30

BAB II STRUKTUR FONDASI

PENDAHULUAN

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.

31

PENYAJIAN

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.

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

2 2 f c' bo d Vc = 1 + c d 1 Vc = s + 2 b 12 o Vc = 4 f c' bo d

(

)

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

f c' bo d Pers. SK SNI T 15 1991 03 (3.4-36b) Pers. SK SNI T 15 1991 03 (3.4 36c)

(

)

Di mana,

c = rasio sisi panjang terhadap sisi pendek dari beban terpusat yangbekerja 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 20untuk 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 :1 Vc = 6 f c' b w d

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 tulanganPenulangan 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 :

A2 A1Di 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.

A2 2.0 A1Oleh karena itu, didalam keadaan bagaimanapun rencana kuat tumpuan untuk bidang yang bertumpu tidak boleh lebih dari :

(0.85 f c' A1 )(2)Di mana untuk tumpuan beton digunakan nilai = 0.70.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 =1000 + 780 = 8.61 m 2 206.7

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 =Pu 1.2 (1000) + 1.6 (780) = = 291 kN / m 2 A 8.41

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 :

2 2 f c' bo d Vc= 1 + c Tetapi nilai tersebut tidak boleh lebih besar dari : Vc = 4

(

)

(

f c' bo d

)

Karena c = 1 , kuat geser maksimum akan menjadi,

44

Vc = 4 f c' bod = 4 (

(

)

20 )(1100)(4)(600) = 47226 kN

Maka,

Vn = Vc = 0.60(47226) = 28336 kN Vu < Vn

Untuk arah kerja satu arah, lihat Gambar 10.7. b: Gaya geser total terfaktor yang bekerja pada penampang kritis adalah : Vu = puWG = 291 (2,9) (0,6) = 506.3 kN Kuat geser beton adalah :1 Vc = 6 1 f c' bw d = 6

( 20 )(2900)(600) =1297 kN

Vn = Vc = 0.60 (1297) = 778.2 kNVu < Vn

Maka,

Dengan demikian, fondasi memenuhi persyaratan geser. Selanjutnya diperiksa anggapan yang digunakan pada langkah awal, mengenai berat fondasi berikut tanah diatasnya, gunakan sebagai nilai berat tanah adalah 15.7 kN/m3 23(0.7) + 15.7(1) = 31.8 kN/m2 Sehingga anggapan yang dipakai 33.32 kN/m2 adalah agak konservatif (aman), berselisih sedikit, sehingga tidak perlu revisi hitungan. Seperti tampak pada Gambar 2.4, letak penampang kritis momen lentur adalah pada bidang kolom. Dengan menggunakan tekanan tanah terfaktor dan

45

anggapan bahwa fondasi bekerja sebagai balok kantilever lebar dengan arah kerja pada dua arah, momen rencana dapat dihitung. Mu = puF(1/2F)(W) = 291(1.2)1/2(1.2)(2.9) = 607.61 kNm Perencanaan batang tulangan baja: Mu 607.6(10) 6 k perlu = = = 0.7275 MPa bd 2 0.8 (2900) (600) 2

Dengan menggunakan daftar A -15, didapat perlu < minimum = 0.0047 Maka digunakan min As perlu = bd = 0.0047(2900)(600) = 8120 mm2

Gambar 2.4 Analisis momen fondasi telapak

46

Dengan bentuk telapak bujur sangkar dan digunakannya tinggi efektif rata rata, maka kebutuhan penulangan pada arah kerja yang lain dianggap sama. Gunakan untuk masing masing arah kerja 20 batang tulangan baja D25 (As = 9818 mm2 untuk setiap arah) dan pemasangannya disebar merata melintang fondasi telapak pada masing masing arah, seperti diperlihatkan pada Gambar 2.5.a. Apabila faktor modifikasi diabaikan, panjang penyaluran yang diperlukan untuk batang tulangan D25 adalah 659 mm. Sedangkan tempat panjang penyaluran yang tersedia 1125 mm. Kuat tumpuan rencana tidak boleh melebihi

(0.85fcA1)Kecuali apabila bidang permukaan tumpuan di semua sisi lebih besar dari bidang yang bertumpu, yang dengan demikian kuat tumpuan rencana tidak boleh melebihi,

0.85 f c' A1

A2 A1

Akan tetapi, untuk semua kasus kuat tumpuan tidak boleh melebihi,

(0.85 Fc' A1 )(2)

Karena bidang permukaan tumpuan di semua sisi lebih besar daripada bidang yang bertumpu, kuat tumpuan fondasi dihitung dengan langkah langkah sebagai berikut :

A2 8.41 = = 5.8 A1 0.25Syarat SK SNI T 15 1991 03 tidak boleh melampaui 2, selanjutnya gunakan

47

nilai tersebut. Kuat tumpuan fondasi = (0.85 f c' A1 (2,0)= 0.70 (0.85)(20)(500)2 (2.0) = 5950 kN

Gambar 2.5 Sketsa perencanaan

Kuat tumpuan kolom dihitung sebagai berikut:

(0.85)fcA1 = 0.70(0.85)(30)(500)2 = 4462.5 kNSedangkan beban tumpuan rencana aktual, adalah : Pu = 1.2(1000) + 1.6(780) = 2448 kN Karena 2448 < 4462.5