Mektan II - 12-13 Kuat Dukung Tanah

PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS JAMBI 2016

MEKANIKA

TANAH II

Alfira Silarukmi, S.T.,

M.Eng.

KAPASITAS DUKUNG

TANAH

KAPASITAS DUKUNG

TANAH

DAYA DUKUNG TANAH adalah

kemampuan

tanah

untuk

mendukung beban baik berupa

beban Pondasi sendiri dan beban

yang lain , yaitu berupa beban

tetap, beban bergerak, beban

angin, dan beban gempa

ANALISIS KAPASITAS DUKUNG

TANAH adalah analisis kemampuan

tanah dalam mendukung beban

Pondasi yang bekerja di atasnya.

Bangunan terdiri dari:

• Bangunan gedung (building)

• Bangunan civil (jembatan,

bendungan, dll)

Struktur bangunan terdiri atas:

• Struktur atas

• Struktur bawah (Pondasi)

Pondasi merupakan bagian yang

paling penting dari sistem rekayasa

konstruksi yang bertumpu pada

tanah.

 Suatu konstruksi bangunan bagian

paling bawah yang berhubungan

langsung dengan tanah atau

batuan.

FUNGSI:

• menahan/mendukung

bangunan

diatasnya

• meneruskan beban yang ditopang

oleh Pondasi dan beratnya sendiri

kedalam tanah dan batuan yang

terletak dibawahnya.

Dalam merancang Pondasi, terdapat

persyaratan yang harus dipenuhi:

1. Faktor aman

 SF terhadap

keruntuhan akibat terlampauinya

kapasitas dukung tanah harus

dipenuhi (SF = 3)

2. Penurunan Pondasi

 harus dalam

batas-batas toleransi

KAPASITAS DUKUNG

TANAH

Kapasitas dukung izin (q

_a

, allowable

bearing capacity)



_tekanan

_maksimum

_yang

_dapat

dibebankan pada tanah, sehingga 2

persyaratan di atas terpenuhi.

Kapasitas

dukung

batas/ultimit

(q

_u

,

ultimate bearing capacity)

 tekanan minimum yang menyebabkan

keruntuhan geser (shear failure) pada

tanah pendukung secara cepat ke

bawah.

FASE-FASE KERUNTUHAN

Pondasi

Untuk mempelajari perilaku tanah pada saat permulaan sampai mencapai keruntuhan dilakukan tinjauan terhadap Pondasi kaku pada kedalaman dasar Pondasi yang tidak lebih dari lebar Pondasinya dengan penambahan beban secara berangsur-angsur. I II III Beban Pe n u ru n a n S1 S2 S3

FASE I

Awal pembebanan tanah dibawah Pondasi turun, terjadi deformasi lateral dan vertikal ke bawah. Penurunan yang terjdi sebanding dengan besarnya beban tanah dalam kondisi keseimbangan elastis. Masa tanah di bawah Pondasi mengalami komPresi sehingga kuat geser tanah naik, sehingga daya dukung bertambah. I II III Beban Pe n u ru n a n S1 S2 S3

FASE II

Pada penambahan beban selanjutnya, penurunan tanah terbentuk tepat di dasar Pondasi dan deformasi plastis tanah menjadi dominan. Gerakan tanah pada kedududkan plastis dimulai dari tepi Pondasi, dengan bertambah beban zona plastis berkembang, kuat geser tanah berkembang.

Gerakan tanah ke arah lateral semakin nyata, sehingga terjadi retakan lokal dan geseran tanah di sekeliling tepi Pondasi. zona plastis I II III Beban Pe n u ru n a n S1 S2 S3

FASE III

Fase ini dikarekteristikkan oleh kecepatan deformasi yang semakin bertambah sejalan dengan penambahan beban yang diikuti oleh gerakan tanah kearah luar sehingga permukaan tanah menggembung, sehingga tanah mengalami keruntuhan disebut bidang geser radial dan linier.

Bidang runtuh (failure plane) I II III Beban Pe n u ru n a n S1 S2 S3

MEKANISME

KERUNTUHAN

Berdasarkan pengujian model Vesic

(1963)

membagi

mekanisme

keruntuhan Pondasi menjadi 3 macam:

a.

Keruntuhan geser umum (general

shear failure)

b.

Keruntuhan geser lokal (local shear

failure)

c.

Keruntuhan penetrasi (penetration

KERUNTUHAN GESER

UMUM

Keruntuhan yang terjadi pada tanah yang tidak mudah mampat, yang mempuntai kekuatan geser tertentu atau dalam keadaan terendam.

Suatu baji tanah terbentuk tepat pada dasar Pondasi (zona A) yang menekan ke bawah hingga aliran tanah sacara plastis pada zona B. Gerakan ke arah luar ditahan oleh tahanan pasif dibag C.

Saat tahanan pasif terlampaui, terjadi pengembungan dipermukaan. Keruntuhan secara mendadak yang diikuti oleh penggulingan Pondasi.

KERUNTUHAN GESER

LOKAL

 Pola keruntuhan terjadi pada tanah yang mudah

mampat atau tanah yang lunak. Bidang gelincir tidak mencapai permukaan tanah tetapi berhenti di suatu tempat. Pondasi tenggelam akibat bertambahnya beban pada kedalaman yang relatif dalam sehingga tanah yang didekatnya mampat.

 Terdapat sedikit penggembungan tanah, tetapi tidak

terjadi penggulingan Pondasi. Dari grafik terlihat bahwa dengan pertambahan bebanakan bertambah pula penurunannya sehingga beban maksimum mungkin tidak dicapai.

KERUNTUHAN GESER

PENETRASI

Penggembungan permukaan tanah tidak terjadi, akibat pembebanan Pondasi bergerak ke bawah arah vertikal dengan cepat dan menekan tanah ke samping sehingga terjadi pemampatan tanah dekat Pondasi. Penurunan bertambah secara linier dengan penambahan beban.

Distinction between General Shear &

Local Shear Failures

General Shear Failure Local/Punching Shear Failure

Occurs in dense/stiff soil Φ>36o_{, N>30, I}

D>70%, Cu>100 kPa

Occurs in loose/soft soil Φ<28o_{, N<5, I}

D<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

Lapisan tanah yang mempunyai pola keruntuhan ini;

 _{Lapisan pasir yang sangat lunak}

 _{Lapisan tanah yang mudah mampat}

 _{Lapisan pasir yang terletak di atas lapisan tanah lunak}

 _{Lapisan tanah lunak yang mendapat pembebanan}

perlahan dan memungkinkan tercapainya kondisi drainase.

 _{Pola keruntuhan ini dapat juga terjadi apabila}

kedalaman Pondasi (D_f) sangat besar bila dibandingkan

dengan lebarnya (B)

TEORI KAPASITAS DUKUNG

TANAH

ANALISIS KAPASITAS DUKUNG

TANAH (TEORI TERZAGHI)

Analisis keruntuhan kapasitas dukung

dilakukan dengan menganggap bahwa

tanah berkelakuan sebagai bahan bersifat

plastis.

Persamaan kapasitas dukung tanah:

(Persamaan Mohr-Coulomb)

τ = c + σ tan φ

τ = Kuat geser tanah

c = Kohesi

φ = Sudut gesek dalam

σ = Tegangan normal

Asumsi Terzaghi dalam menganalisis daya dukung :  Pondasi memanjang tak terhingga

 Tanah di dasar Pondasi dianggap homogen

 Berat tanah di atas Pondasi dapat diganti dengan beban terbagi rata sebesar q = D x γ, dengan D adalah kedalaman dasar Pondasi, γ adalah berat volume tanah di atas dasar Pondasi.

 Tahanan geser tanah di atas dasar Pondasi diabaikan  Dasar Pondasi kasar

 Bidang keruntuhan terdiri dari lengkung spiral logaritmis (radial

shear) dan linier (linear shear)

 Baji tanah yang terbentuk di dasar Pondasi dalam keadaan elastis dan bergerak bersama-sama dengan dasar Pondasinya.

 Pertemuan antara sisi baji dengan dasar Pondasi membentuk sudut sebesar sudut gesek dalam tanah φ.

 Berlaku prinsip superposisi

Lanjuta

n

Lanjuta

n

Persamaan umum untuk Kapasitas Dukung Ultimit menurut Terzaghi adalah:

q_u = cN_c + D_f γN_q + 0,5 γ BN_γ

dengan:

c = kohesi (kN/m2₎

D_f = kedalaman Pondasi (m)

γ = berat volume tanah (kN/m3₎

B = lebar Pondasi (m)

N_c = faktor kapasitas dukung akibat pengaruh kohesi

N_q = faktor kapasitas dukung akibat pengaruh beban terbagi rata

N_γ = faktor kapasitas dukung akibat pengaruh berat tanah

(nilai Nc, Nq, dan Nγ merupakan fungsi dari sudut gesek

dalam)

Anggapan:

- _{Pondasi mempunyai panjang tak} terhingga

- _{didasarkan pada kondisi}

keruntuhan geser umum

Lanjuta

n

_{Untuk hitungan kapasitas dukung tanah pada jenis tanah dengan}

keruntuhan geser lokal, maka seluruh faktor kapasitas dukung dihitung

kembali menggunakan φ’ dan c’, dengan:

tan φ’ = (2/3) tan φ

c’ = (2/3) c

Maka, persamaan umum untuk kapasitas dukung ultimit pada Pondasi memanjang kondisi keruntuhan geser lokal adalah:

q_u = c’N_c’+ D_f γN_q’ + 0,5 γ BN_γ’

nilai Nc, Nq, dan Nγ serta nilai Nc’, Nq’, dan Nγ’ dapat dilihat pada

Grafik 1 atau Tabel 1.

nilai Nc, Nq, dan Nγ serta nilai Nc’, Nq’, dan Nγ’ dapat dilihat pada

Grafik 1. Hubungan φ dan Nc, Nq, Nγ (Terzaghi,

1943)

