seri mata kuliah -...
TRANSCRIPT
1
Zufialdi Zakaria/GEOTEKNIK-D1F322 Fondasi
Zufialdi Zakaria
Laboratorium Geologi Teknik Jurusan Geologi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Padjadjaran
2006
Seri Mata Kuliah
1
Zufialdi Zakaria/GEOTEKNIK-D1F322 Fondasi
DAYADUKUNG TANAH FONDASI DANGKAL (1)
Zufialdi Zakaria LAB. GEOLOGI TEKNIK JURUSAN GEOLOGI-FMIPA UNPAD 2006
1. Pendahuluan
1.1. Tujuan Instruksional Khusus
Setelah mengikuti kuliah ini, mahasiswa dapat :
• menentukan nilai-nilai berbagai dayadukung berdasarkan berbagai harga parameter ketahanan dan fisik tanah.
• membuat rancangbangun berba-gai jenis fondasi dangkal tipe segiempat (square), lingkaran (circular), dan lajur (continous)
1.2 Bahan
• Rumus-rumus dayadukung tanah untuk tipe fondasi square, circular, & continous
• Faktor keamanan pada daya dukung
• Program komputer untuk dayadu-kung tanah fondasi dangkal
1.3. Latihan
• Menentukan/menghitung dayadukung tanah yang diijinkan q(a) maupun dayadukung tanah batas q(ult)
• Menentukan jenis/tipe fondasi untuk kekuatan dayadukung tanah yang ditentukan
2. Definisi Fondasi
Fondasi merupakan bagian paling
bawah dari suatu konstruksi bangunan yang
berfungsi untuk menyalurkan beban langsung
dari struktur bangunan tersebut ke lapisan
tanah di bawahnya. Suatu fondasi harus
memenuhi beberapa persyaratan dasar, yaitu:
a) Memiliki Faktor keamanan (biasanya 2 atau
3). Faktor keamanan dimaksudkan agar
aman terhadap kemungkinan keruntuhan
geser. Dengan F = 2 (Faktor keamanan =
2), maka kekuatan tanah yang diijinkan
dalam mendukung suatu fondasi
mempunyai nilai dua kali dari dayadukung-
batasnya.
b) Bila terdapat penurunan fondasi
(settlement) yang dapat terjadi, maka
penurunan tersebut harus masih berada
dalam batas-batas toleransi, artinya besar
penurunan masih ada dalam batas normal.
c) Penurunan sebagian (differential
settlement) tidak boleh menyebabkan
kerusakan serius atau mempengaruhi
struktur bangunan.
Dalam perancangan suatu fondasi
(dengan jenis yang dapat dipilih), diperlukan
perhitungan kekuatan tanah untuk mengetahui
besar dayadukung-tanah bagi peletakan
struktur bangunan, dengan demikian beban
konstruksi bangunan semestinya telah
diantisipasi sejak dini, yaitu beban konstruksi
bangunan dirancang agar tidak melampaui
dayadukung tanah yang bersangkutan.
1
Zufialdi Zakaria/GEOTEKNIK-D1F322 Fondasi
Keterangan : Df = kedalaman fondasi (m); B = lebar fondasi (m); L = panjang fondasi (m)
Gambar 1. Potret dan diagram skematik salah satu fondasi langsung: jenis lajur atau menerus (Koerner, 1984) Antara kekuatan dayadukung tanah
dengan beban dikenal beberapa kondisi.
Untuk kondisi ‘seimbang’ dikenal istilah
ultimate bearing capasity (qult, dayadukung
batas). Untuk kondisi aman, dikenal allowable
bearing capacity (qa, dayadukung-ijin dengan
melibatkan Faktor Keamanan (F= 2 s.d. 5)
yang dikehendaki.
Peletakan fondasi untuk menopang
bangunan (infra-struktur) merupakan masalah
yang dihadapi dalam setiap perencanaan
bangunan bertingkat maupun bangunan dasar.
