DESIGN AND ANALYSIS OF DEEP FOUNDATION FOR MULTI- STORY BUILDING STRUCTURES
Tugas ini dibuat Untuk Memenuhi Nilai Tugas Mata Kuliah Rekayasa Pondasi 2
Dosen Pengampu:
Dyah Ayu Rahmawati Cupasindy, S.ST., M.T.
199607152022032021
Disusun Oleh:
Ahmad Aulia R. 22413200
Aurora Pradipta 2241320028
M. Rozakul Ahwa 22413200
PROGRAM STUDI D-IV MANAJEMEN REKAYASA KONSTRUKSI JURUSAN TEKNIK SIPIL
POLITEKNIK NEGERI MALANG 2025
CHAPTER 1 INTRODUCTION 1.1 Background
The design and evaluation of deep foundations are important aspects of the construction of high-rise building structures. As cities keep expanding, taller and more difficult-to-construct buildings are needed, making strong foundations increasingly important for safety and stability. Frequently, deep foundations, such as caissons and piles, get used when the soils at the surface cannot hold up structural loads, so the loads must be moved to deeper layers of soil or rock that are stronger. Several things affect how deep foundations act, including different soil qualities, particular structural loads, and some ecological states. Thus, having a good comprehension of these items is needed to properly create as well as use deep foundations.
1.2 Research Questions
What are the most effective methods for designing and analyzing deep foundations to ensure the stability, security, and safety of multi-story buildings under varying soil and load conditions?
1.3 Purpose
The purpose of this study is to design and analyze deep foundations for multi- story buildings, ensuring stability, safety, and economic feasibility under varying soil and load conditions.
1.4 Research Benefits
This study offers many similar advantages, such as:
Technical Benefits: Improved comprehension of important deep foundation design principles with their practical application for multi-story building structures.
Specific Economic Advantages: Improving specific foundation planning notably to lower specific expenses for specific materials and particular building, while accurately keeping dependability and firmness.
Concrete Benefits: Development of a solid primary design that can be implemented in legitimate construction attempts, guaranteeing the safety and longevity of the structure.
1.5 Scope of Problem
The scope in this specific project includes:
The planning and assessment for deep footings of a high-rise building construction.
Consider multiple soil qualities, multiple building weights, and diverse weather situations.
Use of set calculation ways to find bearing ability and settlement study.
Verifying the design based on applicable rules as well as regulations (e.g., SNI, AASHTO).
The foundation design was optimized. This was done to find equilibrium between how well it works and how much it costs.
CHAPTER II LITERATURE REVIEW 2.1 Definition and Types of Deep Foundations
1.1.1 Definition of Deep Foundations
A deep foundation is a type of foundation that transfers building loads to deeper layers of soil or rock, where the soil has higher bearing capacity and stability. Deep foundations are essential in situations where the surface soil is not capable of supporting the load of a structure. They are designed to reach strata that can bear the load and provide stability to the structure.
Deep foundations are commonly used for large buildings, bridges, and other structures that require strong support due to heavy loads, poor soil conditions, or other challenging site conditions. They are especially useful in areas with soft or unstable soil near the surface. Types of deep foundations include piles, caissons, and pier foundations, each designed to address specific site conditions and load requirements.
The construction of deep foundations involves specialized techniques such as pile driving, drilling, and excavation to reach the required depths. These methods ensure that the foundation can adequately support the structure and distribute the load to the stable strata below. The choice of deep foundation type depends on factors such as soil properties, load requirements, and environmental conditions.
2.1.2 Types of Deep Foundations 2.1.2.1 Pondasi Sumuran
Pondasi sumuran adalah suatu bentuk peralihan antara pondasi dangkal dan pondasi tiang. Pondasi ini digunakan apabila tanah dasar terletak pada kedalaman yang relatif dalam. Jenis pondasi dalam yang dicor ditempat dengan menggunakan komponen beton dan batu belah sebagai pengisinya. Pada umumnya pondasi sumuran ini terbuat dari beton bertulang atau beton pracetak, yang umum digunakan pada pekerjaan jembatan di Indonesia adalah dari silinder beton bertulang dengan diameter 250 cm, 300 cm, 350 cm, dan 400 cm.
Ada beberapa hal yang harus diperhatikan dalam pengerjaan pondasi sumuran,yaitu:
Daya dukung pondasi harus lebih besar daripada beban yang dipikul oleh pondasi tersebut.
Penurunan yang terjadi harus sesuai dengan batas yang diijinkan (toleransi) yaitu 1″ (2,54cm).
Pondasi sumuran adalah pondasi yang khusus, dalam prakteknya terdapat beberapa kondisi yang dapat dijadikan alasan untuk penggunaannya, diantaranya adalah sebagai berikut:
Bila tanah keras terletak lebih dari 3 m, pondasi plat kaki atau jenis pondasi langsung lainnya akan menjadi tidak hemat (galian tanahnya terlalu dalam &
lebar).
Bila air permukaan tanah terletak agak tinggi, konstruksi plat beton akan sulit dilaksanakan karena air harus dipompa dan dibuang ke luar lubang galian.
Dalam kondisi ini, pondasi sumuran menjadi pilihan tepat untuk konstruksi yang tanah kerasnya terletak 3-5 m.
2.1.2.2 Pondasi Bored Pile
Pondasi Bored Pile adalah bentuk pondasi dalam yang dibangun di dalam permukaan tanah dengan kedalaman tertentu. Pondasi diletakkan sampai kedalaman yang dibutuhkan dengan cara membuat lobang yang dibor dengan alat khusus.
Setelah mencapai kedalaman yang disyaratkan, kemudian dilakukan pemasangan casing/bekisting yang terbuat dari plat besi, kemudian
dimasukkan rangka besi pondasi yang telah dirakit sebelumnya, lalu dilakukan pengecoran terhadap lobang yang sudah di bor tersebut. Pekerjaan pondasi ini tentunya dibantu dengan alat khusus, untuk mengangkat casing dan rangka besi. Setelah dilakukan pengecoran, casing tersebut dikeluarkan kembali.
Ada beberapa hal yang harus diperhatikan dalam pengerjaan pondasi bored pile, yaitu:
Jenis tanah sangat berpengaruh terhadap kecepatan dalam pengeboran. Jika tipe tanah pada lokasi yang berpasir atau tanah basah maka akan sangat mudah longsor sehingga sangat sulit dalam proses pengangkatan mata borsetelah pengeboran. Salah sedikit bisa mengakibatkan kelongsoran padalubang yang telah dibuat.
Level muka air tanah sangat menentukan tekanan terhadap mata bor dan dinding sumuran. Jika level air tanah sangat dangkal maka sumuran yang dibuat akan sering mengalami kebanjiran yang akan berakibat sumuran akan mudah longsor dan mata bor sulit menekan akibat tekanan air menuju arah ke atas.
Untuk area yang tergenang air, sangat tidak disarankan untuk menggunakan pondasi sistem bore pile. Hal tersebut diakibatkan karena berpengaruh terhadap faktor air semen pondasi bore pile. Penempatan mesin bor juga sangat sulit pada posisi genangan.
2.1.2.3 Pondasi Tiang Pancang
Penggunaan pondasi tiang pancang sebagai pondasi bangunan apabila tanah yang berada dibawah dasar bangunan tidak mempunyai daya dukung (bearing capacity) yang cukup untuk memikul berat bangunan dan beban yang bekerja padanya Atauapabila tanah yang mempunyai daya dukung yang cukup untuk memikul berat bangunan dan seluruh beban yang bekerja berada pada lapisan yang sangat dalamdari permukaan tanah kedalaman lebih dari 8 meter.
