Materi Mekanika Tanah 1 - Kuat Geser Tanah
date post
14-Sep-2015Category
Documents
view
694download
190
Embed Size (px)
description
Transcript of Materi Mekanika Tanah 1 - Kuat Geser Tanah
KUAT GESER TANAH
Materi Kuliah : Mekanika Tanah I
Oleh : Tri Sulistyowati
DEFINISI Parameter kuat geser tanah diperlukan untuk analisis-analisis kapasitas
dukung tanah, stabilitas lereng, dan gaya dorong pada dinding penahan
tanah.
Mohr (1910) memberikan teori kondisi keruntuhan suatu bahan. Keruntuhan suatu bahan terjadi oleh akibat adanya kombinasi keadaan
kritis dari tegangan normal dan tegangan geser.
Hubungan fungsi antara tegangan normal dan tegangan geser pada bidang runtuhnya, dinyatakan menurut persamaan :
t = (s) (1) dengan t adalah tegangan geser pada saat terjadinya keruntuhan atau
kegagalan, dan s adalah tegangan normal pada saat kondisi tersebut.
Garis kegagalan yang didefinisikan dalam persamaan (1), adalah kurva yang ditunjukkan dalam Gambar 1
Kuat geser tanah adalah gaya perlawanan yang dilakukan oleh butir-butir tanah terhadap desakan atau tarikan.
Bila tanah mengalami pembebanan akan ditahan oleh: 1. Kohesi tanah yang bergantung pada jenis tanah dan kepadatannya,
tetapi tidak tergantung dari tegangan vertikal yang bekerja pada
bidang geseran.
2. Gesekan antara butir-butir tanah yang besarnya berbanding lurus
dengan tegangan vertikal pada bidang gesernya.
TEORI KERUNTUHAN GESER
MOHR-COULOUMB
Coulomb (1776) mendefinisikan fungsi (s) sebagai:
t = c + s tan f (2)
dengan:
t = kuat geser tanah
c = kohesi tanah
f = sudut gesek dalam tanah
s = tegangan normal pada bidang runtuh
Persamaan (2) ini disebut kriteria keruntuhan atau kegagalan MohrCoulomb, di mana garis selubung kegagalan dari persamaan
tersebut dilukiskan dalam Gambar 1.
Persamaan ini menghasilkan data yang relatif tidak tepat, nilai-nilai c dan f yang diperoleh sangat tergantung dari jenis pengujian yang dilakukan
TEORI KERUNTUHAN GESER
MOHR-COULOUMB
Gambar 1.
Kriteria Keruntuhan
Mohr dan Couloumb
Pengertian mengenai keruntuhan suatu bahan dapat diterangkan sebagai
berikut :
Jika tegangan-tegangan baru mencapai titik P, keruntuhan geser tidak akan terjadi.
Keruntuhan geser akan terjadi jika tegangan-tegangan mencapai titik Q yang terletak pada garis selubung kegagalan.
Kedudukan tegangan yang ditunjukkan oleh titik R tidak akan pernah terjadi, karena sebelum tegangan yang terjadi mencapai titik R, bahan
sudah mengalami keruntuhan.
TEORI KERUNTUHAN GESER
MOHR-COULOUMB
Tegangan-tegangan efektif yang terjadi di dalam tanah sangat dipengaruhi oleh tekanan air pori.
Terzaghi (1925) mengubah persamaan Coulomb dalam bentuk tegangan efektif sebagai berikut:
t = c + (s u) tan f = c + s tan f (3)
dengan:
c' = kohesi tanah efektif
s' = tegangan normal efektif
u = tekanan air pori
f '= sudut gesek dalam tanah efektif
Persamaan ini menghasilkan data nilai-nilai c dan f yang relatif lebih tepat dan tidak tergantung dari jenis pengujiannya
PERSAMAAN TEGANGAN GESER
Kuat geser tanah juga bisa dinyatakan dalam bentuk tegangan-tegangan efektif s1' dan s3' pada saat keruntuhan terjadi. s1' adalah tegangan utama
mayor efektif dan s3' adalah tegangan utama minor efektif.
Lingkaran Mohr dalam bentuk lingkaran tegangan, dengan koordinat-koordinat t dan s', dapat dilihat dalam Gambar 2.
Persamaan tegangan geser, dinyatakan oleh: t = (s1' - s3') sin 2q (4)
s = (s1' + s3') + (s1' - s3') cos 2q (5)
dengan q adalah sudut teoretis antara bidang horizontal dengan bidang
runtuh, yang besarnya:
q = 45o + f/2 (6) Dari Gambar 2. hubungan antara tegangan utama efektif saat keruntuhan
dan parameter kuat geser juga dapat diperoleh.
Besarnya nilai parameter kuat geser, dapat ditentukan dari persamaan-persamaan:
(7)
(s1' - s3') = 2 c cos f + (s1' + s3') sin f (8)
Persamaan ini digunakan untuk kriteria keruntuhan atau kegagalan menurut
Mohr-Coulomb
)''('ctgc
)''('sin
3121
3121
s+s+f
ss=f
LINGKARAN MOHR
Gambar 2. Lingkaran Mohr
KONDISI TEGANGAN GESER
Bila kedudukan tegangan-tegangan digambarkan dalam koordinatkoordinat p - q, dengan :
p = (s1' + s3') dan q = (s1' - s3')
sembarang kedudukan tegangan dapat ditunjukkan oleh sebuah titik
tegangan sebagai ganti dari lingkaran Mohr (Gambar 3).
Pada Gambar 3 ini, garis selubung kegagalan ditunjukkan oleh persamaan: (s1' + s3') = a + (s1' + s3') tg a (9)
dengan a' dan a' adalah parameter modifikasi dari kuat gesernya.
Parameter c' dan f' diperoleh dari persamaan: f' = arc sin (tg a') (10)
(11)
Garis-garis yang menghubungkan titik-titik tegangan membuat sudut 45 dengan garis horizontal (Gambar 3), memotong sumbu horizontal pada
titik yang mewakili tegangan utama s1' dan s3 .
Perlu diingat bahwa : (s1' - s3') = (s1 - s3)
'cos
'a'c
f=
KONDISI TEGANGAN GESER
Gambar 3. Kondisi tegangan yang mewakili
UJI KUAT GESER
TANAH
FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI BESARNYA
KUAT GESER TANAH YANG DIUJI DI LABORATORIUM
1. Kandungan mineral dari butiran tanah.
2. Bentuk partikel.
3. Angka pori dan kadar air.
4. Sejarah tegangan yang pernah dialami.
5. Tegangan yang ada di lokasinya (di dalam tanah).
6. Perubahan tegangan selama pengambilan contoh dari dalam tanah.
7. Tegangan yang dibebankan sebelum pengujian.
8. Cara pengujian.
9. Kecepatan pembebanan.
10.Kondisi drainase yang dipilih, drainase terbuka (drained) atau drainase
tertutup (undrained).
11. Tekanan air pori yang ditimbulkan.
12. Kriteria yang diambil untuk penentuan kuat geser.
Butir (1) sampai (5) ada hubungannya dengan kondisi aslinya yang tak dapat dikontrol tetapi dapat dinilai dari hasil pengamatan lapangan,
pengukuran, dan kondisi geologi.
Butir (6) tergantung dari kualitas benda uji dan penanganan benda uji dalam persiapan pengujian.
Sedangkan butir (7) sampai (12) tergantung dari cara pengujian yang dipilih.
JENIS-JENIS PENGUJIAN KUAT GESER TANAH
DI LABORATORIUM
(1) Uji geser langsung (direct shear test).
(2) Uji triaksial (triaxial test).
(3) Uji tekan bebas (unconfined compression test).
(4) Uji kipas geser (vane shear test).
1
2 3
4
1. UJI GESER LANGSUNG (DIRECT SHEAR TEST)
Gambar 4. Alat uji geser langsung
1. UJI GESER LANGSUNG (DIRECT SHEAR TEST)
1. Tanah benda uji dipaksa untuk mengalami keruntuhan (fail) pada
bidang yang telah ditentukan sebelumnya.
2. Distribusi tegangan pada bidang kegagalan tidak uniform.
3. Tekanan air pori tidak dapat diukur.
4. Deformasi yang diterapkan pada benda uji hanya terbatas pada
gerakan maksimum sebesar alat geser langsung dapat
digerakkan.
5. Pola tegangan pada kenyataannya adalah sangat kompleks dan
arah dari bidang-bidang tegangan utama berotasi ketika regangan
geser ditambah.
6. Drainase tidak dapat dikontrol, (hanya dapat ditentukan kecepatan
penggeserannya).
7. Luas bidang kontak antara tanah di kedua setengah bagian kotak
geser berkurang ketika pengujian berlangsung. Koreksi mengenai
kondisi ini diberikan oleh Petley (1966). Tetapi pengaruhnya
sangat kecil pada hasil pengujian, hingga dapat diabaikan.
BATASAN ATAUPUN KEKURANGAN DALAM PENGUJIAN GESER
LANGSUNG
2.UJI TRIAKSIAL (TRIAXIAL TEST)
Gambar 5. Alat pengujian triaksial
2.UJI TRIAKSIAL (TRIAXIAL TEST)
Tegangan-tegangan yang bekerja pada benda uji dinotasikan s1, s2 dan s3.
Tegangan s1 disebut tegangan utama mayor (major principal stress), tegangari s3 disebut tegangan utama minor (minor
principal stress).
Tegangan utama tengah (intermediate principal stress) s2 = s3, merupakan tegangan keliling atau tegangan sel (confining
stress).
Karena tinjauannya hanya dua dimensi, tegangan s2 sering tidak diperhitungkan.
Tegangan yang terjadi dari selisih s1 dan s3 atau (s1 - s3) disebut tegangan deviator (deviator stress) atau beda tegangan (stress
difference).
TEGANGAN-TEGANGAN YANG BEKERJA
2.UJI TRIAKSIAL (TRIAXIAL TEST)
Regangan aksial diukur selama penerapan tegangan deviator.
Penambahan regangan akan menambah tampang melintang benda ujinya, karena itu, koreksi penampang benda uji dalam
menghitung tegangan deviator harus dilakukan.
Jika penampang benda uji awal Ao maka penampang benda uji (A) pada regangan tertentu selama pengujian adalah:
(12)
dengan Vo adalah volume awal, DV adalah perubahan volume, Lo adalah panjang benda uji awal, dan Dh adalah perubahan
panjangnya.
REGANGAN
o
oo
L
L1
V
V1
AAD
D
=
2.UJI TRIAKSIAL (TRIAXIAL TEST)
Pada pengujian kuat geser tanah, bila terdapat air di dalam tanah, pengaruh-pengaruh seperti: jenis pengujian, permeabilitas, kadar
air, akan sangat menentukan nilai-nilai kohesi (c) dan sudut gesek
dalam (f).
Nilainilai kuat geser yang rendah terjadi pada pengujian dengan cara unconsolidated-undrained. Pada tanah lempung yang jenuh
air nilai sudut gesek dalam (f) dapat mencapai nol, sehingga
pada pengujian