Tanpa perencanaan maka beban bangunan
yang melampaui dayadukung tanah dapat
menyebabkan keruntuhan tanah akibat beban
sehubungan dengan fondasi, yaitu:
1. General shear failure (keruntuhan geser
menyeluruh dari tanah di bawah fondasi),
2. Local shear failure (keruntuhan geser
setempat dari tanah bawah fondasi)
3. Punching shear failure (keruntuhan geser
setempat ke arah bawah fondasi)
Bentuk/tipe fondasi dapat direncana-
kan. Jenisnya bermacam-macam bergantung
keperluan dan rancangbangun yang telah di-
pertimbangkan. Untuk fondasi dangkal dikenal
fondasi tapak (spread foundation) dengan
beberapa bentuk: lajur (continous), persegi/
segi-empat (square), dan melingkar (round,
circular). Masing-masing bentuk fondasi
mempunyai cara perhitungan daya dukung
tanah batas (qult) yang berbeda-beda.
1
Zufialdi Zakaria/GEOTEKNIK-D1F322 Fondasi
Gambar 2. Jenis-jenis keruntuhan tanah akibat beban sehubungan dengan
fondasi, a) general shear, b) local shear, dan c) punching shear (Koerner, 1984)
Dalam tulisan ini, perhitungan
dayadukung tanah untuk fondasi dangkal
menggunakan program komputer bahasa
BASIC, sedang metoda untuk perhitungan
digunakan rumus dayadukung tanah menurut
Terzaghi. Berdasarkan Bowles (1984), nilai
daya dukung dari Terzaghi mempunyai nilai
paling aman bagi antisipasi keruntuhan lereng
beberapa kondisi fondasi.
Dari beberapa pengamatan, cara
Terzaghi sangat baik untuk tanah yang kohesif
dengan perbandingan kedalaman dan lebar
fondasi (= D/B) lebih kecil atau sama dengan
satu, terutama sangat baik untuk memperkira-
kan secara cepat besar dayadukung batas
(qult). Cara Hansen dan Meyerhof menghasil-
kan nilai bagi segala kondisi dan situasi yang
berlaku bergantung kepada pemilihan
pengguna. Cara Hansen dan Vesic terbaik
bagi kondisi tapak fondasi yang berada pada
lereng miring (lihat Bowles, 1984).
4
Zufialdi Zakaria/GEOTEKNIK-D1F322 Fondasi
3. Dayadukung Fondasi Dangkal
Dayadukung tanah adalah besarnya
tekanan atau kemampuan tanah untuk
menerima beban dari luasr sehingga menjadi
stabil. Kapasitas dayadukung pondasi dangkal
berhubungan dengan perancangan dalam
bidang geoteknik. Kriteria perancangan:
Kapasitas dayadukung fondasi dangkal harus
lebih besar atau sama dengan beban luar
yang ditrasnfer lewat sistem fondasi ke tanah
di bawah fondasi: q(ult) > σc yang terbaik jika
q(ult) 2 sampai 5 kali σc
Terzaghi mempersiapkan rumus dayadukung
tanah yang diperhitungkan dalam keadaan
ultimate bearing capacity, artinya: suatu batas
nilai apabila dilampaui akan menimbulkan
runtuhan (colapse). Oleh sebab itu
dayadukung yang dijinkan (allowable bearing
capacity) harus lebih kecil daripada ultimate
bearing capacity.
Dayadukung batas (qult, ultimate
bearing capacity; kg/cm2, t/m2) suatu tanah
yang berada di bawah beban fondasi akan
tergantung kepada kekuatan geser (shear
strength). Nilai daya dukung tanah yang
diijinkan (qa, allowable bearing capacity) untuk
suatu rancangbangun fondasi ikut melibatkan
faktor karakteristik kekuatan dan deformasi.
Beberapa model keruntuhan daya-dukung
tanah untuk fondasi dangkal telah
diprediksikan oleh beberapa peneliti (Lambe &
Whitman, 1979; Koerner, 1984; Bowles, 1984;
Terzaghi & Peck, 1993).
Dayadukung ijin (allowable bearing
capacity, qa) bergantung kepada seberapa
besar Faktor Keamanan (F) yang dipilih. Pada
umumnya nilai F yang dipilih adalah 2 hingga
5, sehingga nilai dayadukung yang diijinkan
adalah sebagai berikut:
qult
qa = ________ F
Pressure load
lateral pressure B lateral pressure
σσc σσc
q(ult)
Gambar 3. Gaya yang bekerja dalam suatu sistem fondasi
5
Zufialdi Zakaria/GEOTEKNIK-D1F322 Fondasi
q( a)
q(ult)
Gambar 4. Hubungan q(a) dan q(ult) dalam suatu sistem fondasi
Gambar 5. Skema kapasitas dayadukung tanah untuk jenis berbagai keruntuhan umum yang digunakan Terzaghi (menurut Terzaghi dalam Bowles, 1982)
Jika F = 3, ini berarti bahwa kekuatan
fondasi yang direncanakan adalah 3 kali
kekuatan dayadukung batasnya, sehingga
fondasi diharapkan aman dari keruntuhan.
Dengan kondisi qa < qult maka
tegangan kontak (σc) yang terjadi akibat
transfer beban luar ke tanah bagian bawah
fondasi menjadi kecil (sengaja dibuat kecil)
bergantung nilai F yang diberikan.
Fondasi dikategorikan dangkal
bilamana lebar fondasi (= B), sama atau lebih
besar dari jarak level muka tanah ke fondasi
atau D, kedalaman fondasi (Terzaghi & Peck,
1993; Bowles, 1984).
Berdasarkan eksperimen dan
perhitungan para peneliti terdahulu yaitu
Meyerhof, Hansen, Bala, Muhs dan Milovic
(dalam Bowles, 1984), terungkap bahwa hasil
perhitungan dayadukung metoda Terzaghi
menghasilkan nilai terkecil terutama pada
kondisi sudut geser dalam > 30o. Nilai terkecil
tersebut dinilai aman dalam antisipasi
keruntuhan tanah atau kegagalan fondasi
(Bowles, 1984). Pada eksperimen Miloniv
(dalam Bowles, 1984) dengan sudut geser
dalam < 30o, didapatkan hasil yang tak jauh
berbeda dengan hasil perhitungan nilai secara
teoritis cara Terzaghi (Tabel 1). Rumus
Terzaghi dapat dilihat (Tabel 2) .
6
Zufialdi Zakaria/GEOTEKNIK-D1F322 Fondasi
Tabel 1. Hasil perbandingan perhitungan dayadukung tanah (Bowles, 1984)
7
Zufialdi Zakaria/GEOTEKNIK-D1F322 Fondasi
Tabel 2. Kapasitas dayadukung tanah untuk beberapa jenis fondasi menurut cara Terzaghi.
Jenis Fondasi Kapasitas dayadukung (Terzaghi)
Lajur/menerus
qult = c.Nc + q.Nq + 0,5 γγ B Nγγ
Segi empat
qult = 1,3 c.Nc + q.Nq + 0,4 γγ B Nγγ
Lingkaran
qult = 1,3 c.Nc + q.Nq + 0,3 γγ B Nγγ
Keterangan :
qult = ultimate soil bearing capacity c = kohesi tanah q = γ x D (bobot satuan isi tanah x kedalaman) B = dimensi lebar atau diameter fondasi φ = sudut geser dalam Nc, Nq , Nγ adalah Faktor dayadukung tanah yang bergantung kepada φ
Tabel 3. Faktor dayadukung tanah untuk persamaan Terzaghi _______________________________________________ φφ, o Nc Nq Nγγ
0
10
15
10
34
48
50
5.71
9.60
12.90
17.70
52.60
258.30
347.50
1.00
2.70
4.40
2.70
36.50
287.90
415.10
0.00
1.20
2.50
5.00
36.00
780.10
1153.20
4. Faktor Dayadukung Tanah Faktor daya dukung tanah bergantung
kepada sudut geser-dalam. Nc, Nq dan N �
merupakan konstanta Terzaghi yang didapat
dengan cara grafis (gambar 6) yang standar
dengan mencari nilai faktor dayadukung tanah
berdasarkan nilai sudut geser-dalam yang
didapat terlebih dahulu atau melihat tabel di
atas (Tabel. 3 ).
