BAB II DASAR TEORI 2.1 Stabilitas Talud

 JURUSAN TEKNIK SIPIL POLBAN
D3
BAB II
DASAR TEORI
2.1
Stabilitas Talud (Stabilitas Lereng)
Suatu tempat yang memiliki dua permukaan tanah yang memiliki
ketinggian yang berbeda dan dihubungkan oleh suatu permukaan disebut lereng
(Vidayanti, 2012). Lereng ini dapat terjadi secara alamiah atau buatan. Lereng
alamiah
adalah lereng yang terjadi dan terbentuk secara alamiah seperti lereng
pada suatu bukit atau tebing-tebing sungai. Sedangkan lereng buatan adalah lereng
yang dibuat oleh manusia karena suatu kebutuhan, baik yang dibuat dalam tanah
asli melalui pemotongan tanah seperti untuk jalan raya, saluran air, ataupun lereng
yang dibuat dari tanah yang dipadatkan seperti tanggul, bendungan tanah
(Ruskandi & Thamrin, 2003).
Dengan adanya perbedaan ketinggian muka tanah, akan memungkinkan
terjadinya kelongsoran, karena tidak jarang, lereng yang ada tidak kuat menerima
beban yang bekerja pada bagian atasnya. Dalam Ruskandi & Thamrin (2003)
longsoran adalah suatu proses perpindahan massa tanah atau batuan dengan arah
miring dari kedudukan semula, terpisah dari arah yang mantap karena pengaruh
arah gravitasi. Sedangkan Vidayanti (2012) menyimpulkan longsoran yaitu
keruntuhan dari massa tanah yang terletak dibawah sebuah lereng.
Bidang longsor ini dapat berupa garis lingkaran atau kurva yang terbentuk
oleh mekanisme keruntuhan seperti yang terlihat pada Gambar 2.1. Bila suatu
longsoran terjadi berarti bahwa gaya dorong yang timbul telah melampaui gaya
perlawanan yang berasal dari kekuatan geser tanah di sepanjang bidang longsor.
NininYuniar, SilmiAzmi Lestari, Perancangan Sheet Pile…..8
JURUSAN TEKNIK SIPIL POLBAN
D3
Sumber:Mekanika Tanah 2
Gambar 2.1 Kelongsoran Talud (Lereng)
Jika longsoran terjadi, sering kali berdampak kerugian, baik materiil
maupun moril, maka dari itu harus ada penanganan yang tepat. Penanganan yang
biasanya dilakukan salah satunya adalah dengan membangun konstruksi dinding
penahan tanah.
Dalam kasus ini, para insinyur sipil diharapkan mampu membuat
perhitungan stabilitas lereng guna memeriksa keamanan lereng alamiah, lereng
galian, dan lereng timbunan yang dipadatkan. Faktor yang perlu dilakukan dalam
pemeriksaan tersebut adalah menghitung dan membandingkan tegangan geser
yang terbentuk sepanjang permukaan retak yang paling mungkin dengan kekuatan
geser dari tanah yang bersangkutan. Proses ini dinamakan slope stability analysis
(analisa stabilitas lereng), yaitu diawali dengan menentukan angka keamanan
yang didefinisikan sebagai persamaan berikut.
NininYuniar, SilmiAzmi Lestari, Perancangan Sheet Pile…..9
JURUSAN TEKNIK SIPIL POLBAN
D3
Di mana :
= angka keamanan terhadap kekuatan tanah
= kekuatan geser rata-rata dari tanah
= tegangan geser rata-rata yang bekerja sepanjang bidang longsor
Pada umumnya, prosedur analisa stabilitas dapat dibagi dalam dua
kelompok besar, yaitu analisa stabilitas dengan cara prosedur massa (mass
procedure) dan analisa stabilitas dengan cara metode irisan (method of slices).
Namun pada perancangan ini, penulis menggunakan metoda irisan.
