Karakteristik Tanah

Kekauan Tergantung Pada Tingkat Kekakuan Tanah

Banyak bahan-bahan teknik, seperti logam, tetapi juga beton dan kayu, memiliki tegangan, regangan dan karakteristik linier Setidaknya sampai tingkat tegangan tertentu. Ini berarti bahwa deformasi akan menjadi dua kali lebih besar jika tekanan dua kali lebih besar. Properti ini digambarkan oleh hukum Hooke, dan bahan-bahan yang disebut elastis linier. Tanah tidak memenuhi hukum ini. Sebagai contoh, dalam kompresi tanah secara bertahap menjadi kaku. Di permukaan, pasir akan tergelincir dengan mudah melalui jari-jari, tetapi di bawah tekanan tertentu kekakuan semakin meningkat. Hal ini terutama disebabkan oleh peningkatan kekuatan antara individu partikel, yang memberikan kekuatan struktur partikel meningkat. Properti ini digunakan dalam kehidupan sehari-hari seperti kemasan kopi dan bahan granular lainnya di dalam sebuah kantong plastik. di dalam Teknik sipil properti non-linear digunakan untuk bangunan di tanah yang sangat lembut, dilengkapi oleh lapisan pasir. Di bawah pasir terdapat tumpukan tebal Clay yang lembut dengan tingkat tegangan yang tinggi, karena berat tanah liat. Hal ini membuat pasir sangat keras dan kuat, dan sangat mungkin untuk menerapkan kekuatan tekan besar ke dalam hemoroid, asalkan mencapai ke pasir.

Gaya Geser

Tekanan tanah secara bertahap akan menjadi kaku. Namun gaya geser tanah secara bertahap menjadi lebih lembut, dan jika tekanan geser mencapai tingkat tertentu, sehubungan dengan tekanan normal, kemungkinan akan terjadi keruntuhan tanah. Ini berarti bahwa lereng tumpukan pasir, misalnya di depot atau di sebuah bendungan, tidak dapat lebih besar dari sekitar 30 atau 40 derajat. Alasan untuk ini adalah bahwa partikel akan meluncur dari satu sama lain di lereng yang lebih curam. Sebagai akibat dari fenomena ini banyak negara di Delta Sungai besar sangat datar. Ini juga telah menyebabkan kegagalan bendungan dan tanggul-tanggul di seluruh dunia, kadang-kadang dengan konsekuensi yang sangat serius bagi masyarakat setempat. Sangat berbahaya jika tanah sangat lembut, seperti tanah liat, lereng curam akan sering runtuh untuk beberapa waktu, karena kapiler tekanan di dalam air, tapi setelah beberapa waktu tekanan kapiler ini mungkin hilang (mungkin karena hujan), dan lereng akan gagal.

Contoh sederhana dari kegagalan tanah dalam geser adalah seperti pada pembangunan rail pelindung sepanjang jalan Raya. Setelah tabrakan dengan kendaraan pondasi dari rel akan merotasi dalam tanah karena tekanan geser besar antara pondasi ini dan tanah di sekitarnya. Ini akan menghilangkan energi dalam jumlah besar (menjadi panas), menciptakan deformasi permanen dari pondasi rel, tapi penumpang, dan mobil, mungkin terluka. Tentu saja, rail pelindung harus diperbaiki setelah tabrakan,

Kembang Susut Tanah

Deformasi geser tanah sering disertai dengan perubahan volume. Pasir berongga memiliki kecenderungan untuk kontraksi sehingga volume menjadi lebih kecil, dan pasir yang padat akan cenderung mengalami pengembangan sehingga volumenya akan bertambah dan membuat pasir menjadi lebih berongga. Ini disebut dilatancy (kembang susut), sebuah fenomena yang ditemukan oleh Reynolds, pada tahun 1885. Hal ini menyebabkan tanah di sekitar pijakan kaki manusia di pantai dekat jalur air menjadi kering selama berjalan. Pasir padat ketika diinjak ,menyebabkan deformasi geser, yang pada gilirannya menyebabkan ekspansi volume. Perluasan tanah yang padat selama geser ditunjukkan dalam gambar di bawah ini.

