BAB II
TINJAUAN LITERATUR
2.1. Konsep Tegangan Total dan Efektif
Secara umum elemen tanah mempunyai tiga fase, yaitu butiran padat, air dan udara. Pemahaman mengenai komposisi tanah diperlukan untuk mengambil keputusan dalam memperoleh parameter tanah. Berdasarkan ketiga fase tersebut, diperoleh hubungan volume-berat seperti terlihat pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1. Hubungan Antar Fase Tanah
Hubungan volume yang umum digunakan untuk suatu elemen tanah adalah angka pori (void ratio), porositas (porosity), derajat kejenuhan (degree of saturation), sedangkan untuk hubungan berat digunakan istilah kadar air (water content), dan berat volume (unit weight). Hubungan-hubungan tersebut dapat dikembangkan sehingga dapat diketahui parameter yang digunakan dalam perhitungan desain. (Tabel
Tabel 2.1. Korelasi antar berbagai jenis parameter tanah
Given Moist unit weight (γ)
w,Gs,e
S,Gs,w
w,Gs,n
w,Gs,n Gsγw (1 - n)(1 + w) S,Gs,n Gsγw (1 - n) + nSγw
Given Dry unit weight (γd)
γ,w Gs,e Gs,n Gsγw (1 – n) Gs,w,S e,w,s γsat,e
γ
sat - γsat,nγ
sat-
nγ
w γsat,GsGiven Saturated unit weight (γsat)
Gs,e
Gs,wsat e,wsat n,wsat n γd,e γd + γd,n
γ
d + n γd,Sγ
d + γd,wsat γd (1+ wsat)2.1.1. Konsep Tegangan Total (σ)
Pada suatu massa tanah, tegangan total pada suatu titik dihitung dari berat volume keseluruhan dari elemen tanah yang berada di atasnya. Jika suatu massa tanah tersebut diketahui terdapat air tanah, maka tegangan total dihitung dengan memasukkan pengaruh berat volume tanah jenuh air dan berat volume air.
Gambar 2.2. Potongan Melintang Tanah
(Mekanika Tanah, Braja M. Das, Jilid 1, 1985)
Gambar 2.2. menunjukkan titik A pada suatu massa tanah dalam potongan
melintang. H adalah besarnya kedalaman muka air tanah dihitung dari partikel tanah
sedangkan Ha merupakan kedalaman titik A dihitung dari muka air tanah. Secara
matematis, besarnya tegangan total (σ) adalah:
σ = H γw + (Ha – H) γsat (2.1)
Dengan γw = berat volume air dan γsat = berat volume tanah jenuh air.
Analisis tegangan total digunakan untuk menganalisis stabilitas jangka pendek (short term) atau akhir konstruksi, dalam penggunaan praktis disebut juga kondisi undrained. Kondisi ini terjadi pada saat penambahan beban luar melebihi kecepatan terdisipasinya air pori. Pada tanah lempung proses terdisipasinya tekanan air pori
relatif lebih lambat dibandingkan dengan tanah pasir, oleh karena itu analisis kondisi undrained umumnya digunakan untuk tanah lempung.
Faktor keamanan dalam kondisi kritis (minimal) terletak di akhir konstruksi pada saat nilai u maksimal. Seiring berjalannya waktu, tekanan air pori akan tereduksi sehingga menyebabkan kuat geser tanah dan faktor keamanan meningkat. Berdasarkan ilustrasi tersebut, maka analisis tegangan total digunakan pada saat lereng dalam kodisi kritis (faktor keamanan minimal).
Parameter yang digunakan pada analisis tegangan total adalah cu dan φu.
Parameter-parameter tersebut disebut dengan parameter total. Kekuatan tanah lempung jenuh dinyatakan dengan
Su = cu dan φu = 0
Dengan Su = undrained shear strength, cu = undrained cohesion, φu = undrained
friction angle.
Undrained strength (cu) untuk lempung normally consolidated dapat ditentukan melalui persamaan berikut:
= 0,11 + 0,0037 Ip
(2.2)
Dengan σ’0 = tegangan efektif overburden dan Ip = indeks plastisitas.
