Bearing Capacity of Soils

( Daya Dukung Tanah )

Analisis daya dukung mempelajari kemampuan tanah dalam mendukung beban

fondasi struktur yang terletak di atasnya. Daya dukung menyatakan tahanan geser tanah

untuk melawan penurunan akibat pembebanan, yaitu tahanan geser yang dapat dikerahkan

oleh tanah disepanjang bidang-bidang gesernya.

Perancangan fondasi harus dipertimbangkan terhadap keruntuhan geser dan

penurunan yang berlebihan. Untuk itu perlu dipenuhi dua kriteria yaitu: kriteria stabilitas dan

kriteria penurunan.

Persyaratan-persyaratan yang harus dipenuhi dalam perancangan fondasi adalah:

1. Faktor aman terhadap keruntuhan akibat terlampauinya daya dukung harus dipenuhi.

Dalam hitungan daya dukung, umumnya digunakan factor aman 3.

2. Penurunan fondasi harus masih dalam batas-batas nilai yang ditoleransikan.

Khususnya penurunan yang tidak seragam ( differential settlement ) harus tidak

mengakibatkan kerusakan pada struktur.

Untuk terjaminnya stabilitas jangka panjang, perhatian harus diberikan pada peletakan

dasar fondasi. Fondasi harus diletakkan pada kedalaman yang cukup untuk menanggulangi

resiko erosi permukaan, gerusan, kembang susut tanah, dan gangguan tanah di sekitar fondasi

lainnya.

Analisis-analisis daya dukung, dilakukan dengan cara pendekatan untuk memudahkan

hitungan. Persamaan-persamaan yang dibuat, dikaitkan dengan sifat-sifat tanah dan bentuk

bidang geser yang terjadi saat keruntuhan. Analisisnya dilakukan dengan menganggap bahwa

tanah berkelakuan sebagai bahan bersifat plastis. Konsep ini pertama kali diperkenalkan oleh

Prandtl (1921), yang kemudian dikembangkan oleh Terzaghi (1943), Meyerhof (1955), De

Beer dan Vesic (1958). Persamaan-persamaan daya dukung tanah yang diusulkan, umumnya

didasarkan pada persamaan Mohr-Coulomb :

τ = c + σ tg φ

dengan:

τ = tahanan geser tanah

c = kohesi

σ = tegangan normal

φ = sudut gesek dalam tanah

A. Analisis Terzaghi

Terzaghi (1943) menganalisis daya dukung tanah dengan anggapan yaitu :

1. Fondasi memanjang tak terhingga.

2. Tanah di dasar fondasi homogen.

3. Berat tanah di atas dasar fondasi dapat digantikan dengan beban terbagi merata

sebesar po = Dfγ, dengan Df adalah kedalaman dasar fondasi dan γ adalah berat

volume tanah di atas dasar fondasi.

4. Tahanan geser tanah di atas dasar fondasi diabaikan.

5. Dasar fondasi kasar.

6. Bidang keruntuhan terdiri dari lengkung spiral logaritmis dan linier.

7. Baji tanah yang terbentuk di dasar fondasi dalam kedudukan elastik dan bergerak

bersama-sama dengan dasar fondasinya.

8. Pertemuan antara sisi baji dan dasar fondasi membentuk sudut sebesar sudut gesek

dalam tanah φ.

9. Berlaku prinsip superposisi.

Terzaghi merumuskan daya dukung ultimit sebagai berikut:

1. Untuk kondisi keruntuhan geser umum (general shear failure)

a. Fondasi memanjang (continuous foundation)

qu = cNc + Df γNq + 0,5γBNγ

b. Fondasi bujur sangkar (square foundation)

qu = 1,3cNc + Df γNq + 0,4γBNγ

c. Fondasi lingkaran (round foundation)

qu = 1,3cNc + Df γNq + 0,3γBNγ

d. Fondasi empat persegi panjang

qu = cNc ( 1+ 0,3

BL

)+ Df γNq + 0,5γBNγ( 1-0,2

BL

)

Keterangan:

qu = daya dukung ultimit

c = kohesi tanah

Dfγ = po = tekanan overburden (tekanan vertikal pada dasar fondasi, yaitu

tekanan akibat dari berat tanah di sekitar fondasi).

