Contoh Hitungan Struktur Pondasi Cakar Ayam Rumah 2 Lantai

Pondasi merupakan bagian struktur yang menerima beban rumah, kemudian menyalurkannya ke tanah. Pada rumah dua lantai, pondasi perlu direncanakan lebih teliti karena beban yang diterima lebih besar dibandingkan rumah satu lantai. Beban tersebut berasal dari atap, pelat lantai, balok, kolom, dinding, penghuni, furnitur, dan berbagai perlengkapan rumah.

Di lingkungan pembangunan rumah, istilah pondasi cakar ayam sering dipakai untuk menyebut pondasi beton bertulang berbentuk telapak yang berada di bawah kolom. Secara teknis, pondasi tersebut lebih tepat disebut pondasi tapak, pondasi telapak, atau foot plate.

Sistem Cakar Ayam dalam pengertian teknik sebenarnya berbeda. Sistem tersebut menggunakan pelat beton yang diperkuat elemen berbentuk pipa atau cakar untuk meningkatkan kekakuannya, terutama pada tanah lunak. Dokumen Direktorat Jenderal Bina Marga juga menjelaskan penggunaan pelat dan pipa pengaku pada pengembangan Sistem Cakar Ayam Modifikasi.

Agar sesuai dengan istilah yang banyak digunakan dalam pembangunan rumah, artikel ini memakai judul pondasi cakar ayam. Namun, contoh yang dihitung adalah pondasi tapak beton bertulang untuk rumah dua lantai, bukan sistem Cakar Ayam asli.

Perhitungan berikut bertujuan membantu kita memahami alur perencanaan awal. Angkanya bukan ukuran siap pakai untuk semua rumah. Desain akhir harus menyesuaikan beban bangunan, gambar struktur, kondisi tanah, lokasi gempa, dan hasil pemeriksaan tenaga ahli.

Standar yang Berkaitan dengan Perencanaan Pondasi

Perencanaan pondasi tidak hanya membahas ukuran telapak. Kita juga perlu memperhitungkan karakteristik tanah, beban bangunan, mutu beton, tulangan, gaya gempa, geser, lentur, dan sambungan struktur.

Beberapa standar yang berkaitan dengan pekerjaan tersebut adalah:

• SNI 8460:2017 mengenai persyaratan perancangan geoteknik;
• SNI 2847:2019 mengenai persyaratan beton struktural;
• SNI 1727:2020 mengenai beban desain minimum;
• SNI 1726:2019 mengenai perencanaan ketahanan gempa.

Keempat standar tersebut tercatat berstatus berlaku dalam katalog Badan Standardisasi Nasional.

Data Rumah yang Digunakan

Kita menggunakan contoh rumah dua lantai dengan asumsi berikut:

Komponen	Data contoh
Ukuran rumah	6 × 9 meter
Jumlah lantai	2 lantai
Jarak antarkolom	3 × 3 meter
Ukuran kolom	25 × 25 sentimeter
Mutu beton	20 MPa
Mutu baja tulangan	400 MPa
Daya dukung tanah izin	100 kPa
Beban mati kolom	155 kN
Beban hidup kolom	45 kN
Perkiraan beban pondasi	20 kN

Daya dukung tanah sebesar 100 kPa hanya merupakan asumsi contoh. Nilai sebenarnya harus diperoleh dari penyelidikan tanah atau rekomendasi geoteknik.

Tanah padat, lempung lunak, pasir lepas, tanah timbunan, dan tanah bekas sawah memiliki karakteristik berbeda. Karena itu, ukuran pondasi rumah yang sama dapat berubah ketika dibangun di lokasi berbeda.

Memahami Luas Pengaruh Kolom

Setiap kolom menerima beban dari area lantai tertentu. Area tersebut disebut luas pengaruh atau luas tributari.

Dalam contoh, jarak kolom adalah 3 meter pada dua arah. Untuk kolom yang berada di tengah bangunan, luas pengaruhnya:$$A_t=3\times3$$At​=3×3 $$A_t=9\text{ m}^2$$At​=9 m2

Artinya, kolom tengah menerima beban dari area lantai sekitar 9 meter persegi.

