SIFAT-SIFAT FISIK TANAH DAN MEKANIKA TANAH

Tugas III

Nama                    : Rahmat Hidayat

Stanbuk                 : 105 81 2438 15

Mata Kuliah          : Ilmu Tanah Tanaman

Kelas                     : IV C Sipil

SIFAT-SIFAT FISIK TANAH DAN MEKANIKA TANAH

A.    Sifat Fisik Tanah

Tanah merupakan kombinasi mineral, bahan bahan organic, gas, berbagai jenis cairan, dan organisme yang tidak dapat dihitung yang bersama sama mendukung kehidupan di atas bumi. Tanah merupakan materi alami yang dikenal sebagai pedosfer yang memiliki 4 peran penting yaitu: media tumbuh tanaman, tempat penyimpanan air, media penyedia dan purifikasi air, dan merupakan habitat bagi banyak organisme. Tanah dianggap sebagai “kulit dari bumi” dan berkaitan erat dengan litosfer, hidrosfer, dan biosfer. Sebutan pedolit, seringkali diartikan sebagai tanah. Tanah terdiri dari bagian yang solid (mineral dan organic) dan bagian yang berporos karena mengandung gas dan air.

Tanah merupakan produk akhir dari interaksi iklim, relief, organisme dan material induk dalam waktu tertentu. Tanah secara kontinyu berkembang melalui banyak proses fisika, kimiawi, dan biologis. Kebanyakan tanah memiliki kepadatan antara 1 hingga 2 g/cm^3.Hanya sedikit tanah di bumi yang lebih tua dari zaman pleistosen, dan tidak ada yang lebih tua dari zaman cenozoic meskipun tanah dari fosil dianggap berasal dari zaman arkean. Studi mengenai tanah dibagi menjadi 2 cabang yaitu: edaphology dan pedologhy. Edaphologhy mengonsentrasikan efek tanah bagi kehidupan organisme. Pedologhy fokus pada formasi, deskripsi dan klasifikasi tanah dalam lingkungan.

Proses pembentukan tanah

Formasi tanah, atau pedogenesis merupakan efek kombinasi antara proses biologis, kimiawi dan fisika yang bekerja pada material induk tanah. Tanah dikatakan akan terbentuk ketika bahan organic diperoleh meninggalkan humus, karbon, dan gypsum yang menciptakan lapisan dinamakan horizon B. Lapisan ini berpindah dari satu level ke level lain oleh air dan aktivitas makhluk hidup. Hasilnya, horizon B akan membentuklapisan tanah. Proses pembentukan tanah dipengaruhi oleh 5 faktor klasik seperti iklim, topografi (relief), organisme, dan waktu.

Berikut adalah beberapa sifat fisik tanah :

1. Bahan induk tanah

Bahan induk merupakan materi utama dari tanah yang dibentuk oleh berbagai faktor melalui proses kimiawi, biologis dan fisika. Bahan induk tanah secara umum adalah Quartz (SiO₂), Kalsit (CaCO₃), Feldspar dan Biotit.

2. Tekstur tanah

Komponen mineral dari tanah adalah pasir, lumpur dan tanah liat, proporsi dari kombinasi ketiga bahan tersebut akan menentukan tekstur tanah (menyerupai kombinasi antara tepung, air dan telur). Hal yang dipengaruhi oleh tesktur tanah mencakup porositas, permeabilitas (kemampuan menyerap), infiltrasi, dan kapasitas kandungan air. Tanah dan Pasir dan lumpur merupakan produk dari material induk yang mengalami proses fisika dan kimiawi. Tanah liat merupakan produk dari pengendapan material induk yang larut sebagai material sekunder.

3. Kepadatan tanah

Tingkat kepadatan tanah umumnya berkisar antara 2,6 hingga 2,75 gram per cm3 dan biasanya tidak dapat berubah. Kepadatan partikel tanah yang banyak mengandung material organic lebih rendah daripada tanah yang sedikit mengandung material organic. Tanah dengan kepadatan rendah dapat menyimpan air lebih baik namun bukan berarti cocok untuk pertumbuhan tanaman. Tanah dengan kepadatan tinggi menunjukkan tingkat kandungan pasir yang tinggi.

