Daya dukung taneuh

Dina mékanika taneuh ditangtukeun daya dukung wates taneuh jeung beban anu diidinan ku taneuh.

Daya dukung wates taneuh nyaéta anu kahontal dina momen nalika taneuh ruksak. Ruksakna taneuh kajadian nalika beban anu ditransfer ku pondasi kana taneuh ngaleuwihan kakuatan geserna. Dina kaayaan éta, dina pangaruh beban pondasi P mucunghul bidang résistansi panghandapna ACD jeung BCE – permukaan luncur gbr. 1, sapanjang mana taneuh dipencet kaluar ka gigir jeung dina waktu nu sarua taneuh di luhur beungeut lahan di gigireun objék DG jeung EF naék, sedengkeun pondasina sorangan tilelep.

Gbr. 1. Ruksakna taneuh dina pangaruh beban pondasi

Kakuatan geser taneuh nambahan jeung jerona pondasi t, sabab alatan beurat lapisan-lapisan luhur kamungkinan kadorong ka gigir jadi leuwih leutik. Ku kituna, pondasi jero leuwih hese nyababkeun ruksakna taneuh, sedengkeun pondasi dangkal bahaya kana ruksakna. Sarua ogé, pondasi lega leuwih hese nyababkeun ruksakna taneuh, sabab widang gelincirna leuwih jero.

Beban anu diwenangkeun taneuh nyaéta beban anu tiasa diidinan pikeun nindak kana taneuh sahingga henteu nimbulkeun karuksakan taneuh dina kaayaan anu paling henteu nguntungkeun anu mungkin. Beban taneuh anu diwenangkeun ditangtukeun dumasar kana daya dukung wates taneuh ku nerapkeun faktor kaamanan. Gedéna faktor kaamanan gumantung kana sababaraha faktor, di antarana anu pangpentingna nyaéta katepatan ciri fisik taneuh, kamungkinan robahna nilai unsur tahanan jero taneuh utamana kohési, anu nilaina bisa rupa-rupa dina wates anu lega dina pangaruh cai dina taneuh, teras pangaruh faktor séjén anu mungkin, saperti kaayaan beban (kamungkinan beban dadakan jeung dinamis), jero pondasi, jeung lebar tapak pondasi.

Kamampuh nahan beban taneuh bisa ditangtukeun dumasar kana ruksakna taneuh, nu méré daya dukung wates. Nu dimaksud ku daya dukung wates taneuh nyaéta gedéna beban nu nyababkeun ruksakna. Aya dua cara pikeun nangtukeun daya dukung wates dumasar kana ruksakna taneuh, nyaéta harti matematik jeung beban uji.

Panghadean matematis

Loba panalungtik kungsi nyobian manggihan solusi matematis pikeun nangtukeun daya dukung wates taneuh, dumasar kana pangaweruh faktor-faktor pangaruh jeung dina rupa-rupa anggapan ngeunaan kaayaan ruksak. Faktor-faktor pangaruh nyaéta ciri fisik taneuh, anu ditangtukeun ku uji laboratorium dina sampel taneuh anu henteu kaganggu, kaayaan cai taneuh, jero pondasi, gedéna jeung wangun beungeut anu dibebanan, ogé cara méré beban, nyaéta beban anu merata atawa henteu merata, sentris atawa ékséntrik kana taneuh. Anggapan ngeunaan kaayaan ruksak dumasar kana téori plastisitas jeung téori élastisitas. Sanajan kitu, métode modéren pikeun nangtukeun daya dukung taneuh dumasar kana téori plastisitas, anu digabungkeun jeung sababaraha anggapan anu disederhanakeun.

Di dieu urang bakal nepikeun sababaraha métode itungan anu dipikawanoh pikeun nangtukeun daya pikul wates, nyaéta beban taneuh anu diidinan.

