MEKANIKA TANAH (SIL211)

KUAT GESER TANAH

Departemen Teknik Sipil dan LingkunganFakultas Teknolog Pertanian

Institut Pertanian Bogor

1

KERUNTUHAN AKIBAT GESERTanah umumnya runtuh akibat geser

embankment

strip footing

failure surface mobilised shearresistance

Pada saat runtuh, nilai tekanan (beban) sepanjang bidang runtuhmencapai nilai kuat gesernya

2

3

KERUNTUHAN GESER

Partikel tanah bergerak relatifterhadap partikel tanah lainnyasepanjang bidang runtuh

Tidak ada kerusakan pada partikeltanah

Bidang runtuh

4

Shear failure

Pasa saat runtuh, tegangan geser sepanjang bidang runtuh ()mencapai nilai kuat geser tanah (f).

c

Kriteria Keruntuhan Mohr‐Coulomb

f c tan

kohesi Sudut geserdalam

f adalah nilai tegangan maksimum yang bisa dipikul oleh tanah padategangan normalnya, .

f

6

f c f tan

f

f

Kriteria Keruntuhan Mohr‐CoulombKomponen kuat geser tanah : Kohesi (cohesive) danGesekan (frictional).

c

ftan

c

frictionalcomponent

c dan adalah nilai kuatgeser tanah.

Makin tinggi nilainya, makintinggi kuat gesernya

X

Y Elemen tanahpada lokasi yangberbeda

X

X

Y

~ runtuh

~ stabil

Lingkaran Mohr & KurvaKeruntuhan

Y

Y

Tegangan vertikal sebelumdiberikan pembebanan

c

c c+

Mohr Circles & Failure EnvelopeElemen tanah tidak akan runtuhjika belum mencapai kurvakeruntuhannya

GL

c

Y c

Mohr Circles & Failure EnvelopeKetika beban bertambahmaka lingkaran Mohr akansemain besar…

GL

c

c

.. .dan akhirnya terjadi keruntuhanpada saat lingkaran Mohrmencapai garis keruntuhan

c

Y c

c c+

90+

Kemiringan Bidang RuntuhKemiringan bidangruntuh terjadi pada45 + /2 terhadaphorizontal

45 + /2GL

45 + /2

Y

Lingkaran Mohr Untuk & ’

X X X

v

h

v’

h’

u

u= +

total stresseseffective stresses

vhv’h’u

Garis keruntuhan untuk & ’Beberapa sampel diuji dengancara memberikan teganganisotropic yang berbeda-bedahingga runtuh

c

f

c

Awal…

c

Runtuh

c

uf

3= c; 1 = c+f

3’= 3 – uf ; 1’ = 1 - uf

c,

in terms of Pada saat runtuh,

c’, ’

in terms of ’

UJI LABORATORIUM UNTUK KUATGESER TANAH

• UJI TRIAXIAL• UJI UCT (Unconfined Compression Test)• UJI Geser Langsung (Direct Shear)

UJI TRIAXIAL

16

Alat Uji Triaxial

pedestal

17

cell

cell pressure

back pressure

stone

water

pore pressure or

volume change

Alat Uji Triaxialpiston (untuk memberikan tegangan deviator)

Bidang runtuhO-ring

imperviousmembrane

Sampel padakondisi runtuh

porous

Pengujian TriaksialPengujian Triaksial

18

Under all-aroundcell pressure c

Apakah katup drainase terbuka?

Penggeseran(pembebanan)

Apakah katup drainase terbuka?

TIPE PENGUJIAN TRIAXIALdeviator stress ()

yes

Consolidatedsample

no

Unconsolidatedsample

yes

Drainedloading

no

Undrainedloading

TIPE PENGUJIAN TRIAXIALTergantung pada kondisi drainase dilakukan atau tidakpada saat :

Konsolidasi

Penggeseran

Ada 3 tipe pengujian Triaxial:

ConsolidatedConsolidated

Drained (CD) testUndrained (CU) test

Unconsolidated Undrained (UU) test

19

Tanah granular tidakpunya lekatan (kohesi).

c = 0 & c’= 0

Untuk tanah terkonsolidasinormal, c’ = 0 & c = 0.

Pada kondisi UU,Maka nilai u = 0

21

CD, CU and UU Triaxial Tests

Tidak boleh ada tekanan air pori berlebih terjadi padasampel saat pengujian

Penggeseran dengan kecepatan yang sangat rengah untukmencegah munculnya tekanan air pori berlebih

Uji Consolidated Drained (CD)

dihasilkan nilai c’ dan ’

Bisa berhari‐hari! Jarang dilakukan

c’ dam ’ digunakan pada analisis dengan kondisiteralir penuh (e.g., stabilitas lereng jangka panjang,Pembebanan yang sangat lambat)

22

CD, CU and UU Triaxial Tests

Tekanan air pori muncul saat penggeseran

lebih cepat dari CD (lebih direkomendasikan untuk menghasilkannilai c’ and ’)

Consolidated Undrained (CU) Test

dihasilkan nilai c’ dan ’

dihasilkan ’

