Zufialdi Zakaria - Blogs Unpad

dapat : • menentukan nilai-nilai berbagai dayadukung berdasarkan berbagai harga parameter ketahanan dan fisik tanah. • membuat rancangbangun berba- ga...

47 downloads 727 Views 1MB Size
1

Seri Mata Kuliah

Zufialdi Zakaria

Laboratorium Geologi Teknik Jurusan Geologi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Padjadjaran

2006 Zufialdi Zakaria/GEOTEKNIK-D1F322

Fondasi

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 berbagai 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 dayadukung 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

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 dayadukungbatasnya. 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

2. Definisi Fondasi Fondasi merupakan bagian paling

struktur bangunan, dengan demikian beban konstruksi bangunan semestinya telah diantisipasi sejak dini, yaitu beban konstruksi

bawah dari suatu konstruksi bangunan yang

bangunan dirancang agar tidak melampaui

berfungsi untuk menyalurkan beban langsung

dayadukung tanah yang bersangkutan.

dari struktur bangunan tersebut ke lapisan

Zufialdi Zakaria/GEOTEKNIK-D1F322

Fondasi

1

Keterangan :

Df = kedalaman fondasi (m);

Gambar 1.

B = lebar fondasi (m);

L = panjang fondasi (m)

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

2. Local shear failure (keruntuhan geser setempat dari tanah bawah fondasi) 3. Punching shear failure (keruntuhan geser setempat ke arah bawah fondasi)

batas). Untuk kondisi aman, dikenal allowable

Bentuk/tipe fondasi dapat direncana-

bearing capacity (qa, dayadukung-ijin dengan

kan. Jenisnya bermacam-macam bergantung

melibatkan Faktor Keamanan (F= 2 s.d. 5)

keperluan dan rancangbangun yang telah di-

yang dikehendaki.

pertimbangkan. Untuk fondasi dangkal dikenal

Peletakan fondasi untuk menopang

fondasi tapak (spread foundation) dengan

bangunan (infra-struktur) merupakan masalah

beberapa bentuk: lajur (continous), persegi/

yang dihadapi dalam setiap perencanaan

segi-empat (square), dan melingkar (round,

bangunan bertingkat maupun bangunan dasar.

circular). Masing-masing bentuk fondasi

Tanpa perencanaan maka beban bangunan

mempunyai cara perhitungan daya dukung

yang melampaui dayadukung tanah dapat

tanah batas (qult) yang berbeda-beda.

menyebabkan keruntuhan tanah akibat beban sehubungan dengan fondasi, yaitu: 1. General shear failure (keruntuhan geser menyeluruh dari tanah di bawah fondasi), Zufialdi Zakaria/GEOTEKNIK-D1F322

Fondasi

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

fondasi (= D/B) lebih kecil atau sama dengan

dayadukung tanah untuk fondasi dangkal

satu, terutama sangat baik untuk memperkira-

menggunakan program komputer bahasa

kan secara cepat besar dayadukung batas

BASIC, sedang metoda untuk perhitungan

(qult). Cara Hansen dan Meyerhof menghasil-

digunakan rumus dayadukung tanah menurut

kan nilai bagi segala kondisi dan situasi yang

Terzaghi. Berdasarkan Bowles (1984), nilai

berlaku bergantung kepada pemilihan

daya dukung dari Terzaghi mempunyai nilai

pengguna. Cara Hansen dan Vesic terbaik

paling aman bagi antisipasi keruntuhan lereng

bagi kondisi tapak fondasi yang berada pada

beberapa kondisi fondasi.

lereng miring (lihat Bowles, 1984).

Dari beberapa pengamatan, cara Terzaghi sangat baik untuk tanah yang kohesif dengan perbandingan kedalaman dan lebar

Zufialdi Zakaria/GEOTEKNIK-D1F322

Fondasi

4

3. Dayadukung Fondasi Dangkal

Dayadukung batas (qult, ultimate bearing capacity; kg/cm2, t/m2) suatu tanah yang berada di bawah beban fondasi akan

Dayadukung tanah adalah besarnya

tergantung kepada kekuatan geser (shear

tekanan atau kemampuan tanah untuk

strength). Nilai daya dukung tanah yang

menerima beban dari luasr sehingga menjadi

diijinkan (qa, allowable bearing capacity) untuk

stabil. Kapasitas dayadukung pondasi dangkal

suatu rancangbangun fondasi ikut melibatkan

berhubungan dengan perancangan dalam

faktor karakteristik kekuatan dan deformasi.

bidang geoteknik. Kriteria perancangan:

Beberapa model keruntuhan daya-dukung

Kapasitas dayadukung fondasi dangkal harus

tanah untuk fondasi dangkal telah

lebih besar atau sama dengan beban luar

diprediksikan oleh beberapa peneliti (Lambe &

yang ditrasnfer lewat sistem fondasi ke tanah di bawah fondasi: q(ult) >

Whitman, 1979; Koerner, 1984; Bowles, 1984;

σc yang terbaik jika

Terzaghi & Peck, 1993).

q(ult) 2 sampai 5 kali σc

Dayadukung ijin (allowable bearing

Terzaghi mempersiapkan rumus dayadukung

capacity, qa) bergantung kepada seberapa

tanah yang diperhitungkan dalam keadaan

besar Faktor Keamanan (F) yang dipilih. Pada

ultimate bearing capacity, artinya: suatu batas

umumnya nilai F yang dipilih adalah 2 hingga

nilai apabila dilampaui akan menimbulkan

5, sehingga nilai dayadukung yang diijinkan

runtuhan (colapse). Oleh sebab itu

adalah sebagai berikut:

qult qa = ________

dayadukung yang dijinkan (allowable bearing capacity) harus lebih kecil daripada ultimate

F

bearing capacity.

Pressure load

B

lateral pressure

σc

lateral pressure

σc q(ult)

Gambar 3. Zufialdi Zakaria/GEOTEKNIK-D1F322

Gaya yang bekerja dalam suatu sistem fondasi Fondasi

5

q( a) q(ult) Gambar 4.

Gambar 5.

Hubungan q(a) dan q(ult) dalam suatu sistem fondasi

Skema kapasitas dayadukung tanah untuk jenis berbagai keruntuhan umum yang digunakan Terzaghi (menurut Terzaghi dalam Bowles, 1982)

Jika F = 3, ini berarti bahwa kekuatan

Berdasarkan eksperimen dan

fondasi yang direncanakan adalah 3 kali

perhitungan para peneliti terdahulu yaitu

kekuatan dayadukung batasnya, sehingga

Meyerhof, Hansen, Bala, Muhs dan Milovic

fondasi diharapkan aman dari keruntuhan.

(dalam Bowles, 1984), terungkap bahwa hasil

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).

Zufialdi Zakaria/GEOTEKNIK-D1F322

perhitungan dayadukung metoda Terzaghi menghasilkan nilai terkecil terutama pada o

kondisi sudut geser dalam > 30 . Nilai terkecil tersebut dinilai aman dalam antisipasi keruntuhan tanah atau kegagalan fondasi (Bowles, 1984). Pada eksperimen Miloniv (dalam Bowles, 1984) dengan sudut geser o

dalam < 30 , didapatkan hasil yang tak jauh berbeda dengan hasil perhitungan nilai secara teoritis cara Terzaghi (Tabel 1). Rumus Terzaghi dapat dilihat (Tabel 2) .

Fondasi

6

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

Zufialdi Zakaria/GEOTEKNIK-D1F322

Fondasi

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 γ B Nγγ

Segi empat

qult =

1,3 c.Nc + q.Nq + 0,4 γ B Nγγ

Lingkaran

qult =

1,3 c.Nc + q.Nq + 0,3 γ 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

Tabel 3.

φ

Faktor dayadukung tanah untuk persamaan Terzaghi

_______________________________________________ φ, o Nc Nq Nγ 0

5.71

1.00

0.00

10

9.60

2.70

1.20

15

12.90

4.40

2.50

10

17.70

2.70

5.00

34

52.60

36.50

36.00

48

258.30

287.90

780.10

50

347.50

415.10

1153.20

4. Faktor Dayadukung Tanah

dengan cara grafis (gambar 6) yang standar dengan mencari nilai faktor dayadukung tanah

Faktor daya dukung tanah bergantung

berdasarkan nilai sudut geser-dalam yang

kepada sudut geser-dalam. Nc, Nq dan N

didapat terlebih dahulu atau melihat tabel di

merupakan konstanta Terzaghi yang didapat

atas (Tabel. 3 ).

Zufialdi Zakaria/GEOTEKNIK-D1F322

Fondasi

6

Gambar 6. Nilai faktor dayadukung tanah

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 geserdalam tinggi pada massa tanah yang berkondisi kering atau kondisi kadar air tanah tak berpengaruh pada fondasi.

Nilai faktor dayadukungtanah berdasarkan grafis

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

Gambar 7.

