Kapasitas Dukung Ultimit Cara Statis

Analisis kapasitas dukung tanah mempelajari kemampuan tanah dalam mendukung beban pondasi yang bekerja di atasnya. Pondasi adalah bagian dari struktur yang berfungsi meneruskan beban akibat berat struktur secara langsung ke tanah yang terletak dibawahnya. Perancangan yang seksama juga diperlukan agar beban pondasi tidak mengakibatkan timbulnya tekanan yang berlebihan ke tanah dibawahnya, karena tekanan yang berlebihan dapat mengakibatkan penurunan yang besar bahkan dapat mengakibatkan keruntuhan pondasi.
Bergantung pada jenis struktur dan tanah, beberapa jenis pondasi yang digunakan. Jika tanah di dekat permukaan mampu mendukung beban struktur, maka jenis pondasi dangkal yang berupa pondasi telapak atau pondasi rakit dapat digunakan. Pondasi telapak secara mudah dapat dikatakan sebagai bagian terbawah dari dinding atau kolom yang diperluas, yang berfungsi menyebarkan beban dari struktur ke tanah di bawahnya.
Pondasi rakit adalah pondasi yang terdiri dari pelat tunggal yang meluas ,yang mendukung beban struktur secara keseluruhan. Jika tanah didekat permukaan tidak mampu mendukung beban struktur di atasnya, pondasi sumuran/kaison atau pondasi tiang dapat digunakan.
Dalam merancang pondasi, terdapat 2 persyaratan yang harus dipenuhi, yaitu :

1. Faktor aman terhadap keruntuhan akibat terlampauinya kapasitas dukung tanah harus dipenuhi. Dalam hitungan kapasitas dukung fondasi ,umumnya digunakan faktor aman 3.
2. Penurunan pondasi harus masih dalam batas-batas toleransi, khususnya penurunan yang tidak seragam (differential settlement) harus tidak mngakibatkan kerusakan pada struktur.

Kapasitas dukung ijin adalah tekanan maksimum yang dapat dibebankan pada tanah, sedemikian rupa sehingga kedua persyaratan di atas terpenuhi. Jadi,bila hitungan kapasitas dukung tanah didasarkan pada kapasitas dukung ultimit di bagi faktor aman telah memenuhi, padahal penurunan yang terjadi, yang dihitung berdasarkan tekanan dari hasil hitungan kapasitas dukung tanah tersebut, melampaui batas nilai toleransinya, maka nilai kapasitas dukungnya harus dikurangi sampai penurunan yang terjadi memenuhi syarat.
Bila tanah mengalami pembebanan seperti beban pondasi, tanah akan mengalami distorsi dan penurunan. Jika beban ini berangsur-angsur di tambah, penurunanpun juga bertambah. Akibatnya pada suatu saat, terjadi kondisi dimana pada beban tetap, pondasi mengalami penurunan yang sangat besar. Kondisi ini menunjukkan bahwa keruntuhan kapasitas dukung tela terjadi.
Kapasitas dukung ultimit (ultimate bearing capacity) didefinisikan sebagai beban maksimum persatuan luas dimana tanah masih dapat mendukung beban dengan tanpa mengalami keruntuhan.
Dari pengamatan kelakuan tanah selama pembebanan hingga tercapainya keruntuhan, diperoleh kenampakan sebagai berikut :

1. Terjadi perubahan bentuk tanah yang berupa penggembungan kolom tanah tepat di bawah dasar fondasi kearah lateral dan penurunan permukaan di sekitar pondasi.
2. Terdapat retakan lokal atau geseran tanah disekeliling pondasi.
3. Umumnya, pada saat keruntuhan terjadi zona geser melebar dalam batas tertentu dan suatu permukaan geser berbentuk lengkungan berkembang yang di susul dengan gerakan pondasi turun ke bawah.

