kuat geser tanah - · pdf filetheory mohr - coulomb ... • hasil uji geser langsung suatu...

17
Kuat Kuat Geser Geser Tanah Tanah Shear Strength of Soils Shear Strength of Soils Dr.Eng Dr.Eng . Agus Setyo Muntohar, S.T., M.Eng.Sc. . Agus Setyo Muntohar, S.T., M.Eng.Sc. Mengapa Mengapa mempelajari mempelajari kekuatan kekuatan tanah tanah ? ? Keamanan atau kenyamanan struktur yang berdiri di atas tanah tergantung pada kekuatan tanah dibawahnya. Jika tanah runtuh, maka struktur tersebut akan runtuh yang merenggut korban dan kerugian ekonomi. Kekuatan tanah yang dimaksud adalah kekuatan geser tanah (shear strength).

Upload: buinhi

Post on 04-Feb-2018

252 views

Category:

Documents


3 download

TRANSCRIPT

Page 1: Kuat Geser Tanah - · PDF fileTheory Mohr - Coulomb ... • Hasil uji geser langsung suatu contoh tanah lempung berpasir ukuran : diameter = 63.1 mm dan tebal = 25 mm (Luas, A = 3127

KuatKuat GeserGeser TanahTanahShear Strength of SoilsShear Strength of Soils

Dr.EngDr.Eng. Agus Setyo Muntohar, S.T., M.Eng.Sc.. Agus Setyo Muntohar, S.T., M.Eng.Sc.

MengapaMengapa mempelajarimempelajari kekuatankekuatantanahtanah??

• Keamanan atau kenyamananstruktur yang berdiri di atastanah tergantung padakekuatan tanah dibawahnya.

• Jika tanah runtuh, makastruktur tersebut akan runtuhyang merenggut korban dankerugian ekonomi.

• Kekuatan tanah yang dimaksud adalah kekuatangeser tanah (shear strength).

Page 2: Kuat Geser Tanah - · PDF fileTheory Mohr - Coulomb ... • Hasil uji geser langsung suatu contoh tanah lempung berpasir ukuran : diameter = 63.1 mm dan tebal = 25 mm (Luas, A = 3127

ApaApa kekuatankekuatan tanahtanah??

• Kekuatan geser (shear strength) tanah merupakangaya tahanan internal yang bekerja per satuan luasmasa tanah untuk menahan keruntuhan ataukegagalan sepanjang bidang runtuh dalam masatanah tersebut.

• Pemahaman terhadap proses dari perlawanan gesersangat diperlukan untuk analisis stabilitas tanahseperti kuat dukung, stabilitas lereng, tekanan tanahlateral pada struktur penahan tanah.

KriteriaKriteria KeruntuhanKeruntuhanMohr Mohr –– CoulombCoulomb

• Keruntuhan dalam suatu bahan dapat terjadi akibatkombinasi kritis dari tegangan normal dan tegangangeser, dan bukan salah satu dari tegangan normal maksimum atau tegangan geser maksimum.

• Hubungan antara kedua tegangan tersebut :

• Bila tanah mengalami pembebanan akan ditahan olehkohesi (c) dan gesekan antar butir-butir tanah (φ).

ττff = f(= f(σσ))

ττff = c+ = c+ σσ tan tan φφ

Page 3: Kuat Geser Tanah - · PDF fileTheory Mohr - Coulomb ... • Hasil uji geser langsung suatu contoh tanah lempung berpasir ukuran : diameter = 63.1 mm dan tebal = 25 mm (Luas, A = 3127

Theory Mohr Theory Mohr -- CoulombCoulomb

σσ’’

ττ’’

ττff = f(= f(σσ))

ττff = c= c’’ + + σσ’’ tan tan φφ’’

cc’’

φφ’’

a

b

A

B

Cττ’’ σσ’’

Bidang Runtuh

Kurva keruntuhan

D

KriteriaKriteria KeruntuhanKeruntuhanMohr Mohr –– CoulombCoulomb

• Jika ττ dan σσ pada bidang runtuh ab mencapai titik A, keruntuhan geser tidak akan terjadi.

