Itudaya dukung tanahdiberikan oleh persamaan
Q_a=\frac{Q_u}{FS}
di manaQSebuahadalah daya dukung yang diijinkan (dalam kN/m2 atau lb/ft2), Qkamuadalah daya dukung ultimit (dalam kN/m2 atau lb/ft2) dan FS adalah faktor keamanan. Daya dukung akhirQkamuadalah batas teoritis dari daya dukung.
Sama seperti Menara Miring Pisa yang miring karena deformasi tanah, para insinyur menggunakan perhitungan ini saat menentukan berat bangunan dan rumah. Saat para insinyur dan peneliti meletakkan fondasi, mereka perlu memastikan proyek mereka ideal untuk tanah yang mendukungnya. Daya dukung adalah salah satu metode untuk mengukur kekuatan ini. Peneliti dapat menghitung daya dukung tanah dengan menentukan batas tekanan kontak antara tanah dan material yang diletakkan di atasnya.
Perhitungan dan pengukuran ini dilakukan pada proyek-proyek yang melibatkan pondasi jembatan, dinding penahan tanah, bendungan dan jaringan pipa yang berjalan di bawah tanah. Mereka mengandalkan fisika tanah dengan mempelajari sifat perbedaan yang disebabkan oleh tekanan air pori dari bahan yang mendasari pondasi dan tegangan efektif antar butiran antara partikel tanah diri. Mereka juga bergantung pada mekanika fluida dari ruang antara partikel tanah. Ini menjelaskan retak, rembesan dan kekuatan geser tanah itu sendiri.
Bagian berikut membahas lebih detail tentang perhitungan ini dan penggunaannya.
Rumus Daya Dukung Tanah
Pondasi dangkal meliputi pondasi strip, pondasi persegi dan pondasi lingkaran. Kedalamannya biasanya 3 meter dan memungkinkan hasil yang lebih murah, lebih layak, dan lebih mudah ditransfer.
Teori Daya Dukung Terzaghi Ultimatemenyatakan bahwa Anda dapat menghitung daya dukung pamungkas untuk fondasi kontinu dangkal shallowQkamudengan
Q_u=cN_c+gDN_q+0.5gBN_g
di manacadalah kohesi tanah (dalam kN/m2 atau lb/ft2), gadalah berat satuan efektif tanah (dalam kN/m3 atau lb/ft3), Dadalah kedalaman pondasi (dalam m atau ft) dan B adalah lebar pondasi (dalam m atau ft).
Untuk pondasi persegi dangkal, persamaannya adalahQkamudengan
Q_u=1.3cN_c+gDN_q+0.4gBN_g
dan, untuk pondasi lingkaran dangkal, persamaannya adalah
Q_u=1.3cN_c+gDN_q+0.3gBN_g
Dalam beberapa variasi, g diganti denganγ.
Variabel lain tergantung pada perhitungan lain.tidakqaku s
N_q=\frac{e^{2\pi (0.75-\phi '/360)\tan{\phi '}}}{2\cos{(2(45+\phi '/2))}}
tidakcadalah 5,14 untuk'=0dan
N_C=\frac{N_q-1}{\tan{\phi '}}
untuk semua nilai ' lainnya,Ngaku s:
N_g=\tan{\phi '}\frac{K_{pg}/\cos{2\phi '}-1}{2}
Khaldiperoleh dari grafik kuantitas dan menentukan nilaiKhalmemperhitungkan tren yang diamati. Beberapa menggunakantidakg = 2(Nq+1)tanф'/(1+.4sin4')sebagai perkiraan tanpa perlu menghitungKhal.
Mungkin ada situasi di mana tanah menunjukkan tanda-tanda lokalkegagalan geser. Ini berarti kekuatan tanah tidak dapat menunjukkan kekuatan yang cukup untuk pondasi karena hambatan antar partikel dalam material tidak cukup besar. Dalam situasi ini, daya dukung utama pondasi persegi adalah foundationQkamu = 0,867c Nc + g D Nq + 0,4 g B Ng ,i fondasi kontinusQu = 2/3c Nc + g D Nq + 0,5 g B Ng dan pondasi lingkaran adalahQkamu = 0,867c Nc + g D Nq + 0,3 g B Ng.
Metode Penentuan Daya Dukung Tanah
Pondasi dalam meliputi pondasi pier dan caissons. Persamaan untuk menghitung daya dukung ultimit jenis tanah ini adalah:Qkamu = Qp + Qf di manaQkamuadalah daya dukung ultimit (dalam kN/m2 atau lb/ft2), Qpadalah daya dukung teoritis untuk ujung pondasi (dalam kN/m2 atau lb/ft2) danQfadalah daya dukung teoritis akibat gesekan poros antara poros dan tanah. Ini memberi Anda formula lain untuk daya dukung tanah
Anda dapat menghitung fondasi kapasitas bantalan ujung (ujung) teoritisQpsebagaiQp = Apqpdi manaQpadalah daya dukung teoritis untuk bantalan ujung (dalam kN/m2 atau lb/ft2) danSEBUAHpadalah luas efektif ujung (dalam m2 atau ft2).
