LAPORAN PRAKTIKUM MEKANIKA TANAHUNCONFINED COMPRESSION TEST

KELOMPOK 10

Rosi Nursani1106002500Christian1106011814Ade Mochamad Yusuf1106052386

Tanggal Praktikum: 3 - 4 Oktober 2013Asisten Praktikum: Vicki BenitaTanggal Disetujui:Nilai:Paraf:

LABORATORIUM MEKANIKA TANAHDEPARTEMEN TEKNIK SIPILFAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS INDONESIADEPOK2013

I. PENDAHULUAN

a) Maksud dan Tujuan PercobaanUntuk mencari nilai unconfined shear strength dari tanah berbutir halus dengan kondisi undrained, seperti lempung yang tersaturasi dan cemented soils.

b) Alat dan Bahan Unit mesin Unconfined Compression Test Sampel tanah undisturbed dari tabung Cetakan silinder contoh tanah uji (mould) Jangka sorong dengan ketelitian 0,01 mm Oli (minyak pelumas) Extruder mekanis dan manual Gergaji kawat Spatula Timbangan dengan ketelitian 0,01 gram Can Oven Palu

c) Teori DasarKuat geser tanah adalah gaya perlawanan yang dilakukan oleh butir tanah terhadap desakan atau tarikan. Bila tanah mengalami pembebanan akan ditahan oleh ; Kohesi tanah yang tergantung pada jenis tanah dan kepadatannya Gesekan antar butir butir tanah

Ada beberapa cara untuk menentukan kuat geser tanah:1. Direct Shear TestPada uji ini tegangan normal (N) pada benda uji diberikan dari atas kotak geser. Gaya geser diterapkan pada setengah bagian kotak geser. Selama pengujian perpindahan (L) akibat gaya geser dan perubahan tebal (h) benda uji dicatat. Pada tanah pasir bersih yang padat, tahanan geser bertambah sampai beban puncak, dimana keruntuhan geser terjadi, sesudah itu kondisi menurun dengan penambahan penggeseran dan akhirnya konstan, kondisi ini disebut kuat geser residu. Sudut gesek dalam padat (m) dalam kondisi padat diperoleh dari tegangan puncak, sedang sudut gesek dalam kondisi longgar (t) diperoleh dari tegangan batas (residu).

Figure 1. Skema Uji Direct Shear

2. Triaxial TestPada uji ini, sampel berselubung karet dimasukan dalam tabung kaca, ruang dalam tabung kaca diisi air, benda uji ditekan dengan tekanan sel (3) yang berasal dari tekanan cairan dalam tabung. Untuk menghasilkan kegagalan geser pada benda uji, tekanan aksial dikerjakan melalui bagian atas benda uji sampai benda uji runtuh. Besarnya tekanan aksial yang diberikan dicatat (). Tegangan = 1 3 disebut tegangan deviator. Regangan aksial diukur selama penerapan tegangan deviator. Akibat penambahan regangan akan menambah penampang melintang benda uji. Karenanya koreksi penampang benda uji dalam menghitung tegangan deviator harus dilakukan.

Figure 2. Alat Uji Triaxial

3. Vane Shear TestPengujian ini digunakan untuk menentukan kuat geser undrained baik di laboratorium maupun dilapangan terhadap lempung jenuh yang tidak retak-retak. Sangat cocok terhadap lempung lunak.

4. Unconfined Compression Test

Figure 3. Skema Uji Tekan Bebas (UCT)Pada uji ini, sudut geser dalam () = 0 dan tidak ada tegangan sel (3=0), jadi yang ada hanya beban vertikal (1) menyebabkan tanah menjadi retak dibagi satuan luas yang dikoreksi (A) disebut Unconfined Compression Strength (qu).

