

u

…………………………………………..(2.1)

Dalam hal ini :

Cv = koefisien konsolidasi = vw m

k

Untuk drainase radial, berlaku :

r

u

rr

uC

t

uvr

12

2

……………………………………………..(2.2)

Dalam hal ini :

u = tekanan air pori

r = jarak radial rata-ratadari pusat sumuran drainase

Cvr = koefisien konsolidasi arah radial.

Cvr = wv

h

m

k

Kh = koefisien permeabilitas arah horizontal

Untuk penyelesaian persamaan (3.2) digunakan syarat-syarat batas sebagai

berikut :

a. Untuk : t = 0 u = ui

15

b. Untuk : t 0 u = 0 dan r = rw

c. Untuk : r = re u/r = 0

d. Untuk : r = re u/r = 0

u =

r

an

wr TnUUn

rUU 22

,2,12

10

2

01 4exp/2

……………….......…(2.3)

n = w

e

r

r …………………………………………………….............(2.4)

Dalam hal ini :

re = jari-jari ekivalen

rw = jari-jari sumuran drainase pasir

rs = jari-jari daerah pelumas

de = diameter ekvalen

Tr = .. 2

e

vr

d

tC ................................................................................ (2.5)

Dengan Tr : Faktor waktu aliran Radial

Derajat konsolidasi rata-rata arah radial :

Ur = 1 - i

av

U

U ................................................................................ (2.6)

16

2. Konsolidasi Regangan Seimbang Tanpa Pelumas (Equal – Strain

Consolidation With No Smear)

Masalah konsolidasi regangan seimbang tanpa pelumas (rw = rs)

Tekanan air pori pada waktu t dan jari-jari = r :

u =

2ln

422

2

2

w

w

e

e

avrr

r

rr

nFd

u ................................................. (2.7)

Dalam hal ini :

F(n) = 2

22

4

13ln

1 n

nn

n

n

.............................................................. (2.8)

Derajat konsolidasi rata-rata drainase radial :

Ur = 1 – exp.

nF

Tr8 ....................................................................... (2.9)

3. Pembangunan Drainase menggunakan Pasir Vertikal

Dengan menggunakan metode drainase pasir dapat mempercepat

konsolidasi dan sangat membantu dalam penimbunan bendungan tanah,

pembangunan jalan raya atau lapangan terbang yang pemampatannya

sangat tinggi. Untuk membangun drainase pasir vertikal dengan cara

17

membor tanah dimana bangunan akan dibuat dengan diameter tertentu

dengan kedalaman tertentu pula.

Jarak-jarak lubang bor (drainase pasir) dapat dihitung dengan persamaan :

a. Pola/ bentuk bujur sangkar :

R = 0,564 S ....................................................................... (2.10)

b. Pola Segitiga :

R = 0,525 S ....................................................................... (2.11)

Setelah pemboran lubang-lubang selesai, maka lubang-lubang tadi diisi

dengan pasir dan biasanya disebut tiang-tiang pasir. Selanjutnya di atas

tiang-tiang pasir tersebut ditutup atau diberi selimut (blanket) yang

berfungsi sebagai drainase horisontal dengan ketebalan tertentu, kurang

lebih setebal = 0,5 meter. Kemudian baru ditimbun tanah sesuai dengan

konstruksi yang direncanakan.

G. Pemodelan Axisymmetric

Dalam pemodelan ada tiga jenis permodelan yang digunakan yaitu:

1. Permodelan Plane stress merupakan permodelan dengan asumsi tegangan

dianggap nol, sedangkan regangan mempunyai nilai.

2. Permodelan Plane strain merupakan permodelan dengan asumsi regangan

dianggap nol, sedangkan tegangan mempunyai nilai.

18

3. Permodelan Axisymmetric merupakan pemodelan dengan asumsi tegangan

dan regangan mempunyai nilai atau tidak sama dengan nol.

Untuk komponen tanah pasif yang mendistribusikan gaya – gaya kesegala

arah, dengan pemodelan axisymmetric lebih mendekati kondisi sebenarnya di

lapangan. Dengan pemodelan menggunakan pipa silinder dianggap sesuai

dengan kondisi axisymmetric.