putaran di titik O. ΣM R merupakan momen-momen yang disebabkan oleh gaya vertikal dari struktur dan berat tanah diatas struktur.

(1)

Survey dan Disain Jembatan Survey dan Disain Jembatan

BAB I BAB I

PERENCANAAN DINDING PENAHAN TANAH PERENCANAAN DINDING PENAHAN TANAH

1.1 IDENTIFIKASI PROGRAM 1.1 IDENTIFIKASI PROGRAM

Program/software ini menggunakan satuan kN-meter dalam melakukan analisa dinding Program/software ini menggunakan satuan kN-meter dalam melakukan analisa dinding penahan

penahan tanah. tanah. Dinding Dinding penahan penahan tanah tanah diasumsikan diasumsikan terbuat terbuat dari dari pasangan pasangan batu batu dimanadimana bentuk umum dari dinding

bentuk umum dari dinding tersebut diasumsikan tersusun atas 3 elemen utama.tersebut diasumsikan tersusun atas 3 elemen utama.

Pro

Progragram/sm/softoftwarware e ini ini dibdibuat uat khukhusus sus untuntuk uk tantanah ah timtimbunbunan an berberupa upa tantanah ah nonnon-ko-koheshesif.if.

Tek

Tekanaanan n tantanah ah ke ke dindindinding g dihdihituitung ng dendengan gan menmengguggunaknakan an penpendekdekataatan n dardari i CouCoulomlomb.b.

An

Analalisisa a didinndidinng g ppenenahahan an tatananah h dedengngan an prproogrgram am inini i mememmunungkgkininkkan an ununtutuk k memperhitungkan gaya-gaya tambahan akibat gempa.

memperhitungkan gaya-gaya tambahan akibat gempa.

Program/software ini tidak menyediakan fasilitas untuk memperhitungkan gaya angkat Program/software ini tidak menyediakan fasilitas untuk memperhitungkan gaya angkat atau up-lift dari air. Sehingga untuk kasus dimana terdapat gaya up-lift, program ini tidak atau up-lift dari air. Sehingga untuk kasus dimana terdapat gaya up-lift, program ini tidak bisa digunakan.

bisa digunakan.

Untuk tanah timbunan non kohesif, tekanan air tanah yang menuju dinding tidak ikut Untuk tanah timbunan non kohesif, tekanan air tanah yang menuju dinding tidak ikut diperhitungkan dalam Program/software ini. Diasumsikan bahwa sistem drainase yang baik diperhitungkan dalam Program/software ini. Diasumsikan bahwa sistem drainase yang baik akan dibangun

akan dibangun/dised/disediakan untuk iakan untuk menjammenjamin in tidak ada tidak ada tekanatekanan n hidrohidrostatis tambahan kestatis tambahan ke dinding.

dinding.

Perlu diperhatikan bahwa dinding penahan tanah pasangan batu hanya bisa digunakan Perlu diperhatikan bahwa dinding penahan tanah pasangan batu hanya bisa digunakan untuk perbedaan ketinggian yang tidak terlalu besar. Program ini membatasi penggunaan untuk perbedaan ketinggian yang tidak terlalu besar. Program ini membatasi penggunaan dinding penahan tanah pasangan batu ini sampai beda ketinggian 5 m.

dinding penahan tanah pasangan batu ini sampai beda ketinggian 5 m.

Keluaran dari program/software ini adalah dimensi dari pasangan batu yang memenuhi Keluaran dari program/software ini adalah dimensi dari pasangan batu yang memenuhi aspek keamanan dari segi daya dukung, keamanan terhadap geser dan guling.

aspek keamanan dari segi daya dukung, keamanan terhadap geser dan guling.

Perlu ditegaskan bahwa program/software ini dibuat untuk tujuan pendidikan dan pelatihan Perlu ditegaskan bahwa program/software ini dibuat untuk tujuan pendidikan dan pelatihan SRR

SRRP P (Su(Sumatmatera era RegRegion ion RoaRoad d ProProjecject) t) IBRIBRD D LoaLoad d No. No. 434307-07-INDIND. . TanTangguggung ng jawjawabab terh

terhadaadap p penpengungunaan aan hashasil il kelkeluaruaran an proprogragram/sm/softoftware ware ini ini 100 100 % % ada ada padpada a penpenggugguna.na.

Pe

Pengngguguna na wawajijib b mmelelakakuukakan n ppenenggececekekan an teterhrhadadap ap kekesasahhihihan an hahasisil l kkeleluauararann program/software

program/software ini. ini. Karena Karena program/software program/software ini ini tidak tidak mencakup mencakup semua semua aspek aspek disain,disain, sebaiknya penggunaan program ini dibatasi untuk proses pra-disain.

sebaiknya penggunaan program ini dibatasi untuk proses pra-disain.

1.2

1.2 TEOTEORI DARI DASAR SAR Din

Dindinding g penpenahaahan n tantanah ah gragravitvitasi asi umuumumnymnya a di di buabuat t dardari i paspasangangan an batbatu. u. PerPerencencanaanaanan dinding penahan dilakukan dengan metode “coba-coba/trial and error” untuk memperoleh dinding penahan dilakukan dengan metode “coba-coba/trial and error” untuk memperoleh uku

ukuran ran yanyang g palpaling ing ekoekonomnomis. is. ProProsedsedur ur perperencencanaanaan an dildilakuakukan kan berberdasdasarkarkan an anaanalislisaa terhadap gaya-gaya yang bekerja pada dinding penahan tanah tersebut. Dinding juga harus terhadap gaya-gaya yang bekerja pada dinding penahan tanah tersebut. Dinding juga harus dir

direncencanaanakan kan sedsedemiemikiakian n ruprupa a sehsehingingga ga tidtidak ak ada ada tegtegangangan an taritarik k padpada a tiatiap p tittitik ik padpadaa dinding untuk setiap kondisi pembebanan

dinding untuk setiap kondisi pembebanan Tia

Tiap p tiatiap p potpotongongan an dindindinding g horhorisoisontantal l akaakan n menmenerimerima a gaygaya-ga-gaya aya sepeseperti rti terlterlihaihat t padpadaa Gambar 1.1 dibawah.

Gambar 1.1 dibawah.

Lampiran : Pedoman Penggunaan Software Komputer

Lampiran : Pedoman Penggunaan Software Komputer I - 1I - 1

(2)

a. Gaya vertikal akibat berat sendiri dinding penahan tanah a. Gaya vertikal akibat berat sendiri dinding penahan tanah b. Gaya luar yang bekerja pada dinding p

b. Gaya luar yang bekerja pada dinding penahan tanahenahan tanah c. Gaya akibat tekanan tanah aktif

c. Gaya akibat tekanan tanah aktif d. Gaya akibat tekanan tanah pasif d. Gaya akibat tekanan tanah pasif

1.2.1 ANALISIS YANG DIPERLUKAN 1.2.1 ANALISIS YANG DIPERLUKAN

Pada perencanaan dinding penahan tanah, beberapa analisisyang harus dilakukan adalah:

a.

a. AnAnalisalisis kis kestaestabilbilan an terhterhadaadap gp guliulingng b.

b. Analisis ketahanan terhadap geser Analisis ketahanan terhadap geser c.

c. AnaliAnalisis kapsis kapasitas dasitas daya daya dukunukung tang tanah padah pada dasar a dasar dindidinding png penahaenahann d.

d. AnAnalisalisis tegais tegangangan dalan dalam dindm dinding peing penahnahan tanan tanahah e.

e. AnAnalalisisis is pepenunururunanann f.

f. AnAnalialisisis sts stababililititas sas secaecara ura umumumm

Gambar 1.1 Tegangan pada Dinding atau Kepala Jembatan Tipe Gravitasi Gambar 1.1 Tegangan pada Dinding atau Kepala Jembatan Tipe Gravitasi 1.2.1.1 Kestabilan Terhadap Guling

1.2.1.1 Kestabilan Terhadap Guling

Kestabilan struktur terhadap kemungkinan terguling dihitung dengan persamaan berikut : Kestabilan struktur terhadap kemungkinan terguling dihitung dengan persamaan berikut :

