30

BAB II STRUKTUR FONDASI

Pada bab ini, materi yang akan dibahas meliputi jenis-jenis fondasi

telapak, momen lentur, dan kuat geser yang bekerja pada telapak fondasi. Fondasi

umumnya berlaku sebagai komponen struktur pendukung bangunan yang

terbawah, dan telapak fondasi berfungsi sebagai elemen terakhir yang meneruskan

beban ke tanah.

Materi yang akan dipelajari pada bab ini sangat terkait dengan materi yang

telah dibahas pada bab sebelumnya, seperti momen lentur pelat satu arah maupun

pelat dua arah. Selain mata kuliah Strutur Beton Dasar, yang mendukung bagian

ini adalah mata kuliah Analisa Struktur, Rekayasa Fondasi, dan Mekanika Tanah.

Setelah mempelajari materi ini, mahasiswa diharapkan mampu

menjelaskan jenis-jenis fondasi telapak, merencanakan, dan menggambar hasil

perhitungan fondasi telapak.

P E N D A H U L U A N

31

2.1 Pendahuluan

Fondasi didefinisikan sebagai bagian dari struktur yang berhubungan

langsung dengan tanah, dan berfungsi untuk menyalurkan beban-beban pada

struktur atas ke tanah. Fondasi suatu bagunan berfungsi untuk memindahkan

beban beban pada struktur atas ke tanah. Fondasi harus direncanakan

sedemikian rupa agar dapat mendukung beban beban struktur, baik berat sendiri,

beban hidup, beban angin, gempa, dll.

Fondasi bertujuan untuk meratakan beban kedalam bidang yang cukup

luas, sehingga tanah yang ada bisa mendukung beban diatasnya dengan aman

tanpa penurunan yang berlebihan. Fungsi ini dapat berlaku secara baik bila

kestabilan fondasi terhadap efek guling, geser, punurunan, dan daya dukung tanah

terpenuhi.

Umumnya pondasi terbuat dari beton bertulang, meskipun kadang

kadang juga digunakan beton tanpa tulangan atau pasangan batu.

2.2. Jenis-Jenis Fondasi

Pemilihan jenis fondasi yang cocok untuk bangunan bergantung pada :

- Kedalaman tanah dari dasar pondasi

- Daya dukung tanah dan keseragaman dari tanah

- Jenis dari bangunan atas yang didukungnya.

P E N Y A J I A N

32

- Ukuran dari fondasi yang berkaitan langsung dengan beban yang

bekerja diatasnya.

Pondasi beton bertulang pada umumnya berupa fondasi telapak (spread footing)

seperti tampak pada Gambar 2.1. Pembahasan pada buku ini dibatasi hanya

mengenai fondasi langsung yang berupa fondasi telapak setempat, gabungan, atau

menerus. Fondasi telapak dikombinasikan dengan pasangan batu atau fondasi

telapak di atas tiang pancang (pile cap), misalnya, tidak bahas didalam buku ini.

Secara umum fondasi telapak beton dapat digolongkan sebagai berikut:

1. Fondasi telapak kolom setempat seperti Gambar 2.1.a, sering disebut

juga sebagai fondasi telapak terpisah. Untuk menjamin keseimbangan

dan efisiensi umumnya berbentuk telapak bujur sangkar, tetapi apabila

ruangnya terbatas dapat juga berbentuk empat persegi panjang.

2. Fondasi telapak dinding seperti Gambar 2.1.b bertugas mendukung

dinding, baik yang menumpu secara konsentris ataupun tidak.

3. Fondasi telapak gabungan, mendukung dua kolom atau lebih dan

telapaknya dapat berbentuk empat persegi panjang seperti Gambar

2.1.c, atau trapesium seperti Gambat 2.1.d. Apabila dua fondasi telapak

terpisah digabungkan melalui balok pengikat, sering dinamakan

sebagai fondasi telapak kantilever seperti Gambar 2.1.e.

4. Fondasi plat seperti Gambar 2.1.f, merupakan fondasi telapak

menyeluruh dengan telapak sangat luas dan mendukung semua kolom

dan dinding struktur bangunan, umumnya digunakan apabila bangunan

harus didirikan diatas tanah dasar lembek.

33

2.1 Jenis-jenis Fondasi Telapak

5. Fondasi telapak tiang pancang (pile cap), melayani pelimpahan beban

kolom dari atas kepada sekelompok tiang pancang di bawahnya, yang

kemudian diteruskan ke tanah pendukung melalui gesekan permukaan

atau tumpuan ujung tiang.

34

Dalam rangka membentuk satu kesatuan struktur, dalam pelaksanaan

fondasi telapak setempat harus saling berhubungan dalam dua arah sumbu yang

pada umumnya saling tegaklurus, dihubungkan dengan balok balok pengikat.

