7

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Dinding Penahan Tanah

Asal mula dibuatnya konstruksi dinding penahan tanah adalah akibat bertambah

luasnya kebutuhan kontruksi penahan yang digunakan untuk mencegah agar

tidak terjadi kelongsoran menurut kemiringan alaminya. Sebagian besar bentuk

dinding penahan tanah adalah tegak (vertikal) atau hampir tegak kecuali pada

keadaan tertentu yang dinding penahan tanah dibuat condong ke arah urugan.

2.1.1 Definisi Dinding Penahan Tanah

Dinding penahan tanah adalah struktur yang didesain untuk menjaga dan

mempertahankan dua muka elevasi tanah yang berbeda. (Coduto, 2001)

Bangunan dinding penahan tanah digunakan untuk menahan tekanan tanah lateral

yang ditimbulkan oleh tanah urug atau tanah asli yang labil. Bangunan ini lebih

banyak digunakan pada proyek-proyek: irigasi, jalan raya, pelabuhan, dan lain-

lainnya. Elemen-elemen pondasi, seperti bangunan ruang bawah tanah

(basement), pangkal jembatan (abutment), selain berfungsi sebagai bagian bawah

dari struktur, berfungsi juga sebagai penahan tanah di sekitarnya. (Hardiyatmo,

2002)

8

2.1.2 Macam Dinding Penahan Tanah

Jenis-jenis dinding penahan tanah beraneka ragam, disesuaikan dengan keadaan

lapangan dan aplikasi yang akan digunakan. O’Rourke dan Jones (1990)

mengklasifikasikan dinding penahan tanah menjadi dua kategori yaitu sistem

stabilisasi eksternal dan sistem stabilisasi internal serta sistem hybrid yang

merupakan kombinasi kedua metode tersebut (lihat gambar 2.1).

Sistem stabilisasi eksternal merupakan sistem yang memanfaatkan berat dan

kekakuan struktur; dan sistem stabilisasi internal yang memperkuat tanah untuk

mencapai kestabilan yang dibutuhkan.

Earth-Retaining Structures

Externally Stabilized Systems Internally Stabilized Systems

In-Situ Walls Gravity Walls• Sheet Pile

- Steel- Concrete

• Soldier Pile• Cast in-situ

- Slurry- Secant- Tangent

• Soil Cement

• Massive- Stone- Unreinforced masonry- Unreinforced concrete

• Cantilever- Reinforced masonry- Reinforced cement

• Counterfort and buttress• Gabion• Crib• Bin• Cellular cofferdam

• Reinforced earth• Geotextile

• Soil nailing• Reticulated micropiles

Reinforced Soils In-Situ Reinforcement

Cantilevered Braced Tied-Back• Cross-lot• Rakers

• Augered- Straight- Belled

• Pressure-injected• Screw• Deadman

Hybrid System• Tailed gabions• Tailed masonry

Gambar 2.1 Klasifikasi Dinding Penahan Tanah

9

a. Sistem Stabilisasi Eksternal

Sistem stabilisasi eksternal adalah sistem dinding penahan tanah yang menahan

beban lateral dengan menggunakan berat dan kekakuan struktur. Sistem ini

merupakan sistem satu-satunya yang ada sebelum tahun 1960, dan sampai saat

ini masih umum digunakan.

Sistem ini terbagi menjadi dua kategori yaitu dinding gravitasi yang

memanfaatkan massa yang besar sebagai dinding penahan tanah (lihat gambar

2.2); dan In-situ wall yang mengandalkan kekuatan lentur sebagai dinding

penahan tanah misalnya sheet pile wall (lihat gambar 2.3).

Gambar 2.2 Gravity Walls (Sumber: Earth Retaining Structures Manual, 2010)

10

Gambar 2.3 Sheet Pile Wall (Sumber: Coduto, 2001)

b. Sistem Stabilisasi Internal

Sistem stabilisasi internal merupakan sistem yang memperkuat tanah untuk

mencapai kestabilan yang dibutuhkan. Sistem ini berkembang sejak tahun 1960

dan dibagi menjadi dua kategori yaitu reinforced soils; dan in-situ reinforcement.

Reinforced soils merupakan sistem yang menambah material perkuatan saat

tanah diurug, sedangkan in-situ reinforcement merupakan sistem yang

menambah material perkuatan dengan cara dimasukkan ke dalam tanah.

Gambar 2.4 Mechanically Stabilized Earth (Sumber: Earth Retaining Structures Manual, 2010)

11

2.1.3 Kegunaan Dinding Penahan Tanah

Dinding penahan tanah sudah digunakan secara luas dalam hubungannya dengan

jalan raya, jalan kereta api, jembatan, kanal dan lainnya. Aplikasi yang umum

menggunakan dinding penahan tanah antara lain sebagai berikut:

a. Jalan raya atau jalan kereta api yang dibangun di daerah lereng.

b. Jalan raya atau jalan kereta api yang ditinggikan untuk mendapatkan

perbedaan elevasi.

c. Jalan raya atau jalan kereta api yang dibuat lebih rendah agar didapat

perbedaan elevasi.

d. Dinding penahan tanah yang menjadi batas pinggir kanal.

e. Dinding khusus yang disebut flood walls, yang digunakan untuk

mengurangi/menahan banjir dari sungai.

f. Dinding penahan tanah yang digunakan untuk menahan tanah pengisi dalam

membentuk suatu jembatan. Tanah pengisi ini disebut approach fill dan

dinding penahan disebut abutments.

g. Dinding penahan yang digunakan untuk menahan tanah di sekitar bangunan

atau gedung-gedung.

h. Dinding penahan tanah yang digunakan sebagai tempat penyimpanan

material seperti pasir, biji besi, dan lain-lain.

12

Gambar 2.5 Aplikasi Dinding Penahan Tanah (sumber: Hungtington, 1961)

13

2.2 Mechanically Stabilized Earth (MSE)

2.2.1 Pengertian Umum MSE

Mechanically stabilized earth (MSE) merupakan perkuatan dengan sistem

stabilisasi internal yang memanfaatkan pengalihan atau penyaluran tegangan dari

elemen perkuatan kepada tanah urug yang terjadi melalui gesekan antara

permukaan elemen perkuatan dengan tanah dan tahanan pasif yang timbul antara

bagian elemen perkuatan yang berarah tegak lurus terhadap arah pergerakan

relatif antara tanah dengan perkuatannya.

