MODUL 1 JENIS TURAP DAN TURAP CANTILEVER
DAFTAR ISI Bab1 Pengantar.................................................................. ............1 1.1. Umum....................................................................... .................... 1 1.2. Tujuan Instruksional Umum.................................................. ..... 1 1.3. Tujuan Instruksional Khusus................................................ ..... 1 Bab 2 Jenis dan Fungsi Turap.................................................... ....1 2.1. Turap Kayu ................................................................ .................. 2 2.2. Turap Beton dan Baja....................................................... .......... 3 2.3. Jenis dan Metode Konstruksi Turap ......................................... 5 Bab 3 Turap Cantilever.......................................................... ..........8 3.1. Turap Cantilever pada Pasir................................................ ....... 9 3.1.1. Prosedur Menentukan Diagram Tekanan.................................12 3.1.2. Metode Lain.............................................................. ...............13 3.1.3. Menghitung Momen Lentur Maksimum ....................................13 3.1.4. Turap Kantilever Dengan Keadaan Khusus .............................14 3.2. Turap Cantilever pada Lempung ............................................. 16 3.2.1. Prosedur Menentukan Diagram Tekanan.................................18
3.2.2. Momen Lentur Maksimum.................................................... ....18 3.2.3. Turap Kantilever Dengan Keadaan Khusus .............................19
Jenis Turap dan Turap cantilever Modul 1 1 Bab 1 Pengantar 1.1. Umum Konstruksi turap adalah satu konstruksi yang banyak digunakan dalam rekayasa sip il, yang bisa berupa konstruksi sederhana hingga konstruksi sangat berat. Modul ini berisi uraian tentang jenis-jenis turap yang biasa digunakan dan perhitungan untuk perencanaan turap dalam jenis cantilever. Turap cantilever merupakan jenis turap yang paling sederhana dalam metode pelaksanaannya. 1.2. Tujuan Instruksional Umum Setelah menyelesaikan modul ini diharapkan mahasiswa mampu memahami fungsi turap dan dapat merencanakan turap cantilever. 1.3. Tujuan Instruksional Khusus Setelah menyelesaikan modul ini mahasiswa diharapkan dapat memenuhi hal-hal beri kut. 1. Mahasiswa mampu memberi pertimbangan dalam pemilihan jenis turap yang akan digunakan, sesuai dengan fungsinya. 2. Mahasiswa mampu menentukan diagram tekanan tanah yang bekerja pada dinding turap, baik untuk pasir maupun lempung. 3. Mahasiswa mampu menghitung panjang penanaman yang dibutuhkan dalam perencanaan turap cantilever. Bab 2 Jenis dan Fungsi Turap Tiang-tiang turap (sheet piles) sering digunakan untuk membangun sebuah dinding yang berfungsi sebagai penahan tanah, yang bisa berupa konstruksi berskala besar maup un kecil. Sebagai contoh pada Gambar 1, terlihat konstruksi dinding turap (sheet pi le walls) yang mengarah ke pantai yang dapat berupa sebuah dermaga atau sebuah fasilitas d ok kapal. Dinding turap, oleh karena fungsinya sebagai penahan tanah, maka konstruk si ini Pusat Pengembangan Bahan Ajar -UMB Dr. Ir. Pintor Tua Simatupang MT MEKANIKA TANAH II
