BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.8 Kuat Geser
2.8.1 Konsep Umum Kuat Geser
Kekuatan geser tanah ditentukan untuk mengukur kemampuan tanah menahan tekanan tanpa terjadi keruntuhan.Seperti material teknik lainnya, tanah
mengalami penyusutan volume jika menderita tekanan merata di sekelilingnya.Apabila menerima tegangan geser, tanah akanmengalami distorsi dan apabila distorsi yang terjadi cukup besar, maka partikel-partikelnya akan terpeleset satu sama lain dan tanah akan dikatakan gagal dalam geser.
Dalam hampir semua jenis tanah daya dukungnya terhadap tegangan tarik sangat kecil atau bahkan tidak mampu sama sekali. Tanah tidak berkohesi, kekuatan gesernya hanya terletak pada gesekan antara butir tanah saja (c = 0), sedangkan pada tanah berkohesi dalam kondisi jenuh, maka ø = 0 dan S = c. Parameter kuat geser tanah diperlukan untuk analisa-analisa daya dukung tanah (bearing capacity), tegangan tanah terhadap dinding penahan (earth preassure) dan kestabilan lereng (slope stability).
Kuat geser tanah adalah gaya perlawanan yang dilakukan oleh butir-butir tanah terhadap desakan atau tarikan. Dengan dasar seperti ini, bila tanah mengalami pembebanan akan ditahan oleh :
o Kohesi tanah yang tergantung pada jenis tanah dan pemadatannya, tetapi tidak tergantung dari tegangan vertikal yang bekerja pada gesernya.
o Gesekan antara butir-butir tanah yang besarnya berbanding lurus dengan tegangan vertikal pada bidang gesernya.
Oleh karena itu kekuatan geser tanah dapat diukur dengan rumus :
τ=�+ (σ −u)tan φ (2.17)
Dimana:
c : kohesi tanah efektif (kg/cm2) � : tegangan normal total (kg/cm2) u : tegangan air pori (kg/cm2) φ : sudut perlawanan geser efektif
Ada beberapa cara untuk menentukan kuat geser tanah, antara lain :
o Pengujian geser langsung (Direct shear test) o Pengujian triaksial (Triaxial test)
o Pengujian tekan bebas (Unconfined compression test) o Pengujian baling-baling (Vane shear test)
Dalam penelitian ini yang digunakan untuk menentukan kuat geser tanah adalah pengujian tekan bebas (Unconfined Compression Test).
2.8.2 Uji Tekan Bebas
Pengujian uji tekan bebas (Unconfined Compression Test) ini adalah bentuk khusus dari uji UU yang umum dilakukan terhadap sampel tanah lempung untuk mengetahui sensitifitas tanah.Pada uji ini, tegangan penyekap σ3 adalah nol. Tegangan aksial dilakukan terhadap benda uji secara relatif cepat mencapai keruntuhan. Pada titik keruntuhan, harga tegangan total utama kecil (total minor principal stress) adalah nol dan tegangan utama besar adalah σ1 seperti terlihat pada Gambar 2.14.
Gambar 2.14 Skema Uji Tekan Bebas
Tegangan aksial yang diterapkan di atas benda uji berangsur-angsur ditambah sampai benda uji mengalami keruntuhan. Pada saat keruntuhannya, karena σ3 = 0, maka: �� = �21 = �2� = �� (2.18) Dimana: �� : kuat geser(kg/cm2) �1 : tegangan utama(kg/cm 2)
�� : kuat tekan bebas tanah (kg/cm2)
�� : kohesi (kg/cm2)
Pada Gambar 2.15 menunjukkan lingkaran Mohr untuk pengujian Unconfined Compresion Test (UCT).
Gambar 2.15 Keruntuhan geser kondisi air termampatkan qu di atas sebagai kekuatan tanah kondisi tak tersekap (Das, 2008)
Hubungan konsistensi dengan kuat tekan bebas tanah lempung diperlihatkan dalam Tabel 2.6.
Tabel 2.6 Hubungan kuat tekan bebas lempung dengan konsistensinya (Hardiyatmo, 2002)
Konsistensi �� (kN/m2)
Lempung keras >400
Lempung sangat kaku 200 – 400
Lempung kaku 100 – 200
Lempung sedang 50 – 100
Lempung sangat lunak < 25 * Faktor konversi : 1 lb/in2 = 6,894.8 N/m2 2.8.3 Teori Keruntuhan Mohr-Coulomb
Teori keruntuhan berfungsi untuk menguji hubungan antara tegangan
normal dan tegangan geser tanah, dimana keruntuhan (failure) adalah
ketidakmampuan elemen tanah untuk menahan beban akibat pembebanan.Keruntuhan juga dapat didefenisikan sebagai keadaan dimana tanah tidak dapat menahan regangan yang besar dan atau penurunan keadaan regangan yang sangat cepat.
