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.
|
|
|
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:
- Tanah digunakan sebagai contoh / sampel dan media dalam praktek.
- Air berfungsi sebagai pelunak tanah jika tanah dalam keadaan kering.
8.3.2. Peralatan dan
Fungsinya
Peralatan yang dipakai yaitu:
- 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.
- Skrup sebagai alat perata sampel dan sebagai pengaduk sampel ketika sampel dicetak.
- Plat kaca berfungsi sebagai tempat / media pengadukan contoh dan juga sebagai alas.
- Plat cetak segi empat (cicin) berfungsi sebagai pencetak contoh sehingga dapat muat ketika dimasukkan kedalam alat kuat geser dengan kepadatan tertentu.
- Stopwatch sebagai alat penghitung waktu.
- 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 :
- Mengambil tanah lempung dan mencampurkan dengan sedikit tanah.
- Mencetak tanah lempung yang telah dicampur dengan air menggunakan cetakan.
- Memadatkan tanah lempung yang dicetak dengan cara menekan menggunakan sendok dempul, kemudian meratakan permukaan cetakan.
- Mengeluarkan tanah lempung dari cetakan tanpa ada retakan.
- 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.
- 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.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar