Uji Geser Langsung Tanah Terkonsolidasi dan Terdrainase

(1)

BAB IX

PENGUJIAN GESER LANGSUNG

9.1 Standar Acuan Percobaan

1) SNI 2813 : 2008, “Cara uji kuat geser langsung tanah terkonsolidasi dan terdrainase”

2) AASTHO T236, “Stanard method of the test for direct shear test of soils under consolidate drained conditions”

3) ASTM D3080/D3080M,”Standard test method for direct shear test of soils under consolidated drained conditions”

9.2 Tujuan Percobaan

Test ini dimaksudkan untuk mengetahui kekuatan tanah terhadap gaya horizontal, dengan menentukan harga kohesi (c) dari sudut geser dalam ( ^ϕ ) dari suatu contoh tanah.

9.3 Teori Ringkas

Kekuatan geser tanah merupakan perlawanan internal tanah tersebut per satuan luas terhadap keruntuhan atau pergeseran sepanjang bidang geser dalam tanah yang dimaksud.

Uji geser langsung merupakan pengujian yang sederhana dan langsung. Pengujian dilakukan dengan menempatkan contoh tanah ke dalam kotak geser. Kotak ini terbelah, dengan setengah bagian yang bawah merupakan bagian yang tetap dan bagian atas mudah bertranslasi.

Kotak ini tersedia dalam beberapa ukuran, tetapi biasanya mempunyai diameter 6.4 cm atau bujur sangkar 5,0 x 5,0 cm . Contoh tanah secara hati-hati diletakkan di dalam kotak, sebuah blok pembebanan, termasuk

Laboratorium Mekanika Tanah IX-1

Jurusan Sipil Fakultas Teknik Universitas Bosowa Makassar

(2)

batu-batu berpori bergigi untuk drainase yang cepat, diletakkan di atas contoh tanah. Kemudian suatu beban normal Pv dikerjakan. Kedua bagian kotak ini akan menjadi sedikit terpisah dan blok pembebanan serta setengah bagian atas kotak bergabung menjadi satu.

Kuat geser sangat dipengaruhi oleh beberapa faktor , antara lain : 1. Tekanan efektif atau tekanan antar butir.

2. Kemampuan partikel atau kerapatan

3. Saling keterkuncian antar partikel: jadi, partikel-partikel yang bersudut akan lebih saling terkunci dan memiliki kuat geser yang lebih tinggi

φ

yang lebih besar) daripada partikel-partikel yang bundar seperti pada tebing-tebing.

4. Sementasi partikel, yang terjadi secara alamiah atau buatan.

5. Daya tarik antar partikel atau kohesi.

Perhitungan pada pengujian kuat geser langsung : 1. Hitung gaya geser Ph :

Ph = bacaan arloji x kalibrasi proving ring

2. Hitung kekuatan geser ( ^τ )

r ꓿ Ph

Ac

3. Hitung tegangan normal (

σ

_n ₎

σ ꓿ Pv

Ac

4. Gambarkan grafik hubungan ΔB/B versus ԏ, kemudian dari masing-masing benda uji dapatkan ԏmax.

(3)

5. Gambarkan garis lurus melalui titik-titik hubungan ԏ versus σ

dapatkan pula parameter c dan

φ

_.

6. Untuk mendapat parameter c dan

φ

dapat diselesaikan dengan cara matematis (pesamaan regresi linear).



Bidang keruntuhan



f

x

y

Gambar 9.1 Parameter c dan

φ

Kekuatan geser tanah dapat dianggap terdiri dari dua bagian atau komponen, yaitu :

1) Gesekan dalam, yang sebanding dengan tegangan efektif yang bekerja pada bidang geser.

2) Kohesi yang tergantung pada jenis tanah dan kepadatannya tanah pada umumnya digolongkan sebagai berikut :

a) Tanah berkohesi atau berbutir halus (misal lempung) b) Tanah tidak berkohesi atau berbutir kasar (misal pasir) c) Tanah berkohesi-gesekan, ada c dan ф (misal lanau)

(4)

Hubungan persamaan ini digambarkan pada kurva berikut ini :

Gambar 9.2 Kurva geser langsung

Tergantung dari jenis alatnya, uji geser ini dapat dilakukan dengan cara tegangan geser terkendali, dimana penambahan gaya geser dibuat konstan dan diatur, atau dengan cara regangan terkendali dimana kecepatan geser yang diatur.