4. Porositas tanah

Porositas mirip seperti kepadatan, hanya saja porositas berarti ruang kosong (pori pori) diantara tekstur tanah yang tidak terisi dengan mineral atau bahan organic namun terisi oleh gas atau air. Semakin tinggi kepadatan tanah maka semakin rendah porositasnya dan sebaliknya semakin rendah kepadatan tanah semakin rendah porositasnya. Idealnya, total porositas dari tanah adalah sekitar 50% dari total volume tanah. Ruang untuk gas dibutuhkan tanah untuk menyediakan oksigen yang berguna untuk organisme dalam menguraikan material organic, humus dan akar tanaman. Porositas juga mendukung pergerakan serta penyimpanan air serta nutrisi.

Tingkat porositas tanah dibagi menjadi 4 kategori yaitu sangat baik dengan tingkat porositas kurang dari 2 mikro meter, baik dengan tingkat porositas 2-20 mikro meter, sedang dengan tingkat porositas 20-200 mikro meter dan kasar dengan porositas 200 mikro meter hingga 2 mili meter.

5. Temperatur tanah

Tanah memiliki temperatur yang bervariasi mulai dari tingkat dingin ekstrim -20 derajat celcius hingga tingkat panas ekstrim mencapai 60 derajat celcius. Temperatur tanah penting bagi germinasi biji tanaman, pertumbuhan akar tanaman serta menyediakan nutrisi bagi tanaman tersebut. Tanah yang berada 50cm dibawah permukaan cenderung memiliki temperatur yang lebih tinggi sekitar 1,8 derajat celcius.

6. Warna tanah

Warna tanah seringkali menjadi faktor paling dasar bagi kita untuk membedakan jenis jenis tanah. Umumnya, warna tanah ditentukan oleh kandungan material organic, kondisi drainase, minearologi tanah dan tingkat oksidasi. Pengembangan dan distribusi warna tanah berasal dari proses kimiawi dan tingkat pelapukan material organic. Ketika mineral primer dalam bahan induk lapuk, elemen tanah akan dikombinasikan pada senyawa dan warna yang baru. Mineral besi merupakan mineral sekunder yang akan menghasilkan warna kuning atau kemerahan pada tanah, material organic akan menghasilkan warna hitam kecoklatan atau coklat (warna subur). Manggan, sulphur dan nitrogen akan menghasilkan warna hitam.

7. Konsistensi tanah

Konsistensi tanah berarti kemampuan tanah  untuk menempel pada objek lain dan kemampuan tanah untuk menghindari deformasi atau berpisah. Konsistensi diukur dengan 3 kondisi kelembapan yaitu: kering, lembap dan basah. Konsistensi tanah bergantung pada tingkat banyaknya tanah liat.

B.     Mekanika Tanah

Mekanika Tanah adalah bagian dari geoteknik yang merupakan salah satu cabang dari ilmu teknik sipil, dalam bahasa Inggris mekanika tanah berarti soil mechanics atau soil engineering dan Bodenmechanik dalam bahasa Jerman.

Istilah mekanika tanah diberikan oleh Karl von Terzaghi pada tahun 1925 melalui bukunya "Erdbaumechanik auf bodenphysikalicher Grundlage" (Mekanika Tanah berdasar pada Sifat-Sifat Dasar Fisik Tanah), yang membahas prinsip-prinsip dasar dari ilmu mekanika tanah modern, dan menjadi dasar studi-studi lanjutan ilmu ini, sehingga Terzaghi disebut sebagai "Bapak Mekanika Tanah".

Dalam pandangan teknik sipil, tanah adalah himpunan mineral , bahan organic, dan endapan-endapan yang relative  lepas (loose), yang terletak di atas batuan dasar (bedrock) butiran yang relative lemah disebut karbonat, zat organic, atau oksida yang mengendap diantara partikel-partikel. Proses pelapukan batuan atau proses geologi ataupun yang lainnya yang terjadi didekat permukaan bumi membentuk tanah dapat juga bersifat fisik maupun kimia.

Umumnya pelaukan terjadi akibat proses kimia yang dapat dipengarungi oleh oksigen, karbondioksida, dan air (terutama yang mengandung asam dan alkali). Jika hasil pelapukan masih berada di tempat asalnya  maka tanah ini disebut tanah residual (residual soil) dan apabila tanah berpindah tempat nya disebut tanah terangkut (transported soil).

Istilah pasir, lempung, lanau atau lumpur digunakan untuk menggambarkan sifat tanah yang khusus, sebagai contoh lempung adalah jenis tanah yang bersifat kohesif dan plastis,sedangkan pasir digambarkan sebagai tanah yang tidak kohesif(granular).Ukuran partikel dapat bervariasi dari lebih besar 100 mm sampai dengan lebih kecil dari 0,001mm.

