KEKUATAN GESER TANAH 1. Defe Defeni nis si Kekuatan Kekuatan geser tanah merupakan perlawanan internal per satuanluas terhadap keruntuhan atau pergeseran sepanjang bidang geser dalamtanah yang dimaksud. 2. Criteria Criteria keruntu keruntuhan han menurut menurut mohr-coul mohr-coulomb omb !hr"#$%&' menyatakan bahwa keruntuhan terjadi pada suatu material akibat k!mbinasi kritis antara tegangan n!rmal dan geser( dan bukan hanya akibat tegangan n!rmal maksimum atau tegangan geser maksimum saja. Hubungan antara tegangan n!rmal dan geser sebuah bidang keruntuhan dapat dinyatakan dengan) τ f = f ( ( σ )
garis keruntuhan dalam persamaan diatas sebenarnya berbentuk garis lengkung. Untuk sebagian besar masalah*masalah mekanika tanah( garis tersebut +ukup didekati sebuah garis lurus yang menunjukkan hubungan linear antara tegangan n!rmal dan geser. geser. ,ersamaan tersebutdapat ditulis ) τ f = c + σtanø
3. Param Paramete eter r kuat kuat geser geser
,aremeter ,aremeter d-ari kuat geser tanah adalah ) • " k!hesi tanah' • / " sudut geser tanah'
4. PENENTUN P!"ETE!-P!"ETE! P!"ETE!-P!"ETE! #E#U #E#UTN $E%E! TN& TN& D' ()*!T*!'U" Ada dua jenis +ara menentukan harga parameter*parameter parameter*parameter kekuatan geser tanah yaitu dengan ) a' Uji geser geser langsu langsung ng "dire+ "dire+tt shear shear test' test'
lat u+i geser langsung
Cara ,engu+ian irect shear test
ara pengukuran kuat geser tanah se+ara langsung " direct shear strength ' menggunakan k!tak terpisah "split box '. !nt!h tanah tidak terganggu "undisturbed soil ' atau terganggu " disturbed soil sample ' ditempatkan pada b!0s bagian bawah( kemudian b!0 bagian atas yang berukuran sama ditempatkan terbalik menutup b!ks bagian bawah. 1!0 bagian bawah statis atau tidak bergerak( sedangkan b!0 atas digerakan kesatu arah se+ara k!nstan sambil mengaplikasikan tekanan n!rmal kepermukaan +!nt!h tanah. Ada dua gaya yang bekerja yaitu ) • Tekanan n!rmal yang diakibatkan !leh pemberian beban pada +!nt!h se+ara tegak lurus "2ertikal' dan • Tekanan geser yang diakibatkan !leh pemberian beban h!ri3!ntal. ,ada sampel tanah yang sudah ditempatkan di dalam k!tak diaplikasikan dengan tekanan n!rmal tertentu( kemudian diaplikasikan tekanan geser se+ara berangsur*angsur bebannya ditambah sampai terjadi keruntuhan "shearing 4ailure'. Sejumlah test dilaksanakan terhadap +!nt!h tanah yang sama dengan +ara menambah tekanan n!rmalnya( yang berarti juga meningkatkan nilai tekanan gesernya. 5ata tersebut kemudian dipl!t untuk mendapatkan persamaan regresi.
•
•
•
Ulasan mengenai dire+t shear test) Hasil uji geser langsung dapat digunakan untuk analisis kestabilan dalam bidang ge!teknik( di antaranya untuk analisis kestabilan lereng( daya dukung p!ndasi( analisis dinding penahan( dan lain*lain. Uji geser langsung tidak dapat mengukur tekanan air p!ri yang timbul saat penggeseran dan tidak dapat meng!ntr!l tegangan yang terjadi di sekeliling +!nt!h tanah Keterbatasan uji geser langsung yang lain adalah karena bidang runtuh tanah ditentukan( meskipun belum tentu merupakan bidang terlemah.
