Mekanika Tanah dalam Praktek Rekayasa Jilid 1, Karl Terzaghi PDF

Preview

Summary

KATA PENGANTAR EDISI KEDUA Sebagian besar perbai.kan pada buku ini dilakukan semasa Karl Terzaghi masih hidup (beliau wafat tanggal 25 Oktober 1963). Perubahan-perubahan yang diadakan dilakukan dengan sangat terinci, dan Dr. Terzaghi sendiri yang mempersiapkan naskah dari bagian­ bagian tersebut se...

Description

KATA PENGANTAR EDISI KEDUA

Sebagian besar perbai.kan pada buku ini dilakukan semasa Karl Terzaghi masih hidup (beliau wafat tanggal

25

Oktober

1963).

Perubahan-perubahan yang diadakan dilakukan

dengan sangat terinci, dan Dr. Terzaghi sendiri yang mempersiapkan naskah dari bagian­ bagian tersebut serta sekaligus menjadi penanggung jawab utamanya. Naskah awal dari sebagian besar revisi u tama lainnya juga mengalan1i pemeriksaan yang cem1at dari beliau. Penulis sendiri berbahagia karena halaman-halaman termaksud betul- betul mencemlin­ kan sumbangan dari Dr. Terzaghi, namun menyesali dan harus menerima tanggung jawab bagi kekurangan yang tak terelakkan yang mungkin tidak luput dari perhatian Dr. Ter­ zaghi pada akhir pemeriksaan yang dilakukannya. Dr. T erzaghi terutama mempersiapkan perbaikan besar pada pembahasan mengenai kestabilan lereng alami, dan memberi.kan tambahan secara luas kepada arti.kel-arti.kel me­ ngenai bendungan serta pondasi-pondasinya. Karena di tahun-tahun akhir hidupnya beliau semakin aktif dengan kegiatan yang berkaitan dengan bendungan, maka penambahan itu bisa dipandang sebagai intisari dari pengalan1an dan pikirannya tentang pokok bahasan termaksud. Buku ini dilengkapi pula oleh rujukan-rujukan serta daftar bacaan pilihan yang dapat dimanfaatkan oleh pembaca sebagai daftar pustaka. Bab yang baru mengenai observasi­ observasi unjuk-prestasi (performance) ditambahkan guna membantu insinyur dalan1 meng­ gunakan metoda observasi yang merupakan inti bagi keberhasilan penerapan mekanika tanah. Pertan1bahan luar biasa buku-buku mengenai mekanika tanah pada dua dasawarsa belakangan ini menyebabkan makin bertan1bahnya problem pemilihan informasi yang akan diikutsertakan dalam buku ini. Dalam mengadakan pemilihan tem1aksud penulis berpedoman pada judul dari buku yang bersangku tan.

. Dalan1. mempersiapkan naskal1 buku ini, Ny. Josephine B. Hcgenbart telah bckerja

luarbiasa kerasnya. Bant uan yang tak habis-habisnya dari beliau sangat penulis hargai. Ralph B. Peck Urbana. lllinois January, 1967

KATA PENGANTAR EDISI PERTAMA

Ilmu mekanika tanah berawal pada beberapa dasawarsa yang lampau akibat desakan kebutuhan. Sejak problem-problem praktis yang berkaitan dcngan tanah scmakin luas ruang l ingkupnya, maka pcralatan saintitlk yang terscdia dalam menangani problem ter­ maksud scmakin terasa tidak memadai. Usaha-usaha untuk mengatasi situasi seperti itu dilaksanakan hampir secara bcrsamaan di Amerika-Serikat dan di Eropa, dan dalam jangka waktu yang singkat telah mampu menghasilkan sederetan informasi pcnting yang menge­ sankan. Sukses awal di bidang sains terapan ini sangat membuka kesempatan tumbuhnya ea­ bang analisis struktur yang baru. Sebagai konsckuensinya, perluasan dan pendalaman penc­ ·litian teoritik mcningkat dengan ccpat. Dernikian pula metoda-mctoda ekspcrimen scrnakin bertambah baik/akurat. Tanpa adanya hasil-hasil penyelidikan seksama ihi, tidaklah mung­ kin pendekatan rasional untuk berbagai problem teknik bangunan tanah bisa dius�hakan. Sayangnya, kegiatan pcnelitian di bidang mekanika-tanah memiliki efek psikologi yang tidak diharapkan. K arena kcgiatan tcrscbut, para peneliti dan pengajar melupakan adanya beraneka ragam pembatasan alami bagi pcnerapan matcmatika ke dalam problem-problem teknik bangunan tanah. Sebagai konsekuensinya, perbaikan terus dilakukan terhadap peng­ ambilan contoh tanah (sampling) dan pengujian, serta bagi sejumlah kecil problem yang dapat diselesaikan dengan akurat. Scmentara itu, pemecahan yang akurat hanya dapat di· peroleh apabila lapisan tanah praktis bersifat homogen dan kontinu pada arah horisontal. Lcbih jauh lagi, karena pcnelitian-penelitian yang menuntun pemecahan akurat akan me­ l ibatkan banyak metoda khusus pengujian dan pengambilan contoh tanah, maka hal ter­ sebut diterapkan pada kasus-kasus khusus saja. Pada sebagian (sangat) besar proyek-proyek

