Program S tudi Teknik S ipil Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Universitas Mercu Buana 7MODUL 7 (MEKANIKA TANAH II) Tegangan Geser Tanah 1. Pendahuluan Banyak masalah perencanaan dalam mekanika tanah yang dapat digolongkan sebagai masalah deformasi. Namun hal ini memerlukan pemahaman terinci terhadap sifat tekanan — regangan — waktu ( stress strain - time ) tanah yang sangat kompleks. Bagi masalah pent ing tertentu, tanah di anggap sebaga i bahan el astis atau el asti ce pl asti s dan penyelesaiannya dilakukan dengan analisis elemen hingga (finite elementary) memakai komputer. Untuk seba gi an besar pe rencanaan pe rlu di pa kai bentuk analisa ba tas. Hal ini berdasar kan ke nyataan bahwa terdapat rnekanisme tertentu yang bekerj a dalam kelongsoran st ruktur tanah yang berbeda-b eda. Penyederhanaan mekanisasi ini diperlihatkan dalarn kasus-kasus berikut. Probl em dianalisa deng an meng asumsikan pada kondisi keseimba ngan batas, deng an tanah bera da dala m kead aan long sor sepa njang permukaa n ling karan longsor, bera rti kekua tan geser beke rja sepe nuhny a. Bila keadaan ini dapat didekat i, defor masi akan menjadi tak terhingga besarnya sehingga deformasi dijaga pada suatu nilai yang dapat diterima dengan mencantumkan nilai faktor keamanan pada kondisi longsor. Berdasarkan pen gal aman di ketahui ber apa faktor keamanan yang ses uai dengan per masalahan per encanaan tanah yan g umum. Seb aga i contoh, dalam stabilitas lereng, def ormasi umumnya tidak kritis dan dapat digunakan faktor keamanan yang rendah (yakni FS = 1,5). Untuk fondasi, deformasi lebih kritis sehingga umumnya digunakan FS = 3. Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB Dr. Ir. Pintor Tua Simatupang MT MEKANIKA TANAH II 1
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Penggunaan analisa-batas (limit analysis) yang sederhana, memakai nilai faktor kuat geser
tanah, mendominasi perencanaan dan merupakan alasan mengapa teori kuat geser dan
pengukuran parameter kuat geser menjadi dominan dalam mekanika tanah dan pengujian
tanah.
Pengetahuan tentang kekuatan geser diperlukan untuk menyelesaikan masalah-masalah
yang berhubungan dengan stabilitas massa tanah. Bila suatu titik pada sembarang bidang
dari suatu massa tanah memiliki tegangan geser yang sama dengan kekuatan gesemya,
maka keruntuhan akan terjadi pada titik tersebut. Kekuatan geser tanah (Tr) di suatu titik
pada suatu bidang tertentu dikemukakan oleh Coulomb sebagai suatu fungsi linier
terhadap tegangan normal (σf) pada bidang tersebut pada titik yang sama, sebagai berikut
φ σ τ tan f c f += . (1)
dimana c dan φ adalah parameter-parameter geser,, yang berturut-turut didefinisikansebagai kohesi (cohesion intercept atau apparent cohesion) dan sudut tahanan geser
(angle of shearing resistance)
Berdasarkan konsep Terzaghi, tegangan geser pada suatu tanah hanya dapat ditahan
oleh tegangan partikel-partikel padatnya. Kekuatan geser tanah dapat juga dinyatakan
sebagai fungsi dari tegangan efektif sebagai berikut :
'tan'' φ σ τ f c f +=
(2)dimana c' dan φ ' adalah parameter-paramter kekuatan geser pada tcgangan efektif
Dengan demikian kcruntuhan akan tejadi pada titik yang mengalami keadaan kritis yang
disebabkan oleh kombinasi antara tegangan geser dan tegangan normal efektif
2. Pengujian Kekuatan Geser
Parameter-parameter kekuatan geser untuk suatu tanah tertentu dapat ditentukan dari
hasil-hasil pengujian laboratorium pada contoh-contoh tanah lapangan (in-situ soil) yang
mewakili. Diperlukan ketelitian dan perhatian yang besar terhadap proses pengambilancontoh, penyimpanan contoh, dan perawatan contoh sebelum pengujian, terutama untuk
contoh tidak terganggu (undisturbed), dimana struktut tanah di lapangan dan kadar airnya
harus dipertahankan. Untuk tanah lempung, benda uji didapatkan dari tabung-tabung
contoh atau kotak-kotak contoh.
Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB Dr. Ir. Pintor Tua Simatupang MT
mempertahankan stabilitas contoh. Sebuah saluran pengaliran juga harus dibuat dari
penutup beban sampai permukaan atas contoh, sebuah tabung plastik yang fleksibel
ditembuskan dari penutup beban dan bagian akhir batang beban memiliki kedudukan yang
kuat, beban dialirkan melalui sebuah bola baja. Contoh tanah diberi tekanan cairan
menyeluruh pada intinya, sehingga bila mungkin diperbolehkan adanya konsolidasi.
Kemudian secara perlahan-lahan terjadi kenaikan tegangan aksial dengan menggunakan
beban tekan melalui batang sampai terjadi keruntuhan pada contoh, biasanya pada bidang
diagonal. Sistem yang menggunakan tekanan menyeluruh tersebut harus dapat
mengatasi perubahan tekanan akibat kebocoran inti atau perubahan volume contoh.
