Mekanika Tanah 1 2017 1 PDF

Preview

Summary

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Tanah dan Mekanika Tanah Dalam pengertian teknik secara umum tanah didefinisikan sebagai material yang terdiri dari agregat (butiran) mineral padat yang tidak tersementasi (terikat secara kimia) satu sama lain dan dari bahan bahan organik yang telah melapuk (yang berpartikel pa...

Description

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Tanah dan Mekanika Tanah Dalam pengertian teknik secara umum tanah didefinisikan sebagai material yang terdiri dari agregat (butiran) mineral padat yang tidak tersementasi (terikat secara kimia) satu sama lain dan dari bahan bahan organik yang telah melapuk (yang berpartikel padat) disertai dengan zat cair dan udara yang mengisi pori diantara partikel-partikel padat tersebut. tanah berguna sebagai bahan bangunan pada berbagai macam pekerjaan teknik sipil. Disamping itu tanah berfungsi juga sebagai pendukung pondasi dari bangunan. Jadi seorang ahli teknik sipil harus juga mempelajari sifat sifat dasar dari tanah, seperti asal usulnya, penyebaran ukuran butiran, kemampuan mengalirkan air, sifat pemampatan bila dibebani (compressibility), kekuatan geser, kapasitas daya dukung terhadap beban, dan lain lain. Ilmu mekanika tanah (soil mechanic) adalah cabang dari ilmu pengetahuan yang mempelajari sifat fisik dari tanah dan perilaku massa tanah tersebut bila menerima berbagai macam gaya. Ilmu rekayasa tanah (soil engineering) merupakan aplikasi dari prinsip-prinsip mekanika tanah dalam masalah praktis. Istilah rekayasa geoteknis (geotechnical engineering) didefinisikan sebagai ilmu pengetahuan dan pelaksanaan dari bagian teknik sipil yang menyangkut material – material alam yang terdapat pada permukaan bumi. Dalam arti umumnya rekayasa geoteknik juga mengikutsertakan aplikasi dari prinsip prinsip dasar mekanika tanah dan mekanika batuan dalam masalah masalah perancangan pondasi. 1.2 Sejarah Perkembangan Mekanika Tanah Manusia dalam sejarah telah menggunakan tanah sebagai bahan untuk pengendalian banjir, irigasi, tempat pemakaman, membangun pondasi, dan sebagai bahan konstruksi untuk bangunan. Sejarah mencatat bahwa peradaban kuno berkembang di sepanjang tepi sungai, seperti Sungai Nil (Mesir), Tigris dan Efrat (Mesopotamia), Huang Ho (YellowRiver, Cina), dan Indus (India). Kegiatan Mekanika Tanah 1 2017

1

pertama terkait dengan irigasi dan pengendalian banjir, seperti yang ditunjukkan oleh jejak tanggul, bendungan, dan kanal dating pada 2000 SM yang ditemukan di Mesir kuno, Mesopotamia kuno dan Fertile Crescent, serta sekitar pemukiman awal Mohenjo Daro dan Harappa di lembah Indus untuk melindungi kota Mohenjo Dara (sekarang menjadi Pakistan setelah 1947). Selama dinasti Chan di China (1120 SM to249B.C.) banyak Tanggul yang dibangun untuk keperluan irigasi. Peradaban Yunani kuno menggunakan pondasi isolated pad footings and strip-and-raft untuk membangun struktur. Dimulai sekitar 2750 SM, lima piramida yang paling penting dibangun di Mesir dalam jangka waktu kurang dari satu abad (Saqqarah, Meidum, Dahshur Selatan dan Utara, dan Cheops). Hal ini menimbulkan tantangan berat tentang keadaaan fondasi, stabilitas lereng, dan pembangunan ruang bawah tanah. Dengan kedatangan Buddhisme di Cina selama Dinasti Han pada 68 Masehi, ribuan pagoda dibangun. Banyak dari struktur ini dibangun pada lumpur dan lapisan lempung lunak. Dalam beberapa kasus tekanan pondasi melebihi kapasitas beban-dukung tanah dan dengan demikian menyebabkan kerusakan struktural yang luas. Berdasarkan penekanan dan sifat dari penelitian di bidang rekayasa geoteknik, rentang waktu 1700-1927 dapat dibagi menjadi empat periode utama (SKEMPTON, 1985): Pra-klasik (1700-1776 M), mekanika tanah klasik -Tahap I (1776-1856 AD), mekanika tanah klasik-Tahap II (1856-1910), mekanika tanah modern (1910-1927 M) 1. Periode Mekanika Tanah Prec-lassical (1700 -1776) Periode ini terkonsentrasi pada studi yang berkaitan dengan kemiringan alami dan berat unit berbagai jenis tanah, serta teori bumi semi empirical tekanan. Pada 1717 seorang insinyur kerajaan Perancis, Henri Gautier (1660 -1737), mempelajari lereng tanah alami

