Bab 1 Sifat-Sifat Umum Tanah [PDF]

Citation preview

Sifat-Sifat Umum Tanah



BAB I SIFAT-SIFAT UMUM TANAH



1.



PENGANTAR Pengertian tanah dimaksudkan sebagai kumpulan dari mineral, bahan organik dan endapan-endapan yang relatip lepas di pemukaan bumi yang mencakup semua bahan mulai dari tanah lempung sampai dengan batu-batu yang besar, kecuali batuan tetap. Secara umum jenis tanah digolongkan dalam ; batu kerikil & pasir, lempung dan lanau yang sifat-sifatnya meliputi sifat kohesif, plastisitas dan kepadatannya.



2. TUJUAN INSTRUKSIONAL UMUM Setelah mempelajari Bab ini, diharapkan dapat memahami dan mengetahui sifat-sifat umum tanah untuk berbagai keperluan, terutama dalam pemecahan masalah-masalah di lapangan dan untuk perencanaan struktur baik dibawah maupun diatas permukaan tanah. 3. TUJUAN INSTRUKSIONAL KHUSUS Setelah mempelajari materi ini, taruna akan dapat :



•



Memahami dan mengetahui sifat-sifat umum tanah.



•



Memahami hubungan antara parameter-perameter tanah.



•



Mengetahui batas nilai masing-masing parameter tanah.



•



Memahami dan mengetahui analisis ukuran butiran tanah dan batasanbatasannya.



Mekanika Tanah



I-1



Sifat-Sifat Umum Tanah



4. URAIAN MATERI POKOK 4.1PENDAHULUAN Istilah tanah dalam bidang Mekanika Tanah mencakup semua bahan dari tanah lempung (clay) sampai dengan batuan (gravel) .Secara umum tanah terdiri dari tiga bahan yaitu tanahnya sendiri, air dan udara yang terdapat dalam ruangan (disebut pori/void ) antara butir-butir tersebut. Apabila tanah sudah benar-benar kering maka tidak akan ada air sama sekali dalam porinya. Sebaliknya



sering



ditemukan



keadaan



dimana



pori



tanah



tidak



mengandung udara sama sekali, jadi pori tersebut menjadi penuh terisi air. Dalam hal ini tanah dikatakan jenuh air (fully saturated) Menurut sifatnya, tanah dapat digolongkan sebagai beriku :



1) Batu Kerikil dan Pasir . Golongan Batu Kerikil dan Pasir dikenal sebagai kelas bahan-bahan yang berbutir kasar atau bahan-bahan tidak cohesive. Golongan ini terdiri dari pecaha-pecahan batu dengan berbagai ukuran dan bentuk. Butir-butir Batu Kerikil biasanya terdiri dari pecahan-pecahan batu, tetapi mungkin pula terdiri dari satu macam zat mineral tertentu, misalnya kwartz atau flint. Butir-butir pasir hampir selalu terdiri dari satu macam zat mineral, terutama kwartz. Dalam beberapa hal mungkin hanya terdapat butir-butir dari satu ukuran saja, dalam hal ini bahan tersebut dikatakan “gradasi seragam” Apabila menunjukkan ukuran-ukuran butir yang mencakup seluruh daerah ukuran, dari ukuran batu besar sampai ke ukuran pasir halus, dalam hal ini bahan tersebut dikatakan ber “gradasi baik”



Mekanika Tanah



I-2



Sifat-Sifat Umum Tanah



2) Lempung Lempung terdiri dari butir-butir yang sangat kecil dan menunjukkan sifat-sifat plastisitas dan Cohesi. Cohesi menunjukkan keadaan dimana bagian-bagian butir itu melekat satu



sama



lainnya,



sedangkan



plastisitas



adalah



sifat



yang



memungkinkan bentuk bahan itu dapat dirubah-rubah tanpa perubahan isi atau tanpa kembali ke bentuk aslinya, dan tanpa terjadi retakanretakan atau terpecah-pecah.



