BAB VIII DINDING PENAHAN TANAH
A. Pendahuluan • Bangunan dinding penahan tanah berguna untuk menahan tekanan tanah lateral yang ditimbulkan oleh tanah urug atau tanah asli yang labil. • Dinding penahan tanah banyak digunakan pada proyekproyek : – – – – –
jalan raya, irigasi pelabuhan , bangunan ruang bawah tanah (basement) pangkal jembatan (abutment), dll
• Kestabilan dinding penahan tanahdiperoleh terutama dari : – berat sendiri struktur, dan – berat tanah yang berada di atas pelat fondasi.
• Besar dan distribusi tekanan tanah pada dinding penahan tanah, sangat tergantung pada gerakan tanah lateral terhadap DPT.
1
B. Tipe tipe dinding penahan tanah : 1.
Dinding gravitasi, Biasanya terbuat dari beton tak bertulang atau pasangan batu, sedikit tulangan diberikan pada permukaan dinding untuk mencegah retakan permukaan.
2.
Dinding semi gravitasi Dinding grafitasi yang bentuknya agak ramping, krn rampingnya pada struktur ini dibutuhkan penulangan beton, namun hanya pada bagian dinding saja.
3.
Dinding kantilever counter fourt
4.
5. 6.
Terdiri dari kombinasi dinding dan fondasi beton bertulang yang berbentuk T. Ketebalan DPT ini relatif tipis dan diberi tulangan secara penuh unutk menahan momen dan gaya lintang yang bekerja.
Dinding counterfort : dinding beton bertulang yang tipis pada bagian dalam dinding pada jarak tertentu didukung oleh plat / dinding vertikal yang disebut counterfort. Ruang di atas plat fondasi, diantara counterfort diisi dengan tanah. Dinding krib, dibuat dari balok-balok beton yang disusun menjadi DPT. DPT dengan perkuatan (reinforced earth wall) dinding yang berupa timbunan tanah yang diperkuat bengan material lain. (geosintetik atau metal, dll)
2
C. Tekanan tanah lateral
• Analisis tekanan tanah lateral antara lain digunakan untuk : – Perancangan dinding penahan tanah – Pangkal jembatan – Turap – Terowongan – Saluran bawah tanah, dsb.
• Tekanan tanah lateral adalah gaya yang ditimbulkan oleh akibat dorongan tanah di belakang struktur penahan tanah.
1. Tekanan Tanah Lateral Pada Saat Diam • Kondisi kesetimbangan di tempat yang dihasilkan dari kedudukan tegangan-regangan tanpa adanya tegangan geser yang terjadi didefinisikan sebagai K O.
Turap H
Ea
Turap
Ph
Ph H/3
•
Gambar 1a
Gambar 1b
σh = H.γ.KO
Gambar 1c
Ditinjau suatu turap yang dianggap tidak mempunyai volume, sangat kokoh dan licin, dipancang pada tanah tak berkohesi (gambar 1a). Tanah di kiri dinding turap digali perlahan-lahan sampai kondisinya seperti pada gambar 1.b.
3
• Bersama-sama dengan penggalian ini, dikerjakan suatu gaya horizontal Ph yang besarnya sama dengan gaya horizontal tanah sebelum penggalian. • Tekanan gaya horizontal (Ph) pada dinding ini disebut tekanan tanah pada saat diam, yaitu tekanan tanah ke arah lateral tanpa suatu pergeseran (regangan) • Nilai banding antara tekanan horizontal dan tekanan vertikal pada kedalam tersebut disebut koefisien tekanan tanah pada saat diam atau KO σh = H..KO atau dengan
KO
σh ' σh ' σ v ' z.γ '
σh’ = tekanan efektif arah horizontal σv’ = tekanan efektif arah vertikal z = kedalaman ’ = berat volume efektif KO = 1 – sin (Jaky, 1944)
2. Tekanan tanah aktif dan tekanan tanah pasif • H Ea h/3
h
