Program Studi Teknik Sipil

Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan

Universitas Mercu Buana9

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 (l). Biasanya perubahan tebal contoh (h) 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

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.

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+2T2Dari 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 GeserDeskripsi Karakteristik

300Keras

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 tanahKelas*Tegangan Dasar Undrained [kN/m]

TerkompaksiJenuh

Pasir berlanau, campuran pasir-lanauSM5020

Pasir berlempung, campuran lempung-pasirSC7411

Lanau dan danau berlempungML679

Lempung plastisitas rendahCL8611

Lanau berlempung, lanau elastisMH7220

Lempung plastisitas tinggiCH10311

*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 d) atau dari uji Triaksial CU (menghasilkan coc' dan cu'). 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*' (derajat)

Lempung berlanau, campuran pasir-lanau SM34

Pasir berlempung, canpuran pasir-lempung SC31

Lanau dan lanau berlempung ML32

Lempung plastisitas rendah CL28

Lanau berlempung, lanau elastis MH 25

Lempung 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 (derajat)

Lepas Padat

Pasir Seragam, butiran bulat 2734

Pasir bergradasi baik, butiran bersudut 3345

Kerikil berpasir 3550

Pasir berlanau 27-3330-34

Lanau inorganik 27-3030-35

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

Deskripsi Tanah Kelas*Sdt Tahanan Geser

(derajat)

Campuran pasir-kerikil bergradasi baik GW>38

Campuran pasir-kerikil bergradasi baik >37

Kerikil berlanau, pasir-kerikil-lanau bergradasi jelek >34

Pasir berlempung, pasir-kerikil-lempung bergradasi jelek >31

Pasir bersih bergradasi baik, pasir berkerikil 38

Pasir bersih bergradasi jelek, pasir berkerikil 37

*Sistim klasifikasi Unified

Terlihat bahwa EMBED Equation.3 untuk pasir dalam keadaan padat, lebih besar dari EMBED Equation.3 untuk pasir dalam keadaan lepas, walaupun pasir terdiri dari butiran kuarsa yang sama.

PAGE Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMBDESIANA VIDAYANTIMEKANIKA TANAH 2

_1259052767.unknown

_1259054886.unknown

_1259055291.unknown

_1259055397.unknown

_1259055429.unknown

_1259055471.unknown

_1259055378.unknown

_1259055213.unknown

_1259055272.unknown

_1259054914.unknown

_1259052815.unknown

_1259054839.unknown

_1259052792.unknown

_1259050566.unknown

_1259052651.unknown

_1259052692.unknown

_1259050585.unknown

_1259050534.unknown