BAB II DASAR TEORI 2.1 Stabilitas Talud (Stabilitas Lereng) Suatu tempat yang memiliki dua permukaan tanah yang memiliki ketinggian yang berbeda dan dihubungkan oleh suatu permukaan disebut lereng (Vidayanti, 2012). Lereng ini dapat terjadi secara alamiah atau buatan. Lereng alamiah adalah lereng yang terjadi dan terbentuk secara alamiah seperti lereng pada suatu bukit atau tebing-tebing sungai. Sedangkan lereng buatan adalah lereng yang dibuat oleh manusia karena suatu kebutuhan, baik yang dibuat dalam tanah asli melalui pemotongan tanah seperti untuk jalan raya, saluran air, ataupun lereng yang dibuat dari tanah yang dipadatkan seperti tanggul, bendungan tanah (Ruskandi & Thamrin, 2003). Dengan adanya perbedaan ketinggian muka tanah, akan memungkinkan terjadinya kelongsoran, karena tidak jarang, lereng yang ada tidak kuat menerima beban yang bekerja pada bagian atasnya. Dalam Ruskandi & Thamrin (2003) longsoran adalah suatu proses perpindahan massa tanah atau batuan dengan arah miring dari kedudukan semula, terpisah dari arah yang mantap karena pengaruh arah gravitasi. Sedangkan Vidayanti (2012) menyimpulkan longsoran yaitu keruntuhan dari massa tanah yang terletak dibawah sebuah lereng. Bidang longsor ini dapat berupa garis lingkaran atau kurva yang terbentuk oleh mekanisme keruntuhan seperti yang terlihat pada Gambar 2.1. Bila suatu longsoran terjadi berarti bahwa gaya dorong yang timbul telah melampaui gaya perlawanan yang berasal dari kekuatan geser tanah di sepanjang bidang longsor. NininYuniar, SilmiAzmi Lestari, Perancangan Sheet Pile..8
Sumber:Mekanika Tanah 2 Gambar 2.1 Kelongsoran Talud (Lereng) Jika longsoran terjadi, sering kali berdampak kerugian, baik materiil maupun moril, maka dari itu harus ada penanganan yang tepat. Penanganan yang biasanya dilakukan salah satunya adalah dengan membangun konstruksi dinding penahan tanah. Dalam kasus ini, para insinyur sipil diharapkan mampu membuat perhitungan stabilitas lereng guna memeriksa keamanan lereng alamiah, lereng galian, dan lereng timbunan yang dipadatkan. Faktor yang perlu dilakukan dalam pemeriksaan tersebut adalah menghitung dan membandingkan tegangan geser yang terbentuk sepanjang permukaan retak yang paling mungkin dengan kekuatan geser dari tanah yang bersangkutan. Proses ini dinamakan slope stability analysis (analisa stabilitas lereng), yaitu diawali dengan menentukan angka keamanan yang didefinisikan sebagai persamaan berikut. NininYuniar, SilmiAzmi Lestari, Perancangan Sheet Pile..9
Di mana : = angka keamanan terhadap kekuatan tanah = kekuatan geser rata-rata dari tanah = tegangan geser rata-rata yang bekerja sepanjang bidang longsor Pada umumnya, prosedur analisa stabilitas dapat dibagi dalam dua kelompok besar, yaitu analisa stabilitas dengan cara prosedur massa (mass procedure) dan analisa stabilitas dengan cara metode irisan (method of slices). Namun pada perancangan ini, penulis menggunakan metoda irisan. 2.1.1 Analisis Stabilitas dengan Cara Metode Irisan Pada prosedur ini, tanah yang berada di atas bidang gelincir dibagi menjadi beberapa irisan paralel tegak, dan lebar dari setiap irisan tidak harus sama. Stabilitas dari setiap irisan dihitung secara terpisah. Metode ini lebih teliti karena tanah yang tidak homogen dan tekanan air pori juga dapat dihitung. (a) NininYuniar, SilmiAzmi Lestari, Perancangan Sheet Pile..10
(b) Sumber:Dokumentasi Pribadi Gambar 2.2. (a) Analisis Stablitas Talud Metode Irisan (b) Perbesaran Potongan ke-n Persamaan yang didapat dari metoda irisan berdasarkan Gambar 2.2 diantaranya adalah; Kemudian perhitungan irisan ke-n adalah sbb. NininYuniar, SilmiAzmi Lestari, Perancangan Sheet Pile..11
