bab 3 metodologi - thesis.binus.ac.idthesis.binus.ac.id/doc/bab3/2011-2-00668-sp bab 3.pdfuji yang...
TRANSCRIPT
26
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
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 mohr-
coloumb 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
Gambar 3.1 Metodologi Penelitian
Mulai
Identifikasi
Masalah
Tinjauan Pustaka
Tes kuat geser langsung
antara material timbunan
dengan geotekstil
Tes kuat geser
langsung antara
material timbunan
Geotekstil woven
dengan pasir,tanah,
dan agregat
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
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 Test Method Units HRX 250
PHYSICAL
Raw Material - - Polypropylene
Colour - - Black
MECHANICAL
Wide width tensile strength
- Machine Direction
- Cross Machine
Direction
ASTM D 4595
kN/m
33
38
Wide width tensile
elongation
- Machine Direction
ASTM D 4595
%
11
30
- Cross Machine
Direction
8
Trapezoid Tearing Strength
- Machine Direction
- Cross Machine
Direction
ASTM D 4533
N
760
590
Mullen Burst ASTM D 3786 kN/m2 4990
CBR Puncture Strength ASTM D 6421 N 5180
Index Puncture Resistance ASTM D 4833 N 700
HYDRAULIC
Apparent Opening Size ASTM D 4751 mm 0,28
Permeability ASTM D 4491 cm/sec 0,03
Permitivity ASTM D 4491 sec-1
0,42
Flow rate ASTM D 4491 l/m2/min 1050
ENVIRONMENTAL
Effect of Soil Alkalinity - - Nil
Effect of Soil Acidity - - Nil
Effect of Bacteria - - Nil
Effect of UV light - - Stabilized
DIMENSION
Roll Width - m 3,85 or 4,00
Roll Length - m 150
Geotekstil nonwoven continuous filament needle punched.
Properties Test
Standard
Units TS 60
Physical
Characteristics
- - Continous filament,
nonwoven needle
punched
Polymer - - 100% polypropylene,
UV stabilized
UV Resistance
- Tensile strength
retention
- Puncture strength
retention
ISO 10319
ISO 12236
-
-
>70% Strength retention
after 3 month outdoor
weathering
Chemical resistance - - No influence at pH 2-13
Tensile strength ISO 10319 kN/m 19
Tensile elongation ISO 10319 % 80/35
Performance energy Calculated kN/m 5,5
CBR Puncture strength ISO 12236 N 2900
31
Effective opening size ISO 12956 mm 0,09
Vertical water flow 50
mm head
ISO 11058 l/m/s2 72
Horizontal water flow
20 kPa
Horizontal water flow
200 kPa
ISO 12958
ISO 12958
l/m/h
l/m/h
13
3
Nominal mass ISO 9864 g/m2 250
Thickness ISO 9863 mm 2,2
Grab strength
(MD/CD)
ASTM D 4632 N 1150/1025
Grab elongation
(MD/CD)
ASTM D 4632 % 75/40
Rod Puncture
resistance
ASTM D 4833 N 500
Apparent opening size ASTM D 4751 mm 0,19
Permitivity ASTM D 4491 S-1
2
Form of supply
- Width
- Length
- Area
- Weight of roll
-
-
-
-
m
m
m2
kg
4
135
540
145
Geotekstil komposit PEC 50
Properties Unit PEC 50
Characteristic short term
tensile strength (MD)
kN/m 50
Characteristic short term
tensile strength (CD)
kN/m 14
Strain at short term
strength
% 10
Partial factor-creep
rupture at 120 years
design life
- 1,55
Creep limited strength
at 120 years design life
kN/m 32,3
Partial factor –
costruction damage in
clay,silt or sand
- 1,02
Partial factor-
environmental effects
soil environment pH<11
at 120 years design life
- 1,10
32
Long term design
strength at 120 years
design life in clay,silt or
sand
kN/m 28,8
Water flow rate normal
to the plane
mm/s 65
Water flow rate in the
plane
10-7
m2/s
l/mh
30
11
Nominal mass g/m2 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 110o 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
𝐴 , dimana : (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.
Shear box atas
Shear box bawah
Sampel tanah
Geotekstil
Batu porous
Batu porous
Gaya normal
Gaya geser
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.