KEKUATAN TANAH 8-12-2011.pdf

1. PENDAHULUAN
Batasan :
� Kemampuan tanah menahan tekanan atau
� Kemampuan tanah untuk bertahan terhadap
usaha perubahan bentuk (deformation) atau
regangan (strain)
� Sama dengan nilai (besarnya) tekanan pada
saat terjadinya keruntuhan (pascal…..Pa)

Karena kekuatan tanah didasarkan pd
teori plastisitas, mk perlu dipahami
bbrp istilah plastisitas:
� Tekanan = Stress (Pa)
� Regangan = Strain (%)
� Keruntuhan = Failur (%)
� Kompresi = compresion

� Tekanan :
Tekanan = gaya tekan dibagi luas bidang tekan
Kekuatan tanah = besarnya nilai tekanan pd saat
terjadi keruntuhan
Jika tidak terjadi keruntuhan, kekuatan tanah
diberi nilai sebagai nilai suatu regangan tertentu
(pada saat regangan 10 %, 15% atau 20%)

Regangan :
� Terjadinya sebelum keruntuhan suatu tanah
telah mengalami perubahan bentuk
� Nisbah antara
pertumbuhan atau pengurangan panjang
atau volume karena tekanan dengan
panjang atau volume semula %
Untuk mengetahui kekuatan tanah, mk dibuat
hubungan antara tekanan dan regangan

Pengertian Regangan
a. Regangan linier
b. Regangan volume

� Tujuan : mempelajari faktor-faktor yg menentukan
dan mempengaruhi kekuatan tanah, sehingga
uraian matematik tidak dibahas scr mendalam
2. KEKUATAN GESER
� Keruntuhan geser ditandai dengan terjadinya
bidang keruntuhan (bidang geser) yg searah dgn
tekanan utama besar (major principal stress)
� Terjadi jika kadar air tanah rendah (relatif kering)
� Jika kadar air tinggi, tanah tidak pecah, tapi ukuran
garis tengah contoh tanah bertambah dgn
bertambahnya tekanan aksial (axial stress)

� Perubahan garis tengah contoh tanah ini merpk
bentuk yg berubah yg tetap
� Jadi tekanan yg menyebabkan terjadinya
perubahan garis tengah ini dpt dinyatakan sebagai
ukuran kekuatan geser tanah
� Terdapat hubungan antara tekanan normal
dengan tekanan geser pada bidang keruntuhan :
ϒf = f (σN)
ϒf = tekanan geser(searah bidang geser) saat
terjadi keruntuhan
(σN) = tekanan normal (tegak lurus bidang
keruntuhan)
Pada tanah pasir : ϒf = σN tan ф
Pada tanah liat : ϒf = c + σN tan ф

ф = sudut gesekan tanah (internal friction angle)
C = kohesi
Hubungan antara tekanan normal dan tekanan
geser pada bidang keruntuhan

Tanah pasir
Tanah liat
Hubungan antara tekanan
geser (Tf) dan tekanan
normal (σN)

Tekanan utama pada satu bidang
Ada 3 tekanan utama (σx, σy, σz)
Pd saat σf = 0, mk σx = σy = σx)
(tidak terjadi keruntuhan)
Untuk terjadi keruntuhan, mk ϒf
harus > dari ketahanan geser.
Pada keadaan ini, mk σx ≠ σy ≠ σx
: terjadi keruntuhan)
Jadi terdapat “tekanan utama kecil
:(σ1), “tekanan utama kecil :(σ3)
dan “tekanan uatama pertengahan
:(σ2)
Tekanan geser maksimun
ϒf = σ1 - σ3 /2

Ketahanan geser ditimbulkan oleh :
� Adanya gaya saling menahan antara dua benda
yang digeser (kekasaran permukaan)
� Dari rintangan karena adanya saling mengunci
diantara partikel-partikel yang bergerak :
1. Mikro interlocking : adanya kekasaran permukaan
partikel yang saling bergeser
Bila ketahanan geser hanya berasal dari
kekerasan permukaan, maka keruntuhan tdk
diikuti oleh perubahan volume

2. Makro interlocking : disini sebelum terjadi
keruntuhan Δ vol meningkat, hal ini disebabkan
karena sebelum dpt digeser partikel-partikel
penyusun tanah perlu mengatur kedudukannya,
sehingga terjadi pergerakan partikel sebelum
dapat digeser.
Ketahanan gesekan dipengaruhi oleh :
� Ukuran partikel (makin > sdt.θ

Contoh saling mengunci mikro dan makro
a. Saling mengunci mikro : yg hanya disebabkan oleh
kekasaran permukaan
b. Saling mengunci makro : sebelum terjadi keruntuhan
partikel-partikel penyusun tanah perlu mengatur
kedudukannya sedemikian rupa, sehingga dpt digeser,
atau harus terjadi pemecahan partikel

Kohesi yg didapat pada persamaan sebelumnya
bukan mrpk sifat benda atau tanah, tetapi hanya
pernyataan matematik dari kekuatan geser disebut
“kohesi geser”.
Kehesi yg berasal dari gaya tarik menarik diantara
partikel disebut “kohesi diantara partikel”

Cara yg paling sederhana : cara geser langsung
(dikembangkan oleh Coulomb)
Contoh alat geser yg paling sederhana, yg diukur
adalah :
� Tekanan normal
� Tekanan geser
� Pergerakan relatif alat thdp. tanah

Skema alat geser langsung
Setelah contoh tanah berada dlm alat geser, pd contoh tanah
dibebani gaya normal, kemudian diberi gaya geser (alat
digeser) sampai terjadi keruntuhan. Pada saat ini pergerakan
yg dinyatakan dengan regangan juga diamati