Jenis Turap dan Turap cantilever Modul 1 2 digolongkan juga sebagai jenis lain dari dinding penahan tanah (retaining walls) . Perbedaan mendasar antara dinding turap dan dinding penahan tanah terletak pada keuntungan penggunaan dinding turap pada kondisi tidak diperlukannya pengeringan air (dewatering). Terdapat beberapa jenis tiang turap yang biasa digunakan: (a) tiang turap kayu, (b) tiang turap beton pracetak (precast concrete sheet piles), dan (c) tiang turap baja. Gambar 1 Contoh dinding turap: (a) turap di air, (b) braced cut 2.1. Turap Kayu Tiang turap kayu digunakan hanya untuk konstruksi ringan yang bersifat sementara yang berada di atas permukaan air. Tiang turap yang biasa digunakan adalah papan kayu atau beberapa papan yang digabung (wakefield piles). Papan kayu kira-kira dengan ukur an penampang 50 mm x 300 mm dengan takik pada ujung-ujungnya seperti terlihat pada Gambar 2(a). Tiang wakefield dibuat dengan memakukan tiga papan secara bersamasa ma dimana papan tengahnya dioffset sejauh 50 -75 mm seperti pada Gambar 2(b). Papan kayu juga bisa ditakik dalam bentuk takik lidah dalam Gambar 2(c). Atau pa da Gambar 2(d) dengan menggunakan besi yang ditanamkan pada masih-masing papan setelah tiang dimasukkan ke dalam tanah. Pusat Pengembangan Bahan Ajar -UMB Dr. Ir. Pintor Tua Simatupang MT MEKANIKA TANAH II
Jenis Turap dan Turap cantilever Modul 1 3 Gambar 2 Berbagai jenis turap kayu dan beton 2.2. Turap Beton dan Baja Tiang turap beton pracetak adalah untuk konstruksi berat yang dirancang dengan tulangan untuk menahan beban permanen setelah konstruksi dan juga untuk menangan i tegangan yang dihasilkan selama konstruksi. Penampang tiang-tiang ini adalah sek itar 500 -800 mm lebar dan tebal 150 -250 mm. Gambar 2(e) memperlihatkan diagram skematik ketinggian dan penampang tiang turap beton bertulang. Tiang turap baja di USA adalah sekitar 10 -13 mm tebal. Penampang tiang turap ya ng berasal dari Eropah bisa lebih tipis tetapi lebih lebar. Penampang tiang bisa be rbentuk Z, lengkung dalam (deep arch), lengkung rendah (low arch), atau sayap lurus (straig ht web). Interlok pada tiang turap dibentuk seperti jempol-telunjuk atau bola-keranjang u ntuk hubungan yang ketat untuk menahan air. Gambar 3(a) memperlihatkan diagram skemat ik untuk hubungan interlok jempol-telunjuk untuk penampang sayap lurus. Sedangkan t ipe interlok bola-keranjang untuk penampang Z diberikan pada Gambar 3(b). Pusat Pengembangan Bahan Ajar -UMB Dr. Ir. Pintor Tua Simatupang MT MEKANIKA TANAH II
Jenis Turap dan Turap cantilever Modul 1 4 Gambar 3 Hubungan tiang turap: (a) jenis jempol-telunjuk (b) jenis bola-keranjan g Tabel 1 dan Tabel 2 menunjukkan sifat-sifat penampang tiang turap baja yang diha silkan oleh U.S. Steel Corporation. Tegangan lentur rencana yang diijinkan untuk tiang turap baja diberikan pada tabel di bawah ini: Tabel 1 Sifat-sifat penampang tiang baja (dihasilkan oleh US Steel Corporation) Pusat Pengembangan Bahan Ajar -UMB Dr. Ir. Pintor Tua Simatupang MT MEKANIKA TANAH II
Jenis Turap dan Turap cantilever Modul 1 5 Tabel 2 Sifat-sifat penampang tiang baja (Lanjutan) Tiang turap baja sangat baik digunakan karena daya tahannya terhadap tegangan ya ng tinggi selama penyorongan ke dalam tanah yang keras. Tiang ini juga relatif ring an dan dapat digunakan kembali (penggunaan yang berulang-ulang). Oleh karena itu turap baja sering dipakai untuk pemakaian sementara. Turap sementara dipakai ketika dilakuk an penggalian, misalnya dalam pembuatan gorong-gorong. Setelah gorong-gorong berada pada kedudukan yang direncanakan, turap dicabut dan penggalian ditimbun kembali. Konstruksi sementara sering juga dipakai pada bendungan elak (cofferdam). Bendun gan elak ini dibangun untuk melaksanakan proses dewatering selama konstruksi berlang sung. 2.3. Jenis dan Metode Konstruksi Turap Pada prinsipnya, perencanaan dinding turap dapat dibagi menjadi dua jenis, yaitu : (a) dinding cantilever (cantilver walls) dan (b) dinding berjangkar (anchored walls) . Turap dengan dinding cantilever, sebagaimana dinyatakan dalam namanya adalah tiang yan g ujungnya tertahan oleh tanah sehingga seolah-olah tergantung. Stabilitas turap j enis ini sangat tergantung pada panjang penanaman tiang. Sedangkan turap berjangkar, Pusat Pengembangan Bahan Ajar -UMB Dr. Ir. Pintor Tua Simatupang MT MEKANIKA TANAH II
