Mektan I 2 Index Properties

MEKANIKA TANAH I

References :

Das, B. M., 2002, Principles of Geotechnical

Engineering, 5th ed., Brooks/Cole Thomson Learning.

Hardiyatmo, H.C., 2004, Mekanika Tanah 1, Beta

Offset / Gama Press.

Craig, R.F. (1992), Soil Mechanics, Fifth Edition,

Chapman & Hall.

Diskripsi Singkat (GBPP)

Mata kuliah ini membahas tentang:

1. Pengenalan umum (permasalahan dan aplikasi mekanika

tanah),

2. Tanah dan proses pembentukannya,

3. Sifat indeks (kadar air, berat jenis, berat satuan, angka pori,

derajat kejenuhan, analisis ukuran butir, batas Atterberg)

4. Klasifikasi tanah (BS, ASTM, AASHTO),

5. Pemadatan (laboratorium & lapangan, kontrol kepadatan),

6. Tegangan dalam tanah,

7. Rembesan (permeabilitas, uji permeabilitas laboratorium &

lapangan; tanah berlapis/anisotropis, flownet, tekanan

rembesan, rembesan pada bendungan tanah, filter),

8. Pengenalan kuat geser tanah.

Klasifikasi :Ukuran butir

Ukuran butir dan sifat plastis

Lempung < 0.075 mm plastis/punya lekatan

Lanau < 0.075 mm non plastis/tak punya lekatan

Jenis B.S.

(Ø mm)

ASTM

(Ø mm)

Clay (lempung

Silt (lanau

< 0.002

0.002-0.06

< 0.002

0.002-0.075

HALUS

Sand (pasir)

Gravel (kerikil)

Cobbles

Boulder

0.06 - 2

2 - 60

60 – 200

> 200

0.075 – 4.75

4.75 – 75

75 – 300

> 300

KASAR

Tanah di alam tercampur

Silty CLAY (LEMPUNG berlanau)

Clayey SAND (PASIR berlempung) dsb.

Lempung sifat dominan

Tanah organik pelapukan tananam/ hewan lunak, kompresibel,

proses pelapukan terus berlangsung

Tidak baik untuk dasar fondasi atau bahan tanggul/

bendungan

Sifat umum dan klasifikasi tanah :nama tanah, kadar air, berat volume, berat jenis, ukuran

butir & distribusi, batas cair & plastis, porositas, kejenuhan

Sifat mekanis kuat geser :

- gesekan sudut gesek dalam ()

- kohesi c

Sifat lain :

- kompresibilitas penurunan

- permeabilitas rembesan

Kebaikan tanah tergantung fungsi

Umum : semakin padat semakin baik

Fungsi :

Bendung lempung baik

Drainasi pasir baik

Tanah campuran lebih baik dari tanah sejenis

Kelemahan :

Lempung kembang susut

Pasir mudah tererosi

Lanau mudah terkikis, sukar dipadatkan, dan

c kecil.

Soil elements Sr

Discontinuous water phase

Sr0 and uw0(c)

Continuous water and air phases

Sr1 and uw0(b)

Discontinuous air phase

Sr1 and uw0

(a)

Saturated soilSr1 and uw0

0 1

GWT

uw

(-)

(+)

Matric suction: s = ua - uw

s : solid

w : water

a : air

uw : water pressure

ua : air pressure

s

wa

Tanah jenuh sebagian

Mekanika tanah klasik

Tanah kering Saturated soil

0

0.25

0.5

0.75

1

1 10 100 1000 10000

Degre

e o

f satu

ration, S

r (-)

Suction, s (kPa)

m

1

a

A

B

1/1

0

)*10log(1

1

s

Sr

(Seker, 1983)

Soil phase and consistency

Phase penyusun tanah

udara

air

padat

Va

Vw

Vv

Vs

V

Ma = 0

Ms

Mw M(Mb)

udara

air

padat

e

1

0

w.Gs.w

Tanah : padat/butir

rongga (void) udara/gas

air

Tanah jenuh air seluruh rongga terisi air

Vv = Vw, Va = 0

Tanah kering Seluruh rongga terisi gas/ udara :

