PERENCANAAN DINDING PENAHAN TANAH DENGAN MENGGUNAKAN PROGRAM GEO5
Naskah Publikasi untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Sipil
Arya Nugraha NIM : D 100 080 082
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2013
LEMBAR PENGESAHAN PERENCANAAN DINDING PENAHAN TANAH DENGAN MENGGUNAKAN PROGRAM GEO 5 Naskah Publikasi diajukan dan dipertahankan pada Ujian Pendadaran Tugas Akhir di hadapan Dewan Penguji Pada tanggal 11 Oktober 2013 diajukan oleh : Arya Nugraha NIM : D 100 090 082
Pembimbing Utama
Ir. H. Suhendro Trinugroho, M.T. NIK. 732
Pembimbing Pendamping
Anto Budi Listyawan. S.T.,M.Sc. NIK. 913
PLANNING RETAINING WALL BY USING GEO5 PROGRAM
PERENCANAAN DINDING PENAHAN TANAH DENGAN MENGGUNAKAN PROGRAM GEO 5
Arya Nugraha dan Suhendro Trinugroho Program Studi Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A. Yani, Tromol Pos I, Pabelan, Kartasura, 57102
ABSTRACT Nowdays, technology in the field of building construction is also experiencing rapid growth, including in the field of geotechnical engineering , especially in planning foundations. To further facilitate the performance of planners foundation, in this case the question is a retaining wall, the use of software ( programs ) are needed . Based on this case, the authors wanted to know how far the level of use of the program to plan a retaining wall, and the program is Geo5. In the planning of this retaining wall will plan a retaining wall in the region of Yogyakarta, Piyungan - Batas Gunung Kidul, planned walls are cantilever wall with concrete structures, control the stability of the sliding force, the overturning, and the bearing capacity of the land used equation of Vasic, soil parameters used heavy volume of soil ( ) 1,548 gr/cm3 ; gravity ( GS ) 2,66 ; cohesion ( c ) 0,163 kg/cm2 ; angle of internal friction ( φ ) 30,44o, average water content 44 , 82 %, geological conditions in the soil layer of ground is sand clay, the wall hold the ground 15,2 m hight. Method of calculation performed twice, the calculation method of manual calculation and calculation with Geo5 program. After calculation, results of the manual calculation is, sliding stability factor 2,475 > 2 ( safe ) , overturning stability 3,945 > 2 ( safe ) , bearing capacity 4,874 > 3 ( safe ) . The results of the calculation Geo5 program is, overturning stability 2,01 > 2 ( safe ) , sliding stability 2,32 > 2 ( safe ) , bearing capacity 5,11 > 2 ( safe ) . Differences between of the results manual calculations satabilitas with the Geo5 program calculations, because the equation when calculating lateral earth pressure are differently. Manual calculations using formulas Rankine method and Geo5 program using a modified Rankine formula , the Mazindrani method. Keywords: retaining wall, stability of retaining wall, Geo5 program ABSTRAKSI Seiring dengan kemajuan jaman, teknologi di bidang konstruksi bangunan juga mengalami perkembangan pesat, termasuk dalam bidang geoteknik, khususnya dalam perencanaan fondasi. Untuk semakin mempermudah kinerja dari perencana fondasi, dalam hal ini yang dimaksud adalah dinding penahan tanah, penggunaan perangkat lunak ( program ) sangat dibutuhkan. Berdasarkan hal tersebut, penulis ingin mengetahui seberapa jauh tingkat penggunaan program untuk merencanakan dinding penahan tanah, program tersebut adalah Geo5. Pada perencanaan dinding penahan ini akan merencanakan dinding penahan tanah di daerah Yogyakarta, jalan Piyungan – Batas Gunung Kidul, dinding yang direncanakan adalah dinding penahan tanah tipe kantilever dengan struktur dari beton, mengontrol stabilitas terhadap pergeseran, penggulingan, serta keruntuhan kapasitas daya dukung tanah yang menggunakan persamaan Vasic, parameter tanah yang digunakan berat volume tanah ( ) 1,548 gr/cm3; berat jenis (GS) 2,66; kohesi (c) 0,163 kg/cm2; sudut gesek dalam (ϕ); kadar air rata – rata 44,82%, kondisi geologi lapisan tanah di lapangan berupa pasir kelempungan, tinggi tanah yang ditahan setinggi 15,2 m. Metode perhitungan dilakukan dua kali, metode perhitungan manual dan perhitungan dengan program Geo5. Setelah dilakukan perhitungan, maka didapat hasil hitungan manual faktor stabilitas terhadap geser 2,475>2 (aman), stabilitas terhadap guling 3,945>2 (aman), keruntuhan kapaitas daya dukung 4,874>3 (aman). Hasil perhitungan program Geo5 stabilitas terhadap guling 2,01>2 (aman), stabilitas terhadap geser 2,32>2 (aman), keruntuhan kapasitas daya dukung 5,11>2 (aman). Perbedaan hasil perhitungan satabilitas antara perhitungan manual dengan program Geo5, karena persamaan ketika menghitung tekanan tanah lateral berbeda. Perhitungan manual menggunakan rumus Rankine dan program Geo5 menggunakan rumus Rankine yang telah dimodifikasi, yaitu metode Mazindrani. Kata Kunci : dinding penahan tanah, stabilitas dinding penahan tanah, program Geo5.
PENDAHULUAN Latar Belakang Dewasa ini teknologi terus berkembang seiring kemajuan jaman. Teknologi di bidang konstruksi bangunan juga mengalami perkembangan pesat, termasuk teknologi dalam bidang geoteknik. Sudah jamak diketahui bersama bahwa untuk mempercepat dalam perhitungan dan meminimalisir kesalahan pada saat menghitung kestabilan dinding penahan tanah dengan menggunakan program bantu Geo5. Geo5 merupakan sederetan program yang dibuat untuk memecahkan berbagai macam permasalahan geoteknik. Rumusan Masalah Perencanaan dinding penahan tanah dengan menggunakan program Geo5 ini dipandang perlu karena dalam era persaingan sekarang ini, selain ketepatan dan ketelitian dalam perencanaan, kecepatan dalam menghitung juga diperlukan. Oleh karena itu dengan menguasai program Geo5 ini diharapkan akan menambah daya saing dari perencana, khususnya perencanan yang berhubungan dengan geoteknik. Tujuan Penelitian Tujuan dari perencanaan dinding penahan tanah dengan menggunakan program Geo5 adalah sebagai berikut: 1. Merencanakan dimensi dan stabilitas dinding penahan tanah terhadap bahaya pergeseran, penggulingan dan keruntuhan dengan metode manual. Kemudian diolah dengan menggunakan program Geo5. 2. Penggunaan program Geo5 untuk mencari nilai keamanan dari stabilitas dinding penahan tanah.
kantilever (Reinforced concrete cantilever walls), meliputi : Tabel 1. Data Tanah Lereng
5. Masalah dikhususkan pada perencanaan dinding penahan tanah dengan dinding kantilever. METODE PENELITIAN Uraian Umum Pada perencanaan kali ini permasalahan yang diangkat adalah merencanakan dimensi dari dinding penahan tanah dengan mengambil data SPT-Test dan DST di daerah jalan Piyungan – Batas Gunung Kidul. Setelah mendapatkan data yang dibutuhkan, akan dilakukan analisis kondisi lereng tanah tersebut dan direncanakan dinding penahan tanah jenis dinding kantilever dengan menggunakan program GEO 5.Data penelitian yang dibutuhkan adalah data SPT tanah dan data – data tanah, seperti berat volume tanah ( γtanah ), berat volume satureted tanah ( γsat ), berat volume air ( γw ), dan berat volume efektif tanah (γ’). Tahapan penelitian seperti yang tergambarkan pada bagan alir dibawah ini :
