teknik sipil

90
1 KEKUATAN GESER TANAH Shear Strength of Soil tan c f

description

kuat geser tanah 2014

Transcript of teknik sipil

Page 1: teknik sipil

1

KEKUATAN GESER TANAHShear Strength of Soil

tan cf

Page 2: teknik sipil

KERUNTUHAN AKIBAT GESER

Tanah hanya runtuh akibat geser, tanah tidak runtuh akibat tekanan

strip footing

embankment

Pada saat runtuh, nilai tekanan (beban) sepanjang bidang runtuh mencapai nilai maksimum kekuatan gesernya

failure surface mobilised shear

resistance

2

Page 3: teknik sipil

3

KERUNTUHAN GESER

Partikel tanah bergerak relatif terhadap partikel tanah lainnya sepanjang bidang runtuh

Tidak ada kerusakan pada partikel tanah

Bidang runtuh

Page 4: teknik sipil

4

Shear failure

Pasa saat runtuh, tegangan geser sepanjang bidang runtuh ()mencapai nilai kuat geser tanah (f).

Page 5: teknik sipil

5

Pengertian Kuat Geser Tanah

Kuat geser tanah : Tahanan geser per satuan luas yang mampu diberikan oleh tanah untuk menahan keruntuhan dan pergerakan tanah sepanjang garis keruntuhannya (Braja M. Das)

Page 6: teknik sipil

6

Kriteria Keruntuhan Mohr-Coulomb

Sebuah material runtuh akibat kombinasi kritis antara

tegangan normal () dan tegangan geser (), dan bukan

hanya akibat tegangan normal maksimum saja atau

tegangan geser maksimum saja (Mohr, 1900)

Untuk hampir semua permasalahan mekanika tanah, maka

nilai kuat geser pada bidang runtuh dapat didekati dengan

sebuah formula atau fungsi yang linear dari tegangan

normal (Coulomb, 1776)

Kombinasi keduanya disebut sebagai “Kriteria keruntuhan

Mohr-Coulomb”

Page 7: teknik sipil

7

Kriteria Keruntuhan Mohr-Coulomb

tan cf

c

kohesi Sudut geser dalam

f adalah nilai tegangan maksimum yang bisa dipikul oleh tanah pada

tegangan normalnya, .

f

Page 8: teknik sipil

8

Kriteria Keruntuhan Mohr-Coulomb

tanff c

Komponen kuat geser tanah : Kohesi (cohesive) and Gesekan (frictional).

f

f

c

f tan

c

frictional component

Page 9: teknik sipil

c dan adalah parameter kuat geser tanah.

Makin tinggi nilainya, makin tinggi kekuatan tanahnya

Page 10: teknik sipil

Lingkaran Mohr & Kurva

Keruntuhan

X

Y Elemen tanah

pada lokasi yang

berbeda

X

Y

X

Y

~ runtuh

~ stabil

Page 11: teknik sipil

Mohr Circles & Failure Envelope

Y

Tegangan vertikal sebelum

diberikan pembebanan

3

3

3

3+

Elemen tanah tidak akan runtuh

jika belum mencapai kurva

keruntuhannya

GL

Page 12: teknik sipil

Mohr Circles & Failure Envelope

Y

c

c

3

GL

Ketika beban bertambah

maka lingkaran Mohr akan

semain besar…

.. .dan akhirnya terjadi keruntuhan

pada saat lingkaran Mohr

mencapai garis keruntuhan

Page 13: teknik sipil

Kemiringan Bidang Runtuh

Y

3

3

3

GL

3+

90+

45 + /2

Kemiringan bidang

runtuh terjadi pada

45 + /2 terhadap

horizontal

45 + /2

Y

Page 14: teknik sipil

Lingkaran Mohr Untuk & ’

X X X

v

h

v’

h’

u

u

= +

total stresseseffective stresses

vhv’h’

u

Page 15: teknik sipil

Garis keruntuhan untuk & ’

Beberapa sampel diuji dengan

cara memberikan tegangan

isotropic yang berbeda-beda

hingga runtuhc

c

c

c

f

Awal… Runtuh

uf

Pada saat runtuh,

3 = c; 1 = c+f

3’= 3 – uf ; 1’ = 1 - uf

c,

c’, ’

in terms of

in terms of ’

