dinding penahan tanah - · pdf filea. pendahuluan • bangunan dinding penahan tanah...

DINDINGPENAHAN TANAH

DINDINGPENAHAN TANAH

A. Pendahuluan• Bangunan dinding penahan tanah berguna untuk

menahan tekanan tanah lateral yang ditimbulkan olehtanah urug atau tanah asli yang labil.

• Dinding penahan tanah banyak digunakan pada proyek-proyek :– jalan raya,– irigasi– pelabuhan ,– bangunan ruang bawah tanah (basement)– pangkal jembatan (abutment), dll

• Kestabilan dinding penahan tanahdiperoleh terutamadari :– berat sendiri struktur, dan– berat tanah yang berada di atas pelat fondasi.

• Besar dan distribusi tekanan tanah pada dindingpenahan tanah, sangat tergantung pada gerakan tanahlateral terhadap DPT.

• Bangunan dinding penahan tanah berguna untukmenahan tekanan tanah lateral yang ditimbulkan olehtanah urug atau tanah asli yang labil.

• Dinding penahan tanah banyak digunakan pada proyek-proyek :– jalan raya,– irigasi– pelabuhan ,– bangunan ruang bawah tanah (basement)– pangkal jembatan (abutment), dll

• Kestabilan dinding penahan tanahdiperoleh terutamadari :– berat sendiri struktur, dan– berat tanah yang berada di atas pelat fondasi.

• Besar dan distribusi tekanan tanah pada dindingpenahan tanah, sangat tergantung pada gerakan tanahlateral terhadap DPT.

B. Tipe tipe dinding penahan tanah :1. Dinding gravitasi,

Biasanya terbuat dari beton tak bertulang ataupasangan batu, sedikit tulangan diberikan padapermukaan dinding untuk mencegah retakanpermukaan.

2. Dinding semi gravitasiDinding grafitasi yang bentuknya agak ramping, krnrampingnya pada struktur ini dibutuhkan penulanganbeton, namun hanya pada bagian dinding saja.

Terdiri dari kombinasi dinding dan fondasi beton bertulang yangberbentuk T. Ketebalan DPT ini relatif tipis dan diberi tulangansecara penuh unutk menahan momen dan gaya lintang yangbekerja.

4. Dinding counterfort : dinding beton bertulang yang tipispada bagian dalam dinding pada jarak tertentudidukung oleh plat / dinding vertikal yang disebutcounterfort. Ruang di atas plat fondasi, diantaracounterfort diisi dengan tanah.

5. Dinding krib, dibuat dari balok-balok beton yangdisusun menjadi DPT.

6. DPT dengan perkuatan (reinforced earth wall) dindingyang berupa timbunan tanah yang diperkuat benganmaterial lain. (geosintetik atau metal, dll)

counterfourt

3. Dinding kantilever

Terdiri dari kombinasi dinding dan fondasi beton bertulang yangberbentuk T. Ketebalan DPT ini relatif tipis dan diberi tulangansecara penuh unutk menahan momen dan gaya lintang yangbekerja.

4. Dinding counterfort : dinding beton bertulang yang tipispada bagian dalam dinding pada jarak tertentudidukung oleh plat / dinding vertikal yang disebutcounterfort. Ruang di atas plat fondasi, diantaracounterfort diisi dengan tanah.

5. Dinding krib, dibuat dari balok-balok beton yangdisusun menjadi DPT.

6. DPT dengan perkuatan (reinforced earth wall) dindingyang berupa timbunan tanah yang diperkuat benganmaterial lain. (geosintetik atau metal, dll)

C. Tekanan tanah lateral

• Analisis tekanan tanah lateral antara laindigunakan untuk :– Perancangan dinding penahan tanah– Pangkal jembatan– Turap– Terowongan– Saluran bawah tanah, dsb.

• Tekanan tanah lateral adalah gaya yangditimbulkan oleh akibat dorongan tanah dibelakang struktur penahan tanah.

• Analisis tekanan tanah lateral antara laindigunakan untuk :– Perancangan dinding penahan tanah– Pangkal jembatan– Turap– Terowongan– Saluran bawah tanah, dsb.

• Tekanan tanah lateral adalah gaya yangditimbulkan oleh akibat dorongan tanah dibelakang struktur penahan tanah.

1. Tekanan Tanah Lateral Pada Saat Diam• Kondisi kesetimbangan di tempat yang dihasilkan dari

kedudukan tegangan-regangan tanpa adanyategangan geser yang terjadi didefinisikan sebagai KO.

