SI-4121
Dinding Penahan Tanah
Dr. Ir. Hasbullah Nawir, MT
Teknik Sipil, Institut Teknologi Bandung
Konstruksi Dinding Perancah (Braced Cut)
Dinding perancah merupakan suatu struktur penahan, biasanya seperti
dinding turap yang berfungsi untuk menahan lapisan tanah agar dapat
berdiri tegak pada posisinya.
Struktur penahan ini diperlukan pada waktu pembuatan/penggalian
pondasi dangkal, pondasi mat dan pembuatan ruang bawah tanah.
Biasanya kedalaman penggalian berkisar antara 1 s/d 15 m dibawah
permukaan tanah yang ada.
Sistem Struktur Dinding Perancah:
• Konstruksi dinding/papan penahan (braced sheeting)
• Cofferdam
• Dinding tanah yang sudah diperkuat dengan bahan
kimia atau beton sehingga lapisan tanah dapat berdiri
tegak pada posisinya (slurry wall)
Secara umum bentuk struktur
berupa:
• Dinding turap (dapat berupa besi, beton atau kayu)
• Soldier beam (tiang baja dapat berbentuk H atau I)
• Tiang bor beton
• Dinding tanah cor beton (grouting dan slurry)
Secara umum bentuk struktur
berupa:
• Dinding turap (dapat berupa besi, beton atau kayu)
• Soldier beam (tiang baja dapat berbentuk H atau I)
• Tiang bor beton
• Dinding tanah cor beton (grouting dan slurry)
Penggunaan soldier beam Penggunaan sheet piles
pada dinding perancah
Secara umum bentuk struktur berupa:
In this method, vertical timber sheeting consisting of the planks about 8 to 10 cm.
thick are driven around the boundary of the proposed excavation to a depth below
the base of the excavation. The soil between the sheeting is excavated. The
sheeting is held in place by a system of Wales and struts. The Wales are the
horizontal beams running parallel to the excavation wall. The Wales are
supported by the horizontal struts which extend from the side of the excavations.
Secara umum bentuk struktur berupa:
The Wales are made of the steel. The lateral thrust from the sides is resisted by horizontal members called the
struts are placed across the excavation And wedged against the Wales. The struts may be of the steel or wood.
As he Excavations Progresses, another set of Wales and struts is inserted. The process is continued till the
excavation is complete. It is recommended that the sheet piles should be driven several meters below the bottom
of excavation to prevent local heaves. If the width of a deep excavation is large, inclined bracing may be used.
Figure shows the details of the joint J.
Secara umum bentuk struktur berupa:
Soldier beams are H-piles which are driven at suitable spacing of 1.5 to 2.5 m. around the
boundary of the proposed excavation.
As the excavation proceeds, horizontal timber planks called lagging are placed between the
soldier beams. When the excavation advances to the suitable depth, Wales and the struts are
inserted. The lagging is properly wedged between piles flanges or behind thee back flange.
Secara umum bentuk struktur berupa:
The tie back is a rod or a cable connected to the sheeting or lagging on one side and anchored
into the soil or rock out side of the excavation area.
Inclined holes are drilled in to the soil Or Rock, and the tensile reinforcement (tendon) is then
inserted and the hole is concreted. An enlargement or bell is usually formed at the end of the
hole. Each tie back is generally prestressed before the depth of excavation is increased further
to cope with the increased tension.
Multi-Strut Type
Pada dinding perancah yang terpasang
digunakan:
• Gandar, pasak dan tiang penyangga atau pasak miring
• Cincin tekan (compression rings) apabila penggalian
relatif kecil dan sistem kontruksi adalah cofferdam.
• Dipasang jangkar (tie back anchorage)
Perbandingan tegangan lateral tanah pada dinding penahan tanah
dan dinding perancah (braced cut) untuk tanah pasiran
Defromasi pada dinding perancah tidak sama dengan deformasi pada dinding
turap (dinding penahan tanah lentur).
Pada dinding perancah, dinding AB berotasi di A bergerak ke B’ sehingga tidak
dapat diterapkan teori tekanan tanah lateral baik secara Rankine maupun cara
Coulomb.
Distribusi tegangan tanah pada dinding perancah yang
mengalami rotasi:
• Dinding AB tanpa geser
berotasi dari A ke B’
• Di belakang dinding AB,
termobilisasi tekanan aktif
akibat kelongsoran bidang ABC.
