Transcript Kapasitas Dukung Tanah Soil Bearing Capacity)

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
PENDAHULUAN
Konsep Dasar
Kapasitas Dukung Tanah :
Kemampuan tanah dalam menahan beban yang
bekerja padanya
Sumber beban :
1. Fondasi  transfer beban dari struktur di
atasnya
2. 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 :
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)
Proses Keruntuhan Tanah Dasar
Beban
Penurunan
Fase 1 :
S1
I
S2
II
S3
III
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
Penurunan
Beban
zona plastis
S1
I
S2
II
S3
Fase 2 :
III
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
Penurunan
Beban
S1
I
S2
II
S3
Bidang runtuh
(failure plane)
III
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)
C
A
B
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.
General Shear Failure
KARAKTER KERUNTUHAN
1. Kondisi keseimbangan plastis
terjadi penuh di atas failure plane
2. Muka tanah di sekitarnya
mengembang naik
C
A
B
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
Local Shear Failure
KARAKTER KERUNTUHAN
Bidang runtuh yang terbentuk tidak
sampi ke permukaan tanah
Pergerakan fondasi bersifat tenggelam
 terjadi pada tanah dengan
kompresibilitas tinggi
C
A
B
Mampatnya tanah tidak sampai
mengakibatkan tercapainya
kedudukan kritis tanah keruntuhan
tanah
Zona plastis tidak berkembang
Kuat dukung ultimit tanah (qult) susah
diamati
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
BAB 2
TEORI KAPASITAS DUKUNG TANAH
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)
Teori Terzaghi (1943)
Asumsi yang digunakan :
1. Fondasi berbentuk memanjang tak berhingga (continous
footing)
2. Tanah dasar homogen
3. Berat tanah di atas dasar fondasi diganti dengan beban terbagi
rata Po = Df.g
4. Tahanan geser di atas dasar fondasi diabaikan
5. Dasar fondasi kasar
6. Bidang keruntuhan berupa lengkung spiral logaritmis dan linier
7. Baji tanah yang terbentuk di dasar fondasi dalam kedudukan
elastis dan bergerak bersama – sama dengan dasar fondasi
8. Pertemuan antara sisi baji dan dan dasar fondasi membentuk
sudut (b)sebesar sudut gesek dalam tanah (j)
9. Berlaku prinsip superposisi
Terzaghi (1943)
B
Pu
b  j (analisis Terzaghi)
g.Df
b
H
I
A
Ppn
III
II
j
Pp
c
B
c
D
j
Pp
Ppn
45-j/2
II
G
Persamaan Umum :
dengan
III
E
qu  c.N c  po .N q  0,5.B.g .N g
po  D f .g
Dari mana asal persamaan ini ????
45-j/2
F
Terzaghi (1943)
B
Pu
b  j (analisis Terzaghi)
g.Df
b
1
D
45-j/2
B
W
c
Pp
3
45-j/2
Pu  W  2.Pp . cos( b - j )  2.BD.c. sin b
F
Pu  B.qu
B
BD 
2. cos b
2
E
dengan :
b= j  cos (b-j)  1
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.qu  1 .B 2 .g .tgj  2.P p  B.c.tgj
4
B/
B
Pu
b
1
45-j/
B
D
Pp
H
g.Df
2
3
45-j/
2
akibat kohesi (Ppc)
D
2
d=f
F
c.H.Kpc
Ppn
2
E
B/
H
akibat beban terbagi rata (Ppq)
D
Pp = Ppc + Ppq + Ppg
d=f
po.H.Kpq
B/
Ppc : tahanan tanah pasif dari komponen
kohesi tanah (BDEF)
Ppg : tahanan tanah pasif akibat berat tanah
B
2
Pp  Tekanan Tanah Pasif Total
Ppq : tahanan tanah pasif akibat beban
terbagi rata di atas dasar fondasi
(di atas BF)
2
j
H/
(BDEF)
B
j
H/
b  j (analisis Terzaghi)
2
H=
B/
2.tg
2
j
f
B
akibat Berat Tanah (Ppg)
D
d=f
1/
2
2.g.H .Kpg
Terzaghi (1943)
Tekanan tanah pasif yang bekerja tegak lurus (arah normal) sisi baji tanah (BD)
adalah Ppn
K pg 
H
1
2
Ppn 
c.K pc  po .K pq  g .H 

sin 
2
 sin  


dengan H = ½.B.tg j dan   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
Pp 
Ppn
cos d

Ppn
cos j

Ppn  Pp . cos d  Pp . cos j
Terzaghi (1943)
Persamaan umum Pp menjadi :
Pp 
B
1
2  tgj 
c
.
K

p
.
K

g
.
B
K pg
pc
o
pq


2
2
2 cos j
8
 cos j 


Substitusi Pp ke Persamaan di bawah ini
B.qu  1 .B 2 .g .tgj  2.P p  B.c.tgj
4
Akan menghasilkan
 K pc

 K pq  1
 K pg

2
Pu  B.c 

tg
j

B
.
p

.
B
.
g
.
tg
j
1
o




2
2
2
4
cos
j


 cos j 
 cos j

Terzaghi (1943)
Secara singkat :
qu  qc  qq  qg
Persamaan Umum Kapasitas Dukung Tanah untuk Fondasi Memanjang menurut
Teori Terzaghi (1943) :
qu  c.N c  po .N q  0,5.B.g .N g
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
Terzaghi (1943)
Nilai Nc, Nq dan Ng dapat dicari dari :
1. Grafik Hubungan j dan Nc, Nq dan Ng (Terzaghi, 1943)
2. 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)
0
5
10
15
20
25
30
34
35
40
45
48
50
General Shear Failure
Local Shear Failure
Nc
Nq
Ng
N’c
N’q
N’g
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
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
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
qu  c.N c  po .N q  0,5.B.g .N g
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
4. 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 :
qu  c.N c  po .N q  0,5.B.g .N g
Df
Suku ke-1 Suku ke-2
Suku ke-3
B
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’)
dw
z
mat
(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’)
Df
B
dw
z
mat
(2)
Terzaghi (1943)
Kondisi 3
dw
Df
muka air tanah terletak pada dasar fondasi maka :
pada suku ke-2  nilai po = Df .gb
B
pada suku ke-3  nilai g adalah g’ (karena zona
geser di bawah fondasi
sepenuhnya terendam air)
(3)
Kondisi 4
dw
Df
B
(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)
Terzaghi (1943)
Kondisi 5
muka air tanah di permukaan maka :
pada suku ke-2  nilai po = g’.Df
Df
B
(5)
pada suku ke-3  nilai g adalah g’ (karena zona
geser di bawah fondasi
sepenuhnya terendam air)