Hal yang lumrah menjadi bahan pembicaraan civil engineer, terutama geotechnical engineer adalah perbedaan antara drained dan un-drained parameter pada tanah, dan kapan harus menggunakan parameter yang mana. Saya ingin mencoba membahasnya dalam bahasa yang sebisa mungkin mudah dipahami orang awam.
Komponen tanah terdiri dari BUTIRAN TANAH, AIR, dan RONGGA UDARA.
Undrained Condition
Tanah pada kondisi awal (kondisi 1), massa tanah terdiri dari Tanah, Air, dan Udara. Air masih mengisi celah-celah antara partikel tanah, kondisi ini kita sebut dengan kondisi total stress (σ), atau dapat kita sebut dengan undrained condition. Sesuai dengan namanya, undrained, bahwa air yang mengisi celah-celah diantara partikel tanah belum terdisipasi.
Drained Condition
Kemudian kondisi selanjutnya (kondisi 2) saat tanah dibebani, lama kelamaan rongga udara akan termampatkan, lalu air yang ada di celah-celah antara partikel tanah akan keluar (terdisipasi). Sehingga massa tanah hanya menyisakan komponen partikel tanah saja. Kondisi 2 kita sebut dengan kondisi effective stress (σ’), atau dapat kita sebut dengan drained condition.
Dari 2 kondisi diatas, hal pembeda utama adalah kondisi air yang ada di dalam massa tanah. Saat air belum terdisipasi (kondisi undrained), beban akan didistribusikan kepada komponen tanah dan komponen air (total stress). Sedangkan kondisi saat air sudah terdisipasi (kondisi drained), beban akan didistribusikan hanya kepada komponen tanah (effective stress)
Pada jenis tanah granular / sand / pasir, proses disipasi air pori akan terjadi sangat cepat, karena sifat butiran pasir tidak mengikat air, sehingga air akan dengan mudah terdisipasi. Sedangkan pada jenis tanah lempung / clay, proses disipasi air pori akan terjadi sangat lama, tergantung dari kemampuan mineral lempung / clay mengikat air pori. Hal ini disebabkan karena tanah lempung memiliki ikatan kimia diantara partikelnya (kohesi/cohesion), dan memiliki kemampuan menyimpan air yang lebih tinggi dari pada tanah pasir.
Itulah mengapa pada tanah pasir kita hanya mengenal immediate settlement (penurunan seketika), sedangkan pada tanah clay, selain immediate settlement, kita juga mengenal istilah consolidation settlement (penurunan konsolidasi). Proses disipasi air pori pada jenis tanah clay dapat memakan waktu yang tidak sebentar, bisa hitungan bulan, tahun, bahkan di beberapa kasus memiliki hitungan puluhan tahun.
Dalam proses desain geoteknik, kita akan mengenal istilah short-term analysis dan long-term analysis. pada short-term analysis kita akan menggunakan parameter tanah total (total stress parameters), sedangkan long-term analysis menggunakan parameter tanah efektif (effective stress parameters). Lalu apa bedanya?
Menurut Mohr-Coulomb, Parameter kekuatan tanah adalah sebagai berikut:
Total Stress Parameter and Effective Stress Parameter
Ada 3 parameter yang menentukan kekuatan geser tanah, yaitu Kohesi (c), Sudut geser dalam (Φ) dan tegangan tanah (σ). Ketiga komponen ini dapat kita peroleh dari hasil investigasi tanah. Ketiga parameter ini dapat kita peroleh dalam kondisi undrained maupun drained, sesuai dengan kebutuhan, tergantung pada jenis tes laboratorium nya. Jenis uji yang biasa digunakan dan yang selama ini paling diandalkan untuk memperoleh ketiga parameter ini adalah uji triaxial.
Uji triaxial sendiri dapat dilakukan dengan 3 kondisi, yaitu UU, CU, dan CD:
- Unconsolidated Undrained (UU)
- Consolidated Undrained (CU)
- Consolidated Drained (CD)
Sesuai dengan namanya uji triaxial Undrained adalah untuk memperoleh parameter tanah total (Su/Cu dan Φ) sedangkan triaxial CD untuk memperoleh parameter tanah efektif (c’ dan Φ’).
Uji triaxial UU adalah uji yang paling mudah, cepat, dan murah, karena pada uji triaxial UU, tanah tidak perlu dikonsolidasikan terlebih dahulu, sehingga dapat langsung diberikan beban secara cepat, disesuaikan dengan kondisi short-term saat tanah belum terkonsolidasi dan dibebani secara cepat di lapangan. Uji lain yang dapat dilakukan untuk memperoleh parameter tanah total (umumnya berupa Su atau Cu) dan banyak dikenal adalah unconfined compression test.
Sedangkan untuk uji triaxial CU dan CD, memakan waktu yang relatif lama, dan harga nya lebih mahal dibandingkan uji UU. Karena pada uji CU dan CD, tanah perlu dikonsolidasikan terlebih dahulu sebelum diberikan beban. Perbedaan CU dan CD adalah kecepatan pembebanan nya. Untuk CU, setelah tanah terkonsolidasi, pembebanan dilakukan secara cepat, sedangkan CD pembebanan dilakukan secara perlahan. Sehingga kondisi CD diharapkan menghasilkan parameter tanah efektif (long-term condition).
Penggunaan Parameter Drained dan Undrained
Aplikasi parameter drained dan undrained ini seringkali diperdebatkan saat melakukan proses desain. Memang untuk memberikan hasil desain yang konservatif, kedua kondisi short-term maupun long-term perlu diperiksa. Karena seiring berjalan nya waktu, perilaku tanah akan berubah, tergantung pada kondisi muka air tanah dan kondisi pembebanan disekitar tempat yang kita desain.
Perlu kita lihat juga kondisi aktualnya di lapangan. Mari kita ambil contoh kasus timbunan. Pada kasus timbunan, tanah timbunan akan dikonstruksi dalam waktu yang relatif cepat, setelah selesai dikonstruksi dan dipadatkan, tanah timbunan ini pada umumnya akan segera dibebani, baik oleh bangunan ataupun jalan. Kondisi pembebanan seperti ini mirip dengan kondisi total stress, dimana tanah belum terkonsolidasi secara sempurna, kemudian mendapat beban secara cepat.
Untuk kasus galian, pada dasarnya kita dapat melakukan 2 tahap analisis, short-term menggunakan total stress, maupun long-term menggunakan effective stress. Namun pada umumnya analisis kasus galian menggunakan effective stress parameter, karena memiliki nilai parameter yang lebih konservatif dan mempertimbangkan kondisi long-term saat air pori galian / lereng sudah terdisipasi sempurna.
Ada beberapa rekomendasi kasus beserta penggunaan parameter tanah berdasarkan buku An Introduction to Geotechnical Engineering by AA Holtz & Kovac sebagai berikut.
Das, Braja M. 2009. Principles of Geotechnical Engineering 7th Edition. Stamford. Cengage Learning.
Kovac, AA Holtz. 1981. An Introduction to Geotechnical Engineering. New Jersey. Prentice-Hall, Inc.
Aryansah's mind trash... 