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

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

3

KERUNTUHAN GESER

Partikel tanah bergerak relatif

terhadap partikel tanah lainnya

sepanjang bidang runtuh

Tidak ada kerusakan pada partikel

tanah

4

Shear failure

Pasa saat runtuh, tegangan geser sepanjang bidang runtuh ()

mencapai nilai kuat geser tanah (

_f

).



c

Kriteria Keruntuhan Mohr‐Coulomb





f

 c



tan





kohesi _{Sudut geser} dalam



_f

adalah nilai tegangan maksimum yang bisa dipikul oleh tanah pada

tegangan normalnya,

.

f

6



f

 c



f

tan



f

f



Kriteria Keruntuhan Mohr‐Coulomb

Komponen kuat geser tanah :

Kohesi (cohesive)

dan

Gesekan (frictional).

  c ftan  c frictional component

c dan

 adalah nilai kuat

geser tanah

.

Makin tinggi nilainya, makin

tinggi kuat gesernya

X

Y _{Elemen tanah}

pada lokasi yang berbeda X X Y ~ runtuh ~ stabil

Lingkaran Mohr & Kurva

Keruntuhan



Y

Y

Tegangan vertikal sebelum diberikan pembebanan c

c _

c+



Mohr Circles & Failure Envelope

Elemen tanah tidak akan runtuh jika belum mencapai kurva

keruntuhannya GL



Y c

Mohr Circles & Failure Envelope

Ketika beban bertambah maka lingkaran Mohr akan semain besar…

GL



c

c

.. .dan akhirnya terjadi keruntuhan pada saat lingkaran Mohr

c

Y c

c _c+

90+ 

Kemiringan Bidang Runtuh

Kemiringan bidang runtuh terjadi pada 45 +/2 terhadap horizontal 45 +/2 GL 45 +/2  Y

Lingkaran Mohr Untuk  & ’

X X X v h v’ h’ u u

=

+

total stresses effective stresses v h v’ h’ u

Garis keruntuhan untuk  & ’

Beberapa sampel diuji dengan

cara memberikan tegangan isotropic yang berbeda-beda hingga runtuh c f c Awal… c Runtuh c

u

f



3

=



c

;



1

=



c

+



f



3

’

=



3

– u

f

;



1

’

=



1

- u

f c,  in terms of 

Pada saat runtuh,

c’, ’

UJI LABORATORIUM UNTUK KUAT

GESER TANAH

• UJI TRIAXIAL

• UJI UCT (Unconfined Compression Test)

• UJI Geser Langsung (Direct Shear)

16

pedestal 17 cell cell pressure back pressure stone water pore pressure or volume change

Alat Uji Triaxial

piston (untuk memberikan tegangan deviator)

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

18

Under all-around cell pressurec

Apakah katup drainase terbuka?

Penggeseran (pembebanan)

Apakah katup drainase terbuka?

TIPE PENGUJIAN TRIAXIAL

deviator stress () yes Consolidated sample no Unconsolidated sample yes Drained loading no Undrained loading

TIPE PENGUJIAN TRIAXIAL

Tergantung pada kondisi drainase dilakukan atau tidak pada saat :

 Konsolidasi

 Penggeseran

Ada 3 tipe pengujian Triaxial:

Consolidated Consolidated

Drained (CD) test

Undrained (CU) test Unconsolidated Undrained (UU) test

Tanah granular tidak

punya lekatan (kohesi).

c = 0 & c’= 0

Untuk tanah terkonsolidasi

normal, c’ = 0 & c = 0.

Pada kondisi UU,

Maka nilai u = 0

21

CD

,

CU

and

UU

Triaxial Tests

 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

Uji Consolidated Drained (CD)

 dihasilkan nilai c’ dan ’

Bisa berhari‐hari!

 Jarang dilakukan

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

22

CD

,

CU

and

UU

Triaxial Tests

 Tekanan air pori muncul saat penggeseran

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

Consolidated Undrained (CU) Test

 dihasilkan nilai c’ dan ’

CD

,

CU

and

UU

Triaxial Tests

Unconsolidated Undrained (UU) Test

 Tekanan air pori muncul saat penggeseran

Tetapi tidak diukur

’ unknown

= 0; maka garis keruntuhan akan horizontal

 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)

X

Elemen tanah saat runtuh

3 1

X _3

Hubungan 

1

- 

3

Saat Runtuh

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, q

u

= deviator stress

3 1

 = qu

UJI UCT

Motor drive

measure Shear Force

Porous plates

UJI GESER LANGSUNG

Normal load Top platen Load cell to Measure Soil Rollers

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

• 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

PLAN VIEW

Vane shear test

This is one of the most versatile and widely used devices used for investigating undrained shear strength (C_u) and sensitivity of soft clays

Bore hole (diameter  = D_B) h > 3D_B) Vane D H Applied  Torque, T Vane

T

Rupture  surface Disturbed  soil

Rate of rotation : 60_{– 12}0_{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

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 (q

_u

) is measured by a calibrated spring.

Swedish Fall Cone

(suitable for very soft to soft clays)

The test must be calibrated

Soil sample

C

_u 

∞

Mass of the cone

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

Pre – bored or self  – bored hole Guard cell Measuring cell Guard cell Coaxial tube Water Air

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

Cone penetrometers with

pore water pressure

measurement capability are known as piezocones

40 mm

40 mm

40 mm

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

63.5 kg 0.76 m 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

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

The test can be conducted at every 1m vertical intervals

Various correlations have been developed to determine soil

strength parameters (c,  ect) from N

Standard Penetration Test, SPT