Uji Triaksial – Fase Kompresi & Fase Deviatorik

Didalam uji triaksial, ada 3 tipe pengujian yang dapat dilakukan, masing-masing memiliki tujuan yang berbeda

Seringkali variasi uji triaksial ini bisa mengintimidasi, karena sekilas sulit membedakan perbedaan diantara ketiganya

Setelah membahas beberapa pertanyaan trivia mengenai triaksial dan sebelum mengeksplorasi masing-masing uji triaksial yang ada. Di tulisan kali ini saya akan mencoba membahas dua fase pembebanan dalam uji triaksial.

Pengantar umum

Untuk membedakan, pertama-tama saya tuliskan dahulu kepanjangan dari masing-masing uji:

• UU = Unconsolidated Undrained
• CU = Consolidated Undrained
• CD = Consolidated Drained

Kalau kita perhatikan, masing-masing uji triaksial tersebut terdiri dari 2 suku kata.

Mengapa 2 kata? Karena seperti telah saya singgung sebelumnya, uji triaksial terbagi menjadi 2 fase

Fase pertama adalah fase pemberian tegangan isotrop, sedangkan fase kedua adalah pemberian tegangan deviatorik.

Saya pernah menulis soal bahwa tegangan dapat didekomposisi menjadi tegangan spherical (kompresi) dan deviatorik, dimana prinsipnya tegangan dapat dipisahkan menjadi menjadi tekanan (tegangan isotrop) yang merupakan tegangan yang besarnya sama ke segala arah serta tegangan deviatorik yang secara sederhana dapat diartikan sebagai tegangan geser

Nah sekarang setelah mengetahui bahwa uji triaksial terdiri dari 2 fase, kita sekarang lihat lebih detail masing-masing fase tersebut

Unconsolidated vs Consolidated (Fase kompresi)

Dalam fase pertama yang merupakan fase pemberian tekanan seperti kita lihat diatas, benda uji dapat dimodelkan menjadi unconsolidated (tak terkonsolidasi) dan consolidated (dapat terkonsolidasi)

Konsolidasi adalah proses keluarnya air dari pori-pori tanah akibat pembebanan tegangan isotrop. Selama proses konsolidasi maka volume tanah menyusut sehingga otomatis nilai angka pori (void ratio) berkurang

Kita harus paham bahwa uji triaksial digunakan untuk memodelisasi kondisi sesungguhnya di lapangan

Pertanyaannya, apa yang terjadi sesungguhnya di lapangan?

Pertama-tama nilai tegangan spherical pada fase kompresi yang diberikan pada sampel tanah akan berkorelasi dengan suatu nilai angka pori tertentu

Pada tanah yang memiliki permeabilitas rendah (ex: lempung), maka saat dibebani air tidak dapat langsung keluar dari kerangka tanah,sedangkan sebaliknya pada tanah berbutir (pasir), air dapat dengan mudah keluar dari pori-pori tanah saat dibebani

Catatan: saat saya menuliskan tanah, artinya saya merujuk kepada kerangka solid tanah, pori, dan air (bukan hanya bagian solidnya saja)

Saat air tidak/belum keluar dari kerangka tanah, tegangan air pori didalam tanah akan naik karena tegangan dari luar di-resist oleh air didalam tanah, kondisi ini adalah kondisi short term

Setelah sekian waktu dibebani, maka air akan keluar dari kerangka tanah, tegangan air pori turun hingga akhirnya seluruh beban dari luar dipikul oleh kerangka solid saja. Ini yang disebut kondisi tanah long term

Perlu diketahui bahwa di lapangan perubahan dari kondisi short term ke kondisi long term tidak berlangsung segera, proses konsolidasi bisa memakan waktu mingguan, bulanan, bahkan tahunan.

Bagaimana memodelkan kondisi short term dan long term ini di lab? Simpel, untuk kondisi short term, kita tidak memperbolehkan air keluar dari sampel benda uji, sedangkan sebaliknya untuk kondisi long term kita biarkan air dapat mengalir keluar dari benda uji

Benda uji saat fase pemberian tegangan isotrop

Panah-panah biru pada gambar diatas menggambarkan tekanan yang diberikan ke sampel, yang mana besarnya sama ke segala arah

Pada uji unconsolidated, uji ini menggambarkan kondisi short term tanah yang belum terkonsolidasi, tidak ada perubahan volume tanah karena tekanan dari luar seluruhnya mampu ditahan oleh air yang ada didalam tanah. Ini terjadi karena air diasumsikan incompressible

Pada uji consolidated, ini menggambarkan kondisi long term dari tanah, tekanan ditahan oleh partikel solid tanah dan air. Pada akhir fase consolidated hanya kerangka solid tanah yang menahan tekanan dari luar, ini diperoleh setelah pengamatan tegangan air pori mencapai nilai nol.