Ea

PhH

Turap

H/3σh = H.γ.KO

PhPh

• Ditinjau suatu turap yang dianggap tidak mempunyaivolume, sangat kokoh dan licin, dipancang pada tanahtak berkohesi (gambar 1a). Tanah di kiri dinding turapdigali perlahan-lahan sampai kondisinya seperti padagambar 1.b.

Turap

Gambar 1a Gambar 1b Gambar 1c

• Bersama-sama dengan penggalian ini, dikerjakan suatugaya horizontal Ph yang besarnya sama dengan gayahorizontal tanah sebelum penggalian.

• Tekanan gaya horizontal (Ph) pada dinding ini disebuttekanan tanah pada saat diam, yaitu tekanan tanah kearah lateral tanpa suatu pergeseran (regangan)

• Nilai banding antara tekanan horizontal dan tekananvertikal pada kedalam tersebut disebut koefisien tekanantanah pada saat diam atau KO

σh = H..KO atau

dengan σh’ = tekanan efektif arah horizontalσv’ = tekanan efektif arah vertikalz = kedalaman’ = berat volume efektifKO = 1 – sin (Jaky, 1944)

'h

v

hO z.γ

'σ'σ'σK

• Bersama-sama dengan penggalian ini, dikerjakan suatugaya horizontal Ph yang besarnya sama dengan gayahorizontal tanah sebelum penggalian.

• Tekanan gaya horizontal (Ph) pada dinding ini disebuttekanan tanah pada saat diam, yaitu tekanan tanah kearah lateral tanpa suatu pergeseran (regangan)

• Nilai banding antara tekanan horizontal dan tekananvertikal pada kedalam tersebut disebut koefisien tekanantanah pada saat diam atau KO

σh = H..KO atau

dengan σh’ = tekanan efektif arah horizontalσv’ = tekanan efektif arah vertikalz = kedalaman’ = berat volume efektifKO = 1 – sin (Jaky, 1944)

'h

v

hO z.γ

'σ'σ'σK

2. Tekanan tanah aktif dan tekanan tanah pasif

• Dari kiri bekerja tekanan tanah pasif (Ep = ½.h2..Kp)– Bersifat melawan tanah dorongan dinding– Bekerja jika dinding bergerak menahan tanah

• Faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya Ea dan Ep– berat volume tanah ()– sudut gesek intern ()– sudut gesek antara dinding dan tanah ()– kohesi tanah ‘c’– kemiringan dinding dan muka tanah– beban

• Dari kanan bekerja tekanantanah aktif (Ea = ½.H2..Ka)– bersifat mendorong dinding– bekerja jika dinding bergerak

menjauhi tanahEa

Ep

H

H/3hh/3

H..Kah..Kp

• Dari kiri bekerja tekanan tanah pasif (Ep = ½.h2..Kp)– Bersifat melawan tanah dorongan dinding– Bekerja jika dinding bergerak menahan tanah

• Faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya Ea dan Ep– berat volume tanah ()– sudut gesek intern ()– sudut gesek antara dinding dan tanah ()– kohesi tanah ‘c’– kemiringan dinding dan muka tanah– beban

TEORI RANKINE

• Teori Rankine (1857), dalam analisis tekanan tanah lateralmenggunakan asumsi1. Tanah dalam kondisi kesetimbangan plastis (setiap elemen tanah

dalam kondisi tepat akan runtuh)2. Tanah urug dibelakang dinding penahan tanah tak berkohesi ( c = 0)3. Gesekan antara dinding DPT dan tanah urug diabaikan (= 0)

A. Tekanan tanah lateral pada tanah non kohesif (c = 0)• Tanah urug dengan berat volume dan ketinggian H, maka tekanan

tanah aktif Ea total untuk dinding penahan tanah adalahEa = ½ H2..Ka

Titik tangkap gaya yang bekerja terletak pada H/3 dari dasardinding penahan tanah.

• Alas diagram segi tiga tekanan tanah aktifb = Ka..H , dengan Ka = koefisien tekanan tanah aktif Rankine

• Teori Rankine (1857), dalam analisis tekanan tanah lateralmenggunakan asumsi1. Tanah dalam kondisi kesetimbangan plastis (setiap elemen tanah

dalam kondisi tepat akan runtuh)2. Tanah urug dibelakang dinding penahan tanah tak berkohesi ( c = 0)3. Gesekan antara dinding DPT dan tanah urug diabaikan (= 0)

A. Tekanan tanah lateral pada tanah non kohesif (c = 0)• Tanah urug dengan berat volume dan ketinggian H, maka tekanan

tanah aktif Ea total untuk dinding penahan tanah adalahEa = ½ H2..Ka

Titik tangkap gaya yang bekerja terletak pada H/3 dari dasardinding penahan tanah.