Untuk lempung overconsolidated, undrained strength (cu) ditentukan melalui
= OCR0,8
(2.3)
Dengan OCR = overconsolidation ratio.
UU test Undrained strength, Su Triaxial Test CU test Ccu dan φcu Short term stability (end of construction) Unconfined Unconfined strength, qu Compression Test
Berdasarkan Gambar 2.3., parameter-parameter tanah selain diperoleh melalui tes triaxial UU dapat juga melalui tes triaxial CU dan tes unconfined compression dan umumnya digunakan untuk analisis stabilitas timbunan maupun pondasi.
2.1.2. Konsep Tegangan efektif (σ’)
Titik A pada Gambar 2.2. terletak dalam sebuah tanah jenuh air, berdasarkan kondisi tersebut di titik A terdapat gaya hidrostatis akibat pengaruh muka air tanah. Tekanan hidrostatis tersebut disebut tekanan air pori (u). Tegangan efektif menunjukkan hubungan tegangan total pada suatu massa tenuh jenuh air yang
Gambar 2.3. Tes yang dilakukan untuk stabilitas jangka pendek
dipengaruhi tekanan air pori. Secara matematis tegangan efektif (σ’) dapat dinyatakan: σ’ = σ - u (2.4) Dengan memasukkan pengaruh kedalaman dan berat volume air dan tanah maka persamaan tersebut dapat dikembangkan menjadi:
σ’ = [H γw + (Ha – H) γsat] – HAγw (2.5) σ’ = (HA – H) (γsat – γw) (2.6)
(HA – H) merupakan tinggi tanah , sedangkan (γsat – γw) merupakan berat volume
tanah efektif (γ’).
Analisis tegangan efektif digunakan untuk menganalisis stabilitas jangka panjang (long term) atau disebut juga dengan kondisi drained. Pada tanah pasir, proses terdisipasinya air pori terjadi lebih cepat, oleh karena itu analisis kondisi drained umumnya digunakan untuk analisis stabilitas pada tanah pasir.
Parameter yang digunakan pada analisis tegangan efektif adalah c’ dan φ’.
Parameter-parameter tersebut disebut dengan parameter efektif. Analisis pada kondisi long term menggunakan metode tegangan efektif, parameternya ditentukan dengan test triaxial drained atau tes direct shear, bisa juga menggunakan CU test dengan memperhitungkan tegangan air pori atau menggunakan ring shear test.
Gambar 2.4. Tes yang dilakukan untuk stabilitas jangka panjang
(Slope Stability and Stabilization Method, Thomas S Lee, 1996)
Selain menggunakan tes berdasarkan Gambar 2.4., tekanan air pori juga dapat ditentukan melaui flow nets maupun analisis seepage lainnya. Umumnya analisis drained dengan mengguanakan parameter efektif digunakan pada stabilitas galian dan lereng alami.
Namun tidak semua kondisi stabilitas harus dianalisis dengan menggunakan parameter-parameter yang sudah ditentukan seperti yang telah dibahas sebelumnya, karena kondisi tanah dan lapangan menentukan juga analisis yang akan digunakan. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Tabel 2.2.
Direct shear
test c' dan φ'
CD test Long term
stability Triaxial test c' dan φ'
CU test dengan pengukuran tekanan air pori
Ring shear test c'
r dan φ'r residual
Tabel 2.2. Analisis stabilitas berdasarkan kondisi tanah dan lapangan
(Slope Stability and Stabilization Method, Thomas S Lee, 1996) Soil Type
Soft (NC) Clay Stiff (Highly
OC) clay Foundation Loading
Critical Unconsolidated Undrained
Probably UU case but check
conditions (UU) case (no drainage)
consolidated drained (CD) case
(drainage with equilibrium pore
pressures)
Remarks
Use ϕ=0, c= τff with appropriate
Stability usually not a major problem corrections
Excavation or Natural Slope Critical Could be either UU or CD case CD case (complete drainage) conditions Remarks
If soil is very sensitive, it may
Use effective stress analysis with change from drained to
undrained
equilibrium pore pressure; if clay conditions
is fissured, c' and perhaps
ϕ' may
decrease with time
2.2. Studi Parameter Tanah
Dalam mendesain bangunan geoteknik, diperlukan data-data tanah yang mempresentasikan keadaan lapangan. Pengujian laboratorium dan pengambilan sampel tanah tidak dilakukan pada seluruh lokasi melainkan di tempat-tempat lokasi kritis yang memungkinkan dan dianggap mewakili lokasi sebenarnya.
