Shallow Foundation: Ultimate Bearing Capacity

3.1    Introduction

Untuk memenuhi persyaratan desain, pondasi dangkal harus mempunyai dua karakteristik:

1. Harus aman terhadap keruntuhan geser pada tanah yang mendukungnya
2. Tidak dapat mengalami displacement yang berlebih, atau penurunan (istilah berlebih sangat relatif karena besarnya settlement yang diizinkan untuk struktur tergantung pada banyak pertimbangan)

Beban per satuan luas pada pondasi dimana terjadi keruntuhan geser tanah disebut kapasitas daya dukung ultimate.

3.2    Konsep umum

Misalkan sebuah pondasi menerus dengan lebar berada dipermukaan tanah pasir padat atau lempung kaku seperti pada Gambar 3‑1. Jika diberi beban perlahan pada pondasi tersebut maka akan menyebabkan terjadinya settlement. 

Gambar 3‑1 Nature of bearing capacity failure in soil: (a) general shear failure: (b) local shear failure; (c) punching shear failure (Redrawn after Vesic, 1973) (Vesic, A. S. (1973).

Variasi beban persatuan luas diatas pondasi (q) terhadap settlement ditunjukkan oleh gambar (a), pada titik tertentu ketika beban persatuan luas sama dengan qu, maka akan terjadi keruntuhan pada tanah yang mendukungnya dan failure surface tersebut akan diteruskan ke ground surface. Beban per satuan luas ini, qu, umumnya merujuk pada ultimate bearing capacity pada pondasi. Ketika keruntuhan terjadi pada tanah, maka disebut general shear failure.

Jika pondasi yang di desain berada diatas tanah pasir atau lempung dengan kepadatan sedang (Gambar 3-1b), maka peningkatan beban pondasi akan dibarengi dengan peningkatan settlement. Meskipun dalam kasus ini failure surface pada tanah secara perlahan akan menerus kearah luar dari pondasi, seperti yang ditunjukkan garis tegas pada Gambar 3-1b. Ketika beban persatuan luas sama dengan qu(1), maka pergerakan pondasi akan dibarengi dengan sentakan tiba-tiba. Sebuah pondasi memerlukan pergerakan saat terjadi failure surface dalam tanah agar diteruskan ke ground surface (ditunjukkan dengan garis yang rusak pada gambar tersebut). Beban persatuan luas dimana kondisi ini terjadi disebut ultimate bearing capacity, qu. Diluar kondisi tersebut, peningkatan beban akan dibarengi dengan peningkatan settlement pondasi yang besar. Beban persatuan luas pondasi, qu(1) menujuk pada beban keruntuhan pertama (Vesic 1963), dengan catatan nilai puncak q, tidak ditemui dalam keruntuhan ini, sehingga disebut dengan local shear failure pada tanah.

Jika pondasi berada pada pasir lepas, maka kurva load-settlement akan menjadi seperti pada (Gambar 3-1c). Dalam kasus ini, failure surface pada tanah tidak akan menerus sampai ground surface. Diluar beban keruntuhan ultimate, qu, titik load-settlement akan l;ebih curam dan cenderung linear. Jenis keruntuhan ini pada tanah disebut punching shear failure.

Vesic (1963) melakukan beberapa percobaan load-bearing di laboratorium pada pelat bulat dan segi empat di atas tanah pasir dengan kepadatan relatif ,(Dr), yang berbeda-beda. Variasi nilai q_(u(1))/1/2 γB dan q_(u(1))/1/2 γB diamati pada percobaan ini, dimana B adalah diameter dari lingkaran pelat atau lebar dari segi empat dan γ adalah berat volume kering dari pasir seperti pada Gambar 3 2. 

Gambar 3‑2 Variation of q_(u(1))/1/2 γB and q_(u(1))/1/2 γB for circular and rectangular plates on the surface of a sand (Adapted from Vesic, 1963)

Perlu dicatat bahwa untuk Dr≥70%, akan terjadi keruntuhan general shear failure. Untuk Dr < 37 % maka terjadi punching shear, local shear failure terjadi pada Dr = 37%-70 %.

Berdasarkan hasil eksperimen, Vesic (1973) mengusulkan hubungan untuk mode keruntuhan kapasitas daya dukung fondasi bertumpu pada pasir yang ditunjukkan pada Gambar 3 3.

Gambar 3‑3 Modes of foundation failure in sand (After Vesic, 1973)

Gambar 3 4 menunjukkan penurunan tanah S dari pelat lingkaran dan persegi panjang di permukaan pasir pada beban ultimate, seperti yang dijelaskan pada Gambar 3 2. Gambar tersebut menunjukkan rentang yang umum S/B dengan kepadatan relatif pada pasir yang dikompaksi. Jadi, secara umum, kita dapat mengatakan bahwa, untuk fondasi pada kedalaman dangkal (yaitu, yang kecil), beban ultimate dapat terjadi pada penurunan pondasi 4 hingga 10% dari B. Kondisi ini muncul bersama dengan terjadinya general shear failure di tanah; Namun, dalam kasus local shear failure atau punching, beban ultimate dapat terjadi pada permukiman 15 hingga 25% dari lebar pondasi (B).

Gambar 3‑4 Range of settlement of circular and rectangular plates at ultimate load in sand (Modified from Vesic, 1963)

3.3    Teori kapasitas daya dukung dari Terzaghi