Apa Itu Kohesi dan Sudut Geser Dalam

Kohesi dan sudut geser dalam adalah suatu parameter mekanika tanah dan batuan yang sangat sering dijadikan acuan dalam suatu design,  pengujian serta analisis suatu rancangan.

Kohesi adalah gaya tarik menarik antara partikel dalam batuan, dinyatakan dalam satuan berat per satuan luas. Kohesi batuan akan semakin besar jika kekuatan gesernya makin besar. Nilai kohesi (c) diperoleh dari pengujian laboratorium yaitu pengujian kuat geser langsung (direct shear strength test) dan pengujian triaxial (triaxial test). 

 

Dikutip dari wikipedia bahwa kohesi adalah gaya tarik-menarik antar molekul yang sama. Salah satu aspek yang memengaruhi nilai kohesi adalah kerapatan dan jarak antar molekul dalam suatu benda. Kohesi berbanding lurus dengan kerapatan suatu benda, sehingga bila kerapatan semakin besar maka kohesi yg akan didapatkan semakin besar. Dalam hal ini, benda berbentuk padat memiliki kohesi yang paling besar dan sebaliknya pada cairan.

Sedangkan sudut geser dalam batuan secara sederhana dapat kita lihat saat kita ambil sejumlah pasir dan kita tuang diatas permukaan, pasir tersebut akan membentuk sudut tertentu dengan permukaan. Inilah makna fisik dari sudut geser tanah pada kondisi tanpa tegangan pengekang. (dalam bahasa inggris: natural angle of repose.)

Sudut geser dalam merupakan sudut yang dibentuk dari hubungan antara tegangan normal dan tegangan geser di dalam material tanah atau batuan. Sudut geser dalam adalah sudut rekahan yang dibentuk jika suatu material dikenai tegangan atau gaya terhadapnya yang melebihi tegangan gesernya. Semakin besar sudut geser dalam suatu material maka material tersebut akan lebih tahan menerima tegangan luar yang dikenakan terhadapnya. 

Untuk memahami sudut geser dalam, bisa dibayangkan sebuah balok dengan berat W berada pada permukaan seperti pada bidang miring yang licin dengan permukaan sebuah bidang miring yang licin dengan luas bidang sentuh sebesar A berikut ilustrasinya.

Balok tersebut memiliki gaya penggerak yang diakibatkan oleh beratnya senduri yaitu sebesar W sin 𝛉 sedangkan gaya normal N dan koefisien gesek (Fges) menghasilkan gaya penahan yang disebut dengan gaya gesek Fs. Koefisien gesek merupakan faktor internal yang besarnya sama dengan tan  . Pada saaat balok akan tergelincir, maka besarnya gaya penahan sama dengan gaya penggerak seperti persamaaan berikut;

W sin 𝛉 =  tan  . (W cos 𝛉)

tan  𝛉 =  tan   

𝛉 = .  

Pada kondisi seperti ini, maka sudut kemiringan bidaang tersebut sama dengan sudut gesek dalam () dengan catatan kohesi sama dengan nol.

Based on Rock Mechanic book created by Made Astawa Rai, S.Kramadibrata, R.K. Watimena

Semoga Bermanfaat.

Read More

Uji Kuat Tekan Bebas (Unconfined Compression Strength Test) UCS

Sebenarnya udah lama mau buat sendiri artikel tentang UCS Test, memang klo di lihat ada banyak blog yang membahas tentang pengujian UCS ini, tapi kebanyakan ga teratur dan ga jelas kemana arah dan ga ada hasilnya sama sekali. Kali ini saya akan mencoba dan menjelaskan apa fungsi dan tujuan dari UCS test, bagimana melakukan testnya dan nanti akan saya sertakan juga bagaimana saampai akhirnya kita mendapatkan nilai UCS dari suatu sampel batuan, ya batuan bukan tanah.

Setiap material apabila dikenai beban maka akan mengalami perubahan bentuk (deformasi). Gaya atau tekanan per satuan luas disebut stress, (). Selain stress, perubahan bentuk dalam hal ini perubahan dalam panjang, (∆l) dibanding dengan panjang semula, (l) disebut strain, (ε). Untuk tingkat tegangan yang lemah plot antara stress vs strain akan membentuk suatu garis lurus seperti yang terjadi pada material logam yang merupakan jenis material linear elastis. Gambar 1. menunjukkan keadaan tersebut.

Tentu saja ada stress maksimum yang dapat diterima oleh suatu bahan sebelum patah. Material untuk pemipaan seperti baja, peralon, mempunyai sifat seperti ini, ketika stress dinaikkan sampai tingkat paling tinggi maka patahan akan terjadi. Pada material rapuh seperti batuan, patahan bisa terjadi tiba-tiba dengan sedikit tambahan strain. Stress yang dibutuhkan untuk menyebabkan patahan disebut dengan uniaxial compressive strength, (Co). Closure pressure (stress) adalah harga rata-rata minimum dimana rekahan dapat terjadi. Nilai ini dapat meningkat jika tekanan pori-pori naik (poro-elasticeffect).