Jenis Turap dan Turap cantilever Modul 1 6 disamping ujungnya tertanam, di sekitar ujung lainnya dipasang jangkar yang akan memberikan gaya tarik melawan kecenderungan tiang turap terdorong ke arah yang berlawanan dengan tanah. Dalam metode konstruksi tiang turap terdapat beberapa cara, yaitu pertama dengan meletakkannya di dalam tanah yang terlebih dahulu digali lalu kemudian diisi kem bali dengan tanah isian, dan yang kedua dengan memancangkannya ke dalam tanah, kemudian tanah di depannya digali. Atau dalam hal konstruksi dermaga, tiang tura p dipancangkan dalam air hingga mencapai tanah, kemudian tanah isian diberikan di belakangnya. Dalam banyak kasus tanah isian yang diletakkan di belakang dinding turap biasanya adalah tanah granular. Sementara tanah di bawah garis penggalian bisa t anah pasir atau lempung. Permukaan tanah pada sebelah dimana air berada biasanya diac u sebagai garis galian (dredge line). Berdasarkan hal ini terdapat dua macam metod e konstruksi turap, yaitu (a) struktur urugan (backfilled structure) dan (b) struk tur galian (dredged structure). Langkah-langkah pelaksanaan struktur urugan diperlihatkan p ada Gambar 4 dan struktur galian pada Gambar 5. Gambar 4 Langkah-langkah konstruksi untuk struktur urugan Pusat Pengembangan Bahan Ajar -UMB Dr. Ir. Pintor Tua Simatupang MT MEKANIKA TANAH II
Jenis Turap dan Turap cantilever Modul 1 7 Gambar 5 Langkah-langkah konstruksi untuk struktur galian Pusat Pengembangan Bahan Ajar -UMB Dr. Ir. Pintor Tua Simatupang MT MEKANIKA TANAH II
Bab 3 Turap Cantilever Dinding turap cantilever biasanya direkomendasikan untuk dinding dengan ketinggi an sedang, berkisar 6 m atau kurang di atas garis galian. Pada dinding ini, turap b erprilaku seperti sebuah balok lebar cantilever di atas garis galian. Prinsip dasar untuk menghitung distribusi tekanan tanah lateral tiang turap cantilever dapat dijelaskan dengan bantuan Gambar 6, yang menunjukkan prilaku leleh dinding cantilever yang tertanam pada l apisan pasir di bawah garis galian. Dinding berputar pada titik O. Oleh karena adanya t ekanan hidrostatik pada masing-masing sisi dinding, maka tekanan ini akan saling menghi langkan, dengan demikian yang diperhitungkan hanya tekanan tanah lateral efektif saja. Pa da Zona A, tekanan lateral hanyalah tekanan tanah aktif saja yang berasal dari tana h sebelah di atas garis galian. Sementara pada Zona B, oleh karena pelenturan dind ing di daerah ini, maka bekerja tekanan tanah lateral aktif dari bagian tanah sebelah a tas garis galian dan tekanan tanah pasif di bawah garis galian di sebelah air. Kondisi pad a Zona $B$ ini akan berkebalikan dengan Zona C, yaitu di bawah titik rotasi O. Distribu si tekanan tanah bersih ditunjukkan pada Gambar 6(b), namun untuk penyederhanaan biasanya Gambar 6(c) akan digunakan dalam perencanaan. Gambar 6 Tiang turap cantilever tertanam pada pasir Pada bagian berikut akan diberikan sejumlah formula matematis untuk analisis din ding turap cantilever. Namun perlu diperhatikan bahwa analisis ini berlaku untuk kons truksi yang sebelahnya menghadap air. Dan permukaan air biasanya akan berfluktuasi seba gai akibat pasang surut, oleh karena itu harus hati-hati dalam menentukan pengaruh a ir pada diagram tekanan bersih.
