Desain Pondasi Pertemuan III PDF

Preview

Summary

MATA KULIAH : DESAIN PONDASI PERTEMUAN III Rencana Pembelajaran Studi (RPS) Pertemuan III Mampu menghitung pembebanan pondasi dangkal dengan kombinasi beban dan menganalisis daya dukung pondasi dangkal terhadap bangunan teknik sipil, dengan persamaan Terzaghi, meyerhoff, brinch hansen, vesic. 1. Tip...

Description

MATA KULIAH : DESAIN PONDASI

PERTEMUAN III

Rencana Pembelajaran Studi (RPS) Pertemuan III Mampu menghitung pembebanan pondasi dangkal dengan kombinasi beban dan menganalisis daya dukung pondasi dangkal terhadap bangunan teknik sipil, dengan persamaan Terzaghi, meyerhoff, brinch hansen, vesic. 1.

Tipe – Tipe Keruntuhan Pondasi Menurut Vesic (1963), fase-fase keruntuhan pondasi pada pembebanan yang

berangsur-angsur adalah : Fase 1. Saat awal penerapan beban, tanah di bawah pondasi mengalami penurunan yang diikuti oleh deformasi tanah ke arah lateral dan vertikal ke bawah. Sejauh beban yang diterapkan relatif kecil penurunan yang jadi kira-kira sebanding dengan besarnya beban yang diterapkan. Dalam keadaan ini tanah masih dalam kondisi keseimbangan elastis. Massa tanah yang terletak di bawah pondasi mengalami kompresi atau pemadatan yang mengakibatkan kenaikan kuat geser tanah sehingga menambah kapasitas dukungnya. Fase 2. Pada pembebanan beban selanjutnya, tanah terbentuk tepat di dasar pondasi dan deformasi plastis tanah menjadi semakin Nampak. Gerakan tanah pada kedudukan plastis dimulai dari tepi fondasi. Dengan

bertambahnya

beban, zona plastis akan berkembang. Gerakan tanah ke arah lateral menjadi semakin nyata yang di ikuti oleh retakan lokal dan geseran tanah di sekeliling tepi fondasi. Dalam zona plastis, kuat geser tanah sepenuhnya berkembang untuk menahan beban yang bekerja. Fase 3. Fase ini dikarakteristikkan oleh kecepatan deformasi yang semakin bertambah seiring dengan penambahan beban. Deformasi tersebut diikuti oleh gerakan tanah keluar yang disertai dengan menggembungnya tanah permukaan, dan kemudian tanah pendukung pondasi mengalami keruntuhan dengan bidang runtuh yang berbentuk lengkungan dan garis yang disebut bidang geser radial dan bidang geser linier. Berdasarkan hasil uji model, Vesic (1963) membagi mekanisme keruntuhan pondasi menjadi 3 macam:

DOSEN/PENGAJAR : HAMDAN KADIR, ST. MT.

MATA KULIAH : DESAIN PONDASI

PERTEMUAN III

1. Keruntuhan geser umum (general shear failureI) 2. Keruntuhan geser lokal (local shear failure) 3. Keruntuhan penetrasi (penetration failure atau punching shear failure) Kekuatan geser umum. Keruntuhan fondasi terjadi menurut bidang runtuh yang dapat diidentifikasi dengan jelas. Suatu tanah terbentuk tepat pada dasar pondasi (zona A) yang menekan ke bawah sehingga menyebabkan aliran tanah secara plastis pada zona B. Gerakan ke arah luar di kedua zona tersebut ditahan oleh tahanan tanah pasif di bagian C. Saat tahanan pasif bagian C terlampaui, terjadi gerakan tanah yang mengakibatkan penggembungan tanah di sekitar pondasi. Bidang longsor yang terbentuk berupa lengkung dan garis lurus yang berkembang hingga ke permukaan tanah. Saat keruntuhan, terjadi gerakan massa tanah ke arah luar dan ke atas. Keruntuhan geser umum terjadi dalam waktu yang relatif mendadak diikuti dengan penggulingan fondasi. Poin – Poin yang didapatkan keruntuhan geser umum : -

