Komposisi Mineral Dan Sifat Sifat Tanah

BAHAN AJAR
MEKANIKA
M
TANAH I

OLEH:

SUPRIYONO

PROG
GRAM DIPLOMA TEKNIK SIPIL
JURUSAN
N TEKNIK
T
SIPIL, FAKULTAS TEKNIK
UNI
NIVERSITAS GADJAH MADA
JOGJAKARTA
2003

I.

SIFAT — SIFAT UMUM TANAH

BUTIR TANAH

Rongga:
1. Udara penuh
2. Udara + air
3. air penuh

Tanah dapat terdiri dari bebe
berapa bagian. Tanah yang kering terdiri dari padat
p
atau
butiran dan pori-pori rongga udara,
u
tanah kenyang air atau jenuh terdiri dari padat atau
butiran dan air pori dan tanah
ah basah (tidak jenuh) terdiri dari tiga bagian yaitu
ya bagian

padat atau butiran, pori-porii udara
ud
dan air pori.

Vs

= Volume bahan padat
at (volume butiran)

Vv

= Volume poni (void)

Vw

= Volume air

Va

= Volume udara

V

= Volume total

Ws

= berat bahan padat

Ww

= berat air

Wa

= berat udara (diangga
gap = 0)

W

= berat total

Hubungan antara Komponen
n Tanah
T
1.

Berat jenis tanah (G) & be
berat volume bahan butiran ( )
Berat jenis bahan : perbandingan
p
antara berat bahan dengan bera
rat air pada
volume yang sama

Berat volume bahan
n butiran
b
(γs) : perbandingan antara berat & volum
ume

2. Angka pori (e) & kadar pori
po (n)
Angka pori : perbandingan
an antara volume pori dengan volume bahan pad
adat

Kadar pori (porosity = n)
Kadar pori : perbandingan
an antara pori dengan volume seluruh tanah

3. Derajat kenyang air (S)
Perbandingan antara
a vvolume air dengan volume pori
Dalam desimal atau %

4. Kadar air tanah (w)
Perbandingan antara
ab
berat air dengan berat butir

Dalam %

5. Berat Volume Tanah (γ)
Secara umum, beratt volume tanah adalah perbandingan antara be
berat tanah
total (termasuk butiran
an dan air) dengan volume total tanah (termasuk
uk udara, air
& tanah).

Hal —hal khusus tenta
tang γ
a. berat volume basa
sah perbandingan antara berat butiran tanah ter
termasuk air
dan udara (W) den
engan volume total tanah (V)
γb =

W

V

b. berat volume keri
ering : perbandingan antara berat tanah dalam
am keadaan
kering (berat butira
tiran tanah) dengan seluruh volume tanah
γk =

Ws
V

γk digunakan untuk ukuran kepadatan tanah (dry
dry density)

c. berat volume keny
nyang air
d. berat volume teren
endam
Hubungan Antar Parameter

po (e) dengan kadar pori (n)
1. Hubungan antar angka pori
Keduanya dapat men
enunjukkan kepadatan tanah
Makin padat suatu tanah,
tan
e dan n makin kecil karena volumenya ber
erkurang

0,3 5 — 1)
Dalam praktek; e = (0,3

untuk pasir

n = (26
26—50)%
e = (0,6
0,67—1)

untuk lempung

n = (40
40—60)%

2. Hubungan antara berat ba
basah (W) dengan berat kering (Wk)
Jika tanah mempunyai kadar
ka
air sebesar w
Berat tanah basah: W = Ws + Ww

Bila tanah dikeringkan
an (air diuapkan)

Ww = 0 ; berarti beratnya me
menjadi W =

Wk = Ws

Contoh:

Tanah beratnya W = 10
10kg
Kadar air w = 25 %
Berapa berat tanah jika dikeringkan?
Wk =

W
10
= 8kg
=
1 + w 1 + 0,25

3. Hubungan antara berat jenis, angka pori, kadar air dan derajat ke
kenyang air
(G,e,w,S)
Diambil volume bahan pad
adat
Vv
Vs=1

Vvc.(c=

V=1+e

Vv
)
Vs

Vs + w

Ws = G. 1 = G
Ww = w .Ws = w .G
Vw = w.Ws = w.G
Vw =

w.G
Yw

Maka hubungan antara G, e,, w,
w S adalah

Hubungan antara beratt volume
vo
basah ( ), berat volume kering ( ), dan
an kadar air

4.

