MAKALAH GEOLOGI TEKNIK UJI FISIK DAN UJI MEKANIK TANAH DAN BATUAN
Disusun Oleh : Muhammad Tri Rizki
21100113140062
Alif Akbar
21100113130063
Brahma Gilidian
21100113140064
Mohammad Bagus Pranata
21100113130065
Kurnia Sandi Mahardika
21100113140066
Nicholas Bastian
21100113130068
Ramadhika Abiyoga Perkasa
21100113140070
Reyhan Naufal Julias
21100113130072
Kevin Alexander
21100113140073
Dina Kusumawardani
21100113140076
PROGRAM STUDI TEKNIK GEOLOGI FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UNIVERSITAS DIPONEGORO
SEMARANG NOVEMBER 2015
UJI FISIK DAN UJI MEKANIK TANAH DAN BATUAN Mekanika tanah adalah suatu cabang dari ilmu teknik yang mempelajari perilaku tanah
dan sifatnya yang diakibatkan oleh tegangan dan regangan yang
disebabkan oleh gaya-gaya yang bekerja. Sedangkan Teknik Pondasi merupakan aplikasi prinsip-prinsip Mekanika
Tanah dan Geologi yang digunakan dalam
perencanaan dan pembangunan pondasi seperti gedung, jembatan, jalan, bendung clan lain-lain. lain-lain. Oleh Oleh karena itu perkiraan perkiraan dan pendugaan
terhadap kemungkinan
adanya penyimpangan dilapangan dari kondisi ideal pada mekanika tanah sangat penting dalam perencanaan pondasi yang benar. Mekanika batuan merupakan ilmu pengetahuan yang mempelajari tentang perilaku (behavior (behavior )) batuan baik secara teoritis maupun mau pun terapan, merupakan cabang dari ilmu mekanika mekanika yang berkenaan dengan sikap batuan terhadap medan – medan – medan gaya pada lingkungannya. (US National Committee On Rock Mechanics, 1984). Perbedaan dari batu dan tanah sendiri adalah batu merupakan kumpulan butir butir mineral alam yang saling terikat erat dan kuat.
Sehingga sukar untuk
dilepaskan. Sedangkan tanah merupakan kumpulan butir butir mineral alam yang tidak melekat atau melekat tidak erat, sehingga sangat mudah untuk dipisahkan. Sedangkan Cadas adalah merupakan peralihan antara batu dan tanah. Agar suatu bangunan dapat berfungsi secara sempurna, maka seorang ahli geoteknik harus bisa membuat perkiraan dan pendugaan yang tepat tentang kondisi tanah atau batuan yakni dengan melakukan pengujian di laboratorium. Batuan dan tanah mempunyai sifat tertentu dan dapat dikelompokkan menjadi dua yaitu: 1. Sifat Fisik 2. Sifat Mekanik
1.
Uji Laboratorium Tanah
Sifat-sifat fisik tanah dapat dipelajari dari hasil uji laboratorium pada contoh-contoh tanah yang diambil dari pengeboran. Hasil-hasil pengujian yang diperoleh dapat digunakan untuk menghitung kapasitas dukung dan penurunan. Kecuali itu, data laboratorium dapat pula memberikan informasi mengenai besarnya debit air yang mengalir ke dalam lubang lub ang galian fondasi, perilaku tanah dalam mengalami tekanan, dan kemungkinan penanggulangan air pada penggalian tanah fondasi. Kondisi lapisan tanah di lapangan bervariasi, karena itu, jumlah contoh tanah yang terlalu sedikit akan memberikan analisis data yang hasilnya meragukan. Secara umum, pengujian di laboratorium yang sering dilakukan untuk perancangan fondasi adalah : 1.1 Uji Fisik Tanah
Sifat fisis dan morfologi tanah merupakan satu kesatuan. Morfologi tanah umumnya diamati dan dipelajari di lapangan. Sifat fisi tanah adalah karakteristik tanah yang diukur dan diteliti di Laboratorium dengan mengambil contoh tanah di lapangan.
Sifat fisis
dan morfologi tanah
yang dimaksud antara lain warna, tekstur, struktur, berat spesifik, kadar air, konsistensi, dan porositas. a. Warna Tanah Warna dilihat
tanah
merupakan
dan menunjukkan
merupakan mempengaruhi
sifat
dari
campuran komponen berbagai
faktor
salah
satu
tanah lain
sifat
yang
tersebut. yang
Warna
terjadi
mudah tanah karena
atau persenyawaan tunggal. Urutan
warna tanah adalah hitam, coklat, karat, abu-abu, kuning dan putih (Syarief, 1979). Warna tanah penting untuk diketahui karena berhubungan dengan kandungan bahan organik yang terdapat di dalam tanah tersebut, iklim, drainase tanah dan juga mineralogi tanah (Thompson dan Troen, 1978).