• Alas diagram segi tiga tekanan tanah aktifb = Ka..H , dengan Ka = koefisien tekanan tanah aktif Rankine

22

a 4545tgsin1sin1K

• Dengan cara yang sama, besarnya tekanan tanah pasifmenurut Rankine, merupakan diagram segi tiga denganalas b = H..Kp

• Besarnya tekanan tanah pasif total = luas diagram segitiga tekanan tanah pasif

Ep = ½.H2..Kp dengan titik tangkap gaya 1/3 Hdimana

H

H/3Ea = ½ H2..Ka

c = 0 = 0

=0

• Dengan cara yang sama, besarnya tekanan tanah pasifmenurut Rankine, merupakan diagram segi tiga denganalas b = H..Kp

• Besarnya tekanan tanah pasif total = luas diagram segitiga tekanan tanah pasif

Ep = ½.H2..Kp dengan titik tangkap gaya 1/3 Hdimana

/245tgsin1sin1K 2

p

dimana = sudut kemiringan permukaan tanah urug dibelakang DPTΦ = sudut gesek dalam tanah

• Besarnya tekanan tanah aktif = luas diagram segi tigaEa = ½.H2..Ka dgn alas b = H.. Ka

• Dengan cara yang sama besarnya tekanan tanah pasif menurutRankine, merupakan diagram segi tiga dengan alas

b = H.. KpTekanan tanah pasif total = luas diagram segi tiga tekanan tanahpasif .

Ep = ½.H2..Kp dengan titik tangkap gaya 1/3 HUntuk permukaan tanah miring

22

22

acosβcosβcos

cosβcosβcosβcosK

• Apabila permukaan tanah urugmiring membentuk sudut (0)maka koefisien tekanan tanah aktifdinyatakan sbb :

H

b=H..Ka

Ea = ½. H2..Ka

00c0

dimana = sudut kemiringan permukaan tanah urug dibelakang DPTΦ = sudut gesek dalam tanah

• Besarnya tekanan tanah aktif = luas diagram segi tigaEa = ½.H2..Ka dgn alas b = H.. Ka

• Dengan cara yang sama besarnya tekanan tanah pasif menurutRankine, merupakan diagram segi tiga dengan alas

b = H.. KpTekanan tanah pasif total = luas diagram segi tiga tekanan tanahpasif .

Ep = ½.H2..Kp dengan titik tangkap gaya 1/3 HUntuk permukaan tanah miring

22

22

pcosβcosβcos

cosβcosβcosβcosK

B. Tekanan tanah lateral pada tanah kohesif c0diabaikan

Ea total

1. Tekanan tanah aktif

H

Tanahdengan c;

b1=H..Ka a2 K2.c.b

Ea1

Ea2+ = Hc

h

b1>b2

• Apabila tanah urug mempunyai kohesi, maka tekanan tanah aktif

22

a

ac

aaalas

21alas

aa2

21

totala

a2a1 totala

45tgK

Kγ.2.cH

K2.c..H.γKb

bbb.HK2.c.γ.K.HE

EEE

a2 K2.c.b

2. Tekanan tanah pasif

Tanahc;

Ep1

b1=H..Kp

H

b1+b2

Ep2

½.H 1/3.H

+=

p2 K2.c.b

22

p

pp

21

pp2

21

ptotal

p2p1ptotal

45tgK

K2.c..γH.Kb

bbb

.HK2.c..γ.KHE

EEEpasifanah tekanan tmakakohesi,mempunyaiurug tanahApabila

3. Tekanan tanah lateral akibat beban terbagi rata• Misal tumpukan barang

atau orang pada suatudermaga, berat lalulintas di jalan raya, dll

B Cq (kN/m2)

• Untuk lebar 1 m, berat segi tiga longsor ABC :W + Q = ½.H2..cotg + q BC

= ½.H2..cotg + q.H cotg • Dari segi tiga ABC didapat

Ea = (W+Q) tg ( - )Ea = ((½.H2..cotg ) + (q.H cotg )).tg( - )

= (½.H2..Ka + H.q) tg2(45o - /2)= ½.H2..Ka + H.q.Ka

A

q (kN/m2)

