Uji Triaksial – Unconsolidated Undrained & Unconfined Compression Test

Uji Unconsolidated Undrained (UU) atau yang dikenal pula dengan quick test merupakan uji yang lazim dilakukan untuk mencari properti short term kuat geser tanah

Kapankah kita perlu mengevaluasi properti short-term tanah? Pertanyaan ini berkaitan dengan kondisi real di lapangan.

Misalnya saat kita membangun tanggul/timbunan secara cepat diatas tanah lempung

Pada kasus ini maka konsolidasi belum sempat terjadi di tanah lempung, maka dalam hal ini stabilitas tanah harus pertama-tama dianalisis untuk kondisi short term-nya

UU-sample1

Tanggul yang dibangun diatas Lempung

Bila kita menggunakan kriteria keruntuhan Mohr-Coulomb, maka di akhir uji UU diharapkan kita dapat memperoleh properti tanah short term kohesi c_u dan sudut geser tanah \phi_u

Uji Unconsolidated Undrained

Seperti halnya semua uji triaksial, uji triaksial terdiri dari 2 fase, fase kompresi dan fase deviatorik

Untuk uji UU, baik pada fase kompresi, maupun pada fase deviatorik, keran ditutup, artinya tidak ada air yang keluar dari sampel benda uji

Skematis Uji UU

Skematis Uji UU

Pada posting yang lalu saya sudah menyinggung bahwa benda uji sebaiknya harus memiliki nilai saturasi yang mendekati sempurna dengan mengecek koefisien Skempton B mendekati 1

Karena benda uji telah tersaturasi mendekati sempurna dan tidak ada air yang keluar dari benda uji maka benda uji tidak mengalami perubahan volume sama sekali baik pada fase kompresi maupun pada fase deviatorik karena air diasumsikan incompressible.

Saya katakan tidak mengalami perubahan volume, namun ini tidak berarti benda uji tidak mengalami perubahan bentuk!!

Misalkan 500 ml air, pertama-tama air tersebut ditaruh didalam sebuah gelas kemudian air tersebut dipindahkan kedalam botol

Pada kasus pertama air akan mengikuti bentuk gelas, di kasus kedua air akan mengikuti bentuk botol, bentuknya berbeda namun volumenya sama

Inilah poin penting dalam uji Unconsolidated Undrained, tidak ada perubahan volume karena air diasumsikan incompressible

Sekarang saya akan jelaskan apa yang terjadi selama masing-masing fase pembebanan pada uji UU ini


1. Fase Kompresi (unconsolidated)

Pada fase ini, benda uji diberi tekanan sel \Delta\sigma_c secara bertahap hingga mencapai tegangan kekangan yang diharapkan \sigma_c.

Karena pada fase ini keran ditutup (unconsolidated), maka tegangan dari sel triaxial seluruhnya akan ditahan oleh tegangan air pori dari tanah

UU-Tegangan-Fase-Kompresi

Uji UU – Tegangan di akhir fase kompresi

Di akhir fase kompresi kita akan memperoleh nilai tegangan sebagai berikut:

a. Pada cell/chamber (tegangan total):

\overline{\overline{\sigma}}_T=\begin{bmatrix}{\sigma_c}&{0}&{0}\\{0}&{\sigma_c}&{0}\\{0}&{0}&{\sigma_c}\end{bmatrix}

b. Tegangan air pori:

\overline{\overline{u}}=\begin{bmatrix}{\sigma_c}&{0}&{0}\\{0}&{\sigma_c}&{0}\\{0}&{0}&{\sigma_c}\end{bmatrix}

c. Tegangan efektif:

\overline{\overline{\sigma}}'=\overline{\overline{\sigma}}_T-\overline{\overline{u}}=\begin{bmatrix}{0}&{0}&{0}\\{0}&{0}&{0}\\{0}&{0}&{0}\end{bmatrix}


2. Fase deviatorik (undrained)

Pada fase ini, pelat dibagian atas dan bawah benda uji akan menekan benda uji dengan tegangan aksial menghasilkan tegangan deviatorik pada benda uji

Saat proses pemberian tegangan aksial (yang tentunya menghasilkan tegangan deviatorik), maka terjadi penambahan ato pengurangan tegangan air pori \pm u_f.