perencanaan, tetapi tidak semua data dapat diperoleh dengan lengkap. Hal tersebut terkait dengan masalah biaya pengambilan sampel atau kendala nonteknis yang terjadi di lapangan. Oleh karena itu perencana harus dapat mengambil asumsi yang dipertanggungjawabkan dengan nilai kesalahan yang minimal. Asumsi tersebut diperoleh dari korelasi empiris yang telah dilakukan oleh ahli-ahli geoteknik dan mengacu pada pemahaman mekanika tanah yang baik.
2.2.1. Penyelidikan Lapangan
2.2.1.1 Standart Penetration Test (N-SPT)
Kekuatan tanah yang diuji dengan tes penetrasi dinyatakan dalam N-SPT. Tahanan penetrasi (N-SPT) yaitu banyaknya pukulan (30 mm terakhir) yang diperlukan untuk memasukkan split tube sampler (450 mm – 18 in) dengan menggunakan hammer seberat 63,5 kg (140 lb) yang dijatuhkan dari ketinggian 760 mm (30 in). Alat uji penetrasi diperlihatkan pada Gambar 2.5
Untuk menentukan korelasi nilai N-SPT dengan nilai kohesi untuk tanah cohesive dapat dilihat pada Gambar 2.6
Gambar 2.5. Alat Uji Standard Penetration Test (tabung split spoon sampler) (Soil Mechanics, Lambe & Whitman, International Edition, 1969 )
Gambar 2.6. Hubungan antara kohesi (c) dan nilai N-SPT untuk tanah kohesif (SI-3221 Rekayasa Pondasi, Mahsyur Irsyam)
Undrained shear strength (cu) tanah kohesif dipengaruhi oleh beberapa faktor, diantaranya adalah kandungan air, kerapatan, tekstur tanah, kandungan mineral lempung, struktur tanah, stress history, dan lain-lain (Gambar 2.7).
Gambar 2.7. Hubungan antara nilai N-SPT dan undrained shear strength untuk tanah kohesif (SI-3221 Rekayasa Pondasi, Mahsyur Irsyam)
Tabel 2.3 Korelasi empiris antara nilai N SPT dengan unconfined compressive strength (qu) dan berat jenis tanah jenuh (γsat) untuk tanah kohesif.
(Soil Mechanics, Lambe & Whitman, from Terzaghi and Peck 1948, International Edition 1969) N-SPT (blows/ft) Konsistensi qu (Unconfined Compressive Strength) ton/ft2 γsat kN/m3 < 2 2 – 4 4 – 8 8 – 15 15 – 30 Very Soft Soft Medium Stiff Very Stiff < 0,25 0,25 - 0,50 0,50 – 1,00 1,00 – 2,00 2,00 – 4,00 16 – 19 16 – 19
> 30 Hard > 4,00 17 – 20 19 – 22 19 – 22 19 - 22
Korelasi untuk menentukan berat jenis tanah (γ) dan berat jenis tanah jenuh (γsat)
pada tanah non kohesif dapat ditentukan dari Tabel 2.4 dan Tabel 2.5.
