MekTan Pak Bayu

SIFAT-SIFAT TANAH DALAM TEKNIK SIPIL

1.1. PENGERTIAN TANAH

Tanah didefinisikan sebagai material yang terdiri dari agregat (butiran) mineral-

mineral padat yang tidak tersementasi (terikat secara kimia) satu sama lain dari bahan-

bahan organic yang telah melapuk (yang berpartikel padat) disertai dengan zat cair dan gas

yang mengisi ruang-ruang kosong di antara partikel-partikel padat tersebut.

Ilmu Mekanika Tanah (Soil Mechanics):

Adalah cabang ilmu pengetahuan yang mempelajari sifat fisik dari tanah dan

kelakukan massa tanah tersebut bila menerima bermacam-macam gaya.

Ilmu Rekayasa Tanah (Soil Engineering)

Merupakan aplikasi dari prinsip-prinsip mekanika tanah dan problema praktisnya.

1. 2. JENIS DAN UKURAN PARTIKEL TANAH

Tanah berasal dari pelapukan kimia/fisik pada pada batuan. Yang hal itu sangat

mempengaruhi perilaku engineeringnya.

Tanah merupakan campuran dari partikel-partikel yang terdiri dari salah satu/seluruh

jenis berikut :

1. Berangkal (boulder) : batuan yang besar (> 250 mm – 300 mm)

2. Kerikil (gravel) : 5 mm – 150 mm

3. Pasir (sand) : 0,0074 mm - 5 mm.

Mulai dari pasir kasar sampai dengan pasir halus.

4. Lanau (silt) : 0,002 mm – 0,0074 mm

5. Lempung (clay) : < 0,002 mm dan kohesif

6. Koloid : partikel mineral yang diam

Tabel 1.1. Penggolongan tanah oleh beberapa lembaga berdasarkan ukuran butir.

1. 3. SIFAT-SIFAT KHUSUS PADA TANAH

Tingkat empiris tinggi dan lebih berseni disbanding ilmu lain. Pada jarak yang

berbeda sifat-sifat tanah bisa berbeda.

Tanah adalah material yang heterogen.

Tanah adalah material yang non linear.

Tanah adalah material yang tidak konservatif, yaitu mempunyai memori apabila

pernah dibebani. Hal ini sangat mempengaruhi engineering properties tanah.

Dengan mengenal dan mempelajari sifat-sifat tersebut, keputusan yang diambil dalam

perancangan akan lebih ekonomis.

Karena sifat-sifat tersebut maka penting dilakukan penyelidikan tanah (soil investigation)

yang terdiri dari : Uji laboratorium dan uji lapangan

Soil investigation dilakukan untuk tiap lokasi proyek yang akan didirikan struktur

bangunan. Soil investigation yang dilakukan biasanya terdiri dari :

Pengujian lapangan :

1. Sondir

2. Bor dan SPT (Standart Penetration Test)

Pada uji pengeboran juga dilakukan pengambilan sampel tanah untuk diuji di laboratorium

antara lain : kadar air, kepadatan tanah dsb

1. 4. TEKSTURE TANAH dan KARAKTERISTIK LAIN PADA TANAH

Teksture adalah bagian solid / padat pada massa tanah terdiri secara primer dari

partikel mineral & bahan organik dalam ukuran yang bervariasi dan jumlahnya

bervariasi.

Teksture tanah tergantung pada ukuran relatif dan bentuk partikel. Gravel atau sand

lebih kasar daripada silt dan clay.

Pada tanah berbutir kasar, teksture mempunyai hubungan erat dengan perilaku

engineering. (Merupakan dasar dari klasifikasi tanah)

Untuk tanah berbutir halus , pengaruh yang penting adalah kehadiran air.

