Cara uji tekan triaksial pada batu di laboratorium

Transkripsi

1 SNI 2815:2009 Standar Nasional Indonesia Cara uji tekan triaksial pada batu di laboratorium ICS Badan Standardisasi Nasional

2 BSN 2011 Hak cipta dilindungi undang-undang. Dilarang menyalin atau menggandakan sebagian atau seluruh isi dokumen ini dengan cara dan dalam bentuk apapun dan dilarang mendistribusikan dokumen ini baik secara elektronik maupun tercetak tanpa izin tertulis dari BSN BSN Gd. Manggala Wanabakti Blok IV, Lt. 3,4,7,10. Telp Fax Diterbitkan di Jakarta

3 SNI 2815:2009 Daftar isi Daftar isi... i Prakata... iii Pendahuluan... iv 1 Ruang lingkup Acuan normatif Istilah dan definisi Ketentuan dan persyaratan Peralatan Alat pembebanan Alat pengatur tekanan Sel triaksial tekan Alat ukur deformasi dan regangan Benda uji dan bahan penunjang uji Benda uji Bahan penunjang uji Pengujian Batasan pengujian Kalibrasi Petugas Penanggung jawab hasil uji Cara pengujian Persiapan pengujian Persiapan koreksi peralatan Prosedur pengujian Pengujian tekan triaksial Penyelesaian pengujian Perhitungan Rumus-rumus perhitungan Regangan vertikal Tegangan deviator Prosedur perhitungan Cara perhitungan Cara penggambaran hasil uji tekan triaksial Laporan uji... 6 BSN 2011 i

4 SNI 2815:20 Lampiran A Bagan alir cara uji tekan triaksial pada batu di laboratorium (normatif)... 7 Lampiran B Contoh formulir hasil uji tekan triaksial pada batu (informatif)... 8 Lampiran C Tabel daftar deviasi teknis dan penjelasannya (informatif) Bibliografi BSN 2011 ii

5 SNI 2815:2009 Prakata Standar tentang Cara uji tekan triaksial pada batu di laboratorium merupakan revisi dari SNI , Metode Pengujian Triaksial B, yang mengacu pada ASTM D Test method for triaxial compressive strength of undrained rock core specimens without pore pressure measurements, dengan perubahan pada judul, penambahan acuan normatif, penambahan dan revisi beberapa materi mengenai persyaratan dan ketentuan serta cara pengujian, penjelasan rumus, pembuatan bagan alir, perbaikan gambar dan pembuatan contoh formulir. Standar ini disusun oleh Panitia Teknis Bahan Konstruksi Bangunan dan Rekayasa Sipil pada Sub Panitia Teknk Bidang Sumber Daya Air melalui Gugus Kerja Pendayagunaan Sumber Daya Air Bidang Bahan dan Geoteknik. Tata cara penulisan disusun mengikuti Pedoman BSN Nomor 8 Tahun 2000 dan dibahas pada forum rapat konsensus pada tanggal 21 November 2006 di Bandung dengan melibatkan para nara sumber, pakar dan lembaga terkait. BSN 2011 iii

6 SNI 2815:20 Pendahuluan Dalam desain bangunan dari batu (batuan) sering dilakukan analisis stabilitas dan penurunan dengan menggunakan parameter batu baik tegangan vertikal dan regangan vertikal, tegangan geser maupun tegangan deviator. Parameter tersebut dapat diperoleh dengan berbagai cara. Dalam melakukan uji triaksial tekan pada batu ini digunakan cara uji tekan triaksial dengan alat pembeban, pengatur tekanan, sel triaksial tekan, alat ukur deformasi dan regangan, benda uji, bahan penunjang uji, dan perlengkapan lainnya. Mengingat diperlukannya parameter kekuatan geser (sudut geser dalam, kohesi), modulus elastisitas batu (modulus Young), dan hubungan antara tegangan dengan regangan pada kondisi tidak terkonsolidasi dan tidak terdrainase di laboratorium, perlu disusun revisi standar berjudul Cara uji tekan triaksial pada batu di laboratorium. Cara uji ini dimaksudkan sebagai pegangan dan acuan dalam uji tekan triaksial di laboratorium dengan cara uji tidak terkonsolidasi dan tidak terdrainase pada benda uji batu. Tujuannya adalah untuk memperoleh parameter kekuatan geser (sudut geser dalam, kohesi), modulus elastisitas batu (modulus Young), dan hubungan antara tegangan dengan regangan pada kondisi tidak terkonsolidasi dan tidak terdrainase di laboratorium, yang dapat digunakan untuk keperluan analisis stabilitas, penurunan, dan desain fondasi. Standar ini diharapkan bermanfaat bagi para laboran atau tenaga teknisi yang berhubungan dengan penyelidikan geoteknik, para pendesain bangunan dan pihak-pihak terkait lainnya. BSN 2011 iv

