Shear Strength of Soils
K ua t Ge se r T a na h
She a r St re ngt h of Soils
Dr.Eng. Agus Setyo Muntohar, S.T., M.Eng.Sc.
Mengapa mempelajari kekuatan
tanah ?
•
Keamanan atau kenyamanan
struktur yang berdiri di atas
tanah tergantung pada
kekuatan tanah dibawahnya.
•
Jika tanah runtuh, maka
struktur tersebut akan runtuh
yang merenggut korban dan
kerugian ekonomi.
•
Kekuatan tanah yang
dimaksud adalah kekuatan
geser tanah ( shear strength ).
Apa kekuatan tanah ?
•
Kekuatan geser ( shear strength ) tanah merupakan
gaya tahanan internal yang bekerja per satuan luas
masa tanah untuk menahan keruntuhan atau
kegagalan sepanjang bidang runtuh dalam masa
tanah tersebut.
•
Pemahaman terhadap proses dari perlawanan geser
sangat diperlukan untuk analisis stabilitas tanah
seperti kuat dukung, stabilitas lereng, tekanan tanah
lateral pada struktur penahan tanah.
Kriteria Keruntuhan
Mohr – Coulomb
•
Keruntuhan dalam suatu bahan dapat terjadi akibat
kombinasi kritis dari tegangan normal dan tegangan
geser, dan bukan salah satu dari tegangan normal
maksimum atau tegangan geser maksimum.
•
Hubungan antara kedua tegangan tersebut :
τf = f( σ)
•
Bila tanah mengalami pembebanan akan ditahan oleh
kohesi (c) dan gesekan antar butir-butir tanah ( φ).
τf = c+ σ tan φ
Theory Mohr - Coulomb
τ’
τ’
C
D
φ’
b
a
Kurva keruntuhan
τf = f( σ)
σ’
B
Bidang Runtuh
A
τf = c’ + σ’ tan φ’
c’
σ’
Kriteria Keruntuhan
Mohr – Coulomb
•
Jika τ dan σ pada bidang runtuh ab mencapai titik A,
keruntuhan geser tidak akan terjadi.
•
Keruntuhan geser akan terjadi, jika τ dan σ pada
bidang runtuh ab mencapai titik B dalam kurva
selubung keruntuhan.
•
Keadaan tegangan pada titik C tidak akan pernah
terjadi, sebab keruntuhan telah terjadi sebelum
mencapai tegangan tersebut.
Lingkaran Mohr Untuk Kuat Geser
σ’1
τ’
F
φ’
E
φ’
O
θ = 45 + φ’/ 2
τf = c’ + σ’ tan φ’
g
f
σ’3
h
d
c’
2θ = 90 + φ’
2θ
e
τf
σ’3
b
σ’
σ’1
a
Lingkaran Mohr Untuk Kuat Geser
⎛
⎝
σ '1 = σ '3 tan 2 ⎜ 45 +
or
φ' ⎞
φ' ⎞
⎛
⎟ + 2c' tan⎜ 45 + ⎟
2⎠
2⎠
⎝
φ⎞
φ⎞
⎛
⎛
σ 1 = σ 3 tan 2 ⎜ 45 + ⎟ + 2c tan⎜ 45 + ⎟
⎝
2⎠
⎝
2⎠
Kurva p - q ( p – q curve)
q’
φ' = arc sin(tan α' )
1
q' = (σ '1 −σ ' 3)
2
Garis selubung
keruntuhan
c' =
h
a'
cos φ'
d
α’
g
a’
e
O
45o
σ’3
45o
b
σ’1
p’
1
p' = (σ '1 +σ ' 3 )
2
Uji Parameter Kekuatan Geser
Tanah di Laboratorium
•
Jenis pengujian yang sering dilakukan :
–
Uji geser langsung (direct shear test)
–
Uji tiga paksi (triaxial test)
–
Uji tekan bebas (unconfined compression test)
•
Dalam penentuan jenis pengujian perlu diperhatikan
letak tanah yang akan diuji.
•
Uji geser langsung akan lebih sesuai untuk
menentukan parameter kuat geser tanah bila
digunakan untuk fondasi.
•
Uji triaxial akan lebih relevant untuk stabilitas lereng
atau fondasi.
Penentuan Uji Kekuatan Geser
Tanah
1.
