Tanah dapat terdiri dari dua atau tiga bagian. Dalam tanah yang kering, maka tanah hanya terdiri dari dua bagian, yaitu butir-butir tanah dan pori-pori udara. 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 padat (butiran), pori-pori udara, dan air pori. Bagian-bagian tanah dapat digambarkan dalam bentuk diagram fase ditunjukkan dalam Gambar 1berikut ini.
Dari memperhatikan gambar tersebut dapat dibentuk persamaan:
W = Ws + Ww……………………………………………………………..(1)
dan
V = Vs + Vw + Va……………………………………………………………(2)
Vv = Vw+Va …………………………………………………………………(3)
Dengan:
Ws = berat butiran padat
Ww = berat air
Vs = volume butiran padat
Vw = volume air
Va = volume udara
Berat udara (Wa) dianggap sama dengan nol. Beberapa hubungan volume udara yang sering digunakan dalam mekanika tanah adalah kadar air (w), berat volume kering (γd), berat volume basah (γb) dan berat jenis (Gs).
Dibawah ini adalah pengujian sifat fisik tanah yang digunakan untuk pengembangan jalan dan jembatan.
1. Berat Jenis
Kadar air adalah perbandingan antara berat air dengan berat butiran padat, dinyatakan dalam persen.
w = Ww/Ws x 100 % …………………………………………………….(4)
Berat volume kering (γd) adalah perbandingan antara berat butiran (Ws) dengan volume total (V) tanah.
γd = Ws/V……………………………………………………………………(5)
Berat volume basah (γb) adalah perbandingan antara berat butiran tanah termasuk air dan udara (W) dengan volume total tanah (V).
γb = W/V …………………………………………..………………………..(6)
Berat jenis (specific gravity) tanah (Gs) didefinisikan sebagai perbandingan berat volume butiran padat (γs) dengan berat volume air (γw) pada temperature 40OC
Gs =ys/yw ………………………………………..………………………(7)
Gs tidak berdimensi. Berat jenis dari berbagai jenis tanah berkisar antara 2,65 sampai 2,75 biasanya digunakan untuk tanah-tanah tak berkohesi. Sedangkan tanah kohesi tak organik berkisar di antara 2,68 sampai 2,72. Nilai-nilai berat jenis dari berbagai jenis tanah diberikan dalam tabel 1 berikut. (Hardiyatmo, 2006)
2. Batas cair (Liquid Limit)
Batas cair (LL), didefinisikan sebagai kadar air tanah pada batas antara keadaan cair dan keadaan plastis, yaitu batas atas dari daerah plastis. Persentase kadar air dibutuhkan untuk menutup celah sepanjang 12,7 mm pada dasar cawan, sesudah 25 kali pukulan didefinisikan sebagai batas cair tanah tersebut. (Hardiyatmo, 1992)
3. Batas plastis (Plastic Limit)
Batas plastis (PL), didefinisikan sebagai kadar air pada kedudukan antara daerah plastis dan semi padat, yaitu persentase kadar air di mana tanah dengan diameter silinder 3,2 mm mulai retak-retak ketika digulung. (Hardiyatmo,2006)
4. Batas susut (Shrinkage Limit)
Batas susust (SL), didefinisikan sebagaai kadar air pada kedudukan antara daerah semipadat dan padat, yaitu persentase kadar air di mana pengurangan kadar air selanjutnya tidak mengakibatkan perubahan volume tanahnya. Percobaan batas susut dilaksanakan dalam laboraturium dengan cawan porselen diameter 44,4 mm dengan tinggi 12,7 mm. Bagian cawan dilapisi dengan pelumas dan diisi dengan tanah jenuh sempurna. Kemudian dikeringkan dalam oven, volume ditentukan dengan mencelupkannya dalam air raksa. (Hardiyatmo, 2006)
keterangan:
m1 = berat tanah basah dalam kering oven cawan percobaan (gram)
m2 = berat tanah kering oven (gram)
v1 = volume tanah basah dalam cawan (cm3)
v2 = volume tanah kering oven (cm3)
γw = berat jenis air
Indeks plastisitas (PI) adalah selisih batas cair dan batas plastis
PI = LL – PL
5. Analisa saringan
Berdasarkan ukuran partikel (gradasi butirannya), tanah dapat didefinisikan dari komponennya sendiri misalnya seperti: bongkah, kerakal, kerikil, pasir lanau, dan lempung, seperti pada tabel 2 dibawah ini.
6. Analisa hidrometer
Analisis ini dipakai untuk tanah berbutir halus (Finer part), seperti lempung (Clay) dan lumpur (Silt). Analisis hidrometri berdasarkan prinsip-prinsip sebagai berikut ini.
- Butiran-butiran tercampur dalam air (suspensi) akan menurun dengan kecepatan tertentu yang tergantung ukuran butir-butirnya. Butir-butir yang berukuran sama akan menurun dengan kecepatan sama.
- Berat spesifik/berat jenis suspensi tergantung kosistensi butir-butir yang terkandung didalamnya. Jadi dengan cara mengukur berat jenis suspensi kita dapat menghitung banyaknya tanah yang ada di dalam campuran tersebut.