REKAYASA PONDASI I PERTEMUAN 2 KONSEP TEGANGAN TANAH LATERAL Oleh : Arwan Apriyono PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL JURUSAN TEKNIK FAKULTAS SAINS DAN TEKNIK UNSOED TAHUN 2009

Gambar 1. Perkuatan Dinding Penahan Tanah

Analisis Dinding Penahan Tanah (Metode Rankine) Perhitungan Tekanan Aktif Horisontal dan Vertikal : Tekanan Aktif : Dimana : a = Tekanan aktif Rankine pada kedalaman z Untuk tanah granuler dengan kondisi kering dengan tanpa beban diatas, c=0 ; v=1z dan Ka = Tan2(45-1/2), sehingga :

Gambar 2. Analisis Perkuatan Dinding Penahan Tanah

Akibat berat sendiri tanah Jika ada penambahan beban di atas seperti Gambar 2, maka : = 1z Akibat berat sendiri tanah Akibat beban

Besarnya v(2) dapat dihitung dengan menggunakan metode distribusi tegangan 2 :1, sesuai dengan Gambar 3a (Laba dan Kennedy, 1986)

Gambar 3. (a) Notasi untuk hubungan v2 - persamaan 3 dan 4; (b) Notasi untuk hubungan a2 – persamaan 6 dan 7

Akibat berat sendiri tanah Jika ada penambahan beban di atas,tekanan lateral pada setiap kedalaman : = Ka1z Akibat berat sendiri tanah Akibat beban

Menurut Laba dan Kennedy, 1986, a(2) seperti pada Gambar 3(b): Dalam radians Dimana :

Faktor Keamanan terhadap Patahan Lempengan Gaya Lempengan T = tekanan tanah aktif pada kedalaman z x luas dinding yang didukung oleh lempengan = (a)(SVSH) (8) Faktor Keamanan terhadap Patahan Lempengan Dimana : w = lebar dari setiap lempengan t = tebal dari setiap lempengan fy = kekuatan leleh dari material lempengan Faktor keamanan : 2,5 - 3

Gaya gesek maksimum, FR : Dimana : le = panjang efektif v = tekanan vertikal efektif pada kedalaman z  = sudut gesek lempengan - tanah

Faktor Keamanan terhadap Keruntuhan Tarik Substitusi pers (8) dan (10) dalam persamaan (11) : Total Panjang Ikatan L=lr +le (13) Dimana : lr = panjang dengan zone keruntuhan Rankine le = panjang efektif

Sehingga kombinasi persamaan (13), (14) dan (15) :

Prosedur Desain secara Umum Tahapan prosedur untuk desain perkuatan dinding penahan tanah : Menentukan tinggi dinding (H), dan sifat tanah berbutir (granular) sebagai material timbunan di belakang dinding, seperti berat jenis (1) dan sudut gesek (1). Mendapatkan sudut gesek tanah pada lempengan dinding penahan () dan diperlukan nilai FS(B) dan FS(P). Asumsikan nilai untuk jarak horisontal dan vertikal lempengan, Juga asumsikan lebar lempengan baja (w) yang akan digunakan. Hitung a dengan menggunakan persamaan 5, 6 dan 7. Hitung gaya pada lempengan pada variasi kadalaman dengan menggunakan persamaan 8.

Prosedur Desain secara Umum Untuk mengetahui nilai FS(B), hitung ketebalan lempengan (t), untuk menahan patahan lempengan : Kesepakatan menetapkan besar t sama pada semua kadalaman. Jadi a dalam persamaan 17 harus sama dengan a(max).

Prosedur Desain secara Umum Untuk mengetahui nilai  dan FS(P), tentukan panjang (L) dari lempengan dinding penahan pada variasi kedalaman dengan menggunakan persamaan 16. Besar SV, SH, t, w dan L dapat diubah untuk memperoleh desain yang paling ekonomis. Setelah perkuatan telah didesain, cek stabilitas dinding penahan secara keseluruhan ; yakni cek terhadap guling, longsor dan keruntuhan kapasitas dukung. (Gambar 4).

Gambar 4. Cek Stabilitas Dinding Penahan Tanah

CEK TERHADAP GULING Tinjauan momen guling terhadap keruntuhan titik B dalam satu meter panjang dinding : Mo = (18) Dimana Pa = gaya aktif = Momen lawan per panjang dinding (19) Di mana : W1 = (Luas AFEGI)(1)(1) W2 = (Luas FBDE)(1)(1)

Jadi : CEK TERHADAP GELINCIR Di mana k ≈ ⅔

CEK TERHADAP KERUNTUHAN KAPASITAS DUKUNG Kapasitas dukung ultimit pondasi dangkal adalah Untuk kasus ini, semua bentuk, kedalaman, dan faktor inklinasi sama dengan 1. Juga, B = L2, c = c2,  = 2, dan q = 0 sebab kedalaman pondasi adalah nol. Jadi : Faktor kapasitas dukung Nc dan N sesuai dengan sudut gesek tanah 2. Tegangan vertikal pada z = H, dari persamaan 2, adalah

sehingga faktor keamanan terhadap keruntuhan kapasitas dukung adalah secara umum, nilai minimum dari FS(guling) dan FS(longsor) = 3, dan FS(keruntuhan kapasitas dukung) = 3 sampai 5 yang direkomendasikan. Contoh 1 : Suatu perkuatan dinding penahan tanah dengan tinggi 8 m. Data material timbunan adalah , = 16.6 kN/m3 dan 1 = 30°. Baja galvanis digunakan untuk konstruksi dinding. Desain perkuatan dengan FS(B) =3, FS (P,) =3, fy = 2.4 x 105 kN/m2, dan φ = 20. Data tanah asli dibawah dinding penahan adalah 2 = 18 kN/m3, φ2 = 28°, dan c2 = 52 kN/m2.

Solusi Perancangan Ketebalan lempengan Sv = 0.5 m, SH = 1 m, dan w = 75 mm. Untuk sudut gesek tanah φ1 = 30o : Ka = tan2 (45 – φ1/2) = tan2 (45 - 30/2) = 1/3. Dari persamaan (8), gaya pada lempengan adalah : Gaya lempengan maksimum terjadi ketika σa maksimum. Karena σa(max) = HKa , jadi : Dari persamaan (17), ketebalan lempengan adalah

Jika tingkat korosi adalah 0 Jika tingkat korosi adalah 0.025 mm/thn dan umur struktur adalah 50 tahun, sehingga ketebalan aktual (t) lempengan menjadi : Jadi tebal lempengan 5 mm memenuhi Penentuan panjang lempengan Merujuk pada persamaan (16). Pada σa = 1zKa dan σa = 1z Perhitungan disajikan dalam tabel (Catatan : FS(P) = 3, H = 8 m, w = 0,075 m, dan  = 20

Disajikan dalam tabel (FS(P) = 3, H = 8 m, w = 0,075 m, dan  = 20) z (m) L 1 2 3 4 5 6 7 2,34 2,0 1,67 1,34 1,0 0,67 0,33 9,16 12,0 11,16 10,83 10,50 10,16 9,83 9,49 Jadi, menggunakan L = 12 m untuk z = 0 sampai 5 m, dan menggunakan L = 10 m untuk kedalaman > 5 m (lihat Gambar 5).

CEK TERHADAP KESTABILAN KESELURUHAN Terhadap gelincir Dari persamaan (20) dan Gambar 5,

Gambar 5. Struktur Perkuatan Dinding Penahan Tanah

Terhadap Kegagalan kapasitas dukung Terhadap Longsor Dari Persamaan (21), Terhadap Kegagalan kapasitas dukung

Dari persamaan (23) Jadi :

DINDING PENAHAN TANAH DENGAN PERKUATAN GEOTEKSTIL Gambar 6. Dinding Penahan tanah dengan perkuatan geotekstil

Langkah-langkah dari prosedur perencanaan dinding penahan tanah dengan perkuatan geotekstil berdasarkan Bell dkk (1975) dan Korner (1990). 1. Tinjauan tekanan tanah aktif σa = Ka. σv = Ka. 1. z (25) dengan : Ka = koefisien tekanan tanah Rankine = tan2 (45-φ1/2) 1 = berat volume tanah timbunan φ = sudut gesek tanah timbunan

Persamaan (26) sama dengan persamaan (9). 2. Penentuan geotekstil yang sesuai tegangan ijin σG (lb/ft atau kN/m). 3. Tinjauan jarak vertikal tiap lapisan pada kedalaman z Sv = = (26) Persamaan (26) sama dengan persamaan (9). Angka keamanan FS(B) diambil antara 1,3-1,5

4. Tinjauan panjang dari setiap lapisan geotekstil L = lr + le (27) Dimana : lr = (28) dan (29) le = σa = Ka. 1. z σv = 1 . z FS(P) = 1,3 -1,5 φF = sudut gesek antara geotekstile dan tanah = 2/3 φ1 Persamaan (27), (28) dan (29) sama pada persamaan (13) (15) dan (14)

φF/φ1 = 2/3 dengan mempertimbagkan faktor konservatif φF/φ1 = 2/3 dengan mempertimbagkan faktor konservatif. Martin dkk (1984) dari hasil tes laboratorium untuk φF/ φ1 antara jenis tipe dari geotektile and tanah. Type φF/ φ1 Woven- monofilament/concretesand Woven-silt film/concrete sand Woven-silt film/rounded sand Woven-silt film/silty sand Nonwoven-melt-bonded/concrete sand Nonwoven-needle punched/concrete sand Nonwoven-needle punched/rounded sand Nonwoven-needle punched/silty sand 0,87 0,8 0,86 0,92 1,0 0,93 0,91

5. Tinjauan panjang putaran geotekstil, ll ll = (30) Minimum panjang putaran geotekstil 3 ft (1m) 6. Cek overall stabilitas dan faktor aman terhadap guling, longsor, keruntuhan kapasitas dukung. Contoh 2 Sebuah perkuatan tanah geotektil tinggi 16 ft. Ditunjukkan pada gambar 11 Untuk tanah timbunan diketahui 1 = 110 lb/ft3, φ1 = 35º. Geotekstil σG = 80 lb/in. Rencanakan perkuatan tanah, Sv, L, dan ll

SOLUSI Menentukan Ka Ka = tan2 (45 - φ1/2) = tan2 (45 - 35/2) = 0,26 Menentukan Sv Sv dengan cara trial. Dari persamaan (26) Sv = dengan FS(B) = 1,5 pada z = 8 ft pada z = 12 ft pada z = 16 ft

Gambar 7. Pengaturan jarak (spasi perkuatan) Sehingga, digunakan Sv = 20 in pada kedalaman z = 0 sampai z = 8 ft dan Sv = 16 in pada kedalaman z > 8 ft. Ditunjukkan pada gambar di bawah ini Gambar 7. Pengaturan jarak (spasi perkuatan)

Menentukan L Dari persamaan (27), (28), dan (29) L = lr + le

dengan FS(P) = 1,5 L = (0,51)(H –z) + 0,438Sv

L = (0,51)(H –z) + 0,438Sv ; H = 16 ft z Sv 0,51(H –z) 0,438Sv L Dipakai L (in) (ft) 16 56 76 96 112 144 176 1,33 4,67 6,34 8,0 9,34 12,0 14,67 1,67 7,48 5,78 4,93 4,08 3,23 2,04 0,68 0,73 0,58 8,21 6,51 5,66 4,81 3,81 2,62 1,26 8,5 4 Berdasarkan perhitungan, mengunakan L = 8,5 ft untuk z  8 ft dan L = 4 ft untuk z > 8 ft

Menentukan ll dari persamaan (30) Dengan a = 1zKa, FS(P) =1,5; dengan V = 1z, F = 2/31, sehingga, Pada z = 16 in,