BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Soil Nailing 2.1.1 Sejarah Soil

BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Soil Nailing
2.1.1
Sejarah Soil Nailing
Soil nailing pertama kali diaplikasikan sebagai perkuatan untuk sebuah
dinding penahan tanah di Perancis (1961). Kemudian dikembangkan oleh
Rabcewicz (1964, 1965), untuk digunakan dalam galian terowongan, yang
dikenal dengan “The New Austrian Tunneling Method” (NATM).
Metode ini mengkombinasikan perkuatan pasif dari batangan baja dan
shotcrete (adukan beton yang ditembakkan dengan tekanan tinggi pada suatu
permukaan). Adanya perkuatan pasif dari batangan besi pada sekeliling dinding
terowongan, sangat mengurangi beban yang harus diterima struktur terowongan
jika dibandingkan dengan metode konvensional. Perbandingan antara kedua
metode ini ditunjukkan secara skematis pada gambar di bawah.
Gambar 2.1 Perbandingan Skematis Antara Austrian Tunneling Method dan
Metode Konvensional
(Sumber: “Soil Nail Walls”, Report FHWA-IF-03-017)
Salah satu dinding tanah yang menggunakan perkuatan soil nailing
ditemukan pada proyek pelebaran jalan kereta api dekat Versailles, Perancis
(1972), dengan lereng setinggi 18 meter dengan kemiringan 70°. Metode ini
dipilih, karena dianggap lebih efektif dari segi biaya, dan proses konstruksinya
lebih cepat dibandingkan dengan metode konvensional lain. Dengan berbagai
kelebihannya, kemudian metode ini berkembang pesat di Eropa, dan sekitarnya,
terutama di Perancis dan Jerman.
Pada saat ini, dinding soil nailing banyak digunakan sebagai struktur
perkuatan pada tanah galian, baik sebagai struktur sementara maupun sebagai
struktur permanen. Seiring perkembangan teknik perencanaan, dan teknik
konstruksi, aplikasi soil nailing akan terus berkembang.
Gambar 2.2 Potongan Melintang Lereng Dengan Perkuatan Soil Nailing
(Sumber: “Soil Nail Walls”, Report FHWA-IF-03-017)
2.1.2
Elemen Dasar Dinding Soil Nailing
Secara umum elemen-elemen yang diperlukan dalam praktek soil nailing
adalah:
•
Nail Bars
Batangan baja yang umum digunakan pada soil nailing, adalah
baja ulir yang sesuai dengan standar ASTM A615, dengan daya dukung
tarik 420 MPa (60 ksi atau Grade 60) atau 520 MPa (75ksi atau Grade
75). Ukuran diameternya yang tersedia adalah 19, 22, 25, 29, 32, 36, dan
43 mm, serta ukuran panjang mencapai 18 m (Tabel 2.1).
Tabel 2.1 Properti Baja Ulir [ASTM A615, Fy = 420 dan 525 MPa (60 dan 75 ksi)]
(Sumber: Byrne et al, 1998)
Diameter
Inggris mm
Luas Penampang
inch2
mm2
Berat Jenis
lbs/ft Kg/m
#6
19
0,44
284
0,86
21,8
#7
22
0,60
387
0,99
25,1
#8
25
0,79
510
1,12
28,4
#9
29
1,00
645
1,26
32,0
#10
32
1,27
819
1,43
36,3
#11
36
1,56
1006
1,61
40,9
#14
43
2,25
1452
1,86
47,2
•
Kuat Leleh
ksi MPa
60
414
75
517
60
414
75
517
60
414
75
517
60
414
75
517
60
414
75
517
60
414
75
517
60
414
75
517
Kapasitas Beban Aksial
Kips
kN
26,4
118
33,0
147
36,0
160
45,0
200
47,4
211
59,3
264
60,0
267
75,0
334
76,2
339
95,3
424
93,6
417
117,0
520
135,0
601
168,8
751
Nail Head
Komponen nail head terdiri dari bearing plate (pelat penahan),
hex nut (mur persegi enam), washer (cincin yang terbuat dari karet atau
logam), dan headed stud (Gambar 2.2 dan Gambar 2.3) Bearing plate
umumnya berbentuk persegi dengan panjang sisi 200-250 mm, tebal 19
m, dan kuat leleh 250 Mpa (ASTM A36), sedangkan untuk nut, dan
washer yang digunakan harus memiliki kuat leleh yang sama dengan
batangan bajanya.
Gambar 2.3 Nail Head
(Sumber: Porterfield et al. (1994))
•
Grout (Cor beton)
Cor beton untuk soil nailing dapat berupa adukan semen pasir.