Uji tekan bebas
2.
Uji triaxial
3.
Uji geser langsung
4.
Uji geser langsung/ triaxial
1
2
4
Slip plane
3
Uji Geser Langsung ( direct shear
test/ DST)
Dial gauge
penurunan
Beban Normal
•
DST adalah cara
pengujian parameter
kuat geser tanah yang
paling mudah dan
sederhana.
τ
•
Bentuk benda uji dapat
berupa lingkaran ( ring )
atau persegi ( square).
•
DST lebih sesuai untuk
menguji tanah berpasir
dalam kondisi loose
dan dense.
Porous stone
Gaya
Geser
Slip plane
τ
Porous stone
Pengukuran
air pori
Dial gauge
pergeseran
I nterpretasi Hasil DST
•
N
∆v
F
τ
•
τ
Slip plane
∆h
Akibat beban normal (N)
benda uji mengalami
penurunan ∆v. Akibat
beban geser (F) benda
uji mengalami
pergeseran ∆h, untuk
waktu tertentu.
Hasil uji DST berupa :
–
c dan φ,
–
•
–
Kondisi pengujian : drained atau
undrained, consolidated atau
unconsolidated.
grafik hubungan
antara pergseran
dan tegangan
geser,
Grafik hubunngan
pergeseran dan
penurunan
I nterpretasi Hasil DST
Perubahan tinggi
benda uji, δv
Pengembangan
Penurunan
Pasir Padat
Kuat geser
ultimate
τf
Pasir
Lepas
τf
Tegangan Geser, τ
Tegangan Geser, τ
Kuat geser maksimum
Pergeseran, δh
φp
φ
αp
φ
φp
σ=
N
A
Tegangan normal, σh
•
αp
αp =
αp =
F
τ=
A
∆x
∆y
•
Dilatancy (pengembangan) terjadi
antara pasir lepas dan padat sebesar αp
pada saat kekuatan geser maksimum
(puncak)
Kuat geser ultimate atau kritis akan
terjadi pada saat perubahan tinggi
benda uji tetap ( = 0)
Ketidaktentuan Hasil DST
•
N
∆v
•
F
τ
Bidang
runtuh
•
τ
∆h
•
Benda uji dipaksa untuk
mengalami keruntuhan
(failure) pada bidang yang
ditentukan.
Distribusi tegangan pada
bidang runtuh tidak
seragam dan kompleks.
Pergeseran hanya terbatas
pada gerakan maksimum
sebesar alat DST
digerakan.
Luas bidang kontak antara
tanah di kedua setengah
bagian kotak geser
berkurang ketika pengujian
berlangsung.
Contoh Analisis DST
•
Hasil uji geser langsung suatu contoh tanah lempung berpasir ukuran :
diameter = 50 mm dan tebal = 25 mm (Luas, A = 1.96 x 10-3 m 2)
•
Tentukan nilai-nilai parameter kuat geser tanah tersebut.
Test
No.
Beban
Normal (N)
Beban geser
saat runtuh (N)
Beban geser
residu (N)
1
150
157.5
44.2
2
250
199.9
56.6
3
350
257.6
102.9
4
550
363.4
144.5
Contoh Analisis DST
Tegangan Geser, τ :
•
Tegangan Normal, σ :
Test Beban Tegangan
No. Normal Normal, σ
(N)
(kPa)
F
A
N
σ=
A
τ=
•
Beban
geser
saat
runtuh (N)
Tegangan
Geser
Runtuh, σf
(kPa)
Beban
geser
residu (N)
Tegangan
Geser
Residu σr
(kPa)
1
150
76.4
157.5
80.2
44.2
22.5
2
250
127.3
199.9
101.8
56.6
28.8
3
350
178.3
257.6
131.2
102.9
52.4
4
550
280.1
363.4
185.1
144.5
73.6
Contoh Analisis DST
Tegangan Geser, τ (kPa)
250
200
Failure
•
Hubungan antara
tegangan normal dan
tegangan geser :
•
Untuk kekuatan
maksimum (puncak) :
τf = 38.2 + σ tan
27.6o
•
Untuk kekuatan
resdiual : τr = 0.6 +
σ tan 15o
150
Residual
100
φf = 27.6 o
50
φr = 15 o
c= 38.2
0
0
50
100
150
200
250
Tegangan Norm al, σ (kPa)
300
350
Contoh Analisis DST
•
Hasil uji geser langsung suatu contoh tanah lempung berpasir ukuran :
diameter = 63.1 mm dan tebal = 25 mm (Luas, A = 3127 mm 2)
Uji Geser Tiga Paksi ( Triaxial
Shear Test )
Beban Normal
Katup
Pembuangan
Udara
Dial gauge
penurunan
•
•
Sel Triaxial
Porous stone
Air atau
Glycerin
Membrane
Benda uji
•
Porous stone
Back
Pressure
Tekanan
Sel, σ3
Pengukuran air
pori
•
Uji geser triaxial lebih
reliable untuk
menentukan parameter
kuat geser tanah.
