mekanika tanah

25
MEKANIKA TANAH 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 :

Upload: plik-amelia-trangkil

Post on 14-Aug-2015

145 views

Category:

Data & Analytics


8 download

TRANSCRIPT

Page 1: Mekanika tanah

MEKANIKA TANAH

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 2: Mekanika tanah

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)

Page 3: Mekanika tanah

Pada uji pengeboran juga dilakukan pengambilan sampel tanah untuk diuji di

laboratorium antara lain : kadar air, kepadatan tanah dsb

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 4: Mekanika tanah

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)

Page 5: Mekanika tanah

Penyajian ketiga komponen tanah tersebut dapat digambarkan dalam diagram fase ,

Sebagai berikut :

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 6: Mekanika tanah

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

Prosedur Pelaksanaan :

Page 7: Mekanika tanah

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 ?

Page 8: Mekanika tanah

Dengan analisa saringan (sieve analysis) atau uji gradasi

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.

Page 9: Mekanika tanah

Gambar 1.Alat Uji Analisa Saringan

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 poorly graded

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

Page 10: Mekanika tanah

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

Gambar 2. Kurva distribusi ukuran Butir

5. BATAS-BATAS ATTERBERG

Page 11: Mekanika tanah

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 .

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 12: Mekanika tanah

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

Page 13: Mekanika tanah

bertumpu 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 14: Mekanika tanah

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 15: Mekanika tanah

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 16: Mekanika tanah

Gambar 6. Kurva aliran

Gambar 7. Awal uji batas cair dengan contoh tanah di dalam mangkok

kuningan

Page 17: Mekanika tanah

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 18: Mekanika tanah

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

Page 19: Mekanika tanah

Δw = perubahan kadar air (yaitu antara kadar air mula-mula dan kadar air pada

batas susut

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 20: Mekanika tanah

Sumber :

a. http://infobenazer.blogspot.com/2011/01/modul-mekanika-tanah-

1.html, Komunitas sipil (mekanika tanah)

b. Braja M.Das, Noor Endah, Indrasurya B Mochtar, Mekanika Tanah

(Prinsip-prinsip Rekayasa Geoteknis), jilid 1, Erlangga

c. Craig . R.F, Budi Susilo, Mekanika Tanah, Erlangga1989

d. Holtz & WD Kovacs, An Introduction to Geotechnical Engineering.

e. Joseph E.Bowlesh, Physical and Geotechnical Properties of Soils,

McGraw Hill,1984.