Semen yang digunakan adalah semen tipe I, II, dan III. Semen tipe I
(normal) paling banyak digunakan untuk kondisi yang tidak memerlukan
syarat khusus, semen tipe II digunakan jika menginginkan panas hidrasi
lebih rendah dan ketahanan korosi terhadap sulfat yang lebih baik
daripada semen tipe I., sedangkan semen tipe III digunakan jika
memerlukan waktu pengerasan yang lebih cepat.
Gambar 2.4 Pengecoran (Grouting) melalui pipa tremi
(Sumber: Porterfield et al. (1994))
•
Centralizers (Penengah)
Centralizers adalah alat yang dipasang pada sepanjang batangan
baja dengan jarak tertentu (0.5–2.5m) untuk memastikan tebal selimut
beton sesuai dengan rencana (Gambar 2.5), alat ini terbuat dari PVC atau
material sintetik lainnya.
Gambar 2.5 Centralizers (PVC)
(Sumber: http://www.williamsform.com)
•
Wall Facing (Muka/Tampilan Dinding)
Pembuatan muka/tampilan dinding terbagi menjadi dua tahap.
Tahap pertama, muka/tampilan sementara (temporary facing) yang dibuat
dari shotcrete, berfungsi sebagai penghubung antar batangan-batangan
baja (nail bars), dan sebagai proteksi permukaan galian tanah terhadap
erosi.
Gambar 2.6 Pembuatan Muka Sementara (Temporary Facing)
(Sumber: www.bydrillinginc.com)
Tahap berikutnya adalah pembuatan muka/tampilan permanen
(permanent facing). Muka permanen dapat berupa panel beton pracetak
terbuat dari shotcrete. Muka permanen memiliki fungsi yang sama
dengan muka sementara, tetapi dengan fungsi proteksi terhadap erosi
yang lebih baik, dan sebagai penambah keindahan (fungsi estetika).
Gambar 2.7 Muka Permanen (Permanent Facing) Soil Nailing
(Sumber: www.tc17.poly.edu)
Sejalan dengan perkembangan aplikasi geosintetik dalam praktek
geoteknik, geosintetik juga dapat digunakan sebagai muka dari lereng
dengan perkuatan soil nailing, dengan pertimbangan bahwa geosintetik
memiliki permeabilitas yang lebih baik daripada menggunakan beton, dan
memungkinkan untuk menumbuhkan vegetasi, menjadikan tampilan
lereng tampak alamiah (Gambar 2.8).
Gambar 2.8 Perkuatan Soil Nailing Dengan Muka Geotekstil
•
Drainage System (Sistem Drainase)
Untuk mencegah meningkatnya tekanan air pada lereng di
belakang muka dinding, biasanya dipasangkan lembaran vertikal
geokomposit di antara muka dinding sementara dan permukaan galian
(Gambar 2.9).
Gambar 2.9 Lembaran Geokomposit Pada Dinding Soil Nailing
(Sumber: www.bydrillinginc.com)
Pada
kaki
lereng
(weephole) untuk air
harus
disediakan
saluran
pembuangan
yang telah dikumpulkan oleh lembaran
geokomposit (Gambar 2.15).
2.1.3
Tahapan Konstruksi
Tahapan-tahapan pekerjaan sebuah konstruksi dinding soil nailing secara
umum digambarkan secara skematis seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.10.
Gambar 2.10 Tahapan Konstruksi Dinding Soil Nailing Secara Umum
(Sumber: “Soil Nail Walls”, Report FHWA-IF-03-017)
•
Tahap 1. Galian Tanah
Galian tanah dilakukan secara bertahap dengan kedalaman galian
tertentu (umumnya 1-2 m), hingga mencapai rencana kedalaman galian.
Kedalaman galian tiap tahap harus disesuaikan dengan kemampuan
tanah, sehingga muka galian dapat berdiri tanpa perkuatan, dalam periode
waktu yang singkat (umumnya 24-48 jam). Dalam kasus tertentu, pada
tanah yang tidak dapat berdiri tanpa perkuatan selama galian, dapat
diberikan timbunan menerus (continuous berm) seperti pada Gambar 2.11
atau timbunan segmental dengan jarak tertentu (Gambar 2.12). Timbunan
tersebut hanya bersifat sementara, dan dapat dipindahkan setelah nail
bars terpasang dan beton cor cukup keras.
Gambar 2.11 Perkuatan Sementara Dengan Timbunan Menerus
(Continuous Berm)
(Sumber: “Soil Nail Walls”, Report FHWA-IF-03-017)
Gambar 2.12 Perkuatan Sementara Dengan Timbunan Segmental
(Sumber: “Soil Nail Walls”, Report FHWA-IF-03-017)
•
Tahap 2. Pengeboran Lubang Nail
Dalam pekerjaan soil nailing, metode pengeboran auger dengan
lubang terbuka (tanpa casing/selubung) paling banyak digunakan karena
pekerjaannya relatif lebih cepat dan biaya yang relatif lebih rendah.
Namun, untuk tanah yang kurang stabil, pengeboran berdiameter besar
harus dihindari, dan pengeboran dengan drill casing/selubung bor sangat
dianjurkan untuk menghindari keruntuhan tanah dalam lubang bor.
Gambar 2.13 Pengeboran Dengan Casing/Selubung
(Sumber: www.richardsondrilling.co.nz)
•
Tahap 3. Pemasangan Nail Bar
Batangan baja yang sudah terpasang dengan centralizers,
dimasukkan ke dalam lubang bor, dan kemudian dicor dengan beton.
Secara
umum,
pengecoran
dengan
menuangkan
adukan
beton,
menghasilkan ikatan yang cukup baik antara tanah dengan hasil
pengecoran. Namun, untuk kasus tertentu pada tanah yang lemah
memerlukan daya ikatan yang lebih tinggi, ini dapat dihasilkan dengan
melakukan pengecoran dengan tekanan tinggi (jet grouting). Adanya
tekanan juga dapat menghasilkan beton yang lebih padat, dan diameter
efektif pengecoran mengembung menjadi lebih besar, dengan demikian
kemampuan menahan gaya cabut juga menjadi lebih baik.
Gambar 2.14 Metode Pengecoran Dengan Tekanan Tinggi (Jet Grouting)
(Sumber: www.grouters.org)
•
Tahap 4. Pemasangan Sistem Drainase
Aliran air ke dalam dinding galian harus dicegah. Oleh karena itu,
metode konvensional dalam pengendalian air permukaan dan drainase,
diperlukan selama masa konstruksi. Seperti yang telah dijelaskan
sebelumnya,
penambahan
lembaran
geokomposit
vertikal,
dapat
membantu mencegah peningkatan tekanan air tanah pada muka lereng.
Gambar 2.15 Sistem Drainase Pada Dinding Soil Nailing
(Sumber: “Soil Nail Walls”, Report FHWA-IF-03-017)
•
Tahap 5. Pembuatan Muka Sementara (Temporary Wall Facing)
Muka sementara dari sebuah dinding soil nailing umumnya
terbuat dari shotcrete, dengan ketebalan antara 75 sampai 100 mm.
Lapisan shotcrete akan menjadi perkuatan sementara, dan melindungi
permukaan galian dari erosi, serta sebagai pengisi rongga-rongga yang
terbentuk akibat keretakan tanah. Pelaksanaan konstruksi muka
sementara dengan shotcrete dapat dilihat pada Gambar 2.16.
Gambar 2.16 Pembuatan Muka Sementara Dengan Shotcrete
(Sumber: Porterfield et al. (1994))
Dalam pembuatan adukan untuk shotcrete ada dua syarat yang
saling berlawanan, dan harus dipenuhi, yaitu kemampuan ditembakkan
(shootability), dan kemampuan dipompa (pumpability). Shootability
adalah kemampuan adukan utuk menempel pada permukaan hingga
ketebalan
tertentu,
dan
tidak
mengelupas.
Pumpability
adalah
kemampuan adukan untuk mengalir seperti cairan, sehingga mudah
dipompa. Untuk memenuhi syarat shootability, adukan yang ideal adalah
adukan dengan kekentalan tinggi, sedangkan untuk pumpability
membutuhkan adukan yang berkemampuan alir baik, dan kekentalan
rendah. Oleh karena itu, kontraktor harus memperhatikan kedua syarat
tersebut dalam membuat adukan sehingga mudah dalam pelaksanaannya
dan menghasilkan dinding shotcrete yang baik.
Kualitas dan keawetan shotcrete bergantung pada dua faktor,
yaitu kadar semen dalam adukan dan kepadatan dinding. Shotcrete
dengan kadar semen tinggi umumnya berkisar antara 350-410 kg semen
per m3, jumlah kadar semen harus disesuaikan untuk memenuhi syarat
shootability, dan pumpability. Kepadatan dinding bergantung pada kadar
udara yang masuk dalam adukan sewaktu ditembakkan. Peningkatan
kadar udara akan menurunkan kekuatan beton yang dihasilkan (sekitar
5% kuat tekan berkurang setiap 1% kandungan udara dalam adukan).
Perkuatan untuk shotcrete biasanya menggunakan jaring kawat
(wiremesh), ukuran jaring pada kawat harus disesuaikan dengan ukuran
agregat dalam adukan shotcrete.
