tanah dan batuan

TANAH DAN BATUAN
oleh:
Dr. Ir. Hasbullah Nawir
SILABUS MATA KULIAH SI-2222
SEMESTER II TAHUN 2009/2010
►
►
►
►
►
►
►
►
►
Kode kuliah
:
Nama kuliah
:
Dosen
:
Jadwal kuliah
:
Jadwal UTS
:
Akhir perkuliahan :
Jadwal UAS
:
Referensi
:
Penilaian
SI-2222 (2 SKS)
Pengantar Mekanika Tanah
Dr. Ir. Hasbullah Nawir, MT
Jumat, 15.00-17.00
antara 15 s/d 19 Maret 2010
7 Mei 2010
antara 10 s/d 21 Mei 2010
Principles of Geotechnical Engineering
(Braja M. Das)
: UTS
UAS
Tugas
45% (tentative)
45% (tentative)
10% (tentative)
SILABUS MATA KULIAH SI-2222
SEMESTER II TAHUN 2008/2009
► Tanah
dan Batuan
► Komposisi Tanah
► Klasifikasi Tanah
► Konsep Tegangan Efektif
► Aliran Air Tanah
► Pertambahan Tegangan
► Penurunan Tanah
► Pemadatan Tanah
PEMBENTUKAN DEPOSIT TANAH
PENDAHULUAN:
►
Untuk maksud teknis tanah dapat
didefinisikan sebagai "bahan yang belum
terkonsolidasi di atas batuan padat (solid)".
►
Tanah merupakan produk sampingan
deposit akibat pelapukan batuan kerak
bumi dan/atau batuan yang tersingkap
dalam matriks tanah.
PEMBENTUKAN DEPOSIT TANAH
BUMI:

Secara teori bumi terbentuk
sekitar 4,5 milyar tahun yang
lalu dari suatu bola api berpijar
yang terdiri dari gas kosmis
dan debu angkasa luar.

Mendinginnya massa ini
membentuk atmosfer,
hidrosfer, dan litosfer.

Atmosfer adalah selubung gas
yang mengelilingi hidrosfer
atau zona air (seperti lautan,
danau), dan litosfer, atau kerak
bumi dan massa bagian dalam.
PEMBENTUKAN DEPOSIT TANAH

Kerak bumi terdiri dari batuan dan batuan yang mengalami
pelapukan (tanah) dan dianggap mempunyai tebal 10 sampai 15
kilometer atau lebih

