Post on 28-Jan-2016
description
SIFAT-SIFAT TANAH DALAM TEKNIK SIPIL
1.1. PENGERTIAN TANAH
Tanah didefinisikan sebagai material yang terdiri dari agregat (butiran) mineral-
mineral padat yang tidak tersementasi (terikat secara kimia) satu sama lain dari bahan-
bahan organic yang telah melapuk (yang berpartikel padat) disertai dengan zat cair dan gas
yang mengisi ruang-ruang kosong di antara partikel-partikel padat tersebut.
Ilmu Mekanika Tanah (Soil Mechanics):
Adalah cabang ilmu pengetahuan yang mempelajari sifat fisik dari tanah dan
kelakukan massa tanah tersebut bila menerima bermacam-macam gaya.
Ilmu Rekayasa Tanah (Soil Engineering)
Merupakan aplikasi dari prinsip-prinsip mekanika tanah dan problema praktisnya.
1. 2. JENIS DAN UKURAN PARTIKEL TANAH
Tanah berasal dari pelapukan kimia/fisik pada pada batuan. Yang hal itu sangat
mempengaruhi perilaku engineeringnya.
Tanah merupakan campuran dari partikel-partikel yang terdiri dari salah satu/seluruh
jenis berikut :
1. Berangkal (boulder) : batuan yang besar (> 250 mm – 300 mm)
2. Kerikil (gravel) : 5 mm – 150 mm
3. Pasir (sand) : 0,0074 mm - 5 mm.
Mulai dari pasir kasar sampai dengan pasir halus.
4. Lanau (silt) : 0,002 mm – 0,0074 mm
5. Lempung (clay) : < 0,002 mm dan kohesif
6. Koloid : partikel mineral yang diam
Page 1
Tabel 1.1. Penggolongan tanah oleh beberapa lembaga berdasarkan ukuran butir.
1. 3. SIFAT-SIFAT KHUSUS PADA TANAH
Tingkat empiris tinggi dan lebih berseni disbanding ilmu lain. Pada jarak yang
berbeda sifat-sifat tanah bisa berbeda.
Tanah adalah material yang heterogen.
Tanah adalah material yang non linear.
Tanah adalah material yang tidak konservatif, yaitu mempunyai memori apabila
pernah dibebani. Hal ini sangat mempengaruhi engineering properties tanah.
Dengan mengenal dan mempelajari sifat-sifat tersebut, keputusan yang diambil dalam
perancangan akan lebih ekonomis.
Karena sifat-sifat tersebut maka penting dilakukan penyelidikan tanah (soil investigation)
yang terdiri dari : Uji laboratorium dan uji lapangan
Soil investigation dilakukan untuk tiap lokasi proyek yang akan didirikan struktur
bangunan. Soil investigation yang dilakukan biasanya terdiri dari :
Pengujian lapangan :
1. Sondir
2. Bor dan SPT (Standart Penetration Test)
Pada uji pengeboran juga dilakukan pengambilan sampel tanah untuk diuji di laboratorium
antara lain : kadar air, kepadatan tanah dsb
Page 2
1. 4. TEKSTURE TANAH dan KARAKTERISTIK LAIN PADA TANAH
Teksture adalah bagian solid / padat pada massa tanah terdiri secara primer dari
partikel mineral & bahan organik dalam ukuran yang bervariasi dan jumlahnya
bervariasi.
Teksture tanah tergantung pada ukuran relatif dan bentuk partikel. Gravel atau sand
lebih kasar daripada silt dan clay.
Pada tanah berbutir kasar, teksture mempunyai hubungan erat dengan perilaku
engineering. (Merupakan dasar dari klasifikasi tanah)
Untuk tanah berbutir halus , pengaruh yang penting adalah kehadiran air.
