MENGHITUNG DINDING PENAHAN TANAH PASANGAN BATU KALI

Transkripsi

1 MENGHITUNG DINDING PENAHAN TANAH PASANGAN BATU KALI Tulisan ini diangkat kembali dengan peragaan software untuk membantu praktisi dalam memahami aspek-aspek yang perlu diperhatikan dalam mendesain.

2 Software peraga DPT Ver 1.2 oleh : Geoteknik Plus! Penerbitan Buku dan Software Geoteknik. geoteknikplus@plasa.com Penyusun Tutorial : Hanggoro Tri Cahyo Arnida Ambar Cahyati Tutorial dan software ini akan terus disempurnakan, kami mohon kesediaan Anda untuk ikut mengoreksi dan menambahkan materi berdasarkan pengalaman Anda dalam mendesain maupun melaksanakannya. Kirimkan pertanyaan dan tanggapan Anda ke arnidaambar@plasa.com KONVERSI SATUAN Satuan gaya 1 kg = 9.81 N Satuan berat volume 1 gr/cm 3 = 1 t/m 3 = 9.81 kn/m 3 γair = 9.81 kn/m 3 Satuan tekanan atau tegangan 1 kg/cm 2 = 98.1 kpa = 98.1 kn/m 2 = 10 t/m 2 1 MPa = 1 N/mm 2 = 9.81 kg/cm 2 1 Pa = 1 N/m 2 Menghitung Dinding Penahan Tanah 2

3 FUNGSI DINDING PENAHAN TANAH Sesuai fungsinya untuk menahan gerakan tanah ke samping dengan memanfaatkan berat struktur pasangan batu kali, dinding penahan tanah pasangan batu kali seringkali digunakan untuk melandaikan tebing agar tidak begitu curam, menahan timbunan tanah pada oprit pada jembatan, ataupun sebagai dinding untuk normalisasi sungai. Gambar berikut akan mengilustrasikan penggunaan dinding penahan tanah pasangan batu kali yang sering digunakan. timbunan galian timbunan galian timbunan Gambar 1. Aplikasi dinding penahan tanah. Menghitung Dinding Penahan Tanah 3

4 TIPS MENDESAIN Beberapa hal yang perlu dipahami benar sebelum mendesain agar perhitungan menghasilkan desain yang aman, mudah dilaksanakan dan ekonomis adalah : a. Perhitungan tegangan tanah tidak dapat diharapkan menjadi lebih akurat daripada nilai parameter tanah (γ,ϕ, dan c) yang telah diasumsikan untuk mendesain, sehingga dalam pengambilan nilai parameter perlu pertimbangan yang baik dari nilai yang tersedia dari laporan penyelidikan tanah. b. Kondisi tanah saat mendesain dapat berubah secara nyata dan nilai parameter tanah yang telah diasumsikan dalam desain juga dapat berubah seiring dengan waktu. c. Dalam praktek hampir semua bahan urugan berupa material kasar sehingga diasumsikan parameter kohesi tanah urugan (c) = 0. d. Untuk menjaga kondisi tanah urugan cukup kering (menjaga nilai γ, ϕ yang digunakan dalam desain) dengan memaksa tekanan hidrosatis tidak melewati garis bidang longsor Rankine, maka diperlukan adanya sistem drainase pada dinding penahan tanah. Sistem drainase yang biasa digunakan adalah pipa drain diameter 1¼ inci dengan jarak pemasangan arah horisontal dan vertikal cm. e. Tanah urugan lebih baik jika berupa tanah pasir/pasir berkrikil yang bersifat mudah menyerap air untuk dibuang melalui pipa drain dengan maksimum butir halus 5%. Jika digunakan tanah urug yang berasal dari tanah asli lempug kepasiran/silt maka perlu pemasangan filter pada sisi dalam dinding penahan tanah. Pipa drain Filter Bidang Longsor 45 + ϕ/2 Gambar 2. Bidang lonsor Rankine Menghitung Dinding Penahan Tanah 4

5 Hal yang terutama membuat dinding penahan tanah menjadi tidak ekonomis adalah estimasi beban diatas tanah yang over-estimate, tidak adanya penyelidikan tanah yang memadahi serta asumsi tinggi muka air tanah (m.a.t) yang berlebihan untuk mengantispasi resapan air hujan dalam desain. Ilustrasi berikut akan menjelaskan sejauh mana m.a.t akan berpengaruh dalam desain. Urugan tanah dalam kedaan kering atau basah, γ Pa dry= ½.ka.H 2. γ Tekanan Tanah Aktif Urugan tanah dalam kedaan jenuh air, γsat Pa sat= ½.ka.H 2. (γsat-γw) + ½ H 2. γw Tekanan Tanah Aktif Tekanan Hidrostatis Gambar 3. Tekanan pada dinding penahan pada kondisi kering/basah dan pada kondisi jenuh air. Jika nilai γ sat 2.γ w, maka perbandingan Pa pada saat jenuh dengan Pa pada saat kering/basah (Pa sat /Pa dry ) menjadi γ w /γ ( 1 + 1/ka ). Diberikan nilai γ w=9.81 KN/m 3, γ=18.9 KN/m 3 dan ϕ=32. Maka ka = tg 2 (45 -ϕ/2) = dan Pa sat /Pa dry = 2.2 Sehingga gaya yang bekerja di belakang dinding penahan saat jenuh dapat menjadi 2.2 kali dari keadaan keringnya. Menghitung Dinding Penahan Tanah 5

6 LANGKAH PERHITUNGANNYA B1 B2 B1 q Pas. Batu kali γ=22 kn/m 3 W6 W4 Tanah Urug ϕ1, γ1, c=0 H1 Pa1 H r% r% Pa5 Tanah Urug 50 cm W1 W2 W3 W5 ϕ2, γ2 H2 Pa2 Pa3 Pa4 Pas. Batu Kosong A O 25 cm q.ka γ1.h1.ka γ1.h2.ka γw.h2 Pasir Urug 5 cm B GAYA AKTIF YANG BEKERJA DI BELAKANG DINDING Gambar 4. Diagram tekanan yang bekerja di belakang dinding Menghitung Dinding Penahan Tanah 6

7 1. DATA UNTUK PERHITUNGAN Pasangan Batu Kali [ pc : pasir = 1 : 4 ] Kemiringan dinding [r] minimum 5%. Lebar dinding penahan bagian atas [B2]= m 0.3 m. Tinggi dinding penahan [H] = m. Tegangan tekan ijin [σtekan] = 1500 kn/m 2, Teg. tarik ijin [σtarik] = 300 kn/m 2 Tegangan geser ijin [ τ ] = 150 kn/m 2. Tanah : Elevasi m.a.t [H1] = m. Sudut geser tanah urug [ϕ1] = Berat volume tanah urug [γ1]= kn/m 3. Kohesi tanah asli [c 2 ] = kpa Sudut geser tanah asli [ϕ2] = Berat volume tanah asli [γ2] = kn/m 3. Beban yang Bekerja : Beban terbagi rata [q] = kn/m 2. Asumsi desain: Pasangan batu kosong hanya digunakan untuk lantai kerja dengan proses pengerjaan sebagai berikut, 1. Isilah galian lantai kerja tersebut dengan pasir urug terlebih dahulu, kemudian pasanglah batu kali diatasnya. 2. Tumbuk batu tersebut dengan pemadat, agar mencapai kepadatan yang baik tambahkan air secukupnya. 3. Bila ada batu-batu yang ambles (masuk kedalam tanah), tambahkan batu kembali hingga permukaannya rata. 4. Masukan pasir lagi kemudian genangi hingga jenuh. 5. Bila air masuk diantara sela-sela batu, tambahkan pasir dan siram lagi hingga layak untuk digunakan sebagai lantai kerja. 2. TINJAUAN STABILITAS TERHADAP GAYA-GAYA EKSTERNAL (Tinjauan per 1 meter panjang dinding penahan tanah) Tekanan Tanah Aktif Berdasarkan Teori Rankine Koefisien tekanan tanah aktif [ka] = tg 2 (45 - ϕ1 /2) Berat volume air [γw] = 9.81 kn/m 3 H2 = H H1 Pa1 = ½.H1 2.γ1.ka Pa2 = H1.γ1.ka.H2 Menghitung Dinding Penahan Tanah 7

8 Pa3 = ½.H2 2.(γ1-γw).ka Pa4 = ½.H2 2.γw Pa5 = q.ka.h Pa = Pa1 + Pa2 + Pa3 + Pa4 + Pa5 Berat Sendiri Pasangan Batu Kali dan Tanah Urug Teori Rankine B1 = H.r W1 = W3 = ½.B1.H.γpas W2 = B2.H.γpas W4 = (H2.r).H1.γ1 W5 = ½. (H2.r).H2.(γ1-γw) W6 = ½ (B1 H2.r).H1.γ1 W = W1 + W2 + W3 + W4 + W5 + W6 Stabilitas Guling Terhadap Titik A B = 2.B1 + B2 Untuk desain awal, Lancellotta (1995) menyarankan nilai B pada interval H sedangkan Suryolelono (1993) menyarankan nilai B pada interval H. Momen Aktif [Ma] = (1/3.H1+H2) Pa1 + (½.H2) Pa2 + (1/3.H2) Pa3 + (1/3.H2) Pa4 + (½.H) Pa5 Momen Pasif [Mp] = (2/3.B1) W1 + (B1+½.B2) W2 + (B1+B2+1/3.B1) W3 + (B-½(H2.r)) W4 + (B-1/3(H2.r)) W5 + (B1+B2+2/3(B1-H2.r)) W6 Angka Keamanan Guling [SFGuling] = Mp/Ma 2 Menghitung Dinding Penahan Tanah 8

9 Stabilitas Terhadap Geser Angka Keamanan Geser [SFGeser] = (c 2.B + W.tg (2/3.ϕ2)) / Pa 1.5 Tekanan tanah pasif tidak diperhitungkan. Stabilitas Terhadap Kapasitas Dukung Tanah [sult] dan Penurunan Jika H1 H maka m.a.t tepat di atas atau di dasar dinding penahan tanah. σult = ½.(γ2-γw).B.Nγ + c 2.Nc Jika H1 > H dan (H1-H) < B maka m.a.t di bawah dinding penahan tanah. σult = ½.[ 1/B [ γ2.(h1-h)+(γ2-γw).(b-(h1-h)) ]].B.Nγ + c 2.Nc Jika H1 > H dan (H1-H) > B maka m.a.t tidak berpengaruh pada σult. σult = ½.γ2.B.Nγ + c 2.Nc dengan faktor kapasitas dukung Terzaghi, Nq = e π.tgϕ 2.tg 2 (45+ϕ 2/2), π = 22/7 Nγ = (Nq - 1) tg 1.4ϕ 2 Nc = (Nq - 1)/tgϕ 2 Eksentrisitas terhadap titik O, (½.B2+B1-(H2.r)/3) W5 + (½.B2+B1-½.(H2.r)) W4 e = + (½.B2+2/3(B1-H2.r)) W6 Ma W Syarat : e 1/6.B σterjadi = W/B ( e/B ) Menghitung Dinding Penahan Tanah 9

10 Angka Keamanan Kapasitas Dukung [SFKap.] = σult / σterjadi 2 Jika pada lapisan tanah ditemukan lapisan kompresibel, maka diperlukan perhitungan penurunan konsolidasi yang dasarnya sama dengan perhitungan penurunan konsolidasi untuk pondasi plat menerus (continuous footing). Stabilitas Keseluruhan (Overall Stability) Pengecekan stabilitas keseluruhan dapat menggunakan perhitungan stabilitas lereng. 3. TINJAUAN STABILITAS TERHADAP GAYA-GAYA INTERNAL Untuk mutu bahan pasangan batu kali [ pc : pasir = 1 : 4 ], Tegangan tekan ijin [σtekan] = 1500 kn/m 2 Teg. tarik ijin [σtarik] = 300 kn/m 2 Tegangan geser ijin [ τ ] = 150 kn/m 2. Jika tegangan yang terjadi pada dinding penahan tanah melebihi tegangan ijin untuk bahan pasangan batu kali maka akan terjadi retak-retak / deformasi pada dinding penahan tanah. Menghitung Dinding Penahan Tanah 10

11 O z = ¼.H z Pengecekan stabilitas internal untuk z = ¼.H Untuk mencari nilai Ma, Pa dan W pada pengecekan z = ¼.H sama seperti langkah diatas. Hanya mengubah nilai H menjadi z sehingga untuk persamaan di bawah ini nilai H = z. H2 = H H1. Chek Terhadap Tegangan Tarik dan Tekan Ijin : Momen Aktif [Ma] = (1/3.H1+H2) Pa1 + (½.H2) Pa2 + (1/3.H2) Pa3 + (1/3.H2) Pa4 + (½.H) Pa5 Berat sendiri dinding penahan tanah [W] B1 = H.r W1 = W3 = ½.B1.H.γpas W2 = B2.H.γpas W4 = (H2.r).H1.γ1 W5 = ½. (H2.r).H2.(γ1-γw) W6 = ½ (B1 H2.r).H1.γ1 W = W1 + W2 + W3 + W4 + W5 + W6 Eksentrisitas terhadap titik O, (½.B2+B1-(H2.r)/3) W5 + (½.B2+B1-½.(H2.r)) W4 e = + (½.B2+2/3(B1-H2.r)) W6 Ma W B = 2.B1 + B2 σmax = W/B ( e /B ) σtekan σmin = W/B ( 1-6. e /B ) σtarik Menghitung Dinding Penahan Tanah 11

12 Chek Terhadap Tegangan Geser Ijin : Tekanan tanah aktif [Pa] Pa1 = ½.H1 2.γ1.ka Pa2 = H1.γ1.ka.H2 Pa3 = ½.H2 2.(γ1-γw).ka Pa4 = ½.H2 2.γw Pa5 = q.ka.h Pa = Pa1 + Pa2 + Pa3 + Pa4 + Pa5 τ = 2/3 (Pa /B) τ Pengecekan stabilitas internal hingga z = H Langkah perhitungan sama dengan pengecekan untuk stabilitas internal pada z = ¼.H diatas, hanya mengganti nilai z-nya saja. Daftar Pustaka Teng, Wayne C., 1979, Foundation Design, Prentice-Hall of India Private Limited, New Delhi. Suryolelono, K.B, 2000, Geosintetik Geoteknik, Nafiri, Yogyakarta. Suryolelono, K.B, 1993, Teknik Fondasi Bagian 1, Nafiri, Yogyakarta. Lancellotta, R., 1995, Geotechnical Engineering, A.A.Balkema, Rotterdam. Karnawati, D., 2001, Tanah Longsor di Indonesia ; Penyebab dan Upaya Mitigasinya, Studium Generale Pencegahan dan Penanganan Bahaya Tanah Longsor, KMTS UGM, Yogyakarta. Menghitung Dinding Penahan Tanah 12