(w)

pada kondisi kering, basah, kenyang air & terend
ndam
5. Hubungan antara , G, e,, p
a. Berat volume kering
Dari rumus γk =
b.

Wk Ws
G
=
maka γk =
dan gambar butir tanah
V
V
1+ e

Berat volume basah den
engan kadar air w

c. Berat volume tanah keny
nyang air (
•

Pada kondisi kenyan
ang air

saturated)

S=1

d. Berat volume tanah tere
rendam (tanah dalam air)
•

Berat butir-butir tanah
ta
beratnya berkurang sebesar beratt air yang
dipindahkan

•

Maka berat butir-buti
utirnya: W’ = Ws + Vs. w

•

'
Berat volume tanah
h dalam
d
air γ =

•

Dari rumus terdahulu
ulu : γ ' =

W ' Ws + Vs.γ w
=
V
V

G −γ w
1+ e

γ ' =

Satuan : T/m3
Kg/dm3

G −1
1+ e

γ ' = γ sat − 1

Gr/cm3

γ ' = γ sat − γ w

Catatan:

e=

Vv
Vs

n=

Vv
V

rumus-rumus berat volu
olume
terhadap n

Hasil :
•

Kondisi kering

:

γ k = G(1 − n )

•

Kondisi basah

:

γ = G (1 − n ) + S .n

•

Kondisi kenyang ai
air

:

γ sat = G(1 − n ) + n

•

Kondisi terendam

:

γ ' = G(1 − n ) − (1 − n)

Contoh :
'
1. Hitung harga dari γ k , γ sat , γ

a. Tanah pasir dengan
de
berat jenis G = 2,66 dengan angka pori
ri e = 0,35 &
e=1
ng yang mempunyai berat jenis G=2,70 dengan
na
angka pori
b. Tanah lempung
e=0,67 & e=1
Jawab :
engan G = 2,65 dan e = 0,35
a. 1. Pasir den

G
2,65
=
= 1,963 gr / cm 3
1 + e 1 + 0,35
G+e
γ sat =
= 2, 220
1+ e
G − 1 2,65 − 1
=
γ' =
= 1, 220 gr / cm 3
1 + e 1 + 0,35

γk =

γ ' = γ sat − 1 = 2, 22 − 1

atau

= 1, 22
2. dengan cara yang sama
Pasir

k

= 1,325

sat

= 1,825

’

= 0,825

b. 1. Lempung dengan G = 2,7 dan e = 0,67
k

= 1,617

sat

= 2,018

’

= 1,018

2. Lempung dengan G = 2,7 dan e = 1,5
k

= 1,08

sat

= 1,68

’

= 0,68

2. Suatu tanah lembab, kadar airnya w = 6 %, berat volume y = 1,88 gr/cm3,
G= 2,65
Ditanyakan:
a. berat volume kering; derajat kenyang air; angka pori; dan kadar pori
tanah
b. seandainya tanah ini menjadi kenyang air berapa kadar airnya
Jawab:
a. berat volume kering γ k =

mencari angka pori

γ
1+ w

e →γk =

= 1,77 gr / cm 3

G
G
→e=
−1
γk
1+ e

e = 0,50
kadar pori n =

e
→ n = 0,33
1+ e

Universitas Gadjah Mada

mencari S :

G.w
e
= 0,33

G.w = e.S → S =

b. mencari w, bila
ila tanah menjadi kenyang air
kenyang air

S=1
S

G.w = e
e
w = = 0,19 = 19%
G

3. Suatu sample tana
nah, keadaannya kenyang air beratnya 102,8 gr. Tanah ini
dikeringkan dan beratnya
be
menjadi 73,4 gr. G tanah = n 2,741, ditanyakan
dit
:
w, e, n,

k,

& ?