•
Tahap 6. Pembuatan Muka Permanen (Permanent Wall Facing)
Metode yang umum dilakukan dalam pembuatan muka permanen
adalah dengan shotcrete, dan beton pracetak. Di samping dua metode ini,
masih banyak metode yang dapat dilakukan, dan masih terus
dikembangkan.
Pembuatan muka permanen dari shotcrete sama dengan yang
dilakukan dalam pembuatan muka sementara. Ketebalan muka permanen
dari shotcrete umumnya berkisar antara 150, dan 300 mm, belum
termasuk ketebalan dari dinding sementara. Pengecoran dilakukan secara
berlapis dengan ketebalan tiap lapisan antara 50 hingga 100 mm.
Muka permanen dengan beton pracetak digunakan untuk
menyesuaikan keindahan yang diinginkan, atau durabilitas yang
diinginkan. Contoh pelaksanaan konstruksi muka permanen dengan panel
beton pracetak ditunjukkan pada gambar di bawah.
Gambar 2.17 Konstruksi Muka Permanen (Permanent Facing) Dengan
Panel Beton Pracetak
(Sumber: Ellias et al. (1994))
2.1.4
Evaluasi Kelayakan Konstruksi Dinding Soil Nailing
Evaluasi kelayakan konstruksi dinding soil nailing harus mencakup dari
segi teknis, dan dari segi ekonomis. Pertimbangan tersebut mencakup kondisi
tanah, kelebihan dan kekurangan dalam mengaaplikasikan soil nailing pada
proyek, perbandingan dengan metode alternatif lain, dan evaluasi biaya. Dalam
skripsi ini akan membahas pertimbangan dari dua aspek, yaitu kondisi tanah
serta kelebihan dan kekurangan soil nailing.
2.1.4.1 Evaluasi Jenis Tanah dan Kondisi Lapangan
Soil nailing dapat digunakan untuk banyak jenis tanah, dan kondisi.
Pengalaman dari berbagai proyek menunjukkan beberapa kondisi tanah yang
menguntungkan akan membuat metode soil nailing menjadi lebih efektif dari
segi biaya dibandingkan dengan teknik lain (“Soil Nail Walls”, Report FHWAIF-03-017).
Secara umum tanah yang dianggap baik untuk soil nailing adalah tanah
yang mampu berdiri tanpa perkuatan selama kira-kira 1 sampai 2 hari, dengan
kedalaman galian 1 sampai 2 m, dan sudut lereng vertikal atau mendekati
vertikal. Disamping itu, muka air tanah juga harus terletak di bawah semua
batangan besi. Berikut beberapa jenis tanah yang dianggap cocok untuk
mengaplikasikan soil nailing.
•
Tanah keras sampai sangat keras dan berbutir halus (stiff to hard fine
grained soils). Tanah berbutir halus (kohesif) keras sampai sangat keras
mencakup lempung (clays), lanau berlempung (clayey silts), lempung
berlanau (silty clays), lempung berpasir (sandy clays), dan kombinasi dari
jenis-jenis tersebut. Dari jenis-jenis tanah tersebut, sebaiknya disertai
dengan plastisitas rendah, untuk meminimalkan kemungkinan pergerakan
lateral dinding soil nailing dalam jangka panjang.
•
Tanah granular padat hingga sangat padat dengan sedikit kohesi (dense to
very dense granular soils with some apparent cohesion). Tanah ini
mencakup tanah pasir, dan kerikil (gravel) dengan nilai N-SPT lebih dari
30 (Terzaghi et al, 1996), dan dengan sedikit agregat halus (kurang dari
10 sampai 15 persen).
Sebaliknya berikut beberapa contoh jenis tanah dan kondisi yang kurang
menguntungkan untuk menerapkan soil nailing:
•
Tanah tidak berkohesi, bergradasi buruk, dan kering. Tanah tanpa kohesi
dengan gradasi buruk, dan dalam kondisi kering, sulit mencapai
kemiringan lereng vertikal atau hampir vertikal yang dibutuhkan dalam
soil nailing.
•
Tanah dengan muka air tanah tinggi. Kondisi muka air tanah yang tinggi
memerlukan sistem drainase yang signifikan, agar massa tanah dapat
berdiri stabil. Selain itu, tingginya muka air tanah akan menyulitkan
proses pengeboran karena tanah dalam lubang bor akan mudah runtuh,
akibatnya kondisi ini memerlukan biaya yang besar untuk pemasangan
soil nailing. Kondisi air tanah yang merembes keluar dari muka lereng
juga akan menambah kesulitan konstruksi ketika pelaksanaan pekerjaan
shotcrete.
