dinding penahan air

Upload: wirda-aulia

Post on 14-Jul-2015

712 views

Category:

Documents


81 download

TRANSCRIPT

PERENCANAAN DINDING PENAHAN AIR ROW 40 1.PENDAHULUAN Kolam ROW 40 adalah embung yang berfungsi untuk penampungan air . Selanjutnya kolam ROW 40 akan disebut dengan embung ROW 40. Fungsi dari embung ini untuk mencegah air hujan menjadi dominan limpasan permukaan yang dapat mengakibatkan banjir yang terjadi seketika setelah hujan terjadi. Fungsi lain yakni untuk kembali melakukan recharge air tanah pada sutu kawasan tertentu. 2.SITUASI Kolam ROW 40 terbentuk dengan melakukan pembendungan cekungan kontur asli oleh struktur timbunan tanah yang telah direncanakan untuk jalan Mangkang-Banyumanik. Untuk denah dan kontur perhatikan Gambar 1.

Gambar 1. Kontur rencana jalan Mangkang Bayumanik Pada potongan A-A merupakan timbunan tanah yang juga diperiksa stabilitasnya tanahnya. Sementara potongan B-B merupakan dinding penahan air yang nantinya akan didesain pada bagian ini.

1

Gambar 2. Potongan memanjang terhadap as jalan dari Gambar 1 3.PEMILIHAN TIPE DINDING PENAHAN AIR Dinding penahan air pada prinsipnya mirip dengan dinding penahan tanah, karena gaya-gaya yang bekerja mirip, gaya yang bekerja dominan yakni gaya arah lateral. Pilihan tipe dinding penahan air yang mengacu pada dinding penahan tanah memiliki berbagai macam, yakni tipe gravity dan cantilever, tipe gravity mengandalkan berat sendiri dari tubuh struktur untuk menahan beban lateral yakni tekanan tanah aktif ataupun tekanan hidrostatik air. Karena mengggunakan berat sendiri untuk menahan gaya lateral maka tubuh dinding penahan harus cukup besar dan berat. Pada umumnya gravity wall digunakan untuk backfill dengan ketinggian sampai 4 m, dimana lebih dari 4 meter menghasilkan struktur yang tidak ekonomis.

Gambar 3.Gravity Wall

Gambar 4: Cantilever Wall

Gambar 5: Cantilever wall dengan counterfort Tipe kedua yakni dinding penahan tipe cantilever, dimana urugan tanah dibelakang (backfill), ataupun air di belakang dapat memberikan tambahan stabilitas pada dinding penahan sehingga lebih ekonomis. Beberapa acuan yang dapat digunakan dalam desain, yakni top width minimum 300 mm, base width yakni 0.4 H sampai 0.7 H, ketinggian H5m dimana 0.1 H sebagai base thickness, perhatikan Gambar 5 .

2

4.PERHITUNGAN DIMENSI Perhatikan Gambar 1 dimana dinding penahan air menahan air pada sisi barat dari dinding penahan, kontur menunjukkan dasar tanah berada pada EL.210 dan jalan pada EL +215, dengan pertimbangan tersebut maka elevasi puncak dari dinding penahan tanah diletakkan pada EL+215, untuk memudahkan inspeksi pada kolam. Sementara itu dinding penahan air diletakkan 0,5 meter (depth=0,5 meter) dibawah permukaan tanah, sehingga height dari dinding penahan adalah EL+215 - EL210 + depth(0,5m) =5,5m. Parameter desain yang lain ditampilkan pada Tabel 1 dan Gambar 6.

Gambar 6. Kriteria penggunaan Pada kasus dinding penahan air ROW 40 digunakan tipe cantilever karena ketinggian yang lebih dari 4 meter, sehingga struktur lebih ekonomis. Untuk beberapa pertimbangan pada tahap desain awal Tabel 1. Ukuran yang umum digunakan untuk penampang dinding penahan air No Parameter Kriteria Nilai yang digunakan

1 2 3

H height Top width Base width

min 300mm 0,4H-0,7H (2,2m-3,85m)

6 meter 400 mm (0,4 m) 3,5m

4

Base thickness

0,1H 3

0,5m

5

depth

-

1,0m

Dengan mengacu pada Tabel 1, maka dapat dilihat rencana dimensi dari dinding penahan air untuk ROW 40, pada Gambar 7.