Cara 1: Diagram Blok

Pada kondisi kenyang
g air

:

W1 = Ws + Ww = 102,8 gr

Dikeringkan

:

W1 = Ws= 73,4 gr

Maka berat air : Ww = 102,8 – 73,4 = 29,4 gr

Vw =

Ww

=

Ww
= 29,4cm 3
1

Volume air

:

Volume butir

:

Vs =

Volume pori

:

Vv=Vw=29,4 cm3

Volume tanah total

:

V = Vs+Vw = 26,79 +29,4

γw

Ws 73,4
=
= 26,79cm 3
G 2,741

= 56,19 cm3
Dari data tersebut dima
imasukkan dalam rumus-rumus yang ada :
Berat volume mula-mu
ula

: γ = γ sat =

W1 102,8
=
= 1,83gr / cm 3
V 56,19

Berat volume kering

: γ k = γ sat =

Kadar air

: w=

Angka pori

: e=

Kadar pori

n=

Ws 73,4
=
= 1,31gr / cm 3
V
56,19

Ww 29,4
=
= 0,4 = 40%
Ws 73,4

Vv 29,4
=
= 1,1
Vs 26,79

Vv
29 , 4
=
= 0,52 = 52 % :
V
56 ,19

Cara 2 : Menggunakan rumus yang ada
•

Kadar air dihitung dengan persamaan: W1 = Wk (1+ w)

•

Angka pori dicari dengan kondisi kenyang air (S=1): G.w = e.S ;

•

Kadar pori : n =

•

Berat volume kering = γ k =

•

Berat volume mula : γ sat =

w = 40 %
e = 1,1

e
→ n = 52 %
1+ e

G
→ γ k = 1,31
1+ e

G+e
atau γ = γ k = (1 + w) karena wsat = w
1+ e

4. a. Tanah mempunyai BJ = 2,6. Dalam keadaan kenyang air, kadar air 30
%. Hitung Berat volume kering?
b. Tanah berkadar air 30 %, dengan kadar air ini derajad kenyang airnya
95 %; BJ tanah = 2,6 Berat volume kering?
Jawab: a. Dicari e dari G.w = e.S
Maka γ k =

S=1 e=G.w=0,78

G
2,6
=
= 1,461 gr / cm 3
1 + e 1,78
G.w 2,6.0,3
=
= 0,821
0,95
S
G
2,6
γk =
=
= 1,43 gr / cm
1 + e 1 + 0,821
e=

c. Dicari dulu e dari G.w = e.S

5. Tanah berkadar air 12 %, berat volume 1,44 gr/cm3. Diinginkan kadar air
naik 20 %. Berapa volume air yang ditambahkan:
a. pada 1,5 m3 tanah
b. pada 25 kg tanah
Jawab:
Prinsip/umum : Tanah mempunyai kadar air w1, berapa tambahan air agar
kadar air menjadi w2.

Universitas Gadjah Mada

5. a. Tanah mempunya
yai Berat volume kering 1,2 gr/cm3. Tanah dipadatkan
d
sehingga berat volume
vo
kering = 1,5 gr/cm3. Untuk volume tana
nah setelah
dipadatkan seban
anyak 1250 m3. Berapa banyak tanah tidak pa
padat yang
harus disediakan?
n?
b. Tanah mula-mula
la berangka pori 1,2 dipadatkan sehingga angka
gka pori 0,8.
Jika tanah mula-m
mula 1500 m3. Berapa volume tanah setelah dipa
ipadatkan?

Jawab:
Prinsip Umum:
punyai berat volume kering
a. Tanah asal mempu
mempunyai

, dipadatkan
n sehingga

,

b. Tanah semula mempu
punyai e1 dipadatkan sehingga mempunyai e2
Diagram blok dengan
n Vs = 1

PERCOBAAN LABORATORI
RIUM

1. Menentukan kadar air tana
nah
Kadar air →
Yang harus diketahui

Ww = berat air yang ada dalam tanah
Ws = berat butir tanah

Sampel = 10 — 50
0 gram tanah yang masih basah, ditimbang
g misal W1,
kemudian dikeringkan
n dalam oven, setelah kering ditimbang lagi W2.