HEa1

Ea2

½.H1/3.H

• Diagram tekanan tanah aktif total berupa trapesiumgabungan dari Ea1(segi tiga oleh tanah) dan Ea2 (segi 4akibat beban terbagi rata).Ea1 = ½.H2..Ka Ea2 = H.q.Ka

b1 = H..Ka b2 = q.Ka

b1=H..Ka b2=q.Ka b1 + b2

4. Tekanan tanah lateral akibat beban garisQ

Ea1

Ea2

Ea1

Ea2mk

b2=mp

• Diagram tekanan tanah aktif total seperti tergambarEa1(segi tiga oleh tanah) dan Ea2 (segi tiga akibat bebantitik Q)Ea1 = ½.H2..Ka

b1 = H2..Kamk

2.Q.Kmpb

KQ.E

a2

aa2

b1=H..Ka b1=H..Ka

5. Tekanan tanah lateral akibat pengaruh muka air tanah

Ea1 Ea2

b1=H.’.Ka b2=H.w

• Apabila MAT = MTTekanan tanah aktif yang bekerja pada dinding penahan tanah :(a). Ea1 = ½.H2.’.Ka ’ = berat vol. tanah terendam

b1 = H.’.Kagaris kerja gaya 1/3 H

(b). Ea2 = ½.H2.w w = berat vol. airb1= H2.wgaris kerja gaya 1/3 H

b1=H.’.Ka b2=H.w

(6) Dinding penahan tanah dengan muka air tanah tidaksama tinggi

H2

Ea1=½.(H2-H1)2.b.Kab

H1

H2Ea2=H2(H1.b).Ka

Ea3=½.H12.’.Ka

Ha= ½.H12.w

’sat

h1 h2

Ep1

Ep2

Ep3Hp

• Berat jenis tanah (G) ; angka pori (e) ; kadar air (w) ;1 = sudut gesek intenal tanah di atas m.a.t2 = sudut gesek intenal tanah di bawah m.a.t

• Tekanan tanah aktif yang bekerja :Ea1 = akibat tekanan tanah di atas matEa2 = akibat beban terbagi merata ( tanah di atas m.a.t)Ea3 = akibat tekanan tanah di bawah m.a.tHa = Tekanan hidrostis yang mendorong DPT

• Tekanan tanah pasifEp1 = akibat tekanan tanah di atas m.a.tEp2 = akibat beban terbagi rata (tanah di atas m.a.t)Ep3 = akibat tekanan tanah di bawah m.a.tHp = tekanan hidrostsatis yang menahan DPT

• Berat jenis tanah (G) ; angka pori (e) ; kadar air (w) ;1 = sudut gesek intenal tanah di atas m.a.t2 = sudut gesek intenal tanah di bawah m.a.t

• Tekanan tanah aktif yang bekerja :Ea1 = akibat tekanan tanah di atas matEa2 = akibat beban terbagi merata ( tanah di atas m.a.t)Ea3 = akibat tekanan tanah di bawah m.a.tHa = Tekanan hidrostis yang mendorong DPT

• Tekanan tanah pasifEp1 = akibat tekanan tanah di atas m.a.tEp2 = akibat beban terbagi rata (tanah di atas m.a.t)Ep3 = akibat tekanan tanah di bawah m.a.tHp = tekanan hidrostsatis yang menahan DPT

ANALISIS KONSTRUKSI PENAHAN TANAH

• Analisis konstruksi penahan tanah umumnya digunakanuntuk menentukan dimensi penahan tanah agar stabilterhadap gaya-gaya yang bekerja

• Analisis stabilitas dilakukan secara eksternal dan internal• Dalam analisis stabilitas eksternal, konstruksi dianggap

sebagai satu kesatuan yang masif dalam melawan gaya-gaya yang bekerja. Tinjauan dilakukan terhadapstabilitas guling, geser dan runtuhnya konstruksi akibatdaya dukung tanah terlampaui.

• Analisis stabilitas terhadap gaya-gaya internal yangbekerja, umumnya berhubungan dengan kekuatanstruktur, yang dalam ini adalah pecahnya konstruksi danpatahnya kaki dan tumit.

• Analisis konstruksi penahan tanah umumnya digunakanuntuk menentukan dimensi penahan tanah agar stabilterhadap gaya-gaya yang bekerja

• Analisis stabilitas dilakukan secara eksternal dan internal• Dalam analisis stabilitas eksternal, konstruksi dianggap

sebagai satu kesatuan yang masif dalam melawan gaya-gaya yang bekerja. Tinjauan dilakukan terhadapstabilitas guling, geser dan runtuhnya konstruksi akibatdaya dukung tanah terlampaui.

