Kapasitas Dukung Tanah (Soil Bearing Capacity) by : A. Adhe Noor PSH, ST., MT Geotechnics - Civil Engineering Program Department of Engineering, Faculty of Science and Engineering General Soedirman State University

Konsep Dasar PENDAHULUAN Kapasitas Dukung Tanah : Kemampuan tanah dalam menahan beban yang bekerja padanya Sumber beban : Fondasi  transfer beban dari struktur di atasnya Beban langsung (beban bergerak)  pergerakan kendaraan pada perkerasan jalan

Konsep Dasar Pentingnya kita mempelajari kapasitas dukung tanah ……. Keruntuhan kapasitas dukung tanah  penurunan tanah  ketidak stabilan konstruksi

Konsep Dasar Tinjauan Analisis Kapasitas Dukung Tanah : Fondasi Dangkal (Shallow Foundation) Fondasi Telapak (Foot Plate) Fondasi Menerus (Continuous Footing) Strap Footing Mat Footing Fondasi Kaison/Sumuran (Caisson Foundation) 3. Fondasi Dalam (Deep Foundation) Fondasi Tiang Pancang (Driven Pile Foundation) Fondasi Tiang Bore (Bored Pile Foundation)

Konsep Dasar Keruntuhan kapasitas dukung tanah yang ditinjau pada materi ini : Pada fondasi dangkal (shallow foundation) tipe fondasi Menerus (continuous footing)

Proses Keruntuhan Tanah Dasar I II III Beban Penurunan S1 S2 S3 Fase 1 : Tanah di bawah fondasi turun  terjadi deformasi tanah pada arah vertikal dan horisontal ke bawah Penurunan yang terjadi sebanding dengan besar beban (selama beban yang bekerja cukup kecil)  Tanah dalam kondisi keseimbangan elastis Massa tanah di bawah fondasi mengalami kompresi  kenaikan kuat geser tanah  kapasitas dukung bertambah

Proses Keruntuhan Tanah Dasar zona plastis I II III Beban Penurunan S1 S2 S3 Fase 2 : Terbentuk baji tanah pada dasar fondasi Deformasi plastis tanah dimulai dari ujung tepi fondasi  zona plastis semakin berkembang seiring dengan pertambahan beban Gerakan tanah arah lateral makin tampak  tampak retakan lokal dan geseran tanah di sekeliling tepi fondasi Kuat geser tanah sepenuhnya berkembang untuk menahan beban pada zona plastis

Proses Keruntuhan Tanah Dasar Bidang runtuh (failure plane) I II III Beban Penurunan S1 S2 S3 Fase 3 : Deformasi tanah semakin bertambah  diikuti dengan menggelembungnya tanah permukaan  tanah mengalami keruntuhan. Bidang runtuh berbentuk lengkungan dan garis yang disebut bidang geser radial dan bidang geser linier

Tipe Keruntuhan Kapasitas Dukung Tanah General Shear Failure PROSES KERUNTUHAN Baji tanah di bawah di dasar fondasi terbentuk (zona A) baji kemudian menekan tanah di bawahnya sehingga terbentuk zona plastis yang semakin lama semakin berkembang (zona B) 2 zona ini bergerak ke arah luar dan ditahan oleh tanah di zona C Saat tahanan tanah di zona C terlampaui  terjadi gerkan tanah yang mengakibatkan penggembungan tanah di sisi fondasi. A B C

General Shear Failure KARAKTER KERUNTUHAN Kondisi keseimbangan plastis terjadi penuh di atas failure plane Muka tanah di sekitarnya mengembang naik Keruntuhan (slip) terjadi pada salah satu sisi sehingga fondasi miring Terjadi pada tanah dengan kompresibilitas rendah atau kaku Kapasitas dukung tanah ultimit (qult) dapat teramati dengan baik Keruntuhan terjadi relatif mendadak dan diikuti penggulingan fondasi A B C

Local Shear Failure KARAKTER KERUNTUHAN Bidang runtuh yang terbentuk tidak sampi ke permukaan tanah Pergerakan fondasi bersifat tenggelam  terjadi pada tanah dengan kompresibilitas tinggi Mampatnya tanah tidak sampai mengakibatkan tercapainya kedudukan kritis tanah keruntuhan tanah Zona plastis tidak berkembang Kuat dukung ultimit tanah (qult) susah diamati A B C

Punch / Penetration Shear Failure PROSES KERUNTUHAN Menyerupai GSF KARAKTER KERUNTUHAN Tidak terjadi keruntuhan geser tanah Penurunan fondasi bertambah secara linier seiring dengan penambahan beban Pemampatan tanah terjadi terbatas pada area di sekitar dasar fondasi Penurunan yang terjadi tidak cukup memberikan gerakan ke arah lateral yang menuju kedudukan kritis tanah  kuat geser ultimit tanah tidak tercapai qultimit tanah tidak tercapai. Bidang runtuh tidak nampak sama sekali

