Kuat Geser Tanah
BAB I PENDAHULUAN 1.1Latar 1.1 Latar Belakang Belakang Desain Desain sua suatu tu ben bendung dungan an tipe tipe urugan urugan yan yang g meny menyimp impan an air dal dalam am volume volume bes besar ar,, harus harus mempertimbangkan faktor keamanan terhadap pengaruh kestabilan lereng bendungan. Dari pengalaman di seluruh dunia kurang lebih 12% dari bendungan tipe urugan yang mengalami keruntuhan, disebabkan oleh pengaruh kestabilan lereng bendungan. Kon Kondis disii lainnya lainnya yang yang memb me mbah ahay ayak akan an sta stabil bilita itas s ben bendun dungan gan urugan urugan ada adalah lah:: def deform ormasi asi berleb berlebiha ihan, n, teg tegang angan an berleb berlebiha ihan, n, limpas limpasan an (overtopping ), ), dan erosi erosi intern internal. al. e entu ntuk!b k!bent entuk uk ketid ketidak! ak!sta stabil bilan an bendungan urugan ini dapat ter"adi pada kondisi, baikbeban biasa (normal) maupunbeban luar biasa. #ala #a lah h satu satu fakt faktor or pent pentin ing g dala dalam m anal analis isis is stab stabil ilit itas as lere lereng ng suat suatu u bend bendun unga gan n adala adalah h bagaim bag aimana ana men menent entuka ukan n parame parameter ter kua kuatt ges geser er tan tanah ah yan yang g berkait berkaitan an den dengan gan apl aplika ikasi si tegang teg angan an total total dan teg teganga angan n efe efekti ktiff tan tanah. ah. Disam Disampin ping g itu, itu, mod modul ul ini "ug "uga a mem membaha bahas s pengaruh tekanan air pori terhadap kestabilan bendungan. $odul ini diharapkan diharapkan dapat memberikan memberikan informasi informasi tentang penentuan parameter kuat geser tana tanah h berda berdasa sark rkan an hasi hasill peng pengu" u"ia ian n kuat kuat gese geserr di labo labora rato tori rium um,, khus khusus usny nya a deng dengan an menggunakan alat triaksial sebagai dasar analisis stabilitas bendungan tipe urugan yang aman dan ekonomis. ntuk memperoleh gambaran yang "elas dan terin&i mengenai prosedur u"i triaksial dan penentuan parameter kuat geser sehubungan dengan aplikasi tegangan total dan tegangan efektif, dapat menga&u ke #' terkait.
1.2Deskri 1.2 Deskripsi psi Singkat Singkat $ateri $at eri pel pelati atihan han ini dim dimaks aksudk udkan an unt untuk uk mem member berii pem pembek bekala alan n kep kepada ada pes pesert erta a diklat diklat mengena men genaii das dasar! ar!das dasar ar kriter kriteria ia kerunt keruntuha uhan n $oh $ohr! r!oul oulomb omb,, pen penent entuan uan dan pem pemilh ilhan an parameter kuat geser serta pengu"ian kuat geser di laboratorium serta aplikasi dalam analisis stabilitas. $ateri pelatihan mengenai kuat geser ini meliputi : Kuat geser. *engu"ian kuat geser +)
plikasi dalam analisis
1.3 Pokok Bahasan $ateri pelatihan ini membahas se&ara terin&i dan komprehensif mengenaikuat geser material tanah, pengu"ian kuat geser dan aplikasi dalam analisis. ntuk lebih memahami se&ara komprehensif, disarankan untuk mempela"ari pula modul!modul penting lainnya yang sangat
1
Kuat Geser Tanah
menduk men dukung ung mat materi eri ini yan yang g dituan dituangkan gkan dal dalam am #ta #tanda ndarr 'asion 'asional al nd ndone onesia sia (#') (#') dan pedoman!pedo pedom an!pedoman man terkait terkait dengan survei, investigasi, investigasi, dan desain desain yang dikeluarkan dikeluarkan oleh Kementerian *eker"aan mum dan atau unit!unit organisasi di ba-ahnya.
2
Kuat Geser Tanah
BAB II PRINSIP DASAR 2.1Kriteria Kernthan !ohr"#olo$% nalisis stabilitas lereng bendungan dan lereng alami membutuhkan perhitungan kuat geser material material di sepan"ang sepan"ang permukaan permukaan yang berpotensi runtuh. erdasarkan erdasarkan kriteria kriteria keruntuhan keruntuhan τ
$ohr!oulomb dengan konsep tegangan e&ekti& , maka se&ara umum kuat geser
dapat
f
dirumuskan sebagai berikut: τ
/ & 0 (σ ( σ u) tan φ
f
dengan: & φ
: kohesi efektif (k'm2)3
u σ
: tekanan air pori pada bidang runtuh selama pembebanan, pada saat runtuh (k'm2)3
: sudut geser dalam efektif (dera"at)3 : tegangan normal total pada bidang runtuh saat ter"adi keruntuhan (k'm2)3
τ
: kuat geser efektif (k'm2).
erd e rdas asar arka kan n konse maka ka kuat kuat gese geserr kond kondis isii undrained , su dapat konsep p kat kat geser geser total total, ma dirumuskan sebagai berikut : su / f (σ (σ&) dengan: su : kuat geser undrained (k'm (k'm2), σ&
: tekanan konsolidasi efektif (k'm2).
*ersamaan *ersamaan tersebut tersebut menun" menun"ukkan ukkan bah-a kuat geser undrained merupakan merupakan fungsi dari dari σ&, yaitu tekanan konsolidasi efektif sebelum ter"adi keruntuhan geser. Dalam analisis stabilitas lereng lereng,, tek tekana anan n kon konsol solida idasi si efe efekti ktiff ada adalah lah teg tegang angan an efe efekti ktiff normal normal yan yang g ter"ad ter"adii pada permuk permukaan aan yan yang g berpot berpotens ensii runtuh runtuh.. *ad *ada a -aktu -aktu ter"ad ter"adii kerunt keruntuha uhan, n, teg tegang angan an ges geser er di τ
sepan"ang sepan"a ng bid bidang ang kerunt keruntuha uhan n aka akan n men men&ap &apai ai kekuat kekuatan an ges geser er mak maksim simum um ( f ), ), sep sepert ertii gambar di ba-ah.
3
Kuat Geser Tanah
τ c
'a$%ar 2.1 #elubung kuat geser saat ter"adi kkeruntuhan
4anah seperti halnya material atau material padat lainnya, akan runtuh baik karena kekuatan tarikan
maupun
geseran.
*engetahuan
tentang
kekuatan
geser
diperlukan
untuk
menyelesaikan masalah!masalah yang berhubungan dengan stabilitas massa tanah. ila suatu titik pada sembarang bidang dari massa tanah mempunyai tegangan geser yang sama dengan kekuatan gesernya, maka akan ter"adi keruntuhan pada titik tersebut. Kekuatan geser tanah (5f ) di suatu titik pada bidang tertentu dari massa tanah, dikemukakan oleh Coulomb sebagai suatu fungsi linier terhadap tegangan normal (6f ) pada bidang tersebut di titik yang sama, sebagai berikut: 5f / & 0 6f tan ø di mana: & dan ø adalah parameter kekuatan geser, yang didefinisikan sebagai kohesi (cohesion intercept atau apparent cohesion ), dan sudut tahanan geser (angle of shearing resistance ) tanah. erdasarkan konsep dasar 4er7aghi, tegangan geser tanah hanya dapat
ditahan oleh tegangan dari partikel!partikel padat tanah. Kekuatan geser tanah dapat "uga dinyatakan sebagai fungsi dari tegangan normal efektif tanah sebagai berikut: 5f / & 0 6 f tan ø di mana: & dan øadalah parameter!parameter kekuatan geser tanah pada tegangan efektif. Dengan demikian, keruntuhan massa tanah akan ter"adi pada titik yang mengalami kondisi kiritis, yang disebabkan oleh kombinasi antara tegangan geser dan tegangan normal efektif tanah. #elain itu, kekuatan geser dapat "uga dinyatakan dalam tegangan!tegangan utama 61 (major principle stress) dan 6+ ( minor principle stress ) pada kondisi runtuh di titik yang ditin"au. 8aris
yang dihasilkan oleh persamaan di atas pada kondisi runtuh merupakan garis singgung (envelope) terhadap lingkaran $ohr, yang menun"ukkan kondisi tegangan dengan nilai positif untuk tegangan tekan. Koordinat titik singgung adalah 5f dan 6f , di mana : 5f / 9 (61 ! 6+) sin 2 6f / 9 ( 61 ! 6+) 0 9 (61 ! 6+) &os 2
4
Kuat Geser Tanah
dan adalah sudut antara bidang utama dan bidang runtuh se&ara teoritis, yang besarnya adalah / ;<= 0 Ф>2 . Dari hubungan antara tegangan utama efektif pada kondisi runtuh dan parameter!parameter kekuatan geser (lihat 8ambar 2.2), dapat dinyatakan : 9 (61 ! 6+ ) sin Ф / & &otФ> 0 9 (61 ! 6+) #ehingga : 9 (61 ! 6+ ) / 9 (6 1 ! 6+ ) sin Ф> 0 2 &os Ф> atau 61 /6+ tan2 (;<= 0 Ф>2) 0 2 & tan (;<= 0Ф>2)
'a$%ar 2.2 Kondisi tegangan!tegangan saat ter"adi keruntuhan
*ersamaan ini disebut sebagai kriteria keruntuhan Mohr-Coulomb . Kriteria tersebut berlaku dengan asumsi bah-a bila se"umlah kondisi tegangan telah diketahui, yang masing!masing menghasilkan keruntuhan geser pada tanah, maka dapat digambarkan sebuah garis singgung pada lingkaran Mohr 3 yang dinamakan selubung keruntuhan (failure envelope ) tanah. Kondisi tegangan tidak mungkin berada di atas selubung keruntuhannya. 'amun, kriteria ini tidak mempertimbangkan regangan pada saat atau sebelum ter"adinya keruntuhan dan se&ara tidak langsung menyatakan bah-a tegangan utama efektif 6 tidak mempengaruhi kekuatan geser tanah. Di dalam praktek, kriteria keruntuhan Mohr-Coulomb ini paling sering digunakan karena &ukup sederhana, -alaupun bukan merupakan satu!satunya kriteria keruntuhan tanah. Sel%ng kernthan ntk tanah tertent ti(ak selal %er%entk garis lrs) tetapi se*ara perkiraan (apat (i%at garis lrs) +ang (ia$%il (ari sat rentang tegangan
5
Kuat Geser Tanah
serta para$eter"para$eter kekatan geser pa(a rentang terse%t .
Dengan membuat plotting 9 (61 !6+) terhadap 9 (61 ! 6+), maka setiap kondisi tegangan dapat dinyatakan dengan suatu titik tegangan (stress point ), yang lebih baik daripada lingkaran Mohr , seperti diperlihatkan pada 8ambar 2.+. #etelah itu dapat dibuat selubung keruntuhan
yang dimodifikasi, dinyatakan dengan persamaan : 9 (61 !6+) / a 0 9 (61 !6+) tan α’ di mana: a dan α’ adalah parameter!parameter kekuatan geser yang dimodifikasi. Kemudian parameter!parameter & dan ?´ diperoleh dari : ?´= sin!1 (tan α’ ) &/
a&os ?´
'a$%ar 2.3 lternatif penggambaran kondisi tegangan saat ter"adi keruntuhan
8aris!garis yang digambarkan dari titik tegangan pada sudut ;<@ terhadap hori7ontal (lihat 8ambar 2.+), berpotongan dengan sumbu hori7ontal di titik!titik yang menyatakan nilai!nilai tegangan!tegangan utama 61dan6+. 8ambar tersebut "uga dapat digambarkan untuk kondisi tegangan total, dengan koordinat!koordinat vertikal dan hori7ontal berturut!turut 9(61 !6+) dan 9(61 !6+), di mana dinyatakan bah-a : 9(61 !6+) / 9(61 !6+) 9(61 !6+) / 9(61 !6+) / Dalamkondisisimetrisaksial,
suatukondisiteganganefektifdapat"ugadibuat plotting koordinat!
koordinatvertikaldanhori7ontalberturut!turutA danp, dimana : A / 9(61 !6+) p / 9(61 0 6+)
6
Kuat Geser Tanah
esarantegangan!teganganini
(yangmerupakanfungsidariteganganutama)
tidaktergantungpadaorientasisumbu!sumbukoordinat,
sehinggategangan!
tegangansema&amitudisebutinvariantegangan, yangdinyatakansebagaiberikut : A / 9(61 !6+) p / 9(61 0 6+) Dalamhalini,hubunganantarateganganefektifdantegangantotaladalah : A / A p / p ! B
2.2,egangan",eganganUta$a 2.2.1
,egangan E&ekti& (an ,egangan ,otal
#ifat kekuatan dan deformasi tanah dapat di"elaskan se&ara visual sebagai suatu partikel tanah yang mudah mampatkompresibel, yang pada kondisi "enuh pori!porinya terisi penuh oleh air, atau pada kondisi "enuh sebagian, terisi oleh air dan udara. 4egangan!tegangan geser hanya dapat ditopang oleh skeleton partikel padat.4egangan normal pada setiap bidang, umumnya, merupakan pen"umlahan dari tegangan yang diba-a oleh partikel!partikel solidpadat dan tekanan air pori. Dari segi praktis, hal tersebut mempunyai konsekuensi penting, yakni : 1. Dalam hubungan antara tegangan normal dan perubahan volume, faktor kontrol bukan tegangan normal total, tetapi perbedaan antara tegangan normal total dengan tekanan air pori. ntuk suatu perubahan tegangan yang sama, berlaku hubungan sebagai berikut: ∆V = −C c ( ∆σ − ∆u ) V dimana:
∆V V / perubahan volume
∆σ / perubahan tegangan normal
∆u / perubahan tekanan air pori & / kompersibiliitas skeleton tanah *erbedaan 6 u adalah sama dengan tegangan efektif 6, "adi 6 / 6 u. *erubahan volume akan ter"adi tanpa ada perubahan dalam tegangan total, bila tekanan air pori mengalami perubahan. Cal ini yang menyebabkan ter"adinya penurunan "angka pan"ang
7
Kuat Geser Tanah
dari bangunan di atas tanah lempungan, dimana tekanan air pori saat konstruksi terdisipasi sangat lambat. Demikian "uga ter"adinya penurunan permukaan tanah akibat penurunan muka air tanah.
'a$%ar 2.- *engaruh disipasi tekanan air pori terhadap perubahan volume
2. Kuat geser tanah granular sebagian besar ditentukan oleh gaya!gaya friksi yang timbul selama pergesekan pada bidang kontak antar partikel!partikel tanah. Cal tersebut "elas disebabkan
oleh
komponen!komponen
tegangan
normal
yang
diba-a
skeleton
dibandingkan dengan tegangan normal total. *erla-anan geser maksimum pada setiap
8
Kuat Geser Tanah
τ f bidang (
) dapat dituliskan seperti di ba-ah.
τ f / & 0 (6!u).tan dimana : & / kohesi efektif / sudut geser dalam 6 / tekanan normal total tegak lurus pada bidang yang ditin"au u
/ tekanan air pori
*ada banyak kasus yang menyangkut stabilitas, besar tegangan normal total pada potensi bidang longsor dapat diperkirakan dari keseimbangan statis. #edangkan besarnya tekanan air pori dipengaruhi dari beberapa faktor yang dihasilkan dari pengu"ian laboratorium konvensional yang kurang teliti. a) *ada kasus yang paling sederhana, pada muka air tanah yang stasioner, tekanan air pori adalah sama dengan posisi elemen yang ditin"au ke muka air tanah. *ada kondisi aliran langgeng pada suatu kemiringan lereng, besar tekanan air pori dapat diperoleh dari flo! net atau berdasarkan hasil pemba&aan pisometer yang dipasang di lapangan. 4ekanan air
pori adalah merupakan suatu variable yang bebas dan besarannya tidak dikaitkan dengan tegangan normal total. Eungsi pengu"ian triaksial adalah untuk memperoleh hubungan antara kuat geser dan tegangan normal efektif. *ada tanah yang mempunyai permeabilitas rendah, akan memerlukan -aktu lama untuk membentuk kondisi aliran langgeng (stead" flo! ) di lapangan.
b) *ada umumnya, suatu perubahan, baik tegangan normal atau kuat geser pada skeleton solid berpotensi terhadap ter"adinya perubahan volume di dalam massa tanah. Fika tidak, maka kondisi drainasi akanter"adi sedemikian rupa, sehingga air di dalam pori!pori akan bebas keluar, sementara akan ter"adi suatu tekanan air pori berlebih akibat ter"adinya perubahan tegangan. Ga"u disipasi tekanan air pori berlebih tergantung dari permeabilitas tanah seperti yang ditun"ukkan pada koefisien konsolidasinya. ntuk lapisan lempung yang tebal atau timbunan yang dipadatkan akan memerlukan -aktu yang lama atau bertahun! tahun. #elama perioda ini tekanan air pori adalah merupakan fungsi dari : (1) perubahan a-al tegangan, (2) koefisien konsolidasi, dan (+) "arak elemen tanah yang ditin"au ke i)
permukaan drainasi. Kasus!kasus yang termasuk dalam katagori ini adalah : 4egangan dari lapisan alami yang membentuk fondasi struktur atau bendungan urugan
ii)
tanah. 4egangan dari timbunan tanah yang dipadatkan selama konstruksi akibat berat lapisan!
iii)
lapisan di atasnya. 4urunnya beban air -aduk pada timbunan kedap air akibat surut &epat.
iv)
Eormasi kemiringan lereng atau lereng galian, dimana ter"adi perubahan tekanan air pori akibat berkurangnya berat tanah di atasnya.
9
Kuat Geser Tanah
*enggunaan tegangan efe#tif dalam analisis stabilitas men&akup dua tahap, yakni : (1) penentuan parameter & dan , dan (2) memperkirakan besarnya tekanan air pori pada tahap yang paling kritis saat konstruksi, operasi atau "angka pan"ang. *enentuan tekanan air pori adalah merupakan hal yang sulit dilakukan se&ara teliti dan dengan alasan seperti itulah maka dipasang se"umlah instrumen pengukur tekanan air pori (pisometer) di lapangan. 4ekanan air pori se&ara eksplisit tidak ditentukan pada kasus tertentu, dimanaperubahan tegangan menyebabkan ter"adinya keruntuhan dan disipasi tekanan air pori diabaikan. ontoh tanah yang diu"i pada kondisi undrained yang tegangan geser pada saat runtuh ditun"ukkan sebagai fungsi tegangan normal total, maka analisis stabilitas dilakukan dengan menggunakan tegangan total.
Cubungan antara perilaku tanah yang diu"i pada kondisi undrained dan karakteristik kekuatannya ditun"ukkan sebagai tegangan efektif yang tergantung dari besaran tekanan air pori dari hasil pengu"ian, analisis stabilitas "uga dilakukan menggunakan tegangan efektif. 2.2.2
Para$eter ,ekanan Air Pori A (an B
Dasar fisik dari kedua parameter tersebut dapat dimengerti dengan mempertimbangkan kasus sederhana dimana skeleton yang mudah mampat dari partikel tanah berperilaku seperti material isotropis yang elastis dan &airan di dalam pori!pori menun"ukkan hubungan yang linier ∆
antara perubahan volume dengan tegangan. #uatu peningkatan pada tiga tegangan utama ∆
61,
∆
62 dan
∆
6+ akan mengakibatkan ter"adinya pengurangan volume ! H (H adalah volume ∆
a-al) dan peningkatan tekanan air pori
u.
$enurut ishop (1IJ2), perubahan tekanan air pori dapat ditulis seperti berikut : ∆
∆
u /
∆
6+ 0 (
∆
61 !
6+)L
ntuk tanah yang "enuh sempurna, parameter / 1 'ilai parameter sangat tergantung dari ri-ayat konsolidasi tanah dan proporsi tegangan, sampai ter"adinya keruntuhan. *ada kasus tanah yang "enuh sebagian, parameter M 1, dan bervariasi dengan kisaran ∆
tegangan. *arameter selama pemberian tegangan deviator ( 61 !
∆
6+) berbeda dengan
∆
nilai yang diberikan selama peningkatan tegangan keliling
6+. Nleh karena itu, produk
dapat ditulis sebagai , sehingga rumus di atas men"adi : ∆
∆
∆
u/
6+ 0 (
∆
61 !
6+)
10
Kuat Geser Tanah
∆
Cubungan antara tekanan air pori dengan perubahan tegangan utama major 61 dapat ditulis sebagai : ∆
∆
u /
61
*arameter tekanan air pori dan berkaitan dengan plane-strainyang biasanya berbeda dengan yang diperoleh dari pengu"ian standar triaksial.*erlu diperhatikan bah-a adanya perubahan tegangan pada kondisi undrained yang menentukan tekanan air pori yang "uga τ
menentukan tegangan geser saat runtuh,
f
yang diperoleh dari pengu"ian undrained .
2.3Pe$ilihan Nilai Kat 'eser *emilihan parameter tanah yang sesuai dan penggunaannya yang benar dalam analisis stabilitas, sangat penting dibandingkan dengan metode analisis stabilitas yang digunakan. ila nilai!nilai kuat geser dipilih dari data hasil u"i kuat geser, maka perlu diperhitungkan bentuk kurva tegangan!regangan untuk u"i tanah masing!masing. ilamana tanah fondasi tak terganggu dan tanah yang dipadatkan tidak menun"ukkan penurunan kuat geser yang signifikan atau perbedaan tegangan setelah tegangan pun&ak ter&apai, maka nilai kuat geser dapat dipilih sebagai tegangan geser pun&ak dalam u"i geser langsung s$ tegangan deviator pun&ak, atau tegangan deviator pada 1< % regangan, di mana perla-anan geser meningkat dengan regangan. Kadang!kadang analisis stabilitas bendungan urugan dan fondasinya dilakukan menggunakan nilai!nilai estimasi untuk properties materialnya. Ostimasi untuk nilai properties material terkait didasarkan pada: a) Gaporan u"i laboratorium yang lalu dari studi proyek terkait. b) *engalaman dalam pengu"ian material yang sama pada bendungan lain. Cal tersebut masih dapat diterima hanya untuk peker"aan a-al atau preliminar" dalam proses evaluasi keamanan bendungan. Pang perlu difahami adalah bah-a evaluasi akhir dan rekomendasi untuk peker"aan perbaikan (remedial ) atau alternatif lain didasarkan pada nilai properties material yang diperoleh dari hasil u"i laboratorium dan lapangan yang sesuai berdasarkan spesifikasi lapangan. *emikiran tersebut merupakan hal yang terbaik untuk membandingkan nilai!nilai u"i dengan data historis material yang sama atau se&ara empiris, dan untuk menyimpulkan perbedaan yang ter"adi. 4u"uan akhirnya adalah untuk mendapatkan nilai!nilai properties yang terbaik (best representative) untuk material terkait.
2.-#ara Perolehan Kat 'eser 2.-.1
Para$eter +ang Diperkirakan (ari Pengala$an
11
Kuat Geser Tanah
Kuat geser material dapat diperoleh dari u"i lapangan dan u"i laboratorium, atau diperkirakan berdasarkan pengalaman yang tergantung pada tahapan analisis pada -aktu desain. Kuat geser untuk desain pada masa persiapan, diperkirakan berdasarkan data geologi lokal dan hasil u"i laboratorium untuk material yang sama, serta pengalaman. $aterial urugan bendungan dian"urkan diperoleh dari lokasi di dekat ren&ana bendungan. Campir semua tanah material urugan dapat digunakan, ke&uali tanah yang mengandung 7at organik atau 7at yang mudah larut. *ada umumnya material urugan bendungan dibedakan dalam + "enis, yaitu batu, pasir kerikilan dan tanah lempungan (kedap air). Konstruksi bendungan disesuaikan dengan karakteristik material yang terpilih, kondisi lapangan (topografi, geologi dan meteorologi), dan pola pelaksanaan, serta peralatan yang digunakan agar biaya konstruksi dapat seefisien mungkin. Ketiga "enis material urugan yang sering digunakan adalah tanah lempungan, pasir dan kerikil, dan batu.
2.-.2
Ui 'eser (i Lapangan
"i kuat geser di lapangan dapat dilakukan pada material fondasi dan tubuh bendungan dengan u"i geser baling!baling sesuai dengan #' @J!2;QR!1II1. 4u"uannya adalah untuk mengukur langsung kuat geser tak!terdrainase (undrained ) dari tanah lempung kohesif yang "enuh air. ara lain dari perolehan kuat geser di lapangan adalah dengan menggunakan korelasi kuat geser dengan pengu"ian menggunakan alat sondir (%utch Cone &enetrometer ) seperti yang diuraikan pada bab selan"utnya. 2.-.3
Ui 'eser (i La%oratori$
"i kuat geser di laboratorium dilakukan baik pada &ontoh tanah tak terganggu maupun yang terganggu dari material fondasi dan tubuh bendungan. *engu"ian ini dilakukan untuk memperoleh parameter kuat geser yang diperlukan dalam analisis stabilitas bendungan. Pang termasuk u"i kuat geser di laboratorium adalah u"i tekan bebas (#' @+!+J+Q!1II;), u"i geser triaksial (#' @+!2;<
12
Kuat Geser Tanah
mempunyai peranan penting dalam evaluasi hasil pengu"ian, yaitu untuk memastikan apakah parameter yang dipilih dapat me-akili material di lapangan.
2./,ekanan Air Pori *ada umumnya, ada dua pendekatan analisis yang berbeda, yang berlaku untuk menentukan stabilitas bendungan urugan (K. 4er7aghi and S. . *e&k, 1IJR), yaitu: a) nalisis tegangan efektif b) nalisis tegangan total %alam analisis tegangan efe#tif$ #uat geser tanah dievaluasi berdasar#an tegangan normal efe#tif$ dan perhitungan dila#u#an secara e#splisit terhadap te#anan air pori dalam perhitungan analisis stabilitas' %alam analisis tegangan total$ #uat geser tanah meliputi pengaruh te#anan air pori'
Dua pendekatan dari asumsi terhadap hasil lapangan, faktor keamanan yang identik untuk bidang longsor akan menghasilkan kuat geser yang memadai dan data tekanan air pori terkait yang digunakan dalam perhitungan. Fadi, pemilihan pendekatan analisis dapat didasarkan pada: •
$anfaat penggunaan
•
$anfaat pengu"ian dan pengumpulan data
•
Ketersediaan prosedur penghitungan
kan tetapi dalam teknik rekayasa bendungan urugan, biasanya menggunakan analisis tegangan efektif sebab dapat membantu memberikan pemahaman yang memadai terhadap respons relatif dari setiap elemen dalam matriks lapisan tanah. Fadi, untuk melakukan analisis stabilitas dengan menggunakan tegangan efektif se&ara memadai dari bendungan urugan, memerlukan: •
4ekanan air pori dalam material tubuh bendungan dan fondasinya.
•
8aya!gaya yang dihasilkan oleh air seperti rembesan melalui material tubuh dan fondasi bendungan.
Konsep tegangan total dan tegangan efektif telah diuraikan di atas. Di ba-ah diuraikan &ara untuk memperoleh parameter tekanan air pori yang digunakan dalam analisis stabilitas. 2./.1
!eto(e 'aris 0reatik
4ekanan air pori dapat dihitung dengan beberapa metode di ba-ah ini. *erhitungan tekanan air pori untuk kondisi aliran langgeng dapat diperkirakan sebagai tekanan hidrostatik di ba-ah garis freatik. *ermukaan
garis
freatik
diperoleh
berdasarkan
prosedur yang dikembangkan oleh
Casagrande , &avlovs#" , Cedergren , dan yang lainnya (periksa S#' $!@2!2@@2, Metode
13
Kuat Geser Tanah
(nalisis dan Cara &engendalian embesan (ir *ntu# +endungan ,ipe *rugan ).
*ada umumnya, metode ini agak konservatif untuk bendungan tipe 7onal, dan tidak dapat digunakan untuk kasus!kasus khusus. #ebagai &ontoh, adanya pengaruh anisotropi, pengaruh infiltrasi air hu"an dan tekanan artesis dalam fondasi, sehingga perlu digunakan metode lain. $etode garis freatik "uga dapat digunakan untuk menghitung tekanan air pori pada kondisi surut &epat, dengan memodifikasi garis freatik pada kondisi aliran langgeng dengan asumsi kondisi aman sebagai berikut ini. 1) #elama ter"adi surut &epat, tidak ter"adi disipasi tekanan air pori pada material kedap air, sehingga garis freatik tidak mengalami perubahan. 2) Olevasi muka air normal atau elevasi muka air maksimum diturunkan se&ara &epat sampai elevasi muka air minimum. 'amun, metode garis freatik tidak dapat digunakan untuk menghitung tekanan air pori pada kondisi selesai dan selama konstruksi berlangsung. 2./.2
!eto(e 'ra&is !enggnakan Flow Net
nalisis dengan metode "aring!"aringaliran (flo! net ) pada kondisi aliran langgeng dapat digunakan untuk memperkirakan tekanan air pori, penyebaran tekanan air pori dan garis freatik pada tubuh dan fondasi bendungan. *engaruh sifat anisotropi terhadap permeabilitas dapat diperhitungkan, -alaupun kurang teliti. $etode analog listrik dapat "uga digunakan untuk menghitung tekanan air pori se&ara akurat dalam media isotropik dan anisotropik pada kondisi aliran langgeng. 2./.3
!eto(e N$erik
$etode numerik adalah &ara analisis yang terbaik untuk menentukan penyebaran tekanan air pori di dalam tubuh dan fondasi bendungan yang kompleks, baik pada kondisi aliran langgeng maupun surut &epat. $etode ini biasanya diker"akan se&ara numerik dengan menggunakan &ara elemen hingga, beda hingga dan elemen batas. *ermeabilitas material tubuh dan fondasi bendungan harus diketahui se&ara teliti, untuk menghitung tekanan pori se&ara akurat. Fika diperlukan, metode numerik dapat digunakan pada desain akhir. #emua pen"elasan mengenai metode analisis rembesan air dapat diperiksa se&ara rin&i pada standar analisis rembesan air. 2./.-
!eto(e Pengkran Lapangan (engan Piso$eter
*eningkatan tekanan air pori selama konstruksi berlangsung di dalam tubuh dan fondasi bendungan, tergantung pada sifat fisik material dan ke&epatan pengurugan. Casil pengamatan tekanan air pori dengan pisometer sistem tertutup selama konstruksi berlangsung, harus dibandingkan dengan perkiraan tekanan air pori dari hasil analisis desain. Fika diperlukan, untuk memperkuat analisis stabilitas bendungan pada kondisi selama konstruksi berlangsung, maka sebaiknya dilakukan penga-asan terhadap pergerakan dan tekanan air pori di dalam
14
Kuat Geser Tanah
bagian kritis tubuh dan fondasi bendungan. 4ekanan air pori yang terukur dari pisometer dapat langsung digunakan dalam analisis stabilitas lereng bendungan atau lereng alami, pada kondisi aliran langgeng atau surut &epat. ntuk mengetahui tekanan air pori dalam fondasi dan bendungan urugan diperlukan data pisometrik yang ditun"ang oleh: a) Fumlah pisometer &ukup memadai dipasang pada lokasi!lokasi yang sesuai, baik dalam fondasi maupun tubuh bendungan. b) Casil pemba&aan pisometer dan elevasi muka air -aduk yang dapat diper&aya, yang buat dalam bentuk plotting , hubungan elevasi tekanan pisometer terhadap -aktu. &) #umber daya manusia atau tenaaga yang kompeten untuk menghitung tekanan air pori pada lokasi!lokasi yang memerlukan data sebaran (discrete) tekanan air pori (. K. hugh, 1IQ1). ila data pisometrik tidak tersedia, dapat dilakukan analisis rembesan (seepage ) dengan menggunakan model numerik untuk masalah tersebut (.K. hugh and C.4. Ealvey, 1IQ;). 4ekanan air pori dapat ditentukan dengan garis freatik yang dihitung. Dalam analisis rembesan, gaya rembesan pada elemen tanah dihitung dengan mengalikan volume elemen tanah, berat isi air, dan gradien hidraulik. 8aya!gaya rembesan dalam material bendungan urugan dan fondasinya dapat dihitung, baik dari data pisometrik atau hasil analisis rembesan. Kadang!kadang untuk menyingkat -aktu perhitungan gaya rembesan, tidak dilakukan dengan analisis rembesan. #ebagai gantinya, garis freatik yang tinggi digambarkan pada penampang melintang bendungan dari hasil studi, dan tekanan air pori sepan"ang bidang longsor dihitung berdasarkan distribusi tekanan hidrostatik. kan tetapi, hal ini tidak disarankan untuk menentukan tekanan air pori yang diperlukan dalam analisis stabilitas bendungan. Demikian "uga se&ara eksplisit gaya rembesan pada massa longsoran umumnya tidak dilakukan dalam analisis stabilitas lereng. 2././
!eto(e Hilf
*rosedur rin&i untuk memperkirakan kurva tegangan total dengan tekanan air pori dari hasil u"i konsolidasi di laboratorium dapat dilakukan dengan metode '. /ilf . *rosedur ini dapat digunakan untuk menghitung tekanan air pori selama masa konstruksi berlangsung.
15
Kuat Geser Tanah
BAB III PEN'UIAN KUA, 'ESER 3.1U$$ *engu"ian yang dilakukan di laboratorium untuk mengukur kuat geser, antara lain meliputi u"i kuat tekan bebas (unconfined compression test ), u"i geser langsung dan u"i tekan triaksial. Disamping itu, u"i baling!balingdi laboratorium dianggap sebagai u"i indeks kekuatan, sedangkan u"i baling!baling di lapangan "uga sering dilakukan untuk memperoleh kuat geser undrained in!situ.Dalam modul ini yang dibahas adalah pengu"ian kuat geser menggunakan alat triaksial.
3.2 Ui ,ekan ,riaksial 3.2.1
Prinsip Pengian
*ada u"i tekan triaksial konvensional, benda u"i silinder dibungkus denganmembran karet dan diletakkan dalam sel triaksial dimana benda u"i diberitekanan fluida.eban aksial kemudian diberikan dan ditingkatkan, sampaikeruntuhan ter"adi. *ada kondisi tersebut, tegangan minor dan pertengahan,masing!masing 6+ dan 62, sama dengan tekanan fluida3 tegangan utama (major principle stress ), 0 1, diberikan oleh tekanan fluida dan tegangan aksial yang diberikan oleh piston beban. 4egangan deviator, (0 1!6+), adalah perbedaan antara tegangan utama major dan minor .
*enampang sel triaksial diperlihatkan pada gambar di ba-ah.
16
Kuat Geser Tanah
'a$%ar 3.1 Diagramatik lat u"i triaksial
#e&ara umum, kondisi drainase selama pemberian tekanan sel dan beban aksial, men"adi dasar klasifikasi umum u"i tekan triaksial, yakni : a. ,a# ,er#onsolidasi dan ,a# ,erdrainase$ ** . *ada pengu"ian ini, tekanan sel tertentu diberikan kepada benda u"i dan tegangan deviator atau pembebanan geser diberikan segera setelah tekanan sel stabil. Drainase tidak dii7inkan selama pemberian tekanan sel (tegangan keliling) dan drainase tidak dii7inkan selama pemberian tegangan deviator. b. ,er#onsolidasi-,a#,erdrainase$ C* . *ada pengu"ian ini, drainase dii7inkanselama pemberian tegangan keliling dan sepenuhnyaterkonsolidasi pada tegangan ini. Drainase tidak dii7inkan selamapemberian tegangan deviator. &. ,er#onsolidasi-,erdrainase$ C% . *ada pengu"ian ini, drainase dii7inkanbaik selama pemberian
tegangan
keliling
maupun
tegangan
deviator,sehingga
benda
u"i
terkonsolidasi pada tegangan keliling dan tekanan poriberlebih tidak terbentuk selama pembebanan geser. 3.2.2
Ui ,ak ,erkonsoli(asi",ak ,er(rainase) UU
erikut adalah prinsip pengu"ian 4riaksial : ! !
prosedur tidak men&akup &ara untuk mendapatkan pengukuran tekanan pori, keruntuhan didefinisikan sebagai tegangan pada benda u"i sama dengan tegangan deviator maksimum yang di&apai atau tegangan deviator pada regangan aksial 1<%,
!
tergantung yang mana ter&apai terlebih dahulu selama pengu"ian, "ika benda u"i sepenuhn"a jenuh , selubung keruntuhan $ohr biasanya akanberupa garis lurus hori7ontal sepan"ang keseluruhan tegangan keliling yangdiberikan pada benda u"i3 untuk tanah "ang jenuh sebagian , selubungkeruntuhan $ohr biasanya berbentuk lengkung,
17
Kuat Geser Tanah
!
beban
diber berikan
sedemikian
rup rupa,
sehingg ngga
menghasilkan
regangan gan
aksial ial
dengank den ganke&e e&epat patan an sekita sekitarr 1 2 % per menit untuk material material plastis, plastis, dan @,+ @,+% % per menituntuk material getas yang men&apai tegangan deviator maksimum padasekitar + sampai J% regangan. *embebanan dilan"utkan sampai men&apai1<% regangan aksial tetapi bisa dihentikan "ika tegangan deviator telahmen&apai pun&ak dan kemudian turun sampai 2@%, atau regangan aksialtelah men&apai <% di luar regangan di mana tegangan !
deviator pun&akter"adi, beba beban n yang yang &uku &ukup p dan dan pemb pemba& a&aa aan n defo deform rmas asii haru harus s diam diambi bill untu untuk k me memb mbua uatk tkur urva va tegangan!regangan,
!
sket sketsa sa atau foto foto bend benda a u"i u"i haru harus s dibu dibuat at pada saat kerun keruntu tuha han, n, yang yangme memp mper erli liha hatk tkan an sudut kemiringan bidang keruntuhan "ika terlihat dan dapatdiukur.
