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/cm3.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.
