Fondasi Tapak (Footings)
Dr. Eng. Halwan Alfisa Saifullah
Jurusan Teknik Sipil - Universitas Sebelas Maret Perancangan Struktur Beton
Perancangan Struktur Beton
Definisi Pondasi
• A foundation is a lower portion of building structure that transfers its gravity loads to the earth.
• In civil engineering, Footing is the types of foundation which is under the column and spread the load to a large area which increase the bearing capacity of soil.
Perancangan Struktur Beton
Jenis-Jenis Footings
(a) Strip footings or wall footing display essentially one-dimensional action, cantilevering out on each side of the wall. (b) Spread footings are pads that
distribute the column load in two directions to an area of soil around the column. Sometimes spread footings have pedestal, are stepped (c), or are tapered (d) to save materials. (e) A pile cap transmits the column load to a series of piles. (f) Combined footings transmit the loads from two or more columns to the soil. Such a footing is often used when one column is close to a property line. (g) Mat foundations are used when very weak soils are encountered.
(a) (b)
(c) (d)
(e)
(f)
(g)
Pemilihan Tipe Footings
The choice of foundation type is selected in consultation with the geotechnical engineer. Factors to be considered are:
1. The soil strength.
2. The soil type.
3. The variability of the soil type over the area and with increasing depth.
4. The susceptibility of the soil and the building deflections.
Perancangan Struktur Beton
Metode Desain
• Allowable Stress Design
Perancangan Struktur Beton
3.0.
to 2.5 of
range in the
safety of
factor a
is
footing.
the
under soil
the of
failure the
to ing correspond
stress the
is
soil.
th the contact wi
in footing the
of area the
is
soil.
for the stress
allowable the
is
footing.
on the acting
load d)
(unfactore specified
the is
: where
;
FS q
A q
P
FS q q
A q P
ult a s
ult a
a
s
Metode Desain
• Limit-State Design
Perancangan Struktur Beton
footing.
the of base at the
soil on the
acting load
specified the
is
factor.
load a
is
footing.
under the soil
the of resistance the
of estimate best
s engineer' the
is
zero.
to equal friction
with cohesion,
on dependent resistance
sliding for
0.6
zero.
to equal cohesion
with friction,
on dependent resistance
sliding for
0.8
. resistance al
for vertic 0.5
footing.
under the soil
the of mechanism
resisting -
load the
of ty variabili for the
account factor to
resistance a
is
: where ,
s n
s n
P R
P R
Distribusi Elastik Tegangan Tanah
. calculated being
are stresses the
e point wher the
to axis centroidal the
from distance
is
area.
footing the
of axis centroidal about the
moment is
area.
this of inertia of
moment is
footing.
the and soil e between th surface
contact the
of area is
n.
compressio in
positive load,
vertical is
where
y M I A P
I
y
M
A
q P
Distribusi Elastik Tegangan Tanah
• The maximum eccentricities e cause q = 0 at some points. Larger eccentricities will cause a portion of the footing to lift off the soil, because the soil-footing interface cannot resist tension.
• For a rectangular footing, this occurs when the eccentricity exceeds
A area the of
axis centroidal the
to realative load
the of ty eccentrici the
is
area.
footing the
of axis centroid about the
moment is
where or 6
6 ,
;
e M
e b e l
e P
M
k
k
Kern distance
Distribusi Elastik Tegangan Tanah
Aksi Lentur untuk Strip dan Spread Footing
Perancangan Struktur Beton
) 2
( f
bf
q
M
u
nuAksi Lentur untuk Strip dan Spread Footing
Momen terfaktor maksimum, Mu, untuk pondasi telapak setempat harus dihitung seperti diatur dalam SNI 2847-2013 Pasal 15.4.2 pada penampang kritis yang terletak sebagai berikut:
a) Pada muka kolom, pedestal, atau dinding, untuk pondasi telapak yang menumpu kolom, pedestal, atau dinding beton.
b) Setengah jarak antara tengah dan tepi dinding; untuk pondasi telapak yang menumpu dinding pasangan (masonry).
c) Setengah jarak antara muka kolom dan tepi pelat dasar baja, untuk pondasi telapak yang menumpu kolom dengan pelat dasar baja.
Perancangan Struktur Beton
Aksi Lentur untuk Strip dan Spread Footing
Perancangan Struktur Beton
) 2
( f
bf
q
M
u
nuAksi Geser untuk Strip dan Spread Footing
Perancangan Struktur Beton
Aksi Geser untuk Strip dan Spread Footing
Perancangan Struktur Beton
d b f
V
c oc
c
3
1 6
1
1
d b b f
V d
c oo s
c
6
1
2
12
Geser dua
arah. Ambil nilai
minimum!!
bd f V
c
c
6
1 Geser satu arah
d b f V c c o
3 1
3
s c
n
n u
V V
V
V V
Tulangan untuk Strip dan Spread Footing
• SNI 2847-2013 pasal 15.4.3 mengatur bahwa pada pondasi tapak satu arah dan pondasi tapak bujur sangkar dua arah, tulangan harus didistribusikan merata melintasi lebar keseluruhan pondasi telapak.
• SNI 2847-2013 pasal 15.4.4 mengatur bahwa pada pondasi tapak persegi dua arah, tulangan harus didistribusikan sesuai dengan kaidah sebagai berikut:
1. Tulangan dalam arah panjang harus didistribusikan merata melintasi lebar keseluruhan pondasi tapak.
2. Untuk tulangan dalam arah pendek, sebagian tulangan total ϒs A s harus didistribusikan merata sepanjang suatu lebar jalur
(dipusatkan pada garis pusat kolom atau pedestal) sama dengan panjang sisi pendek telapak. Sisa tulangan yang diperlukan
dalam arah pendek harus didistribusikan merata di luar lebar jalur pusat pondasi tapak.
pendek sisi
terhadap panjang
sisi rasio
adalah dimana
) 1 (
2
s
Tulangan untuk Strip dan Spread Footing
• SNI 2847-2013 pasal 7.12.2.1 mengatur bahwa luasan tulangan susut dan suhu pada slab harus disediakan sesuai ketentuan berikut, tetapi tidak boleh kurang dari 0.0014:
1. Dengan tulangan mutu 280 atau 350 Mpa……….0.0020 2. Dengan tulangan mutu 420 Mpa………..0.0018 3. Dengan tulangan mutu > 420 Mpa ……….0.0018*420/fy
• Tulangan susut dan suhu harus dipasang dengan spasi tidak lebih jauh dari lima kali tebal slab, atau tidak lebih jauh dari 450 mm.
Perancangan Struktur Beton
Tebal Minimum untuk Strip dan Spread Footing
• SNI 2847-2013 pasal 15.7 mengatur bahwa tebal pondasi tidak
boleh kurang dari 150 mm untuk pondasi tapak di atas tanah, atau kurang dari 300 mm untuk pile cap.
Perancangan Struktur Beton
Tulangan untuk Strip dan Spread Footing
Contoh: Spread Footing
Dr. Eng. Halwan Alfisa Saifullah
Jurusan Teknik Sipil - Universitas Sebelas Maret Perancangan Struktur Beton
Perancangan Struktur Beton
Overview
Perancangan Struktur Beton
Sumber: MNoerIlham (dengan beberapa modifikasi sesuai SNI 2847-2013)
Data Pondasi
DATA TANAH
Kedalaman fondasi,
D
f=
2.50 mBerat volume tanah,
=
17.60 kN/m3Sudut gesek dalam,
=
34.00 Kohesi,
c =
0.00 kPaTahanan konus rata-rata (hasil pengujian sondir),
q
c=
95.00 kg/cm2Nilai N hasil uji SPT
N =
18DIMENSI FONDASI
Lebar fondasi arah x,
B
x=
2.40 mLebar fondasi arah y,
B
y=
2.00 mTebal fondasi,
h =
0.40 mLebar kolom arah x,
b
x=
0.40 mLebar kolom arah y,
b
y=
0.30 mPosisi kolom (dalam = 40, tepi = 30, sudut = 20)
s=
40 BAHAN KONSTRUKSIKuat tekan beton,
f
c' =
25.0 MPaKuat leleh baja tulangan,
f
y=
400 MPaBerat beton bertulang,
c=
24 kN/m3BEBAN RENCANA FONDASI
Gaya aksial akibat beban terfaktor,
P
u=
850.000 kNMomen arah x akibat beban terfaktor,
M
ux=
155.000 kNm Momen arah y akibat beban terfaktor,M
uy=
136.000 kNmKapasitas Daya Dukung Tanah
1. MENURUT TERZAGHI DAN PECK (1943)
Kapasitas dukung ultimit tanah menurut Terzaghi dan Peck (1943) :
q
u= c * N
c* (1 + 0.3 * B / L) + D
f* * N
q+ 0.5 * B * N
* (1 - 0.2 * B / L)
c =
kohesi tanah (kN/m2)c =
0.00 D
f=
Kedalaman fondasi (m)D
f=
2.50 m =
berat volume tanah (kN/m3) =
17.60 kN/m3B =
lebar fondasi (m)B = B
y=
2.00 mL =
panjang fondasi (m)L = B
y=
2.40 mSudut gesek dalam,
=
34.00 = / 180 * p =
0.5934119 rada = e
(3*p / 4 - /2)*tan =
4.011409K
p= 3 * tan
2[ 45 + 1/2*( + 33) ] =
72.476306 Faktor kapasitas dukung tanah menurut Terzaghi :N
c= 1/ tan * [ a
2/ (2 * cos
2(45 + /2) - 1 ] =
52.637N
q= a
2/ [ (2 * cos
2(45 + /2) ] = N
c* tan + 1 =
36.504N
= 1/2 * tan * [ K
p/ cos
2 - 1 ] =
35.226 Kapasitas dukung ultimit tanah menurut Terzaghi :q
u= c*N
c*(1+0.3*B/L) + D
f**N
q+ 0.5*B*N
*(1-0.2*B/L) =
1635.55 kN/m2Kapasitas dukung tanah,
q
a= q
u/ 3 =
545.18 kN/m2Kapasitas Daya Dukung Tanah
2. MENURUT MEYERHOF (1956)
Kapasitas dukung tanah menurut Meyerhof (1956) :
q
a= q
c/ 33 * [ ( B + 0.3 ) / B ]
2* K
d ( dalam kg/cm2) dengan,K
d= 1 + 0.33 * D
f/ B
harus 1.33q
c=
tahanan konus rata-rata hasil sondir pada dasar fondasi ( kg/cm2 )B =
lebar fondasi (m)B = B
y=
2.00 mD
f=
Kedalaman fondasi (m)D
f=
2.50 mK
d= 1 + 0.33 * D
f/ B =
1.4125 > 1.33
diambil,K
d=
1.33Tahanan konus rata-rata hasil sondir pada dasar fondasi,
q
c=
95.00 kg/cm2q
a= q
c/ 33 * [ ( B + 0.3 ) / B ]
2* K
d=
5.064 kg/cm2Kapasitas dukung ijin tanah,
q
a=
506.36 kN/m2Kapasitas Daya Dukung Tanah
Perancangan Struktur Beton 3. MENURUT SKEMPTON (1986)
Kapasitas dukung tanah menurut Skempton (1986) :
q
a= 12.5 * N' * [ ( B + 0.3 ) / B ]
2* K
d ( dalam kN/m2 ) dengan,N' = C
N* N
C
N= 2 / ( 1 + p
o/ p
r)
K
d= 1 + 0.33 * D
f/ B
harus 1.33D
f=
Kedalaman fondasi (m)D
f=
2.50 mB =
lebar fondasi (m)B = B
y=
2.00 mp
o=
tekanan overburden efektif,p
o= D
f* =
44 kN/m2p
r=
tegangan efektif referensi,p
r=
100 kN/m2C
N=
faktor koreksi overburden,C
N= 2 / ( 1 + p
o/ p
r) =
1.39N' =
nilai SPT terkoreksi,N' = C
N* N =
25.00K
d= 1 + 0.33 * D
f/ B =
1.4125 > 1.33
Diambil,K
d=
1.33 Kapasitas dukung ijin tanah,q
a= 12.5 * N' * [ ( B + 0.3 ) / B ]
2* K
d=
549.66 kN/m24. KAPASITAS DUKUNG TANAH YANG DIPAKAI
Kapasitas dukung tanah menurut Terzaghi dan Peck :
q
a=
545.18 kN/m2 Kapasitas dukung tanah menurut Meyerhof :q
a=
506.36 kN/m2 Kapasitas dukung tanah menurut Skempton :q
a=
549.66 kN/m2 Kapasitas dukung tanah yang dipakai :q
a=
506.36 kN/m2Kontrol Tegangan Tanah
Luas dasar foot plat,
A = B
x* B
y=
4.8000 m2Tahanan momen arah x,
W
x= 1/6 * B
y* B
x2=
1.9200 m3 Tahanan momen arah y,W
y= 1/6 * B
x* B
y2=
1.6000 m3Tinggi tanah di atas foot plat,
z = D
f- h =
2.10 mTekanan akibat berat foot plat dan tanah,
q = h *
c+ z * =
46.560 kN/m2 Eksentrisitas pada fondasi :e
x= M
ux/ P
u=
0.1824 m< B
x/ 6 =
0.4000 m (OK)e
y= M
uy/ P
u=
0.1600 m< B
y/ 6 =
0.3333 m (OK) Tegangan tanah maksimum yang terjadi pada dasar fondasi :q
max= P
u/ A + M
ux/ W
x+ M
uy/ W
y+ q =
389.373 kN/m2q
max< q
a
AMAN (OK)Tegangan tanah minimum yang terjadi pada dasar fondasi :
q
min= P
u/ A - M
ux/ W
x- M
uy/ W
y+ q =
57.914 kN/m2q
min>
0
tak terjadi teg.tarik (OK)Gaya Geser Arah X
Jarak pusat tulangan terhadap sisi luar beton,
d' =
0.075 mTebal efektif foot plat,
d = h - d' =
0.325 mJarak bid. kritis terhadap sisi luar foot plat,
a
x= ( B
x- b
x- 2 d ) / 2 =
0.675 m diambil sejarak "d" dari muka kolom untuk geser satu arah Tegangan tanah pada bidang kritis geser arah x,q
x= q
min+ (B
x- a
x) / B
x* (q
max- q
min) =
296.150 kN/m2 Gaya geser arah x,V
ux= [ q
x+ ( q
max- q
x) / 2 - q ] * a
x* B
y=
399.872 kN Lebar bidang geser untuk tinjauan arah x,b = B
y=
2000 mmTebal efektif footplat,
d =
325 mmRasio sisi panjang thd. sisi pendek kolom,
c= b
x/ b
y=
1.3333 Kuat geser foot plat arah x, diperoleh dari pers. sbb. :V
c= √ f
c' * b * d / 6 * 10
-3=
541.667 kNFaktor reduksi kekuatan geser,
=
0.75Kuat geser foot plat,
* V
c=
406.250 kNSyarat yang harus dipenuhi,
* V
c≥ V
ux406.250
>
399.872
AMAN (OK)Gaya Geser Arah Y
Jarak pusat tulangan terhadap sisi luar beton,
d' =
0.085 mTebal efektif foot plat,
d = h - d' =
0.315 mJarak bid. kritis terhadap sisi luar foot plat,
a
y= ( B
y- b
y- 2 d ) / 2 =
0.535 m diambil sejarak "d" dari muka kolom untuk geser satu arah Tegangan tanah pada bidang kritis geser arah y,q
y= q
min+ (B
y- a
y) / B
y* (q
max- q
min) =
300.707 kN/m2 Gaya geser arah y,V
uy= [ q
y+ ( q
max- q
y) / 2 - q ] * a
y* B
x=
383.248 kN Lebar bidang geser untuk tinjauan arah y,b = B
x=
2400 mmTebal efektif footplat,
d =
315 mmRasio sisi panjang thd. sisi pendek kolom,
c= b
x/ b
y=
1.3333 Kuat geser foot plat arah y, diperoleh dari pers. sbb. :V
c= √ f
c' * b * d / 6 * 10
-3=
630.000 kNFaktor reduksi kekuatan geser,
=
0.75Kuat geser foot plat,
* V
c=
472.500 kNSyarat yang harus dipenuhi,
* V
c≥ V
ux472.500
>
383.248
AMAN (OK)Geser Dua Arah
Jarak pusat tulangan terhadap sisi luar beton,
d' =
0.085 mTebal efektif foot plat,
d = h - d' =
0.32 mLebar bidang geser pons arah x,
c
x= b
x+ d =
0.715 m Lebar bidang geser pons arah y,c
y= b
y+ d =
0.615 m Gaya geser pons yang terjadi,V
up= ( B
x* B
y- c
x* c
y) * [ ( q
max+ q
min) / 2 - q ] =
772.132 kN Luas bidang geser pons,A
p= 2 * ( c
x+ c
y) * d =
0.838 m2 Lebar bidang geser pons,b
p= 2 * ( c
x+ c
y) =
2.660 m Rasio sisi panjang thd. sisi pendek kolom,
c= b
x/ b
y=
1.3333 Tegangan geser pons, diambil nilai terkecil darif
pyang diperoleh dari pers.sbb. :
f
p= [ 1 + 2 /
c] * √ f
c' / 6 =
2.083 MPaf
p= [
s* d / b
p+ 2 ] * √ f
c' / 12 =
2.807 MPaf
p= 1 / 3 * √ f
c' =
1.667 MPaTegangan geser pons yang disyaratkan,
f
p=
1.667 MPaFaktor reduksi kekuatan geser pons,
=
0.75 Kuat geser pons, * V
np= * A
p* f
p* 10
3=
1047.38 kNSyarat :
* V
np≥ V
up1047.375
>
772.132
AMAN (OK) * V
np≥ P
u1047.375
>
850.000
AMAN (OK)Tulangan Lentur Arah X
Jarak tepi kolom terhadap sisi luar foot plat,
a
x= ( B
x- b
x) / 2 =
1.000 m Tegangan tanah pada tepi kolom,q
x= q
min+ (B
x- a
x) / B
x* (q
max- q
min) =
251.265 kN/m2 Momen yang terjadi pada plat fondasi akibat tegangan tanah,M
ux= 1/2 * a
x2* [ q
x+ 2/3 * ( q
max- q
x) - q ] * B
y=
296.777 kNmLebar plat fondasi yang ditinjau,
b = B
y=
2000 mmTebal plat fondasi,
h =
400 mmJarak pusat tulangan thd. sisi luar beton,
d' =
75 mmTebal efektif plat,
d = h - d' =
325 mmKuat tekan beton,
f
c' =
25 MPaKuat leleh baja tulangan,
f
y=
400 MPaModulus elastis baja,
E
s=
2.00E+05 MPaFaktor distribusi teg. beton,
1=
0.85r
b=
1* 0.85 * f
c’/ f
y* 600 / ( 600 + f
y) =
0.0270938 Faktor reduksi kekuatan lentur, =
0.80R
max= 0.75 * r
b* f
y* [1-½*0.75* r
b* f
y/ ( 0.85 * f
c’ ) ] =
6.574M
n= M
ux/ =
370.971 kNmR
n= M
n* 10
6/ ( b * d
2) =
1.75607R
n< R
max
(OK)Tulangan Lentur Arah X
Rasio tulangan yang diperlukan,
r = 0.85 * f
c’ / f
y* [ 1 - {1 – 2 * R
n/ ( 0.85 * f
c’ ) } ] =
0.0046Rasio tulangan minimum,
r
min=
0.0025Rasio tulangan yang digunakan,
r =
0.0046Luas tulangan yang diperlukan,
A
s= r * b * d =
2982.41 mm2Diameter tulangan yang digunakan,
D 16
mmJarak tulangan yang diperlukan,
s = p / 4 * D
2* b / A
s=
135 mmJarak tulangan maksimum,
s
max=
200 mmJarak tulangan yang digunakan,
s =
135 mmDigunakan tulangan,
D 16
-130
Luas tulangan terpakai,
A
s= p / 4 * D
2* b / s =
3093.26 mm2Tulangan Lentur Arah Y
Jarak tepi kolom terhadap sisi luar foot plat,
a
y= ( B
y- b
y) / 2 =
0.850 m Tegangan tanah pada tepi kolom,q
y= q
min+ (B
y- a
y) / B
y* (q
max- q
min) =
248.503 kN/m2 Momen yang terjadi pada plat fondasi akibat tegangan tanah,M
uy= 1/2 * a
y2* [ q
y+ 2/3 * ( q
max- q
y) - q ] * B
x=
256.507 kNmLebar plat fondasi yang ditinjau,
b = B
x=
2400 mmTebal plat fondasi,
h =
400 mmJarak pusat tulangan thd. sisi luar beton,
d' =
85 mmTebal efektif plat,
d = h - d' =
315 mmKuat tekan beton,
f
c' =
25 MPaKuat leleh baja tulangan,
f
y=
400 MPaModulus elastis baja,
E
s=
2.00E+05 MPaFaktor distribusi teg. beton,
1=
0.85r
b=
1* 0.85 * f
c’/ f
y* 600 / ( 600 + f
y) =
0.0270938 Faktor reduksi kekuatan lentur, =
0.80R
max= 0.75 * r
b* f
y* [1-½*0.75* r
b* f
y/ ( 0.85 * f
c’ ) ] =
6.574M
n= M
uy/ =
320.634 kNmR
n= M
n* 10
6/ ( b * d
2) =
1.34641R
n< R
max
(OK)Tulangan Lentur Arah Y
Perancangan Struktur Beton
Rasio tulangan yang diperlukan,
r = 0.85 * f
c’ / f
y* [ 1 - {1 – 2 * R
n/ ( 0.85 * f
c’ ) } ] =
0.0035Rasio tulangan minimum,
r
min=
0.0025Rasio tulangan yang digunakan,
r =
0.0035Luas tulangan yang diperlukan,
A
s= r * b * d =
2630.88 mm2Diameter tulangan yang digunakan,
D 16
mmJarak tulangan yang diperlukan,
s = p / 4 * D
2* b / A
s=
183 mmJarak tulangan maksimum,
s
max=
200 mmJarak tulangan yang digunakan,
s =
183 mmDigunakan tulangan,
D 16
-180
Luas tulangan terpakai,
A
s= p / 4 * D
2* b / s =
2680.83 mm2Tulangan Susut
Rasio tulangan susut minimum,
r
smin=
0.0018Luas tulangan susut arah x,
A
sx= r
smin* d * B
x=
1170.000 mm2 Luas tulangan susut arah y,A
sy= r
smin* d * B
y=
1360.800 mm2Diameter tulangan yang digunakan,
10 mmJarak tulangan susut arah x,
s
x= p / 4 *
2* B
y/ A
sx=
134 mm Jarak tulangan susut maksimum arah x,s
x,max=
450 mm Jarak tulangan susut arah x yang digunakan, s
x=
134 mm Jarak tulangan susut arah y,s
y= p / 4 *
2* B
x/ A
sy=
139 mm Jarak tulangan susut maksimum arah y,s
y,max=
450 mm Jarak tulangan susut arah y yang digunakan, s
y=
139 mmDigunakan tulangan susut arah x,
10
-130
Digunakan tulangan susut arah y,
10
-130