Saat musim hujan, segera setelah hujan, ketika kita menginjak tanah yang dibasahi air hujan, sepatu kita menembus ke dalam tanah. Tanah keluar dari bawah sepatu kita dan muncul di sekitar sisi sepatu kita. Selama proses ini kita kehilangan keseimbangan sampai tanah di bawah permukaan menopang berat kita dan memberi kita stabilitas.
Tanah di bawah sepatu kami baru saja “menghilang”. Pemberian jalan atau larinya tanah ini disebut kegagalan daya dukung oleh para insinyur Geoteknik. Kegagalan daya dukung merupakan kegagalan akibat geser. Jadi pengetahuan tentang daya dukung tanah apa pun sebelum konstruksi struktur sangat penting.
Definisi:
(i) Yayasan:
Ini adalah bagian terendah dari struktur yang mendukung struktur.
(ii) Tempat tidur pondasi:
Bahan tempat fondasi diletakkan disebut alas fondasi.
(iii) Fondasi dangkal :
Apabila kedalaman pondasi kurang dari atau sama dengan lebar pondasi, maka disebut pondasi dangkal.
(iv) Fondasi dalam:
Ketika kedalaman pondasi lebih besar dari lebarnya, itu disebut pondasi dalam.
(v) Daya dukung:
Ini adalah daya dukung beban tanah.
(vi) Daya dukung ultimat (q u ):
Ini adalah tekanan kotor minimum di dasar pondasi di mana tanah gagal dalam geser.
(vii) Tekanan kotor (q):
Tekanan bruto adalah tekanan total pada dasar pondasi akibat berat bangunan atas, berat sendiri pondasi dan berat timbunan tanah.
(viii) Intensitas tekanan bersih (q n ):
Ini adalah perbedaan intensitas tekanan bruto dan tekanan beban awal yang berlebihan. Jika D adalah kedalaman pondasi, maka q n = q – yD
(ix) Daya dukung ultimit bersih (q nu ):
Ini adalah intensitas tekanan bersih minimum yang menyebabkan keruntuhan geser tanah.
Q u = q nu + yD
q nu = q u + yD
(x) Daya dukung yang aman (q s ):
Intensitas tekanan maksimum yang dapat dipikul tanah dengan aman tanpa resiko keruntuhan geser.
q s = q ns + yD
= qnu/F+yD
dimana F adalah faktor keamanan
(xi) Daya dukung aman bersih (q ns ):
Ini adalah daya dukung ultimit bersih dibagi dengan faktor keamanan.
Q ns = q ns /F
(xii) Daya dukung yang diijinkan (q a ):
Ini adalah intensitas pembebanan bersih di mana tidak ada tanah yang gagal dalam geser atau ada penurunan yang berlebihan yang merugikan struktur.
Konsep Daya Dukung:
Semua struktur teknik sipil apakah itu bangunan, bendungan, jembatan, dll. Dibangun di atas tanah. Pondasi diperlukan untuk mentransmisikan beban struktur pada area tanah yang luas. Fondasi struktur harus dirancang sedemikian rupa sehingga tanah di bawahnya tidak mengalami keruntuhan geser atau terjadi penurunan struktur yang berlebihan. Metode desain pondasi konvensional didasarkan pada konsep daya dukung.
Daya dukung pondasi adalah beban maksimum per satuan luas yang dapat dipikul oleh tanah tanpa mengalami keruntuhan. Itu tergantung pada kekuatan geser tanah serta bentuk, ukuran, kedalaman dan jenis pondasi. Gambar 9.1 menunjukkan kurva beban vs. penurunan tipikal dari suatu pijakan. Dari gambar tersebut terlihat jelas bahwa semakin besar beban pondasi maka penurunan juga semakin besar.
Penyelesaian meningkat secara linier dengan beban pada tahap awal. Pada peningkatan beban lebih lanjut, penurunan meningkat lebih cepat dan kemudian terus meningkat tanpa peningkatan beban yang berarti. Tahap ini disebut runtuhnya pondasi yaitu tanah telah mencapai kapasitasnya untuk memikul beban.
Untuk menghindari kegagalan daya dukung pondasi, penting untuk mempertimbangkan, sebelum merancang pondasi, dua jenis aksi oleh tanah ketika dikenai beban:
(i) Daya dukung harus cukup rendah untuk memastikan bahwa penurunan yang ditimbulkan tidak berlebihan.
(ii) Daya dukung harus sedemikian rupa sehingga tidak menimbulkan regangan geser yang berlebihan.
Daya Dukung Pondasi Dangkal (Analisis Terzaghi):
Asumsi dalam Analisis Terzaghi:
- Pijakan adalah jalur satu pada kedalaman yang dangkal dan memiliki dasar yang kasar; (L > 5B, D > B, dimana L = panjang, B = lebar dan D = kedalaman pondasi).
- Tanahnya homogen, isotropik# dan relatif tidak dapat dimampatkan.
- Zona keruntuhan tidak meluas di atas bidang horizontal melalui dasar pijakan.
- Zona elastis memiliki batas lurus yang miring pada џ = φ terhadap horizontal dan zona plastis berkembang penuh.
Disebut juga persamaan daya dukung umum untuk pijakan strip
q u = CN c + 0,5 γBNγ + qN q
dimana q u = daya dukung ultimit
q = tekanan overburden di dasar
= yD (gunakan γD, jika terendam) C – kohesi tanah
γ = berat satuan tanah pada tingkat dasar pondasi
(gunakan γ dari terendam)
B = Lebar pondasi
D = Kedalaman pondasi
N C , N g dan N q merupakan faktor daya dukung yang bergantung pada φ (sudut gesekan dalam).
Daya Dukung dari Kode Bangunan:
Untuk desain awal dari setiap struktur dan untuk desain pondasi struktur beban ringan, daya dukung dugaan dapat digunakan. Tabel 9.1 memberikan perkiraan daya dukung yang aman untuk berbagai jenis tanah yang direkomendasikan oleh National Building Code of India.
Catatan 1:
Nilai daya dukung yang tercantum hanya dari pertimbangan geser.
Catatan 2:
Nilai yang tercantum dalam tabel sangat kasar karena alasan berikut:
(i) Pengaruh kedalaman, lebar, bentuk dan kekasaran pondasi tidak diperhitungkan.
(ii) Pengaruh sudut gesekan, kohesi, tabel air, densitas dll., belum dipertimbangkan.
(iii) Pengaruh eksentrisitas dan indikasi beban belum dipertimbangkan.
Catatan 3:
Kering artinya muka air tanah berada pada kedalaman tidak kurang dari lebar pondasi di bawah pangkal pondasi.
Catatan 4:
Untuk tanah dengan kohesi lebih sedikit, nilai yang tercantum dalam tabel harus dikurangi 50% jika permukaan air berada di atas atau dekat dasar pondasi.
Catatan 5:
Kekompakan tanah tanpa kohesi dapat ditentukan dengan menggerakkan kerucut berdiameter 65 mm dan sudut puncak 60° dengan palu seberat 65 kg yang jatuh dari ketinggian 75 cm. Jika nilai N terkoreksi untuk penetrasi 30 cm kurang dari 10, tanah tersebut disebut gembur, jika N terletak antara 10 dan 30, sedang dan jika lebih dari 30, tanah disebut padat.
Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Daya Dukung Tanah
Faktor-faktor berikut mempengaruhi daya dukung tanah:
(i) Jenis tanah:
(ii) Karakteristik fisik pondasi
(iii) Sifat tanah
(iv) Jenis pondasi
(v) Tabel air
(vi) Jumlah pelunasan
(vii) Eksentrisitas pemuatan.
(i) Jenis tanah:
Daya dukung tanah tergantung pada jenis tanah. Tergantung pada jenis tanah, daya dukung tanah berbeda yang jelas dari persamaan daya dukung Terzaghi.
q u = CN C + 0,5 yBNy+ qN q
Untuk tanah yang kohesi murni lebih sedikit
C = 0
Persamaan (9.1) direduksi menjadi
q u = 0,5 yBNy , + qN q
Untuk tanah yang kohesif murni
φ =0,
nilai faktor daya dukung adalah
Nc = 5,7
Nq = 1 dan Nγ = 0
Persamaan (9.1) kemudian
qu = 5,7C +q
(ii) Karakteristik fisik pondasi:
Karakteristik fisik seperti lebar, bentuk dan kedalaman pondasi mempengaruhi daya dukung tanah. Persamaan. 9.1 menunjukkan bahwa daya dukung tanah bergantung pada lebar B dan kedalaman (D) pondasi. Jadi setiap perubahan nilai B dan D pondasi akan mempengaruhi kapasitas tulangan.
Bentuk pondasi juga mempengaruhi daya dukung yaitu sebagai berikut:
Untuk pondasi persegi:
q u = 1,2 CNc + 0,4 γBNγ + γDNq …(9.2)
Untuk pondasi lingkaran:
q u = 1,2 CN C + 0,3 γBNγ + γDN q …(9.3)
dimana B adalah diameter pondasi lingkaran.
(iii) Sifat tanah:
Sifat-sifat tanah seperti kekuatan geser, kerapatan, permeabilitas dll, mempengaruhi daya dukung tanah. Pasir padat akan memiliki daya dukung lebih dari pasir lepas karena berat satuan pasir padat lebih dari pasir lepas.
(iv) Jenis pondasi:
Jenis pondasi yang dipilih juga mempengaruhi daya dukung tanah. Fondasi rakit atau tikar yang diadopsi mendukung beban struktur dengan aman dengan menyebarkan beban ke area yang lebih luas, bahkan jika tanah memiliki daya dukung yang rendah.
(v) Muka air:
Ketika air berada di atas dasar pijakan, satuan berat tanah yang terendam digunakan untuk menghitung tekanan overburden dan daya dukung tanah berkurang 50%.
Untuk setiap posisi tabel air, daya dukung umum dapat dimodifikasi seperti di bawah:
(vi) Jumlah pelunasan:
Besarnya penurunan struktur juga mempengaruhi daya dukung tanah. Jika penurunan melebihi kemungkinan penurunan, daya dukung tanah berkurang.
(vii) Eksentrisitas pemuatan:
Jika beban bekerja secara eksentrik pada pijakan, lebar ‘B’ dan panjang ‘L’ harus dikurangi seperti di bawah
B’ = B – 2e
L’ = L – 2e dan
A’ = B’ X L’
Daya dukung ultimit (qu) dari pondasi tersebut ditentukan dengan menggunakan B’ dan L’ sebagai pengganti 8 dan L. Oleh karena itu q u kurang dari yang sesuai dengan ukuran sebenarnya dari pondasi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 9.4.
Konsep Distribusi Tegangan Vertikal Pada Tanah Akibat Beban Pondasi :
Ketika massa tanah dibebani, tegangan vertikal dikembangkan di dalam tanah. Estimasi tegangan vertikal pada setiap titik dalam massa tanah akibat beban eksternal sangat penting dalam memprediksi penurunan bangunan, jembatan, tanggul dan struktur lainnya. Tegangan akibat pembebanan eksternal paling besar pada kedalaman yang dangkal, dekat dengan aplikasi beban titik dan menjadi lebih kecil dengan bertambahnya jarak vertikal di bawah beban atau jarak horizontal dari beban.
Distribusi tegangan vertikal dalam massa tanah tergantung pada:
(i) Sifat pembebanan yaitu cara penempatan beban, distribusi beban dan bentuk daerah pembebanan
(ii) Sifat fisik tanah seperti rasio Poisson, modulus elastisitas, kompresibilitas, dll.
Dalam menentukan tegangan di bawah pondasi, secara umum diasumsikan bahwa tanah berperilaku sebagai media elastis dengan sifat yang identik di semua titik dan segala arah. Banyak rumus berdasarkan teori elastisitas telah digunakan untuk menghitung tegangan dalam tanah. Salah satu rumus tersebut pertama kali dikembangkan oleh Boussinesq (1885) untuk tegangan dan deformasi di bagian dalam massa tanah akibat beban titik vertikal. Seorang ilmuwan Inggris Westergaard pada tahun 1938 juga mengusulkan suatu rumus untuk menghitung tegangan vertikal pada massa tanah akibat beban titik vertikal.
Beban Titik:
Formula bisnis:
Rumus bisnis didasarkan pada asumsi berikut:
(i) Massa tanah bersifat elastis linier, homogen, isotropik, dan semi tak terhingga.
(ii) Beban bertindak sebagai beban terpusat vertikal.
(iii) Tanah tidak berbobot.
Persamaan tegangan vertikal pada suatu titik seperti pada gambar 9.5
Beban Baris:
Persamaan tegangan vertikal akibat beban garis P 1 per satuan panjang pada permukaan di suatu titik yang terletak pada kedalaman z dan jarak x secara lateral seperti pada gambar 9.6 adalah
σ Z = 2p 1 / 
z 3 /(x 2 +z 2 ) 2
Strip yang Dimuat Secara Seragam:
Persamaan untuk tegangan vertikal akibat beban seragam q pada bidang strip dengan lebar B dan panjang tak terbatas dalam σ dan θ seperti yang ditunjukkan pada gambar 9.7 adalah
σ z = q/π (α+ Sin αCos 2θ)
Di bawah pusat strip, tegangan vertikal o pada kedalaman z diberikan oleh
σ Z = q/π(a+sin α ) (θ adalah nol dan cos2θ=1)
atau σ 2 =ql oz
Nilai faktor pengaruh diberikan pada tabel 9.3,
Properti Tanah yang Mengatur Pilihan Jenis Pondasi:
Sifat-sifat tanah berikut mengatur pemilihan jenis pondasi:
(i) Daya dukung tanah
(ii) Pemukiman tanah
Pengetahuan tentang daya dukung dan penurunan tanah sangat penting untuk perencanaan pondasi suatu struktur. Fondasi dari setiap struktur harus dipilih sedemikian rupa sehingga tanah di bawahnya tidak runtuh akibat geser dan penurunan berada dalam batas yang diperbolehkan.
Jika daya dukung tanah pada kedalaman yang dangkal cukup untuk menahan beban struktur dengan aman, disediakan pondasi dangkal. Pijakan terisolasi, pijakan gabungan atau pijakan strip adalah pilihan untuk pondasi dangkal. Fondasi dalam disediakan ketika tanah tepat di bawah struktur tidak memiliki daya dukung yang memadai. Tumpukan, dermaga atau sumur adalah pilihan untuk pondasi dalam. Fondasi mat atau rakit berguna untuk tanah yang mengalami penurunan diferensial atau di mana terdapat variasi beban yang besar di antara kolom-kolom yang berdekatan. Tabel 9.4 memberikan kesesuaian pondasi bangunan berdasarkan jenis tanah.
Tes In-Situ untuk Penentuan Daya Dukung Ultimate
Uji in-situ berikut dapat digunakan untuk menentukan daya dukung ultimit atau daya dukung tanah yang diijinkan:
(a) Uji beban pelat
(b) Uji penetrasi standar
(c) Uji penetrasi kerucut dinamis
(d) Uji penetrasi kerucut statis
(e) Uji meteran tekanan
Uji Beban Plat:
Uji beban pelat pada dasarnya terdiri dari pemuatan pelat yang kaku pada tingkat pondasi dan mencatat penurunan yang sesuai dengan setiap kenaikan beban. Daya dukung ultimat kemudian diambil sebagai beban di mana pelat mulai tenggelam dengan kecepatan tinggi. Ukuran minimum dan maksimum yang direkomendasikan untuk pelat uji masing-masing adalah 30 cm persegi dan 75 cm persegi. Ketebalan pelat baja tidak boleh kurang dari 25 mm. Alam Singh merekomendasikan ukuran pelat uji menjadi 32 cm persegi.
Pengujian dilakukan dalam lubang yang lebarnya sama dengan 5 kali lebar pelat uji. Di tengah lubang digali lubang persegi kecil yang ukurannya sama dengan ukuran pelat dan tingkat dasar lubang sesuai dengan tingkat pondasi sebenarnya.
Pembebanan ke pelat uji dapat diterapkan dengan dua metode berikut:
(a) Metode Platform Pemuatan Gravitasi
(b) Metode Truss Reaksi
Pembebanan truss reaksi ditemukan nyaman dan memakan waktu lebih sedikit, oleh karena itu umumnya digunakan. Untuk tujuan ini, rangka baja ditambatkan ke tanah melintasi lubang. Dongkrak hidrolik dengan pengukur tekanan terpasang ditempatkan di antara bagian bawah rangka dan pelat uji. Setidaknya dua dial gauge, yang memiliki ketelitian 0,2 mm, digunakan untuk mengukur penurunan pelat uji. Pengukur dial dipasang pada bilah datum independen dan hanya menyentuh pelat uji.
Sebelum memulai pengujian, tekanan dudukan 70 gm/cm2 diterapkan pada pelat (seperti yang direkomendasikan oleh IS 1888-1962). Kemudian dilepas dan dial gauge disetel ke pembacaan nol. Beban kemudian diterapkan dalam peningkatan kumulatif yang sama; katakanlah sekitar 1/5 dari daya dukung aman yang diharapkan atau 1/10 dari daya dukung yang diizinkan yang diharapkan. Penurunan harus dicatat untuk setiap kenaikan beban setelah selang waktu 1, 4, 10, 20, 40 dan 60 menit dan setelah itu pada interval jam, sampai laju penurunan menjadi kurang dari sekitar 0,02 mm per jam. Setelah ini, beban dinaikkan ke nilai berikutnya yang lebih tinggi dan prosesnya diulang.
Test in dilanjutkan sampai salah satu tahapan berikut terpenuhi:
(a) Penurunan lebih cepat menunjukkan kegagalan geser.
(b) Tekanan yang diberikan melebihi 3 kali tekanan bantalan yang diijinkan.
(c) Penurunan total melebihi 10 persen lebar pelat uji. Beban kemudian dilepaskan. Jika diinginkan, observasi rebound dapat dilakukan.
Penafsiran:
Pengamatan intensitas beban dan penyelesaian pengujian diplot, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 9.11, dalam skala linier serta skala log-log. IS 1888-1962, merekomendasikan plot log-log yang memberikan dua garis lurus yang perpotongannya dapat dianggap sebagai kegagalan tanah. Ketika titik keruntuhan tidak jelas dalam grafik, keruntuhan dapat diasumsikan pada penurunan 10% dari lebar pelat. Intensitas beban yang sesuai dengan titik kegagalan memberikan daya dukung ultimit dan faktor keamanan 2,5 atau 3 pada daya dukung ultimit dapat digunakan untuk mendapatkan daya dukung tanah yang aman.
Pengaruh ukuran pelat pada daya dukung:
Daya dukung pasir dan kerikil meningkat dengan ukuran pijakan. Daya dukung yang diperoleh dari uji beban pelat untuk tanah berpasir akan berbeda dengan daya dukung pondasi yang sebenarnya karena ukuran pondasi akan lebih besar dari ukuran pelat. Untuk tujuan praktis, data uji beban pelat diekstrapolasi untuk mendapatkan daya dukung pijakan aktual.
Untuk tanah berpasir :
q uf = q naik × B F /B P
di mana
q uf = daya dukung ultimit dari pondasi sebenarnya
q up = daya dukung ultimit dari uji beban pelat
B f = lebar pondasi
B p = lebar pelat
Untuk tanah lempung
q uF = q ke atas
Pengaruh ukuran pelat terhadap penurunan :
Penyelesaian pijakan bervariasi dengan ukurannya. Jadi penurunan yang diperoleh dari uji beban pelat mungkin tidak sama dengan penurunan yang sebenarnya.
Hubungan berikut digunakan untuk mengetahui penyelesaian pijakan yang sebenarnya:
Untuk tanah lempung:
S F = S P × B F /B P
S p = Penyelesaian pijakan aktual dalam mm
S p = Penyelesaian dari uji beban pelat di
B f = Lebar pondasi dalam meter
B P = Lebar pelat dalam meter
Untuk tanah berpasir:
S F = S P [B F (Bp + 0,3) /B p (B F +0,3)] -2
Keterbatasan:
(1) Data uji beban pelat mencerminkan karakteristik tanah hanya pada kedalaman yang sama dengan dua kali lebar pelat. Karena pondasi sebenarnya lebih besar dari ukuran pelat, uji beban pelat tidak benar-benar mewakili kondisi tanah yang sebenarnya dalam kasus tanah yang tidak homogen seperti yang ditunjukkan pada Gambar 9.12.
(ii) Uji beban pelat pada dasarnya adalah uji durasi pendek (dijalankan dalam beberapa jam), sehingga tidak diperoleh indikasi penurunan konsolidasi jangka panjang pada lempung.
(iii) Pengujian ini sebaiknya tidak diandalkan untuk memperoleh daya dukung ultimat tanah berpasir karena efek skala memberikan hasil yang sangat menyesatkan.
(iv) Kedekatan muka air mungkin berada dalam pengaruh pijakan dan bukan pelat uji, karena pengaruh perendaman adalah untuk mengurangi daya dukung tanah granular sebesar 50%.
Daya Dukung Berdasarkan Standard Penetration Test (SPT):
Dalam kasus tanah tak berkohesi, hasil SPT digunakan untuk menentukan daya dukung akhir tanah dengan metode berikut:
(i) Dengan menggunakan grafik yang diberikan oleh Peck, Hanson dan Thornburn :
Gambar 9.13 menunjukkan variasi faktor daya dukung N q dan Ng wrt ɸ serta nilai N terkoreksi.
Bagan ini dapat digunakan langsung untuk N q dan Nγ untuk digunakan dalam persamaan daya dukung yang ditulis di bawah ini:
q u = CN c + qN q + 0,5gBNg
Untuk tanah tanpa kohesi
C = 0 dan persamaan di atas direduksi menjadi
q u = qN q + 0,5yBNy
N q dan Ny diperoleh langsung dari gambar 9.13.
