KAJIAN TEKNIS, BIAYA DAN WAKTU TERHADAP PEMILIHAN FONDASI TIANG BOR DAN FONDASI RAKIT PELAT RATA PADA GEDUNG KULIAH UMUM 1 ITERA
1
KAJIAN TEKNIS, BIAYA DAN WAKTU TERHADAP PEMILIHAN FONDASI TIANG
BOR DAN FONDASI RAKIT PELAT RATA PADA GEDUNG KULIAH UMUM 1
ITERA
Rahmat Kurniawan1, Josua Haholongan2
Institut Teknologi Sumatera, Jl. Terusan Ryacudu, Kec. Jatigung, Lampung Selatan 35365 1)
Institut Teknologi Sumatera, Jl. Terusan Ryacudu, Kec. Jatigung, Lampung Selatan 35365 2)
Email : [email protected]), [email protected])
ABSTRAK
Fondasi adalah suatu konstruksi pada bagian dasar struktur bangunan yang berfungsi
untuk meneruskan beban yang disebabkan struktur pada bagian atas. Dalam suatu bangunan,
diperlukan pemilihan fondasi yang efisien dalam hal segi biaya maupun waktu pekerjaan dan
tidak melupakan kriteria desain yang ada. Penelitian ini dilakukan untuk menganalisis jenis
fondasi yang efisien dan efektif digunakan pada Gedung Kuliah Umum 1 ITERA, dengan
membandingkan biaya dan waktu pekerjaan fondasi rakit dan fondasi tiang bor. Gedung Kuliah
Umum 1 ITERA memiliki luas sebesar 2688 m2. Fondasi rakit yang direncanakan memiliki
panjang dan lebar 114 x 26 meter dengan tebal fondasi rakit sebesar 1 m. Pada fondasi tiang bor
direncanakan menggunakan diameter 0,8 m dan 1 m dengan kedalaman 10 meter.
Hasil dari penelitian ini yaitu pada fondasi rakit memiliki pengeluaran biaya yang lebih
besar daripada fondasi tiang bor dengan biaya sebesar Rp.5.166.436.661.51. dan fondasi tiang
bor sebesar Rp. 4.306.612.705.62. Untuk waktu pekerjaan, fondasi rakit memiliki waktu yang lebih
lama daripada fondasi tiang bor. Waktu pekerjaan fondasi rakit dan tiang bor berturut turut
adalah 180 hari dan 90 hari. Dengan hasil ini, fondasi yang lebih efisien dalam segi biaya dan
waktu untuk Gedung Kuliah Umum 1 ITERA adalah fondasi tiang bor.
ABSTRACT
The foundation is a construction at the base of the building structure which its function is
to distribute the load caused by the structure at the top. In a building, it is necessary to choose a
foundation that is efficient in terms of cost, time, and also the existing design criteria.
This thesis is carried out to plan the foundation that will be used in Gedung Kuliah Umum
1 ITERA ( GKU 1 ITERA), by comparing the cost and time of the raft foundation work and the
bored pile foundation work. GKU 1 ITERA has an area of 2688 m2. The foundation of the raft is
114 x 26 meters long and thickness of the foundation 1 m. The bored pile foundation is planned
using a pile diameter of 0.8 m and 1 m with 10 meters of depth.
The output of this research is that the raft foundation has a greater outlay than the bore
pile foundation at a cost of Rp. 5,166,436,661.51. and bored pile foundation of Rp.
4,306,612,705.62. For working time, the raft foundation has a longer time than the bored pile
foundation. The raft foundation and bored pile working time were 180 days and 90 days,
respectively. With these outcomes, a more efficient foundation in terms of cost and time for GKU
1 ITERA is the bored pile foundation .
Keywords: Raft Foundation, Bored Pile Foundation, Cost Efficiency, Time Efficiency,
Design Criteria.
KAJIAN TEKNIS, BIAYA DAN WAKTU TERHADAP PEMILIHAN FONDASI TIANG BOR DAN FONDASI RAKIT PELAT RATA PADA GEDUNG KULIAH UMUM 1 ITERA
2
Kata kunci : Fondasi Rakit, Fondasi Tiang Bor, Efisiensi Biaya, Efisiensi Waktu, Kriteria
Desain
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Fondasi adalah suatu konstruksi pada bagian
dasar struktur bangunan yang berfungsi
untuk meneruskan beban yang diakibatkan
struktur pada bagian atas kepada lapisan
tanah yang berada pada bagian bawah
struktur tanpa mengakibatkan keruntuhan
geser tanah, dan penurunan tanah fondasi
yang berlebihan. Fondasi juga dibagi menjadi
2 jenis yaitu, fondasi dangkal dan fondasi
dalam. Rekayasa fondasi merupakan suatu
upaya teknis untuk mendapatkan jenis dan
dimensi fondasi bangunan yang efisien,
sehingga dapat menyangga beban yang
bekerja dengan baik. Penulis akan membahas
kedua jenis fondasi untuk dianalisis, yaitu
fondasi rakit yang termasuk jenis fondasi
dangkal dan fondasi tiang bor yang termasuk
fondasi dalam. Institut Teknologi Sumatera
(ITERA) adalah sebuah perguruan tinggi
negeri yang terdapat di Provinsi Lampung.
Lokasinya berada wilayah Kabupaten
Lampung Selatan. Pada penulisan tugas akhir
ini, gedung perkuliahan yang akan dianalisis
adalah Gedung Kuliah Umum 1 ITERA
(GKU 1 ITERA). GKU 1 ITERA merupakan
suatu bangunan perkuliahan yang struktur
bawahnya menggunakan fondasi tiang bor.
Rumusan Masalah
Beberapa rumusan masalah yang menjadi
acuan pada penelitian adalah :
1. Bagaimana hasil desain fondasi rakit dan
fondasi tiang bor berdasarkan mutu?
2. Bagaimana hasil analisis efisiensi biaya
pada fondasi tiang bor dan fondasi rakit?
3. Bagaimana hasil analisis penjadwalan
pada fondasi tiang bor dan fondasi rakit?
Tujuan
Tujuan pada penulisan ini adalah :
1. Memperoleh hasil desain fondasi rakit
dan fondasi tiang bor.
2. Menghasilkan efisiensi biaya antara
fondasi rakit dan fondasi tiang bor pada
bangunan GKU 1 ITERA.