Df = kedalaman fondasi

γ = berat volume tanah

B = lebar atau diameter fondasi

L = panjang fondasi

Nc, Nq, Nγ = faktor daya dukung Terzaghi

-Nilai-nilai dari Nc, Nq, Nγ tergantung pada sudut gesek dalam tanah (φ).

-Nilai kohesi yang digunakan adalah kohesi rata-rata tanah di bawah dasar

fondasi.

-Berat volume tanah (γ) yang digunakan untuk menghitung Dfγ adalah berat

volume tanah di atas dasar fondasi. Jika di permukaan tanah terdapat beban

terbagi rata qo, maka persamaan daya dukung ultimit menjadi :

qu = cNc + ( Df γ + qo) Nq + 0,5γBNγ

2. Untuk kondisi keruntuhan geser lokal (local shear failure)

a. Fondasi memanjang (continuous foundation)

qu = c’Nc’ + Df γNq’ + 0,5γBNγ’

b. Fondasi bujur sangkar (square foundation)

qu = 1,3c’Nc’ + Df γNq’ + 0,4γBNγ’

c. Fondasi lingkaran (round foundation)

qu = 1,3c’Nc’ + Df γNq’ + 0,3γBNγ’

Keterangan:

c’ =

23

c

Nc’, Nq’, Nγ’ adalah faktor-faktor daya dukung pada keruntuhan geser lokal

yang nilainya dapat dilihat pada tabel daya dukung Terzaghi dengan

mengambil:

φ’ = arc tg (

23

tgφ)

Pengaruh Air Tanah

Berat volume tanah sangat dipengaruhi oleh kadar air dan kedudukan air tanah. Oleh karena

itu, hal tersebut berpengaruh pula pada daya dukungnya.

1. Jika muka air tanah sangat dalam dibandingkan dengan lebar fondasinya (z > B),

dengan z adalah jarak muka air tanah di bawah dasar fondasi, maka nilai γ dalam

suku ke-2 dari persamaan daya dukung dipakai γb atau γd, demikian pula dalam suku

persamaan ke-3 dipakai nilai γb atau γd.

2. Bila muka air tanah terletak di atas atau sama dengan dasar fondasinya, nilai berat

volume tanah yang dipakai dalam suku persamaan ke-3 harus berat volume efektifnya

(γ’), karena zona geser yang terletak di bawah fondasi sepenuhnya terendam air. Pada

kondisi ini, nilai po(Dfγ ) pada suku persamaan kedua menjadi:

γ’(Df – dw) + γbdw

dengan γ’= γsat – γw, dan dw = kedalaman muka air tanah dari permukaan

3. Jika muka air tanah di permukaan atau dw = 0 maka γ pada suku persamaan ke-2

digantikan dengan γ’. Sedang γ pada suku persamaan ke-3 dipakai berat volume tanah

efektifnya (γ’).

4. Jika muka air tanah terletak pada kedalaman z di bawah dasar fondasi (z < B), nilai γ

pada suku persamaan ke-2 digantikan dengan γb bila tanahnya basah, dan diganti

dengan γd bila tanahnya kering. Karena masa tanah dalam zona geser sebagian

terendam air, berat volume tanah yang diterapkan dalam suku ke-3 dari persamaan

daya dukung, dapat didekati dengan:

γrt = γ’ + (

zB

)(γb – γ’)

dengan γrt = berat volume tanah rata-rata

(a) (b) (c)

Gambar pengaruh muka air tanah pada daya dukung

Definisi-Definisi dalam Perancangan Fondasi

1. Tekanan overburden total (total overburden pressure) adalah intensitas tekanan total

yang terdiri dari berat material di atas dasar fondasi total, yaitu berat tanah dan air

sebelum fondasi dibangun.