Pada sekitar tahun 1776, Coulomb memperkenalkan hubungan linear yang terjadi antara tegangan normal dan tegangan geser.
�� =�+ �tan∅ (2.19)
Dimana :
c : kohesi (kg/cm2)
� : tegangan normal (kg/cm2) Ø : sudut geser internal
2.8.4 Sensitifitas Tanah Lempung
Uji tekan bebas ini dilakukan pada contoh tanah asli (undisturbed) dan contoh tanah tidak asli (remoulded). Pada uji tekan bebas ini yang diukur adalah kemampuan masing-masing contoh terhadap kuat tekan bebas, sehingga didapat nilai kuat tekan maksimum. Dari nilai kuat tekan maksimum yang didapat akan didapat nilai sensitivitas tanah. Nilai sensitivitas adalah ukuran bagaimana perilaku tanah apabila ada gangguan yang diberikan dari luar.
Gambar 2.17 Grafik sensitifitas tanah asli dan tanah remoulded
Kekuatan tekanan tak tersekap berkurang banyak pada tanah-tanah lempung yang terdeposisi (terendapkan) secara alamiah, dan jika tanah tersebut diuji ulang kembali setelah tanah tersebut mengalami kerusakan struktural (remoulded) tanpa adanya perubahan dari kadar air, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.18.
Gambar 2.18 Kuat tekan tanah asli dan tanah remoulded
Sifat berkurangnya kekuatan tanah akibat adanya kerusakan struktural tanah disebut sensitifitas (sensitifity). Tingkat sensitifitas adalah rasio (perbandingan) antara kekuatan tanah yang masih asli dengan kekuatan tanah yang sama setelah terkena kerusakan (remoulded), bila kekuatan tanah tersebut diuji dengan cara tekanan tak tersekap.
Jadi, sensitifitas diperoleh (acquired sensitivity) dinyatakan dalam persamaan:
�� = ����������������� (2.20)
Dimana :
St : kesensitifan
Nilai rasio sensitifitas tanah lempung berkisar antara 1 sampai 8, akan tetapi pada beberapa tanah-tanah lempung maritim yang mempunyai tingkat flokulasi yang sangat tinggi, nilai sensitifitas berkisar antara 10 sampai 80.
Karena beberapa jenis lempung mempunyai sifat sensitif terhadap gangguan yang berbeda-beda, oleh karena itu perlu adanya pengelompokan yang
berhubungan dengan nilai sensitifitas.Klasifikasi secara umum dapat dilihat pada Tabel 2.7.
Tabel 2.7 Sensitifitas lempung (Das, 2008)
Syarat-syarat yang perlu diperhatikan pada pengujian kuat tekan: 1. Penekanan
Sr = Kecepatan regangan berkisar antara 0,5 –2% permenit 2. Kriteria keruntuhan suatu tanah :
a. Bacaan proving ring turun tiga kali berturut-.
b. Bacaan proving ring tiga kali berturut-turut hasilnya sama. c. Ambil p ad a ε= 2 0 % d ari contoh tanah, Sr = 1% p ermen it,
berarti waktu maksimum runtuh = 20 menit. Untuk menghitung regangan axial dihitung dengan rumus :
�= ∆� �0 (2.21) Dimana : ε : regangan axial (%) ∆L : perubahan panjang (cm) Lo : panjang mula-mula (cm)
Besarnya luas penampang rata-rata pada setiap saat : �= �0
1−� (2.22)
Dimana :
A : luas rata-rata pada setiap saat (cm2) Ao : luas mula-mula (cm2)
Besarnya tegangan normal :
�= � � = �.� � (2.23) Dimana : σ : tegangan (kg/cm2) P : beban (kg)
k : faktor kalibrasi proving ring N : pembacaan proving ring (div)
Sensitifitas tanah dihitung dengan rumus :
�� = �′� (2.24)
Dimana :
St :nilai sensitivitas tanah
σ : kuat tekan maks. tanah asli (kg/cm2) σ‘ : kuat tekan maks.tanah tidak asli (kg/cm2)