3) Lanau . Lanau adalah suatu deposit yang relatif uniform, merupakan peralihan antara lempung dan pasir halus. Bahan ini kurang plastis dan lebih mudah ditembus air dari pada lempung serta memperlihatkan sifat dilatansi yang tidak terdapat pada lempung. Dilatansi ini menunjukkan gejala perubahan isi apabila lanau itu dirubah bentuknya. Demikian pula lanau akan menunjukkan gejala untuk menjadi “quick” (hidup) apabila diguncang atau digetarkan.Tanah ini mempunyai permeabilitas vertikal yang tinggi tetapi permeabilitas horisontalnya rendah dan menjadi sangat kompresibel apabila jenuh. Karena itu untuk suatu pembangunan diatas tanah lanau agar tidak terjadi penurunan yang besar setelah bangunan selesai, maka terlebih dahulu tanah ini dibasahi sebelum pembangunan dimulai. Pengetahuan Mekanika Tanah sangat berguna untuk memecahkan masalah-masalah sebagai berikut : a. Perencanaan Pondasi dan Konstruksi



Mekanika Tanah



I-3



Sifat-Sifat Umum Tanah



Pondasi merupakan elemen penting pada segala struktur seperti terowongan, bangunan, jembatan, bendungan dan lain-lain, sehingga perlu diketahui : -



daya dukung tanah,



-



pola distribusi



tegangan didalam tanah



yang berada dibawah



lokasi pembebanan -



kemungkinan penurunan pondasi,



-



pengaruh air tanah,



-



pengaruh getaran dan lain-lain.



Jenis pondasi seperti pondasi tapak, pondasi tiang, pondasi sumuran dan lain-lain sangat tergantung pada jenis lapisan tanah, besarnya beban dan kondisi air tanah. Pengetahuan tentang penyusutan dan pemuaian tanah dibawah pondasi juga merupakan hal yang sangat penting.



b.



Perencanaan Permukaan Jalan (pavement design) Permukaan jalan dapat berupa perkerasan fleksibel atau perkerasan kaku (flexible and rigid) dan itu tergantung pada lapisan tanah yang berada dibawahnya. Yang dimaksud dengan perkerasan fleksibel adalah lapisan bitumen (aspal) dan perkerasan kaku adalah lapisan beton. Tebal perkerasan tergantung juga pada karakteristik lapisan tanah yang berada dibawahnya yang harus ditentukan sebelum perencanaan. Pada permukaan jalan yang sering menerima beban kendaraan, maka pengaruh dari beban hidup yang berulang dan faktor kelelahan harus diperhitungkan. c.Perencanaan struktur dibawah tanah seperti terowongan, basement, jaringan pipa, drainase dan dinding penahan tanah sangat memerlukan Mekanika Tanah sebagai dasar perencanaan.



Mekanika Tanah



I-4



Sifat-Sifat Umum Tanah



d.Perencanaan berem (embankment) dan penggalian (excavation). Jika permukaan lapisan tanah tidak horizontal maka berat tanah yang berada dilapisan atas akan bergerak kebawah dan akan mengganggu stabilitas lapisan tanah tersebut. Pengetahuan tentang gaya geser dan sifat-sifat tanah sangat penting untuk perencanaan kemiringan (slope) dari berm (embankment) atau kedalaman dari galian. Biasanya untuk menjaga jangan sampai suatu tebing mengalami kelongsoran, maka air tanah pada lapisan tebing tersebut dialirkan melalui pipa-pipa drainase. Dan untuk menjaga dinding tanah setelah penggalian maka dipasang sheet piles sepanjang dinding tanah.



e. Perencanaan bendungan tanah (earth dam) Karena tanah merupakan material utama untuk pengurugan dari suatu bendungan tanah, maka sifat-sifat yang perlu diketahui adalah : density; plastisitas; specific gravity; konsolidasi; kompaksi; kekuatan geser tanah. Penentuan kadar air optimum pada kepadatan (density) maksmum merupakan aspek utama dalam perencanaan bendungan tanah.



4.2



DEFINISI DAN HUBUNGAN ANTARA PARAMETER TANAH Segumpal tanah dapat terdiri dari dua atau tiga bagian yaitu : a.



