studi pengujian perbandingan nilai kuat geser tanah...
TRANSCRIPT
STUDI PENGUJIAN PERBANDINGAN NILAI KUAT GESER TANAH DAN
STRESS PATH ANTARA AXIAL COMPRESSION DAN LATERAL
EXTENSION MENGGUNAKAN TRIAKSIAL DIGITAL
Ghozalfan Farabi B (25013066)
ABSTRAK
Salah satu Metode pengujian Laboratorium dalam Penyelidikan tanah Laboratorium yang paling sering
digunakan untuk mengetahui kuat geser dari tanah adalah Tes triaksial.Namun di Indonesia sendiri yang
dikenal hanya Tes Triaksial Aksial Kompresi (AC) dimana tanah mengalamai beban tekan secara arah
aksial seperti yang terjadi didalam proses beban pondasi. Padahal didalam dunia yang sebenarnya ada 4
jenis pengujian Triaksial dimana disesuaikan dengan kondisi pembebanan yang ada. Pada proses galian
terjadi pengurangan beban aksial pada tanah sehingga proses ini dinamakan Axial Extension (AE).
Sedangkan untuk proses pembuatan Basement pada galian dalam untuk bangunan tinggi terjadi proses
Lateral Extension (LE) dimana terjadi pengurangan beban yang terjadi pada tanah dari arah lateral
Dalam setiap proses yang telah disebutkan diatas ternyata memiliki perilaku, kuat geser tanah dan
Stress Path yang berbeda-beda. Sehingga tidak memungkinkan juga kita hanya menggunakan satu jenis
kuat geser tanah untuk semua perilaku pembebanan yang terjadi dalam setiap proses geoteknik.
Tentunya dapat mengakibatkan kesalahan fatal jika dalam proses desainnya selanjutnya tidak
menggunakan Safety Factor yang aman didalam ketidakpastian parameter kuat geser tanah dengan
perilaku yang ada sebenarnya.
Sehingga penelitian ini dilakukan adalah untuk menentukan nilai perbandingan kuat geser tanah dan
Stress Path yang terjadi pada uji tes Axial Compression dan Lateral Extensions menggunakan alat
Triaksial Digital. Serta menguji keakuratan hasil pengolahan data dari Triaksial Digital ini. Pengujian ini
akan menggunakan alat uji Triaksial Digital produk asli dari Indonesia namun sudah menggunakan
teknologi cukup mutakhir untuk dapat memberikan nilai yang valid. Uji yang dilakukan pada Triaksial
adalah tes CU disesuaikan dengan ASTM D4767.
Penelitian ini dilakukan pada Digital Triaksial buatan sendiri, ada beberapa hal mendasar yang menjadi
perbedaan antara Digital Triaksial dan Triaksial Manual. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat penjelasan
berikut dibawah ini :
Gambar 23 Triaksial Digital
Pengaturan semua pergerakan dan kontrol Triaxial Digital ini diatur dengan micro controller, maka
tingkat akurasinya tinggi dan pemakaiannya lebih mudah bila dibandingkan dengan Triaxial manual.
Semua data yang diperlukan bisa ditampilkan pada computer dan bisa dipakai untuk perhitungan data
selanjutnya.
Perbedaan mendasar antara Triaksial Digital dan Triaksial Manual adalah :
1. Mengatur kecepatan gerak Loading machine lebih mudah tidak perlu ganti gigi dan ganti posisi
handle, cukup menekan tombol untuk memilih kecepatan yang sudah diprogram.
2. Motor tidak berisik dan bisa bekerja beberapa hari tanpa istirahat.
3. Load (beban) bisa diukur secara tepat dan langsung bisa dibaca tanpa harus dihitung dulu
seperti pada proving ring
4. Pergerakan chamber bisa dibaca langsung pada digital indicator.
5. Perubahan Volume air pada back pressure dibaca secara digital dan datanya bisa dipakai bahan
perhitungan pada komputer.