Apabila momen yang terjadi pada kolom disalurkan kepada struktur fondasi, maka

balok balok pengikat harus direncanakan terhadap gaya aksial, gaya geser, dan

momen lentur yang didapat dari analisis struktur portal, di mana tinjauan

bekerjanya beban gravitasi dan beban lateral gempa dilakukan untuk dua arah

sumbu utama bangunan secara bersamaan. Apabila analisis struktur dinamis tidak

dilakukan untuk bagian bawah permukaan tanah bangunan gedung, balok balok

pengikat tersebut dapat direncanakan berdasarkan gaya longitudinal tarik atau

tekan sebesar 10 % dari beban vertikal kolom yang bekerja pada pertemuan

balokbalok pengikat.

2.3 Fondasi Telapak Setempat

Jenis fondasi ini yang juga dinamakan fondasi telapak terpisah mungkin

merupakan jenis fondasi yang sering dipakai, karena paling sederhana dan

ekonomis dibandingkan berbagai jenis fondasi lainnya. Fondasi telapak terpisah

atau setempat pada umumnya berbentuk telapak bujur sangkar, atau empat persegi

panjang apabila terdapat pembatasan ruang. Pada dasarnya fondasi tersebut

berupa satu plat yang langsung menyangga sebuah kolom.

Dalam menyangga beban konsentris, fondasi telapak berlaku dan

diperhitungkan sebagai struktur kantilever dua arah (x dan y) dengan beban

tekanan tanah arah ke atas pada telapak fondasi. Tegangan tarik terjadi pada kedua

arah di bagian bawah fondasi telapak. Fondasi ditulangi dengan dua lapis batang

35

baja yang saling tegak lurus dan arahnya sejajar dengan tepi fondasi. Luas bidang

singgung antara fondasi dan tanah yang diperlukan ditentukan dan merupakan

fungsi dari tekanan tanah ijin dan beban dari kolom.

Kuat Geser

Karena fondasi bekerja ke arah x dan y, perhitungan gesernya harus

mempertimbangkan dua jenis yang berbeda, yaitu kuat geser pons (geser dua

sumbu) dan kuat geser balok (geser satu sumbu). Pada umumnya tebal fondasi

yang diperlukan ditentukan oleh berdasarkan pada syarat kuat geser yang harus

dipenuhi. Gaya geser dua arah sumbu disebut juga sebagai geser pons, karena

kolom atau umpak pedestal cenderung untuk mendesak melobangi plat telapak

fondasi yang mengakibatkan timbulnya tegangan disepanjang keliling kolom atau

umpak pedestal.

Beberapa percobaan membuktikan bentuk kegagalan kuat geser pons

berupa retakan membentuk piramida terpancung melebar ke bawah. Sesuai

dengan SK SNI T 15 1991 03 pasal 3.4.11 ayat 1.2, penampang kritis geser

dua arah ditentukan sebagai bidang vertikal terhadap telapak fondasi, mengelilingi

kolom atau umpak pedestal dengan panjang keliling minimum bo, pada jarak tidak

kurang dari setengah tinggi efektif fondasi dari muka kolom atau umpak pedestal.

Perencanaan fondasi yang bekerja pada dua arah didasarkan pada nilai

kuat geser Vn yang ditentukan tidak boleh lebih besar dari Vc kecuali apabila

dipasang penulangan geser. Dari ketentuan SK SNI T 15 1991 03 pasal

3.4.11 ayat 2, Vc ditentukan dari nilai terkecil dari persamaan persamaan

berikut:

36

Vc = ( ) dbf occ

'221

+ Pers. SK SNI T 15 1991 03(3.4 -36a)

Vc = dbfbd

oc

o

s

+ '

1212 Pers. SK SNI T 15 1991 03 (3.4-36b)

Vc = ( ) dbf oc'4 Pers. SK SNI T 15 1991 03 (3.4 36c)

Di mana, c = rasio sisi panjang terhadap sisi pendek dari beban terpusat yang

bekerja atau bidang reaksi

bo = panjang keliling penampang kritis geser dua arah yang bekerja

pada fondasi telapak.

Vc, fc dan d seperti yang telah ditentukan terdahulu, sedangkan nilai

s adalah 40 untuk kolom interior, 30 untuk kolom eksterior, dan 20

untuk kolom sudut.

Penggunaan penulangan geser di dalam fondasi tidak disarankan karena

tidak praktis, terutama berkaitan dengan kesulitan pemasangan di samping lebih

praktis untuk menambah ketebalan fondasi sedikit saja. Oleh karena itu, umumnya

perencanaan kuat geser fondasi telapak didasarkan sepenuhnya pada kuat geser

beton saja. Perilaku fondasi telapak yang bekerja satu arah dapat disamakan

dengan balok atau plat penulangan satu arah. Sesuai dengan SK SNI T 15

1991 03 pasal 3.4.11 ayat 1.1 ditentukan bahwa penampang kritis geser satu

arah pada fondasi adalah pada bidang vertikal memotong lebar di tempat yang

berjarak sama dengan tinggi efektif dari muka beban terpusat atau bidang reaksi.

