Kuat Geser Tanah

download Kuat Geser Tanah

of 17

  • date post

    04-Aug-2015
  • Category

    Documents

  • view

    77
  • download

    3

Embed Size (px)

Transcript of Kuat Geser Tanah

Kuat Geser TanahShear Strength of Soils

Dr.Eng. Agus Setyo Muntohar, S.T., M.Eng.Sc.

Mengapa mempelajari kekuatan tanah? Keamanan atau kenyamanan struktur yang berdiri di atas tanah tergantung pada kekuatan tanah dibawahnya. Jika tanah runtuh, maka struktur tersebut akan runtuh yang merenggut korban dan kerugian ekonomi. Kekuatan tanah yang dimaksud adalah kekuatan geser tanah (shear strength).

Apa kekuatan tanah? Kekuatan geser (shear strength) tanah merupakan gaya tahanan internal yang bekerja per satuan luas masa tanah untuk menahan keruntuhan atau kegagalan sepanjang bidang runtuh dalam masa tanah tersebut. Pemahaman terhadap proses dari perlawanan geser sangat diperlukan untuk analisis stabilitas tanah seperti kuat dukung, stabilitas lereng, tekanan tanah lateral pada struktur penahan tanah.

Kriteria Keruntuhan Mohr Coulomb Keruntuhan dalam suatu bahan dapat terjadi akibat kombinasi kritis dari tegangan normal dan tegangan geser, dan bukan salah satu dari tegangan normal maksimum atau tegangan geser maksimum. Hubungan antara kedua tegangan tersebut :

f = f() Bila tanah mengalami pembebanan akan ditahan oleh kohesi (c) dan gesekan antar butir-butir tanah ().

f = c+ tan

Theory Mohr - CoulombKurva keruntuhan f = f()

C a B A

b

Bidang Runtuh

D c

f = c + tan

Kriteria Keruntuhan Mohr Coulomb Jika dan pada bidang runtuh ab mencapai titik A, keruntuhan geser tidak akan terjadi. Keruntuhan geser akan terjadi, jika dan pada bidang runtuh ab mencapai titik B dalam kurva selubung keruntuhan. Keadaan tegangan pada titik C tidak akan pernah terjadi, sebab keruntuhan telah terjadi sebelum mencapai tegangan tersebut.

Lingkaran Mohr Untuk Kuat Geser 1 E d g f O c e 2 F 2 = 90 +

3h

= 45 + /2

f = c + tan

3

f

a

1

b

Lingkaran Mohr Untuk Kuat Geser

'1 = '3 tan 2 45 +or

'

' + 2c' tan 45 + 2 2 2

1 = 3 tan 2 45 + + 2c tan 45 + 2

Kurva p - q (p q curve)q1 q' = ( '1 ' 3) 2Garis selubung keruntuhan d g a O e 45o 45o h

' = arc sin(tan ' )c' = a' cos '

3

1

b

p 1 p' = ( '1 + ' 3 ) 2

Uji Parameter Kekuatan Geser Tanah di Laboratorium Jenis pengujian yang sering dilakukan : Uji geser langsung (direct shear test) Uji tiga paksi (triaxial test) Uji tekan bebas (unconfined compression test)

Dalam penentuan jenis pengujian perlu diperhatikan letak tanah yang akan diuji. Uji geser langsung akan lebih sesuai untuk menentukan parameter kuat geser tanah bila digunakan untuk fondasi. Uji triaxial akan lebih relevant untuk stabilitas lereng atau fondasi.

Penentuan Uji Kekuatan Geser Tanah1. 2. 3. 4. Uji tekan bebas Uji triaxial Uji geser langsung Uji geser langsung/triaxial 2 4 3 Slip plane 1

Uji Geser Langsung (direct shear test/DST)Dial gauge penurunan Porous stone

Beban Normal

Gaya Geser

Slip plane

Dial gauge pergeseran

Porous stone Pengukuran air pori

DST adalah cara pengujian parameter kuat geser tanah yang paling mudah dan sederhana. Bentuk benda uji dapat berupa lingkaran (ring) atau persegi (square). DST lebih sesuai untuk menguji tanah berpasir dalam kondisi loose dan dense.

Interpretasi Hasil DSTN

F

v

Slip plane

h

Akibat beban normal (N) benda uji mengalami penurunan v. Akibat beban geser (F) benda uji mengalami pergeseran h, untuk waktu tertentu. Hasil uji DST berupa : c dan , grafik hubungan antara pergseran dan tegangan geser, Grafik hubunngan pergeseran dan penurunan

Kondisi pengujian : drained atau undrained, consolidated atau unconsolidated.

Interpretasi Hasil DSTKuat geser maksimum

Tegangan Geser,

Pasir Padat

Tegangan Geser,

f f

Kuat geser ultimate Pasir Lepas

F = A

p =

p

p

p

=

N A

Pengembangan

Pergeseran, h

Tegangan normal, hDilatancy (pengembangan) terjadi antara pasir lepas dan padat sebesar p pada saat kekuatan geser maksimum (puncak) Kuat geser ultimate atau kritis akan terjadi pada saat perubahan tinggi benda uji tetap ( = 0)

Perubahan tinggi benda uji, v

pp = x y

Penurunan

Ketidaktentuan Hasil DSTN Benda uji dipaksa untuk mengalami keruntuhan (failure) pada bidang yang ditentukan. Distribusi tegangan pada bidang runtuh tidak seragam dan kompleks. Pergeseran hanya terbatas pada gerakan maksimum sebesar alat DST digerakan. Luas bidang kontak antara tanah di kedua setengah bagian kotak geser berkurang ketika pengujian berlangsung.

F

v

Bidang runtuh

h

Contoh Analisis DST Hasil uji geser langsung suatu contoh tanah lempung berpasir ukuran : diameter = 50 mm dan tebal = 25 mm (Luas, A = 1.96 x 10-3 m2) Tentukan nilai-nilai parameter kuat geser tanah tersebut.

Test No. 1 2 3 4

Beban Normal (N) 150 250 350 550

Beban geser saat runtuh (N) 157.5 199.9 257.6 363.4

Beban geser residu (N) 44.2 56.6 102.9 144.5

Contoh Analisis DST Tegangan Geser, : Tegangan Normal, :

=

F A N = ATegangan Geser Runtuh, f (kPa) 80.2 101.8 131.2 185.1 Beban geser residu (N) 44.2 56.6 102.9 144.5 Tegangan Geser Residu r (kPa) 22.5 28.8 52.4 73.6

Test Beban Tegangan No. Normal Normal, (N) (kPa) 1 2 3 4 150 250 350 550 76.4 127.3 178.3 280.1

Beban geser saat runtuh (N) 157.5 199.9 257.6 363.4

Contoh Analisis DST250

Tegangan Geser, (kPa)

200

Failure

150

100

Residual f = 27.6o r = 15o

50

Hubungan antara tegangan normal dan tegangan geser : Untuk kekuatan maksimum (puncak) : f = 38.2 + tan 27.6o Untuk kekuatan resdiual : r = 0.6 + tan 15o

c= 38.20 0 50 100 150

200

250

300

350

Tegangan Norm al, (kPa)

Contoh Analisis DST Hasil uji geser langsung suatu contoh tanah lempung berpasir ukuran : diameter = 63.1 mm dan tebal = 25 mm (Luas, A = 3127 mm2)

Uji Geser Tiga Paksi (Triaxial Shear Test) Beban NormalKatup Pembuangan Udara Sel Triaxial Porous stone Air atau Glycerin Membrane Benda uji Porous stone Back Pressure Tekanan Sel, 3 Pengukuran air pori Dial gauge penurunan

Uji geser triaxial lebih reliable untuk menentukan parameter kuat geser tanah. Bentuk benda uji berupa silinder dengan ukuran tinggi 2 X diameter (biasanya : 38 mm x 76 mm atau 50 mm x 100 m) Benda uji dimasukkan dalam membrane dan diletakkan di dalam sel triaxial. Tekanan di sekeliling benda uji diberikan melalui tekanan air yang dinamakan tegangan sel (3)

Kondisi Pengujian Geser TriaxialBeban NormalDial gauge penurunan

Back Pressure Tekanan Sel, 3 Pengukuran air pori

Keruntuhan geser terjadi dengan cara memberikan gaya aksial (normal) pada benda uji yang dinamakan tegangan deviator (). Selama penerapan gaya aksial, penurunan benda uji dicatat untuk penghitungan regangan (). Kondisi pengujian : (1) Consolidated-drained (CD), (2) Consolidatedundrained (CU), (3) unconsolidated-undrained (UU)

Kondisi CD Benda uji diberikan tegangan sel (3) dan dijenuhkan dengan pemberian tekanan balik (back pressure) agar mengalami proses konsolidasi hingga selesai. Kemudian dibebani dengan gaya aksial melalui tegangan deviator () sampai terjadi keruntuhan. Selama proses konsolidasi terjadi perubahan volume benda uji. Namun , selama penggeseran, air pori diijinkan keluar dari benda uji.3 3 + = 1 3 3 3

3

uc= 0

ud= 0

3

3 + = 1

Kondisi UU Benda uji diberikan tegangan sel (3) , tanpa mengalami proses konsolidasi, kemudian dibebani dengan gaya aksial melalui tegangan deviator () sampai terjadi keruntuhan. Selama penggeseran, air pori tidak diijinkan keluar dari benda uji. Oleh karena itu, gaya aksial tidak ditransfer ke butiran tanah. Keadaan tanpa drainase menyebabkan tekanan pori berlebih (excess pore pressure) dan tidak ada tahanan geser dari perlawanan dari butiran tanah. Pada kondisi tanah yang jenuh air, nilai sudut gesek internal tanah () dapat mencapai nol. Sehingga pada pengujiannya hanya memperoleh nilai kohesi (c).

Kondisi CU Benda uji diberikan tegangan sel (3) dan dijenuhkan dengan pemberian tekanan balik (back pressure) agar mengalami proses konsolidasi hingga selesai. Kemudian dibebani dengan gaya aksial melalui tegangan deviator () sampai terjadi keruntuhan. Selama proses konsolidasi terjadi perubahan volume benda uji. Namun , selama penggeseran, air pori tidak diijinkan keluar dari benda uji maka tidak terjadi perubahan volume benda uji Keadaan tanpa drainase menyebabkan tekanan pori berlebih (excess pore pressure).

Interpretasi Hasil Uji Kondisi CDKuat geser maksimum

Tegangan Deviator, d

Pengembangan

Pasir Padat

(d)fPasir Lepas

Perubahan tinggi benda uji, Vc

Waktu, t

(d)fRegangan Aksial, a

Pemampatan

Pengembangan

Perubahan tinggi benda uji, Vd

Uji triaxial pada kondisi CD tidak lazim dilakukan pada lempung, karena waktu yang diperlukan untuk menjamin air pori terdrainase sangat lama, sehingga tegangan deviator diterapkan dengan kecepatan yang sangat lambat.

Pemampatan

Lingkaran Mohr: Kondisi CD3 3 3 3

= 45 +

'2

Garis selubung keruntuhan tegangan efektif

B A2 2

O

3 = 3

1 = 1

Selubung kegagalan tegangan efektif kondisi CD untuk tanah lempung NC dan pasir

Lingkaran Mohr: Kondisi CDOC NC

b A 12

c O

3

1 c

Selubung kegagalan tegangan efektif kondisi CD untuk tanah lempung OC

Interpretasi Hasil Uji Kondisi CUKuat geser maksimum