• Bagian atas bidang ABC tidak
mengalami deformasi, sehingga
mobilisasi tekanan aktif tidak
dapat melampaui status
mobilisasi tekanan aktif Rankine
• Mobilisasi tekanan aktif pada
dinding perancah = luas bidang
tegangan parabola abc.
• Mobilisasi tekanan aktif menurut
cara Rankine = luas bidang
tegangan ∆ abd.
Distribusi tegangan tanah pada dinding perancah yang
mengalami rotasi:
• Total tekanan aktif dinding
perancah Pa berjarak ηaH dari
dasar.
• ηa > ⅓, berdasarkan evaluasi
teoritis dan pengukuran di
lapangan diambil ηa = 0.55.
Pada cara Rankine ηa = ⅓.
Mobilisasi tekanan aktif pada dinding perancah untuk tanah
berbutir kasar (φ soils):
b1'
• Membuat segitiga coba ABb1.
A φ’ Titik b1 didapat dari menarik
b1
garis b1b1’ yang membuat sudut
φ dengan bidang horizontal.
Busur spiral logaritma b1B
adalah kurva gelincir dari
φ’
percobaan pertama yang dapat
B’ B F1
digambar dengan titik pusat
busur spiral logaritma adalah O1
yang terletak pada garis b1b1’.
Mobilisasi tekanan aktif pada dinding perancah untuk tanah
berbutir kasar (φ soils):
• Persamaan spiral logaritma diberikan
dalam bentuk:
φ’
• Bidang permukaan tanah asli tegak
lurus pada kurva gelincir di titik b1
•
W1
P1
ηaH
φ’ • O1b1 adalah garis radial
F1
Gaya-gaya yang bekerja:
- W1 = berat ABb1 = luas ∆ABb1 × γ × 1
- P1 = tekanan aktif pada garis kerja
sejauh ηaH bersudut δ dari normal
- F1 = resultan gaya geser dan normal,
yang bekerja sepanjang permukaan
gelincir. Garis kerja gaya F1 akan
memotong garis b1b1’ di O1.
Mobilisasi tekanan aktif pada dinding perancah untuk tanah
berbutir kasar (φ soils):
• Persamaan spiral logaritma diberikan
Lw(1)
dalam bentuk:
• Bidang permukaan tanah asli tegak
lurus pada kurva gelincir di titik b1
•
• O1b1 adalah garis radial
Gaya-gaya yang bekerja:
- W1 = berat ABb1 = luas ∆ABb1 × γ × 1
- P1 = tekanan aktif pada garis kerja
sejauh ηaH bersudut δ dari normal
- F1 = resultan gaya geser dan normal,
yang bekerja sepanjang permukaan
gelincir. Garis kerja gaya F1 akan
memotong garis b1b1’ di O1.
Mobilisasi tekanan aktif pada dinding perancah untuk tanah
berbutir kasar (φ soils):
• Ambil terhadap titik O1= 0
Lw(1)
didapat:
• Ulangi seluruh langkah di atas untuk
mencari tekanan aktif dengan
mengambil segitiga coba yang lain.
• Gambarkan hasil tekanan aktif dari
masing-masing segitiga coba dalam
suatu skala tertentu.
• Tekanan aktif Pa yang maksimum
adalah nilai Pa yang dicari.
Mobilisasi tekanan aktif pada dinding perancah untuk tanah
berbutir kasar (φ soils):
Lw(1)
Tabel harga Pa/(0.5γH2) dari Kim&Preber (1969) untuk menentukan
harga Pa sebagai variasi dari nilai φ dan ηa.
Mobilisasi tekanan aktif pada dinding perancah untuk tanah
berbutir halus (c soils):
• Membuat segitiga coba ABb1.
Titik b1 adalah perpotongan
busur Bb1 dengan garis
permukaan tanah.