2.1.1
Analisis Stabilitas dengan Cara Metode Irisan
Pada prosedur ini, tanah yang berada di atas bidang gelincir dibagi
menjadi beberapa irisan paralel tegak, dan lebar dari setiap irisan tidak harus
sama. Stabilitas dari setiap irisan dihitung secara terpisah. Metode ini lebih teliti
karena tanah yang tidak homogen dan tekanan air pori juga dapat dihitung.
(a)
NininYuniar, SilmiAzmi Lestari, Perancangan Sheet Pile…..10
JURUSAN TEKNIK SIPIL POLBAN
D3
(b)
Sumber:Dokumentasi Pribadi
Gambar 2.2. (a) Analisis Stablitas Talud Metode Irisan
(b) Perbesaran Potongan ke-n
Persamaan yang didapat dari metoda irisan berdasarkan Gambar 2.2
diantaranya adalah;
Kemudian perhitungan irisan ke-n adalah sbb.
NininYuniar, SilmiAzmi Lestari, Perancangan Sheet Pile…..11
JURUSAN TEKNIK SIPIL POLBAN
D3
Bila c = 0, maka
Maka untuk semua irisan atau elemen:
2.2
Tekanan Tanah Lateral
Tekanan tanah lateral merupakan suatu parameter perancangan yang
utama di dalam permasalahan teknik pondasi. Konstruksi penahan tanah seperti
dinding penahan, dinding bangunan bawah tanah (basement) dan dinding turap
merupakan contoh perancangan dalam teknik pondasi. Konstruksi penahan tanah
tersebut biasanya digunakan untuk menahan massa tanah dengan talud vertikal.
Agar dapat merencanakan konstruksi penahan tanah dengan benar, dalam kasus
ini adalah konstruksi sheet pile, perlu mengetahui gaya horizontal yang bekerja
antara konstruksi penahan dan massa tanah yang ditahan. Gaya horizontal tadi
disebabkan oleh tekanan tanah arah horizontal.
2.2.1
Tekanan Tanah Aktif dan Pasif
Tekanan tanah aktif menurut Hardiyatmo (2012) adalah tekanan lateral
minimum yang mengakibatkan keruntuhan geser tanah oleh akibat gerakan
dinding menjauhi tanah di belakangnya (active earth pressure). Sedangkan
NininYuniar, SilmiAzmi Lestari, Perancangan Sheet Pile…..12
JURUSAN TEKNIK SIPIL POLBAN
D3
Ariestadi (2008) menyimpulkan, tekanan tanah aktif adalah tekanan lateral yang
ditimbulkan tanah secara aktif pada struktur yang diselenggarakan.
Untuk menggambarkan bagaimana tekanan tanah aktif terjadi maka
diambil suatu dinding yang kaku untuk menahan konstruksi seperti yang terlihat
pada Gambar 2.3 di halaman selanjutya. Tanah isian di belakang dinding dianggap
tanah berbutir kasar (tanah tidak berkohesi).
Sumber : Teknik Pondasi
Gambar 2.3 Dinding Berotasi Terhadap Titik A
ke Kiri (Tekanan Aktif)
Dari Gambar 2.3 di atas, terlihat bahwa dinding berotasi terhadap titik A
ke kiri, dengan perkataan lain dinding tersebut menjauhi tanah isian. Apabila
dinding bergerak
maju
dari
tanah isiannya,
maka
tanah
mempunyai
kecenderungan bergerak maju sampai suatu pergerakan tertentu yang cukup, maka
tanah akan longsor sepanjang permukaan AC’C, dimana permukaan longsor
merupakan lengkung (curve), apabila dianggap lurus menjadi garis lurus AC yang
NininYuniar, SilmiAzmi Lestari, Perancangan Sheet Pile…..13
JURUSAN TEKNIK SIPIL POLBAN
D3
membentuk sudut
dengan arah horizontal, dimana
adalah sudut geser
dalam.
