BAB 3 METODOLOGI
3.1
Tahapan Penelitian Tahapan penelitian ini dimulai dengan mempersiapkan seluruh bahan yang dibutuhkan. Pada penelitian ini bahan yang dipersiapkan yaitu sampel tanah merah, pasir, dan agregat kasar yang lolos saringan nomor 3/4 dan 3/8 dan tertahan di saringan nomor 4. Hal ini dikarenakan tanah merah, pasir dan agregat kasar adalah material yang umumnya digunakan pada proyek timbunan dilapangan misalnya pada proyek timbunan untuk jalan, untuk jalan kereta api, untuk lapangan udara dan proyek timbunan yang lainnya. Jenis uji yang dilakukan yaitu uji kuat geser langsung (direct shear test). Berdasarkan standar dari ASTM D-3080-04 bahwa contoh benda uji harus mewakili kondisi dilapangan. Uji yang dilakukan yaitu uji kuat geser langsung antara material geotekstil dengan tanah merah, antara geotekstil dengan pasir, dan antara geotekstil dengan agregat kasar, kemudian juga dilakukan uji kuat geser langsung terhadap material timbunan itu sendiri tanpa geotekstil. Untuk masing-masing percobaan terdiri dari 20 buah sampel, untuk percobaan tes kuat geser langsung antara tanah dengan geotekstil woven, pasir dengan geotekstil woven, agregat kasar dengan geotekstil woven masing-masing terdiri dari 20 sampel. Hal yang sama juga dilakukan yaitu percobaan kuat geser
26
27
langsung antara material timbunan dengan geotekstil nonwoven dan percobaan antara material timbunan dengan geotekstil komposit. Kemudian juga dilakukan tes kuat geser langsung antara tanah merah tanpa geotekstil, pasir tanpa geotekstil, dan agregat tanpa geotekstil dan masing-masing percobaan terdiri dari 20 sampel, sehingga total seluruh sampel pada percobaan ini adalah 240 sampel. Ananisis data hasil percobaan ini menggunakan kriteria keruntuhan mohrcoloumb dimana dari besar gaya geser yang didapat akan di plot grafik hubungan antara tegangan geser dan tegangan normal. Kemudian dari grafik dapat ditarik garis linier untuk mendapat kan parameter c dan υ dari setiap percobaan, setelah itu nilai c dan υ akan dibandingkan agar didapat besar rasio perbandingan dan dapat ditarik kesimpulan.
28
Mulai
Identifikasi Masalah
Tinjauan Pustaka
Tes kuat geser langsung antara material timbunan dengan geotekstil
Geotekstil woven dengan pasir,tanah, dan agregat
Tes kuat geser langsung antara material timbunan
Geotekstil nonwoven dengan pasir, tanah, dan agregat Geotekstil komposit dengan pasir, tanah dan agregat
Percobaan direct shear antara tanah tanpa geotekstil, pasir tanpa geotekstil dan agregat tanpa geotekstil
Perbandingan hasil Kesimpulan & saran Selesai
Gambar 3.1 Metodologi Penelitian
29
Berdasarkan bagan yang telah dibuat, dapat dilihat bahwa tahap penelitian dimulai dari mengidentifikasi masalah berdasarkan topik yang telah dibuat. Kemudian mulai melakukan persiapan bahan dan peralatan yang dibutuhkan, setelah itu mempersiapkan alat tes direct shear. Setelah semua alat dan bahan telah dipersiapkan, kemudian melakukan percobaan berdasarkan petunjuk yang telah ditentukan. Ada dua jenis percobaan yaitu percobaan tes kuat geser langsung antara material geotekstil dan material timbunan dan percobaan kuat geser antara material timbunan tanpa geotekstil. Ada 3 jenis material timbunan yang digunakan pada penelitian ini yaitu tanah merah, pasir, dan agregat kasar. Hasil dari seluruh percobaan akan dibandingkan antara kekuatan geser material timbunan dengan geotekstil dan kekuatan geser material timbunan tanpa geotekstil. parameter yang didapat dari percobaan ini berfungsi untuk mengetahui perilaku interface yang terjadi. Adapun tipe dan spesifikasi dari geotekstil yang akan digunakan pada percobaan ini yaitu:
Geotekstil woven slit film Properties Raw Material Colour Wide width tensile strength - Machine Direction - Cross Machine Direction Wide width tensile elongation - Machine Direction
Test Method PHYSICAL MECHANICAL
Units
HRX 250
-
Polypropylene Black
ASTM D 4595
kN/m
33 38
ASTM D 4595
%
11
30
-
Cross Machine Direction
8
Trapezoid Tearing Strength - Machine Direction - Cross Machine Direction Mullen Burst CBR Puncture Strength Index Puncture Resistance
ASTM D 4533
N
ASTM D 3786 kN/m2 ASTM D 6421 N ASTM D 4833 N HYDRAULIC Apparent Opening Size ASTM D 4751 mm Permeability ASTM D 4491 cm/sec Permitivity ASTM D 4491 sec-1 Flow rate ASTM D 4491 l/m2/min ENVIRONMENTAL Effect of Soil Alkalinity Effect of Soil Acidity Effect of Bacteria Effect of UV light DIMENSION Roll Width m Roll Length m
760 590 4990 5180 700 0,28 0,03 0,42 1050 Nil Nil Nil Stabilized 3,85 or 4,00 150
Geotekstil nonwoven continuous filament needle punched. Properties Physical Characteristics Polymer UV Resistance - Tensile strength retention - Puncture strength retention Chemical resistance Tensile strength Tensile elongation Performance energy CBR Puncture strength
Test Standard -
Units
TS 60
-
-
-
Continous filament, nonwoven needle punched 100% polypropylene, UV stabilized
ISO 10319
-
ISO 12236
-
>70% Strength retention after 3 month outdoor weathering
ISO 10319 ISO 10319 Calculated ISO 12236
kN/m % kN/m N
No influence at pH 2-13 19 80/35 5,5 2900
31
Effective opening size Vertical water flow 50 mm head Horizontal water flow 20 kPa Horizontal water flow 200 kPa Nominal mass Thickness Grab strength (MD/CD) Grab elongation (MD/CD) Rod Puncture resistance Apparent opening size Permitivity Form of supply - Width - Length - Area - Weight of roll
ISO 12956 ISO 11058
mm l/m/s2
0,09 72
ISO 12958
l/m/h
13
ISO 12958
l/m/h
3
ISO 9864 g/m2 ISO 9863 mm ASTM D 4632 N
250 2,2 1150/1025
ASTM D 4632 %
75/40
ASTM D 4833 N
500
ASTM D 4751 mm ASTM D 4491 S-1
0,19 2
-
4 135 540 145
m m m2 kg
Geotekstil komposit PEC 50 Properties Characteristic short term tensile strength (MD) Characteristic short term tensile strength (CD) Strain at short term strength Partial factor-creep rupture at 120 years design life Creep limited strength at 120 years design life Partial factor – costruction damage in clay,silt or sand Partial factorenvironmental effects soil environment pH<11 at 120 years design life
Unit kN/m
PEC 50 50
kN/m
14
%
10
-
1,55
kN/m
32,3
-
1,02
-
1,10
32
Long term design strength at 120 years design life in clay,silt or sand Water flow rate normal to the plane Water flow rate in the plane Nominal mass
kN/m
28,8
mm/s
65
10-7m2/s l/mh g/m2
30 11 295
1. Untuk geotekstil komposit menggunakan tipe PEC 50 dengan Ultimate Tensile Strength 50 kN/m. 3.1.1
Pengujian Sebelum pengujian kuat geser langsung dilakukan, terlebih dahulu
dilakukan pengujian yang bertujuan untuk mengidentifikasi jenis dari material timbunan tersebut. Adapun tes yang dilakukan untuk mengidentifikasi jenis dari material timbunan yang digunakan yaitu tes atteberg limit (PL dan LL) sedangkan untuk material agregat kasar dan agregat halus dilakukan uji gradasi. 3.1.2
Uji Gradasi Agregat Halus Tujuan dari pengujian ini yaitu untuk menghitung perbandingan agregat
halus dan kasar menjadi gabungan yang mempunyai gradasi yang diinginkan secara analisa atau saringan ayakan. Selain itu tes ini juga dapat diperoleh gambaran emngenai susunan butiran dari agregat halus tersebut. Prosedur pengujian adalah sebagai berikut :
Agregat halus tersebut dikeringkan didalam suhu 110 o C selama ½ jam atau 1 jam sampai berat tetap
33
Timbang agregat halus sebanyak 1000 gram, kemudian benda uji tersebut disaring dengan menggunakan saringan no.4 keatas.