Gambar 2.6 Mekanisme Transfer Gaya Pada MSE (Sumber: FHWA, 2009)

14

Konsep ini pertama kali dikembangkan oleh Henri Vidal dari Prancis pada tahun

1969 dengan nama Reinforced Walls. Vidal menggunakan panel-panel beton

yang diikatkan dengan baja strip yang membentang dari panel beton hingga

panjang tertentu ke dalam tanah. Panel-panel beton yang tertekan oleh tanah di

belakangnya akan ditahan oleh baja-baja strip yang memiliki tahanan geser

akibat gaya gesek dengan tanah. Interaksi antara panel beton, baja strip dan tanah

inilah yang bekerja sama menahan tekanan tanah lateral (Gouw, 1996). Sistem

yang ditemukan oleh Vidal ini kemudian berkembang dalam berbagai variasi,

antara lain:

1. Panel muka dengan perkuatan baja strip

2. Panel muka dengan jaring-jaring baja

3. Panel muka dengan jangkar atau angkur

4. Panel muka dengan geosintetik

5. Perkuatan tanah dengan geosintetik

Gambar 2.7 Panel Muka Dengan Perkuatan Baja Strip

15

Gambar 2.8 Panel Muka Dengan Jaring-Jaring Baja

Gambar 2.9 Panel Muka dengan Angkur (Sumber: Yoo. 2003)

16

Gambar 2.10 Panel Muka Dengan Geosintetik

Gambar 2.11 Perkuatan Tanah Dengan Geosintetik

17

2.2.2 Komponen Utama MSE

Pada dasarnya MSE terdiri dari tiga komponen utama yaitu bagian muka (panel

muka), elemen perkuatan, dan tanah urug.

1. Bagian Muka (Panel Muka)

Panel muka berfungsi untuk menjaga material tanah agar tidak gugur atau

tererosi. Dalam kasus tertentu, panel muka juga dapat berfungsi untuk

mengakomodasi drainase. Umumnya panel muka dapat menggunakan panel

beton pra-cetak, modular blok, gabions, wire-mesh, shotcrete, geotekstil.

Gambar 2.12 Panel Muka Beton Pra-Cetak (sumber: FHWA, 2009)

18

Gambar 2.13 Panel Muka Modular Blok (sumber: FHWA, 2009)

2. Elemen Perkuatan

19

Elemen perkuatan yang digunakan dapat dikelompokkan menjadi dua

kategori yaitu material dengan regangan kecil atau relatif tidak meregang

(inextensible material) misalnya baja; material dengan regangan yang relatif

besar (extensible material) misalnya geosintetik.

Perkuatan Besi Strip

Besi strip berfungsi sebagai perkuatan pada dinding penahan tanah, gaya

gesekan antara besi strip dengan tanah digunakan untuk menahan gaya

pendorong pada dinding penahan tanah. Selain itu perkuatan diberikan

galvanis untuk mencegah korosi. Tebal minimum galvanis untuk

perlindungan korosi terdapat pada tabel 2.1 yaitu:

Tabel 2.1 Tebal Minimum Pelapisan Galvanis (AASHTO-M110 dan

ASTM-A123)

Kategori Ketebalan Ketebalan Minimum

Galvanis

< 1/4 inch (6,4 mm) 3,4 mils (85 μm) Strip

> 1/4 inch (6,4 mm) 3,9 mils (100 μm)

Wire* All diameters 3,4 mils (85 μm)

*for bar mats fabricated from uncoated steel wire.

Sumber: FHWA, 2009

Kecepatan terjadinya korosi dapat dilihat pada tabel di bawah. Kecepatan

korosi di bawah dapat digunakan untuk konservatif desain. Kecepatan ini

berdasarkan pada tanah urug yang cukup korosif.

20

21

Tabel 2.2 Kecepatan Korosi Besi

Untuk zinc/bidang sentuh: 0,58 mils/yr (15 μm/tahun) (untuk 2 tahun

pertama)

0,16 mils/yr (4 μm/tahun) (untuk tahun

berikutnya)

Untuk besi/bidang sentuh: 0,47 mils/yr (12 μm/tahun)

Sumber: FHWA, 2009

Mengacu pada tabel 2.1 dan 2.2, maka untuk tebal minimum galvanis 85 μm

dapat bertahan selama 16 tahun pertama, setelah itu korosi akan terjadi pada

besi.

3. Tanah Urug

Tanah urug umummnya dianjurkan untuk menggunakan tanah granular sebab

tanah granular memiliki kemampuan menyalurkan tegangan, ketahanan dan

drainase yang lebih baik dibandingkan tanah lempung.

Kriteria penggunaan penggunaan tanah urug harus mempertimbangkan

pengaruh jangka panjang keseluruhan struktur dan pengaruh terhadap

material perkuatan.

Tanah urug yang digunakan harus bebas dari material organik dan bahan

merusak lainnya serta harus sesuai kriteria gradasi. Tanah urug harus

memiliki gradasi yang baik, serta hindari penggunaan material tidak stabil

22

dan gradasi tidak merata karena dapat terjadi erosi dan penyumbatan

drainase.

Tabel 2.3 Ketentuan Material Granular Pada MSEW

U.S. Sieve Size Percent Passing

4 in. (102 mm)(a) 100

No. 40 (0,425 mm) 0-60

Gradation

(AASHTO T-27)

No. 200 (0,075 mm) 0-15

Plasticity Index, PI

(AASHTO T-90) PI ≤ 6

Notes:

(a)Ukuran maksimum partikel harus disesuaikan dengan penggunaan material

perkuatan yang digunakan. Untuk penggunaan material geosintetik, ukuran

dapat dikurangi menjadi ¾ in (19 mm).