b. Tekstur Tanah Tekstur tanah adalah perbandingan relatif dari partikel-partikel atau fraksi- fraksi primer tanah, yaitu pasir, debu, liat dan lempung atau dilapangan dikenal dengan rasa kekasaran atau kehalusan dari tanah. Jika beberapa contoh tanah ditetapkan atau dianalisa di laboratorium, maka hasilnya selalu memperlihatkan bahwa tanah itu mengandung partikel partikel yang beraneka ragam ukurannya, ada yang berukuran koloid, sangat halus, halus, kasar dan sangat kasar. c. Struktur tanah Struktur tanah adalah penyusunan partikel-partikel tanah primer seperti pasir, debu dan liat membentuk agregat-agregat, yang satu agregat dengan lainnyadibatasi oleh bidang belah alami yang lemah. Agregat yang terbentuk secara alami disebut ped, sedangkan bongkah tanah hasil pengolahan tanah disebut clod Tabel 1.Klasifikasi Ukuran Struktur Tanah
d. Pengujian Kadar air Menurut Hardjowigeno (1992) bahwa air terdapat dalam tanah karena ditahan (diserap) oleh massa tanah, tertahan oleh lapisan kedap air, atau karena keadaan drainase yang kurang baik. Air dapat meresap atau ditahan oleh tanah karena adanya gaya-gaya adhesi, kohesi, dan gravitasi. Pemeriksaan kadar air di lapangan dilakukan pada contoh tanah tak terganggu yang dikirim ke laboratorium. Dengan membandingkan hasilhasilnya dengan hasil yang diperoleh dari uji batas plastis dan batas cair, dapat disusun program uji kuat geser tanah. Selain itu, karena umumnya tanah lunak berkadar air tinggi, pemeriksaan kadar air berguna untuk meyakinkan kondisi tanah lunak tersebut. Pemeriksaan kadar air, biasanya merupakan bagian dari uji kuat geser tanah. e. Berat Spesifik Harga berat spesifik butiran tanah (bagian padat) sering dibutuhkan dalam bermacam macam
keperluan
perhitungan
dalam
mekanika
tanah. Harga-harga itu dapat ditentukan secara akuran di laboratorium. Tabel 2. Berat Spesific Tanah
Berat Spesifik (Bulk density) tanah menunjukkan perbandingan antara berat tanah kering dengan volume tanah termasuk volume pori-pori tanah. Bulk density = berat tanah kering (g) : volume tanah (cc)
Makin padat suatu tanah makin tinggi bulk densitynya, yang berarti makin sulit dilalui air dan ditembus akar tanaman. f. Konsistensi Tanah Konsitensi tanah menunjukan kekuatan daya kohesi butir-butir tanah atau daya adhesi butir-butir tanah dengan benda lain. Berikut Istilah- istilah yang digunakan untuk menggambarkan konsistensi tanah : - Tanah basah : tidak lekat, lekat, tidak platis dan plastis - Tanah Lembab : mudah lepas, mudah pecah - Tanah kering : lepas, halus, keras g. Porositas Ruang pori total adalah volume dari tanah yang ditempati oleh udara dan air. Persentase volume ruang pori total disebut porositas. Untuk menentukan porositas,contoh tanah ditempatkan pada tempat berisi air sehingga jenuh dan kemudian cores ini ditimbang. Perbedaan berat antara keadaan jenuh air dan core yang kering oven merupakan volume ruang pori. Untuk 400 cm3 cores yang berisi 200 gr (200 cm3) air pada kondisi jenuh porositas tanahnya akan mencapai 50% (Foth, 1988).
1.2 Uji Mekanik Tanah
a. Analisis butiran Uji analisis ukuran butir tanah dilakukan untuk keperluan klasifikasi. pengujian dilakukan melalui analisis saringan dan sedimentasi atau analisis hidrometer, untuk memperoleh kurva gradasinya. b. Batas plastis dan batas cair Pengujian ini dilakukan pada tanah kohesif untuk maksud klasifikasi dan untuk estimasi sifat-sifat teknisnya. Grafik plastisitas dari casagrande dapat digunakan untuk memperkirakan kompresibilitas tanahtanah lempung dan lanau. Dalam menggunakan grafik plastisitas, perlu diketahui apakah tanah berupa tanah organik atau anorganik, yang
biasanya dapat diketahui dari warnanya yang gelap dan baunya seperti tanaman yang busuk bila tanahnya organik. Bila terdapat keragu-raguan mengenai tanah organik ini, uji batas cair dilakukan pada contoh tanah yang telah dipanaskan dalam oven. Jika setelah pengeringan, nilai batas cair tereduksi sampai 30% atau lebih, maka tanah adalah tanah organik. Prosedur yang umum dipakai adalah dengan melakukan uji batas plastis dan batas cair pada contoh tanah yang dipilih (yang jumlahnya tidak begitu banyak) dari tiap-tiap macam tanah yang mewakili, yang diperoleh dari lubang bor. Dengan membandingkan hasil-hasilnya dan mengeplot hasil-hasil tersebut ke dalam grafik plastisitas, variasi macam tanah dapat diklasifikasikan.
