Transcript Kuat geser tanah

KUAT GESER TANAH
1
KERUNTUHAN AKIBAT GESER
Tanah hanya runtuh akibat geser, tanah
tidak runtuh akibat tekanan
embankment
strip footing
failure surface
mobilised shear
resistance
Pada saat runtuh, nilai tekanan (beban) sepanjang bidang runtuh mencapai nilai
maksimum kekuatan 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
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)
5
Kriteria Keruntuhan Mohr-Coulomb
Sebuah material runtuh akibat kombinasi kritis antara
tegangan normal (s) 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”
6
Kriteria Keruntuhan Mohr-Coulomb

 f  c  s tan

kohesi
Sudut geser
dalam
f
c
s
s
f adalah nilai tegangan maksimum yang bisa dipikul oleh tanah pada
tegangan normalnya, s.
7
Kriteria Keruntuhan Mohr-Coulomb
Komponen kuat geser tanah : Kohesi (cohesive) and Gesekan (frictional).

 f  c  s f tan
f
sf tan 

c
frictional
component
c
sf
s
8
c dan  adalah
parameter kuat geser
tanah.
Makin tinggi nilainya, makin
tinggi kekuatan tanahnya
Lingkaran Mohr & Kurva
Keruntuhan

Y
X
X
Y
s
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
s
s3
Y
s3
s3
s
Tegangan vertikal sebelum
diberikan pembebanan
s3+s
Mohr Circles & Failure Envelope
Ketika beban bertambah
maka lingkaran Mohr akan
semain besar…
GL
s
sc
Y
sc
s3
.. .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
s
s3
Y