Harga qu ini bisa juga didapat dari lingkaran mohr :

Figure 4. Grafik mohr untuk mencari nilai qU

Cara menghitung luas contoh tanah dapat dijelaskan sebagai berikut: Isi contoh semula

dimana : = Isi sampel mula-mula (volume) = panjang sampel mula-mula = luas penampang sampel mula-ula

Sesudah beban vertikal diberikan :Panjang menjadi , isi menjadi , dan luas menjadi . Persamaannya dapat ditulis sebagai berikut: dan ( dan diukur selama percobaan)

Figure 5. Perubahan yang terjadi pada sampel selama percobaan berlangsung

Dari persamaan diatas didapat:

Percobaan unfined compression test ini dilakukan dalam kondisi undrained, dimana tidak adanya aliran air selama pembebanan sehingga tidak terjadi perubahan volume , sehingga persamaannya menjadi:

dimana: = regangan

Pada percobaan ini besarnya gaya yang bekerja dapat diketahui yaitu

dimana: = Gaya yang hendak dicari = Pembacaan pada dial = Faktor kalibrasi alat (0,186)

Sementara itu, nilai dan dapat dicari dengan persamaan:

dimana: = Unconfined compression strength = Kekuatan geser tanah

Pada percobaan ini dimensi sampel harus memenuhi syarat:

dimana: = Diameter sampel = Tinggi sampelHal ini didasarkan pada apabila , sudut bidang runtuhnya akan mengalami overlap dan sementara jika , contoh tanah akan berlaku sebagai kolom dan kemungkinan akan terjadi tekuk. Perbandingan idealnya adalah

II. PROSEDUR PRAKTIKUM

a) Persiapan Praktikum1. Mengeluarkan sampel tanah undisturbed dari tabung dan memasukkannya ke dalam cetakan silinder uji (dengan menggunakan extruder mekanis) dan potong dengan gergaji kawat.2. Meratakan kedua ujung sampel tanah di dalam silinder uji menggunakan spatula selanjutnya mengeluarkannya dari silinder uji dengan ekstruder manual.3. Mengukur dimensi sampel tanah.4. Menimbang berat awal sampel tanah tersebut.

b) Jalannya Praktikum1. Menempatkan sampel uji pada mesin Unconfined Compression test sesegera mungkin untuk menghindari hilangnya kadar air pada sampel uji.2. Menaikkan pelat bawah dengan memutar kenop hingga ujung atas sampel uji mengenai pelat atas dan dial gauge untuk pembebanan tersentuh. Kunci kenop tersebut agar mesin Unconfined dapat bekerja3. Menset dial menjadi nol dan mulai jalankan mesin Unconfined.4. Catat pembacaan Load Dial setiap penurunan dial bertambah 0.02 inch atau 0.025 cm. Pembacaan dihentikan jika nilai Load Dial mulai bergerak stabil atau turun selama 3 kali pembacaan.5. Melakukan proses remoulded yaitu melebur kembali sampel uji yang telah dicoba dan dipadatkan kembali dengan cara ditumbuk secara konstan langsung pada silinder uji. Berat sampel uji remoulded haruslah sama dengan berat sampel uji undisturbed.6. Ulangi percobaan nomor 2 4.

III. PENGOLAHAN DATA

a) Data Percobaan

DeformasiUndisturbed SampleDisturbed Sample

Load DialLoad Dial

2510.518

501531

752046

1002758

1253568

1504576

1755782

2007185

2258686

250102

275115

300124

325129

350131

LRC0.186

Diameter3.57cm

Tinggi7.16cm

Area10.014cm2

Volume71.699cm3

WCan10gram

WWet + Can116gram

WDry + Can86gram

WMould128gram

b) Menentukan kadar air (moisture content) dan kerapatan (density) sampelKadar air (:

Kerapatan (: Untuk sampel tanah saturated

Untuk sampel tanah dry

c) Menentukan kuat tekan bebas () dan kuat geser tanah ()Untuk sampel undisturbed

Untuk sampel disturbed (remoulded)

d) Menentukan Sensitivity

e) Menentukan hubungan strain dan stress pada sampel undisturbedLoad Dial ReadingSample DeformationStrainArea Correction FactorCorrected AreaLoad on SampleStress

