Dokumen tersebut membahas tentang mekanika tanah dan beberapa konsep dasarnya. Secara ringkas: 1) Mekanika tanah adalah ilmu yang mempelajari sifat fisik tanah dan perilakunya ketika menerima gaya. 2) Tanah terdiri atas partikel berukuran berbeda seperti pasir, lempung, dan koloid, yang mempengaruhi sifatnya. 3) Sifat tanah antara lain ditentukan oleh komposisi, u

1. 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

2. 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)

3. 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

4. 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 :

5. • Perbandingan Volumetric
1. void ratio e,
Vs
Vv
e =
, 0 < e < ~
sands : 0,4 s/d 1,0
clays : 0,3 s/d 1,5
2. porositas n ,
%100x
Vt
Vv
n = , 0 < n < 100%
e
e
n
+
=
1 dan n
n
e
−
=
1
3. Derajat kejenuhan S,
%100x
Vt
Vw
S =
Tanah kering, S = 0%
Jika pori berisi jenuh air, S = 100%
• Perbandingan Massa

6. Kadar air w,
%100x
Ms
Mw
w =
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
Mw
w
Vs
Ms
s =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
Ms
d
Saturated density/ kepadatan jenuh : Vt
MwMs +
=ρ
( 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 :
Tanah yang akan diperiksa ditempatkan dalam cawan yang bersih dan telah
diketahui beratnya
 Cawan dan isinya ditimbang dan beratnya dicatat

7.  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 ?
Dengan analisa saringan (sieve analysis) atau uji gradasi
ASTM (1980) : C 136 dan D 422

8. 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.
Gambar 1.Alat Uji Analisa Saringan

9. 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 :
10
60
D
D
Cu =
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
D
Cc =
 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

10. Gambar 2. Kurva distribusi ukuran Butir

11. 5. 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 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.

12. 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
bertumpu pada dasar karet yang keras . Mangkok kuningan dapat diangkat dan

13. 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 :
1
2
log
21
N
N
ww
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

14. 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
N
LL
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)

16. 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

17. Gambar 6. Kurva aliran
Gambar 7. Awal uji batas cair dengan contoh tanah di dalam mangkok
kuningan

18. • 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 :
PLLLPI −=
Gambar 8. Uji batas plastis. a) Contoh yang sedang digulung,
b)gulungan tanah yang retak-retak

19. • 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 :
(%)(%) wwiSL ∆−=
dimana :
wi = kadar air tanah mula-mula pada saat ditempatkan di dalam mangkok uji batas
susut

20. Δw = perubahan kadar air (yaitu antara kadar air mula-mula dan kadar air pada
batas susut
Tetapi :
100
2
21
(%) x
m
mm
wi
−
=
dimana :
m1 = massa tanah basah dalam mangkok pada saat permulaan pengujian (gram)
m2 = massa tanah kering (gram), lihat gambar…..
Selain itu :
100
2
)(
(%) x
m
wVfVi
w
ρ−
=∆
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 :
)100(
)(
)100(
22
21





 −
−




 −
=
m
wVfVi
m
mm
SL
ρ

21. 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.