• Keruntuhan geser akan terjadi, jika ττ dan σσ padabidang runtuh ab mencapai titik B dalam kurvaselubung keruntuhan.

• Keadaan tegangan pada titik C tidak akan pernahterjadi, sebab keruntuhan telah terjadi sebelummencapai tegangan tersebut.

Page 4: Kuat Geser Tanah - · PDF fileTheory Mohr - Coulomb ... • Hasil uji geser langsung suatu contoh tanah lempung berpasir ukuran : diameter = 63.1 mm dan tebal = 25 mm (Luas, A = 3127

LingkaranLingkaran Mohr Mohr UntukUntuk KuatKuat GeserGeser

σσ’’

ττ’’

ττff = c= c’’ + + σσ’’ tan tan φφ’’

cc’’φφ’’

E

F

22θθ

σσ’’33 ab

d

ef

g

h

σσ’’11

σσ’’11

σσ’’33φφ’’

22θ θ = 90 + = 90 + φφ’’

θ θ = 45 + = 45 + φφ’’/2/2

O ττff

LingkaranLingkaran Mohr Mohr UntukUntuk KuatKuat GeserGeser

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ++⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ +=

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ++⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ +=

245tanc2

245tan

or2

'45tan'c2

2

'45tan''

231

231

φφσσ

φφσσ

Page 5: Kuat Geser Tanah - · PDF fileTheory Mohr - Coulomb ... • Hasil uji geser langsung suatu contoh tanah lempung berpasir ukuran : diameter = 63.1 mm dan tebal = 25 mm (Luas, A = 3127

KurvaKurva p p -- q (q (p p –– q curveq curve))

pp’’

αα’’

4545oo

σσ’’33

a’ b

d

e

g

h

σσ’’11O

qq’’

4545oo

Garis selubungkeruntuhan

( )3''2

1'q 1 σσ −=

( )3''2

1'p 1 σσ +=

( )'tan sinarc' αφ =

'cos

'a'c

φ=

UjiUji Parameter Parameter KekuatanKekuatan GeserGeserTanah Tanah didi LaboratoriumLaboratorium

• Jenis pengujian yang sering dilakukan :– Uji geser langsung (direct shear test)– Uji tiga paksi (triaxial test)– Uji tekan bebas (unconfined compression test)

• Dalam penentuan jenis pengujian perlu diperhatikanletak tanah yang akan diuji.

• Uji geser langsung akan lebih sesuai untukmenentukan parameter kuat geser tanah biladigunakan untuk fondasi.

• Uji triaxial akan lebih relevant untuk stabilitas lerengatau fondasi.

Page 6: Kuat Geser Tanah - · PDF fileTheory Mohr - Coulomb ... • Hasil uji geser langsung suatu contoh tanah lempung berpasir ukuran : diameter = 63.1 mm dan tebal = 25 mm (Luas, A = 3127

PenentuanPenentuan UjiUji KekuatanKekuatan GeserGeserTanahTanah

Slip plane

11

22

33

44

1.1. UjiUji tekantekan bebasbebas

2.2. UjiUji triaxialtriaxial

3.3. UjiUji gesergeser langsunglangsung

4.4. UjiUji gesergeser langsung/triaxiallangsung/triaxial

UjiUji GeserGeser LangsungLangsung ((direct shear direct shear test/DSTtest/DST))

• DST adalah carapengujian parameter kuat geser tanah yang paling mudah dansederhana.

• Bentuk benda uji dapatberupa lingkaran (ring) atau persegi (square).

• DST lebih sesuai untukmenguji tanah berpasirdalam kondisi loosedan dense.