Agregat yang lolos saringan no. 4 tersebut di timbang kemudian dimasukan kedalam saringan yang tersusun berurutan yaitu saringan no.4, no.8, no.16, no. 30, no.100, dan no.200
Setelah itu agregat halus diayak selama 15 menit
Kemudian keluarkan agregat dari masing-masing saringan dan bersihkan dengan kuas kemudian timbang jumlah agregat yang tertahan pada setiap saringan.
Gambar 3.1 Tes Gradasi Agregat Halus 3.1.3
Uji Gradasi Agregat Kasar Tujuan dari pengujian ini yaitu untuk menghitung perbandingan agregat
halus dan kasar menjadi gabungan yang mempunyai gradasi yang diinginkan dengan analisa saringan atau ayakan.
34
Prosedur pengujian adalah sebagai berikut:
Timbang agregat kasar sebanya 1000 gram kemudian masukan kedalam saringan yang telah tersusun yaitu dengan urutan saingan no.3/4, no.3/8, no.4, no.8, no.16, no.30, no.50, dan no.100
Saring agregat tersebut selama 15 menit
Setelah itu keluarkan agregat dari saringan dan timbang agregat yang tertahan pada setiap saringan.
3.1.4
Tes Atteberg Limit (Plastic Limit dan Liquid Limit) Adapun tes yang dilakukan pada tanah yaitu untuk mengetahui jenis
tanah yaitu tes LL(Liquid Limit) dan PL (Plasticity Limit). Prosedur tes LL (Liquid Limit ) sebagai berikut :
Contoh tanah dimasukan kedalam mangkuk porselin dan kemudian dicampur dengan air dan diaduk hingga homogen
Contoh tanah yang telah diaduk kemudian dimasukan kedalam alat mangkuk casagrande selapis demi selapis dan diusahakan tidak ada udara diantara diantara lapisan dengan memakai spatula. Tebal tanah lebih kurang 0,5 inci pada bagian tengahnya.
Tanah pada mangkuk casagrande dibuat celah dengan menggunakan grooving tool dalam arah tegak lurus mangkuk, dilaakukan dengan hati-hati agar tidak terjadi retak pada bagian bawahnya.
35
Alat casagrande dijalankan dengan kecepatan konstan 2 putaran perdetik, dan tinggi jatuh 1 cm, dilakukan hingga tanah merapat sepanjang 0,5 inci. Pada saat itu alat casagrande dihentikan dan jumlah ketukan dicatat.
Setelah itu tanah didalam alat casagrande diambil sebagian kemudian ditimbang beratnya, kemudian dimasukan kedalam oven
Setelah lebih dari 18 jam kemudian tanah tersebut di keluarkan dan ditimbang lagi untuk dicari kadar airnya.
Gambar 3.2 Tes Liquid Limit Tes yang dilakukan selanjutnya yaitu tes PL (Plastic Limit) Prosedur tes PL (Plastic Limit) adalah sebagai berikut:
Contoh tanah dimasukan kedalam mangkuk porselin dan kemudian dicampur dengan air suling, setelah itu diaduk hingga homogeny.
Contoh tanah tersebut diambil sedikit lalu digulung diatas pelat kaca sampai berdiameter 1/8 inci (3,2 mm). Bila kadar air berlebih, pada waktu contoh tanah mencapai diameter 3,2 mm, tidak terjadi retak-retak halus. Maka percobaan ini harus di ulang kembali dengan menambahkan contoh
36
tanah. Bila kadar air kurang, maka sebelum contoh tanah akan retak-retak sebelum mencapai diameter 3,2 mm. Percobaan ini harus diulang kembali sehingga contoh tanah mengalami retak-retak pada waktu mencapai diameter 3,2 mm.
Contoh tanah yang retak-retak halus pada diameter 1/8 inci (3,2 mm) dibagi menjadi dua bagian yang kira-kira sama besar dan kemudian di masukan kedalam wadah kemudian ditimbang beratnya.
Setelah itu tanah dimasukan kedalam oven, kemudian setelah 18 jam di keluarkan dan ditimbang kembali untuk dicari kadar airnya.