Tabel 1.1. Teksture dan Karekteristik Lain pada Tanah
Nama Tanah Gravel, Sand Silt Clay
Grain size
Berbutir kasar
Butiran tampak mata
Berbutir halus
Butiran tunggal tidak
tampak mata
Berbutir halus
Butiran tunggal
tidak tampak mata
Karakteristik
Non kohesif
Non plastis
Berbutir
Non kohesif
Non plastis
Berbutir
Kohesif
Plastis
Pengaruh air
pada perilaku
engineering
Relatif tidak penting
(kecuali : material
berbutir, lepas
dengan
pembebanan
dinamis)
Penting Sangat Penting
Pengaruh
distribusi ukuran
butir pada
perilaku
engineering
Penting Relatif tidak penting
Relatif tidak
penting
Page 3
2. KOMPOSISI TANAH DAN HUBUNGAN ANTAR FASE
Tiap massa tanah terdiri dari kumpulan partikel padat dengan rongga di antaranya.
Rongga dapat diisi air udara, sebagian air dan udara.
Partikel tanah padat adalah butiran tanah padat dengan mineral yang berbeda-beda.
Volume solid /butiran (Vs)
Total volume tanah /Vt
Volume water/ air (Vw)
Volume void / pori (Vv)
Volume air/ udara (Va)
Penyajian ketiga komponen tanah tersebut dapat digambarkan dalam diagram fase ,
Sebagai berikut :
Page 4
Perbandingan Volumetric
1. void ratio e,
, 0 < e < ~
sands : 0,4 s/d 1,0
clays : 0,3 s/d 1,5
2. porositas n ,
, 0 < n < 100%
dan
3. Derajat kejenuhan S,
Tanah kering, S = 0%
Jika pori berisi jenuh air, S = 100%
Page 5
Perbandingan Massa
Kadar air w,
Perhitungan kadar air dihitung di laboratorium (ASTM D : 2216(1980 ))
Perbandingan yang menghubungkan sisi Volumetric dan sisi Massa
Densitas/ kepadatan ρ
Besar ρ akan tergantung bagaimana air tejadi dalam rongga, dan berbeda pada tiap-tiap
jenis tanah. Ada 3 harga ρ yang berguna dalam mekanika tanah.
Dry density/ kepadatan kering :
Saturated density/ kepadatan jenuh : ( Va = 0,
S= 100%)
Submerged density/ kepadatan tercelup : ρ’= ρsat – ρw
2.1. Pengujian Kadar Air (laboratorium) (ASTM D : 2216(1980 )
Kegunaan :
Untuk menentukan kadar air tanah yaitu perbandingan berat air yang terkandung
dalam tanah dengan berat kering tanah. Dinyatakan dalam prosen
Page 6
Prosedur Pelaksanaan :
Tanah yang akan diperiksa ditempatkan dalam cawan yang bersih dan telah diketahui
beratnya
Cawan dan isinya ditimbang dan beratnya dicatat
Cawan dan tanah basah dimasukkan di oven pengering sampai beratnya konstan.
Keluarkan dari oven, kemudian dinginkan dalam desikator.
Setelah dingin ditimbang beratnya dan dicatatat
Perhitungan :
Berat cawan + tanah basah = W1 gram
Berat cawan + tanah kering = W2 gram
Berat cawan kosong = W3 gram
Berat air = (W1-W2) gram
Berat tanah kering = (W2-W3) gram
Kadar air = (W1-W2) / (W2-W3) x 100%
3. KLASIFIKASI TANAH
Dua golongan tanah, yaitu :
tanah berbutir kasar, yaitu : gravel dan sand
tanah berbutir halus, yaitu : silt dan clay
Telah dijelaskan bahwa pada tanah berbutir kasar hal yang paling berpengaruh
terhadap perilaku engineeringnya adalah tekstur dan distribusi ukuran butir. Sedang pada
tanah berbutir halus yang mempengaruhi perilaku engineeringnya adalah kehadiran air.
