MEKANIKA TANAH (SIL211) KUAT GESER TANAH. Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan Fakultas Teknolog Pertanian Institut Pertanian Bogor

MEKANIKA TANAH (SIL211)

KUAT GESER TANAH

Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan Fakultas Teknolog Pertanian Institut Pertanian Bogor 1

KERUNTUHAN AKIBAT GESER Tanah umumnya runtuh akibat geser embankment strip footing

failure surface

mobilised shear resistance

Pada saat runtuh, nilai tekanan (beban) sepanjang bidang runtuh mencapai nilai kuat gesernya 2

KERUNTUHAN GESER

Bidang runtuh

Partikel tanah bergerak relatif terhadap partikel tanah lainnya sepanjang bidang runtuh Tidak ada kerusakan pada partikel tanah

3

Shear failure

Pasa saat runtuh, tegangan geser sepanjang bidang runtuh () mencapai nilai kuat geser tanah (f ). 4

Kriteria Keruntuhan Mohr‐Coulomb 

  c tan f



kohesi

f c 

Sudut geser dalam



f adalah nilai tegangan maksimum yang bisa dipikul oleh tanah pada tegangan normalnya, .

Kriteria Keruntuhan Mohr‐Coulomb Komponen kuat geser tanah : Kohesi (cohesive) dan Gesekan (frictional).



 f  c f tan

f ftan 

 c

frictional component

c f



6

c dan  adalah nilai kuat geser tanah. Makin tinggi nilainya, makin tinggi kuat gesernya

Lingkaran Mohr & Kurva Keruntuhan 

Y X

X Y

Elemen tanah pada lokasi yang berbeda

 X

~ runtuh

Y

~ stabil

Mohr Circles & Failure Envelope Elemen tanah tidak akan runtuh jika belum mencapai kurva keruntuhannya GL  c Y

c c  Tegangan vertikal sebelum diberikan pembebanan

c+

Mohr Circles & Failure Envelope Ketika beban bertambah maka lingkaran Mohr akan semain besar…

GL  c Y

c c

.. .dan akhirnya terjadi keruntuhan pada saat lingkaran Mohr mencapai garis keruntuhan

Kemiringan Bidang Runtuh Kemiringan bidang runtuh terjadi pada 45 + /2 terhadap horizontal

Y 45 + /2

GL 45 + /2

 c Y



c

90+

c

c+

Lingkaran Mohr Untuk  & ’ v’

v h X

=

u h’

X

+

effective stresses

h’

v’

X

total stresses

h

v u

u

Garis keruntuhan untuk  & ’ Beberapa sampel diuji dengan cara memberikan tegangan isotropic yang berbeda-beda hingga runtuh

f c

c

c

c Awal…

uf Runtuh c, 

Pada saat runtuh,

in terms of 

3= c; 1 = c+f

c’, ’

3’= 3 – uf ; 1’ = 1 - uf

in terms of ’

UJI LABORATORIUM UNTUK KUAT GESER TANAH • UJI TRIAXIAL • UJI UCT (Unconfined Compression Test) • UJI Geser Langsung (Direct Shear)

UJI TRIAXIAL

Alat Uji Triaxial

16

Alat Uji Triaxial piston (untuk memberikan tegangan deviator)

Bidang runtuh O-ring impervious membrane Sampel pada kondisi runtuh porous stone

cell

water

cell pressure

pore pressure or

back pressure pedestal

17

volume change

Pengujian Triaksial

TIPE PENGUJIAN TRIAXIAL deviator stress ()

Under all-around cell pressure c

Penggeseran (pembebanan)

Apakah katup drainase terbuka?

Apakah katup drainase terbuka? yes

Consolidated sample

yes

no

Unconsolidated sample

Drained loading 18

no

Undrained loading

TIPE PENGUJIAN TRIAXIAL Tergantung pada kondisi drainase dilakukan atau tidak pada saat :  Konsolidasi  Penggeseran Ada 3 tipe pengujian Triaxial:

Consolidated Consolidated Unconsolidated

Drained (CD) test Undrained (CU) test Undrained (UU) test

19

Pada kondisi UU, Maka nilai u = 0 Tanah granular tidak punya lekatan (kohesi). c = 0 & c’= 0

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

CD, CU and UU Triaxial Tests Uji Consolidated Drained (CD)  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

Bisa berhari‐hari!  Jarang dilakukan  dihasilkan nilai c’ dan ’

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

21

CD, CU and UU Triaxial Tests Consolidated Undrained (CU) Test  Tekanan air pori muncul saat penggeseran

dihasilkan  ’  dihasilkan nilai c’ dan ’  lebih cepat dari CD (lebih direkomendasikan untuk menghasilkan nilai c’ and ’)