3. Menghasilkan penjadwalan fondasi rakit
dan fondasi tiang bor pada bangunan GKU
1 ITERA.
Ruang Lingkup
Ruang lingkup pada penelitian ini adalah :
1. Tugas akhir membahas fondasi tiang bor
dan rakit.
2. Fondasi dangkal yang digunakan adalah
fondasi rakit berjenis pelat rata.
3. Fondasi dalam yang digunakan adalah
fondasi tiang bor.
4. Perhitungan struktur bawah hanya
membahas fondasi, tidak bersama sloof.
5. Data tanah yang digunakan adalah data
tanah bangunan GKU 1 ITERA.
6. Studi kasus yang akan dibahas adalah
pada Gedung Kuliah Umum 1 ITERA.
7. Aplikasi yang digunakan adalah ETABS,
SAFE, PCAColumn, Lpile, GROUP.
Sistematika Penulisan Laporan
Laporan Tugas Akhir ini disusun dengan
sistematika sebagai berikut:
1. Bab I Pendahuluan.
Bab ini menjelaskan secara singkat latar
belakang, perumusan masalah, tujuan,
ruang lingkup, serta sistematika penulisan
laporan Tugas Akhir.
2. Bab II Judul.
Bab ini menjelaskan uraian tentang
perkembangan keilmuan berkaitan dengan
tema/judul kajian.
3. Bab III Pelaksanaan Penelitian
Bab ini menjelaskan secara umum
mengenai metodologi, percobaan, dan
interpretasi data.
4. Bab IV Hasil – Hasil Pembahasan
KAJIAN TEKNIS, BIAYA DAN WAKTU TERHADAP PEMILIHAN FONDASI TIANG BOR DAN FONDASI RAKIT PELAT RATA PADA GEDUNG KULIAH UMUM 1 ITERA
3
Bab ini menyajikan hasil penelitian dan
diskusi terhadap hasil yang diperoleh.
Hasil penelitian dapat disajikan dalam
bentuk grafik/gambar/tabel.
5. Bab V Simpulan dan saran
Bab ini menyajikan simpulan dari
penelitian.
TINJAUAN PUSTAKA
Fondasi Dangkal
Fondasi dangkal adalah struktur bawah yang
berfungsi meneruskan (mendistribusikan)
beban bangunan yang berada di atas ke tanah
keras yang relatif dekat dengan permukaan
tanah dan tidak terlalu dalam yakni
kedalaman fondasi (Df) harus kurang dari
atau sama dengan lebar fondasi (B) atau
(Df<B). Fondasi dangkal dapat dibedakan
menjadi beberapa jenis, antara lain :
a. Fondasi setempat ( Single footing ).
b. Fondasi menerus ( Continuous footing ).
c. Fondasi pelat ( Raft foundation ).
d. Fondasi cakar ayam.
e. Fondasi sarang laba-laba.
Fondasi Rakit
Fondasi rakit adalah pelat beton besar yang
digunakan untuk mengantarai permukaan
(interface) dari satu atau lebih kolom di
dalam beberapa garis atau jalur dengan tanah
dasar (Surjandari, 2007). Fondasi rakit (raft
foundation) juga merupakan salah satu jenis
fondasi dangkal dengan pelat beton yang
berbentuk rakit melebar keseluruh bagian
dasar bangunan, yang digunakan untuk
meneruskan beban bangunan ke lapisan tanah
dasar atau batu-batuan di bawahnya yang
mendukung beban struktur diatasnya.
Fondasi Dalam
Fondasi dalam adalah jenis fondasi yang
meneruskan beban pada struktur atas ke tanah
keras atau batu yang terletak jauh dari
permukaan tanah. Fondasi dapat digolongkan
fondasi dalam apabila perbandingan antara
(Df) dengan lebar (B) lebih dari sepuluh
(Df/B >10). Fondasi dalam dapat dibagi
menjadi beberapa jenis, yaitu :
a. Fondasi tiang pancang.
b. Fondasi tiang bor.
Fondasi Tiang Bor
Fondasi tiang bor adalah fondasi dalam yang
dibangun di dalam permukaan tanah sampai
kedalaman tertentu dengan cara membuat
lubang dengan cara pengeboran tanah.
Setelah elevasi kedalaman / toe level
pengeboran tercapai kemudian fondasi pile
dilakukan dengan pengecoran beton
bertulang terhadap lubang yang sudah di bor.
Sistem pengeboran dapat dilakukan dalam
berbagai jenis baik sistem manual maupun
sistem hidrolik. Besar diameter dan
kedalaman galian dan juga sistem
penulangan beton bertulang didesain
berdasarkan daya dukung tanah dan beban
rencana/ desain load yang akan dipikul.
Fungsi fondasi ini juga ditujukan untuk
menahan beban struktur melawan gaya
angkat dan juga membantu struktur dalam
melawan kekuatan gaya lateral dan gaya
guling.
Daya Dukung Tanah Fondasi Dangkal
Daya dukung untuk fondasi dangkal
memiliki beberapa teori yang dapat
digunakan, seperti contohnya Terzaghi dan
Meyerhoff. Berikut adalah uraian dan rumus
dari beberapa teori yang dapat digunakan
untuk menentukan daya dukung tanah pada
fondasi dangkal :
a. Teori Terzaghi
Menghitung daya dukung ultimit fondasi
dangkal
qu = c’ Nc x q Nq x 1
2 γBNγ
Persamaan diatas merupakan rumus dasar
daya dukung menurut teori Terzaghi, namun
persamaan tersebut dapat diturunkan lagi
menurut bentuk fondasinya, berikut adalah
KAJIAN TEKNIS, BIAYA DAN WAKTU TERHADAP PEMILIHAN FONDASI TIANG BOR DAN FONDASI RAKIT PELAT RATA PADA GEDUNG KULIAH UMUM 1 ITERA
4
penurunan rumus daya dukung berdasarkan
bentuk fondasi dangkal menurut Terzaghi :
(Square foundation)
qu = 1,3c’ Nc x q Nq x 0,4γBNγ
(Circular foundation)
qu = 1,3c’ Nc x q Nq x 0,3γBNγ
Keterangan :
c’ : Kohesi.
Nc : Tan φ’ ( Kc + 1).
Nq : Kq tan φ’.