#elubung keruntuhan $ohr yang tidaklinier pada lempung lunak ,kemungkinan menandakan bahbah-a a &ont &ontoh oh tana tanah h tida tidak k sepen sepenuh uhny nya a "enu "enuh. h. Ko Kond ndis isii ini ini haru harus s di&a di&ata tatt pada pada lemb lembar ar pengu"ian pengu" ian dan bila didapati nilai yang bervariasi, bervariasi, hasil tersebut harus disertai dengan suatu &atatan peringatan. Kuat geser triaksial yang diperoleh pada kondisi tak terkonsolidasi tak terdrainase (), berlaku untuk situasi desain dimana pembebanan berlaku sangat &epat sehingga tidak ada -aktu yang &ukup untuk mendisipasi tekanan air pori yang timbul dan untuk ter"adinya konsolidasi (artinya drainase tidak ter"adi). *elaksanaan timbunan di atas lapisan lempung merupa merupakan kan sua suatu tu &on &ontoh toh kon kondis disii dim dimana ana kua kuatt ges geser er tak terdra terdraina inase se di lap lapanga anganak nakan an menentukan stabilitas. *erlu di&atat bah-a kuat geser tak terdrainase 6f , tegangan geser pada bidang keruntuhan pada saat keruntuhan diambil sama dengan setengah kuat tekan tak terdrainase (61!0 +),yaitu :
σ ' f = 3.2.3 3.2.3
σ '1 −σ '3 2
Ui ,er ,erkons konsoli( oli(asi asi",a ",ak k ,er ,er(rai (rainas nase) e) #U
erikut adalah prinsip pengu"ian 4riaksial : !
benda benda u"i yang yang tela telah h diko dikons nsol olid idas asik ikan an se&a se&ara ra isot isotro ropi pis, s, kemu kemudi dian an diber diberii beba beban n gese geser r dengan kondisi tak terdrainasepada tekanan dengan ke&epatan regangan aksial yang
!
konstan (kontrolregangan), tegangan n total total dan efe#tif efe#tif pada,dan tekanan meto me tode de ters terseb ebut ut memb member erik ikan an perh perhit itun unga gan n teganga aksial pada benda u"i dengan pengukuran beban aksial,deformasi aksial dan tekanan air
!
pori, keku kekuat atan an dan dan sifa sifatt defo deform rmas asii tana tanah h kohe kohesi sif, f, sepe sepert rtii selu selubu bung ng kuat kuat gese geser$ r$oh ohrr dan dan
!
modulus Poung, Poung, bisa ditentukan dari data pengu"ian, tiga tiga bend benda a u"i u"i bias biasany anya a diu" diu"ii pada pada teganga tegangan n kons konsol olid idas asii efek efekti tiff yang yang berbed berbedau aunt ntuk uk
!
membuat satu selubung kuat geser, keruntuhan keruntuhan sering diambil pada teganga tegangan n deviator deviator maksimum maksimum yang di&apaiatau di&apaiatau tegan tegangan gan deviator yang di&apai pada 1<% regangan aksial, tergantungmana yang ter&apai terlebih
18
Kuat Geser Tanah
dulu. ergantung pada perilaku tanah dan aplikasilapangan, kriteria keruntuhan lainnya 0 16+, atau tegangan deviator pada bisa didefinisikan seperti rasiotegangan utama efektif 0
!
reganganaksial yang dipilih selain 1<%, teka tekana nan n air air pori pori bisa bisa diuk diukur ur me meng nggu guna naka kan n tran transd sdus user er teka tekana nan n elek elektr tron onik ikya yang ng sang sangat at
!
kaku atau alat indikator nol (null indicator ), ), komp kompon onen en kons konsol olid idas asii dan dan gese geserr dari dari pengu pengu"i "ian an haru harus s dila dilaku kuka kan n pada pada suat suatuk ukon ondi disi si dimana fluktuasi suhu kurang dari T;U dan tidak ada kontaklangsung dengan &ahaya matahari,
!
pen"e pen"enu nuha han n di&a di&apa paii deng dengan an me memb mber erik ikan an teka tekanan nan balik balik pada air pori pori bend bendau au"i "i,, untu untuk k membuat udara di dalam rongga pori men"adi larut dalam air pori. Dera"at pen"enuhan diukur menggunakan parameter tekanan pori yang didefinisikan sebagai: ∆u ∆σ 3
/ di mana:
∆u / perubahan tekanan pori benda u"i yang ter"adi sebagaiakibat sebagaiakibat perubahan tekanan tekanan sel pada saat katup drainasebenda u"i ditutup, ∆σ 3
/ perubahan tekanan sel, !
sela selama ma kons konsoli olida dasi si,, data data didap didapat at untu untuk k digun digunak akan an pada pada pene penent ntua uan n kapa kapank nkon onso soli lida dasi si sele selesa saii dan dan untu untuk k me meng nghi hitu tung ng ke&e ke&epa pata tan n rega regang ngan an yang yang akan akandi digun gunak akan an untu untuk k komponen u"i geser,
!
konsol kon solida idasi si dibiarka dibiarkan n berlan"ut berlan"ut selama selama sekuran sekurang!k g!kura urangny ngnya a satu putaran putaran log-aktu log-aktu atau semalam setelah 1@@% konsolidasi primer di&apai, kemudian-aktu untuk men&apai <@% konsolidasi primer, t<@, "uga dihitung sesuaidengan #4$ D2;+
-
"ika keruntuhan diasumsikan ter"adi setelah ;% regangan aksial, #ecepatanregangan yang sesuai bisa diperoleh dengan membagi ;% dengan 1@ kalinilai t<@3 "ika diperkirakan kerunt keruntuha uhan n aka akan n ter"ad ter"adii pad pada a nilai nilai reganga regangan n yan yangle glebih bih rendah rendah dari dari ;%, ;%, ke&epa ke&epatan tan regangan yang sesuai didapat denganmembagi regangan pada saat keruntuhan dengan 1@ kali nilai t<@,
!
sket sketsa sa at atau au foto foto bend benda a u"i u"i yang ang runtu untuh h haru harus s dibu dibuat at yang ang me mem mperl perlih ihat atka kanp npol ola a keruntuhannya (bidang geser, penggembungan, dan sebagainya).
Kuat geser pada pengu"ian ini diukur pada kondisi tak terdrainase dan bisa diterapkan untuk kondisi kondisi lapang lapangan an di mana (i) tanah yang telah sepenuhnya sepenuhnya dikonsolidasika dikonsolidasikan n pada satu seri rangkaian tegangan dan diberi satu perubahantegangan tanpa kesempatan konsolidasi lebih
19
Kuat Geser Tanah
lan"ut dan (ii) kondisi!kondisi tegangan lapangan mirip dengan kondisi tegangan pada -aktu pengu"ian. Karena pengukuran tekanan air pori dilakukan, kuat geser bisa dinyatakan dalam bentuk tegangan efektif dan dapat diterapkan untuk kondisi lapangan di mana (i) drainase sempurna bisa ter"adi atau (ii) tekana tekanan n pori yang timbu timbull akibat pembebanan pembebanan bisa diperkiraka diperkirakan n dan (iii) dimana kondisi!kondisi tegangan lapangan mirip dengan kondisi pada -aktu pengu"ian. Kuat atau efektif, umumnya digunakan untuk analisis stabilitas timbunan. 3.2.3.2.-
Ui ,erkon ,erkonsoli soli(asi (asi",e ",er(ra r(rainas inase) e) #D
4ahap pen pen"en "enuhan uhan,, kon konsol solida idasi si dan pem pembeba bebanan nan dari u"i tek tekan an triaks triaksial ial terkon terkonsol solidas idasii pengu#uran perubahan perubahan volume$ volume$ adalah seperti diuraikan di ba-ah. terdrainase dengan pengu#uran 1. ,ahap hap Pen Pene en nha han n
da dua prosedur pen"enuhan: !
pen"enu pen" enuhan han dengan dengan menaika menaikan n tekanan tekanan sel dan tekanan tekanan balik balik se&arabe se&araberga rganti ntian. an. 4a 4ahap penambah tekanan sel dilakukan dengan menutup krandrainase masuk atau keluar, yang memungkinkan nilai koefisien tekananpori untuk ditentukan pada masing!masing level tekanan total,
!
pen"e pen"enu nuha han n denga dengan n hany hanya a me mena namb mbah ahka kan n teka tekana nan n sel3 sel3 kran kran ditu ditutu tup p sehi sehing ngga gaair air tidak tidak bisa masuk atau keluar dari benda u"i selama prosedur ini.
*en"enuhan ini diberi nama Vpen"enuhan pada kadar air yang konstanV. *ada prosedur pertam pertama a ben benda da u"i dianggap dianggap "en "enuh uh "ika "ika tek tekana anan n pori pori tetap tetap sta stabil bil setel setelah ah 12 "am "am,, ata atau u semalam, dan nilai sama dengan atau lebih besar dari @,I<. *ada prosedur kedua, benda u"i dianggap "enuh "ika salah satu kriteria ini dipenuhi. 2. ,ahap hap Kons Konsol oli( i(as asii
4ahap kon konsol solida idasi si berlang berlangsun sung g seg segera era set setela elah h tah tahap ap pen pen"en "enuhan uhan.4 .4u" u"uan uan dari dari tah tahap ap ini adalah untuk membuat benda u"i berada pada kondisi tegangan efektif yang dibutuhkan untuk melakukan u"i tekan. Data dari tahap konsolidasi digunakan untuk: !
memp me mper erki kira raka kan n ke&e ke&epa pata tan n rega regang ngan an yang yang &o&o &o&ok k untu untuk k dite ditera rapk pkan an sela selama mapr pros oses es
!
pembebanan, mene me nent ntuk ukan an bila bilama mana na kons konsol olid idas asii sele selesai sai,,
!
menghi men ghitun tung g dimensi dimensi benda benda u"i pada pada permula permulaan an tahap tahap pembeban pembebanan. an.Ko Konsol nsolidas idasii benda u" u"ii dilan"utkan hingga tidak ada lagi perubahan volume yangsignifikan dan sampai dera"at konsolidasi , seperti didefinisikan dalamprosedur, sama dengan atau lebih besar dari I<%.
Dari grafik perubahanvolume perubahanvolume yang diukur terhadap terhadap akar kuadrat kuadrat -aktu, -aktu, tentukan -aktu t1@@ dari grafik3 t1@@tersebut digunakan untuk memperkirakan -aktu pengu"ian (dalam menit) atau
20
Kuat Geser Tanah
la"u pembebanan gesernya 2strain rate). Dari konsolidasi tersebut "uga dapat dihitung koefisien konsolidasi &v (mWtahun), dan koefisien kompresibilitas volume mv (mW$'). 3. ,ahapPe$%e%anan Ko$presi
#elama pemberian beban geser, drainase dibuka dan air pori dibiarkan keluar. ir yang keluar atau masuk benda u"i diukur melalui indikator perubahan volume pada garis tekanan balik dan sama dengan perubahan volume benda u"i selama geser3 kanan pori bisa dipantau sebagai suatu kontrol terhadap efisiensi drainase. *engu"ian dilakukan la"u yang sangat lambat,sehingga tidak ter"adi peningkatan tekanan poriberlebih akibat penggeseran. *engu"ian dilan"utkan sampai kondisi!kondisi berikut telah se&ara "elas dapat diidentifikasi: !
tegangan deviator maksimum, atau
!
deformasi geser tetap berlangsung dengan volume konstan dan tegangangeser konstan.
ila tidak satupun kondisi keruntuhan yang diperlukan ter"adi, pengu"ian dihentikan pada regangan aksial 2@%3 untuk kondisi ini kuat geser tidak perlu dilaporkan. Casil pengu"ian D yang dilakukan pada tanah kohesif dapat diterapkan pada situasi dimana konstruksi akan berlangsung dengan ke&epatan yang &ukup lambat sehingga tidak ada tekanan pori berlebih yang timbul.
3.3Pengian Rin*i ,riaksial 3.3.1
enis Pengian ,riaksial
#eperti telah disinggung di atas, pengu"ian triaksial diklasifikasikan sesuai dengan kondisi drainasi air di dalam &ontoh tanah, yakni : a) *engu"ian *ndrained 3 air tidak diperbolehkan terdrainasi, sehingga tidak ter"adi disipasi tekanan air pori selama pemberian tegangan keliling. Demikian "uga, air tidak diperbolehkan terdrainasi selama pembebanan tegangan deviator. b) *engu"ian Consolidated-*ndrained 3 air diperbolehkan terdrainasi selaama pemberian tegangan keliling, sehingga benda u"i dapat terkonsolidasi sepenuhnya pada tegangan keliling ini. *ada saat pembebanan tegangan deviator, air tidak diperbolehkan terdrainasi dari benda u"i. &) *engu"ian %rained 3 air dari benda u"i diperbolehkan terdrainasi selama pengu"ian, sehingga benda u"i dapat terkonsolidasi sepenuhnya pada tegangan keliling dan tidak boleh ter"adi tekanan air pori selama pembebanan dengan tegangan deviator. iasanya, pengu"ian triaksial dilakukan terhadap "enis!"enis tanah sebagai berikut : a) b) &) d)
*engu"ian *ndrained pada tanah kohesif "enuh sempurna. *engu"ian *ndrained pada tanah kohesif "enuh sebagian. *engu"ian Consolidated *ndrained pada tanah "enuh sempurna. *engu"ian Consolidated *ndrained pada tanah "enuh sebagian.
e) *engu"ian %rained'
21
Kuat Geser Tanah
3.3.2
Pengian Undrained pa(a ,anah Kohesi& enh Se$prna
*engu"ian dilakukan pada &ontoh tanah tak terganggu dari lempung, lanau dan gambut untuk memperoleh kekuatan alami tanah atau pada &ontoh tanah lempung remasan (remoulded ) di laboratorium. 4egangan deviator saatruntuh tidak tergantung dari tekanan keliling.8ambar di ba-ah &ontoh lingkaran tegangan $ohr. ila kuat geser ditun"ukkan sebagai fungsi tegangan normal total dari hukum oulomb :
τ f / & u 0 6 tan u, dan bila u / @, maka & u / 9 (61 6+)f . Kuat geser yang diperoleh dapat digunakan dalam analisis stabilitas menggunakan tegangan total, analisis ini dikenal sebagai metoda analisis / @ (#kempton, 1I;Q).
'a$%ar 3.2 Gingkaran tegangan $ohr untuk pengu"ian undrained pada tanah kohesif "enuh
sempurna ila selama pengu"ian dilakukan pengukuran tekanan air pori, tegangan!tegangan efektif saat runtuh dapat ditentukan. ntuk tanah lempung "enuh sempurna tegangan utama major 61 (/ 61 u) dan tegangan utama minor 6+ ( / 6+ u) tidak tergantung dari besar tekanan sel yang diberikan. Fadi, hanya dapat diperoleh satu lingkaran tegangan efektif yang diperoleh (8ambar +) dan bentuk selubung keruntuhan untuk tegangan efektif tidak dapat diperoleh. ntuk itu, perlu dilakukan pengu"ian consolidated undrained atau pengu"ian drained .
*erubahan tekanan air pori yang ter"adi pengambilan dan persiapan &ontoh tanah dapat ter"adi saat pengambilan &ontoh anah di lapangan. 4egangan saat runtuh yang diambil harus berupa tegangan deviator maksimum. *ada beberapa &ontoh tanah yang melunak setelah mengalami konsolidasi berat (heavil" consolidated ) , dan pada &ontoh tanah remasan, keruntuhan ter"adi pada kondisi plasti& pada tegangan konstan dan setelah ter"adi regangan aksial yang sangat besar, yakni sekitar 1@% hingga 2@%. 3.3.3
Pengian Undrained pa(a ,anah Kohesi& enh Se%agian
plikasi pengu"ian ini dilakukan pada &ontoh tanah yang dipadatkan di laboratorium pada kadar air dan kepadatan tertentu. *engu"ian ini "uga dilakukan untuk &ontoh tanah tak
22
Kuat Geser Tanah
terganggu dari perlapisan tanah di lapangan yang "enuh sebagian (misalnya tanah residual), atau &ontoh tanah dari timbunan yang dipadatkan.4egangan deviator saat runtuh meningkatsesuai dengan tekanan keliling (sel). *eningkatan in men"adi lebih ke&il se&ara progresif saat kandungan udara dalam pori!pori termampatkan hilang melalui pelarutan, dan berhenti ketika tegangan!tegangan &ukup besar untuk men"enuhkan &ontoh tanah. #elubung keruntuhan dari tegangan total berbentuk non!linier (8ambar +.+), nilai &u dan u dapat diperoleh untuk kisaran tegangan tertentu.
'a$%ar 3.3 Gingkaran tegangan $ohr hasil u"i undrained untuk tanah "enuh sebagian,
(a) tegangan total, (b) tegangan efektif ila tekanan air pori diukur selama pengu"ian, dapat digambarkan selubung keruntuhan tegangan efektif (8ambar +.+b) yang hampir linier. *enentuan nilai & dan pada setiap pengu"ian dimana ter"adi geseran pada kondisi undrained , timbul keraguan mengenai kondisi tegangan saat runtuh. *erubahan tegangan
deviator dan tekanan air pori yang ter"adi selama peng u"ian terhadap &ontoh tanah yang &enderung melebar (dilatasi) ditun"ukkan pada 8ambar +.; (a) dan (b). 'ilai & dan hampir sama dengan nilai maksimum. *eningkatan tegangan deviator ter"adi setelah nilai tersebut sebagai akibat turunnya tekanan air pori, seperti &ontoh dari titik (1) ke titik (2), akibat ke&enderungan tanah mengembang (dilatasi) saat digeser.
23
Kuat Geser Tanah
'a$%ar 3.- Hariasi kondisi tegangan selama engu"ian undrained untuk tanah dilatan, (a)
tegangan deviator, (b) permaterial tekanan air pori, dan (&) lingkaran $ohr tegangan efektif 3.3.-
Pengian Consolidated Undrained pa(a ,anah enh Se$prna
*engu"ian dilakukan pada &ontoh!&ontoh tanah lempung, lanau dan gambut, pada &ontoh tanah lempung dan lanau remasan, dan pada &ontoh tanah tanah tak berkohesi, seperti pasirdan kerikil.*ada kasus tanah tak berkohesi, karet membrane ditopang oleh &etakan kaku. ntuk pengu"ian standar, &ontoh tanah dikonsolidasi terlebih dahulu pada tekanan sel, kemudian benda u"i digeser pada kondisi undrained dengan beban aksial. #eperti halnya pengu"ian undrained , tekanan sel saat benda u"i digeser tidak berpengaruh terhadap kekuatannya. Casil pengu"ian adalah berupa tegangan total &uyang diplotkan terhadap tekanan konsolidasi p. Casil pengu"ian consolidated-undrained berupa tegangan total dapat diaplikasikan se&ara terbatas di lapangan. ila tekanan air pori diukur selama pengu"ian, hasilnya berupa tegangan efektif. 'ilai & dan dapat diperoleh dan diaplikasikan dalam analisis.'ilai & dan biasanya ditentukan berdasarkan lingkaran tegangan efektif sesuai dengan tegangan deviator maksimum.
24
Kuat Geser Tanah
'a$%ar 3./ *engu"ian pada tanah "enuh sempurna3 (a) kadar air, (b) kekuatan undrained ), (&) 'ilai f , diplot terhadap tekanan konsolidasi p, (d) #elubung lingkaran $ohr
tegangan efektif
25
Kuat Geser Tanah
3.3./
Pengian Consolidated Undrained pa(a ,anah enh Se%agian
iasanya, pengu"ian ini dilakukan terhadap &ontoh tanah tak terganggu atau &ontoh tanah timbunan yang dipadatkan, terutama ketika tingkatpen"enuhan tidak terlalu rendah untuk menghasilkan kisaran tegangan pada pengu"ian undrained untuk menentukan selubung keruntuhan yang baik. *engu"ian tersebut "uga digunakan untuk mempela"ari pengaruh terendamnya lapisan fondasi atau material timbunan tanah, dan mengindikasikan besarnya perubahan volume.Sendaman (ban"ir), meskipun ter"adi pada perioda bulanan pada suatu gradient hidraulik yang siknifikan, hal tersebut tidak dapat men"enuhkan benda u"i di laboratorium. Fadi, untuk pengu"ian tertentu, kekuatan yang diukur selama tahap pengu"ian undrained$ tidak tergantung dari perubahan tekanan sel pada tahap ini, dan tidak dapat
menggambarkan nilai &u seperti kasus tanah "enuh sempurna. nalisis tegangan total tidak praktis dilakukan. 'ilai tegangan!tegangan efektif saat runtuh diperoleh dari pengukuran tekanan air pori, dan nilai & dan dapat ditentukan.Di ba-ah adalah &ontoh pengu"ian triaksial yang selubung kelongsoran digambarkan dengan lingkaran $ohr dan p A.
'a$%ar 3.4 #elubung kelongsoran dengan lingkaran $ohr dan p!A
26
Kuat Geser Tanah
3.3.4
Pengian Drained
*engu"ian drained dilakukan pada &ontoh semua "enis tanah, yakni &ontoh tak terganggu, remasan, dipadatkan, baik "enuh sempurna maupun "enuh sebagian. *ada pengu"ian standar, benda u"i dikonsolidasi pada tekanan keliling (sel), kemudian digeser dengan pembebanan aksial dengan ke&epatan geser yang &ukup lambat untuk menghindari ter"adinya tekanan air pori berlebih. 4egangan utama minor 6+ saat runtuh sama dengan tekanan konsolidasi p3 tegangan utama ma"or 61, adalah tegangan aksial. Karena tekanan air pori nol, tegangan!tegangan efektif sama dengan tegangan!tegangan yang diberikan (beker"a), dan selubung kekuatan geser atau tegangan!tegangan efektif dapat diperoleh langsung dari lingkaran!lingkaran keruntuhan, seperti gambar di ba-ah. 'ilai!nilai & dan yang diperoleh dari hasil pengu"ian drained diganti dengan &d dan d. *engu"ian drained "uga memberikan informasi terhadap perubahan volume yang diikuti dengan aplikasi tekanan keliling, tegangan deviator dan karakteristik tegangan!regangan tanah.
'a$%ar 3.5 Gingkaran $ohr pada pengu"ian drained$ (a) tanah terkonsolidasi normal, dan
(b) tanah terkonsolidasi berlebih 3.- Kentngan (an Keter%atasan Pengian ,riaksial
Keuntungan yang menon"ol dari pengu"ian triaksial, adalah: kontrol terhadap kondisi drainasi dan pengukuran tekanan air pori. Cal tersebut tidak dapat dilakukan oleh "enis pengu"ian kuat geser lainnya. Keruntuhan akibat tekanan air pori berlebih adalah merupakan faktor terbesar dari ter"adinya keruntuhan.
27
Kuat Geser Tanah
Ke&uali penggunaan kotak geser (shear bo3 ) untuk mengukur kekuatan geser tanah dalam kondisi drained dan karakteristik perubahan volume, alat triaksial telah digunakan untuk mempela"ari karakteristik kuat geser dan tekanan air pori. Keterbatasan dari pengu"ian menggunakan triaksial, antara lain adalah : a) *engaruh tegangan utama intermediate (62). b) *erubahan arah tegangan utama. &) *engaruh pengekangan akhir, antara end cap dengan benda u"i. d) Gama -aktu pengu"ian. 3.-.1
Pengarh tegangan ta$a intermediate
Dalam tabung silinder (chamber ) pengu"ian triaksial, tegangan utama intermediate (62) sama dengan tegangan utama minor (6+). *ada prakteknya sebagai pendekatan pada plane strain, nilai 62 biasanya lebih tinggi dari 6+, hal tersebut akan dapat mempengaruhi & dan serta parameter tekanan air pori dan . 3.-.2
Per%ahan arah tegangan ta$a
Dalam tabung silinder pengu"ian triaksial, bidang!bidang utama (principle planes) ditentukan berhubungan dengan sumbu benda u"i. *ada tanah yang berlapis!lapis (laminated ) sebagai hasil dari terkonsolidasi berlebih (over consolidated ) atau metoda pemadatan atau akibat dari pengendapan, nilai &dan akan dipengaruhi oleh inklinasi bidang, dimana ter"adi tegangan geser maksimum.*engaruhnya dapat dipela"ari dengan memotong benda u"i dengan sumbunya dimiringkan sedemikan rupa, sehingga permukaan keruntuhan dapat mengikuti bidang lemah alami.'ilai & dan adalah parameter yang paling dipengaruhi oleh laminasi dalam lapisan terkonsolidasi berlebih. 3.-.3
Pengarh Pengekangan Akhir
Eriksi antara u"ung benda u"i dengan end cap yang kaku yang diperlukan untuk meneruskan beban aksial membatasi deformasi lateral di dekat permukaan. Cal tersebut akan mempengaruhi kondisi tegangan dan regangan yang seragam, yakni : ! ! !
Karakteristik kekuatan. Karakteristik perubahan volume. Karakteristik tekanan air pori.
*engu"ian dilakukan dengan menggunakan penahan khusus untuk menghilangkan pengekangan akhir (end restrain), "uga menggunakan benda u"i yang mensyaratankan pan"ang benda u"i minimal 2 kali diameter. 3.-.-
La$a 6akt Pengian
Gama -aktu pengu"ian yang biasa digunakan dalam pengu"ian triaksial mengundang perdebatan, terutama adanya fenomena rangkakan (creep). plikasi tegangan geser terhadap benda u"i "enuh sempurna pada kondisi undrained akan mengakibatkan ter"adinya tekanan air pori berlebih. *engu"ian undrained dikontrol oleh nilai tekanan air pori. Cubungan antara tekanan air pori dengan tegangan deviator tidak tergantung dari la"u pengu"ian, tetapi
28
Kuat Geser Tanah
oleh nilai rata!rata, oleh karena itu kekuatan yang diukur, dipengaruhi oleh banyaknya &ontoh tanah. 4ekanan air pori a-al Xundrained Y tidak menun"ukkan kondisi paling kritis. *endistribusian tekanan air pori lokal pada "arak yang pendek atau pada sisipan (seams) yang mempunyai permeabilitas yang lebih tinggi &enderung membuat peningkatan se&ara gradual terhadap tekanan air pori sebelum drainasi men"adi efektif (4er7aghi and *e&k, 1I;Q, Zard, *enman and 8ibson, 1I<+). *ada kasus lempung terkonsolidasi berlebih, dimana saat penggeseran dapat men"adikan turunnya tekanan aair pori pada kondisi undrained , terlambatnya keruntuhan sebagai konsekuensi dari peningkatan tekanan air pori yang ter"adi. 1. Pengian Un(raine( tanpa Pengkran ,ekanan Air Pori
iasanya, pengu"ianan dilakukan terhadap &ontoh tanah kohesif kondisi "enuh sempurna, baik tak terganggu (undisturbed ) maupun &ontoh remasan (remoulded ) dengan diameter 19Y (+<, Q mm). ntuk pengu"ian rutin, la"u pembebananperegangan (strain rate)yang diberikan adalah sekitar 17 " 278$enit . Segangan yang diberikan hingga ter&apai keruntuhan tergantung dari: "enis tanah, ri-ayat konsolidasi dan dera"atketergangguan &ontoh tanah. *ada &ontoh tanah lempung tak terganggu terkonsolidasi normal, dan pada beberapa &ontoh lempung terkonsolidasi berlebih dengan kekuatan tinggi, keruntuhan ter"adi pada regangan antara 2% <%.*ada &ontoh remasan lempung mengandung kerakal, keruntuhan dapat ter"adi pada regangan sekitar +@%. 2. Pengian Un(raine( (engan Pengkran ,ekanan Air Pori
*engu"ian ini biasanya dilakukan terhadap &ontoh material tanah yang dipadatkan untuk timbunan bendungan. kibat adanya kandungan udara, peningkatan tekanan keliling pada kondisi undrained membuat ter"adinya pengurangan volume dan peningkatan tegangan efektif. Gingkaran!lingkaran tegangan $ohr yang diperoleh dari se"umlah pengu"ian pada tegangan!tegangan keliling yang berbeda!beda membuat selubung tegangan efektif dapat ditarik, bila dilakukan ppengukuran tekanan air pori. Diameter benda u"i yang biasa digunakan adalah ;Y (1@@ mm). $eskipun pada tanah lempung yang mempunyai permeabilitas rendah, penggunaan kertas strip filter untuk memper&epat disipasi tekanan air pori, la"u penggeseran biasanya dilakukan sekitar 4 a$ . 4abel di ba-ah memandu la"u pembebananpengu"ian pada pengu"ian undrained dengan pengukuran tekanan air pori.
,a%el 3.1 Ga"u pembebanan untuk pengu"ian undrained dengan pengukuran tekanan air pori
(ishop [ Cenkel, 1IR2) Fenis 4anah
*ermeabilitas (&ms)
Koefisien konsolidasi
Ga"u
Zaktu runtuh
pembebanan
(Fam)
29
Kuat Geser Tanah
!;
Gempung
!1
(%mnt)
Di ba-ah
Di atas
@,@Q
N$ (%) 1
N$ (%) 29
19
+
2;
;!Q
1\1@
2\1@
laut
hingga
hingga
($oraine) Gempung
1\1@!J 1\ 1@!J
2\1@!2 2\1@!2
@,@Q dengan
kerakalan
hingga
hingga
strip kertas
!R
!+
Gempung
1\1@ 1\1@!R
2\1@ 2\1@!+
filter @,@Q!@,@;
kerakalan
hingga
hingga
dengan strip
!;
kertas filter
!Q
dan
1\1@
2\1@
lempung residual 3. Pengian Consolidated-Undrained
*engu"ian dapat dilakukan tanpa atau dengan pengukuran tekanan air pori, tetapi pada umumnya dilakukan dengan pengukuran tekanan air pori..ntuk pasir "enuh lama -aktu pengu"ian biasanya sekitar satu "am,untuk lempung "enuh memakan -aktu sekitar - 9 4 a$.ntuk tanah
lempung "enuh sebagian, biasanya
pengu"ian dilakukan dengan
menggunakan benda u"i berdiameter ;Y (1@@ mm). -. Pengian Drained
*engu"ian dikonsolidasi pada tegangan keliling (6+) terlebih dahulu, kemudian diberi pembebanan geser dengan memperbolehkan ter"adinya drainasi air dari benda u"i.Ga"u pembebanan geser diatur sedemikian rupa, sehingga tekanan air porinyanol selama pengu"ian. #ebelum diberikan pembebanan geser, benda u"i dikonsolidasi pada tegangan keliling.Dari hasil konsolidasi tersebut dapat diperoleh -aktu konsolidasi t1@@ dan koefisien konsolidasi &v. Zaktu keruntuhantf dapat dihitung dengan menggunakan rumus di ba-ah.
t f
=
h
2
η .0,05
=
20h
2
η cv
η adalah suatu faktor yang tergantung dari kondisi drainasi benda u"i3 bila tanpa
η menggunakan kertas filter sebagai drainasi radial (hanya melalui u"ung atas dan ba-ah),
η /+,@ dan bila menggunakan filter drainasi radial (plus u"ung ba-ah dan atas),
/;@,;.yang
30
Kuat Geser Tanah
ntuk memilih la"u pembebanan yang sesuai, perlu "uga diketahui regangan keruntuhan tergantung dari "enis tanah dan ri-ayat konsolidasinya.#ebagai gambaran regangan keruntuhan dan -aktu keruntuhan ditun"ukkan seperti tabel di ba-ah. ,a%el 3.2Segangan dan -aktu keruntuhan dari beberapa "enis tanah (ishop [ Cenkel,
1IR2) Fenis 4anah
GG (%)
*G(%)
Segangan
Zaktu keruntuhan
keruntuhan
(Fam)
(%) 1. ontoh 4ak 4erganggu ! 4erkonsolidasi normal ! 4erkonsolidasi berlebih 2. ontoh Semasan ! 4erkonsolidasi normal ! 4erkonsolidasi berlebih !
dengan rasio ; 4erkonsolidasi dengan rasio 2;
berlebih
2Q!1@+
1Q!+;
2@!2;
;J!<@
;+!Q@
1Q!2R
;!Q
Q!+@
;+!RQ
1Q!2J
2@!22
+@!;Q
;+!RQ
1Q!2J
11!1;
+@!;Q
;+!RQ
1Q!2J
Q!2;
ntuk analisis stabilitas "angka pan"ang dimana solusinya berdasarkan parameter!prameter tegangan efektif dan tekanan air pori, baik yang dihitung maupun yang diukur di lapangan, pengu"ian drained biasanya memerlukan -aktu sekitar : hari hingga 3 hari, tergantung "enis tanahnya. *ada bendungan urugan, tekanan air pori yang kritis ter"adi saat pelaksanaan konstruksi atau saat air -aduk surut &epat. Kesalahan pengu"ian dapat dikurangi dengan menggunakan la"u pengu"ian yang lebih lambat di laboratorium, se&ara praktis dengan menggunakan la"u minimum yang konsisten dengan memperoleh drainasi keseluruhan (full drainage) dalam pangu"ian drained atau pengukuran tekanan air pori yang teliti dalam pengu"ian undrained . Kesalahan pada kondisi tertentu ini diimbangi oleh pengaruh dari tegangan intermediate (62) dan perhitungan dua dimensi dari analisis stabilitas. *engu"ian rutin undrained pada &ontoh tanah tak tergangggu biasanya dilakukan dalam -aktu sekitar 1@ ! 1< menit. *enggunaan langsung dari hasil tersebut dalam analisis tegangan total men&akup antara lain parameter!parameter &, dan tekanan air pori.
,a%el 3.3 Kuat geser material lempung di ndonesia ('a"oan 1II@)
31
Kuat Geser Tanah
3./Ui 'eser La%oratori$ Lainn+a 3./.1
U$$
"i kuat geser di laboratorium dilakukan baik pada &ontoh tanah tak terganggu maupun yang terganggu dari material fondasi dan tubuh bendungan.*engu"ian ini dilakukan untuk memperoleh parameter kuat geser yang diperlukan dalam analisis stabilitas bendungan. Pang termasuk u"i kuat geser di laboratorium adalah u"i tekan bebas (#' @+!+J+Q!1II;), u"i geser triaksial (#' @+!2;<
Kat 'eser ,ak ,erkekang
4u"uan u"i kuat geser tanah tak terkekang (biasa "uga dikenal sebagai kuat tekan bebas) adalah untuk mengukur kuat geser tidak terdrainase (&u) lempung dan lempung lanauan."i ini dapat dilakukan dengan menga&u pada standar u"i #' @+!+J+Q atau #4$ D 21JJ.*engu"ian ini "uga disebut X4uic# compression test Y, karena pembebanan aksial dilakukan dalam -aktu yang relatif &epat, dan tidak ter"adi perubahankadar air dalam benda u"i selama pengu"ian.
32
Kuat Geser Tanah
*engu"ian kuat tekan bebas dilakukan terhadap suatu benda u"i silindris dengan memberikan pembebanan aksial se&ara menerus hingga ter"adi keruntuhan. Ga"u pembebanan konstan yang diberikan biasanya sekitar @,+ 1@%menit, tetapi la"u sekitar 2%menit telah &ukup memuaskan untuk sebagian besar "enis tanah lempungan, sampai men&apai keruntuhan dalam -aktu sekitar < ! 1@ menit. iasanya, diamataer (D) benda u"i standar adalah 19Y (+<,Q mm) dengan pan"ang 2 D. Casil pengu"ian dinyatakan dalam Au / *&, dimana * adalah beban aksial dan & adalah
A0 1 − ε f luas penampang saat runtuh, &/
ε f , @ adalah luas penampang benda u"i a-al dan
adalah regangan (strain) -aktu runtuh). 'ilai kuat geser undrained &u / su / 9 Au.
'a$%ar 3.; Cubungan tegangan!regangan dari hasil u"i tekan tidak terkekang (#)
Cal!hal yang perlu diperhatikan dalam menganalisis hasil u"i kuat tekan bebas ini, adalah : 1) *enentuan kuat tekan bebas (tidak terkekang) dari tanah tidak terganggu, &etak ulang atauyang dipadatkan dibatasi pada tanah kohesif atau tersementasi se&ara alami atau buatan. Kuat geser yang dihasilkan dari u"i ini pada tanah nonkohesif terlalu rendah,namun biayanya murah dan -aktu pelaksanaannya relatif singkat. Nleh karena itu,"ika tidak ada tekanan lateral dan kontrol tekanan air pori se&ara keseluruhan,hasilnya men"adi tidak teliti. 2) Kurva tegangan!regangan dan ragam keruntuhan yang teramati selama pengu"iandapat memperlihatkan karakteristik lainnya. #ebagai &ontoh keruntuhan yangkurang baik atau perosokan &ontoh menggambarkan tanah yang relatif lunak sepertipada lempung gemuk, sementara keruntuhan kaku se&ara tiba!tibamenggambarkan lempung kering atau material tersementasi. Kurva tegangan!reganganyang dikembangkan dari hasil u"i ini harus digunakan dengan hati!hatiuntuk penentuan modulus tanah sebagai masukan
33
Kuat Geser Tanah
dalam analisis numerik(misalnya analisis elemen hingga) yang sangat peka terhadap perubahan modulus. +) 4anah
dengan
rekahan
miring,
lensa!lensa
pasir
dan
lanau
serta
&ermin
sesarmempunyai ke&enderungan runtuh lebih a-al sepan"ang bidang perlemahan dalamu"i tekan tidak terkekang ini. Sagam keruntuhan ini perlu dilaporkan kepada tenagaahli geoteknik, karena kemungkinan memerlukan u"i yang lebih &anggih seperti u"itriaksial untuk menentukan kekuatan di lapangan yang lebih realistis. 3./.3
Ui 'eser Langsng
$etode
pengu"ian
standar
untuk
u"i
geser
langsung
(direct
shear
test )
dalam
kondisiterkonsolidasi dan terdrainase di"elaskan pada #4$ D+@Q@!I@.$etode pengu"ian tersebut diringkaskan sebagai berikut: ! ! ! ! !
benda u"i diletakkan pada alat geser langsung, tegangan normal yang telah ditentukan diberikan, ketetapan dibuat untuk pembasahan atau drainase benda u"i, atau keduanya, benda u"i dikonsolidasikan dengan suatu tegangan normal, rangka yang menahan benda u"i kemudian dibuka dan satu rangka di dorongmendatar
!
terhadap lainnya dengan ke&epatan deformasi geser yang konstan, gaya geser dan regangan horisontal selagi benda u"i digeser diukur.
Cal!hal berikut diambil dari pen"elasan metode pengu"ian: !
tiga atau lebih benda u"i diu"i, masing!masing pada beban normal yangberbeda, untuk menentukan pengaruhnya terhadap tahanan geser danperpindahan, dan terhadap sifat!
!
sifat kekuatan seperti selubung lingkaran$ohr, kondisi pengu"ian, termasuk beban normal, ke&epatan penggeseran danlingkungan
!
kelembaban, ditentukan yang me-akili kondisi lapangan yangsedang diselidiki, diameter benda u"i minimum untuk benda u"i yang berbentuk silindris,atau lebar benda u"i yang berbentuk bu"ur sangkar, dan ketebalan benda u"ia-al minimum ditentukan3 perbandingan minimum diameter benda u"iterhadap tebal atau lebar terhadap ketebalan
!
ditentukan sebagai 2:1, keruntuhan ditentukan pada tegangan geser maksimum yang di&apai atautegangan
!
geser pada 1< sampai 2@% regangan lateral relatif, benda u"i dikonsolidasikan pada beban normal yang diinginkan yangdiberikan pada satu atau lebih kenaikan. *emberian beban dengan satukenaikan &o&ok untuk tanah yang relatif keras3 untu# tanah "ang relatifluna#$ pemberian beban normal pada beberapa
!
#enai#an mung#indiperlu#an untu# mencegah #erusa#an pada benda uji$ untuk semua kenaikan beban, akhir dari konsolidasi primer harus diperiksasebelum
melan"utkan !
pengu"ian
#4$
D2;+
kemudianlakukan
pemeriksaan
perpindahan normal terhadap log -aktu atau akarkuadrat -aktu dalam menit, setelah konsolidasi primer di&apai, benda u"i diberi pembebanan geser dengan ke&epatanyang
!
(lihat
bergantung
pada
karakteristik
konsolidasi
tanah.
Ke&epatan
harussedemikian rupa sehingga tak ada tekanan air pori berlebih pada saatkeruntuhan, perkiraan ke&epatan yang &o&ok ditentukan sebagai berikut:
34
Kuat Geser Tanah
a) perkirakan -aktu minimum yang diperlukan dari a-al pengu"iansampai keruntuhan, (dalam menit), berdasarkan hubungan: tf / <@t<@ dengan: t<@ adalah -aktu yang diperlukan benda u"i untuk men&apai <@persen konsolidasi akibat tegangan normal yang ditentukan (ataukenaikan daripadanya) dalam menit, b) tentukan ke&epatan dari hubungan: dr / df tf dengan: dr adalah ke&epatan, mmmenit3 df adalah perkiraan perpindahan hori7ontal pada saat keruntuhan,mm. sebagai petun"uk, nilai df / 12 mm disarankan untuk digunakan "ika materialtersebut tanah berbutir halus yang terkonsolidasi normal atau sedikitterkonsolidasi3 kalau tidak gunakan df / < mm, &) beberapa tanah seperti pasir padat dan lempung terkonsolidasi lebih,kemungkinan tidak menampakan kurva perpindahan normal terhadap -aktuyang "elas. #aran!saran telah diberikan untuk memilih nilai tf yang sesuaiuntuk tanah ini. $etode untuk menentukan nilai tf untuk tanah yangmengembang "uga diberikan, d) bidang keruntuhan benda u"i tanah kohesif harus dipotret, disketsa ataudi"elaskan se&ara tertulis. Cal!hal yang perlu diperhatikan dalam pengu"ian ini, adalah : a Ui geser langsng DS 1) "i %5 adalah u"i geser tertua dan paling sederhana pelaksanaannya. Kelemahan
u"iini yaitu bidang gesernya tertekan dengan kondisi sebagai berikut: ! idang runtuh sudah ditentukan terlebih dahulu yaitu berupa bidang hori7ontal !
yang belum tentu merupakan bidang yang terlemah. Fika dibandingkan dengan u"i triaksial, drainase pada u"i ini tidakterkontrol.
!
Kondisi tegangan pada benda u"i tanah sangat komplek. Distribusitegangan normal dan tegangan geser meliputi permukaan longsor tidakseragam, se&ara tipikal
u"ung!u"ungnya
mengalami
tegangan
lebih
besardaripada
bagian
pusattengah. Nleh karena itu, bisa ter"adi keruntuhan progresifyang sangat besar, misalnya kuat geser tidak termobilisasise&ara simultan. 2) Zalaupun ada kelemahan, u"i geser langsung masih tetap banyak digunakankarena sederhana dan mudah dilaksanakan. *engu"ian ini menggunakan volume tanahyang lebih sedikit dibandingkan alat triaksial standar, sehingga -aktu konsolidasi lebihsingkat. "i kotak geser langsung (D#) dengan la"u pembebanan yang rendah akan memberikannilai parameter kuat geser efektif & dan ]^ yang&ukup teliti (lihat gambar di ba-ah).
35
Kuat Geser Tanah
+) *engulangan siklus geser se&ara berkali!kali di sepan"ang arah yang sama akan memberikan parameter kuatgeser residual (&r dan ]r ^). "i geser langsung dapat diaplikasikan khususnya padadesain fondasi yang diperlukan untuk menentukan sudut geser antara tanah danmaterial fondasi yang dibangun, misalnya geseran antara dasar fondasi beton dantanah di ba-ahnya. Dalam hal ini, kotak ba-ah diisi dengan tanah dan kotak atasterdiri atas material fondasi.
'a$%ar 3.< ontoh hasil u"i %5 pada lempung terkonsolidasi normal b) Ui geser se(erhana (DSS = Direct simple shear) 1) "i %55 dikembangkan terutama untuk memperbaiki u"i geser langsung (%5)dengan
memberikan
distorsi
regangan
geser
dibandingkan
regangan
(displasement) horisontal. *ada tahap a-al digunakan benda u"i bulat terkekang dalam membran karet dengan serangkaian &in&in kaku yang ber"arak rata. 2) Hersi u"i lainnya dikembangkan oleh the 6or!egian 7eotechnical 8nstitute (678 ) dandigunakan benda u"i persegi dengan pelat u"ung berengsel, yang dapat berpuntiruntuk mengatur agar pan"ang benda u"i tetap selama ter"adi geseran. Hersi 678 inidigunakan oleh se"umlah institusi geoteknik.
+) *ada umumnya alat ini digunakan untuk membantu studi regangan bidang (misalbeban tanggul atau bendungan). #tudi yang dilakukan di M8,$ 678$ 5!edish7eotechnical 8nstitute, dan &olitecnico di ,orino telah menyimpulkan bah-a %55menghasilkan ragam yang paling representatif untuk kekuatan ker"a tanah tidak
terdrainase
yang digunakan
dalam
analisis stabilitas termasuk bendungan,
fondasi,dan galian dalam tanah lunak.
3./.-
Ui 'eser Bolak"Balik
"i geser bolak!balik (reversal shear bo3 ) adalah alat modifikasi alat geser langsung dengan melakukan penggeseran &ontoh tanah se&ara bolak!balik dan berkali!kali untuk memperoleh
36
Kuat Geser Tanah
kuat geser sisa (residual ).iasanya kuat geser sisa ini digunakan pada lapisan tanah yang pernah mengalami kelongsoran atau batuan serpih yang berlapis!lapis. ara penentuan parameter diperoleh dengan menggunakan alat u"i geser bolak!balik (reversal shear bo3 ), atau torsional ring shear , dimana nilai kuat geser sisa (residual ) diambil saat kondisi benda u"i digeser beberapa kali, sehingga kuat geser sisa telah men&apai nilai yang hampir konstan. Casil pengu"ian kuat geser residual menggunakan alat reversal shear bo3 ditun"ukkan seperti gambar di ba-ah.
Kekuatan geser material tidak "enuh se&ara substansial umumnya lebih besar dibandingkan dengan material tersebut pada kondisi "enuh.$eskipun demikian, kondisi yang mendekati "enuh dapat di&apai pada kondisi lereng yang bervegetasi serta pada permukaan yang dilindungi, ke&uali "ika lereng se&ara efektif telah terlindung sedemikian rupa baik dari efek infiltrasi se&ara langsung maupun tidak langsung.
'a$%ar 3.1= lat geser bolak!balik (reversal shear bo3 )
37
Kuat Geser Tanah
'a$%ar 3.11 Casil u"i kuat geser residual menggunakan alat reversal shear bo3
3.4Ui 'eser Lapangan *engu"ian untuk memperoleh kuat geser tanah undrained yang untuk lapisan tanah fondasi yang kohesif dan "enuh adalah menggunakan alat baling!baling (vane shear apparatus ). *engu"ian dapat dilakukan melalui lubang bor atau bila tanahnya lunak dan tidak dalam (M 1@ m) dapat dilakukan dengan &ara penusukan alatnya sendiri. *eralatan u"i geser baling yang digunakan yailu yang mempunyai rangkaian sebagai berikut: (1) baling harus berdaun empat, berbentuk run&ing bersudut I@U atau persegi empat dengan ukuran!ukuran yang standar3 (2) batang pemuntir, yang menghubungkan baling dengan alat pemuntir harusmempunyai diameter tertentu (standar), agar tidak tertekuk -aktu ditekanatau terpuntir -aktu pengu"ian3 (+) kerangka batang pemuntir untuk men&egah gesekan tlntara batang!batangpemuntir dan pipa pelindung lubang bor atau dinding lubang bor3
38
Kuat Geser Tanah
(;) apabila kerangka batang pemuntir tidak digunakan, maka pasanglah bantalan peluru pada pipa pemuntir di setiap interval +,@@ m, untuk men&egahkemungkinan batang terdorong ke samping3 (<) alat pemuntir baling yang berfungsi untuk memuntir batang!batang pemuntirbaling, dengan ketentuan : !
harus &ukup teliti dan mempunyai ketepatan pemba&aan momen puntir3
!
pemba&aan momen puntir harus menghasilkan ketelitian 2 k*a dari kekuatan geser tanah yang diu"i3
!
pemilihan alat pemuntir dengan sistem roda gigi lebih dian"urkan daripada pemuntir tangan dengan kun&i pemutar3
!
alat pemba&a momen puntir dan stop !atch harus dikalibrasi minimal + tahunsekali dan atau pada saat diperlukan.
*engu"ian dilakukan dengan &ara memasukkan baling!baling ke dasar lubang bor atau kerangka batang pemuntir baling, dengan &ara mendorongmenekan u"ung baling!baling sampai pada kedalamandasar lubang bor yang diinginkan. Gakukan pengu"ian dengan &ara: !
putar stang pipa di bagian atas dengan ke&epatan sekitar @,1@ detik.
!
keruntuhan &ontoh pada tanah lempung biasanya ter"adi setelab 2 ! < menit, danpada tanah lempung sangat lembek ter"adi setelah 1@ ! 1< menit3
!
&atat momen puntir yang ter"adi pada alat pemuntir dengan sistem roda gigiselang 1@ detik sampai &ontoh runtuh3
!
hitung momen puntir yang mengakibatkan keruntuhan lapisan tanah di sekitar baling,dengan menggunakan persamaan :
4/s\K dimana: 4 / momen puntir ('.m)3 s / kekuatan geser tanah berkohesi ('m2)3 K / konstanta yang tergantung padabentuk dan ukuran baling (m+). ntuk bentuk baling segi empat, hitung nilai konstanta K, dengan menggunakan persamaan: K / (_1@^) ` (DWC2) \ (1 0 D+C) dimana: D / diameter baling (&m)3 C / tinggi baling (&m). ntuk bentuk baling segi empat, hitung nilai konstanta K, dengan menggunakan persamaan: K / 11@^_ D 0 @,+R(2D ! d+)c dimana: D / diameter baling (&m)
39
Kuat Geser Tanah
d / diameter batang (&m). Citung sensitivitas dengan menggunakan persamaan: #t / #u#r dimana: #t / sensitivitas3 #u / kekuatan geser tanah tak terganggu3 #r / kekuatan geser tanah &etak ulang (remoulded ).
'a$%ar 3.12 lat u"i geser undrained baling!baling (vane shear )
Casil pengu"ian kuat geser undrained (#u) harus dikoreksi berdasarkan nilai indeks plastisitas tanah (*).
'a$%ar 3.13 Eaktor koreksi baling terhadap indeks plastisitas(Chandler , 1IQQ)
eberapa korelasi antara nilai kuat geser dengan sondir dapat dilihat pada Gampiran .
40
Kuat Geser Tanah
'a$%ar 3.1- Casil u"i baling!baling in!situ
BAB I> APLIKASI DALA! ANALISIS 41
Kuat Geser Tanah
-.1 U$$ Casil pengu"ian bisa diterapkan untuk menilai kekuatan pada situasi lapangan di mana konsolidasi telah selesai akibat tegangan normal yang ada.Casil dari beberapa pengu"ian bisa digunakan untuk menyatakan hubungan antara tegangan konsolidasi dan kuat geser terdrainase.Kuat geser yang didapat dari pengu"ian geser langsung dapat digunakan untuk perhitungan stabilitas dan berlaku terutama untuk bagian tengah bidang gelin&ir yang horisontal. $eskipun demikian, pada u"i geser langsung, keruntuhan mungkin tidak ter"adi pada bidang yang paling lemah karena keruntuhan dipaksa untuk ter"adi pada atau mendekati bidang horisontal pada bagian tengah benda u"i. Fuga, sementara ke&epatan yang rendah (lambat) memberi "alan untuk disipasi dari tekanan air pori berlebih, ke&epatan tersebut "uga menyebabkan aliran plastis pada tanah kohesif lunak. nalisis stabilitas berdasarkan perilaku tanah dapat dilakukan dengan berbagai &arayakni : a) analisis tegangan total (total stress anal"sis )3 b) analisis tegangan efektif (effective stress anal"sis )3 &) analisis kuat geser tak!teralirkan (undrained strength anal"sis ). ntuk timbunan yang melibatkan pembebanan satu tahap ataupun beberapa tahap dimana pembebanan menimbulkan kenaikan tegangan pada tanah, kondisi "angka pendek merupakan kondisi paling kritis. Cal ini disebabkan pola pembebanan seperti ini akan menimbulkan kenaikan tekanan air pori dan disipasi tekanan air pori terhadap -aktu setelah pembebanan usai. *roses yang disebutkan terakhir menyebabkan tegangan efektif dan kuat geser akan bertambah (gain in strength ). 4eknik analisis kuat geser tak!teralirkan tidak akan dibahas di sini, karena selain "arang digunakan, analisis ini membutuhkan pengu"ian kuat geser dengan konsolidasi anisotropik yang "arang diterapkan pada laboratorium!laboratorium mekanika tanah pada umumnya. *emba&a yang tertarik dengan teknik ini bisa meru"uk ke tulisan Gadd (1II1).
-.2 Perti$%angan Analisis -.2.1
Analisis ,egangan ,otal
#tabilitas timbunan dihitung dengan hanya mempertimbangkan kuat geser undrained sebelum
dimulainya
konstruksi
tanpa
memperhitungkan
kenaikan
kuat
geser
τ f akibatkonsolidasi. *ada suatu analisis tegangan total, kuat geser yang tersedia
pada
suatupotensi bidang keruntuhan adalah:
τ f = &u 06n tan]u
42
Kuat Geser Tanah
di mana &u dan ]u diperoleh dari selubung keruntuhan tegangan total $ohr!oulomb. pabila diasumsikan tanah sepenuhnya "enuh (full" saturated ), kuat geser undrained &u yang digunakan adalah &u / su dan ]u / @. Kuat geser untuk tegangan total dapat diperoleh dari u"i triaksial unconsolidated undrained (), geser baling!baling (vane shear$ 95, ) atau sondir (*4). "i triaksial harus diinterpretasikan dengan konsep ] / @. #ebagai &ontoh, pada gambar di ba-ah diperlihatkan kuat geser undrained su yang berbeda untuk masing!masing benda u"i (specimen ) akibat gangguan &ontoh tanah (sample) atau faktor!faktor lainnya. 'amun, kebanyakan laboratorium mekanika tanah menya"ikan parameter kuat geser undrained sebagai interpolasi atau best-fit selubung keruntuhan dari masing!masing lingkaran $ohr. nterpretasi seperti ini adalah ti(ak tepat3 untuk masing!masing pengu"ian, kuat geser undrained ("ari!"ari dari masing!masing lingkaran $ohr) harus dievaluasi (lihat gambar di
ba-ah). 4eknik sederhana yang direkomendasikan untuk digunakan adalah dengan $erata" ratakan kuat geser undrained untuk keseluruhan (n) buah lingkaran $ohr.