Bila c = 0, maka Maka untuk semua irisan atau elemen: 2.2 Tekanan Tanah Lateral Tekanan tanah lateral merupakan suatu parameter perancangan yang utama di dalam permasalahan teknik pondasi. Konstruksi penahan tanah seperti dinding penahan, dinding bangunan bawah tanah (basement) dan dinding turap merupakan contoh perancangan dalam teknik pondasi. Konstruksi penahan tanah tersebut biasanya digunakan untuk menahan massa tanah dengan talud vertikal. Agar dapat merencanakan konstruksi penahan tanah dengan benar, dalam kasus ini adalah konstruksi sheet pile, perlu mengetahui gaya horizontal yang bekerja antara konstruksi penahan dan massa tanah yang ditahan. Gaya horizontal tadi disebabkan oleh tekanan tanah arah horizontal. 2.2.1 Tekanan Tanah Aktif dan Pasif Tekanan tanah aktif menurut Hardiyatmo (2012) adalah tekanan lateral minimum yang mengakibatkan keruntuhan geser tanah oleh akibat gerakan dinding menjauhi tanah di belakangnya (active earth pressure). Sedangkan NininYuniar, SilmiAzmi Lestari, Perancangan Sheet Pile..12
Ariestadi (2008) menyimpulkan, tekanan tanah aktif adalah tekanan lateral yang ditimbulkan tanah secara aktif pada struktur yang diselenggarakan. Untuk menggambarkan bagaimana tekanan tanah aktif terjadi maka diambil suatu dinding yang kaku untuk menahan konstruksi seperti yang terlihat pada Gambar 2.3 di halaman selanjutya. Tanah isian di belakang dinding dianggap tanah berbutir kasar (tanah tidak berkohesi). Sumber : Teknik Pondasi Gambar 2.3 Dinding Berotasi Terhadap Titik A ke Kiri (Tekanan Aktif) Dari Gambar 2.3 di atas, terlihat bahwa dinding berotasi terhadap titik A ke kiri, dengan perkataan lain dinding tersebut menjauhi tanah isian. Apabila dinding bergerak maju dari tanah isiannya, maka tanah mempunyai kecenderungan bergerak maju sampai suatu pergerakan tertentu yang cukup, maka tanah akan longsor sepanjang permukaan AC C, dimana permukaan longsor merupakan lengkung (curve), apabila dianggap lurus menjadi garis lurus AC yang NininYuniar, SilmiAzmi Lestari, Perancangan Sheet Pile..13
membentuk sudut dengan arah horizontal, dimana adalah sudut geser dalam. Sedangkan tekanan tanah pasif menurut Hardiyatmo (2012) adalah tekanan lateral maksimum yang mengakibatkan keruntuhan geser tanah akibat gerakan dinding menekan tanah urug (passive earth pressure). Sedangkan Ariestadi (2008) menyimpulkan, tekanan tanah pasif adalah tekanan yang timbul pada tanah saat menerima beban struktur yang disalurkan secara lateral. Berbeda dengan terjadinya tekanan tanah aktif, pada tekanan pasif dinding berotasi terhadap titik A ke kanan atau dinding mendekati tanah isian seperti pada Gambar 2.4. Sumber : Teknik Pondasi Gambar 2.4 Dinding Berotasi Terhadap Titik A ke Kanan (Tekanan Pasif) Pada kondisi ini, tekanan tanah yang bekerja pada dinding akan bertambah dari kondisi seimbang (at rest condition) sampai suatu harga maksimum. Bidang longsor yang terjadi sesungguhnya berbentuk garis lengkung yaitu garis AC C, NininYuniar, SilmiAzmi Lestari, Perancangan Sheet Pile..14
tetapi. dianggap lurus sebagai garis AC. Garis AC akan membentuk sudut Perhitungan tekanan tanah aktif maupun tekanan tanah pasif pada penulisan laporan Tugas Akhir ini dilakukan berdasarkan teori dari Rankine. Maka persamaan untuk koefisien tekanan tanah aktif ( dan koefisien tanah pasif ( yang digunakan menurut Rankine adalah sebagai berikut. Persamaan diatas berlaku dalam teori Coulomb, jika dinding turap yang dipancang tegak, permukaan dinding yang menahan tanah di belakangnya tidak memiliki kemiringan, dan licin (. 2.3 Dinding Penahan Tanah Bangunan dinding penahan tanah digunakan untuk menahan tekanan tanah lateral yang ditimbulkan oleh tanah urug atau tanah asli yang labil. Bangunan ini banyak digunakan pada proyek-proyek seperti irigasi, jalan raya, pelabuhan dll. Elemen-elemen pondasi seperti bangunan ruang bawah tanah (basement), pangkal jembatan (abutment), selain berfungsi sebagai bagian bawah dari struktur, berfungsi juga sebagai penahan tanah di sekitarnya. Kestabilan dinding penahan tanah diperoleh terutama dari berat sendiri struktur dan berat tanah yang berada diatas pelat pondasi. Besar dan distribusi tekanan tanah pada dinding penahan tanah, sangat bergantung pada gerakan ke arah lateral tanah relative terhadap dinding (Hardiyatmo, 2006). NininYuniar, SilmiAzmi Lestari, Perancangan Sheet Pile..15
2.3.1 Dinding Turap (Sheet Pile) Dalam konstruksi dinding penahan tanah, dikenal konstruksi dinding penahan tanah kaku (grafity walls dan counterfort walls) dan kontruksi dinding penahan lentur. Dinding penahan tanah lentur biasa disebut konstruksi dinding turap (sheet pile walls). Yuswandono (2011) mendefinisikan dinding turap adalah dinding vertikal relatif tipis yang berfungsi untuk menahan tanah dan juga untuk menahan air ke dalam lubang galian. Dibawah ini adalah contoh-contoh pengaplikasian dinding turap dalam konstruksi sipil. a. Dinding penahan tanah, misalnya pada tebing jalan raya atau tebing sungai. b. Dinding dermaga. c. Dinding penahan galian, misalnya pada pembuatan pondasi langsung, pondasi menerus, pembuatan basement dll. Berdasarkan material yang digunakan, dikenal beberapa jenis dinding turap, seperti turap kayu, turap beton dan turap baja. Dikarenakan dalam laporan Tugas Akhir ini jenis dinding turap yang di desain adalah berbahan beton, maka selanjutnya akan dibahas tentang definisi turap beton. a. Turap beton Dinding turap beton biasanya digunakan pada bangunan permanen atau pada detail-detail konstruksi yang agak sulit. Keuntungan turap beton adalah dinding bisa dibuat di tempat sehingga mempercepat waktu pelaksanaan, sedangkan kerugiannya yaitu sulitnya pelaksanaan dilapangan karena sering terjadi kebocoran-kebocoran. Contoh dari turap beton ini dapat dilihat pada Gambar 2.5 di bawah. NininYuniar, SilmiAzmi Lestari, Perancangan Sheet Pile..16
Sumber : Rekayasa Pondasi 2 Gambar 2.5 Jenis Turap Beton Selain dibedakan dari jenis materinya, dinding turap juga terbagi berdasarkan tipenya, yaitu dinding turap kantilever dan dinding turap diangker. Dalam Tugas Akhir ini penulis mendesain dinding turap berjenis kantilever. a. Dinding Turap Kantilever Yang dinamakan dengan dinding turap kantilever adalah dinding penahan tanah yang tidak menggunakan jangkar (anchore). Dinding turap kantilever diperoleh dengan memancangkan turap tersebut pada suatu kedalaman tertentu. Kestabilan dari dinding ini merupakan hasil mobilisasi tekanan tanah lateral pasif sebagai antisipasi dari tekanan-tekanan yang bekerja pada dinding tersebut, antara lain tekanan tanah aktif dan tekanan residu air (Pradoto, 1985). Tekanan tanah aktif berusaha untuk mendorong dinding turap (sheetpile) menjauh dari tanah timbunannya (back fill). Tekanan pasif di depan dan di belakang dinding turap berusaha menahan pergerakan. Kedua gaya inilah yang diperhitungkan dalam perancangan dinding turap NininYuniar, SilmiAzmi Lestari, Perancangan Sheet Pile..17