s3
90+
s3
s3+s
Lingkaran Mohr Untuk s & s’
sv
sv’
sh
X
=
u
sh’
X
+
effective stresses
sh’
sv’
X
total stresses
sh
sv
u
u
Garis keruntuhan untuk s & s’
Beberapa sampel diuji dengan
cara memberikan tegangan
isotropic yang berbeda-beda
hingga runtuh
sf
sc
sc
sc
sc
Awal…
uf
Runtuh
c, 
in terms of s
Pada saat runtuh,
s3 = sc; s1 = sc+sf
c’, ’
s3’ = s3 – uf ; s1’ = s1 - uf
in terms of s’
Tegangan
s1
s1 = s3+s
s3
X
s3
s
s1
UJI LABORATORIUM UNTUK KUAT
GESER TANAH
• UJI Triaxial
• UJI UCT (Unconfined Compression Test)
• UJI Geser Langsung (Direct Shear)
UJI TRIAXIAL
Alat Uji Triaxial
19
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
20
volume change
TIPE PENGUJIAN TRIAXIAL
deviator stress (s)
Under all-around
cell pressure sc
Penggeseran
(pembebanan)
Apakah katup drainase terbuka?
yes
Apakah katup drainase terbuka?
yes
no
no
Consolidated
Unconsolidated
Drained
Undrained
sample
sample
loading
loading
21
TIPE PENGUJIAN TRIAXIAL
Tergantung pada kondisi drainase dilakukan atau tidak
pada saat :
 Konsolidasi
 Penggeseran
Ada 3 tipe pengujian Triaxial:
Consolidated
Drained (CD) test
Consolidated
Undrained (CU) test
Unconsolidated Undrained (UU) test
22
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)
24
CD, CU and UU Triaxial Tests
Consolidated Undrained (CU) Test
 Tekanan air pori muncul saat penggeseran
dihasilkan  s’
 dihasilkan nilai c’ dan ’
 lebih cepat dari CD (lebih direkomendasikan untuk menghasilkan
nilai c’ and ’)
25
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
s’ 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)
26
Hubungan s1- s3 Saat Runtuh
s1
s3
X
X
Elemen tanah saat
runtuh
s3
s1
s1  s 3 tan (45   / 2)  2c tan(45   / 2)
2
s 3  s1 tan (45   / 2)  2c tan(45   / 2)
2
Contoh Hasil Uji TX-UU
Contoh Hasil Uji TX-UU
Contoh Hasil Uji TX-UU
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 s3 = 0
• Tidak ada nilai sudut geser dalam
• Kuat tekan, qu = deviator stress
• Kohesi = 0.5 x qu
UJI UCT
cu = qu /2
s1
s3
s = 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
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.
CATATAN PENTING
CATATAN
• Nilai kuat geser tanah terdiri atas nilai lekatan (c) dan nilai
friksi ()
• Tanah yang murni yaitu yang tidak mengandung tanah
yang lain, hanya mempunyai 1 (satu) nilai kuat geser saja
mis. lempung murni, pasir murni
• Tanah lempung murni memiliki lekatan tapi tidak memiliki
friksi, sehingga hanya mempunyai nilai c saja
• Tanah pasir murni hanya memiliki friksi dan tidak memiliki
lekatan, sehingga hanya mempunyai  saja
• Kondisi dimana air tidak sempat mengalami
disipasi/jangka pendek, disebut sebagai Undrained (TSA,
total stress analysis)
 f  c  s f tan
Su  cu  s f tanu
CATATAN
• Kondisi dimana air mengalami disipasi/jangka panjang,
disebut sebagai drained (ESA, effective stress analysis)
 f '  c's ' f tan '
Bedakan dengan tegangan vertikan efektif!!!
UJI LAPANGAN UNTUK KUAT GESER
TANAH
• UJI CPT/CPTU
• UJI SPT
• UJI VANE SHEAR
CPT (Cone Penetration Test)
CPT (Cone Penetration Test)
Equipment
CPT (Cone Penetration Test)
Equipment
CPT (Cone Penetration Test)
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!)
Result
Menentukan Stratifikasi Tanah
Berdasarkan Data Sondir
Stratifikasi Tanah - CPT
Gunakan
tabel data
qc, fs, FR
Stratifikasi Tanah - CPT
Gunakan
grafik dari
Schmertmann
Stratifikasi Tanah - CPT
Tentukan
Jenis Tanah
Untuk setiap
nilai qc, dan
FR
Stratifikasi Tanah - CPT
0.0
Tentukan
kedalamannya
2.6
4.6
Stratifikasi Tanah - CPT
0.0
Tentukan
Pembagian
Jenis tanah
SILT
2.6