Manfaat Penelitian Manfaat dari perencanaan dinding penahan tanah dengan menggunakan program Geo5 antara lain : 1. Manfaat umum, untuk memberikan pengetahuan tentang program baru dalam bidang geoteknik khususnya di kalangan mahasiswa program studi teknik sipil Universitas Muhammadiyah Surakarta, yaitu program Geo5. Serta memberikan alternatif perencanaan dimensi dan stabilitas dinding penahan tanah yang lebih cepat dan tepat. 2. Manfaat khusus, untuk mengetahui sejauh mana tingkat penggunaan program Geo 5 ini dalam perencanaan dinding penahan tanah. Sehingga program ini bisa diaplikasikan di lapangan. Batasan Masalah Untuk menghindari adanya perluasan pembahasan, maka dipakai batasan masalah dalam perencanaan ini adalah sebagai berikut : 1. Perencanaan ini dilakukan di Jalan Piyungan – Batas Gunung Kidul. 2. Dalam penelitian ini menggunakan dinding penahan tanah jenis dinding penahan beton bertulang dengan balok kantilever (Reinforced concrete cantilever walls) yang menggunakan struktur dari beton. 3. Kontrol stabilitas dinding penahan tanah terhadap gaya pergeseran, penggulingan, serta terhadap keruntuhan kapasitas dukung tanah yang menggunakan persamaan Vesic (1975). 4. Kriteria perencanaan dinding penahan tanah jenis dinding penahan beton bertulang dengan balok
Gambar 1. Bagan alir tahapan perencanaan ANALISA DAN PEMBAHASAN Data tanah tersebut dapat dilihat dalam tabel berikut ini : Tabel 2. Tabel Data Tanah Pada Bor Hole I
Data beton : Berat volume ( )
= 2500 kg/cm3 = 2,5 ton/m3 Tegangan tekan beton (f’c) = 30 Mpa = 3000 ton/m2 Tegangan tarik baja (fy) = 400 Mpa = 40000 ton/m2
7,8 m 1,2 m
4,1 m
Eksentrisitas pada dasar fondasi oleh beban – beban terfaktor
2,5 m
0,6 m 0,6 m
= 2,29°
Xe =
0,6 m
=
= 3,118 m
15,2 m
H
Ph
H' Pv
e = B/2 – Xe = (7,8/2) – 3,118 = 0,782 m e < B/6 = 1,3 m (OK) Tekanan pada dasar fondasi :
Pa Tanah Pasif
H'/3
0,8 m 1,0 m
q= .
A W1
W2 W3 W4
l 4 = 2,90 m l 3 = 3,40 m l 2 = 3,90 m l 1 = 5,75 m
Gambar 2. Dimensi awal dari dinding penahan tanah Stabilitas dinding penahan tanah ini didasarkan pada buku analisis dan perancangan fondasi ( Hardiatmo ). 1. Stabilitas terhadap pergeseran Fgs=
=
= = 2,475 > 2 ( Aman ) 2. Stabilitas terhadap penggulingan Fgl=
=
=
= 3,945 > 2 ( Aman )
3. Stabilitas terhadap keruntuhan kapasitas daya dukung a. Kapasitas dukung ultimit qult = dc.ic.c.Nc + dq.iq.Po.Nq + d.i.0,5 . .B.N = 99,97721 ton/m2 b. Tekanan fondasi ke tanah dasar terbagi rata q’=
=
= 2
= 20,514 ton/m c. Faktor aman terhadap daya dukung tanah F=
=
= 4,874 > 3 ( Aman)
Jadi asumsi dimensi awal dari dinding penahan tanah, sudah aman terhadap stabilitas pergeseran ( Sliding ), penggulingan ( Overturning ), dan daya dukung tanah ( Bearing Capacity ). Tabel 3. Hitungan beban dinding terfaktor (Faktor beban: beban mati 1,2 dan beban hidup 1,6)
Tabel 4. Hitungan beban tekanan tanah aktif terfaktor (Faktor beban: beban mati 1,2 dan beban hidup 1,6)
qmak = = 37,475 ton/m2 qmin =
.
