Uji Triaksial (Geser) – Kilasan umum

Uji triaksial merupakan salah satu uji lab yang paling umum digunakan untuk mengetahui properti tanah

Uji ini merupakan salah satu uji tanah yang paling sering digunakan, oleh karena itu civil engineer wajib memahaminya dengan baik

Saya buka pembahasan kali ini dengan tanya jawab untuk beberapa pertanyaan mendasar

Q&A for dummies

Apakah uji ini ingin mengetahui kuat tekan tanah? Sesungguhnya bukan kuat tekan, tp kuat gesernya (makanya di judul saya tambahkan kata geser dalam tanda kurung).

Uji ini mirip dengan uji kuat tekan beton, tapi mengapa disini diberikan kekangan dari water pressure? Tanah bukanlah material yang elastik, karakteristiknya selalu berubah saat pembebanan, kekangan ini diaplikasikan untuk mengetahui efek kekangan. Pada model tanah yang paling simpel (elastik Mohr-Coulomb), tidak ada efek kekangan dari tanah ke properti tanah, namun karena setiap uji hanya dapat menghasilkan satu lingkaran Mohr, maka dilakukan beberapa uji triaksial dengan variasi kekangan

Mengapa sampel tanah dilapisi dengan membran? Tanah memiliki kandungan air tertentu, dimana selama proses pengujian, kandungan air ini harus selalu mencerminkan kondisi real di lapangan, cara untuk menjaga water content dari tanah agar tidak berubah adalah dengan melapisi tanah dengan membran

Mengapa digunakan pelat batu berpori pada proses pengujian? Ada 3 jenis uji triaksial UU, CU, dan CD. Pada uji CU dan CD, air akan diperkenankan keluar dari sampel untuk mensimulasi fase konsolidasi dan fase drained, sehingga satu-satunya jalan agar air bisa keluar adalah dengan menggunakan pelat berpori

Mengapa pada uji triaksial yang disebutkan diatas terdiri dari singkatan 2 buah huruf? Karena uji triaksial terdiri dari 2 fase, fase pertama adalah fase kompresi, sedangkan fase kedua adalah fase pemberian tegangan geser

Apakah perbedaan dari ketiga uji triaksial yang disebutkan diatas? Itulah tujuan saya menulis posting ini, tapi jawabannya tidak singkat, jadi akan dijawab diluar bagian Q&A ini

Mengapa dikatakan diatas elastic Mohr-Coulomb adalah model tanah yang paling simpel? Karena kenyataannya demikian, pada model elastic hanya ada 2 parameter, kadangkala ditulis sebagai Modulus Young dan Poisson ratio, kadangkala ditulis sebagai koefisien Lame \mu dan \lambda, kadang ditulis sebagai bulk modulus k dan shear modulus G. Sedangkan Mohr-Coulomb sendiri adalah kriteria plastis sempurna

Apakah tanah lempung, pasir, bahkan agregat dapat diuji dengan triaksial? Bisa, beberapa uji triaksial untuk batu pecah (boulder) memiliki spesimen uji dengan tinggi lebih dari 1 m!!

Bagaimana penampakan alat uji triaksial? Silakan liat gambar dibawah, saya ambil dari sini

Gambar alat uji triaksial

Kriteria plastis Mohr-Coulomb

Untuk menginterpretasi hasil yang didapat dari uji triaksial, pada umumnya digunakan model elastik Mohr-Coulomb.

Padahal diluar sana ada puluhan (bahkan ratusan) model tanah yang bisa digunakan.

Model elastik Mohr-Coulomb digunakan karena simplisitasnya, dimana pada model ini:

  • Tanah diasumsikan sebagai material elastik
  • Setelah tanah mencapai tegangan lelehnya, tanah tidak memiliki plastic flow (artinya tidak ada hardening/softening) alias perfectly plastic
  • Characteristic state (titik perubahan dari kondisi kompresi ke dilasi) terjadi bersamaan dengan yield dari tanah

Batas plastis dari kriteria Mohr-Coulomb dengan persamaan berikut

\tau=c+\sigma\tan{\phi}

Persamaan ini sesungguhnya ingin menyatakan bahwa kapasitas tahanan geser tanah (\tau), sama dengan tahanan geser intrinsik di tanah (kohesi) plus tahanan geser hasil gesekan antara partikel tanah

Dimana c adalah kohesi tanah, yang merupakan tahanan geser intrinsik yang dimiliki tanah.