7 SNI 2815: Ruang lingkup Cara uji tekan triaksial pada batu di laboratorium Standar ini menetapkan cara uji tekan triaksial pada batu di laboratorium, untuk memperoleh parameter-parameter kekuatan geser (sudut geser dalam dan kohesi) dan modulus elastisitas batu (modulus Young) pada kondisi tidak terkonsolidasi dan tidak terdrainase. Parameter tersebut dapat dipergunakan untuk menghitung regangan vertikal dan tegangan deviator tanah dan bagian dari desain fondasi. Standar ini menguraikan tentang prinsip-prinsip cara uji tekan triaksial pada batu, yang meliputi: sistem peralatan uji tekan triaksial batu di laboratorium; benda uji, bahan penunjang uji, dan perlengkapan lainnya; persyaratan peralatan dan pengujian; cara uji; perhitungan parameter; laporan uji; dan contoh uji; Cara uji ini berlaku baik untuk kondisi yang disesuaikan dengan tuntutan desain. 2 Acuan normatif SNI : Metode pengujian kuat tekan uniaxial batu SNI : Metode pengujian modulus elastisitas batu pada tekanan sumbu tunggal SNI : Metode pengujian sifat tahan lekang batu 3 Istilah dan definisi Istilah dan definisi yang berkaitan dengan standar ini adalah sebagai berikut: 3.1 kekuatan geser batu pada kondisi tanpa drainase kekuatan maksimum yang dapat ditahan oleh batu, apabila batu diuji geser dengan cepat sehingga drainase air tidak terjadi. 3.2 keruntuhan benda uji kondisi tegangan pada waktu benda uji runtuh yang biasanya diambil pada tegangan deviator maksimum. 3.3 tegangan deviator beda tegangan utama besar (major principle stress) dengan tegangan utama kecil (minor principle stress). BSN dari 12

8 SNI 2815:20 4 Ketentuan dan persyaratan 4.1 Peralatan (lihat Gambar 1) Alat pembeban Jenis alat pembeban yang digunakan harus memenuhi syarat sebagai berikut: a) Alat dengan kapasitas yang cocok untuk mengukur beban aksial yang bekerja pada benda uji; b) Kecepatan pembebanan tidak boleh berdeviasi lebih dari 10% dari kecepatan yang ditentukan; c) Kecepatan pembebanan untuk pengujian tekan satu arah sampai benda uji hancur, harus dipilih antara 2% sampai 5% dari tinggi benda uji. d) Semua alat ukur harus dikalibrasi sesuai dengan ketentuan spesifikasinya, atau pada saat diperlukan. Keterangan : 1 rangka pembeban 2 dongkrak penekan 3 manometer pengukur tekanan vertikal 4 pompa hidraulik penekan vertikal 5 pompa hidraulik tekanan sel 6 manometer pengukur tekanan sel 7 torak sel 8 karet gelang berkekuatan tinggi 9 katup pelimpah 10 pelat bagian atas 11 cincin karet 12 membran karet 13 benda uji batu 14 oli bertekanan 15 silinder berkekuatan tinggi 16 pelat bagian bawah 17 dudukan berbentuk bola 18 bagian dasar sel 19 alat pengukur deformasi vertikal 20 katup pengisi oli dan tekanan hidraulik 21 dudukan sel pada alat pembeban Gambar 1 Contoh rangkaian peralatan uji tekan triaksial pada batu BSN dari 12