kantilever. Untuk memperhitungkan tekanan lateral tanah, kondisi yang cocok untuk dinding turap adalah kondisi Rankine. Sumber : Teknik Pondasi Gambar 2.6 Gaya-gaya yang Bekerja pada Dinding Turap Akibat beban tanah isian, dinding turap akan berotasi pada titik O dengan gaya yang bekerja adalah sebagai berikut. Pa 1 = total tekanan aktif di atas titik O Pp 1 = total tekanan pasif di atas titik O Pa 2 = total tekanan aktif di bawah titik O Pp 2 = total tekanan pasif di bawah titik O 2.4 Perhitungan Desain Turap dengan Metode Penyederhanaan Statika Metode perhitungan statika dapat diterapkan dalam menghitung kedalaman pemancangan sheet pile (D), dan juga metoda ini dapat disederhanakan. NininYuniar, SilmiAzmi Lestari, Perancangan Sheet Pile..18
Tahap pertama yang dilakukan untuk menghitung D pada metode penyederhanaan ini sama seperti metode lainnya, yaitu menentukan nilai koefisien tanah aktif dan koefisien tanah pasif. Setelah nilai dan didapat, tahap selanjutnya adalah menghitung nilai gaya tekanan tanah aktif dan nilai gaya tekanan tanah pasif. Besarnya nilai masing-masing gaya tekanan tanah aktif dipengaruhi oleh tegangan akibat berat sendiri, tegangan akibat beban dari luar,tegangan akibat beban air dan tegangan akibat kohesi tanahnya. Sedangkan gaya tekanan tanah pasif dipengaruhi oleh tegangan akibat berat sendiri, tegangan akibat beban air dan tegangan akibat kohesi tanahnya. Tegangan tanah akibat beban sendiri dapat dihitung dengan mengunakan rumus seperti di bawah. (untuk tegangan tanah aktif) (untuk tegangan tanah pasif) Untuk menghitung tegangan akibat beban dari luar dapat digunakan persamaan; (untuktegangan tanah aktif) Persamaan yang digunakan untuk menghitung tegangan akibat beban air adalah; (untuk tegangan tanah aktif) NininYuniar, SilmiAzmi Lestari, Perancangan Sheet Pile..19
(untuk tegangan tanah pasif) Sedangkan nilai tegangan tanah akibat kohesi tanah didapat dengan menggunakan persamaan berikut. (untuk tegangan tanah aktif) (untuk tegangan tanah pasif) Gaya-gaya tekanan tanah aktif dan tekanan tanah pasif dapat dihitung dengan mengalikan jumlah tegangan-tegangan tanah dengan tinggi masingmasing lapisan tanah, dilihat juga bentuk luasan bidang datarnya, apakah berbentuk persegi atau segitiga. (untuk jumlah tegangan tanah aktif) (untuk jumlah tegangan tanah pasif) (untuk gaya tekanan tanah aktif berbentuk pesegi) (untuk gaya tekanan tanah aktif berbentuk segitiga) (untuk gaya tekanan tanah pasif berbentuk pesegi) (untuk gaya tekanan tanah pasif berbentuk segitiga) Gambar di bawah berikut adalah contoh dari diagram tegangan yang didapat dari hasil perhitungan. NininYuniar, SilmiAzmi Lestari, Perancangan Sheet Pile..20
Sumber : Dokumentasi Pribadi Gambar 2.7 Diagram Tegangan pada Dinding Turap dengan Metode Penyederhanaan Kedalaman pemancangan sheet pile (D) didapat dengan menghitung jumlah momen tekanan tanah aktif dikurangi jumlah momen tekanan tanah pasif. (untuk jumlah momen tekanan tanah aktif) (untuk jumlah momen tekanan tanah pasif) Dimana: = jarak dari titik tinjau momen ke titik berat luasan NininYuniar, SilmiAzmi Lestari, Perancangan Sheet Pile..21