Sedangkan tekanan tanah pasif menurut Hardiyatmo (2012) adalah tekanan
lateral maksimum yang mengakibatkan keruntuhan geser tanah akibat gerakan
dinding
menekan tanah urug (passive earth pressure). Sedangkan Ariestadi (2008)
menyimpulkan, tekanan tanah pasif adalah tekanan yang timbul pada tanah saat
menerima beban struktur yang disalurkan secara lateral.
Berbeda dengan terjadinya tekanan tanah aktif, pada tekanan pasif dinding
berotasi terhadap titik A ke kanan atau dinding mendekati tanah isian seperti pada
Gambar 2.4.
Sumber : Teknik Pondasi
Gambar 2.4 Dinding Berotasi Terhadap Titik A ke Kanan
(Tekanan Pasif)
Pada kondisi ini, tekanan tanah yang bekerja pada dinding akan bertambah
dari kondisi seimbang (at rest condition) sampai suatu harga maksimum. Bidang
longsor yang terjadi sesungguhnya berbentuk garis lengkung yaitu garis AC’C,
NininYuniar, SilmiAzmi Lestari, Perancangan Sheet Pile…..14
JURUSAN TEKNIK SIPIL POLBAN
D3
tetapi
dianggap lurus sebagai garis AC. Garis AC akan membentuk sudut
.
Perhitungan tekanan tanah aktif maupun tekanan tanah pasif pada
penulisan laporan Tugas Akhir ini dilakukan berdasarkan teori dari Rankine.
Maka persamaan untuk koefisien tekanan tanah aktif (
pasif (
dan koefisien tanah
yang digunakan menurut Rankine adalah sebagai berikut.
Persamaan diatas berlaku dalam teori Coulomb, jika dinding turap yang
dipancang tegak, permukaan dinding yang menahan tanah di belakangnya tidak
memiliki kemiringan, dan licin (
2.3
.
Dinding Penahan Tanah
Bangunan dinding penahan tanah digunakan untuk menahan tekanan tanah
lateral yang ditimbulkan oleh tanah urug atau tanah asli yang labil. Bangunan ini
banyak digunakan pada proyek-proyek seperti irigasi, jalan raya, pelabuhan dll.
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. Kestabilan dinding penahan
tanah diperoleh terutama dari berat sendiri struktur dan berat tanah yang berada
diatas pelat pondasi. Besar dan distribusi tekanan tanah pada dinding penahan
tanah, sangat bergantung pada gerakan ke arah lateral tanah relative terhadap
dinding (Hardiyatmo, 2006).
NininYuniar, SilmiAzmi Lestari, Perancangan Sheet Pile…..15
JURUSAN TEKNIK SIPIL POLBAN
D3
2.3.1 Dinding Turap (Sheet Pile)
Dalam konstruksi dinding penahan tanah, dikenal konstruksi dinding
penahan
tanah kaku (grafity walls dan counterfort walls) dan kontruksi dinding
penahan lentur. Dinding penahan tanah lentur biasa disebut konstruksi dinding
turap (sheet pile walls).
Yuswandono (2011) mendefinisikan dinding turap adalah dinding vertikal
relatif tipis yang berfungsi untuk menahan tanah dan juga untuk menahan air ke
lubang galian.
dalam
Dibawah ini adalah contoh-contoh pengaplikasian dinding turap dalam
konstruksi sipil.
a.
Dinding penahan tanah, misalnya pada tebing jalan raya atau tebing
sungai.
b.
Dinding dermaga.
c.
Dinding penahan galian, misalnya pada pembuatan pondasi langsung,
pondasi menerus, pembuatan basement dll.
Berdasarkan material yang digunakan, dikenal beberapa jenis dinding
turap, seperti turap kayu, turap beton dan turap baja. Dikarenakan dalam laporan
Tugas Akhir ini jenis dinding turap yang di desain adalah berbahan beton, maka
selanjutnya akan dibahas tentang definisi turap beton.
a.
