bab 7 kekuatan geser tanah

BAB VII

KEKUATAN GESER TANAH

1. PENGANTAR

Nilai kekuatan geser tanah antara lain diperlukan untuk menghitung

tekanan tanah yang bekerja pada dinding penahan dan kestabilan

lereng. Keruntuhan geser dalam tanah sebagai akibat gerak relatip

antara butir-butirnya, bukan karena butirnya sendiri yang hancur. Oleh

karena itu kekuatan geser tanah sangat tergantung pada tahanan

geser antara butiran dan kohesi pada permukaan butir-butir tanah itu.

2. TUJUAN INSTRUKSIONAL UMUM

Setelah mempelajari Bab ini, diharapkan dapat mengetahui

pengukuran dan perhitungan untuk menentukan kekuatan geser tanah

serta percobaan-percobaan dalam bentuk pengujian di laboratorium

3. TUJUAN INSTRUKSIONAL KHUSUS

Setelah mempelajari materi ini, taruna akan dapat :

Memahami dan mengetahui parameter-parameter yang

berpengaruh dalam perhitungan kekuatan geser tanah

Mengetahui cara menghitung kekuatan geser tanah

Mengetahui faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya

kekuatan geser tanah

Memahami dan mengetahui percobaan-percobaan kekuatan geser tanah.

Memahami dan mengetahui cara melakukan percobaan.

Mekanika Tanah VII-

Kekuatan Geser Tanah

4. URAIAN MATERI POKOK

4.1 PENDAHULUAN

Parameter kuat geser tanah diperlukan untuk analisis-analisis

dalam berbagai macam soal praktis, terutama untuk menghitung

daya dukung tanah, tegangan tanah atau gaya dorong pada

dinding penahan tanah dan kesetabilan lereng. Menurut teori

Mohr (1910) kondisi keruntuhan suatu bahan terjadi oleh akibat

adanya kombinasi keadaan kritis dari tegangan normal dan

tegangan geser.

Hubungan fungsi antara tegangan normal dan tegangan geser

pada bidang runtuhnya, dinyatakan oleh persamaan :

τ = f (σ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(7.1)

dimana τ adalah tegangan geser pada saat terjadinya

keruntuhan atau kegagalan (failure), dan

σ adalah tegangan normal pada saat kondisi tersebut.

Garis kegagalan yang didefinisikan dalam

persamaan tersebut, sebagaimana kurva yang

ditunjukkan dalam Gambar 7.1

Kekuatan geser tanah adalah gaya perlawanan yang dilakukan

oleh butir-butir tanah terhadap desakan atau tarikan. Dengan

dasar pengertian ini, bila tanah mengalami pembebanan akan

ditahan oleh :

1) Kohesi tanah yang bergantung pada jenis tanah dan

kepadatannya, tetapi tidak tergantung dari tegangan normal

yang bekerja pada bidang geser.

Mekanika Tanah VII-


2) Gesekan antara butir-butir tanah yang besarnya berbanding

lurus dengan tegangan normal pada bidang gesernya.

Coulomb (1776) mendefinisikan f(σ) sebagai berikut :

τ = c + σ tg φ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(7.2)

dimana τ = kekuatan geser tanah

c = kohesi tanah

φ = sudut gesek dalam tanah atau sudut gesek

intern

σ = tegangan normal pada bidang runtuh.

Persamaan (7.2) ini disebut kriteria keruntuhan atau kegagalan

Mohr-Coulomb, dimana garis selubung kegagalan dari persamaan

tersebut dilukiskan dalam Gambar 7.1

Gambar 7.1 Kriteria kegagalan Mohr dan Coulomb

Mekanika Tanah VII-


Pengertian mengenai keruntuhan suatu bahan dapat diterangkan

sebagai berikut dalam gambar 7.1

Jika tegangan-tegangan baru mencapai titik P, keruntuhan tanah

akibat gesek tidak akan terjadi.

Keruntuhan geser akan terjadi jika tegangan-tegangan mencapai

titik Q yang terletak pada garis selubung kegagalan (failure

envelope). Kedudukan tegangan yang ditunjukkan oleh titk R

tidak akan pernah terjadi., karena sebelum tegangan yang terjadi

mencapai titik R, bahan sudah mengalami keruntuhan.

Tegangan-tegangan efektif yang terjadi didalam tanah sangat

dipengaruhi oleh tekangan air pori. Terzaghi (1925) mengubah

persamaan Coulomb dalam bentuk tegangan efektif sebagai

berikut :

τ = c’ + (σ – u) tg φ’ . . . . . . . . . . . . . . . .

(7.3)

τ = c’ + σ’ tg φ’

dengan :

c’ = kohesi tanah efektif

σ’ = tegangan normal efektif

u = tekanan air pori

φ’ = sudut gesek dalam tanah efektif

Persamaan (7.2) menghasilkan data yang relatif tidak tepat, nilai-

nilai c dan φ yang diperoleh sangat tergantung dari jenis

pengujian yang dilakukan. Sedangkan persamaan (7.3)

menghasilkan data untuk nilai-nilai c’ dan φ’ yang relatif lebih

tepat.

Mekanika Tanah VII-


4.2 PENGUKURAN KUAT GESER TANAH

Parameter kekuatan geser tanah ditentukan dari uji-uji

laboratorium pada benda uji yang diambil dari lapangan yaitu

dari hasil pengeboran tanah yang dianggap mewakili.

Tanah yang diambil dari lapangan harus diusahakan tidak

berubah kondisinya, terutama pada contoh asli (undisturbed),

dimana masalahnya adalah harus menjaga kadar air dan susunan

tanah di lapangannya supaya tidak berubah. Pengaruh kerusakan

contoh benda uji akan berakibat fatal terutama pada pengujian

tanah lempung.

Umumnya contoh benda uji diperoleh baik dengan kondisi

terganggu atau tidak asli (disturbed sample) maupun didalam

tabung contoh (undisturbed sample). Pada pengambilan tanah

benda uji dengan tabung, biasanya kerusakan contoh tanah

relatif lebih kecil.

Kuat geser tanah dari benda uji yang diperiksa di laboratorium,

biasanya dilakukan dengan besar beban yang ditentukan lebih

dulu dan dikerjakan dengan menggunakan tipe peralatan yang

khusus.

Beberapa faktor yang mempengaruhi besarnya kuat geser tanah

yang diuji di laboratorium, adalah :

1) Kandungan mineral dari butiran tanah

2) Bentuk partikel

3) Angka pori dan kadar air

4) Sejarah tegangan yang pernah dialami

5) Tegangan yang ada di lokasi

6) Perubahan tegangan selama pengambilan contoh dari dalam

tanah.

Mekanika Tanah VII-


7) Tegangan yang dibebankan sebelum pengujian.

8) Cara pengujian

9) Kecepatan pembebanan

10) Kondisi drainase yang dipilih, drainase terbuka atau

drainase tertutup

11) Tekanan air pori yang ditimbulkan

12) Kriteria yang diambil untuk penentuan kekuatan geser.

Butir (1) sampai (5) ada hubungannya dengan kondisi aslinya

yang tak dapat dikontrol, tetapi dapat dinilai dari hasil

pengamatan lapangan, pengukuran dan kondisi geologi. Butir (6)

tergantung dari kualitas benda uji dan penanganan benda uji

dalam persiapan pengujian. Sedangkan buitr (7) sampai (12)

tergantung dari cara pengujian yang dipilih.

Pada umumnya, cara mengukur kekuatan geser dilaboratorium

harus sedemikian rupa sehingga nilai τ, σ dan u dapat diketahui

selama percobaan dilakukan. Penentuan τ dan σ tidaklah sulit

dan nilainya dapat diukur secara langsung. Demikian pula

penentuan nilai u asal kedua hal berikut diperhatikan :

1) Keadaan pengaliran air dari contoh : yaitu apakah contoh

tertutup selama percobaan sehingga air tidak dapat mengalir

atau terbuka sehingga air dapat mengalir atau masuk contoh

2) Kecepatan percobaan : yaitu bilamana kecepatan terlampau

tinggi maka air mungkin tidak dapat mengalir walaupun ada

jalan pengaliran air yang terbuka.