∑ σ −2 σ i n
1
3
i =1
n
su/
'a$%ar -.1 nterpretasi hasil u"i triaksial
pabila kuat geser undrained didapat dari u"i geser baling!baling lapangan (EH#4), nilai yang diperoleh dari hasil u"i tersebut harus dikoreksi sebelum digunakan pada analisis stabilitas timbunan. Eaktor koreksi ini dinyatakan sebagai dan merupakan fungsi dari indeks plastisitas * dan -aktu kerunruhan tf , Chandler , 1IQQ, seperti grafik di ba-ah.
43
Kuat Geser Tanah
'a$%ar -.2 Eaktor koreksi baling!baling (µS) yang dinyatakan dalam indeks plastisitas
dan -aktu keruntuhan (Chandler , 1IQQ) Kenaikan kuat geser undrained &uakibat proses konsolidasi dapat diestimasi se&ara sederhana dari parameter!paramater efektif hasil u"i triaksial : &u/ ⋅tan ]⋅ 6v dengan pengertian: *
= dera"at konsolidasi (dalam desimal)
]’
/ sudut geser dalam efektif (U)
6v = kenaikan tegangan (k'm2) plikasi kuat geser dengan metoda tegangan efektif dan tegangan total dalam analisis stabilitas lereng bendungan tanah pada berbagai kondisi pembebanan ditun"ukkan pada tabel di ba-ah. 4abel tersebut "uga menun"ukkan persyaratan Eaktor Keamanan (EK) minimum yang harus dipenuhi dalam analisis. -.2.2
Analisis ,egangan E&ekti&
Kuat geser efektif yang diperlukan untuk analisis tegangan efektif dinyatakan oleh parameter! parameter kuat geser efektif Mohr-Coulomb & dan ] yang diperoleh dari u"i triaksial drained (D), consolidated-undrained () dengan pengukuran tekanan air pori atau dari geser langsung (direct shear ). 'ilai & dan ] dari u"i triaksial pada prinsipnya sama dengan yang didapat dari u"i triaksial D dan geser langsung. nalisis tegangan efektif memerlukan informasi tekanan air pori a-al sebelum, selama dan sesudah konstruksi. 4ekanan air pori a-al sebelum konstruksi bisa diketahui dengan relatif mudah melalui penyelidikan lapangan. 'amun, variasinya selama konstruksi sulit diprediksi dengan akurat. $empertimbangkan hal tersebut, kondisi undrained dapat dianalisis dengan menggunakan tegangan total.
44
Kuat Geser Tanah
4abel berikut merangkum parameter!parameter yang relevan untuk suatu analisis stabilitas. ,a%el -.1 Kuat geser, tekanan air pori dan berat isi yang relevan untuk analisis stabilitas
pada berbagai kondisi
$asalah!masalah yang perlu diperhatikan dalam analisis stabilitas dan deformasi, adalah : 1) ntuk tanah lempung terkonsolidasi normal, nilai!nilai & dan yang diperoleh dari pengu"ian dengan pengukuran tekanan air pori, dan hasil dar pengu"ian D tergantung dari la"u pembebanan geser (strain rate) yang digunakan. 2) ntuk tanah lempung terkonsolidasi berlebih berat (heavy over &onsolidated) dan pasir (ke&uali pada kondisi sangat urai), pengu"ian drained &enderung menghasilkan nilai & dan yang lebih tinggi akibat penammaterial volume &ontoh selama pemberian beban geser terhadap la"u pembebanan yang lambat. +) ntuk tanah timbunan yang dipadatkan dan "enuh sebagian, nilai & akan berkurang, bila ter"adi peningkatan kadar air pada pengu"ian atau D. -.3 H%ngan antara Kat 'eser Dengan Kon(isi Pe$%e%anan -.3.1
U$$
*embebanan yang biasanya dievaluasi untuk analisis stabilitas lereng, adalah pada kondisi : •
selesai dan selama konstruksi berlangsung3
•
aliran langgeng3
•
surut &epat.
*arameter kuat geser material yang digunakan di dalam analisis harus memberikan gambaran tentang perilaku material pada tiap kondisi pembebanan. -.3.2
Kat geser pa(a kon(isi selesai (an sela$a konstrksi
45
Kuat Geser Tanah
*embebanan pada kondisi selesai dan selama konstruksi berlangsung dapat dianalisis dengan menggunakan konsep kat geser total (an konsep kat geser e&ekti& . 1. Kat geser total a 0on(asi
*arameter kuat geser tanah lempungan fondasi yang "enuh air dapat diperoleh dengan u"i tekan bebas (/*nconfined compression test ) atau u"i
(/*nconsolidated
undrained test ) tanpa pengukuran tekanan air pori pada &ontoh u"i tak terganggu.
ontoh tanah tak terganggu harus dipilih dan diu"i berdasarkan rentang kedalaman dari material fondasi.Fika digunakan u"i geser baling di lapangan, maka "uga harus diu"i berdasarkan rentang kedalaman. #edangkan untuk tanah fondasi lainnya digunakan u"i . % !aterial rgan
ontoh u"i yang me-akili material urugan harus diu"i kompaksi standar (#' @+!2Q+2!1II2) terlebih dahulu, sehingga diperoleh kurva hubungan antara kadar air (-) dan kepadatan kering (γ dr ). ntuk pengu"ian laboratorium disiapkan benda u"i dengan menumbuk material dalam tabung &etak. enda u"i yang diperoleh dapat mempunyai berat volume kering (γ dr!lap) dan kadar air (-lap) sesuai dengan kondisi lapangan yang dikehendaki. Kemudian benda u"i ini diu"i (tanpa drainase dan tanpa konsolidasi), dengan tekanan keliling sesuai dengan rentang tegangan normal di lapangan. *ada umumnya, sudut geser dalam φ≈@ dan kohesi &≠@ diperoleh untuk tanah lempung yang "enuh.#edangkan untuk tanah lempung "enuh sebagian, selubung keruntuhan $ohr (Mohr envelope ) berbentuk kurva pada rentang tegangan normal rendah.#udut geser dalam dan
kohesi ditentukan pada rentang tegangan yang sesuai dengan kondisi di lapangan. 2. Kat geser e&ekti&
pabila tekanan air pori di dalam tubuh bendungan dan fondasi meningkat karena adanya proses pengurugan beban, maka harus digunakan kuat geser efektif dalam analisis stabilitas lereng. "i triaksial terkonsolidasi tanpa drainase (C* / Consolidated *ndrained test ) dengan pengukuran tekanan air pori harus dilakukan pada &ontoh tanah lempung dan lanau karena permeabilitasnya rendah. 4u"uannya agar &ontoh tanah dapat diasumsi mengalami keruntuhan pada kondisi tanpa drainase. "i triaksial terkonsolidasi dengan drainase (C% = Consolidated %rained test ) atau u"i geser langsung (D) dapat digunakan untuk material fondasi dan tubuh bendungan. aik untuk material berbutir kasar maupun untuk material kedap air dan kedap sebagian pada pembebanan "angka pan"ang dengan ke&epatan pembebanan sama atau lebih rendah dari ke&epatan konsolidasi. Dalam hal ini, tekanan air pori berlebih di"aga tetap nol. Kuat geser material fondasi lempung overkonsolidasi 2overconsolidated cla") dan serpih lempungan 2cla"-shale) dapat diperoleh dari u"i D atau . ahkan pada batuan serpih
46
Kuat Geser Tanah
yang berlapis!lapis dengan bidang perlapisan miring, kuat geser biasanya diperoleh dari kuat geser sisa (residual ) dengan menggunakan alat geser bolak!balik (reversal shear bo3 ). -.3.3
Kat geser pa(a kon(isi aliran langgeng
#tabilitas lereng bendungan pada kondisi aliran langgeng harus dianalisis dengan menggunakan parameter kuat geser efektif dari material tubuh dan fondasi bendungan."i atau D harus dilakukan dengan pengukuran tekanan air pori. *emberian tekanan balik (bac#pressure ) yang &ukup untuk men&apai dera"at ke"enuhan I<%, harus dilakukan baik untuk benda u"i material terkompaksi maupun material fondasi takterganggu."i geser langsung "uga digunakan untuk pasir, lempung berpasir atau lempung kelanauan. "i ini dapat digunakan "uga untuk lempung dengan plastisitas rendah sampai tinggi.'amun pelaksanaannya membutuhkan ke&epatan geser lambat, sehingga men"adi kurang praktis. #tabilitas lereng hulu umumnya tidak bersifat kritis pada kondisi pembebanan ini, sehingga hanya lereng bagian hilir yang harus dianalisis. -.3.-
Kat geser pa(a kon(isi srt *epat
#tabilitas lereng bendungan pada kondisi surut &epat harus dianalisis dengan menggunakan parameter kuat geser efektif dari material tubuh dan fondasi bendungan. "i triaksial dengan pen"enuhan sebelumnya dan pengukuran tekanan air pori harus dilakukan untuk tanah, baik yang kedap air maupun kedap air sebagian. "i triaksial (D) atau u"i geser langsung (D) dapat digunakan untuk material dengan permeabilitas yang tinggi ( 1@!; &ms). Eaktor!faktor yang harus diperhitungkan untuk pengu"ian tanah lempung overkonsolidasi atau serpih lempungan, antara lain kondisi geologi sekitar bendungan, keberadaan bidang perlapisan, dan daerah yang pernah mengalami longsoran. *engu"ian yang harus dilakukan untuk material ini adalah u"i triaksial dengan pengukuran tekanan air pori, u"i triaksial D, atau u"i geser langsung (D). *ada daerah yang permukaannya berpotensi runtuh dan ada tanda!tanda bidang longsor, maka harus dilakukan analisis stabilitas menggunakan parameter kuat geser sisa (residual) dengan u"i geser langsung (D).
-.- Aplikasi Pengian ,riaksial pa(a Solsi !asalah (i Lapangan anyak peker"aan yang dilakukan menggunakan hasil pengu"ian triaksial memberikan pemahamanlangsung terhadap properties tanah dibandingkan menyelesaikan masalah yang dihadapi. $asalah yang berkaitan dengan analisis stabilitas dapat dibagi men"adi dua katagori, yakni : a) 4ekanan air pori bersifat bebas dan tidak tergantung pada tegangan total yang beker"a. b) 4ekanan air pori tergantung pada besaran tegangan!tegangan yang beker"a pada tanah dan lama -aktu berlangsung (elapsed time ).
47
Kuat Geser Tanah
-.-.1 Analisis (engan ,ekanan Air Pori $erpakan >aria%el Be%as 1. Sta%ilitas Lereng angka Panang
nalisis dilakukan dengan menggunakan tegangan efektif & dan yang diperoleh dari pengu"ian drained . 'ilai tekanan air pori u diperoleh dari flo!net , atau dari hasil pengukuran pisometer di lapangan untuk mempela"ari perilaku lereng timbunan eksisting ketika nilai tekanan air pori telah men&apai keseimbangan. $uka air freatik yang tinggi adalah merupakan kondisi yang kritis. Cal!hal yang perlu diperhatikan, adalah : a) 'ilai & dan dapat diperoleh dari pengu"ian dengan pengukuran tekanan air pori. b) *ada tanah yang rekah (stiff-fissured ) dan lempung terlapuk, nilai & sesuai dengan keseimbangan yang di&apai di lapangan (dari analisis kelongsoran) biasanya lebih ke&il sedikit dari yang diperoleh dari laboratorium dibandingkan dengan &ontoh yang diambil dari 7ona longsoran aktual. &) 'ilai & dan pada tanah timbunan yang dipadatkan sering diambil dari pengu"ian undrained yang dilakukan pada kadar air lapangan. *erubahankadar air dan volume
ter"adi akibat adanya kadar air dan pengisian -aduk. *ada tanah timbunan dengan kadar air berada pada sisi kering dari N$, terutama bila kurang padat, nilai & akan turun mendekati nol, dan nilai praktis tidak banyak berubah. 4imbunan yang dipadatkan pada atau di atas N$, tergantung dari kandungan fraksi lempung, akan menun"ukkan peningkatan kadar air yang diikuti peningkatan volume. 'ilai & dan untuk analisis "angka
pan"ang
bendungan
harus
berdasarkan pengu"ian
laboratorium
dengan
konsekuensi ter"adi pelunakan (softening ) pada kisaran tegangan atau sebagai alternatif & dapat diambil sama dengan nol. d) $etoda tegangan total kadang!kadang digunakan pada analisis lereng timbunan eksisting yang tekanan air porinya telah men&apai keseimbagan dalam -aktu yang lama. Kekuatan undrained &u dari &ontoh tanah tak terganggu dari lereng digunakan dalam analisis. ntuk lereng yang keruntuhan gesernya menghasilkan EK berdasarkan metoda ini, EK bervariasi antara < hingga @,R untuk lempung terkonsolidasi normal yang sensitif. ntuk tanah terkonsolidasi normal lainnya, ketelitian EK adalah 1,@ T @,1. 2. Sta%ilitas Lereng aki%at Air Srt #epat
*ada tanah yang relatif pervious dengan kompresibilitas rendah, distribusi tekanan air pori kondisi surut &epat dikontrol oleh la"u drainasi air pori dari pori!pori tanah. Dengan mengabaikan perubahan volume dalam pori!pori tanah, kondisi ini ditun"ukkan leh suatu seri flo!net (4er7aghi, 1I;+3 Seinius, 1I;Q).*ola aliran adalah fungsi dari rasio dari la"u surutnya
air -aduk terhadap permeabilitas, dan nilainya diambil dari flo!net yang digunakan dalam
48
Kuat Geser Tanah
analisis. 'ilai & dan yang digunakan dalam analisis diambil dari pengu"ian drained atau pengu"ian dengan pengukuran tekanan air pori. nalisis ini dilakukan dengan tegangan efektif menggunakan & dan hasil pengu"ian . 4ekanan air pori saat air -aduk turun dihitung dari perubahan tegangan menggunakan nilai −
B yang diperoleh dari pengu"ian khusus. *ada pengu"ian ini, benda u"i di"enuhkan dan dikonsolidasi terlebih dahulu pada rasio tegangan utama yang diperoleh sebelum air surut, kemudian diberi perubahan tegangan yang sesuai pada kondisi undained. #ebagai alternatif −
B dapat digunakan nilai
/ 1.
Cal!hal yang perlu diperhatikan dalam melakukan analisis pada kondisi ini, adalah : a) Ke&uali pada lapisan alami yang "enuh dan tanah yang kadar airnya lebih basah dari N$, atau diberi tegangan yang tinggi, pengaruh konsolidasi dan pen"enuhan akan mengakibatkan turunnya &, sedangkan hampir tidak berubah. 'ilai & seluruhnya dikontrol oleh kadar air selama pengu"ian berlangsung dan "enis pengu"ian yang digunakan. ila perkiraan kadar air &ukup teliti pada akhir pen"enuhan timbunan, nilai & dapat diperoleh dari hasil seri pengu"ian!pengu"ian undrained , atau pengu"ian drained , D dengan menggunakan interpolasi untuk memperoleh suatu seri lingkaran!
lingkaran tegangan dengan kadar air yang sama saat runtuh. b) ahkan bila air yang bebas dari gelembung udara (de-aired !ater ) dile-atkan melalui &ontoh tanah yang "enuh sebagian pada gradient hidraulik yang ke&il pada -aktu lama (sebulan atau lebih), tidak akan dapat men&apai pen"enuhan sempurna. *engukuran −
B parameter
di laboratorium akan lebih ke&il dibandingkan dengan yang diharapkan
ter"adi di lapangan. 4ekanan air pori sisa saat air -aduk turun tampaknya menghasilkan nilai yang over!estimate. &) *en"enuhan yang tidak komplit "uga akan berpengaruh terhadap &&u dan &u yang hanya dapat diperoleh, bila tidak ter"adi perubahan pada tekanan keliling
setelah tahap
konsolidasi, sebelum benda u"i diberi pembebanan geser (#kemton dan ishop, 1I<@). atasan ini tidak praktis dimana keruntuhan ter"adi pada saat pengurangan tegangan −
B rata!rata (dimana
/1 akan menghasilkan kekuatan yang lebih rendah dibandingkan
yang diindikasikan oleh pengu"ian konvensional). *enggunaan analisis tegangan total berdasarkan
parameter!parameter
yang
diukur
dalam
pengu"ian
menimbulkan
perdebatan. Kritik terhadap pengu"ian untuk tanah yang "enuh sempurna, berdasarkan kenyataan bah-a pada pengu"ian standar, ter"adi konsolidasi pada suatu tegangan keliling yang diberikan, dan tekanan air pori merupakan fungsi dari tegangan total yang
49
Kuat Geser Tanah
diberikan, sebagai pengganti meningkatnya tegangan geser hilangnya penopang akibat air.