SAND
4.6
Stratifikasi Tanah - CPT
0.0
Tentukan nilai
tahanan ujung
(qc) rata-rata
2.6
atau terkecil
4.6
SILT
qc = 11
kg/cm2
SAND
qc = 14
kg/cm2
Stratifikasi Tanah - CPT
0.0
Stratifikasi
tanah
SILT
qc = 11
kg/cm2
SAND
qc = 14
kg/cm2
2.6
4.6
PEMBORAN TEKNIK
Pemboran Teknik
Equipment
Pemboran Teknik
Purposes
Pemboran Teknik
Equipment
Pemboran Teknik
Core Sample – Core Box
Pemboran Teknik
SPT Test
Pemboran Teknik
SPT Test
Pemboran Teknik
SPT Test
Pemboran Teknik
Result
Pemboran Teknik
Stratifikasi dan
Pelapisan Tanah
Result
Pemboran Teknik
Symbol
Stratifikasi dan
Pelapisan Tanah
Result
Pemboran Teknik
Elevasi Muka Air
Tanah
Result
Pemboran Teknik
Kedalaman
Pengambilan
Sample
Result
Pemboran Teknik
Kedalaman
Pengujian SPT
Result
Pemboran Teknik
Nilai N Value
Result
Menentukan Perlapisan
Tanah Berdasarkan Data Bor
Perlapisan Tanah
Tentukan
Elevasi Batas
Perlapisan
Tanah
Perlapisan Tanah
0
1
4.5
Tentukan
Elevasi Batas
Perlapisan
Tanah
11
Perlapisan Tanah
SILTY CLAY
0
1
PEAT
4.5
Tentukan
Jenis
Tanahnya
CLAY
11
Perlapisan Tanah
SILTY CLAY
0
1
N=1
N=1
PEAT
4.5
Tentukan Nilai
N nya (Rata2
atau Terkecil)
N=11
CLAY
N=26
11
Perlapisan Tanah
SILTY CLAY
0
1
N=1
N=1
PEAT
4.5
Untuk Perlapisan yg
sama, boleh dibagi lagi
jika strength berbeda
jauh
CLAY
N=11
8.5
CLAY
N=26
11
Perlapisan Tanah
PASIR
Panduan
pengelompokan nilai N
Perlapisan Tanah
LEMPUNG
Panduan
pengelompokan nilai N
Perlapisan Tanah
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
Panduan
pengelompokan nilai N
LEMPUNG
Perlapisan Tanah
0
1
SILTY CLAY
N=1
PEAT
N=1
4.5
CLAY
Sketsa Perlapisan
Tanah
N=11
8.5
CLAY
11
N=26
Menentukan Parameter Tanah
Berdasarkan Data Bor
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
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
Perlapisan Tanah
Asumsikan
• Lempung  cu = ada,  = 00
• Pasir  cu = 0,  = ada0
JIKA DATA KURANG LENGKAP
ASUMSIKAN TANAH ADALAH PASIR
MURNI, ATAU LEMPUNG MURNI
Perlapisan Tanah
LEMPUNG
Kuat Geser Tanah
PASIR
Perlapisan 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
Kuat Geser Tanah
Perlapisan Tanah
PASIR
Kuat Geser Tanah
Perlapisan Tanah
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)
Konsolidasi
Perlapisan Tanah
Jenis Tanah
Lempung
Pasir
gn (t/m3)
1.2 - 1.7
1.5 - 1.9
gsat = 1.1 x gn
Berat Isi tanah
Perlapisan Tanah
Bore hole : BH 01
Layer Depth (m)
1
0.0 - 5.5
2
5.5 - 7.5
3
7.5 - 11.5
4
11.5 - 13.5
5
13.5 - 19.5
6
19.5 - 23.5
7
23.5 - 30.0
8
30.0
33.5
9
33.5
37.5
10
37.5 - 40.0
Water Table : 2.5
m
Soil Type
N Value cu (kg/cm2)
Sand
9
0.00
Sand
2
0.00
Sand
17
0.00
Sand
50
0.00
Sand
16
0.00
Sand
50
0.00
Sand
18
0.00
Clay
22
1.38
Clay
50
3.13
Clay
32
2.00
0
( ) g
31.8
25.5
36.2
47.7
35.7
47.7
36.6
0.0
0.0
0.0
Bore hole : BH 02
Layer Depth (m)
1
0.0 - 5.5
2
5.5 - 19.5
3
19.5 - 23.5
4
23.5 - 29.5
5
29.5 - 33.5
6
33.5 - 40.0
Water Table : 2.0
m
Soil Type
N Value cu (kg/cm2)
Sand
4
0.00
Sand
9
0.00
Sand
25
0.00
Sand
8
0.00
Clay
19
1.19
Clay
33
2.06
 (0) g
27.8
31.8
39.6
31.1
0.0
0.0
Stratifikasi dan Parameter Tanah
(t/m3)
2.00
1.90
1.85
1.80
1.77
1.77
1.77
1.75
1.75
1.75
g
unsat
(t/m3)
2.00
1.80
1.77
1.77
1.75
1.75
g
unsat
sat
sat
(t/m3) E (kg/cm2)
1.82
126
1.73
28
1.68
238
1.64
700
1.61
224
1.61
700
1.61
252
1.59
154
1.59
350
1.59
224
n
0.30
0.35
0.30
0.25
0.30
0.25
0.30
0.30
0.25
0.30
(t/m3) E (kg/cm2)
1.82
56
1.64
126
1.61
350
1.61
112
1.59
133
1.59
231
n
0.30
0.30
0.30
0.30
0.30
0.30
Vane Shear Test (VST)
6
T
su  
7   D3


dimana :
su = kuat geser tanah
terdrainase
T = torsi
D = diameter pisau baling
tak
Vane Shear Test (VST)