kontruksi bangunan - Perpustakaan Universitas Mercu Buana

TUGAS AKHIR
PERHITUNGAN SISTEM PENAHAN TANAH
SOIL NAILING PADA PROYEK CITYLOFT, JAKARTA
Skripsi / Tugas Akhir
Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan
Dalam Menyelesaikan Pendidikan Sarjana Strata I
Program Studi Teknik Sipil
Disusun Oleh :
NAZUAR
0110311-054
Pembimbing :
Ir. DESIANA VIDAYANTI, MT
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN PERENCANAAN
UNIVERSITAS MERCU BUANA
JAKARTA
2008
Tugas akhir ini untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi persyaratan dalam
memperoleh gelar Sarjana Teknik, jenjang pendidikan Strata 1 (S-1) Program Studi
Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Universitas Mercu Buana, Jakarta.
Judul Tugas Akhir : PERHITUNGAN SISTEM PENAHAN TANAH SOIL
NAILING PADA PROYEK CITYLOFT, JAKARTA
Disusun Oleh :
Nama
: Nazuar
Nomor Induk Mahasiswa
: 0110311-054
Jurusan / Program Studi
: Teknik Sipil
Telah diajukan dan dinyatakan LULUS pada sidang sarjana :
Tanggal : 29 November 2008
Dosen Pembimbing
Ir.Desiana Vidayanti, MT
Koordinator Tugas Akhir
Ir. Edifrizal Darma, MT
Ketua Program Studi Teknik Sipil
Ir. Mawardi Amin, MT
ABSTRAK
PERHITUNGAN SISTEM PENAHAN TANAH SOIL NAILING PADA
PROYEK CITYLOFT, JAKARTA, Nazuar, 0110311-054, Tugas Akhir Program
Studi Teknik Sipil Universitas Mercu Buana. Dosen Pembimbing :
Ir. Desiana Vidayanti, MT
Soil nailing merupakan salah satu teknik untuk perkuatan, stabilitas, dan penahan
galian tanah, dengan cara memasang sisipan (umumnya besi beton) dengan jarak
yang rapat kedalam tanah, untuk membentuk stabilitas lokal. Soil nailing
meningkatkan tahanan geser tanah untuk stabilisasi lereng dalam pekerjaan galian
tanah dengan kedalaman tertentu. Soil nailing tidak begitu cocok untuk tanah sangat
lembek (very soft cohesive soil) dan tanah pasir (Cohesionless Soil).
Perhitungan sistem dinding penahan tanah soil nailing pada Proyek Cityloft, Jakarta
mengunakan program bantu yaitu Snailz win 3.10 bertujuan untuk mengetahui faktor
keamanan minimum dari stabilitas lereng.
Perhitungan stabilitas lereng tanpa mengunakan soil nailing dengan metode Bishop
didapatkan faktor keamanan (SF) = 0.80. Sedangkan dengan program Snailz win
3.10 didapatkan rata rata faktor keamanan (SF) = 0.86. Dalam desain soil nailing
yang dipakai menggunakan nails BJTD 40 (fy = 400 Mpa), diameter nails 20 mm,
diameter lubang bor 150 mm, panjang nails 12 meter 8 lapisan, kemiringan tulangan
15°, jarak horizontal antar nails 1.25 meter, jarak vertical 1.25 meter dan tebal
shotcrete 10 cm. Sehingga mendapatkan faktor keamanan (SF) = 1.40 (faktor
keamanan minimum yang terkecil).
Kata kunci : Perkuatan, stabilitas lereng, soil nailing, program Snail
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada ALLAH SWT, Tuhan yang Maha Esa karena atas
rahmat dan hidayah Nya saya dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Tugas Akhir
ini merupakan prasyarat dalam menyelesaikan program studi Sarjana Strata Satu
(S-1) pada jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan
Universitas Mercu Buana.
Pada kesempatan yang pertama ini penulis ingin mengucapkan terima
kasih kepada Ir. Desiana Vidayanti, MT sebagai pembimbing, atas pengarahan,
saran dan bimbingan serta pengetahuan yang telah diberikan kepada penulis
selama masa penyusunan Tugas Akhir ini. Rasa terima kasih yang setulus –
tulusnya juga penulis sampaikan kepada semua pihak yang telah membantu
penulis dalam menyelesaikan studi di Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil
dan Perencanaan Universitas Mercu Buana. Khususnya dalam menyelesaikan
Tugas Akhir ini, yang antara lain :
1. Orang tua dan keluarga saya yang telah memberikan dukungan penuh baik
moral maupun material dan tidak ada habis – habisnya selalu mendoakan
saya setiap hari
2. Bapak Ir. Muji Indarwanto, MM, MT selaku Dekan Fakultas Teknik Sipil
dan Perencanaan, Universitas Mercu Buana
3. Bapak Ir. Mawardi Amin, MT selaku Ketua Jurusan Teknik Sipil, Fakultas
Teknik Sipil dan Perencanaan, Universitas Mercu Buana
4. Bapak Ir. Edifrizal Darma, MT selaku Ketua Koordinator Tugas Akhir,
Jurusan Teknik Sipil dan Perencanaan, Universitas Mercu Buana
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
5. Bapak Ir. Mawardi Amin, MT selaku Pembimbing Akademik
6. Seluruh Dosen dan Staf Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan
Perencanaan, Universitas Mercu Buana
7. Teman – teman seperjuangan dalam penyusunan Tugas Akhir dan selalu
saling memberikan dukungan
8. Ir. Agung Hari Nugroho, Ir Benedictus Benny Po yang telah banyak
membantu dan memberikan masukan – masukan yang sangat berharga
9. PT.Pratama Widya selaku Konsultan Soil Test pada proyek Cityloft,
Jakarta
10. Seluruh pihak yang turut membantu, baik secara langsung maupun tidak
langsung, yang karena keterbatasan tempat tidak dapat disebutkan satu –
persatu pada Tugas Akhir ini.
Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan Tugas Akhir ini masih
terdapat banyak kekurangan. Oleh karena itu penulis sangat mengharapkan kritik
dan saran yang membangun dari semua pihak.
Akhir kata, harapan penulis semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi
kita semua.
Jakarta, 25 November 2008
Nazuar
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
DAFTAR ISI
i
DAFTAR ISI
Halaman
DOKOMEN PENGESAHAN
ABSTRAK
KATA PENGANTAR
DAFTAR ISI ……………………………………………………….
i
DAFTAR TABEL………………………………………………….
v
DAFTAR GAMBAR………………………………………………
vi
DAFTAR NOTASI…………………………………………………
viii
BAB I. PENDAHULUAN
I.1
Latar Belakang Penulisan……………………………
1
I.2
Maksud dan Tujuan…………………………………
3
I.3
Ruang Lingkup Pembahasan………………………..
3
I.4
Metode Penulisan……………………………………
4
I.5
Sistematika Penulisan……………………………….
4
BAB II. STABILITAS LERENG
II.1
Umum……………………………………………….
6
II.1.1 Tujuan Analisis Kestabilan Lereng…………
7
II.1.2 Jenis – jenis Lereng…………………………
7
II.1.2.1 Lereng Alam (Natural Slopes)…….
7
II.1.2.2 Lereng Buatan (Engineered Slopes)..
7
II.1.3 Landslides (Kelongsoran)…………………..
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
10
DAFTAR ISI
ii
II.1.3.1 Jenis – jenis Pergerakan Lanslides…
11
II.1.4 Faktor yang Mempengaruhi Kegagalan Lereng..
15
II.1.5 Data Masukan dan Untuk Analisis Stabilitas Lereng..
16
II.1.5.1 Penyelidikan Tanah………………….
17
II.2
Teori Analisis Stabilitas Lereng……………………..
19
II.3
Analisis Stabilitas Lereng dengan Bidang Longsor Datar…
21
II.3.1 Lereng tak Terhingga (infinite slope)………..
21
II.3.1.1 Kondisi Tanpa Rembesan……………
22
II.3.1.2 Kondisi dengan Rembesan………….
25
II.3.2 Lereng Terbatas (Finite Slope)………………
27
Metode Irisan (Method of Slice)…………………….
30
II.4.1 Metode Fillinius……………………………..
31
II.4
II.4.2 Metode Bishop Disederhanakan
II.5
(Simplified Bishop Method)…………………
33
Pencegahan Kelongsoran……………………………
38
BAB III. SOIL NAILING
III.1
Umum……………………………………………….
40
III.2
Latar Belakang Teori Soil Nailing………………….
46
III.2.1 Nail………………………………………….
49
III.2.2 Struktur Penutup Permukaan (Facing)……..
50
III.3
Keuntungan dan Kerugian Soil Nailing……………
51
III.4
Beberapa Pertimbangan dalam Merencanakan
Soil Nailing Wall………………………………………..
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
53
DAFTAR ISI
III.5
iii
III.4.1 Konfigurasi Dinding yang Diijinkan ............
53
III.4.3 Umum Konstruksi yang direncanakan……..
55
III.4.4 Sistem Drainase yang dibutuhkan………….
55
Metode Perencanaan………………………………..
56
III.5.1 Metode Davis……………………………….
57
III.5.2 Metode Modified Davis…………………….
60
III.5.3 Metode Perancis…………………………….
62
III.5.4 Metode Kinematik…………………………..
66
III.5.5 Metode Caltrans…………………………….
71
III.5.6 Berbagai Metode Diaplikasikan Program Komputer…
77
III.5.7 Ketidak-konsistensi-an (Inconsistencies)
III.6
III.7
III.8
Pada Metode Perencanaan………………………….
78
Sistem Perencanaan Soil Nailing Wall……………..
79
III.6.1 Metode Empiris……………………………..
79
III.6.2 Stabilitas Global……………………………
83
III.6.3 Stabilitas Dalam…………………………….
84
Metode Pelaksanaan Konstruksi……………………
84
III.7.1 Prosedur Pelaksanaan Konstruksi pada Soil Nailing…
88
Manual Program SNAIL WIN Ver.3.10……………
93
III.8.
Dasar Teori…………………………………
93
III.8.2 Kelebihan Program SNAILWIN Ver.3.10….
94
III.8.3 Langkah – langkah menjalankan Program SNAILWIN..
94
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
DAFTAR ISI
iv
BAB IV STUDI KASUS
IV.1
Pendahuluan…………………………………………
113
IV.2
Data kondisi tanah……..…………………………….
114
IV.3
Disain soil nailing ( Trial & error )………………….
116
IV.4
Perhitungan secara manual………………………….
117
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
V.1
Kesimpulan…………………………………………..
127
V.2
Saran………………………………………………….
127
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
v
DAFTAR TABEL
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel II.1
Velocity Class…………………………………………………….. 11
Tabel III.1
Rangkuman metode desain system Soil Nailing………………….. 91
Tabel IV.1
Perhitungan massa longsor di bagi menjadi 15 irisan……………... 123
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
vi
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar II.1
Runtuhan………………………………………..........
11
Gambar II.2
Pengelupasan………………………………...............
12
Gambar II.3
Longsoran……………………………………...........
12
Gambar II.4
Sebaran………………………………………............
14
Gambar II.5
Aliran…………………………………………..........
15
Gambar II.6
Lereng tak terhingga tanpa aliran air rembesan……..
22
Gambar II.7
Lereng tak terhinnga dipengaruhi aliran rembesan…..
26
Gambar II.8
Analisis stabilitas timbunan di atas tanah miring…….
28
Gambar II.9
Gaya – gaya yang bekerja pada irisan………………..
31
Gambar II.10 Diagram untuk menetukan M, (Janbu dkk, 1965)…….
37
Gambar II.11 Kontur faktor aman……………………………………
38
Gambar III.1 Beberapa metode perkuatan…………………………..
42
Gambar III.2 Pemakuan tanah (Soil Nailing) untuk stabilitas galian...
43
Gambar III.3 Pemakuan tanah (Soil Nailing) untuk stabilitas lereng alam..
44
Gambar III.4 Interaksi tanah tulangan pada stabilitas lereng
Dengan sistem Soil Nailing (pemakuan tanah)………
45
Gambar III.5 Material dan zone Soil Nailing……………………….
47
Gambar III.6 Kegagalan dalam (internal failure) pada soil nailing wall…
49
Gambar III.7 Kegagalan luar (external failure) pada soil nailing wall
a.Gelincir
b.Miring
c. Kelongsoran (slip failure)…
50
Gambar III.8 Tahap pelaksanaan Soil Nailing……………………….
51
Gambar III.9 Metode Davis…………………………………………..
58
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar III.10 Metode Jerman ( Dari Elias dan Juran 1991 )………..
61
Gambar III.11 Metode Perancis ( Dari Elias dan Juran 1991 )………
63
Gambar III.12 Metode Kenematik ( Dari Elias dan Juran, 1991)…….
67
Gambar III.13 Gaya-gaya yang bekerja beserta arahnya pada irisan bi-linier… 73
Gambar III.14 Gaya-gaya yang bekerja beserta arahnya pada keadaan fasif…
75
Gambar III.15 Properti tanah untuk irisan pada system dua lapis tanah…
77
Gambar III.16 Rasio panjang pada metode empiris Soil Nailing……...
81
Gambar III.17 Rasio lekatan/bond metode empiris Soil Nailing………
82
Gambar III.18 Rasio kekuatan/strength metode empiris Soil Nailing…
82
Gambar III.19 Grafik metode Modified Davis…………………………
83
Gambar III.20 Tahapan pekerjaan Soil Nailing……………………….
87
Gambar III.21 Photo Pelaksanaan Soil Nailing………………………….
88
Gambar III.22 Bagian-bagian Soil Nailing……………………………
90
Gambar III.23 Wall Geometry…………………………………………
99
Gambar III.24 Reinforcement Parameters…………………………….
102
Gambar III.25 Slope Below The wall…………………………………..
103
Gambar III.26 Search Grid pattern Node 7……………………………
105
Gambar III.27 Surcharge………………………………………………
109
Gambar IV.a Denah lokasi soil nailing dan open cut………………..
113
Gambar IV.b Potongan tanah pada BH 10……………………………
115
Gambar IV.c Hasil output Snail tanpa menggunakan soil nailing……
117
Gambar IV.d Perhitungan metode irisan Bishop……………………...
118
Gambar IV.e Pengukuran sudut jari – jari titik berat setiap irisan…...
119
Gambar IV.f Disain soil nailing pemodelan pertama………………...
125
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
viii
DAFTAR NOTASI
DAFTAR NOTASI
As
= Luas penampang nail
ai
= Panjang bagian lingkaran pada irisan ke – i
b
= Lebar irisan
bi
= Lebar irisan ke – i
β
= Sudut lereng tanah
c'
= Koefisien kohesi terfaktor
C'
= Kohesi yang dimobilisasi
c
= Kohesi
c'
= Kohesi tanah efektif
Dg
= Diameter lubang grout
D
= Diameter nail
Db
= Diameter dari nail
d
= Diameter lubang nail untuk rasio lekatan/bond
dbar
= Diameter nail untuk rasio kekuatan/strength
d
= Ketebalan shotcrete
E
= Modulus elastisitas nail
E1,E2
= Gaya gempa pada masing – masing irisan, termasuk komponen horizontal
(KH) dan vertical (KV)
fy
= Tegangan leleh yang diizinkan
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
DAFTAR NOTASI
ix
FKm
= Faktor keamanan sehubungan dengan lentur plastis
FK
= Faktor keamanan
FKp
= Faktor keamanan untuk kegagalan nail tercabut keluar
F1
= Tegangan geser leteral batas pada antar muka nail-tanah
F
= Faktor aman
H
= Tinggi dari dinding penahan
Hc
= kedalaman maksimum / tinggi lereng kritis
h
= Tinggi irisan rata – rata
I
= Momen inersia dari nail
l3
= Panjang tegak irisan
l1 , l2
= Panjang dasar bidang runtuh pada masing – masing irisan
Kh
= Modulus subgrade/lapisan bawah horizontal dari tanah
L
= Panjang dari nail
L
= Jarak antar paku
Lw
= Submerged length (panjang yang terendam air)
LT
= Panjang dari permukaan runtuh
La
= Panjang lekatan nail di daerah tahanan
Lo
= Panjang penyaluran dari nail
l1W , l2W
= Subrerged length (panjang yang terendam air) dasar bidang runtuh masing
– masing irisan
Mp
= Momen maksimum yang diijinkan pada nail
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
DAFTAR NOTASI
N2'
x
= Gaya reaksi normal pada elemen 1 di tambah dengan komponen gaya
normal dari nail, TN atau N2' =N2 + TN
N
= Jumlah irisan
N1
= Gaya sisi horizontal antara elemen 1 dan elemen 2
N3
= Gaya reaksi normal pada elemen 2
PS
= Punching Shear Capacity
P
= Passive Force
P
= Tekanan pasif pada nail
R
= Jari-jari lingkaran bidang longsor
R1,R2
= Resultan gaya geser pada dasar masing – masing irisan
R3
= Resultan gaya geser antar sisi irisan
Rn
= Tegangan tarik dari nail
Rc
= Tegangan geser dari nail
r
u
= Nilai banding dari tekanan pori
S
= Jarak antar nail
S
= Panjang nail pada daerah aktif
Sv
= Jarak vertical antar nail
Sh
= Jarak horizontal antar nail
S1
= Gaya tangensial vertical antara elemen 1 dan elemen 2
T
= Kekuatan paku maksimum
Tmax
= Gaya tarik maksimum nail
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
DAFTAR NOTASI
T
xi
= Gaya tarik yang timbul pada nail
T'N1 , T'N2 = Jumlah gaya tarik tulangan pada masing-masing irisan
u
= Tekanan air pori
ui
= Tekanan air pori pada irisan ke – i
V
= Gaya geser yang timbul pada nail
W
= Berat tanah diatas bidang longsor
Wi
= Berat massa tanah irisan ke –i
W2
= Berat dari elemen 2
W1
= Berat dari elemen 1
W1 , W2
= Berat irisan
θi
= Sudut yang didefinisikan
θ1 , θ2
= Sudut bidang runtuh masing – masing irisan terhadap bidang horizontal
Ø'
= Sudut geser dalam tanah efektif
Φ
= Sudut geser dalam dari tanah
Φ'
= Sudut geser yang dimobilisasi
α
= Sudut tulangan terhadap bidang horizontal
α
= Sudut kemiringan lereng / sudut longsor terhadap horizontal
α
= Sudut yang dibentuk antara nail dengan permukaan lereng
α5
= Kemiringan permukaan runtuh pada dasar elemen 2
α3
= Kemiringan permukaan runtuh pada dasar elemen 1
φ1'
= Sudut α terfaktor (φ/FK) untuk elemen 1
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
DAFTAR NOTASI
xii
φ2'
= Sudut α terfaktor untuk elemen 2
σ
= Tegangan normal
σa
= Kemiringan dari permukaan runtuh potensial
σ'
= Tegangan normal efektif
Ψ
= Sudut gaya gempa terhadap bidang horizontal
γ
= Berat volume tanah
γ'
= Berat volume efektif tanah
γsat
= Berat volume efektif tanah
τ
= Tahanan geser
τd
= Tegangan geser yang terjadi akibat gaya berat tanah yang akan longsor
τult
= Tegangan geser lateral batas pada muka nail- tanah
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab I – PENDAHULUAN
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
Soil nailing merupakan salah satu teknik untuk perkuatan, stabilitas, dan penahan
galian tanah, dengan cara memasang sisipan (umumnya besi beton) dengan jarak
yang rapat kedalam tanah, untuk membentuk stabilitas lokal. Soil nailing
meningkatkan tahanan geser tanah untuk stabilisasi lereng dalam pekerjaan galian
tanah dengan kedalaman tertentu.
