Landasan Teori (Dasar Perencanaan) Dalam mendesain pondasi telapak, perencanaan pondasi harus mencakup segala aspek agar terjamin keamanan sesuai dengan persyaratan yang berlaku, misalnya, penentuan dimensi pondasi meliputi panjang, lebar dan tebal pondasi, kemudian jumlah dan jarak tulangan yang harus dipasang pada pondasi. Adapun peraturan untuk perencanaan pondasi telapak tercantum pada SNI 03-2847-2002 merujuk pada pasal 13.12 dan pasal 17. Perencanaan Pondasi Telapak a. Beban dan Reaksi Pondasi Telapak Beban-beban dan reaksi yang bekerja pada pondasi telapak ditentukan sebagai berikut : 1. Pondasi telapak harus dirancang untuk menahan beban terfaktor dan reaksi tanah yang diakibatkannya 2. Luas bidang dasar pondasi telapak atau jumlah dan penempatan tiang pancang harus ditetapkan berdasarkan gaya dan momen tidak terfaktor yang disalurkan oleh pondasi pada tanah atau tiang pancang dan berdasarkan tekanan tanah izin atau kapasitas tiang izin yang ditentukan berdasarkan prinsip mekanika tanah. 3. Untuk pondasi telapak di atas tiang pancang, perhitungan momen dan geser boleh didasarkan pada anggapan bahwa reaksi dari setiap tiang pancang adalah terpusat di titik pusat tiang. Luas bidang dasar pondasi telapak (A = B x H ) ditentukan sebagai berikut:
Beban yang bekerja merupakan beban sentris, P :
pmax
P qa A
(3-4)
Beban yang bekerja merupakan beban eksentris, P dan M :
pmin
pmax
P M .c P P.e.c qa A I A I
P M .c P P.e.c qa A I A I
(3-5)
(3-6)
dimana :
P ; besarnya beban aksial yang bekerja M ; besarnya momen lentur yang bekerja e ; eksentrisitas, dengan e = M/P c ; tinggi garis netral , c = h/2 I ; momen inersia penampang pelat pondasi, I = 1/12. b.h3 qa ; daya dukung tanah ijin (dihitung berdasarkan beban kerja)
b. Tebal Pondasi Telapak Tebal pondasi telapak ditentukan dari kriteria geser dengan 2 cara berikut : 1. Geser satu arah (aksi balok) : Digunakan untuk pondasi telapak yang panjang dan sempit. Gaya tarik diagonal beton pada penampang kritis (sejarak d), ditentukan sebagai berikut : (lihat Gambar 3.5., baik dalam arah sisi pendek maupun arah sisi panjang)
Vc
1 . f c' .bw.d 6
(3-7)
Gaya geser yang bekerja pada penampang kritis sejarak d, Ditentukan sebagai berikut :
H c Vu qa.netto.B. 1 d 2 2
(3-8a)
atau
B c Vu qa.netto.H . 2 d 2 2 Apabila :
Vu .Vc
(3-8b)
…. Tebal pelat pondasi aman
dimana : ; untuk keruntuhan geser
2. Geser dua arah (geser-pons) : Digunakan untuk pondasi telapak segi-empat biasa. Besarnya kapasitas geser beton pada keruntuhan geser dua arah (geser-pons) dari pondasi telapak, pada penampang kritis sejarak d/2, ditentukan nilai terkecil dari persamaan berikut :
2 . f c' .b0.d Vc 1 c
(3-9)
.d Vc s 2 . b0
f c' .b0.d 12
(3-10)
1 Vc . f c' .b0.d 3 dimana :
(3-11)
d : tinggi efektif pelat lantai b0 : keliling dari penampang kritis, pada jarak d/2. c : rasio dari sisi panjang terhadap sisi pendek dari kolom, daerah beban terpusat atau daerah reaksi Untuk c < 2, untuk kolom dalam :
1 Vc . f c' .b0. d 3
Nilai c untuk daerah pembebanan yang bukan persegi s : 40 untuk kolom dalam, 30 untuk kolom pinggir dan 20 untuk kolom sudut, dimana kata-kata dalam, pinggir dan sudut berhubungan dengan jumlah sisi dari penampang kritis. Besarnya gaya geser yang bekerja pada penampang kritis sejarak d/2, ditentukan dapat ditentukan sebagai berikut :
Vu qa.netto. B x H c1 d . c2 d Apabila :
Vu .Vc
(3-12)
…. Tebal pelat pondasi aman
dimana : ; untuk keruntuhan geser c. Tebal minimum pondasi telapak Ketebalan pondasi telapak di atas lapisan tulangan bawah tidak boleh kurang dari 150 mm
untuk pondasi telapak di atas tanah; ataupun tidak kurang dari 300 mm untuk pondasi telapak di atas pancang. d. Momen pada Pondasi Telapak 1. Momen luar di setiap irisan penampang pondasi telapak harus ditentukan dengan membuat potongan bidang vertikal pada pondasi tersebut, dan menghitung momen dari semua gaya yang bekerja, pada satu sisi dari bidang pondasi telapak yang dipotong oleh bidang vertikal tersebut. 2. Momen terfaktor maksimum untuk sebuah pondasi telapak setempat, harus dihitung berdasarkan pada penampang kritis yang terletak di : ď&#x201A;ˇ muka kolom, pedestal, atau dinding, untuk pondasi telapak yang mendukung kolom,pedestal atau dinding beton; ď&#x201A;ˇ setengah dari jarak yang diukur dari bagian tengah ke tepi dinding, untuk pondasi telapak yang mendukung dinding pasangan; ď&#x201A;ˇ setengah dari jarak yang diukur dari muka kolom ke tepi pelat alas baja, untuk pondasi yang mendukung kolom yang menggunakan pelat dasar baja. Gambar 3.6. memperlihatkan penampang kritis untuk momen pada muka kolom dan dinding pasangan.
