rangkuman mektan1 lengkap

Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB DESIANA VIDAYANTI MEKANIKA TANAH 2

Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Universitas Mercu Buana

1

MODUL 1 REVIEW MEKTAN I

Sifat – Sifat Indeks Tanah

1.1. PENGERTIAN DASAR 1.1.1. 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.

1.1.2. 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

1.1.3. 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 uji laboratorium dan uji lapangan

1.1.4. 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

1.2. 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 :

• Perbandingan Volumetric

1. void ratio e, Vs

Vve = , 0 < e < ~

sands : 0,4 s/d 1,0

clays : 0,3 s/d 1,5

2. porositas n , %100xVv

Vvn = , 0 < n < 100%

e

en

+=

1 dan

n

ne

−=

1

3. Derajat kejenuhan S, %100xVv

VwS =

Tanah kering, S = 0%

Jika pori berisi jenuh air, S = 100%

• Perbandingan Massa

Kadar air w, %100xMs

Mww =

Perhitungan kadar air dihitung di laboratorium (ASTM D : 2216(1980 ))


• Perbandingan yang Menghubungkan sisi Volumetric dan sisi Massa

Densitas/ kepadatan ρ

Vt

MwMs

Vt

Mt +==ρ

Vw

Mww

Vs

Mss =ρ , =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 : , =ρ Vt

Msd

Saturated density/ kepadatan jenuh : Vt

MwMs +=ρ ( Va = 0, S= 100%)

Submerged density/ kepadatan tercelup : ρ’= ρsat – ρw

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

• Peralatan :

- Oven pemanas dengan suhu sampai 110 derajat celcius

- Cawan

- Neraca dengan ketelitian 0,01 grm

- Desikator

• 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%

Contoh soal :

1. A sample of wet soil in a drying dish has a mass of 462 g. After drying in an oven at

110 C overnigth, the sample and dish have a mass of 364 g. The mass of the dish

alone is 39 g

Required

Determine the water content of the soil.

2. Density = 1,76 t/m3, density of solid = 2,7 t/m3

Water content = 10%

Required :

Compute : dry density, void ratio, porosity, degree of saturation, saturated density

Dari penjelasan di atas diketahui bahwa 2 golongan besar 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.

1.3. 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


ASTM (1980) : C 136 dan D 422

AASHTO (1978) T27 dan T

Table 2.1. 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 (lebih 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 2.1.Alat Uji Analisa Saringan


Tabel 2.2. Analisa Saringan / Sieve Analysis

1.3.1. 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 di bawah ini :


Untuk menentukan tipe gradasi tersebut ada parameter lain, yaitu :

• Koefisien keseragaman :

10

60

D

DCu =


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 :

)60)(10(

)30( 2

DD

DCc =

- D30 = diameter butir (dalam mm) dimana 30% lolos saringan

- Cc di antara 1 dan 3 : gradasi baik

Sepanjang Cu > 4 untuk kerikil

Cu > 6 untuk pasir

Soal :

Dari kurva distribusi ukuran butir yang ditunjukkan pada gambar 1.2, hitung D10, Cu, Cc

untuk tiap kurva distribusi ukuran butir tersebut.


1.4. 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

dasr 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)

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 2.2


1.4.1. 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 2.3a Alat tersebut terdiri dari mangkok kuningan yang

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 2.3b). 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 2.4). 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 :

1

2log

21

N

Nww

If−=

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 :

CNIfw +−= log

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 :

β

=tan

25

NLL

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

tan β = 0,121 (harap dicatat bahwa tidak semua tanah mempunyai harga tan β =0,121)


Gambar 2.5 Awal uji batas cair dengan contoh tanah di dalam mangkok kuningan


• 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 2.6a dan 2.6b)

Indeks Plastisitas (plasticity index (PI)) adalah perbedaan antara batas cair dan batas

plastis suatu tanah, atau :

PLLLPI −=


• 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 2.7). 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 lurus sehingga 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 2.7. definisi batas susut

Seperti ditunjukkan dalam gambar 2.7 batas susut ditentukan dengan cara berikut :

(%)(%) wwiSL ∆−=

dimana :

wi = kadar air tanah mula-mula pada saat ditempatkan di dalam mangkok uji batas susut

∆w = perubahan kadar air (yaitu antara kadar air mula-mula dan kadar air pada batas susut


Tetapi : 1002

21(%) x

m

mmwi

−=

dimana :

m1 = massa tanah basah dalam mangkok pada saat permulaan pengujian (gram)

m2 = massa tanah kering (gram), lihat gambar 2.7

Selain itu : 1002

)((%) x

m

wVfViw

ρ−=∆

dimana :

Vi = volume contoh tanah basah pada sat permulaan pengujian (yaitu volume mangkok,

cm3.

Vf = volume tanah kering sesudah dikeringkan di dalam oven

Dengan menggabungkan persamaan-persamaan di atas, maka didapat :

)100()(

)100(22

21

−−

−=

m

wVfVi

m

mmSL

ρ

Soal -soal

1. Volume total suatu spesimen tanah adalah 80.000 mm3 dan beratnya 145 g, sedang

berat keringnya adalah 128 g. Kepadatan butir tanah tanah adalah 2,68. Berdasarkan

informasi tersebut, hitunglah :

a) kadar air d) derajat kejenuhan

b) void ratio e) kepadatan kering

c) porositas f) kepadatan jenuh

2. Hasil-hasil batas-batas Atterberg pada suatu contoh tanah memberikan hasil seperti

pada tabel berikut ini :

Uji Batas Cair (massa dalam gr)

Jumlah ketukan 17 21 26 30 34

No.pengujian 1a 1b 2a 2b 3a 3b 4a 4b 5a 5b

Massa basah total

(tanah + cawan)

9,35 9,68 13,69 12,16 10,11 9,27 10,31 11,08 11,50 9,59

Massa kering total

(tanah + cawan)

8,79 9,20 11,35 10,19 8,67 8,02 8,84 9,42 9,78 8,31

Massa cawan 7,11 7,77 4,05 4,05 4,10 4,07 4,10 4,10 4,07 4,05


Uji Batas Plastis (massa dalam gr)

Pengujian 1 Pengujian 2

Nomor cawan A B C D

Massa basah total 6,32 6,56 6,54 6,36

Massa kering total 5,94 6,15 6,12 5,97

Massa cawan 4,06 4,10 4,07 4,05

a. Tentukan batas cair tanah tersebut.

b. Tentukan batas plastis dari tanah tersebut.

c. Berapakah indeks plastisitas tanah tersebut ?

rangkuman mektan1 lengkap

Documents