` Kelebihan pengujian dengan cara regangan – terkendali adalah pada pasir padat, tahanan geser puncak (pada saat runtuh) dan juga pada tahanan geser maksimum yang lebih kecil (pada titik setelah keruntuhan terjadi) dapat diamati dan dicatat pada uji tegangan – terkendali, hanya tahanan geser puncak saja yang dapat diamati dan dicatat. Juga harus diperhatikan bahwa tahanan geser pada uji tegangan – terkendali besarnya hanya dapat diperkirakan saja. Ini disebabkan keruntuhan terjadi pada tingkat tegangan geser sekitar puncak antara penambahan beban sebelum runtuh sampai sesudah runtuh.

Pada pengujian tertentu ,tegangan normal dapat dihitung sebagai berikut:

Garis keruntuhan Mohr-Coulomb

Tegangan Normal C

(5)

Nilai-nilai dari sudut geser internal kondisi drained untuk pasir dan lanau dapat dilihat dibawah ini:

Tabel 9.1 Nilai-nilai dari sudut geser internal untuk pasir dan lanau

Parameter kuat geser tanah diperlukan untuk analisis-analisis daya dukung tanah, stabilitas lereng, dan tegangan dorong untuk dinding penahan tanah. Mohr (1910) memberikan teori mengenai kondisi keruntuhan suatu bahan. Teorinya adalah bahwa keruntuhan suatu bahan dapat terjadi oleh akibat adanya kombinasi keadaan kritis dari tegangan normal dan tegangan geser. Selanjutnya, hubungan fungsi antara tegangan normal dan regangan geser pada bidang runtuhnya, dinyatakan menurut persamaan :

ဓ ԏ= f(σ)……….(9.1)

Dengan  adalah tegangan geser pada saat terjadinya keruntuhan atau kegagalan, dan  adalah tegangan normal pada saat kondisi

R

QP

= C + tg = f()

Gambar 9.3 Kriteria kegagalan Mohr

(6)

tersebut. Garis kegagalan yang didefinisikan dalam persamaan 9.3, kurva yang ditunjukkan dalam Gambar 9.3

Kuat geser tanah adalah gaya perlawanan yang dilakukan oleh butir-butir tanah terhadap desakan atau tarikan. Dengan dasar pengertian ini, bila tanah mengalami pembebanan akan ditahan oleh :

1. Kohesi tanah yang tergantung pada jenis tanah dan kepadatannya, tetapi tidak tergantung dari tegangan vertikal yang bekerja pada bidang geserannya.

2. Gesekan antara butir-butir tanah yang besarnya berbanding lurus dengan tegangan vertikal pada bidang geserannya.

Hipotesis pertama mengenai kekuatan geser tanah dikemukakan oleh Coulomb sekitar tahun 1776, sebagai berikut :

ԏ = c + σ tan ø ………..………(9.2) dimana :

 = kuat geser tanah C = kohesi tanah

Gambar 9.3 Kriteria kegagalan Mohr

(7)

tan  = faktor geser di antara butir-butir yang bersentuhan

 = sudut geser dalam tanah

 = tegangan normal pada bidang runtuh

Persamaan (9.2) ini disebut kriteria keruntuhan atau kegagalan Mohr-Coulomb, dimana garis selubung kegagalan dari persamaan tersebut dilukiskan dalam Gambar 9.1.

Pengertian mengenai keruntuhan suatu bahan dapat diterangkan dalam Gambar 9.3. Jika tegangan-tegangan baru mencapai titik P, keruntuhan geser tidak akan terjadi. Keruntuhan geser akan terjadi jika tegangan-tegangan mencapai titik Q yang terletak pada garis selubung kegagalannya. Kedudukan tegangan yang ditunjukkan oleh titik R tidak akan pernah terjadi, karena sebelum tegangannya mencapai titik R, bahan sudah mengalami keruntuhan.

Tegangan-tegangan efektif yang terjadi di dalam tanah sangat dipengaruhi oleh tekanan air pori. Terzaghi (1925) mengubah rumus Coulomb dalam bentuk tegangan efektif dengan memasukkan unsur tekanan air pori sebagai berikut :

ԏ = C’ + ( σ – u ) tan ø……….………..(9.3) ԏ = C’ + σ’ tan ø’

dimana :

C’ = kohesi tanah dalam kondisi tekanan efektif ’ = tegangan normal efektif

u = tekanan air pori

’ = sudut geser dalam tanah kondisi efektif

(8)

Hubungan antara kekuatan geser (), kohesi ( C ) dan tekanan efektif (’) tampak seperti pada Gambar 9.4.