Va = Vv, Vw = 0 Mw = 0

M = Ms = Md

Tanah di alam basah : Vv = Va + Vw

Mb = Mw + Ms

Kadar air (water content, moisture content),

w : rasio dari massa air dalam tanah terhadap massa padat

w (%) = Mw/Ms x 100

w (%) = (Mb – Md)/Md x 100

Derajat kejenuhan (degree of saturation), Sr

Sr = Vw/Vv 0 – 1 atau 0 – 100%

Angka pori (void ratio), e

e = Vv/Vs

e besar tak padat, e kecilpadat

Porositas (porosity), n

n (%) = Vv/V x 100

e = n/(1-n) n = e/(1+e)

Specific volume (v) dianggap Vs = 1

v = 1 + e

Kandungan udara (air content), A

A = Va/V

Kepadatan tanah (bulk density) ρb, ρ

ρb = Mb/V satuan Mg/m3 (t/m3 lama)

Mb ditimbang

V : - dipotong kubus/balok dihitung

- dicetak ring/tabung diukur/hitung

- dimasukan air raksa (Hg)

V = Massa Hg yang didesak/13.6

Specific gravity, Gs berat jenis

Gs = Ms/(Vs. ρw) = ρs/ ρw tanpa satuan

Penentuan di lab piknometer 50 mL

kering1

1

)(

1

).(

1

)1(

e

G

airjenuhe

eG

e

eSrG

e

wG

wsd

wssat

wsws

Berat satuan/volume, (basah) = W/V = Mb.g/V

e

eSG

e

wG wrsws

1

).(

)1(

)1(

Hubungan unsur-unsur

Sr = w.Gs/e

jenuh air : Sr =1 e = wsat.Gs

A = (e-w.Gs)/(1+e) = n(1-Sr)

Tanah jenuh air (sat), tanah kering (d)

Tanah terendam air (jenuh) berat satuan terapung

(’) = berat efektifpengaruh tekanan keatas

wsat

wswws

e

G

e

G

'

1

1

1

.'

Tanah berbutir kasar relative density (Dr)

10minmax

max

ee

eeDr

emax : e tanah paling tak padat

emin : e tanah paling padat

e : e tanah yang ditinjau

Berat Volume & Hubungannya

Name Equation Description

Void RatioRatio of the void volume to the

solid volume.

PorosityPercent of the total volume

that is taken up by the void.

Degree of SaturationPercent of the void that is

taken up by the water.

Water ContentPercent of the weight of water

to the weight of solids.

Unit WeightTotal density of the soil.

Includes solids and the void.

Dry Unit WeightDensity of the soil when it is

completely dried out.

Unit Mass, Dry Unit MassDensity of the soil and the dry

density of the soil.

Specific Gravity of Solids

Ratio of the density of solids

to the density of water.

Note:

Other Important

Relationships:

W=Ws+Ww

V=Vs+Vv=Vs+Vw+Va

%W

Ww

s

w 100

e

Gγγ sw

d

1s

s

wG

Gwn

1

.

wγγ d 1

%V

V

s

w 100w %wGS

GwS

s

s100

..

w

%V

VS

v

w 100

Water content and Saturation

sw.GS.e

Basic volume-mass relationship

e

en

1w '

n

n

1e

e

w).(.γGγ ws

1

1weGs ; ;

S=1 (jenuh)

S=0 (kering)

e

e)(Gγγ sw

sat

1

e

γGγ ws

d

1

Contoh 1

Tanah di lapangan mempunyai angka pori e = 0,78; kadar air w = 20% dan

Gs = 2,65. Tentukan :

(a) Berat volume basah (b), berat volume kering (d), dan derajat

kejenuhan (S)

(b) Bila tanah pada keadaan jenuh sempurna, berapa kadar air dan sat

Contoh 2

Tanah di lapangan mempunyai b = 19,8 kN/m3 dan w = 23%. Berapa kadar

airnya bila b menjadi 18,6 kN/m3 dengan angka pori dianggap tetap.

Contoh 3 (1)

Contoh tanah diletakkan pada cetakan berbentuk silinder dengan diameter

10 cm dan tinggi 20 cm. Berat tanah dalam cetakan 3021 gram. Bila kadar

air tanah dalam cetakan w = 22,5%, hitung b ; d ; e dan S

Gs ditentukan dengan uji piknometer: Gs = 2,68.

