MEKANIKA TANAH (CIV -205)

Transkripsi

1 MEKANIKA TANAH (CIV -205)

2 OUTLINE : Tipe lereng, yaitu alami, buatan Dasar teori stabilitas lereng Gaya yang bekerja pada bidang runtuh lereng Profil tanah bawah permukaan Gaya gaya yang menahan keruntuhan lereng Faktor keamanan terhadap keruntuhan lereng Metode analisis kestabilan lereng, metode irisan, Bishop

3 Setiap kasus tanah yang tidak rata, terdapat dua permukaan tanah yang berbeda ketinggian Komponen gravitasi cenderung menggerakkan massa tanah dari elevasi tinggi ke rendah TIMBUL GAYA YANG MENDORONG TANAH DI BAWAH DAN GAYA DARI DALAM TANAH YANG MELAWAN /MENAHAN SEHINGGA TANAH TETAP STABIL

4 LERENG

5 JENIS LERENG LERENG ALAMI (NATURAL SLOPE) Terbentuk karena proses alam dan stabil selama bertahun-tahun Material berupa jenis tanah atau batuan LERENG BUATAN (MAN MADE SLOPE) Dapat terbentuk kerena pemotongan (cutting atau timbunan Contoh : tanggul untuk jalan atau bendungan tanah

6 ANALISIS STABILITAS LERENG Tujuan analisis Aspek penting dalam analisis Merencanakan lereng yang stabil dan ekonomis Mekanisme keruntuhan lereng Mengevaluasi potensi longsoran yang ada Kondisi geologi setempat dan topografi serta kegempaan Menganalisis kelongsoran yang terjadi Tekanan air dan muka air tanah

7 LAND SLIDING Terjadi karena kekuatan geser tanah telah dilampaui. Bidang gelincir Perlawanan geser

8 PENYEBAB KELONGSORAN Apabila tegangan geser > kuat geser, maka terjadi kelongsoran PENYEBAB PENINGKATAN TEGANGAN GESER Kehilangan dukungan (lateral dan vertikal) : Erosi oleh sungai, proses pelapukan, penggalian permukaan oleh manusia, penambangan Beban permukaan dan beban lain : timbunan, bangunan, air hujan yang merembes, tekanan rembesan PENYEBAB PENURUNAN KUAT GESER Perubahan kadar air Desintegrasi dari batuan Pelembekan pada fissured clay

9 TIPE & MEKANISME GERAKAN TANAH & KELONGSORAN RUNTUHAN (FALLS) PENGELUPASAN (TOPPLES) LONGSORAN (SLIDE) ALIRAN TANAH (EARTH FLOW) Gerakan massa jatuh dari udara Umumnya material batuan terlepas dari lereng yang curam Gerakan akibat gaya momen atau gaya lain akibat ada air dalam rekahan Peralihan geser sepanjang bidang geser, dapat berupa translasi maupun rotasi Terjadi pada kondisi tanah yang amat sensitif atau sebagai bagian dari gaya gempa

10 TIPE & MEKANISME GERAKAN TANAH & KELONGSORAN ROTATIONAL SLIDE TRANSLATIONAL SLIDE Suatu massa bergerak sepanjang bidang gelincir berbentuk bidang rata, dapat bersifat menerus ataupun dalam blok

11 BAGAIMANA MENCEGAH KELONGSORAN??? MENCEGAH GAYA LUAR YANG DAPAT MERUSAK LERENG Contoh gaya luar yang merusak kestabilan : beban lalu lintas atau gerusan banjir serta gaya sentrifugal dari air sungai Memperkecil gaya penggerak atau momen penggerak Membuat lereng lebih datar, kurangi sudut kemiringan Memperkecil ketinggian lereng

12 Memakai counterweight Momen lawan akan bertambah besar dibanding momen penggerak (FK <<<<<) Hanya untuk kelongosoran rotasi Mengurangi tegangan air pori di dalam lereng Dengan membuat selokan teratur (drainage) pada lereng maka tegangan pori berkurang Kekuatan geser menjadi naik

13 Dengan cara mekanik Dengan cara injeksi Memasang tiang atau membuat dinding penahan tanah Hanya dipakai pada lereng atau kelongsoran yang kecil. Penambahan bahan kimia atau semen yang dipompa melalui pipa agar masuk ke dalam lereng. Cocok untuk tanah yang memiliki daya rembes tinggi Tidak dapat dimasukkan ke dalam lereng yang terdiri dari lempung atau lanau

14 PRINSIP KESETIMBANGAN GAYA T = gaya dorong F = gaya tahan gaya gesek Bila T < F max, blok tanah akan stabil atau diam FK = Gaya tahan gaya dorong Bila T > F max, blok tanah akan bergeser

15 PRINSIP KESETIMBANGAN GAYA N = w cos α F = gaya tahan = μ. N = μ W cos α F = gaya dorong = W sin α FK = Gaya tahan gaya dorong = μ tg α gaya dorong = gaya tahan FK =1 Gaya dorong > gaya tahan FK < 1 Gaya dorong < gaya tahan FK > 1

16 TEORI DASAR KUAT GESER TANAH KERUNTUHAN GESER DALAM TANAH AKIBAT GERAK RELATIF ANTARA BUTIRANNYA BUKAN KARENA BUTIRAN TANAH YANG HANCUR!!!!!

17 TEORI DASAR KUAT GESER TANAH

18 STABILITAS LERENG Kuat geser yang melawan longsoran, dilakukan dengan dua kondisi : ANALISIS TEGANGAN TOTAL : Dalam kondisi ini tegangan air pori (μ) = 0 Formula tegangan geser : τ = c + σ tan φ Nilai c dan diperoleh dari uji undrained test Digunakan untuk analisis jangka pendek ANALISIS TEGANGAN EFEKTIF : Dalam kondisi tegangan air pori (μ) ada Formula tegangan geser : τ = c + (σ μ) tan φ Nilai c dan diperoleh dari uji CU atau drained atau direct shear Digunakan untuk analisis jangka panjang

19 ANALISIS STABILITAS LERENG TUJUAN : 1. Menilai apakah suatu lereng yang ada akan longsor atau tidak 2. Menilai potensi longsoran yang ada 3. Merencanakan suatu lereng yang stabil dan ekonomis

20 ANALISIS STABILITAS LERENG BERDASARKAN PENGETAHUAN PRAKTIS BERDASARKAN FINITE ELEMEN /PROGRAM BERDASARKAN KESEIMBANGAN BATAS METODE KESEIMBANGAN POTONGAN BEBAS SEBAGAI SUATU KESELURUHAN : CARA BUSUR LINGKARAN DAN CARA LINGKARAN GESER METODE POTONGAN (METHOD OF SLICES) : FELLENIUS, BISHOP BERDASARKAN GRAFIK STABILITAS JANBU TAYLOR COUSINS NAVAC DLL

21 FAKTOR KEAMANAN Secara umum faktor keamanan didefinisikan sebagai : Fs = τ f τ d τ f = kuat geser tanah rata rata τ d = tegangan geser rata rata sepanjang bidang runtuh Kuat geser tanah terdiri dari dua komponen utama yaitu : kohesi (c) dan geser yang dinyatakan dalam persamaan : τ f = c + σ tan φ τ d = c d + σ tan φ d Fs = c + σ tan φ c d + σ tan φ d Faktor keamanan terhadap kohesi : Faktor keamanan terhadap friction : Fc = c c d tan φ Fφ = tan φ d

22 ANALISIS PADA LERENG MENERUS (dry condition)

23 ANALISIS PADA LERENG MENERUS (wet condition) PERMUKAAN ALIRAN REMBESAN DI PERMUKAAN LERENG

24 ANALISIS PADA LERENG MENERUS (wet condition) PERMUKAAN AIR TANAH DI BAWAH PERMUKAAN LERENG

25 Analisis Pada Lereng terbatas (Metode Culman) Metode ini mengasumsikan kelongsoran adalah bidang datar Terjadi apabila tegangan geser rata-rata yang mengakibatkan gelincir > kekuatan geser tanah Bidang gelincir kritis adalah yang memilki nilai FK terkecil

26 Analisis Pada Lereng terbatas (Metode Culman) Metode ini mengasumsikan kelongsoran adalah bidang datar Terjadi apabila tegangan geser rata-rata yang mengakibatkan gelincir > kekuatan geser tanah Bidang gelincir kritis adalah yang memilki nilai FK terkecil

27 Contoh kasus : Timbunan baru akan diletakkan pada suatu timbunan lama. Tanah timbunan baru mempunyai berat volume =19,6 kn/m 3. kohesi dan sudut gesek dalam yang bekerja pada bidang longsor, c = 25 kn/m 2 dan φ = 17⁰. Lereng timbunan baru bersudut β = 48,5⁰ sedangkan lereng tibunan lama bersudut α = 40⁰ dari arah horisontal. Berapa tinggi timbunan maksimum, bila dikehendaki faktor aman terhadap longsoran FK=2?

28 Model Keruntuhan ROTASI

29 ANALISIS CARA KESEIMBANGAN BATAS Cara ini dilakukan penilaian apakah tegangan geser yang terjadi pada bidang longsor yang diperkirakan melampaui kekuatan gesernya PRINSIP ANALISIS : Memperkirakan terlebih dahulu suatu bidang longsor yang akan terjadi. Menghitung tegangan geser yang terjadi di sepanjang bidang longsoran sehingga gaya-gaya pada freebody dalam batas antara bidang longsor dan permukaan tanah berada dalam keseimbangan statis. Bandingkan kekuatan geser tanah di sepanjang bidang longsor dengan tegangan geser yang bekerja.

30 EQUILIBRIUM OF FREEBODY AS A WHOLE 1. CIRCULAR ARC METHOD Persyaratan : digunakan hanya untuk tanah lempung homogen dengan φ = 0 momen penggerak = w. xҧ momen perlawanan = S. AC. R FK = momen tahan momen dorong = S. AC. R w. xҧ

31 EQUILIBRIUM OF FREEBODY AS A WHOLE 2. CIRCULAR ARC METHOD dengan DIAGRAM TAYLOR ( untuk lempung = 0) Persyaratan : digunakan hanya untuk tanah lempung homogen dengan φ = 0 Kuat geser undrained yang konstan di sembarang kedalaman

32 DIAGRAM STABILITAS = 0 (Taylor 1948)

33

34 Contoh kasus Suatu galian sedalam 10 meter dibangun pada tanah lempung jenuh yang memilki berat volume 18,5 kn/m3 dan kohesi 40 kn/m2. lapisan tanah keras terdapat di kedalaman 12 meter di bawah permukaan tanah. Dengan menganggap sudut gesek dalam tanah = 0, berapakah kemiringan lereng β yang dibutuhkan agar faktor aman FK = 1,5?

35 EQUILIBRIUM OF FREEBODY AS A WHOLE 2. CIRCULAR ARC METHOD dengan DIAGRAM TAYLOR ( untuk lempung > 0) Persyaratan : Tanah memiliki 2 komponen kuat geser : kohesi (c) dan sudut gesek dalam ( ) Jika tanah memiliki komponen gesek, maka distribusi gaya normal akan mempengaruhi distribusi tahanan gesernya. Pada bidang longsor, tegangan normal yang bekerja tidak merata sama, sebagai fungsi dari besarnya sudut pusat lingkaran ( )

36

37

38 CONTOH KASUS Suatu timbunan dengan tinggi H = 12,2 memiliki kemiringan lereng β = 30⁰. Permukaan tanah kerasa dianggap pada kedalaman tak terhingga. Tanah memiliki kohesi c = 38,3 kn/m2, sudut gesek dalam = 10⁰ dan berat volume total = 15,7 kn/m3. tentukan faktor aman terhadap kohesi (Fc), sudut gesek dalam (F ) dan faktor aman keseluruhan (F)?

39 METHOD OF SLICES Pada cara ini bidang longsor di bagi menjadi potongan/segmen. Perhitungan dilakukan dengan tinjauan pada masingmasing potongan dimana gaya-gaya yang bekerja berada dalam keseimbangan statis KEUNTUNGAN METODE INI : 1. Bisa mendapatkan hasil lebih teliti, terutama pada kondisi lapisan yang berbeda (non homogen) 2. Dapat dipergunakan pada setiap jenis tanah

40 METHOD OF SLICES Metode Fellinius Pada metode ini inter strip force diabaikan, sehingga N dapat langsung ditentukan dalam keseimbangan gaya W, N dan S

41 METHOD OF SLICES Metode Fellinius m + n A = b 2 W = A. γ l i = panjang busur untuk segmen ke i momen tahan = M R = c. l i. R + W i. cos θ i. tan φ. R momen dorong = M D = W i. sin θ i. R FK (1 segmen) = M R = c. l i. R + W i. cos θ i. tan φ. R M D W i. sin θ i. R

42 METHOD OF SLICES Metode Fellinius Faktor keamanan didefinisikan sebagai : FK = jumlah momen dari tahanan geser sepanjang bidang longsor jumlah momen dari berat massa tanah yang longsor FK = σ M R σ M D n KONDISI TEGANGAN TOTAL : c. l W.cos.tan FK KONDISI TEGANGAN EFEKTIF : FK i 1 n i 1 c. l i i n i 1 W i i i 1 i i.sin. W.cos u. l n i W.sin. i i i i.tan

43 METHOD OF SLICES Metode Fellinius Faktor keamanan didefinisikan sebagai : FK = jumlah momen dari tahanan geser sepanjang bidang longsor jumlah momen dari berat massa tanah yang longsor FK = σ M R σ M D n KONDISI TEGANGAN TOTAL : c. l W.cos.tan FK KONDISI TEGANGAN EFEKTIF : FK i 1 n i 1 c. l i i n i 1 W i i i 1 i i.sin. W.cos u. l n i W.sin. i i i i.tan

44 CONTOH KASUS Suatu tanah digali sedalam 14 meter dengan kemiringan 1,5H : 1V. Sampai kedalaman 5 meter di bawah permukaan, tanah memilki data sebagai berikut : = 17.7 kn/m 3, c = 25 kn/m 2 dan =10⁰. Di bawah lapisan tersebut tanah memiliki = 19.1 kn/m 3, c = 34 kn/m 2 dan = 24⁰ dan tanah dalam kondisi jenuh. Kondisi galian, lingkaran longsor dan permukaan air diperlihatkan pada gambar. Untuk lingkaran longsor yang telah ditentukan, berapa faktor keamanan dari lereng galian tersebut.

45