Persamaan (9.4) menghasilkan data yang relatif tidak tepat, nilai- nilai C dan  yang diperoleh sangat tergantung dari jenis pengujian yang dilakukan. Persamaan (9.4) menghasilkan data untuk nilai-nilai C’ dan ’

yang relatif tepat dan tidak tergantung dari jenis pengujiannya.

Kuat geser tanah juga bisa dinyatakan dalam bentuk tegangan- tegangan efektif 1’ dan 3’ pada saat keruntuhan terjadi. Lingkaran Mohr dalam bentuk lingkaran tegangan, dengan koordinat-koordinat  dan ’, dilihatkan dalam Gambar 9.4. Persamaan tegangan geser, dinyatakan oleh:

ԏ = C’ + σ’ tan ø’………. (9.4) ԏ = ½ ( σ1’+ σ3’) + ½ ( σ1’+ σ3’ ) cos 2θ………. (9.5)

Dengan  adalah sudut teoritis antara bidang horizontal dengan bidang longsor, yang besarnya, adalah :  = 45 + ’/2.

’ = - U = C’ + ’ tg ’

C’ ’

Tekanan normal efektf 3 3

Bidang geser1 1’ U

Gambar 9.4 Kekuatan Geser Tanah

(9)

Dari Gambar 9.6, hubungan antara tegangan utama efektif saat keruntuhan dan parameter kuat gesernya juga dapat diperoleh. Besarnya nilai parameter kuat geser, dapat ditentukan dari persamaan-persamaan :

sin ø' = 1/2 (σ1'-σ3')

…... (9.6) C ctg ø + 1/2 (σ1'-σ3')

(σ1'-σ3') = 2 C cos ø’ + (σ1'-σ3') sin ø’………...…. (9.7)

Persamaan (9.7) digunakan untuk kriteria keruntuhan atau kegagalan menurut Mohr-Coulomb. Dengan menggambarkan kedudukan tegangan-tegangan ke dalam koordinat-koordinat p – q, dengan :

p = ½ (1’ + 3’) dan q = ½ (1’ - 3’)

sembarang kedudukan tegangan dapat ditunjukkan oleh sebuah titik tegangan ganti dari lingkaran Mohr (lihat Gambar 9.7).

½ (1’ - 3’)



C’

’

2

f’ 1’

3’

f

’ Garis selubung kegagalan

1’

3’ 3’

1’



f’

f

 = 45 + ’/2

Gambar 9.6 Lingkaran Mohr.

(10)

Pada Gambar 9.7 ini, garis selubung kegagalan ditunjukkan oleh persamaan :

½ (1’ + 3’) = a’ + ½ (1’ + 3’) tg ’

dengan a’ dan ’ adalah parameter modifikasi dari kuat gesernya.

Parameter C’ dan ’ dapat diperoleh dari persamaan :

Ø’ = arc sin (tg α’)……….. (9.8

C' = a'

…... (9.9) cos ø'

Garis-garis dari titik tegangan yang membuat sudut 45 dengan garis horizontal (Gambar 9.8), memotong sumbu horizontal pada titik yang mewakili tegangan utama 1’ dan 3’. Perlu diingat bahwa ½ (1’ - 3’) = ½ (1 - 3).

Untuk mempelajari kuat geser tanah, istilah-istilah berikut ini perlu diperhatikan, yaitu :

 Kelebihan tekanan pori (excess pore pressure), adalah kelebihan tekanan air pori akibat dari tambahan tekanan yang mendadak.

 Tekanan overburden, adalah tekanan pada suatu titik di dalam tanah akibat berat material tanah yang ada di atas titik tersebut.

a’

’

(1’)

(3’) ½ (1’ + 3’)

Titk tegangan

Gambar 9.7 Kondisi tegangan yang mewakili.

45 45

Garis selubung kegagalan

(11)

 Tekanan overburden efektif, adalah tekanan akibat beban tanah di atasnya, dikurangi tekanan air (pori).

 Tanah Normally Consolidated (terkonsolidasi normal), adalah tanah dimana tegangan efektif yang membebani pada waktu yang sekarang, adalah nilai tegangan maksimum yang pernah dialaminya.

 Tanah Over Consolidated (terlalu terkonsolidasi), adalah tanah dimana tegangan efektif yang pernah membebaninya pada waktu yang lampau, lebih besar daripada tegangan efektif yang bekerja pada waktu sekarang.

 Tekanan Prakonsolidasi (preconsolidation pressure), adalah nilai tekanan maksimum yang pernah dialami oleh tanah tersebut.