Unconfined Compression Strength test atau pengujian kuat tekan batuan utuh untuk menentukan kuat kekuatan batuan intact dengan sampel berbentuk silinder hasil dari pengeboran full coring. Pengujian ini menggunakan mesin tekan untuk menekan sampel batuan yang berbentuk silinder dari satu arah (uniaksial). Perbandingan antara tinggi dan diameter percontoh (l/D) mempengaruhi nilai kuat tekan batuan. Untuk pengujian kuat tekan secara umum digunakan perbandingan L= 2D. L adalah Length atau panjang dari sampel sedangkan D adalah diameter dari sampel batuan yang akan diuji. Sebagai standard bisa dicek di ASTM D 2166 Unconfined Compressive Strength.

Berikut saya sertakan ilustrasi gaya gaya regangan  yang bekerja pada saat dilakukannya penjuian kuat tekan batuan

Perpindahan gaya regangan dari sampel batuan baik aksial (∆l) maupun lateral (∆D) selama pengujian dapat diukur dengan menggunakan dial gauge secara manual yang membutuhkan ketelitian tinggi atau bisa juga dengan electric strain gauge yang hasilnya akan tercatat secara otomatis secara komputerisasi dan lebih praktis. Dari hasil pengujian kuat tekan, dapat digambarkan kurva tegangan-regangan (stress-strain) untuk tiap sampel batu, kemudian dari kurva ini dapat ditentukan sifat mekanik batuan. Sebenarnya dari UCS test tidak hanya nilai UCS yang bisa kita dapat tetapi nilai nilai seperti batas elastik, modulus Young dan Poison Ratio juga dapat kita tentukan dari hasil plot ke kurva tegangan - regangan. Lihat gambar dibawah.

Masih buingung ?. memang kalo cuma baca teori dan ga praktek langsung akan sulit, saya juga lebih senang learning by doing. Untuk prosedur pengujian mungkin bisa di cari sendiri ya, saya akan menjelaskan secara singkat pada dan jelas.

Sangat penting untuk diperhatikan bahwa bidang bagian atas dan bawah sampel batuan harus benar benar rata dan lurus agar mendapatkan nilai UCS yang maksimal. Selanjutnya sampel batuan bisa langsung dipasang di mesin uji tekan yang ada dial gauges nya. 

Disini masih digunakan dial gauges yang manual jadi harus benar benar cepat dalam mencatat perubahan dari dial gauge tersebut untuk nilai dari gaya deformasi yang diberikan (P1) ditunjukkan dial gauge berwarna putih, biasanya pada pengujian deformasi yang diberikan kita tentukan terlebih dahulu per berapa deformasi yang akan kita catat perubahan regangan lateral nya pada dial gauges berwarna kuning, bisa kelipatan 10, 20, ataupun 50 tergantung jenis batuan tersebut, jika batuan keras maka kita bisa tentukan kelipatan yang tinggi, jika batuan lunak maka kita bisa tentukan dengan kelipatan yang lebih kecil. Dari sampel diatas bisa kita lihat jenis batuan silty clay berarti batuan lunak, maka kita tentukan kelipatan 20 dengan kalibrasi dial gauge per 1 unit = 0.01 mm dan load dial per 1 unit = 0.3154 lb.

Dari gambar di atas setelah pengujian dilakukan maka dapat kita lihat perubahan dari sampel batuan yang diberi tekanan setelah dicatat dan diamati perubahan yang terjadi pada sampel batuan tersebut pada tabel berikut.

Yang kita dapatkan dari hasil pengujian adalah Deformation dial reading dan Load dial reading seperti yang sudah saya terangkan sebelumnya. Maka untuk pengisian tabel selanjutnya saya jelaskan dibawah ini:

1. Sample Deformation (∆l) = (Deformation dial reading) x (Angka Kalibrasi, saya gunakan 0.01 mm)

2. Regangan (Strain)(ε) = ∆l /Lo  (Panjang Sampel)

3. % Strain = Strain *100

4. Corrected area A = Ao/(1-ε1) = (Luas penampang awal) / (1- strain)

6. Load(lb)  = Load Dial Reading * 0.3154 lb

7. Load (KN) = (Load (lb) x konversi pound ke kg (0.4536) x gravitasi (m/s2).

8. Stress = P = F/ A = Load (KN)/ Corrected area

Hal yang harus benar benar diperhatikan adalah konversi satuan pada masing masing unit tabel dan perhitungan. Maka setelah semua langkah dan urutan selesai kita tinggal melakukan pengeplotan kedalam kurva tegangan dan regangan sehingga didapat nilai UCS dari sampel tersebut.

Maka dari kurva tegangan regangan didapat nilai UCS pada titik puncak sebelum batuan pecah atau failure dengan nilai 72 KPa. 

Pada kurva Mohr Coulumb bisa kita dapat nilai kohesi dari sampel batuan yang diuji yaitu c = qu/ 2.

Dengan nilai 36 KPa.

Jika ada yang kurang jelas, dapat didiskusikan di kolom komentar atau via email.

Semoga Bermanfaat.

Referensi;

• ASTM D2166 / D2166M - 16 Standard Test Method for Unconfined Compressive Strength of Cohesive Soil

Read More