(a). penampang kritis pada muka kolom
(b). penampang kritis pada dinding
Gambar 3.6. Penampang kritis pada muka kolom dan dinding untuk momen Gambar 3.7. memperlihatkan cara menentukan besarnya momen terfaktor yang bekerja pada penampang kritis pondasi telapak. Besarnya momen terfaktor yang bekerja pada penampang kritis, ditentukan sebagai berikut :
L c M u qu .netto. . 2 2
(3-13)
dimana : qu.netto : tekanan tanah netto
Gambar 3.7. Free body pada penampang kritis untuk momen
3. Pada pondasi telapak satu arah, dan pondasi telapak bujur sangkar dua arah, tulangan harus tersebar merata pada seluruh lebar pondasi telapak. 4. Pada pondasi telapak persegi panjang dua arah, tulangan harus dipasang sebagai berikut : tulangan dalam arah panjang harus tersebar merata pada seluruh lebar pondasi telapak;
untuk tulangan dalam arah pendek, sebagian dari tulangan total yang diberikan dalam pers. (3.14) harus tersebar merata dalam suatu jalur (yang berpusat di sumbu kolom atau pedestal) yang lebarnya sama dengan panjang dari sisi pendek pondasi telapak (Gambar 3.8). Sisa tulangan yang dibutuhkan dalam arah pendek harus disebarkan merata di luar lebar jalur pusat tersebut di atas.
(3-14) dimana : rasio antara sisi panjang terhadap sisi pendek fondasi telapak
Gambar 3.8. Pemasangan tulangan dalam arah pendek dan arah panjang
e. Penyaluran gaya-gaya pada dasar kolom, dinding, atau pedestal bertulang Penyaluran gaya-gaya dan momen pada dasar kolom, dinding atau pedestal ditentukan sebagai berikut : 1. Gaya-gaya dan momen-momen pada dasar kolom, dinding, atau pedestal harus disalurkan ke pedestal atau pondasi telapak pendukung dengan cara tumpu pada beton dan dengan tulangan, pasak, dan alat sambung mekanis. 2. Tegangan tumpu pada beton di bidang kontak antara komponen struktural yang didukung dan yang mendukung tidak boleh melampaui kuat tumpu masing-masing permukaan sebagaimana ditetapkan dalam SK-SNI-2002 :12.17, yaitu sebesar : (0,85.fc’.A1). Bila permukaan penumpu lebih lebar dari permukaan beban pada semua sisinya, kuat tumpu rencana di daerah yang dibebani boleh dikalikan dengan √A2/A1, tetapi tidak lebih dari 2. A1 adalah luas daerah yang dibebani, A2 adalah luas maksimum dari sebagian permukaan pendukung yang secara geometris serupa dan konsentris dengan daerah yang dibebani. Gambar 3.8. memperlihatkan cara penentuan luas A 1 dan A2 pada tumpuan miring atau berundak. 3. Tulangan, pasak, atau alat sambung mekanis antara komponen struktur yang didukung dan yang mendukung harus cukup kuat untuk menyalurkan: Semua gaya tekan yang melampaui kuat tumpu beton dari masing-masing komponen struktur tersebut. Semua gaya tarik yang dihitung, yang melalui bidang kontak.
