Dalam perencanaan geoteknik, memahami bagaimana tanah memberikan tekanan ke struktur adalah salah satu kunci utama keselamatan. Tekanan tanah bukanlah sesuatu yang bersifat tetap, melainkan sangat bergantung pada bagaimana dinding penahan tanah atau struktur penahan bergerak terhadap tanah di belakangnya. Dengan kata lain, perilaku tanah tidak bisa dipisahkan dari interaksi tanah–struktur itu sendiri.
Perbedaan antara kondisi tekanan tanah Aktif, Pasif, dan Diam pada dasarnya ditentukan oleh arah dan besar pergerakan dinding. Apakah dinding bergerak menjauh dari tanah, menekan tanah, atau hampir tidak bergerak sama sekali—itulah yang menentukan seberapa besar tekanan tanah yang akan bekerja dan dalam kondisi apa tekanan tersebut harus dihitung dalam desain.
ANALOGI SEDERHANA TEKANAN TANAH: AKTIF, PASIF, DAN DIAM
Bayangkan sebuah dinding yang memisahkan Anda (sebagai struktur) dengan tumpukan pasir (sebagai tanah). Ketika Anda perlahan mundur menjauhi tumpukan pasir, tanah di belakang Anda akan kehilangan penahannya dan mulai runtuh atau melongsor mengikuti arah pergerakan Anda. Inilah yang disebut Tekanan Tanah Aktif. Karena tanah ikut bergerak dan melepaskan sebagian gaya internalnya, tekanan yang bekerja pada dinding justru menjadi lebih kecil dibanding kondisi awal.
Sebaliknya, bayangkan Anda justru mendorong tumpukan pasir itu dengan sekuat tenaga. Tanah akan memberikan perlawanan yang sangat besar untuk menahan dorongan tersebut. Kondisi ini disebut Tekanan Tanah Pasif. Di sini, tanah berada dalam kondisi “terkunci” dan memobilisasi kekuatan gesernya secara maksimal, sehingga tekanan yang bekerja pada dinding menjadi sangat besar.
Sementara itu, jika Anda dan tumpukan pasir sama-sama tidak bergerak—tidak saling mendorong dan tidak saling menjauh—maka yang terjadi adalah Tekanan Tanah Diam (At-Rest Pressure). Tekanan ini merupakan tekanan alami tanah yang hanya disebabkan oleh beratnya sendiri, tanpa ada pelepasan atau pemobilisasian kekuatan geser tambahan akibat pergerakan dinding.
PERAN KOHESI DALAM TEKANAN TANAH
Perbedaan mendasar dalam perhitungan tekanan tanah terletak pada apakah tanah memiliki kohesi (c), yaitu gaya tarik-menarik antar partikel tanah. Tanah pasir bersih umumnya dianggap non-kohesif (c = 0), sementara tanah lempung memiliki kohesi (c > 0) yang membuatnya bisa “berdiri sendiri” dalam kondisi tertentu. Kehadiran kohesi ini mengubah besar tekanan tanah yang bekerja pada dinding, baik pada kondisi aktif, pasif, maupun diam.
Tekanan Tanah Aktif (σa)
Tekanan tanah aktif terjadi saat dinding bergerak menjauh dari tanah sehingga tanah di belakangnya melonggar dan melongsor.
Untuk tanah non-kohesif (pasir, c = 0), tekanan tanah aktif dihitung dengan:
σa = Ka · γ · z
Artinya, tekanan bertambah linier terhadap kedalaman z dan hanya bergantung pada berat isi tanah () dan koefisien tekanan tanah aktif (Ka).
Untuk tanah kohesif (lempung, c > 0), kohesi membantu “menahan” tanah agar tidak runtuh, sehingga mengurangi tekanan yang bekerja pada dinding:
σa = Ka · γ · z − 2c √(Ka)
Catatan penting: pada kedalaman dangkal, hasil rumus ini bisa bernilai negatif, yang menandakan terjadinya tension crack (retakan tarik). Secara fisik, ini berarti tanah bisa berdiri sendiri tanpa menekan dinding untuk sementara.
Tekanan Tanah Pasif (σp)
Tekanan tanah pasif terjadi saat dinding mendorong masuk ke arah tanah, sehingga tanah memobilisasi kekuatan gesernya untuk melawan.
Untuk tanah non-kohesif (pasir, c = 0):
σp = Kp · γ · z
Tekanan meningkat linier dengan kedalaman, dikalikan koefisien tekanan tanah pasif (Kp).
Untuk tanah kohesif (lempung, c > 0), kohesi justru menambah kemampuan tanah melawan dorongan dinding:
σp = Kp · γ · z + 2c √(Kp)
Inilah sebabnya tanah lempung sering terlihat “sangat kuat” saat ditekan, tetapi bisa sangat lemah saat ditarik atau dibiarkan melonggar.
Tekanan Tanah Diam (K0)
Tekanan tanah diam terjadi pada struktur yang sangat kaku dan tidak boleh bergerak, seperti dinding basement gedung tinggi atau terowongan. Dalam kondisi ini, tanah tidak sempat melonggar (aktif) maupun termobilisasi penuh (pasif).
