Dinding Penahan Tanah [PDF]

Citation preview

IX.



DINDING PENAHAN TANAH Pendahuluan Suatu konstruksi yang berfungsi untuk menahan tanah lepas atau alami atau tanah yang miring/ lereng yang kemantapannya tidak dapat dijamin oleh lereng itu sendiri, disebut dinding penahan tanah. Tanah yang tertahan memberikan dorongan secara aktif pada struktur dinding sehingga struktur akan cenderung terguling atau tergeser. Sehingga dalam perencanaan faktor guling dan gesernya dinding penahan tanah menjadi pertimbangan pokok.



Jenis-jenis Dinding Penahan Tanah Berdasarkan cara untuk mencapai stabilitasnya, maka dinding penahan tanah dapat digolongkan dalam beberapa jenis, yaitu : 1.



Dinding Grafitasi (Grafity Wall)



Material yang ditahan



Dinding ini biasanya dibuat dari beton murni (tanpa tulangan) atau dari pasangan batu kali. Stabilitas konstruksinya diperoleh hanya dengan mengandalkan berat sendiri konstruksi. Biasanya tinggi dinding tidak lebih dari 4 meter.



2.



Dinding Penahan Kantilever (Cantilever Retaining Wall)



Material yang ditahan Stem Toe Tumit



Biasanya dibuat dari beton bertulang terdiri dari dinding vertikal dan tapak lantai. Masing-masing berperan sebagai balok atau plat kantilever. Stabilitas diperoleh dari berat dinding penahan dan berat tanah di atas tumit tapak (hell). Terdapat 3 struktur yang berfungsi sebagai kantilever, yaitu : dinding vertikal (stem), tumit dan ujung kaki (toe). Tinggi dinding tidak lebih dari 6 - 7 meter.



3.



Dinding Countrafort



Material yang ditahan Stem Counterfort Pelat



Bila tekanan tanah aktif pada dinding vertikal cukup besar, maka bagian dinding vertikal dan tumit perlu disatukan (kontrafort) yang berfungsi sebagai pengikat tarik dinding vertikal dan ditempatkan pada bagian timbunan dengan interval jarak tertentu. Biasanya tinggi dinding lebih dari 7 meter.



4.



Dinding Buttress (Buttress Wall)



Material yang ditahan



Buttress Stem



Pelat



Dinding ini hampir sama dengan dinding kontrafort, hanya bedanya bagian kontrafort diletakan di bagian depan dinding yang berfungsi memikul tegangan tekan. Bagian tumit lebih pendek dari pada bagian kaki. Stabilitasnya diperoleh dari beratnya dan berat tanah di atas tumit tapak. Biasanya tinggi dinding lebih dari 7 meter.



5.



Abutmen Jembatan (Bridge Abutment)



lantai Jembatan



Toe



Perkerasan depan



Stem



Hest



Struktur ini berfungsi seperti dinding penahan tanah yang memberikan tahanan horisontal dari tanah timbunan di belakangnya. Pada perencanaannya, struktur ini dianggap sebagai balok yang dijepit pada dasar dan ditumpu bebas pada bagian atasnya.



6.



Box Culvert Atas



dinding Lantai



Box dapat dibuat dengan satu atau dua lubang dan berfungsi sebagai portal kaku tertutup yang dapat menahan tekanan tanah lateral dan beban vertikal. Dimana pada lubang tersebut biasanya untuk mengalirkan air yang melintas di bawah jalan.



Dalam memilih jenis dinding penahan tanah yang ekonomis, faktor-faktor yang mempengaruhi antara lain : sifat tanah, kondisi lokasi, metode pelaksanaan dan ketingian tanah yang ditahan. Dari jenis dinding penahan tanah di atas yang sering digunakan adalah jenis kantilever dan kontrafort.