Cat: Tegangan air pori nol tidak berarti bahwa seluruh air sudah keluar dari sampel tanah!!

Undrained vs Drained (Fase deviatorik)

Fase pembebanan deviatorik merupakan fase kedua pembebanan dari uji triaksial.

Setelah pada fase pertama benda uji telah kita berikan tegangan isotrop dimana , di fase kedua sampel akan diberikan tegangan deviatorik sehingga

Pada gambar diatas dapat kita amati bahwa ada tambahan tegangan kompresi (panah berwarna hijau) yang menghasilkan tegangan deviatorik pada benda uji

Pada uji undrained, karena keran ditutup tegangan air pori tidak sama dengan nol, tegangan air pori yang tidak sama dengan nol pada tanah, berkorelasi dengan kondisi short term tanah

Sedangkan pada uji drained, tegangan air pori akan dijaga tetap nol selama proses pengujian, ini berkorelasi dengan kondisi long term tanah

Short term vs Long term

Pada dua bagian sebelumnya mengenai consolidated vs unconsolidated dan drained vs undrained, saya telah uraikan bahwa:

• Unconsolidated dan Undrained berkorelasi dengan properti short term tanah
• Consolidated dan Drained berkorelasi dengan properti long term tanah

Jadi sekarang kita bisa ketahui dengan jelas bahwa uji Unconsolidated Undrained (UU) digunakan untuk mencari properti short term tanah atau kadangkala disebut quick test

Sedangkan uji Consolidated Drained (CD) digunakan untuk mencari properti long term tanah atau kadangkala disebut slow test

Problemnya masih ada 2 pertanyaan yang mengganjal

1. Apakah uji Consolidated Undrained (CU) digunakan untuk mencari properti short term, long term, atau untuk mencari properti intermedier? 🙄
2. Mengapa kita hanya mendengar ada uji CU, tidak pernah ada uji UD (unconsolidated drained)?

Untuk pertanyaan pertama, jawabannya berkaitan dengan durasi uji CD. Meski saya belum membahas secara detail tentang uji CD disini, tapi percayalah bahwa uji CD ini memakan waktu yang sangat lama, khususnya saat pemberian tegangan deviatorik, disini diperlukan kecepatan pembebanan yang sangat lambat untuk menjaga agar tegangan air pori didalam sampel terjaga nol

Karena uji CD memakan waktu yang lama (harian bahkan mingguan untuk tanah lempung), maka untuk mengakses properti long term tanah, maka kita dapat mengakalinya dengan melakukan uji Consolidated Undrained (CU), properti long term dapat diakses dengan mengukur tegangan air pori didalam tanah selama fase deviatorik kemudian menghitung tegangan tanah efektifnya

Apakah hasil properti long term-nya sama antara uji CD dan CU sama? Untuk menjawab ini kita harus masuk ke detail yang tidak saya uraikan disini.

Namun secara singkat jawabannya adalah ya dan tidak. Ya, relatif sama bila tanah yang diuji adalah pasir lepas atau lempung terkonsolidasi normal. Dan tidak sama bila tanah yang diuji adalah pasir padat atau lempung overconsolidated.

Selain itu properti tanah hasil uji CU juga dapat digunakan untuk kondisi-kondisi tertentu dimana tanah sempat terkonsolidasi (oleh tegangan kompresi), kemudian dibebani tegangan deviatorik dalam waktu singkat

Jadi sudah pasti bahwa uji CU bukan untuk mencari properti intermedier ya

Kemudian untuk pertanyaan kedua, mengapa tidak pernah dilakukan uji Unconsolidated Drained (UD). Ini disebabkan karena uji ini tidak ada gunanya…

Mengapa? Karena misalnya bila kita lakukan uji ini, setelah fase kompresi tegangan air pori tidak sama dengan nol akibat keran kita tutup (unconsolidated), kemudian setelah itu saat kita berikan tegangan deviatorik sambil membuka keran (drained), tegangan air pori akan turun, namun kita tidak bisa membedakan efek kompresi (tegangan isotrop) dan efek tegangan deviatorik

Sekali lagi, uji ini (Unconsolidated Drained) bisa dilakukan tapi tidak ada gunanya

Well, mungkin berikutnya saya bisa eksplorasi lebih jauh apa yang kita bisa dapat di masing-masing uji triaksial 😎