Sumber: FHWA (2009)

2.2.3 Metode Pelaksanaan

Metode pelaksanaan MSE cukup mudah dan cepat, yang terdiri dari serangkaian

pekerjaan yang berulang yaitu persiapan material, penimbunan, pemadatan,

pemasangan perkuatan, pemasangan elemen panel muka. Dalam pelaksanaan ini

tidak dibutuhkan kemampuan khusus sehingga dapat menggunakan tenaga

pekerja lokal. Metode pelaksanaan dibagi beberapa tahap yaitu:

a. Prakonstruksi

23

Pada tahap ini dilakukan pertimbangan ulang atas desain yang telah dilakukan

dengan mempertimbangkan kondisi lapangan, apakah dapat dilakukan

penggalian sesuai panjang penjangkaran yang dibutuhkan, keadaan pondasi

tanah, ketersediaan material yang sesuai, metode konstruksi (urutan pekerjaan,

proses pemadatan, sambungan, dll)

b. Fabrikasi material

Fabrikasi material dapat dilakukan di lapangan atau di pabrik. Fabrikasi

material berupa pencetakan beton panel untuk keperluan panel muka. Setiap

panel dibuat sesuai desain yang telah ditentukan sehingga saat di lapangan

hanya disusun. Toleransi maksimum untuk dimensi keseluruhan panel adalah

0,5 inch (13 mm).

Selain itu juga fabrikasi material perkuatan yaitu besi. Besi harus diberikan

perlindungan terhadap korosi dengan diberi galvanis.

24

Gambar 2.14 Pencetakan Panel Beton (Sumber: FHWA, 2009)

c. Konstruksi

1. Pembuatan leveling pad

Dimensi ukuran leveling pad disesuaikan dengan kondisi lapangan dan

desain, umumnya memiliki ketebalan 6 inches (150 mm) dengan lebar 8

inches (200 mm). Kuat tekan beton juga harus memenuhi spesifikasi

minimum yang telah ditentukan. Toleransi untuk kerataan leveling pad

adalah 1/8 inch (3 mm)

2. Pemasangan panel

Pemasangan panel dilakukan dengan alat berat karena dimensi panel yang

cukup besar dan berat. Antar panel dikunci dengan klep sementara, untuk

25

mencegah pergeseran. Hubungan antara panel yang satu dengan yang lain

juga diberi bearing pad sebagai tempat dudukan untuk memberi ruang

gerak antar panel.

Gambar 2.15 Pemasangan Panel (Sumber: FHWA, 2009)

Gambar 2.16 Bearing Pads (Sumber: FHWA, 2009)

3. Pengurugan dan pemadatan material

26

Pemadatan dilakukan sampai tingkat kepadatan yang telah ditentukan.

Pada jarak sekitar 3 kaki ( 1 m ) dari facing menggunakan vibrator roller

atau stamper, karena dapat menganggu kemiringan dinding.

Gambar 2.17 Penggunaan Alat Berat Pada Bagian Jauh dari Dinding (Sumber: FHWA, 2009)

Gambar 2.18 Penggunaan Alat Berat yang Kecil Pada Bagian Dekat Dinding (Sumber: FHWA, 2009)

4. Pemasangan elemen perkuatan

27

Elemen perkuatan kemudian dipasang ke panel sesuai dengan elevasi yang

telah ditentukan.

Gambar 2.19 Pemasangan Elemen Perkuatan (Sumber: FHWA, 2009)

Gambar 2.20 Tipe Sambungan Pada Perkuatan Strip dan Jaring (Sumber: FHWA, 2009)

Kemudian dilakukan secara berulang sampai didapat ketinggian yang telah

ditentukan atau sesuai desain.

28

d. Pengawasan

Setelah konstruksi selesai, maka diperlukan pengawasan selama masa

pemeliharaan atau untuk kepentingan lainnya. Pengawasan yang dilakukan

dapat berupa pergerakan horisontal dan vertikal dinding yang dapat

menggunakan alat tiltmeters, surveying, maupun pengamatan secara visual.

29

2.2.4 Kelebihan dan Kekurangan MSE

Kelebihan penggunaan MSE adalah:

a. Prosedur konstruksi yang mudah dan cepat, karena tidak membutuhkan

keahlian khusus dan peralatan khusus karena sebagian besar pekerjaan hanya

mencakup pemasangan dan pemadatan.

b. Tidak membutuhkan ruang yang besar di bagian depan struktur untuk

keperluan konstruksi.

c. Tidak membutuhkan pondasi yang dalam karena strukturnya sendiri dapat

menoleransi terhadap deformasi, selain itu lebih tahan terhadap beban gempa

daripada struktur dinding beton.

d. Secara teknik mampu menahan sampai ketinggian lebih dari 30 m (100 kaki).

e. Facing yang dapat dibuat berbagai bentuk dan tekstur untuk pertimbangan

estetika. Susunan batu bata, kayu, dan gabions juga dapat digunakan untuk

menampilkan keselarasan dengan lingkungan.

Kekurangan penggunaan MSE antara lain:

a. Membutuhkan ruang yang cukup besar di bagian belakang dinding untuk

pemasangan penjangkaran.

b. Membutuhkan material timbunan yang granular. Pada beberapa tempat,

ketidaktersediaan bahan timbunan yang granular menjadikan metode ini tidak

ekonomis.

30

2.3 Perencanaan Dinding MSE

Perencanaan dinding MSE terdiri dari beberapa bagian yang direncanakan dan

dianalisa, yaitu:

1. Umur Rencana

2. Facing panel

3. Dimensi levelling pad

4. Kedalaman penanaman struktur

5. Panjang penjangkaran

6. Dimensi perkuatan pelat besi yang meliputi tebal pelat, lebar pelat.

7. Drainase

Levelling Pad

Facing Panel

Length of Reinforcement (L)

Hei

ght o

f Wal

l (H

)

Sh

Sv

Dep

th o

f Em

bedm

ent (

d)

Reinforced Backfill Retained Backfill

Foundation Soil

31

Gambar 2.21 Penampang MSE-Wall Dengan Perkuatan Besi Strip

2.3.1 Umur Rencana

Perencanaan masa layan suatu MSEW didasarkan pada pertimbangan pengaruh

jangka panjang terhadap potensi kerusakan dari material, rembesan dan pengaruh

keadaan lingkungan terhadap kompenen material.

Minimum umur rencana untuk suatu dinding penahan tanah permanen adalah 75

tahun, sedangkan untuk aplikasi sementara biasa dirancang untuk masa layan 36

bulan atau kurang. Untuk struktur yang memiliki fungsi fital bisa memiliki umur

rencana lebih dari 100 tahun.

Kualitas saat melakukan pekerjaan konstruksi memegang peranan penting dalam

umur konstruksi. Struktur dibuat dengan mempertahankan estetika pada tampilan

luarnya dan tidak memerlukan pemeliharaan yang signifikan pada masa layan

mereka.

2.3.2 Panel Muka

Panel muka merupakan bagian dari struktur depan yang terbuat dari beton pra-

cetak, yang saling terkunci dan menyatu. Antara panel yang satu dengan panel

yang lain disatukan dengan dowels bars sehingga bersifat fleksibel dan dapat

menoleransi perbedaan penurunan (differential settlement).

Facing sangat penting dalam unsur estetika karena hanya facing yang satu-

satunya terlihat dari luar setelah konstruksi selesai. Dalam beberapa konstruksi

dapat berfungsi sebagai saluran drainase. Tebal minimum beton facing adalah

32

140 mm (5,5 inch) dan dapat berbentuk persegi, segitiga, bujur sangkar,

heksagonal dan lain-lain. Dimensi panel beton adalah tinggi 1,5 m (5 kaki)

dengan lebar 1,5 – 3 m (5 – 10 kaki).

2.3.3 Dimensi Leveling Pad

Leveling pad umumnya terbuat dari beton (umumnya 2500 psi atau 17,2 Mpa).

Mutu beton dan ketebalan harus dapat menahan beban sehingga mengizinkan

terjadinya retak saat terjadi penurunan setempat untuk meredam konsentrasi

tegangan yang terjadi.

Ketebalan leveling pad umumnya 6 inch (150 mm), sedangkan lebarnya harus

lebih besar minimum 3 inch (75 mm) dari ketebalan panel muka. Misalkan

ketebalan panel muka 6 inch (150 mm) maka lebar leveling pad adalah 12 inch

(300 mm). Toleransi untuk kerataan leveling pad adalah 1/8 inch (3 mm) untuk

setiap 10 ft (3 m).

Gambar 2. 22 Potongan Penampang Levelling Pad (sumber: FHWA, 2009)

33

2.3.4 Kedalaman Penanaman Struktur

Kaki struktur harus ditanam di bawah permukaan tanah untuk menghindari

terjadinya kegagalan lokal. Dengan kondisi tanah dasar yang baik, maka

minimum penanaman (embedment) adalah H/20 (untuk wall) dan H/10 (untuk

pangkal jembatan) dan tidak boleh kurang dari 2 ft (0,6 m). Untuk kondisi tanah

dasar yang lunak, maka kedalaman penanaman dapat ditambahkan, sedangkan

untuk kondisi tanah pondasi yang baik dan kuat, maka embedment tidak

diperlukan.

Tabel 2.4 Kedalaman Minimum Embedment

Kondisi Kemiringan Tanah Di Depan

Dinding

Kedalaman Minimum Embedment dari

Bagian Atas Levelling Pad

Semua Kemiringan 2 ft (0,6 m)

Horisontal (walls) H/20

Horisontal (abutments) H/10

3H : 1V H/10

2H : 1V H/7

1,5H : 1V H/5

Sumber: FHWA (2009)

Ada dua tipe embedment yaitu embedment dengan ketinggian tanah yang rata,

dan dengan kemiringan.

34

Gambar 2.23 Embedment, (a) Embedment dengan ketinggian tanah

yang rata, (b) Embedment dengan ketinggian tanah yang miring.

(sumber: FHWA, 2009)

2.3.5 Panjang Penjangkaran

Penentuan panjang penjangkaran dapat ditentukan dari beberapa cara seperti di

bawah ini. Dari hasil perhitungan panjang penjangkaran di bawah, maka dipilih

hasil yang paling besar.

1. Panjang penjangkaran minimum adalah 0,7 tinggi struktur atau minimal 3

meter. Yang dimaksud tinggi struktur adalah tinggi dari levelling pad sampai

ke atas struktur.

..................................................................... (2.1)

35

2. Stabilitas Geser (Statik)

Stabilitas geser yaitu perbandingan gaya yang menahan dengan gaya-gaya

yang mendorong. Dengan perbandingan gaya penahan dan pendorong, akan

didapat suatu faktor keamanan stabilitas geser. Jika analisa dibalik, dimana

kita menentukan faktor keamanan yang diinginkan, maka akan didapat

panjang penjangkaran minimum sesuai faktor keamanan tertentu.

H

d

L

Reinforced Soil Retained Fill

Foundation Soil

Rv

F1

F2

q

F3

Gambar 2.24 Gaya Yang Bekerja Pada Kondisi Geser

...................................................................... (2.2)

Gaya yang menahan terjadinya keruntuhan geser adalah gaya berat struktur

sendiri ) dan gaya pasif akibat tanah di depan struktur (F3),

sedangkan gaya yang mendorong terjadinya keruntuhan geser adalah

36

tegangan lateral tanah akibat tanah di bagian belakang struktur (F2) dan

beban luar tambahan yang bekerja (F1).

..................................................................... (2.3)

Rv = resultan gaya vertikal yang bekerja yaitu beban sendiri tanah (kN)

......................................................................................... (2.4)

F1 = tegangan lateral aktif akibat beban luar tambahan yang berupa beban

merata (kN)

............................................................................... (2.5)

F2 = tegangan lateral aktif tanah di bagian belakang struktur (kN)

...................................................................... (2.6)

F3 = tegangan lateral pasif tanah di bagian belakang struktur (kN)

...................................................................... (2.7)

............................ (2.8)

........................... (2.9)

Jika persamaan 2.4 – 2.7 disubstitusi ke dalam persamaan 2.3, maka menjadi:

............................................ (2.10)

Jika rumus analisa FK geser di atas dijabarkan, maka akan didapat rumus

panjang penjangkaran minimum sesuai FK yang diinginkan, sebagai berikut:

............................. (2.10)

37

Dalam analisa dinding penahan tanah, gaya pasif tidak diperhitungkan,

sehingga pers. 2.10 menjadi:

.................................................... (2.11)

Keterangan:

= sudut geseran antara dasar dinding dengan tanah pendukung (diambil

yang terkecil antara sudut geser tanah urug yang membentuk dinding

perkuatan dengan sudut geseran tanah dasar)

L = panjang penjangkaran (m)

d = kedalaman penanaman/embedment (m)

3. Stabilitas Guling (Statik)

Stabilitas guling merupakan stabilitas yang ditinjau berdasarkan kondisi

tanah yang terguling. Momen yang menyebabkan terjadinya guling adalah

gaya dorongan aktif tanah dan beban terhadap titik pusat guling. Sedangkan

gaya yang menahan guling adalah gaya beban sendiri tanah dan gaya pasif

bagian depan tanah terhadap titik pusat guling.

Titik pusat guling berada pada ujung bagian bawah dinding penahan tanah.

............................................................. (2.12)

Keterangan:

= momen guling yang disebabkan F1 dan F2 terhadap titik pusat

guling yang berjarak H/2 untuk F1 ; H/3 untuk F2 dan d/3 untuk F3 .

............................................................... (2.13)

38

= ................................................................. (2.14)

............................................................... (2.15)

H

d

L

Reinforced Soil Retained Fill

Foundation Soil

Rv

F1

F2

q

H/2

H/3

L/2

F3

d/3

Gambar 2.25 Momen Yang Bekerja Pada Kondisi Guling

Jika persamaan 2.4 – 2.7 disubstitusi ke dalam persamaan 2.15, maka

menjadi:

...................................... (2.16)

.................................. (2.17)

39

Dalam analisa dinding penahan tanah, gaya pasif tidak diperhitungkan,

sehingga pers. 2.17 dapat juga ditulis:

................................................... (2.18)

40

4. Stabilitas Geser (Seismik)

Dalam kondisi gempa bumi, tanah di belakang struktur tetap memberikan

sebuah gaya dorong horisontal yang dinamis (PAE) selain gaya dorong statis,

begitu juga dengan gaya dorong pasif akibat gempa pada tanah bagian depan

struktur. Selain itu, pada struktur sendiri juga terdapat gaya inersia horisontal

PIR = M , di mana M adalah massa dari bagian aktif dari bagian

perkuatan yang lebarnya 0,5H dan adalah koefisien percepatan

maksimum arah horisontal pada struktur. Gaya PAE dapat dievaluasi dengan

analisis pseudo-statis Mononobe-Okabe seperti yang ditunjukkan pada

gambar di bawah dan ditambahkan pada gaya statis yang bekerja pada

struktur.

Gambar 2.26 Eksternal Stabilitas Pada Kondisi Seismik

41

42

............................................................................... (2.19)

Besarnya massa tanah yang dipengaruhi adalah selebar 0,5 H sehingga

persamaan di atas dapat diubah menjadi:

................................................................ (2.20)

Dengan nilai adalah koefisien akselerasi maksimum yang terjadi pada

struktur yang didapat dari koefisien akselerasi maksimum pada tanah dengan

menggunakan persamaan yang direkomendasi oleh Segrestin dan Bastick

(1988).

...................................................................... (2.21)

Persamaan untuk PAE dapat menggunakan metode Mononobe-Okabe.

............................................................. (2.22)

..................................................................... (2.23)

(2.24)

adalah sudut kemiringan dinding penahan tanah yaitu 90°, sehingga

persamaan di atas dapat disederhanakan menjadi:

............................. (2.25)

Sedangkan untuk rumus PPE (gaya pasif akibat gempa) dapat menggunakan

rumus berikut:

43

............................................................. (2.26)

.................................................................... (2.27)

(2.28)

adalah sudut kemiringan dinding penahan tanah yaitu 90°, sehingga

persamaan di atas dapat disederhanakan menjadi:

............................. (2.29)

Keterangan:

...................................................................................... = sudut geser tanah

= ................................................................. (2.30)

dengan nilai Kh sama dengan dan Kv sama dengan nol, sehingga

persamaan di atas menjadi:

= ........................................................................ (2.31)

Berdasarkan FHWA 2001 bahwa gaya horisontal dengan gaya PAE dan PIR

tidak akan mencapai puncak secara simultan, sehingga nilai faktor untuk PAE

adalah sebesar 50%.

Dengan demikian, total gaya dorong, akibat kondisi seismik adalah sebagai

berikut:

44

.............................. (2.32)

Keterangan:

F1 : gaya aktif akibat beban (lihat persamaan 2.5)

F2 : gaya aktif akibat backfill (lihat persamaan 2.6)

Stabilitas eksternal pada struktur perkuatan tanah dihitung berdasarkan

penjumlahan gaya-gaya statik yaitu F1 dan F2 dengan gaya-gaya pada

kondisi seismik yaitu PAE dan PIR. Dan membandingkan dengan gaya

penahannya yaitu beban struktur dan gaya pasif statik (F3) dan 50% gaya

pasif seismik (PPE)

............................... (2.33)

Stabilitas seismik terhadap stabilitas eksternal ini kemudian dievaluasi.

Dengan minimum faktor keamanan pada seismik adalah 75 persen dari

faktor keamanan pada kondisi statis. (FHWA, 2009)

Faktor keamanan stabilitas geser dihitung dengan membandingkan gaya

horisontal yang mendorong dengan gaya penahan, yaitu sebagai berikut:

................................................... (2.34)

(2.35)

45

....................................................................................................................

........................................................................................................... (2.36)

Jika gaya pasif diabaikan maka, persamaan 2.36 menjadi:

(2.37)

5. Stabilitas Guling (Seismik)

Faktor keamanan stabilitas guling dihitung dengan membandingkan gaya

momen dorong dengan gaya momen penahan, yaitu sebagai berikut:

FS

..................................... (2.38)

Nilai Rv, F1, F2 dan F3 disubstitusi dengan persamaan 2.4 samapi 2.7,

sedangkan PIR menggunakan persamaan 2.20; PAE menggunakan persamaan

2.22; PPE menggunakan persamaan 2.26.

.......................................................................................................... (2.39)

....................................................................................................................

........................................................................................................... (2.40)

46

Rumus panjang penjangkaran yang mengabaikan tahanan pasif pada bagian

depan struktur menggunakan persamaan berikut:

(2.41)

6. Eksentrisitas

Eksentrisitas (e) adalah jarak antara resultan gaya dengan titik tengah

struktur. Nilai e dihitung dengan membagi total momen dibagi dengan gaya

vertikal. Nilai minimum e yang disyaratkan adalah L, sedangkan untuk

struktur dengan tanah dasar batuan, nilai minimum e adalah ¼ L.

Gambar 2.27 Distribusi Pembebanan Pada Tanah Dasar

47

................................................................ (2.42)

................................................... (2.43)

........................................................................... (2.44)

Jika persamaan 2.43 dan 2.44 dimasukkan ke dalam persamaan 2.42, maka

menjadi:

...................................................... (2.45)

Nilai F1, F2, F3 disubsitusi dengan persamaan 2.5 sampai 2.7.

..................... (2.46)

.......................... (2.47)

Jika tahanan pasif diabaikan, maka rumus panjang penjangkaran menjadi:

.................................................. (2.48)

Daya Dukung Pondasi

Daya dukung dihitung berdasarkan distribusi Meyerhof seperti terlihat pada

gambar 2.27.

.................................................................................. (2.49)

Keterangan:

48

qr = daya dukung yang bekerja pada bagian dasar dinding penahan tanah

(kN/m2)

.............................................................................. (2.50)

Rv = resultan gaya vertikal yang bekerja lihat pers. 2.44.

L = panjang penjangkaran/perkuatan (m)

e = eksentrisitas (m) yang dihitung dengan persamaan 2.45.

qult = daya dukung batas pada pondasi (kN/m2)

Daya dukung pondasi dihitung dengan rumus berikut yaitu:

................................................... (2.51)

Keterangan:

= kohesi tanah dasar (kN/m2)

= beban tanah yang dipengaruhi oleh kedalaman penanaman

................................................................................ (2.52)

= berat jenis tanah pada pondasi (kN/m3)

d = kedalaman penanaman pada kaki dinding / embedment (m)

= panjang penjangkaran (m)

= faktor daya dukung (after Vesic, 1973)

.......................................................... (2.53)

.................................................................. (2.54)

untuk ............................................................. (2.55)

..................................................................... (2.56)

49

Pada perhitungan dinding penahan tanah, d = 0 karena kedalaman penanaman

struktur tidak diperhitungkan (FHWA, 2009). Sehingga persamaan 2.51 menjadi:

.............................................................. (2.57)

Tegangan pasif pada sisi depan dinding penahan tanah diabaikan untuk antisipasi

kemungkinan bagian ini akan hilang dan sebagai tambahan faktor keamanan.

2.3.6 Dimensi Perkuatan Besi Strip

Dalam penentuan dimensi perkuatan besi strip, maka yang mempengaruhi adalah

bagian dalam struktur tersebut. Struktur perkuatan dapat dibagi menjadi dua

bagian yaitu daerah aktif (yang mendorong) dan daerah yang menahan. Daerah

aktif adalah bagian yang berada tepat di belakang panel muka. Pada daerah ini

tanah berusaha bergerak ke arah luar dinding. Tegangan yang timbul akibat

pergerakan ini mengarah ke luar, dan harus ditahan oleh elemen perkuatan. Gaya

tarik yang bekerja pada elemen perkuatan ini disalurkan ke daerah penahan

dimana tegangan geser tanah termobilisasi dalam arah yang berlawanan untuk

mencegah tercabutnya elemen perkuatan. Gambar berikut memperlihatkan dua

daerah ini. Elemen perkuatan membuat kedua daerah ini menyatu menjadi satu

kesatuan dinding penahan tanah. (Gouw, 1996)

Berdasarkan Federal Highway Administration tentang Mechanically Stabilized

Earth Walls and Reinforced Soil Slopes Design & Construction Guideline

terdapat dua pendekatan model keruntuhan internal struktur yaitu model

keruntuhan bilinier untuk perkuatan tipe inextensible (material perkuatan yang

memiliki regangan yang sangat kecil misalnya besi, lihat gambar 2.28a) dan

50

model Rankine untuk perkuatan tipe extensible (material perkuatan yang

memiliki regangan yang besar, misalnya geotekstil, lihat gambar 2.28b).

Biliniear dikenal juga dengan semiempirical coherent gravity, yang pertama kali

dikenalkan oleh Schlosser yang merupakan metode working stress berdasarkan

pada observasi lapangan dan laboratorium skala nyata. Asumsi mekanisme

pergerakan dinding adalah berpusat pada bagian ujung atas struktur. Garis bidang

keruntuhan diasumsi terbagi menjadi dua bagian.

Metode Rankine disebut juga tie-back wedge karena pola keruntuhan mengikuti

keruntuhan Rankine. Pada metode ini mengasumsi mekanisme pergerakan

dinding adalah berpusat pada ujung tumit bawah struktur. Berg et al.

menyarankan bahwa tie-back wedge lebih mewakili perilaku dinding penahan

tanah dengan perkuatan extensible. (Bonaparte, 1987).

51

Gambar 2.28 Model Keruntuhan Internal Struktur Perkuatan a) Tipe Inextensible; b) Tipe Extensible

52

Distribusi tegangan tanah lateral untuk setiap lapisan dihitung dengan

menggunakan koefisien tekanan tanah lateral seperti pada gambar di bawah.

Pada permukaan atas struktur sampai kedalaman 20 kaki (6 meter), perbandingan

koefisien tekanan tanah semakin bertambah. Sedangkan untuk kedalaman lebih

dari 20 kaki (6 meter), perbandingan koefisien tekanan tanah yang digunakan

adalah tetap.

Koefisien tekanan tanah lateral yang digunakan adalah hasil pembacaan dari

grafik di bawah yang dikalikan dengan Ka.

Gambar 2.29 Distribusi Koefisien Tekanan Tanah Lateral (after AASHTO, 1999)

53

Dengan mengasumsi model keruntuhan dan besarnya koefisien tekanan lateral,

maka tegangan horisontal yang bekerja pada tiap perkuatan di kedalaman tertentu

dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:

............................................................................................ (2.58)

Keterangan:

K = koefisien tekanan tanah lateral (dihitung berdasarkan gambar 2.29)

= tegangan vertikal yang bekerja pada level ke-i berdasarkan distribusi

Meyerhof.

.......................................................................................... (2.59)

Tensile

Tensile adalah gaya tarik yang bekerja pada tulangan (reinforcing bar) akibat

tekanan vertikal yang bekerja. Tekanan vertikal yang bekerja tidak boleh lebih

besar dari kuat tarik tulangan agak tidak terputus yang dapat menyebabkan

kegagalan struktur.

