PENGUKURAN GESER PADA INTERFACE KAYU-TANAH DENGAN PENGUJIAN GESER LANGSUNG (DIRECT SHEAR TEST)

Transkripsi

1 Rekayasa Sipil Volume II1, omor 1, April 2007 ISS : PEGUKURA GESER PADA ITERFACE KAYU-TAAH DEGA PEGUJIA GESER LAGSUG (DIRECT SHEAR TEST) ABSTRAK Oleh Liliwarti Jurusan Teknik Sipil Politeknik egeri Padang Kampus Limau Manis Padang Cerucuk adalah salah satu jenis/tipe fondasi di atas tanah lunak yang berupa tiang dengan ukuran kecil dan tidak sampai pada kedalaman tanah keras, sehingga daya dukung yang ditimbulkan hanya mengandalkan friksi (interface) antara dinding tiang dengan tanah. Perencanaan cerucuk memerlukan analisis kapasitas dukung tiang yang tepat yang hanya mengandalkan gesek atau adhesif dari dinding tiang dengan tanah, yang besarnya tergantung dari parameter kuat geser yaitu kohesi (c) dan sudut geser dalam ( ). Studi laboratorium secara intensif untuk mempelajari dan menentukan karakteristik mekanik gesekan antara tanah dan kayu dengan pengujian geser langsung (direct shear test). Pengujian ini menggunakan alat uji geser langsung, dengan ukuran kotak uji 6 cm x 6 cm, uji geser dilakukan antara pasir ottawa kayu dan antara tanah lempung kayu. Pengujian ini dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui besarnya sudut geser dalam dan kohesi antara kayu pasir dan kayu lempung setelah tahanan geser maksimum tercapai. Hasil pengujian menunjukkan perbandingan nilai sudut geser dalam antara pasir kayu / = 0.88, sedangkan untuk lempung kayu / = Kata kunci : geser langsung, kayu PEDAHULUA Di Indonesia banyak dijumpai lokasi/daerah dengan lapisan tanah lunak, umumnya kuat dukung tanah di daerah ini rendah, sehingga timbul masalah terjadinya penurunan yang besar, bahkan tidak merata. Pembangunan konstruksi di atas tanah unak memerlukan penanganan yang serius seperti pemilihan jenis/tipe fondasi atau perbaikan tanah yang tepat. Cerucuk adalah salah satu jenis/tipe fondasi di atas tanah lunak yang berupa tiang dengan ukuran kecil dan tidak sampai pada kedalaman tanah keras, sehingga daya dukung yang ditimbulkan hanya mengandalkan friksi (interface) antara dinding tiang dengan tanah. Pemakaian cerucuk adalah salah satu tipe perbaikan tanah (soil reinforcement) yang dapat meningkatkan kuat dukung tanah, biasanya bahan yang digunakan untuk cerucuk adalah kayu dan bambu. Perencanaan cerucuk memerlukan analisis kapasitas dukung tiang yang tepat yang hanya mengandalkan gesek atau adhesif dari dinding tiang dengan tanah, yang besarnya tergantung dari parameter kuat geser yaitu kohesi (c) dan sudut geser dalam ( ), sehingga dirasa perlu melakukan penelitian mengenai pengukuran geser residu pada interface kayu tanah. Pada penelitian ini digunakan kayu Meranti kelas kuat II, tanah yang digunakan yaitu tanah lempung dan tanah pasir, sedangkan alat uji yang digunakan yaitu uji geser langsung (direct shear test). Tujuan Tujuan penelitian ini yaitu untuk mempelajari perilaku interaksi kayu-tanah setelah tahanan geser maksimum tercapai, dan menggambarkan grafik hubungan antara tegangan dan regangan, karena perilaku gesekan tersebut merupakan parameter penting guna pemahaman dan pengembangan teknologi pemanfaatan kayu sebagai fondasi tiang dan sebagai perkuatan tanah (soil reinforcement). 8