= 9,322 ton/m2 1. Penulangan dinding vertikal a. Hitungan momen terfaktor Mu = 0,5.tanah.y2.Ka.(y/3).(1,2) = 0,5.tanah.y3.( Ka /3).(1,2) = 0,5.1,548.y3.( 0,3282 /3).(1,2) = 0,1016. y3...............................(a) Tabel 5. Hasil hitungan momen terfaktor Potongan y y3 Mu Mu (ton.m) (kN.m) I–I 3,04 28,09 2,82 28,55 II – II 6,08 224,76 22,84 228,4 III – III 9,12 758,55 77,08 770,8 IV – IV 12,16 1798,05 182,72 1827 V–V 15,20 3511,81 356,87 3569 Tabel 6. Hasil hitungan penulangan dinding vertikal D
h
K
s
s
mm
mm
MPa
mm
dipakai
I-I
19
720
0,081
123
120
Potongan
II - II
19
840
0,471
104
100
III - III
19
960
1,192
103
100
IV - IV
25
1080
2,213
138
130
V-V 30 1200 3,451 178 170 Tabel 7. Hasil hitungan tulangan bagi dinding vertikal D s s Potongan mm2 mm dipakai 12 I-I 244 240 12 II - II 207 200 12 III - III 179 170 12 IV - IV 159 150 12 V-V 142 140 2. Penulangan pelat kaki a. Mencari nilai q2 dan q3 : Untuk x = 4,1 m q2 = 9,2928 + (4,1/7,8).(37-9,2928) = 24,12 ton/m2
Untuk x = 5,3 m q3 = 9,2928 + (5,3/7,8).(37-9,2928) = 28,64 ton/m2 b. Momen potongan VI – VI : M = qmin.x.1/2.x + 1/2.(q2 – qmin).x.1/3.x = (9,323.4,1.1/2.4,1) + (1/2.(24,12 – 9,323).4,1.1/3.4,1) = 119,818 ton.m ( letak tulangan di bawah ) Momen potongan VII – VII : M = -qmaks.x.1/2.x - 1/2.(qmaks – q3).x.2/3.x + (hbeton.x.γbeton).1/2.x =-(37,47.2,5.1/2.2,5) - (1/2.(37,47 – 28,45). 2,5.2/3.2,5) + (1,0.2,5.2,5).1/2.2,5 = -128,096 ton.m ( letak tulangan di atas ) Tabel 8. Hasil hitungan penulangan pelat fondasi D h As As,min s Potongan 2 2 mm mm mm mm dipakai VI - VI
25
1000
4051,4
3281,3
120
VII - VII
25
1000
4342,2
3281,3
110
Tabel 9. Hasil hitungan tulangan bagi pelat fondasi D s s Potongan 2 mm mm dipakai 12 VI - VI 139,5 130 12 VII - VII 130,2 130 Setelah dimensi dari dinding penahan tanah di Input ke dalam program Geo5 seperti langakah – langkah pada bagan alir di atas, maka program Geo5 mendapatkan Output sebagai berikut : 1. Pemeriksaan untuk stabilitas penggulingan Resisting moment Mres = 3122,58 kNm/m Overturning moment Movr = 1554,18 kNm/m Safety factor = 2,01 > 2 Wall for overturning is SATISFACTORY (Aman) 2. Pemeriksaan untuk stabilitas pergeseran Resisting horizontal force Hres = 524,25 kNm/m Active horizontal force Hact = 225,60 kNm/m Safety factor = 2,32 > 2 Wall for slip is SATISFACTORY ( Aman ) 3. Pemeriksaan terhadap eksentrisitas pelat fondasi Max. eccentricity of normal force e = 1879,1 mm Maximum allowable eccentricityealw = 2561,8 mm Eccentricity of the normal force is SATISFACTORY (Aman) 4. Pemeriksaan terhadap keruntuhan kapasitas daya dukung tanah Max. stress at fotting bottom σ = 195,56 kPa Bearing capacity of foundation soil Rd = 999,70 kPa Safety factor = 5,11 > 2 Bearing capacity of foundation soil is SATISFACTORY ( Aman )
5. Hasil penulangan memalui program Geo5 dapat dilihat sebagai berikut : Tabel 10. Pemeriksaan terhadap dinding vertikal dari dinding penahan D
Kedalaman m 3,04
6
6,08
6
9,12
6
12,16
8
15,20
9
n
ϕMn
Mu
buah
kNm
6
390,62
kNm 27,19
7
OK
2676,36
2711,3
26
OK
258,04
611,10
28
OK
221,18
534,39
8
Ket.
OK
5790,08
5969,7
OK
Tabel 11. Pemeriksaan terhadap pelat fondasi dari dinding penahan D
Bagian Fondasi Toe
9
n
ϕMn
Mu
buah
kNm
13
2743,89
kNm 1978,95
Ket.
