Mekanika tanah→ ilmu pengetahuan yang mempelajari sifat fisik tanah dan perilaku massa tanah bila

menerima beban/gaya.Ilmu ini mempelajari sifat-sifat tanah melalui serangkaian percobaan laboratorium dan percobaan di lapangan.

Ilmu Mekanika Tanah digunakan untuk: perencanaan pondasi perencanaan perkerasan lapisan dasar jalan (pavement design) perencanaan struktur di bawah tanah (terowongan, basemen, dan dinding penahan

tanah) perencanaan galian perencanaan bendungan

Tanah (Braja M. Das, 1998) → suatu material yang terdiri dari agregat (butiran) mineral-mineral padat yang tidak

tersementasi (terikat secara kimia) satu sama lain dari bahan-bahan organik yang telah melapuk (yang berpartikel padat) disertai dengan zat cair dan gas yang mengisi ruang-ruang kosong di antara partikel-partikel padat tersebut.

Berdasarkan proses pembentukannya, tanah dibagi menjadi 2, yaitu : Tanah sedimen

yaitu tanah yang terbentuk dari hasil lapukan batuan yang kemudian diendapkan di lokasi lain oleh proses alam, misalnya oleh air, angin, dan lain-lain, biasanya tanah sedimen bersifat lebih homogen, terdiri atas lapisan yang berganti-ganti. Contohnya adalah tanah lempung pantai yang biasanya diselingi oleh lapisan pasir.

Tanah residualyaitu tanah yang terbentuk dari hasil lapukan batuan yang kemudian diendapkan di atas batuan induknya, oleh karena itulah biasanya pada tanah residual kuat geser tanah meningkat berdasarkan kedalaman, ini disebabkan oleh bagian tanah yang dekat dengan permukaan telah mengalami pelapukan yang lebih besar dibandingkan dengan tanah di bawahnya.

Berdasarkan ukuran butirnya, tanah dibagi menjadi 4 yaitu : kerikil (gravel) pasir (sand) lanau (silt) lempung (clay)

Pada sistem Unified Soil Classification System (UCCS), tanah diklasifikasikan menjadi : tanah berbutir kasar (kerikil dan pasir) jika kurang dari 50 % lolos saringan nomor 200 tanah berbutir halus (lanau dan lempung) jika lebih dari 50 % lolos saringan nomor 200

Sistem klasifikasi American Association of State Highway and Transportation (AASHTO) digunakan untuk menentukan kualitas pada perencanaan timbunan jalan, subbase, dan subgrade.

Nama Tanah

Karakteristik

Kerikil (Gravel) & Pasir (Sand) Lanau (Silt) Lempung (Clay)

Ukuran butiran- 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 tanah

Relatif tidak penting (kecuali : material

berbutir lepas dengan pebebanan dinamis)

Penting Sangat penting

Pengaruh distribusi ukuran butir pada

perilaku tanahPenting Relatif tidak penting Relatif tidak penting

Pada tanah berbutir kasar, distribusi ukuran butiran akan mempengaruhi perilaku tanah ketika menerima beban. Sedangkan pada tanah berbutir halus, kehadiran air akan mempengaruhi perilaku tanah ketika menerima beban.

Data tanah yang diperlukan untuk klasifikasi tanah :

1. Analisis distribusi butiran → analisa saringan dan analisa hidrometer2. Plastisitas tanah → batas atterberg

Sifat-sifat penting dalam tanah : permeabilitas (permeability)

yaitu kemampuan tanah dalam melewatkan air konsolidasi (consolidation)

yaitu pemampatan tanah akibat pengurangan ruang pori dalam tanah kuat geser (shear strength)

yaitu kemampuan tanah dalam menahan tekanan tanpa mengalami keruntuhan

Kerangka tanah :

1. Butiran padat (solid particles)

2. Ruang pori (void) yang terdiri dari :- air (water)- udara (air)

Gambar Kerangka tanah berisi butiran (s), air (s) dan udara (a)

Dari gambar di atas, dapat diketahui bahwa :

W=Ww+W s

V=V a+V w+V s

V v=V a+V w

dengan : W=¿ berat totalW w=¿ berat air (W water)W s=¿ berat butiran (W solids)V=¿ volume total (V )V a=¿ volume udara (V air)V w=¿ volume air (W water)V s=¿ volume butiran (W solids)V v=¿ volume pori (V void)

Berat volume tanah basah/lembab ( b , kN/m3 )adalah perbandingan antara berat butiran tanah termasuk air dan udara dengan volume total tanah.

