Mekanika Tanah I(KKKS1062 2 SKS x 2 TM)

Ir. Geni Firuliadhim, MT.NIP. 131 792 121

Jurusan Teknik Sipil Polban

Bab IPendahuluan

Tanah ?1. Menurut Pertanian : substansi atau bahan yang

terdapat dipermukaan bumi tempat tumbuh danberkembangnya tanam-tanaman.

2. Menurut Geologi : hasil pelapukan batuan akibatproses-proses fisik, kimiawi dan biologi yang terdapatdan menutupi kerak bumi.

3. Menurut Teknik Sipil : deposit mineral atau partikel-partikel organik yang tidak tersementasi yang menutupi sebagian besar kerak bumi. Dalam hal ini termasukbermacam-macam material mulai dari lempung yang sangat halus (clay) sampai batu-batu besar (boulders).

Mekanika Tanah ? Karl Terzaghi :

Mekanika tanah adalah aplikasi dari hukum-hukummekanika dan hidrolika ke dalam masalah teknik sipilyang berhubungan dengan sedimen dan tumpukanpartikel-partikel padat lainnya yang belum terkonsolidasi, yang merupakan hasil pelapukan atau penghancuranbatuan tanpa memperhatikan apakah tanah tersebutmengandung bahan organic atau tidak.

Batuan tetap telah menjadi ilmu tersendiri yaitumekanika batuan (Rock Mechanics).

Ilmu Mekanika Tanah (Soil Mechanics) tidak membahastentang pemanfaatan tanah untuk bahan bangunan, seperti ; genteng, bata merah, ubin, kerajinan keramikdan sebangsanya.

Tugas mekanika tanah sehubungan dengan keperluan bangunan sipil adalah menentukan nilai-nilai karakteristik tanah dan besarnya interaksi antara tanah dengan bangunan.

Sejarah Ringkas Mekanika Tanah Mekanika tanah adalah salah satu cabang ilmu pengetahuan yang masih relatif

muda, yang baru dikembangkan sejak permulaan abad ke-20 ini. Bermula daripelaksanaan coba-coba disertai pengumpulan data-data empiris dan kemudiandilanjutkan dengan penelitian-penelitian laboratorium.

Pada tahun 1925 baru terbit untuk pertama kali buku tentang mekanika tanah yang ditulis oleh Karl Terzaghi. Oleh karena itu Karl Terzaghi disebut sebagai BapakMekanika Tanah (Father of Soil Mechanics).

Sebenarnya usaha manusia untuk memperbaiki kekuatan atau kestabilan tanah initelah ada sejak zaman dahulu kala. Misalnya orang-orang China berupaya meningkatkan kestabilan tanah dengan mencampurkan kapur mentah ke dalam tanah. Hal ini telah berlangsung sejak ribuan tahun yang lalu.

Bidang-bidang khusus dari Teknik Sipil yang berkaitan erat dengan ilmu mekanika tanah antara lain adalah perencanaan-perencanaan dan pelaksanaan pekerjaan pondasi, jalan raya, lapangan terbang, dermaga, bangunan-bangunan di bawah tanah, tembok penahan tanah serta bendungan dan lain-lain. Sedangkanpembahasannya antara lain mencakup masalah :

a. Struktur dan klasifikasi tanahb. Sifat-sifat index, fisik dan teknik dari tanahc. Air tanah dan hal-hal yang berkaitan dengannyad. Kekuatan geser (Shear Strength) tanahe. Masalah tekanan tanahf. Masalah kestabilan lerengg. Dan lain-lain

Ilustrasi Mekanika TanahDalam Teknik Sipil

Tanah Sebagai Pendukung Pondasi

G. Pelabuhan Laut & Sungai

Tanah Sebagai Bahan Konstruksi Sekilas Penyelidikan Tanah

Bab II Pandangan Umum Tentang Tanah

Berdasarkan proses terjadinya Tanah Anorganik Tanah Organik

TANAH ANORGANIKTerjadi melalui empat proses, yaitu perusakan / pelapukanbatuan, erosi, transportasi dan sedimentasi.