Kapasitas dukung ujung unit teoritis dari tanah lanau tanpa kohesiqpaku sqDNqdan untuk tanah kohesif,9c,(keduanya dalam kN/m2 atau lb/ft2). Dcadalah kedalaman kritis untuk tiang dalam lanau atau pasir lepas (dalam m atau ft). Ini seharusnya10Buntuk lanau dan pasir lepas,15Buntuk lanau dan pasir dengan kepadatan sedang dan20Buntuk lanau dan pasir yang sangat padat.
Untuk kapasitas gesekan kulit (poros) pondasi tiang, daya dukung teoritisQfaku sSEBUAHfqfuntuk satu lapisan tanah homogen danpSqfLuntuk lebih dari satu lapisan tanah. Dalam persamaan ini,SEBUAHf adalah luas permukaan efektif poros tiang pancang,qfaku skstan (d), kapasitas gesekan satuan teoritis untuk tanah tanpa kohesi (dalam kN/m2 atau lb/ft) di manakadalah tekanan tanah lateral,sadalah tekanan overburden efektif dandadalah sudut gesekan luar (dalam derajat).Sadalah penjumlahan dari lapisan tanah yang berbeda (mis.Sebuah1 + Sebuah2 +... + Sebuahtidak).
Untuk lanau, kapasitas teoretis ini adalahcSEBUAH + kstan (d)di manacSEBUAHadalah adhesi. Ini sama denganc,kohesi tanah untuk beton kasar, baja berkarat dan logam bergelombang. Untuk beton halus, nilainya adalah.8cuntukc, dan, untuk baja bersih, adalah.5cuntuk.9c. padalah keliling penampang tiang (dalam m atau ft).Ladalah panjang efektif tiang (dalam m atau ft).
Untuk tanah kohesif,qf = aSkamu di mana a adalah faktor adhesi, diukur sebagai1-1 (Suc)2untukSuckurang dari 48 kN/m2 dimanaSuc = 2cadalah kekuatan tekan bebas (dalam kN/m2 atau lb/ft2). UntukSuclebih besar dari nilai ini,a = [0,9 + 0,3(Suc - 1)]/Suc.
Apa itu Faktor Keamanan?
Faktor keamanan berkisar dari 1 sampai 5 untuk berbagai kegunaan. Faktor ini dapat menjelaskan besarnya kerusakan, perubahan relatif dalam kemungkinan kegagalan proyek, data tanah itu sendiri, toleransi konstruksi dan akurasi metode analisis desain.
Untuk contoh kegagalan geser, faktor keamanan bervariasi dari 1,2 hingga 2,5. Untuk bendungan dan timbunan, faktor keamanan berkisar antara 1,2 hingga 1,6. Untuk dinding penahan, itu 1,5 hingga 2,0, untuk shear sheet pile adalah 1,2 sampai 1,6, untuk galian breising adalah 1,2 sampai 1,5, untuk pijakan sebar geser, faktornya adalah 2 sampai 3, untuk pondasi mat adalah 1,7 sampai dengan 2,5. Oleh Sebaliknya, contoh kegagalan rembesan, karena bahan merembes melalui lubang kecil di pipa atau bahan lain, faktor keamanan berkisar antara 1,5 hingga 2,5 untuk pengangkatan dan 3 hingga 5 untuk perpipaan.
Insinyur juga menggunakan aturan praktis untuk faktor keamanan sebagai 1,5 untuk dinding penahan yang terbalik dengan granular backfill, 2.0 untuk backfill kohesif, 1.5 untuk dinding dengan tekanan pembumian aktif dan 2.0 untuk dinding dengan pembumian pasif tekanan. Faktor keamanan ini membantu para insinyur menghindari kegagalan geser dan rembesan serta tanah dapat bergerak sebagai akibat dari bantalan beban di atasnya.
Perhitungan Praktis Daya Dukung
Berbekal hasil pengujian, para insinyur menghitung berapa banyak beban yang dapat ditanggung oleh tanah dengan aman. Dimulai dengan berat yang dibutuhkan untuk menggeser tanah, mereka menambahkan faktor keamanan sehingga struktur tidak pernah menerapkan berat yang cukup untuk merusak tanah. Mereka dapat menyesuaikan tapak dan kedalaman fondasi agar tetap dalam nilai itu. Sebagai alternatif, mereka dapat memampatkan tanah untuk meningkatkan kekuatannya, dengan, misalnya, menggunakan roller untuk memadatkan material urugan lepas untuk landasan jalan.