paling-paling han ya diperlukan ramalan yang sifatnya pendekatan saja. Bahkan seandainya

ramal�n seperti itu sulit dilaksanakan, maka kila sama sekali tidak perlu melakukannya. · Seandainya tak mungkin untuk mewujudkan satu ramalan yang bersifat pendekatan, maka prilaku tanah harus diobservasi terus selama berlangsungnya pembangunan, dan disain

hendaknya senantiasa dimodifikasi sesuai dengan berbagai hal yang dijumpai. Kenyataan ini tidak boleh diabaikan sejalan dengan tujuan-tujuan dalam mekanika tanah. Uraian yang dilakukan dalam buku ini dibangun oleh hal tersebut. Bagian

A pada buku ini membicarakan sifat-sifat fisik tanah, sedangkan bagian B mem­

bicarakan teori-teori mekanika tanah. Kedua bagian ini relatif ·sangat singkat, namun ber­ isikan hal-hal penting yang perlu diketahui oleh mahasiswa teknik (engineering) serta insi­ nyur pada umumnya tentang mekanika tanah yang dianggap baik/benar saat ini. Bagian C merupakan inti dari keseluruhan buku ini. Bagian C membahas senl mendapatkan hasil-hasil yang memuaskan sehubungan dengan teknik pondasi dan bangunan-tanah-dengan biaya yang pantas, meskipun struktur lapisan tanah alami sangat rumitnya dan adanya kekurang-tahuan kita mengenai kondisi-kondisi tanah. Untuk mencapal sasaran ini insinyur harus memanfaatkan berbagai keuntungan dari

,

Vlil

:)1.. A

metoda-metoda serta sumber-sumber yang ada, seperti: pengalaman yang dimilikinya, teori, dan pengujian-pengujian tanah. Sumber-sumber tersebut hanya akan bermanfaat apabila penerapannya dibedakan dengan seksama, sebab boleh dikatakan setiap problem praktis di bidang ini senantiasa memiliki-kekh�-an nya masing-masing. Semua pembahasan problem-problem praktis di bagian C dimulai dengan suatu survey kritis mengenai metoda-metoda konvensional kemudian dilanjutkan oleh berbagai perbaik­ an secara selangkah demi selangkah yang diwujudkan dengan bantuan hasil-hasil yang ber­ asal dari penelitian mekanika tanah. Dengan demikian, insinyur yang telah berpengalaman disarankan untuk mulai membaca buku ini mulai dari bagian C. Bagian A dan B cukup di­ gunakan sebagai rujukan, untuk rnendapatkan informasi mengenai berbagai konsep yang mungkin masih belum dikenalnya. Kalau tidak demikian akan terlalu banyak yang harus diserap sebelum ia menyadari fungsi dari materi di atas pada bidang pekerjaannya. Detil/perincian dari metoda-metoda untuk pemecahan problem-problem praktis yang diliput dalam bagian C dapat berubah sesuai dengan pertambahan pengalaman, dan mung­ kin beberapa di antaranya akan tidak terpakai dalam beberapa tahun karena kebaikannya hanya bersi fat sementara/ temporer. Sementara itu manfaat dari pendekatan semiempirik yang dianjurkan dalam bagian C diyakini tidak bergantung pada waktu. Pada setiap akhir dari pasal-pasal di bagian C disajikan daftar buku rujukan. Prioritas pemilihan diberi­ kan pada tulisan-tulisan yang memiliki kecenderungan dalam 'pengembangan kapasitas dan kebutuhan observasi lapangan yang cermat dan baik. Sehubungan dengan itu, perlu ditekankan bahwa beberapa tulisan-tulisan tersebut mungkin justru mengandung informasi yang lebih penting daripada yang terkandung dalam artikel bersangkutan. Mengingat tcrlampau luasnya bidang teknik tiwah yang bisa diliput dalam satu buku, maka betbagai topik penting seperti: jalan raya, lapangan-terbang, dan teknik terowong­ an (tunnel) tidak kita bicarakan. Rujukan ringkas tentang bidang-bidang tersebut disaji­ kan dalam satu lampiran. Pada tahap awal, naskah ini dipelajari dengan cermat oleh Professor C.P. Siess. Komen­ tar-komentarnya sangatlah berharga dan membantu. Demikian pula, penulis berdua meng­ hargai saran-saran dari beberapa insinyur praktisi yang membaca berbagai bagian buku ini. Penulis khususnya berterima-kasih kepada Tn. A.E. Cummings, Tn. O.K. Peck, dan Tn. F.E. Schmidt untuk kritik-kritiknya terhadap bagian C. Ucapan terima kasih juga di­ tujukan oleh penulis kepada Dr. R.E. Grim untuk peninjauannya terhadap Pasal 4, serta kepada Dr. Ruth D: Terzaghi atas bantuannya dalam mempersiapkan Pasal63. Tabel-tabel d_an gambar-gambar yang diambil sebagian atau seluruhnya dari berbagai sumber lain selalu disertai oleh keterangan tentang tempat sumber bersangkutan. Gambar­ gambar dalam buku ini dikerjakan oleh Professor F. Heater. Atas kerjasamanya yang baik dan menyenangkan itu, kedua penulis menghaturkan penghargaan yang mendalam. KARI li'R7'\l,l'l !an RA!Pfi B. P!'CK