Unsur-unsur yang membentuk kerak bumi:
Unsur
Simbol
% Berat
% Volume
Oksigen
Silikon
Aluminium
Besi
Magnesium
Kalsium
Sodium
Potasium
O
Si
Al
Fe
Mg
Ca
Na
K
46.6
27.7
8.1
5.0
2.1
3.6
2.8
1.8
93.8
0.9
0.5
0.4
0.3
1.0
1.3
1.8
PEMBENTUKAN DEPOSIT TANAH
Unsur-unsur di atas jarang yang berdiri sendiri dan biasanya terjadi dalam
bentuk kombinasi yang disebut mineral:
Mineral
% perkiraan
Felspar
• Ortoklas [K(Al)Si3O8] – merah jambu, putih, dan kelabu
• Plagioklas [Na(Al) Si3O8] – putih, kelabu, hijau, merah, dan
dapat mengandung Ca sebagai ganti Na
30
Kuarsa (SiO2, atau silikon dioksida)
28
Mineral-mineral lempung dan mika
• Muskovit [K(Al2)SiO3Al(O10)(OH)2] – mineral berwarna
terang
• Biotit [K2(Mg, Fe)6(SiAl)8O2(OH)4 – berwarna hitam, coklat,
atau hijau
18
Kalsit (sebagai CaCO3) atau dolomit [sebagai CaMg(CO3)2]
9
berlanjut
PEMBENTUKAN DEPOSIT TANAH
lanjutan
Mineral
% perkiraan
Oksida besi
• Hematit (Fe2O3) – bayangan merah
• Limonit (2Fe2O3 3H2O) – berbagai bayangan kuning
4
Piroxin dan amfibol
• Piroxin – kalsium, magnesium, besi, dan aluminium silikat
• Amfibol (horn blende) – sodium, kalsium, magnesium, besi,
dan aluminium silikat
1
Lain-lain, meliputi
• Kaolinit (lempung) – hidro aluminium silikat [Al2Si2O5(OH)4]
sebagai hasil sampingan utama pelapukan felspar
• Olivin (berwarna kehijauan) – magnesium, silikat besi
[(MgFe)2SiO4]
10
SIKLUS BATUAN DAN TANAH
►
Para ahli geologi mengklasifikasikan batuan dalam tiga kelompok dasar:
1. Beku (igneous),
2. Sedimen (sedimentary)
3. Metamorf (metamorphic)
►
Batuan merupakan campuran dari berbagai mireral dan senyawa, dan komposisinya sangat
bervariasi.
Batu-gamping (limestone) misalnya, terutama berupa kalsit, sedangkan granit mengandung
felspar, kuarsa, dan magnesium besi dalam jumlah yang bervariasi.
►
Tanah terbentuk akibat lapukan yang terjadi pada batuan
Pada mulanya proses pelapukan terjadi pada batuan beku dan/atau deposit mineral yang
tercurah yang terbentuk selama proses pendinginan batuan yang pijar tadi. Gravitasi
melalui penggelinciran dan rangkak, yang menggerakkan air sebagai aliran permukaan,
atau aksi dari angin dan es dapat mengangkut produk sampingan batuan lapuk ini ke lokasi
yang baru, yang menghasilkan sedimen, atau deposit tanah yang ditransportasikan.
►
Apabila gerakan kerak bumi ini mengakibatkan bertambahnya tekanan akibat berat tanah di
atasnya dan panas lewat redaman energi dan lewat celah-celah di dalam kerak bumi yang
memungkinkan magma cair mengalir, beberapa batuan sedimen (dan beberapa batuan
beku) bermetamorfosa menjadi batuan metamorf. Gerakan kerak bumi selanjutnya telah
menyingkapkan lagi batuan tersebut sehingga mengalami pelapukan kembali, dan dalam
beberapa kasus yaitu pada kedalaman dan kondisi geologi yang sesuai, telah mengubah
kembali batuan tadi menjadi magma cair, dan siklus tadi diulangi kembali.
SIKLUS BATUAN DAN TANAH
pelapukan
Batuan
beku
Sedimen
pasir,
kerikil,
lumpur
Batuan
sedimen
panas, tekanan,
& larutan
Batuan
metamorf
Panas,
tekanan,
larutan
How Rocks Are Formed
How Sedimentary Rock Is
Formed
For thousands, even millions of
years, little pieces of our earth
have been eroded broken down
and worn away by wind and water.
These little bits of our earth are
washed downstream where they
settle to the bottom of the rivers,
lakes, and oceans. Layer after
layer of eroded earth is deposited
on top of each. These layers are
pressed down more and more
through time, until the bottom
layers slowly turn into rock.
How Metamorphic Rock Is
Formed
How Igneous Rock Is Formed
Metamorphic rocks are rocks that
have 'morphed' into another kind
of rock. These rocks were once
igneous or sedimentary rocks.
How do sedimentary and igneous
rocks change? The rocks are under
tons and tons of pressure, which
fosters heat build up, and this causes
them to change. If you exam
metamorphic rock samples closely,
you'll discover how flattened some
