Selasa, 08 April 2014

BAB VIII KUAT GESER

BAB VIII
KUAT GESER

8.1.   Maksud dan Tujuan
          Maksud ddari percobaan praktikum adalah ingin membuktikan seberapa kuat daya tahan tanah terhadap pergeseran yang terjadi secara langsung sehingga dapat diketahui bagaimana dilapangan.
            Tujuan praktikum kuat geser adalah mencari nilai kuat geser secara langsung dengan menggunakan alat uji kuat geser serta menentukan sudut pergeserannya.

8.2.   Dasar Teori
A. Kriteria Keruntuhan Mohr - Coulomb
            Pada bab ini membahas tentang ketahanan tanah terhadap keruntuhan geser (shear failure) pengetahuan tentang kekuatan geser diperlukan untuk menyelesaikan masalah masalah yang berhubungan stabilitas massa tanah. 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 (τf) suatu titik pada suatu bidang tertentu di kemukakan oleh coulombsebagai suatu fungsi linear terhadap tegangan normal (σf). pada bidang tersebut pada titik yang sama, sebagai berikut :
 τf  = C + σf tan φ
Dimana C dan φ adalah parameter – parameter kekuatan geser, yang berturut – turut didefenisikan sebagai kohesi (cohesion intercept atau apprent cohesion) dan sudut tahanan geser (angle of shearing resistant). Berdasarkan konsep dasar tenzaghi tegangan geser pada suatu tanah hanya dapat ditahan oleh tegangan – tegangan patikel – partikel padatnya. Kekuatan geser tanah dapat juga dinyatakan sebagai fungsi dari tegangan normal efektif sebagai berikut
τf  = C’ + σf’ tan φ’
Dimana C’ dan φ’ adalah parameter – parameter kekuatan geser pada tegangan efektif dengan demikian keruntuhan akan terjadi pada titik ysng mengalami keadaan kritis
Selain itu kekuatan geser juga dapat dinyatakan dalam tegangan utama besar yang disebabkan oleh kombinasi antara tegangan geser dan tegangan geser normal efektif σ1’ dan kecil σ3’ pada keadaan runtuh dititik yang ditinjau. Garis yang dihasilkan oleh persamaan diatas pada keadaan runtuh merupakan garis singgung terhadap lingkaran mohr yang menunjukkan keadaan tegangan dengan nilai positif untuk tegangan tekan.
Kriteria keruntuhan mohr – coulomb dapat dituliskan sebagai berikut:
           
Kriteria tersebut berasumsi bahwa bila sejumlah keadaan tegangan diketahui dimana masing – masing menghasilkan keruntuhan geser pada tanah, sebuah garis singgung akan dapat digambarkan pada lingkaran mohr ; garis singgung tersebut dinamakan selubung keruntuhan (failure envelope) tanah. Keadaan teganmgan tidak mungkin berada diatas selubung keruntuhannya. Kriteria ini tidak mempertimbangkan regangan pada saat atau sebelum terjadinya keruntuhan secara tidak langsung menyatakan bahwa tegangan utama menengah efektif σ2’ tidak mempengaruhi kekuatan geser tanah. Didalam praktek kriteria keruntuhan mohr – coulomb ini paling sering digunakan karena kesederhanaanya, walaupun merupakan satu – satunya kriteria keruntuhan tanah. Selubung keruntuhan untuk tanah tertentu tidak selalu berbentuk garis lurus, tetapi secara perkiraan dapat dibuat menjadi garis lurrus, yang diambil dari suatu rentang tegangan serta parameter – parameter kekuatan geser pada rentang tersebut.

B. Pengujian Kekuatan  Geser.
            Kriteria – kriteria kekuatan geser untuk suatu tanah tertentu dapat ditentukan dari hasil – hasil pengujian laboraturium pada contoh – contoh tanah lapangan (in – situ – soil) yang mewakili. Diperlukan ketelitian dan perhatian yang besar terhadap proses pengambilan contoh, penyimpanan contoh dan perawatan contoh, sebelum pengujian, terutama untuk contoh tidak terganggu (undisturbed), dimana struktur tanah dilapangan dan kadar airnya harus dipertahankan, untuk tanah lempung akan timbul akibat kehilangan uji geser langsung.
1.Uji Kuat Geser Langsung
            Contoh ditempatkan pada suatu kotak logam dengan penampang persegi atau lingkaran kecil antara kedua bagian tersebut terbagi menjadi dua bagian pada setengah tingginya dengan suatu jarak kecil antara kedua bagian tersebut. Diatas dan dibawah contoh ditempatkan sebuah piringan berpori bila conto tersebut kering digunakan piringan logam. Bagian bagian terpenting dari kotak tersebut diperlihatkan pada gambar 8.1 pada kotak tersebut, contoh dibebani gaya vertikal (N) melalui plat beban (loading plate) dan secara beransur – ansur jika tibuk tegangan geser dengan membuat pergeseran antara kedua bagian kotak tersebut. Gaya geser (τ) diukur bersamaan dengan perpindahan geser (∆L). biasanya perubahan tebal contoh (∆h) juga diukur. Dalam percobaan ini digunakan beberapa contoh dengan pembebanan vertikal yang berbeda – beda dan kemudian untuk setiap percobaan harga tegangan geser runtuh di plot terhadap tegangan normalnya, kemudian akan didapatkan parameter – parameter kekuatan geser dari garis terbaik yang didapat dari titik – titik tersebut.