OK
1776,25
Heel 9 7 4434,36 OK Dari hasil perhitungan di atas dapat di dapatkan hasil perhitungan stabilitas manual dan program Geo5, sebagai berikut : Tabel 12. Perbandingan hasil perhitungan manual dengan Geo5. Stabilitas Manual Program Faktor Ket. Geo5 Aman Penggulingan 3,945 2,01 2 Aman Pergeseran 2,475 2,32 2 Aman Kapasitas daya 4,874 5,11 2-3 Aman dukung tanah Angka aman yang diperoleh dari kedua perhitungan stabilitas tersebut berbeda. Perbedaan tersebut terjadi karena pada perhitungan manual, tekanan tanah lateral menggunakan metode Rankine sedangkan untuk perhitungan dengan program Geo5 perhitungan tekanan tanah lateralnya menggunakan metode Rankine yang telah dimodifikasi, yaitu metode Mazdrani. Metode Mazdrani ketika menghitung koefisien tekanan tanah aktif maupun pasif langsung memasukkan nilai kohesi tanah, sedangkan untuk metode Rankine ketika menghitung tekanan tanah aktif maupun pasif hanya memasukkan sudut gesek dalam tanah dan kemiringan tanah. Sedangkan untuk hasil penulangan dari perhitungan manual, dapat dilihat pada tabel berikut : Tabel 13. Hasil hitungan penulangan dinding vertikal D Potongan
As
As,min 2
2
s
mm
mm
mm
dipakai
I-I
19
135,3
2312
120
II - II
19
923,0
2732
100
III - III
19
2740,5
3152
100
IV - IV
25
5878,1
3561
130
V-V
30
10602,7
3973
170
Tabel 14. Hasil hitungan tulangan bagi dinding vertikal Asb Asb,min D s Potongan mm2 mm2 mm2 dipakai 462,4 101 12 I-I 240 546,4 118 12 II - II 200 630,4 134 12 III - III 170 712,3 151 12 IV - IV 150 794,5 168 12 V-V 140 Tabel 15. Hasil hitungan penulangan pelat fondasi D Potongan
h
As
As,min 2
2
s
mm
mm
mm
mm
dipakai
VI - VI
25
1000
4051,4
3281,3
120
VII - VII
25
1000
4342,2
3281,3
110
KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Dari
hasil analisis
pada
BAB V dapat
disimpulkan beberapa hal mengenai analisis dinding penahan tanah yang berada di Jalan Piyungan – Batas Gunung Kidul. Perencanaan struktur dinding penahan tanah ini direncanakan aman terhadap pergeseran, penggulingan, dan keruntuhan kapasitas daya dukung tanah. Hasil analisis tersebut dapat dilihat sebagai berikut : 1) Hasil Perhitungan manual : a) faktor stabilitas terhadap geser 2,475>2 (aman) b) stabilitas terhadap guling 3,945>2 (aman) c) keruntuhan kapaitas daya dukung 4,874>3 (aman) 2) Hasil perhitungan program Geo5 :
Tabel 16. Hasil hitungan tulangan bagi pelat fondasi Asb Asb,min D s Potongan 2 2 2 mm mm mm dipakai 810,27 140 12 VI - VI 130 868,44 140 12 VII - VII 130 Hasil perhitungan penulangan melalui program Geo5 dapat dilihat sebagai berikut : Tabel 17. Pemeriksaan terhadap dinding vertikal dari dinding penahan D n ϕMn Mu Ket. Kedalaman m buah kNm kNm 27,19 3,04 6 6 390,62 OK 221,18 6,08 6 7 534,39 OK 258,04 9,12 6 8 611,10 OK 2676,36 12,16 8 28 2711,3 OK 5790,08 15,20 9 26 5969,7 OK Tabel 18. Pemeriksaan terhadap pelat fondasi dari dinding penahan Bagian Fondasi
D
n
ϕMn
Mu
buah
kNm
9
13
2743,89
kNm 1978,95
Toe Heel Keterangan :
9
7
4434,36
1776,25
Ket.
