Penjelasan komposisi tanah meliputi: Hubungan Antara Berat volume (Unit Weight), Angka Pori (Void Ratio), Kadar Air (Water Content), dan Berat Jenis (Specific Gravity)

1. 1
KOMPOSISI TANAH
Pada kejadiannya, tanah terdiri dari tiga fase yaitu :
 Butiran padat (Solid)
 Air (Water)
 Udara (Air)
Vol total tanah Vt = Vs + Vv = Vs + Vw + Va
Vs = volume butiran padat
Vv = volume pori
Vw = volume air di dalam pori
Va = volume udara di dalam pori

2. KOMPOSISI TANAH
• Apabila udara dianggap tidak mempunyai berat (Wair = 0), maka
berat total dari contoh tanah dapat dinyatakan sebagai :
Wtotal = Wsolids + Wwater
dimana :
Wsolids = berat butiran padat
Wwater = berat air.
Wair = 0

3.  KOMPOSISI TANAH
(1) Void ratio/angka pori (e) didefinisikan sebagai perbandingan antara
volume pori (Vv) dan volume butiran padat (Vs). Jadi :
……….. persamaan (1)
(2) Porosity/porositas (n) didefinisikan sebagai perbandingan antara volume
pori (Vv) dan volume tanah total (Vt). Dapat dinyatakan dalam betuk
desimal atau persen.
..…….. persamaan (2)
(3) Degree of Saturation/derajat kejenuhan (S) disefinisikan sebagai
perbandingan antara volume air dan volume pori.
..……. Persamaan (3)
s
v
V
V
e 
t
v
V
V
n 
%
100


v
w
V
V
S
Hubungan volume yang
umum dipakai untuk suatu
elemen tanah adalah : angka
pori (e), porositas (n), dan
derajat kejenuhan (s).

4. • Hubungan angka pori (e) dan porositas (n) dapat diturunkan
dari persamaan (1) dan (2) :
n
n
V
V
V
V
V
e
t
v
t
t
t
v
V
V
V
V
V
V
v
t
v
s
v







1
)
(
)
(
)
(
• KOMPOSISI TANAH
e
e
V
V
V
V
V
n
s
v
s
s
s
v
V
V
V
V
V
V
v
s
v
t
v







1
)
(
)
(
)
(
n
n
e


1
e
e
n


1
• Derajat Kejenuhan/Degree of Saturation (S)
− Tanah kering (Completely dry soil), S = 0 %
− Tanah dalam keadaan jenuh (Completely
saturated soil), S = 100%
− Tanah tak jenuh/jenuh parsial
(Unsaturated soil/partially saturated soil),
0% < S < 100%

5. 1) Kadar air/water content (w) didefinisikan sebagai perbandingan
antara berat air (Ww) dan berat butiran padat tanah (Ws). Dinyatakan
dalam persen.
......... Persamaan (4)
• KOMPOSISI TANAH
%
100


s
w
W
W
w
t
t
V
W


2) Berat volume/unit weight (γ) adalah perbandingan antara berat
tanah seluruhnya(Wt) dan volume tanah seluruhnya (Vt).
…….. Persamaan (5)
Istilah-istilah yang umum
dipakai untuk hubungan berat
adalah Kadar Air (moisture
content/water content) dan
Berat volume (unit weight
atau density).

6. • Para ahli tanah kadang-kadang menyebut berat volume/unit weight
(γ) yang didefinisikan dengan persamaan (5) sebagai berat volume
basah (moist unit weight).
• Kadang-kadang memang perlu untuk mengetahui berat kering
persatuan volume tanah seluruhnya. Perbandingan tersebut
dinamakan Berat volume Kering/dry unit weight (γd). Jadi :
……… persamaan (7)
KOMPOSISI TANAH
t
s
d
V
W


• Dari persamaan (6) dan (7) hubungan antara berat volume (γ), berat
volume kering (γd) dan kadar air (w) dapat ditulis sbb :
sehingga
  )
1
(
1
w
V
w
W
d
t
s



 

)
1
( w
d




• Berat volume (γ) dapat juga dinyatakan dalam berat butiran padat
(Ws), kadar air (w) dan volume total (Vt) :
…… pers (6)
   
t
s
t
W
W
s
t
w
s
t
t
V
w
W
V
W
V
W
W
V
W s
w







1
)
(
1


7. 7
• Satuan dari berat volume adalah Newton per meter kubik (N/m3).
• Kerapatan/density (ρ) adalah massa tanah persatuan volume total
tanah (Vt), yaitu :
dan
dimana :
ρ = kerapatan tanah/density (kg/m3)
ρd = kerapatan tanah kering/dry density (kg/m3)
m = massa tanah (kg)
ms = massa butiran padat dari tanah (kg)
Vt = volume total tanah (m3)
KOMPOSISI TANAH
t
V
m




