I. SIFAT SIFAT UMUM TANAH

(1)

I. SIFAT – SIFAT UMUM TANAH

BUTIR TANAH

Tanah dapat terdiri dari beberapa bagian. Tanah yang kering terdiri dari padat atau butiran dan pori-pori rongga udara, tanah kenyang air atau jenuh terdiri dari padat atau butiran dan air pori dan tanah basah (tidak jenuh) terdiri dari tiga bagian yaitu bagian padat atau butiran, pori-pori udara dan air pori-pori.

Vs = Volume bahan padat (volume butiran) Vv = Volume pori (void)

Vw = Volume air Va = Volume udara V = Volume total Ws = berat bahan padat Ww = berat air

Wa = berat udara (dianggap = 0)

Rongga : 1. Udara penuh 2. Udara + air 3. air penuh air solid kenyang air udara solid kering udara air solid basah V Vv Vs Va Vw Wa Ww Ws W pori

pori berisi air

(2)

Hubungan antara Komponen Tanah

1. Berat jenis tanah (G) & berat volume bahan butiran (γγγγ)

Berat jenis bahan : perbandingan antara berat bahan dengan berat air pada volume yang sama s w s V W G

γ

. =

Berat volume bahan butiran (γs) : perbandingan antara berat & volume s s V W s =

γ

Satuan : 3 3

,

volume

berat

cm

gr

l

kg

m

t

=

2. Angka pori (e) & kadar pori (n)

Angka pori : perbandingan antara volume pori dengan volume bahan padat 1 0 − = nilai e antara Vs Vv e

Kadar pori (porosity = n)

Kadar pori : perbandingan antara pori dengan volume seluruh tanah % % 100 dalam x V Vv n = →

3. Derajat kenyang air (S)

Perbandingan antara volume air dengan volume pori Dalam desimal atau %

Vv Vw S =

Kering, S = 0

Berat jenis pasir = 2,65 Berat jenis lempung = 2,5 – 2,9

γd

w

(3)

4. Kadar air tanah (w)

Perbandingan antara berat air dengan berat butir Dalam % % 100 x Ws Ww w =

5. Berat Volume Tanah (γ)

Secara umum, berat volume tanah adalah perbandingan antara berat tanah total (termasuk butiran dan air) dengan volume total tanah (termasuk udara, air & tanah). Secara umum :

V W

=

γ Hal –hal khusus tentang γ

a. berat volume basah : perbandingan antara berat butiran tanah termasuk air dan udara (W) dengan volume total tanah (V)

V W b = γ

b. berat volume kering : perbandingan antara berat tanah dalam keadaan kering (berat butiran tanah) dengan seluruh volume tanah

V Ws k = γ

γk digunakan untuk ukuran kepadatan tanah (dry density) c. berat volume kenyang air (γsat)

d. berat volume terendam (γ’)

Hubungan Antar Parameter

1. Hubungan antar angka pori (e) dengan kadar pori (n) Keduanya dapat menunjukkan kepadatan tanah

(4)

Dalam praktek; e = (0,35 – 1) n = (26 – 50 ) % e = (0,67 – 1) n = (40 – 60 ) %

2. Hubungan antara berat basah (W) dengan berat kering (Wk) Jika tanah mempunyai kadar air sebesar w

Berat tanah basah : W = Ws + Ww

Bila tanah dikeringkan (air diuapkan) ⇒ Ww = 0 ; berarti beratnya menjadi W = Wk = Ws 1 1 = − − = − = = Wk W Ws W Ws Ws W Ws Ww w maka w Wk W ₌ ₊ 1 W = Wk (1 + w) w W Wk w Wk W + = + = 1 ) 1 ( w b k + = 1 γ γ Contoh: Tanah beratnya W = 10 kg Kadar air w = 25 %

Berapa berat tanah jika dikeringkan ? kg w W Wk 8 25 , 0 1 10 1 + = + = = e e n Vs Vv Vs Vv Vv Vs Vv V Vv n n n e V Vv V Vv Vv V Vv Vs Vv e + = ⇒ + = + = = − = ⇒ − = − = = 1 1 1 1 untuk lempung untuk pasir

(5)

3. Hubungan antara berat jenis, angka pori, kadar air dan derajat kenyang air (G,e,w,S) w e G w Vv Vw S γ . . = =

Maka hubungan antara G, e, w, S adalah

Pada keadaan kenyang air S = 1 ;

4. Hubungan antara berat volume basah (γb), berat volume kering (γk), dan kadar air (w)

w w b k k b + = + = 1 ) 1 (

γ

5. Hubungan antara γ, G, e, pada kondisi kering, basah, kenyang air & terendam a. Berat volume kering

Dari rumus V Ws V Wk k = =

γ

maka e G k + = 1

γ

dan gambar butir tanah

k w Ws V Ws Ww Ws Ws V Ww Ws V W

γ

1 1 + = + = + = = G .w = e . S. γw γw = 1 G .w = e . S. G .w = e

Diambil volume bahan padat Vs = 1 → Vv = e. (e = Vs Vv ) V = 1 + e → Vs + w Ws = G . 1 = G Ww = w . Ws = w . G Vw = w G w

γ

. udara air padat w G W γ . e Vs = 1 1 + e n G G

(6)

b. Berat volume basah dengan kadar air w w e G w b k k k b + = + = + = 1 1 ) 1 (

γ

⇒ w w G G w e G + + = + + = 1 . ) 1 ( 1

γ

e S w G e Gw G . . 1 = + + =

γ

e e S G + + = 1 .

γ

c. Berat volume tanah kenyang air ( γsaturated) Pada kondisi kenyang air ⇒ S = 1

e e S G + + = 1 .

γ

e e G sat ₊ + = 1

γ

d. Berat volume tanah terendam (tanah dalam air)

Berat butir-butir tanah beratnya berkurang sebesar berat air yang dipindahkan Maka berat butir-butirnya : W’ = Ws + Vs . γw

Berat volume tanah dalam air

V Vs Ws V W

γ

_w

γ

' = ' = + .

Dari rumus terdahulu :

e G _w + − = 1 '

γ

Satuan : T/m3 Kg/dm3 Gr/cm3 Catatan : V Vv n Vs Vv e = = ⇒ S = 1 Vv Vs V

rumus-rumus berat volume terhadap n w sat sat e G γ γ γ γ γ γ − = − = + − = ' 1 ' 1 1 '

(7)

Hasil :

Kondisi kering ⇒γ_{k = G ( 1 – n)}

Kondisi basah ⇒ γ = G (1 – n) + S . n Kondisi kenyang air ⇒ γsat = G (1-n) + n

Kondisi terendam ⇒ γ’ = G ( 1 – n) – (1 – n)

CONTOH :

1. Hitung harga dari γk , γsat, γ’ untuk :

a. tanah pasir dengan berat jenis G = 2, 65 dengan angka pori e = 0,35 & e = 1 b. tanah lempung yang mempunyai berat jenis G = 2,70 dengan angka pori

e = 0,67 & e = 1 Jawab :

a. 1. pasir dengan G = 2, 65 dan e = 0,35 3 / 963 , 1 35 , 0 1 65 , 2 1 e gr cm G k = + = + =

γ

22 , 1 1 22 , 2 1 ' gr/cm 220 , 1 35 , 0 1 1 65 , 2 1 1 ' 220 , 2 1 3 = − = − = = + − = + − = = + + = sat sat atau e G e e G

γ

2. dengan cara yang sama pasir ⇒ γk = 1,325

γsat = 1,825 γ’ = 0,825

b. 1. lempung dengan G = 2, 7 dan e = 0,67 γk = 1,617

γsat = 2,,018

γ’ = 1,018

(8)

2. lempung dengan G = 2, 7 dan e = 1,5

γk = 1,08

γsat = 1,68

γ’ = 0,68

2. Suatu tanah lembab, kadar airnya w = 6 %, berat volume γ = 1,88 gr/cm3, G = 2,65 Ditanyakan :

a. berat volume kering; derajat kenyang air; angka pori; dan kadar pori tanah b. seandainya tanah ini menjadi kenyang air berapa kadar airnya