Nϒ : 1
2 tan φ’ (Kq tan φ’ – 1).
q : γ Df.
γ : Massa jenis tanah.
B : Lebar fondasi.
Untuk menghitung kapasitas daya dukung
izin (gross) :
qall = qu
FS
qu : daya dukung ultimit
FS : Safety Factor
Untuk menghitung kapasitas daya dukung
izin (netto) :
qall = (qu-q)
FS
b. Teori Meyerhoff
Menghitung daya dukung fondasi dangkal
ultimit :
qu = c’Nc Fcs Fcd Fci + qNq Fqs Fqd Fqi + 1
2 BNγ Fγs Fγd Fγi
c’ : Kohesi
q : Tegangan efektif pada bawah fondasi
γ : berat jenis tanah
B :lebar fondasi (diameter jika di fondasi
circular)
Fcs, Fqs, Fgs : shape factors
Fcd, Fqd, Fgd : depth factors
Fci, Fqi, Fγi : load inclination factors
Nc, Nq, Nγ : bearing capacity factors
Untuk menghitung faktor kapasitas daya
dukung, dapat kita gunakan rumus berikut :
Nq = tan2(45+φ’
2)eπtanφ'
Nc = (Nq – 1) cot φ’
Nϒ = 2 (Nq + 1) tan φ’
Daya Dukung Tanah Fondasi Rakit
Fondasi rakit merupakan fondasi yang
termasuk kedalam fondasi dangkal.
Dikarenakan fondasi rakit termasuk jenis
fondasi dangkal, alhasil rumus yang
digunakan untuk fondasi rakit adalah
penurunan dari rumus fondasi dangkal.
Untuk rumus yang digunakan pada fondasi
rakit adalah turunan dari teori Meyerhoff :
qu : cu Nc Fcs Fcd + q.
rumus diatas untuk kondisi saturated clay
(φ’ = 0), dimana cu merupakan kohesi
undrained. Untuk (φ’ = 0) maka Nc = 5.14,
Nq = 1, dan Nϒ = 0 (dari gambar 2.4). Jika
persamaan (2.10) kita masukkan Nc dan Nq,
maka rumus akan menjadi :
Fcs = 1 +0,195(B
L).
Maka dengan adanya rumus Fcs untuk
fondasi rakit dan Fcd pada persamaan (2.21)
dapat ditulis rumus daya dukung fondasi
sebagai berikut :
qu = 5,14 cu ( 1 +0,195(B
L))( 1 + 0,4 (
Df
B)) +
q.
Untuk menghitung kapasitas daya dukung
(netto) adalah :
qu (net) = qu - q = 5,14 cu ( 1 +0,195(B
L))( 1
+ 0,4 (Df
B)).
Jika data yang disediakan adalah data N-SPT,
maka rumus yang dapat digunakan adalah
sebagai berikut :
q(net) (Kn/m2)= N60 / 0,08( (B+0,3
B)2
Fd (Se
25).
N60 : Jumlah pukulan terkoreksi
B : Width (m)
Fd : 1 + 0,33 (Df/B) < 1,33
Se : Settlement
Ketika kondisi lebar fondasi sangat besar,
maka rumus yang digunakan adalah :
q(net)(Kn/m2) = 0,25N60
((1+0,33Df
B)2
Se ≤ 0,33 N60(Se).
Dalam fondasi dalam, kapasitas daya dukung
ultimit adalah penjumlahan dari daya dukung
ujung dan daya dukung friksi, berikut adalah
persamaannya :
KAJIAN TEKNIS, BIAYA DAN WAKTU TERHADAP PEMILIHAN FONDASI TIANG BOR DAN FONDASI RAKIT PELAT RATA PADA GEDUNG KULIAH UMUM 1 ITERA
5
Qu = Qp + Qs.
Keterangan :
Qp : Kapasitas daya dukung ujung
Qs : Kapasitas daya dukung friksi
Daya dukung ujung adalah daya dukung yang
berada tepat di ujung /spoon pile yang mana
dapat dicari dengan persamaan sebagai
berikut:
Qp = Ap x qp = Ap x ( c’ x Nc’ + q’ x Nq’ )
Keterangan :
Ap : Area of pile tip
c’ : Cohesion of the soil supporting the
pile tip
Qp : Unit point resistance
q’ : Effective vertical stress at the level
of the pile tip
Nc’Nq’: Bearing capacity factor
Daya dukung friksi adalah daya dukung yang
berada tepat di selimut / spoon pile yang
bergesekan dengan tanah. Daya dukung friksi
dapat dicari dengan persamaan rumus
sebagai berikut :
Qs = ∑p x ∆Lf.
Keterangan :
p : keliling / spoon pile
L : panjang / spoon pile per kedalaman
yang ditinjau
f : unit friksi di setiap kedalaman
untuk menghitung Qall / daya dukung yang
diizinkan, dapat menggunakan persamaan :
Qall = Qult / FS.
Keterangan :
FS : Safety Factor
Qult : daya dukung ultimit
Safety factor biasa digunakan berkisar antara
2,5 – 4
Daya Dukung Tanah Fondasi Tiang Bor
Fondasi tiang bor merupakan jenis fondasi
yang termasuk ke jenis fondasi dalam.
Rumus yang digunakan untuk mengetahui
kapasitas daya dukung izin merupakan rumus
turunan dari fondasi dalam itu sendiri, namun
ada suatu hal yang harus diperhatikan, yaitu
jenis tanah. Jenis tanah dapat dibagi menjadi
2 yaitu tanah kohesif (lempung) dan tanah
berpasir ( non kohesif). Dengan perbedaan
jenis tanah ini, pada akhirnya rumus yang
digunakan pun berbeda. Untuk menghitung
daya dukung ujung pada fondasi tiang bor
untuk tanah clay (φ’ = 0) menurut
Meyerhoff, menggunakan rumus :
Qp = 9 cu Ap
Untuk menghitung daya dukung friksi pada
fondasi tiang bor untuk tanah pasiran
menurut Reese & Wright (1977) (c = 0),
menggunakan rumus :
Qp = 7 N (T/m2)
Keterangan :
N : N1 + N2
N1 : Nilai N-SPT dengan jangkauan
keatas 10D dari ujung tiang bor
N2 : Nilai N-SPT dengan nilai jangkauan
4D kebawah dari ujung
Untuk nilai daya dukung friksi / Qs pada
tanah lempung (φ’ = 0), dapat dihitung
menggunakan persamaan sebagai berikut :
Qs = α c
Keterangan :
α : 0,55 (Reese & Wright 1977)
Qs : daya dukung friksi
c : kohesi
untuk daya dukung friksi dengan jenis tanah
pasiran, maka persamaan yang digunakan
berbeda dengan data yang dibutuhkan adalah
data N-SPT, berikut persamaan yang
digunakan menurut (rata rata antara
Meyerhoff 1976 dan Reese & Wright 1977) :
Qs = 0,2 N (T/m2)
Kelompok Tiang
Pada bagian fondasi, perlu diperhatikan
apakah jumlah tiang/pile yang digunakan
cukup untuk menahan beban struktural yang
ada. Maka jumlah tiang yang diperlukan
dapat dihitung berdasarkan persamaan
sebagai berikut:
N = Qu/Qall
Keterangan :
N : jumlah tiang fondasi
Qu : daya dukung tiang aksial (kN)
Qall : daya dukung izin = Qu/SF (kN)
KAJIAN TEKNIS, BIAYA DAN WAKTU TERHADAP PEMILIHAN FONDASI TIANG BOR DAN FONDASI RAKIT PELAT RATA PADA GEDUNG KULIAH UMUM 1 ITERA
6
Nilai SF berada di antara 2,5-4.
Penentuan jumlah fondasi aksial diatas
berlaku pada kedua daya dukung aksial tarik
dan daya dukung aksial tekan. Jumlah
fondasi juga perlu diperhatikan akibat beban
lateral yang diterima fondasi, penentuan
jumlah fondasi didapat dari perhitungan
sebagai berikut :
N : Hu/Hall
Keterangan :
N : Jumlah tiang fondasi
Hu : daya dukung tiang lateral
Hall : daya dukung izin = Hu/SF
Efisiensi Kelompok Tiang Aksial
Di beberapa kasus, pile selalu digunakan
dalam bentuk grup untuk mendistribusikan
beban struktural ke tanah. Sebuah pilecap
dibangun diatas gabungan pile / grup pile.
Pilecap juga bisa dibangun dengan berbagai
kondisi seperti di permukaan dan diatas
permukaan tanah. Namun ada beberapa hal
yang harus diperhatikan untuk membuat daya
dukung grup terdistribusi secara baik seperti
spasi antar pile. Untuk spasi antar pile,
minimum spasi antar titik tengah pile ke titik
tengah pile adalah 2 - 2,5 D (Teng,1962).
Efisiensi daya dukung kelompok tiang
didefinisikan dengan persamaan :
Eg : Qg / ∑Qu
Keterangan :
Eg :Effisiensi grup
Qg :Kapasitas daya dukung ultimit
kelompok tiang
∑Qu :Kapasitas daya dukung ultimit
kelompok tiang tanpa efek kelompok
Converse-Labarre Equation
Eg =1-((N-1)M+(M-1)N
90NM)Ꝋ
Los Angeles
Eg= 1 – [D
π d n1 n2
] (n1(n2-1) + n2(n1-1) +
√2(n1-1)(n2-1)) Seiler - Keeney
Eg = (1 – [11D
7( d2-1
] [n1+n2-2
n1+n2-1])+ [
0,3
n1+n2]
Keterangan :
Ꝋ : Tan-1 (D/d)
M : jumlah tiang arah Y
N : jumlah tiang arah X
Untuk mengetahui apakah daya dukung tanah
dapat menahan beban struktural yang
didistribusikan ke tanah, dapat dihitung
dengan mengetahui terlebih dahulu nilai
Pmin dan Pmaks. Untuk menghitung nilai
Pmin dan Pmaks dapat menggunakan rumus
sebagai berikut
Pi = P
n±
∑Mx dy
∑dy2±
My dx
∑dx2
Keterangan :
Pi : Beban normal maksimum
n : Jumlah tiang dalam kelompok tiang
My : Momen terhadap sumbu y
dy : Jarak searah sumbu y dari pusat
berat kelompok tiang
Mx : Momen terhadap sumbu x
dx : Jarak searah sumbu x dari pusat
berat kelompok tiang
Pmaks < Qall x Eg
Pmin > 0
Efisiensi Kelompok Tiang Lateral
Daya dukung lateral kelompok tiang akan
mengalami reduksi yang disebabkan karena
konfigurasi beberapa tiang yang berdekatan.
Nilai reduksi yang dimaksud disebut faktor
modifikasi (fm), fm merupakan tanda
terjadinya reduksi reaksi tiang terhadap gaya
lateral yang terjadi.
a. Side by Side Effect
KAJIAN TEKNIS, BIAYA DAN WAKTU TERHADAP PEMILIHAN FONDASI TIANG BOR DAN FONDASI RAKIT PELAT RATA PADA GEDUNG KULIAH UMUM 1 ITERA
7
b. Leading Effect
c. Trailing Effect
d. Skewed Effect
Penurunan
Pada dasarnya penurunan tanah terbagi
menjadi 3 tahap yaitu :
1. Elastic settlement (Se)
2. Consolidation settlement (Sc)
3. Secondary settlement (Ss)
Jadi, untuk mengetahui total penurunan yang
akan terjadi pada suatu bangunan adalah :
St = Se + Sc + Ss
(Elastic settlement) adalah pemampatan awal
dimana pada umumnya adalah disebabkan
oleh pembebanan awal (preloading) dan
hanya terjadi pada lapisan tanah pasiran.
Se = A1 A2 qo B
Es
a. Normally Consolidated (NC)
S = HCc log
P0+ ∆p
P0
1+eo
b. Over Consolidated (OC)
S = HCs log
P0+ ∆p
P0
1+eo
c. Over Consolidated - Normally
Consolidated (OC - NC)
S = HCs log
Pc
P0
1+eo + H
Cc logPc+ ∆p
Pc
1+eo
Konsolidasi Pada Fondasi Rakit
Pada fondasi rakit, untuk mencari perubahan
tegangan rata rata, digunakan persamaan
seperti berikut :
∆σ’I = Qg
(Bg+zi)(Lg+zi)
Konsolidasi Pada Tiang Grup
Pada fondasi tiang grup, beban akan
didistribusikan ke tanah berawal pada
kedalaman 2/3 L (2/3 panjang fondasi
dalam). Berikut adalah rumus tegangan
efektif yang akan digunakan pada konsolidasi
fondasi dalam.