Kondisi kesetimbangan plastis terjadi penuh diatas failure plane

-

Muka tanah di sekitarnya mengembang (naik)

-

Keruntuhan terjadi di satu sisi sehingga pondasi miring

-

Terjadi pada tanah dengan kompresibilitas rendah (padat dan kaku)

-

Kapasitas dukung batas (qu) bisa diamati dengan baik. Keruntuhan geser lokal. Tipe keruntuhannya hampir sama dengan keruntuhan

geser umum, namun bidang runtuh yang terbentuk tidak sampai mencapai permukaan tanah. Jadi, bidang runtuh yang kontinyu tidak berkembang. Pondasi tenggelam akibat bertambahnya beban pada kedalaman yang relatif dalam yang menyebabkan tanah di dekatnya menjadi mampat. Tetapi, mampatnya tanah tidak sampai mengakibatkan kedudukan kritis keruntuhan tanah sehingga tanah plastik tidak berkembang seperti pada keruntuhan geser umum. Dalam tipe keruntuhan geser lokal terdapat sedikit penggembungan tanah di sekitar pondasi, namun tidak terjadi penggulingan pondasi. Poin – Poin yang didapatkan keruntuhan geser setempat (Local Shear Failure) : -

Muka tanah disekitar pondasi tidak terlalu mengembang, karena dorongan kebawah dasar pondasi lebih besar.

-

Kondisi kesetimbangan plastis hanya terjadi pada sebagian tanah saja.

-

Miring yang terjadi pada pondasi tidak terlalu besar terjadi.

DOSEN/PENGAJAR : HAMDAN KADIR, ST. MT.

MATA KULIAH : DESAIN PONDASI -

PERTEMUAN III

Terjadi pada tanah dengan kompresibilitas tinggi yang ditunjukkan dengan penurunan yang relatif besar.

-

Kapasitas dukung batas (qu) sulit dipastikan sulit dianalisis, hanya bisa diamati penurunannya saja. Keruntuhan penetrasi. Pada tipe keruntuhan ini, dapat dikatakan keruntuhan geser

tanah tidak terjadi. Akibat beban, karena lunaknya tanah pondasi hanya menembus dan menekan tanah ke samping, yang menyebabkan pemampatan tanah di dekat fondasi. Penurunan pondasi bertambah hampir secara linear dengan penambahan bebannya. Pemampatan tanah akibat penetrasi pondasi, berkembang hanya pada zona terbatas tepat di dasar dan di sekitar tepi pondasi. Penurunan yang terjadi tidak menghasilkan cukup gerakan arah lateral yang menuju kedudukan kritis keruntuhan tanah, sehingga kuat geser ultimit tanah tidak dapat berkembang. Fondasi menembus tanah ke bawah dan tanah yang terbentuk di bawah pondasi hanya menyebabkan tanah menyisih. Saat keruntuhan, bidang runtuh tidak terlihat sama sekali. Poin – Poin yang didapatkan keruntuhan penetrasi (Punching Shear Failure) : -

Terjadi desakan di bawah dasar pondasi disertai pergeseran arah vertikal sepanjang tepi.

-

Tidak terjadi kemiringan pondasi dan pengangkatan di permukaan tanah.

-

Penurunan yang terjadi cukup besar.

-

Terjadi pada tanah dengan kompresibilitas tinggi dan kompresibilitas rendah jika kedalaman pondasi agak dalam.

Macam Keruntuhan Fondasi (Vesic, 1963)

DOSEN/PENGAJAR : HAMDAN KADIR, ST. MT.

MATA KULIAH : DESAIN PONDASI 2.

PERTEMUAN III

Teori Kapasitas Daya Dukung Daya dukung adalah adalah gaya maksimum yang dapat dipikul / ditahan tanpa

menyebabkan keruntuhan geser dan penurunan / settlement yang berlebihan untuk melawan gaya geser. Karena hubungan antara daya dukung dan gaya geser tanah yang erat ini, untuk memahami konsep daya dukung batas tanah sebelumnya harus dipahami terlebih dahulu pola keruntuhan geser dalam tanah. Analisis kapasitas dukung (bearing capacity) mempelajari kemampuan tanah dalam mendukung beban fondasi dari struktur yang terletak di atasnya. Kapasitas dukung menyatakan tahanan geser tanah untuk melawan penurunan akibat pembebanan, yaitu tahanan geser yang dapat dikerahkan oleh tanah di sepanjang bidang-bidang gesernya. Perancangan pondasi harus mempertimbangkan adanya 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 : -

Faktor aman terhadap keruntuhan akibat terlampauinya kapasitas dukung tanah harus dipenuhi. Dalam hitungan kapasitas daya dukung, umumnya menggunakan faktor keamanan 3.

-

Penurunan fondasi harus masih dalam batas-batas nilai yang ditoleransikan. Khususnya penurunan yang tak seragam (differential settlement) harus tidak mengakibatkan kerusakan pada struktur. Analisis-analisis kapasitas 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 yang bersifat plastis. Konsep ini pertama kali dikenalkan oleh Prandtl (1921), yang kemudian dikembangkan oleh Terzaghi (1943), Mayerhof (1955) dan lain-lainnya. Persamaan-persamaan kapasitas dukung tanah yang diusulkan, umumnya didasarkan pada persamaan Mohr-Coulomb :

Dengan, 𝝉

𝝉 = 𝒄 + 𝝈. 𝒕𝒈 𝝋

: tahanan geser tanah (kN/m2)

DOSEN/PENGAJAR : HAMDAN KADIR, ST. MT.

MATA KULIAH : DESAIN PONDASI 𝒄

: kohesi tanah (kN/m2)

𝝈

: tegangan normal (kN/m2)

𝝋

PERTEMUAN III

: sudut geser dalam tanah ( ° )

2.1. Analisis Terzaghi Karl von Terzaghi (2 Oktober 1883 - 25 Oktober 1963) adalah seorang insinyur sipil Austria dan geolog, beliau juga disebut bapak mekanika tanah. Beliau memulai mekanika tanah modern dengan teori-teorinya konsolidasi, tekanan lateral tanah, daya dukung, dan stabilitas (Terzaghi, 1925). Dalam karyanya yang monumental yaitu “Theoretical Soil Mechanics”, beliau menuangkan pemikirannya mulai dari teori konsolidasi, perhitungan penyelesaian, teori daya dukung, tekanan lateral tanah dan dinding penahan, kekuatan geser dan stabilitas lereng. Dalam semua kasus, beliau menjelaskan bahwa beliau melakukan semua itu untuk dapat memecahkan masalah dunia nyata. Beliau selalu memberikan desain/ analisis grafik untuk memudahkan insinyur untuk menerapkan teori-teori yang dikembangkan atau ditata ulang dan disempurnakan untuk penggunaan praktis. Terzaghi (1943) menganalisis daya dukung tanah dengan beberapa asumsi, yaitu : -

Pondasi memanjang tak terhingga

-

Tanah di dasar pondasi homogen

-

Berat tanah diatas dasar pondasi dapat digantikan dengan beban terbagi merata sebesar Po = Df .γ dimana Df merupakan kedalaman dasar pondasi dan γ merupakan berat volume tanah di atas dasar pondasi.

-

Tahanan geser tanah di atas dasar pondasi diabaikan

-

Dasar pondasi kasar

-

Bidang keruntuhan terdiri dari lengkung spiral log-aritmik dan linier

-

Baji tanah yang terbentuk di dasar pondasi dalam kedudukan elastis dan dinamis bersama-sama dengan dasar pondasi.

-

Pertemuan antara sisi baji dan dasar pondasi membentuk sudut sebesar sudut geser dalam tanah.

-

Berlaku prinsip superposisisi.

DOSEN/PENGAJAR : HAMDAN KADIR, ST. MT.

MATA KULIAH : DESAIN PONDASI

PERTEMUAN III

Kapasitas dukung ultimit (qu) didefinisikan sebagai beban maksimum per satuan luas dimana tanah masih dapat mendukung beban tanpa mengalami keruntuhan.

qu = qu

: Kapasitas dukung ultimit (kN/m2)

Pu

: Beban ultimit (kN)

A

: Luas fondasi (m2)

𝑃𝑢 𝐴

Dalam teori daya dukung persamaan Terzaghi telah sangat luas digunakan, karena persamaan tersebut merupakan usulan yang pertama dan cukup konservatif, sehingga didapatkan sebuah sejarah pemakaian yang berhasil. Persamaan Terzhagi secara umum adalah :

qu

: c.Nc + Df .γ1.Nq + 0,5. γ2.B.Nγ

dimana: qu

: kapasitas dukung ultimit (kN/m2)

c

: kohesi tanah dibawah dasar fondasi (kN/m2)

Df

: kedalaman fondasi (m)

γ1

: Berat volume tanah diatas dasar fondasi (kN/m3)

γ2

: berat volume tanah dibawah dasar fondasi (kN/m3)

B

: lebar fondasi (m)

Nc, Nq, Nγ

: faktor kapasitas dukung yang nilainya didasarkan pada sudut geser dalam (𝝋)

dari tanah dibawah dasar fondasi.

Nilai faktor daya dukung Terzaghi (1943)

DOSEN/PENGAJAR : HAMDAN KADIR, ST. MT.

MATA KULIAH : DESAIN PONDASI

PERTEMUAN III

Persamaan-persamaan kapasitas dukung yang telah dipelajari di atas hanya berlaku untuk menghitung kapasitas dukung ultimit pondasi memanjang titik untuk bentuk-bentuk pondasi yang lain terzaghi memberikan pengaruh faktor bentuk terhadap kapasitas dukung ultimit yang didasarkan pada analisis pondasi memanjang sebagai berikut: •

Fondasi bujur sangkar : qu : 1,3.c.Nc + Po.Nq + 0,4. γ.B.Nγ

•

Fondasi lingkaran qu : 1,3.c.Nc + Po.Nq + 0,3. γ.B.Nγ

•

Fondasi empat persegi Panjang qu : c.Nc (1+0,3.B/L) + Po.Nq + 0,5.γ.B.Nγ(1-0,2.B/L) sedangkan menurut Terzaghi, persamaan umum kapasitas dukung ultimit untuk tanah

tidak berkohesi atau mempunyai kohesi namun sangat kecil sehingga dalam hitungan kapasitas dukung sering diabaikan (tanah granuler seperti pasir dan kerikil) akan menjadi seperti berikut : •

Fondasi berbentuk memanjang : qu : Po.Nq + 0,5. γ.B.Nγ

•

Fondasi bujur sangkar : qu : Po.Nq + 0,4. γ.B.Nγ

•

Fondasi lingkaran qu : Po.Nq + 0,3. γ.B.Nγ

•

Fondasi empat persegi Panjang qu : Po.Nq + 0,5.γ.B.Nγ(1-0,2.B/L)

dimana: qu

: kapasitas dukung ultimit (kN/m2)

c

: kohesi tanah dibawah dasar fondasi (kN/m2)

Po

: tekanan overburden pada dasar fondasi (kN/m2), dimana Po = Df. γ

Df

: kedalaman fondasi (m)

DOSEN/PENGAJAR : HAMDAN KADIR, ST. MT.

