penjelasan tentang jenis tanah dan batuan, komposisi tanah, klasiifikasi tanah serta aliran air dalam tanah

1. Mekanika Tanah I
 Tanah dan Batuan
 Komposisi Tanah
 Klasifikasi Tanah
 Aliran Air Dalam Tanah
 Konsep Tegangan Efektif
 Tegangan-tegangan pada Suatu Massa
Tanah

2. Tanah dan Batuan
Dalam pengertian teknik secara umum, TANAH didefinisikan
sebagai :
• material yang terdiri dari agregat (butiran) mineral-mineral
padat yang tidak tersementasi (terikat secara kimia) satu
sama lain
• Berasal dari bahan-bahan organik yang telah melapuk
(berpartikel padat) disertai dengan zat cair dan gas yang
mengisi ruang-ruang kosong diantara partikel-partikel
padat .
Tanah berguna sebagai bahan bangunan pada berbagai
macam pekerjaan teknik sipil dan juga berfungsi sebagai
pendukung pondasi bangunan.

3. Tanah dan Batuan
 Jadi seorang ahli teknik sipil harus juga mempelajari sifat-
sifat dasar dari tanah, seperti :
 Asal usulnya tanah
 Penyebaran ukuran butirannya
 Kemampuan mengalirkan air
 Sifat pemampatan tanah bila dibebani
 Kekuatan geser tanah
 Kapasitas daya dukung terhadap beban, dsb.
 Ilmu Mekanika Tanah (Soil Mechanics) adalah cabang
dari ilmu pengetahuan yang mempelajari sifat fisik dari
tanah dan perilaku tanah massa tanah tersebut bila
menerima bermacam-macam gaya.
 Ilmu Rekayasa Tanah (Soil Engineering) merupakan
aplikasi dari prinsip-prinsip mekanika tanah dalam
problem-problema praktisnya.

4. SIKLUS BATUAN DAN ASAL USUL TANAH
 Butiran-butiran mineral yang membentuk bagian padat dari tanah
merupakan hasil pelapukan dari dari batuan.
 Ukuran setiap butiran padat tersebut sangat bervariasi dan sifat-sifat fisik
dari tanah banyak tergantung dari faktor-faktor ukuran, bentuk, dan
komposisi kimia dari butiran.
 Untuk mengetahui pengaruh dari faktor-faktor tersebut harus diketahui
terlebih dahulu tipe-tipe dasar dari batuan yang membentuk kerak bumi,
mineral-mineral yang membentuk batuan, dan proses pelapukannya.
 Berdasarkan asal-usulnya, batuan dapat dibagi menjadi 3 tipe dasar,
yaitu :
o Batuan Beku (Igneous Rock)
o Batuan Sedimen (Sedimentary Rock)
o Batuan Metamorf (Metamorphic Rock).
 Pada gambar berikut adalah diagram siklus kejadian beberapa tipe
batuan tersebut dan proses kejadiannya yang disebut dengan siklus
batuan.

5. SIKLUS BATUAN
Magma
Batuan
beku
Sedimenta
si
Pengangkutan,
erosi,
pelapukan
Batuan
sedimen
Batuan
metamorf
Peristiwa
metamorf
Pemadatan
Sedimentas
i
Kristalisasi
Mencai
r

6. BATUAN BEKU (Igneous Rock)
 Batuan beku (igneous rock) terbentuk dari membekunya magma cair
yang terdesak ke permukaan bumi melalui rekahan-rekahan pada kulit
bumi (fissure eruption) atau melalui gunung berapi (vulcanic eruption).
 Sebagian dari magma cair tersebut mendingin dipermukaan bumi dan
kemudian membatu
 Kadang-kadang magma tersebut berhenti bergerak sebelum mencapai
permukaan bumi dan mendingin di dalam kulit bumi dan membentuk
batuan beku dalam (plutonic rocks atau intrusive rocks).
 Batuan beku dalam tersebut pada suatu saat dapat muncul ke
permukaan bumi karena adanya proses erosi yang terus menerus
terhadap lapisan batuan dan tanah yang terletak di atas batuan beku
dalam tersebut.
Extrusive Igneous Rock Intrusive Igneous Rock

7. Pelapukan
 Pelapukan adalah suatu proses terurainya batuan menjadi
partikel-partikel yang lebih kecil akibat proses mekanis dan
kimia.
 Pelapukan mekanis dapat disebabkan oleh :
o Memuai dan menyusutnya batuan akibat perubahan panas dan
dingin yang terus menerus (akibat cuaca, matahari, dll) yang dapat
menyebabkan hancurnya batuan.
o Pecahnya batuan akibat es gleter, angin, air yang mengalir di sungai
dan gelombang air laut.
Peristiwa pelapukan secara mekanis ini tanpa terjadinya perubahan
komposisi kimia dari mineral batuan tersebut.
 Proses Pelapukan Kimia :
o Mineral batuan induk diubah menjadi mineral-mineral baru melalui
reaksi kimia.
o Air dan karbondioksida dari udara membentuk asam-asam karbon
yang kemudian bereaksi dengan mineral-mineral batuan dan
membentuk mineral-mineral baru.