Sehingga untuk menentukan sifat-sifat tanah berbutir kasar yaitu dengan cara
melihat kurva distribusi ukuran butir yang dihasilkan dari pengujian ANALISA SARINGAN
(SIEVE ANALYSIS) di laboratorium .
Untuk menentukan sifat-sifat tanah berbutir halus dengan melihat hasil dari pengujian
BATAS-BATAS ATTERBERG (ATTERBERG LIMITS) di laboratorium.
4. UKURAN BUTIR DAN DISTRIBUSI UKURAN BUTIR
Ukuran partikel pada tanah berbutir mempengaruhi perilaku tanah
Tanah berada pada range berangkal (boulder)sampai butiran yang sangat halus (koloid)
Bagaimana distribusi ukuran butir dihasilkan ?
Dengan analisa saringan (sieve analysis) atau uji gradasi
Page 7
ASTM (1980) : C 136 dan D 422
AASHTO (1978) T27 dan T 88
Table 1. Standar ukuran saringan dan hubungannya dengan lubang
Saringan
US Standart Sieve
No
Sieve opening (mm)
4
10
20
40
60
100
140
200
4,75
2,00
0,85
0,425
0,25
0,15
0,106
0,075
Untuk tanah berbutir halus(labih halus dari saringan no 200 US Standart Sieve)
Menggunakan analisa hidrometer :
Analisa Hidrometer didasarkan pada Hukum Stokes : butiran yang mengendap dalam
cairan mempunyai kecepatan mengendap yang tergantung pada diameter butir dan
kerapatan butir dalam cairan. ASTM (1980) D422, AASHTO (1978) T88.
Gambar 1.Alat Uji Analisa Saringan
Page 8
4. 1. KURVA DISTRIBUSI UKURAN BUTIR
Hasil dari analisa mekanik (sieve analysis dan hidrometer), umumnya digambar di
atas kertas semi logaritmik , dikenal sebagai kurva distribusi ukuran butir.
Dari kurva tersebut dapat dibedakan :
well graded : tanah bergradasi tidak seragam
uniform graded : tanah bergradasi seragam
gap graded/ skip graded : tanah bergradasi berjenjang
Kurva distribusi ukuran butir dapat dilihat pada Gambar 2.
Untuk menentukan tipe gradasi tersebut ada parameter lain, yaitu :
Koefisien keseragaman :
D60 = diameter butir (dalam mm) yang berhubungan dengan 60% lolos
D10 = diameter butir (dalam mm) yang berhubungan dengan 10% lolos
- Harga Cu makin kecil : tanah makin seragam - Cu = 1
: tanah hanya mempunyai 1 ukuran
- Tanah yang bergradasi sangat jelek misalnya : pasir pantai, Cu = 2 atau 3
- Tanah dengan gradasi sangat baik Cu>15 atau lebih
- Harga Cu sampai dengan 1000
Koefisien kelengkungan :
D30 = diameter butir (dalam mm) dimana 30% lolos saringan
Cc di antara 1 dan 3 : gradasi baik Sepanjang Cu > 4 untuk kerikil dan Cu > 6 untuk
pasir Cu > 6 untuk pasir
Page 9
Gambar 2. Kurva distribusi ukuran Butir
5. BATAS-BATAS ATTERBERG
Apabila tanah berbutir halus mengandung mineral lempung, maka tanah tersebut
dapat diremas-remas tanpa menimbulkan retakan . Sifat kohesif ini disebabkan oleh karena
adanya air yang terserap di sekeliling permukaan dari partikel lempung. Pada awal tahun
1900 an seorang ilmuwan dari Swedia bernama Atterberg menjelaskan pengaruh dari
variasi kadar air terhadap konsistensi tanah berbutir halus. Bila kandungan air sangat tinggi ,
maka campuran tanah dan air akan menjadi sangat lembek seperti cairan. Oleh sebab itu
atas dasar kandungan air pada tanah, dapat dipisahkan ke dalam empat keadaan dasar ,
Yaitu : padat, semi padat, plastis dan cair seperti ditunjukkan pada gambar di bawah ini .