Bersamaan dengan proses ini, akan terjadi penambahan tegangan efektif tanah akibat proses shearing pada fase undrained. Bila tanah tersaturasi sempurna, maka besarnya penambahan tegangan efektif tanah ini akan selalu sama tidak peduli berapapun besarnya tegangan kompresi pada fase unconsolidated

Ini adalah hal yang sangat logis, karena pada fase kompresi dan fase deviatorik disini tidak ada perubahan angka pori/porositas dari benda uji, sehingga pada uji Unconsolidated Undrained, benda uji memiliki nilai tegangan efektif yang sama untuk variasi tegangan kompresi yang berbeda!!

Hasil tipikal dari pengukuran tegangan deviatorik selama pembebanan deviatorik dapat dilihat dibawah ini

Tipikal hasil uji UU (Fase deviatorik)

Tipikal hasil uji UU (Fase deviatorik)

Keruntuhan benda uji, menurut kriteria Mohr-Coulomb tergantung dari kekuatan maksimal benda uji, sehingga saat menggambarkan tegangan total di lingkaran Mohr, maka kita harus gunakan tegangan deviatorik maksimal dari kurva diatas

Pada saat puncak kurva deviatorik, benda uji akan mendapat tambahan tegangan aksial sebesar \sigma_f pada arah prinsipalnya. Nilai ini tidak tergantung pada besarnya tegangan kompresi pada fase kompresi (consolidated).

Mengapa? Alasannya sama seperti sebelumnya, karena baik pada fase kompresi maupun deviatorik, angka pori maupun porositas benda uji tetap konstan, sehingga respon dari kerangka solid tanah akan sama tidak peduli besarnya tegangan kompresi yang diberikan pada fase unconsolidated

Inilah alasan utama mengapa pada uji UU, jarang sekali dilakukan pengukuran tegangan air pori.

Dengan mengukur tegangan air pori, kita dapat menghitung tegangan efektif tanah, namun disini tidak perlu dilakukan, karena secara intuisi telah saya jelaskan bahwa besarnya tegangan aksial tambahan \sigma_f yang diperlukan untuk mencapai keruntuhkan (failure) dari benda uji selalu konstan

UU-Tegangan-Fase-Deviatorik

Uji UU – Tegangan pada fase deviatorik (disaat rupture)

Pada kondisi keruntuhan benda uji, kita akan mendapatkan kondisi tegangan sbb:

a. Pada cell/chamber (tegangan total):

\overline{\overline{\sigma}}_T=\begin{bmatrix}{\sigma_c}&{0}&{0}\\{0}&{\sigma_c}&{0}\\{0}&{0}&{\sigma_c}\end{bmatrix}+\begin{bmatrix}{\sigma_f}&{0}&{0}\\{0}&{0}&{0}\\{0}&{0}&{0}\end{bmatrix}=\begin{bmatrix}{\sigma_c+\sigma_f}&{0}&{0}\\{0}&{\sigma_c}&{0}\\{0}&{0}&{\sigma_c}\end{bmatrix}

b. Tegangan air pori:

\overline{\overline{u}}=\begin{bmatrix}{\sigma_c}&{0}&{0}\\{0}&{\sigma_c}&{0}\\{0}&{0}&{\sigma_c}\end{bmatrix}\pm\begin{bmatrix}{u_f}&{0}&{0}\\{0}&{u_f}&{0}\\{0}&{0}&{u_f}\end{bmatrix}

\overline{\overline{u}}=\begin{bmatrix}{\sigma_c\pm u_f}&{0}&{0}\\{0}&{\sigma_c\pm u_f}&{0}\\{0}&{0}&{\sigma_c\pm u_f}\end{bmatrix}

c. Tegangan efektif:

\overline{\overline{\sigma}}'=\overline{\overline{\sigma}}_T-\overline{\overline{u}}=\begin{bmatrix}{\sigma_f\mp u_f}&{0}&{0}\\{0}&{\mp u_f}&{0}\\{0}&{0}&{\mp u_f}\end{bmatrix}

Hasil uji UU pada bidang tegangan Mohr (\tau,\sigma)

Sekarang saya akan coba gambarkan lingkaran Mohr dari hasil tegangan uji triaksial diatas saat benda uji runtuh

Namun sebelumnya saya harus hitung tegangan total mayor, minor, dan jari-jari lingkaran Mohr menggunakan informasi tensor tegangan yang telah saya hitung sebelumnya

