Dinding penahan.pdf PDF

Preview

Summary

2.1 Umum Dinding penahan tanah berfungsi untuk menyokong tanah serta mencegahnya dari bahaya kelongsoran. Baik akibat beban air hujan, berat tanah itu sendiri maupun akibat beban yang bekerja di atasnya. Pada saat ini, konstruksi dinding penahan tanah sangat sering digunakan dalam pekerjaan sipil wa...

Description

2.1

Umum Dinding penahan tanah berfungsi untuk menyokong tanah serta mencegahnya

dari bahaya kelongsoran. Baik akibat beban air hujan, berat tanah itu sendiri maupun akibat beban yang bekerja di atasnya. Pada saat ini, konstruksi dinding penahan tanah sangat sering digunakan dalam pekerjaan sipil walaupun ternyata konstruksi dinding penahan tanah sudah cukup lama dikenal di dunia. Salah satu bukti peninggalan sejarah bahwa dinding penahan tanah telah digunakan pada masa lampau adalah Tembok Raksasa China yang mulai dibangun pada zaman Dinasti Qin (221 SM) sepanjang 6.700 km dari timur ke barat China dengan tinggi 8 meter, lebar bagian atasnya 5 meter, sedangkan lebar bagian bawahnya 8 meter. Bukti lainnya yaitu taman gantung Babylonia yang dibangun di atas bukit batuan yang bentuknya berupa podium bertingkat yang ditanami pohon, rumput dan bunga-bungaan serta ada air terjun buatan berasal dari air sungai Eufrat yang dialirkan ke puncak bukit lalu mengalir melalui saluran buatan, yang dibangun pada zaman raja Nebukadnezar (612 SM) dengan tinggi 107 meter. Tembok Barat di Yerusalem (37 SM) juga dicatat sebagai bukti peninggalan sejarah yang telah memakai dinding penahan tanah dalam konstruksinya, dibangun pada zaman raja Herodes sebagai tembok penyangga kota Yerusalem. Sekarang, tembok ini lebih populer dengan sebutan tembok rapatan. Tembok ini terbuat dari batu bata dan batuan gunung.

Universitas Sumatera Utara

Gambar (a)

Gambar (b)

Gambar (c) Gambar 2.1 Contoh bangunan dari masa lalu yang memakai dinding penahan tanah : (a) Tembok Raksasa China ; (b) Taman Gantung Babylonia ; (c) Tembok Barat Yerusalem

2.2

Dinding Penahan Tanah Dinding penahan tanah adalah sebuah struktur yang didesain dan dibangun untuk

menahan tekanan lateral (horisontal) tanah ketika terdapat perubahan dalam elevasi tanah yang melampaui sudut at-rest dalam tanah. Faktor penting dalam mendesain dan membangun dinding penahan tanah adalah mengusahakan agar dinding penahan

Universitas Sumatera Utara

tanah tidak bergerak ataupun tanahnya longsor akibat gaya gravitasi. Tekanan tanah lateral di belakang dinding penahan tanah bergantung kepada sudut geser dalam tanah (phi) dan kohesi (c). Tekanan lateral meningkat dari atas sampai ke bagian paling bawah pada dinding penahan tanah. Jika tidak direncanakan dengan baik, tekanan tanah akan mendorong dinding penahan tanah sehingga menyebabkan kegagalan konstruksi serta kelongsoran. Kegagalan juga disebabkan oleh air tanah yang berada di belakang dinding penahan tanah yang tidak terdisipasi oleh sistem drainase. Oleh karena itu, sangatlah penting untuk sebuah dinding penahan tanah mempunyai sistem drainase yang baik, untuk mengurangi tekanan hidrostatik dan meningkatakan stabilitas tanah.

2.2.1 Jenis Dinding Penahan Tanah Di kebanyakan proses konstruksi, terkadang diperlukan perubahan penampang permukaan tanah dengan suatu cara untuk menghasilkan permukaan vertikal atau yang dekat dengan permukaan vertikal tersebut (Whitlow, 2002). Penampang baru tersebut mungkin saja dapat memikul beban sendiri, tetapi dalam beberapa kasus, sebuah struktur dinding penahan lateral membutuhkan dukungan. Dalam analisis stabilitas, kondisi tanah asli ataupun material pendukung sangatlah penting, karena berhubungan dengan dampak bergeraknya dinding penahan atau kegagalan struktur setelah proses konstruksi. Jika struktur dinding penahan tanah telah didukung dengan material lain sehingga bergerak mendekat ke tanah, maka tekanan horisontal dalam tanah akan meningkat, hal ini disebut tekanan pasif. Jika dinding penahan bergerak menjauh dari tanah,