of the grains in the rock are.
Igneous rocks are called fire rocks
and are formed either underground
or above ground. Underground,
they are formed when the melted
rock, called magma, deep within
the earth becomes trapped in small
pockets. As these pockets of magma
cool slowly underground, the magma
becomes igneous rocks. Igneous
rocks are also formed when
volcanoes erupt, causing the magma
to rise above the earth's surface.
When magma appears above the
earth, it is called lava. Igneous rocks
are formed as the lava cools above
ground.
SIKLUS BATUAN DAN TANAH
BATUAN BEKU (IGNEOUS ROCK):
►
Batuan beku adalah batuan yang terbentuk akibat mendinginnya magma cair.
Pada saat penyesuaian tegangan secara periodik mengakibatkan retakan dan
patahan pada kerak batuan itu. Magma akan keluar melalui retakan dan patahan
tersebut, baik hanya sebagian saja (menghasilkan mata air panas dan geiser untuk
kondisi-kondisi tertentu) maupun seluruhnya sampai ke permukaan (membentuk
gunung). Aliran yang terputus dan tidak sampai ke permukaan bumi akan mengalir
ke dalam kerak bumi dan membentuk batuan intrusif atau batuan plutonik
SIKLUS BATUAN DAN TANAH
BATUAN BEKU (IGNEOUS ROCK):
►
Batuan beku diklasifikasikan menurut tekstur, komposisi, warna, dan sumbernya.
Beberapa batuan beku adalah:
Batuan kasar:
Granit - warna terang
Diorit – warna antara
Gabro – warna gelap
Batuan halus:
Riolit – warna terang
Basal – warna gelap
Batuan lava:
Obsidian – hitam dan berkilat
Batu apung – ringan, berongga, berkilat
Skoria – kemerahan sampai hitam, berongga
SIKLUS BATUAN DAN TANAH
BATUAN BEKU:
Batu
apung
PEMBENTUKAN TANAH AKIBAT PELAPUKAN
(WEATHERING)
►
►
Pelapukan batu menghasilkan bahan dari mana batuan sedimen
terbentuk dan menghasilkan tanah
Pelapukan dapat bersifat mekanis/fisika atau kimiawi.
Pelapukan Mekanis
►
►
►
Pelapukan mekanis terjadi apabila
batuan berubah menjadi fragmen yang
lebih kecil tanpa terjadinya suatu
perubahan kimiawi.
Penyebab pelapukan mekanis:
 Pengaruh iklim (temperatur dan
curah hujan)
 Eksfoliasi
(exfoliation/pengupasan)
 Erosi oleh angin dan hujan
 Abrasi
 Kegiatan organic
Pelapukan Kimiawi
►
►
Pelapukan
kimiawi
meliputi
perubahan
mineral
batuan
menjadi senyawa mineral yang
baru.
Proses yang terjadi antara lain :
 Oksidasi
 Pelarutan (solution)
 Pelumeran (leaching)
 Hidrolisi
Klasifikasi tanah menurut deposit pembentukannya:
- tanah residu (residual soil)
- tanah yang dipindahkan (transported soil)
PEMBENTUKAN TANAH AKIBAT
PELAPUKAN
Residual Soil:
►
►
Terbentuk pada lokasinya yang sekarang
melalui pelapukan batuan dasar
Cenderung mempunyai karakteristik:
 Mengandung mineral yang telah
mengalami pelapukan dari batuan
dasar.
 Partikelnya cenderung berbentuk
persegi atau agak persegi
 Ukuran butiran tidak terbatas,
maksudnya kalau tanah tersebut
diayak, maka partikel yang lolos
saringan akan tergantung pada waktu
dan energi yang dipakai saat proses
pengayakan.
Transported soil:
►
►
Terbentuk dari pelapukan batuan di satu
tempat dan sekarang dijumpai pada
tempat yang lain
Bahan pemindah antara lain:
 Air (alluvial soils)
 Gletser (glacial soils)
 Angin (aeolian soils)
 Gravitasi (colluvial soils)
 Danau (lacustrine soils)
 Laut (marine soil)
SIKLUS BATUAN DAN TANAH
BATUAN SEDIMEN (SEDIMENTARY ROCK):
►
►
►
►
Proses pelapukan akan mengurangi massa batuan menjadi partikel-partikel
yang lebih mudah terangkat oleh angin, air, dan es.
Apabila bahan tadi mengendap, maka ia disebut sedimen. Sedimen biasanya
didepositkan lapis per lapis yang disebut lapisan (strata), dan apabila
dipadatkan dan tersementasi menjadi satu akan membentuk batuan sedimen
[proses ini disebut pembatuan (lithification)].
Batuan-batuan ini, yang paling banyak adalah serpih, batu-pasir, dan batugamping, merupakan 75 persen dari seluruh batuan yang tersingkap di
permukaan bumi.
Batuan sedimen diklasifikasikan atas:
- batuan klastik (clastic)
- kimiawi (chemical)


- biokimiawi/organic

Serpih, Batu pasir, mudstone, Konglomerat
Batu gamping, Dolomit,
Evaporit
Coquinq, Batu gamping karang,
Kapur (chalk), Karang (koral)
Batu bara (coal)
SIKLUS BATUAN DAN TANAH
BATUAN SEDIMEN (SEDIMENTARY ROCK):
►
Batuan sedimen diklasifikasikan atas:
- batuan klastik (clastic)

Serpih, Batu pasir, mudstone, Konglomerat
- kimiawi (chemical)

Batu gamping, Dolomit,
Evaporit
- biokimiawi/organic

Coquinq, Batu gamping karang,
Kapur (chalk), Karang (koral)
Batu bara (coal)
SIKLUS BATUAN DAN TANAH
BATUAN METAMORF (METAMORPHIC ROCK):
►
Batuan metamorf terjadi akibat proses metamorfosa suatu batuan sedimen
melalui temperatur dan tekanan yang tinggi, atau batuan beku yang terbenam
jauh di dalam tanah.
►
Selama proses metamorfosa, batuan yang asli mengalami perubahanperubahan kimiawi dan fisik yang mengubah tekstur, serta komposisi mineral
dan kimiawinya.
►
Penyusunan kembali mineral selama metamorfosa menghasilkan dua tekstur
dasar batuan: terfoliasi (foliated) dan tidak terfoliasi (nonfoliated).
►
Foliasi menghasilkan mineral batuan yang menjadi datar atau berbentuk pelat
dan tersusun dalam jalur atau lapisan yang sejajar:
• Batuan terfoliasi
:
• Batuan tak terfoliasi :
Batu tulis (sabak/slate), Sekis, Genes
Kuarsit, Marmer, Antrasit
GERAKAN KERAK BUMI
►
Gerakan kerak bumi menghasilkan
struktural yang disebut:
- Lipatan (folds)
- Patahan (faults)
- Kekar (joint)
perubahan
bentuk
ALIRAN AIR DAN DEPOSIT ALUVIAL
►
Air hujan yang jatuh ke daratan selanjutnya akan berjalan mengikuti
salah satu dari sejumlah jalur gerak yang membentuk suatu siklus
hidrologi
►
Bagian yang menjalani jalur gerak suatu limpasan permukaan (runoff)
akan menyebabkan erosi dan pemindahan (transportasi).
Erosi dan transportasi tergantung pada kecepatan air yang bergerak
dipengaruhi oleh
1. gradien
2. jumlah air yang melalui satu titik
3. keadaan sungai.
Pada umumnya, gradien akan makin berkurang dari hulu sampai ke hilir. Hilir
atau muara ini dapat berakhir pada sungai yang lain, sebuah danau, atau laut.
Kecepatan akhir pada danau atau laut akan mendekati nol berdasarkan
pertimbangan kontinuitas dan persamaan aliran
ALIRAN AIR DAN DEPOSIT ALUVIAL
►
►
Karena bahan yang tererosi mengandung berbagai ukuran butir dan
mempunyai derajat ketahanan yang berbeda-beda, maka tidak akan terdapat
sungai yang benar-benar lurus, kecuali untuk jarak yang sangat pendek
(biasanya kurang dari 10 kali lebar efektif saluran).
Sumbu saluran (sungai) cenderung mengalir ke kiri dan ke kanan, atau disebut
kelokan (meander).
Dalam waktu geologi, ini biasanya akan menghasilkan lembah yang lebar di
antara tebing-tebing batuan, dengan dasarnya terdiri dari tanah atau sedimen
yang dipindahkan.
Sedimentasi terjadi ketika kecepatan air yang bertambah kecil.
Pada bagian dalam kelokan tidak dapat lagi mengangkut bahan-bahan yang
dikandung oleh air.
Bagian luar kelokan yang mempunyai kecepatan yang lebih tinggi akan
menggerus tebing sungai, sehingga kelokan tadi akan bertambah
ALIRAN AIR DAN DEPOSIT ALUVIAL
►
Erosi pada leher kelokan dapat menyebabkan terpotongnya kelokan itu,
sehingga terdapat bagian yang melengkung dan terpisah yang disebut punuk
sapi atau oxbow atau disebut juga tikungan tapal kuda (horse shoe bend).
Oxbow ini dapat berupa daerah rawa (slough) apabila salah satu ujungnya
tetap berhubungan dengan sungai, sehingga air-balik (backwater) akan
menggenang.
Danau oxbow terbentuk apabila oxbow tadi terisi penuh oleh air.
►
Depresi ini kemudian dapat terisi oleh sedimen berbutir-halus, lumpur, dan
bahan organik selama dan di antara banjir-banjir yang berturutan.
Hasilnya adalah:


►
deposit tanah yang sangat buruk dan sangat plastis (batas cairnya sering
sampai 60% hingga 100% atau lebih)
deposit lanau, lempung berlanau, gambut organik
Perubahan posisi sungai yang menerus dan lambat laun ini mengakibatkan
seluruh dasar lembah akan terdiri dari aluvium atau sedimen.
BATASAN TANAH UKURAN PARTIKEL
BATASAN TANAH UKURAN PARTIKEL:
Ukuran Butir (mm)
Nama Insitusi
► Massachusetts
Institute of Technology (MIT)
► U. S. Department of Agriculture (USDA)
► American Association of State Highway and
Transportation Officials (AASHTO)
►
Unified Soil Classification System
Kerikil
Pasir
Lanau
Lempung
>2
>2
2 – 0,06
2 – 0,05
0,06 – 0,002
0,05 – 0,002
<0,002
<0,002
76,2 - 2
2 – 0,075
0,075 – 0,002
<0,002
76,2 – 4,75
4,75 – 0,075
<0,075
BATASAN TANAH UKURAN PARTIKEL
BATASAN TANAH UKURAN PARTIKEL:
BATASAN TANAH UKURAN PARTIKEL
ANALISIS MEKANIS TANAH:
1.
Analisis Ayakan
: untuk partikel berdiameter > 0,075 mm.
2.
Analisis Hydrometer
: untuk partikel berdiameter < 0,075 mm
ANALISIS AYAKAN
No.
Ayakan
Lubang
(mm)
No.
Ayakan
Lubang
(mm)
4
4,750
50
0,300
6
3,350
60
0,250
8
2,630
80
0,180
10
2,000
100
0,150
16
1,180
140
0,106
20
0,850
170
0,088
30
0,600
200
0,075
40
0,425
270
0,053
ANALISIS
AYAKAN
B S Sieves
B.S.:410-1962
ASTM Sieves
ASTM E11-1961
IS Sieves
IS: 460-1962
No
saringan
Ukuran
lubang (mm)
No
saringan
Ukuran
No
Ukuran
lubang (mm) saringan lubang (mm)
2 in
50.80
2 in
50.80
50 mm
50.00
1 ½ in
38.10
1 ½ in
38.10
40 mm
40.00
¾ in
19.05
¾ in
19.00
20 mm
20.00
3/8 in
9.52
3/8 in
9.51
10 mm
10.00
3/16 in
4.76
4
4.76
4.75 mm
4.75
6
2.80
7
2.83
2.80 mm
2.80
8
2.00
10
2.00
2.00 mm
2.00
12
1.40
14
1.41
1.40 mm
1.40
14
1.20
16
1.19
1.18 mm
1.18
16
1.00
18
1.00
1.00 mm
1.00
25
0.600
30
0.595
600 
0.600
30
0.500
35
0.500
500 
0.500
36
0.420
40
0.420
425 
0.425
44
0.355
45
0.354
355 
0.355
60
0.250
60
0.250
250 
0.250
72
0.210
70
0.210
212 
0.212
85
0.180
80
0.177
180 
0.180
100
0.150
100
0.149
150 
0.150
120
0.125
120
0.125
125 
0.125
170
0.090
170
0.088
90 
0.090
200
0.075
200
0.074
75 
0.075
350
0.045
325
0.044
45 
0.045
ANALISIS HIDROMETER
Bekerja berdasarkan prinsip
sedimentasi butiran tanah di dalam air
yang ditentukan oleh kecepatan
partikel tanah.
Hukum Stokes

