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

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

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

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)

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

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:

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:

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

Comments

naruto says:

April 4, 2017 pukul 17:08

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

Balas
- joetomo says:
  
  April 5, 2017 pukul 02:25
  
  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
  
  Balas
  - naruto says:
    
    April 5, 2017 pukul 13:31
    
    kalo uji drained, failurenya gimana bisa tercapai dong ? kan penambahan tegangan efektif tanahnya dijaga 0
Grace says:

Mei 10, 2018 pukul 09:31

mau nnya, kapan kita uji triaksial pake CU dan kapan pake UU? Apa ada ketentuannya? terimakasih

Balas
- joetomo says:
  
  Juli 1, 2018 pukul 10:33
  
  Grace, triaxial UU hanya dapat mengakses short-term soil property. Sedangkan dengan menggunakan triaxial CU (dengan pore water pressure reading), kita dapat mengakses long-term soil property.
  
  Balas
donal says:

September 27, 2018 pukul 04:36

pak..kalau untuk mendesign tanah timbunan, standardnya pengujian uu atau cu? trims

Balas

	Irma pada Konsolidasi – Overview
	kenny pada Rangkuman Rumus Lingkaran…
	bella pada Uji Triaksial – Fase Kom…
	Dian pada Jaring Aliran (Flownet)…
	joetomo pada Tegangan Pada Sumbu Lokal Deng…
	toto pada Tegangan Pada Sumbu Lokal Deng…
	donal pada Uji Triaksial – Unconsol…
	joetomo pada Uji Brazilian/Uji Belah…
	geotechnicalfreak pada Uji Brazilian/Uji Belah…
	joetomo pada Pengenalan Singkat Tensor…

Uji Triaksial – Unconsolidated Undrained & Unconfined Compression Test

Comments

Tinggalkan Balasan ke joetomo Batalkan balasan

Random Specimens

Uji Konsolidasi – Tanah Selalu Ingat

Tensor Rotasi Kecil

Aliran Air di Kerangka Solid – Hukum Darcy

Divergensi & Teori Divergensi Ostrogradsky

Small Deformation, Seberapa Kecil ? (1)

Recent Comments

Follow Site via Email

Uji Triaksial – Unconsolidated Undrained & Unconfined Compression Test

Bagikan ini:

Menyukai ini:

Terkait

Comments

Tinggalkan Balasan ke joetomo Batalkan balasan

Random Specimens

Uji Konsolidasi – Tanah Selalu Ingat

Tensor Rotasi Kecil

Aliran Air di Kerangka Solid – Hukum Darcy

Divergensi & Teori Divergensi Ostrogradsky

Small Deformation, Seberapa Kecil ? (1)

Recent Comments

Follow Site via Email