Spreadsheet Excel, Perencanaan 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.

Lho mengapa demikian ?

Lihat ilustrasi berikut,

 

Nah, kira-kira lebih sulit mana, menggulingkan pondasi di gambar 1 atau pondasi di gambar 2 ?

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. “Aman” dalam artian tidak ngguling, tidak nggeser dan tidak ambles yang mengakibatkan kerusakan struktur dibagian atasnya, seperti kolom retak, dinding retak, keramik lantai pecah-pecah dan lain sebagainya.

Apakah faktor tersebut?

Faktor tersebut adalah “daya dukung tanah”.

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.

 

Terus bagaimana caranya agar kita bisa tahu bahwa tanah tempat pondasi tersebut diletakan mempunyai daya dukung yang kuat?

bisa melalui beberapa usaha, seperti,

- Sobat 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.

- tanya tukang (tidak dianjurkan, tapi boleh dicoba sebagai bahan masukan dan bertukar fikiran)

- Pengujian atau pemeriksaan tanah, baik di laboratorium atau di lapangan ---> ini yang paling di rekomendasikan

 

Nich sob… akibatnya jika pondasi sampai mengalami pergeseran atau penurunan yang melebihi batas toleransi.

 

(retak kolom struktur)

   (Retak dinding tembok)

 

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 penurunan yang 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.

 

Screenshoot Spreadsheet

 

(Input Data)

 

   (Laporan Singkat Perhitungan)

    (Grafik Tegangan Tanah)

 

    (Hasil Perhitungan)

    (Hasil Perhitungan)

      (Hasil Perhitungan)

   (Desain Tulangan)

 

3. Spreadsheet ini dalam analisanya tidak memperhitungkan pengaruh eksentrisitas kolom terhadap pondasi, jadi seandainya pengaruh tersebut diperhitungkan, sobat harus menghitungnya sendiri.

4. Tidak seperti “spreadsheet perencanaan pondasi telapak bujur sangkar”,  Untuk spreadsheet “perencanaan pondasi persegi panjang” ini ukuran kertas, margin, dan layout nya sudah diatur sedemikian rupa sehingga hasilnya bisa langsung dicetak dan tidak perlu di setting lagi.

 

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.

Jika sobat kampuz ada yang belum memiliki peraturan tersebut. Silahkan klik disini untuk download SNI 03-2847-2002

 

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. Nah…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 kurang lebih sejarak 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 03-28547 pasal 17.4.3 untuk pndasi bujur sangkar, tulangan harus tersebar merata pada seluruh lebar pondasi telapak. Tapi jika pondasi berbentuk persegi panjang, maka tulangan yang sejajar sisi panjang harus disebar merata ke seluruh lebar pondasi, sedangkan untuk tulangan yang sejajar sisi pendek dibagi menjadi 2 bagian, yaitu tulangan jalur pusat dan tulangan tepi. Untuk tulangan pada bagian jalur pusat, tulangan dipasang lebih rapat daripada tulangan di bagian jalur tepi. (lihat pasal 17.4.4)

 

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)

Dasar teori spreadsheet perhitungan pondasi telapak persegi panjang ini mengacu pada SNI 03-2487-2002, dan alur langkah perhitungan ada dalam bagan alir perencanaan pondasi yang ada dalam spreadsheet tersebut.

 

Cara Menggunakan Spreadsheet

 

Berikut adalah salah satu contoh proyek bangunan villa di daerah Tretes-Mojokerto yang pernah dihitung sama penulis dengan menggunakan spreadsheet ini. Struktur secara keseluruhan dianaliasa dengan menggunakan STAAD Pro untuk dicari gaya dalamnya, kemudian gaya dalam tersebut diolah sedemikian rupa dengan spreadsheet EBC dan ECC untuk didapatkan desain tulangan balok dan tulangan kolomnya, sedangkan untuk desain pondasi dianalisa menggunakan spreadsheet ini.

Catatan :

1. Spreadsheet ”EBC”  atau excel beam calculation adalah spreadsheet excel yang digunakan untuk menghitung kebutuhan penulangan balok. Didesain sangat simple dan bisa menampung banyak data. EBC ini lebih dikhususkan untuk STAAD karena settingan lembar input data gaya dalam disesuaikan dengan lembar output gaya dalam STAAD (gaya dalam dari frame/element ditampilkan per 1/5 bagian). Jika sobat ingin tahu seperti apa dan bagaimana EBC itu? silahkan klik di sini.

2. Sama halnya seperti spreadsheet “EBC”, cuman bedanya ECC digunakan untuk mencari desain tulangan dari kolom. ECC sendiri adalah singkatan dari excel column calculation. Spreadsheet ini belum saya share, Insya Alloh ke depan saya share ke sobat semuanya.

3. Pembahasan hanya difokuskan pada cara penggunaan spreadsheet ini yaitu untuk menghitung pondasi-nya saja. Sedangkan untuk  penggunaan EBC dan ECC dibahas di posting berikutnya, Insya Alloh…

 

     (Tampak Depan)

 

     (Potongan Melintang B-B)

 

    (Potongan Melintang C-C)

 

   (Denah Lantai 1)

 

   (Denah Lantai 2)

 

 

   (Denah Atap)

 

    (View 3D – STAAD Pro)

 

Kita akan mencoba mendesain pondasi pada salah satu titik tertentu. Untuk itu coba perhatikan gambar rencana denah sloof dan titik pondasi berikut ini :

 

 

Kita coba pada titik no. 41.

Data struktur :

K1   =   25/25

f’c   =   20 Mpa

fy    =   320 Mpa (U-32)

Hasil dari analisa STAAD didapat

Pu   =   323,276 KN

Mu,z  =   1,659 KN.m

Mu,x  =   -0,103 KN.m

Mu,y  =    0,017 KN.m

dari data tanah :

Berat tanah = 17,20 KN/m3

Kedalaman 1,6 m dari MT, adalah = 2 kg/cm2  =  196,133 KPa

Desain ukuran pondasi dan tulangan yang dibutuhkan?

 

Penyelesaian :

 

1. Buka spreadsheet “Perencanaan pondasi telapak persegi panjang”.

2. Masukan data rencana ke spreadsheet sesuai dengan data diatas.

    Untuk data pondasi kita coba dan kita rencanakan sebagai berikut :

    - B X L = 125 cm x 150 cm.

    - Selimut beton (sb) = 75 mm (karena berhubungan langsung dengan tanah)… lihat SNI 03-2847 pasal 9.7.1

    - Besi tulangan direncanakan dengan ukuran 13 mm (ulir 13)

    - Untuk nilai αs = 40 (karena kolomnya adalah kolom dalam, maka konstantanya adalah 40)

catatan :

αs =  suatu konstanta yang digunakan untuk menghitung Vc yang nilainya tergantung pada letak  fondasi

40 = kolom dalam

30 = kolom tepi

20  = kolom sudut

    - Tebal fondasi (ht) = 0,3 m = 30 cm

    - Tebal tanah diatas pondasi (ha) = 1,6 – 0,3 = 1,30 m

   

 

3. Jika data sudah di inputkan dengan benar, sekarang coba lihat laporan singkat perhitungan di bagian bawah input data. Untuk itu geser scrool mouse ke bawah.

 

 

Disini terlihat, bahwasanya pondasi dengan ukuran 1,25 x 1,50, tidak bisa diaplikasikan, karena tegangan tanah yang terjadi dibawah pondasi melampaui daya dukung tanahnya. Walaupun daya dukung pondasi terhadap beban okey, namun tetap saja pondasi dengan ukuran sekian tidak boleh dilaksanakan karena pondasi bisa mengalami penurunan, sehingga bisa membahayakan struktur diatasnya.

 

4. Sekarang geser scroll mouse kebawah lagi untuk melihat tegangan tanahnya.

 

 

Garis tegangan tanah (warna biru) diatas garis daya dukung tanah (warna merah). ini menunjukan tegangan tanah melampaui daya dukung tanah yang di izinkan, sehingga ukuran dimensi pondasi harus diperbesar

 

5. Sekarang kita ganti ukuran pondasi menjadi 1,30 m x 1,60 m, dengan tebal 0,30 m

 

 

6. Jika sudah, sekarang geser scroll mouse kebawah untuk melihat laporan singkatnya. Hasilnya sebagai berikut :

 

 

 

Daya dukung tanah lebih besar dari tegangan tanah yang terjadi. Ketahanan beton pondasi cukup kuat atau lebih besar dari gaya geser 1 arah dan 2 arah, serta daya dukung pondasi aman terhadap beban yang bekerja (Pu > Pu,k). Sehingga pondasi dengan ukuran (1,30 x 1,60) m dengan tebal = 0,3 m bisa untuk diaplikasikan.

Tulangan pondasi didesain :

Sejajar Arah Panjang : D13 – 139 (Jika dikonversikan ke parameter jumlah, maka jumlahnya ada = 11 buah)

Arah melintang (di jalur pusat) : D13 – 164 (Jika dikonversikan ke parameter jumlah, maka jumlahnya ada = 9 buah)

  - Arah Tepi (kanan) : D13 – 450 (Jika dikonversikan ke parameter jumlah, maka jumlahnya ada = 1 buah)

  - Arah Tepi (kiri) : D13 – 450 (Jika dikonversikan ke parameter jumlah, maka jumlahnya ada = 1 buah)

Mungkin sobat bingung dengan format penulisan penulangan diatas, biar tidak bingung, sobat klik tab sheet “Desain Tulangan”. (Lihat hasil penulangannya dalam bentuk grafik)

 

 

 

7. Sekarang kita cek panjang penyaluran tegangan tulangan, untuk itu klik tab sheet “Hasil Perhitungan”. Geser scroll mouse ke bawah sampai di halaman 9

 

 

Perhatikan notasi yang saya beri kotak warna biru, didalamnya ada kotak yang berwarna orange. Kotak tersebut adalah kotak input data yang harus di isi untuk mengetahui panjang tegangan tulangan yang terjadi.

Adapun penjelasan notasi tersebut diatas adalah sebagai berikut :

α    =   Faktor lokasi penulangan

- 1,3 jika tulangan berada diatas beton setebal  ≥ 300 mm

- 1,0 untuk tulangan lain

(karena beton segar dibawah tulangan (selimut beton) adalah = 75 mm, maka α = 1)

 

β   =   Faktor pelapis

- 1,5 jika batang atau kawat tulangan berlapis epoksi dengan selimut beton kurang dari 3 db atau spasi bersih tulangan kurang dari 6db.

- 1,2 jika batang atau tulangan berlapis epoksi lainnya

- 1,0 jika tulangan tanpa epoksi

(karena tulangan kita tanpa epoksi, maka nilai β = 1,0)

 

γ   =   Faktor ukuran batang tulangan

- 0,8 jika tulangannya D19 atau yang lebih kecil

- 1,0 jika tulangannya D22 atau yang lebih besar

(karena tulangan yang kita pakai adalh D13, maka γ = 0,8)

          

λ   =   Faktor beton agregat ringan

- 1,3 jika digunakan beton agregat ringan

- 1,0 jika digunakan beton normal

(karena yang kita gunakan adalah beton normal, maka λ = 1,0)

 

c   =   Spasi antar tulangan atau dimensi selimut beton (diambil nilai terkecil)… (mm)

( c = 75 mm)

 

Ktr   =   Faktor tulangan sengkang, Ktr = (Atr x fyt) / (10 x s x n)

(Untuk penyederhaan,  boleh dipakai Ktr = 0)

λd   =  Panjang penyaluran tegangan

λd > 300

 

Catatan :

Penjelasan secara lengkap mengenai notasi2 ini, sobat bisa merujuk ke SNI 03-2847,  pasal 14.2.3

 

 

Karena panjang penyaluran λd = 267,90 < 300, maka tidak memenuhi persyaratan, untuk itu tulangan diganti dengan diameter 16 mm (D16).

Sehingga λd = 329,72 > 300… (Ok!)

 

 

Oleh karena terjadi perubahan pada rencana ukuran batang tulangan, maka hitungan dan hasil desain tulangan secara keseluruhan berubah.

Berikut adalah hasil desain setelah terjadi perubahan ukuran tulangan (lihat gambar bawah) :

Rencana dimensi pondasi = (1,30 x 1,60) m, tebal = 30 cm

Penulangan pondasi :

Sejajar Arah Panjang : D16 – 211 (Jika dikonversikan ke parameter jumlah, maka jumlahnya ada = 8 buah)

Arah melintang (di jalur pusat) : D16 – 254 (Jika dikonversikan ke parameter jumlah, maka jumlahnya ada = 6 buah)

  - Arah Tepi (kanan) : D16 – 450 (Jika dikonversikan ke parameter jumlah, maka jumlahnya ada = 1 buah)

  - Arah Tepi (kiri) : D16 – 450 (Jika dikonversikan ke parameter jumlah, maka jumlahnya ada = 1 buah)

 

 

Untuk kemudahan dilapangan, maka tulangan dipasang sebagai berikut :

Sejajar arah panjang : D16 - 200

Sejajar arah pendek  : D16 - 250

 

 

Okey sob, sampai disini pembahasan kita,

sobat bisa bereksplorasi untuk mendesain pondasi tapak dengan spreadsheet ini,…

Sekian,  dan semoga bermanfaat .

 

Ups sampai lupa, untuk download spreadsheet ini, sobat klik aja ikon rumah dibawah ini

 

  

atau klik di sini

 

Jika ada pertanyaan, kritik atau saran seputar spreadsheet ini, silahkan langsung disampaikan via email atau blog, sms juga boleh. Pertanyaan yang bisa saya jawab akan saya jawab (tentunya sebatas pengetahuan saya), dan jika tidak maka akan saya jadikan PR, harap maklum karena saya sendiri masih belajar hehe

Posted in: Spreadsheet Excel