-.-.2 Analisis (engan ,ekanan Air Pori $erpakan 0ngsi Per%ahan ,egangan 1. Sta%ilitas A?al 0on(asi enh
nalisis dilakukan dengan menggunakan tegangan total dengan &u diperoleh dari pengu"ian undrained terhadap &ontoh tanah tak terganggu. Karena benda u"i dalam kondisi "enuh, maka digunakan analisis u / @. *engu"ian undrained (di lapangan menggunakan u"i vane shear ) digunakan dalam kasus ini, karena perubahan tegangan mengakibatkan ter"adinya
keruntuhan pada kondisi undrained, "ika tidak alur drainasi terlalu pendek, atau pelaksanaan konstruksi yang lama. Cal!hal yang perlu diperhatikan, adalah : a) #ebagai alternatif, benda u"i harus dikonsolidasi kembali pada tekanan keliling yang sama dengan tekanan overburden sebelum melakukan tahap pengu"ian. *enggunaan pengu"ian dengan &ara ini akan menghasilkan kuat geser yang over-estimate , terutama pada tanah yang mempunyai indeks plastisitas rendah. b) 4ingkat ketergangguan &ontoh tanah adalah &ukup berpengaruh terhadap pengu"ian undrained &u dibandingkan dengan & dan . *erlu perhatian khusus terhadap tanah lempung yang sensitif. 2. Sta%ilitas 0on(asi Le$png Kon(isi ,erkonsoli(asi Se%agian
nalisis dilakukan dengan menggunakan tegangan efektif & dan yang diperoleh dari pengu"ian drained atau pengu"ian dengan pengukuran tekanan air pori. Ga"u konsolidasi atau disipasi tekanan air pori dapat diukur dari alat oedometer atau triaksial. esarnya tekanan air pori a-al dikontrol tidak hanya oleh tegangan vertikal dari berat sendiri timbunan, tetapi "uga oleh kuat geser di ba-ahnya. Koefisien dari tekanan air pori yang diperlukan dalam analisis ini diperoleh dari pengu"ian . *erkiraan la"u disipasi tekanan air pori dari lapisan endapan alluvial sering merupakan faktor yang sulit diestimasi, dan memerlukan pengukuran tekanan air pori di lapangan selama pelaksanaan konstruksi timbunan. 3. Sta%ilitas ,i$%nan Ke(ap Air
nalisis dilakukan dengan menggunakan tegangan efektif & dan yang diperoleh dari pengu"ian undrained dengan pengukuran tekanan air pori. *erkiraan tekanan air pori diperoleh dari pengu"ian khusus dimana tegangan!tegangan utama ma"or dan minor ditingkatkan se&ara simultan mendekati kondisi tegangan!tegangan aktual pada timbunan (ishop, 1I<;). Ga"u disipasi tekanan air pori diperoleh dari pengu"ian triaksial yang la"u
50
Kuat Geser Tanah
pengurangan tekanan air pori diukur pada salah satu u"ung &ontoh tanah dan drainasi dialirkan melalui u"ung lainnya. Cal!hal yang perlu diperhatikan, adalah : a) ntuk &ontoh tanah timbunan yang dipadatkan pada kadar air di atas N$, dera"at pen"enuhan &ukup tinggi dan parameter tekanan air pori dan berkisar antara @,Q 1,@. ntuk itu, pengu"ian dilakukan dengan menggunakan suatu seri pengu"ian . b) 'ilai a-al tekanan air pori dapat dihitung dengan mengggunakan kompresibilitas tanah yang diukur dari kondisi drained pada alat oedometer, dari porositas a-al dan dera"at pen"enuhan (Cilf, 1I;Q). &) atasan prinsip ketelitian timbul dari sulitnya memprediksi kondisi kadar air dan kepadatan yang digunakan dalam penimbunan, dan menirunya di laboratorium. *ada umumnya, parameter hampir tidak berubah terhadap kadar air yang bervariasi. 'ilai & akan turun dengan &epat dengan meningkatnya kadar air, meskipun dalam bendungan besar faktor tersebut menun"ukkan hanya merupakan proporsi ke&il dari perla-anan geser pada bidang kelongsoran yang dalam. *erubahan mendadak sebesar dua kali dapat ter"adi pada tekanan air pori berlebih untuk "enis tanah tertentu, dengan peningkatan air sebesar 1% sa"a. Kesulitan lain yang dihadapi adalah pada tanah timbunan yang dipadatkan yang mengandung batu. Dengan diameter benda u"i ;Y, ukuran partikel maksimum dibatasi sebesar +QY ukuran ayakan, atau pada kondisi khusus sebesar Y. Eraksi yang lebih kasar dari material alami mempunyai pengaruh yang siknifikan, terutama pada hubungan antara kadar air dengan kepadatan yang diperoleh dari pemadatan. *erhitungan yang lebih sulit adalah tekanan air pori. ntuk itu disarankan untuk melakukan pengukuran tekanan air pori di lapangan. d) Casil dari pengu"ian undrained ditun"ukkan oleh &u dan u dalam analisis menggunakan tegangan total. 'ilai tekanan air pori se&ara implisit telah ter&akup dalam nilai!nilai &u dan u3 tetapi karena tidak dievaluasi se&ara terpisah, tekanan air pori yang ter"adi tidak dapat di&hek terhadap pengukuran tekanan air pori selama pelaksanaan konstruksi di lapangan.
51
Kuat Geser Tanah
*ersyaratan faktor keamanan minimum untuk stabilitas bendungan tipe urugan dapat dilihat pada tabel di ba-ah. ,a%el -.2 *ersyaratan faktor keamanan minimum untuk stabilitas bendungan tipe urugan No
Kondisi
Kuat Geser
Tekanan Air Pori
FK Tanpa Gempa
FK dg Gempa *
1.
Selesai konstruksi tergantung: 1. Jadwal konstruksi. 2. Hubungan antara tekanan air pori dan waktu. Lereng !" dan #!".
1. Efektif
1,30
1,20
1,&0
1,20
1,30
1,20
2. -otal
Peningkatan tekanan air pori pada urugan dan fondasi dihitung menggunakan data lab. dan pengawasan instrumen. $dem han%a tanpa pengawasan instrumen. Han%a pada urugan tanpa data lab. dan dengan atau tanpa pengawasan instrumen )taksir* an konser+atif -anpa pengawasan instrumen.
1,30
1,20 1,20
#engan gempa tanpa kerusakan digunakan '0( koefisien gempa desain.
2.
Aliran langgeng tergantung: 1. Ele+asi muka air normal sebelah udik. 2. Ele+. muka air sebelah hilir. Lereng !" dan #!". #g gempa tanpa kerusakan digunakan 100( koef. gempa desain.
1. Efektif
#ari analisis rembesan
1,'0
3.
Pengoperasian waduk tergantung : 1. Ele+.muka air maksimum di udik 2. Ele+.muka air minimum di udik )dead storage. Lereng !" harus dianalisis untuk kondisi surut epat.
1. Efektif
"urut epat dari el. muka air normal sampai ele+. muka air minimum. Lereng !" dan #!".
1,30
"urut epat dari ele+.ma. maks. sampai el.m.a. min. Pengaruh gempa diambil 0( dari koef. gempa desain.
1,30
1,10
*
1. Efektif "urut epat dari ele+.ma 1,20 * Kondisi darurat tergantung: 1. Pembuntuan pada sistem drainase maksimum sp ele+asi terendah 2. "urut epat karena penggunaan bangunan pengeluaran. air melebihi kebutuhan. Pengaruh gempa diabaikan. 3."urutepat untuk keperluan darurat. / atatan periksa standar tentang Pedoman Analisis Stabilitas Bendungan Tipe Urugan akibat Beban Gempa , Pd -*1&* 200&*,
&.
52
Kuat Geser Tanah
RAN'KU!AN #alah satu faktor penting dalam analisis stabilitas lereng suatu bendungan adalah penentuan parameter kuat geser tanah yang berkaitan dengan aplikasi tegangan total dan tegangan efektif tanah. *engetahuan tentang kekuatan geser diperlukan untuk menyelesaikan masalah!masalah yang berhubungan dengan stabilitas massa tanah. ila suatu titik pada sembarang bidang dari massa tanah memiliki tegangan geser yang sama dengan kekuatan gesernya, maka akan ter"adi keruntuhan pada titik tersebut. nalisis stabilitas lereng bendungan dan lereng alami membutuhkan perhitungan kuat geser material di sepan"ang permukaan yang berpotensi runtuh, berdasarkan kriteria keruntuhan $ohr!oulomb. *enggunaan tegangan efektif dalam analisis stabilitas men&akup dua tahap, yakni : (1) penentuan parameter & dan , dan (2) memperkirakan besarnya tekanan air pori pada tahap yang paling kritis saat konstruksi, operasi atau "angka pan"ang. *enentuan tekanan air pori adalah merupakan hal yang sulit dilakukan se&ara teliti dan dengan alasan seperti itulah maka dipasang se"umlah instrumen pengukur tekanan air pori (pisometer) di lapangan. Cubungan antara perilaku tanah yang diu"i pada kondisi undrained dan karakteristik kekuatannya ditun"ukkan sebagai tegangan efektif yang tergantung dari besaran tekanan air pori dari hasil pengu"ian, analisis stabilitas "uga dilakukan menggunakan tegangan efektif. *arameter kuat ggeser dapat diperoleh dari pengu"ian triaksial yang dapat diklasifikasikan sesuai dengan kondisi drainasi air di dalam &ontoh tanah, yakni : a Pengian Un(raine(3 air tidak diperbolehkan terdrainasi, sehingga tidak ter"adi disipasi
tekanan air pori selama pemberian tegangan keliling. Demikian "uga, air tidak diperbolehkan terdrainasi selama pembebanan tegangan deviator. % Pengian #onsoli(ate("Un(raine(3 air diperbolehkan terdrainasi selaama pemberian tegangan keliling, sehingga benda u"i dapat terkonsolidasi sepenuhnya pada tegangan keliling ini. *ada saat pembebanan tegangan deviator, air tidak diperbolehkan terdrainasi dari benda u"i. * Pengian Draine( 3 air dari benda u"i diperbolehkan terdrainasi selama pengu"ian, sehingga benda u"i dapat terkonsolidasi sepenuhnya pada tegangan keliling dan tidak boleh ter"adi tekanan air pori selama pembebanan dengan tegangan deviator. iasanya, pengu"ian triaksial dilakukan terhadap "enis!"enis tanah sebagai berikut : !
*engu"ianUn(raine( untuk tanah kohesif "enuh sempurna.
!
*engu"ian Un(raine( pada tanah kohesif "enuh sebagian.
!
*engu"ian #onsoli(ate( Un(raine( pada tanah "enuh sempurna.
!
*engu"ian #onsoli(ate( Un(raine( pada tanah "enuh sebagian.
!
*engu"ian Draine( .
53
Kuat Geser Tanah
Gama -aktu pengu"ian yang biasa digunakan dalam pengu"ian triaksial mengundang perdebatan, terutama adanya fenomena rangkakan (creep). plikasi tegangan geser terhadap benda u"i "enuh sempurna pada kondisi undrained akan mengakibatkan ter"adinya tekanan air pori berlebih. *engu"ian rutin n(raine( () pada &ontoh tanah tak tergangggu biasanya dilakukan dalam -aktu sekitar 1= " 1/ $enit . *engu"ian triaksial #U untuk lempung "enuh memakan -aktu sekitar - 9 4 a$ .ntuk tanah lempung "enuh sebagian, biasanya pengu"ian dilakukan dengan menggunakan benda u"i berdiameter ;Y (1@@ mm). #edangkan untuk analisis stabilitas angka panang yang solusinya berdasarkan parameter! prameter tegangan efektif dan tekanan air pori, baik yang dihitung maupun yang diukur di lapangan,pengu"ian drained biasanya memerlukan -aktu sekitar : hari
hingga 3 hari,
tergantung "enis tanahnya. *engu"ian kuat geser di laboratorium selain triaksial, antara lain kuat tekan, geser langsung dan geser bolak!balik (kuat geser sisa) serta pengu"ian geser tanah di lapangan "uga dibahas se&ara singkat dalam modul ini. *embebanan yang biasanya dievaluasi untuk analisis stabilitas lereng suatu bendungan urugan adalah pada kondisi: selesai dan selama konstruksi berlangsung, aliran langgeng3 dan surut &epat.*embebanan pada kondisi selesai dan selama konstruksi berlangsung dapat dianalisis dengan menggunakan konsep kuat geser total dan konsep kuat geser efektif. *arameter kuat geser tanah lempungan fondasi yang "enuh air dapat diperoleh dengan u"i tekan bebas (/*nconfined compression test ), namun sebaiknya dengan u"i (/*nconsolidated undrained test ) tanpa pengukuran tekanan air pori pada &ontoh u"i tak terganggu. #edangkan untuk material timbunan yang dipadatkan, sebaiknya dilakukan u"i (tanpa drainase dan tanpa konsolidasi), dengan tekanan keliling sesuai dengan rentang tegangan normal di lapangan. pabila tekanan air pori di dalam tubuh bendungan dan fondasi meningkat karena adanya proses pengurugan beban, maka harus digunakan kuat geser efektif berdasarkan hasil u"i triaksial terkonsolidasi tanpa drainase ( / Consolidated *ndrained test ) dengan pengukuran tekanan air pori. ntuk material kedap air dan kedap sebagian pada pembebanan "angka pan"ang dapat menggunakan u"i triaksial terkonsolidasi dengan drainase (D / Consolidated %rained test) , dimana ke&epatan pembebanan dibuat sama atau lebih rendah dari ke&epatan konsolidasi dan tekanan air pori berlebih di"aga tetap nol.
LA!PIRAN A 54
Kuat Geser Tanah
Penentan Para$eter !aterial ,i$%nan Untk Analisis Sta%ilitas Lereng ,a%el A.1 khtisar pengu"ian material urugan tanah untuk penentuan parameter desain untuk analisis stabilitas No
!aterial
1
,i$%nan tanah
enis i
Stan(ar
Para$eter
Kegnaan
Si&at &isik @
Kadar air asli
#' @+!1IJ
-n (%)
erat "enis
#' @+!1IJ;!1II@
8s atau γ s / γ - \ 8s
$enghitung γ dr γ n / γ dr (10-n1@@) $enghitung e, n dan γ sat e / γ dr γ s n 1@@ / 1! γ dr γ s γ sat / γ dr 0 γ - (n1@@)
erat volume (tak terganggu) 8radasi
#' @+!+J+R!1II;
γ n
$enghitung γ dr
#4$ D 221R #' @+!+;2+!1II;
% butir M no.2@@ % butir M 2 µ D1@ , D1< , D+@ , D<@ , DQ<
atas &air atas plastis
#' @+!1IJR!1II@ #' @+!1IJJ!1II@
-l(%) -p (%)
Klasifikasi dan dapat digunakan untuk menghitung koef. permeabilitas, desain material saringan dan menghitung & / DJ@ D1@ (Koef. uniformiti) & / (D+@)2(D1@\DJ@) (Koef. kurvatur) Klassifikasi, korelasi Klassifikasi dan korelasi, menhitung p / -l!-p (indeks plastisitas) G / (-n -p) p (ndeks likuiditas) & / (- l -n) p (indeks konsisitensi) / p(% M 2µ ) (rasio aktivitas)
atas susut
#' @+!+;22!1II;
-s (%)
ntuk menghitung pengembangan
#' @+!1R;2!1IQI
Cubungan -! γ dr diperoleh N$ dan $DD
$enentukan γ dr!lap dan -lap dengan D ≥ I@!1@@ % dan N$!2≤ -lap ≥ N$ 0 +% D /γ dr!lap $DD / @.I< γ dr!lap / @.I< $DD -lap / N$ 0 +% γ lap /γ dr!lap (10 -lap 1@@) n 1@@ / 1! γ dr!lap γ s γ sat / γ dr!lap 0 γ - (n1@@)
"i standar ,
#' @+!;Q1+!1IIQ #' @+!2;<
nalisis stabilitas dan dapat dihitung modulus elastisitas yaitu hubungan antara O<@ dengan σ+ .Dapat digunakan untuk analisis dengan &ara elemen hingga.
"i permeabilitas standar
#' @+!2;+
*engu"ian dilakukan pada -lap dan γ lap hasil perhitungan pada hasil pemadatan standar Casil berupa φu , &u , φ&u , &&u *engu"ian dilakukan pada -lap dan γ lap hasil berupa nilai K (koefisien permeabilitas)
Karakteristik !ekanis. *emadatan standar
nalisis rembesan air
55
Kuat Geser Tanah
,a%el A.2 Ikhtisar pengian $aterial rgan tanah ntk penentan para$eter (esain ntk analisis sta%ilitas Lantan No
2
!aterial
Pasir Kerikil
enis i
Stan(ar
Para$eter
Kegnaan
"i konsolidasi
#' @+!2Q12!1II2
naliisis penurunan.
"i dispersif
#' @+!+;@
*engu"ian dilakukan pada -lap dan γ lap hasil berupa nilai & , Os , v *e nentuan tingkat dispersi tanah .
ila dispersif sebaiknya tidak digunakan .'amun bila tetap digunakan harus di stabilisasi atau filter harus baik
Si&at &isik @
Kadar air asli
#' @+!1IJ
-n (%)
erat "enis
#' @+!1IJ;!1II@
8s atau γ s / γ - \ 8s
$enghitung γ dr γ dr / γ n (10-n1@@) $enghitung e , n dan γ sat e / γ dr γ s n 1@@ / 1! γ dr γ s γ sat / γ dr 0 γ - (n1@@)
erat volume (tak terganggu) 8radasi
#' @+!+J+R!1II;
γ n
$enghitung γ dr
#4$ D 221R #' @+!+;2+!1II;
% butir M no.2@@ % butir M 2 µ D1@ , D1< , D+@ , D<@ , DQ<
Klasifikasi dan dapat digunakan untuk menghitung koef. permeabilitas , desain material saringan dan menghitung & / D J@ D1@ (Koef. uniformiti) & / (D+@)2(D1@\DJ@) (Koef. kurvatur)
#4$ D!;2<+ #4$ D!;2<;
γ d!min dan γ d!maks Dr kepadatan relatif harus ditentukan harus ≥ R@%
$enentukan γ dr!lap dan -lap dengan D ≥ R@ % dan -lap / -n Dr / γ d!maks (γ dlap!γ d!min)c γ d!lap(γ d! maks ! γ d!min )c / @.R@ Dari persamaan diatas diperoleh γ dr!lap
Karakteristik !ekanis Kepadatan relatif maksimum dan minimum
γ lap /γ dr!lap (10 -lap 1@@) n 1@@ / 1! γ dr!lap γ s γ sat / γ dr!lap 0 γ - (n1@@) "i standar ,
#' @+!;Q1+!1IIQ #' @+!2;<
tau u"i geser langsung , D
#' @+!+;2@!1II; #' @+!2Q1+!1II2
"i permeabilitas standar
#' @+!2;+
*engu"ian dilakukan pada -lap dan γ lap hasil perhitungan pada hasil pemadatan standar Casil berupa φu , &u , φ&u , &&u
nalisis stabilitas dan dapat menghitung modulus elastisitas yaitu hubungan antara O<@ dengan σ+ .Dapat digunakan untuk analisis dengan &ara elemen hingga.
*engu"ian dilakukan pada -lap dan γ lap hasil berupa nilai K (koefisien permeabilitas)
nalisis rembesan air
56
Kuat Geser Tanah
LA!PIRAN B ,a%el B1 Karakteristik tanah sebagai material timbunan dan fondasi bendungan, #S,
1IQR
Kla s. US CS
Kualitas sebagai material urugan
Tipe tanah
Koef. Perm k (cm/s )
Data Pemadatan Standar (US!). "DD t/m#
$"C %
φ‘ (°)
t/m'
c&
GW
Kerikil gradasi baik, cam!ra" kerikil#asira"
K!a$ geser $i"ggi, daa$ dig!"aka" !"$!k %&"e l!l!s air da"gkal dari be"d!"ga"
'10#2
'191
133
'38
*
G+
Kerikil gradasi b!r!k, cam!ra" kerikil asira"
ama de"ga" -a"g dia$as
'10#2
'176
124
'37
*
G.