Page 10
Padat/solid semi padat/semi solid plastis cair
Kadar air bertambah
Batas Susut (SL) Batas Plastis (PL) Batas Cair (LL)
Gambar 3. Pengertian batas-batas Atterberg
Kadar air dinyatakan dalam prosen , dimana terjadi transisi dari keadaan padat ke
semi padat didefinisikan sebagai batas susut (shrinkage limits). Kadar air dimana transisi
dari keadaan semi padat ke keadaan plastis terjadi dinamakan batas plastis (plastic limits),
dan dari keadaan plastis ke keadaan cair dinamakan batas cair (liquid limits).
Batas-batas ini dinamakan dengan BATAS-BATAS ATTERBERG
Karena batas-batas Atterberg adalah kadar air dimana perilaku tanah berubah,
keadaan ini dapat dihubungankan dengan kurva tegangan-regangan yang dihasilkan pada
Gambar 4.
Page 11
Gambar 4. Hubungan tegangan –regangan pada masing-masing fase tanah
5.1. PENGUJIAN BATAS CAIR, BATAS PLASTIS, BATAS SUSUT
Pengujian tersebut dilakukan di laboratorium berdasarkan ASTM sbb :
Batas cair (LL) ASTM D-423 c
Batas plastis(PL) ASTM D-424
Batas susut ASTM D-427
BATAS CAIR (LL)
Skema dari alat (tampak samping) yang digunakan untuk menentukan batas cair
diberikan dalam Gambar 5 Alat tersebut terdiri dari mangkok kuningan yang bertumpu
Page 12
pada dasar karet yang keras . Mangkok kuningan dapat diangkat dan dijatuhkan di atas
dasar karet keras tersebut dengan sebuah pengungkit eksentris (cam) dijalankan oleh
suatu alat pemutar. Untuk melakukan uji batas cair, pasta tanah diletakkan dalam
mangkok kuningan kemudian digores tepat di tengahnya dengan menggunakan alat
penggores standar (gambar 5b). Dengan menjalankan alat pemutar , mangkok
kemudian dinaikturunkan dari ketinggian 0,3937 in (10 mm). Kadar air dinyatakan dalam
persen, dari tanah yang dibutuhkan untuk menutup goresan yang berjarak 0,5 in (12,7
mm) sepanjang dasar contoh tanah di dalam mangkok (lihat gambar 2.3c dan 2.3d)
sesudah 25 pukulan didefinisikan sebagai batas cair (liquid limit).
Untuk mengatur kadar air dari tanah yang bersangkutan agar dipenuhi persyaratan di
atas ternyata sangat sulit. Oleh karena itu kalau dilakukan uji batas cair paling sedikit
empat kali pada tanah yang sama tetapi pada kadar air yang berbeda-beda sehingga
jumlah pukulan N, yang dibutuhkan bervariasi antara 15 dan 35. Kadar air dari tanah,
dalam persen, dan jumlah pukulan masing-masing uji digambarkan di atas kertas grafik
semi log (Gambar 6). Hubungan antara kadar air dan log N dapat dianggap sebagai
garis lurus. Garis lurus tersebut dinamakan sebagai kurva aliran (flow curve). Kadar air
yang bersesuaian dengan N = 25, yang ditentukan dari kurva aliran, adalah batas cair
dari tanah yang bersangkutan.
Kemiringan dari garis aliran (flow line) didefinisikan sebagai indeks aliran (flow index)
dan dapat ditulis sebagai :
dimana :
If = indeks aliran
w1 = kadar air, dalam persen dari tanh yang bersesuaian dengan jumlah pukulan N1
w2 = kadar air, dalam persen, dari tanah yang besesuaian dengan jumlah pukulan N2
Jadi, persamaan garis aliran dapat dituliskan dalam bentuk yang umum, sebagai berikut
Page 13
Atas dasar hasil analisis dari beberapa uji batas cair, US waterways Experiment Station,
Vicksburg, Mississippi (1949) mengajukan suatu persamaan empiris untuk menentukan
batas cair yaitu :
dimana :
N = jumlah pukulan yang dibutuhkan untuk menutup goresan selebar 0,5 in pada dasar
contoh tanah yang diletakkan dalam mangkok kuningan dari alat uji batas cair.