Proses Terjadinya Tanah Anorganik

Deposit sekunder/tertier

Pelapukan berarti perubahan agregat-agregat melalui proses fisik, kimiadan biologi.

Proses fisik menyebabkan agregat pecah dan hancur yang menghasikanberangkal (boulders), kerakal (Cobbles), kerikil (Gravel), pasir (Sand) danlanau (Silt) yang merupakan kelompok tanah Non Kohesif. Sedangkanmelalui proses kimia dan biologi menyebabkan perubahan mineral-mineral dari agregat yang menghasilkan lempung (Clay) yang merupakan Tanah Kohesif.

Bila hasil pelapukan di tyempat asalnya disebut tanah pada deposit primer, sedangkan yang telah berpindah tempat oleh air, angin, es dansebagainya disebut tanah pada deposit sekunder/tertier dst.

Nama-nama tanah berdasarkan jenis pembawa & cara pengendapannya(deposit) :

a) Tanah glacial : terbentuk karena transportasi dan deposisi oleh gletser (sungai es)b) Tanah alluvial : terbentuk karena terangkut oleh air yang mengalir dan terdeposisi di

sepanjang aliran sungai.c) Tanah lacustrine : terbentuk karena deposisi di danau-danau yang tenang.d) Tanah Marine : terbentuk karena deposisi di dasar aut.e) Tanah aeolian : terbentuk karena terangkut dan terdeposisi oleh angin.f) Tanah colluvial : terbentuk oleh pergerakkan tanah dari tempat asalnya karena gravitasi

seperti yang terjadi pada saat tanah longsor.

TANAH ORGANIK Dapat berupa 100% bahan organik (organik penuh) atau tanah yang mengandung

sebagian bahan organic sebagai campuran. Substansi organic berasal dari sisa-sisatumbuhan dan hewan yang terakumulasi. Akibat pengaruh kimia, biologi danfisikmenyebabkan perubahan selanjutnya mengarah pada pembentukan humus, peat / gambut dan lumpur busuk. Lapisan tanah ini mempunyai daya dukung yang sangatburuk.

SIFAT TANAH NON KOHESIF Bila lapisannya cukup tebal dan cukup padat maka merupakan landasan bangunan

yang baik. Tidak mempunyai kekuatan tarik. Pada lapisan yang lebih dalam, kekuatan gesernya

akan lebih besar karena tingginya overbouden yang menyebabkan meningkatnyagesekan antara butir.

Karena beban statis kecil dan beban dinamis besar maka terjadi settlement (penurunan). Dalam hal ini diperlukan pemadatan terlebih dahulu sebelum bangunandidirikan.

Air pori pada tanah non-kohesif mudah keluar jika ada tekanan, maka settlement akan berlangsung segera setelah pembebanan atau bangunan didirikan.

Pasir halus (Fine Sand) dan lanau (Silt) yang berada di bawah muka air tanah dapatmenjadi pasir apung (Quick Sand), bila air keluar dengan tekanan sehingga dapatmenimbulkan bahaya piping (Failure of Piping), seperti yang terjadi padapemompaan air keluar galian.

SIFAT TANAH KOHESIF Kondisi tanah kohesif dapat berupa licin, lunak, kaku, agak keras dan keras. Oleh

karena itu daya dukungnya tergantung pada besarnya kadar air yang dikandung tanah tersebut. Jika tanah sebagai landasan bangunan maka tanah tersebut harus dilindungi dari kemasukan air dan di lain pihak tanah yang lembab harus dilindungi terhadap pengeringan karena dapat menyebabkan terjadinya settlement.

Air pori biasanya keluar / terlepas secara perlahan-lahan dalam periode waktu yang lama. Selama proses konsolidasi ini air pori akan berada di bawah tekanan. Pada keadaan-keadaan tertentu seluruh pembebanan dapat dipikul oleh air pori ini. Bila tanahnya mempunyai kekuatan geser yang kecil dan mendapat pembebanan yang tiba-tiba juga dapat terjadi bahaya keruntuhan piping.

Kualitas tanah kohesif selalu dipengaruhi oleh fraksi butir halus (ultra halus). Oleh karena itu tanah ini harus dibedakan antara kohesif kuat dan kohesif lemah. Tanah kohesif kuat banyak mengandung fraksi lempung, sukar menyerap air dan sukar melepaskan air. Secara praktis disebut kedap air. Sedangkan tanah kohesif lemah, mengandung sedikit lanau dan lempung. Kondisinya cepat berubah oleh perubahan kadar air. Karenanya disebut sensitive terhadap air, cepat melunak dan mudah slip.

SIFAT TANAH ORGANIKTanah ini mempunyai daya dukung yang sangat buruk.

Bab IIISifat-Sifat Fisik dan Indeks Tanah

Masing-masing lapisan tanah biasanya terdiri atas salah satu partikel atau campuran dari beberapa partikel berikut ini :

a) Berangkal (Boulders), partikel-partikel batuan berukuran 250 - 300 mm.

b) Kerakal (Cobbles), partikel-partikel batuan berukuran 150 - 250 mm.

c) Kerikil (Gravels), partikel-partikel batuan berukuran 5 - 150 mm.

d) Pasir (Sand), partikel-partikel berukuran 0,074 - 5 mm.e) Lanau (Silt), partikel-partikel berukuran 0,002 - 0,074 mm.f) Lempung (Clay), partikel-partikel berukuran 0,001 - 0,002

mm.g) Koloid (Colloid), partikel-partikel berukuran lebih kecil dari 0,

001 mm.

Dalam hal campuran dari beberapa partikel tersebut di atas penamaannya diambil dari fraksi yang paling dominan dan diikuti oleh fraksi dominan kedua. Contoh:

Mengenali bermacam-macam tanah di lapangan

Cara Visual/Penglihatan dengan mata :a) Berdasarkan ukuran butir seperti diterangkan pada awal bab ini.b) Berdasarkan warna tanah.Cara Manual1. Test kekuatan kering (jenis tanah)Suatu contoh tanah dikeringkan, kemudian diperiksa kekuatan keringnya.

Tidak ada kekuatan kering, contoh tanah pecah dengan sendirinya bila disinggung dan butir-butirnya terpisah.

Contoh : Pasir.Kekuatan kering kecil, bila contoh tanah hancur oleh tekanan jari yang tidak seberapa.

Contoh : Lanau.Kekuatan kering menengah, bila tekanan jari makin besar. Contoh : Campuran pasir lempung.Kekuatan kering besar, bila tidak dapat dihancurkan oleh tekanan jari. Contoh : lempung.

2. Test gesekUntuk memperkirakan besarnya fraksi pasir, lanau atau lempung.

Contoh tanah digilas pada telapak tangan, bila perlu diberi air. Lempung memberi rasa licin dan lengket pada telapak tangan, lanau terasa seperti tepung halus, dan pasir terasa kasar/menggores di telapak tangan.

3. Test potonganUntuk membedakan antara lanau dan lempung.

Bidang patahan dari gumpalan lempung terlihat terang dan lanau terlihat buram.

Komposisi Tanah

Bila Va = 0 Tanah JenuhBila Vw = 0 Tanah kering oven

Berat Volume

Parameter Pokok TanahMenurut : "Geotechnical Committee on Nomenclature for Soil Mechanics" ada 12 parameter pokok tanah :

Parameter Pokok Tanah

Parameter Pokok Tanah

Parameter Pokok Tanah

Menentukan Nilai-Nilai Parameter Pokok Tanah

Dalam aplikasi mekanika tanah sepertiperencanaan/perhitungan pondasi, dinding penahan tanah, kestabilan lereng maupun pekerjaan tanah lainnya, nilai-nilaiparameter pokok dari tanah sangat diperlukan. Oleh karenaitu dalam pekerjaan penyelidikan tanah (Soil Test), mula-mula yang diperiksa adalah nilai-nilai parameter pokok, ini merupakan bagian dari sifat-sifat indeks (Index Properties) dari tanah.