Di sisi lain perakitan partikel pasir akan memiliki kecenderungan untuk runtuh ketika dipotong, dengan penurunan volume. Deformasi volume tersebut mungkin sangat berbahaya ketika tanah jenuh dengan air. Kecenderungan penurunan volume kemudian dapat menyebabkan peningkatan tekanan air pori besar. Banyak kecelakaan geotechnical telah disebabkan oleh peningkatan tekanan air pori. Selama gempa bumi di Jepang, misalnya, pasir jenuh  kadang-kadang densified dalam waktu yang singkat, yang menyebabkan tekanan pori besar kemudian mengembang, sehingga partikel pasir mungkin mulai mengambang di air. Fenomena ini disebut liquefaction. Di Belanda pasir di saluran di Muara Scheldt Timur adalah sangat berongga (mudah lepas butirannya), dan memerluklan densification tanah yang besar sebelum pembangunan penghalang gelombang badai. Pasir yang digunakan untuk membuat Bandara Tjek Lap Kok di Hongkong juga densified sebelum konstruksi landasan pacu dan fasilitas bandara dibangun.

Pergerakan Tanah Secara Perlahan (Creep)

Deformasi tanah sering tergantung pada waktu, bahkan di bawah beban konstan. Ini disebut creep. Clay khususnya menunjukkan fenomena ini. Hal ini menyebabkan struktur didirikan pada clay untuk pemukiman akan mengalami penurunan terus selamanya. Jalan baru, yang dibangun di tanah yang lembut, akan terus mengalami penurunan selama bertahun-tahun. Untuk bangunan pemukiman tertentu bisa timbul kerusakan ketika mereka tidak seragam, hal seperti ini dapat mengakibatkan keretakan di gedung.

Membangun tanggul di Belanda, pada tekanan lapisan tanah liat dan gambut, dapat mempertahankan pemukiman ini selama beberapa dekade. Untuk menjaga tingkat puncak tanggul, tanggul harus dinaikkan ketinggiannya setelah beberapa tahun. Ini merupakan hasil dalam meningkatkan tekanan dalam tanah, dan karena itu dapat terjadi pertambahan pemukiman. Proses ini akan terus selamanya. Jika pembangunan tanggul tanah tidak dilakukan akan terjadi banjir sekarang dan kemudian, dengan sedimen yang mengendap di darat. Banjir kini telah berhenti berkat beberapa orang yang membangun tanggul.

Pasir dan batu menunjukkan hampir tidak ada pergerakan secara perlahan (creep), kecuali pada tingkat tegangan yang sangat tinggi.

Air Tanah (Ground Water)

Karakteristik khusus tanah adalah air yang mungkin ada dalam pori-pori tanah. Air ini memberikan kontribusi untuk mentransfer tegangan di dalam tanah. Air tersebut juga memungkinkan untuk mengalir di dalam tanah, yang menciptakan tekanan gesekan antara cairan dan bahan padat. Dalam banyak kasus tanah harus dianggap sebagai dua fase bahan. Yang dibutuhkan adalah beberapa waktu sebelum air akan dikeluarkan dari massa tanah, keberadaan air biasanya mencegah perubahan volume cepat.

Dalam banyak kasus pengaruh air tanah telah sangat besar. Pada tahun 1953 di Belanda banyak tanggul di barat daya negara gagal karena air mengalir di atas tanggul, menembus tanah dan kemudian dialirkan melalui tanggul, dengan kekuatan gesekan bertindak pada materi tanggul. Lihat gambar.