8. Transportasi dari Produk-produk Pelapukan
 Produk-produk dari pelapukan dapat tetap tinggal di suatu
tempat atau terbawa ke tempat lain oleh unsur-unsur
pembawa seperti es, air, angin dan gravitasi.
 Tanah-tanah yang terjadi akibat penumpukan produk-
produk pelapukan hanya di tempat asalnya saja disebut
tanah residual.
 Sifat yang penting dari tanah residual adalah gradasi
ukuran butirannya, butiran yang halus umumnya terdapat
di permukaan dan semakin dalam dari permukaan
butirannya semakin kasar.
 Tanah-tanah yang terbawa ke tempat lain dapat
diklasifikasikan menjadi beberapa kelompok, tergantung
dari jenis pembawa dan cara pengendapannya ditempat
yang baru.

9. Batuan Sedimen
 Deposit-deposit dari tanah, krikil, pasir, lanau dan lempung hasil
pelapukan dapat menjadi lebih padat karena adanya tekanan lapisan
tanah di atasnya dan adanya proses sementasi antar butiran oleh
unsur-unsur sementasi seperti oksida besi, kalsit, dolomite dan quartz.
 Unsur-unsur sementasi tersebut biasanya terbawa dalam larutan air
tanah lalu mengisi ruang-ruang diantara butiran dan kemudian
membentuk batuan sedimen, yang disebut dengan batuan sedimen
detrital.
Contohnya : Conglomerate, breccia, sandstone, mudstone, dan shale.
 Batuan sedimen dapat juga terbentuk melalui proses kimia, yang
disebut dengan batuan sedimen kimia. Contonya : Batu kapur (lime
stone), gamping, dolomite, gypsum, anhydrite, dll.
Conglomerate Breccia Batu kapur Gypsum

10. BATUAN METAMORF
 Peristiwa metamorf adalah proses perubahan komposisi dan
tekstur dari batuan akibat panas dan tekanan tanpa pernah
menjadi cair.
 Dalam peristiwa metamorf, mineral-mineral baru terbentuk dan
butir-butir mineralnya terkena geseran yang kemudian
membentuk tekstur batu metamorf yang berlapis-lapis.
o Granit, diorite dan gabbro berubah menjadi gneiss pada peristiwa
metamorf tingkat tinggi.
o Shales dan mudstone berubah menjadi slates dan phyllites pada
peristiwa metamorf tingkat rendah.
o Batu pualam (marmer) terbentuk dari batuan calcite dan dolomite
yang mengalami proses kristalisasi ulang.
o Quartzite adalah sejenis batuan metemorf yang terbentuk dari
sanstone yang kaya akan mineral quartz. Quartzite adalah salah
satu batuan yang sangat keras.
o Pada tekanan dan panas yang besar sekali, batuan metamorf
mungkin mencair menjadi magma dan siklus batuan berulang
kembali.

11. Ukuran Partikel Tanah
 Ukuran partikel tanah sangat beragam dengan variasiyang cukup besar.
 Tanah umumnya dapat disebut sebagai krikil (gravel), pasir (sand),
lanau (silt), atau lempung (clay), tergantung pada ukuran partikel yang
paling dominan pada tanah tersebut.
 Beberapa organisasi telah mengembangkan batasan-batasan ukuran
golongan jenis tanah,yaitu :
Nama Golongan
Ukiran Butiran (mm)
Kerikil Pasir Lanau Lempung
Massachusetts Institute of Technology (MIT) >2 2 – 0,06 0,06 – 0,002 <0,002
US Departement of Agriculture (USDA) >2 2 – 0,05 0,05 – 0,002 <0,002
American Association of State Highway and
Transportation Officials (AASHTO)
76,2 – 2 2 – 0,075 0,075 – 0,002 <0.002
Unified Soil Classification System (USCS) 76,2 – 4,75 4,75 – 0,075
Halus (lanau dan lempung)
<0,0075

12. Ukuran Partikel Tanah
 Kerikil (gravels) adalah kepingan-kepingan dari batuan yang kadang-
kadang juga mengandung partikel-partikel quartz, dan mineral lain.
 Pasir (sands) sebagian besar terdiri dari quartz dan feldsfar. Butiran dari
mineral yang lain mungkin juga masih ada pada golongan ini.
 Lanau (silts) sebagaian besar merupakan fraksi mikroskopik (berukuran
sangat kecil) dari tanah yang terdiri dari butiran-butiran quartz yang
sangat halus, dan sejumlah partikel berbentuk lempengan-lempengan
pipih yang merupakan pecahan dari mineral-mineral mika.
 Lempung (clays) sebagian besar terdiri dari partikel mikroskopik dan
submikroskopik yang berbentuk lempengan-lempengan pipih dan
merupakan partikel-partikel dari mika, mineral lempung dan mineral-
mineral halus lain yang berukuran < 0,002 mm (2 mikron).

13. Analisis Mekanis dari Tanah
 Analisis mekanis dari tanah adalah penentuan variasi ukuran
partikel-partikel yang ada pada tanah.
 Variasi tersebut dinyatakan dalam persentase dari berat kering
total.
 Terdapat dua cara yang umum digunakan untuk mendapatkan
distribusi ukuran-ukuran partikel tanah, yaitu :
1) Analisis Ayakan :
untuk ukuran partikel tanah berdiameter > 0,075 mm
2) Analisis Hidromoter :
untuk ukuran partikel tanah berdiameter < 0,075 mm

14. Analisis Ayakan
 Analisis ayakan adalah mengayak dan menggetarkan contoh
tanah melalui satu set ayakan dimana ukuran lubang ayakan
disusun secara berurutan dimulai dari yang paling kecil berada
paling bawah.
 Nomor ayakan dan ukuran diameter lubang ayakan adalah sbb :
No.
Ayakan
Diameter
(mm)
½” 12,700
3/8” 9,525
# 4 4,750
# 10 2,000
# 40 0,425
# 60 0,250
# 100 0,150
# 200 0,075

15. Cara Melakukan Percobaan Analisis Ayakan
 Mula-mula tanah dikeringkan terlebih dahulu, kemudian semua
gumpalan-gumpalan tanah dipecahkan menjadi partikel-partikel yang
lebih kecil lalu kemudian diayak.
 Setelah cukup waktu untuk mengayak dengan cara menggetarkan
ayakan, massa tanah yang tertahan pada setiap ayakan ditimbang.
 Hasil dari analisis ayakan dinyatakan dalam persentase dari berat total
tanah.
 Tabel berikut memperlihatkan contoh perhitungan analisis ayakan dari
contoh tanah kering sebanyak 450 gram.
No.
Ayakan
Diameter
(mm)
Massa tanah
tertahan (gr)
Persentase
tanah tertahan
Persentase tanah
yang lolos
10 2,000 0 0 100
16 1,180 9,90 2,20 97,8
30 0,600 24,66 5,48 92,3
40 0,425 17,60 3,91 88,41
60 0,250 23,90 5,31 83,10
100 0,150 35,10 7,80 75,30
200 0,075 59,85 13,30 62,00
Pan - 278,99 62,00 0

16. Analisis Hidrometer
• Analisis hidrometer didasarkan pada prinsip sedimentasi
(pengendapan) butiran-butiran tanah dalam air.
• Bila suatu conto tanah dilarutkan dalam air, paritkel-partikel
tanah akan mengendap dengan kecepatan yang berbeda-
beda tergantung pada bentuk, ukuran dan beratnya.
• Untuk mudahnya, dapat dianggap bahwa semua partikel
tanah itu berbentuk bulat dan kecepatan mengendap dari
partikel-partikel tersebut dapat dinyatakan dalam hukum
Stokes, yaitu :
2
18
D
η
γ
γ
v w
s 

Dimana :
ν = kecepatan mengendap
γs = berat volume partikel tanah
γw = berat volume air
η = kekentalan air
D = diameter partikel tanah

17. Analisis Hidrometer
Dari persamaan hukum Stokes diperoleh :
t
L
waktu
jarak
v
t
L
v
D
w
s
w
s





 dimana
18
18






Dengan memperhatikan bahwa γs = Gs γw maka
t
L
G
D
w
s 

)
1
(
18


Bila satuan η dalam gram detik/cm2, γw dalam gram/cm3,
L dalam cm, t dalam menit, dan D dalam mm, didapat :
60
)
(
)
(
)
/
(
)
1
(
]
/
det)
[(
18
10 3
2
x
men
t
cm
L
cm
gr
G
cm
gr
D
w
s
mm



 atau
t
L
G
D
w
s 

)
1
(
30


Dengan menganggap γw = 1 gram/cm3, maka didapat :
)
1
(
.......
)
(
)
(
)
( pers
menit
t
cm
L
K
D mm  Dimana :
)
1
(
30