6
Zufialdi Zakaria/GEOTEKNIK-D1F322 Fondasi
Nilai faktor dayadukung tanah
Gambar 6. Nilai faktor dayadukung-tanah berdasarkan grafis
5. Hubungan Sifat Fisik-Mekanik Tanah dengan Dayadukung
Tanah berbutir halus yaitu lanau (silt),
lanau lempungan (clayey-silt) ataupun
lempung lanauan (silty-clay) berplastisitas
tinggi, mempunyai konsistensi berubah-ubah
menurut kadar air yang dikandungnya
(Bowles, 1989). Kohesi (c) menurun mengikuti
kenaikan kadar air tanah (ω). Disamping itu
sudut geser dalam (φ ) juga menurun bila
kadar air tanah meningkat. Dengan demikian
kekuatan tanah juga akan menurun. Daya
dukung tanah untuk fondasi dangkal (Bowles,
1984) bergantung dari kohesi (c) dan sudut
geser dalam (φ ). Nilai kohesi dan sudut geser-
dalam tinggi pada massa tanah yang
berkondisi kering atau kondisi kadar air tanah
tak berpengaruh pada fondasi.
Pada musim hujan, peningkatan kadar
air di dalam tanah akan meningkatkan tekanan
air pori (µ ) yang arahnya berlawanan dengan
kekuatan ikatan antar butir (kohesi).
Disamping itu jarak antar butir relatif menjadi
lebih berjauhan sehingga baik kohesi maupun
sudut geser dalam menurun.
Menurut (Brunsden & Prior, 1984)
kadar air berhubungan dengan masing-masing
kedua peubah (c dan φ) tersebut. Sementara
itu kedalaman fondasi diikuti oleh kenaikan
dayadukung, tetapi pada kondisi terdapat air
tanah, dayadukung akan menurun, karena c
dan φ cenderung menurun, juga peran bobot
satuan isi tanah pada kondisi jenuh air akan
lebih kecil dari pada pada kondisi kering.
Pengaruh air tanah pada fondasi adalah
sebagai berikut:
MAT MAT
Gambar 7. Muka air tanah berada pada permukaan tanah
8
Zufialdi Zakaria/GEOTEKNIK-D1F322 Fondasi
a) Bila muka air tanah (MAT) berada pada permukaan tanah.
Bila muka air tanah (MAT) berada
pada permukaan tanah. Maka nilai bobot
satuan isi tanah (γ) akan dipengaruhi air tanah
sehingga γ yang dipakai adalah γjenuh. Pada
kondisi tersebut nilai q(ult) akan menjadi kecil.
maka γ menjadi γ ' (bobot satuan isi tanah
terendam air / di bawah muka air tanah) yang
nilainya γ ' = γ jenuh - γair , karena γ menjadi γ'
pada kondisi muka air tanah berada pada
permukaan tanah, maka :
1) qult menjadi kecil dibanding tanpa MAT
2) γ.B.Nγ menjadi γ '.B.Nγ
3) γ.D.Nq menjadi γ '.D.Nq
b) Bila muka air tanah (MAT) berada di bawah elevasi fondasi
Bila Muka Air Tanah (MAT) berada di
bawah elevasi fondasi, maka γ yang dipakai
adalah γ kondisi basah (γwet), lihat gambar 8.
Tabel 4. Kapasitas dayadukung tanah untuk beberapa jenis fondasi
dengan kondisi MAT di bawah fondasi.