Kolom sudut dan kolom tepi biasanya memiliki luas pengaruh berbeda. Namun, posisinya dapat menghasilkan beban tidak simetris dan momen yang berbeda. Karena itu, seluruh jenis kolom tetap perlu diperiksa.

Menghitung Beban Servis Pondasi

Beban servis adalah beban yang digunakan untuk memeriksa tekanan tanah dalam kondisi penggunaan biasa.

Dari contoh, beban yang diteruskan kolom adalah:$$P_{kolom}=D+L$$Pkolom​=D+L $$P_{kolom}=155+45$$Pkolom​=155+45 $$P_{kolom}=200\text{ kN}$$Pkolom​=200 kN

Kita menambahkan perkiraan berat pondasi dan tanah di atasnya sebesar 20 kN:$$P_{total}=200+20$$Ptotal​=200+20 $$P_{total}=220\text{ kN}$$Ptotal​=220 kN

Jadi, total beban servis yang digunakan untuk menentukan luas pondasi adalah sekitar 220 kN.

Penambahan berat pondasi dalam desain sebenarnya dapat dilakukan melalui beberapa pendekatan. Nilainya perlu diperbarui setelah ukuran pondasi diketahui.

Menghitung Luas Pondasi yang Dibutuhkan

Luas dasar pondasi dapat diperkirakan dengan membagi beban servis dengan daya dukung tanah izin:$$A=\frac{P}{q_a}$$A=qa​P​

Keterangan:

• $A$A adalah luas pondasi;
• $P$P adalah beban servis;
• $q_a$qa​ adalah daya dukung tanah izin.

Masukkan data contoh:$$A=\frac{220}{100}$$A=100220​ $$A=2{,}20\text{ m}^2$$A=2,20 m2

Jika pondasi berbentuk persegi, panjang sisinya:$$B=\sqrt{A}$$B=A​ $$B=\sqrt{2{,}20}$$B=2,20​ $$B=1{,}483\text{ m}$$B=1,483 m

Ukuran tersebut dapat dibulatkan menjadi:$$1{,}50\text{ m}\times1{,}50\text{ m}$$1,50 m×1,50 m

Dengan demikian, ukuran awal pondasi yang digunakan adalah 1,50 × 1,50 meter.

Memeriksa Tekanan Tanah Aktual

Setelah ukuran dipilih, kita perlu memeriksa tekanan aktual yang terjadi pada tanah.

Luas pondasi:$$A=1{,}50\times1{,}50$$A=1,50×1,50 $$A=2{,}25\text{ m}^2$$A=2,25 m2

Tekanan tanah aktual:$$q=\frac{P}{A}$$q=AP​ $$q=\frac{220}{2{,}25}$$q=2,25220​ $$q=97{,}78\text{ kPa}$$q=97,78 kPa

Daya dukung tanah izin dalam contoh adalah 100 kPa. Maka:$$97{,}78<100\text{ kPa}$$97,78<100 kPa

Secara pemeriksaan tekanan tanah sederhana, ukuran 1,50 × 1,50 meter memenuhi asumsi awal.

Namun, pemeriksaan tersebut belum mencakup penurunan tanah, eksentrisitas beban, pengaruh gempa, tekanan yang tidak seragam, dan kondisi lapisan tanah di bawah pondasi.

Menentukan Tebal Awal Pondasi

Ketebalan pondasi tidak hanya ditentukan oleh beban tekan. Pondasi juga harus mampu menahan:

• lentur;
• geser satu arah;
• geser dua arah atau punching shear;
• penyaluran tulangan kolom;
• retak;
• pengaruh pelaksanaan.

Untuk contoh awal, kita memilih tebal pondasi:$$h=400\text{ mm}$$h=400 mm

atau 40 sentimeter.

Kolom yang digunakan berukuran:$$250\times250\text{ mm}$$250×250 mm

Selimut beton bawah dalam contoh diasumsikan 75 mm. Jika tulangan utama memakai D13, kedalaman efektifnya dapat diperkirakan:$$d=400-75-\frac{13}{2}$$d=400−75−213​ $$d=318{,}5\text{ mm}$$d=318,5 mm

Kedalaman efektif adalah jarak dari permukaan tekan beton ke pusat tulangan tarik.

Menghitung Beban Terfaktor

Pemeriksaan kekuatan beton dan tulangan menggunakan beban terfaktor.