-'

DAFTAR ISI

XI

Sim bol-sim bol

xvii

Pendahuluan

Bagian I

Sifat-sifat Fisik Tanah

BAB 1.

Sifat-sifat lndeks Tanah

·

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Makna praktis sifat indeks,. Jenis-jenis utama tanah

Ukuran dan bentuk partikel timah . Sifat-sifat fraksi tanah yang sangat halus Analisis mekanik tanah Agregat tanah Konsistensi dan kepekaan lempung Klasifikasi tanah Persyaratan minimum diskripsi tanah yang memadai

BAB 2.

1 0. 1 1. 12. 1 3. 1 4. 15. 1 6. 1 7. 1 8. 19.

Si(at 1/idraulik dan Mektlnika Tanah

Makna sifat hidraulik dan mekanika tanah Permeabilitas tanah Tegangan netral dan efektif serta kelandaian hidraulik kritis Kompresibilitas lapisan-lapisan tanah tertekan Konsolidasi lapisan lempung Tegangan dan regangan dalam tanah Kondisi runtuh tanah Tahanan geseran tanah tak berkohesi Tahanan geseran tanah kohesif Pengaruh getaran pada tanah

BAB 3.

20. 21.

·

Drainase Tanah

Muka air-tanah, kelemb aban tanah, dan fen omena k apiler Proses drainase

3

3 4 7 9 15 17 23 28 33 36

36 36 46 50 66. 69 79 84 88 102 lOS

105 110

l1ekanika ranah dalam prakrck rckao'GSil

X

Bagian 11.

Mekanika Tanah Teoritik

BAB 4.

Hidrolika Tanah

22. 23. 24. 25.

Lingkup permasalahan hidrolika Penghitungan (komputasi) rembesan Mekanika saluran pipa (piping) Teori konsolidasi

BAB 5.

26. 27. 28. 29. 30. 31. 32. 33. 34. 35. 36. 37. 38.

Asumsi-asumsi dasar Keadaan-keadaan kesetimbangan plastik Teori tekanan tanah Pengaruh gesekan dinding terhadap bentuk dari permukaan gelinciran Teori Coulomb ten tang tekanan tanah aktif terhadap dinding penahan Titik kerja tekanan tanah Tekanan tanah pasif terhadap permukaan sentuh yang kasar Daya dukung pondasi dangkal Daya dukung pangkal jembatan dan tiang pancang Kestabilan lereng Kestabilan bendungan tanah Tekanan tanah pada struktur penahan dalam galian Pelengkungan dalam tanah

BAB 6.

39. 40. 41 . 42.

Kes£'imbangan plastik dalam tanah

Penurunan don Tekonan Sentuh

Pendahuluan Tekanan ver tikal dalam tanah di bawah daerah yang dibebani Penurunan pondasi Tekanan sentuh dan teori reaksi subgrade

Bagian Ill. Masalah-masalah B.\ B 7.

43 .

Tujuan dan lingkup eksplorasi tanah Metoda eksplorasi tanah

45.

Program eksplorasi tanah

BAB ll.

125 126 137 1 40 J.r) 1 49 152 1 57 1 63 1 65 1 70 1 72 1 77 1 84 190 210 215 220 ..,..,

,

222 223 229 232 :3l)

Eksplorasi Tanah

44.