Tekanan sel disebut tegangan utama kecil, sedangkan jumlah tekanan sel dan tegangan
aksial yang digunakan disebut tegangan utama besar, berdasarkan bahwa tidak ada
tegangan geser pada permukaan contoh. Sehingga tegangan aksial yang (digunakantersebut dinamakan selisih tegangan utama. Tegangan utama menengah (intermediate
principal stress) diambil sama besar dengan tegangan utama kecil. Kondisi-kondisi
tegangan tersebut dapat disajikan dalam bentuk lingkaran Mohr atau titik tegangan pada
setiap pengujian dan khususnya pada keadaan runtuh. Bila beberapa contoh diuji,
masing-masing dengan harga tekanan sel yang berbeda-beda, maka akan dapat
digambarkan sebuah garis selubung keruntuhan dan parameter-parameter kekuatan geser
tanah tersebut dapat ditentukan.
Pengukuran tekanan air pori. Tekanan air pori dari contoh tanah pada uji triaksial dapat
diukur, dengan demikian memungkinkan hasil-hasil pengujian tersebut disajikan dalam
tegangan efektif Tekanan air pori harus dihitung dalam keadaan tanpa pengaliran (no
flow), baik pengaliran ke luar maupun ke dalam contoh. Jika tidak, baru dilakukan koreksi
terhadap harga tekanan tersebut. Ujung contoh pada saat pengaliran terjadi pada ujung
lainnya. Keadaan tanpa pengaliran dipertahankan dengan menggunakan alat yang
disebut indikator botol, yang pada dasamya terdiri dari tabung - U yang sebagian diisi
merkuri.
Kasus yang kbusus pada uji triaksial ini adalah uji tekan tak terkekang (Unconfined
Compreession Test) yang menggunakan tegangan aksial untuk contoh dengan tekanan
sel nol (tekanan atmosfer). Pada pengujian ini tidak diperlukan adanya selubung karet.
Meskipun demikian, pengujian ini hanya digunakan untuk lempung jenuh sempurna yang
utuh.
Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB Dr. Ir. Pintor Tua Simatupang MT
3. Terdrainasi (Drained). Pengaliran pada contoh tanah diperbolehkan di bawah
tekanan tertentu sampai konsolidasi selesai. Kemudian, dengan pengaliran
yang masih diperbolehkan, digunakan selisih tegangan utama dengan
kecepatan sedang untuk membuat kelebiban tekanan air pori tetap nol.
Parameter-parameter kekuatan geser ditentukan oleh hasil dari pengujian di atas yang
hanya relevan bila kondisi pengaliran di lapangan sesuai dengan kondisi pada pengujian.
Kekuatan geser tanah pada keadaan tak terdrainasi (tanpa pengaliran) berbeda dengan
pada keadaan dengan pengaliran. Di bawah kondisi tertentu, kekuatan geser dalam
keadaan tanpa pengaliran dinyatakan dalam tegangan total, dengan parameter-parameter
kekuatan gesemya dinotasikan sebagai cu dan φu . Kekuatan geser dalam keadaan
terdrainasi (dengan pengaliran) dinyatakan dalam parameter-paramcter tegangan efektif c'
dan φ’Pertimbangan terpenting dalam praktek adalah tentang kecepatan perubahan tegangan
total (akibat adanya pckerjaan konstruksi) yang digunakan yang berhubungan dengan
hilangnya kelebihan air pori, dimana hal ini berkaitan dengan permeabilitas tanah tersebut.
Keadaan tak-terdrainasi digunakan bila tidak ada kehilangan yang berarti selama saat
perubahan tegangan total. Hal ini biasanya terjadi pada tanah yang permeabilitasnya
rendah seperti lempung, dan tedadi segera sesudah konstruksi selesai dibangun.
Keadaan terdrainasi digunakan pada saat kelebihan tekanan air pori nol; hal ini terjadipada tanah dengan permeabilitas rendah setelah terkonsolidasi selesai dan akan mewakili
situasi dalam jangka panjang, yang dapat bertahun-tahun sesudali konstruksi selesai.
Keadaan terdrainasi -juga relevan bila kecepatan kehilangan dibuat sama dengan
kecepatan perubahan tegangan total; hal ini terjadi pada tanah dengan permeabilitas tinggi
seperti pasir. Oleh karena itu, keadaan terdrainasi juga relevan untuk pasir, baik pada
saat segera sesudah konstruksi selesai maupun untuk jangka panjang. Bila terjadi
perubahan tegangan total secara tiba-tiba (misalnya bila terjadi ledakan atau gempa),
maka keadaan yang relevan untuk pasir adalah keadaan terdrainasi. Dalam beberapa
situasi, keadaan terdrainasi sebagian digunakan pada akhir konstruksi, kemungkinan
disebabkan lamanya masa konstruksi atau tanah yang diuji memiliki permeabilitas sedang.
Dalam hal ini, kelebihan tekanan air pori harus diperkirakan lebih dahulu, kemudian
kekuatan geser tanah dihitung dalam tegangan efektif, dengan menggunakan parameter-
parameter c' dan φ’.
Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB Dr. Ir. Pintor Tua Simatupang MT