Turap beton
Dinding turap beton biasanya digunakan pada bangunan permanen
atau pada detail-detail konstruksi yang agak sulit. Keuntungan turap beton
adalah dinding bisa dibuat di tempat sehingga mempercepat waktu
pelaksanaan,
sedangkan
kerugiannya
yaitu
sulitnya
pelaksanaan
dilapangan karena sering terjadi kebocoran-kebocoran. Contoh dari turap
beton ini dapat dilihat pada Gambar 2.5 di bawah.
NininYuniar, SilmiAzmi Lestari, Perancangan Sheet Pile…..16
JURUSAN TEKNIK SIPIL POLBAN
D3
Sumber : Rekayasa Pondasi 2
Gambar 2.5 Jenis Turap Beton
Selain dibedakan dari jenis materinya, dinding turap juga terbagi
berdasarkan tipenya, yaitu dinding turap kantilever dan dinding turap diangker.
Dalam Tugas Akhir ini penulis mendesain dinding turap berjenis kantilever.
a.
Dinding Turap Kantilever
Yang dinamakan dengan dinding turap kantilever adalah dinding
penahan tanah yang tidak menggunakan jangkar (anchore). Dinding turap
kantilever diperoleh dengan memancangkan turap tersebut pada suatu
kedalaman tertentu. Kestabilan dari dinding ini merupakan hasil mobilisasi
tekanan tanah lateral pasif sebagai antisipasi dari tekanan-tekanan yang
bekerja pada dinding tersebut, antara lain tekanan tanah aktif dan tekanan
residu air (Pradoto, 1985).
Tekanan tanah aktif berusaha untuk mendorong dinding turap
(sheetpile) menjauh dari tanah timbunannya (back fill). Tekanan pasif di
depan dan di belakang dinding turap berusaha menahan pergerakan. Kedua
gaya inilah yang diperhitungkan dalam perancangan dinding turap
NininYuniar, SilmiAzmi Lestari, Perancangan Sheet Pile…..17
JURUSAN TEKNIK SIPIL POLBAN
D3
kantilever. Untuk memperhitungkan tekanan lateral tanah, kondisi yang
cocok untuk dinding turap adalah kondisi Rankine.
Sumber : Teknik Pondasi
Gambar 2.6 Gaya-gaya yang Bekerja pada
Dinding Turap
Akibat beban tanah isian, dinding turap akan berotasi pada titik O’
dengan gaya yang bekerja adalah sebagai berikut.
Pa1 = total tekanan aktif di atas titik O’
Pp1 = total tekanan pasif di atas titik O’
Pa2 = total tekanan aktif di bawah titik O’
Pp2 = total tekanan pasif di bawah titik O”
2.4
Perhitungan Desain Turap dengan Metode Penyederhanaan Statika
Metode
perhitungan
statika
dapat
diterapkan dalam
menghitung
kedalaman pemancangan sheet pile (D), dan juga metoda ini dapat
disederhanakan.
NininYuniar, SilmiAzmi Lestari, Perancangan Sheet Pile…..18
JURUSAN TEKNIK SIPIL POLBAN
D3
Tahap pertama yang dilakukan untuk menghitung D pada metode
penyederhanaan ini sama seperti metode lainnya, yaitu menentukan nilai koefisien
aktif
tanah
dan koefisien tanah pasif
. Setelah nilai
dan
didapat,
tahap selanjutnya adalah menghitung nilai gaya tekanan tanah aktif dan nilai
gaya tekanan tanah pasif. Besarnya nilai masing-masing gaya tekanan tanah aktif
dipengaruhi
oleh tegangan akibat berat sendiri
luar ,tegangan akibat beban air
, tegangan akibat beban dari
dan tegangan akibat kohesi tanahnya
.
Sedangkan gaya tekanan tanah pasif dipengaruhi oleh tegangan akibat berat
sendiri
, tegangan akibat beban air
tanahnya
.
Tegangan tanah akibat beban sendiri
dan tegangan akibat kohesi
dapat dihitung dengan
mengunakan rumus seperti di bawah.
(untuk tegangan tanah aktif)
(untuk tegangan tanah pasif)
Untuk menghitung tegangan akibat beban dari luar
dapat digunakan
persamaan;
(untuktegangan tanah aktif)
Persamaan yang digunakan untuk menghitung tegangan akibat beban air
adalah;
(untuk tegangan tanah aktif)
NininYuniar, SilmiAzmi Lestari, Perancangan Sheet Pile…..19
JURUSAN TEKNIK SIPIL POLBAN
D3
(untuk tegangan tanah pasif)
Sedangkan nilai tegangan tanah akibat kohesi tanah
didapat dengan
menggunakan persamaan berikut.
(untuk tegangan tanah aktif)
(untuk tegangan tanah pasif)
Gaya-gaya tekanan tanah aktif dan tekanan tanah pasif
dapat dihitung
dengan mengalikan jumlah tegangan-tegangan tanah dengan tinggi masingmasing lapisan tanah, dilihat juga bentuk luasan bidang datarnya, apakah
berbentuk persegi atau segitiga.
(untuk jumlah tegangan tanah aktif)
(untuk jumlah tegangan tanah pasif)
(untuk gaya tekanan tanah aktif berbentuk pesegi)
(untuk gaya tekanan tanah aktif berbentuk segitiga)
(untuk gaya tekanan tanah pasif berbentuk pesegi)
(untuk gaya tekanan tanah pasif berbentuk segitiga)
Gambar di bawah berikut adalah contoh dari diagram tegangan yang
didapat dari hasil perhitungan.
NininYuniar, SilmiAzmi Lestari, Perancangan Sheet Pile…..20
JURUSAN TEKNIK SIPIL POLBAN
D3
Sumber : Dokumentasi Pribadi
Gambar 2.7 Diagram Tegangan pada Dinding Turap dengan Metode Penyederhanaan
Kedalaman pemancangan sheet pile (D) didapat dengan menghitung
jumlah momen tekanan
pasif
tanah aktif dikurangi jumlah momen tekanan
tanah
.
(untuk jumlah momen tekanan tanah aktif)
(untuk jumlah momen tekanan tanah pasif)
Dimana:
= jarak dari titik tinjau momen ke titik berat luasan
NininYuniar, SilmiAzmi Lestari, Perancangan Sheet Pile…..21
JURUSAN TEKNIK SIPIL POLBAN
D3
= jarak dari titik tinjau momen ke titik berat luasan
Maka,
Dengan cara coba-coba (trial and error), maka didapatkan nilai kedalaman
pemancangan sheet pile (D). Dengan memperhitungkan keamanan, maka
kedalaman pemancangan menjadi
.
Setelah nilai kedalaman pemancangan (D) didapatkan, maka langkah
selanjutnya adalah menghitung momen maksimum
. Untuk menghitung
nilai momen maksimum, maka kedalaman titik rotasi
harus dicari terlebih
dahulu.
Tahapan menghitung nilai kedalaman titik rotasi sama seperti mencari
kedalaman pemancangan sheet pile (D), yaitu mencari tegangan tanah akibat berat
sendiri
, tegangan akibat beban dari luar
dan tegangan akibat kohesi tanahnya
, tegangan akibat beban air
. Setelah nilai tegangan didapat, maka
tahap selanjunya adalah menghitung gaya tekanan tanah aktif
tekanan tanah pasif
dan gaya
dengan meninjau titik sejauh “x” (jika dalam persamaan
sebelumnya adalah dikalikan D, untuk sekarang diganti menjadi x). Nilai
kedalaman titik rotasi
dihitung dengan jumlah gaya tekanan
dikurangi jumlah gaya tekanan tanah pasif
tanah aktif
.
Setelah mendapatkan nilai kedalaman titik rotasi, maka nilai momen
maksimum dapat dihitung dengan meninjau titik sejauh “x”.