6. Sistim tekanan Back, Cell dan Pore Pressure :
- Sumber tekanan Cell dan back tidak memerlukan kompressor tapi dengan cara menekan
langsung air dalam silinder dengan pergerakan piston yang diatur dengan micro controller
- Pada back pressure pergerakan piston disambung dengan linear potensio meter untuk
diambil datanya sebagai pengganti burret (point no5)
- Back Pressure dan Cell Pressure selain bisa dibaca langsung pada digital indicator, juga
tekanannya bisa dijamin konstant sesuai setting yang kita tetapkan sebelumnya, sebab
micro controller akan selalu menyesuaikan setiap perubahan 0,01 kg/cm2.
- Tekanan Back, Cell dan Pori dikontrol dengan Pressure transducer yang ditempatkan
sedekat mungkin dengan sample , sehingga volume dan tekanan air yang keluar dari sample
bisa diukur setepat mungkin.
7. Triaxal ini dilengkapi timer yang alarmnya akan berbunyi sesuai waktu yg dIprogram termasuk
waktu konsolidasi
8. Semua data bisa diolah dalam komputer
Spesifikasi teknis untuk Triaksial Digital yang dibuat ini adalah :
1. Semua sensor pengambilan Data Digital
2. Terintegrasi dengan Program Data Acquisition
3. Kapasitas Cell Pressure dalam Chamber 6 Kg/cm2
4. Cell dan Pressure Transducer Autonics (Korea)
5. Pore Pressure Transducer (Autonics Korea)
6. Dapat melakukan uji Triaksial UU, CU dan CD
7. Dapat melakukan uji Triaksial Axial Compression maupun Lateral Extension
8. Kecepatan Constant rate of Strain (CRS) untuk Axial Compression dengan 24 opsi kecepatan dari
mulai 17 mm/menit hingga 0,0001 mm/menit
9. Kecepatan penurunan tekanan Cell Constant rate of Loading (CRL) untuk Lateral Extension 0,01
Kg/cm2/menit
10. Isotropoic Consolidation dan pengukuran Volume Change
11. Proses penjenuhan dan perhitungan B Value
12. Pembuatan Diagram Stress Path Total dan Stress Path Efektif
13. Digital Dial Displacement untuk pengukuran Axial Strain
Dibawah ini adalah tampilan Program Data Acquisition Triaksial Digital dengan urutan dari sebelah
kiri ke kanan (Cell Pressure, Back Pressure, Pore Pressure, Load Cell, Volume Change dan Axial
Displacement) :
Gambar 1 Tampilan program Data Acquisition untuk 6 sensor
Untuk menguji dan membandingkan hasil kuat geser tanah dan Stress Path antara Axial Compression
(AC) dan Lateral Extension (LE), maka akan dilkukan tes Triaksial CU (Consolidated Undrained)
menggunakan Triaksial Digital diatas. Kondisi awal Konsolidasi Isotropic dimana nilai beban awal arah
aksial dan lateral dianggap sama. Proses Konsolidasi dilakukan dengan nilai effective Consolidation Stress
(σ’hc) tertentu sehingga tidak terjadi lagi perubahan Volume air pori selama minimal waktu 5 menit.
Sebelumnya dilakukan juga proses penjenuhan dengan peningkatan nilai Back Pressure hingga nilai B
parameter mendekati 0,9 (sudah jenuh).
Jumlah sampel yang akan digunakan sejumlah 21 sampel tanah kohesif Normally Consolidated yang
diambil dari tanah merah yang kemudian dikompaksi secara seragam sehingga memiliki sifat yang
kurang lebih sama. Secara garis besar dari semua sampel yang ada dibagi kedalam dua jenis
pembebanan yaitu Axial Compression (AC) dan Lateral Extension (LE). Alat yang akan digunakan dibagi
kedalam 3 variasi yaitu Triaksial Digital (Pore Pressure Transducer made In China), Triaksial Digital (Pore
pressure Transducer Autonics, made in Korea) dan Triaksial Konvensional (Elle). Kemudian nilai effective
Consolidation Stress (σ’hc) pada saat fase konsolidasi yang akan digunakan sebanyak 3 nilai yaitu 0,5
Kg/cm2, 1 Kg/cm2 dan 1,5 Kg/cm2.
