III. KUAT GESER TANAH

III. KUAT GESER TANAH 1. FILOSOFI KUAT GESER Kuat geser adalah gaya perlawanan yang dilakukan oleh butir-butir tanah terhadap desakan atau tarikan. Kegunaan kuat geser Stabilitas lereng

σ

Daya dukung tanah

γ

γ

γ

Tekanan tanah aktif dan pasif Prinsip utama Tanah

tidak dapat menahan tank tegangan tekan tidak dapat diperhitungkan pasti karena

→ butir-butir → compresible

Perlawanan terhadap geser

Kuat geser tanah

Kemampuan tanah untuk melawan pergeseran terjadi Jika tidak mampu menahan → longsor Kuat geser ada 2 komponen a. Gesekan intern → ϕ b. Kohesi → c a. Gesekan intern → extrem sand Perlawanan gesekan antara butir-butir Gaya gesek = Gaya Normal x koefisien gesek (f atau tg ϕ)

:

Universitas Gadjah Mada

b. Kohesi : extrem clay Perlawanan oleh pelekatan antara butir-butir butir Gaya lekatan = luas bidang yang melekat x pelekatan S = A .C Misal luas tampang : A → →

τ2 = C

a + b → superposisi c. Friction Kohesive Soil τ ϕ

σ

gabungan

(Rumus Coulomb)

Kondisi khusus : Tanah “Non Cohesive Soil”

→C=0

→

τ=σ tgϕ

Tanah “Cohesive murni”

→ϕ=0

→

τ=C

Rumus - rumus tersebut hanya untuk: → Tegangan normal

:


−

Tanah tidak kenyang air

−

Tanah kenyang air boleh, asal diperhitungkan terhadap longsoran secara mendadak tanpa mengalami konsolidasi.

Jika tekanan air pori diperhitungkan, geseran yang diperhitungkan tegangan efektif. Akibatnya nilai C & ϕ berubah C′ & ϕ′

Contoh tanah bentuk silinder

:


Secara analitis :

lingkaran Mohr

Secara grafis :

Kondisi Tanah Pecah : Tanah pecah bila τterjadi ≥ kuat geser tanah τ≥

σ

ϕ

Dalam keadaan kritis τ = (c + σ tg ϕ) Di Laboratorium −

tanah diberi iberi tekanan samping konstan (

−

arah vertikal 1

:

diberi beban

berangsur-angsur angsur ditambah

3

konstan)

1

hingga pecah


Timbul bidang kritis : bidang yang perlawanan gesernya minimum

didapat bila

1

minimum

ϕ = 0) Untuk tanah cohesive murni (ϕ

1

=

3

+ 2c

murn (c = 0) Untuk tanah non - cohesive murni

1

=

3

tg2(45 + ½ ϕ)

Nilai c & ϕ di laboratorium dihitung dengan rumus 1

=

3

tg2(45 + ½ ϕ)) + 2 c tg(45 + ½ϕ) ½

Bila ingin mencari c' & ϕ' maka tegangan efektif harus diperhitungkan dengan membaca tekanan air pori (u) sehingga 1'

=

1

-u

3'

=

3

-u

Persamaan menjadi : 1'

:

=

3'

tg2(45 + ½ ϕ')) + 2 cc' tg(45 + ½ϕ')


Secara grafis :

LF = LCDE = LGCD = ϕ Maka L BCD = 90 + ϕ = 2 (45 + ½ϕ) Jadi adi garis singgung dengan kemiringan ϕ akan menyinggung lingkaran Mohr di D yang memberikan

dan τ pada bidang kritis, maka :

DE = τ pada bidang kritis OE =

pada bidang kritis

Di laboratorium : nilai c & ϕ dapat dicari asal garis selubung dapat dicari

τ = c + tg ϕ Lingkaran Mohr I.

3

(tekanan samping)

2 x lingkaran 3 x lingkaran pecah

1 lingkaran

pecah

1 lingkaran

1

II.

3 1

:


Untuk menghitung nilai ϕ&c Ada beberapa cara : ϕ' & c' 1. TEKAN BEBAS UNCONFINED CONFINED COMPRESSION TEST (UNCONSOLIDATED - UNDRAINED) ϕ c

Rumus :

1

= 2 c tg(45° + ½ϕ)

ϕ dihitung karena a pecahnya tanah

ϕ = 2 ( – 45)

dapat dihitung dengan rumus 2. DIRECT SHEAR TEST Berdasarkan Hukum Coulomb CONSOLIDATED — DRAINED

ϕ&c ϕ' & c'

Haruss berkonsolidasi

3. TRIAXIAL TEST Dasarnya : LINGKARAN NGKARAN MOHR UNCONSOLIDATED – UNDRAINED CONSOLIDATED – UNDRAINED CONSOLIDATED – DRAINED

:


PERCOBAAN TRIAXIAL

Tanah uji berbentuk silinder, tinggi ± 2,5

atau h

2d

Benda uji dibungkus dengan karet tipis tipi sehingga air tidak keluar Ialu dimasukkan ke dalam silinder yang kemudian ke diberi air dan tekanan. Air akan masuk ke segala arah ( 3). 3

inii disebut dengan tegangan sel dan

3

konstan.