37

Sama seperti halnya pada balok atau plat dengan penulangan satu arah, kuat geser

beton pada fondasi telapak diperhitungkan sebagai berikut :

Vc = dbf wc

'61

Untuk kedua jenis kuat geser pada fondasi tersebut, apabila untuk keduanya tanpa

penulangan geser, sebagai dasar perencanaan kuat geser adalah Vu Vn dimana

Vn = Vn

Momen dan penyaluran batang tulangan

Penulangan ukuran dan jarak spasi tulangan baja yang terutama merupakan

fungsi momen lentur yang timbul akibat tekanan tanah ke atas (setelah dikurangi

dengan berat plat fondasi. Plat fondasi telapak berlaku sebagai balok kentilever

pada dua arah dengan beban tekanan tanah arah ke atas. Untuk menentukan letak

pangkal jepit kantilever atau penampang kritis momen lentur, sesuai dengan

ketentuan dalam SK SNI T 15 1991 03 pasal 3.8.4 ayat 2, ditetapkan sebagai

berikut:

1) Untuk fondasi yang menopang kolom atau umpak pedestal adalah pada muka

kolom atau umpak pedestal (lihat Gambar 2.2.a).

2) Untuk fondasi yang menopang kolom dengan menggunakan umpak plat baja

adalah pada separoh dari jarak antara muka kolom dengan tepi plat baja (lihat

Gambar 10.6.b.). SK SNI T 15 1991 03 pasal 3.8.6 ayat 3 menentukan

bahwa letak penampang kritis untuk panjang penyaluran batang tulangan baja

pada fondasi dianggap sama (berimpit) dengan penampang kritis momen

lentur.

38

Gambar 2.2 Penampang kritis untuk perencanaan fondasi beton bertulang yang mendukung kolom.

Pelimpahan beban dari kolom ke fondasi

Semua beban yang disangga oleh kolom (termasuk berat sendiri kolom)

dilimpahkan ke fondasi melalui umpak pedestal (bila ada) berupa desakan dari

beton dan tulangan baja. Seperti yang diarahkan oleh SK SNI T 15 1991 03

39

pasal 3.3.15, kuat tumpuan bidang singgung antara beton yang menumpu dan

yang ditumpu tidak boleh lebih besar dari (0.85fcA1).

Apabila bidang tumpuan lebih luas atau lebih panjang baik ke arah

panjang maupun lebarnya terhadap bidang yang tertumpu, perencanaan kuat

tumpuan untuk bidang yang bertumpu dikalikan dengan :

1

2

AA

Di mana : A2 = luas maksimum bagian bidang tumpuan yang secara geometris

serupa dan konsentris terhadap bidang yang tertumpu.

A1 = bidang yang bertumpu

Selanjutnya, sesuai SK SNI T 15 1991 03 pasal 3.3.15 ayat 1.1.

0.21

2 AA

Oleh karena itu, didalam keadaan bagaimanapun rencana kuat tumpuan untuk

bidang yang bertumpu tidak boleh lebih dari :

( )( )285.0 1' Af c Di mana untuk tumpuan beton digunakan nilai .70.0=

Disebabkan oleh situasi dan kondisi teknis pelaksanaan, umumnya dipakai

kuat beton fondasi lebih rendah dari kuat beton kolom yang ditumpu, sehingga

dalam menentukan pelimpahan beban yang berlangsung di antara keduanya harus

benat benar mempertimbangkan keadaan bahan dua komponen struktur.

Apabila kolom beton bertulang tidak dapat melimpahkan seluruh beban

hanya melalui bidang singgung tumpuan beton, kelebihannya dilimpahkan melalui

40

penulangan dengan memperhitungkan kemampuan penyaluran tegangan batang

tulangan baja. Pelaksanaannya dengan cara memasang tulangan pasak (dowel),

bilamana perlu untuk setiap batang tulangan memanjang kolom dipasang satu

batang pasak. Apabila cara tersebut belum juga mencukupi, dapat dipasang psak

tambahan atau menggunakan tulangan pasak dengan diameter yang lebih besar

dari batang tulangan pokok kolom, asalkan tidak lebih dari D36 (SK SNI T 15

1991 03 pasal 3.8.8 ayat 2.3 ). Panjang penyaluran tulangan pasak (dowel) harus

cukup memenuhi panjang penyaluran batang tulangan desak yang diperlukan

untuk kedua belah pihak bidang tumpuan. Apabila pasak diperhitungkan

menyalurkan beban lebih ke dalam fondasi, hubungan antara pasak dengan

tulangan pokok kolom harus disambung dengan sambungan lewatan desak.

Fondasi Bujur Sangkar

Fndasi telapak bujur sangkar setempat (terpisah), penulangan dipasang

tersebar merata ke seluruh lebar fondasi untuk kedua arah. Karena besarnya

momen lentur sama untuk kedua arah, maka baik ukuran maupun jarak spasi

batang tulangan baja untuk kedua arah juga sama. Akan tetapi, harap diperhatikan

bahwa tinggi efektif beton untuk masing masing arah tideak sama, karena

seperti diketahui batang tulangan baja saling bertumpangan untuk kedua arah.

Meskipun demikian, perhitungan perencanaan di dalam praktek kadang kadang

menggunakan tinggi efektif rata rata yang ditentukan sama untuk kedua arah. Di

samping itu, pada fondasi telapak dengan dua arah kerja juga berlaku syarat rasio

penulangan minimum 1.4/fy, dan diterapkan untuk masing masing arah kerja.

41

Contoh 1:

Rencanakan suatu fondasi beton bertulang bujur sangkar yang mendukung kolom

beton 500x500 mm2 dengan pengikat tulangan sengkang. Data perencanaan :

beban kerja mati = 1000 kN, beban kerja hidup = 780 kN, tekanan tanah ijin = 240

kPa pada kedalaman 1.70 m dari permukaan tanah, fc kolom = 30 MPa, fc fondasi

= 20 Mpa, fy = 300 Mpa, tulangan memanjang kolom terdiri dari batang tulangan

baja D25.

Penyelesaian:

Karena tebal fondasi telapak belum diketahui, untuk memperhitungkan berat

fondasi dan tanah diatasnya digunakan nilai berat rata rata 19.6 kN/m3 untuk

kedalaman 1.7 m dari permukaan tanah sampai ke dasar fondasi.

Tekanan tanah yang timbul di bawah fondasi akibat beban tersebut di atas, adalah:

1.7(19.6) = 33.32 kN/m2

Dengan demikian maka tekanan tanah ijin efektif untuk mendukung beban total,

adalah :

240 33.32 = 206.7 kN/m2

Luas bidang telapak fondasi yang diperlukan dapat ditentukan baik dengan

menggunakan nilai awal beban kerja dan tekanan tanah ijin maupun nilai beban

kerja dan tekanan tanah ijin terfaktor sesuai SK SNI T 15 1991 03.

Dengan menggunakan nilai awal beban kerja,

A perlu = 261.87.2067801000

m=+

Gunakan ukuran bidang telapak fondasi bujur sangkar 2.90 m x 2.90 m = 8.41 m2,

berarti lebih kecil 2.3% dari yang diperlukan. Karena penetapan dimensi banyak

42

mengandung anggapan anggapan dan ketidakpastian, ukuran bujur sangkar

tersebut akan dicoba dengan harapan dapat memenuhi syarat.

Selanjutnya dihitung tekanan tanah terfaktor yan diakibatkan oleh beban yang

bekerja:

Pu = 2/29141.8)780(6.1)1000(2.1

mkNAPu

=

+=

Tebal fondasi telapak biasanya ditentukan berdasarkan persyaratan kuat geser.

Dalam kasus ini akan diambil langkah memperkirakan terlebih dahulu tebal

fondasi, untuk kemudian diperiksa kuat gesernya. Apabila tebal fondasi

ditentukan 700 mm, dengan tebal selimut beton 75 mm, dan menggunakan batang

tulangan D25 untuk masing masing arah, maka tinggi efektif adalah : d = 700

75 25 = 600 mm.

Merupakan nilai rata rata tinggi efektif yang akan digunakan untuk perhitungan

perencanaan pada kedua arah kerja struktur kantilever.

Kuat geser fondasi telapak kolom setempat dibedakan menjadi dua keadaan : (1)

bekerja pada dua arah sumbu: geser pons, dan (2) bekerja pada satu arah sumbu :

geser balok letak penampang geser kritis untuk masing masing kondisi seperti

pada gambar 2.3.

43

Gambar 2.3 Analisis geser fondasi telapak

Untuk arah kerja dua arah, lihat Gambar 2.3.a :

B = lebar kolom + (1/2 d) 2

= 500 + 600 = 1100 mm

Gaya geser total terfaktor yang bekerja penampang kritis adalah :

Vu = pu (W2 B2)

= 291(2.92 1.1002 ) = 2095 kN

Kuat geser beton adalah :

Vc= ( ) dbf occ

'221

+

Tetapi nilai tersebut tidak boleh lebih besar dari :

Vc = ( ) dbf oc'4 Karena 1=c , kuat geser maksimum akan menjadi,

44

Vc = ( )'4 cf bod = 4 ( 20 )(1100)(4)(600) = 47226 kN Maka,

nu

cn

VVkNVV