� Dengan membuat hubungan antar tegangan
geser (sebagai ordinat) dan regangan sebagai
absis, maka kekuatan geser (yaitu tekanan
geser pd saat keruntuhan) dapat dihitung.
� Jika pd hubungan ini terdapat puncak, mk
kekuatan gesernya adalah tekanan geser pada
nilai tersebut (A).
� Jika tidak ada puncak, mk kekuatan gesernya
adalah sama dengan tekanan geser pada saat
kurvenya mulai mendatar (B)

Cara menghitung kekuatan geser dari pengukuran
geser langsung
A . Terjadi keruntuhan
B. Regangan terus meningkat

� Dengan mengulang test tersebut pada berbagai
harga tekanan normal, atau didapat berbagai
tekanan geser.
� Kemudian nilai-nilai tekanan normal (sebagai
absis) dan tekanan geser pd saat keruntuhan
(sebagau ordinat)
� Slope dari hubungan ini menggambarkan
koefesien gesekan, tan Φ
� Nilai koefesien gesekan, C didapat dgn
meluruskan kurve tersebut ke 0

Cara menghitung tan Φ dan C dari test geser
langsung

Contoh tanah di dalam triaxial cell
(diameter 3,7 cm dan tinggi 8 cm)

Terjadi keruntuhan pd test
triaxial cell

� Kekuatan tarik biasanya dianggap sebagai pengukur
kohesi pd waktu tanah mengalami keruntuhan
tegangan, hanya gaya kohesi yg bekerja, jadi tidak
ada pengaruh kekuatan gesekkan
� Sumber gaya kohesi tanah : kohesi sebenarnya dan
kohesi semu
� Kohesi sebenarnya berasal dari : sementasi, gaya
tarik-menarik elektrostastik dan elektomagnetik,
ikatan valensi, dan adesi.
� Kohesi semu : berasal dari gaya kapiler dan gaya
mekanis

Keruntuhan dan kekuatan tarik

1. Kandungan & jenis mineral liat
2. Macam kation
3. Kandungan bahan organik
4. Kandungan air tanah
Cara mengukur kekuatan tarik :
1. Dengan tarik langsung (direct tension)
2. Dengan tarik tidak langsung (indirect tension)
dikenal “Brazilian Test”

Pengukuran kekuatan tegangan dengan
“Brazilian Test”
Kekuatan tarik agregat
dihitung :
σT = kF/d 2
Kolom tanah dgn panjang l cm, diameter d cm, diletakkan di atas piringan
datar yg ditaruh di atas timbangan, kemudian di atasnya ditaruh piringan
lagi dan selanjutnya ditekan sampai terjadi keruntuhan

� Perubahan volume karena tanah diberi tekanan
� Karena perubahan volume ini juga mrpk perubahan
bentuk tetap, mk dpt dianggap sebagai bentuk
keruntuhan
� Tekanan yg menyebabkan dsbt : kekuatan kompresi
tanah
� Kompresi dibedakan 2 :
1. Konsolidasi : perubahan vol yg terjadi mengeluarkan
air
2. Pemadatan (compaction) : perubahan vol yg
terjadi mengeluarkan udara.

� Asumsi : tekanan utama major (σ1) mrpk
tekanan yg menentukan perubahan volume.
� Contoh tanah dimasukan ke dalam selinder
Consolidometer.
� Tekanan aksial ini dianggap tekanan utama
major.
� Kemudian diukur perubahan tiunggi, shg dpt
dihitung berat jenis volume atau ruang rasio.

Pengukuran kekuatan kompresi dgn : Selinder
consolidometer
Ada 2 faktor yg mempengaruhi metode pengukuran ini, yaitu :
1. Adanya ketahanan geser antara partikel tanah menyebabkan
distribusi tekanan tidak seragam
2. Adanya gesekkan antara dinding silinder dengan tanah

� Untuk mengatasinya, maka disarankan
menggunakan tekanan partikwel rata-rata (σv)
untuk menggantikan tekanan aksial (σx) :
� σv = 0,5 (σt + σb)
� σt = tekanan di atas selinder.
� σb = tekanan di bawah selinder.
� Untuk memperkecil gesekan antara dinding
selinder dengan tanah, disarankan nisbah
diameter d, dan tinggi h (d/h) sileinder tidak
kurang dari 2.

� Jika jarum atau akar tanaman menembus tanah,
maka tanah akan memberikan reaksi untuk
menahan masuknya/bergeraknya jarum ini.
� Pada saat terjadinya perferakan jarum, maka
tanah akan mengalai keruntuhan dlm bentuk
keruntuhan geser, keruntuhan tegangan dan
kompresi.
� Ketahanan tanah untuk menahan gerakan jarum
ini = ketahanan penetrasi (adalah kekuatan
majemuk tanah)

Keruntuhan yg terjadi pada saat tanah ditembus jarum penetrometer
Ketahanan penetrasi (Qp) :
Qp = 4F/ ᴫd 2
F = gaya yg diperlukan untuk menekan jarum
d = diameter jarum penetrometer

� Karena ketahanan penetrasi mrpk kombinasi
dari kekuatan geser, kekuatan tegangan, dan
kompresi, maka sifat tanah yg mempengaruhi
komponen kekuatan tersebut juga akan
berpengaruh terhadap ketahanan penetrasi.
� Ketahanan penetrasi menurun dengan tingginya
kandungan liat.
� Ketahanan penetrasi meningkat dengan
bertambahnya kedalaman sampai suatu nilai
maksimum, kemudian relatif konstan.

TERIMA KASIH