Dimensi Dinding Saat merancang struktur beton bertulang, diperlukan dimensi pendahuluan dari masing-masing bagian, yang hanya dipakai untuk arahan pada permulaan perhitungan. Ukuran yang lebih besar atau lebih kecil dari ukuran taksiran di atas dapat digunakan asal memenuhi persyaratan stabilitas, kekuatan, dan kelayanan yang telah ditetapkan. Dimensi awal dinding penahan tanah kantilever dan kontrafort dapat dilakukan mengikuti petunjuk berikut :



Dinding Kantilever Ukuran sementara dinding kantilever dapat dilihat pada gambar berikut : 0,20 m



0,75 m



H



Dinding Vertikal



Tumit Ujung kaki



(0,07-0,10)H



L1 ≤ 1/3L (0,45 – 0,75)H L



(0,07-0,10)H atau 0,30 m



Ukuran sementara Dinding Kantilever Bagian tapak dinding harus dibuat sedemikian tebal, sehinga kuat menahan gaya geser berfaktor. Pada umumnya lebar bagian tapak dapat diambil sebesar (0,45 – 0,75)H, dimana H adalah tinggi dinding penahan yang dihitung dari dasar tapak ke ujung atas dinding vertikal. Besarnya lebar tapak dasar tergantung pada beban yang bekerja di belakang dinding. Lebar tapak L, terdiri dari lebar ujung kaki dan tumit. Lebar ujung kaki L1 ≤ 1/3 L, sedangkan lebar tumit L 2 = (L-L1) dan ketebalan dinding bagian bawah biasanya dibuat sama dengan tebal tapak serta tebal minimal dinding atas diambil 20 cm.



H



H



± 0,45 H



H



± 0,65 H



H



± 0,70 H



± 0,70 H



Taksiran lebar tapak dan beban di belakang dinding



Dinding Kontrafort Lebar tapak dinding kontrafort dapat diambil sama dengan lebar tapak dinding kantilever, yaitu : (0,45 – 0,70) H. Kontrafort dapat ditempatkan pada jarak (0,30 – 0,60)H, dengan tebal tidak kurang dari 20 cm. Tingi kontrafort sebaiknya sama dengan dinding vertikal, tetapi bila diinginkan ketinggian yang lebih kecil, dapat dikurangi sebesar (0,12 – 0,24 ) H.



Stabilitas Dinding Penahan Tanah Dalam merencanakan dinding penahan tanah, maka langkah pertama yang harus dilakukan adalah menetapkan ukuran dinding penahan untuk menjamin stabilitas dinding penahan. Dinding penahan harus stabil terhadap guling, geser maupun penurunan akibat dilampauinya daya dukung tanah.



Stabiltas Terhadap Guling Akibat tekanan tanah aktif horisontal yang kuat, maka dinding penahan akan terguling pada titik guling A. Gaya guling ini akan dilawan oleh berat sendiri dinding penahan, berat tanah di atas tumit dan tekanan tanah aktif vertikal. Besarnya gaya guling dan gaya perlawanan dapat dihitung dengan persamaan berikut : A



Terguling Momen Perlawanan :



Momen Guling :



M 0 =P ah×



h 3



M r =W 1⋅X 1 +W 2⋅X 2 +W 3⋅X 3 + P AV



Faktor keamanan terhadap guling :



SF=



Mr M0



≥2,0



Stabiltas Terhadap Geser Akibat tekanan tanah aktif horisontal yang kuat, maka dinding penahan akan tergeser atau terdorong. Gaya geser ini akan dilawan oleh berat sendiri dinding penahan, berat tanah di atas tumit dan tekanan tanah pasif. Besarnya gaya perlawanan dapat dihitung dengan persamaan berikut : Gaya perlawanan Geser : Tergeser



Fr =L⋅μ ( W 1 +W 2 +W 3 ) +P p dimana :  = Koefisien gesek antara tanah dan tapak dinding (lihat tabel di bawah.



SF=



Fr ≥1,5 P AH



Faktor keamanan terhadap geser : Tabel nilai koefisien gesek antara tanah dengan tapak dinding penahan No . 1. 2. 3. 4.



Jenis Tanah Tanah berbutir kasar Tanah berbutir kasar (mengandung lumpur) Lumpur Tanah cadas



 0,55 0,45 0,35 0,60



Bila faktor keamanan gesek terlampaui (SF ≥ 1,5), maka jalan keluarnya adalah membuat koperan (pengunci) di bawah tapak.



1



h1



2



h2



Pp



Koperan



Dengan membuat koperan, dapat menimbulkan tekanan tanah pasif P p2 dan dapat menggeser bidang keruntuhan dari garis 1 ke garis 2. disamping itu, bidang geser akan bertambah panjang. Nilai Pp2 dapat dihitung dengan rumus berikut :



1 P p = ×γ ×K p ( h2 −h1 )2 2



Stabiltas Terhadap Penurunan



Penurunan



Akibat gaya-gaya horisontal dan vertikal pada dinding penahan, maka akan menimbulkan tegangan pada tanah. Apabila tegangan yang timbul melebihi tegangan ijin tanah, maka akan terjadi penurunan tanah yang mengakibatkan pula penurunan struktur. Untuk tapak yang berada pada kondisi tertekan (e ≤ L/6). Besarnya tegangan tanah yang timbul persatuan luas dapat dihitung dengan persamaan berikut : Tegangan tanah di titik A adalah :



σ maks = CL



RV



B⋅L



+



R V⋅e 1 B⋅L2 6



L 3



D



e= L 2



RV



6e 1+ ) ( B⋅L L



B



σ= 0



C



X=



=



Telapak



σmaks



A



RV



L 6



L 2



σ min =



RV B⋅L



−



RV⋅e 1 B⋅L2 6



=



RV



6e 1− ) ( B⋅L L



Tegangan tanah di titik B adalah : Dalam keadaan batas, dimana terdapat tegangan nol pada bagian tumit, maka harga eksentrisitas e = 1/6 L, yang bertarti garis kerja resultante gaya tepat melalui tepi inti. RV



D



B



σ= 0



C



Telapak



σmaks



A



CL



X2



e> L 2



L 6



L 2



hal yang mungkin terjadi adalah bila Resultante R melalui dasar tapak di luar daerah inti (e > L/6), maka keseimbangan gaya arah vertikal adalah :



1 RV = ⋅σ maks⋅3⋅X 2 2



sehingga



σ maks =



2⋅RV 4⋅RV = 3⋅X 2 3⋅( L−2 e )



L e= − X 2 2 dimana : dan ini berlaku untuk 02⇒ OK M GL 440 Stabilitas terhadap guling



79,488 110,948 221,184 1181,952 1593,562



SF GS =



μ⋅∑ V 0,5×506 , 88 = =1 , 538>1,5⇒ OK Pa 164 , 77



Stabilitas terhadap geser Stabilitas daya dukung tanah Garis kerja resultante gaya terhadap titik guling A



M r −M GL 1593 ,562−440 = =2 ,27 m ∑ V 506 , 88 L 4,8 e= − X= −2, 27=0 , 128 m 2 2



X=



eksentrisitas tegangan tanah akibat beban kerja



∑V



6⋅e 506 , 88 6×0 , 128 = 1+ =122 , 50 kN /m 2 V U →Tidak diperlukan tulangan geser



Perhitungan tulangan pada tapak kaki. Mu = 217,177 kNm



d = 800 – 100 = 700 mm ρmin = 0,0047



k=



MU ∅b d



2



=



217 , 177×1000×1000 =0 ,521 MPa 0 , 85×1000×7002



0 , 85 f 'c 2k 0 , 85×20 2×0 , 521 ρ= 1− 1− = 1− 1− =0 , 0018 fy 0 ,85×20 0 , 85 f 'c 300



( √



)



( √



)



dipakai ρmin karena ρ < ρmin A = ρ x b x d = 0,0047 x 1000 x 700 = 3290 mm2 Digunakan tulangan Ø 22 – 100 = 3802,86 mm2 Tulangan bagi Abg = 0,002 b h = 0,002 x 1000 x 800 = 1600 mm2 Digunakan tulangan bagi Ø 18 – 150 = 1697,14 mm2



Momen lentur dan gaya geser akibat beban berfaktor pada tapak tumit. Tegangan kontak pada potongan sejauh X dari ujung tumit dapat dinyatakan dengan persamaan berikut :



Brt. Tnh



164,16



2,40 m



23,04



+ +



Brt. Sndr



5







─



Teg. Netto



80,40



60



Teg. Kontk



127,20



4



106,80







─ 1,20 m



T1



σ X =89+



untuk X = 2,4 m → σ = 106,80 kN/m2 Beban utk perhitungan gambar di samping.



T2



1,667 m



Beban netto berfaktor : Di titik 4 : Berat sendiri tumit 1,2 x 0,80 x 24 Berat sendiri tanah 1,2 x 7,20 x 19 Tegangan kontak 1,2 x 106



σu4 Di titik 5 : Berat sendiri tumit 1,2 x 0,80 x 24 Berat sendiri tanah 1,2 x 7,20 x 19 Tegangan kontak 1,2 x 89



= - 23,04 kN/m2 = - 164,16 kN/m2 = 127,20 kN/m2 =



X (123−89 ) 4,2



60,00 kN/m2



= - 23,04 kN/m2 = - 164,16 kN/m2 = 106,80 kN/m2



seperti



σu4



=



80,40 kN/m2 ≈ 81 kN/m2



Momen pada penampang kritis momen Mu maks = T1X1 + T2X2 = 60 x 2,4 x 125 + ½ x 21 x 2,4 x 1,667 = 222,008 kNm Gaya geser berfaktor pada penampang kritis geser (titik 2)



V U maks=1 /2 ( 81+60 ) 2 , 40=169, 20 kN



(perhatikan gambar di atas)



Kontrol Kekuatan Geser pada tumit Kekuatan geser ditinjau pada penampang sisi muka dinding vertikal. Gaya geser berfaktor Vu = 169,20 kN Gaya geser nominal :



1 ' √ f ×b×d ⇒ d=h−p=800−100=700 mm 6 c 1 ∅V c=0,6× √ 20×1000×700=313049 N =313 , 049 kN 6 ∅V c=0,6×



∅V c >V U →Tidak diperlukan tulangan geser Perhitungan tulangan pada tapak kaki. Mu = 217,177 kNm d = 800 – 100 = 700 mm ρmin = 0,0047



k=



MU ∅b d



2



=



222 ,008×1000×1000 =0 , 533 MPa 0 , 85×1000×7002



0 , 85 f 'c 2k 0 , 85×20 2×0 , 533 ρ= 1− 1− = 1− 1− =0 , 0018 ' fy 0 ,85×20 0 , 85 f c 300



( √



)



( √



)



dipakai ρmin karena ρ < ρmin A = ρ x b x d = 0,0047 x 1000 x 700 = 3290 mm2 Digunakan tulangan Ø 22 – 100 = 3802,86 mm2 Tulangan bagi Abg = 0,002 b h = 0,002 x 1000 x 800 = 1600 mm2 Digunakan tulangan bagi Ø 18 – 150 = 1697,14 mm2



Penggambaran detail tulangan (di halaman berikut )



0,20



Ø 22 - 100



7,20



Ø 18 - 150



Ø 18 - 150 Ø 22 - 100



0,80



1,60



0,80



Gambar Detail Penulangan hasil disain Sebagai tugas :



2,40



Kerjakan kembali soal di atas dengan ketinggian tanah 6,5 m dengan mutu beton f c’ = 25 MPa dan mutu baja fy = 250 Mpa Dikirim melalui email paling lambat tanggal 5 juni 2016 sebalum jam 24.00 wita.