Page 16: teknik sipil

Tegangan

X

1

3

3 1

1 = 3+

Page 17: teknik sipil

UJI LABORATORIUM UNTUK KUAT GESER TANAH

• UJI Triaxial

• UJI UCT (Unconfined Compression Test)

• UJI Geser Langsung (Direct Shear)

Page 18: teknik sipil

UJI TRIAXIAL

Page 19: teknik sipil

19

Alat Uji Triaxial

Page 20: teknik sipil

20

Alat Uji Triaxial

porous

stone

impervious

membrane

piston (untuk memberikan tegangan deviator)

O-ring

pedestal

cell

cell pressure

back pressurepore pressure or

volume change

water

Sampel pada

kondisi runtuh

Bidang runtuh

Page 21: teknik sipil

21

TIPE PENGUJIAN TRIAXIAL

Under all-around

cell pressure c

Penggeseran

(pembebanan)

Apakah katup drainase terbuka? Apakah katup drainase terbuka?

deviator stress ()

yes no yes no

Consolidated

sampleUnconsolidated

sample

Drained

loading

Undrained

loading

Page 22: teknik sipil

22

TIPE PENGUJIAN TRIAXIALTergantung pada kondisi drainase dilakukan atau tidak pada saat :

Konsolidasi

Penggeseran

Ada 3 tipe pengujian Triaxial:

Consolidated Drained (CD) testConsolidated Undrained (CU) testUnconsolidated Undrained (UU) test

Page 23: teknik sipil

Tanah granular tidak punya lekatan (kohesi).

c = 0 & c’= 0

Untuk tanah terkonsolidasi normal, c’ = 0 & c = 0.

Pada kondisi UU, maka nilai u = 0

Page 24: teknik sipil

24

CD, CU and UU Triaxial Tests

Tidak boleh ada tekanan air pori berlebih terjadi pada sampel saat pengujian Penggeseran dengan kecepatan yang sangat rengah untuk mencegah munculnya tekanan air pori berlebih

Uji Consolidated Drained (CD)

dihasilkan nilai c’ dan ’

Bisa berhari-hari! Jarang dilakukan

c’ dam ’ digunakan pada analisis dengan kondisi teralir penuh (e.g., stabilitas lereng jangka panjang, Pembebanan yang sangat lambat)

Page 25: teknik sipil

25

CD, CU and UU Triaxial Tests

Tekanan air pori muncul saat penggeseran

lebih cepat dari CD (lebih direkomendasikan untuk menghasilkan nilai c’ and ’)

Consolidated Undrained (CU) Test

dihasilkan nilai c’ dan ’

dihasilkan ’

Page 26: teknik sipil

26

CD, CU and UU Triaxial Tests

Tekanan air pori muncul saat penggeseran

Pengujian sangat cepat

Unconsolidated Undrained (UU) Test

Kondisi tegangan total dihasilkan cu dan u

Tetapi tidak diukur’ unknown

= 0; maka garis keruntuhan akan horizontal

cu dan u digunakan pada analisis dengan kondisi tak teralir (e.g., stabilitas jangka pendek, Pembebanan yang cepat)

