KEKUATAN GESER TANAH

Definisi: perlawanan internal tanah tiap satuan luas terhadap keruntuhan atau pergeseran sepanjang bidang runtuh dalam satu elemen tanah

Tujuan Studi kekuatan geser tanah:Untuk analisis masalah kestabilan tanah, seperti :

• daya dukung• stabilllitas talud (lereng)• tekanan tanah ke samping pada turap/tembok penahan• dll

KEKUATAN GESER TANAH

Dasar Teori (Hukum Gesekan Newton):

W

T

R

T > W geser

T < W diam

T = W labil

tan

:

tan

AWA

Ttegangandalam

WT

KEKUATAN GESER TANAH

Kriteria Keruntuhan Menurut MOHR-COLOUMBKeruntuhan terjadi pada suatu material akibat kombinasi kritis antara tegangan normal dan geser, dan bukan hanya akibat tegangan normal maksimum atau tegangan geser maksimum saja.

f = f()

: sudut geser-internal

c : kohesi

f = c + tan

KEKUATAN GESER TANAH

Kemiringan Bidang Keruntuhan Akibat Geser

Tegangan normal dan tegangan geser pada bidang runtuh:

2sin2

31 n

2cos22

3131

n

1

3

n

f

n

1

3

3 < 1

KEKUATAN GESER TANAH

Pada saat runtuh: f = n

tan2cos

22c2sin

2313131

atau

tancos2sin

ctan2

21

331

…………………………………….. (a)

Kriteria keruntuhan Mohr-Coloumb:

f = c + tan

KEKUATAN GESER TANAH

Persamaan di atas memberikan hubungan baru:

2450

Untuk harga-harga 3 dan c tertentu, kondisi runtuh akan ditentukan oleh harga minimum dari tegangan utama besar 1. Bila harga 1 minimum, maka harga (1/2.sin2-cos2 .tan) pada Persamaan (a) haruslah maksimum. Sehingga:

0tancos2sindd 2

21

0tan.cos.sin2sincos 22

tancos2sin

ctan2

21

331

KEKUATAN GESER TANAH

Gambar samping menunjukkan gam-baran separuh lingkaran Mohr yang mewakili kondisi tegangan pada saat keruntuhan pada suatu massa tanah. Garis keruntuhan yang dinyatakan oleh persamaan f = c + tan me-nyinggung lingkaran Mohr pada titik X.

Jadi, keruntuhan geser yang terjadi pada bidang tertentu dapat kita nyata-kan dengan lingkaran berjari-jari OX, dan bidang tersebut harus membentuk kemiringan sudut = 450 + /2 ter-hadap bidang utama besar.Lingkaran Mohr dan Garis Keruntuhan

KEKUATAN GESER TANAH

Bila harga = 450 + /2 dimasukkan ke dalam Persamaan (a) dan kemudian disederhanakan, akan menghasilkan:

222

31 45tan.c245tan.

Akan tetapi, Persamaan (b) juga dapat dengan mudah diturunkan dengan menggunakan lingkaran Mohr dan ilmu ukur sederhana.

…………………………………….. (b)

KEKUATAN GESER TANAH

Beberapa Cara Penentuan (Pengujian) Kekuatan Geser Tanah:

1. Uji Geser Langsung (direct shear test)

2. Uji Triaxial (triaxial test)

3. Uji Kuat Tekan Bebas (unconfined compressive strength test)

4. Uji Vane Shear

5. Dll.

KEKUATAN GESER TANAH Uji Geser Langsung

Ni

Ti

batu pori

tanah

batu pori

ring

perata beban

meja

Ni : beban vertikal (normal)Ti : gaya horisontal yang diperlukan

untuk menggeser ring (tanah)A : luas penampang tanahsi : lintasan yang diperlukan sampai

tanah tergeser

KEKUATAN GESER TANAH

Percobaan dengan Menggunakan Pasir

AN1

1 Uji 1:

Uji 2:

Uji 3:

AT1

1 ; ; s1

AN2

2 ;

;

; s2

; s3AN3

3

AT2

2

AT3

3

Hasil Uji:

: sudut geser dalam

s

f1

f2

f3

3

2

1

1 2 3

f1

f = . tan

f2

f3

KEKUATAN GESER TANAH

Percobaan dengan Menggunakan Lempung

: sudut geser dalam

c : kohesi [kN/m2]

1 2 3

f1

f = c + . tan

f2

f3

c

KEKUATAN GESER TANAH

Luas Sample : A = (5.08 * 5.08) cm2

No. Uji 

Arah Normal Arah GeserGaya Tegangan Gaya Tegangan

  kg kg/cm2 kg kg/cm2

1 9 0.348751 5.44 0.210924

2 14 0.542501 8.30 0.32166

3 32 1.240002 19.10 0.739993

4 45 1.743753 27.26 1.05638

UJI GESER LANGSUNG

CONTOH TANAH PASIR

KEKUATAN GESER TANAH UJI GESER LANGSUNG

CONTOH TANAH LEMPUNG

Diameter Sample : D = 5.0 cm

No. Uji Arah Normal Arah Geser  Gaya Tegangan Gaya Tegangan  kg kg/cm2 kg kg/cm2

1 27 1.374545 14.06 0.715782

2 40 2.036363 18.06 0.919418

3 47 2.392727 20.41 1.039054

4 54 2.749091 22.43 1.141891

KEKUATAN GESER TANAH Pengamatan Hasil Uji Geser Langsung:

Diagram tegangan geser vs. perubahan tinggi benda uji karena pergerakan menggeser untuk tanah pasir padat dan lepas (uji geser langsung)

KEKUATAN GESER TANAH

Hal umum yang dapat ditarik dari gambar di atas berkaitan dengan variasi tegangan geser penghambat dan perpindahan geser, yaitu:

1. Pada pasir lepas (renggang), tegangan geser penahan akan membesar sesuai dengan membesarnya perpindahan geser sampai tegangan tadi mencapai tegangan geser runtuh Setelah itu, besar tegangan geser akan kira-kira konstan sejalan dengan bertambahnya perpindahan geser.

2. Pada pasir padat, tegangan geser penghambat akan naik sejalan dengan membesarnya perpindahan geser hingga tegangan geser runtuh (maksimum) f

tercapai. Harga f ini disebut sebagai kekuatan geser puncak (peak shear strength). Bila tegangan runtuh telah dicapai, maka tegangan geser penghambat yang ada akan berkurang secara lambat laun dengan bertambahnya perpindahan geser sampai pada suatu saat mencapai harga konstan yang disebut kekuatan geser akhir maksimum (ultimate shear strength).

KEKUATAN GESER TANAH

1. Consolidated-drained test atau drained test (CD test)

2. Consolidated-undrained test (CU test)

3. Unconsolidated-undrained test atau undrained test (UU test)

Tiga tipe standar dari uji triaxial yang biasanya dilakukan:

Uji Triaxial:

Kran

u

d

d

3 3

3

3

Kran

u

3 3

3

3

Tahap 1:Confining Pressure

Tahap 2:Shear Pressure

3 : konstan

d : bertahap sampai runtuh (d)f

Prinsip Uji Triaxial

Pemberian Beban:

KEKUATAN GESER TANAH

KEKUATAN GESER TANAH

Confining Pressure Shear Pressure

Jenis Uji Kran Teg. Air Pori (u) Kran Teg. Air Pori (u)

CD Buka u = uc = 0 Buka u = uc+ud = 0

CU Buka u = uc = 0 Tutup u = uc+ud = ud

UU Tutup u = uc Tutup u = uc+ud

Perbedaan Tipe Standard Pengujian Triaxial

KEKUATAN GESER TANAH Hasil Uji Triaxial CD

Garis keruntuhan untuk tegangan efektif dari uji CD pada pasir dan lempung NC

KEKUATAN GESER TANAH Hasil Uji Triaxial CD

Garis keruntuhan untuk tegangan efektif dari uji CD pada lempung OC

KEKUATAN GESER TANAH Contoh 9-2:

Hasil uji triaxial cara air teralirkan-terkonsolidasi (CD) pada tanah lempung NC adalah sebagai berikut:

3 = 276 kN/m2

(d)f = 276 kN/m2

Tentukan:a) Sudut geser, b) Sudut (sudut antara bidang keruntuhan dengan bidang utama besar/major

principal plane)c) Tegangan normal ’ dan tegangan geser f pada bidang keruntuhan

KEKUATAN GESER TANAH Contoh 9-4:

Dua buah benda uji dari tanah lempung yang sama mula-mula dikonsolidasi dengan tegangan penyekap sebesar 600 kN/m2. Kemudian kedua benda benda uji tersebut diuji triaxial CD dengan tekanan penyekap yang berbeda dan jauh lebih kecil dari tegangan penyekap mula-mula di atas. Hasil kedua uji tadi adalah sebagai berikut:

Benda uji 1 : 3 =100 kN/m2

(d)f =410.6 kN/m2

Benda uji 2 : 3 =50 kN/m2

(d)f =384.37 kN/m2

Tentukan parameter-parameter dari kekuatan geser sampel tanah.

KEKUATAN GESER TANAH Hasil Uji Triaxial CU

Garis keruntuhan untuk tegangan total & efektif dari uji CU pada pasir dan lempung NC

KEKUATAN GESER TANAH Hasil Uji Triaxial CU

Garis keruntuhan untuk tegangan total dari uji CU pada lempung OC

KEKUATAN GESER TANAH Contoh 9-5:

Sebuah benda uji dari tanah pasir jenuh air diberi tekanan penyekap (confining pressure) sebesar 60 lb/in2. Kemudian tegangan aksial dinaikkan tanpa memperbolehkan terjadinya drainase (dari dan ke dalam benda uji). Benda uji tersebut mencapai keruntuhan pada saat tegangan aksial mencapai 50 lb/in2. Tegangan air pori pada saat runtuh adalah 41.35 lb/in2. Tentukan: a) Sudut geser kondisi CUb) Sudut geser kondisi CD

KEKUATAN GESER TANAH Hasil Uji Triaxial UU

Lingkaran Mohr untuk tegangan total dan garis keruntuhan dari uji UU

KEKUATAN GESER TANAH Hasil Uji Triaxial UU

Contoh Kasus Penggunaan Paramater CD:

KEKUATAN GESER TANAH

KEKUATAN GESER TANAH Contoh Kasus Penggunaan Paramater CD:

KEKUATAN GESER TANAH Contoh Kasus Penggunaan Paramater CU:

KEKUATAN GESER TANAH Contoh Kasus Penggunaan Paramater CU:

KEKUATAN GESER TANAH Contoh Kasus Penggunaan Paramater CU:

KEKUATAN GESER TANAH Contoh Kasus Penggunaan Paramater UU:

KEKUATAN GESER TANAH Contoh Kasus Penggunaan Paramater UU:

KEKUATAN GESER TANAH Contoh Kasus Penggunaan Paramater UU:

KEKUATAN GESER TANAH Uji Kuat Tekan Bebas

uu

f cq

22

1

KEKUATAN GESER TANAH Uji Vane Shear

T

h

d

T T = Me + Ms + Me

T : momen torsi Me : momen tahanan pada muka atas

dan bawah silinder runtuh Ms : momen tahanan pada dinding silinder

runtuh

)(c dh)( M2d

us 8

due

3 c M

Dimana: d : diameter baling-balingh : tinggi baling-baling

KEKUATAN GESER TANAH

a = ½ tahanan geser termobilisasi dianggap berbentuk segi tiga = 2/3 tahanan geser termobilisasi dianggap seragamc = 3/5 tahanan geser termobilisasi dianggap berbentuk parabola

cu

d/2d/2 d/2d/2 d/2d/2

T = Me + Ms + Me

4d

2hdc.