∑

∑ ∑

= ∑

=

^R^R

guling guling

M M M SF M

SF (1.1)(1.1)

Berat Bangunan Atas Berat Bangunan Atas

Pembebanan Pembebanan

Tekanan Tanah Statis Tekanan Tanah Statis dan Dinamis

dan Dinamis Gaya Longitudinal

Gaya Longitudinal Bangunan Atas Bangunan Atas

Berat Dinding (Ww) Berat Dinding (Ww)

Gaya Gempa Inersia Dinding (Ws) Gaya Gempa Inersia Dinding (Ws)

V M V

M H H X

X XX

B B

R R

R R Distribusi

Distribusi Tekanan Tanah Tekanan Tanah baik merata baik merata maupun linier maupun linier yang mana yang mana memberikan memberikan hasil kritis hasil kritis

Gaya dan Tegangan pada setiap Gaya dan Tegangan pada setiap bidang horizontal

bidang horizontal

H = jumlah gaya-gaya horizontal H = jumlah gaya-gaya horizontal V = jumlah gaya-gaya vertical V = jumlah gaya-gaya vertical M = Resultan momen

M = Resultan momen thd garis pusatthd garis pusat E = M/V

E = M/V

nstress nstress compressio compressio ultimate

ultimate P

P

B B e e B

B V P V

P

maks maks maks maks

−

≤



 





 







 ++ ∗∗

=

∑ ∑

₁₁ ⁶⁶

0 0

6 1 6 1

min min min min

≥









 −− ∗∗

=

∑ ∑

P P

B B e e B

B V V P

P

(3)

Survey dan Disain Jembatan

ΣMO = jumlah dari momen-momen yang menyebabkan struktur terguling dengan titik pusat putaran di titik O. ΣMO disebabkan oleh tekanan tanah aktif yang bekerja pada elevasi H/3.

ΣMR = jumlah dari momen-momen yang mencegah struktur terguling dengan titik pusat putaran di titik O. ΣMR merupakan momen-momen yang disebabkan oleh gaya

vertikal dari struktur dan berat tanah diatas struktur.

Berdasarkan Peraturan Teknik Jembatan Bagian 2.8, nilai minimum dari angka keamanan terhadap geser yang digunakan dalam perencanaan adalah 2.2

1.2.1.2 Ketahanan Terhadap Geser

Ketahanan struktur terhadap kemungkinan struktur bergeser dihitung berdasarkan persamaan berikut

∑ ∑

=

D R geser

F

SF F (1.2)

ΣFD = jumlah dari gaya-gaya horizontal yang menyebabkan stuktur bergeser. ΣFD

disebabkan oleh tekanan tanah aktif yang bekerja pada struktur

ΣFR = jumlah gaya gaya horizontal yang mencegah struktur bergeser. ΣFR merupakan gaya gaya penahan yang disebabkan oleh tahanan gesek dari struktur dengan tanah serta tahanan yang disebabkan oleh kohesi tanah.

( )

h

p geser

P

P Bc

SF V

+ +

= ∑

tanφ 2 2

(1.3)

Berdasarkan Peraturan Teknik Jembatan Bagian 4.4.4, nilai φ2 biasanya diambil sama dengan φ tanah dasar untuk beton pondasi yang dicor ditempat dan 2/3 dari nilai φ tanah dasar untuk pondasi beton pracetak dengan permukaan halus. Sedangkan nilai c2 biasanya diambil 0.4 dari nilai c (kohesi) tanah dasar.

Berdasarkan Peraturan Teknik Jembatan Bagian 2.8, nilai minimum dari angka Keamanam terhadap guling yang digunakan dalam perencanaan adalah 2.2.

1.2.1.3 Daya Dukung Ijin dari Tanah

Tekanan yang disebabkan oleh gaya-gaya yang terjadi pada dinding penah ke tanah harus dipastikan lebih kecil dari daya dukung ijin tanah. Penentuan daya dukung ijin pada dasar dinding penahan/abutmen dilakukan seperti dalam perencanaan pondasi dangkal.