Persamaan spiral logaritma:
Tanah kohesif:
Mobilisasi tekanan aktif pada dinding perancah untuk tanah
berbutir halus (c soils):
Gaya-gaya yang bekerja:
- W1 = berat ∆ ABb1 = luas
∆ABb1 × γ × 1
- P1 = tekanan aktif pada garis
kerja sejauh ηaH dari dasar
- F1 = resultan gaya normal yang
bekerja sepanjang permukaan
gelincir
- Cu r1θ1 = gaya kohesi yang bekerja
sepanjang busur gelincir
- ca H = gaya adhesi yang
bekerja sepanjang batas tanah
dengan dinding
Mobilisasi tekanan aktif pada dinding perancah untuk tanah
berbutir halus (c soils):
• Ambil Σmomen di titik O1 = 0,
• Ulangi langkah pengerjaan di
atas untuk mendapatkan
tekanan aktif dengan
mengambil segitiga yang lain
dan tentukan tekanan aktif
maksimum
Menurut Das dan Seeley (1975)
Mobilisasi tekanan aktif pada dinding perancah untuk tanah
berbutir halus (c soils):
Menurut Das dan Seeley (1975)
dimana:
(ca/cu) k
0 2.762
0.5 3.056
1.0 3.143
Braced Cut
wale Excavation
strut
(gandar) (penyangga)
Tekanan tanah aktif yang bekerja pada konstruksi dinding
perancah
(braced Cut Excavation)
DIAGRAM TEKANAN
TANAH LATERAL
Peck (1969)
Sand Clay
Soft to Medium Stiff
γH > γH <
c 4 c 4
DIAGRAM TEKANAN
TANAH LATERAL
Tschebotarioff (1973)
Clay
Sand
TAHAPAN PERANCANGAN
DINDING PERANCAH
PERANCANGAN KONVENSIONAL PADA
DINDING PENAHAN TANAH
• Buat sketsa untuk kondisi yang diberikan, dengan
memasukkan semua data tanah, stratifikasi tanah, tinggi
muka air tanah, dll.
• Hitung distribusi tekanan tanah dengan mengambil
diagram tekanan lateral berdasarkan Peck atau
Tsebotarioff.
• Rancang dimensi komponen dari dinding perancah berupa:
sheetpile, wale(gandar) dan struts.
PERANCANGAN KONVENSIONAL PADA
DINDING PENAHAN TANAH
Struts:
• Tentukan bentuk reaksi
perletakan (sistem kantilever
atau balok sederhana)
• Beban yang bekerja pada
masing-masing struts dihitung
sebagai:
• Dengan mengetahui beban
struts, dapat dipilih bentuk
penampang profil yang sesuai
PERANCANGAN KONVENSIONAL PADA
DINDING PENAHAN TANAH
Sheet Piles:
• Tentukan bending momen
maksimum (Mmax) pada sheet
pile
• Tentukan section modulus (S)
• σall = 172500 kN/m2
PERANCANGAN KONVENSIONAL PADA
DINDING PENAHAN TANAH
Wale:
• Tentukan momen maksimum
pada wale di masing2 level:
A, B1, B2, C1, C2 da D adalah
reaksi perletakan pada struts
•
LATIHAN SOAL
DINDING PERANCAH
a. Gambarkan bentuk diagram tegangan
b. Tentukan beban pada strut A, B dan C
c. Tentukan penampang dinding sheet pile yang dibutuhkan
d. Tentukan desain penampang untuk wale (gandar)
Soal a: pa = 0.3γH
0.25H
0.5H
0.25H
Soal b:
Gaya pada struts:
Soal c:
Momen maksimum terjadi pada
tempat dimana gaya geser = 0
Penampang yang dipilih:
Soal c:
Desain untuk Wale:
PROBLEMS
3.5 m
1m
Pasir
2m γ = 17 kN/m3
φ = 35o
c=0
2m s = 4m
1.5 m
1. Tentukan diagram tegangan dan gaya yang bekerja
pada struts di A, B dan C
2. Section modulus untuk sheet pile
3. Section Modulus wale (gandar) di B
STABILITAS DINDING PERANCAH
PADA TANAH LEMPUNG JENUH
STABILITAS DINDING PERANCAH PADA
TANAH LEMPUNG JENUH
A. Stabilitas terhadap heave B. Stabilitas terhadap piping
a. Heaving in clay soil
b. Heaving in cohesionless soil
STABILITAS DINDING PERANCAH PADA
TANAH LEMPUNG JENUH
1. Stabilitas terhadap heave pada tanah lempung homogen (letak tanah keras > 0,7B)
a. gaya vertical pendorong: b. gaya penahan:
STABILITAS DINDING PERANCAH PADA
TANAH LEMPUNG JENUH
2. Stabilitas terhadap heave pada tanah lempung dengan letak
tanah keras < 0,7B
H
D
450
D
Bjerrum dan Eide (1956)
STABILITAS DINDING PERANCAH PADA
TANAH LEMPUNG JENUH
2. Stabilitas terhadap heave pada tanah lempung dengan letak tanah keras < 0,7B
dengan beban luar q
q q
H
D
450
D
Minimum 1,5
STABILITAS DINDING PERANCAH PADA
TANAH LEMPUNG JENUH
B. Stabilitas terhadap piping
Nilai icr berkisar antara
0,9 hingga 1,1
a = panjang elemen aliran pada A atau B
Nd = jumlah elemen yang menunjukkan penurunan energi
(pada gambar, Nd = 8)
Menentukan harga imax dengan
menggunakan cara flow net relatif
sulit, untuk itu Prof. Harr (1962)
memperkenalkan cara yang lebih
mudah untuk menentukan imax
STABILITAS DINDING PERANCAH
PADA TANAH LEMPUNG JENUH
B. Stabilitas terhadap piping
Penentuan harga
modulus m,
berdasarkan bentuk
penampang dinding
perancah (Harr,1962)
STABILITAS DINDING PERANCAH
PADA TANAH LEMPUNG JENUH
B. Stabilitas terhadap piping
Penentuan harga imax,
berdasarkan harga
modulus m (Harr,1962)
STABILITAS DINDING PERANCAH
PADA TANAH LEMPUNG JENUH
B. Stabilitas terhadap piping
h = 4,5m; L1 = 5m; L2 = 4m; B = 5m
dan L3 = ∞.