Page 27: teknik sipil

Hubungan 1-

3Saat Runtuh

X

Elemen tanah saat

runtuh

3 1

X 3

1

)2/45tan(2)2/45(tan2

31 c

)2/45tan(2)2/45(tan2

13 c

Page 28: teknik sipil

Contoh Hasil Uji TX-UU

Page 29: teknik sipil

Contoh Hasil Uji TX-UU

Page 30: teknik sipil

Contoh Hasil Uji TX-UU

Page 31: teknik sipil

UJI UCT

Page 32: teknik sipil

ALAT UJI UCT

Page 33: teknik sipil

UJI UCT

• Pada prinsipnya sama dengan uji Triaxial

• Perbedaannya hanya pada UCT tidak ada tegangan cell atau tegangan keliling

• Akibatnya nilai 3 = 0

• Tidak ada nilai sudut geser dalam

• Kuat tekan, qu = deviator stress

• Kohesi = 0.5 x qu

Page 34: teknik sipil

UJI UCT

3 1

= qu

cu = qu /2

Page 35: teknik sipil

UJI GESER LANGSUNG

Page 36: teknik sipil

UJI GESER LANGSUNG

Motor

drive

Load cell to

measure Shear

Force

Normal load

Rollers

Soil

Porous plates

Top platen

Measure relative horizontal displacement, dx

vertical displacement of top platen, dy

Page 37: teknik sipil
Page 38: teknik sipil

• Hasil uji geser langsung dapat digunakan untuk analisiskestabilan dalam bidang geoteknik, di antaranya untukanalisis kestabilan lereng, daya dukung pondasi, analisisdinding penahan, dan lain-lain.

• Uji geser langsung tidak dapat mengukur tekanan air poriyang timbul saat penggeseran dan tidak dapat mengontroltegangan yang terjadi di sekeliling contoh tanah

• Keterbatasan uji geser langsung yang lain adalah karenabidang runtuh tanah ditentukan, meskipun belum tentumerupakan bidang terlemah.

UJI GESER LANGSUNG

Page 39: teknik sipil

CATATAN PENTING

Page 40: teknik sipil

• Nilai kuat geser tanah terdiri atas nilai lekatan (c) dan nilaifriksi ()

• Tanah yang murni yaitu yang tidak mengandung tanahyang lain, hanya mempunyai 1 (satu) nilai kuat geser sajamis. lempung murni, pasir murni

• Tanah lempung murni memiliki lekatan tapi tidak memilikifriksi, sehingga hanya mempunyai nilai c saja

• Tanah pasir murni hanya memiliki friksi dan tidak memilikilekatan, sehingga hanya mempunyai saja

• Kondisi dimana air tidak sempat mengalamidisipasi/jangka pendek, disebut sebagai Undrained (TSA,total stress analysis)

CATATAN

tanff c ufuu cS tan

Page 41: teknik sipil

• Kondisi dimana air mengalami disipasi/jangka panjang,disebut sebagai drained (ESA, effective stress analysis)

CATATAN

'tan''' ff c Bedakan dengan tegangan vertikan efektif!!!

Page 42: teknik sipil

UJI LAPANGAN UNTUK KUAT GESER TANAH

• UJI CPT/CPTU

• UJI SPT

• UJI VANE SHEAR

Page 43: teknik sipil

CPT (Cone Penetration Test)

Page 44: teknik sipil

CPT (Cone Penetration Test)

Equipment

Page 45: teknik sipil

CPT (Cone Penetration Test)

Equipment

Page 46: teknik sipil

CPT (Cone Penetration Test)

Result

Data Primer :

• qc (tahanan Ujung)

• fs (gesekan selimut)

• FR (friction ratio)

Data Sekunder :

• Kekuatan tanah

• Perkiraan kedalaman

tanah keras

• Perkiraan perilaku tanah

• Perkiraan muka air

tanah (tidak digunakan!)

