Dinding Penahan Tanah Dan Turap

Tugas Besar Dinding Penahan Tanah

Soal 1 Rencanakan suatu struktur dinding penahan dari batu kali (gravity wall) dengan pembebanan dan profil lapisan tanah yang bervariasi dengan adanya muka air seperti pada gambar di bawah ini, yang AMAN terhadap : 1. Stabilitas Geser 2. Stabilitas Guling 3. Stabilitas Daya Dukung Tanah 4. Gambarkan Konstruksi tersebut (skala 1 :50) beserta sistem drainase pada dinding Diketahui :

q = 35 kN/m

175

Tanah II : Tanah 3

? ϒ== 18 kN/m kN/m3

fΦ==30 30Odeg cC== 0 kN/m22 0 kN/m

Tanah II

Tanah II :

ϒ = 19 kN/m

3

? = 19 kN/m3 O

fΦ = =3030deg

550

2 c C= =00kN/m2 kN/m

Tanah Tanah II II : = 19 kN/m3 ϒ ?= 19 kN/m3 f = 30 deg

Φ = 30O

c = 0 kN/m2

C = 0 kN/m2

Tanah III Tanah III : ?ϒ = = 19 19 kN/m kN/m33

200

100

150

50

f = 35 Odeg

Φ = 35

c = 20 kN/m22

C = 20 kN/m

Eris Yoga Permana (02.209.3005)

1

Tugas Besar Dinding Penahan Tanah

= 22kN/m3

ϒb (berat jenis pasangan batu kali) Tanah I : ϒ1= 18 kN/m

Tanah II : 3

Tanah III :

ϒ2 = 19 kN/m

3

ϒ3 = 19 kN/m3

φ1= 30 deg

φ2 = 30 deg

Φ3 = 35 deg

c1 = 0 kN/m2

c2 = 0 kN/m2

C3 = 20 kN/m2

Menghitung Berat Dinding Penahan Tanah Dari Desain Dinding Penahan tanah maka distibusi bebannya dapat dilihat seperti di bawah ini :

175

q = 35 kN/m

W4

550

W1

W5

W3

O W2 200

100

150

50

Bidang 1

Bidang 2

W1  b  h   b

W2  b  h   b

 1  6,75  22  148,5kN

Eris Yoga Permana (02.209.3005)

 5  0,5  22  55kN

2

Tugas Besar Dinding Penahan Tanah

Bidang 3

Bidang 5

W3  1 / 2  b  h   b

W5  b  h   2  2  5  19  190kN

 1 / 2  1,5  6,75  22  111,375kN Bidang 4

W4  b  h   1  2  1,75  18  63kN

Menghitung Tekanan Tanah Aktif dan Pasif Diagram Tekanannya adalah sebagai berikut : q = 35 kN/m

175

Tanah I :

Pa2

? = 18 kN/m3

f = 30 deg c = 0 kN/m2

Tanah II :

Pa1

? = 19 kN/m3

f = 30 deg

Pa3

Pa5

550

c = 0 kN/m2

Pa4 Tanah II : ? = 19 kN/m3

Pp

f = 30 deg c = 0 kN/m2

Tanah III : ? = 19 kN/m3

200

100

150

50

f = 35 deg c = 20 kN/m2

Menghitung Koefisien aktif dan pasif Karena tanah 1 dan tanah 2, c = 0, maka

1  sin  1  sin  1  sin 30  1  sin 30 1  3

Ka 

Eris Yoga Permana (02.209.3005)

1  sin  1  sin  1  sin 30  1  sin 30 3

Kp 

3

Tugas Besar Dinding Penahan Tanah

Pa1  Ka  q  H

Pa4  1 / 2  Ka   '1 H 2

 1 / 3  35  7,25  84,58kN

 1 / 2  1 / 3  9  5,5 2  45,37kN

Pa2  1 / 2  Ka   1  H 2

Pa5  1 / 2   w  H 2

 1 / 2  1 / 3  18  1,75

 1 / 2  10  5,5 2

 9,19kN

 151,25kN

Pa3  Ka   2  H 1  H 2

Pp  1 / 2  Ka   2  H 2

 1 / 3  19  1,75  5,5  60,96kN

 1 / 2  1 / 3  19  2,25 2  144,28kN

Mengitung Momen karena gaya-gaya terhadap titik O Momen  Gaya  jarak

Untuk bangunan Dinding Penahan Tanah Jarak dari titik guling

Bidang

W (berat) kN

1

148.5

3.5

519.75

2

55

2.5

137.5

3

111.375

1.5

167.0625

4

63

4

252

5

190

4

760

Jumlah

567.875

O (m)