Gambar 3.8. Penentuan luas A1 dan A2 pada tumpuan miring atau berundak. f. Penyaluran tulangan dalam pondasi telapak 1. Gaya tarik atau tekan pada tulangan di masing-masing penampang harus disalurkan pada setiap sisi penampang melalui metode panjang penyaluran, bengkokan/kait (hanya untuk tarik) atau alat sambung mekanis, atau kombinasi dari beberapa kemungkinan tersebut. 2. Penampang kritis untuk penyaluran tulangan harus berada pada lokasi untuk momen terfaktor maksimum, dan pada semua bidang vertikal di mana terjadi perubahan penampang atau penulangan. SK-SNI-2002, Pasal 14.3, panjang penyaluran dasar ldb, dalam mm, untuk batang ulir yang berada dalam kondisi tekan dapat diambil sebesar
l db ď&#x20AC;˝
d b. . f y . 4 f
(3-15)
' c
Nilai ldb tidak boleh kurang dari 200 mm, atau ldb = 0,04.db.fy dimana : db ; diameter nominal batang tulangan, mm
Garis besar perencaan Fondasi Telapak 1. Menentukan Dimensi Pondasi hal yang paling penting dalam merencanakan pondasi adalah menentukan ukuran dimensi, dimana ukuran panjang, lebar dan ketebalan telapak pondasi harus ditetapkan sedemikian rupa sehingga tegangan yang terjadi pada dasar pondasi tidak melebihi daya dukung tanah dibawahnya. 2. Mengontrol Kuat Geser 1 Arah kerusakan akibat gaya geser 1 arah terjadi pada keadaan dimana mula-mula terjadi retak miring pada daerah beton tarik (seperti creep) lihat gambar dibawah. Akibat distribusi beban vertikal dari kolom (Pu kolom) yang diteruskan ke pondasi, maka pada bagian dasar pondasi mengalami tegangan. Akibat tegangan ini, tanah memberikan respon berupa gaya reaksi vertikal keatas (gaya geser) sebagai akibat dari adanya gaya aksi tersebut. Kombinasi beban vertikal Pu kolom (kebawah) dan gaya geser tekanan tanah keatas berlangsung sedemikian rupa sehingga sedikit demi sedikit membuat retak miring tadi semakin menjalar keatas sehingga membuat daerah beton tekan semakin mengecil. . Dengan semakin mengecilnya daerah beton tekan ini maka mengakibatkan beton tidak mampu menahan beban geser tanah yang menyodok/mendorong keatas, akibatnya beton tekan akan mengalami keruntuhan.
Kerusakan pondasi yang diakibatkan oleh gaya geser 1 arah ini biasanya terjadi jika nilai perbandingan antara nilai a dan nilai d cukup kecil, dan selain itu, mutu beton yang digunakan juga kurang baik sehingga mengurangi kemampuan beton dalam menahan beban tekan
Retak pondasi yang diakibatkan oleh gaya geser 1 arah, biasanya terjadi pada jarak +/- d dari muka kolom, dimana d adalah tebal efektif podasi 3. Mengontrol Kuat Geser 2 Arah (Geser Pons) Bisa disebut juga dengan geser pons (punching shear), dimana akibat gaya ini, pondasi mengalami kerusakan disekeliling kolom dengan jarak kurang lebih d/2
4. Menghitung Tulangan Pondasi Beban yang bekerja pada pondasi adalah beban dari reaksi tegangan tanah yang bergerak vertikal keatas akibat adanya gaya aksi vertikal kebawah (Pu) yang disalurkan oleh kolom. Tulangan pondasi dihitung berdasarkan momen maksimal yang terjadi pada pondasi dengan asumsi bahwa pondasi dianggap pelat yang terjepit dibagian tepi-tepi kolom.
