Pemahaman mengenai undrained dan drained condition sangat penting dalam ilmu geoteknik. Karena kondisi undrained dan drained berkaitan dengan respon tanah tersebut sebelum failure, akibat sharing dan juga penentuan parameter kuat gesernya yang akan diaplikasikan ke desain geoteknik seperti galian, timbunan, fondasi, dan sebagainya. Mari kita awali dengan flashback terlebih dahulu ke ilmu mekanika tanah dasar tentang kelompok tanah. Anda tahu bahwa umumnya tanah terdiri dari distribusi butiran dan dapat disimplifikasi menjadi dua kelompok besar. Kelompok pertama yaitu fine grain soil atau tanah berbutir halus.
Kelompok kedua yaitu coarse grain soil atau tanah berbutir kasar. Kelompok-kelompok tanah tersebut dapat dijabarkan lebih detail berdasarkan distribusi ukuran butirannya. Ilustrasinya adalah sebagai berikut. Bayangkan Anda memiliki sepungkah tanah yang dimana dalam sepungkah tanah tersebut Anda mengetahui beberapa persen proporsi putiran pasir, lempung, dan lanaunya.
Misal 30% pasir, 50% lempung, 20% lanau, maka tanah tersebut dikategorikan sebagai clay. Contoh lagi 90% pasir, 10% lempung, 0% lanau, maka tanah tersebut dikategorikan sebagai sen. Ilustrasi tadi merupakan penamaan tanah berdasarkan USDA. Untuk lebih lengkapnya kita dapat mengacu ke standar lain misalkan standar Belanda. Cara penggunaan chart tersebut sama dengan ilustrasi awal, hanya saja komposisi gravel dan peat dapat diikutkan jika diketahui.
Sedangkan proporsi presentasi jenis-jenis tanah didapati dari Green Size Analysis atau Particle Size Distribution Test. Intinya adalah pada realitanya tanah yang sudah diidentifikasi akan mempunyai partikel yang dominan yang bakal menentukan perilakunya. Proporsi yang paling dominan misalkan 50% lempung dan sisanya pasir plus lano maka tanah tersebut adalah tanah lempung berpasir atau centiclay atau tanah lempung berlano atau silticlay. Untuk pengawalan silty atau sandy tinggal mana yang lebih dominan, pasir atau lanonya? Karena partikel kli sangat dominan, maka perliakunya seperti atau diasumsikan sebagai fine grain soil.
Dalam praktik rekayasa geoteknik, kita akan banyak melakukan asumsi. Asumsi Anda bisa optimis, asumsi Anda bisa moderat, asumsi Anda bisa konservatif. Pada realitanya, coarse green dan fine green soil akan mengalami respon yang berbeda pada kondisi beban statis vertikal seperti timbunan pada kondisi terendam air.
Khususnya respon tekanan air pada pori-pori tubuh tanah tersebut. Untuk itu diperlukan asumsi yang menyatakan bahwa model akan berberlaku undrained atau drained. Secara umum, pada kondisi terendam air, fine green soil identik dengan undrained condition dan coarse green soil identik.
dengan drain condition namun suatu tanah bisa juga berperilaku partially drain oke sekarang saya akan bercerita tentang bagaimana respon lempung murni dan pasir murni terhadap ban vertikal tambahan misalkan timbunan pada kondisi terendam air, lempung dan pasir murni normally consolidated soil dengan asumsi pengaruh syering diabaikan Bayangkan ada tanah timbunan di atas tanah pasir atau lembong yang sangat luas, lalu saya tinjau potongan kecil 2 dimensi sehingga teping kiri dan kanan dianggap tak terhingga. Di sini kita punya 2 kondisi tanah dari gambar di bawah ini, yang kiri profil tanah terdiri dari pasir 1, pasir 2, dan pasir 3. Semua lapisannya adalah pasir. Yang kanan profil tanah terdiri dari pasir, lempung, dan pasir. Semua lapisannya adalah pasir kecuali bagian tengahnya.
Lalu akan saya kasih beban timbunan misalkan 100 kph. Maka pada kondisi kiri nampak tidak terjadi peningkatan tekanan air pada lapisan pasir 1 maupun 2 maupun 3. Peningkatan tekanan air pada tubuh pasir hanya sesaat. Dalam hal ini dapat diabaikan. Namun lain halnya pada kondisi kanan, di mana terjadi peningkatan tekanan air pada badan tanah lempung kurang lebih sebesar beban yang diberikan yaitu 100 kPa. Peningkatan tekanan air ini disebut dengan excess pore pressure kondisi dimana terjadi peningkatan tekanan air pada tanah lempung akibat kekembangan beban ini disebut dengan undrained condition hal ini terjadi karena ketidakmampuan air untuk keluar dari pore-nya secara cepat karena lempung mempunyai permeabilitas yang relatif sangat rendah sehingga air dalam tubuh lempung tidak dapat keluar dari porinya pada tekanan beban pertama.