22

CD, CU and UU Triaxial Tests Unconsolidated Undrained (UU) Test  Tekanan air pori muncul saat penggeseran = 0; maka garis keruntuhan akan horizontal

Tetapi tidak diukur ’ unknown

 Kondisi tegangan total  dihasilkan cu dan u  Pengujian sangat cepat

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

23

Hubungan 1- 3 Saat Runtuh 1 3

X X

Elemen tanah saat runtuh 3

1

UJI UCT

ALAT UJI UCT

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

UJI UCT

cu = qu /2 1

3  = qu

UJI GESER LANGSUNG

UJI GESER LANGSUNG Normal load Top platen Load cell to measure Shear Force

Motor drive Soil

Porous plates

Rollers Measure

relative horizontal displacement, dx vertical displacement of top platen, dy

ALAT UJI GESER LANGSUNG

UJI GESER LANGSUNG • Hasil uji geser langsung dapat digunakan untuk analisis Kestabilan dalam bidang geoteknik, di antaranya untuk analisis kestabilan lereng, daya dukung pondasi, analisis dinding penahan, dan lain‐lain. • Uji geser langsung tidak dapat mengukur tekanan air pori yang timbul saat penggeseran dan tidak dapat mengontrol tegangan yang terjadi di sekeliling contoh tanah • Keterbatasan uji geser langsung yang lain adalah karena Bidang runtuh tanah ditentukan, meskipun belum tentu merupakan bidang terlemah.

In‐situ shear tests  Vane shear test  Torvane  Pocket Penetrometer  Pressuremeter  Static Cone Penetrometer test (Push Cone  Penetrometer Test, PCPT)  Standard Penetration Test, SPT

In‐situ shear tests  Vane shear test (suitable for soft to stiff clays)  Torvane  Pocket Penetrometer  Pressuremeter  Static Cone Penetrometer test (Push Cone  Penetrometer Test, PCPT)  Standard Penetration Test, SPT

Vane shear test This is one of the most versatile and widely used devices used for investigating undrained shear strength (Cu) and sensitivity of soft clays Applied  Torque, T

Disturbed  soil

Rupture  surface

Bore hole (diameter  = DB) h > 3DB)

T

Vane Vane

H

PLAN VIEW

D

Rate of rotation : 60 – 120 per minute Test can be conducted at 0.5 m vertical intervals

In‐situ shear tests  Vane shear test  Torvane (suitable for very soft to stiff clays)  Pocket Penetrometer  Pressuremeter  Static Cone Penetrometer test (Push Cone  Penetrometer Test, PCPT)  Standard Penetration Test, SPT

Torvane Torvane is a modification to the vane

In‐situ shear tests  Vane shear test  Torvane  Pocket Penetrometer (suitable for very soft to stiff clays)  Pressuremeter  Static Cone Penetrometer test (Push Cone  Penetrometer Test, PCPT)  Standard Penetration Test, SPT

Pocket Penetrometer Pushed directly into the soil. The unconfined compression strength (qu) is measured by a calibrated spring.

Swedish Fall Cone (suitable for very soft to soft clays) Cu ∞ Mass of the cone ∞ 1/(penetration)2

Soil sample

The test must be calibrated

In‐situ shear tests  Vane shear test  Torvane  Pocket Penetrometer  Pressuremeter (suitable for all soil types)  Static Cone Penetrometer test (Push Cone  Penetrometer Test, PCPT)  Standard Penetration Test, SPT

Pressuremeter Air

Coaxial tube Water

Pre – bored or self  – bored hole Guard cell Measuring cell Guard cell

In‐situ shear tests  Vane shear test  Torvane  Pocket Penetrometer  Pressuremeter  Static Cone Penetrometer test (Push Cone  Penetrometer Test, PCPT) (suitable for all soil  types except very course granular materials)

 Standard Penetration Test, SPT

Static Cone Penetrometer test

40 mm 40 mm

40 mm 40 mm

Cone penetrometers with pore water pressure measurement capability are known as piezocones

In‐situ shear tests  Vane shear test  Torvane  Pocket Penetrometer  Pressuremeter  Static Cone Penetrometer test (Push Cone  Penetrometer Test, PCPT)  Standard Penetration Test, SPT  (suitable for granular materials)

Standard Penetration Test, SPT SPT is the most widely used test procedure to determine the properties of in‐situ soils Number of blows for the first 150 mm penetration is disregarded due to the disturbance likely to exist at the bottom of the drill hole

63.5 kg

Various correlations have been developed to determine soil The test can be conducted at every 1m vertical 0.76 m strength parameters (c,  ect)intervals from N Drill rod

0.15 m 0.15 m 0.15 m

Number of blows = N1 Number of blows = N2 Number of blows = N3

Standard penetration resistance (SPT N) = N2 + N3

Standard Penetration Test, SPT

SPT (Manual operation)