Pengertian Daya Dukung Tanah, Rumus Cara Hitung, dan Contoh Studi Kasusnya

Perencanaan pondasi merupakan salah satu hal penting dalam proses pembangunan bangunan. Tanpa perencanaan yang baik, pondasi dapat mengalami keruntuhan geser (shear failure) atau penurunan berlebih. Salah satu faktor penting dalam perencanaan pondasi adalah perhitungan kuat daya dukung tanah.

Untuk mengetahui daya dukung tanah, maka hal yang harus dilakukan adalah dengan penyelidikan, yang dilanjutkan menghitung daya dukung tanah di lokasi tempat bangunan akan dibangun. 

Daya dukung tanah adalah kemampuan tanah untuk menahan beban konstruksi yang bekerja. Tanah yang memiliki daya dukung yang baik akan membuat pondasi lebih stabil dan kuat. Sebaliknya, tanah yang memiliki daya dukung yang rendah akan menyebabkan pondasi mudah rusak. 

Oleh karena itu, penting untuk mengetahui kondisi daya dukung tanah sebelum memulai proses pembangunan.

Untuk mendapatkan tegangan tanah yang diizinkan, besarnya beban dibagi dengan faktor keamanan (safety factor). Faktor keamanan ini digunakan untuk menjamin bahwa pondasi tidak akan mengalami keruntuhan geser atau penurunan berlebih.

Rumus Daya Dukung Tanah

Daya dukung tanah dinyatakan dalam bentuk tegangan, yang dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut:

q_all= Daya Dukung Batas (q_ult)/Faktor Keamanan (SF)

Faktor keamanan ini digunakan untuk menjamin bahwa pondasi tidak akan mengalami keruntuhan geser atau penurunan berlebih.

Untuk memenuhi syarat keamanan, disarankan untuk menggunakan faktor keamanan sebesar 3. Ini sangat penting untuk menanggulangi ketidaktentuan kondisi tanah dasar. Namun, untuk struktur yang kurang penting, faktor keamanan dapat diambil kurang dari 3.

Ada beberapa metode yang dapat digunakan untuk menghitung daya dukung tanah, salah satu metode yang paling sering digunakan adalah metode dari Terzaghi. Metode ini didasarkan pada kondisi general shear failure yang dikemukakan oleh Terzaghi (1943). Dengan menggunakan metode ini, dapat diperoleh hasil yang akurat dan dapat digunakan sebagai dasar dalam perencanaan pondasi bangunan.

Persamaannya:

 qult = c Nc + Df γ Nq + 0,5 γ B Nγ 

dengan : qult = daya dukung ultimit/ batas

 c = kohesi .

 Df = kedalaman pondasi

 B = lebar pondasi

 γ = berat volume tanah

 Nc,Nq,Nγ = faktor daya dukung tanah (tersaji dalam tabel di bawah)

Menurut Terzaghi, pondasi dengan bentuk bujur sangkar dan lingkaran memiliki persamaan daya dukung batas sebagai berikut:

1. Pondasi bujur sangkar : qult = 1,3 c Nc + Df γ Nq + 0,4 γ B Nγ
2. Pondasi lingkaran : qult = 1,3 c Nc + Df γ Nq + 0,3 γ B Nγ , dengan B adalah diameter pondasi (untuk lingkaran)

Persamaan di atas digunakan dengan anggapan bahwa jenis keruntuhan tanah di bawah pondasi adalah keruntuhan geser umum (general shear failure). Sedangkan untuk kondisi keruntuhan geser setempat (local shear failure) untuk pondasi memanjang dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut:

q’ult = c’ N’c + Df γ N’q + 0,5 γ B N’γ )

dengan c’ = 2/3c

dan tan Ø’ = 2/3

Sedangkan daya dukung batas dari tanah untuk pondasi dengan bentuk bujur sangkar dan lingkaran untuk kondisi keruntuhan geser setempat adalah sebagai berikut:

1. Pondasi bujur sangkar : q’ult = 1,3 c’ N’c + Df γ N’q + 0,4 γ B N’γ
2. Pondasi lingkaran : qult = 1,3 c’ N’c + Df γ N’q + 0,3 γ B N’γ

Untuk tanah non kohesif digunakan pedoman:

1. Local shear failure terjadi bila Ø ≤ 28°
2. Local shear failure terjadi bila Ø > 28°

Untuk faktor – faktor daya dukung (Nc,Nq,Nγ,N’c,N’q,N’γ) diberikan dalam gambar dan tabel berikut ini secara berturut-turut.

Contoh Soal Menghitung Daya Dukung Tanah

Untuk memudahkan pemahaman, maka akan diberikan contoh perhitungan daya dukung tanah ultimit (qult) dari satu lapisan tanah untuk menopang crane crawler mats sebagaimana ditunjukan pada gambar berikut. 

Dengan lebar crane mats masing-masing 4m, maka kedalaman tanah yang akan mendapatkan pengaruh beban 2B=8 m dimana pengaruh beban mencapai lapisan tanah yang kedua. Sehingga parameter tanah yang digunakan untuk menghitung daya dukung tanah tersebut adalah rerata dari kedua lapisan tanah dimana crane mat tersebut duduk.

Parameter tanah rerata dari dua lapisan tanah sebagaimana ditunjukan pada gambar diatas dapat dihitung sbb;

gtanah= (g1+g2)/2= (16+17)/2= 16.5kN/m³;

ftanah= (f1+f2)/2= 15;

ctanah= (c1+c2)/2= 20+30= 25kN/m³.

Dengan menggunakan nilai ftanah= 15, maka dengan menggunakan chart diatas dapat ditentukan Nc= 12,9 dan Ng= 2,5.

Selanjutnya daya dukung tanah ultimit (qult) yaitu daya dukung tanah sesaat sebelum masa tanah runtuh dapat dihitung sbb;

qult= 1,3cNc + 0,4gBNg= 1,3*25*12,9+ 0,4*16,5*4*2,5= 485,25kN/m²

Pada perencanaan pondasi bangunan, daya dukung tanah ijin (qa) dapat ditentukan dengan membagi qull dengan nilai safety factor (SF). 

Secara matematis dapat dituliskan qa= qult/SF.  

Safety factor ini dimaksudkan untuk mengakomodasi uncertenties pada soil profile, soil strength parameters, serta simplifikasi dari persamaan perhitungan yang digunakan. 

Engineer Geoteknik umumnya menggunakan angka safety factor pada range 2.5 sampai dengan 3.5 untuk analisis pondasi dangkal (shallow foundation), tujuannya untuk menghindari kegagalan daya dukung serta penurunan berlebih yang dapat menyebabkan kerusakan pada struktur atas bangunan. Dengan menggunakan SF= 3, maka daya dukung tanah ijin, qa= qult/3= 485,25/3= 161,75 kN/m².