Hal pertama yang perlu diperiksa adalah eksentrisitas dari gaya-gaya ke pondasi yang dihitung dengan rumus berikut

− ∑

=

V

B M

eks ^net

2 (1.4)

Lampiran : Pedoman Penggunaan Software Komputer I - 3

(4)

Tekanan ke tanah dihitung dengan rumus :

 

 



 ± ∗

= ∑

B eks B

q^mak V 6

min 1 (1.5)

Jika nilai eks > B/6 maka nilai qmin akan lebih kecil dari 0. Hal tersebut adalah sesuatu yang tidak diharapkan. Jika hal ini terjadi maka lebar dinding penahan B perlu di perbesar.

Angka keamanan terhadap tekanan maksimum ke tanah dasar dihitung dengan rumus

mak ultimate dayadukung

q

SF

=

q _(1.6)

Nilai minimum dari angka keamanan terhadap daya dukung yang biasa digunakan dalam perencanaan adalah 3.

1.2.1.4 Tegangan Tarik pada Dinding Pasangan Batu

Prinsip yang digunakan untuk menentukan besarnya tegangan pada dinding pasangan batu sama seperti menentukan tegangan pada tanah dasar dimana tegangan pada bidang horisontal dihitung dengan rumus :

 

 



 ± ∗

= ∑

B eks B

q^mak V 6

min 1 (1.7)

Berdasarkan Peraturan Perencanaan Teknik Jembatan, dinding pasangan batu dianggap aman jika tegangan minimum pada suatu bidang horizontal lebih besar atau sama dengan nol.

1.2.2 TEKANAN TANAH LATERAL

Besarnya tekanan tanah dalam arah lateral ditentukan oleh:

a. Besarnya koefisien tekanan tanah aktif, pasif dan keadaan diam b. Besarnya kohesi tanah

c. Besarnya beban yang bekerja pada permukaan tanah timbunan 1.2.2.1 Tekanan Tanah Aktif , Pasif, dan Keadaan Diam

Tekanan tanah lateral dalam keadaan aktif terjadi apabila tanah bergerak menekan misalnya pada dinding penahan tanah sehingga dinding penahan tanah bergerak menjauhi tanah di belakangnya.

Tekanan tanah lateral dalam keadaan pasif terjadi pada tanah yang berada didepan dinding penahan tanah karena dinding menekan dinding tanah tersebut.

Tekanan tanah lateral dalam keadaan diam adalah tekanan lateral yang ada dalam tanah yang tidak disebabkan oleh adanya dorongan lateral.

(5)

Dalam menganalisa tekanan tanah aktif dan pasif ada 2 pendekatan yang umum digunakan yaitu Teori Coulomb dan Teori Rankine. Perbedaan utama antara Teori Rankine dan Teori Coulomb diilustrasikan pada Gambar 1.2 di bawah ini.

Gambar 1.2. Bidang Keruntuhan Menurut Rankine dan Coulomb

Jika garis keruntuhan tidak terganggu oleh keberadaan dinding, maka pendekatan Rankine bisa digunakan. Pada Gambar 1.2 kiri, tumit yang terletak di dasar kantilever menyebabkan

garis keruntuhan tidak mengganggu dinding, sehingga pendekatan Rankine bisa digunakan. Sementara pada Gambar 1.2 kanan, teori Rankine tidak bisa digunakan karena garis keruntuhan mengenai dinding penahan tersebut.

Tekanan tanah aktif dan pasif dihitung dengan rumus dibawah ini :

a a

a v

a =σ ∗ K −2∗c∗ K +q∗K

σ (1.8)

p p

v

p ⁼σ ^∗ K ⁺2^∗c^∗ K

σ (1.9)

i i v =∑^γ ∗h σ

(1.10)

K a dan K p adalah koefisien tekanan tanah Aktif dan Pasif, c adalah kohesi tanah dan q adalah beban merata diatas permukaan tanah (surcharge)

1.2.2.2 Teori Rankine Untuk Tanah Non-Kohesif

Koefisien Tekanan Tanah Aktif dan Pasif (K a dan K p) untuk tanah non-kohesif menurut pendekatan dari Rankine dihitung dengan rumus dibawah ini :

45 +φ/2 45 +φ/2

Daerah keruntuhan tidak mengganggu dinding

Anggapan-anggapan Rankine tidak berlaku karena daerah keruntuhan mengganggu dinding

