STRUKTUR DAN KOMPOSISI TANAH 2.1 Pnahuluan Tanah truun ari butiran tanah atau partikl lainnya an rongga-rongga atau pori i antara partikl butiran tanah. Rongga-rongga trii bagian atau luruhnya ngan air atau zat cair lainnya. Rongga-rongga tanah yang tiak trii olh air atau zat cair akan trii olh uara atau bntuk lain ari ga. olum yang itmpati olh bagian bar tanah paa umumnya trmauk bahan pnyuun lainnya yaitu bagian paat, cair, an ga (uara) yang lanjutnya iknal bagai itm tiga fa tanah (thr-pha ytm). Sifat-ifat mkani pnting tanah, prti kkuatan (trngth) an pmampatan (compribility), cara langung brhubungan ngan atau paling tiak ipngaruhi olh faktor-faktor aar prti rapat maa (nity), brat volum (unit ight), angka pori (voi ratio), an rajat kjnuhan (gr of aturation). Gambar 2.1 (a) Elmn tanah i alam, (b) Tiga fa pnyuun tanah. Rkayaa Gotknik 45
A.S. Muntohar 2.2 Hubungan Brat olum Paa gambar 2.1a itunjukkan uatu lmn tanah yang inyatakan alam volum,, an brat, W, bagaimana yang trapat alam kaaan i alam. Untuk mngmbangkan hubungan brat volum, lmn tanah trbut apat ibagi alam tiga fa (yaitu tanah paat, air an uara) bagaimana itunjukkan paa Gambar 2.1b. Dngan mikian volum total tanah apat inyatakan bagai brikut : = + v = + + a (2.1) Dimana, = olum tanah paat, v = olum pori, = olum air yang mngii pori, a = olum uara paa pori. Dngan mngabaikan brat uara maka brat total tanah aalah : imana, W = W + W (2.2) W = brat butiran tanah, W = brat air. Hubungan volum biaanya igunakan untuk mnyatakan ktiga fa lmn tanah, yaitu angka pori (voi ratio), poroita (poroity) an rajat kjnuhan (gr of aturation). Angka pori () ifiniikan bagai prbaningan volum pori ngan volum butiran tanah, ngan mikian. v = (2.3) Poroita (n) mrupakan prbaningan antara volum pori ngan volum total tanah yang apat inyatakan : v n = (2.4) Drajat kjnuhan (S) ifiniikan bagai prbaningan volum air an volum pori yang umumnya inyatakan alam pronta (%). 46 Rkayaa Gotknik
Kompoii Tanah S = (2.5) v Hubungan antara angka pori an poroita apat iturunkan ari pramaan 2.1, 2.3, an 2.4 bagai brikut : v v v n = = = = (2.6) v v 1 n 1 Dari pramaan 2.6, n = (2.7) 1 + Paa umumnya yang igunakan untuk mnunjukkan hubungan brat yaitu kaar air an brat volum tanah. Kaar air () atau jumlah kanungan air alam tanah ifiniikan bagai prbaningan brat air ngan brat butiran tanah untuk uatu volum tanah, yaitu : W W = (2.8) Brat volum tanah () aalah brat total tanah pr atuan volum total, yaitu : W = (2.9) Brat volum tanah apat juga inyatakan alam brat butiran tanah, kaar air, an volum total, ari pramaan (2.2), (2.8) an (2.9). ( ) ( ) W W W 1 W W W 1 + W + + = = = = (2.10) Brat volum yang ibrikan alam pramaan 2.9 apat pula iartikan lain bagai brat volum baah (moit unit ight). Sringkali, alam pkrjaan gotknik prlu juga untuk mngtahui brat pr atuan volum, tiak trmauk air yang ikanung alam tanah. Brat volum ini iartikan bagai brat volum kring (ry unit ight, ). Rkayaa Gotknik 47