= jarak dari titik tinjau momen ke titik berat luasan Maka, Dengan cara coba-coba (trial and error), maka didapatkan nilai kedalaman pemancangan sheet pile (D). Dengan memperhitungkan keamanan, maka kedalaman pemancangan menjadi. Setelah nilai kedalaman pemancangan (D) didapatkan, maka langkah selanjutnya adalah menghitung momen maksimum. Untuk menghitung nilai momen maksimum, maka kedalaman titik rotasi harus dicari terlebih dahulu. Tahapan menghitung nilai kedalaman titik rotasi sama seperti mencari kedalaman pemancangan sheet pile (D), yaitu mencari tegangan tanah akibat berat sendiri, tegangan akibat beban dari luar, tegangan akibat beban air dan tegangan akibat kohesi tanahnya. Setelah nilai tegangan didapat, maka tahap selanjunya adalah menghitung gaya tekanan tanah aktif dan gaya tekanan tanah pasif dengan meninjau titik sejauh x (jika dalam persamaan sebelumnya adalah dikalikan D, untuk sekarang diganti menjadi x). Nilai kedalaman titik rotasi dihitung dengan jumlah gaya tekanan tanah aktif dikurangi jumlah gaya tekanan tanah pasif. Setelah mendapatkan nilai kedalaman titik rotasi, maka nilai momen maksimum dapat dihitung dengan meninjau titik sejauh x. NininYuniar, SilmiAzmi Lestari, Perancangan Sheet Pile..22
(untuk jumlah momen tekanan tanah aktif) (untuk jumlah momen tekanan tanah pasif) Dimana: = jarak dari titik tinjau momen ke titik berat luasan = jarak dari titik tinjau momen ke titik berat luasan Maka, ditentukan. Jika nilai momen maksimum telah didapat, maka dimensi sheet pile dapat 2.5 Perhitungan Desain Turap dengan Hidrolis Selain dengan cara statika, kedalaman pemancangan juga dapat diketahui dengan cara hidrolis. Karena sebelumnya telah diperhitungkan secara statika dan didapatkan nilainya, maka nilai pemacangan tersebut kemudian di cek keamanannya terhadap bahaya penggelembungan di daerah hilir dinding sheet pile. Gaya rembesan per satuan volume tanah dapat dihitung untuk memeriksa kemungkinan keruntuhan suatu turap (sheet pile) di mana rembesan dalam tanah mungkin dapat menyebabkan penggelembungan (heave) pada daerah hilir (Das, ). Gambar 2.8 pada halaman selanjutnya merupakan kondisi pemisalan dimana air sungai dan air dalam tanah memiliki beda tinggi yang ekstrim. Kondisi ini dikhawatirkan akan menyebabkan terjadinya penggelembungan di daerah hilir dinding sheet pile. NininYuniar, SilmiAzmi Lestari, Perancangan Sheet Pile..23
Sumber: Dokumen Pribadi Gambar 2.8 Penggelembungan pada Tanah yang Disebabkan oleh Rembesan di Sekeliling Turap Faktor keamanan untuk mencegah terjadinya penggelembungan dapat dituliskan pada persamaan berikut. Di mana : FS = faktor keamanan gradasi hidraulis ada gradasi hidraulis kritis NininYuniar, SilmiAzmi Lestari, Perancangan Sheet Pile..24
Sedangkan menurut Terzhagi, penggelembungan pada tanah pada umumnya terjadi pada daerah sejauh D/2 dari sheet pile dimana D adalah kedalaman pemancangan sheet pile. Oleh karena itu, kestabilan tanah di daerah luasan D x D/2 di depan sheet pile perlu diselidiki seperti yang ditunjukan oleh gambar 2.9 (a). Sumber: Dokumen Pribadi Gambar 2.9 (a) Pemeriksaan Terhadap Penggelembungan yang Terjadi pada Bagian Hilir Sheet Pile (b) Pembesaran Daerah Penggelembungan Faktor keamanan untuk mencegah tejadinya penggelembungan dapat dituliskan sebagai berikut. Dimana : faktor keamanan NininYuniar, SilmiAzmi Lestari, Perancangan Sheet Pile..25
berat tanah basah di daerah penggelembungan per satuan lebar sheet pile gaya angkat disebabkan oleh rembesan pada taah dengan volume yang sama Dengan nilai Dimana: gradien hidrolik rata-rata kelompok tanah Sumber: Dokumen Pribadi Gambar 2.10 Pendekatan Tinggi Energi Dorong Dari gambar 2.10 di atas, dapat dihitung tinggi energi dorong rata-rata seperti pada persamaan di bawah ini. NininYuniar, SilmiAzmi Lestari, Perancangan Sheet Pile..26
Pada titik b, tingi energi dorong Pada titik c, tingi energi dorong Tinggi kehilangan energi rata-rata di dalam prisma tanah yang ditinjau adalah dan gradien hidrolik rata-rata adalah; Jadi faktor keamanan: NininYuniar, SilmiAzmi Lestari, Perancangan Sheet Pile..27