δ

Irisan keruntuhan tanah menggesek terhadap dinding

a. Kondisi aktif Rankine berlaku dan gesekan dinding diabaikan

b. Kondisi aktif Coulomb berlaku dan gesekan dinding diambil sebagai

berikut

dinding rata (beton)δ = 2/3φ dinding kasar (pasangan batu)δ =φ

(6)

φ ω

ω

φ ω

α ω

2 2

cos cos

cos

cos cos

− +

−

= −

K a (1.11)

φ ω

ω

φ ω

ω ω

2 2

cos cos

cos

cos cos

−

= +

K p (1.12)

Bidang keruntuhan serta besarnya gaya tekan aktif Rankine untuk tanah non-kohesif dapat dilihat pada Gambar 1.3 dibawah.

Gambar 1.3. Pola Keruntuhan Rankine untuk Tanah Non-Kohesif 1.2.2.3 Teori Coulomb Untuk Tanah Non-Kohesif

Menurut teori Coulomb, koefisien tekanan tanah K a dan K p untuk tanah non-kohesif dihitung dengan rumus

2 2

2

) cos(

) sin(

) 1 sin(

) cos(

cos

) (

cos



 





−

∗ +

−

∗ + +

+

∗

= −

β ω β

δ

ω φ δ

β φ δ β

β φ K a

(1.13)

2 2

2

) cos(

) sin(

) 1 sin(

) cos(

cos

) (

cos



 





−

∗ +

+

∗

− − +

∗

= +

β ω β

δ

ω φ δ

β φ δ β

β φ K a

(1.14)

φ= sudut gesek dalam dari tanah

H

+ Bidang keruntuhan tidak mengenai

dinding karena tumit cukup panjang

90-

K aWaH + Pa

Gaya Tekanan “Aktif” Pa adalah =¹/2K aWaH²

H/3

*

a*

(7)

H +

Bidang keruntuhan yang diperkirakan

+

K aWaHcos Pa

Gaya Tekanan “Aktif” Pa adalah =¹/2K aWaH²

H/ 3

Bidang keruntuhan yang sebenarnya

H/ c

a*

os Y

Pa

K aWaycos

ω= kemiringan timbunan tanah terhadap bidang horisontal δ = sudut geser dinding-tanah biasanya dimabil ²/3φ ^s/d1.0φ β= kemiringan dinding terhadap bidang vertikal

Diagram bidang keruntuhan dan juga gaya tekan aktif untuk tanah non-kohesif menurut teori Coulomb dapat dilihat pada Gambar 1.4

Gambar 1.4. Pola Keruntuhan Coulomb untuk Tanah Non-Kohesif 1.2.2.4 Pengaruh Kohesi Tanah

Dari persamaan (1.8), persamaan (1.9) dan persamaan (1.10), terlihat bahwa tekanan aktif pada dinding penahan adalah disebabkan oleh tekanan aktif tanah dikurangi dengan pengaruh kohesi tanah. Kohesi tanah akan menyebabkan terjadinya tekanan tanah yang bernilai negatif. Hal ini tidak terjadi di lapangan sehingga sebagai konsekuensinya pada daerah dengan tekanan tanah aktif lebih kecil dari nol, besarnya tekanan tanah aktif yang yang terjadi akan sama dengan 0. Kedalalaman lapisan dimana tekanan tanah aktif mempunyai nilai lebih kecil dari 0 disebut kedalaman retak Zc, dan dihitung dengan rumus dibawah ini.

a

c K

Z c γ

=

²

∗

_(1.15)

Pola keruntuhan menurut teori Rankine dan Coulomb untuk tanah kohesif dapat dilihat pada Gambar 1.5 dan Gambar 1.6 di bawah.

(8)

Gambar 1.5. Pola Keruntuhan Rankine untuk Tanah Kohesif

Gambar 1.6. Pola Keruntuhan Coulomb untuk Tanah Kohesif 1.2.2.5 Koefisien Tekanan Tanah Dalam Keadaaan Diam

Dalam perencanaan dinding penahan tanah atau abutmen yang memperhitungkan pengaruh tahanan pasif daru tanah, tekanan tanah pasif dibatasi sampai tekanan pada kondisi diam.