Bentuk benda uji berupa
silinder dengan ukuran
tinggi 2 X diameter
(biasanya : 38 mm x 76
mm atau 50 mm x 100
m)
Benda uji dimasukkan
dalam membrane dan
diletakkan di dalam sel
triaxial.
Tekanan di sekeliling
benda uji diberikan
melalui tekanan air yang
dinamakan tegangan sel
( σ3 )
Kondisi Pengujian Geser Triaxial
Beban Normal
•
Dial gauge
penurunan
•
•
Back
Pressure
Tekanan
Sel, σ3
Keruntuhan geser terjadi
dengan cara memberikan
gaya aksial (normal) pada
benda uji yang
dinamakan tegangan
deviator ( ∆σ).
Selama penerapan gaya
aksial, penurunan benda
uji dicatat untuk
penghitungan regangan
( ε).
Kondisi pengujian : (1)
Consolidated-drained
(CD), (2) Consolidatedundrained (CU), (3)
unconsolidated-undrained
(UU)
Pengukuran air
pori
Kondisi CD
•
Benda uji diberikan tegangan sel ( σ3) dan dijenuhkan
dengan pemberian tekanan balik ( back pressure) agar
mengalami proses konsolidasi hingga selesai.
Kemudian dibebani dengan gaya aksial melalui
tegangan deviator ( ∆σ) sampai terjadi keruntuhan.
•
Selama proses konsolidasi terjadi perubahan volume
benda uji. Namun , selama penggeseran, air pori
diijinkan keluar dari benda uji.
σ3 + ∆σ = σ1
σ3
σ3
u c= 0
σ3
σ3
σ3
∆u d = 0
σ3
σ3 + ∆σ = σ1
Kondisi UU
•
Benda uji diberikan tegangan sel ( σ3) , tanpa mengalami proses
konsolidasi, kemudian dibebani dengan gaya aksial melalui
tegangan deviator ( ∆σ) sampai terjadi keruntuhan.
•
Selama penggeseran, air pori tidak diijinkan keluar dari benda
uji. Oleh karena itu, gaya aksial tidak ditransfer ke butiran tanah.
•
Keadaan tanpa drainase menyebabkan tekanan pori berlebih
(excess pore pressure) dan tidak ada tahanan geser dari
perlawanan dari butiran tanah.
•
Pada kondisi tanah yang jenuh air, nilai sudut gesek internal
tanah ( φ) dapat mencapai nol. Sehingga pada pengujiannya
hanya memperoleh nilai kohesi (c).
Kondisi CU
•
Benda uji diberikan tegangan sel ( σ3) dan dijenuhkan dengan
pemberian tekanan balik ( back pressure) agar mengalami proses
konsolidasi hingga selesai. Kemudian dibebani dengan gaya
aksial melalui tegangan deviator ( ∆σ) sampai terjadi keruntuhan.
•
Selama proses konsolidasi terjadi perubahan volume benda uji.
Namun , selama penggeseran, air pori tidak diijinkan keluar dari
benda uji maka tidak terjadi perubahan volume benda uji
•
Keadaan tanpa drainase menyebabkan tekanan pori berlebih
( excess pore pressure).
I nterpretasi Hasil Uji Kondisi CD
Pengembangan
Perubahan tinggi
benda uji, ∆Vc
Tegangan Deviator,
Kuat geser maksimum
Pasir Padat
∆σd
(∆σd)f
Pasir
Lepas
(∆σd)f
Pemampatan
Regangan Aksial, εa
Perubahan tinggi
benda uji, ∆Vd
Pengembangan
Waktu, t
•
Uji triaxial pada kondisi CD tidak lazim
dilakukan pada lempung, karena waktu
yang diperlukan untuk menjamin air
pori terdrainase sangat lama, sehingga
tegangan deviator diterapkan dengan
kecepatan yang sangat lambat.
