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 =
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 :
|
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 :
 |
| Add caption |
SL = { }
100%
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).
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
Tidak ada komentar:
Posting Komentar