Rumus empiris yang paling umum digunakan adalah Persamaan Jaky:
K0 = 1 − sin φ
Untuk tanah kohesif, nilai K0 biasanya lebih besar dan sangat dipengaruhi oleh sejarah pembebanan tanah (misalnya OCR – Over Consolidation Ratio), karena tanah “mengingat” tekanan masa lalunya.
Dengan memahami perbedaan ini, kita tidak sekadar memasukkan angka ke rumus, tetapi benar-benar mengerti kondisi fisik tanah apa yang sedang kita desain: apakah tanah sedang melonggar, sedang melawan, atau sedang “terkunci” oleh struktur yang kaku.
RINGKASAN KOEFISIEN TEKANAN TANAH (RANKINE & JAKY)
Untuk mempermudah perhitungan tekanan tanah dalam praktik geoteknik, para insinyur biasanya tidak menghitung semuanya dari nol, melainkan langsung menggunakan koefisien tekanan tanah (K). Koefisien ini berfungsi sebagai faktor pengali yang menghubungkan berat isi tanah, kedalaman, dan besar tekanan lateral yang bekerja pada dinding. Nilai koefisien ini terutama ditentukan oleh sudut geser dalam tanah ().
Dalam teori Rankine (yang mengasumsikan permukaan tanah datar dan dinding licin), koefisien tekanan tanah dirumuskan sebagai berikut:
- Tekanan Aktif: Ka = tan²(45° − φ/2)
- Tekanan Pasif: Kp = tan²(45° + φ/2)
Sementara itu, untuk tekanan tanah diam, nilai koefisiennya umumnya diambil dari persamaan empiris Jaky: K0 = 1 − sin φ
Secara fisik, semakin besar sudut geser dalam tanah (φ), maka Ka akan semakin kecil (tanah makin stabil saat melonggar) dan Kp akan semakin besar (tanah makin kuat melawan dorongan). Memahami hubungan ini penting agar insinyur tidak hanya menghafal rumus, tetapi juga mengerti mengapa tekanan tanah bisa sangat berbeda antara kondisi aktif, pasif, dan diam, meskipun tanahnya sama.
MENGHITUNG GAYA TOTAL TEKANAN TANAH PADA DINDING
Distribusi tekanan tanah lateral pada dinding penahan selalu berbentuk segitiga: nol di permukaan tanah dan semakin besar seiring bertambahnya kedalaman. Artinya, tekanan maksimum terjadi di dasar dinding. Untuk mengetahui gaya total (P) yang bekerja pada seluruh tinggi dinding (H), kita tidak menjumlahkan tekanan titik demi titik, melainkan cukup menghitung luas diagram segitiga tekanan tersebut.
Untuk tanah non-kohesif (misalnya pasir, c = 0), rumus gaya totalnya sangat sederhana:
P = 1/2 · γ · H² · K
di mana adalah berat isi tanah, H adalah tinggi dinding, dan K adalah koefisien tekanan tanah (bisa Ka, Kp, atau K0 tergantung kondisinya). Rumus ini berasal langsung dari luas segitiga tekanan dengan tinggi H dan tekanan maksimum di dasar sebesar γ . H . K.
Untuk tanah kohesif (misalnya lempung, c > 0) pada kondisi aktif, kohesi akan mengurangi gaya yang bekerja pada dinding. Rumusnya menjadi:
Pa = 1/2 · γ · H² · Ka − 2c · H · √(Ka)
Dalam praktik desain yang aman, bagian tekanan negatif akibat retak tarik (tension crack) biasanya diabaikan, karena tanah tidak bisa “menarik” dinding. Insinyur umumnya hanya menghitung bagian tekanan positif yang benar-benar menekan struktur.
KESIMPULAN: MEMILIH KONDISI TEKANAN TANAH YANG TEPAT
Dalam praktik rekayasa geoteknik, pemilihan jenis tekanan tanah bukan soal mana yang paling besar atau paling kecil, tetapi soal kondisi nyata pergerakan struktur. Untuk sebagian besar dinding penahan tanah konvensional, asumsi yang paling realistis adalah Tekanan Tanah Aktif, karena pada kenyataannya dinding hampir pasti akan mengalami sedikit deformasi menjauh dari tanah. Inilah sebabnya tekanan aktif menjadi standar utama dalam desain dinding penahan.
Sebaliknya, Tekanan Tanah Diam hanya digunakan pada struktur yang benar-benar kaku dan terkunci, seperti dinding basement gedung tinggi atau terowongan, yang praktis tidak diberi kesempatan untuk bergerak. Sementara itu, Tekanan Tanah Pasif sebaiknya tidak pernah diandalkan sebagai beban utama, melainkan hanya digunakan sebagai gaya penahan (resisting force), misalnya di depan kaki pondasi atau di depan dinding untuk mengecek stabilitas geser. Dengan memahami peran masing-masing kondisi ini, desain tidak hanya menjadi aman secara hitungan, tetapi juga masuk akal secara fisika dan perilaku struktur di lapangan.
0 Comments