Sebagai contoh sederhana, kita menggunakan kombinasi:$$P_u=1{,}2D+1{,}6L$$Pu​=1,2D+1,6L

Dengan:$$D=175\text{ kN}$$D=175 kN

Nilai tersebut terdiri dari beban mati struktur dan perkiraan berat pondasi.

Beban hidup:$$L=45\text{ kN}$$L=45 kN

Maka:$$P_u=(1{,}2\times175)+(1{,}6\times45)$$Pu​=(1,2×175)+(1,6×45) $$P_u=210+72$$Pu​=210+72 $$P_u=282\text{ kN}$$Pu​=282 kN

Tekanan tanah terfaktor:$$q_u=\frac{282}{2{,}25}$$qu​=2,25282​ $$q_u=125{,}33\text{ kPa}$$qu​=125,33 kPa

Nilai ini digunakan untuk contoh pemeriksaan lentur dan geser pondasi.

Dalam desain lengkap, beberapa kombinasi beban perlu diperiksa, termasuk kombinasi yang melibatkan gempa. Beban minimum dan ketahanan gempa masing-masing dibahas dalam SNI 1727:2020 dan SNI 1726:2019.

Menghitung Panjang Kantilever Pondasi

Kolom berada di tengah pondasi. Jarak dari muka kolom ke ujung pondasi adalah:$$l=\frac{B-c}{2}$$l=2B−c​

Keterangan:

• $B$B adalah lebar pondasi;
• $c$c adalah ukuran kolom.

$$l=\frac{1{,}50-0{,}25}{2}$$l=21,50−0,25​ $$l=0{,}625\text{ m}$$l=0,625 m

Bagian selebar 0,625 meter tersebut bekerja seperti pelat kantilever yang menonjol dari muka kolom.

Menghitung Momen Lentur Pondasi

Untuk jalur selebar satu meter, momen di muka kolom dapat diperkirakan:$$M_u=\frac{q_ul^2}{2}$$Mu​=2qu​l2​ $$M_u=\frac{125{,}33\times0{,}625^2}{2}$$Mu​=2125,33×0,6252​ $$M_u=24{,}48\text{ kNm/m}$$Mu​=24,48 kNm/m

Jadi, momen lentur terfaktor pada jalur selebar satu meter sekitar 24,48 kNm.

Tulangan tarik utama pondasi berada pada bagian bawah dan dipasang dalam dua arah. Hal ini karena pondasi menerima lentur pada arah memanjang dan melintang.

Menghitung Kebutuhan Tulangan Awal

Kebutuhan luas tulangan secara pendekatan dapat dihitung:$$A_s=\frac{M_u}{\phi f_yjd}$$As​=ϕfy​jdMu​​

Dalam contoh digunakan:

• $\phi=0{,}9$ϕ=0,9;
• $f_y=400$fy​=400 MPa;
• $j=0{,}9$j=0,9;
• $d=318{,}5$d=318,5 mm.

$$A_s= \frac{24{,}48\times10^6} {0{,}9\times400\times0{,}9\times318{,}5}$$As​=0,9×400×0,9×318,524,48×106​ $$A_s\approx237\text{ mm}^2/\text{m}$$As​≈237 mm2/m

Nilai tersebut merupakan kebutuhan dari momen hasil perhitungan sederhana. Dalam praktik, kebutuhan minimum tulangan, jarak batang, kontrol retak, dan syarat pendetailan juga harus diperiksa.

Sebagai pilihan awal, kita menggunakan tulangan:$$D13-175\text{ mm}$$D13−175 mm

Luas satu batang D13:$$A_b=\frac{\pi}{4}\times13^2$$Ab​=4π​×132 $$A_b\approx132{,}7\text{ mm}^2$$Ab​≈132,7 mm2

Luas tulangan per meter:$$A_s=132{,}7\times\frac{1000}{175}$$As​=132,7×1751000​ $$A_s\approx758\text{ mm}^2/\text{m}$$As​≈758 mm2/m

Maka susunan contoh adalah:

Tulangan bawah D13 dengan jarak 175 mm pada dua arah.

Susunan ini hanya hasil ilustrasi awal. Panjang penyaluran, kait, sambungan dengan kolom, jarak bersih, serta ketentuan tulangan minimum harus diverifikasi berdasarkan SNI 2847:2019 dan analisis perencana.