Gambar 7: Ukuran yang digunakan dalam perhitungan 5.PERHITUNGAN STABILITAS DAN DAYA DUKUNG DARI DINDING PENAHAN Untuk merancang dinding penahan air/tanah digunakan berbagai kriteria, misalnya: 1. Guling dari dinding penagan air, karena ketidakstabilan dari air atau tanah dibelakang dinding penahan. 2. Tekanan dari dasar dinding penahan, tidak boleh melebihi kapasitas dukung dari tanah yang mendukung dinding penahan. 3. Sliding antara dasar dinding penahan dengan tanah yang menahan. 4. Kegagalan element struktur dari dinding penahan tanah (penulangan). Langkah pertama dalam desain yakni menetukan semua gaya yang terlibat pada dinding penahan baik pada arah horisontal (H) maupun arah vertikal (V), dan resultan (R) yang bekerja pada dinding penahan. Muka air merepresentasikan keadaan yang paling buruk dari keadaan dinding penahan. Kemungkinan galian di depan dinding penahan, sehingga kedalaman 0,5 m disaranakan. Posisi dari resultan gaya-gaya dari dasar dinding penahan tidak boleh melibihi 1/6B, dimana B adalah lebar dasar dari dinding penahan 4

(base width), untuk memastikan bahwa dasar dari dinding penahan tetap tekan, sehingga jika keseluruhan dasar dari dinding penahan menghasilkan keadaan tekan, maka kemungkinan guling dapat dihindari. Namun hal ini dapat keseimbangan terhadap guling diverivikasi dengan memastikan momen penahan guling terhadap toe melebihi momen pembuat guling. Jika distribusi tekanan dari dasar dari dinding penahan diasumsikan linear, maka tekanan maksimum dan minimum pada dasar dapat dihitung dari persamaan dibawah ini p=VB+16eB 1 Tahanan gelincir dari dasar dinding penahan dan tanah, yakni S = V tan 2

dimana adalah sudut gesek antara dasar dinding penahan dan tanah di bawahnya, keamanan terhadap sliding tercapai jika SH 3

Gambar 8. Gaya-gaya yang terlibat pada dinding penahan tanah Akan ditinjau terhadap masing-masing kriteria, yakni angka aman terhadap guling, perhatikan Gambar adalah distribusi tekanan yang bekerja pada dinding penahan air, dimana (1) adalah gaya hidrostatik yang bekerja ke arah kanan, (2) dan (3) adalah tekanan tanah aktif yang bekerja ke arah kiri, (4) adalah efek cohesion dari tanah yang mengurangi tekanan tanah aktif pada (3) dan (4), (5) adalah tekanan tanah pasif, Tabel 2 memperlihatkan parameter mekanis tanah dimana tanah timbunan untuk kepentingan permodelan perilaku tanah lewat batas elastis menggunakan elastic-plastic mohr-coloumb model. Persamaan untuk menentukan koefisien tanah aktif dan pasir dinyatakan pada persamaan 4 dan 5. Ka=1-sin141+sin14=0,61 4 Kp=1Ka=1.61 5

5

Gaya-gaya yang terlibat pada Gambar 8 menghasilkan momen yang ditinjau terhadap toe, dimana toe ini nantinya dianggap engsel (hinge) untuk perhitungan momen. Gaya-gaya ini dan momen yang terlibat ditabulasi pada Tabel 3. Pada Tabel 3 , gaya yang bekerja pada arah kiri dianggap positif dan sebaliknya, momen yang searah jarum jam terhadap toe dianggap negatif. Parameter Model material Tipe perilaku Soil unit weight diatas phreatic line Soil unit weight dibawah phreatic line Horizontal permeability Vertical permeability Young modulus Poisson ratio Cohesion Friction angle Dilatancy angle Tabel 2 : Parameter mekanis tanah Nama Tanah model type unsat sat kx ky Eref cref MC Drained 16 20 1 1 3000 0.3 5 14 0.0 unit kN/m3 kN/m3 m/day m/day kN/m2 kN/m2 degree degree

Tabel 3 : Gaya yang bekerja terhadap toe Tiap meter (1) (2) (3) (4) (5) Force (kN) (9,8kN/m34,0m) 4,0m 0,61 9,8 kN/m3 4,0m 1,5 m = = +78,4 + 35,87 +7,0 -11,71 - 36,22 78,34 52,8 48 1,2 2,0 moment arm (m) 2,33 0,5 0,333 0,5 0,333 Moment (kN.m) +182,67 +17.93 +2,31 -5,85 -11,95 Mh = +185,11 -63,36 -96