s
G
K


18. Analisis Hidrometer
• Bila sebuah alat hidrometer diletakkan dalam larutan
tanah pada waktu t, yang diukur dari mula-mula
terjadinya sedimentasi, maka alat tersebut mengukur
berat spesifik (Spesific Gravity) dari larutan disekitar
bola kacanya sampai sedalam L dari permukaan
larutan. (Lihat gambar).
• Selama waktu t partikel-partikel tanah yang diametenya
> D menurut pers (1) mengendap terlebih dahulu
dibawah kolom L. Sedangkan partikel tanah yang
diameternya < D masih berada dalam larutan sampai
pada kedalaman L.
• Dengan mengetahui jumlah tanah di dalam larutan, L
dan t, kita dapat menghitung persentase berat tanah
yang lebih halus dari diameter yang ditentukan.
Dimana L adalah kedalaman yang diukur dari
permukaan air terhadap pusat berat bola kaca dari alat
hidrometer .
L

19. Ukuran Efektif, Koefisien Keseragaman, dan
Koefisien Gradasi
• Kurva distribusi ukuran butiran dapat digunakan untuk
membandingkan beberapa jenis tanah yang berbeda-beda.
• Selain itu ada tiga parameter dasar yang dapat ditentukan
dari kurva tersebut, dan parameter-parameter tersebut
dapat digunakan untuk mengkalisifikasikan tanah berbutir
kasar. Parameter-parameter tersebut adalah :
– Ukuran efektif (Effective Size)
– Koefisien keseragaman (Uniformity Coefficient)
– Koefisien gradasi (Coefficient of Gradation)
• Diameter dalam kurva distribusi ukuran butiran yang
bersesuaian dengan 10% lolos ayakan didefinisikan sebagai
ukuran efektif, atau disebut dengan D10

20. Koefisien Keseragaman
Koefisien Keseragaman/Coefficient 0f Uniformity (Cu) adalah
perbandingan antara diameter butiran yang 60% lolos ayakan
dengan diameter butiran yang 10% lolos ayakan yang diperoleh
dari kurva distribusi ukuran butiran :
10
60
D
D
Cu 

21. Koefisien Gradasi/Coefficient of Gradation/Coefficient of Curvature
• Koefisien Gradasi dinyatakan sebagai :
10
60
2
30
D
x
D
D
Cc 
Dimana :
Cc = koefisien gradasi
D30 = diameter butiran yang 30% lolos ayakan yg diperoleh dari kurva
distribusi ukuran butiran
• Tanah bergradasi baik (well graded) jika mempunyai koefisien gradasi Cc
antara 1 dan 3 dengan Cu > 4 untuk krikil dan > 6 untuk pasir.
• Tanah dengan nilai Cu ≥15 disebut tanah bergradasi sangat baik
(verywell-graded)

22. Contoh Soal
• Berikut ini adalah hasil dari analisis ayakan dari suatu contoh
tanah dengan masa 450 gram:
a. Tentukan persentase butiran yang lolos
dari tiap-tiap ayakan dan gambarkan
kurva distribusi ukuran butiaran-butiran
tanah tersebut.
b. Tentukan D10, D30, D60 dari kurva
distribusi ukuran butiran tanah tersebut.
c. Hitung koefisien keseragaman, Cu.
d. Hitung korfisien gradasi, Cc.
No. Ayakan
Masa tanah yang
tertahan pada
tiap ayakan
(gram)
4 0
10 21,6
20 49,5
40 102,6
60 89,1
100 95,6
200 60,4
Pan 31,2
Jumlah 450

23. Solusi
a. Untuk menentukan persentase butiran tanah yang lolos dari tiap-tiap
ayakan terlebih dahulu dihitung persentase butiran tanah yang tertahan
pada tiap ayakan kemudian baru dapat digambarkan kurva distribusi
butiran-butirannya :
No.
Ayakan
Diameter
(mm)
Masa tanah yang
tertahan pada tiap
ayakan
Masa tanah yang
lolos pada tiap
ayakan
gram % %
4 4,750 0 0 100
10 2,000 21,6 4,80 95,2
20 0,850 49,5 11,00 84,2
40 0,425 102,6 22,80 61,4
60 0,250 89,1 19,80 41,6
100 0,150 95,6 21,24 20,36
200 0,075 60,4 13,42 6,94
Pan - 31,2 6,93 0,00
Jumlah - 450 100 -

24. Solusi
Kurva distribusi ukuran butiran tanah
44
,
4
09
,
0
40
,
0
10
60



u
u
C
D
D
C
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.01 0.1 1 10
Persentase
yang
loloa
(%)
Diameter Butiran (mm)
D10
0,09
D30
0,20
D60
0,40
11
,
1
09
,
0
40
,
0
20
,
0 2
10
60
2
30



c
c
c
C
x
C
D
x
D
D
C
Cu > 4, dan Cc > 1
tanah bergradasi
baik (well graded)