•
Tanah berbatu (soils with cobbles and boulders). Tanah dengan
mengandung banyak bebatuan akan menjadi masalah pada saat pekerjaan
pengeboran,
dan
dapat
mengakibatkan
peningkatan
biaya
atau
keterlambatan masa konstruksi.
•
Tanah lunak hingga sangat lunak, dan berbutir halus. Jenis tanah tidak
cocok untuk konstruksi soil nailing karena daya ikatnya lemah, akibatnya
memerlukan nail bar yang sangat panjang untuk mencapai kapasitas ikat
yang dibutuhkan.
•
Tanah organik. Tanah organik seperti lanau organik (organic silts),
lempung organik (organic clays), dan khususnya gambut (peat), memiliki
daya dukung geser rendah, sehingga daya ikat tanah terhadap sistem soil
nailing menjadi lemah. Akibatnya, memerlukan panjang nail bars yang
tidak ekonomis. Disamping rendahnya daya dukung geser, tanah organik
cenderung bersifat lebih korosif dibandingkan dengan jenis-jenis tanah
inorganik lainnya.
•
Tanah atau air tanah korosif. Kondisi ini memerlukan sistem proteksi
terhadap korosi yang tinggi, dan akan mengakibatkan biaya konstruksi
menjadi tinggi. Selain itu, kondisi ini juga sangat tidak menguntungkan
untuk dinding soil nailing yang bersifat permanen atau jangka panjang.
•
Tanah granular yang renggang (loose to very loose granular soils). Tanah
ini akan berdeformasi berlebih akibat getaran selama konstruksi. Jenis
tanah ini dalam kondisi jenuh air, juga tidak cocok karena rentan terhadap
liquefaction pada daerah gempa.
Berbagai jenis tanah dan kondisi yang dijelaskan di atas, hanya
merupakan pendekatan dalam soil nailing. Oleh karena itu, diperlukan pengujian
lebih lanjut, baik uji lapangan maupun laboratorium, untuk mengevaluasi
kelayakan pelaksanaan konstruksi dengan soil nailing.
2.1.4.2 Evaluasi Kelebihan dan Kekurangan Soil Nailing
Adapun pertimbangan kelebihan soil nailing dibandingkan dengan
metode lain adalah:
•
Volume baja untuk nail bars dalam soil nailing lebih sedikit
dibandingkan dengan ground anchors, karena umumnya batangan baja
dalam soil nailing lebih pendek. Material yang dibutuhkan juga relatif
lebih sedikit, jika dibandingkan dengan ground anchors.
•
Luas area yang dibutuhkan dalam masa konstruksi lebih kecil
dibandingkan dengan teknik lain, sehingga cocok untuk pekerjaan yang
memiliki areal konstruksi terbatas.
•
Dinding dengan soil nailing relatif lebih fleksibel terhadap penurunan,
karena dinding untuk soil nailing lebih tipis jika dibandingkan dengan
dinding gravitasi.
Disamping kelebihan-kelebihannya, berikut kekurangan dari metode soil
nailing:
•
Metode soil nailing tidak cocok untuk daerah dengan muka air tanah
tinggi.
•
Soil nailing tidak cocok diaplikasikan untuk struktur yang membutuhkan
kontrol ketat terhadap deformasi. Hal ini dapat diatasi dengan
menggunakan post tension nail, namun langkah ini akan meningkatkan
biaya kosntruksi.
•
Pelaksanaan konstruksi soil nailing relatif lebih sulit, sehingga
membutuhkan kontraktor yang ahli, dan berpengalaman.
2.2
Stabilitas Lereng
Stabilitas sebuah lereng ditunjukkan dari nilai faktor keamanannya, yang
merupakan perbandingan dari gaya-gaya yang mendorong lereng untuk longsor,
terhadap gaya-gaya dari penahan dari tanah.
Berbagai metode telah dikembangkan dalam analisa stabilitas lereng,
misalnya: metode irisan Bishop, metode irisan Janbu, metode baji (wedge
method), metode elemen hingga, dan berbagai metode lainnya. Seiring dengan
perkembangan teknologi komputer, telah dikembangkan berbagai program
komputer yang memfasilitasi kemampuan untuk mengaanalisa stabilitas lereng,
dan masing-masing program mengadopsi metode analisa yang berbeda. Ada dua
macam program yang digunakan dalam penelitian ini, yaitu SLOPE/W, dan
PLAXIS.
2.2.1
Metode Bishop yang Disederhanakan ( Bishop’s Simplified Method)
Terdapat beberapa asumsi dalam metode yang dikemukakan oleh Bishop,
yaitu: bidang longsor yang menyerupai lingkaran dan terbagi menjadi beberapa
irisan, serta resultan gaya geser, dan gaya lateral antar irisan dianggap nol.