Tabel 2.4 Korelasi berat jenis tanah (γ) untuk tanah kohesif dan non kohesif . (Soil Mechanics, William T., Whitman, Robert V., 1962)
Cohesionless Soil N Unit Weight γ, kN/m3 Angle of friction ϕ State 0-10 11-30 31-50 >50 12-16 14-18 16-20 18-23 25-32 28-36 30-40 >35
Loose Medium Dense Very Dense
Cohesive Soil N Unit Weight γ, kN/m3 qu, kPa Consistency <4 4-6 6-15 16-25 >25 14-18 16-18 16-18 16-20 >20 <25 20-50 30-60 40-200 >100
Very Soft Soft Medium Stiff Hard
Tabel 2.5 Korelasi berat jenis tanah jenuh (γsat) untuk tanah non kohesif. (Soil Mechanics, William T., Whitman, Robert V., 1962)
Description Very Loose Loose Medium Dense Very Dense N SPT Fine Medium Coarse 1-2 3-6 7-15 16-30 2-3 4-7 8-20 21-40 >40 3-6 5-9 10-25 26-45 >45 φ Fine Medium Coarse 26-28 28-30 30-34 33-38 27-28 30-32 32-36 36-42 <50 28-30 30-34 33-34 40-50 γwet (kN/m3) 11-16 14-18 17-20 17-22 20-23
Korelasi nilai N-SPT dengan sudut geser pada tanah pasir dapat ditentukan dengan menggunakan Gambar 2.7. Untuk mengetahui nilai konsistensi tanah pasir dapat diketahui dengan mengacu pada Tabel 2.6.
Tabel 2.6 Korelasi nilai N-SPT dengan relative density tanah non kohesif.
(Soil Mechanics, Lambe & Whitman, from Terzaghi and Peck 1948, International Edition 1969) Penetration Ressistance N (blows/ft2) Relative Density 0 - 4 Very Loose 4 - 10 Loose 10 - 30 Medium 30 – 50 Dense
>50 Very Dense
Gambar 2.8. Hubungan sudut geser (φ) dan nilai N-SPT untuk tanah pasir (SI-3221 Rekayasa Pondasi, Mahsyur Irsyam)
2.2.1.2 Sondir / Dutch Cone Penetration Test (DCPT)
Tes sondir merupakan salah satu jenis tes lapangan yang menggunakan
penetrometer statis dengan ujung konus bersudut 60o dan luas ujungnya 1.000 mm2
(diamter 35,7mm). Tes dilakukan umunya pada tanah kohesif.
Hasil pengukuran tes sondir berupa nilai tahanan friksi (fc) dan tahanan ujung konus (qc). Tes ini tidak bertujuan mengambil sampel tanah, tetapi menentukan parameter dan klasifikasi tanah melalui nilai pengukuran tersebut. Robertson dan Campanella (1983) mengembangkan grafik hubungan antara friction ratio dengan tahanan ujung untuk menentukan klasifikasi tanah. Friction ratio dinyatakan sebagai perbandingan tahanan friksi (fc) dengan tahanan ujung konus (qc).
Fr =
=
(2.7)Gambar 2.9. Alat Uji Dutch Cone Penetration Test (An Introduction to Geotechnical Engineering, Holtz and Kovacs, 1981)
Gambar 2.10. Perkiraan Jenis Tanah dari Dutch Cone Penetration Test (Principles of Foundation Engineering, Braja M. Das, Fourth Edition)
geser tanah dikembangkan oleh Mayerhoff (1976) melalui Gambar 2.10.
Gambar 2.11. Perkiraan Koreksi antara NSPT dengan Sudut Geser Tanah (φ) (Principles of Foundation Engineering, Braja M. Das, Fourth Edition)
Parameter kohesi dapat ditentukan dengan persamaan berikut:
Cu =
(2.8)
Dimana:
σvoc = Tekanan overburden total
Ncor = Faktor koreksi
2.2.2. Pengujian Laboratorium
Dengan pengujiam laboratorium, parameter kuat geser tanah pasir (φ) maupun
lempung (c) dapat ditentukan secara lebih akurat dengan kondisi pekerjaan di lapangan.
Dalam menentukan kuat geser tanah (τf) digunakan kriteria Mohr-Coulomb, yaitu:
Berdasarkan konsep Terzaghi, tegangan geser tanah hanya dapat ditahan oleh partikel padatnya. Kuat geser tanah bila dinyatakan sebagai fungsi dari tegangan efektif adalah sebagai berikut:
τf = c’ + σ’f tan φ’ = c’ + (σ-u) tan φ’ (2.10)
2.2.2.1. Direct Shear Test
Direct shear umumnya digunakan untuk mengetahui nilai sudut geser (ϕ) pada tanah pasir. Alat uji terdiri dari kotak logam berisi sampel tanah yang akan diuji. Sampel tersebut berbentuk penampang bujur sangkar yang diberi tekanan sampai
1034,2 kN/m2. Gaya geser diberikan dengan mendorong kotak sampai terjadi
keruntuhan.