(1) Tegangan total

\overline{\overline{\sigma}}_T=\begin{bmatrix}{\sigma_c+\sigma_f}&{0}&{0}\\{0}&{\sigma_c}&{0}\\{0}&{0}&{\sigma_c}\end{bmatrix}

\overline{\overline{\sigma}}_T=\begin{bmatrix}{\sigma_1}&{0}&{0}\\{0}&{\sigma_2}&{0}\\{0}&{0}&{\sigma_3}\end{bmatrix}

Tegangan total mayor: \sigma_1=\sigma_c+\sigma_f

Tegangan total minor: \sigma_3=\sigma_2=\sigma_c

Jari-jari lingkaran Mohr: \tau_m=\frac{1}{2}(\sigma_1-\sigma_3)=\frac{1}{2}\sigma_f

(2) Tegangan efektif

\overline{\overline{\sigma}}'=\begin{bmatrix}{\sigma_f\mp u_f}&{0}&{0}\\{0}&{\mp u_f}&{0}\\{0}&{0}&{\mp u_f}\end{bmatrix}

\overline{\overline{\sigma}}'=\begin{bmatrix}{\sigma_1'}&{0}&{0}\\{0}&{\sigma_2'}&{0}\\{0}&{0}&{\sigma_3'}\end{bmatrix}

Tegangan efektif mayor: \sigma_1'=\sigma_f\mp u_f

Tegangan efektif minor: \sigma_3'=\sigma_2'=\mp u_f

Jari-jari lingkaran Mohr: \tau_m=\frac{1}{2}(\sigma_1'-\sigma_3')=\frac{1}{2}\sigma_f

Hasil penggambaran lingkaran Mohr-nya adalah sbb:

mc-uu-test

Diagram Mohr Uji UU

Dengan melihat gambar diatas, maka akan didapat properti tanah untuk uji UU sbb:

  • Kohesi tanah C_u \neq 0
  • Sudut geser tanah \phi_u=0
  • Sudut geser efektif tanah \phi' \neq 0

Unconfined Compression Test (Uji tekan tak terkekang)

Uji tekan tak terkekang adalah kasus khusus dari uji UU. Saya sebut khusus karena uji ini sama persis dengan uji UU hanya saja tanpa tegangan kekangan

Kohesi dari uji UCT dikalkulasi dengan mengambil tegangan kekangan \sigma_3=0, sehingga

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

\tau_m=\frac{1}{2}\sigma_1

Atau lebih sering ditulis

C_u=\frac{1}{2}S_u

S_u=2C_u

Dimana C_u adalah kohesi undrained tanah, dan S_u adalah tegangan tekan maksimal yang bisa ditahan tanah

Hasil penggambaran lingkaran Mohr-nya adalah sbb:

mc-uct-test

Diagram Mohr Uji UCT

Dapat kita lihat pada gambar diatas bahwa tegangan total benda uji lebih kecil daripada tegangan efektifnya. Karena tegangan kompresi total \sigma_3 harus selalu nol, sedangkan tegangan efektif tanah pasti positif, ini berarti benda uji akan mengalami tegangan air pori negatif

Sebenarnya hasil uji UCT ini secara teori akan sama persis dengan uji UU, hanya saja karena tanpa kekangan dari luar, seringkali derajat saturasi dari benda uji tidak mendekati 100\%

Akibatnya, pada saat fase deviatorik, benda uji akan mengalami deformasi volumik. Hal ini seringkali menyebabkan didapatkannya parameter undrained C_u yang tidak tepat (lebih rendah)

Jadi selama uji UU memungkinkan untuk dilakukan, tentunya lebih baik menggunakan parameter short term dari uji UU dibandingkan UCT

Next CU & CD  😎

PS: selalu CMIIW :mrgreen:

Iklan

Comments

  1. bukannya perubahan tegangan efektif tanah untuk semua nilai tegangan kompresi selalu 0 ya ? soalnya kan ditanggung semua sama air

    • Naruto,

      Ini bicara soal uji UU kan?

      Memang seperti kutulis diatas, perubahan nilai tegangan efektif saat fase kompresi selalu nol, yang tidak nol adalah saat fase deviatorik (fase Undrained).

      Mengapa saat fase deviatorik perubahan tegangan efektif tanah tidak nol?

      Saya balik pertanyaannya… Kalau perubahan tegangan efektif tanah selalu nol saat uji UU, bagaimana Mohr-Coulomb shear failure bisa tercapai? 🙂

      James

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: