ISBN : 978-602-172214-5SIMSG ISSMGE

HIMPUNAN AHLI TEKNIK TANAH INDONESIAINDONESIAN SOCIETY FOR GE ' ECHNICAL ENGINEERING\ ISGE)

MEMBER SOCIEY OF INTERNATI L SOCIETY FOR SOILME ANICSOON€S AND GEOTECHNI N91NEERlNGFOSSMGEj

Proceedings20 thAnntiälNational Conference

—on Geotechnical Engineering

"Geotechnical Role

to Accelerate Infrastructure Construction

in Indonesia '

BidaküatAÖtel ßJakarta, 15 - 16 Novemffdr 2016

SupportådIbY;/'..-

20th Annual National Conference on Geotechnical EngineeringJakarta-INDONESIA,15-16 November 2016

77

1 PENDAHULUAN

Stabilitas dinding penahan tanah sangatditentukan oleh besarnya tekanan tanah yangbekerja dibelakangnya. Secara teori nilaitekanan tanah yang mendorong dinding padakeadaan statis adalah tekanan aktif dan akanmeningkat nilainya pada kondisi dinamis.Besarnya peningkatan nilai tekanan padakeadaan dinamis ini sangat ditentukan olehparameter-parameter seismik yang

mempengaruhinya. Pada daerah yangmempunyai tingkat bahaya gempabumi yangtinggi, dinding penahan tanah biasanyadirancang untuk mampu menahan tekananseismik selama terjadinya gempa bumi.

Studi tantang respon dinamis dindingpenahan tanah dapat dilakukan denganmembuat pengujian model di laboratorium,sepeerti yang telah dibuat oleh Ertugrula et al.(2014). Studi ini dilakukan denganmenggunakan model dinding penahan tanah

Analisis Dinamis Dinding Penahan Tanah Kantilever BerdasarkanDisain Spektra Kota Padang Panjang

Abdul HakamIndonesian Society For Geotechnical Engineering - ISGE (HATTI), Civil Eng, Dept. of Andalas University, Indonesia

Hendri WarmanIndonesian Society For Geotechnical Engineering - ISGE (HATTI), Civil Eng, Dept. of Bung Hatta University, Indonesia

E-mail: ahakam2008@yahoo.com and warman_hendri@yahoo.com

ABSTRAK: Dinding penahan merupakan struktur geoteknik yang kestabilannya sangat dipengaruhi oleh gaya-gaya tekan yang bekerja padanya. Nilai tekanan tanah yang mendorong dinding dapat bekerja secara aktif padakondisi statis dan berubah nilainya tergantung parameter seismik pada kondisi dinamis. Salah satu metode yangsering digunakan untuk menentukan tekanan seismik dinding penahan tanah adalah persamaan Mononobe-Okabe,yang mulai dikembangkan pada tahun 1926. Namun metoda yang telah banyak dirujuk secara luas ini tidak selaludapat digunakan pada semua keadaan. Dalam tulisan ini disampaikan kajian terhadap metoda analisis dinamisdinding penahan tanah kantilever dengan memanfaatkan persamaan dasar kesetimbangan dinamis strukturgeoteknik. Parameter-parameter yang digunakan diperoleh hasil penyelidikan tanah di lokasi konstruksi dinding dikota Padang Panjang. Beban seismik ditentukan berdasarkan disain spektra kota Padang Panjang dengan PetaZonasi Gempa Indonesia tahun 2012. Hasil kajian analisis dinamis dinding penahan tanah kantilever denganprosedur ini memberikan solusi yang memuaskan.

Kata kunci: dinding penahan kantilever, analisis dinamis, gempa bumi, desain spektra

ABSTRACT: Retaining walls are geotechnical structures which its stability are mainly influenced by the com-pressive forces on them. The soil pressure on the walls can be in term of active pressure in static conditions andthen increase related to seismic parameters on dynamic conditions. The well known approach that is often used todetermine the seismic pressure on retaining wall is Mononobe-Okabe method, which was developed in 1926.However, the method that has been widely adopted, can not always be used in all aspects. This paper presents astudy of dynamic analysis of cantilever retaining wall by utilizing the basic dynamic equilibrium of geotechnicalstructures. Parameters for the analysis are obtained from soil investigation on the construction site in the PadangPanjang city. Seismic load is determined based on the spectral design of Padang Panjang city using IndonesianEarthquake Code 2012. It is concluded that the dynamic analysis of the cantilever retaining wall using these pro-cedures give a satisfactory solution.