( 0,61 1,5 m (20 9,8) kN/m3 ) 1,5 m = 2 5 kN/m2 0.61 1,5 m 1,61 20 kN/m3 1,5 m 1,5 m = = H=

stem base

0,4 m 5,5 m 24,0 kN/m3 4,0 m 0,5 m 24,0 kN/m3

= =

6

water soil

2,5 m 4,0 m 9,8 kN/m3 0,5 m 2,5 m 16 kN/m3 0,5 m 1,0 m 16 kN/m3

= = =

98 20,0 8,0 V = 226,8

3.25 3,25 0,5

-318.5 -65,0 -4,0 Mv= - 546,86

M= -546.86+185.11 =-361,75

Lengan momen pada base yakni MV=361,75214,55=1,68m 6

Perhatikan Gambar 9 bahwa lengan, berada pada daerah 1/3 tengah dari base, sehingga semua tegangan pada base pada tanah adalah tekan. Angka aman terhadap guling adalah 405,32/185,11 = 2,43. Eksentisitas adalah e = 2,0 m 1,68 m = 0,32 m.

Gambar 9 Resultan beban vertikal yang terbentuk pada dasar base Sementara itu angka keamanan terhadap sliding, dengan menganggap (angle friction antar tanah dan base) adalah 0,75 , maka, dan dengan =36 (dibawah dinding penahan tanah diberi pasir) F=VtanH=226,8 tan (0,7536)78,34=1,47 7 Nilai maksimum dan minimum dari tekanan yang dihasilkan oleh max=226,84,01+60,324,0=83.91 8 min=226,84,01-60,324,0=29.48kNm2 9 kN/m2

7

Gambar 10. Penentuan ultimate stress dengan melakukan perubahan nilai vertical displacement pada FEM dan mengamati perpindahan yang terjadi Penyelidikan tegangan tidak dilakukan dengan formula dari Terzagi, Meyerhof dll, namun dengan Finite Element method dengan model material elasto-plastic mohr coloumb dengan plane strain dan mesh ditampilkan pada Gambar 11. Langkah yang dilakukan yakni dengan melakukan penambahan displacement pada base (dasar dari fondasi), lalu mengamati tegangan maksimum yang terjadi pada bawah plat. Tiap peningkatan displacement akan diamati tegangan yang terjadi sehingga nantinya akan didapat grafik hubungan antara vertical stress under footing terhadap vertical displacement, dimana sebagai contoh ditampilkan pada Gambar 10. Pada Gambar 10 ditampilkan bahwa beban ultimit pada 1300 kPa, dimana untuk kenaikan vertical displacement, hanya dihasilkan sedikit peningkatan vertical stress under footing. Boundary condition yang diaplikasikan pada mesh, yakni untuk sisi vertikal pada Gambar 11 perpindahan horisontal tidak diperbolehkan, sementara perindahan arah vertikal diperbolehkan, atau ux=0 dan uy0. Sementara itu untuk sisi horisontal pada Gambar 11, baik perpindahan arah horisontal maupun vertikal dicegah atau ux=0 dan uy=0.

8

Gambar 11 Gambar meshing dengan triangular element 15 node kondisi plane strain. Sumbu x arah horisontal kekanan, sedangkan sumbu y adalah vertikal pada arah atas. Untuk beban ultimate pada dinding penahan, maka dilakukan simulasi dengan melakukan simulasi penurunan pada base (prescribed displacement), pada nilai sesuai Tabel 4. Selanjutnya tiap penambahan penurunan dilakukan bersesuaian dengan tegangan pada dasar base, dimana untuk peningkatan penurunan bersesuaian dengan kenaikan tegangan pada bawah base. Penambahan penurunan akan mengakibatkan tegangan semakin meningkat, pada taraf tertentu penambahan penurunan akan berakibat pada tetapnya nilai tegangan pada bawah base, sehingga nilai ini dinggap nilai ultimate. Pada Tabel 4, ditampilkan hubungan vertical displacement dan vertical stress, sehingga didapat nilai kenaikan penurunan meningkatkan tegangan yang terjadi pada bagian bawah base. Kenaikan pada tegangan yang terjadi akibat perpindahan semakin ditingkatkan pada suatu nilai tertentu hanya akan mengakibatkan tegangan yang relatif tetap, perhatikan Gambar 12.

Tabel 4 : Penentuan nilai ultimate stress yang terjadi dengan FEM, dimana nilai prescribed diaplacement dinaikkan pada taraf tertentu selanjutnya tegangan dibawah base diamati.

9

No.