ketika dinaikan dalam tumpukan untuk

merumuskan prosedur desain dari dinding penahan.

Menurut penelitian ini,

kemiringan alami dari pasir kering bersih dan bumi biasa untuk masing masing adalah 31 dan 45.t idak ada hasil untuk tanah liat yang dilaporkan. Pada

Mekanika Tanah 1 2017

2

1729, Bernard Hutan de Belidor (1671-1761) menerbitkan sebuah buku untuk insinyur militer dan sipil di Perancis. Dalam buku itu, ia mengusulkan sebuah teori untuk tekanan tanah lateral pada dinding penahan itu adalah tindak lanjut hasil pembelajaran Gautier (1717). Laboratorium pertama hasil uji pada dinding 76 mm. Menahan dinding yang dibangun dengan pengurukan pasir tahun 1746 oleh seorang insinyur Perancis, Francois Gadroy (1705-1759), yang mengamati adanya bidang slip di tanah yang mengalami kerusakan. Studi Gadroy itu kemudian diringkas oleh JJ Mayniel tahun 1808. 2. Mekanika Tanah Klasik -Tahap I (1776 -1856) Selama periode ini, sebagian besar dari perkembangan di bidang geoteknik datang dari insinyur dan ilmuwan di Perancis. Pada periode preclassical, hampir semua pertimbangan teoritis yang digunakan dalam menghitung tekanan tanah lateral pada dinding penahan didasarkan pada kerusakan permukaan yang berbasis di tanah. Dalam makalah yang terkenal ditampilkan pada tahun 1776, Perancis ilmuwan Charles Augustin Coulomb (1736 -1806) menggunakan prinsip-prinsip kalkulus untuk menentukan posisi sebenarnya dari permukaan geser dalam tanah di belakang dinding penahan. Dalam analisis ini, Coulomb menggunakan hukum gesekan dan kohesi untuk tubuh padat. Pada 1820, kasus khusus dari pekerjaan Coulomb dipelajari oleh insinyur Perancis Jacques Frederic Francais (1775-1833) dan oleh mekanik Perancis, profesor Claude Louis Marie Henri Navier (17851836). kasus khusus ini berkaitan dengan backfills miring dan backfills mendukung biaya tambahan. Pada 1840, Jean Victor Poncelet (1788-1867), seorang insinyur tentara dan profesor mekanik, diperpanjang teori Coulomb dengan menyediakan metode grafik untuk menentukan besarnya tekanan tanah lateral

pada

vertikal

dan

kecenderung

dinding

penahan yang rusak pada permukaan tanah poligonal. Pada 1846 Alexandre Collin (1.808-1.890), seorang insinyur, memberikan rincian untuk slip jauh di lereng tanah liat, lereng memotong, dan tanggul. Collin Mekanika Tanah 1 2017