NininYuniar, SilmiAzmi Lestari, Perancangan Sheet Pile…..22
JURUSAN TEKNIK SIPIL POLBAN
D3
(untuk jumlah momen tekanan tanah aktif)
(untuk jumlah momen tekanan tanah pasif)
Dimana:
= jarak dari titik tinjau momen ke titik berat luasan
= jarak dari titik tinjau momen ke titik berat luasan
Maka,
Jika nilai momen maksimum telah didapat, maka dimensi sheet pile dapat
ditentukan.
2.5
Perhitungan Desain Turap dengan Hidrolis
Selain dengan cara statika, kedalaman pemancangan juga dapat diketahui
dengan cara hidrolis. Karena sebelumnya telah diperhitungkan secara statika dan
didapatkan nilainya, maka nilai pemacangan tersebut kemudian di cek
keamanannya terhadap bahaya penggelembungan di daerah hilir dinding sheet
pile.
Gaya rembesan per satuan volume tanah dapat dihitung untuk memeriksa
kemungkinan keruntuhan suatu turap (sheet pile) di mana rembesan dalam tanah
mungkin dapat menyebabkan penggelembungan (heave) pada daerah hilir
(Das,__).
Gambar 2.8 pada halaman selanjutnya merupakan kondisi pemisalan
dimana air sungai dan air dalam tanah memiliki beda tinggi yang ekstrim. Kondisi
ini dikhawatirkan akan menyebabkan terjadinya penggelembungan di daerah hilir
dinding sheet pile.
NininYuniar, SilmiAzmi Lestari, Perancangan Sheet Pile…..23
JURUSAN TEKNIK SIPIL POLBAN
D3
Sumber: Dokumen Pribadi
Gambar 2.8 Penggelembungan pada Tanah yang
Disebabkan oleh Rembesan di Sekeliling Turap
Faktor keamanan untuk mencegah terjadinya penggelembungan dapat
dituliskan pada persamaan berikut.
Di mana :
FS = faktor keamanan
gradasi hidraulis ada
gradasi hidraulis kritis
NininYuniar, SilmiAzmi Lestari, Perancangan Sheet Pile…..24
JURUSAN TEKNIK SIPIL POLBAN
D3
Sedangkan menurut Terzhagi, penggelembungan pada tanah pada
umumnya terjadi pada daerah sejauh D/2 dari sheet pile
dimana D adalah
kedalaman
pemancangan sheet pile. Oleh karena itu, kestabilan tanah di daerah
luasan D x D/2 di depan sheet pile perlu diselidiki seperti yang ditunjukan oleh
gambar 2.9 (a).
Sumber: Dokumen Pribadi
Gambar 2.9 (a) Pemeriksaan Terhadap Penggelembungan yang
Terjadi pada Bagian Hilir Sheet Pile
(b) Pembesaran Daerah Penggelembungan
Faktor keamanan untuk mencegah tejadinya penggelembungan dapat
dituliskan sebagai berikut.
Dimana :
faktor keamanan
NininYuniar, SilmiAzmi Lestari, Perancangan Sheet Pile…..25
JURUSAN TEKNIK SIPIL POLBAN
D3
berat tanah basah di daerah penggelembungan per satuan lebar sheet pile
gaya angkat disebabkan oleh rembesan pada taah dengan volume yang sama
Dengan nilai
Dimana:
gradien hidrolik rata-rata kelompok tanah
Sumber: Dokumen Pribadi
Gambar 2.10 Pendekatan
Tinggi Energi Dorong
Dari gambar 2.10 di atas, dapat dihitung tinggi energi dorong rata-rata
seperti pada persamaan di bawah ini.
NininYuniar, SilmiAzmi Lestari, Perancangan Sheet Pile…..26
JURUSAN TEKNIK SIPIL POLBAN
D3
Pada titik b, tingi energi dorong
Pada
titik c, tingi energi dorong
Tinggi kehilangan energi rata-rata di dalam prisma tanah yang ditinjau adalah
dan gradien hidrolik rata-rata adalah;
Jadi faktor keamanan:
NininYuniar, SilmiAzmi Lestari, Perancangan Sheet Pile…..27