Momen (kN.m)

1836.313

Jadi, ΣW = 567,875 kN dan ΣMW = 1836,313 kN.m

Eris Yoga Permana (02.209.3005)

4

Tugas Besar Dinding Penahan Tanah

Untuk Tekanan Aktif Jarak dari titik guling O Bangun Pa (kN)

(m)

Momen (kN.m)

1

84.58333

3.625

306.6146

2

9.1875

6.083333

55.89063

3

60.95833

2.75

167.6354

4

45.375

1.833333

83.1875

5

151.25

1.833333

277.2917

Jumlah

351.3542

890.6198

Untuk Tekanan Pasif Jarak dari

Pp (kN)

titik guling O

Momen

(m)

(kN.M)

144.28125

1.125 162.3164

Jadi, Σptotal = 351,35-144,38 = 207,07 kN dan ΣMg total = 890,62 – 162,32 = 728,30kN.m

Menghitung Stabilitas Guling Tekanan tanah lateral yang diakibatkan oleh tanah di belakang dinding penahan, cenderung menggulingkan dinding, dengan pusat rotasi terletak pada ujung kaki depan dinding penahan tanah. Fgl 

 Mw  Mg

total

1836,31 728,30  2,52  1,5(aman) 

Menghitung Stabilitas Geser PH  Cd  B   W  tan  PH  20  5  567 ,88  tan 35 PH  497 ,63 kN

Eris Yoga Permana (02.209.3005)

5

Tugas Besar Dinding Penahan Tanah

Nilai Cd dan φ diambil dari data tanah 3 yang berhimpit langsung dengan lapis bawah pondasi, yaitu c3 = 20 kN/m2 dan φ = 35O . Fgs 

P  Pa H

497,63 207,07  2,40  1,5(aman) 

Dimana : Fgs

= faktor aman terhadap penggeseran

Σ Ph

= jumlah gaya – gaya horizontal

Stabilitas Terhadap Keruntuhan Kapasitas Daya Dukung Tanah Dalam hal ini akan digunakan persamaan Hansen pada perhitungan, dengan menganggap pondasi terletak di permukaan.

Xe 

 Mw   Ma W

1836,31  890,62 567,88  1,95m 

Eksentrisitas ( e )

B  Xe 2 5   1,95 2  0,55m

e

Lebar Efektif ( B’ ) = B – 2e B'  B  2e  5  2.0,55  3,9m

Eris Yoga Permana (02.209.3005)

6

Tugas Besar Dinding Penahan Tanah

A'  B '1  3,9  1  3,9m 2

Gaya – Gaya yang ada pada dinding 

Gaya horizontal

= 207,07 kN



Gaya vertikal

= 567,88 kN

Faktor Kemiringan Beban

  0,5   H   iq  1      V  A'c       0,5  207,07   1      567,88  3,9  20  tan 35    0,437 Berdasarkan tabel : ( untuk φ = 35º ) Nc

= 46,12

Nq

= 33,3

Nγ

= 33,92

 1  iq   ic  iq    Nq  1   1  0,437   0,437     33,3  1   0,420

  075   H   i  1      V  A'c       0,7  207,07   1      567,88  3,9  20  tan 35    0,301 Kapasitas Dukung Ultimit untuk Pondasi di permukaan menurut Hansen : Df

=0

dc

= dq

= dγ

Sc

= Sq

= Sγ

Didapat : Eris Yoga Permana (02.209.3005)

7

Tugas Besar Dinding Penahan Tanah

qu  iq  c  Nc  0,5  i  B' 3  N  0,437  20  46,12  0,5  0,301 3,9  19  33,92  766,19kN / m 2

Bila dihitung berdasarkan lebar pondasi efektif, yaitu tekanan pondasi ke tanah dasar terbagi rata secara sama, maka q' 

V

B' 567,88  3,9  145,52kN / m 2

Faktor aman terhadap keruntuhan kapasitas daya dukung tanah :

qu q' 766,19  145,52  5,26  3(OK )

F

Eris Yoga Permana (02.209.3005)

8

Tugas Besar Dinding Penahan Tanah

Soal 2

175

q = 25kN/m3

275

Tanah I (urugan pasir): ? = 18 kN/m3; f O= 20 deg; 2 3 Tanah I (urugan pasir) : ϒ = 18kN/m ; φ = 20 ; c = 0 kN/m

650

c = 0 kN/m2

D???

Tanah Tanah IIII (asli) (asli):: 3

ϒ? ==22kN/m ; 22 kN/m3; O

φ f ==2020; deg; 2

cc= =0 kN/m 0 kN/m2

Pertanyaan : 1. Gambarkan distribusi tekanan tanahnya 2. Hitung kedalaman pancang aktual, dengan faktor keamanan 20%-30% 3. Hitung Gaya Angkur jika angkur dipasang tiap 6 meter / 10 meter 4. Gambar Desain Angkur, turap, dan pertemuan keduanya (skala 1:20) 5. Desainkan profil baja turap yang bisa dipakai dan ekonomis (sesuai momen maksimal). (untuk tipe baja dan profil baja dapat dilihat pada tabel baja).

Eris Yoga Permana (02.209.3005)

9

Tugas Besar Dinding Penahan Tanah

FIXED END METHOD Diketahui suatu konstruksi turap dengan angkur yang digunakan untuk menahan tanah pada suatu pelabuhan. Dalam pembahasan ini digunakan metode ujung tetap (fixed end methode) dengan pertimbangan bahwa kedalaman penembusan turap sudah cukup dalam, sehingga tanah dibawah dasar galian mampu memberikan tahanan pasif yang cukup untuk mencegah ujung bawah turap berotasi.

Diketahui: 1. Karakteristik Tanah I

2. Karakteristik Tanah II

γ1 = 18 kN/m3

ϕ2 = 200

ϕ1 = 200 kN/m3

γ2 = 7.8 kN/m3

c1 = 0 kN/m2

c2 = 0 kN/m2

I. ANALISIS GAYA YANG BEKERJA PADA TURAP Koefisien tekanan tanah aktif (Ka) : Tanah I Ka1 = Ka2 = tg2 (45-ϕ/2)° = tg2 (45-20/2)° = 0.49 Koefisien tekanan tanah pasif (Kp) : Tanah I Kp1 = Kp2 = tg2 (45+ϕ/2)° = tg2 (45+37/2)° =2,04

Eris Yoga Permana (02.209.3005)

10

Tugas Besar Dinding Penahan Tanah

175

q = 25kN/m3

275

Pa2

Pa1

650

Pa3

Pa4

D???

Pa5 Pp

Pa6

Pa7 Pa8

Pa1  Ka  q  H  0,49  25  11  134,83kN Pa2  0,5  Ka   1  H 2  0,5  0,49  18  4,5 2  89,36kN

Eris Yoga Permana (02.209.3005)

11

Tugas Besar Dinding Penahan Tanah

Pa3  Ka   1  H 1  H 2  0,49  18  6,5  4,5  258,14kN Pa4  0,5  Ka   '1 H 2  0,5  0,49  (18  10)  6.5 2  82,86kN

Pa5  Ka  q  H  0,49  25  d  12,26dkN Pa6  Ka   ' 2 H 1  H 2  0,49  12  11 d  64,72dkN Pa7  Ka   '1 H 1  H 2  0,49  8  d  23,53d 2 kN Pa 9  0,5  Ka   ' 2 H 2  0,5  0,49  12  d 2  2,94 d 2 kN

Tegangan Pasif (Pp) Pp  0,5  Kp   2  H 2  0,5  2,04  22  d 2  22 ,43 d 2 kN Tabel Tegangan dan Momen Tegangan Aktif

Jarak terhadap titik A

Bangun

Pa (kN)