Pengerjaan soil nailing bukan hanya dilaksanakan pada lereng jalan, atau perumahan
berbukit yang mempunyai lereng curam, tetapi juga untuk pembangunan gedung
bertingkat . Semakin banyak gedung-gedung bertingkat, maka kapasitas lahan yang
disediakan juga meningkat. Mengingat terbatasnya dan mahalnya lahan, maka
alternatif yang paling tepat untuk pemanfaatan lahan adalah pembuatan basement
(lantai dibawah tanah) yang pada umumnya digunakan untuk sarana parkir
kendaraan. Tidak sedikit bangunan yang mempunyai basement 2 hingga 4 lapis
dibawah permukaan tanah. Semakin banyak basement yang akan dibuat, semakin
banyak pula galian yang harus dilakukan. Salah satu kendala dalam melakukan
pekerjaan galian adalah resiko kelongsoran pada dinding penahan tanah, cara salah
satu metode mendesain dinding penahan tanah yang lebih ekonomis adalah dengan
cara soil nailing. Dalam pelaksanaan soil nailing ini perlu dilakukan penurunan
muka air tanah (MAT) terlebih dahulu, dengan cara pemompaan ataupun cara
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab I – PENDAHULUAN
2
lainnya agar dalam melaksanakan pekerjaan tidak terganggu oleh adanya air.
Penurunan muka air tanah (MAT) tersebut biasa dikenal dengan sistem dewatering
yang merupakan proses untuk menurunkan muka air tanah (MAT) pada suatu daerah
area pekerjaan konstruksi.
Sistem konstruksi perkuatan tanah untuk lereng yang selama ini kita kenal beton/baja
(sheet piles), contiquos Bored Pile (soldier piles). Bila galiannya lebih dalam, maka
bisa diperkuat dengan ground anchor dan diaphragma wall yang sudah sering
digunakan. Masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangan.
Seiring dengan perkembangan teknologi konstruksi juga tuntutan terhadap metode
yang relatif lebih efisien dan sederhana pelaksanaannya, dan ekonomis (ditinjau dari
aspek-aspek tertentu) maka sekitar tahun 1970-an telah dikembangkan di Eropa dan
Amerika suatu sistem perkuatan tanah yang kemudian dikenal sebagai soil nailing.
1.2.
Maksud dan Tujuan
Maksud dari penulisan ini adalah untuk mengetahui kestabilan suatu lereng, untuk
mendapatkan faktor keamanan minimum, sebagai penentu tingkat kestabilan suatu
lereng pada proyek Cityloft Jakarta.
Tujuan dari penulisan ini adalah untuk mengetahui dan membandingkan perencanaan
perkuatan kestabilan suatu lereng dengan soil nailing secara teoritis dan kenyataan
dilapangan pada proyek Cityloft Jakarta. Dengan program bantu yaitu Snail win 3.10.
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab I – PENDAHULUAN
3
Dengan program tersebut akan mengetahui faktor keamanan minimum dari stabilitas
lereng.
1.3.
Ruang Lingkup Penulisan
Dalam penulisan ini dibatasi hanya pada hal-hal dibawah ini :
1. Metode - metode dan desain soil nailing untuk mengetahui faktor
keamanan minimum stabilitas lereng pada proyek Cityloft, Jakarta
2. Perancangan soil nailing pada suatu lereng dengan menggunakan program
Snail win 3.10.
1.4.
Metode Penulisan
Penyusunan tugas akhir ini dilakukan dengan metode sebagai berikut :
1. Studi kepustakaan
2. Pengumpulan data proyek soil nailing dilokasi .
3. Perhitungan data yaitu pengolahan data dengan menggunakan program
Snail win 3.10.
4. Penyusunan laporan.
1.5.
Sistematika Penulisan
Penulisan dalam penyusunan TUGAS AKHIR ini terdiri dari 5 (lima) bab yaitu :
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab I – PENDAHULUAN
Bab 1 :
4
Pendahuluan
Terdiri dari latar belakang, maksud dan tujuan, lingkup penulisan, metode penulisan,
sistematika penulisan.
Bab II :
Stabilitas Lereng
Pada bab ini akan dibahas mengenai tinjauan teori-teori stabilitas lereng sebagai teori
dasar pendukung yang berhubungan dengan perencanaan perkuatan stabilitas lereng
dengan metode soil nailing.
Bab III :
Soil Nailing
Pada bab ini akan dibahas tentang soil nailing, metode-metode perencanaan soil
naling, perhitungan dari masing-masing metode, dan pengenalan program Snail win
3.10, fasilitas kemampuan, pemasukan data, dan output hasil perhitungan.
Bab IV :
Studi Kasus
Pada bab ini akan dibahas perhitungan perkuatan stabilitas lereng kondisi kenyataan
(existing) secara manual dan perencanaan perkuatan stabilitas lereng metode soil
nailing dengan program bantu yaitu Snail win 3.10.
Bab V:
Kesimpulan
Pada bab ini akan dibahas mengenai kesimpulan yang telah dipaparkan pada bab-bab
sebelumnya. Serta beberapa saran penulis.
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
5
Bab II – STABILITAS LERENG
BAB II
STABILITAS LERENG
II.1
Umum
Stabilitas lereng umumnya, mengurangi gaya yang melongsorkan atau menyebabkan lereng tanah tersebut longsor (bergerak turun) ke arah kaki lereng,
memperbesar gaya perlawanan terhadap gaya yang melongsorkan, atau kombinasi
ke duanya. Secara umum metode stabilitas lereng ini dapat dilakukan secara fisik
dengan memperhatikan kondisi lereng yang labil, sehingga dapat ditentukan
metode yang paling tepat.
Metode stabilitas lereng secara fisik merupakan metode yang paling sederhana,
namun hasilnya dapat diandalkan. Usaha stabilisasi dengan membuat lereng lebih
landai, sehingga lereng menjadi tidak curam, atau mengurangi beban di bagian
atas lereng dengan memindahkan material di bagian puncak lereng ke kaki lereng,
menempatkan konstruksi bahu lereng merupakan usaha untuk melandaikan lereng.
(Suryolelono,Stabilitas Lereng.2004)
II.1.1 Tujuan Analisis Kestabilan Lereng
Tujuan utama kestabilan lereng adalah untuk mencapai faktor keamanan
minimum dan perencanaan yang ekonomis dari penggalian (excavation), tanggul
(embankment), bendungan tanah (earth dam), penimbunan (landfills).
Tujuan lainnya adalah :
1. Untuk memahami perkembangan dan bentuk dari lereng alam dan
proses yang menyebabkan terjadinya bentuk – bentuk alam yang
berbeda.
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
6
Bab II – STABILITAS LERENG
2. Untuk menilai kestabilan lereng dalam jangka pendek (biasanya
selama kontruksi) dan jika kondisi jangka panjang.
3. Untuk
menilai
kemungkinan
terjadinya
kelongsoran
yang
melibatkan lereng alam atau lereng buatan.
4. Untuk menganalisa kelongsoran dan untuk memahami kesalahan
mekanisme dan pengaruh dari faktor lingkungan.
5. Untuk dapat mendisain ulang lereng yang gagal, serta perencanaan
dan disain pencegahannya, serta pengukuran ulang.
6. Untuk mempelajari efek atau pengaruh dari beban gempa pada
lereng dan tanggul.
( II.1.2 Jenis – jenis Lereng )
II.1.2.1 Lereng Alam ( Natural Slopes )
Lereng alam merupakan lereng yang terbentuk sendiri oleh alam karena aspek
geoligis alam. Lereng alam yang telah stabil bertahun – tahun biasanya tiba – tiba
runtuh dikarenakan oleh perubahan topografi, gempa, aliran air tanah, kehilangan
kekuatan, perubahan tekanan dan cuaca. Lereng alam cenderung mempunyai
material yang mudah tergelincir, gangguan kestabilan lereng dapat terjadi bila
tahanan geser tanah tidak biasa lagi mengimbangi gaya – gaya yang menyebabkan
gelincir pada bidang longsor, pada lereng tersebut.
Hal yang dapat membuat suatu lereng mengalami longsor antara lain :
1. Gangguan luar akibat pemotongan atau adanya timbunan baru.
2. Terjadinya gempa
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab II – STABILITAS LERENG
7
3. Kenaikan tekanan air pori (akibat naiknya muka air tanah), terjadi karena
hujan berkepanjangan, gangguan pada sistem drainase, pembangunan
waduk, dan lain – lain.
4. Turunnya kuat geser tanah secara progresif akibat deformasi sepanjang
bidang yang berpotensi mengalami kelongsoran.
5. Adanya proses pelapukan.
II.I.2.2 Lereng Buatan ( Enginerred Slopes )
Lereng buatan dapat dikatagorikan menjadi 3 kategori utama :
1. Lereng Timbunan (Embankments and Files)
Lereng timbunan melibatkan tanah yang dipadatkan, biasanya digunakan
untuk badan jalan raya , dam, jalan kereta api dan tanggul. Bahan – bahan
lereng timbunan yang digunakan ditentukan oleh sumber distribusi ukuran
butiran bahan timbunan, metode kontruksi dan tingkat kepadatan.
2.
Lereng Galian (Cut Slopes)
Pemotongan yang dangkal dan dalam, adalah hal yang penting untuk proyek proyek tehnik sipil. Tujuan dari disain lereng ini adalah untuk menentukan
ketinggian dan kemiringan yang rendah dan tetap stabil selama jangka waktu
yang beralasan (logic). Bentuknya dipengaruhi oleh tujuan pemotongan,
kondisi geologi, bahan di tempat (in-situ material), tekanan rembesan,metode
kontruksi dan potensi fenomena alam misalnya banjir, erosi dan gempa bumi .
Kestabilan dari lereng galian tergantung kepada :
a. Kuat geser tanah pada bagian galian
b. Berat isi tanah
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
8
Bab II – STABILITAS LERENG
c. Tinggi lereng
d. Kemiringan lereng
e. Tekanan ari pori
3. Penimbunan Tanah (Landfills)
Penimbunan tanah merupakan kasus khusus potongan dan lereng timbunan di
mana bahan – bahan yang ditimbun lebih sedikit dari jumlah yang optimal .
Penimbunan tanah (landfills) bisa terdiri dari bahan organik, dahan pohon,
sampah dan bermacam – macam bahan yang biasanya tertimbun. Perhitungan
stabilitas lereng penimbunan tanah (landfills) sama dengan analisis lainnya,
penyeleksian nilai – nilai yang sesuai untuk kekuatan dari timbunan / sampah
dan bahan – bahan dasar serta ketahanan penggeseran yang sesuai bersamaan
dengan sistem permukaan yang linier dan tertutup.
II.I.3 Kelongsoran (Landslides)
Kelongsoran merupakan salah satu bentuk pergerakan lereng yang menyebabkan
kegagalan (keruntuhan) suatu lereng. Sebab – sebab kelongsoran lereng pada
suatu galian akan sangat berbeda pada suatu timbunan. Suatu galian adalah, suatu
kasus tanpa pembebanan dimana
tanah dihilangkan, oleh karena itu
menyebabkan sokongan tegangan di dalam tanah.
Bilamana terjadi tanah longsor , maka hal itu kekuatan geser tanah telah dilampui
yaitu : perlawanan geser pada bidang gelincir tidak cukup besar untuk menahan
gaya-gaya yang bekerja pada bidang tersebut .
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
9
Bab II – STABILITAS LERENG
II. 1.3.1
Jenis - jenis Pergerakan Kelongsoran (Landslides)
Berdasarkan bentuk pergerakan longsor ada 5 jenis pergerakan landslides
yaitu :
1. Runtuhan
Terjadinya gerakan massa tanah jatuh dari udara.
Umumnya massa tanah yang jatuh terlepas dari lereng curam dan
tidak ditahan oleh suatu geseran, dengan material yang berbatasan.
Pada jenis runtuhan batuan umumnya tidak didahului gerakan
awal.
Gambar II.1 Runtuhan
(sumber : John Wiley and Son. Slope Stability and Stabilization Method.1996)
2. Pengelupasan
Gerakan ini berupa gerakan rotasi keluar dari suatu unit massa,
yang berputar terhadap suatu titik akibat gaya gravitasi atau gayagaya lain seperti adanya tekanan air dalam rekahan.
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
10
Bab II – STABILITAS LERENG
Gambar II.2 Pengelupasan
(sumber : John Wiley and Son. Slope Stability and Stabilization Method.1996)
3. Longsoran
Pergerakan bawah lereng dari tanah yang berjumlah besar secara
dominan diatas permukaan dari pecahan. Pergerakan biasanya
secara progresif pada area runtuhan lokal. Dalam longsoran yang
sebenarnya, gerakan ini terdiri dari perenggangan secara geser dan
peralihan sepanjang satu bidang atau beberapa bidang gelincir yang
dapat dilihat secara visual.
Gambar II.3 Longsoran
(sumber : John Wiley and Son. Slope Stability and Stabilization Method.1996)
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
11
Bab II – STABILITAS LERENG
Longsoran (Slides) berdasarkan bentuk bidang gelincirnya dapat dibagi
menjadi :
a. Longsoran Rotasi
Longsoran rotasi adalah yang paling sering dijumpai oleh
para rekayasawan sipil. Longsoran jenis rotasi ini dapat
terjadi pada batuan apapun pada tanah. Pada kondisi tanah
homogen, longsoran rotasi ini dapat berupa bujur lingkaran,
tetapi dalam kenyataan sering dipengaruhi oleh adanya
diskontinuitas oleh adanya pergesaran,lapisan lembek,dan
lain-lain. Analisis kestabilan lereng yang mengasumsi bidang
longsoran berupa busur lingkaran dapat menyimpang
bilamana tidak memperhatikan hal ini.
b. Longsoran Translasi
Dalam longsoran translasi suatu massa bergerak sepanjang
bidang gelincir berbentuk bidang rata. Pembedaan terhadap
lonsoran rotasi dan translasi merupakan kunci penting dalam
penanggulangannya.
Gerakan
dari
longsoran
translasi
umumnya dikendalikan oleh permukaan yang lembek.
Longsoran translasi ini dapat bersifat menerus dan dapat pula
dalam blok.
4. Sebaran
Sebuah perluasan dari jumlah besar tanah yang dikombinasikan
dengan penurunan secara umum dari retakan-retakan dalam bahanbahan dasar yang lebih lembut. Permukaan pecahan bukan
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
12
Bab II – STABILITAS LERENG
permukaan dari pergesaran. Yang intensif., Spread (sebaran) bisa
disebabkan dari percairan butiran-butiran atau kegagalan dari tanah
berkohesi rendah dari sebuah lereng.
Gambar II.4 Sebaran
(sumber : John Wiley and Son. Slope Stability and Stabilization Method.1996)
5. Aliran
Pergerakan sebagian yang terus menerus pada permukaan
pergeseran yang berjangka waktu pendek, ruang tertutup, dan
biasanya tidak dicegah. Distribusi kecepatan dalam masa
tergantikan menyerupai cairan perekat. Pada umumnya jenis
pergerakan ini terjadi pada kondisi tanah yang amat sensitif atau
dari gaya gempa.
Gambar II.5Aliran
(sumber : John Wiley and Son. Slope Stability and Stabilization Method.1996)
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab II – STABILITAS LERENG
13
II.1.4. Faktor yang Mempengaruhi Lereng
Penyebab utama terjadinya kegagalan lereng adalah karena meningkatnya
tegangan geser (shear stress), menurunnya tahanan geser (shear strength)
pada bidang longsor atau keduanya (Abramsom, at, al., 1996). Adapun
Faktor – faktor tersebut yaitu :
1) Berkurang daya dukung lereng yang disebabkan oleh :
a. Erosi, baik yang disebabkan oleh aliran air sungai, hujan maupun
perbedaan suhu yang drastis
b. Pergerakan alami dari lereng akibat pergeseran bidang longsor maupun
akibat penurunan (settlement)
c. Aktivitas manusia, antara lain :
i. Penggalian dasar lereng yang dapat mempertajam sudut
kemiringan lereng
ii. Penggeseran/perusakan terhadap struktur penahan tanah yang
ada
iii. Penurunan seketika tinggi muka air pada lereng
iv. Penggundulan tanaman pada muka lereng
2) Penambahan beban pada lereng yaitu :
a. Disebabkan oleh alam (peningkatan berat volume tanah akibat
pengaruh air hujan, akumulasi sediment diatas lereng)
b. Oleh aktivitas manusia (pengurugan tanah diatas lereng, pembangunan
gedung, jalan dan sejenisnya disekitar lereng)
3) Pengaruh terjadinya gempa atau gempa getaran yang lain
4) Pemindahan material disekeliling dasar lereng, yang disebabkan oleh :
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab II – STABILITAS LERENG
14
a.. Aliran sungai maupun gelombang laut
b. Oleh cuaca
c. Erosi bawah tanah
d. Oleh aktifitas manusia (penggalian, penambangan)
e. Hilangnya kuat kuat geser tanah disekeliling dasar lereng
5) Terjadinya tekanan tanah lateral, yang disebabkan oleh :
a. Retakan – retakan tanah
b. Beban yang bekerja di sekitar muka lereng
c. Mengembangkan lapisan tanah lempung
(Sumber : Higway Research Board 1978)
II.1.5. Data Masukan untuk Analisis Stabilitas Lereng
a. Kondisi Geologi
Geologi dasar dapat mempengaruhi stabilitas lereng yaitu
1. Bahan material lereng seperti mineral
2. Orientasi mineral dan tingkatannya
3. Ketidaksinambungan yang disebsbkan dari kesalahan dan lipatan,
schistosity, dan lain – lain
4. Keganjilan geologi
5. Tingkatan cuaca
6. Air tanah
7. Sejarah longsor sebelumnya
8. Tekanan di tempat (in – situ stresses)
b. Topografi tanah
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab II – STABILITAS LERENG
15
c. Bahan – bahan material
d. Kekuatan geser
e. Kondisi air tanah
Air tanah dapat mempengaruhi kestabilan lereng yaitu:
1. Mengurangi kekuatan
2. Mengganti bahan material melalui reaksi kimia
3. Merubah kerapatan massa (bulk density)
4. Menghasilkan tekanan pori
5. Menyebabkan erosi
f. Gempa (Seismicity)
II.1.5.1
Penyelidikan Tanah
Dalam penjelasan ini penulis tidak bermaksud untuk menjelaskan secara rinci
metode penyelidikan tanah, melainkan hanya memberikan tinjauan sekilas, jenis
uji dan kelebihan serta keterbatasannya.
Jumlah pengujian perlu direncanakan untuk memperoleh gambaran mengenai
mekanisme longsoran. Contoh tanah tak tertanggu ditentukan pada kedalaman
tertentu agar reprensentatif kondisi lapangan dan kedalamannya harus lebih dari
perkiraan bidang gelincir dan bilamana mungkin mencapai tanah keras atau
batuan.