γb=WV

=Ww+W s

V

Berat volume tanah kering ( d , kN/m3 )adalah perbandingan antara berat butiran tanah (Ws) dengan volume total tanah.

γd=W s

V

= 0

Berat volume butiran padat ( s , kN/m3 )adalah perbandingan antara berat butiran tanah dengan volume butiran tanah.

γs=W s

V s

Berat volume tanah terendam air atau berat volume efektif atau berat volume apung

γ '=γsat−γw γw=berat volumeair¿9,81kN /m3=1 t /m3=1gr /cm3

Kadar air ( w , % )adalah perbandingan antara berat air dengan berat butiran.

w=Ww

W s x 100 %

Porositas (n)adalah perbandingan antara volume pori dengan volume total tanah.

n=V v

V

Angka pori (e)adalah perbandingan antara volume pori dengan volume butiran tanah.

e=V v

Vs

Berat spesifik atau berat jenis (Gs)adalah perbandingan antara berat volume butiran padat dengan berat volume air. Berat spesifik tanah tidak mempunyai satuan.

Gs=γ s

γw

Derajat kejenuhan ( S , % )adalah perbandingan antara volume air dengan volume pori, dinyatakan dalam persentase. Bila tanah berada dalam keadaan jenuh air, maka nilai S = 1.

S=V w

Vvx 100 %

Hubungan antara angka pori dengan porositas

e= n1−n

n= e1+e

Hubungan antara berat volume dengan parameter lainnya

γw . S . e=w .γ s ; S . e=w .Gs

γb=Gs . γw (1+w )

1+e berat volume tanah basah

γsat=γw(G s+e)

1+e untuk tanah jenuh air, S = 1

γd=G s. γw1+e

=γ b

1+w untuk tanah kering

γ '=(G¿¿ s−1)γw

1+e¿ untuk tanah terendam air

Kerapatan relatif (Dr)Kerapatan relatif menunjukkan tingkat kerapatan tanah granuler di lapangan.

Dr=emaks−eemaks−emin

Tanah yang berbutir halus biasanya memiliki sifat plastis. Plastisitas menggambarkan kemampuan tanah dalam menyesuaikan perubahan bentuk pada volume yang konstan tanpa retak. Tanah tersebut akan berbentuk cair, plastis, semi padat atau padat tergantung jumlah air yang bercampur pada tanah tersebut.

Batas Atterberg (Albert Atterberg, 1911) digunakan untuk mengetahui konsistensi tanah berbutir halus dengan memperhatikan kandungan kadar air tanah. Batas kadar air tanah dari satu keadaan berikutnya dikenal sebagai batas-batas kekentalan/konsistensi.Konsistensi adalah kedudukan fisik tanah berbutir halus pada kadar air tertentu. Konsistensi tanah lempung di lapangan dikenal dengan istilah lunak, sedang, dan kaku. Tanah lempung akan semakin lunak apabila kadar air tanah semakin tinggi.Batas Atterberg meliputi batas cair (liquid limit, LL), batas plastis (plastic limit, PL), dan batas susut (shrinkage limit, SL).

1) Batas Cair (Liquid Limit)

Batas cair (LL) adalah kadar air tanah pada batas antara keadaan cair dan keadaan plastis, yaitu batas atas dari daerah plastis. Tanah akan berperilaku sebagai cairan kental . Batas cair ditentukan dari pengujian Casagrande (1948).