Vertical displacement (m)

Vertical stress under base (kN/m2)

Vertical stress under base (kN/m2)

Vertical stress under base (kN/m2)

Vertical stress under base (kN/m2)

Node 98

Node 99

Node 105

Node 106

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

0,01 0,02 0,05 0.1 0,2 0,3 0,4 0,6 0,7 0,9 1,0

-9.128 -14.663 -32,48 -58,53 -104,32 144,87 173,69 196,22 -`199.38 197,78 195,39

-7.498 -11.401 -23,71 -44,88 -72,15 -88,915 101,38 117,54 -121.095 123,791 122,06

-6,20 -9.37 -19,09 -37,603 -59,78 75,06 87,56 110,91 122,15 138,42 142,20

-6,10 -9.1 -18,72 -37,73 65,87 86,8 104,45 129,35 135,76 140,14 140,18

Untuk peningkatan beban vertikal pada Tabel 4 dan Gambar 12, tegangan vertikal atau yy, akan menghasilkan sedikit peningkatan vertical stress. Sehingga beban ultimate, berkisar pada nilai 122,06 kN/m2 sampai 195,39 kN/m2 dengan mengambil nilai yang terkecil maka tegangan ultimate bernilai 122,06 kN/m2, dimana nilai ini masih jauh lebih besar dari tegangan yang terjadi pada base yakni 83,91kN/m2, sehingga hal ini menghasilkan kesimpulan bahwa tinjauan terhadap bearing capacity, telah dianggap aman.

Gambar 12. Gafik hubungan vertical displacement terhadap stress under base perhatikan pada taraf beban 200kN/m2 terjadi tetapnya nilai tegangan walaupun untuk peningkatan penurunan (tercapainya ultimate condition) Simulasi tegangan ultimit dilakukan dengan menggunakan, triangular element 15 node, mesh ditampilkan pada Gambar 11. Sementara mesh yang terdeformasi pada prescribed displacement sebesar 1 m ditampilkan pada Gambar 13, tampak pada Gambar 13, bahwa tonjolan di sisi kanan dan kiri fondasi telah terlihat, sehingga dapat disimpulkan failure surface telah terbentuk pada model sehingga mendesak

10

surface, Gambar 11 dicuplikkan dari pescribed displacement pada besaran sebesar 1,0 m, dimana hal ini dikonfirmasi terhadap tetapnya nilai perpindahan yang terjadi.

Gambar 13 Gambar meshing pada kondisi terdeformasi pada skala yang diperbesar. Sementara itu untuk vertical stress field yang terjadi di bawah base dari dinding penahan ditampilkan pada Gambar 14

Gambar 14 .Vertical stress field yy pada bawah dari base, perhatikan kontur tegangan yang terjadi pada bawah base yang bernilai 200kN/m2, telah tercapai kondisi ultimate. 11

6.PERHITUNGAN PENULANGAN DARI DINDING PENAHAN AIR Untuk perhitungan tulangan, ditinjau dua elemen kritis pada dinding penahan tanah, yakni momen pada potongan X-X (stem) dan selanjutnya momen dan geser pada pangkal base. Momen yang terjadi pada potongan X-X diakibatkan oleh tekanan hidrostatik saja yakni 78,4kN dengan lengan momen 2,5 m (tinjauan terhadap dasar stem) sehingga momen yang dihasilkan dengan mempertimbangkan faktor beban sebesar 1,4 adalah 274,4 kN.m/m (momen ultimit). Jika d (tinggi effektif) = 500 mm (lebar dasar stem) 50 mm (selimut beton) 20/2 (diameter tulangan) = 440 mm. Jika beton dianggap memiliki kuat tekan fc=20MPa dan tulangan dengan fy=400MPa Untuk tampang pada pangkal stem, momen maksimum yang dapat ditahan tampang, dimana kondisi underreinforced condition tetap terpenuhi, dihitung dengan memperhitungkan rasio tulangan maksimum dan masih dalam kondisi underreinforced biasa digunakan nilai = 0,75 balance max=0,750,85 f'cfycucu+fyEs 10 =0,750,85 20MPa400MPa0,0030,003+400200000=0,019125 Dengan nilai As adalah, dimana tinjauan per meter adalah As=0,019125bd=0,0191251 m0,44 m=0,008415 m2 Dengan a a=Asfy0,85 f'cb 11 a=0,008415 400MPa0,85 20MPa1=0.198m Menghasilkan momen Mn=Asfyd-a2 12 0,008415400MPa0,440-0,1982=1,1478 MN.m=1 147,8 kN.m Momen maksimum yang dapat ditahan pangkal stem adalah 1147,8kN.m, dimana kondisi underreinforced masih terjaga, momen tersebut masih jauh lebih besar dari momen yang terjadi akibat momen ultimit aktual yakni 274,41kN.m. Hasil ini menunjukkan bahwa dimensi dari pangkal stem telah mencukupi. Tahapan selanjutnya akan dihitung tulangan yang diperlukan untuk pangkal stem dengan memperhitungkan momen yang terjadi akibat tekanan hidrostatik. Karena tampang telah ada, maka dilakukan perhitungan lengan momen (jd) internal dahulu. jd=d-a2=0,875d=385mm=0,385m 13 dengan mengasumsikan nilai =0,9, sehingga memberikan nilai As=Mufyjd 14 =274410N0,9400000000Pa0,385=0,001979 m2 12