Gambar 3.3 Tes PL (Plastic Limit) 3.1.5
Uji Kuat Geser Langsung (Direct Shear Test) Uji yang dilakukan pada penelitian ini adalah uji tes kuat geser langsung
dengan alat direct shear test. Tes ini bertujuan untuk mengetahui kuat geser antara material geotekstil dengan material timbunan dan kuat geser antara material timbunan tanpa geotekstil. kemudian dari seluruh data yang didapat dari percobaan dibandingkan agar dapat ditarik kesimpulan mengenai besar kekuatan geser yang dihasilkan.
37
Gambar 3.4 Direct Shear Test Machine Kekuatan geser dapat diukur langsung dengan pemberian beban konstan vertikal (normal) pada sampel dan pemberian gaya geser tertentu dengan kecepatan konstan dan perlahan-lahan untuk menjaga tegangan air pori tetap nol hingga tercapai kekuatan geser maksimum. Tegangan normal didapat dengan pembagian besarnya gaya normal dengan permukaan bidang geser, konsep ini dijelaskan dengan rumus:
σn =
𝑃 , dimana : 𝐴
(3.1)
σn = Tegangan Normal (kg/cm2) P = Gaya Normal (kg) A = Luas permukaan bidang geser (cm2) Pada saat melakukan percobaan, nilai tegangan geser didapat dengan menghitung gaya geser yang didapat dari pembacaan maksimum load ring dial
38
setelah dikalikan dengan nilai kalibrasi proving ring (LRC), kemudian gaya geser tersebut dibagi dengan luas shear box.
τ=
G × kalibrasi proving ring A
, dimana :
(3.2)
τ = tegangan geser (kg/cm2) G = gaya geser, didapat dari pembacaan maksimum load ring dial A = luas penampang shear box Kalibrasi proving ring = 0,464 kg/div Untuk metoda pengujian kuat geser langsung dengan alat direct shear , tahap pertama yang dilakukan yaitu mempersiapkan alat uji direct shear. Berikut ini adalah beberapa komponen yang terdapat pada alat uji direct shear yaitu :
Shear box (kotak geser) yang terdiri dari 2 buah rangka untuk memegang contoh tanah dengan baik dan dapat disatukan satu sama lain dengan sektup pada waktu konsolidasi. Kedua rangka diusahakan mempunyai bidang persentuhan yang kecil mungkin untuk mengurangi gesekan. Kedua rangka terletak di dalam kotak yang dapat diisi air untuk merendam contoh tanah selama percobaan berlangsung. Rangka begian atas mempunyai dudukan yang dihubungkan dengan piston yang berhubungan dengan proving ring. Proving ring ini dipergunakan untuk mengukur gaya geser horizontal yang digunakan untuk menggeser contoh tanah.
39
Proving ring
Dial untuk mengukur deformasi vertikal dan horizontal
Beban
Pelat untuk menjepit contoh tanah
Ring untuk mengambil atau mencetak contoh tanah dari tabung sampel
Dolly, yang berfungsi untuk memindahkan contoh tanah dari ring ke shear box
Timbangan dengan ketelitian 0,01 gr
Kertas filter
Oven
Stopwatch
Pisau dan palet
40
Berikut ini adalah gambar alat yang digunakan pada penelitian :
Gambar 3.5 Batu Porous, Dolly dan ring
Gambar 3.6 Shear Box dan Penutup
Gambar 3.7 Geotekstil woven, nonwoven dan komposit
41
Gambar 3.8 Alat beban dan Pemadat sampel
Gambar 3.9 Pemotong sampel dan Kertas saring
Gambar 3.10 Oven untuk mengeringkan sampel
42
Hal-hal yang perlu diperhatikan sebelum melakukan percobaan yaitu :
Melakukan persiapan alat uji
Sebelum mengoperasikan peralatan harus dilakukan pemeriksaan dan benda uji harus dipersiapkan
Alat yang digunakan harus dalam keadaan baik dan proving maupun alat pengukur yang lain telah dikalibrasikan.
Contoh sampel benda uji harus representative artinya mewakili kondisi yang akan terjadi dilapangan.