................................................................................................ (2.60)

Keterangan:

Td = kuat tarik perkuatan pelat besi (kN)

............................................................................... (2.61)

Ti = gaya tarik yang bekerja pada level ke-i (kN)

............................................................................ (2.62)

Sv = spasi vertikal (m)

54

Sh = spasi horisontal (m)

Berdasarkan FHWA, 2009 menyarankan agar jarak spasi horisontal dan vertikal

maksimum adalah 0,8 meter (32 inch), hal ini untuk mengakomodasi distribusi

gaya pada daerah perkuatan.

FK = faktor keamanan (FKputus > 1)

....................................................................................... (2.63)

Jika persamaan 2.41 yang merupakan analisa tahanan putus (tensile strength)

diubah menjadi persamaan 2.42, maka dapat dicari luas penampang perkuatan

minimum.

.................................................................................. (2.64)

Pull-Out

Pull-out adalah gaya yang bekerja pada permukaan tendon perkuatan yaitu

berupa gaya gesek antara material tanah dengan permukaan tulangan. Gaya pull-

out harus lebih besar dari gaya yang bekerja agar tendon perkuatan tidak tercabut

atau keluar dari struktur yang akan menyebabkan kegagalan pada struktur.

Tahanan Gesek (Pu)Gaya Tarik (Ti)

Leba

r Strip

Teba

l Stri

p

55

Gambar 2.30 Detail Penampang Perkuatan Besi Strip

................................................................................................ (2.65)

............................................................................... (2.66)

Keterangan:

Ti = gaya tarik pada level ke-i (kN)

Pu = pull-out resistance (kN)

= koefisien friksi antara material tanah dengan strip besi, yang ditentukan

dari grafik berikut.

Gambar 2.31 Koefisien Friksi Antara Material Tanah Dengan Strip Besi (sumber: FHWA, 2009)

Cu = koefisien keseragaman (D60/D10), jika Cu tidak diketahui, maka dapat

gunakan Cu = 4, sehingga pada puncak = 1,8

Bs = lebar strip besi (m)

= tegangan vertikal yang bekerja pada level ke-i (kN/m2)

56

Lei = panjang penjangkaran di luar daerah potensi longsor sesuai dengan model

keruntuhan (m)

Nilai Pu (pers. 2.44) dan Ti (pers. 2.40) jika disubstitusi pada persamaan 2.43,

maka akan didapat persamaan Faktor Keamanan (pers. 2.45)

.................................................................................... (2.67)

Pada persamaan 2.45 diganti posisi sehingga dengan memasukkan nilai faktor

keamanan yang diinginkan, maka dapat dihitung lebar minimum perkuatan strip.

....................................................................................... (2.68)

2.3.7 Drainase

Drainase memegang peranan penting dalam kinerja dinding penahan tanah.

Terdapat dua tipe drainase yaitu internal dan eksternal.

Drainase internal mempertimbangkan aliran air permukaan yang meresap ke

dalam struktur dinding penahan tanah maupun aliran air tanah pada belakang

struktur dinding. Drainase internal tergantung pada karakteristik tanah timbunan

yang digunakan.

57

Gambar 2.32 Contoh Penampang Drainase Internal Dengan Geotekstil (sumber: FHWA, 2009)

Sedangkan drainase eksternal mempertimbangkan aliran permukaan air yang

dapat menyebabkan erosi. Drainase eksternal tergantung pada lokasi struktur dan

faktor hidrogeologi.

58

Gambar 2.33 Contoh Penampang Drainase Eksternal (sumber: FHWA, 2009)

Tujuan dari drainase adalah mencegah pemampatan aliran sehingga terjadi

penumpukan air pada struktur. Selain itu, drainase berfungsi untuk

mengumpulkan dan membuang air sebelum memasuki struktur. Air yang

terkumpul dalam struktur dapat menyebabkan:

1. Meningkatnya tekanan air sehingga tekanan lateral tanah juga ikut

meningkat.

2. Piping, yaitu erosi air yang mengikis tanah menjadi suatu saluran seperti

pipa, yang semakin lama akan semakin besar dan struktur menjadi

kehilangan tanah pengisinya.

3. Erosi eksternal pada struktur, misalnya pada bagian bawah struktur,

sudut-sudut atau bagian atas struktur.

59

Gambar 2.34 Erosi Pada Bagian Bawah Struktur Dinding (sumber: FHWA, 2009)

2.4 MSE Dengan Perkuatan Geogrid

Dinding penahan tanah dengan perkuatan geogrid memiliki faktor rangkak yang

cukup tinggi (mencapai 10%), sehingga permukaan dinding penahan tanah tidak

dapat dibuat tegak, melainkan dibuat dengan kemiringan tertentu. Untuk

kemiringan dinding lebih kecil dari 8 derajat terhadap garis vertikal, maka

perhitungan koefisien lateral tanah dapat menggunakan persamaan 2.8.

60

Gambar 2.35 MSE Dengan Perkuatan Geogrid

Variasi nilai distibusi koefisien tegangan lateral sesuai dengan gambar 2.29 untuk

tipe geosintetik, yang memiliki nilai Kr/Ka = 1 sehingga koefisien tegangan yang

digunakan adalah Ka .

Pola kelongsoran menggunakan pola kelongsoran Rankine karena sifat material

yang extensible (gambar 2.28b). Panjang penjangkaran (Le) pada daerah penahan

(resistant zone) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut (FHWA,

2009):

...................................................................... (2.69)

Keterangan:

Le = panjang penjangkaran pada daerah penahan (m)

61

Tmax = gaya maksimum yang bekerja pada lapisan tersebut (pers. 2.40), dengan

nilai Sh dihitung per 1 meter lari.

FK = faktor keamanan tahanan cabut

F = koefisien friksi antara material tanah dengan perkuatan

.................................................................................... (2.70)

= faktor koreksi ( = 0,8 untuk geogrid; 0,6 untuk geotekstil)

Rc = rasio perbandingan material

......................................................................................... (2.71)

Karena tipe geogrid yang digunakan adalah menerus, maka Sh = b sehingg Rc = 1.

Gambar 2.36 Rasio Perbandingan Material Perkuatan

62

2.5 Metode Elemen Hingga

Metode elemen hingga merupakan metode perhitungan yang didasarkan pada

konsep diskretasi, yaitu pembagian suatu sistem struktur, massa atau benda padat

menjadi elemen-elemen yang lebih kecil. Pembagian ini memungkinkan sistem

yang memiliki derajat kebebasan tidak terhingga menjadi derajat kebebasan

terhingga, sehingga memudahkan perhitungan masing – masing elemen kecil.