Kekuatan air di atas dan di dalam tanggul dibuat slide kemiringan ke bawah. Di negara lain bendungan besar kadang-kadang gagal juga karena meningginya muka air di pedalaman bendungan (misalnya, Teton Valley bendungan di Amerika Serikat, di mana air bisa masuk dam karena inti clay bocor). Curah hujan yang berlebihan bahkan dapat mengisi sebuah bendungan, seperti yang terjadi di dekat Aberfan di Wales pada tahun 1966, ketika sebuah bendungan mine tailing runtuh ke desa.

Hal ini juga sangat penting bahwa penurunan tekanan air dalam tanah, misalnya dengan produksi air tanah untuk keperluan minum, mengarah ke peningkatan tekanan antara partikel. Hal ini terjadi di banyak kota besar, seperti Venesia dan Bangkok, yang mungkin terancam akan ditelan oleh laut. Hal ini juga terjadi ketika air tanah sementara diturunkan untuk pembangunan penggalian kering. Bangunan di sekitar penggalian mungkin rusak dengan menurunkan air tanah. Pada skala yang berbeda fenomena yang sama terjadi di gas atau ladang minyak,dimana produksi gas atau minyak menyebabkan penurunan volume reservoir, dan dengan demikian terjadi subsidence tanah. Produksi gas alam dari reservoir besar di Groningen diperkirakan mengakibatkan subsidence sekitar 50 cm.

Tegangan Awal yang Tidak Diketahui (Unknown Initial Stress)

Tanah adalah bahan alami, tercipta sejak zaman sejarah oleh berbagai proses geologi. Oleh karena itu keadaan awal dari tegangan sering tidak seragam, dan sering bahkan sebagian tidak diketahui. Karena perilaku material non-linear, disebutkan di atas, tekanan awal dalam tanah yang besar penting untuk menentukan perilaku tanah di bawah beban tambahan. Tekanan awal ini tergantung pada sejarah geologis, yang tidak pernah benar-benar diketahui, dan ini menyebabkan ketidakpastian. Secara khusus, tekanan horizontal awal dalam tanah massa biasanya tidak diketahui. Tekanan vertikal awal dapat ditentukan dengan berat lapisan atasnya. Ini berarti bahwa tekanan meningkat sesuai dengan kedalaman, dan karenanya kekakuan dan kekuatan juga meningkat sesuai dengan kedalaman. Tekanan horizontal, bagaimanapun, biasanya tetap tidak diketahui. Ketika tanah telah mengalami tekanan secara horizontal di masa-masa sebelumnya, belum tentu tegangan horisontal tinggi, tetapi ketika tanah diketahui telah menyebar, tekanan horisontal mungkin sangat rendah.

Dengan ketergantungan tegangan dari perilaku tanah semua ini berarti bahwa mungkin ada ketidakpastian tentang perilaku awal tanah. Itu mungkin juga harus dicatat bahwa studi lebih lanjut secara teoritis tidak dapat memberikan banyak bantuan dalam hal ini. Mempelajari bidang sejarah, atau mengunjungi lapangan, dan berbicara kepada orang-orang lokal, mungkin lebih bermanfaat.

Variabilitas

Pembentukan tanah oleh proses geologis juga berarti bahwa sifat-sifat tanah mungkin agak berbeda di lokasi yang berbeda. Bahkan di dua lokasi yang sangat dekat sifat-sifat tanah mungkin sama sekali berbeda.

Komposisi tanah secara umum dapat diperoleh dari peta geologi. Peta tersebut dapat menunjukkan sejarah geologi tanah di tempat pertama. Pengetahuan dan pengalaman tentang geologi ini dapat memberikan indikasi sifat-sifat tanah yang pertama. Informasi geologi lainnya juga dapat membantu. Area yang besar dari Eropa Barat, misalnya, yang telah dilapisi tebal lapisan es dalam zaman-zaman es sebelumnya, dan ini berarti bahwa tanah di daerah ini telah dapat preload cukup besar. Penentuan akurat sifat-sifat tanah tidak dapat diambil dari meja studi. Hal ini membutuhkan pengujian tanah yang sebenarnya di laboratorium, menggunakan sampel yang diambil dari lapangan, atau pengujian tanah di lapangan.