Tekanan air pori tambahan ini sering disebut dengan excess pore pressure dan mempunyai simbol positif sebagai simbol penambahan tekanan air. Gambangannya karena pengaruh tekanan timbulan diatasnya air dalam pori-pori tanah lempung. lempung ingin berontak keluar tapi karena bolongannya sangat kecil jadi tidak bisa keluar sehingga efeknya adalah meningkatnya tekanan air pada tanah lempung tersebut jadi kondisi ini terjadi pada pembuangan pertama timbunan atau kondisi short term yang disebut dengan kondisi undrained Lalu setelah pembebanan pertama, apa yang terjadi jika kita tunggu misalkan T 10 tahun atau mungkin T tak terhingga tahun setelah pembebanan? Dari pembebanan pertama, T1, jika ditunggu pada T tak terhingga atau suatu nilai T sama dengan X, maka intinya tekanan air akan kembali ke hidrostatic condition awal secara perlahan dan akan menjadi seperti semula pada suatu nilai T sama dengan X atau tak terhingga tersebut.
Berkurangnya tekanan air berlebih menuju ketekanan hidrostatis awal ini dapat dikatakan bahwa tanah sedang mengalami proses yang disebut dengan konsolidasi. Pada pembebaran pertama, derajat konsolidasi atau progres konsolidasinya adalah 0%. Sedangkan pada kondisi di mana excess perpressure sudah kembali ke awal, maka derajat konsolidasi atau progres konsolidasinya adalah 100%. Bro, ingat ini selalu.
Secara teori pada NC Soil, berapapun beban yang Anda tambahkan pada kondisi andrin tidak akan meningkatkan efek stressnya. Karena beban yang ditambahkan akan langsung menjadi pore water pressure. Berikut ilustrasi hitungannya.
Diberikan 3 kondisi pembebanan, 100, 200, dan 300 kPa. Misalkan saya meninjau garis kuning dengan inisial stress adalah U sama dengan 50 kPa, dan total stressnya adalah 125 kPa. Ingat bahwa sigma V efektif adalah sigma total lebih kurangi tekanan airnya. U di sini adalah tekanan hidrostatik ditambah excess pore pressure-nya. yang sudah dihitung ke empat hitungan tersebut.
Ketika konsolidasi sudah mencapai 100%, besarnya tekanan air akan kembali ke hidrostatik awal, yang mana delta U akan menghilang dan digantikan hanya tekanan hidrostatiknya saja. Jadi kondisi long term, di mana sudah tidak terjadi excess power pressure, dapat dikatakan bahwa status tanah telah mencapai kondisi dry. Proses konsolidasi atau proses keluarnya air dari porinya membuat lapisan tanah tersebut memadat atau menurun.
Rongga yang tadinya diisi air, maka akan diisi butiran tanah dari atasnya. Proses penurunan tanah ini disebut dengan consolidation settlement. Gambaran lengkapnya adalah sebagai berikut. Pada kasus timbunan di atas tanah lempung NC, undrained condition, drained condition, dan settlement consolidation sangat berhubungan satu sama lain.
Pembanan pertama memiliki derajat konsolidasi 0%, yang mana kondisi ini masih dalam kategori undrained atau short term. Sampai waktu nanjau di sana yang memiliki derajat konsolidasi 100%, di mana kondisi ini sudah termasuk dalam kondisi drained condition atau long term condition. Kondisi antara U per 0% ke U 100% adalah kondisi partially drained, di mana air pori sudah terdisiplasi dengan presentasi tertentu. Tadi ada istilah partially drained, yaitu adalah kondisi di mana excess pore pressure sudah terdisiplasi.
yaitu kondisi antara undrained dan drained. Kondisi partially drained dapat terjadi pada pembebanan pertama ataupun setelah pembebanan pertama, tergantung jenis tanahnya. Pada contoh yang tadi diilustrasikan, karena tanahnya adalah lempung murni NC, maka bisa diaksesikan bahwa partially drained tidak akan terjadi pada pembebanan pertama. Lain halnya pada jenis tanah seperti sandy silt, sandy clays, silty sand, clay sands yang memiliki kandungan pasir tinggi.
Bisa jadi pada pembuangan pertama, air pori bisa terdisipasi langsung sedikit ataupun banyak. Karena pada jenis-jenis tanah ini, kandungan pasir dapat meningkatkan permeabilitas tanah sehingga air relatif bisa lebih cepat untuk keluar. Lalu, apakah pasir dapat mengalami kondisi undrained?