1. Uji Lapangan
Termasuk dalam pengujian ini adalah :
1. Pengeboran dan pengambilan sample
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab II – STABILITAS LERENG
16
2. Standart Penetration Test (SPT)
3. Uji Sondir (Cone Penetration Test/CPT)
4. Vane Shear Test (VST) dan Borehole Shear (BST)
5. Survai refraksi
6. Geolistrik
7. Dan lain – lain
2. Uji Laboratorium
1. Indeks Properties Tanah
2. Uji Traiaxial UU, CU, CD
3. Uji kuat tekan bebas (Unconfined Compression Test)
4. Uji geser langsung
5. Uji Konsilidasi
Uji lapangan memiliki keuntungan karena praktis, cepat, dan murah. Di samping
dengan uji lapangan bisa diperoleh profil tanah secara kontinyu. Namun demikian,
pada uji lapangan, parameter tanah diperoleh berdasarkan suatu korelasi empirik
yang membutuhkan verifikasi dari uji lapangan pada umumnya berlaku untuk
kondisi tidak terdrainase. Salah satu keuntungan lain dengan uji lapangan bahwa
lokasi bidang gelicir pada lereng yang telah mengalami longsor dapat dideteksi
karena pada lokasi tersebut kuat geser tanah mendekati nol.
Peranan uji laboratorium adalah untuk mendapatkan parameter tanah yang lebih
teliti dan dapat disesuaikan dengan kondisi dalam pemodelan (analisis jangka
pendek atau jangka panjang). Peranan uji laboratorium dapat juga verifikasi
korelasi yang digunakan dalam hal diperlukan suatu profil kontinyu dari uji
lapangan.
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
17
Bab II – STABILITAS LERENG
II.2
Teori Analisis Stabilitas Lereng
Dalam praktek, analisis stabilitas lereng didasarkan pada konsep keseimbangan
plastis batas. Adapun maksud analisis stabilitas adalah untuk menentukan faktor
aman dari bidang longsor yang potensial.
Dalam analisa stabilitas lereng, beberapa anggapan telah dibuat, yaitu:
a) Kelongsoran lereng terjadi disepanjang permukaan bidang longsor
tertentu dan dapat dianggap sebagai masalah bidang 2 dimensi.
b) Massa tanah yang longsor dianggap berupa benda yang pasif.
c) Tahanan geser dari massa tanah yang setiap titik sepanjang bidang
longsor tidak tergantung dari orientasi permukaan longsoran, atau
dengan kata lain kuat geser tanah dianggap isotropis
d) Faktor aman didefinisikan dengan memperhatikan tegangan geser rata
– rata sepanjang bidang longsor yang potensial dan kuat geser tanah
rata – rata sepanjang permukaan longsoran. Jadi, kuat geser tanah
mungkin terlampaui di titik – titik tertentu pada bidang longsornya,
padahal faktor aman hasil hitungan lebih besar 1.
Faktor aman didefinisikan sebagai nilai bidang antara gaya yang menahan dan
gaya menggerakan, atau
F=
Dimana :
τ
τd
(II-1)
τ = tahanan geser yang dapat dikerahkan oleh tanah
τd = tegangan geser yang terjadi akibat gaya berat tanah yang akan
longsor
F = fakor yang aman
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
18
Bab II – STABILITAS LERENG
Menurut teori Mohr – Columb, tahanan terhadap tegangan geser (τ) yang dapat
dikerahkan oleh tanah, disepanjang bidang longsornya, dapat dinyatakan oleh :
τ = c + σ tg θ
Dimana :
(II-2)
c = kohesi
σ = tegangan normal
Ø = sudut gesek dalam tanah
Nilai – nilai c dan Ø adalah parameter kuat geser tanah di sepanjang bidang
longsornya. Dengan cara yang sama, dapat dituliskan persamaan tegangan geser
yang terjadi (τd) akibat beban tanah dan beban – beban lain pada bidangnya :
τd = cd + σ tan Ød
(II-3)
Dengan cd dan Ød adalah kohesi dan sudut gesek dalam yang terjadi atau yang
dibutuhkan untuk keseimbangan pada bidang longsornya.
Substitusi Persamaan (II-2) dan (II-3) ke persamaan (II-1) diperoleh persamaan
faktor aman,
F=
c + σ tan φ
cd + σ tan φd
(II-4)
Persamaan (II-4) dapat pula dituliskan dalam bentuk :
cd
+ σ tan φd =
tan φ
c
+σ
F
F
(II-5)
Untuk maksud memberikan faktor aman terhadap masing – masing komponen
kuat geser, faktor dapat dinyatakan oleh :
F=
c
(II-6a)
cd
Fθ =
tan φ
tan φd
(II-6b)
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab II – STABILITAS LERENG
19
Dengan Fc adalah faktor aman pada komponen kohesi dan Fθ adalah faktor aman
pada komponen gesekan.
II.3
Analisis Stabilitas Lereng Dengan Bidang Longsor Datar
I.3.1
Lereng Tak Terhingga (Infinite Slope)
Gambar II.6 memperlihatkan suatu kondisi di mana tanah dengan tebal H yang
mempunyai permukaan miring, terletak di atas lapisan batu dengan kemiringan
permukaan yang sama. Lereng semacam ini disebut lereng tak terhingga kerena
mempunyai panjang yang lebih besar dibanding dengan kedalamannya (H). Jika
diambil elemen tanah selebar b, gaya – gaya yang bekerja pada dua bidang
vertikalnya akan sama, karena pada lereng tak terhingga gaya – gaya yang bekerja
disetiap sisi bidangnya dapat dianggap sama.
Gambar II.6 Lereng tak terhingga tanpa aliran air rembesan
(sumber : Herdiyatmo Chrisyady Harry. Mekanika Tanah 2.1996)
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
20
Bab II – STABILITAS LERENG
II.3.1.1
Kondisi Tanpa Rembesan
Dalam masalah ini akan ditentukan besarnya faktor aman dari lereng setebal H
pada bidang longsor AB (Gambar II.6). Pada lerengnya dianggap tidak terdapat
aliran air tanah. Berat elemen tanah PQTR adalah :
W = γsatbH (1)
Gaya berat W dapat diuraikan menjadi :
Na
= W = cos α = γsatbH cos α
(II-7)
Ta
= W = sin α = γsatbH sin α
(II-8)
Tegangan normal σ dan gaya geser τ pada nidang AB per satuan lebar, adalah :
σ=
Na
= γbH cos ²α
(b / cosα )(1)
(II-9)
τ=
Ta
= γbH cosα sin α
(b / cosα )(1)
(II-10)
Reaksi akibat gaya berat W adalah gaya P yang besarnya sama dengan W, dengan
arah yang berlawanan. Uraikan gaya P memberikan :
Nr
= P cos a = W cos a = γHb cos a
(II-11)
Tr
= P sin a = W sin a = γHb sin a
(II-12)
Dalam kondisi seimbang, gaya geser yang bekerja pada bidang AB, adalah
τd =
Tr
= γH sin α cosα
(b / cosα )(1)
(II-13)
Gaya geser yang terjadi ini dapat dituliskan dalam persamaan,
τd = cd + σ tan θd
(II-14)
Substitusi Persamaan (II-9) dan Persamaan (II-13) ke Persamaan (II-14),
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
21
Bab II – STABILITAS LERENG
Diperoleh :
γH sin α cos α = cd + γH cos ²α tan φd
(II-15)
Persamaan (II-15), dapat disusun dalam bentuk persamaan :
cd / γH = cos ²α (tan α − tan φd )
(II-16)
Dari Persamaan (II-5), bila faktor aman diberikan pada masing – masing
komponen gesekan dan kohesi,
tan φd =
cd =
tan φ
F
c
F
(II-17)
Substitusi Persamaan (II-17) ke dalam Persamaan (II-16), diperoleh
F=
c
tan φ
+
γH cos ²α tan α tan α
Dimana :
F
= faktor aman
c
= kohesi tanah
Ø
= sudut gesek dalam tanah
α
= sudut kemiringan lereng
γ
= berat volume tanah
(II-18)
Untuk tanah yang mempunyai Ø dan c, kedalaman elemen tanah pada kondisi
kritis (Hc) terjadi bila F = 1, yaitu
Hc =
c
γH cos ²α (tan α − tan φ )
(II-19)
Dengan Hc adalah kedalaman maksimum, dimana lereng dalam kondisi kritis
akan longsor.
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
22
Bab II – STABILITAS LERENG
Untuk tanah granular,nilai c = 0, Persamaan (II-18) menjadi :
F=
tan φ
tan α
(II-20)
Persamaan (II-20) memberi pengertian bahwa pada lereng tak terhingga, untuk
tanah granular, selama α < Ø, maka lereng masih dalam kondisi stabil, karena
faktor aman F > 1.
Untuk tanah kohesif, nilai kohesi c = 0, Persamaan (II-18) menjadi :
F=
c
γH cos ²α tan α
(II-21)
Pada kondisi kritis, F = 1, maka untuk tanah dengan Ø = 0 dapat diperoleh
persamaan : c / γH = cos² tan α
(II-22)
Parameter c / γH disebut angka stabilitas (stability number), yaitu
parameter yang menyatakan nilai banding komponen kohesi dari tahanan geser
terhadap γH yang dibutuhkan guna memelihara stabilitas untuk faktor aman F = 1.
II.3.1.2 Kondisi Dengan Rembesan
Suatu lereng tak terhingga dengan kemiringan lereng sebesar α, dimana muka air
rembesan dianggap terdapat pada permukaan tanah, diperlihatkan dalam Gambar
II.7. dengan adanya pengaruh air, kuat geser tanah dapat dituliskan
Sebagai
Dimana :
τ = c + (σ − u )tgφ
(II-23)
τ = c + σ '−tgφ
(II-24)
σ
= tegangan normal
σ'
= tegangan normal efektif
u
= tekanan air pori
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
23
Bab II – STABILITAS LERENG
Ditinjau elemen PQTR. Gaya – gaya yang bekerja pada permukaan – permukaan
PR dan QT besarnya sama, jadi saling meniadakan. Selanjutnya, akan dievaluasi
faktor aman terhadap kemungkinan longsor di sepanjang bidang AB yang terletak
pada kedalaman H, dibawah permukaan tanah.
Berat tanah pada elemen PQTR, adalah
W = γsatbH (1)
(II-25)
Gaya berat W dapat diuraikan menjadi :
Na
= W = cos α = γsatbH cos α
(II-26)
Ta
= W = sin α = γsatbH sin α
(II-27)
Reaksi akibat gaya geser berat W, adalah P dengan arah yang berlawanan gaya W.
Gaya P dapat diuraikan menjadi 2 komponen, yaitu :
Nr
= P cos a = W cos a = γsatbH cos a
(II-28)
Tr
= P sin a = W sin a = γsatbH sin a
(II-29)
Gambar II.7 Lereng tak terhingga dipengaruhi aliran rembesan
(sumber : Herdiyatmo Chrisyady Harry. Mekanika Tanah 2.1996)
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
24
Bab II – STABILITAS LERENG
Tegangan normal total σ dan gaya geser τ pada bidang AB, adalah :
σ=
Nr
= γsatH cos ²α
(b / cosα )(1)
(II-30)
τd =
Tr
= γsatH cos α sin α
(b / cos α )(1)
(II-31)
Gaya geser yang terjadi atau gaya geser yang dibutuhkan untuk memelihara
keseimbangan pada bidang AB dapat pula dituliskan dalam bentuk :
τd = cd + (σ − u ) tan φd
(II-32)
Dengan u adalah tekanan air pori yang besarnya = γw H cos² α (lihat Gambar
II.7). Substitusi Persamaan (II-30) ke dalam Persamaan (II-32), diperoleh :
τd = cd + (γsatH cos ²α − γwH cos ²α ) tan φd
= cd + (γ ' H cos ²α tan φd )
(II-33)
Substitusi Persamaan (II-31) ke dalam Persamaan (II-33), diperoleh
γsatH cos α sin α = cd + γ ' H cos ²α tan φd
⎡
⎤
γ'
cd
tan φd ⎥
= cos ²α ⎢ tan α −
γsatH
γsat
⎣
⎦
(II-34)
Dengan memberikan faktor aman pada komponen kuat geser
tan φd = tan φ / F dan cd = c / F
F=
c
γ' tan φ
+
γsatH cos ²α tan α γsat tan α
(II-35)
(II-36)
Di mana :
F
= faktor kohesi
c
= kohesi tanah
Ø
= sudut gesek dalam tanah
α
= sudut kemiringan lereng
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
25
Bab II – STABILITAS LERENG
γsat
= berat volume jenuh tanah
γ'
= berat volume efektif tanah
Dari Persamaan (II-36), untuk tanah granular dengan c = 0, maka besarnya
faktor aman dapat dihitung dengan persamaan :
F=
γ ' tan φ
γsat tan α
(II-37)
II.3.2 Lereng Terbatas ( Finite slope )
Gambar II.8 memperlihatkan timbunan yang terletak diatas tanah asli yang
miring. Akibat permukaan tanah asli yang miring akan longsor di sepanjang
bidang datar AB. Contoh dari kondisi ini adalah jika suatu tanah timbunan
diletakkan pada tanah asli yang miring, dimana pada lapisan tanah asli masih
terdapat lapisan lemah yang berada di dasar timbunannya. Berat massa tanah
timbunan yang akan longsor :
W
= ½ H CB γ (1)
= ½ H γ ( H / tan α – H / tan β)
⎛ sin( β − α ) ⎞
⎟⎟
= ½ γ H² ⎜⎜
⎝ sin β sin α ⎠
Di mana :
W
= berat tanah diatas bidang longsor
α
= sudut longsor terhadap horizontal
β
= sudut lereng tanah
(II-38)
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
26
Bab II – STABILITAS LERENG
Gambar II.8 Analisis stabilitas timbunan di atas tanah miring
(sumber : Herdiyatmo Chrisyady Harry. Mekanika Tanah 2.1996)
Tegangan normal ( σ ) dan tegangan geser ( τ ) yang terjadi akibat berat tanah
pada bidang AB adalah :
σ =
½γH sin α cos α sin( β − α )
Na
=
( H / sin α )(1)
sin β cos α
(II-39)
τ=
½γH sin ²α cos α sin( β − α )
Ta
=
( H / sin α )(1)
sin β cos α
(II-40)
Tahanan geser yang terjadi pada bidang AB, adalah
τd
= cd + σ tan Ød
⎛ sin( β − α ) ⎞
⎟⎟ cos α sin α tan Ød
= cd + ½ γ H ⎜⎜
⎝ sin β cos α ⎠
(II-41)
Pada saat keseimbangan batas tercapai, τ = τd . Substitusi Persamaan (II-40) ke
Persamaan (II-41), diperoleh
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
27
Bab II – STABILITAS LERENG
⎛ sin( β − α ) ⎞
½γH sin ²α cos α sin( β − α )
⎟⎟ cos α sin α tan φd
= cd + ½γH ⎜⎜
sin β cos α
⎝ sin β cos α ⎠
⎛ sin( β − α )(sin α − cos α tan φd ⎞
⎟⎟
cd = ½γH ⎜⎜
sin β
⎝
⎠
(II-42)
Dari persamaan ( II – 42 ) terlihat bahwa cd adalah fungsi dari sudut α, karena nilai
– nilai β, γ, H, dan Ød konstan.
Dengan mengambil =
δcd
=0
δα
Diperoleh nilai sudut kritis ( αc ) sebesar,
αc = (β + Ød ) / 2
(II-43)
Substitusi persamaan α = αc , ke Persamaan (II-42), diperoleh
⎛ 1 − cos( β − φd ) ⎞ γH
⎟⎟
cd = ⎜⎜
⎝ sin β cos φd ⎠ 4
(II-44)
Saat kondisi kritis F = 1. Dari substitusi cd = c dan Ø d = Ø ke Persamaan (II-44),
diperoleh persamaan tinggi H yang paling kritis, sebesar
Hc =
γH ⎛ sin β cos φ ⎞
⎜
⎟
4 ⎜⎝ 1 − cos(β − φ ) ⎟⎠
Dimana :
Hc
= Tinggi lereng kritis
α
= sudut longsor terhadap horisontal
β
= sudut lereng tanah
c
= kohesi
γ
= berat volume tanah
Ø
= sudut gesek dalam tanah
(II-45)
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab II – STABILITAS LERENG
II.4.
28
Metoda Irisan (Method of Slice)
Bila tanah tidak homogen dan aliran rembesan terjadi di dalam tanahnya
memberikan bentuk aliran dan berat volume tanah yang tidak menentu, cara yang
lebih cocok adalah dengan metode irisan (method of slice).
Gaya normal yang bekerja pada suatu titik di lingkaran bidang longsor, terutama
dipengaruhi oleh berat tanah di atas titik tersebut. Dengan metode irisan, massa
tanah yang longsor dipecah – pecah menjadi beberapa irisan vertical. Kemudian,
keseimbangan dari tiap – tiap irisan diperhatikan. Gambar II.9b memperlihatkan
satu irisan dengan gaya – gaya yang bekerja padanya. Gaya – gaya ini terdiri dari
gaya geser ( Xr dan X1 ) dan gaya normal efektif ( Er dan E1 ) di sepanjang sisi
irisannya, dan juga resultan gaya geser efektif ( Ti ) dan resultan gaya normal
efektif ( Ni ) yang bekerja di sepanjang dasar irisannya. Pada irisannya, tekanan air
pori U1 dan Ur bekerja di kedua sisinya, dan tekanan air pori Ui bekerja pada
dasarnya. Dianggap tekanan air pori sudah diketahui sebelumnya.
Gambar II.9 Gaya – gaya yang bekerja pada irisan
(sumber : Herdiyatmo Chrisyady Harry. Mekanika Tanah 2.1996)
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
29
Bab II – STABILITAS LERENG
II.4.1 Metode Fillanius
Analisis stabilitas lereng cara Fillanius (1927) mengganggap gaya – gaya yang
bekerja pada sisi kanan – kiri dari sembarang irisan mempunyai resultan nol pada
arah tegak lurus bidang longsornya. Dengan anggapan ini, keseimbangan arah
vertical dari gaya – gaya yang bekerja dengan memperhatikan tekanan air pori
adalah :
Ni + Ui = Wi cos Øi
Atau
Ni = Wi cos Øi – Ui
= Wi cos Øi – uiai
(II-46)
Faktor aman didefinisikan sebagai,
Jumlah momen dari tahanan geser sepanjang bidang longsor
F=
Jumlah momen dari berat massa tanah yang longsor
F=
∑M
∑M
r
d
Lengan momen dari berat massa tanah tiap irisan adalah R sin Ø, maka
∑M
d
Dimana :
i =n
= R ∑Wi sin φi
(II-47)
i =1
R
= jari – jari lingkaran bidang longsor
n
= jumlah irisan
Wi
= berat massa tanah irisan ke – i
Øi
= sudut yang didefinisikan pada Gambar II.9a
Dengan cara yang sama, momen yang menahan tanah yang akan longsor,
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
30
Bab II – STABILITAS LERENG
i =n
Adalah :
∑ Mr = R∑ (cai + Ni tan φ )
(II-48)
i =1
Karena itu, persamaan untuk faktor amannya menjadi,
i =n
∑ (ca + N tan φ )
i
F=
i =1
i
(II-49)
i =n
∑Wi sin φi
i =1
Bila terdapat air pada lerengnya, tekanan air pori pada bidang longsor tidak
berpengaruh pada Md , karena resultan gaya akibat tekanan air pori lewat titik
pusat lingkaran. Substitusi persamaan (II – 46 ) ke persamaan ( II – 49 ), diperoleh
:
i =n
∑ ca + (W cos φ − u a ) tan φ
i
F=
i =1
i
i
i i
i =n
∑W sin φ
i
(II-50)
i
i =1
Dimana :
F
= faktor aman
c
= kohesi tanah
Ø
= sudut gesek dalam tanah
αi
= panjang bagian lingkaran pada irisan ke – i
Wi
= berat irisan tanah ke – i
ui
= tekanan air pori pada irisan ke – i
Øi
= sudut yang didefinisikan dalam Gambar II.9
Jika terdapat gaya – gaya selain berat lereng tanahnya sendiri, seperti beban
bangunan di atas lereng, maka momen akibat beban ini diperhitungkan sebagai
Md. Metode Fellinius memberikan faktor aman yang relatif lebih rendah dari cara
hitungan yang lebih teliti. Batas – batas nilai kesalahan dapat mencapai kira – kira
5 sampai 40 % tergantung dari faktor aman, sudut pusat lingkaran yang dipilih,
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
31
Bab II – STABILITAS LERENG
dan besarnya tekanan air pori. Walaupun analisisnya ditinjau dalam tinjauan
tegangan total, kesalahan masih merupakan fungsi dari faktor aman dan sudut
pusat dari lingkarannya ( Whitman dan Baily, 1967). Cara ini telah banyak
digunakan dalam prakteknya. Karena cara hitungannya yang sederhana dan
kesalahan yang terjadi pada sisi yang aman.
II.4.2 Metode Bishop Disederhanakan (Simplified Bishop Method)
Metode irisan yang disederhanakan diberikan oleh Bishop ( 1955 ). Metode ini
menganggap bahwa gaya – gaya yang bekerja pada sisi – sisi irisan mempunyai
resultan nol pada arah vertikal.
Persamaan kuat geser dalam tinjauan tegangan efektif yang dapat dikerahkan
tanah, hingga tercapainya kondisi keseimbangan batas dengan mamperhatikan
faktor aman, adalah :
τ=
c'
tan φ '
+ (σ − u )
F
F
Dimana :
(II-51)
σ
= tegangan normal total pada bidang longsor
u
= tekanan air pori
Untuk irisan ke – i, nilai Ti = τ αi , yaitu nilai gaya geser yang berkembang pada
bidang longsor untuk keseimbangan batas. Karena itu
Ti =
tan φ '
c ' αi
+ ( Ni − uαi )
F
F
(II-52)
Kondisi keseimbangan momen terhadap pusat rotasi O antara berat massa tanah
yang akan longsor dengan gaya geser total pada dasar bidang longsornya dapat
dinyatakan oleh (Gambar II.9)
∑ = W x = ∑T R
i i
i
(II-53)
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
32
Bab II – STABILITAS LERENG
Dimana :
xi
= jarak Wi ke pusat rotasi O
Dari persamaan (II-51) dan (II-53), dapat diperoleh :
i =n
∑ [c' a + ( N − u α ) tan φ ']
i
F=
i =1
i
i
i
(II-54)
i =n
∑W x
i i
i =1
Dari kondisi keseimbangan vertikal, jika X1=Xi dan Xr = Xi+1 :
Ni cos Øi + Ti sin Øi = Wi + Xi – Xi+1
Ni =
Wi + Xi − Xi + 1 − Ti sin φi
cos φi
(II-55)
Dengan Ni’ = Ni – uiαi , substitusi Persamaan (II-52) ke Persamaan (II-55),
dapat diperoleh persamaan :
Ni ' =
Wi + Xi − Xi + 1 − uiαi cos φ − c'αi sin φi / F
cos φi + sin φi tan φ ' / F
(II-56)
Substitusi Persaman (II-56) ke Persamaan (II-54), diperoleh :
i=n
⎡
Wi + Xi − Xi + 1 − uiai cos φi − c' ai sin φi / F ⎤
R ∑ ⎢c' ai + tan φ '
⎥
cos φi + sin φi tan φ ' / F
i =1 ⎣
⎦
F=
i=n
∑Wixi
(II-57)
i =1
Untuk penyederhanaan dianggap Xi – Xi+1 = 0 dan dengan mengambil
xi = R sin Øi
(II-58)
bi = ai cos Øi
(II-59)
substitusi Persamaan (II-58) dan (II-59) ke Persamaan (II-57), diperoleh
persamaan faktor aman :
⎛
i =n
i
F=
⎞
∑ [c' b + (W − u b ) tan φ ']⎜⎜ cos φ (1 + tan φ tan φ ' / F ⎟⎟
i
i i
1
⎝
i =1
i
i =n
∑W sin φ
i
i
⎠
(II-60)
i
i =1
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
33
Bab II – STABILITAS LERENG
Dimana :
F
= faktor aman
c’
= kohesi tanah efektif
Ø’
= sudut gesek dalam tanah efektif
bi
= lebar irisan ke – i
Wi
= lebar irisan tanah ke – i
Øi
= sudut yang didefinisikan dalam gambar II.9
ui
= tekanan air pori pada irisan ke – i
nilai banding tekanan pori ( pore pressure ratio ) didefinisikan sebagai :
ru =
ub u
=
W γh
dimana :
(II-61)
ru
= nilai banding tekanan pori
u
= tekan air pori
b
= lebar irisan
γ
= berat volume tanah
h
= tinggi irisan rata – rata
dari Persamaan ( II-61), bentuk lain dari persaman faktor aman untuk analisis
stabilitas lereng cara Bishop, adalah :
⎛
i =n
i
F=
⎞
∑ [c' b + W (1 − r ) tan φ ']⎜⎜ cos φ (1 + tan φ tan φ ' / F ⎟⎟
i
u
i =1
i =n
1
⎝
i
∑ W sin φ
i
i
⎠
(II-62)
i
i =1
Persamaan faktor aman Bishop ini lebih sulit pemakainya dibandingkan dengan
metode Fillinius. Lagipula membutuhkan cara coba – coba (trial and error ),
karena nilai faktor aman F nampak di kedua sisi persamaannya. Akan tetapi, cara
ini telah terbukti memberikan nilai faktor aman yang mendekati nilai faktor aman
dari hitungan yang dilakukan dengan cara lain yang lebih teliti. Untuk
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
34
Bab II – STABILITAS LERENG
mempermudah hitungan, Gambar II.10 dapat digunakan untuk menentukan nilai
fungsi Mi, dengan
Mi = cos Øi ( 1 + tan Øi tan Ø’ / F )
(II-63)
Lokasi lingkaran longsor kritis dari metode Bishop ( 1955 ), biasanya mendekati
dengan hasil pengamatan di lapangan. Karena itu, walaupun metode Fillinius
lebih mudah, metode Bishop (1955) lebih disukai karena menghasilkan
penyesaian yang lebih teliti.
Dalam pratek diperlukan cara coba-coba dalam
menemukan bidang longsor dengan nilai faktor aman yang terkecil. Jika bidang
longsor dianggap lingkaran, maka lebih baik kalau dibuat kotak – kotak di mana
tiap titik potong garis – garisnya merupakan tempat kedudukan pusat lingkaran
longsornya. pada titik–titik potong garis yang merupakan pusat lingkaran
longsornya dituliskan nilai faktor aman terkecil pada titik tersebut (lihat Gambar
II.11). Perlu diketahui bahwa pada tiap titik pusat lingkaran harus dilakukan
pula hitungan faktor aman untuk menentukan nilai factor aman yang terkecil dari
bidang longsor dengan pusat lingkaran pada titik tersebut, yaitu
mengubah jari-jari
tiap-tiap titik
dengan
lingkarannya. Kemudian, setelah faktor aman terkecil pada
pada kotaknya diperoleh, Digambarkan garis kontur yang
menunjukkan tempat kedudukan dari titik-titik pusat lingkaran yang mempunyai
faktor aman yang sama. Gambar
II-11 menunjukkan contoh kontur-kontur
faktor aman yang sama. Dari kontur faktor aman tersebut dapat ditentukan letak
kira-kira dari pusat lingkaran yang menghasilkan faktor aman terkecil.
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab II – STABILITAS LERENG
Gambar II.10 Diagram untuk menentukan M,
(Sumber : Janbu dkk., 1965)
Gambar II.11 Kontur faktor aman
(Sumber : Janbu dkk., 1965)
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
35
36
Bab II – STABILITAS LERENG
II.5
Pencegahan Kelongsoran
Usaha pencegahan terdiri dari pencegahan bersifat non teknis dan teknis.
Hal tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut:
a) Pencegahan yang bersifat non teknis dilakukan oleh Direktorat Tata
Lingkungan, Antara lain :
1. Pemetaan daerah potensial longsor untuk
melokalisasi daerah
potensial longsor tinggi, sedang dan rendah
2. Pengamatan terhadap gerakan tanah dengan tujuan penyelamatan
Penduduk
3. Penyuluhan kepada penduduk sekitar lereng berpotensial longsor untuk
keperluan Penyelamatan
b) Pemantauan periodik terhadap lereng potensial longsor untuk mencegah
adanya korban
c) Pencegahaan yangbersifat teknis menurut Broms danWong (1991), adalah:
1. Metode Geometri (Geometric Methods)
Cara ini dilakukan dengan mengubah geometri lereng yang ada
sehingga sudut kemiringan dan tinggi lereng menjadi kecil
2. Metode Hidrologi (Hydrologic Method)
Cara ini dilakukan dengan menurunkan elevasi muka air tanah pada
lereng serta memperkecil nilai kadar airnya sehingga terjadi
peningkatan kuatgeser tanah dan penurunan ekses tekanan air pori
3. Metode Kimia dan Mekanika (Chemical and Mechanical Methods)
Cara ini dilakukan untuk meningkatkan kuat geser tanah dengan
memasukkan benda atau zat kedalam tanah.Yang termasuk dalam
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab II – STABILITAS LERENG
37
chemical methods antara lain: grouting, lime and cement columns,
sedangkan yang termasuk dalam mechanical methods antara lain:
beban penahan(counter weigth), dinding penahan, tiang pancang/ bor,
jangkar/angkur, soil nailing, geosintetik dan sejenisnya.
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
38
Bab III – SOIL NAILING
BAB III
SOIL NAILING
III.1
Umum
In situ ground reinforcement atau penulangan di suatu tempat digunakan untuk
memperkuat tanah lokasi atau tanah asli, yang berguna untuk membatasi lereng
yang mempunyai sudut kemiringan agar tetap tegak dan kokoh, untuk mencegah
lebih lanjut pergerakan tanah, dan untuk memperkuat tanah setelah lereng dibuat.
Beberapa tahun belakangan soil nailing telah terbukti menghemat biaya didalam
memperkuat tanah dan menolong tanah didalam menyokong dirinya sendiri, lebih
baik dari pada semua jenis perkuatan dengan menggunakan gravity wall atau
dinding penahan. Banyak metode perkuatan tanah yang menggunakan konsep ini
termasuk perkuatan pada terowongan (Gambar III.1.a), stabilitas timbunan
(embankment) (Gambar III.1.b), stabilitas kelongsoran (Gambar III.1.c) dan
salah satu metode yang terbaru yaitu soil nailing (Gambar III.1.d) yang dalam
prakteknya memberikan banyak keuntungan.
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
39
Bab III – SOIL NAILING
(a) Perkuatan pada terowongan
(b) Stabilitas Timbunan
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
40
Bab III – SOIL NAILING
(c) Stabilitas Kelongsoran
(d) Perkuatan pada Jembatan
Gambar III.1 Beberapa metode perkuatan
(Sumber : Hausnmann, Manfred R. Engineering Principles of Ground
Modification.1990)
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab III – SOIL NAILING
41
Metode soil nailing itu sendiri juga digunakan untuk menahan galian tanah
(Gambar III.2) dan perkuatan stabilitas lereng alam (Gambar III.3). Pada soil
nailing (permukaan tanah) untuk menahan galian, tulangan – tulangan umumnya
terbuat dari batang – batang baja, pipa baja, baja/besi ulir, atau lain – lain batang
metal yang tidak hanya dapat menahan gaya tarik, tapi juga gaya geser dan
momen lentur. Tulangan – tulangan dipasang dengan cara menekan atau
mengebor lebih dulu, dan kemudian di grouting (ditutup dengan larutan semen).
Pada soil nailing (pemakuan tanah) bermaksud untuk meningkatkan stabilitas
lereng, umumnya dipakai tiang – tiang beton. Dalam sistem pemakuan tanah (soil
nailing), interaksi antara tanah dan tulangan dalam tanah yang dipaku bergantung
pada :
1. Kekakuan bahan tulangan relatif terhadap tanah
2. Kemiringan tulangan terhadap bidang runtuh potensial
3. Kecepatan gerakan tanah
Gambar III.2 Pemakuan tanah (soil nailing) untuk stabilitas galian
(sumber : Tim Majalah Kontraktor. Aplikasi Teknik Soil Nailing.1997)
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab III – SOIL NAILING
42
Gambar III.3 Pemakuan tanah (soil nailing) untuk stabilitas lereng alam
(sumber : Tim Majalah Kontraktor. Aplikasi Teknik Soil Nailing.1997)
Jika tulangan yang dipakai untuk memperkuat tanah terbuat dari bahan yang kaku
(misalnya tiang berdiameter besar), mekanisme utama interaksi tanah ketulangan
adalah tanah pasif yang berkembang pada permukaan batang tulangan (Gambar
III.4). perpindahan (displacement) relatif antara tanah dan tulangan untuk
menggerakkan tahanan pasif limit tanah ke permukaan tulangan, relatif lebih kecil
bila dibandingkan dengan diameter tulangan. Tekanan tanah pasif yang bekerja
pada tulangan (tiang) dalan zona yang tidak stabil di transfer ke zona stabil dan
ditahan oleh tahanan – tahanan geser dan momen dari tulangan.
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
43
Bab III – SOIL NAILING
Gambar III.4 Interkasi tanah – tulangan pada stabilitas lereng dengan sistem soil
nailing (pemakuan tanah)
(sumber : Tim Majalah Kontraktor. Aplikasi Teknik Soil Nailing.1997)
Jika bahan tulangan fleksibel (tulangan berdiameter kecil) (Gambar III.4)
perpindahan (displacement) relatif antara tulangan dan tanah yang besar
dibutuhkan agar :
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab III – SOIL NAILING
44
1. Tekanan tanah lateral mencapai limit
2. Gesekan antara tanah dan tulangan maksimum
Karena itu, gaya – gaya yang timbul pada tulangan akan berupa gaya tarik, gaya
lintang, dan momen lentur. Gaya tarik pada tulangan tersebut bergantung,
terutama pada kemiringan tulangan terhadap bidang longsor potensial (Jewel,
1980)
III.2. Latar Belakang Teori Soil Nailing
Elias dan Juran (tahun 1991) mengemukakan bahwa konsep dasar suatu struktur
dengan soil nailing adalah :
1. Pengalihan gaya tarik, yang ditimbulkan oleh nail pada daerah aktif ke
daerah tahanan melalui friksi atau lekatan. Friksi atau lekatan tersebut
timbul pada muka tanah dan nail
2. Tahanan pasif timbul pada permukaan yang tegak lurus dengan arah
pergerakan relatif tanah atau nail
Interaksi friksi antara tanah dan nail membatasi pergerakan tanah selama dan
sesudah pelaksanaan konstruksi. Gaya tarik yang timbul pada nail akan
menyebabkan terjadinya pengangkatan tegangan normal disepanjang permukaan
gelincir potensial dan sekaligus meningkatkan tahanan geser keseluruhan dari
massa tanah asli. Nail yang ditempatkan memotong permukaan gelincir potensial
mengembangkan tahanan pasif yang dapat mengimbangi gaya geser dan momen
lentur yang timbul.
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab III – SOIL NAILING
45
Gambar III.5 Material dan zone Soil Nailing
(sumber : Tim Majalah Kontraktor. Aplikasi Teknik Soil Nailing.1997)
Tempat kedudukan gaya tarik maksimum yang terjadi pada setiap nail akan
membuat suatu garis yang membagi massa tanah yang menjadi dua daerah
(Gambar III.5), yaitu :
1)
Daerah aktif, daerah dimana timbul tegangan geser lateral dan
menimbulkan tegangan pada nail
2)
Daerah tahanan, daerah dimana gaya yang timbul pada nail dialihkan
ke tanah
Interaksi dari nail timbul selama pelaksanaan konstruksi, dan pergesekan
(displacement) timbul begitu gaya berlawanan bekerja pada nail.
Prinsip kerja suatu soil nailing wall mirip dengan dinding gravitasi, yaitu dimana
nail dan struktur penutup permukaan digunakan untuk membentuk suatu massa
gravitasi. Perbedaannya adalah :
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
46
Bab III – SOIL NAILING
a. Perbedaan yang menyolok pada tahap pelaksanaan, sehingga
penambahan pada elemen perkuatan pun akan berbeda
b. Pada soil nailing wall digunakan tanah asli (in-situ)
c. Elemen perkuatan di – grout ditempat
Sementara itu, perilaku suatu soil nailing wall dapat dibagi menjadi dua yaitu:
internal dan perilaku eksternal. Perilaku internal biasanya mengacu pada
stabilitas dalam (internal stability) yang berhubungan dengan karakteristik tanah,
tegangan yang timbul pada struktur, karakteristik dari nail dan struktur penutup
permukaan (facing). Sedangkan perilaku eksternal mempertimbangkan stabilitas
luar (external stability), yang mana pada konstruksi soil nailing sama dengan yang
diperhitungkan pada jenis dinding penahan tanah lainnya, yaitu : gelincir,
overtuning (terguling), bearing capacity (daya dukung) dan ada permukaan
gelincir di dalam masaa tanah yang diperkuat.
(a) Kegagalan lekatan (adhesion) nail
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
47
Bab III – SOIL NAILING
(b) Putusnya tulangan-tulangan (nail)
Gambar III.6 Kegagalan dalam (internal failure) pada soil nailing wall
(Sumber: Sulistyawati Indah. Batasan Kodisi Tanah Galian dengan Perkuatan
Menggunakan Metode Soil Nailing. Tesis.1996)
III.2.1 Nail
Untuk stabilitas dalam maka nail harus cukup kuat sehingga tidak terjadi
kegagalan karena tarik dan juga harus cukup panjang sehingga tidak tercabut
keluar (lekatan) ketika dibebani (Gambar III.6). Selain itu nail harus
ditempatkan cukup rapat sehingga dapat mengikat massa tanah menjadi satu
kesatuan tersebut, harus cukup besar sehingga tidak mengalami gelincir, miring,
atau keruntuhan pada suatu permukaan gelincir yang besar (Gambar III.7).
dengan kata lain nail harus cukup panjang.
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
48
Bab III – SOIL NAILING
(a)
(b)
(c)
Gambar III.7 Kegagalan luar (external failure) pada soil nailing wall. (a).
Gelincir (b). Miring (c). Kelongsoran (slip failure)
(Sumber: Sulistyawati Indah. Batasan Kodisi Tanah Galian dengan Perkuatan
Menggunakan Metode Soil Nailing. Tesis.1996)
III.2.2 Struktur Penutup Permukaan (Facing)
Struktur yang biasanya terbuat dari shotcrete ini memiliki fungsi utama untuk
menahan gaya tanah di antara nail tetap pada tempatnya. Selain itu juga mencegah
tanah yang dekat dengan permukaan mengalami gangguan yang berlebihan, erosi,
dan pengaruh cuaca selama penggalian. Biasanya struktur ini dibuat segera setelah
penggalian sedalam 1 hingga 2 meter dilakukan (Gambar III.8) strukutr ini
menahan tanah pada tempatnya sementara nail ditempatkan untuk memperkuat
massa tanah. Setelah nail ditempatkan maka lapisan shotcrete kedua disemprotkan
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab III – SOIL NAILING
49
untuk menyatukan struktur penutup permukaan tersebut dengan nail dan untuk
mencegah terjadinya korosi pada nail. Pekerjaan ini dilakukan secara berulangulang hingga mencapai dasar galian. Suatu sistem drainase dapat ditempatkan di
antara tanah dengan shotcrete.