Jawab :

a. berat volume kering 1,77 / 3

1 w gr cm

k = ₊ =

γ

mencari angka pori

50 , 0 1 1 = − = →  + = →  e G e e G e k k

γ

kadar pori 0,33 1+ → = = n e e n mencari S : 33 , 0 . . . = = →  = e w G S S e w G

b. mencari w, bila tanah menjadi kenyang air

kenyang air ⇒ S = 1 ⇒ % 19 19 , 0 . = = = = G e w e w G

3. Suatu sample tanah, keadaannya kenyang air beratnya 102,8 gr. Tanah ini dikeringkan dan beratnya menjadi 73,4 gr. G tanah = 2,741, ditanyakan : w, e, n, γk, & γ ?

(9)

Cara 1: Diagram Blok

Pada kondisi kenyang air : → W1 = Ws + Ww = 102,8 gr Dikeringkan : → W2 = Ws = 73,4 gr

Maka berat air : Ww = 102,8 – 73,4 = 29,4 gr

Volume air : → 3 w cm 29,4 1 Ww γ Ww Vw= = = Volume butir : → 26,79 cm3 741 , 2 4 , 73 G Ws Vs= = = Volume pori : → Vv=Vw= 29,4cm3 Volume tanah total : → ₃

cm 56,19 29,4 26,79 Vw Vs V = + = + =

Dari data tersebut dimasukkan dalam rumus-rumus yang ada : Berat volume mula-mula : 1 ₁_,₈₃_gr/cm3

19 , 56 8 , 102 ₌ = = = V W sat

γ

Berat volume kering : 1,31gr/cm3 19 , 56 4 , 73 ₌ = = V Ws k

γ

Kadar air : 0,4 40% 4 , 73 4 , 29 ₌ ₌ = = Ws Ww w Angka pori : e = Vv = 29,4 =1,1 kenyang air Vv = Vw Vs Ws = W2 Ww = 0 Ww = Vv . γw Ws = Vs . γs = Vs . G kering

(10)

Kadar pori : 0,52 52% 19 , 56 4 , 29 ₌ ₌ = = V Vv n

Cara 2

: Menggunakan rumus yang ada

Kadar air dihitung dengan persamaan : W1 =Wk (1+w) → w = 40% Angka pori dicari dengan kondisi kenyang air (S=1) : G.w= e.S ;→e =1,1

Kadar pori : 52 % 1+ → = = n e e n

Berat volume kering : 1,31

1+ → = = k k e G

_γ

γ

Berat volume mula2 : atau w karena w w

e e G sat k sat = + = + + = (1 ) 1

γ

4. a. Tanah mempunyai BJ = 2,6. Dalam keadaan kenyang air, kadar air 30 %. Hitung Berat volume kering ?

b. Tanah berkadar air 30 %, dengan kadar air ini derajad kenyang airnya 95 %; BJ tanah = 2,6 Berat volume kering ?

Jawab : a. Dicari e dari G . w = e . S ⇒ S = 1 ⇒ e = G . w = 0,78

Maka 1,461 / 3 78 , 1 6 , 2 1 e gr cm G k = ₊ = =

γ

c. Dicari dulu e dari G. w = e . S ⇒

3 / 43 , 1 821 , 0 1 6 , 2 1 821 , 0 95 , 0 3 , 0 . 6 , 2 . cm gr e G S w G e k = + = + = = = =

γ

5. Tanah berkadar air 12 %, berat volume 1,44 gr/cm3. Diinginkan kadar air naik 20 %. Berapa volume air yang ditambahkan :

a. pada 1,5 m3 tanah b. pada 25 kg tanah

Jawab :

Prinsip/umum : Tanah mempunyai kadar air w1, berapa tambahan air agar kadar air menjadi w2

(11)