Koefisien tekanan tanah pasif pada kondisi diam dihitung dengan rumus berikut.

Zc

Daerah tarik diabaikan Bidang keruntuhan tidak mengenai

dinding karena tumit cukup panjang

K aWa(H-Zc) Gaya Tekanan “Aktif” Pa untuk satu timbunan

horizontal adalah =¹/2K aWa(H-Zc)²

(H-Zc)/3 Pa

Pa

Gaya Tekanan “Aktif” Pa adalah =¹/2K aWaH² +β -β

+ω

−ω-

Zc

Celah/retak akibat tarik

dw

H

Mukaair tanah maksimum 45−φ /2 45−φ /2

(9)

φ sin 1⁻

o =

K (1.16)

1.2.3. BEBAN GEMPA PADA STRUKTUR PENAHAN TANAH

Pengaruh beban gempa pada dinding penahan tanah dapat diperhitungkan dengan menggunakan analisa statik ekivalen. Dalam analis statik ekivalen, beban gempa dihitung dengan persamaan berikut.

r h

EQ K I W

T = ∗ ∗

(1.17) I C K _h

= ∗

(1.18)

TEQ = Gaya geser dasar total dalam arah yang ditinjau (kN) K h = Koefisien beban gempa horizontal

C = Koefisien gempa dasar untuk daerah, waktu, dan kondisi setempat yang sesuai.

I = Faktor Keutamaan

Wr = Berat total nominal bangunan yang mempengaruhi percepatan gempa, diambil sebagai beban mati tambahan

1.2.3.1 Koefisien Gempa Dasar “C”

Nilai Koefisien Gempa dasar “C” diperoleh dari kurva respon spektra pada Gambar 1.8, sesuai dengan daerah gempa, tipe tanah dibawah permukaan, dan waktu getar alami dari struktur tersebut. Daerah gempa di Indonesia dibagi menjadi 6 wilayah gempa/zona.

Kondisi tanah dibawah permukaan untuk setiap wilayah gempa dibagi menjadi 3 jenis yaitu tanah Teguh, tanah Sedang dan tanah Lunak. Masing-masing wilayah gempa/zona mempunyai kurva respon spektra gempa untuk setiap kondisi tanah yang diperlihatkan pada Gambar 1.8.

(10)

Gambar 1.7. Peta Daerah Gempa untuk Koefisien Gempa Dasar

Untuk menentukan tipe tanah dalam memilih kurva respon spektra yang akan digunakan dapat digunakan Table 1.1.

Tabel 1.1 Kondisi Tanah untuk Koefisien Geser Dasar

Tipe tanah Kedalaman Batuan

Tanah Teguh Tanah sedang Tanah Lunak Untuk seluruh jenis tanah ≤3 meter > 3 m sampai 25 m > 25 meter Untuk tanah kohesif dengan kekuatan geser

undrained rata-rata tidak melebihi 50 kg ≤6 meter > 6 m sampai 25 m > 25 meter Pada tempat dimana hamparan tanah salah

satunya mempunyai sifat kohesif dengan kekuatan geser undrained rata-rata lebih besar dari 100 kg atau tanah berbutir yang sangat padat

≤9 meter > 9 m sampai 25 m > 25 meter

Untuk tanah kohesif dengan kekuatan geser

undrained rata-rata tidak melebihi 200 kPa ≤12 meter > 12 m sampai 30 m > 30 meter Untuk tanah berbutir dengan ikatan matrik padat ≤20 meter > 20 m sampai 40 m > 40 meter 1.2.3.2 Waktu Getar Alamiah

Waktu getar alamiah jembatan yang digunakan untuk menghitung “Gaya Geser Dasar”

harus dihitung dari analisa yang meninjau seluruh elemen bangunan yang memberikan kekakuan dan fleksibitas dari sistim pondasi.

Untuk bangunan yang sederhana, dapat menggunakan rumus berikut.

p TP

K g T W

=₂^π ∗ _(1.19)

T = Waktu getar dalam detik