Keywords: cantilever retaining wall, dynamic analysis, earthquakes, spectral design

20th Annual National Conference on Geotechnical EngineeringJakarta-INDONESIA,15-16 November 2016

78

yang fleksibel yang diletakkan pada meja getardan diberikan beban dinamis hingga percepatan1g. Dari studi ini dapat dilihat bahwakelenturan dinding mempunyai pengaruh yangkuat terhadap besarnya tegangan tekan dinamisyang bekerja pada dinding. Studi laboratoriumini dilaporkan memberikan hasil yang cukupmemuaskan bila dibandingkan denganperhitungan analitis.

Analisis respon dinamis dinding penahantanah juga dapat dilakukan denganpenggabungan dua metoda yang berbeda.Vrettos et al (2016) telah mempelajari tentangrespon dinamis dari dinding penahan tanahkantilever yang kaku akibat beban seismikhorizontal dengan menggabungkan metodanumerik dan analitik. Gabungan metodatersebut adalah untuk menentukan nilai bebandinamis yang bekerja pada dinding penahantanah. Metoda numerik digunakan untukmenyelesaikan perhitungan dikarenakankompleksnya persoalan yang ada apabiladibandingkan dengan cara analitis. Respondinamis terhadap beban seismik dalam studi iniditampilkan dalam bentuk tekanan padadinding dan juga dalam bentuk gaya-gayadalam yang bekerja pada badan dindingpenahan tanah.

Metoda Mononobe-Okabe, yang mulaidikembangkan sejak tahun 1926, merupakansalah satu metode yang masih sering digunakanuntuk menentukan nilai tekanan seismik padadinding penahan tanah. Namun metoda yangtelah banyak dirujuk secara luas inimempunyai keterbatasan dalam halmenentukan besarnya tekanan seismik yangdiakibatkan oleh adanya batasan geometridinding penahan tanah serta nilai data seismikyang digunakan.

Metode Mononobe-Okabe telah digunakanoleh Trandafir et al. (2009) dalam studi untukmempelajari perilaku perpindahan yang terjadipada dinding penahan tanah tipe gravitasiakibat bahaya gempabumi. Kajian ini jugasekaligus mempelajari efektivitas dari angkurdalam menjaga stabilitas lereng. Dari kajiantersebut didapati bahwa perpindahan dinamis,baik arah horizontal dan vertikal, pada dindingpenahan tanah lebih besar dibandingkan lerengyang di angkur.

Pada kasus dalam kajian ini, metodaMononobe-Okabe tidak memberikan hasil yangwajar secara aplikasi. Untuk itu maka diadopsipenggabungan teori mekanika tanah dandinamika tanah untuk dapat menghasilkan

metoda analisis stabilitas dinding penahantanah dinamis yang memuaskan. Dalam tulisanini disampaikan kajian terhadap metodaanalisis dinamis dinding penahan tanahkantilever dengan memanfaatkan persamaandasar kesetimbangan dinamis strukturgeoteknik.

Data yang digunakan dalam kejian inidiperoleh dari hasil penyelidikan tanah dilokasi konstruksi dinding penahan tanah dikota Padang Panjang. Nilai beban seismik yangdigunakan dihitung berdasarkan disain spektrakota Padang Panjang menggunakan PetaZonasi Gempa Indonesia tahun 2012. Proseduranalisis yang diaplikasikan diharapkan dapatmemberikan solusi analisis dinamis dindingpenahan tanah kantilever yang rasional.Selanjutnya solusi tersebut dapat memberikannilai-nilai yang memuaskan dalam perencanaanpraktis.