(12)

9.4 Spesifikasi Peralatan dan Bahan 9.4.1 Alat

1. Alat geser langsung

2. Extruder

(13)

2) Cincin pencetak benda uji

3) Timbangan dengan ketelitian 0,1 gram.

(14)

4) Stop watch

5) Talam

(15)

6) Beban

9.4.2 Bahan

1) Tanah yang lolos saringan 40

(16)

2) Air suling

9.5 Prosedur Percobaan

1. Siapkan benda uji sebanyak 3 buah.

2. Masukkan sampel tanah kedalam tabung pembuat contoh, kemudian keluarkan dengan alat pengeluarnya. Ratakan tanah yang menonjol di kedua ujung benda uji dengan pisau pemotong

3. Timbang benda uji

4. Stel bak geser dimana plat geser bawah diletakkan pada permukaan dasar bak perendam kemudian kencangkan baut pengunci.

5. Setelah itu pasang plat geser atas kemudian kencangkan baut pengunci.

(17)

6. Kemudian masukkan plat atas kemudian batu pori. Setelah itu letakkan benda uji kemudian himpit dengan batu pori dan penekan contoh.

7. Pasang instalasi muatan dan palang kecilnya akan berhubungan dengan lengan keseimbangan. Kemudian atur handle setelah seimbangnya.

8. Pasang dial pergeseran dan proving ring.

9. Atur posisi jarum pergeseran pada angka nol dan atur pula dial proving ring pada angka nol.

10. Isi bak perendam dengan air sesuai kebutuhan.

11. Pasang beban pertama kemudian catat proses konsolidasi, tentukan t 50 untuk penentuan kecepatan pergeseran.

12. Buka pen pengunci lalu putar pen peregang.

13. Putar engkol sehingga tanah memualai menerima beban geser.

Baca dial proving ring dan dial pergeseran setiap 15 detik sampai tercapai beban maximum atau deformasi 10% diameter benda uji

14. Masukkan benda uji kedua sesuai prosedur 3 s/d 9 (gunakan 2 kali beban pertama). Untuk benda uji ketiga lakukan seperti prosedur 10 s/d 12 diatas (gunakan beban 3x).

9.6

(18)

Alur Bagan Percobaan

Mulai

Siapkan tanah yang lolos saringan No.40

selesai

Kesimpulan dan saran Analisis data

Putar engkol secara berlawan untuk mengeluarkan benda uji Baca dial proving ring tiap 15 detik

Putar engkol sambal melakukan pembacaan pada dial proving ring Letakkan sampel kedalam alat geser tanah

Timbang tanah yang sudah tercetak

Keluarkan tanah dari tabung menggunakan alat pengeluarnya (extruder)

Masukkan tanah kedalam tabung sampel

(19)

9.6 Analisa Data

(20)

(21)

Laboratorium Mekanika Tanah IX-21 Jurusan Sipil Fakultas Teknik

Universitas Bosowa Makassar

(22)

(23)

(24)

(25)

(26)

4). Sudut Geser Dalam

Tabel 9.2 Nilai Xi*Yi dan Xi²

(27)

(28)

9.7 Tabel perhitungan

Tabel 9.3 Hasil perhitungan geser langsung

(29)

9.8 Grafik Perhitungan

(30)

9.9 Kesimpulan dan Saran 9.9.1 Kesimpulan

Kuat geser adalah kemampuan tanah untuk melawan pergeseran yang terjadi dalam tanah. Apabila tegangan normal tanah melampaui kuat geser tanah, maka akan terjadi kelongsoran.. Kuat geser langsung juga menunjukkan apakah termasuk tanah padat atau kurang padat. Pada percobaan kuat geser dalam yang di lakukan di peroleh nilai sudut geser dalam yaitu sebeser 3,934 °.

9.9.2 Saran

1) Peserta diharapkan memahami prosedur percobaan kuat geser langsun sebelum melaksanakan percobaan.

2) Diharapkan para peserta memperhatikan arahan dari asisten lab dengan baik guna untuk menghindari kesalahan dalam percobaan.

3) Diharapakan pembagian tugas untuk para peserta agar tiap anggota kelompok aktif dalam melakukan percobaan.

(31)

9.10 Dokumentasi Percobaan

Gambar 9.1 Memasukan benda uji kedalam cetakan

Gambar 9.2 Mengeluarkan benda uji menggunakan extruder

Laboratorium Mekanika Tanah XII.31

Jurusan Teknik Sipil Universitas Bosowa

(32)

Gambar 9.3 Proses meletakkan sampel kedalam alat geser tanah