b' Uji triaksial "test tria0ial' Tergantung pada k!ndisi drainase dilakukan atau tidak pada saat ) • K!ns!lidasi • ,enggeseran Ada 6 tipe pengujian Tria0ial) • !ns!lidated 5rained "5' test • !ns!lidated Undrained "U' test • Un+!ns!lidated Undrained "UU' test ",ada k!ndisi UU( maka nilai φu 7 &'
UJI TRIAXIAL Uji triaxial merupakan salah satu uji lab yang paling dapat diandalkan untuk menentukan parameter tegangan geser. Uji ini telah digunakan secara luas untuk keperluan pengujian biasa ataupun keperluan riset. Skema alat triaxial
Alat Uji Triaxial
Pada uji ini biasanya digunakan sebuah sample tanah kira-kira berdiameter 1,5 inc !",1 mm# dan panjang ! inc $%,& mm#. Sampel tanah tersebut ditutup dengan membrane karet yang tipis dan diletakkan di dalam sebuah bejana silinder dari bahan plastic atau juga gelas# yang kemudian bejana tersebut diisi dengan air atau larutan gliserin. 'i dalam bejana, benda uji tersebut akan mendapat tekanan hidr(statis. )ambar alat uji triaxial
1idang runtuh
Sampel pada k!ndisi runtuh
Untuk menyebabkan terjadinya keruntuhan geser pada benda uji, tegangan aksial diberikan melalui suatu pist(n *ertical. Pembebanan arah *ertical dapat dilakukan dua cara + 1. 'engan memberikan beban mati yang berangsur-angsur ditambah penambahan setiap saat sama# sampai benda uji runtuh &. 'engan memberikan de(rmasi arah aksial dengan kecepatan de(rmasi yang tetap dengan bantuan gigi-gigi mesin atau pembebanan hidr(lis. ara ini disebut juga sebagai uji regangan-terkendali. TIPE PENGUJIAN TRIAXIAL
Ada tiga tipe standar dari uji triaxial yang biasan ya dilakukan + 1. (ns(lidated-drained test atau drained test ' test# Pada pengujian ini, benda uji ditekan dari segala arah dengan tekanan penyekap σ 3 , dengan cara memberikan tekanan pada cairan di dalam silinder. Setelah tekanan penyekap σ 3 dilakukan, tegangan air p(ri dalam benda uji naik menjadi uc . enaikan tegangan air p(ri ini dapat dinyatakan dalam bentuk parameter tak berdimensi uc B= σ 3 'engan / 0 parameter tegangan p(ri (leh Skempt(n Untik tanah jenuh air, / 0 1. Pada (ns(lidated-drained test atau drained test • Tidak b(leh ada tekanan air p(ri berlebih terjadi pada sampel saat pengujian • Penggeseran dengan kecepatan yang sangat rengah untuk mencegah munculnya •
tekanan air p(ri berlebih dihasilkan nilai c2 dan φ2 c2 dam φ2 digunakan pada analisis dengan k(ndisi teralir penuh e.g., stabilitas lereng jangka panjang, Pembebanan yang sangat lambat#
&. (ns(lidated Undrained U# Test Pada uji ini, sampel tanah yang jenuh air mula-mula dik(ns(lidasi dengan tekanan penyekap yang sama dari segala penjuru, σ 3 dalam bejana berisi luida. Adanya σ 3 ini menyebabkan terjadinya pengaliran air dari dalam sampel tanah keluar. Sesudah tegangan air p(ri akibat pemberian tekanan penyekap telah seluruhnya terdispasi yaitu bila uc = B σ 3= 0 #, tegangan de*iat(r ∆ σ d pada sampel tanah kemudian ditambah sampai menyebabkan keruntuhan pada sampel tanah tersebut. Pada (ns(lidated Undrained + • Tekanan air p(ri muncul saat penggeseran dihasilkan 8 σ2 • dihasilkan nilai c2 dan φ2 • lebih cepat dari ' lebih direk(mendasikan untuk menghasilkan nilai c2 andφ2# kenaikan tegangan air p(ri ini dapat dinyatakan dalam besaran tak berdimensi yaitu + ∆ ud A = ∆ σ d 'engan A 0 parameter tegangan p(ri (leh Skempt(n
!. Unc(ns(lidated Undrained UU# Test Pada uji ini, kita tidak diijinkan mengalirkan air dari dank e benda uji selama memberikan tekanan sel σ 3 . /enda uji tadi kita uji sampai runtuh dengan
memberikan tegangan de*iat(r ∆ σ d , di arah aksial# tanpa memperb(lehkan pengaliran air. arena pengaliran air tidak dapat terjadi di kedua tahap tersebut, maka uji ini dapat diselesaikan dengan cepat. arena adanya tegangan sel σ 3 , tegangan air p(ri di dalam benda uji tanah tersebut akan naik menjadi uc . kemudian tegangan air p(ri ini aka naik lagi sebesar ∆ ud akibat dari pemberian tegangan de*iat(r. 3adi, tegangan t(tal air p(ri di dalam benda uji pada tahap pemberian tegangan de*iat(r adalah u=u c + ∆ ud Pada Unc(ns(lidated Undrained UU# Test • Tekanan air p(ri muncul saat penggeseran • (ndisi tegangan t(tal dihasilkan cu dan φu • Pengujian sangat cepat cu dan φu digunakan pada analisis dengan k(ndisi tak teralir e.g., stabilitas jangka pendek, Pembebanan yang cepat#
ULASAN UMUM TENTANG UJI TRIAKSIAL 1. /erla4anan dengan keadaan Uji )eser angsung, bidang keruntuhan pada benda uji
dalam Uji Triaksial tidak dapat ditentukan sebelumnya &.
