BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Dinding Penahan Tanah Bangunan dinding penahan tanah berfungsi untuk menyokong dan menahan tekanan tanah. Baik akibat beban hujan,berat tanah itu sendiri maupun akibat beban yang bekerja di atasnya dan tekanan lateral tanah yang ditimbulkan oleh tanah urug. Bangunan ini biasanya dibuat proyek-proyek konstruksi seperti: irigasi, jalan raya, pelabuhan dan lainlain. Dalam kasus ini, pembuatan jembatan didesain dengan cara membuat timbunan tanah sepanjang bentangan jembatan lalu ditopang dengan menggunakan dinding penahan tanah. Kestabilan dinding penahan tanah diperoleh terutama dari berat sendiri struktur dan berat tanah yang berada di atas plat pondasi. Besar dan distribusi tekanan tanah pada dinding penahan tanah sangat bergantung pada gerakan ke arah lateral tanah relatif terhadap dinding. 2.2 Tipe-Tipe Dinding Penahan Tanah Terdapat ada beberapa tipe dinding penahan tanah, antara lain: a. Dinding Gravitasi Dinding gravitasi yaitu dinding penahan yang dibuat dari beton tak bertulang atau pasangan batu.sedikit tulangan beton kadang-kadang diberikan pada permukaan dinding untuk mencegah keretakan permukaan akibat perubahan temperatur.
b. Dinding Kantilever Dinding kantilever yaitu dinding yang terdiri dari kombinasi dinding dan beton bertulang yang berbentuk huruf T. ketebalan dari dua bagian ini relatif tipis dan secara penuh diberi tulangan untuk menahan momen dan gaya lintang yang bekerja padanya. c. Dinding Counterfort Dinding counterfort yaitu dinding yang terdiri dari beton bertulang yang tipis yang di bagian dalam dinding pada jarak yang tertentu didukung oleh pelat/dinding vertikal yang disebut countefort (dinding penguat). Ruang diatas plat pondasi, diantara counterfort diisi dengan tanah urugan. d. Dinding Buttress Dinding buttress hampir sama dengan counterfort, hanya bedanya bagian counterfort diletakkan di depan dinding. Dalam hal ini, struktur counterfort berfungsi memikul tegangan tekan. Pada dinding ini, bagian tumit lebih pendek dari pada bagian kaki. Stabilitas konstruksinya diperoleh dari berat sendiri dinding penahan dan berat tanah diatas tumit tapak. a. Dinding Gravitasi b. Dinding Kantilever Gambar 2.1. Tipe dinding penahan tanah (sumber : Braja M. Das)
c. Dinding Counterfort d. Dinding Buttress Gambar 2.2 Tipe Dinding Penahan Tanah 2.3 Tekanan tanah lateral (sumber : Braja M. Das) Tekanan tanah lateral adalah sebuah parameter perencanaan yang penting didalam sejumlah persoalan teknik pondasi, dinding penahan dan konstruksi konstruksi lain, yang ada dibawah tanah semuanya ini memerlukan pekiraan tekanan lateral secara kuantitatif pada perkerjaan konstruksi, baik untuk analisa perencanaan maupun untuk analisa stabilitas. Tekanan aktual yang terjadi dibelakang dinding penahan cukup sulit diperhitungkan karena begitu banyak variabel. Ini termasuk jenis bahan penimbunan, kepadatan dan kadar airnya, jenis bahan dibawah dasar pondasi,ada tidaknya beban permukaan dan lainnya. Akibatnya, perkiraan detail dari gaya lateral yang bekerja pada berbagai dinding penahan hanyalah masalah teoritis dalam mekanika tanah. Jika suatu dinding penahan dibangun untuk menahan batuan solid, maka tidak ada tekanan pada dinding yang ditimbulkan oleh batuan tersebut. Tetapi jika dinding dibangun untuk menahan air, tekanan hidrostatis akan bekerja pada dinding. Pembahasan berikut ini dibatasi untuk dinding penahan tanah, perilaku tanah pada umumnya berada diantara batuan dan air, dimana tekanan yang disebabkan oleh tanah jauh lebih tinggi dibandingkan oleh air. Tekanan pada dinding akan meningkat sesuai dengan kedalamannya. Pada prinsipnya kondisi tanah dalam kedudukannya ada 3 kemungkinan, yaitu : a. Dalam keadaan diam
b. Dalam keadaan aktif c. Dalam keadaan pasif 2.3.1 Tekanan tanah dalam keadaan diam Bila kita tinjau massa tanah seperti yang ditunjukkan dalam gambar 2.3 massa tanah dibatasi oleh dinding dengan permukaan licin AB yang dipasang sampai kedalaman tak terhingga. Suatu elemen tanah yang terletak pada kedalaman h akan terkena tekanan arah vertikal dan tekanan arah horizontal. Gambar 2.3 Tekanan tanah dalam keadaan diam (Sumber : Hardiyatmo 2006) Bila dinding AB dalam keadaan diam, yaitu bila dinding tidak bergerak ke salah satu arah baik ke kanan maupun kekiri dari posisi awal, maka massa tanah akan berada dalam keadaan keseimbangan elastik (elastic equilibrium). Rasio tekanan arah horizontal dan tekanan arah vertikal dinamakan koefisien tekanan tanah dalam keadaan diam Ko, atau : Ko = σh σv...(2.1) Karena σv = h, maka σh = Ko ( h)...(2.2)
Gambar 2.4 Distribusi tekanan tanah dalam keadaan diam (Sumber : Hardiyatmo 2006) Gambar 2.4 menunjukan distribusi tekanan tanah dalam keadaan diam yang bekerja pada dinding setinggi H. Gaya total per satuan lebar dinding, Po adalah sama dengan luas dari diagram tekanan tanah yang bersangkutan. Jadi : 1 Po = Ko H 2 2...(2.3) 2.3.2 Tekanan tanah aktif Seperti ditunjukan pada gambar 2.5, akibat dinding penahan berotasi ke kiri terhadap titik A, maka tekanan tanah yang bekerja pada dinding penahan akan berkurang perlahan-lahan sampai mencapai suatu harga yang seimbang. Tekanan tanah yang mempunyai harga tetap atau seimbang dalam kondisi ini disebut tekanan tanah aktif. Gambar 2.5 Dinding yang berotasi akibat tekanan tanah aktif (Sumber : Hardiyatmo 2006)
Menurut teori rankine, besarnya gaya lateral pada satuan lebar dinding akibat tekanan tanah aktif pada dinding setinggi H dapat dinyatakan dalam persamaan berikut : 1 Pa = 2 H2 Ka...(2.4) Dimana harga Ka untuk tanah datar adalah Ka = 1 sin φ 1+sin φ = tan 2 (45 0 -...(2.5) = Berat isi tanah (g/cm 3 ) H = tinggi dinding (m) φ = sudut gesek tanah ( o ) φ 2 ) Adapun langkah yang dipakai untuk tanah urugan dibelakang tembok apabila berkohesi dimana kohesi adalah lekatan antara butir-butir tanah, sehingga kohesi mempunyai pengaruh mengurangi tekanan aktif tanah sebesar (2c Ka ), maka tegangan utama arah horizontal untuk kondisi aktif adalah 1 Pa = 2 H2 Ka - 2c Ka H...(2.6) 2.3.3 Tekanan tanah pasif Gambar 2.6 Dinding yang berotasi melawan tekanan tanah aktif Sumber : Hardiyatmo 2006 Seperti ditunjukan pada gambar 2.6, dinding penahan berotasi ke kanan titik A atau dengan perkataan lain dinding mendekati tanah isian, maka tekanan tanah yang bekerja pada dinding penahan akan bertambah perlahan-lahan sampai mencapai suatu harga tetap. Tekanan yang mempunyai harga tetap dalam kondisi ini disebut tekanan pasif.
Menurut teori rankine, besarnya gaya lateral pada pada dinding akibat tekanan tanah pasif setinggi H dapat dinyatakan dalam persamaan berikut : 1 Pp = 2 H2 Kp...(2.7) Dimana harga Kp untuk tanah datar adalah 1+sin φ Kp = 1 sin φ = φ tan2 (45 0 + 2 )...(2.8) = Berat isi tanah (g/cm 3 ) H = tinggi dinding (m) φ = sudut gesek tanah ( o ) Adapun langkah yang dipakai untuk tanah berkohesi, maka tegangan utama arah horizontal untuk kondisi pasif adalah : 1 Pp = 2 H2 Kp - 2c Kp H...(2.9) 2.3.4 Pengaruh beban titik terhadap Tekanan tanah Lateral Tekanan tanah lateral akibat beban titik T yang bekerja diatas tanah urug dengan persamaan Boussinesq. Untuk pengaruh beban titik, tekanan tanah lateral di kedalaman pada dinding dinyatakan oleh persamaan tersebut : Pa = Pa = 1,77 T n 2 H 2 (m 2 +n 2 ) 3 untuk m > 0,4...(2.10) 0,28T n 2 H 2 (m 2 +n 2 ) 3 untuk m 0,4...(2.11) Dimana : Pa = Tekanan aktif akibat beban titik H = Tinggi T = Beban titik m = arah x beban n = arah y beban 2.4 Stabilitas dinding penahan tanah
Seperti yang terlihat pada gambar 2.7 dibawah, ada beberapa hal yang dapat menyebabkan keruntuhan pada dinding penahan tanah, antara lain oleh : a. Penggulingan b. Penggeseran c. Keruntuhan daya dukung Gambar 2.7 Jenis-jenis keruntuhan dinding penahan tanah (Sumber : Braja M. Das) Maka dari itu, dalam merencanakan dinding penahan tanah langkah pertama yang harus dilakukan adalah menetapkan ukuran dinding penahan untuk menjamin stabilitas dinding penahan. Dinding penahan harus stabil terhadap guling, geser, dan daya dukung tanah. 2.4.1 Stabilitas terhadap penggulingan Tekanan tanah lateral yang diakibatkan oleh tanah urugan dibelakang dinding penahan cenderung menggulingkan dinding dengan pusat rotasi pada ujung kaki depan
pondasi. Momen penggulingan ini, dilawan oleh momen akibat berat sendiri dinding penahan dan momen akibat berat tanah diatas pelat pondasi. Pada gambar 2.8 dibawah ini, diperlihatkan diagram tekanan tanah pada dinding penahan tanah yang akan ditinjau, dalam hal ini adalah dinding penahan tanah tipe kantilever dimana asumsi tekanan tanah dihitung dengan rumus teori rankine. Gambar 2.8 Diagram tekanan tanah untuk dinding kantilever (Sumber : Hardiyatmo 2006) Faktor keamanan terhadap guling jika ditinjau dari kaki/titik O pada gambar didefinisikan sebagai : Dimana : F guling = MW Mgl...(2.10) MW = jumlah momen dari gaya-gaya yang menyebabkan momen pada titik O M gl = jumlah momen yang menahan guling terhadap titik O Momen yang menghasilkan guling :
MW = Ph ( H 3 )...(2.11) Dimana tekanan tanah horizontal, Ph = Pa tekanan aktif apabila permukaan tanah datar. Momen yang menahan guling : (prosedur perhitungan dapat dilakukan seperti pada tabel 2.1 berikut) Tabel 2.1 Perhitungan Gaya Vertikal dan Momen Bagian Luas Berat per unit Jarak momen Momen panjang dari titik O terhadap titik (1) (2) (3) (4) O (5) 1 A1 W1 = a x A1 X1 M1 2 A2 W1 = a x A2 X2 M2 3 A3 W1 = b x A3 X3 M3 4 A4 W1 = b x A4 X4 M4 Dimana : a = berat volume tanah b = berat volume beton V M R Jadi, faktor keamanannya adalah F gl = M 1+M 2+M 3+M 4 Pa ( H 3 )...(2.12) Faktor aman terhadap guling, bergantung pada jenis tanah yaitu : a. 1,5 untuk tanah dasar berbutir b. 2 untuk tanah dasar kohesif 2.4.2 Stabilitas terhadap geser Gaya-gaya yang menggeser dinding penahan tanah akan ditahan oleh : a. Gesekan antara tanah dan dasar pondasi