Tabel 1.1. Teksture dan Karekteristik Lain pada Tanah

Nama Tanah Gravel, Sand Silt Clay

Grain size

Berbutir kasar

Butiran tampak mata

Berbutir halus

Butiran tunggal tidak

tampak mata

Berbutir halus

Butiran tunggal

tidak tampak mata

Karakteristik

Non kohesif

Non plastis

Berbutir

Non kohesif

Non plastis

Berbutir

Kohesif

Plastis

Pengaruh air

pada perilaku

engineering

Relatif tidak penting

(kecuali : material

berbutir, lepas

dengan

pembebanan

dinamis)

Penting Sangat Penting

Pengaruh

distribusi ukuran

butir pada

perilaku

engineering

Penting Relatif tidak penting

Relatif tidak

penting

2. KOMPOSISI TANAH DAN HUBUNGAN ANTAR FASE

Tiap massa tanah terdiri dari kumpulan partikel padat dengan rongga di antaranya.

Rongga dapat diisi air udara, sebagian air dan udara.

Partikel tanah padat adalah butiran tanah padat dengan mineral yang berbeda-beda.

Volume solid /butiran (Vs)

Total volume tanah /Vt

Volume water/ air (Vw)

Volume void / pori (Vv)

Volume air/ udara (Va)

Penyajian ketiga komponen tanah tersebut dapat digambarkan dalam diagram fase ,

Sebagai berikut :

Perbandingan Volumetric

1. void ratio e,

, 0 < e < ~

sands : 0,4 s/d 1,0

clays : 0,3 s/d 1,5

2. porositas n ,

, 0 < n < 100%

dan

3. Derajat kejenuhan S,

Tanah kering, S = 0%

Jika pori berisi jenuh air, S = 100%

Perbandingan Massa

Kadar air w,

Perhitungan kadar air dihitung di laboratorium (ASTM D : 2216(1980 ))

Perbandingan yang menghubungkan sisi Volumetric dan sisi Massa

Densitas/ kepadatan ρ

Besar ρ akan tergantung bagaimana air tejadi dalam rongga, dan berbeda pada tiap-tiap

jenis tanah. Ada 3 harga ρ yang berguna dalam mekanika tanah.

Dry density/ kepadatan kering :

Saturated density/ kepadatan jenuh : ( Va = 0,

S= 100%)

Submerged density/ kepadatan tercelup : ρ’= ρsat – ρw

2.1. Pengujian Kadar Air (laboratorium) (ASTM D : 2216(1980 )

Kegunaan :

Untuk menentukan kadar air tanah yaitu perbandingan berat air yang terkandung

dalam tanah dengan berat kering tanah. Dinyatakan dalam prosen

Prosedur Pelaksanaan :

Tanah yang akan diperiksa ditempatkan dalam cawan yang bersih dan telah diketahui

beratnya

Cawan dan isinya ditimbang dan beratnya dicatat

Cawan dan tanah basah dimasukkan di oven pengering sampai beratnya konstan.

Keluarkan dari oven, kemudian dinginkan dalam desikator.

Setelah dingin ditimbang beratnya dan dicatatat

Perhitungan :

Berat cawan + tanah basah = W1 gram

Berat cawan + tanah kering = W2 gram

Berat cawan kosong = W3 gram

Berat air = (W1-W2) gram

Berat tanah kering = (W2-W3) gram

Kadar air = (W1-W2) / (W2-W3) x 100%

3. KLASIFIKASI TANAH

Dua golongan tanah, yaitu :

tanah berbutir kasar, yaitu : gravel dan sand

tanah berbutir halus, yaitu : silt dan clay

Telah dijelaskan bahwa pada tanah berbutir kasar hal yang paling berpengaruh

terhadap perilaku engineeringnya adalah tekstur dan distribusi ukuran butir. Sedang pada

tanah berbutir halus yang mempengaruhi perilaku engineeringnya adalah kehadiran air.

Sehingga untuk menentukan sifat-sifat tanah berbutir kasar yaitu dengan cara

melihat kurva distribusi ukuran butir yang dihasilkan dari pengujian ANALISA SARINGAN

(SIEVE ANALYSIS) di laboratorium .