Dari pengujian tersebut akan digunakan Software data acquisiton yang sudah terprogram mengambil
data secara real time untuk 6 sensor. Kemudian membandingkan hasilnya antara keduanya baik Axial
Compression (AC) dan Lateral Extension (LE).
Dibawah ini adalah data Indeks Properties dari 21 spesimen yang disiapkan. Berat jenis yang didapat
rata2 1,7 T/m3.
Tabel 1 Hasil Uji Index Properties
Data lengkap mengenai pengujian CU dari setiap sampel akan kami sampaikan dalam tabel 2 dibawah ini
dari mulai sampel pertama hingga sampel ke 21 secara berututan. Informasi tersebut adalah jenis
penggeseran (AC atau LE), berat jenis, kadar air, Cell Pressure, Back Pressure, E50 (dari kurva Stress
Strain) dan nilai B Value (dari hasil penjenuhan).
Item Satuan Nilai
Gs 2.7236
g wet t/m3 1.7
w % 24
Gravel % 2.02
Sand % 7.23
Silt % 66.49
Clay % 24.26
PL % 22
LL % 61
IP % 39
Jenis tanah USCS CH
Tabel 2. Informasi Sampel
Hasil Pengolahan Data dan Analisis
Hasil uji Triaksial CU dengan nilai B 0,8 lebih yang akan dianalisis lebih lanjut. Hal ini untuk menunjukkan bahwa
tanah diasumsikan sudah dalam kondisi jenuh. Dibawah ini adalah hasil grafik regangan tegangan dari sampel
no 13,14, dan 15 dengan Pore Pressure Transducer yang baru.
Sampel Jenis geser Berat Jenis (T/m3) Kadar Air (%) Cell (Kg/cm2) Back (Kg/cm2) E50 (Kpa) B Value Alat
1 AC 1,71 24 1,1 0,6 3654 0,4 D
2 AC 1,68 24 1,6 0,6 5000 0,4 D
3 AC 1,72 24 2,1 0,6 13544 0,4 D
4 LE 1,73 24 1,3 0,8 1846 0,4 D
5 LE 1,7 24 2,4 1,4 2095 0,5 D
6 LE 1,7 24 2,1 0,6 12200 0,4 D
7 LE 1,7 24 1,6 1,1 3889 0,45 D
8 LE 1,71 24 2,1 1,1 7688 0,45 D
9 LE 1,72 24 2,6 1,1 8900 0,45 D
10 AC 1,71 24 2,6 2,1 3756 0,6 D
11 AC 1,7 24 3,1 2,1 11404 0,6 D
12 AC 1,73 24 4,4 3,6 13533 0,77 D
13 AC 1,72 24 4,4 3,9 6400 0,8 D (1)
14 AC 1,7 24 4,9 3,9 7583 0,8 D (1)
15 AC 1,71 24 5,4 3,9 11314 0,8 D (1)
16 AC 1,71 24 1,1 0,6 5667 0.4 (A) K
17 AC 1,7 24 1,6 0,6 9167 0.4 (A) K
18 AC 1,71 24 2,1 0,6 9667 0.4 (A) K
19 AC 1,71 24 1,1 0,6 3955 0,4 D (1)
20 AC 1,71 24 4,4 3,9 6300 0,85 D (1)
21 LE 1,71 24 4,4 3,9 5950 0,85 D (1)
Keterangan D Triaksial Digital dengan Pore Pressure Transducer made in China
D (1) Triaksial Digital dengan Pore Pressure Transducer Autonics Korea
K Triaksial Konvensional Elle
(A) Berdasarkan hasil Triaksial Digital Pore Pressure Transducer baru dengan Back Pressure yang sama
Grafik 1. Stress Strain dengan Pore Pressure Transducer yang baru (Sampel no 13,14,15) dengan B Value
= 0,8 dan Back Pressure 3,9 Kg/cm2
Jika dilihat pola kekerasan (Stiffness) dari tanah uji dapat dikategorikan sebagai Dense Soil. Hal ini
dikarenakan tanah uji remolded dikompaksi kembali pada cetakan spesimen Triaksial hingga sampel
yang ada menjadi lebih padat dan lebih keras. Perilaku ini juga menguatkan bahwa tanah memliki sifat
Strain Hardening, yaitu semakin bertambah regangan yang terjadi maka Stress yang terjadi juga terus
naik. Hubungan Stress Strain akan sangat bergantung pada nilai OCR, tekanan confining efektif dan pola
Drained Undrained. (Mitchell, 1993). Dibawah ini akan disajikan hasil dari Stress Path nya.