Pemeriksaan Geser Satu Arah

Geser satu arah diperiksa pada jarak $d$d dari muka kolom.

Panjang area yang masih menghasilkan gaya geser:$$x=0{,}625-0{,}3185$$x=0,625−0,3185 $$x=0{,}3065\text{ m}$$x=0,3065 m

Gaya geser per meter lebar:$$V_u=q_u\times x$$Vu​=qu​×x $$V_u=125{,}33\times0{,}3065$$Vu​=125,33×0,3065 $$V_u\approx38{,}41\text{ kN/m}$$Vu​≈38,41 kN/m

Nilai tersebut harus dibandingkan dengan kapasitas geser beton. Dalam contoh ini, tebal 400 mm memberikan kapasitas yang cukup berdasarkan pemeriksaan sederhana.

Namun, perubahan mutu beton, ukuran pondasi, beban kolom, dan kedalaman efektif dapat mengubah hasil secara signifikan.

Pemeriksaan Geser Pons

Geser pons terjadi ketika kolom seolah-olah menembus pelat pondasi. Pemeriksaan dilakukan mengelilingi kolom pada perimeter kritis.

Untuk kolom interior, perimeter kritis sederhana dapat diperkirakan berdasarkan ukuran kolom dan kedalaman efektif.

Luas area di dalam perimeter:$$A_i=(c+d)^2$$Ai​=(c+d)2

Dengan satuan meter:$$A_i=(0{,}25+0{,}3185)^2$$Ai​=(0,25+0,3185)2 $$A_i\approx0{,}323\text{ m}^2$$Ai​≈0,323 m2

Gaya ke atas dari tanah di dalam area tersebut:$$R_i=q_uA_i$$Ri​=qu​Ai​ $$R_i=125{,}33\times0{,}323$$Ri​=125,33×0,323 $$R_i\approx40{,}48\text{ kN}$$Ri​≈40,48 kN

Gaya geser pons yang bekerja:$$V_u=P_u-R_i$$Vu​=Pu​−Ri​ $$V_u=282-40{,}48$$Vu​=282−40,48 $$V_u\approx241{,}52\text{ kN}$$Vu​≈241,52 kN

Hasil tersebut harus dibandingkan dengan kapasitas geser pons beton. Pemeriksaan lengkap perlu mempertimbangkan bentuk kolom, posisi kolom, mutu beton, transfer momen, dan faktor reduksi kekuatan.

Kolom tepi dan kolom sudut memiliki perimeter kritis berbeda sehingga tidak boleh langsung menggunakan hasil kolom tengah.

Menghitung Volume Beton Pondasi

Volume telapak:$$V_t=1{,}50\times1{,}50\times0{,}40$$Vt​=1,50×1,50×0,40 $$V_t=0{,}90\text{ m}^3$$Vt​=0,90 m3

Jika di atasnya dibuat pedestal berukuran 35 × 35 sentimeter dan tinggi 40 sentimeter:$$V_p=0{,}35\times0{,}35\times0{,}40$$Vp​=0,35×0,35×0,40 $$V_p=0{,}049\text{ m}^3$$Vp​=0,049 m3

Total volume satu titik:$$V=0{,}90+0{,}049$$V=0,90+0,049 $$V=0{,}949\text{ m}^3$$V=0,949 m3

Dengan tambahan cadangan sekitar 5 persen:$$V_{total}=0{,}949\times1{,}05$$Vtotal​=0,949×1,05 $$V_{total}\approx0{,}996\text{ m}^3$$Vtotal​≈0,996 m3

Kebutuhan beton satu titik dapat dibulatkan menjadi sekitar 1 meter kubik.

Volume tersebut belum termasuk lantai kerja, sloof, kolom, dan kehilangan beton akibat kondisi galian.

Ringkasan Hasil Contoh

Berdasarkan seluruh asumsi yang digunakan, diperoleh rancangan awal:

Komponen	Hasil contoh
Ukuran pondasi	1,50 × 1,50 meter
Tebal telapak	40 sentimeter
Ukuran kolom	25 × 25 sentimeter
Pedestal	35 × 35 sentimeter
Tulangan telapak	D13-175 dua arah
Mutu beton	20 MPa
Daya dukung tanah asumsi	100 kPa
Volume beton per titik	Sekitar 1 m³

Sekali lagi, hasil tersebut bukan ukuran universal. Pondasi rumah lain dapat lebih kecil atau lebih besar.

