11018-9-177463943814

Program Studi Teknik SipilFakultas Teknik Sipil dan PerencanaanUniversitas Mercu Buana 9

MODUL 9 (MEKANIKA TANAH II)

Tegangan Geser Tanah (lanjutan 2)

1. Uji Geser Langsung (Direct Shear Test)

Contoh ditempatkan pada sebuah kotak logam dengan penampang persegi atau lingkaran.

Kotak tersebut terbagi menjadi dua bagian pada setengah tingginya dengan suatu jarak

kecil antara kedua bagian tersebut. Di atas dan di bawah contoh ditempatkan sebuah

piringan berpori bila contoh tersebut jenuh sempuma atau jenuh sebagian sehingga air

dapat mengalir. Bila contoh tersebut kering digunakan piringan logam. bagian-bagian

terpenting dari kotak tersebut diperlihatkan pada gambar di bawah ini . Pada kotak

tersebut, contoh dibebani gaya vertikal (N) melalui pelat beban (loading plate) dan secara

berangsur-angsur akan timbul tegangan geser dengan membuat pergeseran di antara

kedua bagian kotak tersebut. Gaya geser (T) diukur bersamaan dengan perpindahan

geser (Δl). Biasanya perubahan tebal contoh (Δh) juga diukur. Dalam percobaan ini

digunakan beberapa contoh dengan pembebanan vertikat yang berbeda-beda, dan

kemudian untuk setiap percobaan harga tegangan geser runtuh diplot terhadap tegangan

normalnya. Kemudian akan didapatkan parameter-parameter kekuatan geser dari garis

terbaik yang didapat dari titik-titik tersebut.

Gambar 3. Alat Geser langsung

Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB DESIANA VIDAYANTIMEKANIKA TANAH 2

Pada percobaan ini didapati beberapa kekurangan, antara lain yang terpenting adalah

kondisi pengaliran (drainasi) yang tidak dapat dikontrol. Selama tekanan air pori tidak

dapat diukur, tegangan normal total saja yang dapat diukur walupun nilainya sama dengan

harga tegangan normal efektif pada saat tekanan air pori nol. Geser murni yang dihasilkan

pada contoh hanya ditentukan dengan perkiraan, dan tegangan geser pada bidang runtuh

tidak merata. Keruntuhan terjadi dari tepi sampai pusat contoh. Selama percobaan, luas

contoh yang dibebani beban geser dan vertikal tidak akan tetap. Keuntungan dari

percobaan ini adalah .kesederhanaannya, dan kemungkinan dalam persiapan contoh bila

contoh tersebut pasir.

Prinsip Alat Geser Langsung

Pengujian baku untuk kotak geser (shear box) dilakukan pada contoh tanah bujur sangkar

bersisi 60 mm setebal 25 mm. Contoh tanah digeser mendatar dalam kotak terbelah

sepanjang bidang yang telah ditentukan sekitar pertengahan tingginya, setelah

memberikan beban vertikal tertentu yang konstan. Rincian alat dan tata-cara pengujian

disusun oleh Akroyd (Laboratory Testing in Soil Engineering, Soil Mechanis Ltd, 1958).

Umumnya disiapkan tiga contoh dan 1 contoh tanah dan dgeser dengan tiga tegangan

normal yang berlainan. Gerakan vertikal contoh tanah diukur selama pengujian geser

berlangsung, juga gaya gesernya. Tingkat pergerakan tergantung pada jenis pengujian

(yakni terdrainasi atau tidak-terdrainasa) dan bila terdrainasi tergantung pada permeabilitas

tanah yang sedang diuji.

Pengujian terhadap pasir

Pengujian kotak geser semula dikembangkan sebagai sarana mengukur sudut geser

dalam (angle of internal friction) tanah berbutir kasar. Pada pasir bersih, pengujian ini

bersifat cepat karena drainasi sedemikian cepatnya sehingga tidak terbentuk tekanan

pori berlebih.

Dari rangkaian tiga pengujian dengan tekanan normal berlainan, nilai pada Persamaan

Coulomb tan dapat ditentukan.

Nilai tidak hanya tergantung pada jenis pasir, namun juga pada bentuk ikatan butir

tanah.