9 SNI 2815: Alat pengatur tekanan Pengatur tekanan yang digunakan harus memenuhi syarat berikut: a) berbentuk pompa hidraulik atau sistem lain; b) berkapasitas cukup untuk menjaga tekanan lateral (σ 3 ) tetap konstan Sel triaksial tekan Bagian-bagian sel triaksial ini harus memenuhi syarat-syarat sebagai berikut: a) Dua buah pelat, dengan ketentuan: 2) berbentuk bundar; 3) mampu menahan beban sampai 20 ton ; b) Sel bertekanan tinggi yang dilengkapi dengan: 1) pipa pelimpah; 2) bagian dasar; 3) katup untuk mengisi oli ke dalam sel dan mengatur tekanan lateral; 4) alat-alat ukur; 5) katup lain yang diperlukan; 6) sel yang bertekanan keliling maksimum 689 MPa Alat ukur deformasi dan regangan Alat ukur deformasl aksial yang digunakan adalah mikrometer yang disambungkan pada sel triaksial dengan syarat sebagai berikut: a) mempunyal ketelitian minimum 0,002 mm; b) kemampuan minimum 5 mm. 4.2 Benda uji dan bahan penunjang uji Benda uji Benda uji yang digunakan harus memenuhi syarat sebagai berikut: a) Benda uji yang diambil dari inti bor harus dapat mewakili massa batu, seperti keadaan mineral, ukuran dan bentuk butiran, keadaan pori dan arah retakan; b) Perbandingan tinggi dengan diameter benda uji 2 sampal 2,5; c) Diameter benda uji minimum 47 mm (1 ¾ ); d) Kadar air benda uji harus disesuaikan dengan tuntutan desain; e) Pengujian dilakukan minimum dengan 3 buah benda uji Bahan penunjang uji Membran karet yang diperlukan harus memenuhi syarat sebagai berikut: 1) Bersifat kedap air dan berfungsi sebagai pembungkus benda uji, tidak retak dan tidak bocor, namun bisa mengeluarkan tekanan keliling oli terhadap benda uji; 2) Mempunyal diameter kurang 1 mm dari diameter benda uji; 3) Mempunyai tebal 1,588 mm (1/16 ). BSN dari 12

10 SNI 2815: Pengujian Batasan pengujian Batasan pengujian yang digunakan harus memenuhi syarat sebagai berikut: a) Apabila diameter benda uji tidak sama dengan diameter piston sel, beban yang diukur harus dikoreksi terhadap perbedaan luas antara benda uji dan piston pembeban melalui karet ke sel; b) Sediakan minimum 3 buah benda uji yang identik untuk setiap pengujian Kalibrasi Semua alat ukur harus dikalibrasi minimum 3 tahun sekali dan pada saat diperlukan, sesuai dengan persyaratan kalibrasi yang berlaku Petugas Petugas pengujian ini adalah laboran atau teknisi yang memahami dan berpengalaman dalam pengujian geser triaksial tekan pada batu, dan diawasi oleh ahli geoteknik Penanggung jawab hasil uji Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam pelaksanaan adalah sebagai berikut: a) Kemampuan petugas pengujian dan pengawas harus kompetensi; b) Nama-nama penguji, pengawas dan penanggung jawab hasil uji harus tertulis dengan jelas, dan disertai paraf atau tanda tangan serta tanggal yang jelas. 5 Cara pengujian 5.1 Persiapan pengujian Lakukan persiapan uji tekan triaksial dengan tahapan sebagai berikut: a) Tempatkan bagian dasar sel pada dudukan sel dari alat pembeban; b) Bersihkan permukaan bantalan pelat bagian atas dan bagian bawah; c) Bersihkan benda uji, dan tempatkan benda uji pada pelat bawah; d) Tempatkan pelat atas pada benda uji, dan atur serta luruskan sebaik-baiknya; e) Bungkus benda uji dan pelat-pelatnya dengan membran karet, dan ikat membran dengan karet gelang pada pelat bagian bawah agar oli sel tidak dapat merembes masuk ke benda uji; f) Pasang benda uji di dalam silinder sel, dan pasang karet gelang yang cocok di sekeliling bagian dasar sel agar tidak terjadi bocoran; g) Hubungkan kabel atau pipa tekanan hidraulik; h) Pasang dan atur alat ukur deformasi, dan isi sel dengan oli. 5.2 Persiapan koreksi peralatan Lakukan koreksi deformasi peralatan dengan tahapan sebagai berikut: a) Masukkan silinder baja yang bersifat elastis ke dalam peralatan; b) Amati perbedaan deformasi antara yang terpasang dan pada alat pembeban; c) Kurangi deformasi total pada setiap pembebanan dengan deformasi alat, untuk mendapatkan deformasi benda uji; d) Hitung regangan aksial benda uji. BSN dari 12

