Download - Bab 7 Kekuatan Geser Tanah

BAB VIIKEKUATAN 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 tanah2) Bentuk partikel 3) Angka pori dan kadar air4) Sejarah tegangan yang pernah dialami5) Tegangan yang ada di lokasi6) Perubahan tegangan selama pengambilan contoh dari dalam tanah.

Mekanika Tanah VII-


7) Tegangan yang dibebankan sebelum pengujian.8) Cara pengujian9) Kecepatan pembebanan10) Kondisi drainase yang dipilih, drainase terbuka atau drainase tertutup11) 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-


Download - Bab 7 Kekuatan Geser Tanah

Top Related