∆σ’I = Qg
(Bg+zi)(Lg+zi)
Metode p-y
Metode p-y merupakan salah satu metode
penyelesaian untuk menganalisis defleksi
KAJIAN TEKNIS, BIAYA DAN WAKTU TERHADAP PEMILIHAN FONDASI TIANG BOR DAN FONDASI RAKIT PELAT RATA PADA GEDUNG KULIAH UMUM 1 ITERA
8
lateral dan aksial pada tiang . Rumus dasar
dalam penyelesaian menggunakan metode p-
y adalah sebagai berikut :
d2
d2
(EpIpd
2y
dx2) +Q(
d2y
dx2
)-P+w=0
Diagram Alir Penelitian
Dimensi Struktur dan Bangunan
GKU 1 ITERA memiliki dimensi sebagai
berikut :
a. Panjang (Tampak depan) : 112 m
b. Lebar (Tampak samping) : 24 m
c. Tinggi : 20 m
d. Jarak antar kolom : 8 m
Pembebanan Fondasi
1. Beban mati : 0,98 kN/m2
2. Beban hidup : 4 kN /m2
3. Beban angin : 0,4 kN /m2
4. Beban gempa : (puskim.pu.go.id)
5. Beban atap : 100 kN /m2
kombinasi LRFD digunakan untuk
perencanaan penulangan pada fondasi itu
sendiri. Berikut adalah kombinasi beban
berdasarkan ASD dan LRFD :
a. ASD
1. D
2. D + L
3. D + (Lr or S or R)
4. D + 0,75L + 0,75(Lr or S or R)
5. D + (0,6W or 0,7E)
6a. D + 0,75L + 0,75(0,6W) + 0,75 (Lr
or S or W)
6b. D + 0,75L + 0,75(0,7E) + 0,75 S
7. 0,6D + 0,6W
8. 0,6D + 0,7E
b. LRFD
1. 1,4 D
2. 1,2 D + 1,6 L + 0,5(Lr or s or R)
3. 1,2D + 1,6(Lr or S or R) + (L or 0,5 W)
4. 1,2D + 1W + L + 0,5(Lr or S or R)
5. 1,2D + 1E + L + 0,2 S
6. 0,9D + 1W
7. 0,9D + 1E
c. Gempa nominal
5. (1+0,14sds)D + 0,7Ω0Qg
d. Gempa kuat
6. (1+0,105sds)D + 0,525Ω0Qg + 0,75L +
0,75(Lr atau R)
Penentuan Metode
Spasi antar kolom pada suatu strip < 1,75
β =
metode konvensional
Spasi antar kolom pada suatu strip > 1,75
β =
flexible metode
Menghitung modulus subgrade (K) :
K(BXB) = 335 x cu
= 335 x 155 kN /m2
= 50250 kN /m2
Nilai K(BXB) untuk jenis tanah
lempungkepasiran adalah sebesar 50 mN/m2
K = K(BXB)(1+0,5
B
L)
1,5
K = 50000(1+0,5
26
114)
1,5
= 37134,50292 kN /m3
Menghitung β :
β =√B1 K
4 Ef If
4
KAJIAN TEKNIS, BIAYA DAN WAKTU TERHADAP PEMILIHAN FONDASI TIANG BOR DAN FONDASI RAKIT PELAT RATA PADA GEDUNG KULIAH UMUM 1 ITERA
9
= √112 m x 37134,503 kN/m3
4 x 23500 x (1
12 X 114 X 1
3)
4
= 2,481
Variasi spasi antar kolom yang dimiliki
GKU 1 ITERA adalah 4 dan 8 m 1,75
β =
1,75
2,481
= 0,705
4 m dan 8 m > 0,705, maka didapatkan
metode yang digunakan adalah flexible
element method.
Geser Pons Fondasi Rakit
Dalam menentukan tebal fondasi pada SAFE,
perlu diperhatikan nilai punching shear yang
terjadi pada fondasi dengan menggunakan
kombinasi LRFD. Berikut adalah nilai
punching shear yang dihasilkan oleh aplikasi
SAFE. Untuk ketebalan fondasi yang
dibutuhkan adalah sebesar 1 m. Dengan tebal
fondasi sebesar 1 m, dihasilkan nilai
punching shear pada setiap kolom ≤ 1. Maka
kontrol geser pons pada fondasi tergolong
aman.
Penurunan konsolidasi untuk lapisan
Lempung Kepasiran
Karena P0 > P’c (15,01 kN /m2 > 10 kN /m2
), maka rumus penurunan konsolidasi yang
akan digunakan adalah normally
consolidated
Sc = HCc log
P0+ ∆p
P0
1+eo
= 1 0,0626 log
15,09+ 50,52
15,09
1+1,38
= 16,78 mm
St = Se + Sc
= 4,8 mm + 16,78 mm
= 21,58 mm
Jadi total penurunan konsolidasi yang terjadi
adalah sebesar 21,58 mm.
Kontrol Daya Dukung
qu (net) = 5,14 cu ( 1 +0,195(B
L))( 1 +
0,4 (Df
B))
= 5,14 x 96( 1 +0,195(26
114))( 1 + 0,4
(1
26))
= 507,456 kN/m2
Daya dukung pada fondasi rakit sebesar
507,456 kN/m2.
q = Q
A- γ Df
= 153282,2
26 m x 114 m- 15,09 x 1
= 36,624 kN/m2
dengan melihat perbandingan 507,456
kN/m2> 36,624 kN/m2, maka dapat
disimpulkan bahwa daya dukung pada
fondasi rakit mampu menahan beban yang
ada.
Penulangan
1. Data perencanaan penulangan pelat 2 arah
Dimensi pelat = 114 m x 26 m
Tebal decking = 75 mm
Diameter tulangan rencana = 22 mm
Tinggi efektif
dx = 400 – 75 – 22/2 = 914 mm
dy = 400 – 75 – 22 – 22/2 = 892 mm
2. Menentukan momen yang bekerja pada
pelat
Gambar 4.1. Momen O – S (Envelope
Max).