A.S. Muntohar W = (2.11) Dari pramaan 2.10 an 2.11, hubungan brat volum, brat volum kring, an kaar air apat ibrikan bagai brikut : = (2.12) 1 + Dalam atuan Sitm Intrnaional atau SI (Sytèm Intrnational), atuan yang igunakan untuk mnyatakan brat volum aalah kilo Nton pr mtr kubik (kn/m 2 ). Dikarnakan atuan Nton (N) aalah atuan turunan, apat pula mnyatakan brat volum tanah alam rapat maa tanah (oil ma nity, ρ). Satuan SI untuk rapat maa aalah kilogram pr mtr kubik (kg/m 3 ). Pramaan maa jni apat ituli rupa ngan pramaan 2.9 an 2.11, yaitu : M ρ = (2.13) an, M ρ = (2.14) imana, ρ = rapat maa tanah (kg/m 3 ), ρ = maa jni kring (kg/m 3 ), M = maa total ampl tanah (kg), M = maa butiran tanah (kg). Satuan ari volum total () aalah m 3. Brat volum tanah yang inyatakan alam kn/m 3 ihailkan ari rapat maa yang inyatakan alam kg/m 3 yaitu : 3 ( ) ρ g kg m 3 ( kn m ) = 1000 imana, g = prcpatan gravitai = 9.81 m/c 2. Sbagai catatan baha brat volum air ( ) aalah 9.81 kn/m 3 atau 62426/ft 3 atau 1000 kgf/m 3. 48 Rkayaa Gotknik
Kompoii Tanah 2.3 Hubungan Antara Brat olum, Angka Pori, Kaar Air an Brat Jni Untuk mmprolh hubungan antara brat volum (atau rapat maa), angka pori, an kaar air, apat iaumikan imana volum butiran tanah aalah atu ( = 1) bagaimana itunjukkan alam Gambar 2.2. Jika volum butiran tanah aalah atu, maka volum rongga cara numrik akan ama angka pori () alam pramaan 2.3. Hubungan brat butiran tanah an air apat itulikan alam : W = G W = W = G Dimana, G = brat jni butiran tanah (pcific gravity), = kaar air, = brat volum air. Brat jni ifiniikan cara umum bagai prbaningan antara brat volum butiran tanah ( ) an brat volum air ( ) paa tmpratur 4 o C, yang apat inyatakan : G = W ngan, =, an = 1 g/cm 3 = 9,81 kn/m 3 (paa tmpratur 4 o C). Gambar 2.2 Tiga fa lmn tanah ngan volum tanah paat = 1 Rkayaa Gotknik 49
A.S. Muntohar Brat jni mrupakan nilai yang tiak bratuan (non-imnional valu). Nilai brat jni uatu tanah akan angat brvariai trgantung paa minral pnyuunnya, namun cara umum tanah mmpunyai brat jni antara 2,6 an 2,8. Braarkan pngalaman paa prmaalahan gotknik, brat jni tanah yang biaa iambil bar 2,7. Bbrapa nilai brat jni untuk tipikal tanah ibrikan paa Tabl 2.1. Tabl 2.1 Nilai brat jni untuk tipial tanah Jni Tanah Brat Jni, G Krikil 2,65 2,68 Pair 2,65 2,68 Lanau 2,66 2,7 Lmpung 2,68 2,8 Gambut 1,25 1,80 Dngan mnggunakan finii brat volum an brat volum kring (pramaan 2.9 an 2.11), apat itulikan : W W + W G + G (1 + ) G = = = = (2.15) 1+ 1+ an, W G = = (2.16) 1 + atau, G = 1 (2.17) Karna brat air alam lmn tanah aalah G, volum yang trii olh air aalah : W G. = G = = Kmuian, braarkan finii ari rajat kjnuhan [pramaan (2.5)], G S = = v atau, 50 S = G (2.18) Rkayaa Gotknik
Kompoii Tanah Pramaan ini angat brmanfaat igunakan untuk mmbrikan hubungan antara ktiga fa lmn tanah. Gambar 2.3 Elmn tanah paa konii jnuh air ngan volum bagian paat paat = 1 Jika ampl tanah alam kaaan jnuh air, yaitu ruang-ruang pori trii pnuh olh air (Gambar 2.3), maka hubungan brat jni jnuh (aturat unit ight, at ) apat inyatakan : W W + W G + ( G + ) at = = = = (2.19) 1+ 1+ Dan juga, ari pramaan 2.18, untuk S = 1 : = G (2.20) Bila inyatakan alam rapat maa, alam atuan SI, ngan mngacu paa hubungan brat volum prti alam pramaan 2.15, 2.16, an 2.19 maka apat ituli : Rapat maa = ρ = ( 1 + G ) ρ (2.21) 1+ Gρ Rapat maa kring = ρ = 1 + Rapat maa jnuh = ρ at = ( G ) + 1+ Dimana, ρ = rapat maa air = 1000 kg/cm 3. ρ (2.22) (2.23) Rkayaa Gotknik 51