Bentuk Prandtl-Caquota

Lamun tapak pondasi AB dipondasikeun dina jero t di handapeun beungeut taneuh, dina jero ieu aya tekanan kontak po alatan beban pondasi jeung tekanan samping p=γt alatan beurat taneuh di luhur tingkat tapak pondasi nepi ka beungeut taneuh (gbr. 2).

Dina pangaruh langsung beurat pondasi, dina momen nalika daya dukung wates taneuh dilampaui, mucunghul permukaan luncur lurus AC jeung BC, anu ngabentuk sudut α = 45° + ϕ/2 jeung permukaan anu kabebanan. Permukaan luncur ieu ngabentuk prisma taneuh aktif ABC.

Gbr. 2. Permukaan luncur wangun spiral logaritmik dina pangaruh tapak dasar nu dibebani sentris nurutkeun Prandtl-Caquot

Ku pangaruh tekanan prisma taneuh aktif, kabentuk prisma taneuh pasif sisi ADD1 jeung BEE1, anu diusahakeun ku éta pikeun didorong ka luhur sapanjang beungeut luncat DD1 jeung EE1, dina sudut 45°-ϕ/2 jeung garis horizontal. Antara zona tekanan taneuh aktif jeung pasif aya zona geser radial ACD atawa BCE, tempat nalika kasaimbangan wates kaliwatan, luncat lumangsung sapanjang beungeut luncat anu melengkung. Résal ngitung yén beungeut luncat dina zona geser radial wangunna spiral logaritmik kalayan kutub di A atawa B, anu persamaanna r=r0 eπ tg_ϕ_

Pikeun nangtukeun beban wates taneuh, ieu anggapan di handap geus dijieun:

• yén pondasi datar, nyaéta gesekan antara tapak pondasi jeung taneuh dianggap teu dipaliré;
• yén kakuatan geser taneuh sapanjang permukaan D1M jeung E1N teu aya, nyaéta dianggurkeun;
• yén beurat volumetrik taneuh di handapeun dasar pondasi γ=0, hartina pangaruh beurat taneuh di handapeun tapak pondasi di zone kasaimbangan plastis teu dianggap.

Bentuk Prandtl-Caquota nyaéta:

Daya dukung wates taneuh nyaéta

Lamun urang nempatkeun:

wates daya nanggung taneuh kohesif nyaéta qf = γtm + cm1.

Pikeun rupa-rupa nilai sudut gesekan jero taneuh, nilai pikeun m jeung m1 dipidangkeun dina tabél 1.

Tab. 1. Nilai koefisien m jeung m__1 pikeun rupa-rupa nilai sudut gesekan jero taneuh

Beban taneuh anu diidinan nyaéta qa = pdozv = qf/F di mana F nyaéta faktor kaamanan. Pikeun nerapkeun rumus Prandtl-Caquot dicokot F = 4, jadi qa = qf/4.

Rumus Terzaghi

Terzaghi masihan pola semiempiris pikeun ngitung daya dukung wates taneuh dina pangaruh beban wangun pita, pasagi jeung piringan buleud. Anjeunna niténan pondasi anu didadasarkeun dina jero Df handapeun permukaan lahan, kalayan lébar B (gamb. 3), sarta nyokot yén aya gesekan antara tapak pondasi AB jeung taneuh, anu ngalawan kaperesan taneuh ka gigir, sarta yén beungeut luncuran AB jeung BC ngabentuk sudut gesekan jero jeung beungeut nu dibebanan.