Sehingga tulangan yang diperlukan untuk beban adalah 0,001979 m2 per meter panjang atau 1 979 mm2 per meter panjang. Perhitungan terhadap rasio tulangan minimum adalah : min=1,4fy=1,4400=0,0035 15 Sehingga As minimum adalah As=0,0035bd=0,00351 m0,44 m=0,00154 m2=1540mm2 Sehingga yang digunakan adalah As=0,001979 m2= 1979 mm2 (nilai yang besar digunakan jika ditinjau terhadap penulangan akibat momen atau rasio tulangan maksimum) sehingga digunakan diameter 22 mm (As=380.133) dengan jarak 250 mm As= 1900,67 mm2 . Untuk tulangan arah tegak lurus-nya tulangan, yakni shringkage reinforcement 0,0018b h = 0,0018 1 m 0,5 m = 0,0009m2 = 900 mm2. Sehingga digunakan tulangan diameter 12 mm jarak 100 mm As= 1244,07 mm2. Untuk penulangan terhadap geser, peninjauan terhadap, geser perhatikan Gambar. Dimana tinggi effektif untuk base adalah Jika d (tinggi effektif) = 500 mm (tebal base) 100 mm (selimut beton) 20/2 (diameter tulangan) = 390 mm.

Gambar 15. Distribusi tegangan untuk menentukan geser kritis pada base Tinjauan geser terhadap penampang kritis (perhatikan Gambar 15) sebelah kiri yakni Vu= (74,85+83,91) (1 - 0.39)/2 = 48,42 kN/m, sementara untuk sebelah kanan yakni Vu = (24,48+55,83)(2,5 0.39)/2=84,72kN/m, sementara itu Vc=1/6fcbwd = 0,751/620MPa1000mm390 =218,017kN/m. Sehingga berakibat Vu = 84,72 kN < Vc= 218,017kN/m dimensi mencukupi baik geser sebelah kiri maupun kanan dari base. Tinjauan momen hanya akan ditinjau sebelah pangkal kanan dari base yang memiliki tekanan yang lebih besar dan lengan momen yang lebih besar, (Perhatikan Gambar 16). Momen yang terjadi yakni 24,48kPa 2,5m 1,25m (lengan momen) = 76.5 dan 0,5 2,5 m (62,37 - 24,48) 0,8333 m (lengan momen) = 24,48kPa 2,5m 1,25m (lengan momen)=39,453 kN.m/m. Sehingga momen ultimate dihasilkan dengan mengalikan faktor beban sebesar 1,4 39,453 kN.m/m = 55,23 kN.m/m Biasanya tulangan untuk footing /base adalah jd=0,925d (MacGregor & Wight, 2005), maka lightly reinrorced, sehingga dengan mengasumsikan 13

As=Mufyjd 16 55230N0,9400000000Pa(0,9250,39)=0,0004252 m2 17

Gambar 16. Distribusi tegangan untuk menentukan momen maksimum pada base Sedangkan untuk rasio tulangan minimum yang diperlukan 0,0035 Sehingga As minimum adalah As=0,0035bd=0,00351 m0,39 m=0,001365 m2=1365mm2 Sehingga yang menentukan adalah rasio tulangan minimum, memerlukan tulangan 1365 mm2, sehingga menggunakan tulangan diameter 20 mm jarak 250 mm As= 1570,8 mm2. Untuk tulangan arah tegak lurus-nya tulangan, yakni shringkage reinforcement 0,0018b h = 0,0018 1 m 0,5 m = 0,0009m2 = 900 mm2. Sehingga digunakan tulangan diameter 12 mm jarak 100 mm As = 1244.07 mm2.

7.GAMBAR

14

15

16

17

18

DAFTAR PUSTAKA Chen, W.F. & Saleeb, A.F. 1982. Constitutive Equations for Engineering Materials. John Wiley & Sons. R.B.J. Bringkgreve (editor) ., 2002. PLAXIS Full Manual.AA Balkema Publisher R.F. Craig, 2004. Craigs Soil Mechanics. E & FN Spoon J.G. MacGregor & J.K. Wight, 2005. Reinforced Concrete, Mechanics and Design. Pearson Pretice Hall S. Helwany, 2007. Aplied Soil Mechanics with ABAQUS Aplications. John Wiley & Sons

19