A.S. Muntohar Gambar 2.4 Tiga fa lmn tanah yang mnunjukkan hubungan maa volum. Pramaan 2.21 apat iturunkan ngan mngacu paa paa lmn tanah prti itunjukkan paa Gambar 2.4, yang mana volum butiran tanah aalah ama ngan 1 an volum pori ama ngan. Dan, maa butiran tanah, M, ama ngan G ρ. Kaar air bagaimana ibrikan paa pramaan (2.8), yaitu : ( maa air) g ( ) W M = = = W maa bagian paat.g M Dimana, M = maa air. Karna maa tanah akan lmn tanah aalah G ρ, maa air : M = M = G ρ Dari pramaan 2.13, rapat maa : M M + M Gρ + Gρ (1 + ) Gρ ρ = = = = + 1+ 1+ v Slanjutnya, pramaan 2.22 an 2.23 apat iturunkan ngan cara yang ama. 2.4 Hubungan Antara Brat olum, Poroita an Kaar Air Hubungan antara brat volum, poroita, an kaar air apat ikmbangkan ngan cara yang ama prti tlah itunjukkan blumnya. Dngan 52 Rkayaa Gotknik
Kompoii Tanah mngaumikan tanah yang mmpunyai volum total ama ngan atu, bagaimana itunjukkan paa Gambar 2.5. Gambar 2.5 Elmn tanah ngan volum total, = 1 Dari pramaan (2.4) : v n = Jika, = 1, an v = n, maka = 1 n. Brat butiran tanah (W ) an brat air (W ) apat inyatakan bagai brikut : W = G (1 n) (2.24) W = W = G (1 n) (2.25) Shingga, brat volum kring : ( 1 n) W G = = = G( 1 n) (2.26) 1 Dan, brat volum baah aalah : W + W G n ( 1 )( 1 ) = = + (2.27) Gambar 2.6 mnunjukkan contoh tanah alam konii jnuh air an mmpunyai = 1. Braarkan gambar ini maka, ( 1 ) W + W n G + n = = = ( 1 ng ) + n 1 (2.28) at Kaar air tanah paa konii jnuh air apat inyatakan bagai brikut : Rkayaa Gotknik 53
A.S. Muntohar W n n = = = W ( 1 n ) G ( 1 n ) G (2.29) Gambar 2.6 Elmn tanah konii jnuh air ngan volum total, = 1 2.4.1 Bbrapa Hubungan Brat olum Paa bagian blumnya imuka tlah iuraikan hubungan aar untuk brat volum baah, brat volum kring an brat volum jnuh. Bbrapa bntuk lain hubungan yang apat iprolh untuk, an at ibrikan paa Tabl 2.2. Bbrapa tipikal nilai angka pori, kaar air paa kaaan jnuh air, an brat volum kring untuk tanah paa konii alami iajikan paa Tabl 2.3. 2.4.2 Hubungan Brat olum Tanah Trnam Dalam banyak prmaalahan gotknik angat prlu iprhatikan jika tanah trltak i baah muka air tanah atau trnam. Paa konii ini, butiran tanah trangkat olh karna tkanan air an brat tanah yang trnam mnjai lbih kcil aripaa brat tanah yang ama braa i ata muka air tanah. Brat tanah trnam ini atau brat fktif akan mnjai brat volum tanah. Air i alam pori tanah tiak mmpunyai brat, W = 0, (paa aat trnam ianggap baha luruh pori trii pnuh olh air) an brat butiran tanah akan trkurangi ngan brat ari 54 Rkayaa Gotknik
Kompoii Tanah volum air yang ipinahkan olh butiran tanah trbut. Olh karna itu, brat tanah trnam : W = G G = (G G )= (G 1) (2.30) Dan, brat volum tanah trnam atau brat volum tanah fktif : ( ) ( ) ( ) ( ) W ' G 1 G 1 ' = = = 1+ 1+ atau, bila inyatakan alam rapat maa : ρ ' = ( G 1) ( 1+ ) ρ (2.31) (2.32) Tabl 2.2. Brbagai bntuk hubungan untuk, an at Brat volum baah, Brat volum kring, Brat volum jnuh, at Paramtr Hubungan Paramtr Hubungan Paramtr Hubungan, G, ( 1+ ) S, G, G 1+ 1 +, G, ( 1 ), ( G + S ) G, + G G,, S G 1 + S, G, n G,(1 n)(1 + ) S, G, G,(1 n) + ns 1 + 1 G, G,S + G..G 1 + S at, G ( ) at ( G 1),, S at, S ( 1 + ) at 1 + G G, at, at n, at, ( G + ) 1 + 1 1 + G 1 + at 1 + G at n at 1 + 1 + 1 + at 1 + G. + 1 + at, n at n, n + n G, n G (1 n) G, n [(1 n)g + n], at (1 + at ) at Rkayaa Gotknik 55