46. 47. 48. 49. 50. 51. 52.

Disain dan Konstruksi

123

24 1 246 274

Tdwnan Tanah dan Ke.lfabilan Lereng

Dinding-dinding penahan Drainase sebelum penggalian Penyangga lateral dalam galian terbukaKestabilan lereng bukit dan lereng dalam galian terbuka Pemadatan tanah Disain tanggul dan timbunan tanah Kestabilan dasar tanggul

296 311 322 338 359 367 373

SIMBOL- SIMBOL

Simbol-simbol yang digunakan dalam buku ini umumnya sesuai dengan yang diguna­ kan dalam edisi yang pert ama. Dewasa ini di Amerika Serikat, hasil-hasil pengujian laboratorium biasanya dinyatakan dalam satuan metrik, sedangkan sistem Inggris dipakai di lapangan dan di kantor-kantor disain. Sehubungan dengan ha! tersebut, konstanta-konstanta tanah dan hasil-hasil peng­ ujian yang disajikan dalam Bagian

I

dinyatakan dalam satuan metrik. Bagian II dan Ill

yang membicarakan teori-teori serta pemakaian-pemakaian praktis, hanya menggunakan sistem I nggris. Untungnya, berbagai besaran yang terlibat dalam penghitungan-penghitung­ an pada mekanika tanah dapat diubah-ubah dari satu sistem ke sistem yang lain dengan mudah dengan menggunakan hubungan pendekatan yang erat: I

kg/cm2

"-'

""llun/ft:

1 atnwsfir= 34ft air= l5lb/in1.

Dalam hubungan tersebut yang dimaksud dengan "ton" adalah "ton kecil" (short ton) yaitu

=

2000

lb. Beberapa faktor pengubahan (konversi) lain yang mungkin akan berguna

adalah: 1 lb

4q gm

1

30,5 cm

1 kg

ft

2.2 lb

Pada daftar berikut ini, dimensi dari berbagai besaran dinyatakan dalam sistem metrik (cm-gm-sec). Seandainya nilai numerik suatu besaran dinyatakan dalam satuan metrik, maka kita dapat mengubah nya ke sistem lnggris dengan menggunakan faktor-faktor konversi yang telah diberikan di atas. Sebagai contoh, kita akan menyatakan nilai L

=

120.000 gm/cn12

ke dalam sistem l nggris, yaitu dengan memasukkan I I "' "Ill = - lb uan I cm = 454 30,5

ke dalam persamaan terdahulu sehingga diperoleh

120.000

-1 lb 454

245.000 lhtft2

ft

xii

Mekanika tanah dalam praktek rekayasa Seandainya suatu simbol tidak dil�ngkapi oleh dimensi, maka berarti simbol tersebut

menunjukkan suatu bilangan murni

(pure number).

A

'.. cm2) = luas A = koefisien tekanan-pori = ud f Ap A /l l_un2) = luas dasar dari tiang-pancang (pile) atau sumuran (pier)

.·11 = rasio luas dari "sampling spoon" a1. ( c m 2 h�111 1 = koefisien kompresibilitas H (cl!l I= lebar B = koefisien tekanan-pori = u0jp3 ( ' (ScJ!lbarJng dtm�mi) = konstanta

C lgm ) = kohesi resultan C0 I![ 111 J = adhesi fotal

c:c; = indeks kompresi untuk tanah di lapangan;rasio perayapan (creep) Cc

indeks kompresi untuk tanah remasan (remdded soil)

=

cl

C h'

=

indeks pembengkakan/pemuaian (swelling)

=

rasio perayapan terbeban (keruntuhan akibat ''piping")

I = kohesi (in.J = konstanta dalam formula "Engineering News" ' et (gm/cm I= perpotongan kohesi untuk lempung ovcrkonsolidasi •:: (gm/ell • I = adhesi antara tanah dengan tiang-pancang, sumuran, dinding, atau turap c

c

tgm/ c m2

li

(c'nt2/det)

Dr

(clnl

(sheeting) = koefisien konsolidasi

n (c 1:1 J = ukuran butiran; kedalam�n; diameter; spasi antara pusat-pusat dari tiang-pancang n 1 o ( c 1 11) = ukuran butiran efektif = kedalaman pondasi

D, = kepadatan relatif tanah yang tak kohesif .i (cm) =diameter tiang pancang;jarak r·

(gnl/� m2)

= modulus elastisitas

F (\ olt J = beda potensial listrik

F = efisiensi galian F [g1n1L till = gaya normal pada sisi irisan (analisis kestabilan) l:i 1 gn1 1 n12 i =modulus tangen awal ,. = angka pori ,. (coulon1h/c ilJ 1 ) = muatan listrik per satuan luas 'o