Berikut skema dari gaya-gaya yang bekerja (Gambar 2.18), dan persamaan yang
dikemukakan oleh Bishop untuk analisa faktor keamanan lereng adalah:
F=
∑ [c' b + (W
n
n
− ub n ) tan φ ']sec α n
⎛ tan φ ' tan α n ⎞
⎟
∑ Wn sin α n ⎜⎝1 +
F
⎠
(2.1)
Keterangan:
F = faktor keamanan
u = tegangan air pori
c’ = kohesi efektif tanah
φn = sudut geser efektif
b n = lebar irisan n
αn = sudut kemiringan
Wn = berat tanah irisan n
bidang longsor irisan n
n = jumlah irisan
Gambar 2.18 Gaya yang Bekerja Dalam “Metode Irisan Bishop yang
Disederhanakan”
2.2.2
Metode Janbu yang Disederhanakan (Janbu’s Simplified Method)
Sama seperti pada metode Bishop, metode Janbu mengasumsikan
resultan gaya geser antar irisan adalah nol. Dalam metode ini, kesetimbangan
gaya vertikal dan horisontal dapat tercapai, tetapi tidak untuk kesetimbangan
momen. Berikut persamaan dari metode Janbu:
∑ [c' b + (W
F=
n
n
− ub n ) tan φ '] sec 2 α n
⎛ tan φ ' tan α n ⎞
⎟
∑ Wn tan α n ⎜⎝1 +
F
⎠
(2.2)
Namun, persamaan ini menghasilkan nilai faktor keamanan yang kurang
akurat, karena kesetimbangan momen yang tidak terpenuhi. Oleh karena itu,
Janbu mengembangkan suatu faktor koreksi empiris (Gambar 2.19), untuk
mengoreksi nilai faktor keamanan dari persamaannya, sehingga nilai faktor
keamanan yang sudah dikoreksi (F’) menjadi:
F’ = fo x F
(2.3)
Gambar 2.19 Faktor Koreksi Untuk Metode Janbu
(Sumber: Steve Yaeger )
2.2.3
Perhitungan Manual
Dalam perhitungan manual, mengadopsi metode baji (wedge) dengan
bidang longsor planar. Dari diagram distribusi gaya pada Gambar 2.20,
didapatkan persamaan sebagai berikut:
∑T
− Pn sin α + Pt cos α = 0
(2.4)
W − Pn cos α − Pt sin α − ∑ Vi = 0
(2.5)
i
V2
T2
Le2
H
h2
Lf
Le1
β
h1
α
W
Pn
V1
Pt
φ
T1
P
β
α
Gambar 2.20 Gaya yang Bekerja Dalam Metode Baji (Wedge Method)
Variabel “P” dalam persamaan di atas merupakan gaya dari tanah pada
permukaan bidang longsor, dan dengan mempertimbangkan keseimbangan gaya,
maka:
Pt =
Pn
FoS
(2.6)
Pada tanah yang memiliki nilai kohesi, maka perlu diperhitungkan kuat
geser tanah pada sepanjang permukaan bidang longsor, berikut persamaan untuk
menghitung kuat geser:
S=
cLf
FoS
(2.7)
Dari persamaan 2.4, 2.5, 2.6, dan 2.7, nilai faktor keamanan dapat
dihitung dengan persamaan berikut:
FoS =
cLf + W cosα tan φ + (∑ Ti sin α − ∑ Vi cos α ) tan φ
W sin α − ∑ Ti cos α − ∑ Vi sin α
(2.8)
Keterangan:
W = berat dari massa tanah yang longsor
FoS = faktor keamanan
c = kohesi tanah
Le = panjang nail bar di belakang bidang longsor
Lf = panjang bidang longsor
ΣTi = jumlah daya dukung terhadap gaya tarik
ΣVi = jumlah daya dukung gaya geser
α = sudut kemiringan bidang longsor terhadap garis horisontal
φ = sudut geser internal
•
Gaya Geser dan Gaya Tarik Ijin Global
Untuk menentukan daya dukung tarik, dan geser yang akan digunakan
dalam perhitungan faktor keamanan, harus ditentukan terlebih dahulu daya
dukung dari tanah atau daya dukung nail bar yang akan berperan. Oleh karena
itu, daya dukung masing-masing harus dihitung terlebih dahulu dan diambil nilai
yang terkecil untuk perhitungan faktor keamanan.
Gaya geser, dan gaya tarik ijin dari sebuah nail bar dapat dihitung
dengan persamaan 2.9, dan 2.10.
