BAB II TINJAUAN PUSTAKA
II.4 Metode Stabilitas Lereng
II.4.2 Soil nailing
Soil nailing termasuk ke dalam jenis in-situ reinforcement yang memfasilitasi transfer beban ke tanah. Struktur soil nailing terbentuk dari tulangan baja, tetapi seringkali tulangan tersebut dilapisi dengan beton cor untuk mencegah terjadinya korosi dan meningkatkan transfer beban ke tanah. Permukaan dindingnya biasanya dilapisi menggunakan shotcrete, seperti pada gambar berikut
Gambar II.14 Potongan Melintang Dinding Soil nailing (Sumber : Coduto, 2001)
Perkuatan ini tidak memerlukan penggalian dan sangat cocok untuk kondisi lokasi konstruksi yang sempit/terbatas.
Pada dasarnya, konsep soil nailing adalah untuk memperkuat tanah eksisting dengan cara memasang batangan baja dengan jarak berdekatan, yang disebut “nails” pada lereng. Tujuan dari pemasangan perkuatan ini adalah untuk meningkatkan stabilitas dengan,
a. Meningkatkan gaya normal sehingga terjadi perlawanan terhadap pergeseran tanah sepanjang bidang runtuh potensial pada tanah ber-friksi.
b. Mengurangi driving force sepanjang bidang runtuh potensial pada tanah ber-friksi dan ber-kohesi.
Perkuatan berfungsi untuk mengikat active zone (yang rawan untuk runtuh akibat pergerakan ke luar dan ke bawah) ke resistant zone. Agar kestabilan dapat dicapai, kuat tarik nail harus memadai untuk menyediakan gaya dukung untuk menstabilkan daerah aktif. Nails juga harus bisa melekatkan panjang yang cukup ke dalam daerah tahanan untuk mencegah kegagalan tarik. Selain itu, efek kombinasi dari kekuatan nail head (ditentukan berdasarkan kekuatan dari facing atau connection system) dan ketahanan tarik dari panjang nail yang berada antara permukaan dan bidang geser
harus memadai untuk kebutuhan tegangan tarik nail pada bidang geser (interface antara daerah aktif dan pasif). (FHWA-SA-96-069R)
Secara umum, elemen-elemen yang diperlukan dalam praktek soil nailing adalah : 1. Nail bars
Batangan baja yang umum digunakan pada soil nailing adalah baja ulir yang sesuai dengan standar ASTM A615, dengan daya dukung tarik 420 MPa (60 ksi atau Grade 60) atau 520 MPa (75ksi atau Grade75). Ukuran diameternya yang tersedia adalah 19, 22, 25, 29, 32, 36, dan 43 mm, serta ukuran panjang mencapai 18 m (Tabel 2.5).
Tabel 2.7 Properti Baja Ulir [ASTM A615, Fy = 420 dan 525 MPa (60 dan 75 ksi)] (Sumber: Byrne et al, 1998)
Diameter Luas Penampang Berat Jenis Kuat Leleh Kapasitas Beban Aksial
Inggris mm inch2 mm2 lbs/ft Kg/m ksi MPa Kips kN
#6 19 0,44 284 0,86 21,8 60 414 26,4 118 75 517 33,0 147 #7 22 0,60 387 0,99 25,1 60 414 36,0 160 75 517 45,0 200 #8 25 0,79 510 1,12 28,4 60 414 47,4 211 75 517 59,3 264 #9 29 1,00 645 1,26 32,0 60 414 60,0 267 75 517 75,0 334 #10 32 1,27 819 1,43 36,3 60 414 76,2 339 75 517 95,3 424 #11 36 1,56 1006 1,61 40,9 60 414 93,6 417 75 517 117,0 520 #14 43 2,25 1452 1,86 47,2 60 414 135,0 601 75 517 168,8 751 2. Nail Head
Komponen nail head terdiri dari bearing plate, hex nut (mur persegi enam), washer (cincin yang terbuat dari karet atau logam), dan headed stud. Bearing plate umumnya berbentuk persegi dengan panjang sisi 200-250 mm, tebal 19 m, dan kuat leleh 250 Mpa (ASTM A36), sedangkan untuk nut, dan washer yang digunakan harus memiliki kuat leleh yang sama dengan batangan bajanya.
3. Cor Beton
Cor Beton pada soil naling dapat berupa adukan semen pasir. Semen yang digunakan adalah semen tipe I, II, dan III. Semen tipe I (normal) paling
banyak digunakan untuk kondisi yang tidak memerlukan syarat khusus, semen tipe II digunakan jika menginginkan panas hidrasi lebih rendah dan ketahanan korosi terhadap sulfat yang lebih baik daripada semen tipe I., sedangkan semen tipe III digunakan jika memerlukan waktu pengerasan yang lebih cepat.
4. Centralizers
Centralizers adalah alat yang dipasang sepanjang batangan baja dengan jarak tertentu (0.5–2.5m) untuk memastikan tebal selimut beton sesuai dengan rencana, alat ini terbuat dari PVC atau material sintetik lainnya.
5. Wall Facing (Muka Dinding)
Pembuatan wall facing terbagi menjadi dua tahap, yaitu :
Tahap pertama, muka/tampilan sementara (temporary facing) yang dibuat dari shotcrete, berfungsi sebagai penghubung antar batangan-batangan baja (nail bars), dan sebagai proteksi permukaan galian tanah terhadap erosi.