1. Menentukan ρ minimum
ρ min = 0,0018 (SNI 2847:2013 Ps.7.12.2.1)
2. Menentukan ρ balance
ρ balance = 0,85 x B1 x f'
c x 600
fy x (600+fy)
=0,85 x 0,85 x 25 x 600
420 x (600+420)
KAJIAN TEKNIS, BIAYA DAN WAKTU TERHADAP PEMILIHAN FONDASI TIANG BOR DAN FONDASI RAKIT PELAT RATA PADA GEDUNG KULIAH UMUM 1 ITERA
10
= 0,0253
3. Menentukan ρ maksimum
ρ maks = 0,75 x ρ bal
= 0,75 x 0,0253
= 0,019
4. Momen ultimit (data)
Penulangan arah X ; O – S (8 – 18)
Tulangan atas = 250 kN.m
5. Momen nominal
Mn = Mu
0,8
Penulangan arah X ; O – S (8 – 18)
Mn tulangan atas (envelope min) = 250 kN.m
0,8
6. Menentukan koefisien m
m = fy
0,85 fc
= 420 mPa
0,85 x 25 mPa
= 19,765
7. Menentukan Rn
Rn = Mn
b x dx2
Penulangan arah X ; O – S (8 – 18)
Mn Tulangan atas (envelope min)
Rn = 312 ,5 kN.m
1000 x 9142
= 0,3741 mPa
8. Menentukan ρ perlu
ρ perlu = 1
m x (1- √1-
2 x m Rn
fy
a. Penulangan arah X ; O – S (8 – 18)
ρ perlu tulangan atas (envelope min)
ρ perlu = 1
19,765 x (1- √1-
2 x 19,765 x 0,3741
420 )
= 0,0009
ρ min < ρ perlu < ρ maks
0,0018 < 0,0009 < 0, 019, maka digunakan ρ
min dengan nilai 0,0018
9. Menentukan As perlu
As perlu = ρ pakai x b x dx
a. Penulangan arah X ; O – S (8 – 18)
As perlu tulangan atas (envelope min)
As perlu = 0,0018 x 1000 mm x 914 mm
= 1645,2 mm2
10. Menentukan As tulangan
Diameter tulangan yang digunakan adalah D-
22
As tulangan = 1
4 x π x d
2
= 1
4 x 3,14 x 22
2
= 379,94 mm2
11. Menentukan jumlah tulangan
n tulangan = As perlu
As tulangan
Penulangan arah X ; O – S (8 – 18)
n perlu tulangan atas (envelope min)
n perlu =1645,2 mm2
379,94 mm2
= 4,330 ≈ 5 tulangan
12. Menentukan spasi antar tulangan
Spasi antar tulangan = b
n - 1
Penulangan arah X ; O – S (8 – 18)
spasi tulangan atas (envelope min)
spasi =1000
5 - 1
= 250 mm.
13. Kesimpulan penulangan
Dengan contoh perhitungan diatas,
didapatkan bahwa penulangan arah X pada
area O-S (8 – 18) memiliki tulangan atas
D22-250 dan tulangan bawah D22-100,
sedangkan penulangan arah Y pada area O-S
(8 – 18) memiliki tulangan atas D22-250 dan
tulangan bawah D22-250.
Perencanaan Fondasi Tiang Bor
Pada perencanaan tiang bor diasumsikan
perhitungan dengan diameter 0.8 m dan
tinggi tiang 10 m dilakukan langkah sebagai
berikut :
Daya dukung ujung tiang
qp = 7 N
= 7 (55,063)
= 385,44 T/m2
Qp = qp x A
= 385,44 T/m2 x ( 1
4 π D2 )
= 385,44 T/m2 x ( 1
4 x 3,14 x 0.8
2 )
KAJIAN TEKNIS, BIAYA DAN WAKTU TERHADAP PEMILIHAN FONDASI TIANG BOR DAN FONDASI RAKIT PELAT RATA PADA GEDUNG KULIAH UMUM 1 ITERA
11
= 193,64 T
Daya dukung selimut
Kedalaman 0 m – 2 m
Qs1 = (α cu)) x p x l
= (0.55 x 155) x 2,512 x 2
= 42,83 T
Maka daya dukung selimut tiang adalah,
Qs = Qs1 + Qs2 + Qs3 + Qs4 + Qs5
= 42,83 + 33,158 + 47,728 + 60,288 +
60,288
= 244,29 T
Daya dukung tiang tunggal
Qall = Qs + Qp
SF
= 244,29 T + 193,64 T
3
= 145,98 Ton.
Daya Dukung Lateral Tiang Tunggal
1. Menentukan momen izin dengan aplikasi
PCACOL
Variasi diameter tiang bor : 0,8 m
Selimut tulangan : 100 mm
Jumlah Tulangan : 15
Diameter Tulangan : 22 mm
Pall : 145,9786 Ton
Gambar 4.2. Hasil PCACOL Diameter
0,8m
Dengan data seperti diatas, didapatkan
momen sebesar 850 kN.m dan rasio
penulangan sebesar 1,15 %.
Kebutuhan Jumlah Tiang Fondasi Aksial
dan Lateral
Untuk menentukan kebutuhan jumlah
tiangfondasi aksial (ASD) adalah sebagai
berikut :
Data ( tiang no. 1)
Diameter : 0,8 m
Daya dukung : 145,9786 Ton
FZ : 217,099 Ton
n = FZ
Qall
= 217,099
145,9786
= 1,487 ≈ 2
Efisiensi Tiang Grup Aksial
Converse-Labarre
Eg = 1 – [( n1 - 1) n2 + ( n2 -1) n1
90 n1 n2
] θ
= 1 – [(2 - 1)1 + ( 1 - 1) 2
(90)(2)(3)] arctan
0.8
1.6
= 0.852
Los Angeles
Eg = 1 – [D
π d n1 n2
] (n1(n2-1) + n2(n1-1) +
√2(n1-1)(n2-1))
= 1 – [0,8
3,14 x 1,6 x 2 x 1] (2(1-1) + 1(2-1) +
√2(2-1)(1-1)) = 0,920
Seiler - Keeney
Eg = (1 – [11D
7( d2-1
] [n1+n2-2
n1+n2-1])+ [
0,3
n1+n2]
= (1 – [11 x 0,8
7( 1,62-1] [
2+1-2
2+1-1])+ [
0,3
2+1]
= 0,944
Untuk pemilihan efisiensi tiang, diambil nilai
terkecil dari ketiga persamaan diatas yaitu
persamaan Converse - Labarre.