Dalam tanah yang kering, hanya akan terdiri dari dua bagian,



yaitu butir-butir tanah dan pori-pori udara. b.



Dalam tanah yang jenuh, juga terdapat dua bagian, yaitu



bagian padat atau butiran dan air pori.



Mekanika Tanah



I-5



Sifat-Sifat Umum Tanah



c.Dalam tanah yang tidak jenuh, tanah terdiri dari tiga bagian, yaitu bagian padat (butiran), pori-pori udara, dan air pori. Bagian-bagian tanah dapat digambarkan dalam bentuk diagram fase, seperti ditunjukkan Gambar 1.1 Dari gambar tersebut dapat dibentuk persamaan : W = Ws + Ww dan



V = Vs + Vw + Va Vv = Vw + Va



Dengan :



Ws = berat butiran padat Ww = berat air Vs = volume butiran padat Vw = volume air Va = volume udara Vv = volume pori



Berat



Isi (volume)



Berat



Isi (volume)



Wa = 0



udara



Va



Ww



air



Vw



Vv (W)



(V) Ws



butiran tanah



Vs



Gambar 1.1 Diagram fase tanah



Mekanika Tanah



I-6



Sifat-Sifat Umum Tanah



Definisi dan istilah-istilah yang dipakai untuk menyatakan berat isi, banyaknya pori, serta jumlah air dan udara dalam tanah seperti pada tabel berikut :



Sifat



Persamaan



Definisi



Berat Isi Basah



γb =



W V



Perbandingan antara berat tanah seluruhnya dengan isi tanah seluruhnya



Berat Isi Butir



γs =



WS VS



Perbandingan antara berat butir dengan isi butir



Berat Isi Air



γw =



WW VW



Perbandingan antara berat air dengan isi air



Berat Isi Kering



γd =



WS V



Perbandingan antara berat butir dengan isi tanah seluruhnya



Kadar Air



w =



WW x 100 WS



Perbandingan antara berat air dengan berat buitr tanah (dalam persen)



Angka Pori



e =



VV VS



Perbandingan antara isi pori dengan isi butir tanah (dalam desimal)



Porositas



n =



VV V



Perbandingan antara isi pori dengan isi tanah seluruhnya (dalam persen atau desimal)



Berat Jenis



GS = γ s /γ w



Mekanika Tanah



Perbandingan antara berat isi butir tanah dengan berat isi air (tidak berdimensi)



I-7



Sifat-Sifat Umum Tanah



Adapun satuan dan nilainya yang biasa untuk berat isi, kadar air dan sebagainya adalah sebagai berikut :



Berat Isi



tanah ditentukan dalam gm/cm3 ( sama dengan ton/m3 ).



Nilai paling biasa adalah dari 1,6 sampai 2,0 kg/cm3 .



Berat Isi Kering



ditentukan dengan satuan yang sama gm/cm3



.



Nilainya berkisar dari sekitar 0,6 sampai 2,4.



Kadar Air tanah dinyatakan dalam persen dan nilainya berkisar antara 0 % sampai 200 atau 300 %. Pada tanah dalam keadaan aslinya biasanya dari 15 % sampai 100 %



Angka pori



tanah dinyatakan sebagai bilangan saja. Nilainya dapat



berkisar dari 0,3 sampai lebih dari 3,0.



Derajat kejenuhan (S), adalah perbandingan antara isi air (VW) dengan total isi pori (Vv). Biasanya dinyatakan dalam persen.



S(%) =



VW VV



x 100



Nilainya berkisar antara 0 % sampai 100 %. Tanah asli dilapangan luas mempunyai derajat kejenuhan lebih dari 90 %. Bila tanah dalam keadaan jenuh air, maka



S = 1. Pada Tabel



1.1



menunjukkan berbagai macam derajat kejenuhan tanah untuk maksud klasifikasi.