Ep h..Kp
H/3
Dari kanan bekerja tekanan tanah aktif (Ea = ½.H2..Ka)
– bersifat mendorong dinding – bekerja jika dinding bergerak menjauhi tanah
H..Ka
•
Dari kiri bekerja tekanan tanah pasif (Ep = ½.h2..Kp)
•
Faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya Ea dan Ep
– Bersifat melawan tanah dorongan dinding – Bekerja jika dinding bergerak menahan tanah – – – – – –
berat volume tanah () sudut gesek intern () sudut gesek antara dinding dan tanah () kohesi tanah ‘c’ kemiringan dinding dan muka tanah beban
4
TEORI RANKINE •
Teori Rankine (1857), dalam analisis tekanan tanah lateral menggunakan asumsi
1. Tanah dalam kondisi kesetimbangan plastis (setiap elemen tanah dalam kondisi tepat akan runtuh) 2. Tanah urug dibelakang dinding penahan tanah tak berkohesi ( c = 0) 3. Gesekan antara dinding DPT dan tanah urug diabaikan (= 0)
A. Tekanan tanah lateral pada tanah non kohesif (c = 0) • Tanah urug dengan berat volume dan ketinggian H, maka tekanan tanah aktif Ea total untuk dinding penahan tanah adalah Ea = ½ H2..Ka Titik tangkap gaya yang bekerja terletak pada H/3 dari dasar dinding penahan tanah. • Alas diagram segi tiga tekanan tanah aktif b = Ka..H , dengan Ka = koefisien tekanan tanah aktif Rankine
Ka
H
1 sin tg 2 45 45 2 1 sin
=0
c=0 =0
Ea = ½ H2..Ka H/3
• Dengan cara yang sama, besarnya tekanan tanah pasif menurut Rankine, merupakan diagram segi tiga dengan alas b = H..Kp • Besarnya tekanan tanah pasif total = luas diagram segi tiga tekanan tanah pasif Ep = ½.H2..Kp dengan titik tangkap gaya 1/3 H dimana 1 sin
Kp
1 sin
tg 2 45 /2
5
•
0 0 c0
Apabila permukaan tanah urug miring membentuk sudut (0) maka koefisien tekanan tanah aktif dinyatakan sbb :
Ea = ½. H2..Ka
H
K a cos β
b=H..Ka
• •
cos β cos 2β cos 2 cos β cos 2β cos 2
dimana = sudut kemiringan permukaan tanah urug dibelakang DPT Φ = sudut gesek dalam tanah
Besarnya tekanan tanah aktif = luas diagram segi tiga Ea = ½.H2..Ka dgn alas b = H.. Ka Dengan cara yang sama besarnya tekanan tanah pasif menurut Rankine, merupakan diagram segi tiga dengan alas b = H.. Kp Tekanan tanah pasif total = luas diagram segi tiga tekanan tanah pasif . Ep = ½.H2..Kp dengan titik tangkap gaya 1/3 H Untuk permukaan tanah miring cos β cos 2β cos 2 K p cos β cos β cos 2β cos 2
B. Tekanan tanah lateral pada tanah kohesif c0 1. Tekanan tanah aktif Tanah dengan c; H
diabaikan
b1>b2
+
Ea2
Ea1 b1=H..Ka •
Hc
= h
Ea total
b 2 2.c. K a
Apabila tanah urug mempunyai kohesi, maka tekanan tanah aktif E a total E a1 E a2 E a total 12 .H 2 .K a γ 2.c. K a .H b alas b1 b 2 b alas K a .H.γ 2.c. K a Hc
2.c γ. K a
K a tg 2 45 2
6
2. Tekanan tanah pasif
=
+
Ep2 ½.H
b1+b2
Ep1
1/
Tanah c; H
3.H
b 2 2.c. K p b1=H..Kp
Apabila tanah urug mempunyai kohesi, maka tekanan tanah pasif E ptotal E p1 E p2 E ptotal 12 H 2 .K p .γ 2.c. K p .H b b1 b 2 b H.K p .γ 2.c. K p
K p tg 2 45 2
3. Tekanan tanah lateral akibat beban terbagi rata q (kN/m2) B
C
•
Misal tumpukan barang atau orang pada suatu dermaga, berat lalu lintas di jalan raya, dll
A
• •
Untuk lebar 1 m, berat segi tiga longsor ABC : W+Q = ½.H2..cotg + q BC = ½.H2..cotg + q.H cotg Dari segi tiga ABC didapat Ea = (W+Q) tg ( - ) Ea = ((½.H2..cotg ) + (q.H cotg )).tg( - ) = (½.H2..Ka + H.q) tg2(45o - /2) = ½.H2..Ka + H.q.Ka
