1 2 3 KATA PENGANTAR EDISI KEDUA Sebagian besar perbai.kan pada buku ini dilakukan semasa Karl Terzaghi masih hidup (beliau wafat tanggal 25 Oktober 1...
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
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
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: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)
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)
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 dihasilkan oleh gempabumi dengan percepatan gravitasi
P
=
persentase butiran yang lebih kecil daripada ukuran tertentu
P (gm atau gm/cm)= tekanan resultan, gaya normal
PA (gmjcm) = tekanim tanah aktif seanda.inya tak terjadi pelengkungan (dinding-dinding Pa (gm/cm)
�g (gm)
=
penahan; keadaan Rankine1aktif)
= tekanan tanah aktif seandainya terjadi pelengkungan (struktur penguat pada galian-galian terbuka")
resultan gaya gravitasi pada partikel
r /
1'1'
1 · 11 l
11
tt;kanan tanah pasif. Dapat dipecah menj adi:
=
PP'
satuan tanah, dan
Pp yang bergantung pacta berat
yang bergantung pada kohesi dan beban tambahan.
Lebih jauh lagi P'p dapat dipecah menjadi Pc dan
/' ':: /',
...l'l
p
resultan gaya-gaya yang bekerja pada permukaan partikel
=
l I'
'.
'1
• =
resultan tekanan air
batas plastis (plastic l imit)
=
1 :· •
( ,:r· t
pI,.' p �n
•
• Ill 1.
I< 1 '.' 1
•
11 � ,, 1
=
L
tekanan atau te.gangan normal; re.aksi "subgrade"
1 = tegangan-tegangan utama (principal): mayor, intermediate. dan minor
':
= tekanan efektif (garis
intensitas tekanan aktip
= ·
•
.
=
/'o 1 !-!Ill
lglll
p:
=
=
=
,.
tekanan horisontal terhadap bidang vertikal tckanan vertikal terhadap bidang horisontal tekanan kapiler
pertambahan tekanan terhadap dinding penahan yang diakibatkan oleh ad : a
bahan q1 per satuan panjang paralel terhadap puncak lereng (rest)
L·• ' 1
.J.11(
�.\.
j,p1. f J,;
O.t
ll'
,,
'
tekanan yang berkaitan dengan titik b pada Gambar 13 .Sa
=
•
- • =
tekanan awal; tekanan overburden yang bekerja saat ini tekanan konsolidasi maksimum pada tanah di lapangan
= perubahan tekanan; tegangan konsolidasi; tekanan aksial tambahan (uji
triaksial) ·1
=
kekuatan ikatan
= beda tegangan pada saat keruntuhan
= nilai akhir (ultimate) dari beda tegangan
1.1
=
tekanan rembesan
=
·•'·' • ·
·'
'I .1
'
•
;;
, ·11
V 1. r , U \gt·•
1 =
•
L "'
gm1
pertambahan tekanan terhadap dinding penahan akibat adanya beban tam
=
-"" l�'tl,, ,. j,p
tekanan pengikat; tekanan segala arah (all-around); tekanan konsolidasi
awal (initial consolidation)
nya beban tambahan q per satuan luas
IL!III l' l ll · '
{
p1I ('Ill
c/p
tekanan yang diakibatkan atmosfir
=
=
11111
yang ada di at as "p" bisa dihilangkan); te.kanan over-