Jenis Fondasi Kapasitas dayadukung (Terzaghi) Lajur/menerus
Segi empat
Lingkaran
qult = c.Nc + (γ' D).Nq + 0,5 γ' B Nγ
qult = 1,3 c.Nc + (γ' D).Nq + 0,4 γ' B Nγ
qult = 1,3 c.Nc + (γ' D).Nq + 0,3 γ' B Nγ
MAT
Gambar 8. Muka air tanah berada dibawah elevasi fondasi
9
Zufialdi Zakaria/GEOTEKNIK-D1F322 Fondasi
9. Contoh Soal
SOAL (1) : Diketahui :
Tanah dengan kondisi sbb.: γ = 1.7 t/m3 ; c = 0.01 t/m2; φ = 32o Nc = 20.9 ; Nq = 14.1 ; Nγ = 10.6 Ditanyakan: Berapa dayadukung tanah yang diijinkan bila fondasi tipe segiempat akan ditanam pada
kedalaman D=2 m dengan lebar B=1 meter. Faktor Ke-amanan yang diberikan F = 3. Tanah
mempunyai kondisi general shear.
Jawab:
Rumus kapasitas daya dukung fondasi dangkal bentuk segi-empat adalah:
qult = 1,3 c.Nc + q.Nq + 0,4 γ B Nγ qa = qult / F q = D x γ
= 2 x 1.7 = 3.4 t/m2
qult = 1,3 (0.01) (20.9) + (3.4)(14.1)+ 0,4 (1.7) (1) (10.6) = 0.2717 + 47.94 + 7.208 = 55.4197 t/m2
qa = 55.4197/ 3 = 18.473 t/m2
Maka :
dayadukung tanah yang diijinkan (qa) bila fondasi tipe segiempat akan ditanam pada kedalaman D=2
m dengan lebar/diameter fondasi B=1 meter adalah qa = 18.473 t/m2
SOAL (2) :
Fondasi square lebar B = 2,25 m diletakkan pada kedalaman D = 1,5 m tanah pasir, c (kohesi) tanah
pasir bernilai kecil (dianggap = 0), φ = 38o . Faktor dayadukung tanah: Nγ = 67 ; Nq = 49.
Faktor keamanan diambil F = 3.
a) Tentukan dayadukung tanah yang diijinkan bila muka air tanah berada di bawah elevasi fondasi
b) Tentukan q(a) bila muka air tanah berada pada permukaan tanah. Jika:
10
Zufialdi Zakaria/GEOTEKNIK-D1F322 Fondasi
γwet = 18 kN/m3 (yaitu γ di atas muka air tanah)
γjenuh = 20 kN/m3
γair = 9,8 kN/m3 Jawab :
a) Bila muka air tanah berada di bawah elevasi fondasi
qult = 1,3 c.Nc + q.Nq + 0,4 γ B Nγ = 0 + (D x γ) .Nq + 0,4 γ B Nγ = (18 x 1,5 x 49) + (0,4 x 18 x 2,25 x 67) = 1323 + 1085 = 2408 kN/m2
qa = qult / F = 2408 / 3 = 802,67 kN/m3
b) Bila muka air tanah berada pada permukaan tanah.
qult = 1,3 c.Nc + q'.Nq + 0,4 γ ' B Nγ = 0 + (D x γ ' ) .Nq + 0,4 γ ' B Nγ
γ ' = γ jenuh - γair = 20 - 9,8 = 10,2 kN/m3
qult = (10,2 x 1,5 x 49) + (0,4 x 10,2 x 2,25 x 67) = 750 + 615 = 1365 kN/m3
qa = qult / F = 1365 / 3 = 455 kN/m3
catatan: Perlu diperhatikan mengenai konversi satuan. Contoh : 1 g/cm3 = 1 x 9,807 kN/m3 ; 1 kg/cm2 = 1 x 98,07 kN/m2
11
Zufialdi Zakaria/GEOTEKNIK-D1F322 Fondasi
SOAL (3) :
Diketahui : Tanah dengan kondisi sbb.: γ = 1.7 t/m3 ; c = 0.01 t/m2; φ = 32o Nc = 20.9 ; Nq = 14.1 ; Nγ = 10.6 Ditanyakan:
a) Berapa lebar fondasi tipe segiempat yang akan ditanam pada tanah kondisi umum dengan
kedalaman D = 2,0 m. Nilai dayadukung yang diijinkan = 20 T/M2. Faktor Keamanan yang
diberikan F = 3.