Bayangkan ikatan pasir dalam bidang Iongsor. Ikatan yang padat akan membuatnya

mengembang saat bergeser dan ikatan menjadi Iebih Ionggar.

Sifat geseran yang sangat berbeda dari contoh pasir padat maupun lepas ini diperlihatkan

dalam gambar di bawah ini.

Sifat geseran yang sangat berbeda dari contoh pasir padat maupun lepas ini diperlihatkan

dalam gambar di bawah ini.


Alasan perbedaan ini adalah bahwa pasir padat mengembang ketika digeser dan hal ini

memerlukan upaya ekstra melawan tegangan normal.

Bila perpindahan sangat besar, contoh pasir padat akan mengembang dengan ikatan yang

lebih longgar serta menghasilkan nilai yang sama seperti contoh pasir lepas.

Jelas bahwa nilai tergantung pada bahan pembentuk butir (kuarsa, feldspar dIl), juga

pada ikatan butiran. Hubungan tipikal antara kepadatan relatif terhadap diperlihatkan di

bawah ini.


Terlihat bahwa untuk pasir dalam

keadaan padat, lebih besar dari

untuk pasir dalam keadaan lepas,

walaupun pasir terdiri dari butiran

kuarsa yang sama.

2. Pengujian Unconfined (Unconfined Compression Test)

Pengujian Unconfined dilakukan dengan contoh berbentuk tabung yang ditekan

secara aksial hingga longsor dan kadar air tidak berubah. Karena pengujian

dilakukan dengan cepat dan tingkat pembebanan sampai Iongsor biasanya antara 5

sampai 15 menit. Prinsip pengujian Unconfined dapat dilihat pada gambar berikut ini.

Perbandingan tinggi contoh uji terhadap diameter adalah 2 : 1 dan diameter yang

dipergunakan adalah 38 mm. Bila perbandingan Iebih besar dan 3 : 1 contoh akan

tertekuk dan tidak mengalami Iongsor dengan tekanan yang sebenarnya.

Dipakai tingkat tekanan yang konstan (regangan terkontrol), biasanya sekitar 2 %

dan tinggi contoh per menit. Pengontrolan tekanan biasanya tidak diperlukan dalam

pengujian ini.

Contoh tanah dikatakan Iongsor pada saat contoh tak dapat menahan peningkatan

tekanan lagi, yakni titik yang memberikan tahanan perubahan bentuk maksimum

akibatan tekanan aksial. Pada saat contoh tanah ditekan dapat terjadi sedikit

penggembungan (bulging / barelling), demikian pula akibat selubung karet yang

dipakai dalam pengujian triaksial.

Untuk contoh tanah yang plastis sehingga tegangan aksial takkan mencapai nilai

maksimum, kelongsoran dianggap terjadi bila regangan aksial mencapai tingkat

tertentu (misal 20 %). Bentuk longsoran diperlihatkan pada gambar di bawah ini.


3. Pengujian Vane Shear (Uji Baling - Baling)

Pada pengujian ini dipakai baling-baling 4 bilah yang ditekan ke dalam tanah lalu

diputar. Tenaga putaran (torsi, torque) yang diperlukan untuk memutar tabung tanah

yang dilingkupi baling-baling tersebut lalu dihitung, sehingga dapat diketahui nilai

Kuat Geser Tak-Terdrainasi dan lempung tersebut. Prinsip uji baling-baling ini

diperlihatkan pada Gambar di bawah ni.

Pengujian ulangan dilakukan segera setelah lempung dibentuk-ulang, dengan

memutar baling-baling secara cepat untuk mengukur kekuatan tanah terganggu,

demikian pula sensitivitasnya.

Peralatan uji baling-baling di laboratorium yang pertama kali dirancang oleh Road

Research Laboratory di lnggris sekitar tahun 1954, didasarkan pada penggunaan

peralatan uji baling-baling lapangan seperti diuraikan oleh Skempton (1948). Pada

tahap awal, uji baling-baling di laboratorium dipakai untuk meneliti hubungan Kuat

Geser Tak-Terdrainasi dengan Kadar Air suatu tanah kohesif.


