BAB I

TANAH

1.1. MEKANIKA TANAH

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

Page 1

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 :

W = Ws + Ww

Page 2

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 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 =

Page 3

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 =

Page 4

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

Page 5

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.

Page 6

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.

Page 7

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 :

Page 8

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)

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)

Page 9

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 =

Page 10

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

Page 11

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.

Page 12

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)

Page 13

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

Page 14