Pemampatan
Lingkaran Mohr: Kondisi CD
σ3
τ’
θ = 45 +
θ
σ3
φ'
2
Garis selubung
keruntuhan
tegangan efektif
σ3
σ3
φ’
B
A
2θ
O
•
σ’3 = σ3
σ’1 = σ1
2θ
σ’
Selubung kegagalan tegangan efektif kondisi CD untuk tanah
lempung NC dan pasir
Lingkaran Mohr: Kondisi CD
τ’
NC
OC
b
φ’
A
φ’1
2θ
c’
•
σ’1 σ’c
σ’3
O
σ’
Selubung kegagalan tegangan efektif kondisi CD untuk tanah
lempung OC
I nterpretasi Hasil Uji Kondisi CU
Tekanan Air Pori,
∆u d
Pengembangan
Pemampatan
Pasir Padat
(∆σd)f
Pasir
Lepas
(∆σd)f
Pengembangan
Perubahan tinggi
benda uji, ∆Vc
∆σd
Tegangan Deviator,
Kuat geser maksimum
Waktu, t
Pemampatan
Regangan Aksial, εa
•
Tengan runtuh utama major (total) : σ1
= σ3 + ( ∆σd) f
•
Tengan runtuh utama major (efektif) :
σ’1 = σ1 - ( ∆u d) f
•
Tengan runtuh utama minor (total) : σ3
•
Tengan runtuh utama minor (efektif) :
σ’3 = σ3 - ( ∆u d) f
Lingkaran Mohr: Kondisi CU
τ’
Garis selubung
keruntuhan
tegangan total
τf = σ tan φ
φ’
Garis selubung
keruntuhan
tegangan efektif
τf = σ’ tan φ’
φ
C
σ3
σ’3
O
•
σ’1
D
A
B
σ’
σ1
Selubung kegagalan tegangan efektif dan tegangan total pada
kondisi CU
Lingkaran Mohr: Kondisi CU
τ
τf = σ tan φ
τf = c + σ tan φ’1
b’
d’
φ
A
a’
φ’1
c
O
•
σ3
σ1
σ
Selubung kegagalan tegangan total kondisi CU untuk tanah
lempung OC
Lingkaran Mohr: Kondisi UU
τ
Garis selubung
keruntuhan
tegangan total
φ= 0
cu
O σ3
•
σ3
σ3
A
σ1
B
σ1
C
σ1
σ
Selubung kegagalan tegangan total kondisi UU untuk tanah
lempung jenuh air
Uji Tekan Bebas ( Unconfined
Compressive Test )
Beban Normal
Dial gauge
penurunan
•
Uji tekan bebas (unconfined
compressive test/ UCT) adalah
jenis uji khusus dari kondisi
unconsolidated-undrained test.
•
UCT lebih sesuai untuk benda
uji dari tanah lempung.
•
Bentuk benda uji berupa
silinder dengan ukuran tinggi
2 X diameter (50 mm x 100
m)
•
Dalam UCT, tekanan di
sekeliling σ3 = 0
•
Gaya aksial diberikan secara
cepat di atas benda uji hingga
runtuh.
Benda uji
Uji Tekan Bebas ( Unconfined
Compressive Test )
•
Beban Normal
Dial gauge
penurunan
•
Dalam uji ini, kuat geser tidak
bergantung pada tegangan sel
jika benda uji benar-benar
jenuh air dan tidak
terdrainase.
Maka tegangan geser :
τf =
Benda uji
setelah
dibebani
•
•
σ1
2
=
qu
= cu
2
Dimana qu adalah kuat tekan
bebas.
Secara teoritis, untuk tanah
lempung jenuh air hasil uji
triaxial UU dan UCT
menghasilkan nilai cu yang
sama. Namun biasanya, nilai
dari UCT < Triaxial UU
Lingkaran Mohr untuk UCT
σ1
τ
Garis selubung
keruntuhan
tegangan total
φ= 0
σ1
cu
O σ3 = 0
•
A
σ1 = q u
σ
Selubung kegagalan tegangan total UCT untuk tanah lempung
jenuh air
She a r St re ngt h of Soils
Dr.Eng. Agus Setyo Muntohar, S.T., M.Eng.Sc.