Universitas Sumatera Utara

tekanan horisontal akan menurun dan hal ini disebut tekanan aktif. Jika struktur dinding penahan tanah tidak runtuh, tekanan horisontal tanah dapat dikatakan dalam tekanan at-rest. Dinding penahan tanah dapat dibedakan atas 2 bagian yakni Sistem Stabilisasi Eksternal (Externally Stabilized System) yang terbagi atas Gravity Walls dan In-Situ atau Embedded Walls dan Sistem Stabilisasi Internal (Internally Stabilized System) yang terbagi atas Reinforced Soil Walls dan In-Situ Reinforcement. 2.2.1.1 Gravity Walls •

Masonry Wall Dapat terbuat dari beton, batu bata ataupun batu keras. Kekuatan dari material

dinding penahan biasanya lebih kuat daripada tanah dasar. Kakinya biasanya dibuat dari beton dan biasanya akan mempunyai lebar sepertiga atau setengah dari tinggi dinding penahan. Stabilitas dinding ini tergantung kepada massa dan bentuk. •

Gabion Wall Gabion adalah kumpulan kubus yang terbuat dari galvanized steel mesh atau

woven strip, atau plastic mesh (hasil anyaman) dan diisi dengan pecahan batu atau cobbles, untuk menghasilkan dinding penahan tanah yang mempunyai saluran drainase bebas.

Universitas Sumatera Utara

•

Crib Wall Dinding penahan tanah jenis ini dibentuk dengan beton precast, stretchers

dibuat paralel dengan permukaan vertikal dinding penahan

dan header

diletakkan tegak lurus dengan permukaan vertical. Pada ruang yang kosong diisikan dengan material yang mempunyai drainase bebas, seperti pasir dan hasil galian. •

Reinforced Concrete Wall (Cantilever Reinforced Concrete Wall) Reinforced concrete cantilever walls adalah bentuk modern yang paling

umum dari gravity wall, baik dalam bentuk L atau bentuk T terbalik. Dibentuk untuk menghasilkan lempengan kantilever vertikal, kantilever sederhana, beberapa menggunakan berat dari timbunan di belakang dinding untuk menjaga agar dinding tetap stabil.

Hal ini coccok digunakan untuk dinding sampai

ketinggian 6 m (Whitlow, 2001) 2.2.1.2 In Situ or Embedded Walls •

Sheet Pile Wall Jenis ini merupakan struktur yang fleksibel yang dipakai khususnya untuk

pekerjaan sementara di pelabuhan atau di tempat yang mempunyai tanah jelek. Material yang dipakai adalah timber, beton pre-cast dan baja. Timber cocok dipakai untuk pekerjaan sementara dan tiang penyangga untuk

dinding

kantilever dengan letinggian sampai 3 m. Beton pre-cast dipakai untuk struktur permanen yang cukup berat. Sedangkan baja telah banyak dipakai, khususnya untuk kantilever dan dinding penahan jenis tied-back, dengan berbagai pilihan

Universitas Sumatera Utara

penampang, kapasitas tekuk yang kuat dan dapat digunakan lagi untuk pekerjaan sementara. Kantilever akan mempunyai nilai ekonomis jika hanya dipakai sampai ketinggian 4 m (Whitlow, 2001). Anchored atau dinding tie-back dipakai untuk penggunaan yang luas dan berbagai aplikasi di tanah yang berbeda-beda. •

Braced or Propped Wall Props, braces, shores dan struts biasanya ditempatkan di depan dinding

penahan tanah. Material-material tersebut akan mengurangi defleksi lateral dan momen tekuk serta pemancangan tidaklah dibutuhkan. Dalam saluran drainase, dipakai struts dan wales. Dalam penggalian yang dengan area yang cukup luas, dipakai framed shores dan raking shores. •

Contiguous dan Secant Bored-Pile Wall Dinding contiguous bored pile dibentuk dari satu atau dua baris tiang pancang

yang dipasang rapat satu sama lain. •

Diapraghm Wall Biasanya dibangun sebagai saluran sempit yang telah digali yang untuk

sementara diperkuat oleh bentonite slurry, material perkuatan ditumpahkan ke saluran dan beton ditaruh melaui sebuah tremie. Metode ini dipakai di tanah yang sulit dimana sheet piles akan bermasalah atau level dengan muka air yang tinggi atau area terbatas.

Universitas Sumatera Utara

2.2.1.3 Reinforced Soil Walls Menurut Schlosser (1990), konsep dari reinforced earth diperkenalkan oleh Henry Vidal di Prancis. Vidal mengamati bahwa ketika lapisan pasir diberi pemisah berupa lembaran horisontal yang terbuat dari baja, tanah tersebut lebih kuat menahan pembebanan secara vertikal. Kemudian selanjutnya jenis perkuatan ini mulai dipakai untuk perkuatan dalam konstruksi dinding penahan tanah. 2.2.1.4 In Situ Reinforcement •

Soil Nailing Jenis perkuatan ini merupakan metode in-situ reinforcement yang

menggunakan material berupa baja atau elemen metalik lain yang dimasukkan atau dengan melakukan grouting di dalam lubang yang telah digali, tetapi materialnya bukan merupakan pre-stressed.

2.3

Tanah Beban utama yang dipikul oleh dinding penahan tanah adalah berat tanah itu

sendiri. Oleh karena itu diperlukan pengetahuan yang memadai tentang tanah untuk dapat mendesain dinding penahan tanah. Tanah didefinisikan sebagai material yang terdiri dari agregat (butiran) mineralmineral padat yang tidak tersementasi (terikat secara kimia) satu sama lain dan dari bahan-bahan organik yang telah melapuk (yang berpartikel padat) disertai dengan zat cair dan gas yang mengisi ruang-ruang kosong di antara partikel-partikel padat tersebut. Tanah umumnya dapat disebut sebagai kerikil (gravel), pasir (sand), lanau

Universitas Sumatera Utara

(silt), atau lempung (clay), tergantung pada ukuran partikel yang paling dominan pada tanah tersebut. Untuk menerangkan hal di atas, berikut adalah gambar diagram fase tanah.

Gambar 2.2 Diagram Fase Tanah Besarnya kadar air dan udara berpengaruh besar pada stabilitas tanah, oleh karena itu tidak semua jenis tanah dapat digunakan untuk timbunan di belakang dinding penahan tanah. Bahan timbunan yang paling baik digunakan adalah tanah yang kering dan tidak kohesif. 2.3.1 Kriteria Umum Tanah Timbunan Sebelum melakukan desain, terlebih dahulu kita harus mengetahui nilai-nilai berat volume (γ), kohesi (c), sudut geser dalam tanah ø) yang ( digunakan dalam hitungan tekanan tanah lateral. Nilai-nilai c dan ø dapat ditentukan dari uji geser dan tes triaksial. Tipe-tipe tanah timbunan untuk dinding penahan tanah menurut Terzaghi dan Peck (1948) adalah : -

Tanah berbutir kasar, tanpa campuran partikel halus, sangat lolos air (pasir bersih atau kerikil).

Universitas Sumatera Utara

-

Tanah berbutir kasar dengan permeabilitas rendah karena tercampur oleh partikel lanau.

-

Tanah residu (residual soil) dengan batu-batu, pasir berlanau halus dan material berbutir dengan kandungan lempung yang cukup besar.

-

Lempung lunak atau sangat lunak, lanau organik, atau lempung berlanau.

-

Lempung kaku atau sedang yang diletakkan dalam bongkahan-bongkahan dan dicegah terhadap masuknya air hujan ke dalam sela-sela bongkahan tersebut saat hujan atau banjir. Jika kondisi ini tidak dapat dipenuhi, maka lempung sebaiknya tidak dipakai untuk tanah timbunan. Dengan bertambahnya kekakuan tanah lempung maka bertambah pula bahaya ketidakstabilan dinding penahan akibat infiltrasi air yang bertambah dengan cepat. Hal pertama yang dilakukan saat mendesain dinding penahan tanah adalah

menggunakan salah satu dari lima material di atas. Contoh 1 sampai 3 mempunyai sudut geser dalam tanah dengan permeabilitas sedang, ditentukan dengan uji triaksial drained, karena angka pori-pori tanah ini dapat menyesuaikan sendiri selama melaksanakan pekerjaan. Penyesuaian butiran seiring dengan berjalannya waktu, akan mengurangi angka pori dan meningkatkan kuat geser dalam tanah. Untuk perhitungan, kohesi untuk tanah timbunan jenis 1-3 sebaiknya diabaikan. Untuk jenis 4 dan 5 , nilai c dan ø ditentukan dari pengujian triaksial undrained. Pengujian dilakukan pada contoh tanah dengan kepadatan dan kadar air yang diusahakan sama seperti yang diharapkan terjadi di lapangan, pada waktu tanah timbunan selesai diletakkan. Penggunaan tanah timbunan berupa tanah lempung sebaiknya dihindari sebab tanah ini dapat berubah kondisinya sewaktu pekerjaan telah selesai.