Untuk menentukan sifat-sifat tanah berbutir halus dengan melihat hasil dari pengujian

BATAS-BATAS ATTERBERG (ATTERBERG LIMITS) di laboratorium.

4. UKURAN BUTIR DAN DISTRIBUSI UKURAN BUTIR

Ukuran partikel pada tanah berbutir mempengaruhi perilaku tanah

Tanah berada pada range berangkal (boulder)sampai butiran yang sangat halus (koloid)

Bagaimana distribusi ukuran butir dihasilkan ?

Dengan analisa saringan (sieve analysis) atau uji gradasi

ASTM (1980) : C 136 dan D 422

AASHTO (1978) T27 dan T 88

Table 1. Standar ukuran saringan dan hubungannya dengan lubang

Saringan

US Standart Sieve

No

Sieve opening (mm)

4

10

20

40

60

100

140

200

4,75

2,00

0,85

0,425

0,25

0,15

0,106

0,075

Untuk tanah berbutir halus(labih halus dari saringan no 200 US Standart Sieve)

Menggunakan analisa hidrometer :

Analisa Hidrometer didasarkan pada Hukum Stokes : butiran yang mengendap dalam

cairan mempunyai kecepatan mengendap yang tergantung pada diameter butir dan

kerapatan butir dalam cairan. ASTM (1980) D422, AASHTO (1978) T88.

Gambar 1.Alat Uji Analisa Saringan

4. 1. KURVA DISTRIBUSI UKURAN BUTIR

Hasil dari analisa mekanik (sieve analysis dan hidrometer), umumnya digambar di

atas kertas semi logaritmik , dikenal sebagai kurva distribusi ukuran butir.

Dari kurva tersebut dapat dibedakan :

well graded : tanah bergradasi tidak seragam

uniform graded : tanah bergradasi seragam

gap graded/ skip graded : tanah bergradasi berjenjang

Kurva distribusi ukuran butir dapat dilihat pada Gambar 2.

Untuk menentukan tipe gradasi tersebut ada parameter lain, yaitu :

Koefisien keseragaman :

D60 = diameter butir (dalam mm) yang berhubungan dengan 60% lolos

D10 = diameter butir (dalam mm) yang berhubungan dengan 10% lolos

- Harga Cu makin kecil : tanah makin seragam - Cu = 1

: tanah hanya mempunyai 1 ukuran

- Tanah yang bergradasi sangat jelek misalnya : pasir pantai, Cu = 2 atau 3

- Tanah dengan gradasi sangat baik Cu>15 atau lebih

- Harga Cu sampai dengan 1000

Koefisien kelengkungan :

D30 = diameter butir (dalam mm) dimana 30% lolos saringan

Cc di antara 1 dan 3 : gradasi baik Sepanjang Cu > 4 untuk kerikil dan Cu > 6 untuk

pasir Cu > 6 untuk pasir

Gambar 2. Kurva distribusi ukuran Butir

5. BATAS-BATAS ATTERBERG

Apabila tanah berbutir halus mengandung mineral lempung, maka tanah tersebut

dapat diremas-remas tanpa menimbulkan retakan . Sifat kohesif ini disebabkan oleh karena

adanya air yang terserap di sekeliling permukaan dari partikel lempung. Pada awal tahun

1900 an seorang ilmuwan dari Swedia bernama Atterberg menjelaskan pengaruh dari

variasi kadar air terhadap konsistensi tanah berbutir halus. Bila kandungan air sangat tinggi ,

maka campuran tanah dan air akan menjadi sangat lembek seperti cairan. Oleh sebab itu

atas dasar kandungan air pada tanah, dapat dipisahkan ke dalam empat keadaan dasar ,

Yaitu : padat, semi padat, plastis dan cair seperti ditunjukkan pada gambar di bawah ini .