Tentukan SF terhadap piping !
STABILITAS DINDING PERANCAH
PADA TANAH LEMPUNG JENUH
B. Stabilitas terhadap piping
Solusi:
m ≈ 0.033
0,33
STABILITAS DINDING PERANCAH
PADA TANAH LEMPUNG JENUH
B. Stabilitas terhadap piping
h = 4,5m; L1 = 5m; L2 = 4m; B = 5m
dan L3 = ∞.
Tentukan SF terhadap piping.
Solusi:
m ≈ 0.033
Untuk m = 0.033 dan ;
STABILITAS DINDING PERANCAH
PADA TANAH LEMPUNG JENUH
B. Stabilitas terhadap piping
Solusi:
m ≈ 0.033
Untuk m = 0.033 dan ;
m =0.033
Dinding Perancah
Cofferdams
References:
Hal 935 - 946
KLASIFIKASI STRUKTUR SHEET PILE
Steel Pipe Pile - Japan
Cofferdams
4 December 2009 Piling Handbook - Arcelor
Cofferdams
Types of Cofferdam
• Koferdam lingkaran (circular cofferdams)
• Koferdam diafragma (diaphragm cofferdams)
• Koferdam daun semanggi (clover leaf
cofferdams)
4 December 2009
Cofferdams
4 December 2009
Relieving Platform Type Structure
Steel Pipe Pile - Japan
Relieving Platforms Retaining Wall
Piling Handbook - British
Double Sheet Pile Wall Type
Double Sheet Pile Wall Type Structure
Steel Pipe Pile - Japan
Cellular Type Structure
Piling Handbook - Arcelor
Piling Handbook - Arcelor
Cofferdams
Piling Handbook - Arcelor
Metoda Perhitungan Sheet Pile
1. Metoda Elemen Hingga
Parameter Tanah:
C (kohesi)
Anchor: Pegas φ (Sudut geser
dalam)
E (Young’s modulus)
υ (Poisson’s ratio)
Sheet Pile: Beam Element
M < M konvensional
Vektor Total Displacement
Kontur Total Displacement
Deformasi dermaga Akibat Preloading
12.5 cm
2. Beam on Elastic Foundation
Anchor: Pegas
Tekanan aktif
Tahanan pasif tanah: Pegas
3. Metoda Konvensional
O Anchor
Tekanan Tanah Aktif dan Pasif
Keseimbangan Gaya Horizontal dan Momen di Titik O
Cantilever Pile/ Sheet Pile
σ1
σ3 σ3
σ3
σ1
σ1
σ1
σ3
Metoda Konvensional:
1. Free Earth Support
o
σ1
σ3 σ3
σ3
σ1
σ1
σ1
σ3
Metoda Konvensional:
2. Fixed Earth Support
σ1 o
σ3 σ3
σ3
σ1
σ1
σ1
σ3
σ3
σ1
σ1
σ3
CONTOH STRUKTUR SHEET PILE
σ1
Test Triaxial:
Arah Bidang Runtuh Terhadap σ1
σ3 σ3
σ1 σ1
ψ=45-
φ/2
θ=45+φ/
2
σ3 σ3