Kapasitas Dukung Tanah (Soil Bearing Capacity)

1
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

2
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

3
Konsep Dasar

• Pentingnya kita mempelajari kapasitas dukung
  tanah .

Keruntuhan kapasitas dukung tanah ? penurunan
tanah ? ketidak stabilan konstruksi
4
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)

5
Konsep Dasar

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

6
Proses Keruntuhan Tanah Dasar
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
7
Proses Keruntuhan Tanah Dasar
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
8
Proses Keruntuhan Tanah Dasar
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
9
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.

10
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

11
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
12
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

13
Distinction between General Shear Local Shear
Failures 32
General Shear Failure Local/Punching Shear Failure
Occurs in dense/stiff soil Fgt36o, Ngt30, IDgt70, Cugt100 kPa Occurs in loose/soft soil Flt28o, Nlt5, IDlt20, Cult50 kPa
Results in small strain (lt5) Results in large strain (gt20)
Failure pattern well defined clear Failure pattern not well defined
Well defined peak in P-? curve No peak in P-? 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
14
(No Transcript)
15
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)

16
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

17
Terzaghi (1943)
Persamaan Umum
dengan
Dari mana asal persamaan ini ????
18
Terzaghi (1943)

• 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
19
Pp ? Tekanan Tanah Pasif Total
Pp Ppc Ppq 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)
20
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
21
Terzaghi (1943)

• Persamaan umum Pp menjadi

Substitusi Pp ke Persamaan di bawah ini
Akan menghasilkan
22
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
23
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)
24
Terzaghi (1943)

• Tabel nilai-nilai faktor kapasitas dukung tanah
  Terzaghi

f (o) General Shear Failure General Shear Failure General Shear Failure Local Shear Failure Local Shear Failure Local Shear Failure
f (o) Nc Nq Ng Nc Nq Ng
0 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 41,481,3 173,3 287,9415,1 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 5,7 6,7 8,0 9,7 11,8 14,8 19,0 23,7 25,2 34,9 51,2 66,8 81,3 1,0 1,4 1,9 2,7 3,9 5,6 8,3 11,7 12,6 20,5 35,1 50,5 65,6 0,0 0,2 0,5 0,9 1,7 3,2 5,7 9,0 10,1 18,8 37,7 60,4 87,1
25
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 Nc, Nq dan Ng adalah parameter
kapasitas dukung tanah Terzaghi untuk local shear
failure
26
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

27
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 (10,3.B/L) po.Nq 0,5.B.g. Ng(1-
  0,2.B/L)

28
Terzaghi (1943)

• Pengaruh keberadaan air tanah pada Persamaan
  Kapasitas Dukung Tanah

Persamaan Umum
Kondisi 1 muka air tanah terletak sangat dalam
(jauh di bawah dasar fondasi) ? z gtgtB, 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)
29
Terzaghi (1943)

• Kondisi 2
• muka air tanah terletak pada kedalaman z di
  bawah dasar fondasi (zltB) 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)

30
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)

• 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)

31
Terzaghi (1943)

• Kondisi 5
• muka air tanah di permukaan maka
• 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)