BebanBeban NormalNormal

Gaya Gaya GeserGeser

Slip plane

ττ

ττ

Porous stone

Porous stone

Pengukuranair pori

Dial gauge pergeseran

Dial gauge penurunan

Page 7: Kuat Geser Tanah - · PDF fileTheory Mohr - Coulomb ... • Hasil uji geser langsung suatu contoh tanah lempung berpasir ukuran : diameter = 63.1 mm dan tebal = 25 mm (Luas, A = 3127

InterpretasiInterpretasi HasilHasil DSTDST

• Akibat beban normal (N) benda uji mengalamipenurunan ∆v. Akibatbeban geser (F) bendauji mengalamipergeseran ∆h, untukwaktu tertentu.

• Hasil uji DST berupa : – c dan φ,– grafik hubungan

antara pergserandan tegangangeser,

– Grafik hubunnganpergeseran danpenurunan

NN

FF

Slip plane

ττ

ττ∆∆hh

∆∆vv

• Kondisi pengujian : drained atauundrained, consolidated atauunconsolidated.

InterpretasiInterpretasi HasilHasil DSTDST

• Dilatancy (pengembangan) terjadiantara pasir lepas dan padat sebesar αppada saat kekuatan geser maksimum(puncak)

• Kuat geser ultimate atau kritis akanterjadi pada saat perubahan tinggibenda uji tetap ( = 0)

Pergeseran, δh

Peru

baha

ntin

ggi

bend

auj

i, δ v

Tega

ngan

Ges

er,

τ

Penurunan

Pengembangan

PasirLepas

Pasir Padat

Kuat geser maksimum

Kuat geserultimateτf

τf

Tega

ngan

Ges

er,

τ

Tegangan normal, σh

φφp

A

F=τ

A

N=σ

αp

αp

φφ

α pp =

y

xp ∆

∆α =

Page 8: Kuat Geser Tanah - · PDF fileTheory Mohr - Coulomb ... • Hasil uji geser langsung suatu contoh tanah lempung berpasir ukuran : diameter = 63.1 mm dan tebal = 25 mm (Luas, A = 3127

KetidaktentuanKetidaktentuan HasilHasil DSTDST

• Benda uji dipaksa untukmengalami keruntuhan(failure) pada bidang yang ditentukan.

• Distribusi tegangan padabidang runtuh tidakseragam dan kompleks.

• Pergeseran hanya terbataspada gerakan maksimumsebesar alat DST digerakan.

• Luas bidang kontak antaratanah di kedua setengahbagian kotak geserberkurang ketika pengujianberlangsung.

NN

FF

Bidangruntuh

ττ

ττ∆∆hh

∆∆vv

ContohContoh AnalisisAnalisis DSTDST

• Hasil uji geser langsung suatu contoh tanah lempung berpasir ukuran : diameter = 50 mm dan tebal = 25 mm (Luas, A = 1.96 x 10-3 m2)

• Tentukan nilai-nilai parameter kuat geser tanah tersebut.

144.5363.45504

102.9257.63503

56.6199.92502

44.2157.51501

Beban geserresidu (N)

Beban gesersaat runtuh (N)

BebanNormal (N)

TestNo.

Page 9: Kuat Geser Tanah - · PDF fileTheory Mohr - Coulomb ... • Hasil uji geser langsung suatu contoh tanah lempung berpasir ukuran : diameter = 63.1 mm dan tebal = 25 mm (Luas, A = 3127

ContohContoh AnalisisAnalisis DSTDST

• Tegangan Geser, τ :

• Tegangan Normal, σ :

73.6

52.4

28.8

22.5

TeganganGeser

Residu σr(kPa)

185.1

131.2

101.8

80.2

TeganganGeser

Runtuh, σf(kPa)

280.1

178.3

127.3

76.4

TeganganNormal, σ

(kPa)

144.5363.45504

102.9257.63503

56.6199.92502

44.2157.51501

Bebangeser

residu (N)

Bebangesersaat

runtuh (N)

BebanNormal

(N)

TestNo.