Tegangan normal dan tegangan geser yang dihasilkan di plot dalam bentuk grafik linear sehingga diperoleh sudut antara grafik tersebut dengan arah horizontal. Sudut
inilah yang dinyatakan sebagai parameter sudut geser tanah pasir (ϕ).
Gambar 2.12. Bentuk umum Oedometer. (a) fixed ring container. (b) floating ring container. (Soil Mechanics, Lambe & Whitman, International Edition, 1969 )
Tes triaxial digunakan untuk mengetahui karakteristik kuat geser tanah pada tanah lempung jenuh. Pada tes triaxial terdapat tiga jenis tes untuk memodelkan kondisi di lapangan, yaitu:
1. Consolidated Drained Test (CD) 2. Consolidated Undrained Test (CU) 3. Unconsolidated Undrained Test (UU)
Consolidated Drained Test
CD tes disebut juga S-tes (slow) karena penambahan tegangan aksial harus lambat agar air pori dapat benar-benar teralirkan. Sampel jenuh air diberi confining pressure
σ3 yang melebihi tegangan overburden σc. Tegangan aksial diberikan kepada sampel
tanah secara perlahan. Pada CD tes, void ratio pada tanah akan berkurang akibat pengaliran selama tes berlangsung, tegangan air pori tidak dihitung karena nilainya mendekati nol. Tegangan total pada drained tes selalu sama dengan tegangan efektif, maka:
σ3c = σ’3c = σ3f = σ’3f dan σ’1f = σ’3c + ∆σf s = σ’ tan φ’ atau qf = p’ tanα’
Gambar 2.13. Consolidated Drained Test (CD test). (Soil Mechanics, Lambe & Whitman, International Edition, 1969 )
Untuk tanah normally consolidated, garis keruntuhan ditarik dari titik origin, oleh karena itu c’ = 0.
Gambar 2.14. Keruntuhan Mohr-Colomb tanah terkonsolidasi normal kondisi drained (CD). (An Introduction to Geotechnical Engineering, Holtz and Kovacs, 1981)
Consolidated Undrained Test
Peningkatan tegangan air pori selama tes diukur. Tegangan air pori yang terukur bisa positif ataupun negatif. Tegangan air pori positif terjadi pada tanah NC, sedangkan negatif terjadi pada tanah OC. Tegangan total maupun tegangan efektif dapat diukur pada CU tes. Untuk tanah NC, σ’ = σ - ∆u dan σ1 - σ3 = σ’1 - σ’3. Oleh karena itu, lingkaran mohr yang menggambarkan tegangan total maupun tegangan efektif memiliki diameter yang sama.
Gambar 2.15. Consolidated Undrained Test (CU test). (Soil Mechanics, Lambe & Whitman, International Edition, 1969 )
Gambar 2.16. Lingkaran Mohr untuk tegangan total dan tegangan efektif tanah terkonsolidasi normal kondisi undrained (CU).
Pada tanah overconsolidated, tanah cenderung mengembang selama diberi
tegangan dan terjadi penurunan tegangan air pori (-∆uf). Karena σ’3f = σ3f – (-∆u) dan
σ’1f = σ1f – (-∆u), tegangan efektif akan lebih besar daripada tegangan total lingkaran
mohrnya berada di sebelah kanan lingkaran mohr tegangan total seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 2.17.
Gambar 2.17. Lingkaran Mohr untuk tegangan total dan tegangan efektif tanah overconsolidated kondisi undrained (CU).