= angka pori pada keadaan paling lepas; angka pori di bawah tekanan "overburden"

l'w

=volume air per satuan volume bahan padat (untuk tanah jenuh

efektif Po �'m in = angka pori pada keadaan paling padat ,·c

= angka pori kritis l (gm i = reaksi; gaya resultan

1-

=

cw

= e)

faktor keamanan

!1 (J!ill ' Cll12 I

=

jumlah gesekan dan adhesi an tara tanah dan tiang-pancang atau sumuran

f = koefisien gesekan antara tanah dengan dasar dari struktur lu ( l /u�t) = frekuensi alami (vibrasi) ll/ dct) = frekuensi impuls (vibrasi)

J1

r;a

=

rasio ruang-udara (drainase)

H (cm I = tebal lapisan yang tidak digunakan sehubungan dengan pengkonsolidasian lapis­ an. Dalam kasus ini, H = tebal dari lapisan yang setengah tertutup (half­ closed layer) a tau setengah dari ketebalan lapisan yang terbuka (open layer)

If \ u11 J = tinggi jatuh dari palu (pemancangan tiang)

Ifc ( c lll J = tinggi kri tis lereng . ::.11 (cm)

=

hulu posisi (hidraulika) (position head)

h (cm) = hulu hidraulik

hw (cm I = hulu piezometric !ih (cm I

=

potensial jatuh (hidraulika)

Simbol-rimbol

xiii

he (cm)= tinggi kenaikan kapiler; hulu kritis untuk keruntuhan akibat "piping" hcc (cm) = tinggi saturasi sempurna dari tanah yang dikuras (drained soil)

her (cm)= hulu kritis untuk keruntuhan akibat "piping" sesuai dengan pcrhitungan yang

didasarkan pada jalur (line) dari metoda perayapan (creep method)

hr = tekanan uap relatif

hra

=

kelem baban relatif

fe = indeks kecairan (liquidity index)

11,. = indeks keplastisan (plasticity index)

i

=

kelandaian hidraulik

i1 = kelandaian hidraulik kritis i1 (volt/cm)= gradien potensial, elektroosmosis rfl

(gmjcm3) = gradien tekanan

F\.

=

K0

rasio antara intensitas tekanan arah horisontal dengan tekanan arah vertikal di suatu titik pada massa tanah tertentu

=

koefisien tekanan tanah dalam keadaan diam (nilai K untuk keadaan awal dari kesetimbangan elastik)

K.4 = koefisien tekanan tanah aktif Kp

=

koefisien tekanan tanah pasif

K (cm2) = permeabilitas Ks (gmjcm3) = koefisien reaksi "subgrade" k

(cm/detl koefisien permeabilitas (cno/det) = koefisien permeabilitas pada arah paralel terhadap bidang an tar lapisan =

kJ

k u (cm/Jet) = koefisien permeabilitas pada arah tegak lurus terhadap bidang antar lapisan kr ( c m/ Jet) = koefisien permeabilitas lempung remas an ·kh. kr ( g mj c m 3 ) = koefisien-koefisien untuk menentukan tekanan timbunan tanah ter-

hadap dinding penahan ·

kh

(cm/det) = koefisien permeabilitas pada arah horisontal kr (crn/dct) koefisien permeabilitas pada arah vertikal kt' (cm/Jet) koefisicn permeabilitas elektroosmosis L (cm)= panjang jalur perayapan (creep line); panjang =

=

l. w

=

batas cair

/(cm)= panjang M c (gm cm) mornen gaya-gaya kohesif =

m

m, mfr

faktor reduksi (tekanan tanah terhadap struktur penguat pada galian terbuka)

=

= koefisien kompresibilitas volume koefisien (analisis kestabilan) Pers. 35.11

N = faktor yang tak berdimensi (Ne, N , dan N = faktor-faktor daya dukung;Ns = faktor 'Y q kestabilan dalam teori kestabilan lereng;. jumlah timbunan pada "sampling

spoon" selama p elaksanaan standard penetration test 2 tan (45° + 1/J/2)

Nrp = nilai aliran

.V d

=

=

jurnlah p�nurunan ekipotensial Uaringan aliran)

Nf = jumlah jalur aliran Uaringan aliran) n

= porositas;jumlah tiang pancang dalam satu kelompok

na

=

rasio antara: jarak dari dasar penumpu lateral ke titik tempat bekerjanya tekanan tanah dengan tinggi total penumpu lateral

nd = faktor kedalaman (kestabilan lereng)

ng = rasio antara: percepatan maksimum yang dihas...