Kontrol Pmax dan Pmin
Tipe PC - 1 kolom No. 1 (D = 0,8) (ASD)
Pi = P
n±
∑Mx di
∑dy2±
My di
∑dx2
Pi = 217,1
2±
-10,42 x 0
0±
7,0784 x 0,8
1,28
Kontrol Pmax ≤ Qall x Eg
112,96 ≤ 145,979 x 0,852
112,96 T ≤ 124,374 T (Tidak mengalami
tekan berlebih)
Kontrol Pmin > 0
104,12 T >0(Tidak mengalami tarik berlebih)
Efisiensi Tiang Grup Lateral
KAJIAN TEKNIS, BIAYA DAN WAKTU TERHADAP PEMILIHAN FONDASI TIANG BOR DAN FONDASI RAKIT PELAT RATA PADA GEDUNG KULIAH UMUM 1 ITERA
12
Kolom 1 (D) = 0,8 m
Spasi tiang (S) = 1,6 m.
FX = 53,7442 kN.
FY = 89,068 kN.
Beban FX
Side by side effect (ᵦa)12
= 0,64 x S
D
0.34
= 0,64 x 1,6
0,8
0.34
= 0,81108.
Fm = 0,81108 x 1 x 1 x 1
= 0,81108
Side by side effect (ᵦa)21
= 0,64 x S
D
0.34
= 0,64 x 1,6
0,8
0.34
= 0,81108.
Fm = 0,81108 x 1 x 1 x 1
= 0,81108
Perencanaan Dimensi Pilecap
Berikut adalah perhitungan perencanaan
pilecap berdasarkan tipe dengan pembebanan
LRFD.
a. PC-1 (D = 0,8 m) Kolom No.1
Berikut adalah data perencanaan yang
digunakan untuk merencanakan pilecap :
Dimensi poer ( B × L ) = 3,2 × 1.6 m
Tebal poer ( t ) = 0.6 m
Diameter tulangan utama = 19 mm
Diameter sengkang = 13 mm
Mutu beton, f’c = 25 mPa
Dimensi kolom = 850 × 850 mm
βc = 1
αs = 20 (sudut)
Tebal selimut beton = 75 mm
Tinggi efektif balok poer
Arah x ( dx ) = 600 – 75 – ½ × 19 = 515,5
mm
Arah y ( dy ) = 600 – 75 – 19 – ½ × 19
= 496,5 mm
Geser dua arah disekitar kolom, bo = 2 x
(0,85+0,5155)+(0,85+0,5155)
= 5462 mm
Gaya geser = 271,79 T
Nilai kuat geser dua arah untuk beton
ditentukan dari nilai terkecil, dari persamaan
berikut :
Vc = √f
'c bo d
3
= √25 x 5462 x 515,5
3
= 469,27 T
Vc2 = (1 + 2
βc )
√f'c bo d
3
= (1 + 2
1 )
√25 x 5462 x 515,5
3
= 703,915 T
Vc3 = (2 + αs d
bo )
√f'c bo d
6
=(1+20 x 515,5
515,5 )
√25 x 5462 x 515,5
6
= 912,177 T
Diambil nilai Vc terkecil.
Faktor reduksi kuat geser pilecap, Ø = 0,75
Ø Vc = 0,75 x 469,27 T
Gambar 4.3. Arah Beban Lateral FX
Gambar 4.4. Pilecap D = 0,8.
KAJIAN TEKNIS, BIAYA DAN WAKTU TERHADAP PEMILIHAN FONDASI TIANG BOR DAN FONDASI RAKIT PELAT RATA PADA GEDUNG KULIAH UMUM 1 ITERA
13
= 351,9525 T ≥ Vu (271,79 T)
Hasil Analisa GROUP
PC – 1 ( 0,8 m) Kolom No. 1
D = 0,8 m
Dimensi Pilecap arah Y = 3,2 m
Dimensi Pilecap arah X = 1,6 m
FZ = 2717,869 kN
FX = 68,176 kN
FY = 111,128 kN
MZ = 0,2386 kN.m
MX = -12,2693 kN.m
MY = 88,283 kN.m
Grafik 4.1. Hasil Defleksi, Momen dan
Geser PC – 1.
Penurunan Tiang Grup
a. Penurunan elastik
Se = Se(1) + Se(2) + Se(3)
Se(1) = (Qwp+ ξ Qws)L
ApEp
= (645,48+ (0,5 x 814,3))10
1/4 x 3,14 x 0,82x 23500000 kPa
= 0.892 mm
Se(2) = Qwp Cp
D qp
= 645,48 x 0,09
0,8 x 3854,38
=18,8 mm
Se(3) = Qws x Cs
qp x L
=814,3 x 0,134
3854,38 x 10
= 2,84 mm
Sg(c) = √Bg
DSe
= √0,8
0,8x 22,575
= 22,575 mm
b. Penurunan konsolidasi
Penurunan konsolidasi hanya terjadi pada
tanah lempung saja. Menentukan nilai P0
(tegangan awal akibat tanah)
P0 pada Lempung Kepasiran
P0 = γ1 x h1
= 15,09 kN /m3 x 1 m
= 15,09 kN /m2
Cc = 0,0626
eo = 1,38
P’c = 0,1 kg/cm2
Karena P0 > P’c (55,61 Kn/m2 > 10 Kn/m2
), rumus konsolidasi yang akan digunakan
adalah normally consolidated.
∆p =Qg
(Bg+Zi) x (Lg+Zi)
= 0
∆p = 0 karena beban belum terdistribusikan
ke lapisan tanah Lempung kepasiran. Beban
mulai teridistribusikan pada 2/3L.
Sc = HCc log
P0+ ∆p
P0
1+eo
= 1 0,0626 log
15,09+ 0
15,09
1+1,38
= 0
Penurunan konsolidasi tidak terjadi pada
fondasi tiang grup karena lapisan tanah
lempung tidak ada pada sepanjang 2/3L.