Gbr. 3. Daya dukung wates taneuh nurutkeun Terzaghi

Ku kituna, taneuh dina baji taneuh ABC, anu aya di antara pondasi AB jeung permukaan geser AC jeung BC tetep dina kaayaan kasaimbangan elastis sarta kalakuanana salaku bagian tina pondasi. Prisme ABC teu bisa diteken nepi ka nalika tekanan dina sisi AC jeung BC jadi sarua jeung tekanan taneuh pasif tina prisme samping, hartina, lamun kaayaan wates kasaimbangan kapalang, tekanan hasil taneuh q meta dina sudut ϕ kana normal permukaan geser, nyaéta dina arah vertikal (gbr. 3). Kusabab dina pangaruh beban baji gerak vertikal ka handap, masalah kasaimbangan dina taneuh diréduksi jadi nangtukeun tekanan taneuh pasif. Tapi, lantaran itungan akurat daya dukung taneuh ku metoda ieu rumit, Terzaghi masihan solusi saderhana. Rumus Terzaghi pikeun ngitung daya dukung wates taneuh _q_f nyaéta

1. Pikeun tapak pondasi wangun pita

qf = cNc + γ1 DfNq + 0,5 γ2 BNγ  

di mana c nyaéta kohési taneuh

γ1 beurat volumetrik taneuh di luhur dasar pondasi

Df jero pondasi di handapeun permukaan taneuh nepi ka handap pondasi

γ2 beurat volumetrik taneuh di handapeun dasar pondasi

B lébar tapak pondasi.

Nc, Nq, Nγ mangrupa faktor kamampuh nahan beban, gumantung kana sudut gesekan jero taneuh, sarta nilai faktor ieu dipasihkeun ku rumus-rumus di handap ieu:

Nq nyaéta faktor alatan beurat lapisan taneuh gigir nepi ka jero pondasi: Nq = tg2 (45° + ϕ/2) eπ tg_ϕ_

Nc nyaéta faktor alatan kohési: Nc = (Nq – 1) ctg_ϕ_

Nγ mangrupa faktor alatan beurat sorangan tina baji taneuh di handapeun tapak pondasi, nyaéta di handapeun rubak tapak AB. Nilai faktor ieu ku Brinch Hansen dianjurkeun sabagé perkiraan: Nγ ≈ 1,8 (Nq – 1) tg_ϕ_

Sl. 4. Sebaran tegangan anu ditarima ku taneuh nalika beban sentris vertikal kana pondasi

Ku lantaran bédana beurat volumetrik taneuh anu leutik, mindeng dicokot γ1= γ2= γ. Numutkeun persamaan di luhur, daya dukung taneuh gumantung (gambar 4) kana: kohési taneuh dasar c, beban taneuh di gigireun pondasi γ1 D_F, beurat sorangan taneuh prisma geser aktif kalayan rubak B.

Nanging, sedengkeun sebaran tegangan anu ditarima ku taneuh alatan pangaruh kohési c jeung jero pondasi Df téh rata sapanjang lébarna, nya éta wangun sagi opat, sabalikna sebaran tegangan anu ditarima ku taneuh alatan pangaruh lébar B téh wangun segitiga, nya éta tegangan panggedéna ditarima di tengah pondasi, sarta turun ka arah gigir nepi ka sarua jeung nol.

Gamb. 5. Diagram faktor daya dukung gumantung kana sudut gesekan jero taneuh nurutkeun Terzaghi

Pikeun rupa-rupa nilai sudut ti 0 nepi ka 40°, Terzaghi nyusun diagram faktor daya dukung (gbr. 5). Sanajan kitu faktor daya dukung Nc, Nq jeung Nγ (garis pinuh dina gambar 5) bisa diadopsi ngan dina kasus taneuh anu padet jeung kuat. Lamun taneuhna leupas atawa leuwih gampang mampet, mangka kudu diadopsi faktor daya dukung N’c, N’q jeung N’γ (garis putus-putus dina gbr. 5), anu masihan 2/3 nilai tahanan gesek. Salian ti éta dina hal ieu kudu dicokot 2/3 nilai kohési c anu diala sacara laboratorium, ku kituna dina hal éta urang miboga qf = 2/3 cN’c + γ1 DfN’q + 0,5 γ2 BN’γ.

2. Pikeun tapak pondasi wangun segi opat

qf = 2/3 (1+0,3 B/L) cN’c + γ1 DfN’q + 0,5 γ2 BN’γ  sarta L mangrupa panjang tapak pondasi

3. Pikeun pondasi taneuh wangun pasagi

qf = 2/3 1,3 cN’c + γ1 DfN’q + 0,4 γ2 BN’γ  

4. Pikeun tapak dasar wangun buleud

qf = 2/3 1,3 cN’c + γ1 DfN’q + 0,6 γ2 rN’γ  di mana r nyaéta radius tapak pondasi.

Pikeun ngitung beban taneuh nu diidinan dicokot faktor kaamanan F: qa = qf/F. Nilai faktor kaamanan aya dina rentang 2 nepi ka 3 nurutkeun kaayaan taneuh jeung beban.

Pamakéan rumus matematika

Pamakéan rumus matematis pikeun nangtukeun beban taneuh anu diidinan merlukeun pangaweruh ngeunaan ciri geomekanis taneuh, nyaéta kohési jeung gesekan jero dina jero pondasi sarta beurat volumetrik taneuh di luhur jeung di handapeun dasar pondasi. Upama taneuh pondasi ayana di handapeun permukaan cai taneuh, daya angkat cai ogé kudu diperhatikeun dina nangtukeun beurat volumetrik taneuh.

Dina beban taneuh anu leuwih gedé jeung objék anu leuwih gedé, nalika nilai beban taneuh nu diidinan anu diala dumasar kana rumus matématika dipaké sacara pinuh, itungan daya dukung taneuh kudu dibarengan ku itungan susut. Daya dukung taneuh anu diitung ngan ditarima lamun ku itungan susut diala susut anu leuwih leutik tibatan anu diidinan pikeun jinis objék anu tangtu. Dina hal lamun ku itungan diala susut leuwih gedé tibatan anu diidinan, nilai beban taneuh anu diidinan anu diitung ku rumus itungan henteu ditarima, tapi cara pondasi kudu dirobah sangkan diala susut anu leuwih leutik, dina wates susut anu diidinan pikeun struktur objék éta.

Gbr. 6. Jero pondasi éféktif D__f

Dina rumus matematis pikeun nangtukeun daya dukung wates taneuh, teu diitung gesekan cangkang pondasi, anu ogé milu minangka résistansi kana pangaruh beban, salami pondasi pageuh nyabak taneuh dina sisi-sisina. Résistansi gesekan cangkang teu kudu diperhatoskeun, sabab gesekan cangkang nu sabenerna ngan aya dina tihang anu dipacokkeun kana taneuh, sedengkeun dina tapak pondasi gesekan cangkang téh leutik pisan, sabab tapak dijieun dina liang anu geus digali heula.

Pamakéan rumus matematika anu henteu merhatikeun wangun pondasi méré hasil pangdeukeutna pikeun pondasi wangun jalur, nyaéta nalika panjang pondasi leuwih ti dua kali lébarna. Tina uji coba kabuktian yén dina pad pondasi wangun pasagi atawa bunder, ruksakna lumangsung dina beban wates anu 10-30% leuwih gedé tibatan nu diitung ku rumus matematika. Pad wangun segitiga méré daya dukung leuwih leutik tibatan jalur, sedengkeun daya dukung pangleutikna dipasihkeun ku pad wangun cincin, upamana henteu dieusian.

Jero fondasi Df diitung minangka jero fondasi éféktif tina taneuh dasar fondasi nepi ka dasar fondasi (Gbr. 6). Dina fondasi di handapeun rohangan bawah tanah, jero fondasi éféktif Df béda ti jero fondasi jeung ogé di handapeun permukaan taneuh. Dina kasus sapertos kitu, pikeun ngitung beban wates jeung beban taneuh anu diidinan kudu salawasna dianggo Df, sabab di luhur taneuh dasar fondasi aya hawa anu henteu ngalawan dorongan taneuh ka gigir ku pangaruh beban fondasi P.