Menurut SNI 03-2847-2002, untuk tulangan pondasi telapak berbentuk bujursangkar harus disebar merata pada seluruh lebar pondasi (lihat pasal 17.4.3) 5. Mengontrol Daya Dukung Pondasi Pondasi sebagai struktur bangunan bawah yang menyangga kolom yang memikul beban-beban diatasnya (bangunan atas) harus mampu menahan beban axial terfaktor (Pu) dari kolom tersebut. Maka dari itu beban dari Pu diisyaratkan tidak boleh melebihi daya dukung dari pondasi (Pup) yang dirumuskan sebagai berikut : Pu < Pup Pup = Ø x 0,85 x fc’ x A Dimana : Pu = Gaya aksial terfaktor kolom……. (N) Pup = Daya dukung pondasi yang dibebani……. (N) fc’ = Mutu beton yang diisyaratkan……. (Mpa) A = Luas daerah yang dibebani…….(mm2)
DESAIN PONDASI TELAPAK PERSEGI PANJANG Pad foundation atau pondasi telapak adalah pondasi yang biasa digunakan untuk menumpu kolom bangunan, tugu, menara, tangki air, cerobong asap dan beberapa bangunan sipil lainnya. Pondasi ini berbentuk papan yang terbuat dari beton bertulang dan diletakan di atas tanah pada kedalaman tertentu dengan dimensi dan ketebalan yang tertentu pula. Biasanya, pondasi ini dibuat dengan dimensi yang lebih besar daripada kolom diatasnya, Hal ini bertujuan agar beban yang diteruskan ke pondasi dapat disebarkan keluasan tanah yang lebih besar dibawahnya. Karena dimensi ukuran dari pondasi dibuat lebih besar daripada kolom diatasnya, maka secara fisik terlihat seperti alas kaki atau sepatu kolom, sehingga pondasi ini bisa disebut juga sebagai pondasi kaki pelat atau “foot plate”
Secara geometrik, bentuk dari pondasi telapak ini dapat dibuat dengan dua macam bentuk, yaitu dengan bentuk bujur sangkar atau persegi panjang. Pondasi dengan bentuk bujur sangkar biasanya digunakan jika beban yang bekerja pada pondasi berupa beban tekan sentris (P) dan tanpa momen (M), (atau jika ada tapi momennya kecil). Namun apabila beban yang bekerja pada pondasi berupa beban tekan sentris (P) dan momen (M) secara bersamaan, maka biasanya digunakan pondasi persegi panjang.
Dari sini saja sudah terlihat mengapa harus digunakan pondasi berbentuk persegi panjang. Untuk beban tekan sentris, pondasi dengan bentuk bujur sangkar cukup stabil menahan beban. Namun, apabila selain beban tekan ini ada lagi beban momen (M) yang menyebabkan penggulingan seperti gambar diatas, maka bentuk pondasi harus disiasati agar bisa menahan penggulingan, dengan cara memperbesar salah satu sisi bagian pondasi yang lemah atau tidak aman terhadap beban yang menggulingkannya.
Dan tentu saja, selain luas penampang yang diperbesar, ada faktor lain yang juga harus dijadikan perhatian agar pondasi yang kita buat nantinya aman dan stabil terhadap beban yang bekerja. â&#x20AC;&#x153;Amanâ&#x20AC;? dalam artian tidak ngguling, tidak bergeser dan tidak amblas yang mengakibatkan kerusakan struktur dibagian atasnya, seperti kolom retak, dinding retak, keramik lantai pecahpecah dan lain sebagainya. Kekuatan atau daya dukung tanah sangat menentukan besar dan kecilnya ukuran pondasi. Sebagai contoh untuk jenis pondasi telapak tunggal, semakin kuat daya dukung tanah, semakin kecil ukuran pondasi yang direncanakan. Sebaliknya, semakin lemah daya dukung tanahnya, maka semakin besar ukuran pondasi yang akan direncanakan. Untuk tanah dengan daya dukung lemah, sebaiknya tidak menggunakan pondasi ini, karena desain area penampangnya pasti akan besar sehingga tidak efektif di pelaksanaan dan boros di keuangan. Sobat bisa menggunakan alternatif pondasi lain seperti pondasi sumuran atau bahkan tiang pancang jika daya dukung tanahnya sangat rendah sekali. Bagaimana caranya agar kita bisa tahu bahwa tanah tempat pondasi tersebut diletakan mempunyai daya dukung yang kuat?
bisa melalui beberapa usaha, seperti, - bisa merujuk pada peraturan bangunan setempat yang dikeluarkan oleh lembaga terkait. - Pengalaman tentang membuat pondasi yang sudah ada, atau keterangan yang berkaitan dengan pondasi disekitarnya. - Pengujian atau pemeriksaan tanah, baik di laboratorium atau di lapangan
Pondasi telapak, apakah nantinya didesain berbentuk bujur sangkar atau persegi panjang, yang penting adalah pondasi tersebut harus kuat menahan beban yang bekerja padanya. Dan tentu saja seperti yang sudah disinggung diatas, selain pondasi harus kuat, tanah tempat pondasi tersebut diletakan juga harus bisa memberikan daya dukung yang cukup kuat agar pondasi tidak mengalami penurunanyang melebihi batas toleransi sehingga mengakibatkan rusaknya struktur dibagian atas. Terus bagaimana caranya agar kita tahu bahwa pondasinya kuat ?