A

F=τ

A

N=σ

0

50

100

150

200

250

0 50 100 150 200 250 300 350

Tegangan Normal, σ (kPa)

Teg

ang

an G

eser

, τ

(kP

a)

ContohContoh AnalisisAnalisis DSTDST

• Hubungan antarategangan normal dantegangan geser :

• Untuk kekuatanmaksimum (puncak) : τf = 38.2 + σ tan 27.6o

• Untuk kekuatanresdiual : τr = 0.6 + σ tan 15o

φr = 15o

φf = 27.6o

c= 38.2

Residual

Failure

Page 10: Kuat Geser Tanah - · PDF fileTheory Mohr - Coulomb ... • Hasil uji geser langsung suatu contoh tanah lempung berpasir ukuran : diameter = 63.1 mm dan tebal = 25 mm (Luas, A = 3127

ContohContoh AnalisisAnalisis DSTDST

• Hasil uji geser langsung suatu contoh tanah lempung berpasir ukuran : diameter = 63.1 mm dan tebal = 25 mm (Luas, A = 3127 mm2)

UjiUji GeserGeser TigaTiga PaksiPaksi ((TriaxialTriaxialShear TestShear Test))

• Uji geser triaxial lebihreliable untukmenentukan parameter kuat geser tanah.

• Bentuk benda uji berupasilinder dengan ukurantinggi 2 X diameter (biasanya : 38 mm x 76 mm atau 50 mm x 100 m)

• Benda uji dimasukkandalam membrane dandiletakkan di dalam seltriaxial.

• Tekanan di sekelilingbenda uji diberikanmelalui tekanan air yang dinamakan tegangan sel(σ3)

BebanBeban NormalNormal

Porous stone

Porous stone

Pengukuran air pori

Dial gauge penurunan

Back Pressure

TekananSel, σ3

Membrane

Benda uji

Sel Triaxial

Air atauGlycerin

KatupPembuangan

Udara

Page 11: Kuat Geser Tanah - · PDF fileTheory Mohr - Coulomb ... • Hasil uji geser langsung suatu contoh tanah lempung berpasir ukuran : diameter = 63.1 mm dan tebal = 25 mm (Luas, A = 3127

KondisiKondisi PengujianPengujian GeserGeser TriaxialTriaxial

• Keruntuhan geser terjadidengan cara memberikangaya aksial (normal) padabenda uji yang dinamakan tegangandeviator (∆σ).

• Selama penerapan gayaaksial, penurunan bendauji dicatat untukpenghitungan regangan(ε).

• Kondisi pengujian : (1) Consolidated-drained (CD), (2) Consolidated-undrained (CU), (3) unconsolidated-undrained (UU)

BebanBeban NormalNormal

Pengukuran air pori

Dial gauge penurunan

Back Pressure

TekananSel, σ3

KondisiKondisi CDCD

• Benda uji diberikan tegangan sel (σ3) dan dijenuhkandengan pemberian tekanan balik (back pressure) agar mengalami proses konsolidasi hingga selesai. Kemudian dibebani dengan gaya aksial melaluitegangan deviator (∆σ) sampai terjadi keruntuhan.

• Selama proses konsolidasi terjadi perubahan volume benda uji. Namun , selama penggeseran, air poridiijinkan keluar dari benda uji.

uc= 0σ3

σ3

σ3

σ3

∆ud= 0σ3

σ3

σ3 + ∆σ = σ1

σ3 + ∆σ = σ1

Page 12: Kuat Geser Tanah - · PDF fileTheory Mohr - Coulomb ... • Hasil uji geser langsung suatu contoh tanah lempung berpasir ukuran : diameter = 63.1 mm dan tebal = 25 mm (Luas, A = 3127

KondisiKondisi UUUU

• Benda uji diberikan tegangan sel (σ3) , tanpa mengalami proseskonsolidasi, kemudian dibebani dengan gaya aksial melaluitegangan deviator (∆σ) sampai terjadi keruntuhan.