 81
,
9

 g
t
s
d
V
m


d
d
d g 

 81
,
9


Dimana g = percepatan gravitasi = 9,81 m/dt2

8. Berat Jenis tanah/Specific Gravity (Gs)
• Berat Jenis Gs tidak berdimensi.
• Berat jenis dari berbagai jenis tanah berkisar antara 2,65 sampai 2,75.
• Nilai berat jenis sebesar 2,67 biasanya digunakan untuk tanah-tanah
tak berkohesi. Sedangkan untuk tanah kohesif tak organik berkisar
antara 2,68 sampai 2,72.
• Nilai-nilai berat jenis dari berbagai jenis tanah adalah sbb :
Jenis Tanah Berat Jenis Gs
Krikil 2,65 – 2,68
Pasir 2,65 – 2,68
Lanau tak organik 2,62 – 2,68
Lempung organik 2,58 – 2,65
Lempung tak organik 2,68 – 2,75
Humus 1,37
Gambut 1,25 – 1,80

9. Density ( ρ ) and Unit Weight ( γ )
Kerapatan dan Berat Volume
 Masa adalah ukuran inersia
material, atau “kuantitas materi”.
Masa tidak dapat berubah pada
tempat-tempat yang berbeda.
 Berat adalah gaya, gaya dari
gravitasi pada sebuah benda.
Nilainya berbeda pada tempat yang
berbeda (Hukum Newton's II, F =
ma) (Giancoli, 1998)
 Berat satuan sering digunakan
dibandingkan kepadatan yaitu :
(sebagai contoh dalam menghitung
tekanan berlebih).
w
s
w
s
w
s
s
w
w
w
g
g
G
m
kN
m
m
t
g
Water
m
g
m
9.8
gravitasi
percepatan
g
Volume
g
masa
Volume
Weight
weight
Unit
Volume
masa
Density

































3
2
3
2
2
8
.
9
sec
8
.
9
1
.
sec
8
.
9
sec

10. 10
Hubungan Antara Berat volume (Unit Weight), Angka Pori (Void
Ratio), Kadar Air (Water Content), dan
Berat Jenis (Specific Gravity)
• Untuk mendapatkan hubungan antara berat volume, angka pori, dan
kadar air, maka dapat ditinjau dari suatu tanah yang volume butiran
nya (Vs) = 1 satuan, seperti terlihat pada gambar :
Vs = 1
Vw = w Gs
Vv= e
Vt = 1 + e
Ww = w Gs γw
Ws = Gs γw
e
V
maka
1,
V
dan
e
:
(1)
pers
dari
Karena
v
s
V
V
s
v



• Berat Jenis tanah/Specific Gravity (Gs) adalah perbandingan antara
berat volume tanah (γs) dengan berat volume air (γw) :
sehingga : γs = Gs γw dan w
s
s
G



s
s
s
V
W



11. Hubungan Antara Berat volume (Unit Weight), Angka Pori (Void Ratio),
Kadar Air (Water Content), dan Berat Jenis (Specific Gravity)
• Karena Vs = 1, maka γs = Ws dan γs = Gs γw , sehingga berat butiran
tanah Ws = Gs γw
• Kadar air :
Vs = 1
Vw = w Gs
Vv= e
Vt = 1 + e
Ww = w Gs γw
Ws = Gs γw
• Dengan menggunakan pers (5) dan pers (7)
kita dapat menuliskan :
e
G
V
W
dan
e
G
w
e
G
w
G
V
W
W
V
W
w
s
t
s
d
w
s
w
s
w
s
t
w
s
t
t












1
1
)
1
(
1







s
w
W
W
w 
Sehingga Ww = w Gs γw
dan Vw = w Gs
karena :
w
w
w
W
V


• Derajat kejenuhan (S) adalah:
s
s
v
w
G
w
e
S
atau
e
G
w
V
V
S



maka Ww = w Ws
w
s
w
s
s
e
)
e
S
G
(
e
)
G
w
G
(










1
1

12. 12
Hubungan Antara Berat volume (Unit Weight), Angka Pori (Void
Ratio), Kadar Air (Water Content), dan
Berat Jenis (Specific Gravity)
• Apabila contoh tanah adalah jenuh air (saturated), yaitu ruang pori terisi
penuh oleh air, maka berat volume jenuh air dapat ditentukan dengan cara
sbb :
e
e
G
e
e
G
V
W
W
V
W w
s
w
w
s
t
w
s
t
t
sat