Dari
sini,
secara
kasar
dapat
diketahui
sifat
kompresibilitanya, dan kemudian, pada contoh-contoh tanah yang dipilih, dilakukan percobaan konsolidasi jika dibutuhkan. c. Uji triaksial Dalam perancangan fondasi, uji triaksial terbatas hanya dilakukan pada tanah-tanah lempung, lanau, dan batuan lunak. Umumnya, pengujian ini tidak dilakukan pada tanah pasir dan kerikil, karena sulitnya memperoleh contoh tanah tak terganggu. Walaupun pengambilan contoh tanah pasir sudah diusahakan sangat hati-hati, namun pada pelepasan contoh tanah dari dalam tabung, tanah akan berubah atau terganggu dari kondisi aslinya. Hal terbaik yang dapat dilakukan hanyalah dengan mengukur berat volumenya, yaitu dengan cara menimbang contoh pasir dalam tabung lalu diukur berat volumenya. Kemudian, pengujian geser dilakukan pada contoh tanah yang dibuat mempunyai berat volume yang sama. Pada tanah pasir, lebih baik jika sudut gesek dalam (j) secara empiris diukur dari uji lepangan, seperti uji SPT atau uji penetrasi kerucut statis (sondir). Kuat geser tanah lempung yang digunakan untuk hitungan kapasitas dukung tanah dapat diperoleh dari pengujian triaksial tak terdrainasi (undrained)
d. Uji tekan bebas Pengujian
ini
berguna
untuk
menentukan
kuat
geser tak
terdrainasi pada tanah lempung jenuh yang tidak mengandung butiran kasar, yang akan digunakan dalam hitungan kapasitas dukung. e. Uji geser kipas Uji geser kipas lebih banyak dilakukan di lapangan daripada di laboratorium. Namun, uji geser kipas di laboratorium sangat berguna bila tanah sangat sensitif dan lunak yang menyulitkan dalam pemasangan contoh tanah pada waktu dilakukan uji tekan-bebas. f. Uji konsolidasi Pengujian ini hanya dilakukan untuk jenis tanah berbutir halus seperti lempung dan lanau dan digunakan untuk mengukur besarnya penurunan konsolidasi dan kecepatan penurun an. Pengujian dilakukan pada alat oedometer atau konsolidometer. Dari nilai koefisien konsolidasi(Cv) yang dihasilkan, dapat ditentukan kecepatan penurunan bangunannya. Data hubungan beban dan penurunan diperoleh dari penggambaran grafik tekanan terhadap angka pori. Dari sini, dapat diperoleh koefisien perubahan volume (mv) atau indeks pemampatan (Cc), yang selanjutnya digunakan untuk menghitung estimasi penurunan akibat beban bangunan. Uji
konsolidasi
bisa
tidak
dilakukan
bila
tanahnya
berupa
lempung terkonsolidasi sangat berlebihan karena pada jenis tanah lempung tersebut, sepanjang beban yang diterapkan tidak sangat berlebihan, penurunan yang terjadi sangat kecil sehingga dapat diabaikan. g. Uji permeabilitas Uji permeabilitas dilakukan pada contoh tanah tak terganggu. Hal ini dilakukan untuk mengetahui banyaknya air yang harus dipompa pada penggalian tanah fondasi.
h. Analisa bahan kimia Analisa bahan kimia dilakukan untuk mengetahui kemungkinan kandungan bahan kimia dari air tanah yang dapat merusak fondasi beton, turap baja, atautiang pancang baja. Bila fondasi berupa bahan baja, biasanya cukup dengan menentukan nilai pH dan kandungan klorida pada tanah dan air tanahnya. Untuk fondasi beton, umumnya perlu ditentukan kandungan sulfatnya dan bila tanah mengandung banyak bahan organik, disarankan
untuk
menambahkan
uji pH dan
penentuan
presentase
kandungan bahan organiknya. i. Uji Triaxial Uji geser triaksial adalah uji yang paling dapat diandalkan untuk menentukan parameter tegangan geser. Pengujian ini adalah salah satu pengujian yang terpenting dalam mekanika batuan untuk menentukan kekuatan batuan di bawah tekanan triaksial. Percontoh yang digunakan berbentuk silinder dengan syarat-syarat sama pada pengujian kuat tekan. Dari hasil pengujian triaksial dapat ditentukan :
Strength envelope (kurva instrinsic) atau selubung kekuatan
Kuat geser atau shearstrength
Sudut geser dalam, φ
Kohesi, c
Pada uji ini umumnya digunakan sebuah sample batuan kira-kira berdiameter 1,5 inc (38,1 mm) dan panjang 3 inc (76,2 mm). benda ujit ersebut ditutup dengan membrane karet yang tipis dan diletakkan didalam sebuah bejana selinder dari bahan plastic yang kemudian bejana tersebut diisi dengan air atau larutan gliserin. Didalam bejana,benda uji tersebut akan
mendapat
tekanan
hidrostatis.untuk
menyebabkan
terjadinya
kerutuntuhan geser pada benda uji, tegangan aksial (vertikal) diberikan
melalui suatu piston vertical (tegangan ini biasanya juga disebut tegangan deviator).
Gambar 1. Alat Uji Triaxial
Untuk pembebanan vertical dapat dilakukan dengan dua cara antara lain: 1.
Dengan memberikan beban mati yang berangsur-angsur ditambah (penambahan setiap saat sama) sampai benda uji runtuh (deformasi arah aksialakibat pembebanan ini diukur dengan sebuah arloji ukur/dial gage)
2.
Dengan
memberikan
deformasi
arah
aksial
(vertical)dengan
kecepatan deformasi yang tetap dengan bantuan gigi-gigi mesin atau pembebanan hidrolis. Cara ini disebut juga sebagai uji regangan terkendali. Beban aksial yang diberikan diukur dengan bantuan sebuah proving ring (lingkaran pengukur beban) yang berhuhubungan dengan piston vertical. Alat ini juga dilengkapi dengan pipa-pipa untuk mengalirkan air ke dan
dari dalam sample tanah dimana pipa-pipa tersebut juga berguna sebagai sarana pengukur tegangan air pori (pada kondisi uji).
Gambar 2. Alat Uji Triaxial
Sampel dimasukan kedalam silinder yang dibagian sampingnya dimana kemudian dari atas diberikan gaya P sebagai σ1 yang berangsur angsur naik.
Pembacaan dengan lingkaran Mohr, dilakukan dengan cara melakukan percobaan sebanyak 3 kali dan akan menghasilkan 3 data σ1dan σ3. Kemudian dilakukan penggambaran lingkaran sesuai data σ1dan σ3, dan ditarik garis singgung antara lingkaran lingkaran tersebut. Garis singgung yang memotong garis S adalah nilai kohesi (c) sedangkan nilai sudut geser dalam diambil dari sudut yang dibentuk oleh garis singgung dan garis mendatar
Gambar 3. Diagram Moht
Dalam uji geser triaksial ada tiga tipe standar yang biasa nya dilakukan yaitu: 1. Consolidated drained test (CD test) Consolidated drained test atau uji air-teralirkan terkonsolidasi biasanya dilakukan dengan cara benda uji diletakan dari segala arah dengan tegangan penyekap dengan cara memberikan tekanan pada cairan dalam silinder. Setelah penyekap dilakukan, tegangan air pori dalam benda uji menjadi naik. Kenaikan air pori dapat dinyatakan dalam bentuk parameter tak berdimensi. Untuk tanah-tanah yang jenuh air, parameter tegangan pori sama dengan nol apabila pada hubungan dengan pipa aliran (drainage) tetap terbuka, akan terjadi disipasi akibat kelebihan tegangan airpori, dan kemudian terjadi konsolidasi lama kelamaan kohesi mengecil menjadi nol. Pada tanah yang jenuh air perubahan volume dari benda uji yang terjadi selama proses konsolidasi dapat ditentukan dari besarnya volume airporiyang mengalir
keluar.
Beban
tengangan
deviator,
pada
benda
uji
ditambahkan dengan lambat sekali (kecepatan penambahan beban sangat kecil). Selama pengujian ini pipa aliran dibiarkan terbuka dengan demikian penambahan beban tegangan deviator yang sangat
perlahan-lahan tersebut memungkinkan terjadinya dispasi penuh dari tegangan air pori sehingga dapat diciptakan selama pengujian. Pengujian yang sama pada sample tanah dapat dilakukan beberapa kali dengan tekanan penyekap yang berbeda-beda.bila harga tegangan-tegangan utama besar dan kecil pada setiap uji tersebut dapat diketahui, maka kita dapat menggambar lingkaran-lingkaran mohrnya sekaligus didapat pula garis keruntuhannya (failure envelope).