Ws w Ww Ws Ww w Ws w Ww Ws Ww w . Kemudian . mula -Mula 2 2 2 2 1 1 1 1 = → = = → =

Maka berat air yang ditambahkan :

Ws w Ww Ws W W Ww Ww Ww . ) ( 2 1 1 2 ∆ = ∆ − = − = ∆ Dari rumus V Ws k =

γ

maka ditinjau 1 m3 tanah ⇒ V = 1 m3⇒_{Ws =}γ_k_sehingga tambahan air untuk 1 m3 tanah asal ∆Ww = ∆w . γk ton

Dicari γk (tanah semula) ⇒

% 8 % 12 % 20 08 , 0 12 , 0 2 , 0 286 , 1 2 , 0 1 44 , 1 1 1 2 = − = = − = − = ∆ = + = + = w w w w k

γ

a. ∴ Tambahan untuk 1 m3 tanah asal :

∆∆∆∆Ww = ∆∆∆∆w . γγγγk

= 0,08 . 1,286 = 0,103 m3 = 103 liter

→ untuk 1,5 m3 diperlukan ∆Ww = 1,5 x 103 liter = 154,5 liter b. untuk 25 kg tanah asal

berat tanah (W) = 25 kg; berat butir = berat kering kg 32 , 22 12 , 0 1 25 w 1 W Wk Ws = + = + = = Tambahan air : ∆Ww = ∆w . Ws = 0,08 . 22,32 = 1,786 ∆Vw = 1,786 liter

6. a. Tanah mempunyai Berat volume kering 1,2 gr/cm3. Tanah dipadatkan sehingga

berat volume kering = 1,5 gr/cm3. Untuk volume tanah setelah dipadatkan sebanyak 1250 m3. Berapa banyak tanah tidak padat yang harus disediakan ?

b. Tanah mula-mula berangka pori 1,2 dipadatkan sehingga angka pori 0,8. Jika tanah mula-mula 1500 m3. Berapa volume tanah setelah dipadatkan?

(12)

Jawab:

Prinsip Umum :

a. Tanah asal mempunyai berat volume kering γk, dipadatkan sehingga mempunyai γk2, mula-mula → 1 1 1 1 k k Ws V V Ws

γ

= ⇒ = kemudian 2 2 2 2 k k Ws V V Ws

γ

= ⇒ = _maka

b. Tanah semula mempunyai e1 dipadatkan sehingga mempunyai e2 Diagram blok dengan Vs = 1

Dari gambar : perubahan volume

2 1 2 1 1 1 e e v v + +

= atau perubahan total

2 1 2 1 1 1 e e H H + + = a. 3 3 k2 k1 1,2 , γ 1,5 gr/cm dengan volume 1250m γ = = 5 , 1562 1250 2 , 1 5 , 1 . ₂ 1 2 1 1 2 2 1 = = = = x v v v v k k k k

γ

b. mula – mula V1 = 1500 m3, e1 = 1,2 e2 = 0,8 v2 3 1 2 1 2 2 1 2 1 27 , 1227 2 , 2 ) 8 , 1 ( 1500 1 ) 1 ( 1 1 m e e v v e e v v ₌ ₌ + + = → + + = 1 2 2 1 k k V V

γ

= Vv2 = e2 Vs = 1 v2 = 1 + e Vv = 1 Vs = 1 V1 = 1 + e H Mula-mula dipadatkan berkurang

(13)

PERCOBAAN LABORATORIUM 1. Menentukan kadar air tanah

Kadar air → x 100% Ws

Ww w =

Yang harus diketahui Ww = berat air yang ada dalam tanah Ws = berat butir tanah

Sampel = 10 – 50 gram tanah yang masih basah, ditimbang misal W1, kemudian dikeringkan dalam oven, setelah kering ditimbang lagi W2.