1
)
(
1



 Selanjutnya kita dapat
menulis sbb :
• Berat volume tanah jenuh air (γsat) adalah:
• Kerapaatan jenuh air/saturated density (ρsat) :
e
e
G w
s
sat



1
)
( 

Dimana ρw = kerapaatan air
(water density) = 1000 kg/m3
Vs = 1
Vv = Vw = e Ww = e γw
Ws = Gs γw
Vt = 1 + e Wtotal

13. Hubungan Antara Berat volume (Unit Weight), Angka Pori (Void
Ratio), Kadar Air (Water Content), dan
Berat Jenis (Specific Gravity)
• Dengan diketahuinya :
• Kerapatan (density) :
e
G
w w
s



1
)
1
( 

• Kerapatan kering (dry density) :
e
G w
s
d


1


e
G
V
W
dan
e
G
w w
s
t
s
d
w
s






1
1
)
1
( 


 Maka dapat ditulis :
• Sebagaimana diketahui :
:
ditulis
dapat
sehingga
W
W
w
serta
g
m
W
dan
g
m
W
s
w
w
w
s
s 


s
w
s
w
m
w
m
dan
g
m
g
m
w 

g
dan
g
g
g
w
w
s
s
d
d







 


 ;
;

14. Hubungan Antara massa dan Volume
• Karena Vs = 1, maka γs = Ws dan γs = Gs γw sehingga berat butiran
tanah Ws = Gs γw
• Massa butiran tanah (ms) :
Vs = 1
Vw = w Gs
Vv= e
Vt = 1 + e
mw = w Gs ρw
ms = Gs ρw
• Dengan demikian hubungan antara massa dan Volume dapat digambar sbb :
e
G
V
m
dan
e
G
w
e
G
w
G
V
V
m
m
V
m
w
s
t
s
d
w
s
w
s
w
s
v
s
w
s
t
t













1
1
)
1
(
1







g
G
g
W
m w
s
s
s


 sehingga
g
karena w
w

 
• Massa air (mw ) :
w
s
s G
m 

w
s
w
s
w G
w
m
sehingga
m
w
m 


Sehingga :

15. 15
Hubungan Antara Berat volume (γ),
Porositas (n) dan Kadar Air (w)
 Hubungan antara berat volume, porositas, dan kadar air dapat
dikembangkan dengan cara yang sama seperti yang
dijelaskansebelumnya.
 Jika volume total tanah (Vt) = 1 satuan , maka :
n
V
sehingga
V
V
V
n
porositas v
v
t
v



1
)
(
v
s
t V
V
V
tanah
total
volume 

)
(
n
V
sehingga
V
V
V s
v
t
s 


 1
Vs = 1- n
Vv= n
Vt = 1
)
1
(
1
n
W
sehingga
n
W
V
W
s
s
s
s
s
s 



 

w
s
s
w
s
s G
maka
G 





)
1
( n
G
W
sehingga w
s
s 
 
)
1
( n
G
w
W
sehingga
W
w
W
maka
W
W
w w
s
w
s
w
s
w



 

16. 16
 Berat volume kering tanah (γd) :
)
1
(
1
)
1
(
n
G
n
G
V
W
w
s
w
s
t
s
d 



 


)
w
(
)
n
(
G
)
n
(
G
w
)
n
(
G
W
W
V
W
w
s
w
s
w
s
w
s
t
t









 1
1
1
1
1




• Berat volume tanah (γ) :
• Untuk tanah jenuh air (saturated),
berat volume jenuh air (γsat) sbb :
Vs = 1 - n
Vv = Vw = n Ww = n γw
Vt = 1 Wtotal
Ws = Gs γw (1-n)
w
s
w
w
s
w
s
]
n
)
n
(
G
[
n
)
n
(
G
V
W
W













1
1
1
• Kadar air (w) tanah jenuh air :
s
w
s
w
s
w
G
n
n
n
G
n
W
W
w
)
1
(
)
1
( 






Hubungan Antara Berat volume (γ),
Porositas (n) dan Kadar Air (w)

17. 17
Kerapatan Relatif (Relative Density): Dr
• Istilah kerapatan relatif (relative density) umumnya dipakai untuk
menunjukkan tingkat kerapatan dari tanah berbutir (granular soil) di
lapangan.
• Kerapatan relatif didefinisikan sebagai :
dimana :
Dr = kerapatan relatif, biasanya dinyatakan dalam persen
e = angka pori tanah di lapangan
emaks = angka pori tanah dalam keadaan paling lepas
emin = angka pori tanah dalam keadaan paling padat.
• Harga kerapatan relatif (Dr) bervariasi dari harga terendah = 0 untuk
tanah yang sangat lepas, sampai harga tertinggi = 100% untuk tanah
yang sangat padat.
min
e
e
e
e
D
maks
maks
r




18. Kerapatan Relatif (Relative Density): Dr
• Para ahli tanah secara kualitatif menjelaskan tentang keadaan tanah
berbutir kasar berdasarkan kepadatan relatifnya, seperti terlihat pada
tabel berikut :

















d
maks
d
d
maks
d
d
d
r
D






min
min
• Dengan menggunakan definisi berat volume kering (γd), kerapatan relatif juga
dapat dapat dinyatakan dengan berat volume kering yaitu :
Kerapatan Relatif
(%)
Penjelasan mengenai
deposit tanah
0 – 15 Sangat lepas
15 – 50 Lepas
50 – 70 Menengah
70 – 85 Padat
85 – 100 Sangat padaat
dimana :
γd min = berat volume kering tanah dalam keadaan yang paling lepas (pada
angka pori maksimum, emaks)
γd = berat volume tanah asli di lapangan (pada angka pori e)
γd maks = berat volume kering tanah dalam keadaan yang paling padat (pada
angka pori minimum, emin)

19. Contoh Soal 1
• Dalam keadaan asli di lapangan, tanah mempunyai volume = 10 cm3 dan
berat basah 18 gram. Setelah dikeringkan di dalam oven, berat tanah kering
adalah 16 gram. Jika berat jenis tanah Gs = 2,71 hitung :
– Kadar air (w)
– Berat volume basah (γ)
– Berat volume kering (γd)
– Angka pori (e)
– Porositas (n)
– Derajat kejenuhan (S)
• Penyelesaian :
%
5
,
12
%
100
16
2
16
16
18
)
( 







s
s
t
s
w
W
W
W
W
W
w
Air
Kadar
3
80
,
1
10
18
)
(
cm
gram
V
W
basah
volume
Berat
t
t




3
60
,
1
10
16
)
(
cm
gram
V
W
kering
volume
Berat
t
s
d 




20. Contoh Soal 1 (lanjutan)
• Penyelesaian :
3
3
0
,
1
90
,
5
1
71
,
2
16
)
(
cm
gr
dimana
cm
G
W
V
tanah
Volume w
w
s
s
s 



 

3
10
,
4
90
,
5
00
,
10
)
( cm
V
V
V
ori
p
Volume s
v 




69
,
0
90
,
5
10
,
4
)
( 


s
v
V
V
e
Pori
Angka
Jadi
41
,
0
69
,
0
1
69
,
0
1
)
( 




e
e
n
Porositas
%
0
,
49
%
100
10
,
4
0
,
2
)
( 



v
w
V
V
S
Kejenuhan
Derajat
3
0
,
2
0
,
1
0
,
2
0
,
1
0
,
16
0
,
18
)
( cm
W
W
W
V
pori
dalam
ir
a
Volume
w
s
t
w
w
w 









21. Contoh Soal 2
• Dalam keadaan asli, suatu contoh tanah basah mempunyai volume = 0,33 ft3
dan berat = 39,93 lb. Setelah dikeringkan di dalam oven, berat tanah kering
adalah 34,54 lb. Apabila Gs = 2,71 hitung :
– Kadar air (w)
– Berat volume basah (γ)
– Berat volume kering (γd)
– Angka pori (e)
– Porositas (n)
– Derajat kejenuhan (S)
• Penyelesaian :
%
6
,
15
%
100
54
,
34
39
,
5
54
,
34
54
,
34
93
,
39
)
( 







s
s
t
s
w
W
W
W
W
W
w
Air
Kadar
3
0
,
121
33
,
0
93
,
39
)
(
ft
lb
V
W
basah
volume
Berat
t
t




3
67
,
104
33
,
0
54
,
34
)
(
ft
lb
V
W
kering
volume
Berat
t
s
d 




22. Contoh Soal 2 (lanjutan)
• Penyelesaian :
3
3
4
,
62
204
,
0
4
,
62
71
,
2
54
,
34
)
(
ft
lb
dimana
ft
G
W
V
tanah
Volume w
w
s
s
s 



 

3
126
,
0
204
,
0
33
,
0
)
( ft
V
V
V
ori
p
Volume s
v 




62
,
0
204
,
0
126
,
0
)
( 


s
v
V
V
e
Pori
Angka
Jadi
38
,
0
62
,
0
1
62
,
0
1
)
( 




e
e
n
Porositas
3
086
,
0
4
,
62
39
,
5
4
,
62
54
,
34
93
,
39
)
( ft
W
W
W
V
pori
dalam
ir
a
Volume
w
s
t
w
w
w 








%
3
,
86
%
100
126
,
0
086
,
0
)
( 



v
w
V
V
S
Kejenuhan
Derajat

23. Contoh 3
• Data dari pengujian suatu contoh tanah dalam keadaan jenuh di laboratorium
menghasilkan angka pori (e) = 0,45 dan berat jenis 2,65. Hitung :
– Berat volume basah (γ)
– Kadar air (w)
• Penyelesaian :
– Benda uji dalam keadaan jenuh. Jadi, seluruh ruang pori terisi air, sehingga
Vv = Vw
Vs = 1
Vv = Vw = e Ww = e γw
Ws = Gs γw
Vt = 1 + e Wtotal
45
,
0
)
(
:


s
v
V
V
e
Pori
Angka
Jadi
• Tetapi Vv dan Vs belum diketahui. Pada gambar anggap Vs = 1.
• Jadi pada keadaan jenuh Vv = e Vs = e x 1 = e = 0,45; sehingga :
Volume tanah (Vt) = Vs + Vv = 1 + e = 1 + 0,45 = 1,45

24. Contoh 3 (lanjutan)
• Penyelesaian :
Vs = 1
Vv = Vw = e Ww = e γw
Ws = Gs γw
Vt = 1 + e Wtotal
• Berat tanah kering (Ws) = Vs Gs γw = 1 x 2,65 x 1 = 2,65 ton
• Berat air dalam tanah (Ww) = Vw γw = Vw γw = 0,45 x 1 = 0,45 ton
• Berat total tanah(Wt) = Ws + Ww = 2,65 + 0,45 = 3,10 ton
3
14
,
2
45
,
1
10
,
3
)
(
m
t
V
W
basah
Tanah
Volume
Berat
t
t




%
17
%
100
65
,
2
45
,
0
)
( 



s
w
W
W
w
Air
Kadar

25. Contoh Soal 4
• Suatu tanah jenuh air mempunyai berat volume kering (γd) = 16,2 kN/m3.
Kadar airnya (w) adalah 20%. Tentukan :
– Berat volume jenuh (γsat)
– Berat Jenis /Specific Gravity (Gs)
– Angka pori (e)
• Penyelesaian :
s
w
s
w
s
d
G
w
G
e
G
kering
volume
Berat




1
1
)
(



3
44
,
19
%)
20
1
(
2
,
16
)
1
(
)
(
m
kN
w
jenuh
volume
Berat d
sat 



 

s
G
w
e
pori
angka
jenuh
ah
tan
Untuk 
)
(
,
3
81
,
9
)
20
,
0
(
1
)
81
,
9
(
2
,
16
m
kN
dimana
G
G
w
s
s


 
s
s G
G 81
,
9
]
)
20
,
0
1
[(
2
,
16 

47
,
2
81
,
9
]
24
,
3
2
,
16 

 s
s
s G
sehingga
G
G
49
,
0
47
,
2
20
,
0
)
(
, 


 s
G
w
e
pori
angka
jenuh
ah
tan
Untuk

26. Tugas Rumah
1) Suatu tanah mempunyai angka pori (e) = 0,60; kadar air (w) = 23%, dan
berat jenis (Gs) = 2, 56. Trntukan :
– Porositas (n)
– Berat volume basah (γb)
– Berat volume kering (γd)
– Derajat kejenuhan (S)
2) Suatu contoh pasir mempunyai porositas (n) = 43% dan berat jenis butirnya
(Gs = 2,5). Tentukan :
– Berat isi kering dari pasir tersebut
– Berat isi pasir tersebut, bila S = 65%
– Derajat kejenuhan contoh tanah, pada kadar air (w) = 16%.
3) Sebuah contoh tanah lempung yang jenuh mempunyai isi 200 cm3 dan
beratnya 350 gram. Jika berat jenisnya (Gs) = 2,7. Tentukan :
– Kadar pori (e)
– Porositas (n)
– Kadar air (w)
– Berat isi tanah (γ)