MAT

Muka air tanah berada pada permukaan tanah

Zufialdi Zakaria/GEOTEKNIK-D1F322

Fondasi

8

a) Bila muka air tanah (MAT) berada pada permukaan tanah.

pada kondisi muka air tanah berada pada permukaan tanah, maka : 1) qult menjadi kecil dibanding tanpa MAT

Bila muka air tanah (MAT) berada

2) γ.B.Nγ menjadi γ '.B.N γ

pada permukaan tanah. Maka nilai bobot

3) γ.D.Nq menjadi γ '.D.N q

satuan isi tanah (γ) akan dipengaruhi air tanah sehingga γ yang dipakai adalah γjenuh. Pada

b) Bila muka air tanah (MAT) berada di bawah elevasi fondasi

kondisi tersebut nilai q(ult) akan menjadi kecil. maka γ menjadi γ ' (bobot satuan isi tanah

Bila Muka Air Tanah (MAT) berada di

terendam air / di bawah muka air tanah) yang nilainya γ

' =γ jenuh - γair , karena γ menjadi γ'

Tabel 4.

bawah elevasi fondasi, maka γ yang dipakai adalah γ kondisi basah (γwet), lihat gambar 8.

Kapasitas dayadukung tanah untuk beberapa jenis fondasi dengan kondisi MAT di bawah fondasi.

Jenis Fondasi

Kapasitas dayadukung (Terzaghi)

Lajur/menerus

qult =

c.Nc + (γ' D).Nq + 0,5 γ' B Nγ

Segi empat

qult =

1,3 c.Nc + (γ' D).Nq + 0,4 γ' B Nγ

Lingkaran

qult =

1,3 c.Nc + (γ' D).Nq + 0,3 γ' B Nγ

MAT

Gambar 8.

Zufialdi Zakaria/GEOTEKNIK-D1F322

Muka air tanah berada dibawah elevasi fondasi

Fondasi

9

9. Contoh Soal

SOAL (1) : Diketahui :

γ = 1.7 t/m3 ; c = 0.01 t/m2; φ = 32o Nc = 20.9 ; Nq = 14.1 ; Nγ = 10.6 Tanah dengan kondisi sbb.:

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 qa q

= = = =

1,3 c.Nc + q.Nq + 0,4 γ B Nγ

qult / F Dx γ

2 x 1.7 2 = 3.4 t/m

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/m

qa

2

= 55.4197/ 3 = 18.473 t/m

2

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/m

2

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 = 38 . Faktor dayadukung tanah: Nγ = 67 o

; 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:

Zufialdi Zakaria/GEOTEKNIK-D1F322

Fondasi

10

γwet = 18 kN/m3 (yaitu γ di atas muka air tanah) γjenuh = 20 kN/m3 = 9,8 kN/m3 γair 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.

γ qult = 1,3 c.Nc + q'.Nq + 0,4γ ' B N γ ) γ γ = 0 + (D x ' .Nq + 0,4 ' B N 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. 3 3 2 2 Contoh : 1 g/cm = 1 x 9,807 kN/m ; 1 kg/cm = 1 x 98,07 kN/m

Zufialdi Zakaria/GEOTEKNIK-D1F322

Fondasi

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 2

kedalaman D = 2,0 m. Nilai dayadukung yang diijinkan = 20 T/M . Faktor Keamanan yang diberikan F = 3. b) Berapa diameter fondasi bila tipe fondasi yang diinginkan pada soal 3a di atas adalah bentuk lingkaran?

Jawab: ………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………………..

Zufialdi Zakaria/GEOTEKNIK-D1F322

Fondasi

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. 2 3 4 5 6. 7.

...... kg/cm2 ........ton/m3 1.55 g/cm3 .... ton/m2 13 ton/m2 12 kg/m2 1.633 ton/m3

40 ....... ....... ....... ....... ....... .......

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

kg/m2 g/cm3 ton/m3 kg/cm2 kg/cm2 kg/cm2 g/cm3

......... 12,67 .......... 18.72 .......... .......... ..........

kN/m2 KN/m3 kN/m3 kN/m2 kN/m2 kN/m2 kN/m3

5) Cara lain adalah ketik pada prompt A sebagai berikut: A>GWBASIC SOILCOM2 [enter] langsung menuju menu kemudian pilih program yang diinginkan.

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.

Zufialdi Zakaria/GEOTEKNIK-D1F322

8. Daftar Pustaka Bowles, J.E., 1984, Foundation Analyisis and Design, McGraw-Hill Intl. Book Co., rd Singapore, 3 edition, p. 8, p130-143 Bowles, J.E., 1989, Sifat-sifat Fisis dan geoteknis Tanah, Edisi 2, Penerbit Erlangga, Jakarta, 561 hal. Brunsden, D., & Prior, D.B., 1984, Slope Instability, John Willey & Sons, Ltd., NY, 620 p. Craig, R.F., 1994, Mekanika Tanah, Penerbit Erlangga, jakarta, Hal. 261-271 Koerner, R. M., 1984, Construction & Geotechnical 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. Fondasi