Kerikil la"a!a", kerikil asira" la"a!a" gradasi b!r!k
K!a$ geser $i"ggi, k!ra"g baik !"$!k %&"e l!l!s air, baik !"$!k i"$i keda air
10#3# 10# 6
'183
145
'34
*
G/
Kerikil lem!"ga", kerikil asira" lem!"ga" gradasi b!r!k
K!a$ geser $i"ggi, daa$ dig!"aka" !"$!k i"$i keda air
10#6# 10# 8
'184
147
'31
*
W
+asir gradasi baik, cam!ra" asir kerikila"
K!a$ geser baik, daa$ dig!"aka" !"$!k %&"e l!l!s air erm!kaa" erl! dili"d!"gi
10#3
191± 008
133± 25
38± 1
*
Klas . Tipe tanah USC S +
+asir gradasi b!r!k, cam!r a" asir kerikila"
Kualitas sebagai material urugan K!a$ geser baik, daa$ dig!"aka" !"$!k $!b! be"d!"ga"
Koef. Perm k (cm/s) 10#3
Data Pemadatan Standar (US!). "DD t/m#
$"C %
φ‘ (°)
t/m'
176± 00 3
124±1 0
37± 1
*
57
c&
Kuat Geser Tanah
de"ga" lere"g seda"g .
.# /
/
+asir la"a!a", asir la"a!a" gradasi b!r!k
K!a$ geser seda"g, daa$ dig!"aka" !"$!k %&"a keda air
10#3#10# 6
183± 00 2
145±0 4
34± 1
201± 067
+asir la"a!a" lem!" ga" las$isi$ as re"da
ama de"ga" .
10#3#10# 6
191± 00 2
128±0 5
33± 3
144± 057
+asir
K!a$ geser seda"g, daa$ dig!"aka" !"$!k i"$i keda air !"$!k e"ge"dalia" ba"ir
10#6#10# 8
184± 00 2
147±0 4
31± 3
115± 057
K!a$ geser re"da, daa$ dig!"aka" !"$!k $a"gg!l de"ga" sediki$ e"ga$!ra"
10#3#10# 6
165± 00 2
192±0 7
32± 2
086± *
lem!" ga", cam!r a" asir lem!" ga" gradasi b!r!k .
Klas. US#S
a"a! a"&rga" ik da" la"a! lem!" ga"
,ipe tanah
Kalitas se%agai $aterial rgan
Koe&. Per$ k *$8s
Data Pe$a(atan Stan(ar USBR. !DD t8$3
*
!# 7
φ^ (°)
t8$2
.#/
/am!ra" la"a! a"&rga"ik da" lem!"g
ama de"ga" . da" /
10#3# 10# 6
175± 003
168±0 7
32± 2
220± *
/
em!"g a"&rga"ik de"ga" las$isi$as re"da samai medi!m
K!a$ geser re"da daa$ dierg!"aka" !"$!k i"$i a$a! laisa" keda air
10#6# 10# 8
173± 002
173±3 0
28± 2
134± 019
58
Kuat Geser Tanah
0
a"a! &rga"ik da" la"a! lem!"ga" de"ga" las$isi$as re"da
idak baik !"$!k $a"gg!l
10#4# 10# 6
*
*
.
*
*
a"a! lem!"ga" a"&rga"ik, la"a! elas$is
K!a$ geser seda"g samai re"da, daa$ dig!"aka" !"$!k i"$i be"d!"ga"
10#4# 10# 6
131± 006
363±3 2
25± 3
201± 086
/
em!"g a"&rga"ik de"ga" las$isi$as $i"ggi
K!a$ geser seda"g samai re"da, daa$ dig!"aka" !"$!k i"$i $iis laisa" selim!$ da" $!b! be"d!"ga"
10#6# 10# 8
151± 003
255±1 2
19± 5
115± 057
em!"g da" lem!"g la"a!a" &rga"ik
idak baik !"$!k $a"gg!l
10#6# 10# 8
*
*
*
*
+$
a"a me"ga"d!"g gamb!$ &rga"ik
idak m!"gki" dierg!"aka" !"$!k k&"s$r!ksi
*
*
*
*
*
,a%el B2 *arameter pemadatan tanah lempung di ndonesia ('FN' 1II@) Klasifikasi (USCS
!"C#a w $% p
H
450.6' w 78.&& p
4##5 '.9 4
L
450.9& w 72.6& p
4##5&.8& 4
"
450.9' w 72.66 p
4##5 3.86 4
4H
450.6' w 71.:: p
4##5 '.:2 4
H74H
450.6: w 78.1' p
4##5 '.69 4
"& a!"C
%
f
#aw
% f
*0.&2
*.&& γ 5 6.29 w f f
*0.3:
*.0.3: γ 5'.11 w f f
*0.28
*.0.31 γ 5 &.12 w f f
*0.&2
*.0.&' γ 5 6.&: w f f
*0.&1
*.0.3& γ 5 &.'8 w f f
59
Kuat Geser Tanah
H74H7 L7"
450.:0 w 7:.2' p
4##5 '.'& 4
*0.&1
*.&' γ 5 6.29 w f f
3 atatan 4 5 kadar air maksimum )( 4##5 kepadatan kering maks )t!m w 5 batas plastis )( w 5 kadar air lapangan diatas 4 )( p f 3 γ 5 kepadatan kering lapangan )t!m f
,a%el B3 *arameter pemadatan tanah lempung di ndonesia ('FN' 1II@)
enis tan ah (USCS)
Kuat asil
-apb
*eser u +i UU
( )
total
c (kg/cm ' )
Kuat asil CU
geser u+i ack
,fektif
-& a p& b
0 ( )
c& (kg/cm ' )
Press.
Keterang an
/
019 067
1095
068
: 048: 007
2869
008
./
/
018 045
1037
046
: 041: 012
2420
013
./1; 7<
/
#
#
#
: 044: 008
2610
009
'./
.
019 067
1388
075
: 045: 028
2674
031
./
.
#
#
#
: 051: 012
3066
014
./2;5 <
.
#
#
#
: 048: 019
2869
022
'./
60
Kuat Geser Tanah
/a$a$a" = > : ( σ # σ );2 > (σ :# σ ‘ );2 1 3 1 3 > : ( σ σ );2 > (σ : σ ‘ );2 1 3 1 3
φ arc si" (a)
c b;c&s( φ)
2 σ : $ega"ga" !$ama maksim!m $&$al > e?ek$i? (kg;cm ) 1> 1 2 σ σ : $ega"ga" !$ama mi"im!m $&$al> e?ek$i? (kg;cm ) 3> 3 φ> φ‘ s!d!$ geser $&$al > e?ek$i? ( °) 2 c> c: k&esi $&$al > e?ek$i? (kg;cm ) σ
,a%el B- Kuat geser fondasi dan material
No 1
!aterial
!eto(e Ui
E&ekti&
Gapangan sondir, #*4,
Kondisi normal / φ,
Gunak
geser baling
&
NS/1!+
Gab.
Eondasi
4anah
Eondasi Keras
,otal φu dan &u
φu dan &u
!eto(e Ui Gab.4D
Gapangan #*4, #ondir,
Kondisi normal / φ,
Gab.4D
pressuremeter
&
Gab. D atau
Gab
idang
perlapisan,
bidang
longsoran,
dire&t shear D
sesar, bid pelapukan φr , &r 2.
rugan inti kedap
φu dan &u
Gab.
air rugan
Kondisi normal / φ,
Gab.4D
& pasir
φu dan &u
Gab Dire&t shear
kerikil
Kondisi normal / φ,
Gab.4D
&
tau dire&t shear D
rugan atu
φu dan &u
Gab Dire&t shear
Kondisi normal / φ,
Gab.4D
&
tau dire&t shear D
61
Kuat Geser Tanah
,a%el B/ *erhitungan tekanan pori No.
!eto(e
Prose(r
Kegnaan
Keterangan
1
8aris freatik
asagrande.
Ostimasi tekanan pori untuk
#tandar : $etode analisis dan
*avlosky,
kondisi aliran langgeng dan
&ara pengontrolan rembesan air
edergen
surut &epat .
untuk bendungan tipe urugan
edergen.
Ostimasi tekanan pori untuk
#tandar : $etode analisis dan
kondisi aliran langgeng dan
&ara pengontrolan rembesan air
surut &epat .
untuk bendungan tipe urugan
2
8rafis dengan "aring alir
+
$odel analog
$edia
Ostimasi tekanan pori untuk
*eriksa
(OS')
dimodelkan
kondisi aliran langgeng dan
*eralatan
menggunakan
surut &epat .
'et-ork nalog
resistor.
da
'a"oan
(1IQJ)
Ole&tri&al
12Q!221IQJ
aliran listrik dan air.
*engaruh anisotropi
Sesistant
*uslitbang ir
kesamaan antara aliran
,
bisa
dilakuakn
62
Kuat Geser Tanah
;
'umerik
Olemen hingga
Ostimasi tekanan pori pada setiap
bagian
*rogram #igma 3 *la\is
pada
bendungan
-aktu
pembangunan,
aliran
langgeng dan surut &epat
<
Cilf
$enggunakan hasil
Ostimasi u"i
tek.
*ori
-aktu
konstruksi
harat #ingh , Oarth and So&kfill Dams (1IRJ)
konsolidasi
,a%el B4 $etode nalisis #tabilitas ara Keseimbangan atas (EK) !eto(e
Karakteristik
Progra$
ishop termodifikasi (1I<<)
Canya bidang runtuh lingkaran , memenuhi
$stabl , $stab, #lope!-,
keseimbangan momen, tidak memenuhi
#tabl!g , #!slope, #tablgm
keseimbangan gaya!gaya horisonal dan vertikal Eor&e eAuilibrium (Go-e dan
#egala
Karafiat, # #
memenuhi
orps of
Ongineers 1IR@)
bentuk
memenuhi
bidang
runtuh
keseimbangan keseimbangan
,
tidak
momen
te\as2, te\as+, #lope!-
,
gaya!gaya
horisontal dan vertikal
Fanbus 8enerali7ed *ro&edure
#egala bentuk bidang runtuh, memenuhi
(Fanbu 1IJQ)
segala kondisi keseimbangan, lokasi gaya
#tabl!g
samping dapat di variasi.
$orgenstern dan *ri&e (1IJ<)
#egala bentuk bidang runtuh, memenuhi
#lope!-
segala kondisi keseimbangan, lokasi gaya samping dapat di variasi
#pen&ers (1IJR)
#egala bentuk bidang runtuh, memenuhi
$stab , #lope!-, #b!slope,
segala kondisi keseimbangan, lokasi gaya
#stab2
samping dapat di variasi
63
Kuat Geser Tanah
,a%el B5 nalisis 4egangan dan Segangan Dengan $etode Olemen Cingga No.
Progra$
Ke$a$pan
Keterangan
1
*la\is R.2.
$enghitung tegangan dan regangan baik -aktu
Sembesan dapat dilakukan
pembangunan maupun -aktu ter"adi aliran langgeng ,
dalam program
untuk menilai apakah bendungan stabil atau tidak dari kontour ττma\M 1 (stabil) 2
#igma!-
#ama dengan 1., hasil analisis dapat dipakai oleh
Sembesan dilakukan dengan
#lope!- untuk analisis stabilitas
#eep!-
LA!PIRAN # KRELASI 'E,EKNIK #.1
U$$
*arameter geoteknik biasanya diperoleh dari hasil pengu"ian di laboratorium atau pengu"ian langsung di lapangan (in-situ test ). *erlu dipertimbangkan, bah-a penentuan parameter geoteknik dari hasil korelasi ini hanyalah sebagai panduan dan sangat terbatas, untuk itu penggunaannya harus dilakukan se&ara hati!hati, karena :
-
prosedur pengu"ian yang digunakan dan kemungkinan kesalahanketelitian,
-
kondisi tanah dan "enis tanah serta &ara pengambilan &ontoh tanah,
-
sumber data dan frekuensi pengambilan data, dll.
*enetuan parameter geoteknik berdasarkan korelasi ini, sepenuhnya men"adi tanggung "a-ab peren&ana yang menggunakannya. #.2Klasi&ikasi tanah %er(asarkan son(ir $ekanis Bege$ann) 1<;2
A&
/
perla-anan konus (k*a)
/
koefisien, tergantung dari "enis sondir
*ada tanah lunak, / 12 1< untuk sondir elektris dan / 1< 2@ (di daerah #umatera / 1Q), untuk sondir mekanis :
Cu
=
P l
β .................................................................................................................. (.1)
dimana : u
/
kuat geser undrained (k*a)
*l
/
tekanan batas dari pengu"ian *ressure meter (k*a)
β
/
koefisien pressure meter, dibanyak kasus diambil <,<
64
Kuat Geser Tanah
Cu
σ 'i
= 0,11 + 0,0037 Ip ................................................................................................(.2)
dimana : σ 'i p
/ /
tekanan efektif a-al (k*a) ndeks plastisitas (%)
ntuk tanah yang mengalami konsolidasi normal :
Cu
= (0,23 ± 0,04)σ 'i .............................................................................................. (.+)
Cu
σ i '
=
0,045 Ip
"errum and #imons :
.................................................................... (.;)
Cu
σ i '
=
0,005w L
Karlsson and Hiberg : dimana -G / batas &air (%)
...................................................................... (.<))
Korelasi kuat geser dan konsistensi menurut Zroth and Zood, "uga dapat dilihat pada Gampiran .; diba-ah. @
) a * $ ( l a k i n a k e m s u n o k n a n a a l r e *
@.Q
;@ 1.1
+@
1.;
1.Q
2@
2.@ 2.1
Gamb!$
2.I +.+ ;.@
1riksi (1r)
1@
S a s i o E r i k s i
<.@ Q.1
a"a! asira" da"1@.@ la"a!
@
@.1
+asir @.2 la"a"!a"
@.+
@.;
Eriksi Gokal ($*a)
'a$%ar #1 Klasi&ikasi tanah %er(asarkan elektris Bege$ann) 1<;2 a"a!son(ir lem!"ga" da" lem!"g la"a!a"
lem!"g
65
Kuat Geser Tanah
'a$%ar #2Klasifikasi tanah rasio friksi, sondir elektris ( 5earle$ 1:;: )
#.3 Korelasi Kat 'eser qc Cu = A ................................................................................................................. (.J) dimana : u
/
kuat geser undrained (k*a)
A&
/
perla-anan konus (k*a)
/
koefisien, tergantung dari "enis sondir
*ada tanah lunak, / 12 1< untuk sondir elektris dan / 1< 2@ (di daerah #umatera / 1Q), untuk sondir mekanis :
Cu
=
P l
+asir
β
.................................................................................................................. (.R) dimana : u
/
kuat geser undrained (k*a)
*l
/
tekanan batas dari pengu"ian *ressure meter (k*a)
β
/
koefisien pressure meter, dibanyak kasus diambil <,<
Cu
σ 'i
= 0,11 + 0,0037 Ip ................................................................................................(.Q)
66
Kuat Geser Tanah
dimana : σ 'i p
/
tekanan efektif a-al (k*a)
/
ndeks plastisitas (%)
ntuk tanah yang mengalami konsolidasi normal :
Cu
= (0,23 ± 0,04)σ 'i .............................................................................................. (.I)
Cu
σ i '
=
0,045 Ip
"errum and #imons :
....................................................................(.1@)
Cu
σ i '
=
0,005w L
Karlsson and Hiberg : dimana -G / batas &air (%)
......................................................................(.11)
Korelasi kuat geser dan konsistensi menurut Zroth and Zood, "uga dapat dilihat pada gambar diba-ah.
'a$%ar #.- Korelasi kuat geser dan konsistensi
#.-
!o(ls Elastisitas
ntuk pasir, Ooed / + A&........................................................................................... (.12) ntuk lempung, Ooed / R A& Dimana A& / perla-anan konus (k*a)
67
Kuat Geser Tanah
A./
In(eks Ko$presi
4er7aghi and *e&k
: & / @,@@I (-l 1@) .............................................. (.1+)
#kempton
: & / @,@@R (-l R) ................................................ (.1;)
#&hofield and Zroth
: & / 1,+2< p ........................................................ (.1<)
4anah "enis loam berpasir yang lunak mempunyai kuat geser dan kekakuan yang lebih tinggi dibanding lempung berpasir3 sedangkan lempung lunak dan lempung organik lunak mempunyai kuat geser dan kekakuan (stiffness) yang rendah3 tanah gambut mempunyai kuat geser dan kekakuan yang paling rendah. Fadi konsistensiluna# adalah dihubungkan dengan kuat geser dan kekakuan yang rendah atau tidak mempunyai ketahanan terhadap deformasi dan penurunan.Kekakuan atau kompresibilitas ditun"ukkan oleh modulus elastisitas, sedangkan kuat geser ditun"ukkan oleh perla-anan konus, Gampiran .<.
erat enis sat (K2/m#)
68
Kuat Geser Tanah
'a$%ar #./Korelasi antara modulus elastisitas, berat isi dan perla-anan konus(#tandar
elanda, 'O'JR;@)
'a$%ar #.4 8rafik Fenis 4anah erdasarkan *erla-anan #ondir
DA0,AR PUS,AKA 1. ishop and Cenkel, 4he measurement of #oil *roperties in the 4est, Od-ard rnold Gtd, 2< Cill #treet, Gondon, Z1` QGG, #e&ond Odition 1IJ2, Seprinted 1IR2. 2. harat #ingh [ CD #harma, Oarth and So&kfill dams, #arita *rakashan, $eerut, ndia, 1IQ2. +. K.C.Cead, $anual of #oil Gaboatory 4esting, Holume 2: *ermeability #hear #trength and ompressibility 4ests, Sobert Cartnoll Gimited, odmin, orn-all, 1IQ1. ;. #atuan Ker"a alai Keamanan endungan, DitFen #D,Y*edoman *embangunan endungan rugan pada *ondasi 4anah GunakY, 'opember 2@@J. <. #'
@+!2;<
Sev!2@@;,ara
"i
4riaksial
untuk
4anah
dalam
Kondisi
4erkonsolidasi 4idak 4erdrainase () dan 4erkonsolidasi 4erdrainase (D),Departemen *eker"aan mum. J. #' @+!+J+Q!1II;, $etode pengu"ian kuat tekan bebas tanah kohesif, Departemen *eker"aan mum. R. #' @+!;Q1+!1IIQ, Sev. 2@@;, ara u"i triaksial untuk tanah kohesif dalam kondisi tidak terkonsolidasi dan tidak terdrainase (),Departemen *eker"aan mum. Q. S#' $!@+!2@@2, $etode analisis stabilitas lereng statik bendungan tipe urugan, Departemen *eker"aan mum.
69