Saat ini uji baling-baling di laboratorium terutama dipakai untuk mengukur Kuat Geser

lempung dan gambut (peat) yang terlalu lunak untuk dibentuk sebagai contoh uji

yang memenuhi syarat. Peralatan uji baling-baling ini tersedia dengan sistim

penggerak tangan maupun memakai motor.

Dua gaya yang sama besar dan berlawanan arah membentuk pasangan (kopel)

dikerjakan di salah satu ujung batang seperti diperlihatkan pada Gambar (a) di bawah

ini. Momen gaya pada sumbu batang disebut “momen torsi” T, sebesar (F x d/2) x 2 =

F x d, yakni momen kopel. Bila ujung lain batang tersebut ditahan oleh kopel yang

sama besar dan berlawanan arah seperti pada Gambar (b) di bawah, maka batang

disebut mengalami “torsi” (torsion) akibat pengaruh puntir dari kedua gaya

berlawanan arah tersebut.

Torsi dapat ditahan oleh tegangan geser merata (s) per satuan luas yang bekerja di

sepanjang bidang lengkung tabung yang tertumpu pada batang (lihat Gambar di

bawah). Gaya keliling total adalah s x dh (Newton) dengan momen di sekitar sumbu

batang merupakan torsi penahan :

Tr = s x dh x d/2 = d2hs/2 (Newton.mm) (3.1.)

Dimensi baling-baling uji adalah diameter bilah D (mm) setinggi H (mm), terpasang

pada ujung bawah batang bergaris tengah kecil. Baling-baling memutar tabung tanah

dan bila momen torsi dilakukan terhadap batang melalui alat pegas terkalibrasi di

ujung atas, maka torsi dapat diukur.


Selama momen torsi yang diberikan lebih kecil dan yang diperlukan untuk

melongsorkan tanah, maka momen ini dapat ditahan oleh momen torsi yang sama

besar dan berlawanan arah akibat tahanan geser tanah yang bekerja pada

permukaan tabung pada putaran tersebut. Bila momen torsi yang diherikan pada

baling-baling diperbesar sampai cukup untuk menyebabkan tabung tanah berputar,

dianggap bahwa tehanan geser maksimum, yakni kuat geser tanah, tercapai

serentak pada semua permukaan gelincir.

Momen torsi penahan total (Tr) terdiri dan dua komponen (T1, T2) dengan:

T1 = torsi akibat tahanan geser pada permukaan tabung, dan

T2 = torsi akibat tahanan geser pada kedua permukaan tutup tabung.

Jadi, Tr = T1+2T2

Dari Pers. (3.1), didapat: = T11/2 ( D2Hs) [N.mm]

Permukaan tutup tabung dapat dibagi menjadi sejumlah sektor kecil, masing-masing

merupakan segitiga kecil dengan tinggi r dan r = 1/2 D.

Bila tegangan bekerja merata pada sektor, garis kerja gaya resultant akan melalui

pusat berat segitiga, yakni sejauh 2/3 r (atau D/3) dan pusat Iingkaran. Maka nilai T2

adalah:

T2 = 1/4 ( D2s)x D/3 = D2s/12

Maka jumlah torsi penahan Tr = T1 + 2 T2

= 1/2 ( D2 Hs) + 2 ( D2 s/12)

= D2 (H/2 + D/6)s [N.mm]


Nilai yang diperoleh pada pengujian baling-baling adalah

dengan: K = Konstanta pegas [N.mm / derajat]

0 = sudut torsi pegas

5. PENAKSIRAN KUAT GESER

A. Kuat Geser Lempung tak Terdrainase

Kuat geser diperoleh dari kriteria kelongsoran Mohr-Coulomb, namun bagi

lempung jenuh umumnya yang diuji pada kondisi tidak terdrainase maka sudut

tahanan geser adalah = 0. Ini berarti bahwa kuat geser lempung merupakan nilai

yang tetap dan sama dengan kohesi (c). nilai kuat geser tak terdrainase dapat

ditaksir dengan menekan lempung diantara jari-jari lalu diamati menurut tabel di

bawah ini.

