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