V=
Rn
2 1 + 4 tan 2 (90° − α )
T = 4V tan(90° − α )
(2.9)
(2.10)
Keterangan:
V = gaya geser ijin nail bar
T = gaya tarik ijin nail bar
Rn = daya dukung tarik nail bar (dapat dilihat pada Tabel 2.1)
Sedangkan untuk gaya geser ijin dari tanah dapat dihitung dengan
persamaan berikut.
V = Pmax
D
Lo
2
(2.11)
Keterangan:
V = gaya geser ijin pasif tanah,
D = diameter nail bar+grouting,
Lo =
4
4EI
= panjang penyaluran,
KsD
EI = kekakuan nail bar, dengan diameter nail bar tanpa grouting,
Ks = modulus reaksi lateral tanah, ditentukan dari Gambar 2.21b
Pmax =
Pu
2
= tegangan pasif yang dibatasi menjadi setengah dari tegangan
pasif ultimit,
= Pu dihitung dengan mengambil nilai terkecil dari persamaan berikut:
Pu = (C1z + C 2 D)γ ' z
(2.12)
Pu = C 3 Dγ ' z
(2.13)
z = 2/3H
(2.14)
(Nilai koefisien C1, C2, dan C3, ditentukan dari Gambar 2.21a)
(a) Koefisien C1, C2, dan C3
(b) Modulus Reaksi Tanah Lateral
Gambar 2.21 Grafik Korelasi Untuk Tanah Pasir API
(Sumber: API, 1987)
Setelah mendapatkan gaya geser ijin terkecil antara nail bar dan tanah,
maka gaya tarik ijin pada nail bar perlu dibatasi, yang ditentukan dari persamaan
berikut:
2
2
Vmax
T
+ max2 = 1
2
Rc
Rn
(2.15)
Keterangan:
Vmax = gaya geser ijin global,
Tmax = gaya tarik ijin global,
Rc = Rn/2 = daya dukung geser nail bar
•
Gaya Tarik Ijin Dari Perkuatan Soil Nailing
Gaya tarik ijin dari masing-masing nail tidak boleh melebihi dari gaya
ijin global. Apabila lebih besar dari gaya ijin global, maka gaya ijin yang
digunakan adalah gaya ijin global, baik untuk gaya ijin tarik. Gaya ijin tarik
masing-masing nal bar per unit panjang tegak lurus bidang gambar dapat
dihitung dengan persamaan berikut.
Ti =
π DLef max
(2.15)
FoS
fmax adalah daya dukung geser pada ikatan antara tanah dengan
permukaan sepanjang
nail bar, sebaiknya dilakukan pengujian di lapangan
untuk medapatkan nilai ini. Berikut nilai fmax pada beberapa jenis tanah pasir.
Tabel 2.2 Daya Dukung Geser Soil Nailing Pada Tanah Pasir
(Sumber: Ellias and Juran, 1991)
Soil Type
Ultimate Bond Strength (kN/m2)
Sand/gravel
100 – 180
Silty sand
100 – 150
Silty clayey sand
60 – 140
Silty fine sand
55 – 90
2.2.4
Program SLOPE/W
Teori kesetimbangan batas (Limit Equilibrium Method) telah digunakan
sejak lama dalam dunia geoteknik. Pada tahun 1916, Petterson mengemukakan
metode analisa stabilitas lereng dengan membagi massa tanah menjadi beberapa
irisan vertikal, dan bidang longsor menyerupai lingkaran. Kemudian, Fellenius
(1936) mengenalkan “Metode Irisan Swedish/Ordinary” (Swedish/Ordinary
Method of Slices), dan dikembangkan oleh masing-masing, Janbu, dan Bishop
sekitar tahun 1950-an menjadi “Metode Irisan Janbu”, dan “Metode Irisan
Bishop”. Komputer mulai berkembang pada tahun 1960-an, sehingga
memungkinkan metode analisa yang membutuhkan iterasi perhitungan yang
lebih rumit, sehingga berkembanglah metode Morgenstern−Price (1965), dan
Spencer (1967).
SLOPE/W
adalah
sebuah
program
yang
menggunakan
teori
kesetimbangan batas modern, sehingga analisa dengan parameter kompleks, baik
dari kondisi geometri, tekanan air pori yang tidak seragam, dan bidang longsor
yang bervariasi, dapat dilakukan. Jika tidak ditentukan, metode analisa stabilitas
lereng yang akan digunakan program SLOPE/W adalah metode Ordinary,
Bishop, dan Janbu, serta Morgenstern-Price.