Grafik 1. Hubungan φ dan Nc, Nq, Nγ (Terzaghi,

φ (°) Keruntuhan Geser Umum Keruntuhan Geser Lokal Nc Nq Nγ Nc’ Nq’ Nγ‘ 0 5,7 1,0 0,0 5,7 1,0 0,0 5 7,3 1,6 0,5 6,7 1,4 0,2 10 9,6 2,7 1,2 8,0 1,9 0,5 15 12,9 4,4 2,5 9,7 2,7 0,9 20 17,7 7,4 5,0 11,8 3,9 1,7 25 25,1 12,7 9,7 14,8 5,6 3,2 30 37,2 22,5 19,7 19,0 8,3 5,7 34 52,6 36,5 35 23,7 11,7 9,0 35 57,8 41,4 42,4 25,2 12,6 10,1 40 95,7 81,3 100,4 34,9 20,5 18,8 45 172,3 173,3 297,5 51,2 35,1 37,7 48 258,3 287,9 780,1 66,8 50,5 60,4 50 347,6 415,1 1153,2 81,3 65,5 87,1



_{Pengaruh Bentuk Pondasi pada Kapasitas}

Dukung Tanah

1. Pondasi Lajur Memanjang

kapasitas dukung ultimit (q_u)  q_u = cN_c + p_oN_q + 0,5 γBN_γ

kapasitas dukung ultimit netto (q_un)  q_un = cN_c + p_o(N_q -1) + 0,5 γBN_γ

2. Pondasi Berbentuk Bujur Sangkar

kapasitas dukung ultimit (q_u)  q_u = 1,3 cN_c + p_oN_q + 0,4 γBN_γ

kapasitas dukung ultimit netto (q_un)  q_un = 1,3 cN_c + p_o(N_q -1) + 0,4 γBN_γ

3. Pondasi Berbentuk Lingkaran

kapasitas dukung ultimit (q_u) q_u = 1,3 cN_c + p_oN_q + 0,3 γBN_γ

kapasitas dukung ultimit netto (q_un)  q_un = 1,3 cN_c + p_o(N_q -1) + 0,3 γBN_γ

4. Pondasi Berbentuk Empat Persegi Panjang

 q_u = cN_c (1+ 0,3 B/L) + p_oN_q + 0,5 γBN_γ (1- 0,2 B/L) B = Lebar dan L = Panjang

Catatan:

Persamaan di atas hanya cocok untuk

pondasi dangkal (D_f < B). Sedangkan

untuk pondasi dalam (pondasi sumuran atau kaison) Terzaghu memberi faktor tambahan yang harus diperhitungkan. Faktor ini meliputi gesekan sepanjang sisi pondasi.

Persamaan umum Terzaghi untuk menghitung pondasi dalam yang berbentuk lingkaran adalah:

P_u’ = P_u + P_s

= q_uA_p + πDf_sD_f

D

f_s D_f

Pondasi dalam (Df > 5B) (Terzaghi, 1943)

P_u’ = kapasitas dukung ultimit total untuk pondasi dalam (kN)

Pu = kapasitas dukung ultimit total untuk pondasi dangkal (kN)

P_s = perlawanan gesekan pada dinding (kN)

q_u = 1,3 cN_c + p_oN_q + 0,4 γDN_γ (kN/m2₎

f_s = faktor gesekan permukaan antara dinding dan tanah

D_f = kedalaman pondasi (m)

D = diameter pondasi (m)

Nilai f_s (Tabel 2) bergantung pada material pondasi dan sifat tanah, dan merupakan jumlah dari gesekan dan adhesi persatuan luas antara pondasi dan tanah. (1 kg/cm2

≈ 100 kN/m2₎

Jenis tanah f_s (kg/cm2₎

Lanau dan lempung lunak Lempung sangat kaku Pasir tidak padat

Pasir padat Kerikil padat 0,07 – 0,30 0,49 – 1,95 0,12 – 0,37 0,14 – 0,68 0,49 – 0,98

Untuk menghitung Faktor Aman (SF), maka ditinjau kapasitas dukung ultimit

total neto, dimana:

 Beban pondasi maksimum neto:

P_un = q_un × A_p

 Kapasitas dukung ultimit total neto:

P_un’ = P_un + P_s

 Tambahan beban akibat beban pondasi:

P_p = beban yang didukung pondasi – berat tanah digali

= beban yang didukung pondasi - (Luas dasar pondasi × D_f × γ)

 Maka, SF = _p

un

P

P '



_{Pengaruh Air Tanah pada Kapasitas Dukung}

Tanah

ANALISIS KAPASITAS DUKUNG

TANAH (TEORI MEYERHOF)

REFERENSI



_{Bambang Surendro, 2014, Mekanika Tanah,}

Teori, Soal, dan Penyelesaian, Yogyakarta:

Penerbit Andi.



_{Hary Christady Hardiyatmo, 1992, Mekanika}

Tanah II, Yogyakarta: Gadjah Mada University

Press.