Percobaan kekuatan geser biasanya dilakukan dalam dua tingkat

sebagai berikut :

1) Tingkat pertama, Pemberian tegangan normal

Mekanika Tanah VII-


2) Tingkat kedua, Pemberian tegangan geser sampai terjadi

keruntuhan, yaitu sampai tercapai tegangan geser

maksimum.

Percobaan kekuatan geser tanah dapat dibagi dalam tiga macam

:

1) Undrained Test (Percobaan Tertutup)

Pada percobaan ini air tidak diperbolehkan mengalir dari

contoh sama sekali baik pada tingkat pertama maupun kedua.

Tegangan air pori biasanya tidak diukur pada percobaan

semacam ini.

Dengan demikian hanya kekuatan geser “undrained” yang

dapat ditentukan dengan percobaan ini

2) Consolidated Undrained Test.

Pada percobaan ini contoh diberikan tegangan normal dengan

air diperbolehkan mengalir dari contoh. Tegangan normal ini

bekerja sampai konsolidasi selesai, yaitu sampai tidak terjadi

lagi perubahan pada isi contoh tanah.

Kemudian jalan air dari contoh ditutup dan contoh diberi

tegangan geser secara “undrained” yaitu secara tertutup.

Tegangan normal masih tetap bekerja, biasanya tegangan air

pori diukur selama tegangan geser ini diberikan.

3) Drained Test (Percobaan terbuka)

Pada percobaan ini contoh diberikan tegangan normal dan air

di perbolehkan mengalir sampai konsolidasi selesai.

Kemudian tegangan geser diberikan dengan jalan air tetap

terbuka, yaitu penggeseran dilakukan secara “drained”

Mekanika Tanah VII-


(secara terbuka). Dan untuk menjaga supaya tegangan air pori

tetap nol, maka kecepatan percobaan harus perlahan-lahan.

Pada percobaan consolidated undrained dan drained kita

mengetahui nilai tegangan air pori, sehingga kita dapat

menghitung tegangan-tegangan efektif. Dengan demikian nilai c’

dan φ’ dapat ditentukan.

4.3 CARA MELAKUKAN PERCOBAAN

a. Percobaan Geser Langsung

Dengan alat geser langsung, seperti terlihat pada Gambar 7.2

kekuatan geser dapat diukur secara langsung.

Contoh yang akan dicoba (diuji) dipasang dalam alat dan

diberikan tegangan vertikal (yaitu tegangan normal) yang

konstan. Kemudian contoh diberikan tegangan geser sampai

tercapai nilai maksimum. Tegangan geser ini diberikan dengan

memakai kecepatan bergerak yang konstan, yang cukup

perlahan-lahan sehingga tegangan air pori selalu tetap nol.

Yaitu hanyalah percobaan “drained” yang dapat dilakukan

dengan alat geser langsung.

Untuk mendapat nilai c’ dan φ’ maka perlu dilakukan

beberapa percobaan dengan memakai nilai tegangan normal

berbeda. Dengan demikian hasilnya dapat digambarkan dalam

grafik seperti terlihat pada Gambar 7.2. Grafik ini adalah nilai

tegangan geser maksimum terhadap tegangan normal dari

masing-masing percobaan. Nilai c’ dan φ’ diambil dari garis

Mekanika Tanah VII-


yang paling sesuai dengan titik-titik yang dimasukkan pada

grafik ini.

Terdapat beberapa batasan atau kekurangan dalam percobaan

geser langsung, antara lain :

1) Contoh dipaksa untuk mengalami keruntuhan pada bidang

yang telah ditentukan sebelumnya.

2) Distribusi tegangan pada bidang kegagalan tidak uniform

3) Tekanan air pori tidak dapat diukur

4) Drainase tidak dapat dikontrol, kecuali hanya dapat

ditentukan kecepatan penggeserannya.

Mekanika Tanah VII-


Gambar 7.2 Percobaan Geser Langsung

Mekanika Tanah VII-


b. Percobaan Triaxial

Diagram skematik dari alat triaxial seperti terlihat pada

Gambar 7.3. Contoh tanah yang dipakai sebagai benda uji

berbentuk bulat dengan panjang dua kali diameternya.