Gambar III.8 Tahap Pelaksanaan soil nailing
(sumber: Xanhakos, Petros P.,, Lee W. Abramson dan Donald A Bruce. Gound
Control and Improvenrent.1994)
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab III – SOIL NAILING
50
III.3. Keuntungan dan Kerugian Soil Nailing
Keuntungan dari metode soil nailing, seperti yang telah didiskusikan oleh Bruce
and Jewel (tahun 1986), Michell dan Villet (tahun 1987), Elias dan Juran (tahun
1991), Fannin dan Bowden (tahun 1991), antara lain :
a. Tidak memerlukan alat berat untuk pengerjaannya karena soil nailing
dapat dikerjakan dengan alat bor dan grouting sederhana. Sistem ini
sangat cocok untuk digunakan pada daerah yag sulit dijangkau dan
mempunyai ruang yang terbatas
b. Sistem perkuatan yang baik, karena kegagalan satu nail tidak terlalu
mengganggu stabilitas dinding soil nailing
c. Metode pelaksanaan yang cepat dan fleksibel, dan dapat dilaksanakan
pada berbagai kondisi tanah
d. Keseluruhan sistem fleksibel dan dapat mentolerir pergerakan horizontal
dan vertikal yang besar
e. Tidak mempunyai resiko besar bila terjadi deformasi struktur
Sementara kerugiannya, seperti yang biasa terjadi pada sistem perkuatan yang lain
dan kecil bila dibandingkan dengan keuntungannya, antara lain :
1. Tanah yang akan digali harus cukup kuat (sekitar 3-8 ft atau 0.9-2.4
meter) selama beberapa jam yaitu pada waktu pelaksanaan instalansi /
pemasangan nail
2. Sistem drainese yang baik sulit untuk diwujudkan
3. Sistem perkuatan ini tidak cocok untuk digunakan lempung lunak (very
soft slay), tanah organik, tanah non kohesif, dan berpastisitas tinggi.
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab III – SOIL NAILING
51
4. Air tanah tidak boleh keluar dari permukaan tanah galian selama
pengaplikasian atau melakukan pekerjaan shocrete sebagai lapisan
penutup (facing), karena itu sistem ini tidak cocok jika diaplikasikan
atau dikerjakan pada daerah yang memiliki muka air tanah yang tinggi.
III.4. Beberapa Pertimbangan dalam Merencanakan Soil Nailing Wall
Dengan asumsi bahwa karakteristik tanah di tempat (in-situ) telah diketahui, maka
ada beberapa pertimbangan yang perlu diperhatikan sebelum merencanakan suatu
soil nailing wall seperti :
1. Konfigurasi dinding
2. Defleksi yang diijinkan
3. Umur konstruksi yang direncanakan
4. Sistem drainase yang dibutuhkan
III.4.1. Konfigurasi Dinding
Konfigurasi dinding merupakan salah satu pertimbangan yang harus diperhatikan
selama perencanaan. Beberapa karakteristik konfigurasi yang harus ditentukan :
1. Tinggi dan panjang dinding
2. Penempatan horizontal dari dinding
3. Lereng dari dinding
4. Jaraknya terhadap struktur atau fasilitas yang mungkin dibangun
5. Perkiraan terhadap panjang yang akan menjorok ke lokasi milik orang
lain, biasanya untuk perkiraaan awal diambil 0.5 sampai 1 kali dari
tinggi dinding
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab III – SOIL NAILING
52
Hal-hal tersebut di atas akan menentukan besarnya lokasi yang tersedia dan
dibutuhkan oleh dinding. Semakin tinggi curam suatu dinding maka akan semakin
panjang nail yang digunakan. Bila dinding ingin dibuat berbentuk kurva atau segi
banyak, maka harus diperhatikan penempatan nail agar tidak saling tumpang
tindih satu sama lain. Bila digunakan dinding pracetak maka hal ini dapat
menghilangkan pekerjaan pembuatan bekisting di belakang dinding. Juga harus
dipertimbangkan penempatan dinding cukup jauh dari suatu yang mungkin dapat
mengalami kerusakan selama pelaksanaan konstruksi.
III.4.2. Defleksi yang dijinkan
Soil nailing wall merupakan sistem penahan suatu galian, maka struktur lapisan
dinding penahan harus dipertimbangkan sebagai sistem yang fleksibel. Menurut
Bruce dan Jewel (tahun 1987) dindingnya (soil nailing wall) dapat mengalami
deformasi lateral mulai 1/10 hingga 1/3 persen dari tinggi penggalian (0.0010.003 kali tinggi penggalian).
Defleksi horizontal dari dinding biasanya dihubungkan dengan penurunan atau
subsidence/amblas yang terjadi pada permukaan tanah. Besarnya penurunan
permukaan tanah akan semakin berkurang sejalan dengan semakin jauhnya dari
suatu penggalian. Bila ada struktur lain di dekat lokasi penggalian, maka harus
dievakuasi kemungkinan terjadinya penurunan pada struktur tersebut. Terjadinya
differential settlement akibat variasi tinggi dinding merupakan salah satu hal yang
harus diperhatikan.
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab III – SOIL NAILING
53
II.4.3. Umur Konstruksi yang Direncanakan
Umum konstruksi soil nailing wall biasanya dibagi dua kategori, yaitu sementara
atau permanen. Bila dinding penahan tanah bersifat sementara maka pertimbangan
terhadap korosi pada baja, retak pada shotrete (Lapisan penutup tanah soil
nailing), dan sistem drainase yang baik bisa dapat dikurangi. Sementara bila akan
digunakan sebagai struktur yang permanen maka harus dipertimbangkan
beberapa faktor-faktor berikut selama perencanaan :
1. Perlindungan terhadap korosi pada soil nail dan penulangan dari
struktur penutup dinding permukaan.
2. Bentuk struktur dan estetika/keindahan dari permukaan dinding.
3. Sistem drainase yang diletakkan dibalik dinding.
III.4.4 Sistem Drainase yang dibutuhkan
Suatu sistem drainase yang tidak baik pada suatu soil nailing (retaining
wall/dinding penahan tanah) akan mengakibatkan berbagai masalah, seperti:
a. Dinding mengalami retak dan miring
b. Berkurangnya ketahanan terhadap gelincir (slinding)
c. Terjadinya erosi pada massa tanah
d. Percepatan pada korosi
e. Berkurangnya ketahanan terhadap keruntuhan lereng (slope failure)
f. Beban horizontal yang berlebihan.
Dengan tersedianya berbagai tipe sistem drainase akan mempermudah
merencanakan suatu sistem drainase yang baik. Sementara biaya pembuatan suatu
sistem drainase yang baik relatif kecil bila dibandingkan dengan biaya total
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab III – SOIL NAILING
54
pembuatan dinding, dan dapat dengan mudah ditempatkan selama pelaksanaan
konstruksi. Sebagaian besar masalah yang timbul pada soil nailing wall
berhubungan dengan masalah drainase, tetapi hal ini dapat diatasi dengan suatu
penanganan lebih lanjut selama perencanaan dan pelaksanaan.
III.5
Metode Perencanaan
Pada awal penemuan metode soil nailing, terdapat tiga metode perencanaan yang
dimunculkan pada berbagai literatur tahun 1970-an dan 1980-an yaitu :
1. Metode Davis (dan Metode Modified Davis)
2 Metode Jerman (the German method)
3. Metode Perancis (the French method)
Ketiga metode ini mengacu pada metode perencanaan dengan analisa batas (limit
analysis design methods) (Elias dan Juran, tahun 1991). Suatu kegagalan
permukaan runtuh potensial kritis harus diasumsikan terlebih dahulu dan
analisinya berdasarkan faktor keamanan global atau parsial. Pada kenyataan
(prakteknya), kegagalan dari soil nailing wall terjadi secara bertahap dan mulai
dari puncak lereng dengan tercabutnya (pull-out) nail pada baris paling atas.
Sehingga suatu faktor keamanan global yang sama untuk semua nail tidak cukup
akurat untuk memperkirakan perilaku nail pada baris yang berbeda.
Suatu metode lain yang lebih kompleks dan tidak praktis didasarkan pada perilaku
suatu urugan dengan stabilisasi mekanik. Metode Kinematik ini, yang dijabarkan
oleh Juran (tahun 1977), mempertimbangkan suatu model keruntuhan akibat
displacement (pergeseran) pada suatu kerangka kerja analisa batas secara
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab III – SOIL NAILING
55
kinematis. Metode kinematik ini memberikan penekanan yang berlebihan pada
kekakuan nail dan sulit untuk digunakan.
III.5.1 Metode Davis
Pada metode Davis (Shen dan kawan-kawan tahun 1991) digunakan asumsi
permukaan runtuh berbentuk parabola (a parabolic failure surface) yang melewati
tumit/ujung dari dinding vertikal (Gambar III.9).
Suatu analisis stabilitas lereng dengan menggunakan metode irisan (method of
slides) digunakan untuk mengevaluasi kontribusi/pengaruh nail terhadap
kestabilan keseluruhan konstruksi. Komponen kekuatan gaya tarik pada nail
dipertimbangkan paralel dan tegak lurus terhadap permukaan runtuhnya. Ada dua
kondisi yang harus dipertimbangkan dalam analisi :
1. Permukaan runtuh sebagian membentang melewati daerah yang
diperkuat
2. Permukaan runtuh sepenuhnya berada di dalam massa tanah yang
diperkuat
Solusi untuk analisis dari kedua kondisi di atas mengandung faktor keamanan dan
kelanjutannya harus di pecahkan dengan iterasi yang berulang-ulang Shen dan
kawan – kawan mengembangkan suatu program komputer untuk memecahkan
penyelesaian masalah ini atau yang ada.
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
56
Bab III – SOIL NAILING
Gambar III.9 Metode Davis.
(Sumber:Elias dan Juran, 1991)
Untuk kondis pertama persamaan keseimbangan gaya pada Elemen 1 adalah :
N 2 = (W 1 − S 1)(cos α 3) − N 1 sin α 3
S 2 = (W 1 − S 1)(sin α 3) − N 1 cos α 3
Dimana :
W1
= berat dari elemen 1
S1
= gaya tangensial vertika antara elemen 1 dan elemen 2
α3
= kemiringan permukaan runtuh pada dasar elemen 1
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
57
Bab III – SOIL NAILING
N1
= gaya sisi horizontal antara elemen 1 dan elemen 2 atau
½ Ko (H – L1)²
Sedangkan persamaan keseimbangan gaya untuk elemen 2 adalah :
N 3 = (W 2 − S 1)(cos α 5) − N 1 sin α 5
S 3 = (W 2 − S 1)(sin α 5) − N 1 cos α 5
Dimana :
W2
= berat dari elemen 2
α5
= kemiringan permukaan runtuh pada dasar elemen 2
Total gaya yang bekerja SD di sepanjang asumsi permukaan runtuh adalah :
SD
= (W 1 − S 1)(sin α 3) + (W 2 − S 1) sin α 5 + N 1(cos α 3 − cos α 5)
Sementara total gaya perlawanan SR di sepanjang asumsi permukaan runtuh
adalah :
SR
= C ' LT + N 3 tan ϕ 2 ' tan ϕ 1'+TT
Di mana
LT
= panjang dari permukaan runtuh
N3
= gaya reaksi normal pada elemen 2
φ1'
= sudut φ terfaktor (φ/FK) untuk elemen 1
FK
= faktor keamanan
φ2'
= Sudut φ terfaktor untuk elemen 2
C
= koefesien kohesi terfaktor (C/FK)
N2’
= gaya reaksi normal pada elemen 1 di tambah dengan
komponen gaya normal dari nail, TN atau N2’ = N2 + TN
Besarnya gaya perkuatan total atau komponen gaya dari nail T adalah gaya yang
diperoleh dengan membagi panjang nail dibelakang permukaan runtuh dengan
jarak horizontal antara nail
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab III – SOIL NAILING
58
III.5.2 Metode Modified Davis
Elias dan Juran (1991) mengusulkan pengembangan pada metode Davis yang
mengijinkan penggunaan beberapa parameter baru yang berhubungan dengan :
1. Besarnya tahanan nail terhadap gaya cabut keluar (pull-out)
2. Panjang nail permukaan dinding
3. Kemiringan permukaan dinding
4. Permukaan tanah di atas dinding yang membentuk lereng
5. Parameter kekuatan yang terfaktor
Usulan lainnya dari pengembangan dari metode Davis termasuk adalah praktisi
dari University of California-davis, the California Departement of Transportation
dan Golder & Associates (Chassic, 1993).
Keruntuhan Mohr-Coulumb, diasumsikan seluruhnya bekerja pada daerah
permukaan runtuh potensial. Metode ini hanya mempertimbangkan gaya tarik dari
nail, sama seperti metode Davis.
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
59
Bab III – SOIL NAILING
Gambar III.10 Metode Jerman
(Sumber:Elias dan Juran, 1991)
Faktor keamanan global pada metode ini adalah rasio total gaya perlawanan yang
dapat ditahan oleh nail dengan total gaya yang dibutuhkan oleh nail agar
keseimbangan tetap tercapai. Gaya perlawanan yang dapat ditahan oleh nail
adalah gaya yang terdapat pada bagian nail di belakang permukaan runtuh.
Sementara total gaya yang dibutuhkan agar keseimbangan batas tetap tercapai
diperoleh dengan memperhatikan poligon gaya yang bekerja pada irisan massa
tanah yang kaku (rigid) yang dibatasi oleh permukaan runtuh. Gaya perlawanan
nail ditimbulkan oleh kapasitas tercabut keluar (pull out capacity) dari nail.
Kemiringan dari permukaan runtuh diperoleh dengan melakukan iterasi yang
berulang-ulang sampai diperoleh suatu faktor keamanan yang paling kecil.
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
60
Bab III – SOIL NAILING
Gassler dan Gudehus menunjukan bahwa faktor keamanan terkecil yang
mengasumsikan suatu garis vertikal pada irisan A yang dibatasi oleh bagian
belakang dari massa tanah yang diperkuat, umumnya dapat dirumuskan :
⎛π φ ⎞
− ⎟
⎝ 4 2⎠
σa = ⎜
dimana :
σa
= kemiringan dari permukaan runtuh potensial
Ø
= sudut geser dalam dari tanah
Dengan mempertimbangkan penggunaan metode Jerman pada berbagai persoalan
perencanaan umum, maka Elias dan Juran melakukan suatu penelitian dan
menyatakan bahwa permukaan runtuh yang berbentuk bi-linier tidak konsisten
bila diterapkan pada soil nailing wall. Dimana asumsi permukaan runtuh ini hanya
cocok diterapkan pada tanah tak berkohesi yang mendapat beban tambahan yang
besar, dengan mekanisme gelincir yang berbentuk lingkaran.
III.5.3 Metode Perancis
Metode Perancis ini yang diajukan oleh Schosser tahun 1983 mengasumsikan
bahwa permukaan runtuh yang berbentuk lingakaran atau bukan lingkaran dapat
diselesaikan dengan metode irisan seperti halnya dengan metode Davis. Massa
tanah yang diperkuat dianggap sebagai material komposit. Metode ini memiliki
empat kriteria keruntuhan, seperti terlihat pada Gambar III.11, yaitu :
1. Ketahanan geser dari tulangan / nail Tmax ≤ As . fy , Tc ≤ Rc = As . fy
2. Friksi pada nail Tmax ≤ π .D . τult . La
3. Gaya gesek lateral normal dari tanah pada nail ρ ≤ ρmax
4. Ketahanan geser dari tanah τ < c + σ tan Ø
Dimana :
As
= luas penampang nail
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
61
Bab III – SOIL NAILING
Fy
= tegangan leleh nail
D
= diameter nail
τult
= tegangan geser lateral batas pada muka nail-tanah
La
= panjang lekatan nail di daerah tahanan
Gambar III.11 Metode Perancis
(Sumber:Elias dan Juran, 1991)
Setiap nail dievaluasi pada keempat kreteria yang disebutkan diatas, yang
menghasilkan perbedaan berbagai model kegagalan pada nail, tanah disekitar nail,
dan pada antar-muka nail dengan tanah. Petunjuk untuk evaluasi ini diperinci
lebih lanjut oleh Mitchell dan Villet ( 1987) dan oleh Elias dan Juran ( tahun
1991).
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
62
Bab III – SOIL NAILING
Ketahanan geser pada tanah dapat dievaluasi dengan kreteria keruntuhan MohrCoulomb, dengan sudut geser dalam Ø dan koefisien kohesi c sebagai parameter
tanah. Tanah akan mengalami keruntuhan bila tegangan geser yang timbul
melebihi besarnya tegangan normal dikalikan dengan tan Ø ditambah dengan
koefisien kohesi c.
Gaya tarik nail dapat dihitung berdasarkan tahanan tercabut keluar(pull-out
resistance) dari nail yang berbeda dibelakang asumsi permukaan runtuh.
Kegagalan terjadi bila gaya tarik yang timbul pada nail lebih besar dari luas
permukaan nail dibelakang permukaan runtuh dikalikan dengan harga maksimum
dari koefisien friksi permukaan yang diijinkan (sama dengan harga koefisien friksi
permukaan ultimate dibagi dengan faktor keamanan). Besarnya faktor keamanan
minimum yang digunakan adalah 1.5.
Kreteria kegagalan yang melibatkan interaksi antara nail dan tanah, sama dengan
perhitungan kapasitas beban dan deformasi tanah/struktur. Besarnya momen
lentur dan gaya geser yang diijinkan pada nail kemudian dibandingkan dengan
momen lentur dan gaya geser yang timbul. Kegagalan pada nail bila gaya-gaya
yang timbul lebih besar gaya-gaya yang yang diijinkan.Besarnya gaya pada setiap
nail didefinisikan sebagai berikut:
Vo =
1
pDLo
2
Dimana :
p
= tekanan pasif pada nail
D
= diameter dari nail
Lo
= panjang penyaluran dari nail
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
63
Bab III – SOIL NAILING
⎡ 4 EI ⎤
=⎢
⎣ khD ⎥⎦
Dimana :
E
= modulus elastisitas nail
I
= momen inersia dari nail
Kh
= modulus subgrade/lapisan bawah horizontal dari tanah
Harga nilai Vo ini sebanding dengan setengah harga nilai ultimate, atau :
Dimana :
Mp ⎞
1
⎛
DLo⎜
⎟
2
⎝ 0.16 DLo ² ⎠
Vo
=
Mp
= momen maksimum yang diijinkan pada nail
Maka besarnya momen maksimum yang diijinkan pada setiap nail adalah :
Mmax
= 0.16 P D Lo
FK
=
Mp
M max
Besarnya harga faktor keamanan minimal yang dapat diterima adalah 2.0
Terakhir adalah mengombinasikan tegangan tarik dan geser dari nail dengan
menggunakan kriteria kegagalan Tresca, yaitu :
T² V²
+
<1
Rn ² Rc ²
Dimana :
V
= gaya geser yang timbul pada nail
=
T
Rc
[1 + 4 tan ²(1.57 − α )] 0.25
= gaya tarik yang timbul pada nail
= 4 V tan (1.57 – α)
Rn
= tegangan tarik dari nail, fy
Rc
= tegangan geser dari nail,
fy
2
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
64
Bab III – SOIL NAILING
α
= sudut yang dibentuk antara nail dengan permukaan
runtuh lereng
Besarnya faktor keamanan yang direkomendasikan untuk dinding sementara dan
permanen berturut-turut adalah 1.3, 1.5.
III.5.4 Metode Kinematik
Elias dan juran memperkenalkan suatu metode kinematikal, dimana dasar dari
metode ini adalah analisa batas yang berhubungan suatu model keruntuhan akibat
displacement/perpindahan. Metode ini berbeda dengan yang lainnya, karena
metode ini tidak menggunakan metode irisan sebagai solusi dari permasalah,
tetapi memperlakukan dinding soil nailing sebagai suatu urungan dengan
stabilisasi mekanik. Metode ini mengasumsikan “Quasi-rigid body rotation” atau
anggapan kaku pada badan rotasi yang didefinisikan oleh suatu permukaan runtuh
asumsi berbentuk lingkaran atau log- spiral (Gambar III.12). Selanjutnya,
metode ini hampir sama dengan metode Perancis, karena metode ini
menggunakan kreteria keruntuhan Mohn-Coulomb untuk tanah kreteria kegagalan
Tresca untuk nail.
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
65
Bab III – SOIL NAILING
Gambar III.12 Metode Kinematik
(Sumber:Elias dan Juran, 1991)
Asumsi yang digunakan pada metode ini.:
1. Keruntuhan terjadi akibat rotasi badan kaku–kuasi (Quasi-rigid body) dari
daerah akibat yang dibatasi oleh permukaan yang berbentuk lingkaran atau
log-spiral
2. Pada saat terjadi keruntuhan, garis yang menghubungkan titk-titik dengan
gaya tarik dan gaya geser maksimum berhimpit dengan permukaan runtuh
yang terjadi pada tanah
3. Daerah aktif dan daerah tahanan dibatasi suatu lapisan tipis tanah yang
berada pada keadaan batas dari aliran plastis kaku.
4. Tahanan geser dari nail bekerja pada arah permukaan gelincir massa tanah
dan didefinisikan dengan kreteria tresca.
5. Kompenen horizontal dari gaya antar irisan, yang bekerja pada sisi irisan
horizontal memiliki besar yang sama.
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
66
Bab III – SOIL NAILING
6. Beban tambahan atau permukaan yang membentuk lereng pada bagian atas
massa tanah diperkuat mengakibatkan penurunan gaya pada nail yang
berbanding linier terhadap kedalaman sepanjang permukaan runtuh.
Analisa terhadap pengaruh kekuatan lentur dari nail dengan tidak memperhatikan
adanya grout, memberikan hasil bahwa pada permukaan runtuh, momen lentur
pada nail sama dengan nol, sedangkan gaya tarik dan gaya geser mencapai harga
maksimum. Kedalaman ini merupakan parameter kekakuan lentur tak berdemensi
yang didefinisikan sebagai :
N
=
KhDbLo ²
γHShSv
Dimana: Lo
= panjang penyaluran yang menunjukan kekuatan relatif
terhadap tanah, yang dirumuskan dengan:
Lo
⎛ 4 EI ⎞ ¼
=⎜
⎟
⎝ K hDb ⎠
H
= tinggi dari dinding penahan
E
= modulus elastisitas dari nail
I
= momen inersia dari nail
Db
= diameter dari nail
Sv
= jarak vertikal antara nail
Sh
= jarak horizatal antara nail
Kh
= modulus reaksi lateral tanah
γ
= berat jenis tanah
Harga Kh dapat diestimasi dengan menggunakan garfik yang dibuat untuk dinding
dengan pengangkuran (lampiran 6) parameter kekekuan lentur N
untuk
sebagaian besar desain bervariasi antara 0.10 hingga 1.50
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
67
Bab III – SOIL NAILING
Besarnya gaya tarik maksimum yang timbul (TN) dan gaya tarik maksimum yang
timbul (TS) pada setiap tingakatan nail (Z/H) diperlihatkan suatu parameter tak
berdimensi :
TN
=
T max
γHSnSv
TS
=
Tc
γHSnSv
Perencanaan dengan metode kinematik berdasarkan pada evaluasi stabilitas lokal
pada setiap nail dengan memperhatikan dua kriteria kegagalan, yaitu :
1. kegagalan akibat naik tercabut keluar
2. kegagalan akibat rusak atau putusnya nail
1. Kegagalan Akibat Nail Tercabut Keluar
Persyaratan yang harus dipenuhi untuk mendapatkan panjang nail dengan
menggunakan parameter-parameter yang telah diketahui adalah:
T max
F1
<
πDgLa FKp
Dimana:
Tmax = gaya tarik maksimal nail
La
= panjang lekatan
FKp = faktor keamanan untuk kegagalan nail tercabut keluar
F1
= tegangan geser lateral batas pada antar muka nail - tanah
Dg
= diameter lubang grout
Dengan menerapkan kretia di atas pada struktur soil nailing, maka geometri
struktur yang ditunjukan dengan ratio L/H( L adalah panjang total dari nail ),pada
setiap tingkatan nail harus memenuhi persamaan sebagai berikut:
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
68
Bab III – SOIL NAILING
⎛ TN ⎞
L S
≥ + FKp⎜⎜
⎟⎟
H H
⎝ πμ ⎠
dimana:
S
= panjang nail pada daerah aktif
γ
= berat jenis tanah
2. Kegagalan Akibat Rusak atas Putusnya Nail
Persyaratan yang harus dipenuhi untuk mendapatkan nail yang diperlukan
dengan menggunakan paramter-parameter yang telah diketahui adalah :
untuk nail yang lentur/fleksibel (N=0) yang hanya menahan gaya tarik :
fyAs
≤ TN
γHShSv
dimana:
f
As
y
= tegangan leleh yang diizinkan
= luas penampang nail
untuk nail yang kaku(N>0)yang dapat menahan gaya tarik dan gaya
geser dengan memeperhatikan kreteria kegagalan tresca:
fyAs
≥ Keg
γHShSv
dimana :
Keg = (TN²+4TS²)½
Kegagalan akibat nail patah secara teori juga terjadi pada titik dimana terjadi
momen maksimum, yaitu apanila Mmax melebihi momen plastis dari material nail
Mp jadi harus memenuhi :
Mp > FKm . Mmax
Dimana:
FKm = 1 apabila menggunakan tegangan tarik yang diizinkan,
atau = 1.8 apabila tidak 1.0 ≤ FKm ≤ 1.8
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
69
Bab III – SOIL NAILING
FKm = faktor keamanan sehubungan dengan lentur plastis
Dengan analisa “ p-y” diperoleh Mmax = 0.32 Tc Lo, sehingga diperoleh :
Mp / Lo
0.32 FKmTS
γHShSv
⎛ Db ⎞
⎛ Dg ³ Db ³ ⎞
Mp = fsteel (0.4244)(π )(⎜ ⎟ ³ + 0.5(0.4244) ⎜
−
⎟ fygrout
2 ⎠
⎝ 3 ⎠
⎝ 2
Nilai TN, TS, dan S/H didapat dari grafik seperti pada Lampiran 6.
III.5.5 Metode Caltrans
Metode ini dikembangkan oleh Calfornia Departement of Transportation
Amerika Serikat. Pada metode ini mengasumsikan bahwa permukaan runtuh pada
dinding soil
nailing
berupa irisan bi-linier dan tri linier. Irisan bi-linier
digunakan untuk menganalisa bidang keruntuhan yang terjadi pada dasar (toe)
dinding sedangkan tri-linier digunakan untuk bidang keruntuhan yang terjadi di
bawah atau di luar daerah dasar ( toe ) dinding. Analisa ini dikembangkan dalam
suatu program komputer SNAILTM. Untuk analisa di bawah ini tidak
diperhitungkan irisan tri-linier.
Komponen-komponen dasar yang digunakan pada program SNAIL. adalah :
W1, W2
= berat irisan
θ1, θ2
= sudut bidang runtuh masing-masing irisan terhadap bidang
horizontal
l1, l2
l1w, l2w
= panjang dasar bidang runtuh pada masing-masing irisan
=
submerged lenght (panjang yang terendam air ) dasar bidang
runtuh masing-masing irisan
l3
= panjang tegak irisan
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
70
Bab III – SOIL NAILING
E1, E2
0
= gaya gempa pada masing-masing irisan, termasuk
komponen horizontal (KH) dan vertikal (KV)
Ψ
= sudut gaya gempa terhadap bidang horizontal
T`N1, T`N2
= jumlah gaya tarik tulangan pada masing-masing irisan
*,**
α
= sudut tulangan terhadap bidang horizontal
R1, R2
= resultan gaya geser pada dasar masing-masing
irisan
R3
= resultan gaya geser antar sisi irisan***
Φ`
= sudut geser yang dimobilisasi*
C`
= kohesi yang dimobilisasi*
F
= faktor keamanan
*T`N1 ,2
= (TN1,2) / F ; (Tie-back walls, T`N1,2 = TN1,2)
*Φ`
= Tan
*C`
= C/F
δ1
= θ1 + Ψ
δ2
= θ2 + Ψ
-1
(Tan Φ/F)
** jika pilihan 1= 1,T`N1,2 = T N1,2
*** gaya pada tulangan diakibatkan gaya pada irisan diabaikan beban gempa
(E1 & E2). E1 ,E2 = W1, 2 [KH² + KV²]1/2
Penyelesaian persamaan :
Irisan 2 :
Σ FN = 0 : E2(1-L2W/l2)Sin δ2 - T`N2 Sin(α + θ2) – W2Cosθ2 – C`l3Cosθ2–
R32Sin(Φ`- θ2) + R2Cos Φ` = 0
(1)
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
71
Bab III – SOIL NAILING
Σ FT = 0 : -E2 Cosδ2 - T`N2 Cos(α + θ2) – W2Sinθ2 – C`l2 - C`l3Sinθ2– R32Cos(Φ`θ2) + R2Sin Φ` = 0
(2)
Dari :
R2 = [R32Sin(Φ′-θ2)/CosΦ′] + [(C′l3+W2)Cosθ2/CosΦ′] + [(B2-A2)/CosΦ′] (3)
R2 = [R32Cos(Φ′-θ2)/SinΦ′] + [(C′l3+W2)Sinθ2/SinΦ′] - [C′l2/SinΦ′] + [(A22B22)/SinΦ′]
B
(4)
(3) = (4) => R32 [(Sin(Φ′-θ2) / CosΦ′) - (Cos(Φ′-θ2) / SinΦ′)] = [(C′l3+W2) Sinθ2 /
SinΦ′] - [(C′l3+W2) Cosθ2 / CosΦ′] - [C’l2/SinΦ′] + [(A22-B22)/SinΦ′] - [(B2A2)/CosΦ′]
Dengan penyederhanaan di dapat :
R32 = [(A22-B22) + (C′l3+W2) Sinθ2 - C′l2 - [(B2-A2) + (C′l3+W2) Cosθ2]TanΦ′] /
[Sin(Φ′ - θ2) TanΦ′ - Cos (Φ′-θ2)]
(5)
Gambar III.13 Gaya – gaya yang bekerja beserta arahnya pada irisan bi – linier
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
72
Bab III – SOIL NAILING
(Sumber: California Dcpartment of Transportation. Division of New Technology,
Material and Research.2000)
Irisan 1 :
Σ FN = 0 :
E1(1-L1W/l1)Sin δ1 -T′N1Sin(α+θ1) - W1Cosθ1 + C′l3Cosθ1 +
R31Sin(Φ′-θ1) + R1CosΦ′ = 0
(6)
Σ FT = 0 : - E1Cosδ1 + T′N1Cos(α+θ1) - W1Sinθ1 + C′l1 + C′l3Sinθ1 + R31Cos(Φ′θ1) + R1SinΦ′ = 0
(7)
Dari :
R1
= [(W1-C′l3)Cosθ1/CosΦ′] + [(B1-A1)/CosΦ′] - [R31Sin(Φ′-θ1)/CosΦ′] (8)
R1
= [(W1-C′l3)Sinθ1/SinΦ′] - [C′l1/SinΦ′] + [(A11-B11)/SinΦ′] - [R31Cos(Φ′-
θ1)/SinΦ′]
(9)
(8) = (9) => R31 [(Cos(Φ′-θ1)) - (Sin (Φ′-θ1) TanΦ′)] = (A11-B11) + (W1
C′l3) Sinθ1 - (C′l1) - [(B1-A1) + (W1-C′l3)Cosθ1]TanΦ′
Dengan penyederhanaan di dapat :
R31 = {(A11-B11) + (W1-C′l3)Sinθ1 - (C′l1) - [(B1-A1) + (W1-C′l3) Cosθ1] TanΦ′} /
(Cos(Φ′-θ1) - Sin(Φ′-θ1)TanΦ′)
(10)
Set 5) = 10) & ingat : l1
A1
= E1(1-L1W/l1)Sinδ1
B1
= T′N1Sin(α+θ1)
A11
= E1Cosδ1
B11
= T′N1Cos(α+θ1)
A2
= E2(1-L2W/l2)Sin δ2
B2
= T′N2Sin(α+θ2)
A22
= E2Cosδ2
B22
= T′N2Cos(α+θ2)
R32 = {(E2Cosδ2-T′N2Cos(α+θ2)) + (W2+C′l3)Sinθ2 - (C′l2) -[(T′N2Sin(α+θ2) E2(1 -L2W/l2)Sin δ2) + (W2+C′l3)Cosθ2]TanΦ′) / [(Cos(2Φ′-θ2))/CosΦ′]
(11)
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
73
Bab III – SOIL NAILING
R31 = {(E1Cosδ1-T′N1Cos(α+θ1)) + (W1-C′l3)Sinθ1 - (C′l1) [(T′N1Sin(α+θ1)-E1(1
- L1W/l1)Sin δ1) + (W1-C′l3)Cosθ1]TanΦ′}/[(Cos(2Φ′-θ1))/CosΦ′]
(12)
Di ulang terus pada F hingga :
|R32 - R31| / [ |R32 | + |R31| ] ≤ 0.01
Pada kasus pasif
Pada kasus pasif, maka asumsi yang dibuat adalah :
1. Tidak ada gaya pada nail
2. Hanya keruntuhan tunggal yang diperhitungkan pada tanah
homogen
3. Sudut geser tanah dan kohesi tanah dimobilisasi penuh
Gambar III.14 Gaya – gaya yang bekerja beserta arahnya pada keadaan pasif
(Sumber: California Dcpartment of Transportation. Division of New Technology,
Material and Research.2000)
Dimana :
R, E, Ψ = Komponen – komponen dasar yang sama pada SNAIL diatas :
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
74
Bab III – SOIL NAILING
P = Passive Force
CH = OH*COH
CL = OL*COH
L = OL; Lw = Submerged length (panjang yang terendam air)
Σ FN = 0
E(1-Lw/L)Sin(Ψ-θ) - (W+CH)Cosθ -PSin(θ1+Δ) + R CosΦ = 0
(13)
Σ FT = 0
E(1-Lw/L) Cos(Ψ-θ) - (W+CH)Sinθ - CL + PCos(θ1+Δ) + RSinΦ = 0
(14)
Darri (13) & (14) :
PCos (Δ +θ1+Φ ) - (W+CH)Sin(θ1+Φ ) + E(1-Lw/L)Cos(Ψ-θ-Φ ) = CLCosF
P = ((W+CH)Sin(θ1+Φ ) + CLCosΦ -E(1-Lw/L)Cos(Ψ-θ -Φ )) / Cos (θ1+Φ +Δ)
(θ divariasi untuk mendapatkan ketahanan minimum pasif )
Modifikasi Algoritma pada dua atau lebih lapisan tanah
Pada kasus lapisan tanah lebih dari pada satu (heterogen), irisan dibagi menjadi
sub-irisan (yang diperhatikan dibawah adalah system 2 lapis)
Wi = Wi L + Wi R (i=1.2)
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab III – SOIL NAILING
75
Gambar III.15 Properti tanah untuk irisan pada system dua lapis tanah
(Sumber: California Dcpartment of Transportation. Division of New Technology,
Material and Research.2000)
Kohesi tanah dan sudut geser sepanjang keruntuhan rencana OB irisannya
ditetapkan seperti pada gambar. Gaya – gaya pada DE merupakan hasil
perhitungan persamaan (11) dan (12). Pada OA, sudut geser dan kohesi kurang
lebih diambil rata – ratanya :
-1
Φ3 = tan ((CA*tan(Φ1)+OC*tan(Φ2 ))/OA)
dan C3 = (CA*C1 + OC*C2) / OA
III.5.6 Berbagai Metode Diamplakasikan Program Komputer
Tanpa adanya bantuan berbagai program komputer maka untuk menghitung suatu
perencanaan akan sangat sulit dan memerlukan waktu yang lama. Berbagai
program komputer telah tersedia untuk merencanakan suatu dinding penahan
tanah dengan metode soil nailing. Dengan demikian waktu yang digunakan untuk
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab III – SOIL NAILING
76
menghitung satu alternatif dengan cara manual,dapat digunakan untuk melakukan
perhitungan secara trial and erorr terhadap beberapa alternatif dengan
menggunakan komputer.
Berbagai program komputer yang dapat menyelesaikan masalah stabilitas lereng,
dikembangkan sehingga dapat digunakan menyelesaikan masalah stabilitas lereng
disertai adanya perkuatan atau nail. Sementara itu juga terdapat berbagai program
komputer yang khusus dikembangkan untuk metode soil nailing. Seperti program
yang dikembangkan oleh Shen dan kawan – kawan, program yang dikembangkan
oleh Caltran ( Calfornia Departement of Transportion tahun 1991 ) yang dinamai
SNAIL, program yang dikembangkan oleh Golder & Associate yang dinamai
GOLDNAIL, salah satu keuntungan pada program SNAIL adalah nail dan
tieback dapat dikombinasikan bila diperlukan. Metode Perancis ( program dengan
nama TALREN) dan metode Jerman juga memiliki program yang sama, hanya
saja program tersebut sulit dan mahal untuk mendapatkannya.
III.5.7 Ketidak-konsistensi-an (Inconsistencies) Pada Metode Perencanaan
Pada berbagai metode yang dijabarkan selalu terdapat ketidak konsistensi-an
pada beberapa hal, seperti parameter yang dibutuhkan sebagai data masukan
(input), metode analisa dan perbandingannya terhadap perilaku yang telah
diselidiki. Menurut Walkinshaw ( tahun 1992 ketidak konsistensi-an dapat terjadi
karena:
1. Pengabaian gaya antar unsur yang tidak seharusnya dilakukan,pada
metode Davis
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab III – SOIL NAILING
77
2. Tidak konsistensi-nya tekanan lateral tanah dengan distribusi gaya pada
nail dan tegangan pada struktur penutup permukaan (pada semua
metode)
3. Tidak adanya distribusi ruang dari gaya-gaya pada nail sehubugan
dengan adanya tahap pelaksanaan konstruksi ( pada semua metode
kecuali pada metode Golden)
4. Anggapan yang mengatakan penekanan yang tidak praktis terhadap
kekakuan nail(pada metode Kenematik)
Dalam suatu analisa tahapan perlu dipilih suatu metode ,kemudian harus
dilakukan suatu modifikasi dan penyesuaian yang seperlunya berdasarkan pada
pengalaman, alat-alat yang tersedia suatu studi kasus, dan pada suatu penilaian
rekayasa(engineering judgement).