Kompoii Tanah D r 1 1 ( min ) ( min ) ( max ) = = 1 1 ( max) ( min) ) ( min) ( max) Dngan, (min) = brat volum kring alam konii lpa (yaitu untuk max ), = brat volum kring i lapangan (yaitu untuk ), (max) = brat volum kring alam konii paat (yaitu untuk min ). (2.39) Contoh 2.7. Diktahui tanah brpair ngan max = 0,82 an min = 0,42. Dimana G = 2,66. Di lapangan, tanah ipaatkan mncapai rapat maa baah, ρ = 1720 kg/m 3 paa kaar air 9%. Tntukan krapatan rlatif ari pmaatan trbut. Pnylaian Dari pramaan 2.21, ρ = ( 1+ ) ( 1+ ) G ρ Atau, Gρ(1 + ) (2, 66)(1000)(1 + 0, 09) = 1= 1= 0,686 ρ 1720 max Dr = = max min 0,82 0, 686 = 0,335 = 33,5% 0,82 0, 42 2.6 Soal Soal Latihan 1. Apa yang imaku ngan ytm tiga faa tanah? Srtakan gambar pnjlaannya! Rkayaa Gotknik 63
A.S. Muntohar 2. Sbutkan prbaan angka pori an poroita! Apakah hubungan kua paramtr trbut! 3. Jlakan apa yang imaku ngan brat jni uatu tanah! 4. Jlakan apa yang imaku ngan rajat jnuh air! Bagaimana hubungannya ngan kkuatan tanah jika nilai S = 1 an S = 0? 5. Tunjukkan baha hubungan hubungan antara paramtr brikut ini : a. = ( G + S ) 1+ b. c. 1 at 1 = G + S = (1 + ) Untuk oal No. 6 an 7 gunakan nilai brat jni tanah G = 2,7. 6. Suatu tanah paa konii jnuh air mmiliki maa 520 g an ikringkan alam ovn mnjai 405 g. Tntukanlah kaar air tanah trbut, angka pori an brat volum fktif! 7. Contoh tanah yang iambil ari lapangan mmpunyai brat volum 19,5 kn/m 3 an kaar airnya 10%. Hitunglah angka pori, volum rongga uara, an rajat jnuh air tanahnya! 8. Kaar tanah yang iuji i laboratorium aalah 15% ngan rajat jnuh air bar 64%. Tntukanlah brat jni, poroita, angka pori, an brat volum total tanah! 9. Tanah i lapangan iktahui mmiliki angka pori 0,89 an rajat jnuh air bar 80%. Tntukanlah brat jni, kaar air, poroita, an brat volum kring tanah! 10. Suatu bna uji tanah briamtr 50 mm an tinggi 100 mm mmiliki maa 375 g. Stlah ikringkan alam ovn maanya mnjai 232 g. Hitunglah kaar air an rajat jnuh air jika brat jni tanah G = 2,73! 64 Rkayaa Gotknik
Kompoii Tanah 11. Suatu contoh tanah mnganung kaar air 8%, brat volum total = 19 kn/m 3, an brat jni G = 2,67. Hitunglah : a. Angka pori, b. Drajat jnuh air, c. Poroita,. Brapa brat air (alam kilogram) yang haru itambahkan untuk 1 m 3 tanah agar kaar air tanah mnjai 15% (ianggap tiak trjai prubahan angka pori). 12. Paa pkrjaan timbunan tanah untuk proyk gung igunakan tanah ngan angka pori 0,90. Braarkan hail pngujian i laboratorium, timbunan haru ipaatkan hingga mncapai angka pori 0,65. Brapa prnt volum rongga yang ipaatkan trbut? (Aumikan volum partikl tanah aalah ttap) 13. Braarkan hail uji kpaatan tanah lapangan iktahui maa contoh tanah 900 g an volumnya 425 cm 3. Stlah ikringkan alam ovn, maa tanah mnjai 780 g. Angka pori makimum an minimum iktahui maing-maing 0,80 an 0.45. Hitunglah krapatan rlatif tanah D r! 2.7 Daftar Putaka an Acuan Da, B.M., 1986, Avanc Soil Mchanic, McGra Hill, Singapor, Ch. 1. Da, B.M., 2002, Principl of Gotchnical Enginring, 5 th E., Brook/Col, USA, Ch. 3. Holtz, R.D., an Kovac, W.D., 1981, An Introuction to Gotchnical Enginring, Prntic Hall, N Jry, USA. McCharty, D.F., 1998, Ential of Soil Mchanic an Founation: Baic Gotchnic, Prntic Hall, N Jry, USA, Ch. 2. Rkayaa Gotknik 65
A.S. Muntohar 66 Rkayaa Gotknik