Dalam merencanakan pondasi untuk suatu konstruksi dapat digunakan beberapa macam tipe pondasi. Pemilihan tipe pondasi ini didasarkan atas :
Fungsi bangunan atas (upper structure) yang akan dipikul oleh pondasi tersebut.
Besarnya beban dan berat dari bangunan atas.
Kondisi tanah dimana bangunan tersebut akan didirikan.
Biaya pondasi dibandingkan dengan bangunan atas.
Seperti yang kita ketahui bahwa tipe pondasi cukup banyak macamnya, dantergantung dari fungsi serta kegunaannya. Konstruksi pondasi tersebut bisa terbuat dari kayu, baja, atau beton yang berfungsi untuk meneruskan beban- beban daristruktur bangunan atas ke lapisan tanah pendukung (bearing layers) dibawahnya pada kedalaman tertentu
2.1.2.4 Pondasi Strauss Pile
Pondasi strauss pile adalah pekerjaan pembuatan pondasi tiang dengan cara tanahdi bor secara manual atau tenaga penggerak mata bornya adalah tenaga manusia, kemudian dimasukkan besi tulangan yang telah diinstal lalu pengecoran ditempat.
Strauss pile / Bor pile manual adalah solusi alternatif pondasi untuk bangunansederhana atau sebagai pengganti pondasi tiang pancang, bored pile atau cerucuk bambu.
Pondasi strauss pile merupakan pondasi bored pile yang dikerjakan secara manual dengan tenaga manusia, sehingga pondasi strauss pile hanya dapat dikerjakan jikakondisi tanahnya lunak.
2.1.2.5 Pondasi Piers
Pondasi untuk meneruskan beban berat struktural yang dibuat dengan caramelakukan penggalian dalam, kemudian struktur pondasi pier dipasangkan kedalam galian tersebut. Satu keuntungan pondasi pier adalah bahwa pondasi jenis ini lebih murah dibandingkan dengan membangun pondasi dengan jenis pondasi menerus, hanya kerugian yang dialami adalah jika lempengan pondasi yang sudah dibuat mengalami kekurangan ukuran maka kekuatan jenis pondasi tidak menjadi normal. Pondasi pier standar dapat dibuat dari beton bertulang pre cast.
Karena itu, aturan perencanaan pondasi pier terhadap balok beton diafragma adalah mengikuti setiap ukuran ketinggian pondasi yang direncanakan. Pondasi pier dapat divisualisasikan sebagai bentuk tabel
Karenaitu, aturan perencanaan pondasi pier terhadap balok beton diafragma adalamengikuti setiap ukuran ketinggian pondasi yang direncanakan. Pondasi pierdap at divisualisasikan sebagai bentuk tabel , struktur adalah sistem
kolom vertikalyang terbuat dari beton bertulang ditempatkan di bawah bangunan yangditanamkan dibawah tanah yang sudah digali. Lempengan beton diafragma inime ntransfer beban bangunan terhadap tanah. Balok dibangun di atas dindingdiafragma vertikal (pondasi pier) yang menahan dinding rumah atau struktur.
2.2 Soil Parameters Affecting Foundation Performance 2.2.1 Bearing Capacity
The bearing capacity of soil refers to its ability to support the loads applied to it by the foundation without undergoing shear failure or excessive settlement. It is affected by soil type (clay, silt, sand, gravel), density, moisture content, and the depth of the foundation. Higher bearing capacity means the soil can support heavier loads, ensuring the stability of the structure.
2.2.2 Shear Strength
Shear strength is the resistance of soil to shearing forces, which is essential for the stability of slopes and foundation. It is determined by the soil's cohesion (the attraction between soil particles), internal friction angle (the resistance to sliding), and the presence of water. High shear strength indicates that the soil can resist forces that may cause it to slide or fail.
2.2.3 Compressibility
Compressibility refers to the degree to which soil can be compressed or reduced in volume under a load. Highly compressible soils (e.g., clays) can lead to excessive settlement of the foundation, which can affect the structural integrity. Factors such as soil type, moisture content, and the duration of the applied load influence compressibility.
2.2.4 Permeability
Permeability is the ability of soil to transmit water through its pores. High permeability allows water to pass through easily, which can lead to erosion and weakening of the soil structure. Conversely, low permeability can cause water to accumulate, increasing hydrostatic pressure on the foundation. Soil type, grain size, and compaction affect permeability.
2.2.5 Density
Density is the mass of soil per unit volume. Dense soils generally provide better support for foundations as they have higher strength and lower compressibility. Soil compaction, grain size distribution, and moisture content influence soil density.
2.2.6 Plasticity
Plasticity refers to the ability of soil to undergo deformation without cracking or breaking. Soils with high plasticity (e.g., clayey soils) can absorb and redistribute loads more effectively, reducing the risk of cracking. The mineral composition and moisture content of the soil affect its plasticity.
2.2.7 Moisture Content
Moisture content is the amount of water present in the soil. Changes in moisture content can significantly affect soil properties such as shear strength, compressibility, and density. Wet soils may become weaker and more compressible, while dry soils may become more stable.
2.3 Calculation Methods for Bearing Capacity
Bearing capacity of foundation refers to the maximum load per unit area that the soil or rock can support without failure. Several methods have been developed to estimate the bearing capacity of shallow and deep foundations, including:
2.3.1 Terzaghi’s Bearing Capacity Theory
Terzaghi’s theory (1943) is one of the earliest and widely used methods for calculating the ultimate bearing capacity of shallow foundations resting on homogeneous soils. The general equation is:
Table of Bearing Capacity Factors (Terzaghi, 1943)
(°) Nc Nq Ny
0 5.7 1.0 0.0
5 6.0 1.6 0.5
10 7.3 2.7 1.2
15 9.6 5.0 2.5
20 12.9 9.7 5.0
25 17.8 19.7 9.7
30 24.4 42.4 19.7
35 33.3 81.3 42.4
40 46.1 173.3 81.3
2.3.2 Meyerhof’s Method
Meyerhof (1951) extended Terzaghi’s work by incorporating foundation shape, depth, and load inclination factors. The general form of the bearing capacity equation is:
Table of Bearing Capacity Factors (Meyerhof, 1963)
2.4 Settlement in Deep Foundation
Settlement in deep foundations occurs due to the consolidation and deformation of soil under applied loads. The total settlement of a pile foundation consists of:
(°) Nc Nq Ny 0 5.14 1.0 0.0 5 5.38 1.6 0.5 10 6.57 2.7 1.2 15 8.34 5.0 2.5 20 10.9 9.7 5.0 25 14.8 19.7 9.7 30 20.7 42.4 19.7 35 28.7 81.3 42.4 40 40.4 173.3 81.3
2.4.1 Immediate Settlement
Occurs due to elastic deformation of soil and is calculated using elasticity theory:
2.4.2 Consolidation Settlement
Long-term settlement due to the expulsion of water from saturated cohesive soils, estimated using Terzaghi’s consolidation theory:
2.5 Safety Factors and Design Criteria
2.5.1 Safety Factors
Safety factors (FS) are used to account for uncertainties in soil properties, loading conditions, and analysis methods. Common safety factors include:
a. Bearing Capacity Safety Factor: (Typically 2.5-3.0)
b. Settlement Safety Factor: Ensures total settlement remains within allowable limits.
c. Sliding and Overturning Safety Factor: Ensures lateral stability of deep foundations.
2.5.2 Design Criteria
Design of deep foundations considers:
a. Ultimate Bearing Capacity: Must be greater than applied loads.
b. Allowable Settlement: Should not exceed permissible values (typically 25-50 mm for buildings).
c. Structural Integrity: Piles must withstand axial and lateral forces safely.
These calculations and criteria ensure the foundation remains stable, safe, and serviceable throughout its lifespan.