Page 47: teknik sipil

Menentukan Stratifikasi Tanah

Berdasarkan Data Sondir

Page 48: teknik sipil

Stratifikasi Tanah - CPT

Gunakan

tabel data

qc, fs, FR

Page 49: teknik sipil

Stratifikasi Tanah - CPT

Gunakan

grafik dari

Schmertmann

Page 50: teknik sipil

Stratifikasi Tanah - CPT

Tentukan

Jenis Tanah

Untuk setiap

nilai qc, dan

FR

Page 51: teknik sipil

Stratifikasi Tanah - CPT

Tentukan

kedalamannya

0.0

2.6

4.6

Page 52: teknik sipil

Stratifikasi Tanah - CPT

Tentukan

Pembagian

Jenis tanah

0.0

2.6

4.6

SILT

SAND

Page 53: teknik sipil

Stratifikasi Tanah - CPT

Tentukan nilai

tahanan ujung

(qc) rata-rata

atau terkecil

0.0

2.6

4.6

SILT

SAND

qc = 11

kg/cm2

qc = 14

kg/cm2

Page 54: teknik sipil

PEMBORAN TEKNIK

Page 55: teknik sipil

Pemboran Teknik

Equipment

Page 56: teknik sipil

Pemboran Teknik

Purposes

Page 57: teknik sipil

Pemboran Teknik

Equipment

Page 58: teknik sipil

Pemboran Teknik

Core Sample – Core Box

Page 59: teknik sipil

Pemboran Teknik

SPT Test

Page 60: teknik sipil

Pemboran Teknik

SPT Test

Page 61: teknik sipil

Pemboran Teknik

SPT Test

Page 62: teknik sipil

Pemboran Teknik

Result

Page 63: teknik sipil

Pemboran Teknik

Result

Stratifikasi dan

Pelapisan Tanah

Page 64: teknik sipil

Pemboran Teknik

Result

Symbol

Stratifikasi dan

Pelapisan Tanah

Page 65: teknik sipil

Pemboran Teknik

Result

Elevasi Muka Air

Tanah

Page 66: teknik sipil

Pemboran Teknik

Result

Kedalaman

Pengambilan

Sample

Page 67: teknik sipil

Pemboran Teknik

Result

Kedalaman

Pengujian SPT

Page 68: teknik sipil

Pemboran Teknik

Result

Nilai N Value

Page 69: teknik sipil

Menentukan Perlapisan

Tanah Berdasarkan Data Bor

Page 70: teknik sipil

Perlapisan Tanah

Tentukan

Elevasi Batas

Perlapisan

Tanah

Page 71: teknik sipil

Perlapisan Tanah

Tentukan

Elevasi Batas

Perlapisan

Tanah

01

4.5

11

Page 72: teknik sipil

Perlapisan Tanah

Tentukan

Jenis

Tanahnya

01

4.5

11

SILTY CLAY

PEAT

CLAY

Page 73: teknik sipil

Perlapisan Tanah

Tentukan Nilai

N nya (Rata2

atau Terkecil)

01

4.5

11

SILTY CLAY

PEAT

CLAY

N=1

N=1

N=11

N=26

Page 74: teknik sipil

Perlapisan Tanah

Untuk Perlapisan yg

sama, boleh dibagi lagi

jika strength berbeda

jauh

01

4.5

11

SILTY CLAY

PEAT

CLAY

N=1

N=1

N=11

N=26CLAY

8.5

Page 75: teknik sipil

Perlapisan Tanah

Panduan

pengelompokan nilai N

PASIR

Page 76: teknik sipil

Perlapisan Tanah

Panduan

pengelompokan nilai N

LEMPUNG

Page 77: teknik sipil

Perlapisan Tanah

Panduan

pengelompokan nilai NLEMPUNG

N < 2 very soft Su < 0.25 kg/cm2

2 < N < 4 soft 0.25 < Su < 0.5 kg/cm2

4 < N < 8 medium 0.5 < Su < 1 kg/cm2

8 < N < 15 stiff /firm 1 < Su < 2 kg/cm2

15 < N < 30 very stiff 2 < Su < 4 kg/cm2

N > 30 hard Su > 4 kg/cm2

Page 78: teknik sipil

Perlapisan Tanah

Sketsa Perlapisan

Tanah

01

4.5

11

SILTY CLAY

PEAT

CLAY

N=1

N=1

N=11

N=26CLAY

8.5

Page 79: teknik sipil

Menentukan Parameter Tanah

Berdasarkan Data Bor

Page 80: teknik sipil

Perlapisan Tanah

PARAMETER TANAH

• Berdasarkan data lab. (UCT, TX UU, TX CU, TX CD)

• Berdasarkan data lapangan :

• N pemboran teknik

• qc sondir/CPTu

GUNAKAN SEBANYAK MUNGKIN DATA

AGAR DIPEROLEH PARAMETER YANG

DAPAT DIANDALKAN

Page 81: teknik sipil

Perlapisan Tanah

PARAMETER TANAH UNTUK DESAIN PONDASI

• Kuat geser tanah kohesi (c), sudut geser dalam ()

• Berat isi tanah gn, gsat

• Parameter konsolidasi Cc, Cs, Pc, e, E, mv

JIKA DATA LAB TIDAK LENGKAP

GUNAKAN KORELASI YANG SESUAI

DAN AMAN

Page 82: teknik sipil

Perlapisan Tanah

Asumsikan

• Lempung cu = ada, = 00

• Pasir cu = 0, = ada0

JIKA DATA KURANG LENGKAP

ASUMSIKAN TANAH ADALAH PASIR

MURNI, ATAU LEMPUNG MURNI

Page 83: teknik sipil

Perlapisan Tanah

Kuat Geser Tanah

PASIRLEMPUNG

Page 84: teknik sipil

Perlapisan Tanah

Kuat Geser Tanah

qc = 4 Nspt untuk tanah pasiran

qc = 2 Nspt untuk lempung

cu = (1/25 – 1/40 ) qc

cu = (1/14) qc (begemann 1963)

qu = 0.5 cu

cu = (1/20 ) qc (n/a)

cu = (qc - sv0)/Nk ; Nk = 15 (first estimate) or 17 (Kjekstad et al)

cu = fs/12

Page 85: teknik sipil

Perlapisan Tanah

Kuat Geser Tanah

PASIR

Page 86: teknik sipil

Perlapisan Tanah

Konsolidasi

mv = 1/(a.qc) ; a = 2

(Gielly et al 1969 dan Sanglerat et al 1972) or 3

mv = 1/(7.6 N)

E = 1/mv

E = 7 Nspt (jepang) (drained)

Es = 2 qc (schmertmann 1970)

Page 87: teknik sipil

Perlapisan Tanah

Berat Isi tanah

Jenis Tanah gn (t/m3)

Lempung 1.2 - 1.7

Pasir 1.5 - 1.9

gsat = 1.1 x gn

Page 88: teknik sipil

Perlapisan Tanah

Stratifikasi dan Parameter Tanah

Bore hole : Water Table : 2.5 m

Layer Soil Type N Value cu (kg/cm2) (

0) g sat (t/m

3) g unsat (t/m

3) E (kg/cm

2) n

1 0.0 - 5.5 Sand 9 0.00 31.8 2.00 1.82 126 0.30

2 5.5 - 7.5 Sand 2 0.00 25.5 1.90 1.73 28 0.35

3 7.5 - 11.5 Sand 17 0.00 36.2 1.85 1.68 238 0.30

4 11.5 - 13.5 Sand 50 0.00 47.7 1.80 1.64 700 0.25

5 13.5 - 19.5 Sand 16 0.00 35.7 1.77 1.61 224 0.30

6 19.5 - 23.5 Sand 50 0.00 47.7 1.77 1.61 700 0.25

7 23.5 - 30.0 Sand 18 0.00 36.6 1.77 1.61 252 0.30

8 30.0 33.5 Clay 22 1.38 0.0 1.75 1.59 154 0.30

9 33.5 37.5 Clay 50 3.13 0.0 1.75 1.59 350 0.25

10 37.5 - 40.0 Clay 32 2.00 0.0 1.75 1.59 224 0.30

Bore hole : Water Table : 2.0 m

Layer Soil Type N Value cu (kg/cm2) (

0) g sat (t/m

3) g unsat (t/m

3) E (kg/cm

2) n

1 0.0 - 5.5 Sand 4 0.00 27.8 2.00 1.82 56 0.30

2 5.5 - 19.5 Sand 9 0.00 31.8 1.80 1.64 126 0.30

3 19.5 - 23.5 Sand 25 0.00 39.6 1.77 1.61 350 0.30

4 23.5 - 29.5 Sand 8 0.00 31.1 1.77 1.61 112 0.30

5 29.5 - 33.5 Clay 19 1.19 0.0 1.75 1.59 133 0.30

6 33.5 - 40.0 Clay 33 2.06 0.0 1.75 1.59 231 0.30

Depth (m)

Depth (m)

BH 01

BH 02

Page 89: teknik sipil

Vane Shear Test (VST)

3uD

T

7

6s

dimana :

su = kuat geser tanah tak

terdrainase

T = torsi

D = diameter pisau baling

Page 90: teknik sipil

Vane Shear Test (VST)