1

134.8299

1.25

168.5373926

2

89.35546

3.75

335.0829796

3

258.138

6

1548.827995

4

82.85911

7.083333333

586.9187016

5

12.25726d

9.25+0.5d

161.875d+8.75d2

6

64.71836d

9.25+0.5d

1566.95d+84.7d2

7

23.53395d

9.25+0.5d

310.8d+16.8d2

8

2.941744d2

9.25+0.67d

38.85d2+2.814d3

Eris Yoga Permana (02.209.3005)

(m)

Momen (kN.m)

12

Tugas Besar Dinding Penahan Tanah

Maka ΣMaktif =

929,71d + 77,47d2 +

2639,37 +

1,97d3

Tabel Tegangan dan Momen Tegangan Pasif

Jarak terhadap titik A Bangun Pp (kN) 1

2

22,43d

(m)

Momen (kN.m)

9.25+0.67d

207,53d2+15,03d3

Maka ΣMpasif = 207,53d2+15,03d3

M

total

  M aktif   M pasif  2639 ,37  929 ,71d  77 ,47 d 2  1,97 d 3  (207 ,53 d 2  15,03 d 3 )  5264 ,64  929 ,71d  130 ,06 d 2  13,06 d 3

Dalam kondisi seimbang

M

total

0

5264,64  929,71d  130,06d 2  13,06d 3  0 Dengan menggunakan cara coba-coba (trial and error), didapatkan d = 6,4 m. Untuk keamanan nilai d dikalikan dengan angka keamanan 20-30% (1,2-1,3), sehingga: D = 1,3d = 1.3 x 6,4 = 8,32 m. Jadi panjang turap yang masuk ke tanah adalah 8.32 m, sehingga panjang turap yang dibutuhkan adalah 11 + 8.32 = 19.32 m.

II. PENENTUAN PROFIL TURAP Dalam soal ini, digunakan turap baja dengan profil LARSSEN. Penentuan ukuran dan geometri profil turap baja didasarkan pada Widerstands Moment yang tersedia pada tabel profil Larssen. Mengacu pada gambar turap diatas dengan diagram momen yang sama, maka untuk menentukan ΣMtotal adalah dengan mengganti “d” dengan “x.”.

M

total

  M aktif   M pasif  5264,64  929,71x  130,06 x 2  13,06 x 3

Letak momen maksimum dapat diperoleh dengan mendeferensialkan persamaan momen total diatas terhadap x. Eris Yoga Permana (02.209.3005)

13

Tugas Besar Dinding Penahan Tanah

M

0 dx 929 ,71  260 ,12 x  39 ,18 x 2  0 total

39 ,18 x 2  260 ,12 x  1728 ,83  0

dengan mengggunakan rumus ABC, maka dapat difaktorkan sebagai berikut:

 260,12  260,12 2  4.39,18.(929,71) x1, 2  2.39,18 x1  2,58m(memenuhi) x 2  9,21m(tidak _ memenuhi) Maka,

M

total

 5264,64  929,71x  130,06 x 2  13,06 x 3  5264,64  929,71.2,58  130,06.2,582  13,06.2,583  3948kN.m  394,8ton.m

Digunakan turap baja dengan profil Gabungan antara Larssen dengan IWF dengan σt = 210 MN, maka diperoleh :

W 

M

total

i jin

3948 210000  0,0187998m 3 

 18799,8cm 3

Dari tabel profil turap Larssen, tidak ditemukan momen tahanan yang lebih dari 18799,8 cm3 , maka dibuat 2 alternatif profil gabungan : 1.

dari Profil LX 25 dan IWF 800x300

2. Dari profil LX 25 dan bearing pile (Profil H) 300 x 300 Eris Yoga Permana (02.209.3005)

14

Tugas Besar Dinding Penahan Tanah

Alternatif 1 (LX 25 dan IWF 800 x 300)

15,6

330

800

9,2

450

34

300

17

600

Profil LX 25

Eris Yoga Permana (02.209.3005)

15

Tugas Besar Dinding Penahan Tanah

Profil WF 800x300

Eris Yoga Permana (02.209.3005)