!.
ekuatan geser dari tanah tergantung pada besarnya tegangan air p(ri yang terjadi selama uji berlangsung. Tegangan air p(ri akan hilang akibat aliran air drainase# dari dan ke dalam benda uji. Uji triaksial lebih sukar dan mahal
HUBUNGAN
-
1
SAAT RUNTUH
3
9.7 KESENSITIFAN DAN THIXOTROPY DARI TANAH LEMPUNG •
•
Pada tanah tanah lempung yang terdep(sisi terendapkan# secara alamiah dapat diamati bah4a kekuatan tekanan tak tersekap berkurang banyak, bila tanah tersebut diuji ulang lagi setelah tanah tersebut menderita kerusakan struktural rem(lded# tanpa adan ya perubahan kaadar air, sebagaimana ditunjukkan pada gambar 6.!7. Siat berkurangnya kekuatan tanah akibat adanya kerusakan struktural tanah tersebut disebut kesensitifan sensitiity# . Tingkat kesensitian dapat ditentukan sebagai rasi( perbandingan antara kekuatan tanah asli dengan kekuatan tanah yang sama setelah terkena kerusakan rem(lded#, bila kekuatan tesebut diuji dengan cara tekanan tersekap. 3adi, S t =
qu ( asli ) qu ( kerusakan )
•
•
•
8asi( kesensitian sebagian besar tanah lempung berkisar antara 1 s9d ":biarpun pada beberapa tanah lempung maritim mempunyai tingkat l(kulasi sangat tinggi, harga rasi( kesensitian dapat berkisar 1 s9d ". Ada beberapa tanah lempung tertentu yang akibat kerusakan tersebut dapat tiba-tiba berubah menjadi cair. Tanah tersebut sebagian besar dijumpai dijumpai di daerah Amerika Utara dan daerah semenanjung Scandina*ia yang dulunya tertutup es. Tanah lempung ini disebut ;
•
•
/ila setelah adanya kerusakan tanah dibiarkan tidak terusik juga tanpa adanya perubahan dari kadar airnya#, tanah tersebut akan lambat laun pulih kekuatannnya. Peristi4a ini disebut thixotrophy. Thix(tr(phy adalah pr(ses pulihnya kembali kekuatan tanah yang melemah akibat kerusakan struktural sebagi ungsi dari 4aktu. >ilangnya kekuatan tanah tersebut lamban laun dapat kembali apabila tanah tersebut dibiarkan beristirahat. (ndisi thix(tr(phy dapat dilihat pada gambar 6.!%a. Sebagian besar tanah pada kenyataannya hanya thix(tr(phy parsial. Artinya hanya sebagian saja dari kekuatan tanah yang hilang akibat kerusakan tersebut yang lambat laun dengan berjalannya 4aktu akan kembali. eadaan perubahan kekuatan dengan berjalannya 4aktu untuk tanah-tanah yang thix(tr(phy parsial dapat dilihat pada gambar 6.!%b. Perbedaan yang ada antara kekuatan tanah mula-mula asli# dan kekuatan tanah setelah pulih akibat thix(tr(phy diperkirakan akibat da ri struktur partikel tanah yangtidak sepenuhnya pulih sediakala.