Unconsolidated Undrained Test
Gambar 2.18. Unconsolidated Undrained Test (UU test). (Soil Mechanics, Lambe & Whitman, International Edition, 1969 )
Pada tes triaxial UU tidak terjadi pengaliran maka tidak ada pengukuran tegangan air pori dan yang terukur hanya tegangan total. Cassagrande menamakan tes ini dengan sebutan Q-tes (quick) karena keruntuhan yang terjadi lebih cepat dibandingkan S-tes. Lingkaran Mohr saat runtuh yang menggambarkan tegangan total diperlihatkan pada
Gambar 2.19. Lingkaran Mohr untuk tanah NC pada tes triaxial UU. (An Introduction to Geotechnical Engineering, Holtz and Kovacs, 1981)
2.2.2.3. Unconfined Compression Test
Tes ini tidak berbeda dengan tes triaxial UU, hanya saja pada tes unconfined tidak
diberi tegangan sel / tegangan penyekap, σ3 = 0 dan σ1 = ∆σ. Gambar 2.20
memperlihatkan kondisi tegangan pada saat uji unconfined, τf = c dan σ1 = qu= 2 τf.
Gambar 2.20. Lingkaran Mohr pada tes Unconfined. (Principles of Geotechnical Engineering, Braja M. Das, 5th Edition, 2002)
2.3. Tekanan Tanah Lateral
Konstruksi dinding penahan tanah yang digunakan dalam perencanaan basement digunakan untuk menahan tanah dengan lereng vertikal. Untuk merencanakan desain dinding penahan tanah supaya dapat mengakomodir beban yang bekerja, maka perlu diketahui gaya horizontal yang bekerja antara konstruksi dinding penahan tanah dengan massa tanah yang ditahannya. Gaya horizontal tersebut disebabkan oleh tekanan tanah arah lateral.
Berdasarkan pergerakan relatif dinding penahan tanah terhadap massa tanah yang ditahan, maka tekanan tanah lateral dibagi 3, yaitu:
1. Tekanan tanah dalam keadaan diam (at rest), terjadi jika dinding tidak bergerak.
Massa tanah berada dalam kondisi elastic equilibrium.
2. Tekanan tanah aktif, terjadi jika dinding bergerak menjauh dari tanah yang ditahan.
Massa tanah telah berada dalam kondisi plastic equilibrium.
3. Tekanan tanah pasif, terjadi jika dinding bergerak menuju tanah yang ditahan. Pada
2.3.1. Tekanan Tanah Dalam Keadaan Diam (At Rest)
Gambar 2.21. Tekanan Tanah At Rest.
(Principles of Geotechnical Engineering, Braja M. Das, 5th Edition, 2002)
Gambar 2.21. menunjukkan suatu massa tanah yang ditahan oleh dinding
penahan tanah AB setinggi H. Dinding penahan tanah AB dalam keadaan diam, massa tanah dalam keadaan keseimbangan elastic (elastic equilibrium). Rasio tekanan tanah horizontal berbanding vertikal disebut koefisien tekanan tanah dalam keadaan diam (coefficient of earth pressure at rest) atau Ko. Secara matematis ditulis:
Ko =
(2.11)
Karena = γz ; dengan z adalah kedalaman suatu massa tanah, maka:
σh = Ko (γz) (2.12) Untuk tanah granular (berbutir), koefisien tanah dalam keadaan diam dapat diwakili oleh hubungan empiris yang diperkenalkan oleh Jaky (1944).
Ko = 1 - sinφ (2.13) Untuk tanah yang Normally Consolidated (NC), nilai Ko menurut Brooker dan Ireland (1965) adalah:
Ko = 0,95 - sinφ (2.14)
Dengan φ adalah sudut geser tanah dalam kondisi teralirkan (drained).
Untuk tanah lempung yang Over Consolidated (OC), nilai Ko adalah:
Kooc = KoNC (2.15) Dengan
OCR = Over Consolidation Ratio; OCR = (2.16)
Dengan σ’c adalah tekanan prakonsolidasi dan σ’0 adalah tekanan efektif overburden.
2.3.2. Tekanan Tanah Aktif
Gambar 2.22. Tekanan Tanah Aktif.
(Principles of Geotechnical Engineering, Braja M. Das, 5th Edition, 2002)
Gambar 2.22. menunjukkan dinding penahan tanah AB bergerak menjauhi tanah.