Berat jenis tanah (GS)



tidak berdimensi. Berat jenis dari berbagai jenis



tanah berkisar antara 2,65 sampai 2,75. Nilai-nilai berat jenis dari berbagai jenis tanah seperti dalam Tabel 1.2



Mekanika Tanah



I-8



Sifat-Sifat Umum Tanah



Tabel 1.1 Derajat kejenuhan dan kondisi tanah Keadaan Tanah



Derajat kejenuhan S



Tanah kering



0



Tanah agak lembab



> 0 – 0,25



Tanah lembab



0,26 – 0,50



Tanah sangat lembab



0,51 – 0,75



Tanah basah



0,76 – 0,99



Tanah jenuh air



1



Tabel 1.2 Berat Jenis Tanah



Macam Tanah



Berat Jenis (GS)



Kerikil



2,65 – 2,68



Pasir



2,65 – 2,68



Lanau anorganik



2,62 – 2,68



Lempung organic



2,58 – 2,65



Lempung anorganik



2,68 – 2,75



Humus



1,37



Gambut



1,25 – 1,80



Contoh Soal 1.1



Mekanika Tanah



I-9



Sifat-Sifat Umum Tanah



Pada kondisi dilapangan, tanah mempunyai volume (isi) 10 cm3 dan berat basah 18 gram. Berat tanah kering oven adalah 16 gram. Jika berat jenis tanah Gs = 2,71. Hitung : Kadar Air, Berat volume basah, Berat volume kering, Angka pori, Porositas, dan Derajat kejenuhan (dianggap berat volume air 1 g/cm3)



Penyelesaian



:



a. Kadar Air : w =



Ww W − WS 18 − 16 = = = 12,5 % WS WS 16



b. Berat volume basah γ b =



W = 18/10 = 1,80 g/cm3 V



c. Berat volume kering γ d =



WS = 16/10 = 1,60 g/cm3 V



d. Angka pori e =



VV VS VS =



WS 16 = = 5,90 cm3 G S YW 2,71x1



VV = V - VS = 10 – 5,90 = 4,10 cm3 e = 4,10/5,90 = 0,69 e. Porositas : n =



0,69 e = = 0,41 1 + 0,69 1+ e



f. Derajat kejenuhan : S =



Mekanika Tanah



VW VV



I-10



Sifat-Sifat Umum Tanah



Vw =



WW = ( 18 – 16 )/1 = 2 cm3 YW



Jadi S = 2/4,10 = 0,49 = 49 %



4.3 UKURAN BUTIRAN TANAH Sifat-sifat dari suatu macam tanah tertentu



banyak tergantung kepada



ukuran butirannya. Karena itu pengukuran besarnya butir tanah merupakan suatu percobaan yang sering dilakukan dalam bidang Mekanika Tanah. Besarnya butir juga merupakan dasar untuk menyatakan klasifikasi tanah atau pemberian nama kepada macam-macam tanah tertentu.. Dengan demikian, analisis tentang butiran merupakan pengujian yang sangat sering dilakukan. Analisis ukuran butiran tanah adalah penentuan persentase berat butiran yang tertinggal pada satu unit seringan, dengan ukuran diameter lubang tertentu. 1) Tanah Berbutir Kasar Distribusi ukuran butir untuk tanah berbutir kasar dapat ditentukan dengan cara menyaring. (lihat ukuran dan nomor saringan tabel 1.3) Caranya, tanah benda uji disaring lewat satu unit saringan standar. Berat tanah yang tertinggal pada masing-masing saringan ditimbang, lalu persentase terhadap berat kumulatif tanah dihitung. Adapun besarnya butir tanah biasanya digambarkan pada suatu grafik, yaitu grafik lengkung gradasi atau grafik lengkungan pembagian butir (particle size distribution curve), sebagaimana terlihat pada Gambar



Mekanika Tanah



I-11



Sifat-Sifat Umum Tanah



1.2.



Juga pada gambar ini dapat dilihat besarnya butir yang



merupakan batas antara kerikil dan pasir, pasir dan lanau, dan sebagainya.