2 PROSEDUR PERHITUNGAN

2.1 Beban Gempa

Dalam analisis dinamis dinding penahan tanahakibat gempabumi, perhitungan beban gempayang bekerja merupakan langkah awal yangmenentukan angka-angka stabilitas dan nilai-nilai geometrik yang mempengaruhinya. Untukitu maka diperlukan kejelian dalam memilihmetoda yang memberikan nilai-nilai yang logissehigga menghasilkan solusi yang memuaskan.Kemampuan untuk mempertimbangkan nilai-nilai yang dapat diterima secara logissesungguhnya merupakan faktor yang sangatpenting dalam aplikasi nyata.

Penentuan nilai beban gempa yang bekerjapada dinding penahan tanah dalam kajian inidilakukan dengan mengadopsi prosedur disainspektra yang sering dilakukan untuk analisisdinamis bangunan gedung. Seiring dengankemajuan pengetahuan kegempaan, dimanapenentuan zona gempa yang ada saat inidilakukan dengan lebih mendalam danmenditail seperti yang telah dilakuan olehIrsyam dkk (2010), maka perlu jugapemanfaatan disain spektra untuk penerapan dianalisis struktur non gedung. Bentuk umumdari disain spektra adalah seperti ditampilkanpada Gbr. 1. berikut.

20th Annual National Conference on Geotechnical EngineeringJakarta-INDONESIA,15-16 November 2016

79

Gbr. 1. Bentuk umum spektra disain

Gbr. 2. Massa yang bergerak akibat beban gempapada dinding penahan tanah

Untuk mendapatkan beban gempa yangbekerja pada struktur dinding penahan tanahyang ditinjau, maka harus didapatkan nilai dariperioda sistem yang melibatkan massa dankekakuan dari sitem tersebut. Massa sistemdihitung dengan melibatkan elemen-elemensistem yang bergerak sebagai akibat adanyabeban seismik horizontal (lihat Gbr. 2).Sedangkan kekakuan dari sistem dihitungdengan mengadopsi kekakuan pegas ekivalendari sistem untuk struktur pondasi persegi kakuyang mendukung gaya dinamis horizontaldengan formula dari Barkan (1962) dalamWhitman dan Richart (1967), sebagai berikut:

k = 2(1+) G Fx (BL)0.5 (1)

dimana: = Poisson RatioG = Modulus geser tanahFx = Faktor dari rasio L/BL = Panjang tapakB = Lebar tapak

Perioda dari sistem dinding penahan tanahselanjutnya dapat dihitung dengan meggunakanpersamaan berikut:

T =1/ fn (2)

dimana:fn = (

1/2) (k/m)0.5

k = kekakuan pegas tanahm = massa total

Perioda dari sistem selanutnya digunakanuntuk menentukan spektrum percepatan yangnantinya dipakai dalam perhitungan beban-beban inersia yang bekerja pada dindingpenahan tanah.

2.2 Perhitungan Stabilitas

Setelah mendapatkan nilai-nilai beban yangbekerja pada sistem dinding penahan tanah,selanjutnya stabilitas dinding penahan tanahdihitung berdasarkan perbandingan dari gaya-gaya dan tegangan yang menahan dengan gaya-gaya dan tegangan yang aktif bekerja terhadapstabilitas yang ditinjau.

Pada Gbr, 3 ditampilkan gaya-gaya yangdipertimbangkan bekerja pada sebuah dindingpenahan tanah dalam studi yang dilakukan olehTrandafir et. al (2009). Dalam studi ini beban-beban serupa juga diperhitungkan namundimodifikasi untuk dinding penahan tanah tipekantilever. Uraian lebih lanjut dari beban-beban tersebut disampaikan dalam contohkasus pada bagian berikut.

spek

tra

perc

epat

an (

g)

perioda (detik)

m2

m1

20th Annual National Conference on Geotechnical EngineeringJakarta-INDONESIA,15-16 November 2016

80

Gbr. 3. Gaya-gaya yang dipertimbangkan pada analisis geser dalam studi oleh Trandafir et. al (2009)

3 KASUS DINDING KANTILEVER

Prosedur perhitungan yang dijabarkan pada bagiansebelumnya telah diaplikasikan untuk menganalisisstabilitas dinding penahan tanah kantilever untukmenahan badan jalan di kota Padang Panjang,Sumatera Barat. Untuk mendapatkan data yangdiperlukan dalam analisis, telah dilakukan investigasilapangan pada lokasi dinding tersebut. Pada Gbr. 4.ditampilkan satu potongan penampang dari dindingpenahan tanah kantiver dengan tinggi 7 hingga 9 m.

