Ringkasan Utama
Uji Geser Langsung (Direct Shear Test) adalah metode pengujian mekanika tanah laboratorium standar untuk mengukur parameter kekuatan geser (shear strength) tanah pada bidang runtuh yang ditentukan secara paksa. Berdasarkan standar ASTM D3080 / D3080M dan SNI 2813:2008, pengujian dilakukan dengan menempatkan sampel tanah di dalam kotak geser terbelah dua (split shear box), menerapkan tegangan normal vertikal konstan (σn), kemudian menggeser bagian kotak bawah secara horizontal dengan laju perpindahan konstan hingga sampel mengalami keruntuhan geser. Hasil pengujian menghasilkan dua parameter geoteknik fundamental: Kohesi Efektif (c) dan Sudut Geser Dalam (φ) berdasarkan kriteria keruntuhan Mohr-Coulomb.
1. Prinsip Fundamental Kuat Geser Tanah & Kriteria Mohr-Coulomb
Kekuatan geser tanah adalah ketahanan internal massa tanah per satuan luas terhadap keruntuhan geser di sepanjang bidang gelincir. Berbeda dengan material padat homogen, tanah adalah agregat butiran lepas dengan air dan udara di dalam pori-porinya.
Ketahanan geser tanah disumbangkan oleh dua komponen utama: gaya kohesi antar-partikel halus (pada tanah lempung/lanau) dan tahanan gesek antar-butiran kasar (pada pasir/kerikil). Hubungan linier antara tegangan normal dan kuat geser digambarkan oleh garis selubung keruntuhan Mohr-Coulomb (Mohr-Coulomb Failure Envelope).
2. Formulasi Matematis Mohr-Coulomb & Daya Dukung Terzaghi
Parameter hasil pengujian kotak geser dihitung menggunakan formulasi geoteknik berikut:
τf = c + σn × tan(φ)
Keterangan Parameter:
• τf = Kuat geser tanah maksimum saat runtuh (kPa atau kN/m2)
• c = Kohesi efektif tanah / intersep pada sumbu vertikal (kPa)
• σn = Tegangan normal vertikal yang bekerja pada bidang geser = N / A (kPa)
• φ (Phi) = Sudut geser dalam efektif tanah / kemiringan garis selubung (°)
2. Tegangan Normal dan Tegangan Geser Bidang Kotak Uji:
σn = N / A | τ = T / A
• N = Beban normal vertikal dari gantungan beban (Newton)
• T = Gaya geser horizontal terukur pada proving ring / load cell (Newton)
• A = Luas penampang bidang kontak sampel tanah (misal kotak 60 mm × 60 mm = 3.600 mm2)
3. Implementasi pada Kapasitas Daya Dukung Pondasi Terzaghi:
qult = c × Nc + q × Nq + 0,5 × γ × B × Nγ
• qult = Daya dukung batas ultimit tanah di bawah pondasi dangkal (kPa)
• Nc, Nq, Nγ = Faktor kapasitas daya dukung Terzaghi (merupakan fungsi langsung dari sudut geser φ)
3. Prosedur Uji Geser Langsung Sesuai Standar ASTM D3080
Pengujian Direct Shear Test dilakukan minimal pada 3 atau 4 spesimen identik dengan variasi beban normal yang meningkat (misal: 25 kPa, 50 kPa, 100 kPa, 200 kPa):
- Preparasi Sampel Tanah: Sampel tanah asli (undisturbed sample dari tabung Shelby) atau sampel tanah padat cetak ulang (remolded pada kepadatan MDD dan OMC) dipotong silinder/persegi berukuran standar (diameter 60 mm atau kotak 60 × 60 mm setebal 20–25 mm).
- Pemasangan dalam Shear Box: Sampel diletakkan di antara dua batu pori (porous stones) dan pelat bergaris kisi (grid plates) di dalam kotak geser. Kotak geser dipasang pin pengunci horizontal.
- Tahap Konsolidasi (Consolidation Phase): Beban normal vertikal pertama diterapkan melalui lengan pengungkit (lever arm). Air dituangkan ke dalam wadah perendam dan penurunan konsolidasi vertikal dicatat dengan dial gauge hingga pemampatan selesai (100% konsolidasi primer).
- Pelepasan Pin & Penggeseran (Shearing Phase): Lepaskan pin pengunci kotak geser dan pisahkan sedikit kedua bagian kotak dengan sekrup pemisah. Nyalakan motor penggerak horizontal dengan kecepatan konstan (misal: 0,05–0,2 mm/menit untuk pasir dan ≤ 0,002 mm/menit untuk lempung jenuh terkonsolidasi terdrainase CD).
- Plotting Kurva & Penentuan c-φ: Catat gaya geser puncak (peak shear force) untuk setiap beban normal. Plot hubungan tegangan geser puncak (τf) terhadap tegangan normal (σn) ke dalam grafik, lalu tarik garis regresi linier terbaik untuk memperoleh nilai c (potongan sumbu Y) dan φ (sudut kemiringan garis).
4. Rentang Tipikal Parameter c dan φ Berdasarkan Jenis Tanah
Tabel berikut menyajikan nilai pendekatan parameter kuat geser tanah tipikal di lapangan:
| Klasifikasi Tanah (USCS) | Deskripsi Konsistensi / Kepadatan | Kohesi Efektif c' (kPa) | Sudut Geser Dalam φ' (°) |
|---|---|---|---|
| Pasir Lepas (Loose Sand) | Granuler bebas kohesi, partikel membulat. | 0 kPa | 28° – 32° |
| Pasir Padat (Dense Sand) | Granuler terkunci rapat, partikel menyudut. | 0 kPa | 35° – 45° |
| Lanau Anorganik (Silt) | Kohesi rendah hingga sedang, plastisitas rendah. | 5 – 15 kPa | 25° – 30° |
| Lempung Lunak (Soft Clay) | Konsistensi plastis tinggi, jenuh air. | 10 – 25 kPa | 15° – 20° |
| Lempung Keras (Stiff/Hard Clay) | Konsistensi sangat padat teroverkonsolidasi (OC). | 25 – 60+ kPa | 22° – 30° |
5. Aplikasi Rekayasa: Analisis Stabilitas Lereng & Dinding Penahan Tanah
Parameter c dan φ hasil Direct Shear Test menjadi input vital dalam software geoteknik:
- Faktor Keamanan Stabilitas Lereng (Slope Stability Safety Factor): Menghitung rasio momen penahan geser terhadap momen pendorong longsor (FK ≥ 1,50 untuk lereng permanen).
- Tekanan Tanah Lateral Rankine & Coulomb: Menghitung gaya dorong tanah aktif (Pa) pada dinding penahan tanah cantilever dan gravity wall dengan koefisien: Ka = tan2(45° - φ/2).
- Desain Fondasi Telapak Bangunan: Memastikan beban struktur kolom tidak melampaui daya dukung ijin tanah (qall = qult / 3,0).
Kesimpulan
Direct Shear Test adalah metode pengujian mekanika tanah yang esensial dalam menyediakan parameter kohesi (c) dan sudut geser dalam (φ) secara cepat dan terpercaya. Berdasarkan kriteria Mohr-Coulomb, data ini menjadi fondasi ilmiah dalam mendesain pondasi yang kokoh, lereng yang stabil, serta dinding penahan tanah yang aman dari bahaya keruntuhan geser.
Butuh Produk & Jasa Geoteknik Terpercaya?
PT. Global Intan Teknindo
Telp Kantor: 021–2284–3662