2. Daya dukung ultimit neto (net ultimate bearing capacity)(qun) adalah nilai intensitas

beban fondasi saat tanah akan mengalami keruntuhan geser, dinyatakan dengan

persamaan:

qun = qu - Dfγ

3. Tekanan fondasi total (total foundation pressure) adalah intensitas tekanan total pada

tanah di dasar fondasi, sesudah struktur selesai dibangun dengan pembebanan penuh.

Beban-beban termasuk berat fondasi, berat struktur atas, dan berat tanah urugan

termasuk air di atas dasar fondasinya.

4. Tekanan fondasi neto (net foundation pressure)(qn) adalah tambahan tekanan pada

dasar fondasi, akibat beban mati dan beban hidup dari strukturnya. Secara umum

dinyatakan dengan persamaan: → qn = q - Dfγ

5. Daya dukung diizinkan (allowable bearing capacity)(qa) adalah tekanan fondasi

maksimum yang dapat dibebankan pada tanah, sedemikian sehingga kedua

persyaratan keamanan terhadap daya dukung dan penurunannya terpenuhi.

6. Faktor aman(F) dalam tinjauan daya dukung ultimit neto, didefinisikan sebagai:

F=qun

qn

=qu−D f γ

q−D f γ

7. Daya dukung aman (safe bearing capacity)(qs) didefinisikan sebagai tekanan fondasi

total ke tanah maksimum yang tidak mengakibatkan risiko keruntuhan daya dukung,

dengan:

Fondasi pada Tanah Pasir

Tanah granuler, seperti tanah pasir dan kerikil, tidak berkohesi (c = 0), atau mempunyai

kohesi namun sangat kecil hingga dalam hitungan daya dukung sering diabaikan.

Untuk tanah tidak berkohesi, persamaan umum daya dukung ultimit Terzaghi akan menjadi

sebagai berikut:

1. Fondasi memanjang (continuous foundation)

qu = poNq + 0,5γBNγ

2. Fondasi bujur sangkar (square foundation)

qu = poNq + 0,4γBNγ

qs=qun

F+D f γ

3. Fondasi lingkaran (round foundation)

qu = poNq + 0,3γBNγ

4. Fondasi berbentuk empat persegi panjang

qu = poNq + 0,5γBNγ (1-0,2

BL

)

keterangan:

B = lebar atau diameter fondasi

L = panjang fondasi

po = Dfγ = tekanan overburden pada dasar fondasi

Df = kedalaman fondasi

γ = berat volume tanah granuler

Nq, Nγ = faktor-faktor daya dukung

B. Analisis Meyerhof

Meyerhof (1963) dan Brinch Hansen (1970) memberikan persamaan daya dukung dengan

mempertimbangkan bentuk fondasi, kemiringan beban dan kuat geser tanah di atas dasar

fondasinya, sebagai berikut:

qu = scdciccNc + sqdqiqpoNq + sγdγiγ 0,5B’γNγ

dengan:

qu = daya dukung ultimit

Nc, Nq, Nγ = faktor daya dukung untuk fondasi memanjang

sc, sq, sγ= faktor bentuk fondasi (tabel)

dc, dq, dγ = faktor kedalaman fondasi (tabel)

ic, iq, iγ = faktor kemiringan beban (tabel)

B’ = lebar fondasi efektif

po = Dfγ = tekanan overburden pada dasar fondasi

Faktor-faktor daya dukung yang diberikan oleh Meyerhof (1963) dan Hansen (1970)

hampir sama yaitu:

Nc = (Nq – 1) ctg φ

Nq = tg2 (45o +

ϕ2

)e(π tg ϕ )

Namun, ada perbedaan pada persamaan Nγ:

Nγ = (Nq – 1) tg (1,4 φ) (Meyerhof)

Nγ = 1,5(Nq – 1) tg φ (Hansen)

Jadi, intinya adalah setiap kita merancang suatu pondasi apapun itu bentuknya yang

perlu kita perhatikan/cermati adalah adalah daya dukung tanah (tahanan geser tanah untuk

melawan penurunan akibat pembebanan). Dan untuk terjaminnya stabilitas jangka panjang,

perhatian harus diberikan pada peletakan dasar fondasi.

Sumber:

Teknik Fondasi 1 karangan Hary Christady Hardiyatmo