CD, CU and UU Triaxial TestsUnconsolidated Undrained (UU) Test

Tekanan air pori muncul saat penggeseran

Tetapi tidak diukur’ unknown

= 0; maka garis keruntuhan akanhorizontal

Kondisi tegangan total dihasilkan cu dan u

Pengujian sangat cepat

cu dan u digunakan pada analisis dengan kondisitak teralir (e.g., stabilitas jangka pendek,Pembebanan yang cepat)

23

X

Elemen tanah saatruntuh

3 1

X 3

Hubungan 1- 3 Saat Runtuh1

UJI UCT

ALAT UJI UCT

UJI UCT

• Pada prinsipnya sama dengan uji Triaxial• Perbedaannya hanya pada UCT tidak adategangan cell atau tegangan keliling

• Akibatnya nilai 3 = 0• Tidak ada nilai sudut geser dalam• Kuat tekan, qu = deviator stress• Kohesi = 0.5 x qu

3 1

= qu

UJI UCT

cu = qu /2

UJI GESER LANGSUNG

Motordrive

measure ShearForce

Porous plates

UJI GESER LANGSUNG

Normal load

Top platen

Load cell to

Measure

Soil

Rollers

relative horizontal displacement, dx

vertical displacement of top platen, dy

ALAT UJI GESER LANGSUNG

• Hasil uji geser langsung dapat digunakan untuk analisisKestabilan dalam bidang geoteknik, di antaranya untukanalisis kestabilan lereng, daya dukung pondasi, analisisdinding penahan, dan lain‐lain.

• Uji geser langsung tidak dapat mengukur tekanan air poriyang timbul saat penggeseran dan tidak dapat mengontroltegangan yang terjadi di sekeliling contoh tanah

• Keterbatasan uji geser langsung yang lain adalah karenaBidang runtuh tanah ditentukan, meskipun belum tentumerupakan bidang terlemah.

UJI GESER LANGSUNG

In‐situ shear tests

Vane shear test

Torvane

Pocket Penetrometer

Pressuremeter

Static Cone Penetrometer test (Push Cone Penetrometer Test, PCPT)

Standard Penetration Test, SPT

In‐situ shear tests

Vane shear test (suitable for soft to stiff clays)

Torvane

Pocket Penetrometer

Pressuremeter

Static Cone Penetrometer test (Push Cone Penetrometer Test, PCPT)

Standard Penetration Test, SPT

PLAN VIEW

Vane shear testThis is one of the most versatile and widely used devices used for investigatingundrained shear strength (Cu) and sensitivity of soft clays

Bore hole (diameter = DB)

h > 3DB)

Vane

D

H

Applied Torque, T

Vane T

Rupture surface

Disturbed soil

Rate of rotation : 60 – 120 per minuteTest can be conducted at 0.5 m verticalintervals

In‐situ shear tests

Vane shear test

Torvane (suitable for very soft to stiff clays)

Pocket Penetrometer

Pressuremeter

Static Cone Penetrometer test (Push Cone Penetrometer Test, PCPT)

Standard Penetration Test, SPT

Torvane

Torvane is a modification to the vane

In‐situ shear tests

Vane shear test

Torvane

Pocket Penetrometer (suitable for very soft to stiff clays)

Pressuremeter

Static Cone Penetrometer test (Push Cone Penetrometer Test, PCPT)

Standard Penetration Test, SPT

Pocket Penetrometer

Pushed directly into the soil. The unconfined compressionstrength (qu) is measured by a calibrated spring.

Swedish Fall Cone (suitable for very soft to soft clays)

The test must be calibrated

Soil sample

Cu ∞Mass of the cone∞ 1/(penetration)2

In‐situ shear tests

Vane shear test

Torvane

Pocket Penetrometer

Pressuremeter (suitable for all soil types)

Static Cone Penetrometer test (Push Cone Penetrometer Test, PCPT)

Standard Penetration Test, SPT

Pressuremeter

Pre – bored or self – bored hole

Guard cell

Measuring cell

Guard cell

Coaxial tube

Water

Air

In‐situ shear tests

Vane shear test

Torvane

Pocket Penetrometer

Pressuremeter

Static Cone Penetrometer test (Push Cone Penetrometer Test, PCPT) (suitable for all soil types except very course granular materials)

Standard Penetration Test, SPT

Static ConePenetrometertest

Cone penetrometers withpore water pressuremeasurement capability areknown as piezocones

40 mm

40 mm

40 mm

40 mm

In‐situ shear tests

Vane shear test

Torvane

Pocket Penetrometer

Pressuremeter

Static Cone Penetrometer test (Push Cone Penetrometer Test, PCPT)

Standard Penetration Test, SPT (suitable for granular materials)

Standard Penetration Test, SPT

SPT is the most widely used test procedure to determine theproperties of in‐situ soils

63.5 kg

0.76 m

Drill rod0.15 m0.15 m0.15 m

Number of blows = N1

Number of blows = N2

Number of blows = N3

Standard penetration resistance (SPT N) = N2 + N3

Number of blows for the first 150 mmpenetration is disregarded due to thedisturbance likely to exist at the bottom of thedrill hole

The test can be conducted at every 1m verticalintervals

Various correlations have been developed to determine soilstrength parameters (c, ect) from N

Standard Penetration Test, SPT

SPT (Manual operation)