Hal tersebut menyebabkan tegangan utama arah horizontal berkurang secara terus
menerus. Ketika dinding penahan tanah bergerak menjauhi tanah sejauh ∆La, maka
akan terjadi keseimbangan plastis (plastic equilibrium) dan akan runtuh menurut garis BC, kondisi ini dinamakan kondisi tekanan tanah aktif (Rankine, 1857) dan
tegangan-tegangan yang bekerja dapat diwakili oleh lingkaran Mohr (Gambar 2.23).
Gambar 2.23. Lingkaran Mohr untuk Tekanan Tanah Aktif.
(Principles of Geotechnical Engineering, Braja M. Das, 5th Edition, 2002)
Berdasarkan Gambar 2.23 diketahui bahwa fungsi tekanan tanah lateral dalam
keadaan aktif (σa) dipengaruhi oleh nilai γ,z,c,φ. Secara matematis dapat ditulis:
σa = γz tan2 - 2ctan (2.17)
Koefisien tekanan tanah aktif (Ka) sebagai rasio perbandingan tekanan arah horizontal dengan vertikal adalah:
2.3.3. Tekanan Tanah Pasif
Gambar 2.24. Tekanan Tanah Pasif.
(Principles of Geotechnical Engineering, Braja M. Das, 5th Edition, 2002)
Gambar 2.24. menunjukkan dinding penahan tanah AB bergerak mendekati
tanah. Hal tersebut menyebabkan tegangan utama arah horizontal bertambah secara
terus menerus. Ketika dinding penahan tanah bergerak menjauhi tanah sejauh ∆Lp,
maka akan terjadi keseimbangan plastis (plastic equilibrium) dan akan runtuh menurut garis BC, kondisi ini dinamakan kondisi tekanan tanah pasif (Rankine,1857) dan tegangan-tegangan yang bekerja dapat diwakili oleh lingkaran Mohr.
Berdasarkan lingkaran Mohr diketahui bahwa fungsi tekanan tanah lateral dalam
keadaan pasif (σp) dipengaruhi oleh nilai γ,z,c,φ. Secara matematis dapat ditulis:
σp = γz tan2 + 2ctan (2.19)
Koefisien tekanan tanah aktif (Kp) sebagai rasio perbandingan tekanan arah horizontal
dengan vertikal adalah:
Gambar 2.25. Variasi pergerakan Tekanan Tanah Lateral dengan pergerakan Dinding (Principles of Foundation Engineering, Braja M. Das, Fourth Edition)
Gambar 2.25 menunjukkan hubungan antara pergerakan dinding penahan tanah
dengan koefisien tekanan tanah leteral. Berdasarkan gambar tersebut terlihat bahwa dinding penahan tanah dalam kondisi tekanan tanah pasif mampu bergerak lebih jauh sebelum mencapai keruntuhan, sedangkan dalam kondisi aktif jika dikenai gaya horizontal yang sama maka akan terlebih dahulu mengalami keruntuhan karena pergerakan dinding penahan tanah tidak sejauh dibandingkan jarak yang bisa dicapai oleh kondisi pasif sebelum keruntuhan. Tabel 2.7 dan 2.8 menunjukkan jarak pergerakan dinding penahan tanah sebagai fungsi dari ketinggian yang diperlukan untuk mencapai kondisi keruntuhan minimal aktif maupun pasif.
Tabel 2.7. Hubungan ketinggian dengan pergeseran horizontal pada kondisi aktif (Foundation Design: Principles and Practices, Donald P. Coduto, 2nd Edition, 2001)
Soil Type
Horizontal Movement Required to Reach the Active
Condition Dense Sand Loose Sand Stiff Clay Soft Clay 0.001 H 0.004 H 0.010 H 0.020 H H = Wall Height
Tabel 2.8. Hubungan ketinggian dengan pergeseran horizontal pada kondisi pasif (Foundation Design: Principles and Practices, Donald P. Coduto, 2nd Edition, 2001)
Soil Type
Horizontal Movement Required to Reach the
Passive Condition Dense Sand Loose Sand Stiff Clay Soft Clay 0.020 H 0.060 H 0.020 H 0.040 H H = Wall Height
2.4. Dinding Penahan Tanah
Dinding penahan tanah merupakan struktur penahan tanah yang digunakan untuk menahan lereng atau galian tegak. Fungsi utama dinding penahan tanah adalah menjaga stabilitas tanah maupun struktur agar tidak mengalami keruntuhan akibat gaya yang
terjadi. Dinding penahan tanah selain digunakan untuk menahan lereng, juga digunakan untuk menahan kestabilan tanah pada galian, basement, waterfront construction, konstruksi sementara serta penggunaan lainnya.