Padat/solid semi padat/semi solid plastis cair

Kadar air bertambah

Batas Susut (SL) Batas Plastis (PL) Batas Cair (LL)

Gambar 3. Pengertian batas-batas Atterberg

Kadar air dinyatakan dalam prosen , dimana terjadi transisi dari keadaan padat ke

semi padat didefinisikan sebagai batas susut (shrinkage limits). Kadar air dimana transisi

dari keadaan semi padat ke keadaan plastis terjadi dinamakan batas plastis (plastic limits),

dan dari keadaan plastis ke keadaan cair dinamakan batas cair (liquid limits).

Batas-batas ini dinamakan dengan BATAS-BATAS ATTERBERG

Karena batas-batas Atterberg adalah kadar air dimana perilaku tanah berubah,

keadaan ini dapat dihubungankan dengan kurva tegangan-regangan yang dihasilkan pada

Gambar 4.

Gambar 4. Hubungan tegangan –regangan pada masing-masing fase tanah

5.1. PENGUJIAN BATAS CAIR, BATAS PLASTIS, BATAS SUSUT

Pengujian tersebut dilakukan di laboratorium berdasarkan ASTM sbb :

Batas cair (LL) ASTM D-423 c

Batas plastis(PL) ASTM D-424

Batas susut ASTM D-427

BATAS CAIR (LL)

Skema dari alat (tampak samping) yang digunakan untuk menentukan batas cair

diberikan dalam Gambar 5 Alat tersebut terdiri dari mangkok kuningan yang bertumpu

pada dasar karet yang keras . Mangkok kuningan dapat diangkat dan dijatuhkan di atas

dasar karet keras tersebut dengan sebuah pengungkit eksentris (cam) dijalankan oleh

suatu alat pemutar. Untuk melakukan uji batas cair, pasta tanah diletakkan dalam

mangkok kuningan kemudian digores tepat di tengahnya dengan menggunakan alat

penggores standar (gambar 5b). Dengan menjalankan alat pemutar , mangkok

kemudian dinaikturunkan dari ketinggian 0,3937 in (10 mm). Kadar air dinyatakan dalam

persen, dari tanah yang dibutuhkan untuk menutup goresan yang berjarak 0,5 in (12,7

mm) sepanjang dasar contoh tanah di dalam mangkok (lihat gambar 2.3c dan 2.3d)

sesudah 25 pukulan didefinisikan sebagai batas cair (liquid limit).

Untuk mengatur kadar air dari tanah yang bersangkutan agar dipenuhi persyaratan di

atas ternyata sangat sulit. Oleh karena itu kalau dilakukan uji batas cair paling sedikit

empat kali pada tanah yang sama tetapi pada kadar air yang berbeda-beda sehingga

jumlah pukulan N, yang dibutuhkan bervariasi antara 15 dan 35. Kadar air dari tanah,

dalam persen, dan jumlah pukulan masing-masing uji digambarkan di atas kertas grafik

semi log (Gambar 6). Hubungan antara kadar air dan log N dapat dianggap sebagai

garis lurus. Garis lurus tersebut dinamakan sebagai kurva aliran (flow curve). Kadar air

yang bersesuaian dengan N = 25, yang ditentukan dari kurva aliran, adalah batas cair

dari tanah yang bersangkutan.

Kemiringan dari garis aliran (flow line) didefinisikan sebagai indeks aliran (flow index)

dan dapat ditulis sebagai :

dimana :

If = indeks aliran

w1 = kadar air, dalam persen dari tanh yang bersesuaian dengan jumlah pukulan N1

w2 = kadar air, dalam persen, dari tanah yang besesuaian dengan jumlah pukulan N2

Jadi, persamaan garis aliran dapat dituliskan dalam bentuk yang umum, sebagai berikut

Atas dasar hasil analisis dari beberapa uji batas cair, US waterways Experiment Station,

Vicksburg, Mississippi (1949) mengajukan suatu persamaan empiris untuk menentukan

batas cair yaitu :

dimana :

N = jumlah pukulan yang dibutuhkan untuk menutup goresan selebar 0,5 in pada dasar

contoh tanah yang diletakkan dalam mangkok kuningan dari alat uji batas cair.

WN = kadar air dimana untuk menutup dasar goresan dari contoh tanah dibutuhkan pukulan

sebanyak N

Tanβ = 0,121 (harap dicatat bahwa tidak semua tanah mempunyai harga Tanβ=0,121)

Gambar 5. Uji batas cair : a)alat untuk uji batas cair, b) alat untuk menggores, d)contoh

tanah sebelum diuji, d)contoh tanah setelah diuji

Gambar 6. Kurva aliran

Gambar 7. Awal uji batas cair dengan contoh tanah di dalam mangkok kuningan

BATAS PLASTIS (PL)

Batas plastis didefinisikan sebagai kadar air, dinyatakan dalam persen, dimana tanah

apabila digulung sampai dengan diameter 1/8 in (3,2 mm) menjadi retak-retak. Batas

plastis adalah batas terendah dari tingkat keplastisan suatu tanah. Cara pengujiannya

sangat sederhana, yaitu dengan cara menggulung tanah berukuran elipsoida dengan

telapak tangan di atas kaca datar ( gambar 8a dan 8b)

Indeks Plastisitas (plasticity index (PI)) adalah perbedaan antara batas cair dan batas

plastis suatu tanah, atau :

Gambar 8. Uji batas plastis. a) Contoh yang sedang digulung,

b)gulungan tanah yang retak-retak

BATAS SUSUT (SL)

Suatu tanah akan menyusut apabila air yang dikandungnya secara perlahan-lahan

hilang dari dalam tanah. Dengan hilangnya air secara terus-menerus, air akan mencapai

tingkat keseimbangan dimana penambahan kehilangan air tidak akan menyebabkan

perubahan volume (gambar 9). Kadar air, dinyatakan dalam persen di mana perubahan

volume suatu massa tanah berhenti dinamakan batas susut.

Uji batas susut di laboratorium dilakukan di laboratorium menggunakan mangkok poselin

dengan diameter kira – kira 1,75 in (44,4 mm) dan tinggi kira-kira 0,5 in ( 12,7 mm). Bagian

dalam dari mangkok diolesi vaselin kemudian diisi tanah basah sampai penuh. Permukaan

tanah di dalam mangkok kemudian diratakan dengan menggunakan penggaris yang bersisi

lurussehingga permukaan tanah tersebut menjadi sama tinggi dengan sisi mangkok. Berat

tanah basah di dalam mangkok ditentukan. Tanah dalam mangkok kemudian dikeringkan di

dalam oven. Volume dari contoh tanah yang telah dikeringkan ditentukan dengan

menggunakan air raksa.

Gambar 9. Definisi batas susut

Seperti ditunjukkan dalam Gambar 9. batas susut ditentukan dengan cara berikut :

dimana :

wi = kadar air tanah mula-mula pada saat ditempatkan di dalam mangkok uji batas susut

Δw = perubahan kadar air (yaitu antara kadar air mula-mula dan kadar air pada batas susut

Tetapi :

dimana :

m1 = massa tanah basah dalam mangkok pada saat permulaan pengujian (gram)

m2 = massa tanah kering (gram), lihat gambar…..

Selain itu :

dimana :

Vi = volume contoh tanah basah pada sat permulaan pengujian (yaitu volume mangkok,

cm3.

Vf = volume tanah kering sesudah dikeringkan di dalam oven

Ρw = kerapatan air (gr/cm3)

Dengan menggabungkan persamaan-persamaan di atas, maka didapat :

MekTan Pak Bayu

Documents

Transcript of MekTan Pak Bayu