Metode elemen hingga juga merupakan metode pendekatan, semakin kecil

pembagian elemen-elemen kecil semakin akurat perhitungan pendekatan melalui

metode elemen hingga. Metode elemen hingga dapat digunakan untuk

menghitungkan distribusi beban yang terjadi pada elemen seperti deformasi dan

tegangan.

PLAXIS 2D

PLAXIS merupakan sebuah program yang diciptakan berdasarkan perhitungan

metode elemen hingga yang digunakan untuk menganalisa deformasi dan stabilitas

struktur geoteknik. PLAXIS dikembangkan pertama kali di Belanda untuk

menganalisa tanggul – tanggul yang dibangun di atas tanah lunak di dataran rendah

Belanda. Hingga sekarang, PLAXIS telah dikembangkan dan telah digunakan

dalam perencanaan geoteknik dengan cakupan yang lebih luas.

Permodelan struktur geoteknik pada umumnya di dalam PLAXIS dapat dimodelkan

menjadi model regangan bidang atau model axi-simetri. Pada model regangan

bidang model geometri penampang melintang yang kurang lebih seragam dengan

63

kondisi tegangan dan kondisi pembebanan yang cukup panjang dalam arah tegak

lurus terhadap penampang tersebut (arah z). perpindahan dan regangan dalam arah

z diasumsikan tidak terjadi atau bernilai nol. Walaupun demikian, tegangan normal

pada arah z diperhitungkan sepenuhnya dalam analisa.

Pada model axi-simetri struktur berbentuk lingkaran dengan penampang melintang

radial yang kurang lebih seragam dan kondisi pembebanan mengelilingi sumbu

aksial, dimana deformasi dan kondisi tegangan diasumsikan sama di setiap arah

radial. Koordinat x menyatakan radius dan koordinat y merupakan sumbu simetris

dalam arah aksial. Koordinat x negatif tidak dapat digunakan.

Dalam pembuatan geometri permodelan struktur geoteknik terdapat komponen –

komponen pembuat geometri yaitu Titik, Garis dan Cluster. Titik merupakan titik

awal dan akhir dari sebuah garis. Garis digunakan untuk mendefinisikan batasan –

batasan geometri dari struktur geoteknik yang dimodelkan. Sedangkan Cluster

merupakan daerah tertutup yang terbuat dari beberapa garis.

Gambar 2.37 Titik, Garis, dan Cluster Pada Sebuah Geometri

Setelah pembuatan geometri, permodelan metode elemen hingga dapat dianalisa,

berdasarkan komposisi cluster dan garis pada permodelan geometri. Komponen –

Titik

Garis Cluster

64

komponen yang terdapat pada bentuk elemen hingga adalah Elemen, Nodal, dan

Titik tegangan. Ketika pembuatan bentuk geometri, cluster dibagi menjadi elemen

– elemen segitiga. Elemen – elemen segitiga tersebut ada dua macam, yaitu 15

nodal elemen dan 6 nodal elemen. 15 nodal elemen memiliki 15 nodal di dalam

elemen segitiganya dan 6 nodal elemen hanya memiliki 6 nodal. Perhitungan

menggunakan 15 nodal elemen akan lebih teliti dibandingkan 6 nodal elemen,

karena semakin banyak nodal yang dianalisa dalam perhitungan. Namun

perhitungan menggunakan 15 nodal elemen akan memakan waktu analisa yang

lebih lama, karena perhitungan yang dilakukan semakin banyak untuk setiap nodal

di dalam elemen. Tegangan dan regangan yang terjadi pada suatu bentuk

diperhitungkan secara individual dengan menggunakan Gaussian integration points

(titik tegangan) bukan pada titik nodal. Pada 15 nodal elemen terdapat 12 titik

tegangan dan pada 6 nodal elemen terdapat 3 titik tegangan.

Gambar 2.38 Pembagian Elemen – Elemen Segitiga Pada Cluster

Gambar 2.39 Titik Nodal Pada Elemen

65

Gambar 2.40 Titik Tegangan Pada Elemen

Perilaku mekanis dari tanah dapat dimodelkan menggunakan berbagai macam jenis

model. Permodelan hubungan tegangan – regangan yang paling sederhana adalah

permodelan hukum linear Hooke, elastisitas isotropik, yang hanya memerlukan dua

input yaitu Modulus Young, E, dan poisson rasio, υ. Namun dengan permodelan

linear hasil yang didapatkan masih terlalu kasar untuk digunakan dalam

perancangan. Oleh sebab itu terdapat juga berbagai macam permodelan yang

digunakan oleh program PLAXIS, antara lain adalah Mohr – Coulomb model,

Jointed Rock model, Hardening – Soil model, Soft – Soil – Creep model dan Soft

Soil model.

Pemodelan Besi Strip Dalam PLAXIS

Dalam PLAXIS, tidak terdapat elemen yang dapat memodelkan besi strip. Namun,

praktisi geoteknik mengatakan bahwa pemodelan besi strip dalam PLAXIS dapat

didekati dengan elemen pelat (plate) atau dengan elemen geogrid.

Dalam pemodelan dengan elemen pelat (plate) atau dengan elemen geogrid,

beberapa parameter perlu dikoreksi karena elemen pelat dan elemen geogrid

merupakan elemen yang menerus, sedangkan besi strip dipasang dengan jarak

tertentu. Koreksi yang pertama adalah dengan membagi parameter kekakuan

tarik/tekan (EA), dan parameter kekakuan tekuk (EI) dengan spasi (s) dalam besi

strip).

66

..................................................................................... (2.72)

....................................................................................... (2.73)

Berikutnya adalah mengoreksi luas permukaan yang mengalami gaya friksi, yaitu

luas selimut pada besi strip, dan luas selimut menerus (pada elemen pelat atau

elemen geogrid). Koreksi ini dilakukan dengan memasukkan nila tertentu dalam

parameter antarmuka (Rinterface), yang dihitung dengan persamaan berikut:

............................................................................ (2.74)

Abesi strip dalam persamaan di atas adalah luas selimut satu besi strip, sedangkan

Atotal adalah luas total per satu meter yang bersinggungan dengan tanah.