2 Rekayasa Sipil Volume II1, omor 1, April 2007 ISS : Perumusan Masalah Pentingnya nilai parameter kuat geser terhadap analisis fondasi, maka dapat dirumuskan beberapa masalah yang akan diteliti: Apakah dengan adanya interface kayutanah dapat meningkatkan nilai kohesi dan sudut geser dalam, Membandingkan nilai kuat geser maksimum dengan kuat geser residu pada interface kayu-tanah, Membandingkan nilai kohesi dan sudut geser dalam pada interface kayu-pasir dan kayu-lempung. Untuk memahami perilaku interaksi kayu-tanah dilakukan pemodelan di laboratorium dengan batasan batasan masalah sebagai berikut: 1. Pengujian dilakukan di laboratorium dengan menggunakan alat uji geser langsung 2. Bidang geser atau bidang kontak antara kayu dengan tanah adalah horizontal. 3. Tanah dianggap sebagai material homogen dan isotropis 4. Gaya yang dimobilisir pada bidang geser bekerja pada satu permukaan kayu. 5. Kayu yang digunakan adalah kayu meranti dengan kelas kuat II, pada penelitian ini tidak dilakukan pengujian mengenai sifatsifat fisis dan mekanis kayu. 6. Keadaan runtuh dan perilaku interaksi berdasarkan atas kriteria interaksi dari teori Coulomb yang dikarakteristikan dengan perilaku elastoplastis. TIJAUA PUSTAKA Peranan geoteknik dalam rekayasa teknik sipil merupakan bagian yang tak terpisahkan karena geoteknik adalah salah satu komponen dari sistem rekayasa teknik sipil. Masalah perancangan bukan hanya masalah stabilitas tetapi harus juga dapat memberikan jawaban deformasi dan tegangan yang timbul, apakah masih dalam batas batas yang dapat diterima oleh suatu sistim struktur dalam tiap tahapan pelaksanaannya, misalnya pada analisis fondasi tiang yang mengandalkan friksi untuk menahan beban yang bekerja, maka perilaku gesekan antara material fondasi dengan tanah menjadi penting dalam melakukan suatu analisis atau kajian. Pemanfaatan bambu sebagai perkuatan (soil reinforcement), Darjanto (2005) meneliti tentang studi penggunaan fabrikasi tiang dari bambu pada konstruksi timbunan di atas tanah lunak, bambu yang digunakan yaitu bambu Betung (Dendrocalamus Asper) yang dilaminasi dan digunakan sebagai perkuatan (soil reinforcement) untuk mengatasi kelongsoran pada tanah timbunan di atas tanah lunak. Hasil penelitian menunjukan dengan adanya bambu sebagai perkuatan pada lereng deformasi yang terjadi lebih kecil dibandingkan tanpa perkuatan (gambar 1 dan 2). Untuk menganalisi data dari hasil pengujian yang dilakukan di laboratorium dipakai cara statistik, dengan jumlah sampel pada masing masing variasi pengujian sebanyak sembilan (9) buah sampel. Gambar 1 Deformasi yang terjadi tanpa Bamboo Pile (Darjanto 2005). 9

3 Rekayasa Sipil Volume II1, omor 1, April 2007 ISS : Gambar 2 Deformasi yang terjadi dengan Bamboo Pile (Darjanto 2005). Purwanto (2000) meneliti tentang pengukuran geser residu pada interface geosintetik-tanah dengan pengujian geser langsung. Tanah yang digunakan adalah tanah pasir Leucate yang telah dinormalisasi sebagai bahan uji di laboratorium, pemberian beban diberikan secara siklik. Kuat Geser Tanah Kuat geser tanah adalah gaya perlawanan yang dilakukan oleh butir butir tanah terhadap desakan atau tarikan. Dasar pengertian ini (Coulomb 1976 dalam Hardiyatmo 2002), apabila tanah mengalami suatu pembebanan, maka beban tersebut akan ditahan oleh kohesi tanah (c) dan gesekan antara butir-butir tanah yang besarnya berbanding lurus dengan tegangan normal pada bidang gesernya, hal tersebut diefinisikan sebagai fungsi : = c+ tan..(1) dengan: : tegangan geser ( k/m 2 ), c : kohesi tanah (k/m 2 ), : sudut geser dalam, antar tanah dengan tanah ( ), : tegangan normal (k/m 2 ). Prinsip uji geser (gambar 3). Apabila suatu benda mendapat gaya W, timbul reaksi sebesar yang arahnya berlawanan dengan W (Gambar 3.a). Jika pada benda diberikan gaya horizontal sedikit, dan timbul reaksi F yang besarnya tergantung pada kekasaran permukaan bidang geser (Gambar 3.b). Resultan (R) adalah kombinasi antara vektor dan F (Gambar 3.c). Apabila gaya P ditambah, maka gaya friksi juga meningkat sampai mencapai nilai maksimum (limiting value F mak ), maka benda akan berpindah, maka kombinasi antar dan Fmak membentuk sudut sebesar yang disebut sudut geser dalam (angle of friction) c. a. F W Sudut geser dalam Gambar 3 Friksi dan sudut geser dalam d b W F mak R mak F Persamaan tersebut disebut kriteria keruntuhan Mohr Coulomb. 10

4 Tegangan geser Rekayasa Sipil Volume II1, omor 1, April 2007 ISS : f = c + tan f : Tegangan geser saat runtuh (k/m 2 ), c g : adhesi antara butiran tanah dengan 3 bahan lain(k/m 2 ), f1 1 2 : koefisien gesekan antara tanah dengan bahan lain ( ). c sedangkan untuk tanah pasir kohesi (c) nol maka f = tan...(3) Tegangan normal Gambar 4 Hubungan antara tegangan normal dan tegangan geser saat runtuh Tabel 1 ilai-nilai /φ (Kulhawy dkk, 1983 dalam Hardiyatmo, 2001 Gesekan antara tanah dan /φ bahan tiang Uji kuat geser tanah dapat menggunakan beberapa cara diantaranya: 1. Uji geser langsung (Direct shear Test) 2. Uji tiaxial (Triaxial Test) 3. Uji tekan bebas (Unconfined compression Test) 4. Uji geser Kipas (Vane Shear Test) Pasir dan beton kasar (beton cetak di tempat) Pasir dan beton halus (beton pracetak) Pasir dan baja kasar (baja kasar) Pasir dan baja halus (baja dicat dengan aspal) Pasir dan kayu Kekuatan geser tanah ( f ) di suatu titik pada bidang tertentu dikemukakan oleh Coulomb sebagai suatu fungsi linier terhadap tegangan normal ( f ) pada bidang tersebut pada titik yang sama, sebagai berikut : f = c + f tan dengan: f : tegangan geser ( k/m 2 ), c : kohesi tanah (k/m 2 ), : sudut geser dalam, antar tanah dengan tanah ( ), : tegangan normal (k/m 2 ). sedangkan untuk menentukan tegangan geser antara tanah dengan bahan lain adalah sebagai berikut : f = c g + tan...(2) TUJUA DA MAFAAT PEELITIA Tujuan penelitian ini yaitu untuk mempelajari perilaku interaksi kayu-tanah setelah tahanan geser maksimum tercapai, dan menggambarkan grafik hubungan antara tegangan dan regangan Manfaat dari penelitian ini diharapkan dapat memanfaatkan kayu sebagai material sub struktur yang mengandalkan friksi, maka perilaku gesekan antara material fondasi dengan tanah menjadi penting dalam melakukan suatu analisis atau kajian sehingga permasalahan stabilitas bangunan dapat dianalisis dengan baik. 11

5 Rekayasa Sipil Volume II1, omor 1, April 2007 ISS : METODE PEELITIA Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah tanah lempung, sedang pasir yang digunakan adalah pasir ottawa. Alat yang digunakan pada pengujian ini yaitu alat uji geser langsung yang tujuannya untuk mendapatkan nilai kohesi tanah dan sudut geser dalam, dilakukan uji geser antara pasirpasir, kayu-pasir dan lempung-lempung, kayu - lempung. Pengujian dilakukan menurut ASTM D Satu unit alat uji geser langsung (Gambar 6) terdiri atas: 1. Balok penggantung beban, 2. Proving ring penbacaan beban geser, 3. Tombol on/off, 4. Dial gauge, untuk membaca perpindahan arah vertikal, 5. Pengatur kecepatan penggeseran, 6. Box penempatan benda uji Benda uji Benda uji terdiri dari pasir dan lempung, cetakan benda uji berbentuk segi empat dengan ukuran 6 cm x 6 cm dan tinggi 2.0 cm, sedangkan untuk uji geser antara kayu dengan tanah, cetakan benda uji sebagian diisi dengan kayu dan sebagian lagi diisi dengan tanah. F Benda uji Bidang geser a Posisi benda uji sebelum dites Gambar 6 Alat uji gesser langsung. Prosedur Penelitian Penelitian ini dilakukan dalam dua tahap, tahap pertama yaitu penelitian pendahuluan yang dilakukan di laboratorium yaitu, kadar air, berat jenis, analisa butir dan atterberg limit. Data ini diperlukan untuk menunjang analisa dalam pembahasan. Tahap kedua, yaitu uji geser langsung (direct shear). F Hasil Uji Pendahuluan Kadar air Hasil Uji Kadar Air dari tiga kali pengujian didapat rata-rata % b Posisi benda uji sesudah dites Berat Jenis Hasil Uji Berat Jenis dari tiga kali pengujian didapat rata-rata 2.74 Gambar 5 Posisis benda uji dalam cetakan 12

6 Persentase Lolos (%) Rekayasa Sipil Volume II1, omor 1, April 2007 ISS : Analisa saringan Grafik Analisa Saringan dengan : A: luas tampang benda uji(cm 2 ) Diameter Saringan (mm) Pasir-Pasir c=0 =43 0 Gambar 7 Grafik Hasil Uji Analisa Saringan Batas Cair Hasil Uji Batas Cair didapat nilai Batas Cair (LL) = 62 % Gambar 8 Grafik Hasil Uji Geser Pasir-Pasir Pasir- kayu 1 Batas Plastis Perhitungan Batas Plastis Kadar air rata-rata merupakan batas plastis yaitu sebesar 32,56 %. IndekPlast is LL PL IndekPlast is 62% 32.56% IP 29.5% Gambar 9 Grafik Hasil Uji Geser Pasir-Kayu 1 Pasir- kayu 2 c=0 =38 0 Hasil Uji Geser Langsung Benda uji dimasukan ke dalam cetakan, sesuai dengan kepadatan yang ada pada kotak uji. Gaya geser maksimum yang bekerja P max untuk setiap benda uji dihitung dengan = c + n tg Gambar 10 Grafik Hasil Uji Geser Pasir-Kayu 2 Pasir- kayu 3 c=0 =38 0 P = bacaan saat beban maksimum dengan : : tegangan geser (kg/cm 2 ), P: gaya geser ( tergantung dari proving ring yang digunakan), X: pembacaan arloji beban geser. c=0 =37 0 Gambar 11 Grafik Hasil Uji Geser Pasir-Kayu 3 Tegangan geser maksimum = P/A (kg/cm 2 ) 13

7 Shear stress (kg/cm2) Rekayasa Sipil Volume II1, omor 1, April 2007 ISS : Lempung-kayu pasir-pasir pasir-kayu1 pasir-kayu2 psir-kayu3 Linear (pasir-pasir) Linear (pasir-kayu1) Linear (pasir-kayu2) Linear (psir-kayu3) c=0.8 =16 0 Gambar 16 Grafik Hasil Uji Geser Lempung- Kayu 3 ormal Stress (kg/cm2) Gambar 12 Gabungan antara pasir- pasir dan pasir kayu Tanah lempung Lempung-lempung c=0.11 =25 0 Gambar 13 Grafik Hasil Uji Geser Lempung- Lempung Lempung-kayu (kg/cm 2 ) 0.30 GRAFIK ATARA n DA lempunglempung lempung-kayu1 lempung kayu 2 lempung - kayu3 Linear (lempunglempung) 0.20 Linear (lempungkayu1) 0.10 Linear (lempung kayu 2) 0.00 Linear n (kg/cm 2 ) (lempung - kayu3) Gambar 17 Grafik Gabungan antara lempunglempung dan lempung-kayu HASIL DA PEMBAHASA c=0.1 =21 0 Gambar 14 Grafik Hasil Uji Geser Lempung- Kayu 1 Lempung-kayu2 c=0.1 =18 0 Gambar 15 Grafik Hasil Uji Geser Lempung- Kayu 2 Secara umum, hasil pengujian geser langsung di laboratorium menunjukkan kecendrungan yang sama perilaku gesekan antara tanah pasir dengan kayu untuk semua pengujian (dengan variasi tegangan normal yang berbeda), tiga kali pengujian menghasilkan satu grafik hubungan antara tegangan normal ( n ) dengan tegangan geser( ). Untuk ketiga tegangan normal yang diaplikasikan, tegangan geser dimobilisasikan secara dini/awal dengan cepat hingga mencapai tahanan geser maksimum ( mak ) dan selanjutnya grafik menunjukkan kecendrungan konstan pada harg maksimum, hingga mencapai displacement horizontal yang diizinkan, dan juga tahanan geser residu (( res ) hampir sama besarnya dengan tahanan geser maksimum. 14