Mengapa mempelajari kekuatan
tanah ?
•
Keamanan atau kenyamanan
struktur yang berdiri di atas
tanah tergantung pada
kekuatan tanah dibawahnya.
•
Jika tanah runtuh, maka
struktur tersebut akan runtuh
yang merenggut korban dan
kerugian ekonomi.
•
Kekuatan tanah yang
dimaksud adalah kekuatan
geser tanah ( shear strength ).
Apa kekuatan tanah ?
•
Kekuatan geser ( shear strength ) tanah merupakan
gaya tahanan internal yang bekerja per satuan luas
masa tanah untuk menahan keruntuhan atau
kegagalan sepanjang bidang runtuh dalam masa
tanah tersebut.
•
Pemahaman terhadap proses dari perlawanan geser
sangat diperlukan untuk analisis stabilitas tanah
seperti kuat dukung, stabilitas lereng, tekanan tanah
lateral pada struktur penahan tanah.
Kriteria Keruntuhan
Mohr – Coulomb
•
Keruntuhan dalam suatu bahan dapat terjadi akibat
kombinasi kritis dari tegangan normal dan tegangan
geser, dan bukan salah satu dari tegangan normal
maksimum atau tegangan geser maksimum.
•
Hubungan antara kedua tegangan tersebut :
τf = f( σ)
•
Bila tanah mengalami pembebanan akan ditahan oleh
kohesi (c) dan gesekan antar butir-butir tanah ( φ).
τf = c+ σ tan φ
Theory Mohr - Coulomb
τ’
τ’
C
D
φ’
b
a
Kurva keruntuhan
τf = f( σ)
σ’
B
Bidang Runtuh
A
τf = c’ + σ’ tan φ’
c’
σ’
Kriteria Keruntuhan
Mohr – Coulomb
•
Jika τ dan σ pada bidang runtuh ab mencapai titik A,
keruntuhan geser tidak akan terjadi.
•
Keruntuhan geser akan terjadi, jika τ dan σ pada
bidang runtuh ab mencapai titik B dalam kurva
selubung keruntuhan.
•
Keadaan tegangan pada titik C tidak akan pernah
terjadi, sebab keruntuhan telah terjadi sebelum
mencapai tegangan tersebut.
Lingkaran Mohr Untuk Kuat Geser
σ’1
τ’
F
φ’
E
φ’
O
θ = 45 + φ’/ 2
τf = c’ + σ’ tan φ’
g
f
σ’3
h
d
c’
2θ = 90 + φ’
2θ
e
τf
σ’3
b
σ’
σ’1
a
Lingkaran Mohr Untuk Kuat Geser
⎛
⎝
σ '1 = σ '3 tan 2 ⎜ 45 +
or
φ' ⎞
φ' ⎞
⎛
⎟ + 2c' tan⎜ 45 + ⎟
2⎠
2⎠
⎝
φ⎞
φ⎞
⎛
⎛
σ 1 = σ 3 tan 2 ⎜ 45 + ⎟ + 2c tan⎜ 45 + ⎟
⎝
2⎠
⎝
2⎠
Kurva p - q ( p – q curve)
q’
φ' = arc sin(tan α' )
1
q' = (σ '1 −σ ' 3)
2
Garis selubung
keruntuhan
c' =
h
a'
cos φ'
d
α’
g
a’
e
O
45o
σ’3
45o
b
σ’1
p’
1
p' = (σ '1 +σ ' 3 )
2
Uji Parameter Kekuatan Geser
Tanah di Laboratorium
•
Jenis pengujian yang sering dilakukan :
–
Uji geser langsung (direct shear test)
–
Uji tiga paksi (triaxial test)
–
Uji tekan bebas (unconfined compression test)
•
Dalam penentuan jenis pengujian perlu diperhatikan
letak tanah yang akan diuji.
•
Uji geser langsung akan lebih sesuai untuk
menentukan parameter kuat geser tanah bila
digunakan untuk fondasi.
•
Uji triaxial akan lebih relevant untuk stabilitas lereng
atau fondasi.
Penentuan Uji Kekuatan Geser
Tanah
1.
Uji tekan bebas
2.