Universitas Sumatera Utara

2.3.2 Pemadatan Tanah Timbunan Proses pemadatan tanah timbunan harus dilakukan lapis per lapis. Untuk menghindari kerusakan pada dinding penahan tanah dan tekanan tanah lateral yang berlebihan, digunakanlah alat pemadat yang ringan. Sebab pemadatan yang berlebihan dengan alat yang berat, akan menimbulkan tekanan tanah lateral yang bahkan beberapa kali lebih besar daripada tekanan yang ditimbulkan oleh tanah pasir yang tidak padat. Jika memakai tanah lempung sebagai tanah timbunan maka diperlukan pengontrolan yang sangat ketat. Bahkan walaupun timbunan berupa tanah berbutir dengan penurunan yang kecil dan dapat ditoleransikan, tanah timbunan harus dipadatkan lapis per lapis dengan ketebalan maksimum 22.5 cm. Pekerjaan pemadatan

sebaiknya

tidak

membentuk

permukaan

miring,

karena

akan

menyebabkan pemisahan lapisan dan akan berdampak pada keruntuhan potensial. Oleh karena itu sebaiknya dilakukan dengan permukaan tanah horisontal.

2.4 Sistem Drainase pada Dinding Penahan Tanah Satu hal yang lebih penting lagi dalam membangun sebuah dinding penahan tanah adalah memadainya sistem drainase karena air yang berada di belakang dinding penahan tanah mempunyai pengaruh pada stabilitas struktur. Drainase berfungsi untuk mengalirkan air tanah yang berada di belakang dinding . Dinding penahan yang tidak mempunyai sistem drainase yang baik dapat mengakibatkan peningkatan tekanan tanah aktif di belakang dinding, berkurangnya tekanan pasif di depan dinding, berkurangnya resistansi friksional antara dasar dinding dan tanah

Universitas Sumatera Utara

serta kuat geser tanah yang akhirnya akan berdampak pada berkurangnya daya dukung tanah. Dapat disimpulkan bahwa dinding penahan tanah dengan sistem drainase yang buruk akan menyebabkan runtuhnya struktur dinding penahan tanah. 2.4.1 Jenis Drainase pada Dinding Penahan Tanah Drainase pada dinding penahan tanah dapat dibuat dari yang sederhana sampai dengan yang lebih baik sesuai fungsi dinding penahan tanah. Adapun jenis drainase dinding penahan tanah dapat dibedakan sebagai berikut : a. Drainase dasar (bottom drain) Drainase dasar adalah sistem drainase yang paling sederhana, bertujuan mengumpulkan air yang berada di belakang dinding (air yang terdapat pada tanah timbunan). Air yang terkumpul tersebut kemudian dialirkan ke depan dinding melalui saluran yang menembus dinding penahan tanah.

Gambar 2.3 Drainase dasar Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam merancang sistem drainase ini adalah : 

Cara ini tidak dianjurkan untuk tanah timbunan berupa tanah lempung atau lanau, karena tanah tersebut mempunyai permeabilitas rendah sehingga

Universitas Sumatera Utara

kecepatan aliran menuju sistem drainase menjadi lambat, akibatnya mungkin tekanan air yang ada di bagian belakang dinding termobilisasi (terutama pada saat hujan). b. Drainase punggung (back drain) Sistem drainase ini lebih baik dibandingkan dengan sistem drainase dasar, dimana pada sepanjang punggung dinding terdapat filter.

Gambar 2.4 Drainase punggung

c. Drainase inklinasi (inclined drain) dan Drainase horisontal (horisontal drain) Kedua sistem drainase ini dimaksudkan untuk menghilangkan tekanan air pori yang berlebihan dan merupakan pengembangan dari sistem drainase dasar. Pada kedua sistem drainase ini, gaya aliran (seepage forces) berarah ke bawah menuju sistem drainase.

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.5 Sistem drainase inklinasi (inclined drain) dan drainase horisontal (horisontal drain)

2.5

Tekanan Tanah Lateral Analisis tekanan tanah lateral digunakan untuk perencanaan dinding penahan

tanah. Tekanan tanah lateral adalah gaya yang ditimbulkan oleh akibat dorongan tanah di belakang struktur penahan tanah. Besarnya tekanan lateral sangat dipengaruhi oleh perubahan letak (displacement) dari dinding penahan dan sifat-sifat tanahnya. 2.5.1 Tekanan Tanah dalam Keadaan Diam (At-Rest) Suatu elemen tanah yang terletak pada kedalaman tertentu akan terkena tekanan arah vertikal σv dan tekanan arah horisontal σh seperti yang terlihat dalam Gambar 2.6. σv dan σh masing-masing merupakan tekanan aktif dan tekanan total, sementara itu tegangan geser pada bidang tegak dan bidang datar diabaikan. Bila dinding penahan tanah dalam keadaan diam, yaitu bila dinding tidak bergerak ke salah satu arah baik ke kanan atau ke kiri dari posisi awal, maka massa tanah berada dalam

Universitas Sumatera Utara

keadaan keseimbangan elastis (elastic equilibrium). Rasio tekanan arah horisontal dan tekanan arah vertikal dinamakan “koefisien tekanan tanah dalam keadaan diam (coefficient of earth pressure at rest), Ko”, atau

Untuk tanah berbutir, koefisien tekanan tanah dalam keadaan diam diperkenalkan oleh Jaky (1944) :

Brooker dan Jreland (1965) memperkenalkan harga Ko untuk tanah lempung yang terkonsolidasi normal (normally consolidated) :

Untuk tanah lempung yang tekonsolidasi normal (normally consolidated), Alpan (1967) telah memperkenalkan persamaan empiris lain :

Dimana : PI = Indeks Plastis Untuk tanah lempung yang terkonsolidasi lebih (overconsolidated) :

Universitas Sumatera Utara

dimana :

OCR = overconsolidation ratio

Maka gaya total per satuan lebar dinding (Po) seperti yang terlihat pada Gambar 2.6, adalah sama dengan luas dari diagram tekanan tanah yang bersangkutan. Jadi :

Gambar 2.6 Distribusi tekanan tanah dalam keadaan diam (at rest) pada dinding penahan.

2.5.2 Tekanan Tanah Aktif dan Pasif Menurut Rankine Keseimbangan plastis (plastic equilibrium) di dalam tanah adalah suatu keadaan yang menyebabkan tiap-tiap titik di dalam massa tanah menuju proses ke suatu keadaan runtuh. Rankine (1857) menyediliki keadaan tegangan di dalam tanah yang berada pada kondisi keseimbangan plastis.

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.7 Grafik hubungan pergerakan dinding penahan dan tekanan tanah.

Kondisi Aktif

Gambar 2.8 Lingkaran Mohr untuk tekanan tanah aktif menurut Rankine Keterangan gambar : Tegangan-tegangan utama arah vertikal dan horisontal (total dan efektif) pada elemen tanah di suatu kedalaman adalah berturut-turut σv dan σh. Apabila dinding penahan tidak diijinkan bergerak sama sekali, maka σh = Ko σv. Kondisi tegangan

Universitas Sumatera Utara

dalam elemen tanah tadi dapat diwakili oleh lingkaran berwarna kuning. Akan tetapi, bila dinding penahan tanah diijinkan bergerak menjauhi massa tanah di belakangnya secara perlahan-lahan, maka tegangan utama arah horisontal akan berkurang secara terus-menerus. Pada suatu kondisi yakni kondisi keseimbangan plastis, akan dicapai bila kondisi tegangan di dalam elemen tanah dapat diwakili oleh lingkaran berwarna merah dan kelonggaran di dalam tanah terjadi. Keadaan tersebut di atas dinamakan sebagai “kondisi aktif menurut Rankine” (Rankine’s Active State); tekanan (σh’) yang terlingkar berwarna biru merupakan “tekanan tanah aktif menurut Rankine” (Rankine’s Active Earth Pressure). Untuk tanah yang tidak berkohesi (cohessionless soil), c = 0, maka koefisien tekanan aktifnya adalah :

Langkah yang sama dipakai untuk tanah yang berkohesi (cohesive soil), perbedaannya adalah c ≠ 0, maka tegangan utama arah horizontal untuk kondisi aktif adalah :

Universitas Sumatera Utara

Kondisi Pasif

Gambar 2.9 Lingkaran Mohr untuk tekanan tanah pasif menurut Rankine

Keterangan gambar : Keadaan tegangan awal pada suatu elemen tanah diwakili oleh Lingkaran Mohr berwarna kuning. Apabila dinding penahan tanah didorong secara perlahan-lahan ke arah masuk ke dalam massa tanah, maka tegangan utama σh akan bertambah secara terus-menerus. Akhirnya kita akan mendapatkan suatu keadaan yang menyebabkan kondisi tegangan elemen tanah dapat diwakili oleh lingkaran Mohr berwarna merah. Pada keadaan ini, keruntuhan tanah akan terjadi, disebut kondisi pasif menurut Rankine (Rankine’s passive ...