Pada keadaan basah
h berat
b
tanah W1 = Ws + Ww setelah dikeringkan
an beratnya
W2 = Ws
∴Berat air dalam tanah
ah Ww = W1 - W2

Catatan: suhu oven konstan
ko
105 - 110 °C
2. Menentukan berat volume
e tanah

yang harus dicari :
W = berat tanah, terma
masuk air dalam tanah
V = volume tanah, term
rmasuk pori dalam tanah
W = ditimbang
V dengan beberapa ca
cara:
a. tanah kohesif basah — tidak terlalu keras
1) memotong
ng membentuk kubus/balok
2) cincin baja
ja tajam : diketahui φ & tingginya
−

ditekan
ankan ke dalam tanah

−

seperti
rti cetakan

b. Tanah keras
Gumpalan/poto
tongan, kaca ditempeli beberapa paku, mangkok
ok penuh air
raksa

Dengan mema
akai lempeng kaca yang ditempeli paku gumpa
palan tanah
ditekan masukk ke dalam air raksa.
c. Menentukan Berat
B
Volume kering Tanah (= ukuran kepadatan
tan)

diperlukan

atau
a

(seperti pada no. 2) dan kadar air tanah
ah w (seperti

w no. 1)
B
Jenis Tanah
d. Menentukan Berat

Berat butira
iran tanah Ws menimbang tanah yang telah kering
ring
Mencari volume
vo
butir tanah Vs dengan botol piknome
meter (tutup
berlubang
g kapiler
k
sangat halus)
1) Piknome
meter kosong ditimbang → beratnya W1
2) Piknome
meter diisi butiran tanah kering → ditimbang W1
3) Piknome
meter diisi dengan air sampai penuh (tanpa butir
utiran tanah)
→ berat
ratnya W3
4) Piknome
meter diisi butiran tanah, kemudian diisi air sam
mpai penuh
→ ditimb
imbang W4
Skema penentuan b.j.

Maka berat butiran tan
anah: Ws = (W2 — W1)
Berat air yang volumen
enya = volume butiran tanah

e. Menentukan Angka
A
Pori dan kadar pori tanah
Dari G &

Setelah e diketahui:
d

Memeriksa kep
epadatan tanah di lapangan dicari
Berat volum
lume basah →
Berat volum
lume kering →
Yang khusu
usus; penentuan volume contoh tanah (V)
i)

dengan
an silinder pengambil sampel
tanah
h kohesif
k
& tidak mengandung
kerikil/b
il/batu - batu. Silinder baja,
ujung tajam dipukul, didapat
seperti
rti cetakan sehingga volume
tanah
h = volume silinder, beratnya
ditimba
bang

n cara kerucut (“sand
ii) dengan
cone method)
me
boto
tol transparan, kerucut dan
plat
at dasar berlubang
pasi
sir berbulir/seragam/uniform
bera
rat volume konstan =

,

volu
lume = V0
botol diisi
dii pasir, ditimbang → w1
−

plat
at dasar diletakkan diatas tanah

−

tana
nah digali (V)

−

bera
rat tanah galian (W) dengan kadar air (w)

−

Boto
otol + pasir dibalik dan dipasang, keran dibu
ibuka, pasir
men
engisi kerucut & lubang galian (V + V0)

−

Kran
ran ditutup, botol dan pasir ditimbang W2
W1 - W2 = berat pasir yang mengisi kerucut & luban
ang galian
Volu
olume kerucut + lubang →

pas
asir uniform

volu
lume kerucut (V0) → diketahui
volu
lume sampel tanah yang dicari → V = V1 — V0
sehi
hingga V dan W diketahui → dapat dicari
w diketahui
dik
→ dapat dicari
iii) Dengan
an cara balon karet (“Rubber Balloon Method”)
Plat das
asar berlubang, gelas ukuran terisi air,
pompa
a berupa
b
bola karet, balon karet
−

muk
uka tanah diratakan

−

plat
at dasar diletakkan

−

tana
nah dibawahnya digali & diukur/dikumpulkan → W (berat)

−

kada
dar airnya (w), volume (V) dipasang seperti gamb
mbar