Ya, tentu saja harus dihitung, Karena dengan menghitung kita bisa tahu dan membuktikan
bahwa pondasi yang direncanakan nantinya betul-betul kuat. Nah sobat,… salah satu cara untuk memenuhi keperluan tersebut diatas maka dibuatlah “spreadsheet hitung pondasi” untuk mempermudah proses perhitungannya. Catatan :
1. “spreadsheet perencanaan pondasi telapak persegi panjang”, adalah seri lanjutan dari spreadsheet perencanaan pondasi tapak yang sebelumnya telah membahas mengenai “spreadsheet perencanaan pondasi telapak bujur sangkar” 2. Untuk spreadsheet “perencanaan pondasi telapak persegi panjang” ini penulis tetap mengandalkan microsoft excel sebagai platform nya, selain dikarenakan pengoperasiannya yang relatif mudah, excel juga memilki kekuatan di bahasa ‘macro-nya’ dan bisa dikolaborasikan dengan visual basic sehingga hasilnya betul2 memuaskan.
Contoh Soal Diketahui: Hasil analisis struktur dari suatu kolom interior, berukuran 500mm x 500mm, diperoleh: PDL = 750 kN, PLL = 500 kN Kuat tekan karakteristik beton = 25 MPa Daya dukung tanah (Ď&#x192;t)= 250 kPa Kedalaman tanah keras 2 m Berat jenis tanah (Îłt)= 15 kN/m3 Hitung dimensi dan penulangan pondasi tapak yang diperlukan untuk menahan beban yang bekerja pada kolom tersebut. Dicoba tebal tapak efektif (d) = 500 mm â&#x20AC;˘ Hitung daya dukung netto tanah
σnet = σt - pc – pt σnet = 250 kPa – (24 kN/m3x0,5m) – (15kN/m3x1,5m) σnet = 215,5 kPa
Hitung kebutuhan luasan tapak pondasi • Tentukan dimensi telapak P total Af = σnet Dicoba tapak persegi berukuran 2,5m x 2,5m Af = 6,25 m2 > Amin = 5,801 m2
Hitung tekanan tanah efektif pada tapak karena beban sentris 1,2(750)+1,6(500) peff = =272 kPa 2,5 x 2,5 Besaran gaya geser 2 arah (punching shear) pada tapak pondasi Vu = Peef ( Af - Acr) Vu = 272(2,50 x 2,50) – (1,0 x 1,0) Vu = 1428 kN Kekuatan geser 2 arah (Persamaan 1) Vc = 0,17.(1 +2/β) λ √fc’ b0. d Vc = 0,17 (1 + 2/1) .1.√25 . 4000 . 500 Vc = 5100 kN Kekuatan geser 2 arah (Persamaan 2) As . d V c =0,083 +2 .1 . √ f c ' . bo . d bg
( ) 40 .500 V =0,083 ( +2) .1 . √ 25 . 4000.500=5810 kN 4000 c
Kekuatan geser 2 arah (Persamaan 3) V c =0,33 λ . √ f c ' . bo . d V c =0,33.1 . √ 25 . 4000 . 500=3300 kN Kontrol kekuatan geser 2 arah pondasi tapak:
Berdasarkan 3 persamaan untuk menghitungkekuatan geser 2 arah dapat diketahui nilai yang menentukan adalah: V c =3300 kN ∅ V c =0,75 .3300 kN =2475 kN > Vu=1547 kN Ketebalan efektif tapak 500 mm mampu menahan punching shear Hitung gaya geser 1 arah pada pondasi tapak Vu= peff . Acr
1,2(750)+1,6(500) =272 kPa 2,5 x 2,5
Vu= peff .
(( L2 − a2 −d) . b)
Vu=272.
(( 2,52 − 0,52 −0,5) .2,5 )
Vu=340 kN Kekuatan tapak dalam menahan geser 1 arah V c =0,17 λ . √ f c ' . b . d V c =0,17 1 . √ 25 . 2500 .500 V c =1062,5 kN
• Kontrol kapasitas geser 1 arah ∅ V c =0,75 .1062,5 kN =796,875 kN >Vu=340 kN • Ketebalan efektif tapak 500 mm mampu menahan gaya geser 1 arah Perhitungan Tulangan Lentur • Hitung besaran momen lentur pada posisi tepat di muka kolom (asumsi jepit-bebas) • Lebar = 2,50 m • Bentang efektif = 1,25 m – (0,5x0,5) m = 1,0 m • Momen lentur yang terjadi l2 M u= peff . b 2
2
Mu=272 ( 2,5 ) .
1,0 =340 kN . m 2