b. Tekanan tanah pasif di depan dinding penahan Faktor keamanan terhadap stabilitas geser dapat dinyatakan dengan rumus : F gs = RH Pah...(2.13) Dimana : RH = jumlah gaya-gaya yang menahan gaya-gaya horizontal Pah = jumlah gaya-gaya yang mendorong Gambar 2.9Kontrol terhadap pergeseran dasar dinding (Sumber : Hardiyatmo 2006) Dari gambar 2.9 diatas, kekuatan geser tanah pada bagian dasar dinding : s = σ tan δ + ca...(2.14) Dimana : δ = sudut gesertanah dengan dasar dinding ca = adhesi antara tanah dengan dasar dinding Gaya yang menahan bagian pada dasar dinding : R = s (luas penampang alas) = s (Bx1) =B σ tan δ + Bc a
B σ = jumlah gaya-gaya vertikal = V (tabel ) Jadi, R = ( V) tan δ + Bc a Gambar 2.9 menunjukkan bahwa Pp juga merupakan gaya menahan horizontal, sehingga : F R = ( V) tan δ + Bc a + Pp Fd = Ph FS geser = ( V )tanδ +Bca+Pp Ph...(2.15) Batas minimum yang diizinkan untuk menghitung faktor keamanan geser adalah 1,5. 2.4.3 Stabilitas Terhadap Keruntuhan Daya Dukung Momen pada titik C M net = MW - Mgl ( MW dan Mgl diperoleh dari stabilitas penggulingan) Jika resultan pada dasar dinding berada pada dinding titik E, CE = X = Mnet V...(2.16) Eksentrisitas dapat diperoleh dari e = B 2 = MR Mo V...(2.17) Distribusi tekanan pada dasar dinding penahan dapat dihitung sebagai berikut: q = V A ± Mnet y I...(2.18) dimana : M net = ( V) e I = (1/12) (1) (B 3 )...(2.19) Untuk nilai maksimum dan minimum, y = B/2
q max = q min = V 6e B ( 1+ B )...(2.20) V B ( 1 6 e B )...(2.21) Gambar 2.10 kontrol terhadap keruntuhan daya dukung (Sumber : Braja M. Das ) Kapasitas dukung tanah dihitung dengan menggunakan persamaan hansen : q u = c x N c x F cd x F ci + q x N q x F qd x F qi + 0,5 x x B x N x F d x F i...(2.22) Dimana : q = q x T B = B 2e F cd = 1 + 0,4 D Br N c, N q, N = faktor kapasitas dukung Hansen Vesic F d = 1
F ci = F qi = (1 Ѱ o / 90 o ) 2 F i = (1 - Ѱ o / ϕ o ) 2 Ѱ o = tan -1 (Ph/ V) Faktor keamanan terhadap keruntuhan kapasitas dukung didefinisikan sebagai : Dimana ; F = qu qmax 3...(2.23) F Qu = Faktor aman terhadap kapasitas dukung = Tegangan Ultimit qmax = Tegangan maksimum 2.5 Penelitian Sebelumnya 1. Asri kabir Meneliti studi perencanaan konstruksi dinding penahan tanah bandara sultan babullah ternate (tinjauan geser dan uji cpt). Penelitian ini berisi tentang studi bagaimana merencanakan dinding penahan tanah tipe gravitasi. Hasil analisisnya didapat desain dinding dengan lebar atas sebesar 100 cm tinggi dinding 10 m, lebar bawah pondasi 600 cm, dengan faktor guling 2,3 > 1,5, geser 3,6 > 1,5 dan kapasitas keruntuhan 297,4 kn/m < qall 390 kn/m. Tipe dinding gravitasi dengan dimensi yang direncanakan memenuhi semua syarat kestabilan. 2. Irwan Soewandi Meneliti Studi efisiensi lebar alas dinding tanah tipe kantilever pada perumahan mutiara. Penelitian ini berisi tentang stabilitas tanah pada perumahan mutiara pada
dinding tanah kantilever dengan cara mencoba menambah lebar alas dinding dan pengaruhnya terhadap stabilitas guling, geser dan keruntuhan daya dukungnya. Hasil analisisnya didapat kecenderungan nilai stabilitas guling, stabilitas geser, maupun keruntuhan daya dukungnya bertambah seiring dengan penambahan lebar dinding penahan kantilever tersebut.