seri mata kuliah -...

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


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


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


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


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


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


Tabel 1. Hasil perbandingan perhitungan dayadukung tanah (Bowles, 1984)

7


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


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


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


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


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


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


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.

seri mata kuliah -...

Documents