Kohesi dapat dirasakan saat kita meremas lempung yang basah, lempung tersebut tidak kembali ke bentuk asalnya karena kohesi lempung merekatkan lempung tersebut

Kohesi lempung

Kohesi lempung (sumber)

Sedangkan \phi adalah sudut geser tanah.

Apa makna sudut geser tanah? Pada kondisi tanpa tegangan pengekang, sudut geser tanah ini 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 pasir

Sudut geser pasir (sumber disini)

Dua parameter inilah yang menentukan letak permukaan plastis dari kriteria plastis Mohr-Coulomb

Pada buku-buku mekanika tanah yang umum dijumpai, gambar permukaan runtuh (plastis) Mohr-Coulomb digambarkan dalam sumbu Mohr sebagai berikut :

Mohr-Coulomb-2D

Mohr-Coulomb 2D

Sesungguhnya persamaan tersebut dapat juga dibuat dalam 3D (dengan sumbu \sigma_1,\sigma_2,\sigma_3, permukaan bidang runtuhnya dapat dilihat pada gambar dibawah ini (seperti cone es krim). Jadi saat dikatakan failure/rupture surface, memang faktanya bidang keruntuhan itu memang merupakan suatu permukaan

Mohr-Coulomb 3D

Mohr-Coulomb 3D

Pada model elastik-plastik sempurna seperti model Mohr-Coulomb, permukaan ini tidak berevolusi (tidak membesar/mengecil dan tidak berpindah).

Tanah hanya mampu menahan kombinasi tegangan yang tidak melampaui permukaan Mohr-Coulomb tersebut.

Dengan melakukan uji triaksial, kita dapat mengakses 2 properti tanah yang didasari pada model keruntuhan Mohr-Coulomb, yang pertama adalah kohesi tanah c, sedangkan yang kedua adalah sudut geser tanah \phi

Apa perbedaan diantara ketiga uji triaksial UU, CU, CD? To be continued… 😎

Iklan

Comments

  1. Nurmanda.Ramadhani says:

    Terima kasih mas James, atas artikelnya.
    Sebelumnya aku memperkenalkan diri dahulu. Namaku Nurmanda Ramadhani, sipil UI 2008. Aku sekarang satu kantor dengan mas Dhanny Dharma Putra, Sipil UI 2003.

    Ada hal menarik yang mungkin bisa menjadi pembahasan, yaitu antara Uji Triaxial vs UCT. Sewaktu aku pelatihan dengan Pak Gouw Tjie Long, beliau berpendapat jika uji UCT tidak perlu dilakukan karena tidak merepresentasikan kondisi tanah di lapangan. Kita tahu jika UCT hanya menerima tekanan dari arah aksialnya saja, sedangkan dari arah radialnya tidak, meskipun ada rumus yang menyatakan jika hubungan su = qu/2.

    Bagaimana pendapat mas James ?

    • Salam kenal jg Manda, satu kantor sama Dhanny ye 🙂

      Pada dasarnya tanah itu propertinya tergantung sama confinement yang kita kasih

      Jadi sebenernya properti tanah itu saat dikasi variasi kekangan, nilai c dan \phi nya tidak konstan

      Kedua nilai itu konstan karena kita mengasumsikan model tanahnya adalah elastic mohr-coulomb

      Kesimpulannya UCT (unconfined compression test) memang tidak mencerminkan kondisi tanah di lapangan

      Namun khusus untuk uji UU, menurut gw si ga masalah menggunakan uji UCT

      Dengan syarat tanah harus tetap dalam kondisi incompressible (tidak ada perubahan volumik tanah)

      Uji UU adalah uji yg digunakan untuk mengetahui properti short term dimana kohesinya tidak tergantung besarnya kekangan yang diberikan (karena incompressible tadi)

      Untuk rumus su=qu/2 itu sebenernya rumus untuk menghitung kohesi di uji UU (unconsolidated undrained)
      Sehingga besar kohesinya sama dengan jari-jari lingkaran Mohr

      Dimana jari-jari lingkaran Mohrnya dirumuskan sbb:

      r=\frac{1}{2}(\sigma_1-\sigma_3)

      Untuk kasus UCT, nilai \sigma_3=0 (karena tanpa kekangan), sehingga persamaan diatas menjadi

      r=\frac{1}{2}(\sigma_1)

      Nah rumus ini lebih sering ditulis menjadi

      su=\frac{1}{2}(qu)

      Jadi kesimpulannya, kalo di uji UU tanpa kekangan (UCT) bisa dihasilkan sampel yang tidak mengalami deformasi volumik (incompressible) ya bolehlah pake UCT :mrgreen:

  2. sitriani says:

    terima kasih atas artikelnya . . .