s w 2
D
18
D
18
18

s w
s w
 = kecepatan
s = unit berat dari partikel tanah
w = unit berat air
 = viskositas air
D = diameter partikel tanah
V 
1
L  L1   L2  B 
2
A
ASTM 152H
hydrometer
(ASTM = American Society for Testing and Materials)
L1 = jarak dari puncak atas labu ke titik pmbacaan
L2 = panjang labu hidrometer = 14 cm
VB = volume labu hidrometer = 67 cm3
A = Luas penampang tabung silinder = 27,8 cm2
L
t
ANALISIS HIDROMETER
Hukum Stokes

s w 2
D
18
 s  Gs  w
D
18
18

s w
s w
D
18
Gs  1 w
L
t
L
t
Gs= specific gravity of soil solids
Apabila satuan yang digunakan adalah g, cm,
dan menit maka:
30
L
D
Gs  1 w t
Bila w dianggap  1 maka:
DK
L (cm)
t (min)
K adalah fungsi dari Gs dan  yang bergantung
pada temperatur air pada saat test.
ANALISIS HIDROMETER
K adalah fungsi dari Gs dan  yang bergantung
pada temperatur air pada saat test.
DK
L (cm)
t (min)
CONTOH ANALISIS AYAKAN
Massa contoh tanah kering = 450 gram
No. Ayakan
Diameter
(mm)
Massa tertahan
(g)
Persen tertahan
(%)
Persen lolos
(%)
10
2.000
0
0
100.00
16
1.180
9.0
2.2
97.80
30
0.600
24.66
5.48
92.32
40
0.425
17.60
3.91
88.41
60
0.250
23.90
5.31
83.10
100
0.150
35.10
7.80
75.30
200
0.075
59.85
13.30
62.00
loyang
-
278.99
62.00
0
KURVA DISTRIBUSI BUTIRAN
Tanah A:
- Kerikil (>4,75 mm)
- Pasir (4,75 mm - 0,075 mm)
- Lanau/lempung (<0,075 mm)
= 0%
= 38%
= 62%
Ukuran Efektif = D10
Koefisien keseragaman = Cu
Koefisien gradasi = Cc
2
D
C u = 60
D10
D30
Cc =
D 60 x D10
Cu dan Cc berguna untuk klasifikasi
tanah berbutir kasar
KURVA DISTRIBUSI BUTIRAN
Kurva I
: gradasi buruk (purely graded)
Kurva II : gradasi baik (well graded)
Kurva III : gradasi senjang (gap graded)
Ciri well graded:
Cc = 1 – 3 (kerikil dan pasir)
Cu > 4 (kerikil)
Cu > 6 (pasir)
Latihan soal 1.1
LATIHAN SOAL 1.1
No. Ayakan
Diameter
(mm)
Massa tertahan
(g)
Persen tertahan
(%)
Persen lolos
(%)
4
4.750
0
0
100
10
2.000
21.6
4.80
95.2
20
0.850
49.5
11
84.2
40
0.425
102.6
22.8
61.4
60
0.250
89.1
19.8
41.6
100
0.150
95.6
21.24
20.36
200
0.075
60.4
13.42
6.93
loyang
-
31.2
6.93
0
450
100
LATIHAN SOAL 1.1
LATIHAN SOAL 1.1
D10 = 0.086 mm
D30 = 0.200 mm
D60 = 0.400 mm
Cu =
D 60
D 10

0.400
0.086
2
 4.65
D 30
0.200 2
Cc =

 1.16
D60 x D10 0.400 x0.086