Materi Mekanika Tanah 1 - Kuat Geser Tanah

Download Materi Mekanika Tanah 1 - Kuat Geser Tanah

Post on 14-Sep-2015

411 views

Category:

Documents

150 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Parameter kuat geser tanah diperlukan untuk analisis-analisis kapasitas dukung tanah, stabilitas lereng, dan gaya dorong pada dinding penahan tanah.Kuat geser tanah adalah gaya perlawanan yang dilakukan oleh butir-butir tanah terhadap desakan atau tarikan.

TRANSCRIPT

<ul><li><p>KUAT GESER TANAH </p><p>Materi Kuliah : Mekanika Tanah I </p><p>Oleh : Tri Sulistyowati </p></li><li><p>DEFINISI Parameter kuat geser tanah diperlukan untuk analisis-analisis kapasitas </p><p>dukung tanah, stabilitas lereng, dan gaya dorong pada dinding penahan </p><p>tanah. </p><p> Mohr (1910) memberikan teori kondisi keruntuhan suatu bahan. Keruntuhan suatu bahan terjadi oleh akibat adanya kombinasi keadaan </p><p>kritis dari tegangan normal dan tegangan geser. </p><p> Hubungan fungsi antara tegangan normal dan tegangan geser pada bidang runtuhnya, dinyatakan menurut persamaan : </p><p> t = (s) (1) dengan t adalah tegangan geser pada saat terjadinya keruntuhan atau </p><p>kegagalan, dan s adalah tegangan normal pada saat kondisi tersebut. </p><p> Garis kegagalan yang didefinisikan dalam persamaan (1), adalah kurva yang ditunjukkan dalam Gambar 1 </p><p> Kuat geser tanah adalah gaya perlawanan yang dilakukan oleh butir-butir tanah terhadap desakan atau tarikan. </p><p> Bila tanah mengalami pembebanan akan ditahan oleh: 1. Kohesi tanah yang bergantung pada jenis tanah dan kepadatannya, </p><p>tetapi tidak tergantung dari tegangan vertikal yang bekerja pada </p><p>bidang geseran. </p><p>2. Gesekan antara butir-butir tanah yang besarnya berbanding lurus </p><p>dengan tegangan vertikal pada bidang gesernya. </p></li><li><p>TEORI KERUNTUHAN GESER </p><p>MOHR-COULOUMB </p><p> Coulomb (1776) mendefinisikan fungsi (s) sebagai: </p><p> t = c + s tan f (2) </p><p>dengan: </p><p>t = kuat geser tanah </p><p>c = kohesi tanah </p><p>f = sudut gesek dalam tanah </p><p>s = tegangan normal pada bidang runtuh </p><p> Persamaan (2) ini disebut kriteria keruntuhan atau kegagalan MohrCoulomb, di mana garis selubung kegagalan dari persamaan </p><p>tersebut dilukiskan dalam Gambar 1. </p><p>Persamaan ini menghasilkan data yang relatif tidak tepat, nilai-nilai c dan f yang diperoleh sangat tergantung dari jenis pengujian yang dilakukan </p></li><li><p>TEORI KERUNTUHAN GESER </p><p>MOHR-COULOUMB </p><p>Gambar 1. </p><p>Kriteria Keruntuhan </p><p>Mohr dan Couloumb </p><p>Pengertian mengenai keruntuhan suatu bahan dapat diterangkan sebagai </p><p>berikut : </p><p> Jika tegangan-tegangan baru mencapai titik P, keruntuhan geser tidak akan terjadi. </p><p> Keruntuhan geser akan terjadi jika tegangan-tegangan mencapai titik Q yang terletak pada garis selubung kegagalan. </p><p> Kedudukan tegangan yang ditunjukkan oleh titik R tidak akan pernah terjadi, karena sebelum tegangan yang terjadi mencapai titik R, bahan </p><p>sudah mengalami keruntuhan. </p></li><li><p>TEORI KERUNTUHAN GESER </p><p>MOHR-COULOUMB </p><p> Tegangan-tegangan efektif yang terjadi di dalam tanah sangat dipengaruhi oleh tekanan air pori. </p><p> Terzaghi (1925) mengubah persamaan Coulomb dalam bentuk tegangan efektif sebagai berikut: </p><p> t = c + (s u) tan f = c + s tan f (3) </p><p>dengan: </p><p>c' = kohesi tanah efektif </p><p>s' = tegangan normal efektif </p><p>u = tekanan air pori </p><p>f '= sudut gesek dalam tanah efektif </p><p>Persamaan ini menghasilkan data nilai-nilai c dan f yang relatif lebih tepat dan tidak tergantung dari jenis pengujiannya </p></li><li><p>PERSAMAAN TEGANGAN GESER </p><p> Kuat geser tanah juga bisa dinyatakan dalam bentuk tegangan-tegangan efektif s1' dan s3' pada saat keruntuhan terjadi. s1' adalah tegangan utama </p><p>mayor efektif dan s3' adalah tegangan utama minor efektif. </p><p> Lingkaran Mohr dalam bentuk lingkaran tegangan, dengan koordinat-koordinat t dan s', dapat dilihat dalam Gambar 2. </p><p> Persamaan tegangan geser, dinyatakan oleh: t = (s1' - s3') sin 2q (4) </p><p> s = (s1' + s3') + (s1' - s3') cos 2q (5) </p><p>dengan q adalah sudut teoretis antara bidang horizontal dengan bidang </p><p>runtuh, yang besarnya: </p><p> q = 45o + f/2 (6) Dari Gambar 2. hubungan antara tegangan utama efektif saat keruntuhan </p><p>dan parameter kuat geser juga dapat diperoleh. </p><p> Besarnya nilai parameter kuat geser, dapat ditentukan dari persamaan-persamaan: </p><p> (7) </p><p> (s1' - s3') = 2 c cos f + (s1' + s3') sin f (8) </p><p>Persamaan ini digunakan untuk kriteria keruntuhan atau kegagalan menurut </p><p>Mohr-Coulomb </p><p>)''('ctgc</p><p>)''('sin</p><p>3121</p><p>3121</p><p>s+s+f</p><p>ss=f</p></li><li><p>LINGKARAN MOHR </p><p>Gambar 2. Lingkaran Mohr </p></li><li><p>KONDISI TEGANGAN GESER </p><p> Bila kedudukan tegangan-tegangan digambarkan dalam koordinatkoordinat p - q, dengan : </p><p> p = (s1' + s3') dan q = (s1' - s3') </p><p>sembarang kedudukan tegangan dapat ditunjukkan oleh sebuah titik </p><p>tegangan sebagai ganti dari lingkaran Mohr (Gambar 3). </p><p> Pada Gambar 3 ini, garis selubung kegagalan ditunjukkan oleh persamaan: (s1' + s3') = a + (s1' + s3') tg a (9) </p><p>dengan a' dan a' adalah parameter modifikasi dari kuat gesernya. </p><p> Parameter c' dan f' diperoleh dari persamaan: f' = arc sin (tg a') (10) </p><p> (11) </p><p> Garis-garis yang menghubungkan titik-titik tegangan membuat sudut 45 dengan garis horizontal (Gambar 3), memotong sumbu horizontal pada </p><p>titik yang mewakili tegangan utama s1' dan s3 . </p><p> Perlu diingat bahwa : (s1' - s3') = (s1 - s3) </p><p>'cos</p><p>'a'c</p><p>f=</p></li><li><p>KONDISI TEGANGAN GESER </p><p>Gambar 3. Kondisi tegangan yang mewakili </p></li><li><p>UJI KUAT GESER </p><p>TANAH </p></li><li><p>FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI BESARNYA </p><p>KUAT GESER TANAH YANG DIUJI DI LABORATORIUM </p><p>1. Kandungan mineral dari butiran tanah. </p><p>2. Bentuk partikel. </p><p>3. Angka pori dan kadar air. </p><p>4. Sejarah tegangan yang pernah dialami. </p><p>5. Tegangan yang ada di lokasinya (di dalam tanah). </p><p>6. Perubahan tegangan selama pengambilan contoh dari dalam tanah. </p><p>7. Tegangan yang dibebankan sebelum pengujian. </p><p>8. Cara pengujian. </p><p>9. Kecepatan pembebanan. </p><p>10.Kondisi drainase yang dipilih, drainase terbuka (drained) atau drainase </p><p>tertutup (undrained). </p><p>11. Tekanan air pori yang ditimbulkan. </p><p>12. Kriteria yang diambil untuk penentuan kuat geser. </p><p> Butir (1) sampai (5) ada hubungannya dengan kondisi aslinya yang tak dapat dikontrol tetapi dapat dinilai dari hasil pengamatan lapangan, </p><p>pengukuran, dan kondisi geologi. </p><p> Butir (6) tergantung dari kualitas benda uji dan penanganan benda uji dalam persiapan pengujian. </p><p> Sedangkan butir (7) sampai (12) tergantung dari cara pengujian yang dipilih. </p></li><li><p>JENIS-JENIS