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).
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
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 (%) = 100 Ws Ww
Porositas (n), adalah perbandingan antara volume rongga (Vv) dengan volume total (V).Nilai n dapat dinyatakan dalam persen atau decimal
n = V Vv
Angka pori (e), didefinisikan sebagai perbandingan antara volume rongga (Vv)dengan volume butiran (Vs), Biasanya juga dinyatakan denan desimal
e = Vs Vv
Berat vuolume lembab atau basah, adalah perbandingan antara berat butiran tanah termasuk air dan udara (W), dengan volume total tanah (V).
V
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 =ws
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 =
n n
1 atau n = e
e 1
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.
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.
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 = Kecepatan, sama dengan jarak/waktu ( I/t) w
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 = {
m2 = Bert tanah kering dalam oven (g)
v1 = Volume tanah basah dalam cawan (cm3)
v2 = Volume tanah kering dalmam oven (cm3) w
= Berat volume air (g/cm3)
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 = wNLL PLPLwNPI PL
Dengan :
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
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)
Pt = Tanah gambut dan tanah organic tinggi (Peat And Highly OrganiksSoil)
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