11 SNI 2815: Prosedur pengujian Pengujian tekan triaksial Lakukan pengujian tekan triaksial pada batu dengan tahapan sebagai berikut: a) Beri beban kecil kira-kira 110 N pada sel triaksial tekan dengan menggunakan alat pembeban untuk mengatur posisi bagian-bagian bantalan peralatan; b) Catat pembacaan awal pada alat ukur deformasi; apabila deformasi total dicatat selama pengujian, harus dibuat koreksi deformasi peralatan yang tepat seperti yang diuraikan pada subbab 5.2 di atas; c) Tingkatkan tekanan oli lateral perlahan-lahan hingga batas uji yang ditentukan semula, dan secara bersamaan beri beban aksial secukupnya untuk menghindari penyimpangan alat ukur deformasi terhadap hasil pembacaan awal; d) Apabila batas uji tekanan oli yang ditentukan semula tercapai, baca dan catat beban aksial pada alat pembeban; e) Gunakan beban ini sebagai beban nol atau sebagai beban awal untuk pengujian; f) Beri beban aksial secara menerus tidak secara tiba-tiba hingga beban konstan atau berkurang atau besar regangan yang ditentukan semula tercapai; g) Beri beban dengan cara menjaga kecepatan regangan tetap konstan pada waktu pengujian; h) Jaga tekanan keliling yang ditentukan semula agar tetap konstan pada waktu pengujian, dan baca serta catat hasil pengukuran deformasi yang diinginkan; i) Lakukan minimum 3 kali pengujian triaksial tekan untuk mendapatkan tekanan keliling yang berbeda pada benda uji yang sama Penyelesaian pengujian Lakukan hal-hal yang diperlukan setelah selesai pengujian sebagai berikut : a) Periksa benda uji apakah tidak terembes oli sel; b) Periksa membran karet apakah tidak cacat dan tidak bocor setelah pengujian selesai; c) Timbang dan uji sifat fisik benda uji setelah selesai pengujian. 6 Perhitungan 6.1 Rumus-rumus perhitungan Regangan vertikal Regangan vertikal (ε) dihitung pada setiap bacaan deformasi dengan menggunakan persamaan di bawah ini. ε = δ / L o... (1) dengan: ε adalah regangan vertikal (tanpa satuan); δ adalah deformasi vertikal (mm); L o adalah tinggi benda uji (mm) Tegangan deviator Tegangan deviator (σ 1 - σ 3 ) dihitung dengan menggunakan persamaan di bawah ini. (σ 1 - σ 3 ) = P/A... (2) dengan: σ = (σ 1 - σ 3 ) adalah peningkatan tegangan atau tegangan deviator (MN/m 2 atau MPa); P adalah beban vertikal (MN); A adalah luas benda uji (m 2 ); BSN dari 12