a) stabilitas terhadap guling 2,01>2 (aman) b) stabilitas terhadap geser 2,32>2 (aman) c) keruntuhan kapasitas daya dukung 5,11>2 (aman) 3) Struktur badan dinding penahan tanah ( Stem ) mengguakan tulangan : a) Potongan I – I
menggunakan D19 – 120
b) Potongan II – II
menggunakan D19 – 100
c) Potongan III – III
menggunakan D19 – 100
d) Potongan IV – IV
menggunakan D25 – 130
e) Potongan V – V
menggunakan D30 – 170
4) Struktur fondasi mengguakan tulangan : a) Potongan VI – VI
menggunakan D25 –
120 b) Potongan VII – VII
menggunakan D25 –
110 Perbedaan hasil perhitungan stabilitas antara perhitungan manual dengan program Geo5, dikarenakan rumus atau metode yang digunakan berbeda. Pada perhitungan
manual,
penulis
menggunakan
metode
Rankine akan tetapi pada program Geo5 menggunakan metode Rankine yang telah dimodifikasi, yaitu metode OK
Mazindrani, rumus Mazindrani telah tertuang dalam BAB
OK
III.
Ukuran diameter tulangan pada program Geo5 berbeda dengan ukuran yang ada di Indonesia, sehingga ukuran 6 dan 9 bukan berarti tulangan dengan diameter 6 dan 9 mm. Akan tetapi harus dikonversi terlebih dahulu ke ukuran SI, sehingga tulangan 6 = 19 mm dan tulangan 9 = 25 mm
Saran 1. Sebelum
menggunakan
program
Geo5
penulis
menyarankan pembaca untuk menguasahi terlebih dahulu konsep perhitungan manual dari dinding penahan.
2. Dalam perencanaan dinding penahan tanah, perencana perlu mengetahui atau memahami lokasi yang akan dibangun
dinding
penahan
tanah.
Sehingga
perencanan dinding penahan dapat diperhitungkan secara tepat menurut kondisi lapangan. 3. Ketika merencanakan dinding penahan tanah, data – data
tanah
harus
lengkap
dan
akurat.
Agar
mendapatkan hasil yang presisi.
DAFTAR PUSTAKA Asroni, Ali., 2010. “Balok dan Pelat Beton Bertulang”, Graha Ilmu, Yogyakarta. Blogspot, 2011. Longsoran, Diakses Tanggal 25 Maret 2013 http://harizonaauliarahman.blogspot.com/2011/08/html Bowles, J. E, 1982. “Foundation Analysis And Design”, Third Edition, McGraw-Hill Book Company, Singapore. DAS, M. Braja, 2002. “Principles of Geotechnical Engineering”, Books/cole Thomson Learning, California State University. Finesoftware, Tanpa Tahun. Tutorials Retaining Wall Programs, Diakses 02 Maret 2013, http://www.finesoftware.eu/download/tutorials/GEO5_Re taining_wall_programs.mp4 Hardiyatmo, H. C, 2011. “Analisis dan Perancangan Pondasi I”, Edisi Kedua, Gajah Mada University Press, Yogyakarta Hardiyatmo, H. C, 1994. “Mekanika Tanah 2”, PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta. Kh, Ir. Sunggono, 1984. “ Mekanika Tanah”, Penerbit Nova, Bandung. Poliupg, Tanpa Tahun. Bab III Dinding Penahan Tanah, Diakses 28 Maret 2013, http://lecturer.poliupg.ac.id Pranata, H., 2010. Analisis Dinding Penahan Tanah Dengan Perhitungan Manual dan Kontrol Gaya-Gaya Dalam Yang Bekerja Pada Dinding Penahan Tanah Dengan Metode SAP 2000 Plane – Strain, Tugas Akhir, Teknik Sipil, Universitas Tadulako Palu. Sudarmanto, 1996. Dinding Penahan Tanah, “Konstruksi Beton 2”. http://repository.usu.ac.id/bitstream/1234 56789/26326/3/Chapter%2011.pdf Soemono, 1997. “Statika 1”, Edisi Kelima, Penerbit ITB, Bandung.
Thurton P.,I.,2009. Analisa Dinding Penahan Tanah Yang Menggunakan Earth Berm Sebagai Support Dengan Program Plexis, Tugas Akhir Jurusan Teknik Sipil, Universitas Indonesia.