b) Berapa diameter fondasi bila tipe fondasi yang diinginkan pada soal 3a di atas adalah bentuk
lingkaran?
Jawab:
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
12
Zufialdi Zakaria/GEOTEKNIK-D1F322 Fondasi
SOAL (4) :
Konversi dari suatu satuan ke satuan lainnya sangat diperlukan dalam perhitungan faktor keamanan.
Carilah berapa nilai masing-masing seusi dengan nilai satuan yang telah dicantumkan (diketahui).
1. ...... kg/cm2 40 kg/m2 ......... kN/m2 2 ........ton/m3 ....... g/cm3 12,67 KN/m3
3 1.55 g/cm3 ....... ton/m3 .......... kN/m3 4 .... ton/m2 ....... kg/cm2 18.72 kN/m2 5 13 ton/m2 ....... kg/cm2 .......... kN/m2 6. 12 kg/m2 ....... kg/cm2 .......... kN/m2 7. 1.633 ton/m3 ....... g/cm3 .......... kN/m3
9. Cara perhitungan dengan SOILCOM2
SOILCOM2 menggunakan bahasa
BASIC. Perangkat lunak disimpan pada drive
A, atau pada window explorer klik dua kali
pada file GWBASIC, atau keluar dari system
window dengan cara meng-klik MS-Prompt
untuk memilih drive tempat disket perangkat
lunak disimpan, kemudian dilakuakn cara
sebagai berikut :
1) Pada drive A, cari file GWBASIC. Ketik
A>GWBASIC [enter], mulai masuk dalam
bahasa BASIC.
2) Untuk mengetahui isi file ketik files [enter].
File-file dalam disket akan ditampilkan.
3) Ambil file program SOILCOM2 dengan
cara menulis load"SOILCOM2" [enter], jika
sudah OK jalankan program komputer
dengan cara menekan F2, atau menulis
run"SOILCOM2" [enter]
4) Pilih program yang diinginkan dalam
menu. Tekan 3 atau Q(ult)-Program dan
ikuti petunjuknya.
5) Cara lain adalah ketik pada prompt A
sebagai berikut:
A>GWBASIC SOILCOM2 [enter]
langsung menuju menu kemudian pilih
program yang diinginkan.
8. Daftar Pustaka
Bowles, J.E., 1984, Foundation Analyisis and Design, McGraw-Hill Intl. Book Co., Singapore, 3rd edition, p. 8, p130-143
Bowles, J.E., 1989, Sifat-sifat Fisis dan geo- teknis Tanah, Edisi 2, Penerbit Erlang- ga, Jakarta, 561 hal.
Brunsden, D., & Prior, D.B., 1984, Slope In- stability, John Willey & Sons, Ltd., NY, 620 p.
Craig, R.F., 1994, Mekanika Tanah, Penerbit Erlangga, jakarta, Hal. 261-271
Koerner, R. M., 1984, Construction & Geo- technical Methods in Foundation Engineering, McGraw - Hill Book Co., NY, pp. 1-55
Lambe, T.W., & Whitman, R. V., 1969, Soil Mechanic, John Willwy & Sons Inc., New York, 553 p.
Terzaghi, K., & Peck., R.B., 1993, Mekanika Tanah dalam Praktek Rekayasa, Penerbit Erlangga, Jakarta, 383 hal.