9.8 KOHESI KEADAAN AIR TERMAMPATKAN (UNDRAINED) DARI DEPOSIT TANAH TERKONSOLIDASI NOMAL DAN TERKONSOLIDASI LEBIH •
•
•
Untuk dep(sit tanah lempung yang terk(ns(lidasi secara n(rmal, kekuatan geser air termampatkan cu , akan meningkat sejalan dengan membesarnya tekanan timbunan tanah setempat. Shempt(n 165$# memberikan hubungan secara statistik antara kekuatan geser air termampatkan tekanan timbunan tanah p#, dan ?ndeks Plastis ?P# tanah dengan hubungan sbb ?P dinyatakan dalam persen# + cu 9p 0 ,11 @,!$ ?P 6.7& # Persamaan 6.7& sangat berguna dalam praktek. /ila harga ?P suatu tanah lempung yang terk(ns(lidasin n(rmal diketahui, *ariasi dari k(hesi tanah keadaan undrained tersebut dengan kedalaman tanah telah diperkirakan. add, ((te, ishihara, schl(sser, dan p(ul(s 16$$# telah mendem(nstrasikan bah4a untuk tanah lempung terk(ns(lidasi lebih (*erc(ns(lidated#, hubungan ini kurang lebih benar.
( ) ( ) cu p
terkonsolidasilebih
cu terkonsolidasi normal p p c 8umus 8 + p
=( OCR )0,8
8 0 rati( k(ns(lidasi lebih (*er c(ns(lidated rati(# pc 0 tekanan pra k(ns(lidasi
(nt(h 6.$ Suatu dep(sit tanah lempung tebal 5 eet terlihat digambar 6.!$. harga ?P tanah tersebut adalah 7". perkirakan k(hesi tanah k(ndisi air termampatkan pada tanah yang terletak ditengah-tengah lapisan tersebut. Penyelesaian + 'i tengah B tengah lapisan tanah lempung tersebut, tekanan eekti timbunan adalah p 0 Cpasir# D 1 @ Clempung# D &5 0 11 D 1 @ 1&7,7 B %&,7# D &5 0 &% lb9t& dari pers 6.7& cu 9p 0 ,11 @,!$ ?P# atau cu 0 pE,11 @,!$ ?P#F 0 &% E,11 @ ,!$ 7"#F 0 $7$,$% lb9t&
9.9 UJI GESER ANE >asil yang agak dapat diandalkan untuk k(hesi tanah k(ndisi air termampatkan undrained# cu ɸ 0 # dari tanah-tanah yang sangat plastis bisa diper(leh dari uji *ane. Alat geser *ane biasanya terdiri dari empat pelat baja tipis dengan ukuran yang sama yang dilaskan kesebuah batang putar gambar 6.!6#. Gula-mula alat *ane dibenamkan ke dalam tanah. emudian dilakukan gaya putaran t(rsi diujung batang putar dengan kecepatan yang tetap. G(men t(rsi ini dila4an (leh tahanan sepanjang muka silinder tanah dengan tinggi h dan diameter d sampai terjadi keruntuhan geser. >arga k(hesi k(ndisi air termampatkan dari tanah tersebut dapat dihitung dengan cara sbb+ 3ika T adalah besarnya m(men t(rsi yang diberikan pada kepala batang putar sampai menyebabkan keruntuhan tanah, m(men t(rsi ini besarnya sama denganjumlah m(men m(men penahan akibat tahanan geser sepanjang permukaan radial dari silinder tanah M s# dan m(men penahan akibat geseran pada kedua sisi ujung silinder M e# pada gambar 6.!6a. •
•
T = M s + M e + M e’ dikedua ujung silinder 6.75# m(men tahanan Gs didapat dari 0 M s = (πdh) . u . (d!") 6.7%# Untuk menghitung M e , para pengamat telah mengusulkan beberapa anggapan tentang distribusi dari tengangan tahanan geser yang term(bilisir pada kedua ujung sisi dari silinder sbb+
a. /erbentuk segitiga. b. /erbentuk seragam. c. /erbentuk parab(la.