• Selama penggeseran, air pori tidak diijinkan keluar dari bendauji. Oleh karena itu, gaya aksial tidak ditransfer ke butiran tanah.

• Keadaan tanpa drainase menyebabkan tekanan pori berlebih(excess pore pressure) dan tidak ada tahanan geser dariperlawanan dari butiran tanah.

• Pada kondisi tanah yang jenuh air, nilai sudut gesek internal tanah (φ) dapat mencapai nol. Sehingga pada pengujiannyahanya memperoleh nilai kohesi (c).

KondisiKondisi CUCU

• Benda uji diberikan tegangan sel (σ3) dan dijenuhkan denganpemberian tekanan balik (back pressure) agar mengalami proseskonsolidasi hingga selesai. Kemudian dibebani dengan gayaaksial melalui tegangan deviator (∆σ) sampai terjadi keruntuhan.

• Selama proses konsolidasi terjadi perubahan volume benda uji. Namun , selama penggeseran, air pori tidak diijinkan keluar daribenda uji maka tidak terjadi perubahan volume benda uji

• Keadaan tanpa drainase menyebabkan tekanan pori berlebih(excess pore pressure).

Page 13: Kuat Geser Tanah - · PDF fileTheory Mohr - Coulomb ... • Hasil uji geser langsung suatu contoh tanah lempung berpasir ukuran : diameter = 63.1 mm dan tebal = 25 mm (Luas, A = 3127

InterpretasiInterpretasi HasilHasil UjiUji KondisiKondisi CDCD

• Uji triaxial pada kondisi CD tidak lazimdilakukan pada lempung, karena waktuyang diperlukan untuk menjamin air pori terdrainase sangat lama, sehinggategangan deviator diterapkan dengankecepatan yang sangat lambat.

Regangan Aksial, εa

Peru

baha

ntin

ggi

bend

auj

i, ∆V d

Tega

ngan

Dev

iato

r,

∆σd

Pemampatan

Pengembangan

PasirLepas

Pasir Padat

Kuat geser maksimum

(∆σd)f

(∆σd)f

Waktu, t

Peru

baha

ntin

ggi

bend

auj

i, ∆V c

Pemampatan

Pengembangan

LingkaranLingkaran Mohr: Mohr: KondisiKondisi CDCD

• Selubung kegagalan tegangan efektif kondisi CD untuk tanahlempung NC dan pasir

σσ’’

φφ’’

22θθ

σσ’’3 3 = = σσ3 3

B

O

ττ’’

Garis selubungkeruntuhantegangan efektif

2

'45

φθ +=

A

σ3

σ3

σ3

σ3θθ

22θθ

σσ’’1 1 = = σσ1 1

Page 14: Kuat Geser Tanah - · PDF fileTheory Mohr - Coulomb ... • Hasil uji geser langsung suatu contoh tanah lempung berpasir ukuran : diameter = 63.1 mm dan tebal = 25 mm (Luas, A = 3127

LingkaranLingkaran Mohr: Mohr: KondisiKondisi CDCD

• Selubung kegagalan tegangan efektif kondisi CD untuk tanahlempung OC

σσ’’

φφ’’

σσ’’33

b

σσ’’11O

ττ’’

A

22θθ

σσ’’cc

c’