Uji triaxial
3.
Uji geser langsung
4.
Uji geser langsung/ triaxial
1
2
4
Slip plane
3
Uji Geser Langsung ( direct shear
test/ DST)
Dial gauge
penurunan
Beban Normal
•
DST adalah cara
pengujian parameter
kuat geser tanah yang
paling mudah dan
sederhana.
τ
•
Bentuk benda uji dapat
berupa lingkaran ( ring )
atau persegi ( square).
•
DST lebih sesuai untuk
menguji tanah berpasir
dalam kondisi loose
dan dense.
Porous stone
Gaya
Geser
Slip plane
τ
Porous stone
Pengukuran
air pori
Dial gauge
pergeseran
I nterpretasi Hasil DST
•
N
∆v
F
τ
•
τ
Slip plane
∆h
Akibat beban normal (N)
benda uji mengalami
penurunan ∆v. Akibat
beban geser (F) benda
uji mengalami
pergeseran ∆h, untuk
waktu tertentu.
Hasil uji DST berupa :
–
c dan φ,
–
•
–
Kondisi pengujian : drained atau
undrained, consolidated atau
unconsolidated.
grafik hubungan
antara pergseran
dan tegangan
geser,
Grafik hubunngan
pergeseran dan
penurunan
I nterpretasi Hasil DST
Perubahan tinggi
benda uji, δv
Pengembangan
Penurunan
Pasir Padat
Kuat geser
ultimate
τf
Pasir
Lepas
τf
Tegangan Geser, τ
Tegangan Geser, τ
Kuat geser maksimum
Pergeseran, δh
φp
φ
αp
φ
φp
σ=
N
A
Tegangan normal, σh
•
αp
αp =
αp =
F
τ=
A
∆x
∆y
•
Dilatancy (pengembangan) terjadi
antara pasir lepas dan padat sebesar αp
pada saat kekuatan geser maksimum
(puncak)
Kuat geser ultimate atau kritis akan
terjadi pada saat perubahan tinggi
benda uji tetap ( = 0)
Ketidaktentuan Hasil DST
•
N
∆v
•
F
τ
Bidang
runtuh
•
τ
∆h
•
Benda uji dipaksa untuk
mengalami keruntuhan
(failure) pada bidang yang
ditentukan.
Distribusi tegangan pada
bidang runtuh tidak
seragam dan kompleks.
Pergeseran hanya terbatas
pada gerakan maksimum
sebesar alat DST
digerakan.
Luas bidang kontak antara
tanah di kedua setengah
bagian kotak geser
berkurang ketika pengujian
berlangsung.
Contoh Analisis DST
•
Hasil uji geser langsung suatu contoh tanah lempung berpasir ukuran :
diameter = 50 mm dan tebal = 25 mm (Luas, A = 1.96 x 10-3 m 2)
•
Tentukan nilai-nilai parameter kuat geser tanah tersebut.
Test
No.
Beban
Normal (N)
Beban geser
saat runtuh (N)
Beban geser
residu (N)
1
150
157.5
44.2
2
250
199.9
56.6
3
350
257.6
102.9
4
550
363.4
144.5
Contoh Analisis DST
Tegangan Geser, τ :
•
Tegangan Normal, σ :
Test Beban Tegangan
No. Normal Normal, σ
(N)
(kPa)
F
A
N
σ=
A
τ=
•
Beban
geser
saat
runtuh (N)
Tegangan
Geser
Runtuh, σf
(kPa)
Beban
geser
residu (N)
Tegangan
Geser
Residu σr
(kPa)
1
150
76.4
157.5
80.2
44.2
22.5
2
250
127.3
199.9
101.8
56.6
28.8
3
350
178.3
257.6
131.2
102.9
52.4
4
550
280.1
363.4
185.1
144.5
73.6
Contoh Analisis DST
Tegangan Geser, τ (kPa)
250
200
Failure
•
Hubungan antara
tegangan normal dan
tegangan geser :
•
Untuk kekuatan
maksimum (puncak) :
τf = 38.2 + σ tan
27.6o
•
Untuk kekuatan
resdiual : τr = 0.6 +
σ tan 15o
150
Residual
100
φf = 27.6 o
50
φr = 15 o
c= 38.2
0
0
50
100
150
200
250
Tegangan Norm al, σ (kPa)
300
350
Contoh Analisis DST
•
Hasil uji geser langsung suatu contoh tanah lempung berpasir ukuran :
diameter = 63.1 mm dan tebal = 25 mm (Luas, A = 3127 mm 2)
Uji Geser Tiga Paksi ( Triaxial
Shear Test )
Beban Normal
Katup
Pembuangan
Udara
Dial gauge
penurunan
•
•
Sel Triaxial
Porous stone
Air atau
Glycerin
Membrane
Benda uji
•
Porous stone
Back
Pressure
Tekanan
Sel, σ3
Pengukuran air
pori
•
Uji geser triaxial lebih
reliable untuk
menentukan parameter
kuat geser tanah.
Bentuk benda uji berupa
silinder dengan ukuran
tinggi 2 X diameter
(biasanya : 38 mm x 76
mm atau 50 mm x 100
m)
Benda uji dimasukkan
dalam membrane dan
diletakkan di dalam sel
triaxial.
Tekanan di sekeliling
benda uji diberikan
melalui tekanan air yang
dinamakan tegangan sel
( σ3 )
Kondisi Pengujian Geser Triaxial
Beban Normal
•
Dial gauge
penurunan
•
•
Back
Pressure
Tekanan
Sel, σ3
Keruntuhan geser terjadi
dengan cara memberikan
gaya aksial (normal) pada
benda uji yang
dinamakan tegangan
deviator ( ∆σ).
Selama penerapan gaya
aksial, penurunan benda
uji dicatat untuk
penghitungan regangan
( ε).
Kondisi pengujian : (1)
Consolidated-drained
(CD), (2) Consolidatedundrained (CU), (3)
unconsolidated-undrained
(UU)
Pengukuran air
pori
Kondisi CD
•
Benda uji diberikan tegangan sel ( σ3) dan dijenuhkan
dengan pemberian tekanan balik ( back pressure) agar
mengalami proses konsolidasi hingga selesai.
Kemudian dibebani dengan gaya aksial melalui
tegangan deviator ( ∆σ) sampai terjadi keruntuhan.
•
Selama proses konsolidasi terjadi perubahan volume
benda uji. Namun , selama penggeseran, air pori
diijinkan keluar dari benda uji.
σ3 + ∆σ = σ1
σ3
σ3
u c= 0
σ3
σ3
σ3
∆u d = 0
σ3
σ3 + ∆σ = σ1
Kondisi UU
•
Benda uji diberikan tegangan sel ( σ3) , tanpa mengalami proses
konsolidasi, kemudian dibebani dengan gaya aksial melalui
tegangan deviator ( ∆σ) sampai terjadi keruntuhan.
•
Selama penggeseran, air pori tidak diijinkan keluar dari benda
uji. Oleh karena itu, gaya aksial tidak ditransfer ke butiran tanah.
•
Keadaan tanpa drainase menyebabkan tekanan pori berlebih
(excess pore pressure) dan tidak ada tahanan geser dari
perlawanan dari butiran tanah.
•
Pada kondisi tanah yang jenuh air, nilai sudut gesek internal
tanah ( φ) dapat mencapai nol. Sehingga pada pengujiannya
hanya memperoleh nilai kohesi (c).
Kondisi CU
•
Benda uji diberikan tegangan sel ( σ3) dan dijenuhkan dengan
pemberian tekanan balik ( back pressure) agar mengalami proses
konsolidasi hingga selesai. Kemudian dibebani dengan gaya
aksial melalui tegangan deviator ( ∆σ) sampai terjadi keruntuhan.
•
Selama proses konsolidasi terjadi perubahan volume benda uji.
Namun , selama penggeseran, air pori tidak diijinkan keluar dari
benda uji maka tidak terjadi perubahan volume benda uji
•
Keadaan tanpa drainase menyebabkan tekanan pori berlebih
( excess pore pressure).
I nterpretasi Hasil Uji Kondisi CD
Pengembangan
Perubahan tinggi
benda uji, ∆Vc
Tegangan Deviator,
Kuat geser maksimum
Pasir Padat
∆σd
(∆σd)f
Pasir
Lepas
(∆σd)f
Pemampatan
Regangan Aksial, εa
Perubahan tinggi
benda uji, ∆Vd
Pengembangan
Waktu, t
•
Uji triaxial pada kondisi CD tidak lazim
dilakukan pada lempung, karena waktu
yang diperlukan untuk menjamin air
pori terdrainase sangat lama, sehingga
tegangan deviator diterapkan dengan
kecepatan yang sangat lambat.
Pemampatan
Lingkaran Mohr: Kondisi CD
σ3
τ’
θ = 45 +
θ
σ3
φ'
2
Garis selubung
keruntuhan
tegangan efektif
σ3
σ3
φ’
B
A
2θ
O
•
σ’3 = σ3
σ’1 = σ1
2θ
σ’
Selubung kegagalan tegangan efektif kondisi CD untuk tanah
lempung NC dan pasir
Lingkaran Mohr: Kondisi CD
τ’
NC
OC
b
φ’
A
φ’1
2θ
c’
•
σ’1 σ’c
σ’3
O
σ’
Selubung kegagalan tegangan efektif kondisi CD untuk tanah
lempung OC
I nterpretasi Hasil Uji Kondisi CU
Tekanan Air Pori,
∆u d
Pengembangan
Pemampatan
Pasir Padat
(∆σd)f
Pasir
Lepas
(∆σd)f
Pengembangan
Perubahan tinggi
benda uji, ∆Vc
∆σd
Tegangan Deviator,
Kuat geser maksimum
Waktu, t
Pemampatan
Regangan Aksial, εa
•
Tengan runtuh utama major (total) : σ1
= σ3 + ( ∆σd) f
•
Tengan runtuh utama major (efektif) :
σ’1 = σ1 - ( ∆u d) f
•
Tengan runtuh utama minor (total) : σ3
•
Tengan runtuh utama minor (efektif) :
σ’3 = σ3 - ( ∆u d) f
Lingkaran Mohr: Kondisi CU
τ’
Garis selubung
keruntuhan
tegangan total
τf = σ tan φ
φ’
Garis selubung
keruntuhan
tegangan efektif
τf = σ’ tan φ’
φ
C
σ3
σ’3
O
•
σ’1
D
A
B
σ’
σ1
Selubung kegagalan tegangan efektif dan tegangan total pada
kondisi CU
Lingkaran Mohr: Kondisi CU
τ
τf = σ tan φ
τf = c + σ tan φ’1
b’
d’
φ
A
a’
φ’1
c
O
•
σ3
σ1
σ
Selubung kegagalan tegangan total kondisi CU untuk tanah
lempung OC
Lingkaran Mohr: Kondisi UU
τ
Garis selubung
keruntuhan
tegangan total
φ= 0
cu
O σ3
•
σ3
σ3
A
σ1
B
σ1
C
σ1
σ
Selubung kegagalan tegangan total kondisi UU untuk tanah
lempung jenuh air
Uji Tekan Bebas ( Unconfined
Compressive Test )
Beban Normal
Dial gauge
penurunan
•
Uji tekan bebas (unconfined
compressive test/ UCT) adalah
jenis uji khusus dari kondisi
unconsolidated-undrained test.
•
UCT lebih sesuai untuk benda
uji dari tanah lempung.
•
Bentuk benda uji berupa
silinder dengan ukuran tinggi
2 X diameter (50 mm x 100
m)
•
Dalam UCT, tekanan di
sekeliling σ3 = 0
•
Gaya aksial diberikan secara
cepat di atas benda uji hingga
runtuh.
Benda uji
Uji Tekan Bebas ( Unconfined
Compressive Test )
•
Beban Normal
Dial gauge
penurunan
•
Dalam uji ini, kuat geser tidak
bergantung pada tegangan sel
jika benda uji benar-benar
jenuh air dan tidak
terdrainase.
Maka tegangan geser :
τf =
Benda uji
setelah
dibebani
•
•
σ1
2
=
qu
= cu
2
Dimana qu adalah kuat tekan
bebas.
Secara teoritis, untuk tanah
lempung jenuh air hasil uji
triaxial UU dan UCT
menghasilkan nilai cu yang
sama. Namun biasanya, nilai
dari UCT < Triaxial UU
Lingkaran Mohr untuk UCT
σ1
τ
Garis selubung
keruntuhan
tegangan total
φ= 0
σ1
cu
O σ3 = 0
•
A
σ1 = q u
σ
Selubung kegagalan tegangan total UCT untuk tanah lempung
jenuh air