UJI GESER LANGSUNG (DIRECT SHEAR STRENGTH) Kekuatan geser tanah (soil shear strength) dapat di definisikan sebagai kemampuan maksimum tanah untuk bertahan terhadap usaha perubahan bentuk pada kondisi tekanan (pressure) dan kelembapan tertentu). Kekuatan geser suatu tanah tergantung pada tahanan geser antara butirbutir tanah dan kohesi pada permukaan butir tanah. Nilai kekuatan geser tanah ini berubah-ubah sesuai dengan jenis dan kondisi tanah. Nilai ini digunakan untuk menghitung daya dukung tanah (bearngi capacity), tekanan tanah terhadap dinding penahan (earth pressure) dan kestabilan lereng (slope stability). Keruntuhan geser ( shear failuire) disebabkan oleh gaya-gaya yang bekerja antara butirannya, dimana ini akan menyebabkan terjadinya gerak relatif antara butir tanah. Bila pada permukaan tanah dikerjakan gaya geser dan gaya normal, maka harga tegangan geser akan membesar (mencapai maksimum) akibat dipormasi mencapai harga batas. Bila harga batas yang diperoleh dari tegangan yang berbeda-beda, kita gambarkan pada grafik maka akan berupa garis lurus yang dinyatakan dengan persamaan Coulomb Hvorslev :
dimana: C’ = kohesi tanah tekanan efektif. σ = Tegangan normal efektif. u = Tegangan air pori. τ = tegangan total pada bidang kritis. Catatan : Bila pada tanah jenuh dikerjakan gaya diatasnya, maka tegangan normal yang bekerja ini akan ditahan oleh air yang terdapat pada pori. Setelah air pori mengalir ke luar dari porinya maka tekanan ini berangsur-angsur dipikul oleh butiran tanah. Jumlah tekanan air dan pori serta tekanan efektif disebut tekanan total.
Kekuatan geser dapat diukur dilapangan maupun dilaboratorium. Pengukuran dilapangan antara lain dapat dilakukan menggunakan vane shear, plate load dan test penetrasi. Pengukuran dilaboratorium meliputi penggunaan miniatur vane shear, direct shear, triaxial compression dan unconfined compression dan fall-cone soil shear strength. Konsep Kekuatan Geser Tanah Gambar 1 menunjukan cara pengukuran kuat geser tanah secara langsung (direct shear strength) menggunakan kotak terpisah (split box). Contoh tanah tidak terganggu (intact soil sample) atau terganggu (disturbed soil sample) ditempatkan pada boks bagian bawah, kemudia boks bagian atas yang berukuran sama ditempatkan terbalik menutup boks bagian bawah. Boks bagian bawah statis atau tidak bergerak, sedangkan boks atas digerakan kesatu arah secara konstan sambil mengaplikasikan tekanan normal kepermukaan contoh tanah. Ada dua gaya yang bekerja yaitu : 1. Tekanan normal yang diakibatkan oleh pemberian beban pada contoh secara tegak lurus (vertikal) dan 2. Tekanan geser yang diakibatkan oleh pemberian beban horizontal.
Gambar 1. Skema alat Uji Geser Langsung Terhadap contoh tanah yang sudah ditempatkan di dalam kotak diaplikasikan dengan tekanan normal tertentu, kemudian diaplikasikan tekanan geser secara berangsur-angsur bebannya ditambah sampai terjadi keruntuhan (shearing failure). Sejumlah test dilaksanakan terhadap contoh tanah yang sama dengan cara menambah tekanan normalnya, yang berarti juga
meningkatkan nilai tekanan gesernya. Data tersebut kemudia diplot untuk mendapatkan persamaan regresi. Vane Shear Test (alat pengujian geser baling-baling) Alat untuk mengukur tahanan geser tanah kohesif salah satunya adalah alat pengujian geser baling-baling (Vane Shear Test). Alatnya terdiri dari empat pelat baja tipis seperti kipas balingbaling yang berpotongan saling tegak Uji geser vane dapat dilakukan di laboratorium atau langsung di lapangan pada waktu penyelidikan tanah. Dalam praktek, terdapat beberapa ukuran kipas yang bisa digunakan mempunyai dua dimensi, yang pertama dengan diameter 1,9 cm dan tinggi 2,9 cm, yang kedua dengan diameter 3,3 cm dan tinggi 5 cm. Adapun yang digunakan pada penelitian ini adalah alat vane shear dengan dimensi diameter 3,3 cm dan tinggi 5 cm. Menurut U.S Bureu of Reclamation alat vane shear lapangan mempunyai dimensi, diantaranya d = 2 inc (= 50,8 mm) ; h = 4 inc (= 101,6 mm), d = 3 inc (= 76,2 mm); h = 6 inc (= 152,4 mm), d = 4 inc (= 101,6 mm) ; h = 8 inc (= 203,2 mm). Pemeriksaan dilakukan sepanjang kedalaman tanah yang diselidiki, pada jarak interval kira-kira 30 cm. Bila pengukuran dilakukan dengan pembuatan lubang dari alat bor, baling-baling ditancapkan paling sedikit berjarak 3 kali diameter lubang bor diukur dari dasar lubangnya. Karena tanah bergeser menurut bentuk selinder vertikal yang terjadi di pinggir baling-baling, tahanan geser dapat dihitung jika dimensi baling-baling dan gaya puntiran diketahui. Kuat geser tanah lempung dihitung dengan persamaan:
Data yang diperoleh dari alat uji geser pada awalnya adalah nilai gaya puntiran (T). Untuk mendapatkan nilai kuat geser, maka data dari dimensi alat geser baling-baling dan nilai gaya puntiran dimasukkan ke dalam persamaan 1 di atas. Hingga nantinya didapat nilai kuat geser dari kondisi tanah yang di lakukan penelitian.
Uji triaksial Uji triaksial merupakan salah satu uji lab yang paling umum digunakan untuk mengetahui properti tanah. Uji ini merupakan salah satu uji tanah yang paling sering digunakan, oleh karena itu civil engineer wajib memahaminya dengan baik Tanah bukanlah material yang elastik, karakteristiknya selalu berubah saat pembebanan, kekangan ini diaplikasikan untuk mengetahui efek kekangan. Pada model tanah yang paling simpel (elastik Mohr-Coulomb), tidak ada efek kekangan dari tanah ke properti tanah, namun karena setiap uji hanya dapat menghasilkan satu lingkaran Mohr, maka dilakukan beberapa uji triaksial dengan variasi kekangan.Tanah memiliki kandungan air tertentu, dimana selama proses pengujian, kandungan air ini harus selalu mencerminkan kondisi realdi lapangan, cara untuk menjaga water content dari tanah agar tidak berubah adalah dengan melapisi tanah dengan membran Ada 3 jenis uji triaksial UU, CU, dan CD. Pada uji CU dan CD, air akan diperkenankan keluar dari sampel untuk mensimulasi fase konsolidasi dan fase drained, sehingga satu-satunya jalan agar air bisa keluar adalah dengan menggunakan pelat berpori uji triaksial terdiri dari 2 fase, fase pertama adalah fase kompresi, sedangkan fase kedua adalah fase pemberian tegangan geser. Beberapa uji triaksial untuk batu pecah (boulder) memiliki spesimen uji dengan tinggi lebih dari 1 ml
Gambar alat uji triaksial Kriteria plastis Mohr-Coulomb Untuk menginterpretasi hasil yang didapat dari uji triaksial, pada umumnya digunakan model elastik Mohr-Coulomb. Padahal diluar sana ada puluhan (bahkan ratusan) model tanah yang bisa digunakan. Model elastik Mohr-Coulomb digunakan karena simplisitasnya, dimana pada model ini:
Tanah diasumsikan sebagai material elastik
Setelah tanah mencapai tegangan lelehnya, tanah tidak memiliki plastic flow (artinya tidak ada hardening/softening) alias perfectly plastic Characteristic state (titik perubahan dari kondisi kompresi ke dilasi) terjadi bersamaan
dengan yield dari tanah Batas plastis dari kriteria Mohr-Coulomb dengan persamaan berikut Persamaan ini sesungguhnya ingin menyatakan bahwa kapasitas tahanan geser tanah ( ), sama dengan tahanan geser intrinsik di tanah (kohesi) plus tahanan geser hasil gesekan antara partikel tanah Dimana adalah kohesi tanah, yang merupakan tahanan geser intrinsik yang dimiliki tanah. Kohesi dapat dirasakan saat kita meremas lempung yang basah, lempung tersebut tidak kembali ke bentuk asalnya karena kohesi lempung merekatkan lempung tersebut
Kohesi lempung (sumber) Sedangkan
adalah sudut geser tanah.
Apa makna sudut geser tanah? Pada kondisi tanpa tegangan pengekang, sudut geser tanah ini dapat kita lihat saat kita ambil sejumlah pasir dan kita tuang diatas permukaan, pasir tersebut akan membentuk sudut tertentu dengan permukaan. Inilah makna fisik dari sudut geser tanah pada kondisi tanpa tegangan pengekang (dalam bahasa inggris: natural angle of repose)
Sudut geser pasir (sumber disini) Dua parameter inilah yang menentukan letak permukaan plastis dari kriteria plastis MohrCoulomb Pada buku-buku mekanika tanah yang umum dijumpai, gambar permukaan runtuh (plastis) Mohr-Coulomb digambarkan dalam sumbu Mohr sebagai berikut :
Mohr-Coulomb 2D Sesungguhnya persamaan tersebut dapat juga dibuat dalam 3D (dengan sumbu
,
permukaan bidang runtuhnya dapat dilihat pada gambar dibawah ini (seperti cone es krim). Jadi
saat dikatakan failure/rupture surface, memang faktanya bidang keruntuhan itu memang merupakan suatu permukaan
Mohr-Coulomb 3D Pada model elastik-plastik sempurna seperti model Mohr-Coulomb, permukaan ini tidak berevolusi (tidak membesar/mengecil dan tidak berpindah). Tanah hanya mampu menahan kombinasi tegangan yang tidak melampaui permukaan MohrCoulomb tersebut. Dengan melakukan uji triaksial, kita dapat mengakses 2 properti tanah yang didasari pada model keruntuhan Mohr-Coulomb, yang pertama adalah kohesi tanah , sedangkan yang kedua adalah sudut geser tanah
TUGAS MEKANIKA TANAH 2 KELAS A
oleh : Mutiatul Istiqomah NIM 131910301034
PROGRAM STUDI S1 TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS JEMBER 2015