WN = kadar air dimana untuk menutup dasar goresan dari contoh tanah dibutuhkan pukulan
sebanyak N
Tanβ = 0,121 (harap dicatat bahwa tidak semua tanah mempunyai harga Tanβ=0,121)
Page 14
Gambar 5. Uji batas cair : a)alat untuk uji batas cair, b) alat untuk menggores, d)contoh
tanah sebelum diuji, d)contoh tanah setelah diuji
Page 15
Gambar 6. Kurva aliran
Gambar 7. Awal uji batas cair dengan contoh tanah di dalam mangkok kuningan
Page 16
BATAS PLASTIS (PL)
Batas plastis didefinisikan sebagai kadar air, dinyatakan dalam persen, dimana tanah
apabila digulung sampai dengan diameter 1/8 in (3,2 mm) menjadi retak-retak. Batas
plastis adalah batas terendah dari tingkat keplastisan suatu tanah. Cara pengujiannya
sangat sederhana, yaitu dengan cara menggulung tanah berukuran elipsoida dengan
telapak tangan di atas kaca datar ( gambar 8a dan 8b)
Indeks Plastisitas (plasticity index (PI)) adalah perbedaan antara batas cair dan batas
plastis suatu tanah, atau :
Gambar 8. Uji batas plastis. a) Contoh yang sedang digulung,
b)gulungan tanah yang retak-retak
Page 17
BATAS SUSUT (SL)
Suatu tanah akan menyusut apabila air yang dikandungnya secara perlahan-lahan
hilang dari dalam tanah. Dengan hilangnya air secara terus-menerus, air akan mencapai
tingkat keseimbangan dimana penambahan kehilangan air tidak akan menyebabkan
perubahan volume (gambar 9). Kadar air, dinyatakan dalam persen di mana perubahan
volume suatu massa tanah berhenti dinamakan batas susut.
Uji batas susut di laboratorium dilakukan di laboratorium menggunakan mangkok poselin
dengan diameter kira – kira 1,75 in (44,4 mm) dan tinggi kira-kira 0,5 in ( 12,7 mm). Bagian
dalam dari mangkok diolesi vaselin kemudian diisi tanah basah sampai penuh. Permukaan
tanah di dalam mangkok kemudian diratakan dengan menggunakan penggaris yang bersisi
lurussehingga permukaan tanah tersebut menjadi sama tinggi dengan sisi mangkok. Berat
tanah basah di dalam mangkok ditentukan. Tanah dalam mangkok kemudian dikeringkan di
dalam oven. Volume dari contoh tanah yang telah dikeringkan ditentukan dengan
menggunakan air raksa.
Gambar 9. Definisi batas susut
Seperti ditunjukkan dalam Gambar 9. batas susut ditentukan dengan cara berikut :
dimana :
wi = kadar air tanah mula-mula pada saat ditempatkan di dalam mangkok uji batas susut
Δw = perubahan kadar air (yaitu antara kadar air mula-mula dan kadar air pada batas susut
Page 18
Tetapi :
dimana :
m1 = massa tanah basah dalam mangkok pada saat permulaan pengujian (gram)
m2 = massa tanah kering (gram), lihat gambar…..
Selain itu :
dimana :
Vi = volume contoh tanah basah pada sat permulaan pengujian (yaitu volume mangkok,
cm3.
Vf = volume tanah kering sesudah dikeringkan di dalam oven
Ρw = kerapatan air (gr/cm3)
Dengan menggabungkan persamaan-persamaan di atas, maka didapat :
Page 19