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

Kapasitas Dukung Tanah :Kemampuan tanah dalam menahan beban yang

bekerja padanya

Sumber beban :1. Fondasi transfer beban dari struktur di

atasnya2. Beban langsung (beban bergerak)

pergerakan kendaraan pada perkerasan jalan

PENDAHULUAN

Pentingnya kita mempelajari kapasitas dukung tanah …….

Konsep Dasar

Keruntuhan kapasitas dukung tanah penurunan tanah ketidak stabilan konstruksi

Tinjauan Analisis Kapasitas Dukung Tanah :

1. Fondasi Dangkal (Shallow Foundation) Fondasi Telapak (Foot Plate) Fondasi Menerus (Continuous Footing) Strap Footing Mat Footing

2. 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)

Konsep Dasar

Proses Keruntuhan Tanah Dasar

I II III

Beban

Pen

urun

an

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

I II III

Beban

Pen

urun

an

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

zona plastis

Proses Keruntuhan Tanah Dasar

I II III

Beban

Pen

urun

an

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

Bidang runtuh (failure plane)

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.

AB

C

General Shear Failure

KARAKTER KERUNTUHAN

1. Kondisi keseimbangan plastis terjadi penuh di atas failure plane

2. Muka tanah di sekitarnya mengembang naik

3. Keruntuhan (slip) terjadi pada salah satu sisi sehingga fondasi miring

4. Terjadi pada tanah dengan kompresibilitas rendah atau kaku

5. Kapasitas dukung tanah ultimit (qult) dapat teramati dengan baik

6. 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

AB

C

Punch / Penetration Shear Failure

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

PROSES KERUNTUHAN

Menyerupai GSF

Distinction between General Shear & Local Shear Failures 32

General Shear Failure Local/Punching Shear Failure

Occurs in dense/stiff soilΦ>36o, N>30, ID>70%, Cu>100 kPa

Occurs in loose/soft soilΦ<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

Beberapa teori kapasitas dukung tanah :

1. Terzaghi (dan contoh soal)

2. Skempton(dan contoh soal)

3. Meyerhoff (dan contoh soal)

4. Brinch Hansen (dan contoh soal)

5. Vesic (dan contoh soal)

BAB 2

TEORI KAPASITAS DUKUNG TANAH

Asumsi yang digunakan :1. Fondasi berbentuk memanjang tak berhingga (continous

footing)2. Tanah dasar homogen3. Berat tanah di atas dasar fondasi diganti dengan beban terbagi

rata Po = Df.4. Tahanan geser di atas dasar fondasi diabaikan5. Dasar fondasi kasar6. Bidang keruntuhan berupa lengkung spiral logaritmis dan linier7. Baji tanah yang terbentuk di dasar fondasi dalam kedudukan

elastis dan bergerak bersama – sama dengan dasar fondasi8. Pertemuan antara sisi baji dan dan dasar fondasi membentuk

sudut ()sebesar sudut gesek dalam tanah ()9. Berlaku prinsip superposisi

Teori Terzaghi (1943)

Terzaghi (1943)

NBNpNcq qocu ...5,0.. Persamaan Umum :

dengan .fo Dp

Dari mana asal persamaan ini ????

I

IIII

III IIIA B

Ppn

Pp

ccPpn

Pp

H

G E

F

D

.Df

B

Pu

analisis Terzaghi)

Terzaghi (1943)

sin...2)cos(..2 cBDPWP pu

cos.2

BBD

tgcBPtgBqB pu ...2...41. 2

1

2

3

B

Pp

c

E

F

D

.Df

B

Pu

analisis Terzaghi)

W

dengan :

Pp : tekanan pasif total yang bekerja pada bidang BD dan AD

W : berat baji tanah ABD per satuan panjang

= ¼.B2..tg

c: kohesi tanah

B : sudut antara bidang BD dan BA

uqBPu .

= cos

Pp = Ppc + Ppq + Pp

Pp Tekanan Tanah Pasif Total

B

1

2

3B

Pp

E

F

D

.Df

Pu

analisis Terzaghi)

Ppn

B/2

H

c.H.Kpc

= D

B

akibat kohesi (Ppc)

H/2

B/2

H = B/2.tg

1/2..H2.Kp

= D

B

akibat Berat Tanah (Pp)

B/2

H

po.H.Kpq

= D

B

akibat beban terbagi rata (Ppq)

H/2

Ppc : tahanan tanah pasif dari komponen kohesi tanah (BDEF)

Ppq : tahanan tanah pasif akibat beban terbagi rata di atas dasar fondasi (di atas BF)

Pp : tahanan tanah pasif akibat berat tanah

(BDEF)

Terzaghi (1943)

cos.cos.coscos pppn

pnpnp PPP

PPP

Tekanan tanah pasif yang bekerja tegak lurus (arah normal) sisi baji tanah (BD) adalah Ppn

sin.

2

1..

sin2 p

pqopcpn

KHKpKc

HP

dengan H = ½.B.tg dansudut antara bidang DB dan BF)

Kpc : koefisien tekanan tanah pasif akibat kohesi

Kpq : koefisien tekanan tanah pasif akibat beban terbagi rata

Kp koefisien tekanan tanah pasif akibat berat tanah di atas dasar fondasi

Gesekan antara tanah dan bidang BD menyebabkan arah Pp miring sebesar

Nilai = karena gesekan terjadi antara tanah dan tanah

Terzaghi (1943)

Persamaan umum Pp menjadi :

ppqopcp Ktg

BKpKcB

P

22

2 cos.