Gradasi Butir Tanah (Particle Size Distribution)

Ukuran butir tanah :

• analisa saringan/ayakan tanah berbutir kasar

• analisa pengendapan tanah berbutir halus (silt, clay)

Gradasi tanah (PSD) disajikan dengan grafik hubungan :

diameter (sumbu x, skala log) vs. % kumulatif fraksi yang

lebih kecil dari diameter yang bersangkutan.

USCS

Definition of Grain Size

Boulders Cobbles Gravel Sand Silt & ClayCoarse Fine Coarse FineMedium

300 mm 75 mm

19 mm

No.4

4.75 mm

No.10

2.0 mm

No.40

0.425 mm

No.200

0.075

mm

Uji hidrometerUji saringan

Analisa ayakan digunakan satu set ayakan standard

3 in. (75mm)

2 in. (50mm)

1 ½ in. (38.1mm)

1 in. (25.0mm)

¾ in. (19.0mm)

3/8 in. (9.5mm)

No. 4 (4.75mm)

No. 10 (2.00mm)

No. 20 (0.850mm)

No. 40 (0.425mm)

No. 60 (0.250mm)

No. 140 (0.140mm)

No. 200 (0.075mm)

Misal massa total tanah yang diuji = M (kering oven)

M = a + b + c + d + e + f + g

Fraksi tanah < 0.074 mm = g/M x 100 % = p %

Fraksi tanah < 0.105 mm = (f+g)/M x 100 % = q %

Fraksi tanah < 0.25 mm = (e+f+g)/M x 100 % = r %

dan seterusnya......

atau :

Fraksi tanah < 2 mm = (M-a)/M x 100 %

Fraksi tanah < 0.84 mm = (M-(a+b))/M x 100 %

dan seterusnya......

diplotkan : sb - X sb - Y

0.074 mm p %

0.105 mm q %

0.25 mm r %

dst

Analisa Pengendapan

Tanah berbutir halus (<0.074 mm) ukuran butir tanah dianalisa

dengan cara sedimentasi prinsip hukum Stoke : kecepatan

mengendap dari sebuah bola dengan diameter d mm dan

rapat massa s (gr/cm3) dalam zat cair dengan rapat massa t

dan kekentalan (poise) mempunyai kecepatan konstan :

v = L/T = (s - t) g d2/(30) cm/menit

digunakan air : t = w ; g = 980 cm/dt2

d = (30/(980(s-t)) .(L/T) mm

pada pengujian : s , w dan diketahui

1. Cara pipet

Tanah yang digunakan < 0.074 mm (lolos saringan no 200)

misal g gram

Prinsip kerja :

tanah dicampur air 1 liter (1000 cc)

dikocok merata

diendapkan/didiamkan (t = 0), pada waktu-waktu tertentu

( Ti ), tanah + air (larutan) diambil pada kedalaman L ,

dengan d = C(L/Ti)

di atas L , tanah < C(L/Ti)

di bawah L , tanah > C(L/Ti)

1. Cara pipet (cont‘d)

Larutan yang diambil : x cm3

dikeringkan oven butir-butir = y gram

pendekatan :

Pada 1000 cc tersebut sebanyak = (1000/x) y

dari butir-butir tanah berdiameter < C(L/Ti)

butir-butir C(L/Ti) = (1000/x) y . 1/g . 100 %

terhadap g

Terhadap tanah total bisa dihitung C konstan untuk suatu test

jika L konstan, Ti pada interval waktu-waktu tertentu

di & % butirnya

1. Cara Hidrometer

Hidrometer pengukuran rapat massa larutan.

Larutan (air + tanah) mempunyai rapat massa

> w murni karena diendapkan butir-butir

mengendap berangsur-angsur berkurang

bisa dibaca pada waktu-waktu tertentu ti

di = C(L/Ti)

Memperhitungkan berat jenis suspensi yang tergantung dari berat

butiran tanah dalam suspensi pada waktu tertentu. Pengujian ini

dilakukan dengan menggunakan gelas ukuran dengan kapasitas

1000 ml yang diisi dengan larutan air, bahan pendispersi dan tanah

yang akan diuji.

