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.