Untuk rnenentukan nilai-nilai parameter pokok tanah iniumumnya dapat dilakukan dengan dua cara :

a. cara langsung atau dengan pengujian-pengujian dilaboratorium

b. cara tidak langsung atau dengan hubungan-hubunganfungsional.

Pengujian Laboratorium1. Menentukan berat isi tanah ()

Hal ini sering dilakukan pada contoh tanah tidak terganggu (Undisturbed Sample). Umumnya digunakan suatu ring dengan diameter dan tinggi tertentu, tergantung kebutuhan. Caranya :

Ring pencetak dibersihkan, diukur dimensinya dan ditimbang. Misalnya : diameter = d ; tinggi = t ; berat = W1

Contoh tanah dari tabung dikeluarkan dan diisikan kedalam ring percetak sampai penuh. Kedua ujung ring diratakan dengan hati-hati dan bagian luarnya dibersihkan kemudian

ditimbang. Misal beratnya W2, maka berat isi tanah adalah

(gr/cc, kg/m3, ton/m3, KN/m3)

Nilai berat isi tanah akan berkisar : 1,2 - 2, 5 gr/cc.Nilai yang paling biasa ditemui : 1,6 - 2,0 gr/cc.

Catatan- timbangan yang dipakai berketelitian 0,01 gr- pengukuran besaran panjang s/d berketelitian 0,1 mm- berat contoh minimal 150 gr , atau- volume contoh minimal 85 cc

tdWW

212

25.0 =

Gambar. Ring Pencetak Contoh

Pengujian Laboratorium2. Menentukan kadar air tanah ()Kadar air tanah dihitung berdasarkan ketentuan sebagai berikut :Banyaknya contoh tanah yang digunakan untuk menentukan kadar air tergantung pada jenis tanahnya agar dapat

mewakili. Untuk masing-masing jenis tanah tersebut adalah :- Tanah berbutir halus (kira-kira lanau-lempung berpasir) sebanyak 30 gr.- Tanah berbutir sedang (kira-kira pasir-lanau berlempung) sebanyak 500gr.- Tanah berbutir kasar (kira-kira kerikil-pasir berlanau-berlempung) sebanyak 3000gr = 3Kg.Caranya :a. Cawan/dish/krus dibersihkan, dikeringkan dan ditimbang. Misal beratnya W1.b. Contoh tanah yang representatip/mewakili dimasukan kedalam cawan secukupnya, kemudian ditimbang. Misal

beratnya W2.c. Contoh tanah dalam cawan tersebut dioven sampai kering (berat tetap), biasanya selama 24 jam.d. Setelah dioven contoh tanah tersebut dimasukkan ke dalam dessikator selama kurang lebih 1 jam, kemudian

ditimbang. Misal beratnya W3.

e. Nilai kadar air tanah berkisar : 0 200% bahkan 300%. Pada tanah dalam keadaan aslinya berkisar : 15 100%.CatatanDalam menentukan kadar air tanah dibutuhkan peralatan :- Oven yang temperaturnya dapat diatur konstan 105-110 C.- Timbangan yang memiliki ketelitian sampai 0, 01 gr.- Desikator, berfungsi sebagai tempat untuk mendinginkan contoh tanah yang baru saja dioven tanpa menghisap uap

air.- Bejana dari logam anti karat bertutup, umumnya disebut cawan/krush/dish/container.

%1001332

=WWWW

Pengujian Laboratoriumc. Menentukan Berat Jenis Tanah /Specific Gravity (Gs)Sebenarnya yang ditentukan secara langsung adalah berat isi butir (s). Sehingga berat jenis Gs = dimana = dan W = density air pada temperatur 20C (diketahui). Untuk ini digunakan picnometer sebagai alat utama dan alat-alat bantu lainnya seperti :- Oven yang temperaturnya dapat diatur konstan 105 - 110C.- Timbangan berketelitian 0,01 gr.- Alat hotplate atau botol vacum serta alat sentrifugal (jika ada).Caranya :- Picnometer dan contoh tanah dikeringkan dalam oven pada temperatur 105-110C sampai berat tetap ( 24

jam).- Contoh tanah kering ditumbuk/dihaluskan, tidak perlu disaring bila lanau & lempung. Disaring dengan

saringan No. 40 bila mengandung pasir.- Picnometer kering beserta tutupnya ditimbang, misal beratnya W1- Contoh tanah kering dimasukkan ke dalam picnometer (10 gr), kemudian ditimbang, misal beratnya W2

(berat picnometer + contoh tanah kering).- Masukkan aquades ke dalam picnometer hingga penuh dan didiamkan sampai contoh tanah jenuh.- Udara yang terperangkap dalam larutan tanah tersebut dikeluarkan. Untuk ini dapat dilakukan dengan cara

divacumkan dalam botol vacum atau direbus di atas hotplate sampai mendidih selama tidak kurang dari 10 menit. Kemudian diendapkan dengan alat sentrifugal atau didiamkan selama kira-kira 10 jam.

- Tambahan aquades dengan hati-hati kedalam picnometer hingga penuh. Bagian luar picnmometer dikeringkan, kemudian ditimbang, misal beratnya W3 (berat picnometer + contoh tanah + aquades).

- Picnometer dikosongkan, lalu diisi aquades sampai penuh dan ditimbang, misal beratnya W4 (berat picnometer + air).

Pengujian Laboratorium4 Kondisi Picnometer :

Hubungan Fungsional (Relation Formulas)

Tidak semua nilai parameter tanah dapat ditentukan dilaboratorium, maka untuk menentukan parameter lainnya dapat dilakukan dengan cara tidak langsung, yaitu dengan cara mencari hubungan-hubunganfungsionalnya antara beberapa parameter sehinggaapabila salah satu atau sebagian dari parameter tanahtelah diketahui nilainya, maka parameter lain juga dapatdiketahui nilainya.

Parameter yang lazim didapatkan dari uji laboratorium :- berat jenis (Gs), - kadar air () dan - berat isi ().

Diagram 3 Fase Tanah

Hubungan Fungsional (Relation Formulas)

Hubungan Fungsional (Relation Formulas)

Hubungan Fungsional (Relation Formulas)

Rumus2 serupa :

Contoh Soal

DIAGRAM 3 FASE TANAH (Soal 1)

BUTIR

AIR

UDARA

BERAT (GRAM) VOLUME (CC)

Contoh Soal

Tabel-Tabel

Mekanika Tanah I (KKKS1062 2 SKS x 2 TM)Bab IPendahuluanIlustrasi Mekanika Tanah Dalam Teknik SipilTanah Sebagai Bahan KonstruksiBab II Pandangan Umum Tentang TanahBab IIISifat-Sifat Fisik dan Indeks TanahMengenali bermacammacam tanah di lapangan Komposisi Tanah Parameter Pokok TanahParameter Pokok TanahMenentukan NilaiNilai Parameter Pokok TanahPengujian LaboratoriumPengujian LaboratoriumPengujian LaboratoriumPengujian LaboratoriumHubungan Fungsional (Relation Formulas) Diagram 3 Fase TanahHubungan Fungsional (Relation Formulas)Hubungan Fungsional (Relation Formulas)Hubungan Fungsional (Relation Formulas)Contoh SoalContoh SoalTabel-Tabel