KAJIAN LITERATUR
2.4 ANALISIS DAN REKABENTUK TEMBOK PENAHAN
Kaedah perlaksanaan seperti yang telah diterangkan berkenaan tembok penahan sebelum ini, seterusnya dalam bab ini akan menerangkan secara terperinci analisis pengiraan dan rekabentuk tembok penahan bertetulang.
2.4.1 Daya yang bertindak ke atas tembok
i. Berat sendiri ,W iaitu daya yang bertindak dari pusat gravity seperti ditunjukkan dalam rajah di bawah.
di mana,
w = Surcaj
W = Berat sendiri
ΣHk= Jumlah Tekanan Tanah ΣVk = Jumlah Daya Ufuk ΣHk
ΣVk
Rajah 18: Kedudukan berat sendiri,W
ii Tekanan tanah aktif terhadap belakang tembok
iii Komponen daya pugak yang bertindak ke atas tembok, ΣVk.
iv. Komponen tekanan tanah yang bertindak ke atas tembok, ΣHk
v. Tekanan tanah pada permukaan tembok, P.
vi. Beban surcaj, w
Analisis kestabilan dilakukan dengan mengira tekanan tanah tembok penahan. Terdapat tiga kategori tekanan iaitu:
i. Tekanan tanah semulajadi
- ditakrifkan sebagai tekanan sisi tanah di dalam tanah asal yang masih belum terusik
W
ii Tekanan tanah aktif, Ka
- wujud apabila endapan sisi tanah berlaku akibat tambakan tanah di belakang tembok penahan. Tekanan berlaku pada tanah yang mengalami pergerakan mengufuk akibat daya tekanan yang terhasil di belakang tembok. Pemanjangan sisi tanah menghasilkan takat tekanan aktif bergantung kepada jenis tanah, kaedah penambakan dan keadaan selepas penambakan.
iii Tekanan tanah pasif, Kp
- tekanan ini wujud dalam keadaan apabila tanah yang telah dipadatkan mengalami endapan akibat pergerakan struktur dalam sempadan yang sama pemadatan sisi tanah menghasilkan takat tekanan pasif yang mana nilai yang diperolehi mesti lebih besar daripada takat tekanan aktif.
Bagi mendapatkan tekanan aktif dibelakang tembok, P, pengiraan adalah seperti berikut:
P = ( γh + w ) Ka
di mana γ = Ketumpatan tanah h = Kedalaman w = Surcaj
Ka = Pekali tekanan tanah aktif
Tekanan aktif dikira mengikut kedalaman bahagian demi bahagian bagi
mengira nilai momen, jumlah daya pugak, ΣV, dan jumlah tekanan tanah,ΣHk.
Bagi mengira daya pugak, V
V = Panjang x Lebar x Ketumpatan konkrit
Pengiraan bagi tekanan tanah, Hk
2.4.2 Analisis Kestabilan
Bagi sesetengah dinding penahan memerlukan rintangan beban dari tanah dan tekanan hidrostatik. Tujuan asas bagi rekabentuk sesebuah struktur dinding penahan adalah berkemampuan merintangi keadaan di sesebuah kawasan supaya tidak berlaku sebarang pergerakan samada terbalik, terpesong atau melongsor. Sebelum satu perisian sistem rekabentuk di buat, pengiraan secara manual perlu dibuat
Proses kerja bagi rekabentuk tembok penahan secara amnya terbahagi kepada tiga peringkat iaitu:
i. analisis kestabilan
- dilakukan bagi mendapatkan keadaan beban muktamad
ii. analisis beban tegasan pugak - merujuk kepada beban khidmat
iv. rekabentuk anggota dan butiran
- mengambilkira beban muktamad dan beban khidmat
Kaedah pengiraan bagi analisis struktur penting dilakukan bagi menentukan jenis dan kaedah rekabentuk yang sesuai digunakan. Analisis dilakukan bagi mendapatkan data-data rekabentuk yang diaplikasikan dalam formula pengiraan bagi menentukan kekukuhan, kekuatan dan kestabilan struktur dinding penahan yang akan dibina.
Data diperolehi dari pengiraan analisis, akan di gunakan dalam pengiraan rekabentuk struktur menggunakan kaedah BS8110 dan Eurocode 2. Nilai parameter yang digunakan adalah seperti ditunjukkan dalam Rajah 19 di bawah.
di mana Vk = Jumlah ricih tegak pada keratan menegak bahagian anggota mengufuk..
x = Jarak mendatar dari hujung tapak luar tembok ke pusat daya paduan.
y = Jarak menegak dari permukaan tanah di bahagian depan tembok ke paksi sentroid.
q = kekuatan mampatan tidak terkurung sample tanah
D = Lebar tapak tembok penahan
P1,P2= Tekanan aktif dinding pugak
Secara umumnya proses analisis bagi tembok penahan seperti diterangkan sebelumnya melibatkan pengiraan analisis kestabilan, analisis beban tegasan pugak dan rekabentuk anggota. Proses pengiraan dilakukan sebelum kerja-kerja pembinaan dilakukan bagi memastikan tembok yang akan dibina adalah stabil, kukuh dan melibatkan kos yang efektif. Oleh itu, bagi kajian ini sebelum rekabentuk berkomputer dilakukan, kajian akan dilakukan bagi menentukan kaedah yang akan dimasukkan dalam rekebentuk.
Analisis kestabilan dilakukan melibatkan 2 peringkat kegagalan iaitu:
i Putaran atau tumbang
Keadaan kritikal berlaku apabila beban ufuk maksimum bertindakbalas terhadap beban pugak minimum, dinding penahan perlu satabil supaya mampu bertahan daripada tumbang atau melongsor daripada kedudukan asal. Untuk kestabilan momen halangan akibat beban pugak mesti lebih besar dari momen putaran dari beban ufuk.
Rajah 20: Putaran atau Tumbang Rajah 21: Struktur tembok gagal
ΣMh
Momen Halangan,Mh > Momen Putaran, Mp
1.0 Gk x + 1.0 Vkq ≥ ע f Hky
ΣMp
di mana Gk = Beban mati
x = Jarak mengufuk
y = Jarak menegak
Rajah 22: Momen halangan Vk = Daya pugak
dan momen putaran Hk = Tekanan tanah
Tapak Tapak luar dalam
ii Gelinciran
Halangan kepada gelinciran diberikan oleh daya geseran di antara bahagian bawah tapak dengan tanah yang terhasil dari beban pugak. Halangan juga mungkin diberikan oleh tekanan pasif tanah dibahagian hadapan tembok. Bagaimanapun disebabkan tanah dibahagian hadapan biasanya ditambak kemudian dan tidak begitu kukuh maka tekanan pasif ini diabaikan dalam pengiraan. Untuk menghalang gelinciran daya ufuk halangan mestilah lebih besar dari daya ufuk gelinciran seperti dintunjukkan dalam gambarajah Apabila bahagian tapak rasuk memerlukan tekanan pasif tanah, pengiraan merujuk formula gelinciran perlu dibuat bagi menentukan tahap kestabilan tembok
Rajah 23:Gelinciran
Daya halangan > Daya Gelinciran
Μ(1.0Gk + 1.0 Vk) ≥ ע f Hk Daya Gelinciran = ΣHk x 1.4
Daya Halangan = µΣV
di mana ΣHk = Jumlah tekanan tanah
µ = Pekali geseran
ΣV = Jumlah daya pugak
Teori dan formula pengiraan kestabilan tembok penahan seperti dinyatakan sebelum ini terhad penggunaan untuk keadaan biasa. Namun begitu sekiranya berlaku masalah berkaitan kekukuhan asas tapak tembok atau kebolehtahanan struktur tembok menanggung beban di belakang tembok, adalah lebih selamat satu analisis menyeluruh di lakukaan melibatkan formula-formula dalam mekanik tanah.
Alternatif lain yang boleh juga dilakukan dalam pengiraan analisis adalah dengan menggunakan nilai maksimum bagi faktor keselamatan.
Analisis beban tegasan pugak dilakukan pada asas tembok bagi
menganggarkan kestabilan tindakbalas pada bahagian bawah tembok daripada terenap ke dasar tanah setelah saiz tapak tembok ditentukan. Analisis dilakukan lebih kurang sama dengan kedah analisis kestabilan namun analisis beban tegasan mengambilkira kesan beban tegasan pugak dan momen putaran secara serentak.
Kestabilan terhadap enapan diperiksa pada beban khidmat, dimana semua faktor beban adalah 1.0. Tegasan pugak yang terhasil di bawah tapak tembok mestilah tidak melebihi nilai tegasan galas izin tanah seperti ditunjukkan di bawah.
Rajah 24: Beban tegasan pugak
Bagi mengira kestabilan terhadap enapan, formula berikut digunakan
∆M = Σ Mp - Σ Mh ΣV = ΣVk
ẋ = ∆M / ΣV
e = B/2 – x
di mana ∆M = Perbezaan momen
ΣMp = Jumlah momen putaran ΣMh = Jumlah momen halangan ΣVk = Jumlah daya pugak e = Kesipian Tegasan pugak di bawah tembok Tegasan galas izin tanah <
2.4.3 Rekabentuk elemen
Bahan yang digunakan untuk tambakan belakang tembok penahan adalah disyorkan campuran tanah berbutir seperti pasir atau kerikil dan tanah berbutir halus seperti tanah liat atau kelodak. Pekali bagi nilai sudut geseran, θ, diperolehi dari jadual seperti di bawah:
Jadual 1: Sudut Geseran, θ
Jenis Tanah Takat Tanah Padat Takat Tanah Longgar
Pasir atau kerikil, tanah bergred baik 46° 34°
Pasir atau kerikil, bulat, seragam 35° 28°
Kelodak 30° 27°
Jadual 2: Pekali Geseran, µ
Keadaan Tanah Ciri-ciri butiran Pekali
geseran,µ
Sangat lembut Mudah ditusukkan sehingga beberapa inci
kedalaman pada tusukan pertama
<0.25
Lembut Mudah ditusuk dengan jari 0.25 – 0.50
Sederhana Boleh ditusuk dengan jari dengan tekanan sederhana 0.50 – 1.00
Kukuh Boleh ditusuk dengan jari tetapi dengan tekanan
kuat
1.00 – 2.00
Sangat kukuh Menghasilkan lekuk dengan tusukan ibu jari
pada tahap maksimum
2.00 – 4.00
Keras Tidak menghasilkan kesan lekuk walau ditekan
dengan ibu jari pada tekanan tahap maksimum
Kekuatan ciri tetulang keluli (fy) merupakan tegasan alah keluli. Tiga parameter yang biasa digunakan ialah keluli sederhana(R), keluli alah tinggi (T) dan keluli fabrik (BRC). Parameter ditentukan bagi memenuhi keperluan mengurangkan pesongan tetulang dan mengawal keretakan. Parameter nilai kekuatan ciri keluli diperolehi dari jadual di bawah:
Jadual 3: Kekuatan Ciri Keluli
Jenis keluli Kekuatan Ciri Keluli, fy N/mm2
Keluli sederhana ( R ) 250
Keluli alah tinggi (T ) 460
Keluli fabrik (BRC) 485
Parameter kekuatan ciri konkrit ( fcu ) pula merupakan kekuatan kiub konkrit pada umur 28 hari. Nilai kekuatan gred konkrit yang biasa digunakan adalah 25 N/mm2, 30 N/mm2, 35 N/mm2, 40 N/mm2 dan 50 N/mm2.
Rekabentuk anggota bagi struktur tembok dilakukan bagi menentukan rekabentuk ricih dan lenturan tetulang merujuk kepada keadaan had muktamad yang bertindakbalas kepada beban tegasan. Bagi rekabentuk tembok graviti jarang
memerlukan ricih dan lenturan keluli kerana penggunaan tetulang adalah minimum. Tetapi rekabentuk tembok julur dan “Counterfort” akan direkabentuk menggunakan kaedah papak kerana melibatkan struktur binaan yang terlalu besar.
Rekabentuk tetulang utama dan semakan ricih perlu dibuat pada tiga struktur utama iaitu tembok, tapak bahagian dalam dan tapak bahagian luar . Kiraan beban dan kekuatan bahan dibuat pada had muktamad seperti rajah berikut.
Bagi sesuatu binaan tembok penahan , kesan daya hidrostatik dari air dalam tanah yang mungkin wujud di belakang tembok. Kesan ini perlu dikurangkan dengan penyediaan saliran yang sesuai. Antara kaedah yang boleh digunakan ialah menyediakan lubang-lubang pada dinding tembok dan meletakkan pecahan-pecahan batu di belakang tembok. Penyediaan saliran juga boleh mengelakkan pengaliran air di bawah tapak tembok yang boleh menganjakkan kedudukan keseluruhan tembok seperti dalam Rajah 26.
1. Tembok 2. Tapak dalam 3. Tapak luar
Rajah 25: Struktur asas tembok julur
Rajah 26: Struktur tembok dengan lakaran sistem saliran “Rubble Drain”
2.4.3.1 Piawaian British BS8110
Langkah-langkah rekabentuk tembok penahan
i Kira momen rekabentuk muktamad, M
M = Daya ufuk x Panjang efektif
3
ii Kira:
Ukur dalam berkesan, d = h-c-θbar/2
di mana h = Tinggi tapak
c = Penutup nominal
θbar = Saiz bar tetulang yang hendak digunakan
Pekali, K = M/bd2fcu
di mana M = Momen rekabentuk muktamad
b = Lebar tembok
d = Ukur dalam berkesan
fcu = Kekuatan ciri konkrit
Lengan momen, z = d {0.5 + √0.25 –K/0.9 }
di mana d = Ukur dalam berkesan
K = Pekali
tetapi z < 0.95d
kalau z > 0.95d , guna 0.95d
Luas tetulang tegangan, As = M / 0.95 fy z
di mana M = Momen rekabentuk muktamad
fy = Kekuatan ciri keluli
z = Lengan momen
iv. Rujuk BS8110 Jadual 3.25 Perkara 3.12.6. Kira luas tetulang minimum dan luas tetulang maksimum.
Asmin = 0.13 % bh Asmak = 4.00 % bh v. Semak daya ricih rekabentuk, V= 1.4 x Momen
vi Semak pada tapak luar, v = V/bd
di mana V = Daya ricih rekabentuk
b = Lebar tembok
d = Ukur dalam berkesan
vii. Kira:
100 As / bd
di mana As = Luas tetulang diperlukan untuk beban
rekabentuk muktamad
b = Lebar tapak
d = Ukur dalam berkesan
Tegasan ricih izin, Vc = 0.79(100As/bd) 1/3 (400/d) ¼ (fcu/25) 1/3 1.25
di mana As = Luas tetulang diperlukan untuk beban
rekabentuk muktamad
b = Lebar tapak
d = Ukur dalam berkesan
fcu = Kekuatan ciri konkrit
Semakan ricih berjaya kalau Vc > v
viii. Semakan keretakan: 100As/bd < 0.3 %
di mana As = Luas tetulang diperlukan untuk beban
rekabentuk muktamad
b = Lebar tapak
2.4.3.2 Piawaian Eurocode 2 (EC2)
Langkah-langkah rekabentuk tembok penahan
i. Faktor keselamatan bagi beban khidmat diberikan nilai sebagai
γf1 = γf2 = γf3 = 1.0
Agihan tegasan galas memerlukan kesipian efektif pada ‘middle third’ tapak. Oleh itu,
M ≤ D
N 6
di mana M = Momen pada pusat sentroid N = Daya pugak
D = Lebar tembok
ii. Kira tegasan galas maksimum,P1
P = N ± 6M
D D2
M = γf1 Hky + γf2 Gk (D/2 –x) + γf3 Vk (D/2-q) N = γ f2 Gk + γ f3 Vk
di mana N = Beban Pugak
M = Momen pada pusat asas Hk = Tekanan tanah
D = Lebar tembok Gk = Beban mati Vk = Daya Pugak
iii. Anggap rentang efektif, kira momen rekabentuk muktamad, Msd
Msd = Daya ufuk x Panjang efektif
3
iv. Kira momen maksimum, Mmak
Mmak = Msd bd 2 fck
di mana Msd = Momen rekabentuk muktamad b = Lebar tembok
d = Ukur dalam berkesan (d=h –c-фbar /2) fck = Kekuatan ciri konkrit
v. Kira luas tetulang, As
As = Mmak 0.87 fy z
di mana Mmak = Momen maksimum fy = Kekuatan ciri keluli
z = Lengan momen {z=d(0.5 √0.25 – K/0.9}
vi Pilih jenis tetulang mengikut nilai luas tetulang dan jarak antara bar.
vii. Semak daya ricih rekabentuk, V= 1.4 x Momen
viii Semak pada tapak luar, v = V/bd
di mana V = Daya ricih rekabentuk
b = Lebar tembok
d = Ukur dalam berkesan
ix. Kira:
100 As / bd
di mana As = Luas tetulang diperlukan untuk beban
rekabentuk muktamad
b = Lebar tapak
d = Ukur dalam berkesan
Tegasan ricih izin, Vc = 0.79(100As/bd) 1/3 (400/d) ¼ (fcu/25) 1/3 1.25
di mana As = Luas tetulang diperlukan untuk beban
rekabentuk muktamad
b = Lebar tapak
d = Ukur dalam berkesan
fcu = Kekuatan ciri konkrit
Semakan ricih berjaya kalau Vc > v
x. Semakan keretakan: 100As/bd < 0.3 %
di mana As = Luas tetulang diperlukan untuk beban
rekabentuk muktamad
b = Lebar tapak
BAB 3