6
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Tanah
Tanah adalah dasar dari suatu konstruksi yang berfungsi sebagai pendukung pondasi pada suatu bangunan. Tanah terdiri dari 3 bagian yaitu bagian padat atau
butiran, pori-pori udara dan air pori. Bagian-bagian tanah dapat digambarkan dalam bentuk diagram fase seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.1 berikut.
Gambar 2.1 Diagram Fase Tanah
Beban utama yang dipikul oleh dinding penahan tanah adalah berat tanah itu sendiri. Besarnya kadar air dan udara berpengaruh besar pada stabilitas tanah.
2.2 Dinding Penahan Tanah
Dinding penahan tanah adalah struktur yang didesain untuk menjaga dan mempertahankan dua muka elevasi tanah yang berbeda Coduto, 2001. Dinding
7
penahan tanah berfungsi untuk menyokong tanah serta mencegahnya dari bahaya kelongsoran. Baik akibat beban air hujan, berat tanah itu sendiri maupun akibat
beban yang bekerja di atasnya. Jenis-jenis dinding penahan tanah bermacam-macam, disesuaikan dengan
keadaan lapangan dan aplikasi yang akan digunakan. O’Rouke and Jones 1990 mengklasifikasikan dinding penahan tanah menjadi 2 kategori yaitu sistem
stabilitas eksternal dan sistem stabilisasi internal serta sistem hybrid yang merupakan kombinasi dari kedua metode tersebut.
Gambar 2.2 Klasifikasi Dinding Penahan Tanah
2.2.1 Sistem Stabilisasi Eksternal
Sistem stabilisasi eksternal adalah sistem dinding penahan tanah yang menahan beban lateral dengan menggunakan beban dan kekakuan struktur. Sistem
8
ini merupakan satu-satunya sistem yang ada sebelum tahun 1960 dan sampai saat ini masih umum digunakan.
Sistem ini terbagi menjadi dua kategori yaitu dinding gravitasi yang memanfaatkan massa yang besar sebagai dinding penahan tanah lihat Gambar
2.3 dan In Situ Wall yang mengandalkan kekuatan lentur sebagai dinding penahan tanah misalnya sheet pile wall lihat Gambar 2.4.
Gambar 2.3 Gravity Walls
Sumber: Earth Retaining Structures Manual, 2010
9
Gambar 2.4 Sheet Pile Wall
Sumber: Coduto, 2001
Stabilitas eksternal pada dinding penahan tanah bergantung pada kemampuan massa tanah bertulang untuk menahan beban-beban dari luar
eksternal, termasuk tekanan tanah lateral dari tanah bertulang di belakang dinding penahan dan beban yang akan bekerja di atas dinding penahan jika ada,
tanpa adanya satupun kegagalan dari mekanisme-mekanisme berikut: kegagalan akibat pergeseran sepanjang dasar dinding atau sepanjang semua plane di atas
dasar dinding, penggulingan di sekitar kaki dinding penahan, kegagalan akibat daya dukung tanah pondasi, serta kegagalan stabilitas lereng global.
10 a
b
c d
Gambar 2.5 Mekanisme kegagalan dinding penahan a Kegagalan Pergeseran; b
Kegagalan Penggulingan; c Kegagalan daya dukung tanah d Kegagalan stabilitas lereng global
Metode yang biasa dipakai di mekanika tanah dan teknik pondasi dipakai untuk mengevaluasi faktor keamanan melawan mekanisme-mekanisme kegagalan di
atas, antara lain sebagai berikut:
2.2.1.1 Faktor Keamanan Terhadap Kegagalan Geser
Kuat geser material timbunan dan tanah pondasi harus cukup lebih besar untuk menahan tegangan horisontal akibat beban hidup yang dikenakan pada
massa tanah bertulang. Faktor keamanan untuk dinding penahan agar dapat menahan kegagalan geser biasanya diambil sebesar 1,5 bagi sebagian besar
11
perancang dinding penahan tanah. Jika ada beban surcharge sebesar q bekerja di atasnya, tanah timbunan berupa tanah berbutir c = 0, tekanan tanah aktif total
yang ditimbun oleh tanah di belakang struktur dinding penahan bertulang dinyatakan dalam persamaan berikut:
�
�
= �
�
+ �
�
=
�
�
� �
2
2
+ �
�
� � 2.1
dimana: P
E
= resultan tekanan tanah horisontal akibat tanah bertulang pada dinding penahan kNm
2
Pq = resultan tekanan tanah horisontal akibat beban surcharge kNm
2
H = tinggi dinding penahan m
Ka = koefisien tekanan tanah aktif
� = berat isi tanah kNm
3
q = beban surcharge kN
Reaksi vertikal terhadap beban berat dinding dan beban surcharge adalah: ∑ � = � + ��
�
�
= � + �� tan �
�
= �
1
� � + �� tan �
�
2.2 dimana:
W = berat tanah yang diberi tulangan kN
q = beban surcharge kN
L = panjang tulangan m
γ
1
= berat isi massa tanah yang diberi tulangan kNm
3
δ
b
= sudut geser tanah antara tanah dasar dan dasar dinding ° H
= tinggi dinding penahan m
12
Untuk permukaan dinding vertikal, faktor aman terhadap pergeseran dinyatakan oleh persamaan:
��
�����
≥ 1,5 2.3
��
�����
=
�
�
�
�
=
�
1
� �+�� tan �
� �� � �2
2
+ �
�
� �
2.4
Dengan menggunakaan FS sebesar 1,5 panjang tulangan yang dibutuhkan untuk stabilitas guna menahan geser dinding penahan vertikal dengan beban surcharge q
dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut: � =
1.5�
�
��+
�� 2
� �
1
tan �
�
2.5 �
�
= tan �45° −
∅ 2
� 2.6 dimana:
γ = berat isi tanah di belakang tanah bertulang, biasanya nilainya sama dengan γ
1
ø = sudut geser tanah yang diberi tulangan, biasanya sama dengan:
Gambar 2.6 Gaya-gaya yang bekerja pada analisis stabilitas eksternal menggunakan
asumsi Meyerhoff
13
2.2.1.2 Faktor Keamanan Terhadap Kegagalan Guling
Para engineer desain biasanya akan memakai FS setidaknya sebesar 2,0 untuk kegagalan guling dinding penahan bertulang. Jumlah momen penahan
Resisting Moment dibagi dengan jumlah momen penyebab guling Driving Moment, nilainya harus lebih besar dari FS.