1. Cara Hidrometer (cont‘d)

Dasar analisa :

misal dalam 1 cm3 larutan mengandung x gram tanah dengan

rapat massa s . Rapat massa air w

Volume tanah = x/s cm3 ; volume air = 1 – x/s

massa air = (1 - x/s ) w gram

massa larutan = x + (1 - x/s ) w volume 1 cm3

rapat massa larutan = l terbaca pada hidrometer

l = x + (1 - x/s ) w

x = (s/(s - w) (l - w) pada 1 cm3

total = x . 1000 gram butir dengan :

C(zi/ti) ti berubah xi dengan i

Catatan

air yang digunakan air destilasi, agar butir tidak lengket

dispersant

Hukum Stoke berlaku untuk satu bola butir-butir tidak

bulat sempurna d rata-rata butiran banyak

benturan diabaikan

butir-butir tidak sama s rata-rata

Hukum Stoke tidak berlaku untuk d < 0.0002 mm

Prinsip kerja Hukum Stoke butiran yang besar

mengendap lebih cepat

Jika ada bahan organik dihilangkan dengan hidrogen

peroksida.

Contoh

Pengujian ukuran butir tanah dengan ayakan dan sedimentasi.

Dengan contoh 90 gram didapat data :

Contoh tanah : 90 gram

0

20

40

60

80

100

0.010.1110

Diameter, mm

% lo

los

Catatan (1)

Kemiringan grafik menunjukkan variasi butiran :

tegak uniform

landai wide range

Well-graded (gradasi baik) pasir/kerikil (< 5% fines)

tak ada fraksi yang berlebihan/kurang pada suatu ukuran

ditandai dengan grafik yang cekung dan halus/baik

umumnya

Poorly graded (gradasi jelek)

uniform

gap - graded (ada gap ditengah)

Catatan (2)

D10 = diameter effektif

D10 : ukuran (diameter) dengan 10 % butir lolos

(contoh D10 = 0.015 mm)

D60 : diameter dengan 60 % butir lolos (D60 = 0.56 mm).

Coefficient of uniformity (koefisien keseregaman)

Cu = D60/D10 makin kecil makin seragam

Coefficient of curvature (koefisien kelengkungan)

CZ = D302/(D60.D10)

well graded : Cu > 4 - 6 dan Cz = 1 - 3

0

25

50

75

100

0.0010.010.1110100

Diameter, mm

% lo

los

AB

CD

Tanah A : bergradasi baik (kerikil)

Tanah B : kerikil berlempung

Tanah C : bergradasi seragam (pasir)

Tanah D : lempung

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.0010.010.1110

Grain Diameter, mm

Per

cent

Fin

er,

%

Distribusi tanah

Uji: Analisa saringan & hidrometer

D10: Maximum size of the smallest 10%




D10: Effective size (eg for permeability)

Cu: Coefficient of Uniformity = D60/D10

Cc: Coefficient of Curvature = (D30)2/(D60 xD10)

Grain size distribution and soils classification

Simple indices

GSD, LL, PI

Classification

system

(Language)

Estimate

engineering

properties

Achieve

engineering

purposesUse the

accumulated

experience

Communicate

between

engineers

Classifying soils into groups with similar behavior, in terms

of simple indices, can provide geotechnical engineers a

general guidance about engineering properties of the soils

through the accumulated experience.

Soils are usually cohesionless, cohesive, or organic.

Cohesionless soils have particles that do not tend to stick together. Mostly

composed of sand, maybe some silt.

Cohesive soils are characterized by very small particle sizes where surface

chemical effects predominate. They are both "sticky" and "plastic".

Organic soils are typically spongy, crumbly, and compressible. They are

undesirable for supporting structures.

The grain size distribution (gradation curve) and consistency of a soil are two

important physical measurements that are needed to determine the soil's suitability

onto which a structure can be built. This "suitability" is usually identified by placing

the soil into a classification using the USCS (Unified Soil Classification System).

Soil Characterization

Most soil classification systems used in construction classify soils based upon two

experimental characterizations of soil. These two measurements are (1) a grain-

size distribution curve , and (2) the Atterberg limits (or soil consistency). The grain-

size analysis can be either mechanical or with a hydrometer analysis. The

mechanical method uses sieves with the standardized openings

Mektan I 2 Index Properties

Documents

Transcript of Mektan I 2 Index Properties