ML=L/L01-A=A0/(1-)P=MxLRC1=P/A

10.50.0250.003490.99710.0491.9530.194

15.00.0500.006980.99310.0842.7900.277

20.00.0750.010470.99010.1203.7200.368

27.00.1000.013970.98610.1565.0220.495

35.00.1250.017460.98310.1926.5100.639

45.00.1500.020950.97910.2288.3700.818

57.00.1750.024440.97610.26510.6021.033

71.00.2000.027930.97210.30213.2061.282

86.00.2250.031420.96910.33915.9961.547

102.00.2500.034920.96510.37618.9721.828

115.00.2750.038410.96210.41421.3902.054

124.00.3000.041900.95810.45223.0642.207

129.00.3250.045390.95510.49023.9942.287

131.00.3500.048880.95110.52924.3662.314

Load Dial ReadingStrainStress

%kg/cm2

10.50.3490.194

15.00.6980.277

20.01.0470.368

27.01.3970.495

35.01.7460.639

45.02.0950.818

57.02.4441.033

71.02.7931.282

86.03.1421.547

102.03.4921.828

115.03.8412.054

124.04.1902.207

129.04.5392.287

131.04.8882.314

f) Menentukan hubungan strain dan stress pada sampel disturbedLoad Dial ReadingSample DeformationStrainArea Correction FactorCorrected AreaLoad on SampleStress

ML=L/L01-A=A0/(1-)P=MxLRC1=P/A

180.0250.003490.99710.0493.3480.333

310.0500.006980.99310.0845.7660.572

460.0750.010470.99010.1208.5560.845

580.1000.013970.98610.15610.7881.062

680.1250.017460.98310.19212.6481.241

760.1500.020950.97910.22814.1361.382

820.1750.024440.97610.26515.2521.486

850.2000.027930.97210.30215.8101.535

860.2250.031420.96910.33915.9961.547

Load Dial ReadingStrainStress

%kg/cm2

180.3490.333

310.6980.572

461.0470.845

581.3971.062

681.7461.241

762.0951.382

822.4441.486

852.7931.535

863.1421.547

g) Perbandingan grafik sampel undisturbed dengan sampel disturbedStrainUndisturbedDisturbed