Gambar 4. Diagram Mohr
Kriteria Keruntuhan Mohr-Coulomb
Bila suatu titik pada sembarang bidang dari suatu massa tanah memiliki tegangan geser yang sama dengan kekuatan gesernya, maka keruntuhan akan terjadi pada titik tersebut. Kekuatan geser tanah pada bidang tersebut pada titik yang sama, sebagai parameter kuat geser, yang berturut-turut didefinisikan sebagai kohesi (cohesion intercept atau apparent
cohesion) dan sudut tahanan
geser (angle of
shearing resitance). Berdasarkan konsep dasar Terzaghi, tegangan geser pada suatu tanah hanya dapat ditahan oleh tegangan partikel-partikel padatnya. Kekuatan geser tanah dapat juga dinyatakan sebagai fungsi dari tegangan normal efektif. Dengan demikian keruntuhan akan
terjadi pada titik yang mengalami keadaan kritis yang disebabkan oleh kombinasi antara tegangan geser dan tegangan normal efektif. Selain itu, kekuatan geser juga dapat dinyatakan dalam tegangan utama pada keadaan runtuh dititik yang ditinjau. Garis yang dihasilkan oleh persamaan pada keadaan runtuh merupakan garis singgung terhadap lingkaran Mohr yang menunjukkan keadaan tegangan dengan nilai positif untuk tegangan tekan. Kondisi terkonsolidasi lebih pada benda uji akan terjadi bila suatu sapel tanah lempung yang pada mulanya dikonsolidasi dengan tekanan
penyekap
yang
sama
besardan
kemudian
dibolehkan
mengembang dengan menurunkan tegangan penyekap menjadisama besar. Garis keruntuhan yang dihasilkan dari uji triaksial kondisi air air teralirkan pada sample tanah lempung terkonsolidasi lebih akan membentuk cabang dan mempunyai sudut yang lebih kecil dan memotong sumbu vertical pada suatu harga sebesar harga kohesi dari tanah tersebut. Pelaksanaan uji geser triaksial dengan metode air teralilirkan terkonsolidasi pada tanah lempung biasanya memerlukan beberapa hari untuk setiap benda uji. Hal ini disebabkan karena kecepatan penambahan tegangan deviator lambat sekali agar dapat menghasilkan kondisi air teralirkan sepenuhnya dari dalam benda uji. Inilah sebabnya mengapa uji triaksial cara CD tidak umum dilakukan (uji CU dan UU lebih disukai). 2. Consolidated undrained test (CU test) Uji
CU
merupakan
uji
triaksial
yang
paling
umum
dipakai.Dimana pada uji ini sample tanah yang jenuh air mula-mula dikonsolidasi dengan tekanan penyekap yang sama dari segala penjuru dalam bejana yang berisikan fluida. Hal ini akan menyebabkan terjadinya pengaliran air dari sample tanah keluar. Sesudah tegangan
airporiakibat pemberian tekanan penyekap telah seluruhnya terdipasi, tegangan deviator pada sample tanah kemudian ditambah sampai menyebabkan keruntuhan pada sample tanah tersebut. Selama fase ini berlangsung, hubungan draenase (pengaliran air) dari dan ke dalam sample tanah harus dibuat tertutup (drainase ini terbuka pada fase konsolidasi). Karena tidak mungkin terjadi pengaliran air, maka pada saat pembebanan ini akan terjadi kenaikan teganganpori. Selama uji berlangsung diadakan pengukuran terus menerus. Pada tanah pasir lepas (renggang) dan tanah lempung terkonsolidasi
normal,
tegangan
airporiakan
membesar
dengan
bertambahnya regangan tadi sedangkan untuk tanah pasir padat dan lempung terkonsolidasi libih, tegangan airporiakan membesar dengan bertambahnya regangan sampai suatu batas tertentu. Kemudian setyelah itu tegangan airporimenjadi negative (relative terhadap tekanan atmosfer). Hal ini dikarernakan tanahnya yang mengembang. Pada uji ini berbeda dengan uji air mengalir-terkonsolidsasi, harga tegangan total dan tegangan efektif padda uji air termampatkanterkonsolidasi tidak sama. Pada uji ini harga tegangan airporipada saat terjadi keruntuhan langsung daspat diukur. Pada uji ini juga dapat dilakukan padas sample tanah yang berbeda, dengan tegangan penyekap dibuat berbeda-beda untuk menentukan parameter kekuatan geser tanah tersebut. 3. Unconsolidated Undrainned test (UU test) Pengujian Triaksial UU adalah suatu cara untuk pengujian kuat geser tanah. Pengujian Triaksial tipe UU tersebut untuk mendapatkan nilai kohesi (c) dan E regresi linier.
tersebut yaitu dengan lingkaran Mohr dan
Pada pengujian Triaksial tipe UU Unconsolidation-Undrained) benda uji mula-mula dibebani dengan penerapan tegangan sel kemudian dibebani dengan beban normal, melalui penerapan tegangan deviator sampai mencapai keruntuhan. Pada penerapan tegangan deviator selama penggeserannya tidak diijinkan air keluar dari benda ujinya dan selama pengujian katup drainasi ditutup. Karena pada pengujian air tidak diijinkan mengalir keluar, beban normal tidak ditransfer
ke
butiran
tanahnya.