φφ’’11

OC NC

InterpretasiInterpretasi HasilHasil UjiUji KondisiKondisi CUCU

• Tengan runtuh utama major (total) : σ1= σ3 + (∆σd)f

• Tengan runtuh utama major (efektif) : σ’1 = σ1 - (∆ud)f

• Tengan runtuh utama minor (total) : σ3

• Tengan runtuh utama minor (efektif) : σ’3 = σ3 - (∆ud)f

Regangan Aksial, εa

Teka

nan

Air

Pori,

∆u d

Tega

ngan

Dev

iato

r,

∆σd

Pemampatan

Pengembangan

PasirLepas

Pasir Padat

Kuat geser maksimum

(∆σd)f

(∆σd)f

Waktu, t

Peru

baha

ntin

ggi

bend

auj

i, ∆V c

Pemampatan

Pengembangan

Page 15: Kuat Geser Tanah - · PDF fileTheory Mohr - Coulomb ... • Hasil uji geser langsung suatu contoh tanah lempung berpasir ukuran : diameter = 63.1 mm dan tebal = 25 mm (Luas, A = 3127

LingkaranLingkaran Mohr: Mohr: KondisiKondisi CUCU

• Selubung kegagalan tegangan efektif dan tegangan total padakondisi CU

σσ’’

φφ

σσ’’33B

σσ’’11O

ττ’’

Garis selubungkeruntuhantegangan efektifτf = σ’ tan φ’

A

φφ’’

σσ33 σσ11

C D

Garis selubungkeruntuhantegangan total τf = σ tan φ

LingkaranLingkaran Mohr: Mohr: KondisiKondisi CUCU

• Selubung kegagalan tegangan total kondisi CU untuk tanahlempung OC

σσ

φφ

σσ33

b’

σσ11O

ττ

A

c

φφ’’11a’

d’

τf = c + σ tan φ’1

τf = σ tan φ

Page 16: Kuat Geser Tanah - · PDF fileTheory Mohr - Coulomb ... • Hasil uji geser langsung suatu contoh tanah lempung berpasir ukuran : diameter = 63.1 mm dan tebal = 25 mm (Luas, A = 3127

LingkaranLingkaran Mohr: Mohr: KondisiKondisi UUUU

• Selubung kegagalan tegangan total kondisi UU untuk tanahlempung jenuh air

σσσσ33 σσ11O

ττ

Acu

B Cσσ33 σσ33 σσ11 σσ11

Garis selubungkeruntuhantegangan total φ = 0

UjiUji TekanTekan BebasBebas ((Unconfined Unconfined Compressive TestCompressive Test))

• Uji tekan bebas (unconfined compressive test/UCT) adalahjenis uji khusus dari kondisiunconsolidated-undrained test.

• UCT lebih sesuai untuk bendauji dari tanah lempung.

• Bentuk benda uji berupasilinder dengan ukuran tinggi2 X diameter (50 mm x 100 m)

• Dalam UCT, tekanan disekeliling σ3 = 0

• Gaya aksial diberikan secaracepat di atas benda uji hinggaruntuh.

BebanBeban NormalNormal

Dial gauge penurunan

Benda uji

Page 17: Kuat Geser Tanah - · PDF fileTheory Mohr - Coulomb ... • Hasil uji geser langsung suatu contoh tanah lempung berpasir ukuran : diameter = 63.1 mm dan tebal = 25 mm (Luas, A = 3127

UjiUji TekanTekan BebasBebas ((Unconfined Unconfined Compressive TestCompressive Test))

• Dalam uji ini, kuat geser tidakbergantung pada tegangan seljika benda uji benar-benarjenuh air dan tidakterdrainase.

• Maka tegangan geser :

• Dimana qu adalah kuat tekanbebas.

• Secara teoritis, untuk tanahlempung jenuh air hasil ujitriaxial UU dan UCT menghasilkan nilai cu yang sama. Namun biasanya, nilaidari UCT < Triaxial UU

BebanBeban NormalNormal

Dial gauge penurunan

Benda ujisetelahdibebani

uu1

f c2

q

2===

στ

LingkaranLingkaran Mohr Mohr untukuntuk UCTUCT

• Selubung kegagalan tegangan total UCT untuk tanah lempungjenuh air

σσσσ3 3 = 0= 0O

ττ

Acu

Garis selubungkeruntuhantegangan total φ = 0

σσ1 1 = q= quu

σ1

σ1