  3. wah, ternyata seperti itu ya kohesi dan sudut geser dalam
    trims atas infonya

    kalau boleh tw, perbedaan uji triaksial CU, UU, dan direct shear test apa ya. kenapa harus ketiganya di uji untuk melengkapi properties tanah lempung dlama hal untuk mencari nilai FKnya

  4. wah,trima infonya, terutama utk kohesi dan sudut geser dalam

    yg ingin sya tnykan, apa perbedaan antara uji triksial CU dan UU, serta uji geser langsung, terhadap material lempung. dalam kaitannya utk mengetahui nilai FK suatu lereng

    trims

  5. mau nanya dong om, kalo plane strain triaxial test itu apa yaa?

  6. James, untuk pemodelan tanah kan ada metode A,B dan C tuh, (drained, undrained, total, efekrif etc). Itu pada kondisi apa ya tiap metode itu bisa dipakai? tks

    • Tom, untuk triaxial, penamaan ujinya kan terdiri dari 2 huruf, yaitu UU, CD, UD. Huruf pertama menyatakan bagaimana sampel diperlakukan saat tegangan kompresi (tegangan yang besarnya sama dari segala arah) sedang diberikan.

      Sedangkan huruf kedua menyatakan bagaimana sampel diperlakukan saat tegangan deviatorik diberikan (i.e. : benda uji ditekan).

      Secara umum, untuk mengetahui properti mekanik tanah pada kondisi short term (sesaat setelah tanah dibebani), kita pake uji UU (Unconsolidated Undrained), sedangkan bila kita mau mengetahui properti mekanik tanah pada kondisi long term, kita bisa pake uji CD (Consolidated Drained), atau kalau tidak memungkinkan pake uji CD (karena lama) cukup pakai uji CU aja.

      • sorry James, kayaknya pertanyaan gw kurang jelas. Untuk UU, CD dan Cu udah jelas banget kok penjelasan di blog lu ini, thanks!!

        Yang gw tanyain adalah: untuk modelin (misal di Plaxis) kan dikenal ada 3 method:
        method A (analysis in term of effective stress): c’, ϕ’, ψ‘, E50′, ν‘
        method B (analysis in term of effective stress): c=cu, ϕ=0, ψ=0, E50′, ν‘
        method C (analysis in term of total stress) : c=cu, ϕ=0, ψ=0, Eu, νu =0.495

        Nah, gw bingung pada kondisi apa metode tersebut dipakai?
        Kesalahan fatal yang populer itu yg kasus Nicoll Highway di Singapore, katanya sih engineernya ngitung pake method A padahal seharusnya method B. Nah gw masih kurang paham tuh filosofinya.

        Mohon penjelasannya suhu 😀

        Thanks,

      • Ini pertanyaannya bagus ni, nanti kalo sempet weekend gw posting lebih detail soal ini.

        Idenya gini, di Plaxis, metode A dan B, keduanya bisa digunakan untuk undrained analysis. Failure di uji undrained bisa diliat di gambar berikut :

        Failure UU

        Nah dari gambar itu, failure dari material bisa dideskripsikan dengan :
        – c’, ϕ’ yang menghasilkan failure surface Mohr-Coulomb (garis putus-putus), ini ekuivalen dengan metode A
        – c=cu, ϕ=0 yang menghasilkan (garis hijau), ini ekuivalen dengan metode B

        Nah, terus apalagi ciri dari uji undrained ? Inkompressible !! Alias kita asumsikan bahwa tidak ada perubahan deformasi volumik dari material saat dibebani (\epsilon_1+\epsilon_2+\epsilon_3=\epsilon_v=0. Berhubung tanah terdiri dari 2 fase (solid dan likuid), inkompressibilitas ini hanya benar untuk material tanah secara keseluruhan.

        Ini artinya, fase solid tanah sesungguhnya mungkin aja terkompresi meski secara keseluruhan material tanah tidak terkompresi. Pada kasus ini artinya, ada sebagian space dari material tanah yang awalnya ditahan tanah jadi harus ditahan oleh air sehingga timbul yang namanya tegangan air pori. Kasus ini terjadi pada normally consolidated clay, efeknya makin kerasa terutama untuk clay yang highly compressible.