Metode penentuan daya dukung tanah melibatkan tekanan maksimum yang dapat diberikan pondasi ke tanah sedemikian rupa sehingga: faktor keamanan yang dapat diterima terhadap kegagalan geser di bawah pondasi dan penurunan total dan diferensial yang dapat diterima adalah: bertemu.
Daya dukung ultimit adalah tekanan minimum yang akan menyebabkan keruntuhan geser dari tanah pendukung tepat di bawah dan berdekatan dengan pondasi. Mereka memperhitungkan kekuatan geser, kepadatan, permeabilitas, gesekan internal dan faktor-faktor lain ketika membangun struktur di atas tanah.
Insinyur menggunakan penilaian terbaik mereka dengan metode penentuan daya dukung tanah ini saat melakukan banyak pengukuran dan perhitungan ini. Panjang efektif mengharuskan insinyur membuat pilihan tentang di mana untuk memulai dan berhenti mengukur. Sebagai salah satu metode, insinyur dapat memilih untuk menggunakan kedalaman tiang dan mengurangi tanah permukaan yang terganggu atau campuran tanah. Insinyur juga dapat memilih untuk mengukurnya sebagai panjang segmen tiang dalam satu lapisan tanah yang terdiri dari banyak lapisan.
Apa Penyebab Tanah Menjadi Stres?
Insinyur perlu memperhitungkan tanah sebagai campuran partikel individu yang bergerak satu sama lain. Satuan tanah ini dapat dipelajari untuk memahami fisika di balik gerakan ini ketika menentukan these berat, gaya, dan kuantitas lainnya sehubungan dengan bangunan dan proyek yang dibangun oleh para insinyur mereka.
Keruntuhan geser dapat terjadi akibat tegangan yang diterapkan pada tanah yang menyebabkan partikel-partikel saling menolak dan menyebar dengan cara yang merusak bangunan. Untuk alasan ini, insinyur harus berhati-hati dalam memilih desain dan tanah dengan kekuatan geser yang sesuai.
ItuLingkaran Mohrdapat memvisualisasikan tegangan geser pada bidang yang relevan dengan proyek bangunan. Lingkaran Tegangan Mohr digunakan dalam penelitian geologi pengujian tanah. Ini melibatkan penggunaan sampel tanah berbentuk silinder sedemikian rupa sehingga tegangan radial dan aksial bekerja pada lapisan tanah, dihitung menggunakan bidang. Peneliti kemudian menggunakan perhitungan tersebut untuk menentukan daya dukung tanah pada pondasi.
Mengklasifikasikan Tanah Berdasarkan Komposisi
Para peneliti di bidang fisika dan teknik dapat mengklasifikasikan tanah, pasir, dan kerikil berdasarkan ukuran dan kandungan kimianya. Insinyur mengukur luas permukaan spesifik dari konstituen ini sebagai rasio luas permukaan partikel dengan massa partikel sebagai salah satu metode untuk mengklasifikasikannya.
Kuarsa adalah komponen lumpur dan pasir yang paling umum dan mika dan feldspar adalah komponen umum lainnya. Mineral lempung seperti montmorillonit, illite dan kaolinite membentuk lembaran atau struktur yang seperti pelat dengan luas permukaan yang besar. Mineral ini memiliki luas permukaan spesifik dari 10 hingga 1.000 meter persegi per gram padatan.
Luas permukaan yang besar ini memungkinkan terjadinya interaksi kimia, elektromagnetik, dan van der Waals. Mineral ini bisa sangat sensitif terhadap jumlah cairan yang dapat melewati pori-pori mereka. Insinyur dan ahli geofisika dapat menentukan jenis lempung yang ada di berbagai proyek untuk menghitung efek gaya-gaya ini untuk memperhitungkannya dalam persamaan mereka.
Tanah dengan lempung aktivitas tinggi bisa sangat tidak stabil karena sangat sensitif terhadap cairan. Mereka membengkak di hadapan air dan menyusut jika tidak ada. Gaya-gaya tersebut dapat menyebabkan keretakan pada pondasi fisik bangunan. Di sisi lain, bahan yang merupakan lempung aktivitas rendah yang terbentuk di bawah aktivitas yang lebih stabil dapat jauh lebih mudah untuk dikerjakan.
Bagan Daya Dukung Tanah
Geotechdata.info memiliki daftar nilai daya dukung tanah yang dapat Anda gunakan sebagai grafik daya dukung tanah.