Sebenarnya, tanah dapat dikatakan masuk undrained dan undrained itu juga dipengaruhi oleh jenis bebannya atau relatif terhadap loading rate-nya. Beban dinamik yang berulang-ulang, syklik, cepat, maka akan bisa membuat pasir menjadi kondisi undrained. Dan beban gempa tersebut tidak kelihatan mata, kalau timbunan kan kelihatan mata. Gampangannya, air pori pada pasir juga akan kewalahan untuk keluar jika dihajar beban dengan rate sangat cepat, sehingga dampaknya akan terjadi excess per pressure.
Sehingga kondisi undrain dapat terjadi pada pasir. Garis hitam adalah total stress, segitiga biru adalah hidrostatik stress. Selisih antara garis hitam dan segitiga biru adalah efektif stress.
Muka air terletak di antara pasir 1 dan pasir 2. Pada kondisi gempa, total stress sebelum dan saat terjadi gempa adalah sama, sehingga efektif stress pada saat gempa akan lebih rendah dari waktu sebelum gempa, karena terjadi peningkatan tekanan air akibat gempa. Jika pada saat gempa efektif stress mendekati nilai 0, artinya tubuh tanah pasir kehilangan berat sendirinya, yang imbasnya adalah kehilangan kekuatannya, sehingga berperilaku seperti bubur. Fenomena ini disebut dengan likuifaksi yang umumnya terjadi pada tanah lucen.
Jenis likuifaksi ini termasuk jenis saiklik. Jika timbunan atau gempa atau apapun yang menambahkan beban akan menimbulkan excess per pressure pada kondisi undrained, maka pengurangan stress pada kondisi undrained misalkan ada galian atau skavasi juga akan menimbulkan perubahan tekanan air, tapi kali ini sifatnya negatif. Atau sering disebut dengan negative pore water pressure. Biasa juga disebut dengan suction. Tetapi tetap, pada penggalian pertama dapat diasumsikan bahwa tidak ada perubahan efektif stres.
Bebannya diambil tetapi tekanan airnya negatif. Hal ini hanya berlaku pada kondisi undrain. Sebagai penutup, pada setiap fase undrain maupun drain, suatu tanah akan memiliki respon yang berbeda terhadap shearing forces pada saat shearing berlangsung. Yang kalau di lab, misalkan ada istilah triaksial UU, atau triaksial CU, atau triaksial CD. Triaksial itu sebenarnya adalah uji kekuatan tanah terhadap tekanan atau tarikan yang mana pada sampel terjadi proses shearing akibat tekanan atau tarikan tersebut.
Semua itu sebenarnya berhubungan dengan gambar yang di bawah ini Dimana pada kasus timbunan, maka bisa jadi terjadi longsor atau shearing proses akibat beban timbunan tersebut Dari penjelasan yang sudah kita bahas dari awal video sampai pada slide ini Semoga kawan-kawan semua bisa menangkap maksud dan hubungan dari unconsolidated undrained, consolidated drained, ataupun situasi consolidated undrained dari ilustrasi di bawah ini Sekarang saya akan menjelaskan applicability ketiga jenis triaksial test yang dilakukan dengan menggunakan sampel yang diambil pada fase 1 pada kasus timbunan. 4 dan 5. Hasil triaksi LCD dapat diaplikasikan untuk fase 4 dan stage final setelah fase 5 mencapai kondisi fully drain. Applicability tadi adalah berdasarkan kecocokan atau realita lapangan yang berdasarkan situasi tanah yang ditimbun dibawahnya.
Apakah masih unconsolidated atau sudah consolidated dan masih undrained atau sudah consolidated dan sudah drained parameter kuat geser yang dihasilkan dari tiap uji triaksial tersebut adalah sebagai berikut Oleh karena itu, mengetahui status tanah actual sangat penting untuk melakukan asumsi bahwasannya tanah akan bersifat undrained atau drained. Dan tanah coarse grain soil pada situasi tertentu tidak selalu akan drained. Dan fine grain soil pada situasi tertentu tidak selalu akan undrained.
Dalam berasumsi juga harus mempertimbangkan stress history, soil, car normal stress, dan mungkin faktor-faktor lain dalam memprediksi respon tanah akan vertical loading maupun shearing, sehingga asumsi akan mendekati realita. Dalam geoteknik, segala analisis yang menggunakan drain parameter disebut dengan effective stress analysis atau ESA. Sedangkan segala analisis yang menggunakan undrained parameter disebut dengan total stress analysis atau TSA. Jadi penentuan kondisi tanah menjadi undrained atau drained itu sangat-sangat penting di geoteknik karena bakal berhubungan dengan jenis analisis yang bakal Anda gunakan.
Hal ini tidak hanya pada kasus timbunan saja, tetapi berlaku hampir ke semua desain dan analisis geoteknik, contoh aplikasi TSA dan ESA. Sehingga bahasan mengenai untrained dan trained condition adalah teori dasar yang paling fundamental dalam ilmu geoteknik