3

berteori bahwa dalam semua kasus kegagalan terjadi ketika kohesi dimobilisasi melebihi kohesi ada tanah. Dia juga mengamati bahwa permukaan kegagalan yang sebenarnya dapat diperkirakan sebagai busur dari cycloids. Akhir tahap I dari periode mekanika tanah klasik secara umum ditandai oleh tahun (1857) dari publikasi pertama oleh William John Macquorn Rankine (1820 -1872), seorang profesor teknik sipil di Universitas Glasgow. Penelitian ini memberikan teori terkenal pada tekanan bumi dan kesetimbangan massa bumi. Teori Rankine adalah penyederhanaan teori Coulomb. 3. Mekanika Tanah Klasik -Tahap II (1856 -1910) Hasil eksperimen dari beberapa tes laboratorium pada pasir muncul dalam literatur dalam fase ini. Salah satu publikasi paling awal dan paling penting adalah oleh salah satu insinyur Perancis Henri Philibert Gaspard Darcy (1803-1.858). Pada

tahun

1856,

ia

menerbitkan

sebuah

studi

pada

permeabilitas

penyaringan pasir. Berdasarkan uji tersebut, Darcy mendefinisikan koefisien jangka permeabilitas (atau konduktivitas hidrolik) tanah, yang sangat Parameter berguna dalam geoteknik sampai hari ini. Sir George Howard Darwin (18451912), seorang profesor astronomi, juga melakukan tes laboratorium. Kontribusi lain yang perlu dicatat, yang diterbitkan pada tahun 1885 oleh Joseph Valentin Boussinesq (1842-1.929), adalah pengembangan dari teori distribusi tegangan di bawah

daerah

bantalan, dimuat

dalam

media

homogen

semiinfinite,

elastis, and isotropik. Pada tahun 1887, Osborne Reynolds

(1842-1912)

menunjukkan fenomena dilatency di pasir. 4. Mekanika tanah modern, sesudah 1927 Publikasi Erdbaumechanik auf Bodenphysikalisher Grundlage oleh Karl Terzaghi pada tahun 1925 melahirkan era baru dalam pengembangan mekanika tanah. Karl Terzaghi dikenal sebagai bapak mekanika tanah modern. Terzaghi lahir pada tanggal 2 Oktober 1883 di Praha, yang kemudian menjadi ibukota provinsi the Austrian Bohemia. Pada 1904 dia lulus dari Technische Hochschule di Graz, Austria, dengan gelar sarjana di bidang teknik mesin. Setelah lulus ia Mekanika Tanah 1 2017

4

menjabat satu tahun di tentara Austria. Setelah wajib militer nya, Terzaghi mempelajari satu tahun lagi, berkonsentrasi pada mata pelajaran geologi. Pada bulan Januari 1912, ia menerima gelar Doktor Ilmu Teknik dari almamaternya di Graz. Pada tahun 1916, ia menerima posisi mengajar di Sekolah Imperial Insinyur di Istanbul. Setelah akhir Perang Dunia I, ia menerima jabatan dosen di Amerika Robert College di Istanbul (1918-1925). Di sana ia mulai bekerja penelitiannya pada perilaku tanah dan penyelesaian tanah liat dan pada kegagalan pipa di dalam pasir di bawah bendungan. The Erdbaumechanik publikasi adalah hasil utama penelitian ini. Pada tahun 1925, Terzaghi menerima dosen tamu di Massachusetts Institute ofTechnology, di mana ia bekerja sampai 1929. Selama waktu itu, ia diakui sebagai pemimpin cabang baru dari teknik sipil yang disebut mekanika tanah. Pada Oktober 1929, ia kembali ke Eropa untuk menerima tawaran sebagai professor di Technical University of Vienna, yang menjadi inspirasi untuk insinyur sipil yang tertarik pada mekanika tanah. Pada tahun 1939, ia

kembali

ke

Amerika

Serikat

untuk

menjadi

seorang

profesor

di

Harvard Universitas. Society of Soil Mechanics and Foundation Engineering (ISSMFE) diadakan di Harvard University pada tahun 1936 yang dipimpin oleh Karl Terzaghi. Melalui inspirasidan bimbingan dari Terzaghi selama seperempat abad menghasilkan makalah yang dibawa ke konferensi meliputi berbagai topik, seperti kekuatan geser, tegangan efektif, pengujian in situ, Dutch cone penetrometer, pengujian centrifuge, penurunan konsolidasi , tegangan elastis distribusi, preloading untuk perbaikan tanah, tindakan pembekuan, tanah liat ekspansif, teori melengkung dari tekanan tanah, dinamika tanah, dan gempa bumi. Untuk seperempat abad berikutnya, Terzaghi adalah pemberi semangat dan pembimbing dalam pengembangan mekanika tanah dan geoteknik di seluruh dunia.

Mekanika Tanah 1 2017

5

Gambar 1.1 Karl Terzaghi Pada tahun 1985, Ralph Peck menulis bahwa "beberapa orang selama masa Terzaghi yang tidak setuju bahwa dia tidak hanya pemberi semangat dan pembimbing dalam mekanika tanah, tapi bahwa ia adalah rumah ide untuk penelitian dan aplikasi di seluruh dunia. Dalam beberapa tahun ke depan dia akan terlibat pada proyek-proyek di setiap benua Australia dan Antartika.” 1.3 Ruang Lingkup Mekanika Tanah Ruang lingkup mekanika tanah sangat luas. Sarjana-sarjana teknik sipil mempunyai banyak masalah-masalah penting dengan tanah . Antara lain menguji tanah dan mengklasifikasi serta mengetahui sifat-sifat tanah alami dan macammacamnya. lmu Mekanika Tanah khususnya dapat membantu memecahkan problemaproblema dalam teknik sipil antara lain: 1. Perencanaan dan pelaksanaan fondasi. Fondasi merupakan unsur penting untuk semua bangunan teknik sipil. Setiap bangunan: Gedung, jembatan, jalan raya, terowongan, kanal atau bendungan dibangun di atas permukaan tanah. Dalam hal ini perlu mengetahui daya dukung Mekanika Tanah 1 2017

6

tanah, pola distribusi tegangan dalam tanah di bawah daerah pembebanan, kemungkinan penurunan fondasi, pengaruh/dampak air tanah dan getaran dan lain-lain. Macam-macam bentuk fondasi yang sesuai antara lain: a. Fondasi dangkal b. Fondasi tiang c. Fondasi sumuran dll. Yang tergantung dari tanah dasar, beban dan air tanah yang terdapat pada tanah tersebut. Pengetahuan tentang penyusutan dan pengembangan tanah di bawah fondasi tersebut juga sangat perlu. 2. Perencanaan perkerasan. Perkerasan lentur maupun perkerasan kaku dalam pelaksanaannya tergantung tanah dasar yang bersangkutan. Tebal perkerasan dan komponennya tergantung sifat-sifat tanah dasar yang akan ditetapkan sebelum perencanaan dibuat. Pengetahuan tentang teknik perbaikan tanah seperti kekuatan dan stabilitas tanah sangat banyak membantu dalam melaksanakan perkerasan pada tanah jelek. Untuk mengetahui kekuatan tanah biasanya digunakan data-data: C.B.R., pemadatan dan daya dukung. 3. Perencanaan bangunan di bawah tanah dan dinding penahan. Perencanaan dan pembangunan bangunan di bawah tanah dan dinding penahan merupakan tahap penting untuk teknik sipil. Contoh bangunan di bawah tanah termasuk di antaranya: Terowongan, gedung di bawah tanah, bangunan drainase dan jaringan pipa. Contoh dinding penahan antara lain : dinding penahan tanah gravitasi , sekat penahan tanah berjangkar dan bendungan pengelak. Pengetahuan tentang interaksi struktur tanah dan pembebanan tanah sangat penting untuk perencanaan tersebut.

Mekanika Tanah 1 2017

7

4. Perencanaan penggalian dan penimbunan . Jika permukaan tanah tidak datar, komponen berat tanah condong bergerak ke bawah dan mungkin stabilitas struktur tanah terganggu. Pengetahuan tentang kuat geser dan hu bungan sifat-sifat tanah perlu untuk merencanakan kemiringan dan tinggi timbunan atau galian. Kemungkinan rembesan air tanah akan mengurangi kekuatan tanah ketika sedang dilakukan penggalian. Kadang-kadang mungkin perlu mengeringkan air tanah untuk mempertahankan kekuatan tanah yang ada dan mengurangi gaya rembesan. Untuk menjaga keruntuhan tanah galian juga diperlukan dinding penguat lateral atau turap-turap pada kedalaman galian tertentu. 5. Perencanaan bendungan tanah. Untuk membangun bendungan tanah memerlukan sangat banyak pengetahuan mekanika tanah . Hal-hal yang perlu diketahui ialah sifatsifat tanah alami antara lain: lndeks kepadatan, sifat-sifat plastisitas dan berat spesifik, distribusi ukuran butir (gradasi) tanah, rembesan, konsolidasi dan sifat-sifat pemadatan serta parameter kuat geser dalam kondisi bermacam-macam pengeringan tanah . Menentukan kadar air optimum dan berat isi kering maksimum pada proses pemadatan, sangat penting bagi aspek perencanaan. Sifat-sifat konsolidasi membantu meramalkan pen urunan bendungan dengan konsekuensi mereduksi tegangan air pori. Pengaruh rembesan penting diketahui untuk mengamankan kemantapan lereng tubuh bendungan. Setelah kita ketahui perilaku atau sifat-sifat tanah tersebut, barulah kita dapat mengambil keputusan apakah bangunan tersebut layak dibangun atau tidak tanpa penambahan biaya, misalnya dengan perbaikan tanah dan konstruksi-konstruksi khusus. Sebab dengan adanya perbaikan tanah, konstruksi khusus akan menambah besarnya biaya.

Mekanika Tanah 1 2017

8

1.4 Contoh Permasalahan Dalam Mekanika Tanah Salah satu contoh yang paling terkenal dari masalah yang berkaitan dengan tanah-daya dukung dalam pembangunan struktur sebelum abad ke-18 adalah Menara Miring Pisa di Italia. Pembangunan menara dimulai pada tahun 1173 dengan Struktur yang beratnya sekitar 15.700 ton dan didukung oleh basis melingkar berdiameter 20 m (66 kaki). Penyelidikan terbaru menunjukkan bahwa lapisan tanah liat yang lemah ada pada kedalaman sekitar 11 m (36 kaki) dibawah permukaan tanah, yang menyebabkan menara miring. menjadi lebih dari 5 m (16,5 ft). Menara ini ditutup pada tahun 1990 karena dikhawatirkan bahwa baik akan jatuh atau runtuh. Baru-baru ini menara pisa telah tersebut distabilkan dengan

Mekanika Tanah 1 2017

menggali

tanah

dari

sisi

bawah

utara

menara.

9

BAB II SIFAT-SIFAT FISIK TANAH

2.1

Asal Usul Tanah Tanah berasal dari pelapukan batuan dengan bantuan organisme,

membentuk tubuh unik yang menutupi batuan. Proses pembentukan tanah dikenal sebagai pedogenesis. Proses yang unik ini membentuk tanah sebagai tubuh alam yang terdiri atas lapisan-lapisan atau disebut sebagai horizon tanah. Berdasarkan asal-usulnya, batuan dapat dibagi menjadi tiga tipe dasar yaitu: batuan beku, batuan sedimen, dan batuan metamorf. Batuan beku Batuan ini terbentuk dari magma mendingin. Magma batu mencair jauh di dalam bumi. Magma di kerak bumi disebut lava. Batuan sedimen dibentuk sebagai didorong bersama-sama atau disemen oleh berat air dan lapisan-lapisan sedimen di atasnya. Proses penyelesaian ke lapisan bawah terjadi selama ribuan tahun. Batuan metamorf adalah batuan yang berasal dari batuan yang sudah ada, seperti batuan beku atau batuan sedimen, kemudian mengalami perubahan fisik dan kimia sehingga berbeda sifat dengan sifat batuan induk (asal) nya. Perubahan fisik meliputi penghancuran butir-butir batuan, bertambah besarnya butir-butir mineral penyusun batuan, pemipihan butir-butir mineral penyusun batuan, dan sebagainya. Perubahan kimia berkaitan dengan munculnya mineral baru sebagai akibat rekristalisasi atau karena adanya tambahan/pengurangan senyawa kimia tertentu. Faktor penyebab dari proses malihan (proses metamorfosis) adalah adanya perubahan kondisi tekanan yang tinggi, suhu yang tinggi atau karena sirkulasi cairan. Tekanan dapat berasal dari gaya beban atau berat batuan yang menindis atau dari gerak-gerak tektonik lempeng kerak bumi di saat terjadi pembentukan pegunungan. Kenaikan suhu dapat terjadi karena adanya intrusi magma, cairan atau gas magma yang menyusup ke kerak bumi lewat retakan-retakan pemanasan lokal akibat gesekan kerak bumi atau kenaikan suhu yang berkaitan dengan Gradien geothermis (kenaikan temperature sebagai akibat letaknya yang makin ke dalam). Dalam proses ini terjadi kristalisasi kembali (rekristalisasi) dengan dibarengi kenaikan intensitas dan juga perubahan unsur kimia. Mekanika Tanah 1 2017

10

Gambar 2.1 Siklus Terbentuknya Batuan 2.2

Ukuran Partikel Tanah Ukuran dari pertikel tanah adalah sangat beragam dengan variasi yang

cukup besar. Tanah umumnya dapat disebut sebagai kerikil, pasir, lanau, lempung, tergantung pada ukuran partikel yang paling dominan pada tanah tersebut. Untuk menerangkan tentang tanah berdasarkan ukurang-ukuran partikelnya, beberapa organisasi telah mengembangkan batasan-batasan ukuran jenis tanah yang telah dikembangkan MIT (Massachussetts Instute of Tecnology), USDA (U.S. Departement of agriculture), AASHTO (America Association of State Highway and Transportation Officials) dan oleh U.S Army Corps of Engineers dan U.S. Bureau of Reclamation yang kemudian menghasilkan apa yang disebut sebagai USCS (Unified Soil Classification System).

Mekanika Tanah 1 2017

11

Gambar 2.2 Sistem Penamaan Tanah Berdasarkan Ukuran Butir Menurut AASHTO dan USCS 1. Kerikil ; mengandung partikel-partikel mineral quartz, feldspar, dan mineralmineral lain. 2. Pasir; mengandung mineral quartz dan feldspar. 3. Lanau Lanau adalah material yang merupakan peralihan antara lempung dan pasir halus. Kurang plastis dan lebih mudah ditembus air daripada lempung dan memperlihatkan sifat dilatansi yang tidak terdapat pada lempung. Dilatansi adalah sifat yang menunjukkan gejala perubahan isi apabila lanau itu dirubah bentuknya. Lanau adalah material yang butiran-butirannya lolos saringan no.200. Lanau yang merupakan butiran halus mempunyai sifat-sifat yang tidak menguntungkan, seperti: •

Kuat geser rendah, segera sesudah penerapan beban.

•

Kapilaritas tinggi.

•

Permeabilitas rendah.

•

Kerapatan relatif rendah dan sulit dipadatkan. Lanau umumnya banyak mengandung air dan berkonsistensi lunak. Tanah

jenis mudah longsor dan sulit untuk digali. Jika berfungsi sebagai pendukung pondasi, lanau merupakan tanah pendukung yang lemah dengan kapilaritas tinggi. Tanah ini biasanya tidak plastis dan kuat gesernya rendah bila kering. Pondasi yang terletak pada tanah lanau harus dirancang dengan sangat hati-hati. Mekanika Tanah 1 2017

12

4. Lempung...