2) Batas Plastis (Plastic Limit)

Batas plastis (PL) adalah kadar air tanah pada batas antara keadaan plastis dan semi padat/plastis. Tanah akan bersifat sebagai bahan yang plastis dalam kadar air yang berkisar antara LL dan PL. Kisaran ini disebut indeks plastisitas.

3) Batas susut (Shrinkage Limit)

Batas susut (SL) adalah kadar air tanah pada batas antara keadaan semi padat dan padat. Tanah memiliki kadar air tertentu dimana pengurangan kadar air selanjutnya tidak mengakibatkan perubahan volume tanah.

Indeks Plastisitas (Plasticity index, PI) merupakan interval kadar air, yaitu selisih antara batas cair dan batas plastis. Pada kadar air ini, tanah masih bersifat plastis. Karena itu, indeks plastis menunjukan sifat keplastisitas tanah. Jika tanah mempunyai interval kadar air daerah plastis kecil, maka keadaan ini disebut dangan tanah kurus (sedikit mengandung butiran lempung). Sedikit pengurangan kadar air tanah akan menyebabkan tanah menjadi kering.Sebaliknya, jka tanah mempunyai interval kadar air daerah plastis besar disebut tanah gemuk (mengandung banyak butiran lempung). Sedikit penambahan kadar air tanah akan menyebabkan tanah menjadi cair.

PI = LL – PL

Indeks cair (Liquidity index, LI) merupakan kadar air tanah asli relatif pada kedudukan plastis dan cair. wN adalah kadar air di lapangan.

LI=wN−PL¿−PL

=wN−PL

PI

Analisis ukuran butiran tanah adalah penentuan persentase berat butiran pada satu unit saringan dengan ukuran diameter lubang tertentu.

Analisa saringan dilakukan untuk mengetahui distribusi ukuran butiran pada tanah berbutir kasar. Caranya, tanah benda uji disaring melewati satu unit saringan standar. Berat tanah yang tinggal pada masing-masing saringan ditimbang, lalu persentase terhadap berat kumulatif tanah dihitung.

Tabel Nomor dan diameter saringan standar Amerika

Nomor Saringan (Sieve)

Diameter Lubang (mm)

3 6,354 4,756 3,358 2,36

10 2,0016 1,1820 0,8530 0,6040 0.4250 0,3060 0.2570 0,21

100 0.15140 0.106

200 0.075270 0,053

Analisa hidrometer dilakukan untuk mengetahui distribusi ukuran butiran pada tanah berbutir halus (ukuran partikel yang lebih kecil dari 0,075 mm). Analisa hidrometer ditentukan dengan cara sedimentasi berdasarkan hukum Stokes. Menurut Stokes, kecepatan butiran mengendap dapat ditentukan dengan persamaan :

v=γ s−γw18 μ

. D2

dengan : v = kecepatan (cm/det)w = berat volume air (gr/cm3)s = berat volume butiran padat (gr/cm3) = kekentalan air (gr.det/cm2)D = diameter butiran tanah (mm)

Dalam grafik distribusi ukuran butiran tanah, kemiringan dan bentuk kurva digambarkan oleh koefisien keseragaman (coefficient of uniformity, Cu) dan koefisien gradasi (coefficient of gradation, Cc).

Cu=D60

D10C c=

(D30)2

( D60) .(D 10)

D10 → 10 % dari berat butiran total berdiameter lebih kecil dari ukuran butiran tertentu.

Gradasi baik (well graded)tanah dimana ukuran butirannya terbagi merata dalam suatu batasan yang luas ( hampir semua ukuran butiran ada ).

Gradasi buruk (gap graded)tanah dimana satu atau lebih ukuran butir tidak ada.

Gradasi seragam (uniform graded)tanah yang ukuran butirannya hampir sama.

Tanah bergradasi baik jika mempunyai : Koefisien gradasi 1 < Cc < 3 Koefisien keseragaman Cu > 4 untuk kerikil

Cu > 6 untuk pasir

Tanah bergradasi sangat baik jika mempunyai nilai Cu > 15