12 SNI 2815:20 σ 1 σ 3 adalah tegangan utama besar (MN/ m 2 atau MPa); adalah tegangan utama kecil (MN/m 2 atau MPa). 6.2 Prosedur perhitungan Cara perhitungan Kerjakan perhitungan dan penggambaran kurva hubungan antara perbedaan tegangan dengan regangan aksial, dengan urutan : a) Beri tanda tegangan lateral (σ 3 ) pada kurva tersebut; b) Hitung tegangan deviator σ = (σ 1 - σ 3 ) dengan menggunakan persamaan (2); c) Hitung regangan vertikal (ε) dengan menggunakan persamaan (1) Cara penggambaran hasil uji tekan triaksial a) Gambar lingkaran Mohr pada susunan sumbu, dengan tegangan geser sebagai sumbu tegak dan tegangan normal sebagai sumbu datar. b) Tentukan selubung (envelope) pada lingkaran-lingkaran tegangan Mohr tersebut. c) Gambarkan selubung (envelope) Mohr yang paling tepat (yang mendekati tangen pada lingkaran-lingkaran Mohr, lihat Lampiran B) dengan memeriksa apakah bidang keruntuhan meningkat atau tidak pada waktu pengujian. d) Periksa penyimpangan bidang ini berdasarkan bidang tegangan utama besar. e) Apabila selubung tersebut di atas berupa garis lurus, tentukan sudut geser dalam φ (atau kemiringan garis sebagai tan φ) dengan membentuk sudut antara garis selubung dan garis horisontal. f) Tentukan kohesi (c) yaitu perpotongan antara garis selubung (envelope) pada sumbu vertikal. g) Apabila selubung tersebut di atas tidak berupa garis lurus, harus dibuat p-q diagram. Selanjutnya, tentukan sudut geser dalam φ (atau tan φ) dan kohesi (c) dari grafik hubungan antara p = ½ (σ 1 + σ 3 ) dengan q= ½ (σ 1 - σ 3 ) untuk minimum 3 benda uji, seperti diuraikan dalam Lampiran B, Gambar B.1. 7 Laporan uji Hasil uji triaksial tekan pada batu dilaporkan dalam bentuk formulir seperti diperlihatkan pada Lampiran B, yang memuat hal-hal sebagai berikut: a) Tanggal pengambilan contoh dan tanggal pengujian; b) Nama lubang bor, diameter lubang bor, elevasi lubang bor, kedalaman contoh, cara pembuatan lubang bor; c) Jenis batu, tempat dan sebaran bidang-bidang lemah, bidang-bidang perlapisan dan schistosity, rekahan besar atau ketidakseragaman; d) Diameter dan panjang benda uji, serta perbandingan dengan syarat dimensinya; e) Kecepatan pembebanan, kecepatan deformasi atau kecepatan remangan; f) Kadar air benda uji batu pada kondisi asli, jenuh, kering kamar, atau kering oven; g) Tipe atau lokasi keruntuhan; gambar/sketsa keruntuhan benda uji; h) Nama-nama teknisi yang melakukan pengujian, pengawas ahli dan penanggung jawab pekerjaan yang ditulis dengan jelas, dan disertai tanda tangannya; i) Hal yang perlu ditampilkan yaitu apabila kurva selubung (envelope) tidak dapat berupa garis lurus berdasarkan lingkaran-lingkaran Mohr yang ada, penentuan parameter φ dan c dibantu dengan penggunaan grafik p-q Lampiran B, Gambar B.1. BSN dari 12

13 SNI 2815:2009 Lampiran A (normatif) Bagan alir cara uji tekan triaksial pada batu di laboratorium Tidak Mulai Uji triaksial batu UU 2. Persiapan sebelum pengujian a) Tempatkan bagian dasar sel pada dudukan sel dari alat pembeban. b) Pasang benda uji dalam silinder sel dan bungkus dengan membran karet yang diikat pada bagian dasar dengan karet gelang. c) Tempatkan pelat atas pada benda uji, dan atur serta luruskan sebaik-baiknya. 3. Pengujian a) Beri tekanan sel (σ 3 ) sesuai dengan kebutuhan desain. b) Catat kondisi awal bacaan deformasi. c) Beri tekanan aksial secara menerus tidak secara tiba-tiba dan secara konstan. d) Jaga tekanan sel agar tetap konstan, dan baca deformasi dan beban normal yang diinginkan pada formulir B.1. e) Lakukan percobaan sampai terjadi keruntuhan. Apakah percobaan selesai? (3 benda uji) Ya 4. Perhitungan dan pelaporan a) Perhitungan pada formulir b) Pembuatan grafik tegangan-regangan c) Plotting lingkaran Mohr dan bidang runtuh SELESAI BSN dari 12

14 SNI 2815:20 Lampiran B (informatif) Contoh formulir hasil uji tekan triaksial pada batu di laboratorium Tabel B.1 Contoh formulir hasil pengujian UJI TEKAN TRIAKSIAL Deskripsi : Tanggal : Lubang bor : Tekanan sel σ 3 : Contoh nomor : Kadar air : Diuji oleh : Derajat kejenuhan : Pengawas : Benda uji : Penanggung jawab : Waktu (menit) Deformasi vert. (0,0254 mm) Regangan ε (%) Beban P (kn) (σ 1 - σ 3 ) mpa Diameter : Tinggi : Luas A : Kuat geser maks. : Regangan : Keterangan BSN dari 12