Jenis Turap dan Turap cantilever Modul 1 9 3.1. Turap Cantilever pada Pasir Untuk mengembangkan hubungan untuk kedalaman penanaman tiang turap yang dibutuhkan di dalam tanah granular perhatikanlah Gambar 7(a). Tanah yang akan di tahan oleh dinding turap, berada di atas garis galian, adalah juga tanah granular. Per mukaan air tanah berada pada kedalaman L1 dari puncak tiang. Ambillah sudut gesek pasir seb agai f. Intensitas tekanan aktif pada kedalaman z=L1 dapat dinyatakan sebagai, dimana, Gambar 7 Tiang turap cantilever tertanam pada pasir: (a) variasi diagram tekanan bersih (b) variasi momen Dengan cara yang sama, tekanan aktif pada kedalaman z = L1+L2 (yaitu pada kedala man muka galian) adalah sama dengan Perlu dicatat bahwa pada kedalaman garis galian, tekanan hidrostatik dari kedua arah dinding adalah sama dan oleh karena itu akan saling menghilangkan. Pusat Pengembangan Bahan Ajar -UMB Dr. Ir. Pintor Tua Simatupang MT MEKANIKA TANAH II
Jenis Turap dan Turap cantilever Modul 1 10 Untuk menentukan tekanan tanah bersih di bawah garis galian hingga pada titik ro tasi O, seperti ditunjukkan pada Gambar 6(a) sebelumnya, haruslah dipertimbangkan bahwa tekanan pasif bekerja dari sebelah kiri (sebelah air) ke arah sebelah kanan (seb elah tanah) dan juga tekanan aktif bekerja dari sebelah kanan ke sebelah kiri dinding. Untuk kasuskasus ini, pengabaian tekanan hidrostatik untuk kedua sisi dinding, tekanan aktif pada kedalaman z dapat diberikan sebagai, Juga, tekanan pasif pada kedalaman z adalah sama dengan dimana, Kp= koefisien tekanan passif Rankine = tan2(45+f/2) Maka dengan mengombinasikan Pers. (3) dan (4), tekanan lateral bersih dapat dite ntukan sebagai dimana L=L1+L2. Tekanan bersih p menjadi sama dengan nol pada kedalaman L3 di bawah garis galian ; atau atau Dari persamaan sebelumnya, kelihatan bahwa kemiringan (slope) garis distribusi t ekanan bersih DEF adalah 1 vertikal dengan (Kp-Ka) horizontal. Sehingga di dalam diagra m Pada dasar tiang turap, tekanan pasif (pp) bekerja dari kanan ke kiri, dan tekan an aktif bekerja dari kiri ke kanan, sehingga pada z = L+D Pada kedalaman yang sama Maka, tekanan lateral bersih pada dasar turap adalah sama dengan Pusat Pengembangan Bahan Ajar -UMB Dr. Ir. Pintor Tua Simatupang MT MEKANIKA TANAH II
Jenis Turap dan Turap cantilever Modul 1 11 dimana Untuk kestabilan turap, prinsip statika sekarang dapat digunakan, Jumlah dari seluruh gaya-gaya horizontal adalah,\ Luas ACDE pada diagram tekanan -luas EFHB + luas FHBG = 0 atau dimana P = luas ACDE pada diagram tekanan. Penjumlahan momen ke titik B dari seluruh gaya-gaya menjadi,
Dengan mengombinasikan Pers. (6), (10), (14), dan (15) dan kemudian menyederhanakan mereka secara bersama-sama, maka akan diperoleh sebuah persamaan berderajat-4 dalam L4. dimana, Pusat Pengembangan Bahan Ajar -UMB Dr. Ir. Pintor Tua Simatupang MT MEKANIKA TANAH II
Jenis Turap dan Turap cantilever Modul 1 12 3.1.1. Prosedur Menentukan Diagram Tekanan Berdasarkan teori yang diberikan sebelumnya, berikut ini adalah prosedur langkah demi langkah untuk menentukan diagram tekanan yang dibutuhkan untuk mendapatkan kedalaman tiang turap cantilever pada tanah-tanah granular. Pusat Pengembangan Bahan Ajar -UMB Dr. Ir. Pintor Tua Simatupang MT MEKANIKA TANAH II