Berat Volume Tanah Dan Hubungannya

           

 Dalam tanah yang jenuh juga terdapat dua bagian yaitu bagian padat atau butiran dan air pori. Dalam keadaan tidak jenuh, tanah terdiri dari tiga bagian yaitu bagian dalam (butiran), pori-pori udara dan air pori.

 

1.                  V    = Vs + Vw + Va

2.                  Vv  = Vw + Va

Dengan:

Ws       =          Berat butiran padat

Ww      =          Berat air

Vs        =          Volume butiran padat

Vw       =          Volume air

Va        =          Volume udara

Vv        =          Volume rongga

V          =          Volume total

Hubungan–hubungan volume yang serimg digunakan dalam mekanika tanah adalah kadar air (w),angka pori (e), porositas (n) dan derajat kejenuhan (s).

Kadar air (w),adalah perbandingan anatara berat air (Ww), dengan berat butiran padat (Ws)dalam tanah tersebut, nyatakan dalam persen 

 

Angka pori (e), didefinisikan sebagai perbandingan antara volume rongga (Vv)dengan volume butiran (Vs), Biasanya juga dinyatakan denan desimal

1.     Mineral Lempung

Susunan Tanah Lempung

Pelapukan tanah akibat reaksi kimia menghasilkan susunan kelompok partikel berukuran koloid dengan diameter butiran lebih kecil dari 0,002 mm.yang disebut mineral lempung.

Kebanyakan tanah lempung terdiri dari silica tetrahydra dan almunium oktahidra. Silika dan alumunium secara parsial dapat digantikan oleh elemen yang lain dalam kesatuannya, keadaan ini dikenal sebagai substitusi isomorf.

Kaolinite merupakan mineral dari kelompok kaolin, terdiri dari susnan satu lembar silica tetrahedra dengan satu lembar alumunium oktahedra dengan satuan susunan setebal 7,2 A. Halloysite hampir sama dengan kaolinite, tetapi kesatuan yang berurutan lebih acak ikatannya dan dapat dipisahkan oleh lapisan tunggal molekul air.

Montmorillonite , disebut juga smectite, adalah mineral yanag dibentuk oleh dua lembar silica dan satu lembar  alumunium (gibbsite). Tanah-tanah yang mengandung montmorillonite sangat mudah mengembang oleh tambahan kadar air. Tekanan pengembangannya yang dihasilkan dapat merusak struktur ringan dan perkerasan jalan raya.

Terdapat 3 mekanisme yang menyababkan molekul air dipolar dapat ditarik oleh permukaan partikel lempung secara elektrik :

1.      Tarikan antara permukaan bermuatan negative dari partikel lempung dengan ujung positif dari polar.

2.      Tarikan antara kation-kation dalam lapisan ganda dengan muatan negative dari ujung polar. Kation-kation ini tertarik oleh permukaan partikel lempung yang bermuatan negative.

3.      Andil atom-atom hydrogen dalam molekul air, yaitu dengan ikatan hydrogen antara oksigen dalam partikel lempung dan atom oksigen dalam molekul-molekul air.

Air yang tertarik secara elektris, yang berada disekitar partikel lempung, disebut air lapisan ganda (Double-layer  water). Sifat plastis tanah lempung adalah akibat ekstensi dari lapisan ganda. Air lapisan ganda pada bagian paling dalam yang sangat kuat melekat pada partikel lempung , disebut air serapan (absorbed water).Partikel tanah yang disusun oleh mineral lempung akan sangat dipengaruhi oleh besarnya jaringan muatan negative pada mineral, tipe, konsentrasi, dan distribusi kation-kation yang berfungsi untuk mengimbangkan muatannya.

2.     Susunan Tanah Granuler

Butiran tanah ang dapat mengendap pada suatu larutan suspensi secara individu, tak bergantung pada pada butiran yang lain akan berupa susunan tunggal. Sebagai contoh  tanah pasir, kerkil, atau beberapa campuran pasir dan lanau. Kerafatan relative sangat berpengaruh pada sifat-sifat teknis tanah granuler.

3.     Analisis Ukuran Butiran

Sifat-sifat tanah sangat bergantung pada ukuran butiannya. Besarnya butiran dijadikan dasar untuk pemberian nama dan klasifikasi tanah. Oleh karma itu, analisis butiran ini merupakan pengujian yang sangat sering dilakukan.