Lengan beban dalam kedudukan vertikal
Prosedur pengujian adalah sebagai berikut:
Menyiapkan semua peralatan yang diperlukan Mengeluarkan shear box dari tempat airnya, jadikan satu shear box bagian atas dan bawah dengan memasang baut penguncinya kemudian masukan pelat dasar pada bagian paling bawah dari shear box dan diatasnya dipasang batu berpori. Diatas baru berpori tersebut diberi kertas filter. Kemudian siapkan peralatan dan tanah yang akan di uji.
Sampel dimasukan kedalam ring kemudian dipadatkan dengan alat pemadat
43
Gambar 3.11 Sampel dipadatkan
Setelah sampel padat, masukan sampel ke dalam shear box dengan menggunakan dolly.
Setelah itu shear box diletakan di tempat airnya.
Gambar 3.12 Shear box diletakan
Piston proving ring diatur agar tepat menyinggung shear box bagian atas, ini berarti proving ring belum menerima beban. Jadi dial proving ring juga harus diatur tepat pada nol, demikian juga dial pengukur deformasi horizontal.
Siapkan beban. Lengan pembebanan ini mempunyai perbandingan panjang 1:10, jadi beban yang bekerja juga mempunyai perbandingan 1:10.
44
Sebelum contoh tanah digeser, terlebih dahulu menentukan kecepatan penggeserannya. Kecepatan penggeseran yang umumnya dipakai adalah 0,3 mm/menit.
Sebelum melakukan penggeseran, baut pengunci antar shear box harus di buka terlebih dahulu.
Gambar 3.13 Baut pengunci harus dibuka sebelum melakukan penggeseran
Kemudian mulai melakukan penggeseran, penggeseran dilakukan dengan kecepatan konstan.
Gambar 3.14 Melakukan Penggeseran
Setelah penggeseran selesai, kembalikan shear box pada posisi semula dengan menggerak mundur secara manual, lepaskan beban konsolidasi dan keluarkan shear box dari tempatnya.
45
Keluarkan contoh tanah dari shear box, timbang berat contoh tanah ini dan masukan kedalam oven selama 24 jam dalam suhu 105o C, untuk mengetahui kadar airnya.
Untuk sampel material timbunan (tanah, pasir atau agregat) yang di uji dengan bahan geotekstil (woven, nonwoven, dan komposit) maka posisi geotekstil diletakan di tempat terjadinya gesekan antara sampel pada shear box bagian atas dan bagian bawah. Gaya normal
Batu porous Shear box atas
Sampel tanah
Geotekstil
Gaya geser
Shear box bawah
Batu porous
Gambar 3.15 Tempat geotekstil diletakkan
Gambar 3.16 Posisi Geotekstil di tempat terjadinya gesekan
46
Setelah semua benda uji di tes, tahap selanjutnya yaitu melakukan interpretasi hasil dari uji geser langsung diantaranya yaitu:
Isi tabel uji geser langsung
Plot grafik antara tegangan normal (σ) dengan tegangan geser (τ)
Plot tegangan geser maksimum untuk setiap tegangan normal yang diberikan, tarik garis lurus (regresi linier, y = ax + b) dari ketiga titik tersebut untuk menentukan nilai c dan υ.
Persamaan garis yang diperoleh dalam percobaan ini dikenal sebagai kriteria keruntuhan mohr-coloumb dan dinyatakan dengan persamaan : τ = c + σ tan υ
(3.3)
dimana : τ = tegangan geser (kg/cm2) c = kohesi (kg/cm2) σ = tegangan tekan (kg/cm2) υ = sudut gesek (o) 3.2
Teknik Pengumpulan Data Data yang didapat dari hasil percobaan kemudian dibuat menjadi grafik yang
menyatakan hubungan antara tegangan normal dengan besar tegangan geser yang dihasilkan, dari grafik tersebut didapat nilai kohesi (c) dan sudut gesek (υ) dari setiap percobaan. Kemudian nilai (c) dan (υ) hasil percobaan kuat geser antara material timbunan dengan geotekstil akan dibandingkan dengan nilai (c) dan (υ) hasil percobaan
47
kuat geser material timbunan yang alamiah (tanpa geotekstil). Setelah dibandingkan kemudian dibuat kesimpulan. Kesimpulan yang didapat dari hasil penelitian ini diharapkan bisa menjadi acuan dalam menganalisa perilaku interface antara geotekstil terhadap material timbunan.