32u

4d

2hd

Tc32u

Uji Vane Shear

KEKUATAN GESER TANAH

FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI BESARNYA KEKUATAN GESER TANAH:

1. Keadaan tanah: ukuran butiran, angka pori, bentuk2. Jenis tanah: kerikil, pasir, lanau, lempung, berpasir, berlempung3. Kadar air: terutama pada lempung4. Jenis dan tingkat beban: pembebanan yang terlalu cepat menghasilkan

tekanan air pori yang berlebih5. Anisotropis: kuat geser arah tegak lurus berbeda dengan arah sejajar

bidang geser

KEKUATAN GESER TANAH

FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI HASIL UJI KUAT GESER DI LABORATORIUM:

1. Metoda pengujian2. Derajat ketergangguan contoh tanah3. Kadar air contoh tanah saat diuji4. Tingkat regangan

KEKUATAN GESER TANAH

METODA EMPIRIS PENENTUAN KUAT GESER:(korelasi cukup memadai untuk rentang harga-harga LL = 20 45 dan PI = 15 30)

Index Plastisitas, PI [%]

Sudu

t Ges

er D

alam

. [.

.0 ]

0

30

20

20

10

40

40 60 80 1000

Lempung

KEKUATAN GESER TANAH

0 20 40 60 80 100

30

20

10

40

0

Sudu

t Ges

er D

alam

[.

.0 ]

Persentase Lempung [% < 0.002 mm]

Batas Nilai

METODA EMPIRIS PENENTUAN KUAT GESER:

Pasir

PENENTUAN NILAI CBR

CBR: perbandingan antara beban yang dibutuhkan untuk penetrasi contoh tanah sebesar 0.1 in. atau 0.2 in. dengan beban yang ditahan oleh batu pecah standar pada penetrasi 0.1 in. atau 0.2 in. (dinyatakan dalam %)

PENENTUAN NILAI CBR

Benda Uji: tanah dalam mold hasil kompaksiPerlengkapan: Mesin penekan, Proving Ring, Proving Ring, piston

dengan luas penampang 3 in2 Kecepatan piston: 0.05 in/menit Beban standar: Penetrasi

[inch]Beban standar

[lbs]Beban standar

[lbs/in2]

0.10.20.30.40.5

30004500570069007800

10001500190023002600

PENENTUAN NILAI CBR

Nilai CBR adalah harga tertinggi dari CBR0.1” dan CBR0.2”

%1004500

%1003000

"2.0

"1.0

xyCBR

xxCBR

JENIS CBR

1. CBR Lapangan (Field CBR)Umumnya digunakan untuk perencanaan tebal lapisan perkerasan dimana tanah dasarnya tidak akan ditimbun dan dipadatkan lagi

Pengujian dilakukan pada kondisi basah/jenuh (sehabis hujan)

Pengujian dilakukan dengan menekan piston standard ke permukaan tanah dengan beban yang ditahan oleh gandar truk. Hubungan antara penetrasi piston dengan beban yang diberikan dipergunakan untuk menghitung CBR lapangan tersebut

JENIS CBR

2. CBR Lapangan Rendaman (Undisturbed Field CBR)

Berguna untuk menentukan nilai CBR asli di lapangan pada kondisi jenuh dan tanah mengalami pengembangan maximum

Contoh tanah yang akan diuji diambil dengan menggunakan mold pada musim kemarau (kondisi tidak jenuh). Kemudian tanah direndam selama sekitar 4 hari hingga pengembangan (swell) berakhir, kemudian diuji CBR

Digunakan untuk menentukan daya dukung tanah di daerah yang lapisan tanah dasarnya tidak akan dipadatkan lagi, dan terletak di daerah yang badan jalannya sering terendam pada musim hujan tetapi selalu kering pada musim kemarau.

JENIS CBR

3. CBR Rencana (CBRdesign)

Juga disebut CBR laboratorium

Uji dilakukan pada material timbunan yang telah diuji pemadatan (kompaksi) sehingga kepadatan maximum (dmax)dan kadar air optimum sudah diketahui

Uji CBR dilakukan pada beberapa kepadatan dengan simulasi jumlah tumbukan 10x, 25x, dan 56x.

CBR rencana umumnya ditentukan berdasarkan kepadatan tanah sebesar 95% dari dmax. Berdasarkan nilai CBR inilah tebal perkerasan jalan (lentur) direncanakan.