BAB X UJI KUAT TEKAN BEBAS A. TUJUAN Tujuan percobaan ini adalah untuk menentukan kuat tekan tanah pada arah aksial dan karakteristik tegangan – regangan.
B. ALAT DAN BAHAN Alat utama yang digunakan pada percobaan meliputi : 1. Mesin penekan aksial yang dilengkapi dengan proving ring beban dan pengukur regangan (dial gauge) 2. Tabung cetak berbentuk silinder dengan ukuran 50 mm x 100 mm. 3. Oven, dengan suhu yang dapat diatur tetap pada suhu 105oC – 110oC, 4. Timbangan, dengan ketelitian 0,01 g, 5. Cawan 6. Stop watch.
Bahan yang digunakan adalah tanah kohesif dalam kondisi tak terusik. Benda uji berbentuk silinder dengan ukuran diameter dan tinggi adalah 50 mm dan 100 mm.
C. HASIL PERCOBAAN DAN HITUNGAN Hasil percobaan terhadap contoh tanah disajikan sebagai berikut :
1. Data kadar air benda uji Uraian
Simbol
Berat cawan kosong
No. Cawan (1)
(2)
W1 (g)
16,6
17,15
Berat cawan + tanah basah
W2 (g)
67,76
55,91
Berat cawan + tanah kering
W3 (g)
51,16
43
1
2. Data benda uji tekan bebas •
Diameter benda uji
= 50 mm = 0,05 m
•
Tinggi benda uji, Lo
= 100 mm = 0,1 m
•
Luas penampang mula-mula, Ao = 0,00196 m2
•
Volume benda uji, Vo
= 0,000196 m3
•
Berat benda uji, Wo
= 365 g = 0,365 kg
•
Berat volume, γ
= 18,23 kN/m3
3. Data pembebanan Pembacaan Arloji
Perubahan Tinggi
Regangan (%)
Pembacaan Arloji
Penurunan (a)
∆L = a x 10-2 (mm)
ε = ∆L/Lo
Beban (X)
0
0
0
0
100
1
1
10
200
2
2
16
300
3
3
20,8
400
4
4
23,2
500
5
5
25,1
600
6
6
26,5
700
7
7
27,8
800
8
8
28,5
900
9
9
29
1000
10
10
30
1100
11
11
30,5
1200
12
12
31
1300
13
13
31,5
1400
14
14
32
1500
15
15
32,5
1600
16
16
32,6
1700
17
17
32,8
1800
18
18
33
1900
19
19
33
20000
20
20
33
Catatan: Kalibrasi pembacaan arloji beban, P = 0,5053 X0,9867 (kg) 2
Untuk memperoleh nilai kuat tekan maksimum dilakukan beberapa tahapan penghitungan dengan menggunakan persamaan-persamaan berikut : 1. Regangan aksial (ε)
ε=
∆L ×100% Lo
dengan, ∆L = perubahan panjang benda uji (m), dan Lo = panjang atau tinggi benda uji mula-mula (m). 2. Luas penampang benda uji selama pembebanan (Ac)
Ao 1− ε
Ac =
dengan, Ao = luas penampang benda uji mula-mula (m2), dan ε = regangan aksial. 3. Tegangan aksial (σ)
σ=
P Ac
dengan, Ac = luas penampang terkoreksi (m2), dan P = beban aksial = 0,5053 X0,9867 (kg), dimana X = pembacaan arloji beban. 4. Kurva tegangan – regangan, dibuat dengan dengan menghubungkan data regangan aksial (ε) pada sumbu absis dan tegangan aksial (σ) pada sumbu ordinat. Kuat tekan aksial ditentukan berdasarkan nilai tegangan aksial maksimum, qu = σmax. Regangan yang dicapai pada saat qu adalah regangan runtuh (εf). 5. Modulus elastisitas awal (Es) Modulus elastisitas awal (initial modulus of elasticity) adalah kemiringan bagian kurva teganan – regangan yang lurus mulai dari awal kurva (titik O). Modulus elastisitas dihitung :
Es =
∆σ ∆ε
dengan, ∆σ = beda tegangan aksial di antara dua titik pada garis lurus kurva awal, dan ∆ε = beda regangan aksial di antara dua titik pada garis lurus kurva.
3
Contoh hitungan: Untuk pembacaan arloji a = 100; ∆L = 100 x 10-3 mm = 0,1x 10-3 m 1. Regangan aksial : ε =
∆L 1×10−3 ×100% = ×100% = 1% Lo 0,1
2. Luas penampang terkoreksi, Ac =
Ao 0, 00196 = = 0, 001983 m 2 1 − ε 1 − 1× 10−2
3. Beban, P = 0,5053 ( X )
0,9867
= 0,5053 (10 )
4. Tegangan aksial, σ =
P 4,9 × 9,81× 10−3 = = 24, 24 kN m 2 0, 001983 Ac
0,9867
= 4,9 kg
Hasil penghitungan selengkapnya dan kurva hubungan tegangan - regangan disajikan pada Lampiran. Kuat tekan bebas atau tegangan aksial maksimum , qu = 66,59 kN/m2 dan regangan εf = 15%. 5. Modulus elastisitas, diambil dua titik pada bagian yang lurus kurva tegangan – regangan yaitu titik 1 dan 2 :
•
Titik 1 : σ1 = 30 kN/m2; ε1 = 0,0124
•
Titik 2 : σ2 = 10 kN/m2; ε1 = 0,004
Es =
30 − 10 ∆σ σ 1 − σ 2 = = = 2424 kN/m 2 ∆ε ε1 − ε 2 0, 0124 − 0, 004
D. PEMBAHASAN Pada uji kuat tekan bebas, benda uji tidak dikekang dalam arti tegangan keliling (σ3) sama dengan nol. Sehingga gaya yang diterapkan selama proses pembebanan merupakan gaya aksial (σ1) yang bekerja pada benda uji. Kuat tekan bebas diperoleh dari tegangan aksial maksimum. Pada percobaan ini diperoleh nilai tegangan aksial maksimum adalah 66,59 kN/m2 dan regangan εf = 15%. Nilainilai tersebut memberikan arti bahwa beban aksial yang dapat diterima oleh tanah untuk setiap luasan 1 m2 adalah sebesar 66,59 kN dengan penurunan sebesar 0,15 m untuk tanah setebal 1 m. Nilai kuat tekan bebas atau kuat geser dalam kondisi tak terdrainase dapat digunakan untuk memperkirakan derajat kekakuan tanah. Craig (2004) menyajikan suatu criteria seperi disajikan pada Tabel 10.1. 4
Tabel 10.1 Klasifikasi kekuatan tanah (Craig, 2004)
Kuat tekan, qu (kN/m2)
Kondisi Kekakuan Keras (hard)
> 300 150 – 300
Sangat kaku (very stiff)
75 – 150
Kaku (stiff)
40 – 75
Agak kaku (firm)
20 – 40
Lunak (soft) Sangat lunak (very soft)
< 20
Berdasarkan klasifikasi yang diberikan pada Tabel 10.1 dan hasil percobaan, maka tanah yang diuji dapat diklasifikasikan sebagai tanah yang agak kaku (firm). Regangan maksimum yang dialami benda uji adalah 20%. Tegangan aksial pada regangan maksimum ini mencapai 63,62% yaitu 96% dari tegangan aksial maksimumnya. Selisih antara tegangan aksial maksimum dan tegangan aksial saat runtuh adalah 4%. Hasil ini menunjukkan bahwa tidak terjadi penurunan yang berarti pada saat tanah mengalamai keruntuhan. Kondisi ini mengindikasikan bahwa tanah bersifat liat (ductile). Derajat daktilitas tanah dapat dinyatakan dengan modulus elastisitas (Craig, 2004) yang didefiniskan sebagai nilai banding antara tegangan dan regangan. Pada percobaan ini nilai modulus elastisitas awal Es = 2424 kN/m2. Pada prinsipnya, semakin besar nilai modulus elastisitasnya maka perilaku tanah lebih elastis. E. LAMPIRAN Tabel 10.1 Hasil penghitungan tegangan – regangan aksial
Pembacaan Arloji
∆L
ε
Penurunan (a)
(mm)
(%)
0
0
0
0
100
1
1
200
2
300
X
P
σ
Ac (mm2)
(kN/m2)
0
0,00196
0
10
4,90
0,00198
24,24
2
16
7,79
0,00200
38,15
3
3
20,8
10,09
0,00202
48,92
400
4
4
23,2
11,24
0,00205
53,92
500
5
5
25,1
12,15
0,00207
57,67
600
6
6
26,5
12,82
0,00209
60,21
(kg)
5
Pembacaan Arloji
∆L
ε
Penurunan (a)
(mm)
(%)
700
7
7
27,8
800
8
8
900
9
1000
X
P
Ac
σ
(mm2)
(kN/m2)
13,44
0,00211
62,45
28,5
13,77
0,00213
63,31
9
29
14,01
0,00216
63,71
10
10
30
14,49
0,00218
65,15
1100
11
11
30,5
14,73
0,00221
65,48
1200
12
12
31
14,96
0,00223
65,80
1300
13
13
31,5
15,20
0,00226
66,08
1400
14
14
32
15,44
0,00228
66,35
1500
15
15
32,5
15,68
0,00231
66,59
1600
16
16
32,6
15,73
0,00234
66,00
1700
17
17
32,8
15,82
0,00237
65,61
1800
18
18
33
15,92
0,00239
65,21
1900
19
19
33
15,92
0,00242
64,42
20000
20
20
33
15,92
0,00245
63,62
(kg)
6
70
60
Tegangan aksial, σ (kPa)
50
40
1
30
20 ∆σ 2
10
∆ε
0 0
5
10
15
Regangan aksial, ε (%) Gambar 10.1 Kurva tegangan – regangan aksial
7
20
25