III.6 Sistem Perencanaan Soil Nailing Wall
Sistem perencanaan untuk soil nailing wall menyangkut perencanaan untuk nail
dan perencanaan untuk struktur menutup permukaan (facing). Ukuran dan panjang
dari nail ditentukan berdasarkan stabilitas global (Global stability) dan stabilitas
dalam (internal stability). Selain itu juga harus ditentukan jarak antara nail, Biasa
terdapat penyelesaian yang dapat diterima dan keputusan akhir biasanya dengan
memperhatikan segi ekonominya.
Perencananaan struktur penutup permukaan (facing) menyangkut masalah jenis
material, ketebalan, dan perkuatan atau tulangannya, dan hal-hal tersebut
tergantung dari asumsi besarnya gaya pada nail. Selain itu masalah kekakuan
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab III – SOIL NAILING
78
tanah juga harus diperhitungkan, terutama bila menggunakan analisa balok di atas
tumpuan elastis. Masalah penggunaan sementara atau permanen harus ditentukan,
karena jenis material dan faktor keamanan yang digunakan akan berbeda massa
penggunaannya.
III.6.1 Metode Empiris
Bruce dan Jewell menyimpulkan beberapa parameter yang dapat digunakan
sebagai awal yang berdasarkan pada berbagai kasus yang telah diselidiki.
Parameter-parameter tersebut adalah:
1.
Rasio panjang (L/H)(Gambar III.16), dengan ketentuan :
a.
0.5 - 0.8 untuk tanah dengan butir-butiran kecil (granular soils), di
mana nail ditempatkan dengan pembuatan lubang lebih dahulu dan
kemudian diberi grout.
b. 0-5 - 0.6 untuk tanah dengan butiran-butiran kecil (granular soils)
diman nail ditempatkan langsung tanpa pembuatan lubang lebih dahulu.
c.
0.5 - 1.0 untuk tanah liat atau pasir yang mengandung kapur, dan tanah
berkerikil.
2. Ratio kelekatan/bond (dL/S)(Gambar III.17), dengan ketentuan:
a. 0.5 – 0.6 untuk tanah dengan butir-butiran kecil(granular soils) dimana
nail ditempatkan dengan pembuatan lubang lebih dahulu dan kemudian
diberi grout.
b. 0.6 – 0.11 untuk tanah dengan butir-butiran kecil (granular soils),
dimana nail ditempatkan langsung tanpa pembuatan lubang lebih dahulu.
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
79
Bab III – SOIL NAILING
c. 0.5 – 1.0 untuk tanah liat atau pasir yang mengandung kapur, dan tanah
berkerikil.
3. Ratio kekuatan/strength (dbar²/S) ( Gambar III.18) dengan ketentuan :
a. 0.0004 – 0.0008 untuk tanah dengan butir – butiran kecil (Granular
soils),di mana nail ditempatkan dengan pembuatan lubang lebih dahulu
dan kemudian diberi grout.
b. 0.0013 – 0.0019 untuk tanah dengan butir – butiran kecil (Granular
soils), dimana nail ditempatkan langsung tanpa pembuatan lubang lebih
dahulu.
c. 0.0001 – 0.00025 untuk tanah liat atau pasir yang mengandung kapur,
dan tanah berkerikil.
Dimana:
L
= panjang dari nail
H
= tinggi dari dinding
d
= diameter lubang untuk nail rasio lekatan/bond
dbar
= diameter nail untuk rasio kekuatan/strength
S
= Jarak antara nail
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab III – SOIL NAILING
80
Gambar III.16 Rasio panjang pada metode empiris soil nailing
(Sumber: California Dcpartment of Transportation. Division of New Technology,
Material and Research.2000)
Gambar III.17 Rasio lekatan/bond metode empiris soil nailing
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab III – SOIL NAILING
81
(Sumber: California Dcpartment of Transportation. Division of New Technology,
Material and Research.2000)
Gambar III.18 Rasio kekuatan/strength metode empiris soil nailing
(Sumber: California Dcpartment of Transportation. Division of New Technology,
Material and Research.2000)
III.6.2 Stabitas Global
Pada umumnya, suatu perencanaan sistem soil nailing yang lebih terperinci
dimulai dengan analisa kestabilan global. Hal ini dapat dilakukan dengan berbagai
metode yang ada untuk menganalisa kestabilan lereng. Metode Davis modifikasi (
Metode Modified Davis) merupakan salah satu metode yang paling sederhana
telah tersedia grafik-grafik yang dapat langsung digunakan untuk perencanaan
(Gambar III.19). Sementara program SNAIL. Merupakan metode lain yang
praktis digunakan untuk menghitung kestabilan global.
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab III – SOIL NAILING
82
Gambar III.19 Grafik metode Modified Davis
(Sumber: California Dcpartment of Transportation. Division of New Technology,
Material and Research.2000)
III.6.3 Stabilitas Dalam
Beberapa metode selain menghitung kestabilan global, juga menghasilkan
distribusi gaya dan model kegagalan untuk nail. Hal ini sangat menguntungkan,
karena satu metode analisa dapat memberikan semua informasi yang dibutuhkan
untuk perencanaan. Metode kinematik merupakan salah satu metode yang
memberikan keuntungan ini.
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab III – SOIL NAILING
83
III.7 Metode Pelaksanaan Konstruksi
Soil Nailing merupakan metode perkuatan ditempat ( in–situ ) dengan cara inklusi
yaitu memasukkan baja tulangan ( nail ). Nail yang dimasukkan (inklusi) adalah
bukanlah baja yang di pre-stress dan mempunyai jarak antar tulangan sekitar 3
sampai 7 feet ( 1.0 sampai 2.0 meter ). Nail tersebut ditempatkan pada lubang
yang sudah di bor terlebih dahulu dan di-grout sepanjang nail/paku tersebut.
Permukaan tanah yang digali distabilkan dengan menggunakan lapisan beton tipis
( Facing ) setebal 4 sampai 6 inchi ( 10-15 centimeter) yang diperkuat dengan
wire mesh.
Adapun tahapan-tahapan pelaksanaan kontruksi soil nailing wall adalah sebagai
berikut
1.
Untuk lapisan pertama, tanah digali sampai kedalaman 1-2 meter tetapi pada
kondisi tanah tertentu dapat sampai 3 meter dan sudut kemiringan sadut 75
derajat samapai 90 derajat sedangkan permukaan tanah pada bagian atas di
lean concrete terlebih dahulu untuk mencegah resapan air ke dalam tanah.
(Gambar III.20.Step1)
2.
Membuat barisan lubang dengan bor yang posisi, panjang dan sudut
kemiringan telah ditetapkan sebelumnya. Dengan diameter berkisar anta 9
sampai 30 centimeter sedangkan panjang pemboran biasanya 60 sampai 100
% tinggi dinding. Tanah yang sudah dibor dibersihkan lumpurnya karena
lumpur dapat mengurangi tahanan fisik tanah, dan bila lubang berada di
bawah permukaan air tanah maka harus dilakukan, dewatering untuk
mengurangi tekanan air pada dinding yang telah di bor (Gambar
III.20.Step2)
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab III – SOIL NAILING
3.
84
Setelah lubang bersih, besi (nail) yang sudah dipasang centralizer
dimasukkan ke lubang bor dan diameter (nail) biasanya berkisar antara 19
sampai 38 mm (Gambar III.20.Step3 )
4.
Lubang bor yang sudah ada besi, dipasang pipa tremi untuk grouting dengan
bahan semen dicampur dengan additive yang sesuai de spesifikasi. (Gambar
III.20.Step3)
5.
Penempatan sistem drainese air tanah/hujan yang tersebut dari geosihyntetic)
(evaluasi tergantung kondisi lapangan) dipasang pada permukaan dinding
tanah dengan jarak sesuai pada permukaan dinding tanah wiremash ( tabung
biasa) dipasang pada permukaan dinding tanah yang telah dipasang nail-nya
beserta dengan pipa-pipa kecil yang berfungsi sebagai drain. (Gambar
III.20.Step3)
6.
Permukaan tanah galian tersebut di shotcreted ( disemprot beton ) dengan
ketebalan 100 sampi 150 mm. Setelah itu yang dari nailing dipasang plat
besi dan dikencangkan dengan mur. (Gambar III.20.Step4)
7.
Setelah lapisan pertama selesai dikerjakan dilanjutkan dengan galian untuk
lapisan berikutnya.
8.
Lakukan langkah-langkah tersebut di atas untuk lapisan berikutnya
(Gambar III.20.Step5)
9.
Setelah mencapai ketinggian yang kita inginkan, dilakukan penutupan
dengan shotcrete, selain agar nail yang telah dikuatkan dengan mur, dan
masih tampak menjadi tertutup (estetika) juga berguna untuk perlindungan
terhadap karat. (Gambar III.20.Step6)
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab III – SOIL NAILING
85
Gambar III.20 Tahapan pekerjaan soil nailing
(sumber: Xanhakos, Petros P.,, Lee W. Abramson dan Donald A Bruce. Gound
Control and Improvenrent.1994)
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab III – SOIL NAILING
86
Gambar III.21 photo pelaksanaan soil nailing
III.7.1 Prosedure Pelaksanaan Kontruksi pada Soil Nailing
Sistem soil
nailing mempunyai beberapa ‘ Komponen” utama dalam
kontruksinya, berikut syarat-syarat yang dilakukan dalam instalasinya yaitu (
menurut Chassie, 1993)
a.
Penggalian tanah dengan kedalaman dibatasi antara 3’ sampai 6’( 1 sampai 2
meter)
b.
Lubang bor
1. Diameter lubang berkisar antara 3.5” sampai 12” ( 9 sampai 30
centimeter)
2. Jarak antara lubang bor berkisar antara 3” sampai 7” ( 90 sampai
210 centimeter)
3. Sudut kemiringan lubang bor berkisar antara 5” sampai 20”
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
87
Bab III – SOIL NAILING
4. Panjang kedalaman lubang bor berkisar antara 60 sampai 100%
tinggi dinding.
c.
Pemasangan nail atau paku ( baja tulangan ) dan grout
1. Ukuran nail atau paku 9 baja tulangan berkisar antara berdiameter 3/4”
sampai 1 ½” ( 19 sampai 38 mm ), bergradien (grade) 60.
2. Campuran grout terdiri dari semen grout murni (dicampur dengan zat
additive), kadar air semen antara 0.4 sampai 0.5.
3. Pada dinding permenen, maka baja/nail yang digunakan harus diberi
lapisan Expoxy atau Encapsulated (nail berlapis
pelindung plastik)
untuk perlindungan terhadap karat.
d. Pemasangan Prefabricated Drain ( rakitan lapisan plasik geosynthetics
drainase/core drain)
1. Lebar ukuran core drain berkisar antara 1” sampai 2” ( 25 sampai 50
centimeter )
2. Macam drainase: geosynthetics dan pipa.
3. Core drain harus dipasang dari atas ke bawah secara berkesinambungan.
e. Lapisan penutup (Facing)
1. Permukaan lapisan tanah galian yang di shotcrete ( disemprot campuran
beton) memiliki ketebalan berkisar antara 4” sampai 10 “ ( 10 sampai 15
centimeter )
2. Campuran beton shotcrete biasanya memiliki ukuran agregat maksimum
3/8” atau 9 sampai 10 mm.
3. Kekuatan betonnya mencapai kekuatan 3000 sampai 4000 psi (sekitar
210 sampai 280 kg/cm²) pada usia beton 28 hari.
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
88
Bab III – SOIL NAILING
4. Ketebalan lapisan beton dapat dihitung dengan formula:
d
dimana:
= [0.2 TL]0.5
d = ketebalan shotcrete, in
T= kekuatan paku maksimum, kips
L= jarak antar paku, ft
f.
Wire Mesh dan pelat baja
1. Ukuran wire mesh biasanya tergantung dari jarak antar lubang.
2. Ukuran pelat baja yang dipakai: 6”x 6”x3/8 sampai 8’x8x1/2” ( sekitar
150x150x10 mm sampai 200x200x12 mm ).
Gambar III.22 Bagian-bagian soil nailing
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
89
Bab III – SOIL NAILING
(sumber: Xanhakos, Petros P.,, Lee W. Abramson dan Donald A Bruce. Gound
Control and Improvenrent.1994)
Tabel III.1 Rangkuman metode desain sistem soil nailing
No
1
Metode
Davis
Keterangan
a. Didasarkan pada metode batas
keseimbangan
(limid equilibrium)
b. permukaan runtuh parabola melewati toe dinding
c. pada tulangan hanya gaya-gaya tarik yang
diperhitungkan.
d. Program komputer : NAILM8
2
Juran dan Elias
a. Didasarkan pada analisis batas kinematik
b. Permukaan runtuh circular atau log spiral
c. Dapat menghitung gaya-gaya tarik dan geser
pada kondisi bekerja dan kondisi tegangan
d. Memperhitungkan tahanan tarik dan bending
stiffess dari nails
3
Jerman
a. Didasarkan pada analisa batas keseimbangan
b. Massa yang berpotensi gelincir dibagi menjadi
dua iriasan yaitu dibelakang daerah tersebut
adalah irisan kedua.
c. Pada tulangan, hanya gaya-gaya tarik yang
diperhitungkan
4
Perancis
a. Didasarkan pada analisis batas keseimbangan.
b. permukaan runtuh circular dan non circular
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
90
Bab III – SOIL NAILING
c. Memperhitungkan tahanan tarik, kuat geser dan
beding stiffness dari nails
d. Program komputer : TALREN dan CLOUDIM
5
Caltrans
a. Didasarkan pada analisis batas keseimbangan.
b. Permukaan runtuh bi-linier dan tri-linier
c. Pada tulangan hanya memperhitungkan gayagaya tarik
d. Solusi diperoleh dengan metode iterative
e. Program komputer: SNAIL.
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab III – SOIL NAILING
III.8
93
Manual Program SNAILWIN ver.3.10
Program Snail adalah program komputer untuk soil nailing yang dikembangkan
oleh Division of New Technology, Material and Research, California
Departement Of Transportation (CALTRANS) dengan menggunakan prosedur
analisis irisan. Program Snailwin ini adalah versi windows yang telah
dikembangkan dari versi 3.09b dan dirancang ke windows oleh Joel T. Retanan
dari CALTRANS Division of Research & Innovation. Sedangkan versi 3.09b
adalah hasil pengembangan dari versi 2.11. yang telah didistribusikan bersama
dengan panduan – panduan. Disamping terdapat fitur – fitur pada versi
sebelumnya versi - revisi ini dimodifikasi untuk meningkatkan jumlah lereng
di atas dinding sama dengan jumlah lapisan tanah (lebih dari 7 lapisan dasar
tanah/toe dan maksimum 2 dibawah dasar tanah/toe) dan perubahan lain juga ada
pada lampiran revisi manualnya.
III.8.1 Dasar Teori
Program ini menggunakan analisa bi-linier, untuk rencana runtuh keluar dari toe
dari dinding dan analisa tri linier, untuk rencana runtuh dibawah dan melewati toe
dari dinding. Program ini melakukan perhitungan keseimbangan gaya – gaya
hanya dengan mengikutsertakan gaya – gaya pada irisan, berdasarkan Φ (sudut
geser) dan C (kohesi) yang dimobilisasi. Tahanannya ditentukan oleh tekanan
pasif tanah dimana gaya pasif dimiringkan pada sudut 1/3 Φ yang dimobilisasi
pada sumbu tegak. Pada analisa tri-linier, tulangan tidak lagi dipertimbangkan.
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab III – SOIL NAILING
94
III.8.2 Kelebihan Program SNAILWIN ver 3.10
Pada dasarnya setiap pengembangan akan menghasilkan keistimewaan tersendiri
dibandingkan dengan program yang telah dibuat sebelumnya. Kelebihannya
hampir sama dengan versi 3.09b hanya saja versi Snailwin ini lebih praktis dan
lebih cepat dalam pengolahan data maupun mengedit data. Kelebihannya adalah
sebagai berikut :
1. Dapat menghitung stabilitas lereng dengan atau tanpa perkuatan tulangan
2. Dapat menentukan faktor keamanan minimum pada suatu sampai tujuh
lapis tanah
3. Tiga input sudut lereng tambahan
4. Input nilai Piezometer
5. Arah kemiringan pada beban dari luar dinding
6. Tampilan program windows.
III.8.3 Langkah-Langkah Menjalankan Program Snailwin ver.3.10
1. Jalankan program Snailwin dengan mengklik icon Snailwin yang telah
di install sebelumnya, maka akan tampil sebagai berikut :
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab III – SOIL NAILING
95
2. Bila meng-klik Disclaimer maka akan muncul text yang berupa katakata penjelasan dari program SnailWin 3, sebagi berikut :
3. Lalu meng-klik Continiue, akan tampil sebagai berikut :
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab III – SOIL NAILING
96
Pilih no.3 untuk mengisi parameter dan hasil dalam metric, lalu meng-checklist
bila membutuhkan data-data lama, bila tidak membutuhkan data-data lama maka
dikosongkan, seperti gambar dibawah ini yang membutuhkan data-data lama.
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab III – SOIL NAILING
97
4. Pilih dikosongkan, lalu klik ok, maka akan tampil sebagai berikut :
Pilih No, maka pemberian judul proyek tidak dibuat/diubah, bila yes maka
buat judul proyek, maka akan tampil sebagai berikut :
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab III – SOIL NAILING
98
5. Pilih No, maka akan tampil sebagai berikut :
Masukan parameter data-data input sebanyak 9, yaitu :
1. Wall Geometry
2. Reinforcement Parameters, Reinforcement Geometry
3. Reinforcement Parameters, Reinforcement Strength/cond
4. Below Toe Searches
5. Search limits/Water Table Coord
6. Search Nodes/Specified Plane
7. Soil Parameters
8. Loads
9. Varying Reinforcement
Maka masing-masing parameter data-data input akan tampil berturutturut sebagai berikut :
5.1.
Wall Goemetry
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
99
Bab III – SOIL NAILING
Keterangan :
Wall Geometry/Geometri dinding seluruh jarak dan sudut diatas toe dinding.
(Gambar III.23) menunjukkan lokasi data yang diminta. Masukkan semua data
pada jarak kosong yang tersedia. Tidak memasukkan data maka dianggap nol.
Kita dapat mengedit data kapan saja.
1. H
= Tinggi tegak data kapan saja
2. B
= kemiringan dinding dari sumbu tegak
3. I1
= Sudut lereng pertama dari sumbu horizontal
4. S1
= Panjang lereng pertama dari puncak dinding
5. I2
= Sudut lereng kedua dari sumbu horizontal
6. S2
= Panjang lereng kedua dari puncak dinidng
7. I3
= Sudut lereng ketiga dari sumbu horizontal
8. S3
= Panjang lereng ketiga dari puncak dinding
9. Sudut lereng 14 sampai 17 dan panjang lereng S4 sampai S7
Gambar III.23 Wall Geometry
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab III – SOIL NAILING
100
(Sumber: California Dcpartment of Transportation. Division of New Technology,
Material and Research, SNAILZ User' s Manual. California.U.S. 2000)
5.2
Reinforcement Parameters Geometry
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab III – SOIL NAILING
5.3
101
Reinforcement Strength/Cond.
Keterangan :
Reinforcement Parameters dibagi menjadi dua group pertama (item 1-9) untuk
mengatur parameter mana yang tetap dari satu level ke level lainnya.