Analisis ukuran butiran tanah adalah adalah penentuan persentase berat butiran pada suatu unit saringan, dengan ukuran diameter lubang tertentu.

a.        Tanah Berbutir Kasar

b.       Tanah berbutir Halus

            Distribusi ukuran butiran tanah berbutir halus atau bagian berbutir kasar dari tanah,dapat ditentukan denagan cara sedimentasi. Metode ini didasarkan pada hokumStokes,yang berkenaan dengan kecepatan mengendap butiran pada larutan suspensi.  

BATAS CAIR (LIQUID LIMIT)

Batas cair (LL),didefiisikan sebagai kadar air tanah pada batas antara keadan cair dan keadan plastis, yaitu baas atas dari daerah plastis , Batas cair biasanya ditentukan dari uji Casagrand test (1948). 

Batas Plastis (Plastic Limit)

Batas plastis (PL), didefinisikan sebagai kadar air pada kedudukan antara daerah plastis dan semi padat, yaitu persentase kadar air dimana tanah dengan diameter selinder 3,2 mm mulai retak-retak ketika digulung.

Batas Susut (Shringkage Limit)

Batas susut (SL), didefinisikan sebagai kadar air pada kedudukan antara daerah semi padat dan padat, yaitu persentase kadar airdimana pengurangan kadar air selanjutnya tidak mengakibatkan perubahan volume tanah. Percobaan batas susut dilaksanakan dalam laboratorium dengan cawan porselin diameter 44,4 mm dengan tinggi 12,7 mm. Bagian dalam cawan dilapisi dengan pelumas dan diisi dengan tanah jenuh sempurna . Kemudian dikeringkan dalam oven, volume ditentukan dengan mencelupkannya dengan air raksa .

indeks),L  Hubungan variasi kadar dan volume total tanah pada kedudukan batas cair, batas plastis dan batas susut. Batas-batas atterberg sanagat berguna untuk identifikasi dan klasifikasi tanah. Batas-batas ini sering digunakan secara langsung dalam spesifikasi, guna mengontrol tanah yang akan digunakan untuk membangun stuktur urugan tanah. 

Indeks Plastisitas (Plasticity Indeks)

Indeks plastisitas (PI),adalah selisih batas cair dan batas plastis.

PI = LL – PL

Indeks plastisitas (PI) merupakan interval kadar air dimana tanah masih bersifat plastis. Karena itu, indeks plastisitas menunjukkan sifat keplastisan tanah. Jika tanah mempunyai (PI) tinggi, maka tanah mengandung banyak butiran lempung  dan jika tanah mepunyai (PI), rendah ,seperti lanau , sedikit penurangan kadar air berakibat tanah menjadi kering.

Indeks Cair (Liquidity Indeks)

Kadar air tanah asli relative pada kedudukan plastis dan cair dapat didefinisikan oleh indeks cair (liquidity I, dan dinyatakan menurut persamaa.

Klasifikasi Tanah

Hasil penyelidikan sifat-sifat ini kemudian dapat digunakan untuk mengevaluasi masalah-masalh tertentu seperti :

1.      Penentuan penurunan bangunan, yaitu dengan menentukan kompresibilitas tanah. Drai sini , selanjutnya digunakan dalam persamaan penurunan berdasarkan pada teori konsolidasi, misalnya teori terzaqhi

2.      Penentuan kecepatan air yang mengalir lewat benda uji guna menghitung koefisien permeabilitas, dari sini kemudian dihubungkan dengan hokum DarCy  dan jarring arus (flow net),untuk menentukan debit aliran yang lewat pada struktur tanah.

3.      Untuk mengevaluasi stabiitas tanah yang miring , yaitu dengan menentukan kuat gaser tanah, dari sini kemudian disubtitusikan dalam rumus statiska (Stabilitas lereng).

Klasifikasi tanah sangat membantu perancang dalam memberikan pengarahan melalui cara empiris yang tersedia dari hasil pengalaman yang telah lalu. Tetapi, perancang harus berhati-hati dalam penerapannya, karena penyesuaian stabilitas , kompresi (penurunan), aliran air yang didasarkan pada klasifikasi tanah sering menimbulkan kesalahan.

Umumnya klasifikasi tanah didasarkan atas ukuran partikel yang diperoleh dari analisis saringan dan uji sedimentasi kemudian juga plastisitas. Terdapat dua system klasifikasi yang sering digunakan, yaitu Unifield Soil Clasification Sistem dan AASHTO (American Assoction Of State Highway And Transfortation Officials). Sistem-sistem ini mnggunakan sifat-sifat indeks tanah yang sederhana seperti distribusi ukuran butiran , batas air cair dan indeks plastisitas.