Taksiran Kuat Geser Lempung

Kuat Geser Deskripsi Karakteristik

<20 Sangat lunak Keluar dari sela jari bila diremas

20-40 Lunak Hancur oleh tekanan lunak

40-75 Teguh Hancur oleh tekanan kuat

75-750 Kaku Dapat digores dengan jari

150-300 Sangat kaku Dapat digores dengan kuku

>300 Keras

Nilai tipikal kuat geser lempung terkompaksi diperlihatkan dalam tabel di bawah

ini. Nilai-nilai tentang tanah terkompaksi pada kepadatan kering maksimum

(maksimum dry density) berdasarkan uji kompaksi AASHTO T99 (memakai

pemukul 5,5 lb).


Nilai Tipikal Kuat Geser Lempung Terkompaksi

Deskripsi tanah Kelas*

Tegangan Dasar

Undrained [kN/m]

Terkompaksi Jenuh

Pasir berlanau, campuran pasir-lanau SM 50 20

Pasir berlempung, campuran lempung-pasir SC 74 11

Lanau dan danau berlempung ML 67 9

Lempung plastisitas rendah CL 86 11

Lanau berlempung, lanau elastis MH 72 20

Lempung plastisitas tinggi CH 103 11

*Sistim klasifikasi Unified

B. Kuat Geser Lempung Terdrainase

Kadang-kadang perlu dilakukan perhitungan stabilitas berdasarkan tegangan efektif,

terutama perhitungan stabilitas lereng. Parameter kekuatan tanah yang dipakai dalam

perhitungan ini diperoleh dari Uji Kotak Geser Terdrainase atau Uji Triaksial

(menghasilkan cd dan Φd) atau dari uji Triaksial CU (menghasilkan coc' dan cuΦ').

Secara teoritis bagi lempung jenuh akan terdapat sedikit perbedaan di antara kedua

kelompok nilai tersebut, walaupun dalam praktek perbedaan ini kecil sekali.

Sudut Tahanan Geser Efektif (Tipikal) bagi Lempung Terkompaksi Deskripsi Tanah Kelas* Φ' (derajat)Lempung berlanau, campuran pasir-lanau SM 34Pasir berlempung, canpuran pasir-lempung SC 31Lanau dan lanau berlempung ML 32Lempung plastisitas rendah CL 28Lanau berlempung, lanau elastis MH 25Lempung Plastisitas tinggi CH 19

*Sistem klasifikasi Unified


Kuat Geser Tanah Berbutir Kasar

Akibat permeabilitas yang tinggi, bila tanah berbutir kasar diberi gaya geser maka

tidak terjadi tekanan air pori seperti pada tanah lempung. Berarti tidak terjadi kesulitan

dalam menentukan tegangan total maupun efektif serta masalah kohesi atau Kuat

Geser Undrained. Akibatnya, Kuat Geser Tanah berbutir kasar terutama ditentukan

oleh tahanan geser antar butir yang diukur oleh sudut tahanan geser.

Nilai tipikal sudut tahanan geser untuk pasir dan kerikil diperlihatkan dalam tabel di

bawah ini.

Nilai Tipikal Sudut Tahanan Geser Tanah Tidak Berkohesi

Jenis Tanah Φ (derajat)

Lepas Padat Pasir Seragam, butiran bulat 27 34Pasir bergradasi baik, butiran bersudut

33 45

Kerikil berpasir 35 50Pasir berlanau 27-33 30-34Lanau inorganik 27-30 30-35

Nilai Tipikal untuk tanah terkompaksi diperlihatkan pada tabel di bawah ini.

Deskripsi Tanah Kelas* Sdt Tahanan Geser

Φ (derajat)Campuran pasir-kerikil bergradasi baik GW >38Campuran pasir-kerikil bergradasi baik >37Kerikil berlanau, pasir-kerikil-lanau bergradasi jelek <34Pasir berlempung, pasir-kerikil-lempung bergradasi jelek >31Pasir bersih bergradasi baik, pasir berkerikil 38Pasir bersih bergradasi jelek, pasir berkerikil 37

*Sistim klasifikasi Unified


11018-9-177463943814

Documents

Transcript of 11018-9-177463943814