16

Tugas Besar Dinding Penahan Tanah

Keterangan mengenai profil gabungan : Profil gabungan ini dihitung menggunakan software autocad untuk mengetahui luas, momen inersia, jari-jari, serta titik beratnya. Berikut ini adalah hasilnya :

Eris Yoga Permana (02.209.3005)

17

Tugas Besar Dinding Penahan Tanah

Momen inersia x (Momen of Inertia) dalam satuan 10548876738,79 mm4 =1054887,67 cm4 Luas (Area) dalam satuan 96012,64 mm2 Momen tahanan (W) = Ix/(H/2) = 1054887,67/45,481 = 23194 cm3

Alternatif 2 (Profil LX 25 dan Profil H 300 x 300)

300

330

450

300

20

20

600

Eris Yoga Permana (02.209.3005)

18

Tugas Besar Dinding Penahan Tanah

Keterangan mengenai profil gabungan : Profil gabungan ini dihitung menggunakan software autocad untuk mengetahui luas, momen inersia, jari-jari, serta titik beratnya. Berikut ini adalah hasilnya :

Eris Yoga Permana (02.209.3005)

19

Tugas Besar Dinding Penahan Tanah

Momen inersia x (Momen of Inertia) dalam satuan 9988298153,25 mm4 = 998829,81 cm4 Luas (Area) dalam satuan 133368,62 mm2 Momen tahanan (W) = Ix/(H/2) = 998829,81/45,481 = 21961,47 cm3

III. PENENTUAN DIAMETER BAJA ANGKUR Gaya dan momen akibat tekanan tanah aktif Jarak terhadap titik A Bangun Pa (kN)

(m)

Momen (kN.m)

1 134.8299

1.25

168.5373926

2 89.35546

3.75

335.0829796

258.138

6

1548.827995

4 82.85911

7.083333333

586.9187016

5

78.4465

10.53758348

826.6364948

6 414.1975

10.53758348

4364.640693

7 150.6173

10.53758348

1587.14207

8 120.4938

10.97536187

1322.463245

3

ΣEaktif = 1328,94 kN dan ΣMaktif = 10740,25 kNm Karena jarak antar angkur 6 m, maka ΣEaktif dan ΣMaktif dikalikan dengan 6, sehingga; Eris Yoga Permana (02.209.3005)

20

Tugas Besar Dinding Penahan Tanah

ΣEaktif = 6 x 1328,94 kN = 7973,64 KN/m dan ΣMaktif = 6 x 10740,25 = 64441,5 KNm

Gaya dan momen akibat tekanan tanah pasif Jarak terhadap titik A Bangun Pp (kN)

(m)

1 918.9652 2 T

Momen (kN.m) 10.97536187

10085.9757

15.65 15.65T

Karena jarak antar angkur 6 m, maka ΣEpasif dan ΣMpasif dikalikan dengan 6, sehingga; ΣEpasif = 6 x 918,97 + T = 5513,82 + T KN/m dan ΣMpasif = 6 x 10085,98 + 15.65T = 60515,88 + 15.65T KNm. Pada kondisi balance; ΣMaktif - ΣMpasif = 0, sehingga :

64441,5 - (60515,88+ 15,65T) = 0 15,65T  3926 T  250,83kN  25083kg Diketahui σangkur = 1000 kg/cm2 A=

T

 angkur

25083 1000  25,083cm 2

A

, dimana A = luas penampang baja angkur = 0.25πd2, sehingga diperoleh

A = 0,25d 2 d 

4A

 4.25,083



 5,65cm

diameter baja angkur (d) = 5,65cm ≈ 5,7 cm

untuk jarak antar angkur =10 m ΣEaktif = 1328,94 kN dan ΣMaktif = 10740,25 kNm Karena jarak antar angkur 10 m, maka ΣEaktif dan ΣMaktif dikalikan dengan 10, sehingga;

Eris Yoga Permana (02.209.3005)

21

Tugas Besar Dinding Penahan Tanah

ΣEaktif = 10 x 1328,94 kN = 13289,4 KN/m dan ΣMaktif = 10 x 10740,25 = 107402,5 KNm Karena jarak antar angkur 10 m, maka ΣEpasif dan ΣMpasif dikalikan dengan 10, sehingga; ΣEpasif = 10 x 918,97 + T = 9189,7 + T KN/m dan ΣMpasif = 10 x 10085,98 + 15.65T = 100859,8 + 15,65T KNm. Pada kondisi balance; ΣMaktif - ΣMpasif = 0, sehingga :

107402,5- (100859,8+ 15,65T) = 0 15,65T  6543 T  418,08kN  41808kg Diketahui σangkur = 1000 kg/cm2 A=

T

 angkur

41808 1000  41,808cm 2

A

, dimana A = luas penampang baja angkur = 0.25πd2, sehingga diperoleh

A = 0,25d 2 d 

4A

 4.41,808



 7,3cm

diameter baja angkur (d) = 7,3cm

IV. PERENCANAAN BLOK ANGKUR Ko diambil = 0.4.

Eris Yoga Permana (02.209.3005)

22

Tugas Besar Dinding Penahan Tanah

Telah diasumsikan sebelumnya bahwa h = 0,5 m dan H = 2,5 m. Apabila nilai h ≤ H/3 maka dianggap tinggi papan angker = H dan termasuk jenis blok angkur memanjang didekat permukaan tanah, sehingga tekanan tanah aktif dan pasif yang bekerja pada blok angkur adalah setinggi H. Selanjutnya apabila h > 0.5H maka dapat dianggap RA = luas papan angker x kuat dukung tanah (Terzaghi) atau RA = A x σtanah, denganσtanah = 1,3cN c + Pb’ Nq’ + 0,4dNϒ , dimana c = kohesivitas tanah (untuk pasir c=0) Nc, Nq, Nγ = faktor kapasitas dukung tanah (gambar 2.6-Teknik Fondasi I-HCH) pb’ = tekanan overburden efektif pada ujung bawah tiang d = diameter tiang

Teng (1962) mengusulkan persamaan untuk menghitung kapasitas ultimit blok angkur pendek didekat permukaan tanah untuk jenis tanah granuler sebagai berikut.

dengan T = kapasitas ultimit blok angkur pendek L = panjang blok angkur Pa dan Pp = tekanan aktif dan pasif total K0 = koefisien tekanan tanah saat diam (diambil = 0.4) γ = berat volume tanah Kp, Ka = koefisien tekanan tanah pasif dan aktif H = kedalaman dasar blok angker terhadap permukaan tanah φ = sudut gesek dalam tanah

h = 0.5, dan H = 2.5 m, h ≤ H/3 → 0.5 ≤ 2.5/3 → 0.5 ≤ 0.83 → OK!. Maka dapat dianggap tinggi blok angkur = H.

Untuk jarak angkur = 6m Pp  1 / 2 H 2 1 K p1  6  1 / 2  2.5 2  18  2,04  6  688,5kN Pa  1 / 2 H 2 1 K a1  6  1 / 2  2.5 2  18  0,49  6  165,38kN

Eris Yoga Permana (02.209.3005)

23

Tugas Besar Dinding Penahan Tanah

T  L( Pp  Pa )  1 / 3K 0  ( Kp  Ka ) H 3 tg 250,83  L(688,5  165,38)  1 / 3  0,4  18( 2,04  0,49 )2,5 3 tg 20 250,83  L(523,12)  29,05 L(523,12)  221,78 L  0,42m

Maka dipakai L = 1 m Dipakai H = 2,5 m, sehingga tinggi blok angker = H-h = 2,5-0,5 = 2,00 m

V. MENENTUKAN PANJANG BAJA ANGKUR Letak angkur harus terletak pada zone tanah yang stabil. Blok angkur bekerja penuh jika: 1. daerah aktif turap yang alan runtuh tidak memotong bidang longsor blok angkur; 2. blok angkur terletak dibawah garis yang ditarik dari ujung bawah turap yang membuat sudut φ terhadap horizontal.

275

8°

175

Gambaran selengkapnya adalah sebagai berikut.

650

2111,25

640

20°

192

° 55

dari penggambaran secara skalatis diperoleh panjang batang angkur baja 21,15 m diambil 22 m ditarik agak sedikit ke bawah dengan sudut 80.

Eris Yoga Permana (02.209.3005)

24