Distinction between General Shear & Local Shear Failures 32 General Shear Failure Local/Punching Shear Failure Occurs in dense/stiff soil Φ>36o, N>30, ID>70%, Cu>100 kPa Occurs in loose/soft soil Φ<28o, N<5, ID<20%, Cu<50 kPa Results in small strain (<5%) Results in large strain (>20%) Failure pattern well defined & clear Failure pattern not well defined Well defined peak in P-Δ curve No peak in P-Δ curve Bulging formed in the neighbourhood of footing at the surface No Bulging observed in the neighbourhood of footing Extent of horizontal spread of disturbance at the surface large Extent of horizontal spread of disturbance at the surface very small Observed in shallow foundations Observed in deep foundations Failure is sudden & catastrophic Failure is gradual Less settlement, but tilting failure observed Considerable settlement of footing observed

TEORI KAPASITAS DUKUNG TANAH BAB 2 TEORI KAPASITAS DUKUNG TANAH Beberapa teori kapasitas dukung tanah : Terzaghi (dan contoh soal) Skempton(dan contoh soal) Meyerhoff (dan contoh soal) Brinch Hansen (dan contoh soal) Vesic (dan contoh soal)

Teori Terzaghi (1943) Asumsi yang digunakan : Fondasi berbentuk memanjang tak berhingga (continous footing) Tanah dasar homogen Berat tanah di atas dasar fondasi diganti dengan beban terbagi rata Po = Df.g Tahanan geser di atas dasar fondasi diabaikan Dasar fondasi kasar Bidang keruntuhan berupa lengkung spiral logaritmis dan linier Baji tanah yang terbentuk di dasar fondasi dalam kedudukan elastis dan bergerak bersama – sama dengan dasar fondasi Pertemuan antara sisi baji dan dan dasar fondasi membentuk sudut (b)sebesar sudut gesek dalam tanah (j) Berlaku prinsip superposisi

b = j (analisis Terzaghi) II III A B Ppn Pp j c H G E F D g.Df b 45-j/2 Pu b = j (analisis Terzaghi) Persamaan Umum : dengan Dari mana asal persamaan ini ????

b = j (analisis Terzaghi) 1 2 3 B Pp c E F D g.Df b 45-j/2 Pu b = j (analisis Terzaghi) W = j  cos (b-j) = 1 dengan : Pp : tekanan pasif total yang bekerja pada bidang BD dan AD W : berat baji tanah ABD per satuan panjang = ¼.B2.g.tg b c : kohesi tanah B : sudut antara bidang BD dan BA

b = j (analisis Terzaghi) c.H.Kpc d = f D B j akibat kohesi (Ppc) H/2 B 1 2 3 Pp E F D g.Df b 45-j/2 Pu b = j (analisis Terzaghi) Ppn B/2 H po.H.Kpq d = f D B j akibat beban terbagi rata (Ppq) H/2 Pp  Tekanan Tanah Pasif Total Pp = Ppc + Ppq + Ppg B/2 H = B/2.tg f 1/2.g.H2.Kpg d = f D B j akibat Berat Tanah (Ppg) Ppc : tahanan tanah pasif dari komponen kohesi tanah (BDEF) Ppq : tahanan tanah pasif akibat beban terbagi rata di atas dasar fondasi (di atas BF) Ppg : tahanan tanah pasif akibat berat tanah (BDEF)

Terzaghi (1943) Tekanan tanah pasif yang bekerja tegak lurus (arah normal) sisi baji tanah (BD) adalah Ppn dengan H = ½.B.tg j dan a = 180 - j (sudut antara bidang DB dan BF) Kpc : koefisien tekanan tanah pasif akibat kohesi Kpq : koefisien tekanan tanah pasif akibat beban terbagi rata Kpg : koefisien tekanan tanah pasif akibat berat tanah di atas dasar fondasi Gesekan antara tanah dan bidang BD menyebabkan arah Pp miring sebesar d Nilai d = j karena gesekan terjadi antara tanah dan tanah

Terzaghi (1943) Persamaan umum Pp menjadi : Substitusi Pp ke Persamaan di bawah ini Akan menghasilkan

Terzaghi (1943) Secara singkat : Persamaan Umum Kapasitas Dukung Tanah untuk Fondasi Memanjang menurut Teori Terzaghi (1943) : Df.g dengan : qu : kapasitas dukung ultimit tanah untuk fondasi memanjang (kPa) c : kohesi (kPa) Df : kedalaman fondasi (m) g : berat volume tanah (kN/m3) Po : tekanan over burden pada dasar fondasi (kPa) Nc, Nq, Ng : faktor kapasitas dukung tanah Terzaghi

Grafik Hubungan j dan Nc, Nq dan Ng untuk sembarang j (Terzaghi, 1943) Nilai Nc, Nq dan Ng dapat dicari dari : Grafik Hubungan j dan Nc, Nq dan Ng (Terzaghi, 1943) Secara analitis Grafik Hubungan j dan Nc, Nq dan Ng untuk sembarang j (Terzaghi, 1943)