Tahap berikutnya adalah pembuatan muka/tampilan permanen (permanent facing). Muka permanen dapat berupa panel beton pracetak terbuat dari shotcrete. Muka permanen memiliki fungsi yang sama dengan muka sementara, tetapi dengan fungsi proteksi terhadap erosi yang lebih baik, dan sebagai penambah keindahan (fungsi estetika).
6. Sistem Drainase
Untuk mencegah meningkatnya tekanan air pada lereng di belakang muka dinding, biasanya dipasangkan lembaran vertikal geokomposit di antara muka dinding sementara dan permukaan galian. Pada kaki lereng harus disediakan saluran pembuangan (weephole) untuk air yang telah dikumpulkan oleh lembaran geokomposit.
Dalam merancang stabilitas soil nailing, perlu dilakukan analisis : 1. Internal Stability Analysis
Seperti yang telah disebutkan, soil nailing harus mampu memikul beban-beban yang bekerja pada lereng. Untuk itu, perlu dilakukan analisis ketahanan
reinforcement terhadap gaya tarik dan gaya geser yang akan bekerja agar tidak terjadi kegagalan lokal yang dapat memicu progressive failure. Kuat tarik soil reinforcement ini dapat ditambah dengan memperpanjang atau memperbesar diameter reinforcement-nya.
a. Nail Soil Pullout Failure
Gambar II.15 Ilustrasi Kegagalan Cabut / Pullout Failure
Kuat cabut tulangan pada nailing bergantung dari kapasitas tahanan cabut antara tanah dan nailing (Ultimate Bond Strength) dan panjang nailing yang tertanam pada daerah pasif seperti yang terlihat pada gambar berikut :
Gambar II.16 Ilustrasi Geometri Panjang Penanaman
Faktor keamanannya dapat dihitung sebagai berikut :
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) Dengan ( ) ( )
K = ( )
( )* √ ( ) ( ) ( ) ( )+
( )
qs = surcharge load γ = berat jenis tanah z = kedalaman
Sh, Sv = spasi horizontal dan vertikal dari soil nailing
( ) ( ) *( ) ( ) ( )+
= sudut inklinasi soil nailing
DDH = Diameter drillhole
qu = unit ultimate bond resistance,
Tabel II.8 Nilai Ultimate Bond Resistance pada Tanah Kohesif (Sumber : FHWA Soil Nailing Design and Construction Manual)
Tabel II.9 Nilai Ultimate Bond Resistance pada Tanah Non-Kohesif (Sumber : FHWA Soil Nailing Design and Construction Manual)
Soil Type Unit Ultimate Bond Stress kN/m2 (psi) Stiff Clay 40 - 60 (6.0-8.5) Stiff Clayey Silt 40 - 100 (6.0-14.5) Stiff Sandy Clay 100 - 200 (16.5-29.0)
Soil Type Unit Ultimate Bond Stress kN/m2 (psi) Non-plastic silt 20 - 30 (3.0-4.5) Medium dense sand and silty sand/sandy silt 50 - 75 (7.0-11.0) Dense silty sand and gravel 80 - 100 (11.5-14.5) Very dense silty sand and gravel 120 - 240 (17.5-34.5)
Untuk nail yang menggunakan grouting pada tanah kohesif, tahanan pullout dapat diperkirakan sebesar 0.25 hingga 0.75 kali dari rata-rata kuat geser undrained.
Nilai FS yang direkomendasikan untuk kegagalan cabut (pullout failure) adalah 2 untuk beban statik, dan 1.5 untuk beban gempa.
b. Nail Tensile Strength Failure
Gambar II.17 Ilustrasi Tensile Strength Failure (Breakage)
( ) ( )
( ) Dimana
( ) At = Luas penampang nail
Fy = kuat leleh nail
Nilai FS yang direkomendasikan untuk kegagalan tarik pada nailing adalah sebesar 1.8 untuk beban satik dan 1.35 untuk beban gempa.
2. External Stability Analysis
Stabilitas Global
Analisis ini dilakukan untuk memastikan bahwa panjang soil nailing yang dibutuhkan mampu menahan stabilitas global. FS yang direkomendasikan untuk stabilitas global adalah sebesar 1.35 untuk kondisi pembebanan statik dan 1.1 untuk kondisi pembebanan gempa.
Gambar II.18 Stabilitas terhadap Geser pada Soil Nailing
( )
Lereng dengan perkuatan akan dianggap stabil dari kegagalan geser apabila memiliki angka keamanan sebesar 1.3 untuk pembebanan statik dan 1.1 untuk pembebanan seismik.
Adapun kelebihan dari penggunaan soil nailing dibandingkan dengan metode lain adalah :
Volume baja untuk nail bars dalam soil nailing lebih sedikit dibandungkan dengan ground anchors, karena umumnya batangan baja pada soil nailing lebih pendek. Material yang dibutuhkan juga relative lebih sedikit daripada ground anchor.
Luas area yang dibutuhkan dalam masa konstruksi lebih kecil dibandingkan dengan teknik lain, sehingga cocok untuk dilakukan pada area konstruksi yang terbatas.
Dinding dengan soil nailing relative lebih fleksibel terhadap penurunan, karena lebih tipis dibandingkan dengan gravity wall.
Disamping kelebihan-kelebihan tersebut, ada pula kekurangan dari metode soil nailing, yaitu :
Tidak cocok untuk daerah dengan muka air tanah yang tingggi
Tidak cocok untuk diaplikasikan pada struktur yang membutuhkan pengaturan ketat terhadap deformasi. Hal ini dapat diadaptasi dengan menggunakan post
Pelaksanaan konstruksi soil nailing relative lebih sulit sehingga membutuhkan pekerja yang ahli dan berpengalaman.