2.2.5
Program PLAXIS
PLAXIS adalah program yang mengacu pada teori elemen hingga, untuk
aplikasi geoteknik yang menggunakan model-model tanah untuk melakukan
analisis deformasi dan stabilitas, yang tidak dapat dilakukan dalam teori
kesetimbangan batas.
Prosedur pemodelan grafis yang relatif mudah dilakukan, memungkinkan
pembuatan suatu model elemen hingga yang rumit dapat dilakukan dengan cepat,
sedangkan fasilitas yang tersedia dapat digunakan untuk menampilkan hasil
komputasi secara mendetil. Model geometri pada program merupakan geometri
dua dimensi yang mewakili model tiga dimensi sesungguhnya.
•
Pemodelan Perilaku Tanah di Dalam Program PLAXIS
Dalam analisa ini pemodelan perilaku tanah dilakukan menurut
model Mohr-Coulumb. Pemodelan ini merupakan pendekatan awal
terhadap perilaku tanah yang umum dilakukan. Dalam model MohrCoulomb membutuhkan lima buah parameter dasar, yaitu: modulus
Young (E), angka Poisson (ν), kohesi tanah (c), sudut geser (φ), dan sudut
dilatansi (ψ).
Hubungan kelima parameter dasar dapat dilihat pada kurva
tegangan-regangan dari uji triaksial terdrainase standar (Gambar 2.22).
Uji ini diawali dengan mengkompresi material secara isotropik dengan
tekanan keliling (σ3) tertentu. Setelah itu, tegangan aksial (σ1)
ditingkatkan, sedangkan tegangan radial dijaga agar tetap konstan. Dalam
tahap pembebanan ini, umumnya akan menghasilkan kurva seperti
Gambar 2.22a. Peningkatan volume umumnya terjadi pada pasir atau
batuan, dan peningkatan volume tersebut tidak dapat kembali lagi seperti
semula (irreversible). Dalam memodelkan peningkatan volume ini
diperlukan parameter sudut dilatansi.
Model Mohr-Coulomb merupakan idealisasi dari hasil uji triaksial
terdrainase,
yang
menjadikan
kurva
tegangan-regangan
menjadi
hubungan yang linear (Gambar 2.22b). Model Mohr-Coulomb sering juga
disebut dengan Model elastis-plastis sempurna.
σ1 − σ 3
σ1 − σ 3
E
2c cos φ + σ 1 − σ 3 sin φ
1
-ε1
εv
-ε1
εv
-ε1
2 sinψ
1 − sinψ
-ε1
1-2ν
1
(a)
1
(b)
Gambar 2.22 Hasil Uji Triaksial Terdrainase (a), dan Model Mohr-Coulomb (b)
(Sumber: Manual Plaxis v8)
Keterangan:
σ1 = tegangan aksial
σ1 = tegangan keliling konstan
ε1 = regangan aksial
εv = regangan volumetrik
•
Pemodelan Soil Nailing Dalam PLAXIS
Dalam PLAXIS, tidak terdapat elemen yang dapat memodelkan
soil nailing. Namun, banyak praktisi geoteknik yang mengatakan bahwa
pemodelan soil nailing dalam PLAXIS dapat didekati dengan elemen
pelat (plate) atau dengan elemen node to node anchor.
Pemodelan soil nailing dengan node to node anchor, memerlukan
parameter kekakuan tarik/tekan (EA), dan spasi (s) antar soil nailing
tegak lurus bidang. Sedangkan, dalam pemodelan dengan elemen pelat,
beberapa parameter perlu dikoreksi, mengingat elemen pelat merupakan
elemen yang menerus, sedangkan soil nailing dipasang dengan jarak
tertentu. Koreksi pertama adalah dengan membagi parameter kekakuan
tarik/tekan (EA), dan parameter kekakuan tekuk (EI) dalam elemen pelat,
dengan spasi (s) dalam soil nailing. Berikutnya adalah mengoreksi luas
permukaan yang mengalami gaya friksi, yaitu luas selimut pada nail bars,
dan pada pelat adalah luas permukaan atas dan bawah yang
bersinggungan dengan tanah. Koreksi ini dilakukan dengan memasukkan
nilai tertentu dalam parameter antarmuka (Rinterface), yang dihitung dengan
persamaan berikut:
Rinterface =
A nail
A plate
(2.4)
Anail dalam persamaan tersebut adalah luas selimut satu nail bar,
sedangkan Aplate adalah luas permukaan pelat yang bersinggungan dengan
tanah (Gambar 2.23).
Keterangan:
Anail = π.D.L
Aplate = 2.s.L
L
= panjang nail bar
D
= diameter nail bar
S
= jarak antar nail bar tegak lurus bidang
L
πD
s
Gambar 2.23 Soil Nail dan Plate