15 SNI 2815:2009 Tabel B.2 Contoh hasil pengujian UJI TEKAN TRIAKSIAL Deskripsi : batu pasir Tanggal : 12 Juli 1990 Lubang bor : B I kedalaman 10 m Tekanan sel σ 3 : 6,9 MPa Contoh nomor : S 16 Kadar air : 1,6 % Diuji oleh : Nono Derajat kejenuhan : 72,3 % Pengawas : Ir. Suroso D. Benda uji : I Penanggung jawab : Ir. Theo F. Najoan, M.Eng. Waktu (menit) Deformasi vert. (0,0254 mm) Regangan ε (%) Beban P (kn) (σ 1 - σ 3 ) mpa Keterangan , ,568 7,06 0,5 10 0, ,584 16,188 1,0 15 0, ,600 25, , ,616 34,292 1,5 25 0, ,408 42,362 2,0 30 0, ,768 57,491 2,5 35 0, ,352 73,629 3,0 40 0, ,488 87, , ,952 98,835 4,0 50 1, , ,931 4,5 55 1, , ,017 5,0 60 1, , ,05 5,5 65 1, , ,913 Diameter : 53 mm (2,085 inci) Tinggi : 119 mm (4,7 inci) Luas A : 22,05 cm 2 (3,41 inci 2 ) Kuat geser maks. : 123 mpa (1788 Psi) Regangan : 1,28 % BSN dari 12

16 SNI 2815:20 Gambar B.1 Contoh grafik hasil uji tekan triaksial pada batu di laboratorium BSN dari 12

17 SNI 2815:2009 Lampiran C (informatif) Tabel daftar deviasi teknis dan penjelasannya No. Materi Sebelum Revisi 1 Judul Metode Pengujian Triaksial B Cara uji tekan triaksial pada batu di laboratorium 2 Format Format SNI Tetap 2 Acuan normatif Ada ASTM yang terkait agar dipindah ke Bibliografi. 3 Istilah dan definisi Sudah ada Perbaikan sedikit pada beberapa penjelasan, disusun menurut abjad. 4 Penjelasan rumus dan gambar Penjelasan cara kerja peralatan, bagan alir cara uji, dan contoh uji. Sudah ada Lengkapi penjelasan rumus dan gambar, serta cara kerja peralatan secara skematis. 5 Rumus Sudah ada Lengkapi rumus dengan gambar dan satuan serta perhitungannya. 6 Gambar Sudah jelas Perjelas gambar dan cantumkan sumbernya. 7 Contoh Formulir Belum lengkap Penambahan contoh uji/ perhitungan (Lampiran B). BSN dari 12

18 SNI 2815:20 Bibliografi SNI , Metode pengujian triaksial B SNI , Cara uji triaksial untuk tanah dalam keadaan terkondolidasi tidak terdrainase (CU) dan terkonsolidasi terdrainase (CD) ASTM D (1986), Test method for triaxial compressive strength of undrained rock core specimens without pore pressure measurements. Departemen Pekerjaan Umum, 2005, Pedoman penyelidikan geoteknik untuk fondasi bangunan air, Vol.1: Penyusunan program penyelidikan, metode pengeboran dan deskripsi log bor (Pd.T A), Vol.2: Pengujian lapangan dan laboratorium (Pd.T A), dan Vol.3: Interpretasi hasil uji dan penyusunan laporan penyelidikan geoteknik (Pd.T A), Kep.Men. Pekerjaan Umum No: 498/KPTS/M/2005, Jakarta, tgl. 22 Nov FHWA NHI (), Manual on subsurface investigations. International Society for Rock Mechanics Commission (1979), "Suggested Methods for Determining Mud Content, Porosity, Density, Absorption and Related Properties", International Journal Rock Mechanics Mining Sci. and Geomechanics Abstr., Vol. 16. Great Britian, PIT Slope Manual Supplement 3-2, Laboratory Tests For Design Parameters, Mineral Research Program, Mining Research Laboratories, Canmet Report BSN dari 12