•
Hariasi tahanan geser ini dapat dilihat pada gambar 6.!6b, harga m(men t(rsi T dapat dilihat sbb +
T 0
6.7$#
u 0
6.7"#
atau
•
'engan # 0 I bila tahanan geser yang term(bilisasi dianggap berbentuk segitiga # 0 &9! bila tahanan geser yang term(bilisasi dianggap berbentuk seragam # 0 !95 bila tahanan geser yang term(bilisasi dianggap berbentuk seragam parab(la catatan pers 6.7" disebut persamaan alding# Uji geser *ane dapat dilakukan di lab(rat(rium atau di lapangan pada 4aktu penyelidikan tanah. Alat *ane geser di lab(rat(rium mempunyai dimensi ,5 inchi 1&,$ mm# dan tinggi 1, inchi &5,7 mm#. )ambar 6.7 menunjukkan (t( dari penentuan u di lab(rat(rium dengan menggunajan alat *ane geser. Alat *ane geser lapangan mempunyai dimensi lebih besar dan menurut $.% &ureau of 'eclaation digunakan+ d 0 & inches 0 5," mm : h 0 7 in 0 11,% mm d 0 ! inches 0 $%,& mm : h 0 % in 0 15&,7 mm d 0 7 inches 0 11,% mm : h 0 " in 0 &!,& mm
•
Pada umumnya kekuatan geser undrained dari tanah sangat ber*ariasi di lapangan dengan kedalaman tanahnya, uji geser *ane sangat berguna. 'alam 4aktu singkat kita dapat menentukan p(la perubahan harga cu tanah menurut kedalaman. Tetapi, bila dep(sit tanah lempung tesebut pada tempat tertentu kurang lebih seragam siatnya dari beberapa uji triaksial k(ndisi uncoslidated undrained pada sampel tanah asli dapat diperkirakan
parameter B parameter tanah untuk perencanaan. >arga kekuatan geser tanah k(ndisi undrained yang didapat dengan alat *ane geser juga tergantung dari kecepatan pemutaran m(men t(rsi T. /jerrum 16$7# telah membutikan bah4a harga plastisitas relati tinggi, harga cu, yang didapat dari uji geser *ane mungkin dapat terlalu besar dari harga yang sebenarnya sehingga tidak dapat dipakai dalam perencangan p(ndasi. Untuk alasan ini /jerrum mengusulkan k(reksi berikut +
cu(perencanaan) 0 *cu(alat ane geser)
6.76#
dengan J -
0 akt(r k(reksi 0 1,$ B ,57 l(g - # 0 indeks plastis dari tanah
6.5#
9.1! "ARA LAIN UNTUK MENENTUKAN KEKUATAN GESER AIR TAK TERALIRKAN (UNDRAINED) DARI TANAH KOHESIF Alat torane merupakan hasil m(diikasi dari alat geser *ane )ambar 6.7&#. Alat ini diputar dengan tangan dan mempunyai pegas yang sudah terkalibrasi standar#. Alat t(r*ane tadi dapat digunakan untuk menentukan cu dari sampel tanah dalam tabung sapling hasil ekspl(rasi lapangan tetapi alat ini juga dapat langsung digunakan di lapangan. Alat t(r*ane dapat ini ditusukkan ke dalam tanah di lapangan dan kemudian diputar sampai menggeser runtuh#. >arga kekuatan geser undrained dapat dibaca dari arl(ji pengukur standard yang terletak diujung atasnya.
)ambar 6.7& Alat t(r*ane -enetroeter saku yang dapat dic(bl(skan langsung kedalam tanah yang akan diukurkalau tekan tak tersekap u#diukur dengan bekerjanya pegas yang sudah terkalibrasi. 'apat digunakan di lab(rat(rium maupun lapangan.
)ambar 6.7! Penetr(meter saku
9.11 KEKUATAN GESER DARI TANAH KOHESIF TAK JENUH
•
/’ = / 0 ua + 1 (ua u2 ) 6.51# /’ 0 tengangan eekti / 0 tengangan t(tal ua 0 tegangan udara di dalam p(ri u2 0 tegangan air p(ri K f 0 c @ E/ 0 ua + 1 (ua u2 )F tan ɸ 6.5&# >arga 1 tergantung pada derajad kejenuhan tanah. 'engan cara uji di lab(rat(rium menggunakan alat triaksial biasa, harga sampel tanah tidak mungkin dapat ditentukan secara akurat. 3adi yang dilakukan ialah uji triaksial cara undrained pada sampel tanah yan tak jenuh dan mengukur hanya tegangan t(talnya saja. K f 0 cus# @ / tan ɸus#
6.5!#