        Kalo kita gambarin stress pathnya, kira2 kek gini : (1) awalnya dari titik 0, di fase tegangan kompresi tegangan total di material mengikuti garis merah. (2) saat pembebanan deviatorik diberikan, fase solid tanah mengikuti ESP, sedangkan totalnya adalah TSP, gap antara keduanya adalah tegangan air pori yang muncul di clay.

        SP1

        Sekarang kita liat apa yang dilakukan Plaxis untuk menghitung analisis undrained metode A dengan Mohr Coulomb, dari manualnya dia bilang gini :

        For example, when using the Mohr-Coulomb model with the Material type set to Undrained, the model will follow an effective stress path where the mean effective stress, p’, remains constant all the way up to the failure. It is known that especially soft soils, like normally consolidated clays and peat, will follow an effective stress path in undrained loading where p’ reduces significantly.

        Dari manualnya, dia bilang disitu kalau tegangan rata2 EFEKTIF (p’) tetap konstan sampai ke failure, apa akibatnya ? Akibatnya ESP-nya mengikuti garis ungu pada gambar dibawah ini.

        SP2

        Secara simpel kita uda liat kalo kita gunakan mohr-coulomb metode A untuk soft clay, hasil shear strength (q) yang diperoleh PLAXIS cukup jauh (lebih besar) dari real clay material !! (note: bandingkan garis orange dan ungu) :mrgreen: Dan ini tentu saja mengakibatkan kalkulasi kita ga konservatif. Untuk strength analysis, untuk kasus clay, tentu saja lebih aman menggunakan metode B.

  7. apa hubungan CBR dengan Triaksial ?

    Dan cara mengolah data triaksial?

    • CBR adalah uji yang sebenarnya kualitatif. Ini adalah uji insitu yang menghasilkan angka indikator yang dapat digunakan untuk mengecek kualitas hasil pengerjaan subgrade.

      Disisi lain, triaxial adalah uji lab yang dilakukan untuk mengetahui karakteristik material.

  8. Mana yang lebih baik dan bagus dipakai dilapangan. sudut yg dihasilkan oleh test UCT atau DST

    • Tergantung tipe tanahnya. Untuk tanah yang tanpa kohesi, seperti pasir lepas, ya tentu saja direct shear test (DST) sudah mengakomodir dan lebih mudah dilakukan.

      Sedangkan, untuk tanah yang memiliki kohesi, untuk mengetahui undrained strength-nya, tentu saja uji triaxial yang menjadi pilihan.

      Meskipun secara umum uji triaxial lebih lengkap dibandingkan DST, namun ada parameter tertentu seperti sudut geser kritis yang lebih mudah diperoleh dari uji DST.

  9. bagaimana cara menguji atau menentukan kekuatan tekan bebas pada tanah?

    • Kalau prosedurnya harus lihat di modul praktikum atau standar/peraturan yang ada. Kalau cara pengujiannya ya sesuai namanya, ditekan saja langsung spesimennya tanpa adanya pengekang (tanpa fase kompresi).

      • Gan mau tanya, klo untuk perencanaan underpass test uji tanah apa aja yang harus dilakukan?trus apakah cukup dengan sondir dan hand boring saja?tks

      • Hubungi ahli geoteknik yang dipercaya untuk bekerja di proyek tersebut. Tes apa saja yang diperlukan sangat tergantung dari kondisi tanah dan pembebanan (struktur atas) yang direncanakan.

  10. Aldy taris says:

    Permisi gan, mau nanya apakah kekuatan batuan bisa diketahui dari uji triaxial ?

  11. Bang james, saya lagi buat skripsi, pengujian Tanah Lempung dengan bahan tambah Abu Pembakaran Tempurung Kelapa berdasarkan uji UU, saya mau tanya rumusnya dan pendapat bang james gimana?

  12. kalo mau buat alat triaksial secara sederhana kira2 bisa ngak bapak2????

  13. ko joetomo , mau tanya buat mengkorelasi tanah granular dari lingkaran mohr ke tanah kohesif itu gmn ya ?

Trackbacks

  1. […] membahas beberapa pertanyaan trivia mengenai triaksial dan sebelum mengeksplorasi masing-masing uji triaksial yang ada. Di tulisan kali ini saya akan […]

  2. […] kita lihat bahwa sekilas uji ini serupa dengan uji triaksial. Namun disini kondisi batasnya sangat […]

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

%d blogger menyukai ini: