Buku Ajar : Mekanika Tanah I
BAB I PENDAHULUAN
KOMPETENSI DASAR : 1.
Mahasiswa dapat menyebutkan definisi tanah.
2.
Mahasiswa dapat menyebutkan proses pemberatan tanah
3.
Mahasiswa dapat menyebutkan sifat fisik tanah
4.
Mahasiswa dapat menyebutkan stratifikasi tanah
1.1 Definisi Tanah Pengertian teknik mekanika tanah secara umum, tanah didefinisikan sebagai material yang terdiri dari agregat ( butiran ) mineral-mineral padat yang tidak tersementasi ( terikat secara kimia ) satu sama lain dan dari bahan-bahan organik yang telah melapuk ( yang berpartikel padat ) disertai dengan zat cair dan gas yang mengisi ruang-ruang kosong diantara partikel-partikel padat tersebut. Tanah berguna sebagai bahan bangunan pada berbagai macam pekerjaan teknik sipil, di samping itu tanah berfungsi juga sebagai pendukung pondasi dari bangunan. Ilmu Mekanika Tanah
(Soil Mechanics) adalah cabang dari ilmu
pengetahuan yang mempelajari sifat fisik dari tanah dan kelakuan masa tanah tersebut bila menerima bermacam-macam gaya. Sedangkan
Rekayasa Tanah
(Soil Engineering) merupakan aplikasi prinsip-prinsip mekanika tanah dalam problema-problema praktisnya.
1.2 Sejarah Perkembangan Mekanika Tanah Tidak dapat diketahui sejak kapan manusia mulai menggunakan tanah sebagai bahan bangunan. Untuk beberapa lama pada mulanya, seni rekayasa tanah hanya dilaksanakan berdasarkan pengalaman di masa lalu saja. Tetapi dengan pertumbuhan ilmu pengetahuan dan teknologi, perancangan dan pelaksanaan struktur yang lebih baik dan lebih ekonomis menjadi lebih diperlukan. Hal ini menyebabkan terjadinya studi yang lebih terinci terhadap sifat dan kondisi dasar dari tanah dalam hubungannya dengan ilmu teknik pada awal abad ke-duapuluh. Dengan diterbitkannya buku Erdbaumechanic oleh Karl Terzaghi pada tahun Bab I Pendahuluan
1
Buku Ajar : Mekanika Tanah I
1952, lahirlah ilmu mekanika tanah modern. Buku tersebut membahas prinsipprinsip dasar dari ilmu mekanika tanah yang selanjutnya buku itu juga menjadi dasar bagi banyak studi lanjutan lainnya. Pada tahun 1948 Karl Von Terzaghi seorang sarjana teknik sipil Jerman/Austria berpendapat bahwa : Mekanika tanah adalah pengetahuan yang menerapkan kaidah mekanika dan hidrolika untuk memecahkan persoalanpersoalan teknik sipil yang berhubungan dengan endapan dan kumpulan butirbutir padat yang terurai/tidak terpadu (unconsolidated) yang dihasilkan oleh proses penghancuran (disintegration) secara alami dan kimiawi batu-batuan. Oleh karena itu, Terzaghi disebut sebagai Bapak mekanika tanah, karena jasanya memelopori pengembangan ilmu mekanika tanah
1.3 Proses Pembentukan Tanah , Siklus Batuan Dan Asal- Usul Tanah
Butiran-butiran mineral yang membentuk bagian padat dari tanah merupakan hasil pelapukan 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 lebih
Bab I Pendahuluan
2
Buku Ajar : Mekanika Tanah I
jelasnya tentang faktor-faktor tersebut, harus dikenal dahulu tipe-tipe dasar dari batuan yang membentuk kerak bumi, mineral-mineral yang membentuk batuan, dan proses pelapukan. Berdasarkan asal-usulnya, batuan dapat dibagi menjadi tiga tipe dasar yaitu : batuan beku ( Igneous Rock ), batuan sedimen ( Sedimentary Rock ), dan batuan metamorf ( Metamorphic Rock ). Pada gambar 1.1 ditunjukkan diagram dari siklus kejadian beberapa tipe batuan tersebut berikut proses kejadiannya. Diagram tersebut disebut siklus batuan. Juga diberikan beberapa keterangan singkat untuk tiap-tiap elemen dari siklus batuan tersebut.
1.3.1. Batuan Beku (Igneous rocks) Batuan beku terbentuk dari membekunya magma cair yang terdesak ke permukaan (dari bagian yang dalam sekali pada mantel bumi). Sesudah tersembul ke permukaan melewati rekahan-rekahan pada kulit bumi (fissure eruption) atau melalui gunung berapi (volcanic eruption), sebagian dari magma cair tersebut mendingin di permukaan bumi dan membatu. Kadang-kadang magma tersebut berhenti bergerak sebelum sampai ke permukaan bumi dan mendingin di dalam kulit bumi dan membentuk batuan beku dalam plutonic rocks (disebut juga intrusive rocks). Batuan beku dalam yang telah terbentuk tersebut pada suatu saat dapat timbul ke permukaan bumi karena adanya proses erosi yang terus menerus terhadap lapisan batuan dan tanah yang terletak di atas batuan beku dalam tersebut. Proses pelapukan batuan menjadi tanah dapat dibagi dalam dua bagian, yaitu : proses penghancuran fisik (disintegration) dan proses pelapukan kimiawi (decomposition). Proses penghancuran fisik adalah proses pelapukan tanah akibat dari factor-faktor fisika, misalnya : perubahan temperature secara berkala, pembekuan dan pencairan (air dalam batuan), proses perusakan oleh tanaman, binatang dan/atau es di dalam celah batuan. Proses pelapukan kimiawi terjadi akibat reaksi kimiawi, misalnya : oksidasi, hidrasi, karbonasi, dan efek kimia dari tanaman. Proses pelapukan kimiawi ini dapat dipercepat bila dipengaruhi oleh temperature yang tinggi dan keberadaan zat-zat asam organic. Beberapa factor
Bab I Pendahuluan
3
Buku Ajar : Mekanika Tanah I
yang sangat berpengaruh dalam proses pelapukan tanah ini diantaranya adalah : cuaca, topografi, waktu, sejarah geologi dan tipe batuan. Jenis batuan beku yang terbentuk karena mendinginnya magma tergantung pada beberapa faktor seperti komposisi dari magma dan kecepatan mendinginnya magma tersebut. Setelah melakukan beberapa penyelidikan di laboratorium pada tahun 1922, Bowen berhasil menerangkan hubungan antara kecepatan mendingin dari magma dengan pembentukan bermacam-macam jenis/tipe batuan dan dikenal dengan prinsip Reaksi Bowen, menggambarkan urutan-urutan terbentuknya mineral batuan akibat mendinginnya magma. Pada cairan magma yang mendingin tersebut, ukuran kristal mineral berangsur-angsur membesar dan sebagian mengendap (pada suhu tinggi). Kristal batuan yang tetap tinggal dalam larutan magma cair kemudian bereaksi dengan kristal-kristal terlarut yang lain dan membentuk mineral baru pada temperatur yang lebih rendah, proses ini berlangsung terus sampai seluruh massa batuan cair tersebut membeku menjadi padat.
1.3.2. Batuan Sedimen (Sedimentary Rock) Hasil lapukan yang berupa kerikil, pasir, lanau dan lempung dapat menjadi padat karena adanya tekanan lapisan tanah di atasnya dan adanya proses sementasi antar butiran oleh unsure-unsur sementasi seperti besi, kalsit, dolomite dan quartz. Unsur-unsur sementasi tersebut biasanya terbawa dalam larutan air tanah. Unsurunsur tersebut mengisi ruang-ruang di antara butiran dan kemudian membentuk batuan sediment. Batuan yang terbentuk dengan cara ini disebut batuan sediment detrital. Contoh dari tipe/jenis batuan sedimen detrital adalah : conglomerate, breccia mudstone, shale (claystone). Sedimentary rock ada juga yang dibentuk oleh reaksi kimia, misalnya : limestone, chalk, dolomite, gypsum, dan sebagainya. Batuan sedimen mungkin juga mengalami pelapukan dan membentuk tanahtanah sedimen (endapan), atau terkena proses peristiwa metamorf dan berubah menjadi batuan metamorf.
Bab I Pendahuluan
4
Buku Ajar : Mekanika Tanah I
1.3.3. Batuan Metamorf (Metamorphic Rock) 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. Granit, diorite dan gabbro berubah menjadi slates dan phyllites pada peristiwa metamorf tingkat rendah. Schist adalah sejenis batuan metamorf yang mempunyai tekstur berlapis-lapis dan dapat dilihat pula pada teksturnya ada bentuk-bentuk kepingan atau lempengan-lempengan dari mineral mika. Batu pualam (marmer) terbentuk dari batuan calcite dan dolomite yang mengalami proses kristalisasi ulang. Butiran mineral pada marmer umumnya lebih besar dari pada yang terdapat pada batuan induknya. Quartzite adalah sejenis batuan metamorf yang terbentuk dari sandstone yang kaya akan mineral quatz. Bahan silika kemudian memasuki pori-pori batuan dan ruang-ruang diantara butiran pasir dan quartz, dan menjadi unsur-unsur sementasi antar butiran. Quartzite adalah salah satu dari batuan yang sangat keras. Pada tekanan dan panas yang besar sekali, batuan metamorf mungkin mencair menjadi magma dan siklus batuan berulang kembali.
1.4 Bentuk Fisik Dan Karakteristik Tanah Tanah umumnya dapat disebut sebagai kerikil (gravel), pasir (sand), lanau (silt), dan lempung (clay), tergantung pada ukuran partikel yang paling dominan pada tanah tersebut. Untuk menerangkan tentang tanah berdasarkan ukuranukuran partikelnya, bebarapa organisasi telah mengembangknan batasan-batasan ukuran golongan jenis tanah (soil-separate-size limits). Pada Tabel 1.1 ditunjukkan
batasan-batasan
ukuran
golongan
jenis
tanah
yang
telah
dikembangkan oleh Massaschussetts Institute of Technology (MIT), U.S. Department of Agriculture (USDA), American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) dan oleh U.S Army Corps of Engineers dan U.S. Bureau of Reclamation yang kemudian menghasilkan apa yang disebut sebagai Unified Soil Classification System ( USCS ). Pada tebel tersebut, system
Bab I Pendahuluan
5
Buku Ajar : Mekanika Tanah I
MIT diberikan hanya untuk keterangan tambahan saja. Sistem MIT ini penting artinya dalam sejarah perkembangan sistem batasan ukuran golongan jenis tanah. Pada saat sekarang, sistem Unisfied ( USCS ) telah diterima di seluruh dunia. Sistem ini sekarang telah dipakai pula oleh American. Tabel 1.1. Batasan –batasan Ukuran Golongan Tanah Ukuran Butiran (mm) Nama Golongan
Kerikil
Pasir
Lanau
Lempung
Massachusetts Institute of Technology ( MIT )
>2
2 – 0.06
0.06 – 0.002
<0.002
U.S Department of Agriculture (USDA)
>2
2 – 0.005
0.05 – 0.002
<0.002
76.2 - 2
2 – 0.075
76.2 – 4.75
4.75 – 0.075
American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) Unified Soil Classification System (U.S Army Corps of Engineers dan U.S. Bureau of Reclamation)
0.075 – 0.002
<0.002
Halus ( yaitu lanau dan lempung ) <0.0075
Sumber : …..
Berdasarkan sifat-sifat lekat dari butiran, tanah digolongkan menjadi tanah kohesif ( cohesive soil ) dan tanah tidak kohesif ( non cohesive soil ). a.
Tanah Kohesif Sering disebut tanah berbutir halus dengan gaya lekat antar butiran (kohesi)
yang mengakibatkan sifat plastis berbeda yang bergantung pada kadar air dan kandungan mineral dalam tanah. Pada proses pengendapan yang tidak begitu dalam, variasi pembentukan susunan butir tanah kohesif dibedakan sebagai berikut : Struktur Rantai (honey combed)
Tidak terjadi Kohesi pada saat partikel
melayang
kemudian
mengendap
Biasa terjadi pada tanah lempung atau lanau
Gambar 1.2
Bab I Pendahuluan
6
Buku Ajar : Mekanika Tanah I
Struktur flokulent
Terbentuk yang
bila
partikel-partikel
melayang
mengikat
diri
mengumpul, dan
kemudian
mengendap.
Biasa terjadi pada tanah organic (tanah humus).
Gambar 1.3
b.
Tanah tidak kohesif Sering disebut tanah berbutir kasar dengan sudut geser dalam sebagai
parameter kekuatan geser utama dan tidak mempunyai gaya lekat antar butiran, seperti pasir dan kerikil. Berdasarkan organ-organ yang terkandung didalamnya, tanah digolongkan menjadi tanah anorganik dan tanah organik. a. Tanah anorganik Tanah jenis ini yang terdiri dari mineral tanpa kandungan bahan organik. Contoh : kerikil, pasir dan mineral lainnya. b. Tanah organik Tanah yang banyak mengandung unsur organik dari tumbuhan maupun hewan. Contoh : humus, gambut, batu bara, dll. Berdasarkan ukuran butirannya, tanah digolongkan menjadi lima golongan yaitu : batuan, kerikil, pasir, lanau dan lempung. a. Batuan (stone)
> 63 mm
b. Kerikil (gravel)
> 2 – 63 mm
c. Pasir (sand)
> 0,06 – 2 mm
d. Lanau (silt)
> 0,002 – 0,06 mm
e. Lempung (clay)
> 0,002 mm
Bab I Pendahuluan
7
Buku Ajar : Mekanika Tanah I
1.5 Pendapat Umum Mengenai Tanah (General Judget of Soil) Klasifikasi tanah sebagai dasar bangunan dikelompokkan menjadi beberapa bagian yaitu : a. Tanah tak kohesif Tanah ini sangan baik untuk landasan / dasar bangunan bila kepadatannya cukup besar. Tanah ini tidak mempunyai kekuatan tarik, maka gesekan antar butiran akan meningkat pada saat mengalami tekanan yang besar sehingga kekuatan gesernya besar. Pada kondisi tanah leps atau terlalu banyak mengandung pasir perlu dilakukan pemadatan untuk menghindari penurunan atau keruntuhan tanah (failure). b. Tanah kohesif Kondisinya licin, halus, kaku, agak keras dank eras sekali sehingga kapasitas daya dukung tergantung pada besarnya kadar air. Terhadap air tanah kohesif harus betul-betul dilindungi, dengan membuat saluran pengeringan (drainase), karena dengan ruang pori yang besar mengakibatkan tanah ini mudah tenggelam dan rusak akibat beban diatasnya. Selain itu fraksi butir-butir halus juga mempengaruhi kualitas tanah kohesif, sehingga tanah ini dibedakan antara tanah kohesif kuat (sukar menyerap dan melepas air) dan tanah kohesif ringan (mudah berubah bila terkena air). c. Tanah organik Tanah humus (peat) dan tanah lumpur berlanau, tidak baik dipakai sebagai landasan dari suatu konstruksi bangunan, karena memiliki sifat kembang susut yang sangat besar. Sedangkan klasifikasi tanah sebagai bahan bangunan dikelompokkan menjadi : a. Tanah tidak kohesif Tanah ini sangat baik untuk material bangunan seperti untuk urugan jalan, urugan bangunan, dasar pondasi, karena dapat dipadatkan dengan mudah dan mempunyai kekuatan geser yang besar. b. Tanah kohesif Tanah ini mempunyai sifat compresibilitas yang tergantung pada kadar airnya, baik untuk bahan bangunan pada daerah-daerah yang kering tetapi tidak baik
Bab I Pendahuluan
8
Buku Ajar : Mekanika Tanah I
pada
daerah-daerah
yang
banyak
mengandung
air,
sehingga
perlu
distabilisasi/dipadatkan sebelum digunakan. c. Tanah organik Tanah ini tidak baik sebagai bahan bangunan/urugan karena mempunyai sifat susut yang besar dan mudah retak-retak bila kering. 1.6 Stratifikasi Tanah (Stratification Of The Ground) Stratifikasi atau susunan tanah merupakan gambaran/bentuk lapisan tanah sampai dengan kedalaman tertentu. Selain proses pembentukan tanah yang telah disebutkan sebelumnya, berbagai bentuk lapisan tanah juga disebabkan oleh gejala alam seperti aktivitas tektonik atau pergeseran benua, sehingga terjadilah patahan, rekahan maupun lipatan-lipatan pada lapisan tanah. a.
Rekahan (faults)
Gambar 1.4
b.
Patahan
Gambar 1.5 c.
Lipatan
Gambar 1.6 Bab I Pendahuluan
9
Buku Ajar : Mekanika Tanah I
Latihan Soal : 1.
Jelaskan pentingnya Mekanika Tanah di bidang teknik sipil !
2.
Jelaskan Sejarah perkembangan Mekanika tanah secara singkat 1
3.
Jelaskan fungsi tanah sebagai bahan bangunan dan tanah sebagai dasar bangunan !
Bab I Pendahuluan
10