Terzaghi (1943) Tabel nilai-nilai faktor kapasitas dukung tanah Terzaghi f (o) General Shear Failure Local Shear Failure Nc Nq Ng N’c N’q N’g 5 10 15 20 25 30 34 35 40 45 48 50 5,7 7,3 9,6 12,9 17,7 25,1 37,2 52,6 57,8 95,7 172,3 258,3 347,6 1,0 1,6 2,7 4,4 7,4 12,7 22,5 36,5 41,4 81,3 173,3 287,9 415,1 0,0 0,5 1,2 2,5 5,0 9,7 19,7 35,0 42,4 100,4 297,5 780,1 1153,2 6,7 8,0 11,8 14,8 19,0 23,7 25,2 34,9 51,2 66,8 81,3 1,4 1,9 3,9 5,6 8,3 11,7 12,6 20,5 35,1 50,5 65,6 0,2 0,9 1,7 3,2 9,0 10,1 18,8 37,7 60,4 87,1

Terzaghi (1943) Korelasi parameter kapasitas dukung tanah antara keruntuhan geser umum dan keruntuhan geser lokal tg j’ = (2/3) tg j c’ = (2/3) c dengan j’ : sudut gesek internal tanah pada local shear failure c’ : kohesivitas tanah pada local shear failure Persamaan kapasitas dukung tanah untuk Local Shear Failure dengan N’c, N’q dan N’g adalah parameter kapasitas dukung tanah Terzaghi untuk local shear failure

Terzaghi (1943) Beberapa istilah dalam kapasitas dukung tanah menurut Terzaghi : Tekanan fondasi total Tekanan fondasi netto Kapasitas dukung tanah ultimit Kapasitas dukung tanah ultimit netto Kapasitas dukung tanah perkiraan Kapasitas dukung tanah izin Faktor aman

Terzaghi (1943) Pengaruh Bentuk Fondasi pada Persamaan Kapasitas Dukung Tanah 1. Fondasi Lajur Memanjang kapasitas dukung ultimit (qu)  qu = c.Nc + po.Nq + 0,5.B.g.Ng kapasitas dukung ultimit netto (qun)  qu = c.Nc + po.(Nq -1)+ 0,5.B.g.Ng 2. Fondasi Berbentuk Bujur Sangkar kapasitas dukung ultimit (qu)  qu = 1,3.c.Nc + po.Nq + 0,4.B.g.Ng kapasitas dukung ultimit netto (qun)  qu = 1,3.c.Nc + po.(Nq -1)+ 0,4.B.g.Ng 3. Fondasi Berbentuk Lingkaran kapasitas dukung ultimit (qu)  qu = 1,3.c.Nc + po.Nq + 0,3.B.g.Ng kapasitas dukung ultimit netto (qun)  qu = 1,3.c.Nc + po.(Nq -1)+ 0,3.B.g.Ng Fondasi Berbentuk Empat Persegi Panjang qu = c.Nc (1+0,3.B/L) + po.Nq + 0,5.B.g. Ng(1- 0,2.B/L)

Terzaghi (1943) Pengaruh keberadaan air tanah pada Persamaan Kapasitas Dukung Tanah Persamaan Umum : Suku ke-1 Suku ke-2 Suku ke-3 B Df z dw mat Kondisi 1 muka air tanah terletak sangat dalam (jauh di bawah dasar fondasi)  z >>B, maka : pada suku ke-2  nilai po = Df.gb pada suku ke-3  nilai g adalah gb atau gd paremeter kuat geser yang digunakan adalah dalam tinjauan tegangan efektif (c’ dan j’) (1)

Terzaghi (1943) Kondisi 2 muka air tanah terletak pada kedalaman z di bawah dasar fondasi (z<B) maka : pada suku ke-2  nilai po = Df.gb pada suku ke-3  nilai g adalah grt karena zona geser di bawah fondasi sebagian terendam air. sehingga grt = g’ + (z/B)(gb-g’) B z dw mat Df (2)

Terzaghi (1943) Kondisi 3 muka air tanah terletak pada dasar fondasi maka : pada suku ke-2  nilai po = Df .gb pada suku ke-3  nilai g adalah g’ (karena zona geser di bawah fondasi sepenuhnya terendam air) B dw Df (3) Kondisi 4 muka air tanah terletak di atas dasar fondasi maka : pada suku ke-2  nilai po = g’(Df - dw) + gb.dw pada suku ke-3  nilai g adalah g’ (karena zona geser di bawah fondasi sepenuhnya terendam air) Df B dw (4)

Terzaghi (1943) Kondisi 5 muka air tanah di permukaan maka : Df B (5) pada suku ke-2  nilai po = g’.Df pada suku ke-3  nilai g adalah g’ (karena zona geser di bawah fondasi sepenuhnya terendam air) Df B (5)