Pada keadaan basah berat tanah W1 = Ws + Ww setelah dikeringkan beratnya W2 = Ws

∴ Berat air dalam tanah Ww = W1 – W2

Sehingga kadar air 100 %

2 2 1 _x W W W Ws Ww w = = −

Catatan : suhu oven konstan 105 – 110 oC 2. Menentukan berat volume tanah

yang harus dicari :

W = berat tanah, termasuk air dalam tanah V = volume tanah, termasuk pori dalam tanah W = ditimbang

V dengan beberapa cara: V W Wa Ww Ws a. tanah basah W1 = Ww + Ws Ws b. setelah kering W2 = Ws (W2 = Wk) V W =

γ

(14)

a. tanah kohesif basah – tidak terlalu keras (1) memotong : membentuk kubus/balok (2) cincin baja tajam : diketahui φ & tingginya

- ditekankan ke dalam tanah - seperti cetakan

b. Tanah keras

Gumpalan/potongan, kaca ditempeli beberapa paku, mangkok penuh air raksa

6 , 13 . . WHb Hg j b raksa air berat V = =

Dengan memakai lempeng kaca yang ditempeli paku gumpalan tanah ditekan masuk ke dalam air raksa.

c. Menentukan Berat Volume kering Tanah ( = ukuran kepadatan)

) 1 ( w b k + =

γ

diperlukan γk atau γb (seperti pada no. 2) dan kadar air tanah w (seperti w no. 1) d. Menentukan Berat Jenis Tanah

w Vs Ws G

γ

. =

Berat butiran tanah Ws menimbang tanah yang telah kering

Mencari volume butir tanah Vs dengan botol piknometer (tutup berlubang kapiler sangat halus)

(1) Piknometer kosong ditimbang → beratnya W1

(2) Piknometer diisi butiran tanah kering → ditimbang W1

→

tanah

sampel

air raksa yang tumpah

(15)

(4) Piknometer diisi butiran tanah, kemudian diisi air sampai penuh → ditimbang W4

Skema penentuan b.j.

Maka berat butiran tanah : Ws = (W2 – W1) Berat air yang volumenya = volume butiran tanah Vs . γw = (W3 – W1) – (W4 – W2) ) ( ) ( ) ( 2 4 1 3 1 2 W W W W W W G − − − − =

e. Menentukan Angka Pori dan kadar pori tanah Dari G & γk e G k + = 1

γ

Setelah e diketahui: e e n + = 1

f. Memeriksa kepadatan tanah di lapangan dicari γb + w Berat volume basah →

V W b =

γ

Berat volume kering →

w b k = ₊ 1

γ

Yang khusus; penentuan volume contoh tanah (V) (i) dengan silinder pengambil sampel

berat jenis

W1 W2 W3 W4

tanah kohesif & tidak mengandung kerikil/batu – batu. Silinder baja, ujung tajam dipukul, didapat seperti cetakan sehingga volume tanah = volume

palu landasan Silinder (vol

(16)

(ii) dengan cara kerucut (“sand cone method)

botol transparan, kerucut dan plat dasar berlubang pasir berbulir/seragam/uniform

berat volume konstan = γo , volume = Vo botol diisi pasir, ditimbang → W1

- plat dasar diletakkan diatas tanah - tanah digali (V)

- berat tanah galian (W) dengan kadar air (w)

- Botol + pasir dibalik dan dipasang, keran dibuka, pasir mengisi kerucut & lubang galian (V + Vo)

- Kran ditutup, botol dan pasir ditimbang W2

W1 - W2 = berat pasir yang mengisi kerucut & lubang galian Volume kerucut + lubang →

o W W V

γ

2 1 1 − =

volume kerucut (Vo) → diketahui

volume sampel tanah yang dicari → V = V1 – Vo sehingga V dan W diketahui → dapat dicari

V W b =

γ

w diketahui → dapat dicari γk

(iii) Dengan cara balon karet (“Rubber Balloon Method”) Plat dasar berlubang, gelas ukuran terisi air,

pompa berupa bola karet, balon karet - muka tanah diratakan

- plat dasar diletakkan

- tanah dibawahnya digali & diukur/dikumpulkan → W (berat) - kadar airnya (w), volume (V) dipasang seperti gambar