MATA KULIAH : DESAIN PONDASI

PERTEMUAN III

γ

: Berat volume tanah diatas dasar fondasi (kN/m3)

B

: lebar fondasi (m)

L

: Panjang fondasi (m)

Nc, Nq, Nγ

: faktor kapasitas dukung yang nilainya didasarkan pada sudut geser dalam (𝝋)

dari tanah dibawah dasar fondasi. 2.2. Analisis Meyerhoff Meyerhof menyarankan suatu persamaan daya dukung yang mirip dengan Terzaghi. Meyerhof mengemukakan persamaan untuk menghitung daya dukung ijin untuk penurunan sebesar 25 mm. Persamaan ini dapat digunakan untuk menghasilkan kurva yang serupa yang diusulkan Terzaghi dan Peck. Dalam perkembangannya, Meyerhof juga telah menghasilkan persamaan untuk menghitung daya dukung tiang pancang berdasarkan data hasil pengujian sondir atau CPT dan juga data SPT.

Meyerhof

(1963)

menyarankan

persamaan

kapasitas

dukung

dengan

mempertimbangkan bentuk fondasi, kemiringan beban dan kuat geser tanah di atas fondasinya, sebagai berikut: qu

: sc.dc.ic.c.Nc + sq.dq.iq. Po.Nq + sγ .dγ .iγ .0,5. B’.γ.Nγ

dimana: qu

: kapasitas dukung ultimit (kN/m2)

Nc, Nq, Nγ

: faktor kapasitas dukung untuk pondasi memanjang

sc, sq, sγ

: faktor bentuk pondasi

dc, dq, dγ

: faktor kedalaman pondasi

ic, iq, iγ

: faktor kemiringan pondasi

B’

: B-2e = lebar fondasi efektif (m)

Po

: tekanan overburden pada dasar fondasi (kN/m2), dimana Po = Df. γ

Df

: kedalaman fondasi (m)

γ

: Berat volume tanah (kN/m3) faktor-faktor kapasitas dukung yang diusulkan oleh Meyerhof (1963) adalah : •

Nc

•

Nq

•

Nγ

= (Nq-1) ctg 𝜑

= tg2.(45°+ 𝜑 /2).𝑒 (𝜋.𝑡𝑔𝜑) = (Nq-1) tg (1,4. 𝜑)

DOSEN/PENGAJAR : HAMDAN KADIR, ST. MT.

MATA KULIAH : DESAIN PONDASI

PERTEMUAN III

Tabel Faktor-faktor kapasitas dukung Meyerhof (1963), Hansen (1961) dan Vesic (1973)

Tabel Faktor bentuk pondasi Meyerhof (1963) : Faktor Bentuk

Nilai

Keterangan

Sc

1 + 0,2 (B/L) tg (45°+ 𝜑 /2)

Untuk sembarang nilai 𝜑

1

Untuk 𝜑 = 0°

1 + 0,1 (B/L) tg (45°+ 𝜑 /2)

Sq = Sγ

Untuk 𝜑 = ≥ 10°

Tabel Faktor kedalaman pondasi Meyerhof (1963) : Faktor Kedalaman

Nilai

Keterangan

dc

1 + 0,2 (D/B) tg (45°+ 𝜑 /2)

Untuk sembarang nilai 𝜑

1

Untuk 𝜑 = 0°

dq = dγ

1 + 0,1 (D/B) tg (45°+ 𝜑 /2)

DOSEN/PENGAJAR : HAMDAN KADIR, ST. MT.

Untuk 𝜑 = ≥ 10°

MATA KULIAH : DESAIN PONDASI

PERTEMUAN III

Tabel Faktor kemiringan beban pondasi Meyerhof (1963) : Faktor Kemiringan Beban

Nilai

Keterangan

ic = i q

𝛿° 2 (1 − ) 90°

Untuk sembarang nilai 𝜑

1

Untuk 𝜑 = 0°

iγ

𝛿° 2 (1 − ) 𝜑

Untuk 𝜑 = ≥ 10°

2.3. Persamaan Brinch Hansen Brinch Hansen (1970) menyarankan persamaan kapasitas dukung yang pada dasarnya sama dengan Terzaghi, hanya di dalam persamaannya memperhatikan pengaruh – pengaruh bentuk pondasi, kedalaman, inklinasi beban, inklinasi dasar dan inklinasi permukaan tanah. Untuk tanah dengan 𝜑 > 0, Brinch Hansen menyarankan persamaan kapasitas dukung

ultimit :

𝑸

dimana:

qu = 𝑩′𝒖𝑳′ = sc.dc.ic.bc.gc.c.Nc + sq.dq.iq.bq.gq. Po.Nq + sγ.dγ.iγ.bγ.gγ.0,5. B’.γ.Nγ

Qu

: beban vertikal ultimit (kN)

L’, B’

: panjang dan lebar efektif fondasi (m)

qu

: kapasitas dukung ultimit (kN/m2)

Nc, Nq, Nγ

: faktor kapasitas dukung Hansen

sc, sq, sγ

: faktor bentuk pondasi

dc, dq, dγ

: faktor kedalaman pondasi

ic, iq, iγ

: faktor kemiringan pondasi

bc, bq, bγ

: faktor kemiringan dasar

gc, gq, gγ

: faktor kemiringan permukaan

Po

: tekanan overburden pada dasar fondasi (kN/m2), dimana Po = Df. γ

Df

: kedalaman fondasi (m)

γ

: Berat volume tanah (kN/m3)

DOSEN/PENGAJAR : HAMDAN KADIR, ST. MT.

MATA KULIAH : DESAIN PONDASI

PERTEMUAN III

Faktor-faktor bentuk fondasi Hansen (1970) Faktor Bentuk

Arah Beban Tegak Lurus Dasar

Miring Searah Lebarnya

Miring Searah

Fondasi

(B)

Panjangnya (L)

sc

1 + (B’/L’).(Nq/Nc)

1 + (B’/L’).(Nq/Nc).ieB

1 + (B’/L’).(Nq/Nc).ieL

sc’

0,2. (B’/L’)

0,2. (B’/L’) .ieB

0,2. (B’/L’) .ieL

sq

1 + (B’/L’). sin 𝜑

1 + (B’.iqB/L’). sin 𝜑

1 + (B’.iqL/L’). sin 𝜑

sγ

1 – 0,4 (B’/L’) ≥ 0,6

1 – 0,4(B’.iγB/L’.iγB)≥ 0,6 1 – 0,4(B’.iγL/L’.iγL)≥ 0,6

Tabel Faktor kedalaman pondasi Hansen (1970) : Faktor Kedalaman

Nilai

dc

1 + 0,4 (D/B)

dc’

0,4 (D/B)

Bila (D/B) > 1, maka (D/B)

dq

1 + 2 (D/B) tg 𝜑 (1-sin 𝜑)

diganti dengan arc tg (D/B)

dγ

Keterangan

1

Tabel Faktor kemiringan pondasi Hansen (1970) : Faktor Kemiringan

Nilai

Keterangan

beban ic i c’ iq iγ

iγ

𝑖𝑞 -

(1− 𝑖𝑞 )

( 𝑁𝑞 −1)

𝐻

0,5 – 0,5. √1 − 𝐴′ . 𝑐𝑎

5 0,5. 𝐻 [1 − ] ≥0 𝑉 + 𝐴′ . 𝑐𝑎 . 𝑐𝑡𝑔 𝜑 5 0,7. 𝐻 [1 − ] ≥0 𝑉 + 𝐴′ . 𝑐𝑎 . 𝑐𝑡𝑔 𝜑

(0,7 − 𝛼°/450°). 𝐻 5 [1 − ] ≥0 𝑉 + 𝐴′ . 𝑐𝑎 . 𝑐𝑡𝑔 𝜑

DOSEN/PENGAJAR : HAMDAN KADIR, ST. MT.

Untuk dasar horisontal

Untuk dasar miring Batasan : H ≤ 𝑐𝑎 . 𝐴′+V tg 𝜑

MATA KULIAH : DESAIN PONDASI

PERTEMUAN III

Tabel Faktor kemiringan dasar pondasi Hansen (1970) : Faktor Kemiringan

Nilai

Keterangan

Dasar ∝° 147° ∝° 147°

bc

...