Pentingnya Sloof atau Tie Beam

Pondasi tapak tidak sebaiknya berdiri sebagai titik-titik yang terpisah. Setiap pondasi perlu dihubungkan menggunakan sloof atau tie beam sesuai sistem struktur.

Balok pengikat membantu:

• menjaga posisi antarfondasi;
• menghubungkan kolom;
• menopang dinding;
• mengurangi perbedaan pergerakan;
• menyalurkan gaya horizontal;
• meningkatkan kesatuan struktur.

Ukuran dan tulangan sloof tidak boleh ditentukan hanya dari ukuran pondasi. Bentang, beban dinding, gaya gempa, dan hubungan dengan kolom perlu diperhitungkan.

Kondisi yang Membuat Pondasi Tapak Tidak Cocok

Pondasi tapak mungkin tidak sesuai jika:

• tanah sangat lunak;
• lapisan kuat berada terlalu dalam;
• timbunan belum stabil;
• muka air tanah sangat tinggi;
• penurunan diperkirakan terlalu besar;
• beban kolom sangat tinggi;
• telapak saling bertumpang tindih;
• lokasi berada dekat lereng yang tidak stabil.

Pada kondisi tersebut, kita mungkin membutuhkan pondasi rakit, Strauss pile, bored pile, tiang pancang, perbaikan tanah, atau kombinasi beberapa sistem.

Perancangan geoteknik harus mempertimbangkan daya dukung dan penurunan, bukan hanya memastikan tanah tidak mengalami keruntuhan. SNI 8460:2017 menjadi standar yang berlaku untuk persyaratan perancangan geoteknik.

Kesalahan yang Sering Terjadi

Beberapa kesalahan yang perlu kita hindari adalah:

• memakai ukuran pondasi berdasarkan rumah tetangga;
• tidak melakukan pemeriksaan tanah;
• menggunakan daya dukung tanah dari perkiraan;
• meletakkan kolom tidak tepat di tengah telapak;
• mengurangi ketebalan pondasi;
• mengurangi jumlah tulangan;
• meletakkan besi langsung di atas tanah;
• tidak menyediakan selimut beton;
• mengecor di atas galian berlumpur;
• menggunakan beton terlalu encer;
• tidak memadatkan beton;
• tidak menghubungkan pondasi dengan sloof;
• menambah lantai tanpa menghitung ulang pondasi.

Kesalahan tersebut dapat menyebabkan penurunan tidak merata, dinding retak, kolom miring, lantai turun, atau kegagalan struktur.

Kesimpulan

Contoh hitungan struktur pondasi cakar ayam rumah dua lantai dimulai dari menghitung beban kolom dan menentukan daya dukung tanah. Dalam contoh ini, total beban servis adalah 220 kN dan daya dukung tanah diasumsikan 100 kPa.

Luas minimum yang dibutuhkan adalah 2,20 meter persegi. Ukuran pondasi kemudian dipilih menjadi 1,50 × 1,50 meter dengan ketebalan awal 40 sentimeter.

Berdasarkan pemeriksaan lentur sederhana, digunakan tulangan bawah D13 dengan jarak 175 milimeter pada dua arah. Volume beton untuk satu pondasi beserta pedestal diperkirakan sekitar satu meter kubik.

Hasil tersebut tetap harus diperiksa terhadap geser satu arah, geser pons, penurunan tanah, pengaruh gempa, penyaluran tulangan, sambungan kolom, dan detail sloof.

Kita tidak sebaiknya langsung menggunakan ukuran dalam artikel ini sebagai gambar kerja. Data tanah, beban, jarak kolom, bentuk rumah, dan lokasi gempa setiap proyek berbeda.

Perhitungan yang tepat sejak awal membantu kita memilih pondasi yang cukup kuat tanpa menggunakan material secara berlebihan. Dengan penyelidikan tanah, gambar struktur, material sesuai spesifikasi, dan pengawasan yang baik, pondasi rumah dua lantai dapat dibangun secara lebih aman, stabil, dan tahan lama.