PENGUJIAN KUAT GESER TANAH </p><p>DI LABORATORIUM </p><p>(1) Uji geser langsung (direct shear test). </p><p>(2) Uji triaksial (triaxial test). </p><p>(3) Uji tekan bebas (unconfined compression test). </p><p>(4) Uji kipas geser (vane shear test). </p><p>1 </p><p>2 3 </p><p>4 </p></li><li><p>1. UJI GESER LANGSUNG (DIRECT SHEAR TEST) </p><p>Gambar 4. Alat uji geser langsung </p></li><li><p>1. UJI GESER LANGSUNG (DIRECT SHEAR TEST) </p><p>1. Tanah benda uji dipaksa untuk mengalami keruntuhan (fail) pada </p><p>bidang yang telah ditentukan sebelumnya. </p><p>2. Distribusi tegangan pada bidang kegagalan tidak uniform. </p><p>3. Tekanan air pori tidak dapat diukur. </p><p>4. Deformasi yang diterapkan pada benda uji hanya terbatas pada </p><p>gerakan maksimum sebesar alat geser langsung dapat </p><p>digerakkan. </p><p>5. Pola tegangan pada kenyataannya adalah sangat kompleks dan </p><p>arah dari bidang-bidang tegangan utama berotasi ketika regangan </p><p>geser ditambah. </p><p>6. Drainase tidak dapat dikontrol, (hanya dapat ditentukan kecepatan </p><p>penggeserannya). </p><p>7. Luas bidang kontak antara tanah di kedua setengah bagian kotak </p><p>geser berkurang ketika pengujian berlangsung. Koreksi mengenai </p><p>kondisi ini diberikan oleh Petley (1966). Tetapi pengaruhnya </p><p>sangat kecil pada hasil pengujian, hingga dapat diabaikan. </p><p>BATASAN ATAUPUN KEKURANGAN DALAM PENGUJIAN GESER </p><p>LANGSUNG </p></li><li><p>2.UJI TRIAKSIAL (TRIAXIAL TEST) </p><p>Gambar 5. Alat pengujian triaksial </p></li><li><p>2.UJI TRIAKSIAL (TRIAXIAL TEST) </p><p> Tegangan-tegangan yang bekerja pada benda uji dinotasikan s1, s2 dan s3. </p><p> Tegangan s1 disebut tegangan utama mayor (major principal stress), tegangari s3 disebut tegangan utama minor (minor </p><p>principal stress). </p><p> Tegangan utama tengah (intermediate principal stress) s2 = s3, merupakan tegangan keliling atau tegangan sel (confining </p><p>stress). </p><p> Karena tinjauannya hanya dua dimensi, tegangan s2 sering tidak diperhitungkan. </p><p> Tegangan yang terjadi dari selisih s1 dan s3 atau (s1 - s3) disebut tegangan deviator (deviator stress) atau beda tegangan (stress </p><p>difference). </p><p>TEGANGAN-TEGANGAN YANG BEKERJA </p></li><li><p>2.UJI TRIAKSIAL (TRIAXIAL TEST) </p><p> Regangan aksial diukur selama penerapan tegangan deviator. </p><p> Penambahan regangan akan menambah tampang melintang benda ujinya, karena itu, koreksi penampang benda uji dalam </p><p>menghitung tegangan deviator harus dilakukan. </p><p> Jika penampang benda uji awal Ao maka penampang benda uji (A) pada regangan tertentu selama pengujian adalah: </p><p> (12) </p><p> dengan Vo adalah volume awal, DV adalah perubahan volume, Lo adalah panjang benda uji awal, dan Dh adalah perubahan </p><p>panjangnya. </p><p>REGANGAN </p><p>o</p><p>oo</p><p>L</p><p>L1</p><p>V</p><p>V1</p><p>AAD</p><p>D</p><p>=</p></li><li><p>2.UJI TRIAKSIAL (TRIAXIAL TEST) </p><p> Pada pengujian kuat geser tanah, bila terdapat air di dalam tanah, pengaruh-pengaruh seperti: jenis pengujian, permeabilitas, kadar </p><p>air, akan sangat menentukan nilai-nilai kohesi (c) dan sudut gesek </p><p>dalam (f). </p><p> Nilainilai kuat geser yang rendah terjadi pada pengujian dengan cara unconsolidated-undrained. Pada tanah lempung yang jenuh </p><p>air nilai sudut gesek dalam (f) dapat mencapai nol, sehingga </p><p>pada pengujian hanya diperoleh nilai kohesinya. </p><p> Parameter-parameter kuat geser yang diukur