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
0 0.05 0.1 0.15 0.2
Dev
iato
ric
Stre
ss (
Kg/
cm2)
Strain
Stress Path Triaksial Digital (Pore Pressure Transducer Baru)
Stress Strain Pc'=1 kg/cm2
Stress Strain Pc'=0.5 Kg/cm2
Stress Strain Pc'=1,5 Kg/cm2
Grafik 2. Stress Path Triaksial Digital (Pore Pressure transducer baru)(sampel no 13,14,15) dengan B
Value 0,8 (Tekanan Back 3,9 Kg/cm2)
Dari hasil Stress Path yang ada untuk spesimen 13,14 dan 15 dapat dilihat bahwa failure terjadi ketika
tekanan air pori sudah konstan. Hal ini terlihat dari grafik Stress Path efektif dititik balik berubah arah ke
kanan atas sejajar dengan Stress Path totalnya. Sehingga titik tersebut menjadi acuan titik failure.
Perbandingan AC dan LE ini hanya menggunakan uji sampel spesimen 20 dan 21 dikarenakan uji sampel
yang lain masih jauh dari nilai derajat saturasi. Kedua sampel ini meskipun belum mencapai nilai B Value
0,9 (0,85) sesuai syarat dari ASTM, namun mengingat kondisi tanah yang tidak lunak maka kami
asumsikan bahwa tanah sudah jenuh. Stress Path ini akan kita gambarkan dalam satu grafik meliputi
Stress Path Axial Compression dan Stress Path Lateral Extension. Berdasarkan teori yang ada Stress Path
efektif dan kuat geser efektif akan menuju hasil yang kurang lebih sama untuk AC dan LE dikarenakan
kedua pengujian ini memliki konsep keruntuhan jangka panjang yang sama meskipun perlakuan geser
keduanya berbeda (Holtz, Bishop, Wesley, 1975). Dibawah ini kami gambarkan grafik Stress Path
spesimen antara 20 dan 21 dengan nilai B parameter 0,85.