StressStress

(%)kg/cm2kg/cm2

0.3490.1940.333

0.6980.2770.572

1.0470.3680.845

1.3970.4951.062

1.7460.6391.241

2.0950.8181.382

2.4441.0331.486

2.7931.2821.535

3.1421.5471.547

3.4921.828-

3.8412.054-

4.1902.207-

4.5392.287-

4.8882.314-

IV. ANALISIS PRAKTIKUM

a) Analisis Percobaan

Praktikum ini bertujuan untuk mencari nilai unconfined shear strength dari tanah berbutir halus dengan kondisi undrained, yakni kuat geser tanah bebas (tidak ada tegangan sel, 3=0) dalam kondisi tidak terjadinya pengaliran air pori selama pembebanan sehingga tidak terjadi perubahan volume . Sebelum dilakukan pengujian, terlebih dahulu praktikan mengambil contoh atau sampel tanah undisturbed dimana struktur dan sifat asli dari tanah tersebut masih asli dan belum terganggu. Pengambilan tanah undisturbed dilakukan dengan metode hand boring menggunakan tabung khusus berukuran besar. Tabung besar tersebut sebelumnya telah diberi minyak pelumas (oli) dibagian dalamnya agar tanah mudah dikeluarkan saat di-extrude nantinya. Tanah yang telah diambil melalui tabung besar tersebut kemudian bagian atas dan bawahnya ditutup dengan plastik untuk menjaga kadar air tanah tersebut.Pada tahap persiapan, sebelum praktikan mengeluarkan tanah undisturbed dari tabung hand boring terlebih dahulu praktikan melakukan pengukuran dimensi dari cetakan silinder (mould kecil) yang nantinya digunakan untuk mencetak sampel uji UCT dengan menggunakan jangka sorong. Dimensi mould yang diukur ialah tinggi mould dan diameter mould bagian dalam sehingga data tersebut dapat mewakili luas permukaan dan volume sampel uji. Mould tersebut kemudian diberi minyak pelumas di bagian dalamnya agar sampel ujinya mudah dikeluarkan.Percobaan diawali dengan dikeluarkannya sample tanah undisturbed dari tabung hand boring (yang ukurannya besar) menggunakan extruder mekanis. Saat proses extruding, di atas tabung hand boring diletakkan mould agar tanah yang dikeluarkan dari tabung langsung masuk ke dalam mould. Setelah tanah memenuhi volume mould, dilakukan pemisahan (dengan cara pemotongan) antara tanah di tabung dengan tanah di mould. Pemotongan ini dapat menggunakan gergaji kawat ataupun pisau dan hasilnya tidak harus rata, karena nantinya akan ada proses perataan permukaan sampel dalam mould itu sendiri.Sebelum sampel uji dikeluarkan dan dibawa ke mesin UCT, kedua permukaan sampel uji harus diratakan terlebih dahulu sampai tidak ada permukaan yang menonjol. Pemerataan permukaan sampel harus dilakukan agar pemberian beban nantinya benar-benar tegak lurus terhadap seluruh permukaan sampel sehingga besar tegangan yang diberikan tidak berubah. Alat yang digunakan untuk meratakan sampel ialah pisau cutter karena ketajamannya yang tinggi (tipis) dan permukaannya yang rata. Setelah dilakukan pemerataan permukaan sampel, sampel dikeluarkan dari mould menggunakan extruder manual. Kemudian sampel dibawa ke mesin UCT untuk dilakukan pembebanan. Mula-mula, alat harus di set ketinggiannya melebihi tinggi sampel agar sampel dapat dimasukkan ke area pembebanan. Setelah itu, sampel diletakkan tepat di tengah-tengah pembebanan dan alat kembali diturunkan sampai menyentuh seluruh permukaan sampel uji. Apabila tidak menyentuh seluruh permukaannya, maka sampel tersebut masih belum rata (kemungkinan permukaannya miring atau masih ada tonjolan). Pada mesin UCT ini, terdapat 2 dial yang harus dikalibrasi, dial pertama menunjukkan besarnya deformasi sampel dan dial kedua menunjukkan besarnya tegangan yang diberikan alat terhadap sampel. Saat pembebanan dilakukan, mesin dinyalakan dalam mode otomatis dimana kecepatannya konstan. Pembacaan dial kedua dilakukan setiap terjadi penurunan (deformasi) sebesar 0,025 cm yang ditunjukkan pada dial pertama. Pembacaan berhenti dilakukan ketika load dial kedua sudah tidak mengalami kenaikan lagi atau bahkan mengalami penurunan. Itu artinya bahwa sampel tidak mampu lagi mengalami deformasi dan nilai tersebut merupakan kekuatan maksimum dari sampel uji. Setelah dilakukan kompresi terhadap sampel uji, secara visual dapat dilihat perbedaannya. Sampel tersebut mengalami perubahan luas dibagian tengahnya (menggembung di tengah-tengah) dan terlihat pola keretakannya. Perubahan luas sampel (menjadi lebih besar) dan penurunan tinggi/deformasi (menjadi lebih kecil) menggambarkan ketepatan hukum Poisson Ratio. Karena perubahan luas sampel tersebut, perlu dilakukan koreksi luas melalui perhitungan.Setelah sampel undisturbed selesai diuji, kemudian sampel tersebut dihancurkan menjadi butiran-butiran kecil. Dalam penguraian sampel menjadi butiran-butiran kecil, ternyata terdapat benda bukan tanah yang kemudian dibuang. Adanya benda bukan tanah tersebut tentu mempengaruhi volume dan kekuatan dari sampel sebelumnya. Setelah itu, butiran-butiran kecil tersebut dimasukkan kembali ke dalam mould yang sama dan dilakukan pemadatan (compaction) agar tanah memenuhi volume mould tersebut. Setelah dilakukan pemadatan hingga memenuhi seluruh volume mould, ternyata tanah yang tersisa masih cukup banyak. Hal ini mengindikasikan bahwa pemadatan yang dilakukan kurang optimal. Sampel tanah dalam mould tersebut merupakan sampel disturbed karena telah mendapat perlakuan dari luar dan struktur aslinya sudah berubah. Kemudian pada sampel tersebut dilakukan hal yang sama seperti sampel undisturbed untuk kemudian dibandingkan hasilnya. Sebagai penutup percobaan, praktikan melakukan penimbangan terhadap berat tanah basah dan berat tanah kering (setelah di oven) untuk menghitung kadar air sampel.