Keadaan
tanpa
drainasi
ini
menyebabkan adanya tekanan kelebihan tekanan poridengan tidak ada tahanan geser hasil perlawanan dari butiran tanahnya. j.
Direct Shear Percobaan Geser Langsung merupakan salah satu jenis pengujian tertua dan sangat sederhana untuk menentukan parameter kuat geser tanah (shear strength parameter). Dalam percobaan ini dapat dilakukan pengukuran secara (undrained), atau dalam konsep tegangan total (total stress). Pengujian ini pertama-tama diperuntukkan bagi jenis tanah non-kohesif, namun dalam perkembangannya dapat pula diterapkan pada jenis tanah kohesif. Dengan demikian selama proses pembenahan horizontal, tegangan yang timbul dalam bidang geser sangat kompleks, hal ini sekaligus merupakan salah satu kelemahan utama dalam percobaan geser langsung. Nilai kekuatan geser tanah antara lain digunakan dalam merencanakan kestabilan lereng, serta daya dukung tanah fondasi, dan lain sebagainya. Nilai kekuatan geser ini dirumuskan oleh Coulomb dan Mohr dalam persamaan : S = dimana , 2
S
=
kekuatan geser maksimum [kg/cm ]
C
=
kohesi [kg/cm ]
σn
=
tegangan normal [kg/cm ]
f
=
sudut geser dalam [°]
2
2
+ c
σn
tanf
Prinsip dasar dari pengujian ini adalah pemberian beban secara horisontal terhadap benda uji melalui cincin/kotak geser yang terdiri dari dua bagian dan dibebani vertikal dipertengahan tingginya, dimana kuat geser tanah adalah tegangan geser maksimun yang menyebabkan terjadinya keruntuhan. Selama pengujian pembacaan beban horisontal dilakukan pada interval regangan tetap tertentu (Strain controlled). Umumnya diperlukan minimal 3 (tiga) buah benda uji yang identik, untuk meleng-kapi satu seri pengujian geser langsung. Prosedur pembebanan vertikal dan kecepatan regangan geser akibat pembebanan horisontal, sangat menentukan parameter-parameter kuat geser yang diperoleh. Dalam pelaksanaannya, percobaan geser langsung dapat dilaksanakan dalam 3 (tiga) cara: 1)
Consolidated Drained Test Pembebanan horisontal dalam percobaan ini dilaksanakan dengan lambat, yang memungkinkan terjadi pengaliran air, sehingga tekanan air pori bernilai tetap selama pengujian berlangsung. Parameter c dan f yang diperoleh digunakan untuk perhitungan stabilitas lereng.
2)
Consolidated Undrained Test Dalam pengujian ini, sebelum digeser benda uji yang dibebani vertikal (beban normal) dibiarkan dulu
hingga
proses
konsolidasi
selesai.
Selanjutnya pembebanan horisontal dilakukan dengan cepat. 3)
Unconsolidated Undrained Test Pembebanan horisontal dalam pengujian ini dilakukan dengan cepat, sesaat setelah beban vertikal dikenakan pada benda uji. Melalui pengujian ini diperoleh parameter-parameter geser cu dan f u. Pada dasarnya percobaan Geser Langsung lebih sesuai untuk jenis
pengujian Consolidated Drained test, oleh karena panjang pengaliran relatif lebih kecil jika dibandingkan dengan pengujian yang sama, pada percobaan Triaksial.
k. Atterberg Limit Test Atterberg Limit diciptakan oleh Albert Atterberg seorang kimiawan Swedia Pada awal tahun 1900 an, yang kemudian diperbaharui oleh Arthur Casagrande. Limit ini adalah Perhitungan dasar dari tanah butir halus. Apabila tanah butir halus mengandung mineral lempung, maka tanah tersebut dapat di remas-remas (remolded) tanpa menimbulkan retakan. Sifat kohesif ini disebabkan karena adanya air yang terserap di sekeliling permukaan dari partikel lempung. Atterberg mengembangkan metode untuk menjelaskan sifat konsistensi tanah butir halus pada kadar air yang bervariasi. Beliau menjelaskan pengaruh dari variasi kadar air terhadap konsistensi tanah berbutir halus. Bila kandungan air sangat tinggi , maka campuran tanah dan air akan menjadi sangat lembek seperti cairan. Oleh sebab itu atas dasar kandungan air pada tanah, dapat dipisahkan ke dalam empat keadaan dasar , Yaitu : padat, semi padat, plastis dan cair. Pengujian tersebut dilakukan di laboratorium berdasarkan ASTM (American Standart Testing and Material) sbb : Batas cair (LL) ASTM D-423 c
Batas plastis(PL)
ASTM D-424
Batas susut
ASTM D-427
Batas Cair (LL) Dengan menjalankan alat pemutar , mangkok kemudian dinaikturunkan dari ketinggian 0,3937 in (10 mm). Kadar air dinyatakan dalam persen, dari tanah yang dibutuhkan untuk menutup goresan yang berjarak 0,5 in (12,7 mm) sepanjang dasar contoh tanah di dalam mangkok sesudah 25 pukulan didefinisikan sebagai batas cair (liquid limit).
Gambar 5. Batas Limit pada Mangkok
Untuk mengatur kadar air dari tanah yang bersangkutan agar dipenuhi persyaratan di atas ternyata sangat sulit. Oleh karena itu kalau dilakukan u ji batas cair paling sedikit empat kali pada tanah yang sama tetapi pada kadar air yang berbeda-beda sehingga jumlah pukulan N, yang dibutuhkan bervariasi antara 15 dan 35. Kemudian, kadar air yang bersesuaian dengan N = 25, yang ditentukan dari kurva aliran, adalah batas cair dari tanah yang bersangkutan.
Gambar 6. Kurva Aliran
Atas dasar hasil analisis dari beberapa uji batas cair, US waterways Experiment Station Vicksburg, Mississippi (1949) mengajukan suatu persamaan empiris untuk menentukan batas cair yaitu :
Dimana : N = Jumlah pukulan yang dibutuhkan untuk menutup goresan selebar 0,5 in pada dasar contoh tanah yang diletakkan dalam mangkok kuningan dari alat uji batas cair. WN = Kadar air dimana untuk menut up dasar goresan dari contoh tanah dibutuhkan pukulan sebanyak N Tanβ = 0,121 (harap dicatat bahwa tidak semua tanah mempunyai harga tan β=0,121)
Gambar 7. Gambar Alat
Batas Plastis (PL) Batas plastis didefinisikan sebagai kadar air, dinyatakan dalam persen, dimana tanah apabila digulung sampai dengan diameter 1/8 in (3,2 mm) menjadi retak-retak. Batas plastis adalah batas terendah dari tingkat keplastisan suatu tanah. Cara pengujiannya sangat sederhana, yaitu dengan cara menggulung tanah berukuran elipsoida dengan telapak tangan di atas kaca datar
Batas Susut (SL) Suatu tanah akan menyusut apabila air yang dikandungnya secara perlahan-lahan hilang dari dalam tanah. Dengan hilangnya air secara terus-menerus, air akan mencapai tingkat keseimbangan dimana penambahan kehilangan air tidak akan menyebabkan perubahan volume (gambar 9). Kadar air, dinyatakan dalam persen di mana perubahan volume suatu massa tanah berhenti dinamakan batas susut.
Dimana : m1 = massa tanah basah dalam mangkok pada saat permulaan pengujian (gram) m2 = massa tanah kering (gram)
batas susut (ASTM D-427, 1998) diindikasikan sebagai kadar air dimana pengurangan kadar air pada tanah tidak lagi mempengaruhi volume total tanah. Dimana suatu contoh tanah akan menyusut sebanding dengan volume air dalam pori tanah yang menguap.
− 100% = − Dimana : Wc = Kadar air pada pasta tanah Wo = Berat kering pasta tanah (W2-W)
Indeks plastis/ The plasticity index (PI)
Yaitu ukuran plastis tanah. PI adalah perbedaan lantara batas cair dan batas plastis suatu tanah. PI = LL - PL Liquid limit (LL)/ Batas cair Dimana, LL merupakan kadar air dimana tingkah laku tanahnya merupakan perubahan dari plastis ke Liquidity index/ indeks cair 0.121
LL = Wc(n/25)
Wc = [(Wbasah-Wkering)/Wkering]x100% n = jumlah ketukan
Gambar 8. Soil Plasticity-Atterbergh Limits
2. Uji Laboratorium Batuan
2.1 Uji Fisik Batuan Di laboratorium, penentuan sifat fisik batuan dapat dilakukan dengan Pembuatan contoh di laboratorium diantaranya dapat dilakukan dari
inti
(core) hasil pemboran lapangan atau bongkah batu yang diambil dari lapangan. Bongkahan ini dibuat berbentuk silinder diameter antara 50 – 70 mm dan tingginya dua kali diameter. Penimbangan Berat Contoh a. Wn
: Berat contoh asli /natural (gram)
b. Wo
: Berat contoh kering (sesudah dimasukkan ke dalam oven o
selama 24 jam dengan temperatur ± 90 C) (gram)
c. Ww
: Berat contoh jenuh (sesudah dijenuhkan selama 24 jam) (gram)
d. Wa
: Berat contoh jenuh + berat air + berat bejana (gram)
e. Wb
: Berat contoh jenuh tergantung di dalam air + berat air + berat bejana
f. Ws
: Berat contoh jenuh di dalam air (Wa-Wb)
g. Wo - Ws : Volume contoh tanpa pori-pori h. Ww - Ws : Volume contoh total Sifat fisik batuan adalah sifat yang terdapat pada suatu batuan setelah dilakukan pengujian tanpa melakukan pengerusakan. Sifat-sifat fisik antara lain bobot isi, berat jenis, porositas, absorbsi dan void ratio. Pengujian sifat fisik batuan yang ditentukan, antara lain : a. Bobot isi asli (natural density), γn , dengan rumus : γn =
−
b. Bobot isi kering (dry density), γd , dengan rumus : γd =
−
c. Bobot isi jenuh ( saturated density), γs , dengan rumus : γs =
−
d. Berat jenis nyata (true specific gravity) , dengan rumus :
) / −
(
f. Kadar air asli (natural water content ) , dengan rumus :
− 100% Pengujian kadar air bertujuan untuk mengetahui kandungan air yang terdapat di dalam pori-pori suatu contoh. Prinsipnya adalah kadar air tanah dapat ditentukan dari perbandingan antara berat air yang terkandung dalam pori-pori butir batuan dengan berat butir batuan itu sendiri setelah dikeringkan pada kondisi standar .
h. Derajad kejenuhan , dengan rumus :
− 100% −0 i.
Porositas , dengan rumus :
− 100% − j.
Void ratio , dengan rumus : e=
1−
2.2 Uji Mekanik Batuan
Sifat mekanik batuan adalah sifat suatu batuan setelah mengalami pengerusakan. Pengujian sifat mekanik ini terdiri dari : a.
Pengujian Triaksial Pengujian ini adalah salah satu pengujian yang terpenting dalam mekanika batuan untuk menentukan kekuatan batuan di bawah tekanan triaksial. Percontoh yang digunakan berbentuk silinder dengan syarat-syarat sama pada pengujian kuat tekan. Dari hasil pengujian triaksial dapat ditentukan : - Strength envelope (kurva instrinsic) atau selubung kekuatan - Kuat geser atau shear strength - Sudut geser dalam, φ - Kohesi, C
b.
Uji Kuat Tekan (Unconfined Compressive Strength) Tujuannya dari pengujian ini adalah Untuk mengetahui kekuatan tekan bebas suatu jenis tanah yang bersifat kohesif dalam keadaan asli (undisturbed) atau dalam keadaan buatan/dibentuk kembali (remoulded). Uji kuat tekan bebas dimaksudkan untuk memperoleh kuat geser dari tanah kohesif secara cepat dan ekonomis. Kuat tekan bebas (qu) adalah harga tegangan aksial maksimum yang dapat ditahan oleh benda uji silindris (dalam hal ini tanah) sebelum mengalami keruntuhan geser.
Derajar kepekaan (St) adalah rasio antara kuat tekan bebas dalam kondisi asli (Undisturbed) dan dalam kondisi teremas (remolded) Uji ini dilakukan menggunakan mesin tekan (Compression Machine) untuk menekan contoh batu yang berbentuk silinde, balok atau prisma dari satu arah (uniaxial) penyebaran tengangan dalam contoh batu secara teoritis adalah searah dengan gaya yang dikenakan pada contoh tersebut. Tetapi dalam kenyataannya arah tegangan tidak searah dengan gaya yang dikenakan pada contoh tersebut karena pengaruh dari plat penekan mesin tekan yang menghimpit. Sehingga, bentuk pecahan tidak berbentuk bidang pecah yang searah dengan gaya melainkan berbentuk kerucut seperti pada gambar berikut:
Gambar 9. Penyebaran Tengangan dan Bentuk Pecahan pada Uji Kuat Tekan
Modulus Young =
Poissin’s ratio =
E
a
1
a1
Beberapa definisi modulus young: 1. Modulus young tangen → diukur pada tingkat tegangan = 50 % E t
a
2. Modulus Young Rata-rata → diukur dari rata-rata kemiringan kurva atau bagian linier yang terbesar dari kurva. E av
a
3. Modulus young secant → diukur dari tegangan = 0 sampai nilai tegangan tertentu, biasanya 50% c E s
a
Untuk perbandingan panjang/diameter (1/D) = 1 kondisi tegangan triaxial saling bertemu sehingga akan memperbesar nilai kuat tekan batuan. Untuk pengujian digunakan 2<1/D<2,5
Gambar 10. Perbandingan panjang/diameter (1/D)
Gambar 11. Regangan yang dihasilkan dari Pengujian Kuat Tekan Batuan
Dari uji ini akan menghasilkan kurva seperti berikut :
Gambar 12. Kurva Tegangan-renganga Hasil Pengujian Kuat Tekan
c.
Pengujian
Kuat
Tarik-Uji
Brazilia
(Indirect
Tensile
Strength
Test) Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui kuat tarik (tensile strength)
dari
percontoh
batu
berbentuk
silinder
secara
tidak
langsung. Alat yang digunakan adalah mesin tekan seperti pada pengujian kuat tekan.
Gambar 12. Pengujian Kuat Tarik