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
q (
Kg/
cm2)
p (Kg/cm2)
Stress Path Triaksial Digital (Pore Pressure Transducer baru)
Stress Path Total 1 Digital BValue 0,8
Stress Path Efektif 1 Digital BValue 0,8
Stress Path Total 2 Digital BValue 0,8
Stress Path Efektif 2 Digital BValue 0,8
Stress Path Total 3 Digital BValue 0,8
Stress Path Efektif 3 Digital BValue 0,8
Grafik 3. Stress Path Gabungan Spesimen 20 (AC) dan 21 (LE)
Pada grafik 3 dapat dilihat bahwa untuk Stress Path efektif baik yang AC maupun yang LE memiliki
gradient garis KF yang mendekati sama. Dapat kita lihat didalam grafik tersebut pola air pori untuk AC
akan konstan setelah tanah mengalami keruntuhan dan pada saat itulah Stress puncak dari tanah untuk
Diagram Mohr menjadi acuan. Pola ini ternyata sama dengan pengujian CU untuk tanah kohesif dengan
Indeks plastisitas tertentu. (Boulanger, Idris)
Grafik Stress Path efektif untuk Axial Compression dan Lateral Extension seharusnya memiliki nilai yang
sama dan berhimpitan untuk jenis tanah yang sama dan pola geser yang sama (Holtz, Bishop, Wesley,
1975). Hal ini terdapat perbedaan yang didapat dari hasil pengujian antara AC spesimen 20 dan LE
spesimen 21, hanya saja kedua stress path efektif ini memliki kecenderungan kearah yang sama
meskipun masih terdapat perbedaan. Perbedaan ini dapat terjadi dikarenakan untuk sampel 20 (AC)
pergeseran dilakukan dengan menggunakan Strain rate yang konstan yaitu 0,05 mm/menit. Sedangkan
untuk LE sendiri (sampel 21), pergeseran dilakukan dengan menggunakan Stress rate yang konstan
dimana pengurangan Tekanan Cell berkurang 0,01 Kg/cm2 per menit. Hal ini tentunya akan ada
perbedaan terhadap perilaku Strain dan Stress yang terjadi didalam sampel terlebih lagi pada hasil
Stress Path efektif. Pola Strain Control dibutuhkan ketika pola keruntuhan adalah progressive failure,
sedangkan Stress Control dibutuhkan untuk mengetahui efek waktu dari deformasi yang terjadi (Vaid,
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
q (
Kg/
cm2)
p (Kg/cm2)
Stress Path Speimen 20 dan 21 Uji Layak Alat B Value = 0.85
Stress Path Total AC
Stress Path Efektif AC
Stress Path Total LE
Stress Path Efektif LE
KF Line AC Total
KF Line AC Efektif
KF Line LE Total
KF Line LE Efektif
Linear (KF Line AC Total)
Negussay, Zergoun, 1987). Sehingga perbandingan pengujian AC dan LE hanya dapat dilakukan ketika
pola geser yang dilakukan juga sama dengan kecepatan yang sama pula.
Dengan garis KF yang sudah digambarkan maka kita dapat menghitung kuat geser tanah untuk AC dan LE
baik total maupun efektif. Hasil sudut geser dari keempat Stress Path diatas adalah :
φ AC total = 24,6
φ’ AC efektif = 38
φ LE total = 41
φ’ LE efektif = 33
Terdapat perbedaan nilai sudut geser untuk AC efektif dan LE efektif. Hal ini dikarenakan pola geser dari
Strain control dan Stress control yang berbeda antara AC dan LE seperti yang sudah dibahas sebelumnya.
Kesimpulan dan Rekomendasi
1. Hasil data pengujian untuk Axial Compression dan Lateral Extension menunjukkan hasil kuat
geser yang berbeda untuk kondisi efektif akibat perbedaan pola geser antara Strain Control dan
Stress Control.
2. Jalur Stress Path Total yang terjadi untuk Axial Compression bergerak kearah kanan atas
membentuk garis lurus dengan perbedaan tekanan air pori yang terjadi bernilai positif.
3. Jalur Stress Path Total yang terjadi untuk Lateral Extension bergerak kearah kiri atas dengan
membentuk garis lurus dengan perbedaan tekanan air pori yang bernilai negatif.
4. Terdapat perbedaan perilaku tanah dengan Constant Strain Rate dan Constant Stress Rate
sehingga perlu adanya perubahan sistem otomatisasi pada Micro Controller dengan
singkronisasi antara Displacement dan Tekanan Cell. Sehingga alat ini dapat memilih pola geser
Strain Control atau Stress Control sesuai kebutuhan.