Jenis Turap dan Turap cantilever Modul 1 13 3.1.2. Metode Lain Pada metoda sebelumnya, faktor keamanan yang ditunjukkan pada langkah ke-13 dilakukan dengan menaikkan kedalaman aktual sebesar 20 -30%. Namun ada perencana yang lebih suka menggunakan faktor keamanan bukan pada hasil akhir tetapi pada awalnya, yaitu pada koefisien tekanan tanah pasif, dalam hal ini pada langkah ke -1. dimana FK = faktor keamanan (biasanya antara 1,5 sampai 2). 3.1.3. Menghitung Momen Lentur Maksimum Variasi diagram momen untuk dinding turap cantilever diperlihatkan pada Gambar 7 (b). Momen maksimum akan terjadi antara titik E dan F . Untuk menentukan momen maksimum Mmax per satuan panjang dinding, maka terlebih dahulu harus ditentukan sebuah titik dimana gaya geser (gaya lintang) sama dengan nol. Dengan memakai su atu acuan jarak baru z (dengan titik asal pada E) untuk gaya geser sama dengan nol be rlaku, Sekali titik dimana gaya geser sama dengan nol dapat ditentukan F ), maka besarnya momen maksimum dapat diperoleh sebagai,
pada Gambar 7(a)
Ukuran profil tiang turap yang dibutuhkan kemudian dapat dibuat dengan mengacu kepada tegangan lentur izin bahan yang digunakan, atau dimana, S = modulus penampang (section modulus) tiang turap yang dibutuhkan per satuan panjang struktur dan sall = tegangan lentur ijin tiang turap. Pusat Pengembangan Bahan Ajar -UMB Dr. Ir. Pintor Tua Simatupang MT MEKANIKA TANAH II
Jenis Turap dan Turap cantilever Modul 1 14 3.1.4. Turap Kantilever Dengan Keadaan Khusus Berikut ini dua macam kasus khusus yang berkenaan dengan tidak adanya muka air tanah dan kantilever bebas akan memperlihatkan adanya perubahan formulasi matema tis atas besaran-besaran untuk menentukan L4. 3.1.4.1 Turap tanpa muka air tanah Jika tidak terdapat muka air tanah, maka diagram tekanan tanah bersih akan menja di seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 8, yang sebenarnya merupakan modifikasi dar i Gambar 7. Berdasarkan gambar ini beberapa besaran juga akan mengalami perubahan, sehingga Gambar 8 Turap cantilever tertanam pada pasir tanpa muka air Persamaan untuk memperoleh L4 menjadi, Pusat Pengembangan Bahan Ajar -UMB Dr. Ir. Pintor Tua Simatupang MT MEKANIKA TANAH II
Jenis Turap dan Turap cantilever Modul 1 15 dimana 3.1.4.2 Turap ujung bebas Pada Gambar 9 diperlihatkan sebuah turap kantilever yang ujungnya bebas tertanam pada pasir yang menderita beban garis P per satuan panjang dinding. Dalam hal in i persamaan untuk memperoleh kedalaman penanaman menjadi, Gambar 9 Turap cantilever ujung bebas tertanam pada pasir Selanjutnya, Pusat Pengembangan Bahan Ajar -UMB Dr. Ir. Pintor Tua Simatupang MT MEKANIKA TANAH II