Group yang kedua dengan tanda asterisk (*) dapat bervariasi pada tiap level.
Group ini akan dibahas pada parameter berikutnya yaitu 4.8 Varying
Reinforcement. Gambar III.24 menunjukkan lokasi data yang diminta.
Parameter tetapnya adalah :
1. N
= Jumlah level perkuatan (maximum 30)
2. LE
= Panjang tulangan *
3. AL
= Kemiringan tulangan *
4. SV1
= Jarak vertical dari puncak dinding ke level pertama ( dapat
bernilai negatif )
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab III – SOIL NAILING
102
5. SV
= Jarak vertical dari level ke level kedua dan selanjutnya*
6. SH
= Jarak horizontal antar tulangan
7. PS
= Punching Shear Capacity/geser pelubangan pada ujung tulangan
= As * FY
8. FY
= Tegangan Yeild pada tulangan
9. D
= Diameter tulangan
10. DD
= Diameter lubang yang di-grout
11. SIG
= Bond Stress tanah-grout *
Gambar III.24 Reinforcement Parameters
(Sumber: California Dcpartment of Transportation. Division of New Technology,
Material and Research, SNAILZ User' s Manual. California.U.S. 2000)
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab III – SOIL NAILING
5.4
103
Below Toe Searches
Keterangan :
Slope dibawah ini (wall toe)
Keterangan lebih lanjut dapat dilihat Gambar III.25 yaitu :
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
104
Bab III – SOIL NAILING
Gambar III.25 Slope Below The Wall
(Sumber: California Dcpartment of Transportation. Division of New Technology,
Material and Research, SNAILZ User' s Manual. California.U.S. 2000)
1. Sudut lereng pertama (positif jika berlawanan arah jarum)
2. Panjang lereng pertama
3. Sudut lereng kedua (positif jika berlawanan arah jarum jam)
4. Panjang lereng kedua
5. Kedalaman maksimum analisis dibawah toe dinding
6. Banyaknya titik analisis (maksimum 5)
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab III – SOIL NAILING
5.5
105
Search limits/water Table Coord.
Keterangan
1. Search Limit
Jarak horizontal yang dimulai dari puncak dinding atau menggunakan titik
awal ke titik yang kita inginkan untuk membatasi pencarian hasil (Search
Limit). (untuk tiap node, 56 rencana runtuh akan dianalisa tapi hanya yang
faktor keamanan yang paling kecil yang disimpan. Totalnya ada 560
rencana runtuh untuk semua 10 node). Jarak yang dicari akan disesuaikan
dengan yang kita minta.
a. Search Limit (Gambar III.26)
Search Limit menentukan dimensi dari grid dimana rencana runtuh
dianalisa. Untuk perhitungan, Snail membagi sama besar Search
Limit menjadi 10 bagian. Pada kasus dimana dinding mempunyai
kemiringan, maka jarak horizontal dari toe ke puncak dinding akan
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab III – SOIL NAILING
106
dikurangi dari Search Limit, hasilnya dibagi menjadi 10 bagian
yang sama besar.
Interval dimulai pada puncak dinding atau pada titik awal yang kita pilih. Setiap
titik akhir yang kita tentukan akan ditentukan sebagai node (L). Jika Ls tidak kita
tentukan (Ls = 0), maka analisis akan dimulai pada puncak dinding tapi jika Ls ≠
0, analisis akan dimulai pada titik tersebut.
Gambar III.26 Search Grid Pattern for Node 7
(Sumber: California Dcpartment of Transportation. Division of New Technology,
Material and Research, SNAILZ User' s Manual. California.U.S. 2000)
2. Water Table Coordinates
Masukkan 3 koordinat X dan Y untuk bentuk muka air tanah (0,0 adalah di
toe dinding). Jika Slope Below digunakan, maka muka air tanah akan
diasumsikan sebagai berikut :
a. Koordinat awal terletak pada muka dinding, maka water surface
(muka air) berada tepat dibawah dinding.
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab III – SOIL NAILING
107
b. Koordinat awal Y-negatif, muka air akan datar atau tepat pada
muka tanah.
NOTE :
Untuk eksekusi program muka air tanah harus dalam bentuk
kurva positif, jika input tidak benar maka, pesan kesalahan akan
tampak.
5.6
Search Nodes/Specified Plane
Keterangan :
Walaupun Snail akan menghitung faktor keamanan pada 10 titik node, kita harus
menentukan batas tiap node. Daerah analisis yang dibatasi harus disediakan
dengan memberikan nomor node.
a. Awal analisis pada node (pilih node) LA
b. Akhir analisis pada node (pilih node) LB
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab III – SOIL NAILING
5.7
108
Soil Parameters
Keterangan :
Soil Parameter memiliki tujuh lapis tipe tanah dapat ditentukan dengan memberi
nilai pada :
a. Berat jenis tanah (γ), GAM
b. Sudut geser tanah (Φ), PHI
c. Kohesi (C), COH
d. Bond Stress, SIG
Pada kasus dimana terdapat lebih dari satu lapis tanah, maka lekatan antar tanah
dapat dibatasi dengan memberikan dua titik koordinat positif (XS1,XY1) dan
(XS2,YS2) berdasarkan wall geometry. Koordinat (0,0) adalah toe dinding,
sedangkan koordinat lapisan dimulai dari kiri ke kanan, atau dari atas ke bawah.
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab III – SOIL NAILING
5.8
109
Load
Keterangan :
a. Surcharge Loads
Kasus pembebanan yang dikerjakan oleh program adalah beban
terbagi rata, beban terpusat dan tanpa beban. Beban tambahan yang
dapat dimasukkan pada program ini maksimum terdiri dari dua
macam. Beban tambahan dapat ditempatkan didepan dinding (-X)
dan atau di belakang (+X). Jika beban tambahan memanjang
sampai tepat didepan dinding masukkan XR = -0.1 Surcharge
(beban tambahan) diperlihatkan pada Gambar III.27.
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
110
Bab III – SOIL NAILING
Gambar. III.27 Surcharge
(Sumber: California Dcpartment of Transportation. Division of New Technology,
Material and Research, SNAILZ User' s Manual. California.U.S. 2000)
b. Earthquake Loads
i. KH
= Koefisien gempa arah horizontal
ii. PKH
= Koefisien gempa arah vertical
Koefisien gempa arah vertical (jika digunakan) adalah persentase dari
koefisien gaya gempa sehingga pada saat memasukkan data harus dalam
bentuk decimal. Koefisien gempa vertical dicoba masukkan dalam bentuk
positif lalu coba lagi dalam bentuk negative. Setelah itu hasil faktor
keamanan diantara keduanya, diambil yang lebih kecil.
c. External Wall loads
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab III – SOIL NAILING
5.9
111
Varying Reinforcement
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab III – SOIL NAILING
112
Keterangan :
Parameter variasi Penulangan
Pada Input parameter ini digunakan jika kita mempunyai variasi penulangan (jika
panjang nail, ketinggian tiap-tiap level sudut kemiringan nail,Bond stress factor
serta diameter yang berbeda). Bila kita memiliki lebih dari 12 level perkuatan
tulangan, maka meng-klik kotak kecil 13-30.
6. Setelah semua data input parameter dimasukkan, maka meng-klik
EXECUTE. Maka akan tampil sebagai berikut :
7. Jika ingin menggantikan file baru sebelum diproses perhitungan maka
meng-klik Yes, jika tidak klik No. maka akan tampil sebagai berikut :
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab III – SOIL NAILING
113
8. Jika ingin mengedit kembali data input parameter, maka klik No, bila
klik Yes maka proses perhitungan akan berjalan. Contoh tampilan
akhir perhitungannya adalah :
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
113
Bab IV – STUDI KASUS
BAB IV
STUDI KASUS
IV.1
Pendahuluan
Pada pembuatan lereng proyek Cityloft di Jln KH. Mas Mansyur, Jakarta memiliki
dua metode pelaksanaan galian yaitu analisa stabilitas lereng (Open cut) dan
stabilitas soil nailing.
Gambar IV.a Denah lokasi soil nailing dan open cut
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab IV – STUDI KASUS
114
Analisa stabilitas lereng Open-Cut pada gambar IV.a berada sisi barat dan timur
sedangkan stabilitas soil nailing sendiri berada di sisi utara dan selatan. Dalam
bab ini hanya dibahas perencanaan perkuatan lereng dengan soil nailing.
Proyek Cityloft terdiri dari satu Office Tower berlantai 20 yang dikelilingi oleh
bangunan parkir berlantai 2 dan basemen berlapis dua. Sebelah utara berbatasan
dengan Jalan Karet Pasar Baru Timur 5 dan sebelah selatan berbatasan dengan
Hotel Sahid, sedangkan pada sebelah timur Hotel Mid Plaza dan barat berbatasan
dengan Jln. Raya KH Mas Mansyur.
Penggalian lantai basemen terbawah direncanakan berada pada elevasi -10.5
meter sementara muka air tanah dalam data bor bervariasi antara -5 meter sampai
-6 meter dibawah muka tanah asli, sedangkan untuk perencanaan dianggap tidak
ada tekanan air maka sebelum konstruksi perlu dilakukan dewatering yang baik.
IV.2
Data Kondisi Tanah
Berdasarkan hasil penyelidikan lapangan dan laboratorium, kondisi tanah bawah
permukaan sampai akhir pemboran 80.0 meter berupa lapisan LEMPUNG,
plastisitas tinggi, yang disertai lensa PASIR Lanauan, SM/ PASIR, SP atau
Cemented SILT setebal ± 1 – 6 meter di kedalaman 21.0 / 25.0 sampai dengan
28.0 / 29.0 meter.
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
115
Bab IV – STUDI KASUS
0.0
– 9.0 / 12.0 m.MT
: LEMPUNG Lanauan, CH
9.0/ 12.0 – 21.0 / 25.0 m.MT
: LANAU, MH; LANAU Pasiran, MH,
LANAU Lempungan, MH
21.0/25.0 – 25.0 / 29.0 m.MT : LENSA PASIR, SP; PASIR Lanauan, SM ;
Cemented SILT
25.0/ 30.0 – 80.0 m.MT
: LEMPUNG Lanauan, CH
Gambar IV.b. Potongan tanah BH10
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
116
Bab IV – STUDI KASUS
IV.3
Disain Soil Nailing (Trial & Error)
Sebelum mendisain soil nailing terlebih dahulu menghitung kondisi stabilitas
lereng tanpa perkuatan soil nailing, adapun persyaratan untuk menghitung adalah :
1. Ketinggian lereng pada elevasi -10.5 dari muka tanah, (gambar IV.b)
2. Beban yang dipikul 205 psf ( pound square feet ) = 1 ton/m²
3. Kemiringan total lereng ( overall slope ) antara 66° sampai 74°
4. Parameter tanah, yang diketahui dari data tanah sebagai berikut :
a. Berat isi tanah
(γ)
= 1.65 t/m³
b. Sudut geser dalam
(Ф)
= 4.0°
c. Cohesi
(c )
= 3.0 t/m²
Dari data persyaratan diatas, kemudian data tersebut dimasukkan kedalam
program SNAIL. Dan menghasilkan faktor keamanan (SF) 0.86, dari faktor
keamanan minimum yang dituju adalah 1.4 untuk pembebanan statik dan 1.25
untuk pembebanan gempa.
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab IV – STUDI KASUS
117
Gambar IV.c. Hasil Output program Snailz analisa stabilitas lereng tanpa menggunakan
soil nailing
IV.4
Perhitungan Secara Manual
Selanjutnya perhitungan dengan cara manual menggunakan : Metode Irisan
Bishop yang disederhanakan
Langkah – langkah perhitungan sebagai berikut :
•
Membuat 4 (empat) bidang gelincir yang berbeda
•
Membagi irisan bidang gelincir
•
Menghitung titik berat di setiap irisan
•
Mengukur lebar beban merata di setiap irisan
•
Mengukur sudut jari- jari terhadap titik berat setiap irisan
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab IV – STUDI KASUS
118
Pemodelan bidang gelincir pertama :
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab IV – STUDI KASUS
119
Hasil Pemodelan bidang gelincir pertama
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab IV – STUDI KASUS
120
Pemodelan bidang gelincir kedua :
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab IV – STUDI KASUS
121
Hasil Pemodelan bidang gelincir kedua :
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab IV – STUDI KASUS
122
Pemodelan bidang gelincir ketiga :
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab IV – STUDI KASUS
123
Hasil Pemodelan bidang gelincir ketiga :
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab IV – STUDI KASUS
124
Pemodelan bidang gelincir keempat :
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab IV – STUDI KASUS
125
Hasil Pemodelan bidang gelincir keempat
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab IV – STUDI KASUS
•
Titik berat masing – masing irisan
= ½ * ( hi + hii) * bi * γ
Wi
•
Panjang titik berat masing – masing irisan
= ½ ( hi + hii)
hi
•
126
Menghitung pajang busur dikalikan dengan cohesi
άi
= ci*bii
Dari perhitungan secara manual diatas dengan menggunakan metode Bishop yang
disederhanakan didapatkan faktor keamanan (SF) yang terkecil yaitu 0.80 < 1.4,
hasil tersebut lebih kecil dari faktor keamanan yang ditentukan.
Faktor keamanan yang terkecil merupakan faktor keamanan yang paling buruk
terjadi, dari kelongsoran dalam suatu perencanaan stabilitas lereng.
Agar memenuhi faktor keamanan (SF) yang ditentukan maka diperlukan
perkuatan lereng dengan soil nailing.
Langkah pertama sebelum melakukan desain perkuatan lereng dengan soil nailing
adalah diketahui :
a. Internal data :
•
Parameter tanah : Berat jenis tanah, sudut geser dalam dan cohesi
•
Muka air tanah (GWL)
•
Disain nail dengan trial & error
i. Menggunakan nails BJTD 40 (fy = 400 Mpa)
ii. Diameter nails 20 mm
iii. Diameter lubang bor 150mm
iv. Panjang nails untuk pemodelan pertama 9 meter 4 lapisan
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
127
Bab IV – STUDI KASUS
v. Kemiringan tulangan 10°
vi. Jarak horizontal antar nails 2 meter
vii. Jarak vertikal 2 meter
viii. Tebal shotcrete 10 centimeter
Gambar IV.d. Detail soil nailing pemodelan pertama
b. External data :
•
Beban yang dipikul 205 psf ( pons square feet ) = 1000 kg/m²
•
Lapisan tanah
•
Kemiringan morphology
•
Nilai bond stress yaitu : Tegangan lekatan antara besi tulangan
(nails) dengan tanah
Rumusnya : SIG : c * α
Dimana :
SIG
: Bond stress
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
128
Bab IV – STUDI KASUS
c
: Cohesi
α
: Sudut gesek yang didapatkan dari tabel
IV.5 (Bowles. E Joseph. Analisis dan Desain
Pondasi Jilid 1.1993)
Bond stress pada lapisan pertama :
Bond stress pada lapisan kedua :
=
c*α
=
3 * 0.918
=
2.754 t/m²
=
2.754 / 0.703 = 3.917 psi
=
c*α
=
2 * 0.976
=
1.952 t/m²
=
1.952 / 0.703 = 2.776 psi
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab IV – STUDI KASUS
129
Tabel IV.5. Korelasi harga cohesi terhadap sudut gesek
(sumber :Joseph E. Bowles. Analisis dan Desain Pondasi Jilid 1.1993)
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab IV – STUDI KASUS
130
setelah mendapatkan kelengkapan, barulah data tersebut dimasukan pada program
snail, hingga mendapatkan pemodelan pertama SF = 1.30
Gambar IV.e. Hasil Output program Snailz analisa stabilitas lereng dengan
menggunakan soil nailing pemodelan pertama
Pemodelan kedua, ketiga dan keempat dapat lihat pada lampiran.
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
131
Bab V – KESIMPULAN DAN SARAN
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
V.1.
Kesimpulan
Berdasarkan berbagai hal yang telah dijabarkan, termasuk studi kasus yang
dilakukan, maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagaimana diuaraikan
dibawah ini :
1. Sebelum pelaksanaan soil nailing terlebih dahulu menghitung secara
manual maupun dengan software, hitungan manual didapatkan factor
keamanan minimum = 0.80 dari 4 pemodelan bidang gelincir yang
berbeda dan dengan software didapatkan SF = 0.86, dari perhitungan
diatas diperoleh perhitungan manual tidak jauh perbedaannya dengan
menggunakan software Snailz.
2. Disain soil nailing yang dipakai menggunakan nails BJTD 40 (fy = 400
Mpa), Diameter nails 20 mm, Diameter lubang bor 150 mm, panjang nail
12 meter 8 lapisan, kemiringan tulangan 15°, jarak horizontal antar nails
1.25 meter, jarak vertical 1.25 meter, tebal shotcrete 10 cm, dengan
mendapatkan SF 1.40 (faktor minimum yang terkecil)
V.2.
Saran
Program Snailz sebagai program yang dapat menghitung faktor keamanan
minimum, pada dasarnya tidak luput dari kesalahan. karena kesalahan akan timbul
bila yang memasukkan data program tersebut adalah manusia juga. Sehingga pada
kesempatan ini, penulis menyarankan agar tidak selalu percaya 100% pada hasil
program tersebut. Karena kadang kala didalam mengambil keputusan berdasarkan
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
Bab V – KESIMPULAN DAN SARAN
132
pengalaman dan naluri seorang insinyur yang kadang kala diluar dari jangkauan
pikiran manusia.
Penggunaan dewatering untuk menurunkan muka air tanah pada system soil
nailing sangat penting dilakukan, akan tetapi perlu diperhatikan area lingkungan
sekitar proyek, bila area tersebut masih memiliki lahan yang cukup kosong maka
dewatering bisa dilakukan, dan bila area tersebut terdapat bangunan pada yang
bisa menimbulkan bahaya resiko penurunan (settlement) maka pelaksanaan
dewatering perlu dipertimbangkan lagi.
Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan. Universitas Mercu Buana
DAFTAR PUSTAKA
Xanhakos, Petros P.,, Lee W. Abramson dan Donald A Bruce. Gound Control and
Improvenrent.John Wiley and Sons, Inc. New York. 1994
Hausnmann, Manfred R. Engineering Principles of Ground Modification.
McGraw-Hill, Inc.Singapore.l990
Abramsom Lee W.; Lee, Thornas S.; Shanna,Sunil; Boyce, Glenn M. Slope
Stability and Stabilization Method. JohnWiley and Son. 1996
Herdiyatmo Christady Harry. Mekanika Tanah 2. Penerbit PT Gramedia. Jakarta.
1994.
Herdiyatmo Christady Harry. Mekanika Tanah 1. Penerbit PT Gramedia. Jakarta.
1994.
Herdiyatmo Christady Harry. Teknik Fondasi Edisi Ke-2. Penerbit Beta Offset.
Yogyaka rta.2002.
Sulistyawati
Indah.
Batasan
Kodisi
Tanah
Galian
dengan
Perkuatan
Menggunakan Metode Soil Nailing. Tesis. Jurusan Teknik Sipil Program
Pascasarjana Universitas Trisakti. Jakarta.1996
California Dcpartment of Transportation. Division of New Technology, Material
and Research, SNAILZ User' s Manual. California.U.S. 2000.
Tim Majalah Kontraktor. Aplikasi Teknik Soil Nailing. Penerbit Yayasan Badan
Penerbit Pekerjaan Umum. Jakarta. 1997