5. Derajat saturasi sangat penting untuk menentukan hasil langkah selanjutnya sehingga
penentuan B Value sampai nilai 0,9 akan menjadi sangat penting. Hal ini agar sesuai dengan
kondisi lapangan dimana tanah yang berada dibawah muka air tanah dalam kondisi jenuh dan
kondisi tersebutlah kondisi kuat tanah yang paling kritis.
6. Perlu ada perbaikan pada sistem Triaksial Konvensional Elle terutama pada saat penjenuhan
sehingga bacaan air pori dan perhitungan B Value dapat dihitung secara akurat.
Daftar pustaka
1. Holtz, R. D., Kovacs, W. D., Sheahan, T. C. (2011), An Introduction To Geotechnical Engineering,
Prentice Hall.
2. Bo, M. W., Choa V. (2004), Reclamation and Ground Improvement, Cengage Learning.
3. Marques, M. E. S., Almeida, M. D. S. S. (2013), Design and Performance of Embankments on Very
Soft Soils, CRC Press.
4. Lambe, T. W. (1967). “Stress Path Method,” Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division,
ASCE, Vol 93, No SM6, pp. 309-331.
5. Ladd, C. C. and Degroot, D. J. (2003). “Recommended Practice for Soft Ground Site Characterization:
The Arthur Casagrande Lecture, “ Proceeding of the Twelfth Panamerican Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering, Cambridge, MA, Vol. 1, pp. 3-57.
6. Bishop, A. W. and Wesley, L. D. (1975). “Triaxial Apparatus for Controlled Stress Path Testing.”
Geotechnique, Vol. XXV, No 4, pp. 657-670
7. Bishop, A. W. and Henkel D. J. (1962). The Measurement of Soil Properties in the Triaxial test, 2nd ed.,
Edward Arnold Ltd., London, 228 p.
8. Crooks, J. H. A. and Becker, D. E. (1988). Discussion of “Slide in Upstream Slope of Lake Shelbyville
Dam” by D. N. Humphrey and G. A. Leonards, Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol. 114,
No 4, pp. 506-508.
9. Law, K. T. and Holtz, R. D. (1978). “A Note on Skempton’S A Parameter with rotation of Principal
Stresses,” Geotechnique, Vol. XXVIII, No. 1, pp. 57-64.
10. Skempton, A. W. (1954). “The Pore Pressure Coefficients A and B. “ Geotechnique, Vol IV, pp.
143-147.
11. Bjerrum, L. (1972). “Embankments on Soft Ground, “Proceedings of the ASCE Speciality Conference
on Performance of Earth and Earth Supported Structures, Purdue University, Vol. II, pp. 1-54.
12. Vaid, Y, P. Negussay, D. Zergoun, M. “A Stress and Strain Controlled Monotonic and Cyclic Loading
System”. ASTM, Philadelphia, 1987.
13. Donaghe. Chaney. Silver.”Advanced Triaxial Testing Of Soil and Rock”. ASTM, STP 977.
14. Lacasse, S. Berre, T, M. “Triaxial Testing Methods of Soil”. ASTM, Philadelphia, 1987.
15. Baldi, G. Might, W, D. Thomas, E, G. “A Reevaluation of Conventional Triaxial Test Methods”. ASTM,
Philadelphia, 1987.
16. Germain, T. Ladd, C, C. “Triaxial Testing of Saturated Cohesive Soils”. ASTM, Philadelphia, 1987.
17. Savage, W, Z. “Pore Pressure Distributions In Constant Strain Rate Triaxial Test”. ASTM, Philadelphia,
1987.
18. ASTM. “ASTM D 4767”.
19. Boulanger, R. W. , Idris, I. M. (2004). “Evaluating the potential for Liqefaction or Cyclic failure or Silts
and Clays”, Centre for geotechnical modelling.
20. Ladd, C. C. , Foott, R. (1974). “New design procedure for stability of soft clays”. Journal of the
Geotechnical Engineering Division.