Untuk penurunan total yang terjadi pada
fondasi grup adalah sebesar 22,575 mm.
untuk perbedaan penurunan, didapatkan
perbedaan sebesar 5,3717 mm. perbedaan
penurunan dapat disimpulkan tergolong
aman dikarenakan batas perbedaan
KAJIAN TEKNIS, BIAYA DAN WAKTU TERHADAP PEMILIHAN FONDASI TIANG BOR DAN FONDASI RAKIT PELAT RATA PADA GEDUNG KULIAH UMUM 1 ITERA
14
penurunan yaitu L/300 (4000/300) atau 13,3
mm dan (8000/300) atau 26,6 mm. Berikut
adalah kesimpulan penurunan pada fondasi
tiang grup yang akan ditampilkan dalam
bentuk tabel dan denah pondasi yang
mengalami penurunan akan ditampilkan
dalam bentuk gambar pada halaman
selanjutnya.
Tabel 4.1. Kesimpulan Penurunan Fondasi
Grup.
Rencana Anggaran Biaya
Pondasi rakit
PENUTUP
Kesimpulan
Berdasarkan hasil yang didapat dari
perhitungan analisis dan kriteria desain
yang telah memenuhi. Berikut adalah hasil
analisis perbandingan fondasi rakit dan
tiang bor pada Gedung Kuliah Umum 1
ITERA:
a. Fondasi tiang bor memiliki 2 jenis
ukuran tiang tunggal yaitu berukuran 0,8 m
dan 1 m yang memiliki daya dukung aksial
tiang tunggal fondasi tiang bor berturut
turut adalah sebesar 145,9786 Ton dan
197,31 Ton dengan daya dukung lateral
berturut turut sebesar 233,33 Ton dan 350
Ton. Besar daya dukung fondasi rakit
adalah sebesar 507,456 kN/m2 dengan
memiliki panjang dan lebar berturut turut
sebesar 114 m dan 26 m. Jenis pilecap yang
ada pada fondasi tiang bor berjumlah 3 PC
dengan ukuran PC – 1 sebesar 1,6 m x 3,2
m ; PC – 2 sebesar 2 m x 4 m; PC – 3 sebesar
1,2 m x 1,2 m. Dimensi fondasi rakit yang
telah direncanakan memiliki tebal sebesar 1
m dengan penulangan 2 arah ( x dan y) dan
2 lapis penulangan yaitu penulangan atas
dan bawah.
b. Total biaya yang dikeluarkan untuk
pengerjaan fondasi tiang bor adalah
sebesar Rp. 4.306.612.705.62. Total biaya
yang dikeluarkan untuk pengerjaan
fondasi rakit adalah sebesar Rp.
5.166.436.661.51. Dengan hasil berikut
fondasi rakit memiliki biaya lebih mahal
sebesar 16,65 % dari fondasi tiang bor.
c. Waktu pengerjaan yang harus dilalui
untuk fondasi rakit adalah selama 180
hari, sedangkan waktu pengerjaan yang
harus dilalui untuk fondasi rakit adalah
selama 90 hari. Dengan hasil berikut,
fondasi rakit memiliki waktu yang lebih
lama sebesar 50% dari total pekerjaan
fondasi tiang bor.
d. Dengan hasil analisis biaya dan efektifitas
waktu pengerjaan, dapat disimpulkan
bahwa penggunaan fondasi tiang bor lebih
efektif daripada fondasi rakit. Fondasi
tiang bor didapatkan lebih efektif daripada
fondasi rakit disebabkan jarak antar kolom
yang besar sehingga momen pada fondasi
rakit menjadi besar dan penulangan
fondasi rakit juga harus dilakukan di
Tipe
PC Se1 (m)
Se2
(m) Se3 (m)
Se total
(mm)
Sc
(mm)
Sg
(mm)
1 0,000892 0,0188 0,00284 22,57549422 0 22,5755
2 0,000794 0,0236 0,0036 27,94724863 0 27,9472
3 0,000892 0,0188 0,00284 22,57549422 0 22,5755
No. Uraian
Pekerjaan Volume
Harga
Satuan Jumlah Harga
(1) (2) (4) (5) (6)
I Pekerjaan
pendahuluan
1
Pembersihan 1
m2 lapangan dan
perataan
649,6 m3 7.768,71 5.046.551,21
2
Pengukuran dan
Pemasangan
Bouwplank 1 m'
288 m 85.495,14 24.622.600,32
Subtotal 1 29.669.151,53
II Pekerjaan
Tanah
1
Penggalian 1 m3
tanah biasa
sedalam 1 m
3409 m3 18.418,57 62.781.538,09
2
Pembuangan 1
m3 tanah sejauh
30 meter
3409 m3 9.349,93 31.870.167,42
3 Pengurugan 1 m3
dengan pasir urug 296,4 m3 241.919,15 71.704.836,65
Subtotal 2 166.356.542,16
III Pekerjaan
fondasi
1 Lantai kerja K-
125 148,2 m3 1.060.995,89 157.239.590,60
2
Bekisting pelat
fondasi rakit
(kayu)
280 m2 227.732,78 63.765.177,00
3 Pembesian D-22
pelat fondasi rakit 57318 kg 194.419,29 1.114.371.552,42
4
Pengecoran beton
K-300 pelat
fondasi rakit
2964 m3 1.226.394,96 3.635.034.647,81
Subtotal 3 4.970.410.967,82
Total 5.166.436.661,51
KAJIAN TEKNIS, BIAYA DAN WAKTU TERHADAP PEMILIHAN FONDASI TIANG BOR DAN FONDASI RAKIT PELAT RATA PADA GEDUNG KULIAH UMUM 1 ITERA
15
keseluruhan area yang terjadi momen.
Dalam hal pemakaian beton juga fondasi
rakit tidak efisien, dikarenakan area pada
Gedung Kuliah Umum 1 ITERA sangat
luas dan membuat beton harus di buat
pada keseluruhan area sesuai dengan sifat
fondasi rakit. Sangat berbeda dengan tiang
bor yang penulangan dan pengecoran
beton tidak ke seluruh area.
Saran
1. Untuk mendapatkan hasil lapisan tanah
yang lebih akurat, penelitian selanjutnya
disarankan menggunakan titik borlog
lebih dari satu.
2. Penelitian dapat dikembangkan dengan
membandingkan fondasi tiang bor dengan
jenis fondasi rakit lainnya.
3. Dalam penelitian selanjutnya, disarankan
menggunakan harga satuan dan analisa
SNI terbaru supaya hasil biaya yang
didapat lebih akurat.