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
Top Related