��
������
=
∑ �
�
∑ �
�
≥ 2 2.7 ∑ �
�
=
�� 2
=
�
1
� �
2
2
2.8 ∑ �
�
=
�
�
� 2
+
�
�
� 2
2.9 dimana:
∑ �
�
= jumlah momen penahan guling kNm ∑ �
�
= jumlah momen penyebab guling kNm W
= berat struktur dinding penahan kN L
= lebar struktur dinding penahan m P
E
= resultan tekanan tanah horisontal akibat tanah bertulang pada dinding penahan kNm
2
Pq = resultan tekanan tanah horisontal akibat beban surcharge kNm
2
Karena sifat struktur dinding penahan bertulang yang fleksibel, kegagalan struktur akibat guling jarang terjadi.
2.2.1.3 Faktor Keamanan Terhadap Kegagalan Stabilitas Global
Baik lereng in-situ dengan tulangan maupun dinding penahan bertulang, harus memenuhi syarat stabilitas lereng global. Tanah bertulang dianggap struktur
dinding penahan gravitasi. Faktor keamanan terhadap keruntuhan lereng global
14
yang tanahnya telah diperkuat dengan tulangan geogrid FS tulangan diambil sebesar 2.
Faktor keamanan terhadap kegagalan stabilitas lereng global tanah non- tulangan FS non-tulangan biasanya diambil 1,3 sampai 1,5. Dimana faktor aman
dari hasil analisis tanah non-tulangan dijumlahkan dengan pembagian stabilitas momen gaya tarik tulangan geogrid dengan momen pengguling, seperti dituliskan
dalam persamaan berikut: ��
��������
= ��
���−��������
+ �
�
�
�
�
� 2.10
dimana: �
�
= ∑ �
� = ��
�����
�
�
2.11 P
qh
= P
q
. cos ø
2
2.12 P
Eh
= P
E
. cos ø
2
2.13 P
E
= 0,5 H
2
γ K
a
2.14 P
q
= q H K
a
2.15 dimana:
M
D
= jumlah momen guling akibat gaya horizontal kNm M
g
= momen stabilitas kNm
��
���−��������
=
faktor keamanan terhadap kelongsoran lereng tanah non-tulangan
��
��������
=
faktor keamanan terhadap kelongsoran lereng tanah bertulangan
T
maks
= gaya tarik maksimum geogrid untuk setiap lapisan kNm P
qh
= tekanan tanah aktif horizontal akibat beban q kNm
2
P
Eh
= tekanan tanah aktif horisontal akibat berat sendiri tanah kNm
2
b
i
= L -L
p
garis keruntuhan dihitung sesuai dengan bidang longsor Rankine = panjang geogrid di zona kegagalan m
15
2.2.2 Sistem Stabilisasi Internal
Sistem stabilisasi internal merupakan sistem yang memperkuat tanah untuk mencapai kestabilan yang dibutuhkan. Sistem ini berkembang semenjak
tahun 1960 dan dibagi menjadi dua kategori yaitu Reinforced Soils dan In Situ Reinforcement. Reinforced Soil merupakan sistem yang menambah material
perkuatan saat tanah diurug, sedangkan In Situ Reinforcement merupakan sistem yang menambah material perkuatan dengan cara dimasukkan ke dalam tanah.
Gambar 2.7 Mechanically Stabilized Earth
Sumber: Earth Retaining Structures Manual, 2010
Massa tanah bertulang dibagi menjadi dua daerah, zona aktif dan zona penahan. Zona aktif berada tepat di belakang muka dinding. Pada daerah ini,
tanah cenderung bergerak menjauh dari tanah di belakangnya. Tegangan yang berasal dari gerakan ini diarahkan keluar dari dinding, dan harus ditahan oleh
tulangan. Gaya-gaya pada tulangan dipindahkan ke zona penahan dimana tegangan geser tanah dikerahkan di arah yang berlawanan untuk mencegah
tercabutnya tulangan. Gambar 2.8 menunjukkan dua daerah yang berbeda.
16
Tulangan menahan dua daerah yang berbeda ini bersama-sama sehingga membentuk massa tanah yang menyatu.
Stabilitas internal adalah stabilitas massa tanah bertulang pembentuk dinding penahan tanah bertulang terhadap pengaruh gaya-gaya yang bekerja.
Analisis stabilitas internal struktur tanah bertulang meliputi resiko-resiko sebagai berikut: putusnya tulangan dan tercabutnya tulangan dari zona penahan.
Gambar 2.8
Zona aktif dan zona penahan dinding penahan
Untuk tanah dengan tulangan-tulangan yang meregang atau tulangan- tulangan yang mudah meregang, fleksibel, atau tulangan-tulangan yang
memungkinkan tanah pembentuk struktur berdeformasi relatif besar seperti geogrid maka digunakan K = Ka , dan bidang longsor potensialnya Rankine.
17 a Bidang Longsor In-Situ
b Rankine
c Bilinear
Gambar 2.9 Bidang-bidang Longsor Potensial
2.3 Tanah Bertulang
Kategori