• Analisis stabilitas terhadap gaya-gaya internal yangbekerja, umumnya berhubungan dengan kekuatanstruktur, yang dalam ini adalah pecahnya konstruksi danpatahnya kaki dan tumit.

STABILITAS TERHADAP GAYA EKSTERNAL

• Keruntuhan akibatbahaya guling

kohesifhuntuk tana2SFkohesifnonhuntuk tana1,5SF

MM

SFgulingerhadapTinjauan t

V.aMkonstruksisendiriberatakibatgulingMomen

.hEMaktifgayaakibatgulingMomen

a

p

p

aa

Ea

h

VaA

kohesifhuntuk tana2SFkohesifnonhuntuk tana1,5SF

MM

SFgulingerhadapTinjauan t

V.aMkonstruksisendiriberatakibatgulingMomen

.hEMaktifgayaakibatgulingMomen

a

p

p

aa

• Keruntuhan terhadap bahaya geser

Ea

2~1,5E

)E(c.bV.fdorongGayalawanGayaSF

campuran tanahberupafondasiDasar0,75).c~(0,5 tanahkohesic

2~1,5E

)E(c.bdorongGayalawanGayaSF

kohesif tanahberupafondasiDasarhalus)relatiffondasi(dasar tgf

kasar)relatiffondasi(dasar tgf

2~1,5E

)E(V.fdorongGayalawanGayaSF

kohesifnon tanahberupafondasiDasar

a

p32

a

p32

32

a

p

Vb

2~1,5E

)E(c.bV.fdorongGayalawanGayaSF

campuran tanahberupafondasiDasar0,75).c~(0,5 tanahkohesic

2~1,5E

)E(c.bdorongGayalawanGayaSF

kohesif tanahberupafondasiDasarhalus)relatiffondasi(dasar tgf

kasar)relatiffondasi(dasar tgf

2~1,5E

)E(V.fdorongGayalawanGayaSF

kohesifnon tanahberupafondasiDasar

a

p32

a

p32

32

a

p

• Runtuhnya konstruksi akibat daya dukung tanahterlampaui

tanah2bmaks

min

tanahmaks

min

σe3

2Vσ

0σbatuan)(cadas,kerashUntuk tana

σb

6.e1b.1Vσ

0σacampurannyataupasirlempung,hUntuk tana

V

tanah2bmaks

min

tanahmaks

min

σe3

2Vσ

0σbatuan)(cadas,kerashUntuk tana

σb

6.e1b.1Vσ

0σacampurannyataupasirlempung,hUntuk tana

SOAL 1

• Dinding penahan tanah dengankarakteristik sbb : = 30c = 0tanah = 18 kN/m3

pasangan batu = 20 kN/m3

all = 150 kN/m2

• Ditinjau analisis stabilitasdinding terhadap guling, geserdan keruntuhan daya dukungtanah !

H = 2 m

• Dinding penahan tanah dengankarakteristik sbb : = 30c = 0tanah = 18 kN/m3

pasangan batu = 20 kN/m3

all = 150 kN/m2

• Ditinjau analisis stabilitasdinding terhadap guling, geserdan keruntuhan daya dukungtanah !0,75 m 0,5 m

0,5 m

SOAL 2

• Dinding penahan tanah dengankarakteristik sbb : = 30c = 10 kN/m2

tanah = 18 kN/m3

pasangan batu = 20 kN/m3

all = 150 kN/m2

• Ditinjau analisis stabilitasdinding terhadap guling, geserdan keruntuhan daya dukungtanah !

H = 2 m

q = 2,5 kN/m2

• Dinding penahan tanah dengankarakteristik sbb : = 30c = 10 kN/m2

tanah = 18 kN/m3

pasangan batu = 20 kN/m3

all = 150 kN/m2

• Ditinjau analisis stabilitasdinding terhadap guling, geserdan keruntuhan daya dukungtanah !

0,75 m 0,5 m

0,5 m

Soal• Hitung dan gambarkan diagram : gaya dan garis kerja

tekanan tanah aktif pada DPT seperti tergambar :

3

1= 801 = 16 kN/m3

c1 = 10 kN/m2

3 3

3

2= 302 = 18 kN/m3

c2 = 20 kN/m2

3= 253’= 9 kN/m3

c3 = 20 kN/m2

3 = 253’ = 9 kN/m3

c3 = 20 kN/m2