 



τ
 
T
 
∆h
 
           








Gambar 8.1. Alat Geser langsung
            Pada percobaan ini didapati beberapa kekurangan, antara lain yang terpenting adalah kondisi pengaliran (drainasi) yang tidak dapat dikontrol. Selama tekanan air pori tidak dapat diukur, tegangan normal saja yang dapat dihitung walaupun nilainya sama dengan harga tegangan normal efektif pada saat tegangan air pori nol geser murni yang dihasilkan pada conto hanya ditentukan dengan perkiraan, dan tegangan geser pada bidang runtuh tidak merata. Keruntuhan terjadi dari tepi sampai pusat contoh. Selama percobaan, luas contoh yang dibebani beban geser dan vertikal tidak akan tetap, keuntungan dari percobaan ini adalah kesederhanaanya dan kemudahannya dalam persiapan cotoh tersebut pasir.
2. Uji Triaksial.
            Pengujian ini merupakan pengujian kekuatan geser yang sering digunakan dan cocok untuk semua jenis tanah, keuntungannya adalah bahwa kondisi pengaliran dapat di kontrol, tekanan air pori dapat diukur dan, bila diperlukan tanahjenuh dengan permeabilitas rendah dapat dibuat terkonsolidasi. Dalam pengujian ini digunakan sebuah contoh berbentuk silinder dengan perbandingan panjang terhadap diameter sebesar 2. contoh tersebut dibebani secara simetri aksial seperti diperlihatkan gambar 8.2. uji ini menggunakan sebuah perangkat alat uji seperti diperlihatkan oleh gambar 8.3. dengan beberapa bagian terpenting. Dasar alat yang berbentuk lingkaran memiliki sebuah alas untuk meletakkan contoh tanah. Alat tersebut memiliki sebuah lubang masuk yang digunakan untuk pengaliran air atau untuk pengukuran tekanan air pori. Ada juga alas yang memiliki dua buah lubang masuk, sebuah untuk pengaliran air dan sebuah lainnya untuk pengukuran tekanan air pori. Yang merupakan badan dari inti alat tersebut adalah sebuah silinder tembus pandang yang ditutup oleh sebuah cincin dan penutup linkaran atas.


 
           















Ganbar 8.2. Sistem Tegangan Pada Uji Triaksial


 























Gambar 8.3. Alat Triaksial
            Penutup linkaran atas tersebut memiliki lubang ditengah – tengahnya sebagai jalan masuk untuk batang pembeban (loading ram). Silinder dan penutupnya dijepit ke dasar alat, yang ditutup dengan cincin yang berbentuk “)”.
            Contoh ditempatkan dipiringan berpori atau piringan logam diatas alas alat percobaan kemudian diatas contoh tersebut ditempatkan sebuah penutup beban dan contoh tersebut dibungkus dengan sebuah selubung karet. Setelah itu digunakan cincin         yang diberi suatu gaya tarik untuk menutup selubung karet tersebut pada sisi alat dan sisi atasnya. Kemudian diberi tekanan cairan menyeluruh pada intinya sehingga jika 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.
            Pada uji triaksial ini, konsolidasi terjadi dibawah kenaikan tegangan total yang sama yang tegak lurus terhadap permukaan atas dan keliling contoh. Tekanan sel disebit juga tegangan utama kecil, sedangakan 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 digunakan tersebut dinamakan selisih tegangan utama.
            Interprestasi terhadap keadaan – keadaan tegangan pada uji triaksial ini adalah hanya perkiraaan saja. Sebenarnya tegangan utama pada sebuah contoh berbentuk silinder adalah tegangan aksial, radial dan keliling berturut – turut σ2, σ1, σθ. Kasus yang khusus pada uji triaksial ini uji tekan tak terkekang yang menggunakan tegangan aksial untuk contoh dengan tekanan sel nol. Perluasan triaksial ini juga dapat dilakukan dengan menggunakan beban keatas pada sebuah alat  yang dihubungkan dengan penutup beban pada contoh.