8

1..

cos2

tgcBPtgBqB pu ...2...41. 2

Substitusi Pp ke Persamaan di bawah ini

Akan menghasilkan

1

cos...4

1cos

.cos

.2

222

ppqo

pc KtgB

KpBtg

KcBPu

Terzaghi (1943)

qqqq qcu

Secara singkat :

NBNpNcq qocu ...5,0..

Persamaan Umum Kapasitas Dukung Tanah untuk Fondasi Memanjang menurut Teori Terzaghi (1943) :

Df.dengan :

qu : kapasitas dukung ultimit tanah untuk fondasi memanjang (kPa)

c : kohesi (kPa)

Df : kedalaman fondasi (m)

berat volume tanah (kN/m

Po : tekanan over burden pada dasar fondasi (kPa)

Nc, Nq, Nfaktor kapasitas dukung tanah Terzaghi

Terzaghi (1943)Nilai Nc, Nq dan N dapat dicari dari :

1. Grafik Hubungan dan Nc, Nq dan NTerzaghi, 1943

2. Secara analitis

Grafik Hubungan dan Nc, Nq dan Nuntuk sembarang Terzaghi, 1943

Tabel nilai-nilai faktor kapasitas dukung tanah Terzaghi

Terzaghi (1943)

(o)

General Shear Failure

Local Shear Failure

Nc Nq N N’c N’q N’

051015202530343540454850

5,77,39,612,917,725,137,252,657,895,7172,3258,3347,6

1,01,62,74,47,412,722,536,541,481,3173,3287,9415,1

0,00,51,22,55,09,719,735,042,4100,4297,5780,11153,

2

5,76,78,09,711,814,819,023,725,234,951,266,881,3

1,01,41,92,73,95,68,311,712,620,535,150,565,6

0,00,20,50,91,73,25,79,010,118,837,760,487,1

Korelasi parameter kapasitas dukung tanah antara keruntuhan geser umum dan keruntuhan geser lokal

Terzaghi (1943)

tg ’ = (2/3) tg c’ = (2/3) c

dengan ’ : sudut gesek internal tanah pada local shear failurec’ : kohesivitas tanah pada local shear failure

NBNpNcq qocu ...5,0..

Persamaan kapasitas dukung tanah untuk Local Shear Failure

dengan N’c, N’q dan N’ adalah parameter kapasitas dukung tanah Terzaghi untuk local shear failure

Beberapa istilah dalam kapasitas dukung tanah menurut Terzaghi :

Tekanan fondasi totalTekanan fondasi nettoKapasitas dukung tanah ultimitKapasitas dukung tanah ultimit nettoKapasitas dukung tanah perkiraanKapasitas dukung tanah izinFaktor aman

Terzaghi (1943)

Terzaghi (1943)

Pengaruh Bentuk Fondasi pada Persamaan Kapasitas Dukung Tanah

1. Fondasi Lajur Memanjangkapasitas dukung ultimit (qu) qu = c.Nc + po.Nq + 0,5.B.N

kapasitas dukung ultimit netto (qun) qu = c.Nc + po.(Nq -1)+ 0,5.B.N

2. Fondasi Berbentuk Bujur Sangkarkapasitas dukung ultimit (qu) qu = 1,3.c.Nc + po.Nq + 0,4.B.N

kapasitas dukung ultimit netto (qun) qu = 1,3.c.Nc + po.(Nq -1)+ 0,4.B.N

3. Fondasi Berbentuk Lingkaran kapasitas dukung ultimit (qu) qu = 1,3.c.Nc + po.Nq + 0,3.B.N

kapasitas dukung ultimit netto (qun) qu = 1,3.c.Nc + po.(Nq -1)+ 0,3.B.N

4. Fondasi Berbentuk Empat Persegi Panjang qu = c.Nc (1+0,3.B/L) + po.Nq + 0,5.B. NBL

Terzaghi (1943)

Pengaruh keberadaan air tanah pada Persamaan Kapasitas Dukung Tanah

B

Df

z

dw

mat

(1)

Persamaan Umum :

NBNpNcq qocu ...5,0..

Suku ke-1 Suku ke-2 Suku ke-3

Kondisi 1

muka air tanah terletak sangat dalam (jauh di bawah dasar fondasi) z >>B, maka :

pada suku ke-2 nilai po = Df.b

pada suku ke-3 nilai adalah b atau d

paremeter kuat geser yang digunakan adalah dalam tinjauan tegangan efektif (c’ dan ’)

B

z dw

mat

Df

(2)

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.b

pada suku ke-3 nilai adalah rt karena zona geser di bawah fondasi sebagian terendam

air.

sehingga rt = ’ + (z/B)(b-’)

B

dwDf

(3)

Terzaghi (1943)

Kondisi 3

muka air tanah terletak pada dasar fondasi maka :

pada suku ke-2 nilai po = Df .b

pada suku ke-3 nilai adalah ’ (karena zona geser di bawah

fondasi sepenuhnya terendam air)

Df

B

dw

(4)

Kondisi 4

muka air tanah terletak di atas dasar fondasi maka :

pada suku ke-2 nilai po = ’(Df - dw) + bdw

pada suku ke-3 nilai adalah ’ (karena zona geser di bawah

fondasi sepenuhnya terendam air)

Terzaghi (1943)

Df

B

(5)

Kondisi 5

muka air tanah di permukaan maka :

pada suku ke-2 nilai po = ’.Df

pada suku ke-3 nilai adalah ’ (karena zona geser di bawah

fondasi sepenuhnya terendam air)