8 Rekayasa Sipil Volume II1, omor 1, April 2007 ISS : Besarnya sudut gesekan antara pasir-pasir lebih besar dari sudut gesekana antara pasirkayu : Sudut geser pasir-pasir ( ) lebih besar dari sudut geser antara pasir-kayu ( ) = 43 0, = 38 0, sehingga / = 0.88 Kohesi pasir-pasir dan pasir kayu = 0, karena pasir adalah tanah non kohesif Sudut geser lempung-lempung ( ) lebih besar dari sudut geser antara lempung - kayu ( ) = 25 0, c=0.11 kg/cm 2 1 = 21 0, c=0.1 kg/cm 2 2 = 18 0, c=0.1 kg/cm 2 3 = 16 0, c=0.08 kg/cm 2 rata-rata =20 0 dan c rata-rata =0.095 sehingga / = 0.64 Dari ketiga pengujian antara pasir-kayu, terdapat sedikit perbedaan besarnya nilai sudut geser dalam ( ), hal ini disebabkan adanya partikel pasir yang pecah saat pengujian dan juga adanya partikel tanah/pasir yang keluar lewat space yang ada antara box atas dan box bawah (saat pengujian), sedangkan pada pengujian antara lempung-kayu terdapat juga adanya perbedaan nilai kohesi dan sudut geser dalam, hal ini terjadi karena sewaktu pengambilan sampel tanah dalam tabung sampel tanah tidak seragam, sehingga menimbulkan perbedaan nilai tersebut. KESIMPULA DA SARA Kesimpulan 1. ilai sudut geser antara pasir-pasir lebih besar dibandingkan dengan nilai sudut geser antara pasir-kayu Pasir-pasir ( ) = 43 0 Pasir-kayu ( ) = 38 0 sehingga / = ilai sudut geser antara lempung-lempung lebih besar dibandingkan dengan nilai sudut geser antara lempung-kayu Lempung-lempung = 25 0, dan c=0.11 kg/cm 2 Lempung-kayu rata-rata =20 0 dan c rata-rata =0.095 sehingga / = ilai tegangan geser maksimum bertambah secara siknifikan dengan bertambahnya tegangan normal yang diberikan. 4. Besarnya nilai tegangan geser maksimum hamper sama dengan besarnya tegangan geser residu. Saran Pada pengujian geser antara tanah dan kayu, sebaiknya dalakukan dengan jenis kayu yang berbeda. Pada pengujian geser sebaiknya digunakan box geser yang lebih besar untuk mendapatkan hasil yang lebih akurat. 15

9 Rekayasa Sipil Volume II1, omor 1, April 2007 ISS : DAFTAR PUSTAKA ASTM Annual Book of ASTM Standards. section 4. volume Soil and Rock. Darjanto H Studi Penggunaan Fabrikasi Tiang dari Bambu Pada Konstruksi Timbunan Di atas Tanah Lunak. Propsiding Seminar asional Geoteknik Pile Bandung. Gomez J E., Filz G M, and Ebeling R M Extended hyperbolic Model for sand to concrete Interface. Journal of Geotechnical and Geoenviromental Engineering. Hardiyatmo H C Teknik Fondasi II. Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada Yogyakarta. Hardiyatmo H C Mekanika Tanah I. Gadjah Mada University Press. Yogyakarta. Liliwarti Interaksi Dinding Tiang Bambu Dengan Pasir Dalam Model Bidimensional. Tesis S2. Universitas Gadjah Mada Purwanto E Pengukuran Geser Residu Pada Interface Geosintetik-Tanah dengan Pengujian Geser Langsung. Prosiding Pertemuan ilmiah Tahunan Geoteknik IV. IDO-GEO Jakarta. Purwanto E Pengukuran Geser Residu Pada Interface Geosintetik-Tanah dengan Pengujian Geser Langsung. Prosiding Pertemuan ilmiah Tahunan Geoteknik IV. IDO-GEO Jakarta. 16