Permukaan tanah disekitar pondasi selanjutnya menggembung ke atas yang diikuti oleh retakan dan gerakan muka tanah disekitar pondasi. Keadaan ini menunjukkan keruntuhan geser telah terjadi.
Kapasitas dukung tanah lempung bergantung pada konsistensi atau kuat gesernya. Kuat geser lempung dapat di peroleh dari beberapa pengujian,seperti uji SPT, uji tekan bebas dan uji triaksial.
Kebanyakan lempung jenuh mempunyai sifat seolah-olah mempunyai sudut gesek dalam nol, air sullit keluar dari tanahnya waktu beban bekerja. Bila pada pembebanan struktur, beban yang bekerja relatif cepat, maka digunakan dapat diperoleh dari pengujian triaksial maupun dari uji tekan bebas. Hanya dalam hal pembebanan yang sangat lambat atau dalam hal beban yang bekerja pada tanah dengan kandungan lanau yang tinggi, beban dapat mempengaruhi berkurangnya kadar air, yang kemudian dapat menambah kuat geser tanah. Untuk hal ini dapat digunakan parameter kuat geser tegangan efektif. Penggunaan kuat geser tanah yang diperoleh dari pengujian dengan kecepatan pembebanan yang sangat rendah di ijinkan, bila hitungan kapasitas dukung diperhitungkan untuk pembangunan bendungan urugan tanah, di mana pembangunannya memerlukan waktu lama. Pengurangan kadar air tanah yang di ikuti dengan penurunan, tidak merusak stabilitas bendungan.Akan tetapi, cara ini tidak boleh di pakai untuk struktur yang sensitif terhadap penurunan.
Cara ini hanya dapat digunakan untuk struktur fleksibel, seperti tangki minyak baja yang di bangun di atas tanah lanau. Pengisian tangki dapat di atur dengan penambahan kecil pada periode yang panjang. Bentuk penurunan yang akan terjadi bisa berbentuk cekungan tanpa menyebabkan kerusakan pada tangki tersebut.
Kapasitas dukung tiang adalah kemampuan atau kapasitas tiang dalam mendukung beban. Jika dalam kapasitas dukung pondasi dangkal satuannya adalah satuan tekanan (kPa) maka dalam kapasitas dukung tiang satuannya adalah satuan gaya (kN). Dalam beberapa literatur digunakan istilah pile capacity atau pile carrying capacity.
Hitungan kapasitas dukung tiang dilakukan secara statis dan dinamis. Hitungan kapasitas dukung tiang secara statis dilakukan menurut teori mekanika tanah.
Variasi kondisi tanah dan pengaruh tipe cara pelaksanaan pemancangan dapat menimbulkan perbedaan yang besar pada beban ultimit tiang dalam satu lokasi bangunan. Demikian pula dengan pengaruh-pengaruh seperti tiang dicetak di luar atau dicor ditempat,tiang berdinding rata atau bergelombang, tiang terbuat dari baja atau beton, sangat berpengaruh pada faktor gesekan antara sisi tiang dan tanah, yang dengan demikian akan mempengaruhi kapasitas dukung tiang.
Skema bidang runtuh untuk tiang yang mengalami pembebanan tekan dan yang menahan beban dengan mengerahkan tahanan ujung dan tahanan gesek dindingnya di perlihatkan pada gambar di bawah ini :

Tahanan ujung dan tahanan gesek dan model bidang keruntuhan

Kapasitas dukung ultimit neto tiang adalah jumlah dari tahanan ujung bawah ultimit dan tahanan gesek ultimit antara sisi tiang dan tanah disekitarnya dikurangi dengan berat sendiri tiang.

Qu  =  Qb + Qs – Wp

Dengan,
Wp = berat sendiri tiang (kN)
Qu = kapasitas dukung ultimit neto (kN)
Qb = tahanan ujung bawah ultimit (kN)
Qs = tahanan gesek ultimit (kN)
Tahanan ujung ultimit, secara pendekatan dapat di hitung dengan menggunakan persamaan kapasitas dukung ultimit pondasi dangkal, sebagai berikut

dengan,
qu = tahanan ujung persatuan luas tiang (kN/m²)
Ab = luas penampang ujung bawah tiang (m²)
Cb = kohesi tanah disekitar ujung tiang (kN/m²)
Pb = tekanan overburden di dasar tiang (kN/m²)
γ = berat volume tanah (kN/m³)
Nc, Nq, Nγ = faktor-faktor kapasitas dukung
Sehingga,

Tahanan gesek sisi tiang (Qs) dapat dianalisis dari teori Coulomb :

dengan,
τd = tahanan geser sisi tiang
cd = kohesi antara dinding – tanah
σn = σh = tegangan normal pada sisi tiang
Фd = sudut gesek antara sisi tiang dan tanah
Besarnya tegangan normal pada tiang (σn) atau tegangan horizontal (σh) pada tiang bergantung pada koefisien tekanan tanah lateral,

atau

Dengan σv adalah tegangan vertical akibat berat tanah (tekanan overburden) dan σh adalah tegangan horizontal atau tegangan lateral dari tanah disekitar tiang.

dengan,
Kd = koefisien lateral pada sisi tiang
Po = Z.γ
Z = kedalaman dari muka tanah
τd = cd + Kd.Po.tg Фd
Po = tekanan overburden rata-rata
Tahanan gesek dinding ultimit (Qs) :

As = luas selimut sisi tiang (m²)
Jika kapasitas dukung tiang ultimit diperhitungkan pada kondisi keruntuhan waktu jangka pendek atau kondisi tak terdrainase, maka parameter-parameter tanah yang harus digunakan adalah : Ф , c , cd dan ϒ pada kondisi tak terdrainase, sehingga pb dan po harus dihitung pada kondisi tegangan total.
Baca juga Kapasitas Dukung Tiang dari Rumus Dinamik