7
q (kN/m2)
Ea2
H
Ea1 1/
½.H
3.H
b1=H..Ka
b2=q.Ka
b1 + b 2
• Diagram tekanan tanah aktif total berupa trapesium gabungan dari Ea1(segi tiga oleh tanah) dan Ea2 (segi 4 akibat beban terbagi rata). Ea1 = ½.H2..Ka Ea2 = H.q.Ka b1 = H..Ka b2 = q.Ka
4. Tekanan tanah lateral akibat beban garis Q
Ea2 Ea1
b2=mp
Ea2
mk
Ea1
b1=H..Ka
b1=H..Ka
• Diagram tekanan tanah aktif total seperti tergambar Ea1(segi tiga oleh tanah) dan Ea2 (segi tiga akibat beban titik Q) E a2 Q. K a Ea1 = ½.H2..Ka 2.Q.K a b1 = H2..Ka b mp 2
mk
8
5. Tekanan tanah lateral akibat pengaruh muka air tanah
Ea1
Ea2
b1=H.’.Ka b2=H.w
•
Apabila MAT = MT Tekanan tanah aktif yang bekerja pada dinding penahan tanah : (a). Ea1 = ½.H2.’.Ka ’ = berat vol. tanah terendam b1 = H.’.Ka garis kerja gaya 1/3 H (b). Ea2 = ½.H2.w w = berat vol. air b1= H2.w garis kerja gaya 1/3 H
(6) Dinding penahan tanah dengan muka air tanah tidak sama tinggi
b
H1
Ep1 Hp
Ep2 Ep3
h1 h2
H2 sat ’
Ea1=½.(H2-H1)2.b.Ka
Ea2=H2(H1.b).Ka Ea3=½.H12.’.Ka
Ha= ½.H12.w
9
• Berat jenis tanah (G) ; angka pori (e) ; kadar air (w) ; 1 = sudut gesek intenal tanah di atas m.a.t 2 = sudut gesek intenal tanah di bawah m.a.t • Tekanan tanah aktif yang bekerja : Ea1 = akibat tekanan tanah di atas mat Ea2 = akibat beban terbagi merata ( tanah di atas m.a.t) Ea3 = akibat tekanan tanah di bawah m.a.t Ha = Tekanan hidrostis yang mendorong DPT • Tekanan tanah pasif Ep1 = akibat tekanan tanah di atas m.a.t Ep2 = akibat beban terbagi rata (tanah di atas m.a.t) Ep3 = akibat tekanan tanah di bawah m.a.t Hp = tekanan hidrostsatis yang menahan DPT
ANALISIS KONSTRUKSI PENAHAN TANAH • Analisis konstruksi penahan tanah umumnya digunakan untuk menentukan dimensi penahan tanah agar stabil terhadap gaya-gaya yang bekerja • Analisis stabilitas dilakukan secara eksternal dan internal • Dalam analisis stabilitas eksternal, konstruksi dianggap sebagai satu kesatuan yang masif dalam melawan gayagaya yang bekerja. Tinjauan dilakukan terhadap stabilitas guling, geser dan runtuhnya konstruksi akibat daya dukung tanah terlampaui. • Analisis stabilitas terhadap gaya-gaya internal yang bekerja, umumnya berhubungan dengan kekuatan struktur, yang dalam ini adalah pecahnya konstruksi dan patahnya kaki dan tumit.
10
STABILITAS TERHADAP GAYA EKSTERNAL • Keruntuhan akibat bahaya guling
Momen guling akibat gaya aktif M a E a .h Momen guling akibat berat sendiri konstruksi M p V.a Tinjauan terhadap guling
SF
M p M a
SF 1,5 untuk tanah non kohesif SF 2 untuk tanah kohesif
Ea A
h a
V
• Keruntuhan terhadap bahaya geser Dasar fondasi berupa tanah non kohesif SF
Gaya lawan V.f ( E p ) 1,5 ~ 2 Gaya dorong Ea
f tg (dasar fondasi relatif kasar)
Ea f tg V b
2 3
(dasar fondasi relatif halus)
Dasar fondasi berupa tanah kohesif SF
2 c.b ( E p ) Gaya lawan 3 1,5 ~ 2 Gaya dorong Ea
c kohesi tanah (0,5 ~ 0,75).c Dasar fondasi berupa tanah campuran SF
Gaya lawan V.f 23 c.b ( E p ) 1,5 ~ 2 Gaya dorong Ea
11
• Runtuhnya konstruksi akibat daya dukung tanah terlampaui
V
Untuk tanah lempung, pasir atau campurannya σ min 0 V 6.e 1 σ tanah b.1 b Untuk tanah keras (cadas, batuan) σ min 0 σ maks
σ maks
2V σ tanah 3 b2 e
12