Dari atas tanah ditekan dengan P yang berangsur-angsur berangsur naik dan ini memberikan 1

disebut tekanan deviator karena ada P & 1

&

3

3,

maka

1

=

+

3

akan memecahkan tanah dan itulah yang nanti akan membuat

LINGKARAN MOHR. Untuk mencari ϕ dan c semu, berdasarkan tekanan total maka dalam hal ini kran A ditutup sehingga air dalam tanah tidak dapat keluar (UNDRAINED) Beban P baru diberikan setelah

3

bekerja, sehingga tidak memberikan

kesempatan konsolidasi pada tanah (UNCONSOLIDATED). Jadi

percobaan

tersebut

merupakan

percobaan

UNCONSOLIDATED UNCONSOLIDATED-

UNDRAINED.

:


Untuk mencari ϕ' dan c',, ada dua cara : Untuk tanah lempung : Yang umum dilakukan adalah CONSOLIDATED - UNDRAINED dan membaca tekanan air pori. CONSOLIDATED :

3

bekerja sehingga tanah berkonsolidasi dan tunggu sampai

konsolidasi selesai. (maksud selesai : air pada buret tidak naik). Setelah inii kran B ditutup dan P dinaikkan, perubahan tekanan pori dapat dibaca pada manometer (U) , B sampai tanah pecah. Jadi didapatkan 3 angka: konstan

Membuat tanah

3

pecah

1= U

Dengan kombinasi 3 angka tersebut, dapat dicari ϕ' dan c' CARA I Dengan UNCONSOLIDATED UNDRAINED UNDRA ( Dimasukkan ke persamaan :

1

=

3

3

&

1)

2

tg (45 + ½ϕ) + 2 c tg(45 + ½ϕ)

Jadi adi minimal harus ada 2 persamaan, sehingga harus ha s dilakukan dua kali percobaan Misal percobaan itu adalah 1I

=

1 II =

3Im

2

3II m

+ 2c m

2

+ 2c m

Dapat dicari harga ϕ & c nya

misal disesuaikan dengan lingkaran Mohr

:


Cara mencari lingkaran Mohr 3

1

=?

lingkaran dapat dicari

=

1

–

3

=

= tegangan deviator

CARA II CONSOLIDATED UNDRAINED (C - U) Dengan cara membaca tekanan air pori, yang dicari ϕ' dan c' Benda uji yang ke-1 Diberikan

konstan, tanah pecah dibaca

31

31'

=

31

- U1

11'

=

11

- U1

11

dan dibaca U1 , misalnya

Buatkan lingkaran Mohr seperti tersebut diatas sehingga diperoleh ϕ' dan c' Apabila digunakan untuk tanah permeabel (CONSOLIDATED — DRAINED) Tanah diberi kesempatan untuk berkonsolidasi dan air harus keluar seluruhnya. Jadi untuk tanah lempung sangat lama, sehingga tidak praktis. Untuk kondisi consolidasi drained, maka U = 0 31'

=

11' =

31

–0

11 – 0

catatan ; kran A & B terbuka terus

2. KUAT GESER TANAH (DIRECT SHEAR TEST) −

Kuat geser : kemampuan suatu bahan konstruksi untuk melawan tegangan geser yang timbul pada bahan itu

−

Banyak hitungan dalam Mekanika Tanah : 1. Analisa Stabilitas Lereng 2. Daya Dukung Tanah untuk Fondasi 3. Analisa Stabilitas dinding penahan tanah

:


Perlawanan geser dapat berupa gesekan atau lekatan atau kombinasi gesekan & lekatan. Penjelasan = Peristiwa gesekan

Benda kasar pada lantai kasar Gaya N = gaya Normal Gaya T = gayageser Gaya F = gesekan (gaya lawan)

Pada keadaan ultimit ; T = N . f = N tg ϕ f = koefisien gesek antara benda dan lantai ϕ = sudut gesek antara benda & lantai Jika dipandang persatuan luas bidang geser didapat : τ = N tg ϕ τ=

tg ϕ

τ = tegangan geser ;

:

= tegangan normal


PERISTIWA LEKATAN (C) Benda halus terletak pada lantai licin yang diberi perekat basah Gaya lawan

F=A.c A = luas bidang kontak (m2) C = daya lekat perekat (t/m2)

Pada keadaan ultimit : T = F Per satuan luas bidang geser =

PERISTIWA GABUNGAN Benda kasar, lantai kasar — perekat Gaya geser = T = A . c + N tg ϕ atau tegangan geser =

τ=c+

. tg ϕ

RUMUS COULOMB

PERGESERAN DALAM TANAH 1. Gesekan antara tanah dengan tanah = gesekan intern (terjadi pada tanah berbutir kasar). Suatu tanah memiliki ϕ = sudut gesek intern 2. Lekatan Tanah akibat mineral (lempung = kohesi (c) ) Terjadi pada tanah butir halus 3. Gesekan intern & kohesi , bila ta tanahnya campuran butir kasar & halus Berdasarkan sifat — sifat tersebut maka:

:


Tanah butir kasar yang bersih

= tanah gesekan (friction soil) = tanah non kohesif = tanah ϕ

Tanah butir halus murni

= tanah c = tanah kohesif

Tanah campuran butir kasar & halus = “friction cohesive soil” = tanah ϕ - c Menentukan parameter kuat geser tanah ϕ & c di laboratorium dengan pengujian geser langsung.

Bidang normal N kg Tekanan normal =

=

Cincin atas ditarik = τ = Sesuai rumus Coulomb

kg/cm2 kg/cm2 tegangan geser = lekatan & gesekan intern τ = c +

tg ϕ

Contoh : Percobaan dengan 3 sampel tanah dengan 3 beban normal yang tidak sama. Untuk tiap beban normal, tanah digeser sampai pecah tegangan geser sebagai berikut:

:

No. Percobaan

Beban normal ( kg/cm2)

Tegangan geser (τ kg/cm2)

1.

0.5

1.37

2.

1.0

1.57

3.

2.0

1.92


1. “Tanah Non Kohesif” tidak mempunyai c, hanya ϕ

tanah yang bersimbol : GW, GP, SW, SP Kerikil, pasir atau campuran kerikil & pasir yang bersih Pasir: ϕ = 28.5º — 46º kebalikannya Pasir tidak padat, poorly graded, butir-butir bulat Sudut gesek intern = sudut lereng alam

28.5° = tidak padat, butir bulat, butir seragam (jelek) 46º

:

= padat, well graded, butir tajam


2. Tanah kohesif murni (lempung, kenyang air) Hanya punyac,ϕ =0

PERCOBAAN COBAAN KUAT TEKAN BEBAS (UNCONFINED COMPRESSION TEST) 1. Menentukan enentukan kekerasan tanah kohesif kenyang air = kuat tekan bebas tanah tanah kohesif yang murni = unconfined compression strength 2. Menentukan tukan kohesi tanah kohesif kenyang air (ϕ = 0) Silinder h

2

−

dibebani berangsur-angsur angsur diperbesar

−

sampai tanah pecah

−

untuk tanah kohesif & kenyang air bersudut 45°

−

kuat tekan bebas = Qu =

kg/cm2

Qu = 2. c = 2 . kohesi tanah

Kekerasan tanah lempung kenyang air : Kekerasan Sangat lunak

0 – 0.25

Lunak (soft)

0.25 – 0.5

Sedang (medium)

0.5 – 1

Kenyal (stiff)

1.0 – 2.0

Sangat kenyal

2.0 – 4.0

Keras (hard)

:

Qu (kg/cm2)

>4.0


PERBEDAAN SIFAT-SIFAT SIFAT TANAH pasir, lanau, lempung Pasir

Lempung

Ukuran butir

Kasar

Halus

Permeabilitas

Besar

kecil

Kenaikan air kapiler

Rendah

Tinggi

Pengaruh air

Sifatnya tidak dipengaruhi air

Kembang susut

Sifat

Non kohesif

Kohesif

Kompresibilitas

Kecil

Besar

Proses konsolidasi

Cepat

Lambat

Lanau : peralihan pasir & lempung CARA SEDERHANA UNTUK MENGETAHUI JENIS TANAH 1. Dari ukuran butir : visual

kerikil dan pasir bersih: −

butir-butir kasar

−

pasir halus

2. Membedakan lanau dan lempung :

butir-butir lepas sifat lekatnya sifat permeabilitas, lanau> lempung

3. Kekerasan jika kering : lempung kering

keras

4. Kecepatan mengendapkan : lanau lebih lama mengendap dari da pasir (15 — 60 menit) lempung berjam-jam

perlu tawas

pasir : 30-60 60 detik mengendap

:


TEKAN BEBAS (UU)

Sampel Undisturb

(Unconfined Compression mpression Test)

Sampel ditekan sampai pecah, sudut pecah ϕ = 2( - 45º)

= tg (45º +½ϕ) Rumus : 1

= 2 c tg (45° + ½ϕ) ½

ϕ = 2 ( - 45°) c dapat dihitung

Umumnya untuk tanah lempung yang ϕ = 0 Sehingga

1

=2c

Dalam laporan

1

C = ½ qu = qu = kuat tekan bebas

Tingkat kekerasan lempung

:

qc

Jenis tanah

0 – 0.25

Tanah sangat lunak

0.25 – 0.5

Lunak

0.5 – 1.0

Keras


GESER LANGSUNG/DIRECT SHEAR TEST Ketentuan: Tekanan air pori tidak ada Cari

total

Cari ϕ dan c Cari ϕ' dan c' Consolidasi

ada tekanan air pori

pada saat mencapai konsolidasi 100 % Tekanan air pori = 0 U=0

Jenis percobaan :

:


Sampel I :

τ1 = c +

1

tg ϕ

τ2 = c +

2

tg ϕ

τ1 = c +

1

tg ϕ

τ2 = c +

2

tg ϕ

Sampel II

Persamaan menjadi : Plot pada grafik :

Bila mencari ϕ' dan c'

beban semu terhadap

total

Pola pikir

1.

A1 & A2

bahan besi rapat air, sehingga air tidak dapat

keluar (undrained) = ada air pori 2.

Beri beban N konstan, T segera dikerjakan (unconsolidated — undrained)

:


ϕ' c'

'

sulit sekali

Cara bagaimana ? Untuk mencari

ϕ'

Perlu dicari tekanan air pori

c'

Sulit dilakukan Untuk consolidasi : A1 & A2 di batu pori Porous stones

air dapat keluar

Kemudian beri N, tunggu sampai terjadi Consolidasi (24 jam), Baru diberi T perlahanlahan (Consolidated Drained) Catatan: untuk pasir (sangat permeabel), N diberikan Konsolidasi selesai (CD)

:

ϕ' & c'


TRIAXIAL

Bentuk sampel silinder Tinggi ± 2.5 h

2

sampel dibungkus karet tipis (25) Air dialirkan ke bak silinder tempat sampel sehingga ada tekanan air ( 3) 3

= tekanan sell

3

konstan

Tanah ditekan dengan P yang berangsur berangsur-angsur naik dan P1

1

= tekanan deviator

Setelah buret tidak naik, karena B ditutup P diberikan Perubahan tekanan pori dapat dibaca pada manometer sehingga tanah pecah. Didapat :

-

3

konstan

-

1

=

Didapat ϕ' dan c'

-U

:


Unconsolidated Undrained 1,

3

=

1

3

tg2(45 + ½ϕ) + 2 c tg(45 + ½ϕ)

Harus ada 2 persamaan : 11 12

= =

31 32

m2 + 2 c m

ϕ

2

m +2cm

c

Tanah pecah karena

1

Mencari ϕ & c semu Kran A ditutup

&

3

dasar

lingkaran Mohr total

air dalam tanah tidak dapat keluar (undrained)

P diberikan setelah

3

bekerja, sehingga tidak memberi kesempatan consolidasi

Percobaan Unconsolidated undrained UU U = Quick Test

Qu, cu

Untuk mencari ϕ' & c' Ada 2 cara : Untuk tanah lempung Umum : “Consolidated Undrained” dengan membaca tekanan air pori Consolidasi : bekerja

3

diberikan, dibiarkan beberapa saat. Kran A & B dibuka

consolidasi

Selesai/tidak

3

selesai

air pada burret burr tidak naik

Consolidated Undrained Pembacaan tekanan air po pori Diberi

:

3.1

c' & ϕ'

konstan, tanah pecah dibaca

11

dan U11


Sehingga didapat : 3.1

=

3.1

11

=

11

–U

-U

Dibuat lingkaran MOHR

c' & ϕ' Consolidated Drained Untuk tanah yang permeabel Tanah diberikan kesempatan berconsolidasi dan air harus keluar seluruhnya. Untuk tanah lempung U=0

'3.1 - 0 '3.1 =

:

lama sekali A & B terbuka 3.1

terus


III. KUAT GESER TANAH

Recommend Documents