b) Analisis Hasil

Secara alamiah, kuat tekan tanah akan berkurang banyak apabila tanah tersebut diuji ulang lagi setelah tanah tersebut menderita kerusakan struktural tanpa adanya perubahan dari kadar air. Dari besarnya nilai kuat tekan bebas (qu) yang dihasilkan dalam praktikum ini, sampel tanah undisturbed memiliki kuat tekan maksimum yang lebih besar dibandingkan dengan sampel tanah disturbed. Nilai qu yang didapat dari sampel undisturbed sebesar 2,433 kg/cm2, sementara untuk sampel disturbed sebesar 1,597 kg/cm2. Kuat tekan ini melambangkan besarnya tegangan yang dapat diterima tanah hingga tanah itu tidak mampu lagi berdeformasi. Semakin besar kuat tekan tanah maka semakin padat tanah tersebut sehingga ikatan antar partikelnya semakin kuat, dalam hal ini dinyatakan dalam kohesi. Kohesi yang kuat akan menyulitkan pemisahan partikel-partikel tanah (melalui pergeseran). Sehingga dapat dipastikan bahwa kuat geser dari sampel undisturbed (c=1,217 kg/cm2) dalam praktikum ini lebih besar dibanding kuat geser dari sampel disturbed (c=0,799 kg/cm2).Kesensitifan (sensitivity) merupakan sifat berkurangnya kekuatan tanah akibat adanya kerusakan struktural tanah tersebut. Tingkat kesensitifan dapat dirumuskan sebagai rasio (perbandingan) antara kekuatan tanah yang masih asli (undisturbed) dengan kekuatan tanah yang sama setelah terkena kerusakan (disturbed), bila tanah tersebut diuji dengan cara tekan bebas. Tanah jenis lempung memiliki sifat sensitif yang berbeda-beda, berikut klasifikasinya:

SensitifitasLempung

1Tidak senditif

1-2Sensitifitas rendah

2-4Sensitifitas sedang

4-8Sensitifitas tinggi

8-16Sensitifitas ekstra

>16Quick

Tabel Sensitifitas Lempung (Peck et al, 1951)

Sampel tanah yang digunakan dalam praktikum ini, memiliki rasio kesensitifan sebesar 1,523; dimana tergolong ke dalam tanah sensitifitas kecil. Artinya, kerusakan structural yang dialami tanah tidak berpengaruh besar terhadap perubahan kuat takan maupun kuat geser tanah.Dari praktikum ini juga diperoleh grafik hubungan regangan dan tegangan antara sampel undisturbed dan disturbed. Berikut grafik perbandingannya:

Pada grafik tersebut terlihat jelas bahwa sampel undisturbed mampu menerima tegangan yang jauh lebih besar dibandingkan dengan sampel disturbed, hal ini sesuai dengan analisa mengenai kekuatan tanah yang telah dipaparkan sebelumnya. Pada tiap sampel, dilakukan pembebanan kontinu (yang bebannya bertambah secara konstan) hingga tiap sampel mencapai titik akhir regangannya. Pada titik tersebut, sampel tanah tidak mampu lagi mengalami deformasi sehingga tegangan pada titik akhir tersebut merupakan gambaran dari beban maksimum yang dapat diterima sampel tanah. Jika diperhatikan bahwa pada ujung garis, grafik cenderung melandai, hal ini menunjukkan kemampuan sampel dalam menahan beban sudah di ujung batas. Apabila beban yang diberikan melebihi beban maksimum tersebut, maka sampel tanah tersebut akan mengalami keruntuhan (failure). Berikut gambar pola keruntuhan tanah undisturbed dan disturbed:

Figure 7. Pola keruntuhan sampel DisturbedFigure 6. Pola keruntuhan sampel Undisturbed