Cara memasang contoh tanah adalah sebagai berikut :

1) Contoh tanah dimasukkan dalam selubung karet tipis

dalam tabung kaca dan diletakkan di atas dasar sel dengan

penutup ditaruh diatasnya. Kemudian semua ini ditutupi

dengan membran yang diameternya sama dengan

diameter contoh.

2) Bagian atas dari sel dipasang pada tempatnya dan dibaut.

Sel diisi air (kadang-kadang udara juga dipakai) dan

tegangan air dinaikkan sampai mencapai nilai yang

diperlukan. Tegangan sel yang tetap ini ( dibiarkan

bekerja selama jangka waktu tertentu.

3) Pengukuran kekuatan geser dilakukan dengan memberikan

tekanan vertikal pada contoh. Tekanan vertikal diberikan

dengan menggunakan dongkrak yang dijalankan oleh

mesin dengan kecepatan tertentu. Selama pemberian

tekanan vertikal ini, pembacaan “proving ring” dapat

dilakukan pada nilai-nilai tegangan (strain) tertentu,

misalnya pada setiap 1 % regangan. Dari pembacaan-

pembacaan “proving ring” ini dapat diketahui tekanan

vertikal yang maksimum, yaitu pada saat terjadi

keruntuhan (failure).

Dari tekanan maksimum ini dapat kita hitung tegangan

vertikal yang maksimum juga.

Bilamana M = pembacaan proving ring yang maksimum

Mekanika Tanah VII-


Maka kM = tekanan vertikal (k = konstan dari proving

ring)

dan tegangan vertikal akibat tekanan vertikal ini.

A = luas contoh pada saat pembacaan M itu

tercapai

Dengan demikian tegangan vertikal total yang bekerja

diatas contoh adalah karena tegangan sel ini juga

bekerja diatas contoh. Maka

atau

Harga ini biasanya disebut tegangan deviator (deviator

stress) karena keduanya adalah tegangan utama.

Mekanika Tanah VII-


Gambar 7.3 Alat Percobaan Triaxial

Ketiga macam percobaan kekuatan geser dapat dilakukan

dengan alat triaxial sebagai berikut :

1) Pada percobaan undrained (percobaan tertutup) kran

pengukuran tegangan air pori tetap tertutup selama

percobaan dilakukan, yaitu baik pada waktu contoh

diberikan tegangan sel maupun pada waktu diberikan

tegangan geser.

2) Pada percobaan consolidasi undrained kran

pengukuran tegangan air pori dibuka pada waktu contoh

diberikan tegangan sel dan dibiarkan terbuka sampai

consolidated . Sesudah itu kran tersebut ditutup dan

contoh diberikan tegangan vertikal dengan air tidak

diperbolehkan mengalir dari contoh. Biasanya tegangan

Mekanika Tanah VII-


air pori diukur selama pemberian tegangan vertikal ini.

Hal ini dilakukan dengan menyambung pipa dari dasar

contoh pada alat untuk pengukuran tegangan air pori.

3) Pada percobaan drained (percobaan terbuka) kran

pengukur tegangan air pori tetap terbuka selama

percobaan dilakukan. Dengan demikian tidak ada

tegangan air pori pada waktu contoh diberikan tegangan

geser. Kecepatan pergeseran ini harus sedemikian

perlahan-lahan sehingga tegangan air pori tetap nol.

Biasanya perubahan isi contoh diukur selama contoh

diberikan tegangan geser. Hal ini dilakukan dengan

menyambung pipa dari dasar contoh pada sebuah pipet

yang setengahnya berisi air.

Pada ketiga macam percobaan diatas kita mengetahui

besarnya dan . Pada “undrained test” besarnya

u tidak diketahui sehingga tegangan

efektif tidak dapat dihitung. Sedangkan pada percobaan

“consolidated undrained” dan “drained” besarnya u juga

diketahui, sehingga tegangan efektif juga dapat dihitung.

Mekanika Tanah VII-


bab 7 kekuatan geser tanah

Documents