C. Uji Geser Sudu.   
            Pengujian ini dimaksudkan untuk menentukan kekuatan lempung jenuh sempurna dalam keadaan terdrainasi. Pengujian ini tidak cocok dengan tanah lainnya, khususnya pengujian ini sangat cocok untuk lempung lunak, dimana kekuatan gesernya mungkin berubah pada saat pengambilan contoh dan pada saat penanganannya. Pada pokoknya pengujian ini hanya digunakan untuk lempung yang memiliki kekuatan yang tak terdrainasi yang kurang dari 100 KN/m2. pengujian ini tidak akan memberikan hasil yang wajar bila lempung tersebut mengandung pasir atau lanau.

8.3.   Bahan dan Peralatan.
8.3.1.   Bahan dan Fungsinya
            Bahan yang digunakan dalam percobaan kuat geser adalah:
  1. Tanah digunakan sebagai contoh / sampel dan media dalam praktek.
  2. Air berfungsi sebagai pelunak tanah jika tanah dalam keadaan kering.

8.3.2.   Peralatan dan Fungsinya
Peralatan yang dipakai yaitu:
  1. Alat uji kuat geser terdiri dari stang penekan dan pemberi beban, alat geser, lengkap dengan proving ring dan dua buah arloji geser (extensionmeter), cincin pemeriksaan yang terbagi dua dengan penguncinya terletak dalam kotak, beban (besi) dan dua buah batu pori.
  2. Skrup sebagai alat perata sampel dan sebagai pengaduk sampel ketika sampel dicetak.
  3. Plat kaca berfungsi sebagai tempat / media pengadukan contoh dan juga sebagai alas.
  4. Plat cetak segi empat (cicin) berfungsi sebagai pencetak contoh sehingga dapat muat ketika dimasukkan kedalam alat kuat geser dengan kepadatan tertentu.
  5. Stopwatch sebagai alat penghitung waktu.
  6. Pisau pemotong













               Alat uji kuat geser                                                  Skrup










 
    Plat cetak segi empat (cicin)                                       Plat kaca






 









                       Stopwatch                                                Pisau pemotong

Gambar 8.4. Alat – alat pada percobaan kuat geser
8.4.   Prosedur Percobaan
            Adapun prosedur percobaan yang dilakukan untuk menentukan kuat geser pada tanah lempung adalah :
  1. Mengambil tanah lempung dan mencampurkan dengan sedikit tanah.
  2. Mencetak tanah lempung yang telah dicampur dengan air menggunakan cetakan.
  3. Memadatkan tanah lempung yang dicetak dengan cara menekan menggunakan sendok dempul, kemudian meratakan permukaan cetakan.
  4. Mengeluarkan tanah lempung dari cetakan tanpa ada retakan.
  5. memasukkkan hasil cetakan kedalam alat uji kuat geser, kemudian menghitung dan mencatat. Displacement dan dial reading dengan waktu pembacaan setiap 15 detik, menggunakan stopwatch. Pembacaan ditentukan jika 3x hasil pembacaan sama.
  6. Melakukan hal yang sama dari langkah – langkah diatas untuk percobaan berikutnya (cetakan tanah lempung 2 dan 3).

8.5.   Pembahasan
            Diketahui pada sampel yang dicetak berbentuk segi empat kemudian diukur maka didapat:
Lebar Area = 5 cm
Tinggi Area = 2
Luas Area        = 5 x 2 x t
= 5 x 2 x 2
                        = 20
Percobaan dilakukan sebanyak 3 kali denganbeban – beban yang berbeda yaitu:
-          Untuk percobaan 1 diberikan beban sebesar 3 kg
-          Untuk percobaan 2 diberikan beban sebesar 6 kg
-          Untuk percobaan 3 diberikan beban sebesar 12 kg
            Berdasarkan percobaan kuat geser maka didapat data – data berikut dimana terdapat nilai tegangan normal dan tegangan gesernya.


Tabel 8.1. Data hasil percobaan kuat geser
Normal Strain

P1 = 3 kg

P2 = 6 kg

P3 = 12 kg
Normal Stress
σn1 =
σn2 =
σn3 =
Time
Displacement
Dial Reading
Shear Strain
Shear Strees
Displacement
Dial Reading
Shear Strain
Shear Strees
Displacement
Dial Reading
Shear Strain
Shear Strees

1’30
0,5
0,91
0,04
1’10
0,50
0,91
0,04
1’21
0,7
1,28
0,06

1’58
0,2
0,36
0,01
1’28
0,45
0,82
0,04
1’52
1,15
2,11
0,10

1’86
0,25
0,45
0,02
1’48
0,95
1,74
0,08
1’81
1,6
2,94
0,14

2’15
0,35
0,64
0,03
1’69
1,05
1,93
0,09
2’10
1,9
3,49
0,17

2’41
0,5
0,91
0,04
1’89
1,25
2,29
0,11
2’40
2,35
4,42
0,21

2’70
0,55
1,01
0,05
2’9
1,4
2,57
0,12
2’71
2,6
4,78
0,23

2’97
0,60
1,10
0,05
2’28
1,5
2,75
0,13
3’3
2,85
5,24
0,26

3’25
0,6
1,10
0,05
2’48
1,6
2,94
0,14
3’34
3,1
5,70
0,28

3’55
0,65
1,19
0,05
2’69
1,65
3,03
0,15
3’66
3,2
5,88
0,29

3’83
0,70
1,28
0,06
2’89
1,75
3,21
0,16
3’99
3,25
5,97
0,29

4’10
0,80
1,47
0,07
3’9
1,8
3,31
0,16
4’31
3,2
5,88
0,29

4’37
0,90
1,65
0,08
3’28
1,8
3,31
0,16
4’64
3,15
5,79
0,28

4’65
1,15
2,11
0,10
3’48
1,8
3,31
0,16
4’96
2,95
5,42
0,27

4’91
1,35
2,48
0,12




5’27
2,75
5,05
0,25

5’4
1,5
2,75
0,13




5’60
2,75
5,05
0,25

5’38
1,65
3,03
0,15




5’92
2,75
5,05
0,25

5’65
1,75
3,21
0,16







0,25

5’92
1,85
3,40
0,17









6’18
1,9
3,49
0,17









6’46
1,95
3,58
0,17









6’75
1,95
3,58
0,17









7’5
1,95
3,58
0,17











Ø  Shear strain
Shear strain = Pembacaan dial reading x 104 x Kalibrasi alat (18389)
-          Untuk sampel dengan beban 3 kg

Shear strain     = 0,5 x 104 x 18389
      = 0,18 
Shear strain     = 0,2 x 104 x 18389
      = 0,36
Shear strain     = 0,25 x 104x 18389
      = 0,45
Shear strain     = 0,35 x 104x 18389
      = 0,64
Shear strain     = 0,5 x 104x 18389
      = 0,42
Shear strain     = 0,55 x 104x18389
      =1,01

Dan seterusnya     
-          Untuk sampel dengan beban 6 kg

Shear strain     = 0,5 x 104 x 18389
      = 0,42
Shear strain     = 0,45 x 104 x 18389
      = 0,82
Shear strain     = 0,95 x 104 x 18389
      = 1,7
Shear strain     = 1,05 x 104 x 18389
      = 1,93
Shear strain     = 1,25 x 104 x 18389
      = 2,3
Shear strain     = 1,4 x 104 x 18389
      = 2,57

Dan seterusnya
-          Untuk sampel dengan beban 12 kg

Shear strain     = 0,7 x 104 x 18389
      = 1,28
Shear strain     = 1,15 x 104 x 18389
      = 2,11
Shear strain     = 1,6 x 104 x 18389
      = 2,94
Shear strain     = 1,9 x 104 x 18389
      = 3,49
Shear strain     = 2,35 x 104 x 18389
      = 4,23
Shear strain     = 2,6 x 104 x 18389
      = 4,7

Dan seterusnya

Ø  Shear strees
-          Untuk sampel dengan beban 3 kg


Dan seterusnya
-          Untuk sampel dengan beban 6 kg

5

Dan seterusnya
-          Untuk sampel dengan beban 12 kg


Dan seterusnya

Ø  Direct Shear Strees

Tabel 8.2. Data Direct Shear Strees
No
Normal Strees (kg/Cm2)
Shear Strees (kg/Cm2)
C (kg/Cm2)
Φ (0)
1
0,15
0,179

0,42

100
2
0,3
0,165
3
0,6
0,25





 






















Gambar 8.2. Grafik normal strees VS Shear strees

8.6.   Kesimpulan dan Saran
8.6.1.   Kesimpulan
            Berdasarkan percobaan maka dapat ditarik kesimpulan bahwa kuat geser sangat mempengaruhi sifat suatu tanah terhadap suatu perubahan / pergerakan tanah, sehingga bangunan diatasnya dapat bertahan atau tidak tergantung pada seberapa besar tanah dapat bertahan dengan pergeseran itu dengan mempelajari stabilitas massa tanah, tegangan geser, serta kekuatan gesernya.

8.6.2.   Saran
            Pada praktikum kuat geser terdapat keluhan – keluhan yang kami alami diantaranya:
-          Sebaiknya perawatan mesin – mesin terutama ataupun alat – alat praktikum lebih dimaksimalkan.
-          Perbanyak metode pengajaran sehingga praktikan dapat mengerti dimana aplikasi mekanika tanah diterapkan pada industri pertambangan.
-          Aplikasi yang diberikan sebaiknya dicontohkan kedalam suatu kasus / masalah sehingga para praktikan dapat terbiasa menghadapi dan memecahkan masalah – masalah yang akan timbul di dunia mekanika tanah.    
Diposting oleh di Tidak ada komentar:
Langganan: Postingan (Atom)