Mekanika Tanah



I-12



Sifat-Sifat Umum Tanah



Gambar 1.2 Grafik Pembagian Ukuran Butir



Mekanika Tanah



I-13



Sifat-Sifat Umum Tanah



Contoh nomor-nomor saringan dan diameter lubang saringan dari standar Amerika dapat dilihat dalam Tabel 1.3



Tabel 1.3 Saringan Standar Amerika



No.



Diameter lubang mm



No. Saringan



Diameter lubang mm



3



6,35



40



0,42



4



4,75



50



0,30



6



3,35



60



0,25



8



2,36



70



0,21



10



2,00



100



0,15



16



1,18



140



0,106



20



0,85



200



0,075



30



0,60



270



0,053



Saringan



2) Tanah Berbutir Halus Distribusi ukuran butir tanah berbutir halus atau sebagian bebutir halus dari tanah berbutir kasar, dapat ditentukan dengan cara sedimentasi atau pengendapan. Disebut juga analisa basah atau percobaan hidrometer. Caranya, tanah dicampur dengan air (biasanya sebanyak 1000 cc) dan diaduk dalam suatu tabung hidrometer dan dibiarkan tabung berdiri supaya butir-butir tanah mengendap, kemudian dilakukan analisa saat pengendapan berlangsung.



Mekanika Tanah



I-14



Sifat-Sifat Umum Tanah



4.4



BATAS-BATAS ATTERBERG Suatu hal yang penting pada tanah yang berbutir halus adalah sifat plastisitasnya. Plastisitas disebabkan oleh adanya partikel mineral lempung dalam tanah. Istilah plastisitas menggambarkan kemampuan tanah dalam menyesuaikan perubahan bentuk pada volume yang konstan tanpa retakretak atau remuk. Suatu contoh tanah berbutir halus (lempung atau lanau) yang telah dicampur air sehingga menjadi cair. Kemudian campuran ini diperbolehkan menjadi kering lagi sedikit demi sedikit, maka tanah ini akan melalui beberapa keadaan tertentu dari keadaan cair sampai ke keadaan beku. Kedua angka yang paling penting ialah batas cair dan batas plastis (disebut



batas-batas Atterberg). Pengukuran batas-batas ini dilakukan secara rutin untuk sebagian besar penyelidikan-penyelidikan yang meliputi tanah yang berbutir halus. Karena batas-batas ini tidak merupakan sifat-sifat fisika yang jelas , maka dipakai cara empiris untuk menentukannya. Keadaan-keadaan ini, dengan istilah-istilah yang dipakai untuk perbatasan antaranya adalah sebagaimana digambarkan dibawah ini : Basah -------------------- → makin kering ------------------- → Kering Keadaan Cair



Keadaan Plastis



Keadaan semi plastis



Keadaan Beku



(Liquid)



(Plastic)



(Semi-Plastic)



(Solid)



↓



↓



↓



Batas Cair



Batas Plastis



Batas Pengerutan



(Liquid Limit)



(Plastic Limit)



(Shrinkage Limit)



Penentuan batas-batas Atterberg dilakukan melalui percobaan dengan menggunakan alat batas cair seperti pada Gambar 1.3



Mekanika Tanah



I-15



Sifat-Sifat Umum Tanah



Kegunaan Batas- batas Atterberg. Batas cair dan



batas plastis tidak secara langsung memberi angka-angka



yang dapat dipakai dalam perhitungan (design). Batas Atterberg ini adalah suatu gambaran secara garis besar, sifat-sifat tanah yang bersangkutan. Tanah yang batas cairnya tinggi biasanya mempunyai



sifat teknik yang



buruk, yaitu kekuatannya rendah, “compressibility”nya tinggi, dan sulit memadatkannya untuk pembuatan jalan misalnya. Untuk macam-macam tanah tertentu Batas-batas Atterbergnya dapat dihubungkan secara empiris dengan sifat-sifat lainnya, misalnya dengan kekuatan geser dan sebagainya. Index plastis biasanya dipakai sebagai salah satu syarat untuk bahan yang akan dipakai untuk pembuatan jalan.



Gambar 1.3 Percobaan Batas Cair



Mekanika Tanah



I-16