Gbr. 4. Spektrum disain untuk kota Padang Panjang

Tabel 1. Perhitungan massa pada sistem dinding.

Nama lebar tinggi brt sat. Beratbagian (m) (m) (kN/m3) (kN/m)

W1 = 0.25 8.65 24 51.9W2 = 0.15 8.65 24 31.14W3 = 3.5 0.35 24 29.4W4 = 3.1 8.65 15 402.23

Wtot = 514.67Wae = 1/2*BV*H*(Lae) = 202.5

m (t/m') = (Wtot + Wae) /g = 73.11

Kekakuan pegas ekivalen dari sistem dindingpenahan tanah, dihitung dengan menggunakanpersamaan (1) diatas, adalah:

k = 85046 (kN/m2)

Selanjutnya dengan, berdasarkan nilai massa dankekakuan tersebut, perioda dari sistem dapatditentukan dengan menggunakan persamaan (2) dandidapat nilai sebesar:

T = 0.0187 detik

Berdasarkan nilai perioda tersebut, maka dari Gbr. 4dapat diambil nilai spektrum percepatan sebesar 0.5.Nilai ini selanjutnya dipergunakan untuk menghitunggaya tekan yang bekerja akibat beban dinamik padadinding penahan tanah.

PERTEMUAN ILMIAH TAHUNAN XX HATTIGeotechnical Role To Accelerate Infrastructure

Construction In Indonesia, 15-16 November 2016

81

Selanjutya nilai-nilai stabilitas dinding terhadapbahaya guling dan pergeseran dapat dintentukandengan membandingkan nilai gaya-gaya yang menahandan gaya yang yang mengakibatkan bahaya tersebut.Berdasarkan rasio tersebut, dapat ditentukan dimensidinding yang menghasilkan nilai keamanan kritisterhadap kestabilan guling atau geser, sepertiditampilkan pada Gbr. 5.

Tabel2. Perhitungan momen pada sistem dinding.

Nama Mr MoBagian (kN.m / m1) (kN.m / m1)

W1 = 69.3 120.5W2 = 36.1 50.0W3 = 82.6 2.6W4 = 1210.7 933.6

Mr.tot = 1398.7 1106.6Tekanan tanah timbunan

Pae= 1215.0Wae = 911.25

Gbr. 5. Dimensi minimum dinding kantilever hasil analisis beban gempa

DAFTAR PUSTAKA

Trandafir, A.C., Kamai, T., and Sidle, R.C., 2009. Earth-quake-induced displacements of gravity retaining wallsand anchor-reinforced slopes, Soil Dynamics and Earth-quake Engineering, Vol. 29, Issue 3, March 2009: 428-437

Ertugrula, O.L and Trandafir, A.C., 2014. Seismic earthpressures on flexible cantilever retaining walls with de-formable inclusions, Journal of Rock Mechanics andGeotechnical Engineering, Vol. 6, issue 5, Oct. 2014:417-427

Vrettos. C., Beskos, D.E., Triantafyllidis, T., 2016. Seismicpressures on rigid cantilever walls retaining elastic con-tinuously non-homogeneous soil: An exact solution, SoilDynamics and Earthquake Engineering, Vol. 82, March2016: 142-153

Irsyam, M., Sengara, I.W.S, Aldiamar, F., Widiyantoro, S.,Triyoso, W., Hilman, D., Kertapati, E., Meilano, I., Su-hardjono, Asrurifak, M., dan Ridwan, M., 2010.Ringkasan Hasil Studi Tim Revisi Peta Gempa Indonesia2010, Bandung, 1 Juli 2010

Whitman, R.V. and Richart, F.E.Jr. (1967). Design proce-dure for dynamically loaded foundations, Journal of theSoil Mech. and Foundation Div. ASCE. 93 (SM6), 169-193