Jenis Turap dan Turap cantilever Modul 1 16 3.2. Turap Cantilever pada Lempung Dalam beberapa kasus, tiang turap cantilever harus disorongkan ke dalam lapisan lempung yang mempunyai kohesi taksalur (undrained cohesion), c (konsep f = 0). Diagram tekanan bersih akan agak berbeda daripada yang diperlihatkan pada Gambar 7(a). Gambar 10 memperlihatkan sebuah dinding turap yang disorongkan ke dalam lempung dengan bahan isian di belakang turap adalah tanah granular yang terletak di atas garis galian. Misalkanlah permukaan air terletak pada kedalaman L1 di bawah puncak turap. Sebagaimana sebelumnya, dengan menggunakan Pers. (1) dan (2), intensitas tekanan tanah bersih p1 dan p2 dapat dihitung, sehingga diagram untuk distribusi tekanan tanah di atas permukaan garis galian dapat digambarkan. Gambar 10 Tiang turap cantilever tertanam pada lapisan lempung Sedangkan diagram untuk distribusi tekanan tanah bersih di bawah permukaan garis galian dapat ditentukan sebagai berikut. Pusat Pengembangan Bahan Ajar -UMB Dr. Ir. Pintor Tua Simatupang MT MEKANIKA TANAH II
Jenis Turap dan Turap cantilever Modul 1 17 Pusat Pengembangan Bahan Ajar -UMB Dr. Ir. Pintor Tua Simatupang MT MEKANIKA TANAH II
Jenis Turap dan Turap cantilever Modul 1 18 Dengan menyelesaikan persamaan ini maka dapat diperoleh D, yaitu kedalaman penetrasi ke dalam lapisan lempung yang dibutuhkan oleh turap. 3.2.1. Prosedur Menentukan Diagram Tekanan Berdasarkan teori yang diberikan sebelumnya, berikut ini adalah prosedur langkah demi langkah untuk menentukan diagram tekanan yang dibutuhkan untuk mendapatkan besarnya penetrasi turap pada lapisan lempung. 3.2.2. Momen Lentur Maksimum Dengan merujuk pada Gambar 10, momen maksimum (yaitu momen di titik dimana gaya geser sama dengan nol) akan terjadi di antara L1 + L2 < z < L1 + L2 + L3. Dengan menggunakan sistem koordinat z
(z
Pusat Pengembangan Bahan Ajar -UMB Dr. Ir. Pintor Tua Simatupang MT MEKANIKA TANAH II
= 0 pada garis galian) gaya geser menjadi,
Jenis Turap dan Turap cantilever Modul 1 19 atau Dengan diketahuinya momen lentur maksimum, maka modulus penampang dapat dihitung dari Pers. (23), untuk selanjutnya menentukan profil tiang turap yang d iperlukan. 3.2.3. Turap Kantilever Dengan Keadaan Khusus Berikut ini dua macam kasus khusus yang berkenaan dengan tidak adanya muka air tanah dan kantilever bebas akan memperlihatkan adanya perubahan formulasi matema tis atas besaran-besaran untuk menentukan panjang penanaman turap pada tanah lempung . 3.2.3.1 Turap tanpa muka air tanah Jika tidak terdapat muka air tanah, maka diagram tekanan tanah bersih akan menja di seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 11. Berdasarkan gambar ini dapat diperoleh,
Gambar 11 Turap cantilever tertanam pada lempung tanpa muka air 3.2.3.2 Turap ujung bebas Pada Gambar 12 diperlihatkan sebuah turap kantilever yang ujungnya bebas tertana m pada lempung yang menderita beban garis P per satuan panjang dinding. Dalam hal ini, Pusat Pengembangan Bahan Ajar -UMB Dr. Ir. Pintor Tua Simatupang MT MEKANIKA TANAH II
Jenis Turap dan Turap cantilever Modul 1 20 Gambar 12 Turap cantilever ujung bebas tertanam pada lempung Referensi Bowles, J.E.: Foundation Analysis and Design, 4th ed., Mc-Graw-Hill, New York, 1 988. Das, B.M.: Principles of Foundation Engineering, PWS Publishers, Boston, 1990. Pusat Pengembangan Bahan Ajar -UMB Dr. Ir. Pintor Tua Simatupang MT MEKANIKA TANAH II
