BAB I
TANAH
1.1. UMUM
Mekanika 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
organic, 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.
Umumnya pelaukan 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.
1.2. BERAT VOLUME TANAH DAN HUBUNGAN-HUBUNGANNYA
Dalam tanah yang jenuh juga terdapat dua bagian yaitu bagian
padat atau butiran dan air pori. Dalam keadaan tidak jenuh, tanah
terdiri dari tiga bagian yaitu bagian dalam (butiran), pori-pori udara
dan air pori.
Gambar.Diagram fase tanah.
Dari memperhatikan gambar tersebut dapat dibentuk persamaan :
1. W = Ws + Ww
2. V = Vs + Vw + Va
3. Vv = Vw + Va
Dengan:
Ws = Berat butiran padat
Ww = Berat air
Vs = Volume butiran padat
Vw = Volume air
Va = Volume udara
Vv = Volume rongga
V = Volume total
Hubungan–hubungan volume yang serimg digunakan dalam mekanika tanah
adalah kadar air (w),angka pori (e), porositas (n) dan derajat
kejenuhan (s).
Kadar air (w),adalah perbandingan anatara berat air (Ww), dengan
berat butiran padat (Ws)dalam tanah tersebut, nyatakan dalam persen
w (%) =
Porositas (n), adalah perbandingan antara volume rongga (Vv) dengan
volume total (V).Nilai n dapat dinyatakan dalam persen atau decimal
n =
Angka pori (e), didefinisikan sebagai perbandingan antara volume
rongga (Vv)dengan volume butiran (Vs), Biasanya juga dinyatakan denan
desimal
e =
Berat vuolume lembab atau basah, adalah perbandingan antara berat
butiran tanah termasuk air dan udara (W), dengan volume total tanah
(V).
Dengan W = Ww + Ws + Wa (Wa = 0).bila ruang udara terisi oleh air
seluruhnya (Va = 0 ),maka tanah menjadi jenuh
Berat volume butiran padat , adalah perbandingan anatara berat
butiran padat (Ws) dengan volume butiran padat (Vs).
Berat spesifik atau berat jenis (specific grafity)tanah (Gs),
adalah perbandingan anatara berat volume butiran padat , dengan berat
volume air , pada temperature 4 C
Gs =
Gs tidak berdimensi. Berat jenis dari berbagai jenis tanah
berkisara antara 2,65 sampai 2,75. Nilai berat jenis Gs = 2,67 biasanya
digunakan untuk tanah –tanah tidak berkohesif . sedang untuk tanah
kohesif tak organic berkisar antara 2,68 sampai 2,72.
Hubungan antara angka pori dengan porositas
e = atau n =
1.3. MINERAL LEMPUNG
1.3.1 Susunan Tanah Lempung
Pelapukan tanah akibat reaksi kimia menghasilkan susunan kelompok
partikel berukuran koloid dengan diameter butiran lebih kecil dari
0,002 mm.yang disebut mineral lempung.
Kebanyakan tanah lempung terdiri dari silica tetrahydra dan
almunium oktahidra. Silika dan alumunium secara parsial dapat
digantikan oleh elemen yang lain dalam kesatuannya, keadaan ini dikenal
sebagai substitusi isomorf.
Kaolinite merupakan mineral dari kelompok kaolin, terdiri dari
susnan satu lembar silica tetrahedra dengan satu lembar alumunium
oktahedra dengan satuan susunan setebal 7,2 A. Halloysite hampir sama
dengan kaolinite, tetapi kesatuan yang berurutan lebih acak ikatannya
dan dapat dipisahkan oleh lapisan tunggal molekul air.
Montmorillonite , disebut juga smectite, adalah mineral yanag
dibentuk oleh dua lembar silica dan satu lembar alumunium (gibbsite).
Tanah-tanah yang mengandung montmorillonite sangat mudah mengembang
oleh tambahan kadar air. Tekanan pengembangannya yang dihasilkan dapat
merusak struktur ringan dan perkerasan jalan raya.
Illite adalah bentuk mineral lempung yang teriri dari mineral-
mineral kelompok illite. Bentuk susunan dasarnya terdiri dari sebuah
lembaran alumunium oktahedra yang terikat diantara dua lembaran silica
tetrahdra.
1.3.2 Pengaruh Air pada Tanah Lempung
Air biasanya tidak banyak mempengaruhi kelakuan tanah non kohesif
(granular), Sebagai contoh: kuat geser tanah pasir mendekati sama pada
kondisi kering maupun jenuh air. Tetapi, jika air berada pada lapisan
pasir yang tidak padat, beban dinamis seperti gempa bumi dan getaran
lainya sangat mempengaruhi kuat gesernya.
Terdapat 3 mekanisme yang menyababkan molekul air dipolar dapat
ditarik oleh permukaan partikel lempung secara elektrik :
1. Tarikan antara permukaan bermuatan negative dari partikel lempung
dengan ujung positif dari polar.
2. Tarikan antara kation-kation dalam lapisan ganda dengan muatan
negative dari ujung polar. Kation-kation ini tertarik oleh permukaan
partikel lempung yang bermuatan negative.
3. Andil atom-atom hydrogen dalam molekul air, yaitu dengan ikatan
hydrogen antara oksigen dalam partikel lempung dan atom oksigen
dalam molekul-molekul air.
Air yang tertarik secara elektris, yang berada disekitar partikel
lempung, disebut air lapisan ganda (Double-layer water). Sifat plastis
tanah lempung adalah akibat ekstensi dari lapisan ganda. Air lapisan
ganda pada bagian paling dalam yang sangat kuat melekat pada partikel
lempung , disebut air serapan (absorbed water).Partikel tanah yang
disusun oleh mineral lempung akan sangat dipengaruhi oleh besarnya
jaringan muatan negative pada mineral, tipe, konsentrasi, dan
distribusi kation-kation yang berfungsi untuk mengimbangkan muatannya.
1.4. SUSUNAN TANAH GRANULER
Butiran tanah ang dapat mengendap pada suatu larutan suspensi
secara individu, tak bergantung pada pada butiran yang lain akan berupa
susunan tunggal. Sebagai contoh tanah pasir, kerkil, atau beberapa
campuran pasir dan lanau. Kerafatan relative sangat berpengaruh pada
sifat-sifat teknis tanah granuler.
1.5. ANALISIS UKURAN BUTIRAN
Sifat-sifat tanah sangat bergantung pada ukuran butiannya. Besarnya
butiran dijadikan dasar untuk pemberian nama dan klasifikasi tanah.
Oleh karma itu, analisis butiran ini merupakan pengujian yang sangat
sering dilakukan.
Analisis ukuran butiran tanah adalah adalah penentuan persentase
berat butiran pada suatu unit saringan, dengan ukuran diameter lubang
tertentu.
a. Tanah Berbutir Kasar
b. Tanah berbutir Halus
Distribusi ukuran butiran tanah berbutir halus atau bagian
berbutir kasar dari tanah,dapat ditentukan denagan cara sedimentasi.
Metode ini didasarkan pada hokum Stokes,yang berkenaan dengan kecepatan
mengendap butiran pada larutan suspensi.
Menurut Stokes, kecepatan mengendap butiran dapat ditentukan dari
persamaan :
v =
Dengan :
1.6. BATAS CAIR (LIQUID LIMIT)
Batas cair (LL),didefiisikan sebagai kadar air tanah pada batas
antara keadan cair dan keadan plastis, yaitu baas atas dari daerah
plastis , Batas cair biasanya ditentukan dari uji Casagrand test
(1948).
1.6.1. Batas Plastis (Plastic Limit)
Batas plastis (PL), didefinisikan sebagai kadar air pada kedudukan
antara daerah plastis dan semi padat, yaitu persentase kadar air dimana
tanah dengan diameter selinder 3,2 mm mulai retak-retak ketika
digulung.
1.6.2. Batas Susut (Shringkage Limit)
Batas susut (SL), didefinisikan sebagai kadar air pada kedudukan
antara daerah semi padat dan padat, yaitu persentase kadar airdimana
pengurangan kadar air selanjutnya tidak mengakibatkan perubahan volume
tanah. Percobaan batas susut dilaksanakan dalam laboratorium dengan
cawan porselin diameter 44,4 mm dengan tinggi 12,7 mm. Bagian dalam
cawan dilapisi dengan pelumas dan diisi dengan tanah jenuh sempurna .
Kemudian dikeringkan dalam oven, volume ditentukan dengan
mencelupkannya dengan air raksa .
Batas susut dinyatakan dalam persaman :
SL = { }100%
Dengan :
m1 = Berat tanah basah dalam cawan percobaan (g)
m2 = Bert tanah kering dalam oven (g)
v1 = Volume tanah basah dalam cawan (cm)
v2 = Volume tanah kering dalmam oven (cm)
= Berat volume air (g/cm)
Hubungan variasi kadar dan volume total tanah pada kedudukan
batas cair, batas plastis dan batas susut. Batas-batas atterberg
sanagat berguna untuk identifikasi dan klasifikasi tanah. Batas-batas
ini sering digunakan secara langsung dalam spesifikasi, guna mengontrol
tanah yang akan digunakan untuk membangun stuktur urugan tanah.
1.6.3 Indeks Plastisitas (Plasticity Indeks)
Indeks plastisitas (PI),adalah selisih batas cair dan batas
plastis.
PI = LL – PL
Indeks plastisitas (PI) merupakan interval kadar air dimana tanah
masih bersifat plastis. Karena itu, indeks plastisitas menunjukkan
sifat keplastisan tanah. Jika tanah mempunyai (PI) tinggi, maka tanah
mengandung banyak butiran lempung dan jika tanah mepunyai (PI), rendah
,seperti lanau , sedikit penurangan kadar air berakibat tanah menjadi
kering.
1.6.4 Indeks Cair (Liquidity Indeks)
Kadar air tanah asli relative pada kedudukan plastis dan cair
dapat didefinisikan oleh indeks cair (liquidity indeks),LI, dan
dinyatakan menurut persamaan :
LI =
Dengan :
Wn = Kadar air dilapangan
Jika Wn = LL, maka LI = 1,sedangkam jika Wn = PL ,maka LI = 0.
Jadi untuk lapisan tanah asli yang didalam kedudukan plastis . nilai LL
>Wn > PL.Jika kadar air bertambah dari PL menuju LL ,maka LI bertambah
dari 0 sampai 1. lapisan tanah asli dengan wN > LI ,akan mempunyai LL >
1. Tapi jika wN kurang dari PL ,LI akan negative.
1.7. AKTIVITAS
Ketebalan air mengelilingi butiran tanah lempung tergantung dari
macam mineralnya. Jadi, dapat diharapkan plastisitas tanah lempung
tergantung dari :
1. Sifat mineral lempung yang ada paeda butiran
2. Jumlah mineralnya
Bila ukuran butiran semakin kecil, maka luas permukaan butiran
semakin besar. Pada konsep Atterberg,jumlah air yang tertarik oleh
permukaan partikel tanah akan bergantung pada jumlah partikel lempung
yang ada didalam tanah. Berdasarkan alasan ini , Skempton
(1953)mendeifinisikan aktivitas sebagai perbandingan antara indeks
plastisitas dengan persen fraksi ukuran lempung (yaitu persen dari
berat butiran yang lebih kecil dari 0,002 mm atau 2 m).
1.8. KLASIFIKASI TANAH
Hasil penyelidikan sifat-sifat ini kemudian dapat digunakan untuk
mengevaluasi masalah-masalh tertentu seperti :
1. Penentuan penurunan bangunan, yaitu dengan menentukan
kompresibilitas tanah. Drai sini , selanjutnya digunakan dalam
persamaan penurunan berdasarkan pada teori konsolidasi, misalnya
teori terzaqhi
2. Penentuan kecepatan air yang mengalir lewat benda uji guna
menghitung koefisien permeabilitas, dari sini kemudian dihubungkan
dengan hokum DarCy dan jarring arus (flow net),untuk menentukan
debit aliran yang lewat pada struktur tanah.
3. Untuk mengevaluasi stabiitas tanah yang miring , yaitu dengan
menentukan kuat gaser tanah, dari sini kemudian disubtitusikan dalam
rumus statiska (Stabilitas lereng).
Klasifikasi tanah sangat membantu perancang dalam memberikan
pengarahan melalui cara empiris yang tersedia dari hasil pengalaman
yang telah lalu. Tetapi, perancang harus berhati-hati dalam
penerapannya, karena penyesuaian stabilitas , kompresi (penurunan),
aliran air yang didasarkan pada klasifikasi tanah sering menimbulkan
kesalahan.
Umumnya klasifikasi tanah didasarkan atas ukuran partikel yang
diperoleh dari analisis saringan dan uji sedimentasi kemudian juga
plastisitas. Terdapat dua system klasifikasi yang sering digunakan,
yaitu Unifield Soil Clasification Sistem dan AASHTO (American Assoction
Of State Highway And Transfortation Officials). Sistem-sistem ini
mnggunakan sifat-sifat indeks tanah yang sederhana seperti distribusi
ukuran butiran , batas air cair dan indeks plastisitas.
1.8.1 Sistem Klasifikasi Unifield
Pada system unifield, tanah diklasifikasikan kedalam tanah
berbutir kasar (kerikil dan pasir), jika kurang dari 50 % lolos
saringan nomor 200, dan sebagai tanah berbutir halus (lanau/lempung),
jika lebih dari 50% lolos saringan nomor 200.
Selanjutnya , tanah diklasifikasikan dalam sejumlah kelompok atau
sub kelompok. Simbol-simbol yang dapat digunakan :
G = Kerikil (gravel)
S = Pasir (Sand)
C = Lempung (Clay)
M = Lanau (Silt)
O = Lanau atau lempung organik (Organik Silt Or Clay)
Pt = Tanah gambut dan tanah organic tinggi (Peat And Highly
Organiks Soil)
W = Gradasi baik (Well-Graded)
P = Gradasi buruk (Poorly-Graded)
H = Plastisitas tinggi (High-Plasticity)
L = Plastisitas rendah (Low-Plastisitas)
1.8.2 Sistem Klasifikasi AASHTO
Sistem klasifkasi AASHTO (American Association Of State Highway
And Transportation) Berguna untuk menentukan kwalitas tanah untuk
perencanaan timbunan jalan, Subbase dan Subgrade.
Sistem klasifikasi AASTHO membagi tanah kedalam 8 kelompok , A-1
sampai A-8 termasuk sub-sub kelompok. Tanah-tanah dalam tiap
kelompoknya dievaluasi terhadap indeks kelompoknya yang dihitung dengan
rumus-rumus empiris. Pengujian yang digunakan adalah analisis saringan
batas-batas Atterberg.
Indeks kelompok (Group indeks)(GI) Digunakan untuk mengevaluasi
lebih lanjut tanah-tanah dalam kelompoknya. Indeks kelompok dihitung
dengan persamaan :
GI = (F-35)[0,2 + 0,005)(LL-40)]+0,01 (F-15)(PI-10)
Dengan:
GI = Indeks kelompok (group indeks)
F = Persen butiran lolos saringan no.200(0,75 mm)
LL = Batas cair
Pi = Indeks plastisitas
-----------------------
Dengan :
v = Kecepatan, sama dengan jarak/waktu ( I/t)
= Berat volume Air (g/cm)
= Berat volume butiran padat (g/cm)
= Kekentalan air absolute (g.det/cm)
D = Diameter butiran tanah (mm)
-----------------------
Prodi Teknik Sipil
Sekolah Tinggi Teknologi Unggulan Swarnadwipa
Kabupaten Kuantan Singingi - Riau