dengan menggunakan ketiga cara pengujian di atas (triaksial UU, CU dan </p><p>CD), hanya relevan untuk kasus-kasus di mana kondisi drainase </p><p>di lapangan sesuai dengan kondisi drainase di laboratorium. </p><p>PARAMETER KEKUATAN GESER TANAH </p></li><li><p>2.UJI TRIAKSIAL (TRIAXIAL TEST) </p><p>(1) Uji triaksial unconsolidated-undrained (tak </p><p>terkonsolidasi-tak terdrainase) (UU). </p><p>(2) Uji triaksial consolidated-undrained (terkonsolidasi-tak </p><p>terdrainase) (CU) </p><p>(3) Uji triaksial consolidated-drained (terkonsolidasi </p><p>terdrainase) (CD). </p><p>JENIS UJI TRIAKSIAL </p></li><li><p>2.UJI TRIAKSIAL (TRIAXIAL TEST) </p><p> Kuat geser tanah pada kondisi drainase terbuka (drained) tidak sama besarnya bila diuji pada kondisi tanpa drainase (undrained). </p><p> Kondisi tanpa drainase (undrained) dapat digunakan untuk kondisi pembebanan cepat pada tanah permeabilitas rendah, sebelum </p><p>konsolidasi terjadi. </p><p> Kondisi dengan drainase (drained) dapat digunakan untuk tanah dengan permeabilitas rendah hanya sesudah konsolidasi di </p><p>bawah tambahan tegangan totalnya telah betulbetul selesai. </p><p> Kuat geser tanah yang berpermeabilitas rendah berangsurangsur berubah dari kuat geser undrained menjadi kuat geser drained </p><p>selama kejadian konsolidasi. </p><p> Pada tanah yang berpermeabilitas tinggi, kondisi terdrainase (drained) hanya relevan bila tiap tambahan tegangan yang </p><p>diterapkan pada waktu singkat, diikuti oleh menghamburnya </p><p>seluruh kelebihan tekanan air pori. </p><p> Sehingga, tambahan tegangan secara cepat tidak mengakibatkan timbulnya kelebihan tekanan air pori dalam tanah </p><p>KONDISI DRAINASE PADA PENGUJIAN KEKUATAN GESER TANAH </p></li><li><p>2.UJI TRIAKSIAL (TRIAXIAL TEST) </p><p>VARIASI PROSES PEMBEBANAN PADA BENDA UJI </p><p>DALAM TABUNG TRIAKSIAL </p><p>Gambar 6. Variasi pengujian triaksial </p><p>(a). Pengujian kompresi aksial (axial compression). </p><p>(b). Pengujian dengan perpanjangan aksial (axial extension). </p><p>(c). Uji triaksial dengan penerapan tekanan balik (backpressure) </p></li><li><p>2.UJI TRIAKSIAL (TRIAXIAL TEST) </p><p>Kondisi Tegangan Dalam Uji Triaksial Dengan Pembebanan </p><p>Aksial (Triaksial Kompresi/Tekan) </p><p>Gambar 7. </p><p>(a) Skema pengujian triaksial tekan. </p><p>(b) Kondisi tegangan dalam benda uji. </p></li><li><p>2.UJI TRIAKSIAL (TRIAXIAL TEST) </p><p>Penyelidikan yang dilakukan terhadap benda uji yang digunakan </p><p>dalam pengujian triaksial menunjukkan kondisi sebagai berikut: </p><p>(1) Karena adanya gesekan pada bagian bawah dan atas dari benda </p><p>uji yang berhubungan dengan besi penekan, tegangan yang </p><p>terjadi pada benda uji menjadi tidak homogen. </p><p>(2) Besarnya sq tidak sama dengan sr pada seluruh tempat di dalam </p><p>benda uji. </p><p>(3) Deformasi di dalam benda uji tidak homogen dalam kebanyakan </p><p>kasusnya. </p><p>(4) Hasil pengujian sangat dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti: </p><p>gesekan pada piston, bocoran membran, dan kecepatan </p><p>regangan yang diterapkan pada pengujian. </p><p>Kondisi Benda Uji Yang Digunakan Dalam Pengujian Triaksial </p></li><li><p>2.UJI TRIAKSIAL (TRIAXIAL TEST) Tabel 1. Nilai-nilai estimasi sudut gesek dalam (f) dari hasil </p><p>pengujian triaksial (Bowles, 1977) </p><p>Ukuran sedang 400 - 550 - 400-550 </p><p>Berpasir 350-500 - 350-500 </p><p>Kering &amp; tidak padat 280-340 - - </p><p>Jenuh &amp; tidak padat 280-340 - - </p><p>Kering &amp; padat 350-460 - 430-450 </p><p>Jenuh &amp; padat 1 - 2 kurang dari kering &amp; padat </p><p>- 430- 50 </p><p>Tidak padat 200- 220 - 270- 300 </p><p>Padat 250- 300 30 - 350 </p><p>0 (jika jenuh) 140-200 20 - 42 </p></li><li><p>3. UJI TEKAN BEBAS (UNCONFINED COMPRESSION TEST) </p><p> Uji tekan bebas termasuk hal yang khusus dari pengujian triaksial unconsolidated-undrained (tak terkonsolidasi-tak terdrainase). </p><p> Gambar skematik dari prinsip pembebanan dalam percobaan ini dapat dilihat pada Gambar 8. </p><p> Kondisi pembebanan sama dengan yang terjadi pada uji triaksial, hanya tegangan selnya nol (s3 = 0) </p><p>Gambar 8. Skema uji tekan bebas </p></li><li><p>3. UJI TEKAN BEBAS (UNCONFINED COMPRESSION TEST) </p><p> Pengujian ini hanya cocok untuk jenis tanah lempung jenuh, di mana pada pembebanan cepat, air tidak sempat mengalir ke </p><p>luar dari benda uji. </p><p> Pada lempung jenuh, tekanan air pori dalam benda uji pada awal pengujian negatif (tegangan kapiler). </p><p> Tegangan aksial yang diterapkan di atas benda uji berangsur-angsur ditambah sampai benda uji mengalami keruntuhan. </p><p> Pada saat keruntuhannya, karena s3 = 0 maka: s1 = s3 + sf = Dsf = qu dengan qu adalah kuat geser tekan bebas (unconfined </p><p>compression strength). </p><p> Secara teoritis, nilai dari Dsf pada lempung jenuh seharusnya sama seperti yang diperoleh dari pengujian-pengujian triaksial </p><p>unconsolidated-undrained dengan benda uji yang sama. Jadi, </p><p> (13) </p><p> di mana su atau cu adalah kuat geser undrained dari tanahnya. </p><p> Hubungan konsistensi dengan kuat geser tekan bebas tanah lempung diperlihatkan dalam Tabel 2. </p><p>2</p><p>qcs uuu ==</p></li><li><p>Konsistensi qu (kN/m2) </p><p>Lempung keras &gt; 400 </p><p>Lempung sangat kaku 200-400 </p><p>Lempung kaku 100-200 </p><p>Lempung sedang 50-100 </p><p>Lempung lunak 25- 50 </p><p>Lempung sangat lunak &lt; 25 </p><p>3. UJI TEKAN BEBAS (UNCONFINED COMPRESSION TEST) </p><p>Tabel 2. Hubungan kekuatan tekan bebas (qu) tanah lempung </p><p>dengan konsistensinya </p></li><li><p>4. UJI KIPAS GESER (VANE SHEAR TEST) </p><p> Uji kipas geser dapat digunakan untuk menentukan kuat geser undrained baik di </p><p>laboratorium maupun di lapangan pada lempung </p><p>jenuh sempurna yang tidak retak-retak. </p><p>Pengujian ini tidak cocok untuk selain dari jenis </p><p>tanah tersebut. </p><p> Khususnya, pengujian ini sangat cocok untuk lempung lunak, yang kuat gesernya mungkin </p><p>berubah oleh penanganan pada waktu </p><p>pengambilan contoh benda uji. </p><p> Hasil pengujian tidak meyakinkan jika lempung mengandung pasir atau lanau. </p><p> Spesifikasi peralatan : Alat pengujian terdiri dari kipas terbuat dari </p><p>baja antikarat dengan 4 plat yang saling </p><p>tegak lurus, terletak pada ujung dari batangi </p><p>tongkat baja. </p><p> Batang baja dilapisi dengan pelumas. Panjang kipas sama dengan 2 kali lebar </p><p>pelat. </p><p> Ukuran kipas dapat 15 cm x 7,5 cm dan 10 cm x 5 cm. </p><p> Diameter batang kira-kira 1,25 cm. </p><p>Gambar 9. </p><p>Alat uji kipas geser </p></li><li><p>4. UJI KIPAS GESER (VANE SHEAR TEST) </p><p>Pelaksanaan pengujian : </p><p> Kipas dan batangnya ditekankan di dalam tanah lempung di bawah dasar dari lubang bor pada kedalaman paling sedikit 3 kali diameter lubang bor. </p><p> Uji kipas geser juga dapat digunakan pada lempung lunak tanpa lubang bor, dengan penembusan kipas langsung ke dalam tanah. </p><p> Dalam h...</p></li></ul>