Pola keruntuhan pada sampel tanah undisturbed cenderung hanya berbentuk garis lurus sejajar (dengan jumlah sedikit) dengan arah beban aksial yang diberikan selama pembebanan dikarenakan sifat kepadatan dan kohesi yang masih tinggi dari sampel tersebut. Berbeda dengan sampel tanah disturbed, dimana pola keruntuhannya berupa garis lurus dalam arah aksial dan lateral dikarenakan kepadatan dan kohesinya yang telah berkurang. Keretakan sampel disturbed mayoritas terjadi pada sampel bagian dasar dikarenakan pada awal memasukkan sampel ke dalam mould, pemadatan yang dilakukan kurang optimal.

c) Analisa Kesalahan

Ada beberapa kesalahan yang mungkin terjadi dalam praktikum Unconfined Compression Test ini, di antaranya:1. Kesalahan paralaks, yaitu kesalahan dalam pembacaan skala pengukuran akibat sudut tangkap penglihatan yang tidak tegak lurus. Kesalahan paralaks dalam praktikum ini dapat terjadi ketika dilakukan pengukuran dimensi mould menggunakan jangka sorong dan pembacaan dial pada mesin UCT.2. Kesalahan dalam meratakan permukaan sampel dalam mould. Sampel yang tidak merata, permukaannya miring, dan masih terdapat bagian yang menonjol atau berlubang akan mempengaruhi nilai tegangan yang diberikan mesin UCT.3. Kesalahan dalam melakukan kalibrasi. Pembacaan yang salah mulai dari awal akan menghasilkan data yang tidak valid.4. Kesalahan dalam melakukan pemadatan, dimana usaha pemadatan yang kurang optimum dapat mempengaruhi kepadatan sampel uji sehingga kuat geser tanah tersebut menjadi kecil. Kesalahan ini dapat dlihat dari jumlah tanah yang tersisa setelah diremoulded.5. Kesalahan dalam meletakkan sampel uji tepat di tengah-tengah pembebanan. Apabila sampel tidak tepat berada di tengah, maka distribusi tegangan yang diberikan juga tidak akan merata.Selain faktor-faktor di atas, tingkat kesalahan pada praktikum UCT ini juga dipengaruhi oleh praktikum sebelumnya yaitu hand boring dimana proses pelaksanaannya akan mempengaruhi kondisi undisturbed tanah.

V. KESIMPULAN

Dari percobaan Unconfined Compression Test ini dapat diambil beberapa kesimpulan, antara lain:1. Kuat tekan bebas dan kuat geser tanah undisturbed lebih besar dari tanah disturbed. Tanah undisturbed pada praktikum ini mempunyai kuat tekan bebas sebesar 2,433 kg/cm2 dan kuat geser sebesar 1,217 kg/cm2. Sementara tanah disturbed pada praktikum ini mempunyai kuat tekan bebas sebesar 1,597 kg/cm2 dan kuat geser sebesar 0,799 kg/cm22. Tanah yang strukturnya sudah terganggu (rusak) akan mengalami penurunan kekuatan.3. Tanah yang digunakan dalam praktikum tergolong dalam tanah jenis lempung dengan kesensitifan rendah, dimana apabila terjadi kerusakan struktural pada tanah tersebut maka perubahan (penurunan) kuat tekan dan gesernya tidak begitu besar.4. Tanah memiliki tegangan ultimate yang mampu menahan beban maksimum, apabila beban yang dialami melebihi nilai maksimum tersebut maka akan terjadi keruntuhan (failure).5. Dalam percobaan ini berlaku hukum Poisson Ratio, dimana tanah mengalami regangan pada arah lateral (pertambahan luas) dan regangan pada arah aksial (penyusutan tinggi).

VI. REFERENSI

Departemen Sipil Fakultas Teknik Universitas Indonesia. Modul Praktikum Mekanika Tanah 2. Depok: Laboratorium Mekanika Tanah, 2009.

Herman ST, MT. Bahan Ajar Mekanika Tanah II.

VII. LAMPIRAN

Gambar 2. Proses pemerataan permukaan sampelGambar 1. Tabung hand boring berisi sampel undisturbed

Gambar 5. Pola keretakan sampel disturbedGambar 4. Pola keretakan sampel undisturbedGambar 3. Extruder Manual