2.4.1. Jenis Dinding Penahan Tanah
Jenis dinding penahan tanah yang umum digunakan (G.N. Smith and Ian G.N Smith, 1998) adalah:
1. Gravity Wall
a. Mass Construction Gravity Wall
Dinding penahan tanah ini mengandalkan beratnya sendiri untuk menjaga stabilitas tekanan tanah lateral.
b. Reinforced Concrete Wall
• Cantilever Wall
Dinding penahan tanah ini memiliki bagian “batang” vertikal yang monolit dengan base slab yang mampu menopang sampai dengan ketinggian 7 m. Desain yang langsing dari dinding penahan tanah ini tidak mengurangi kekuatannya karena terdapat perkuatan baja pada bagian “batang” dan base slab.
• Relieving Platform
Dinding penahan tanah ini hamper sama dengan cantilever wall, namun terdapat slab tambahan (platform) yang berada pada bagian belakang yang berhubungan langsung dengan tanah dan terhubung langsung dengan dinding “batang”. Fungsi platform adalah mengurangi bending moment sehingga dimensi dinding penahan tanah tereduksi dan menguntungkan secara ekonomis.
Dinding penahan tanah ini digunakan untuk ketinggian lebih dari 6 m. Dinding “batang” merupakan bentang slab yang menerus diantara counterfort yang terpasang, biasanya antar counterfort memiliki spasi 0,67 H tetapi tidak kurang dari 2,5 m. Counterfort digunakan sebagai penopang dinding penahan tanah.
c. Crib Wall
Dinding penahan tanah ini terdiri dari rangkaian kayu prafabrikasi, beton pracetak, atau susunan baja yang digunakan untuk menahan material granular. Crib wall yang pemasangannya dilakukan secara miring ini, sangat baik untuk menahan erosi dan differensial settlement yang relatif besar.
d. Gabbion Wall
Dinding penahan tanah ini dibentuk dari keranjang persegi yang terbuat dari baja dan diisi dengan batu-batu yang dijadikan satu kesatuan.
2. Embedded Wall
Embedded wall mengandalkan tahanan pasif tanah untuk mencapai kestabilannya. Penggunaan anchor membantu sebagai additional support dinding penahan tanah. a. Sheet Pile Walls
Dinding penahan tanah ini terdiri dari bagian-bagian yang dikaitkan dan saling mengunci. Material yang digunakan dapat berupa baja, beton pracetak maupun kayu. Terdapat 2 jenis sheet pile, yaitu cantilever wall dan anchored wall. •Cantilever Wall
Jenis sheet pile ini mengandalkan tekanan aktif maupun pasif tanah pada bagian bawahnya untuk mencegah keruntuhan.
•Anchored Wall
Jenis sheet pile ini terjepit pada bagian bawahnya namun didukung dengan menggunakan anchor sebagai additional support yang mengandalkan gaya
tarik dengan partikel tanah untuk mencegah keruntuhan.
b. Diaphragm Walls
Dinding penahan tanah ini dibuat dengan menggali “parit” menerus yang selanjutnya diisi dengan tulangan baja dan di cor secara menerus dengan menggunakan bentonite slurry.
c. Contiguous and Secant Bored Pile Walls - Contiguous Bored Pile Walls
Dinding penahan tanah ini terdiri dari tiang-tiang pancang yang dipasang berdampingan satu sama lain. Terdapat celah antara tiang pancang tersebut yang memperbolehkan rembesan air pada kondisi tanah granular.
•Secant Bored Pile Walls
Dinding penahan tanah ini secara umum mirip contiguous bored pile, namun diantara tiang-tiang pancang yang berdampingan tersebut dilakukan