Pondasi Footplat: Cara Menghitung Ukuran Telapak

Pondasi footplat adalah pondasi tapak atau telapak setempat: pelat beton bertulang berbentuk persegi atau persegi panjang yang dicor di bawah satu kolom untuk menyebarkan beban kolom ke tanah. Jenis ini dipakai bila lapisan tanah yang cukup kuat berada pada kedalaman dangkal, sehingga beban tidak perlu diteruskan ke lapisan dalam dengan tiang. Ukuran telapaknya ditentukan oleh dua angka: beban kolom dan daya dukung tanah izin.

Panduan ini ditulis untuk insinyur muda dan pelaksana yang ingin memeriksa apakah ukuran telapak di gambar kerja masuk akal sebelum lubang digali. Rumus dan contoh di bawah cukup untuk pemeriksaan cepat. Desain final, termasuk tebal, tulangan, dan cek penurunan, tetap dihitung dan ditandatangani insinyur perencana yang memegang data tanah proyek.

Pengertian pondasi footplat dan bagian-bagiannya

Di SNI, footplat disebut fondasi telapak, salah satu jenis fondasi dangkal; gambaran semua jenis pondasi ada di artikel pengertian dan jenis-jenis pondasi. SNI 2847:2019 membahasnya di pasal 13.3 "Fondasi dangkal", dan membedakan fondasi telapak dua arah (pasal 13.3.3) dari fondasi dangkal satu arah seperti fondasi jalur (pasal 13.3.2). Penulisan "pondasi footplate" dan "footplat pondasi" merujuk ke jenis yang sama, dan "pondasi tapak" pun sama karena menurut KBBI tapak berarti telapak. Istilah "pondasi setempat" juga dipakai SNI 2847:2019: pasal 13.1.1 mendaftar fondasi setempat sebagai jenis fondasi dangkal di samping fondasi lajur, dan pasal 14.1.4 menyebut fondasi setempat yang menopang kolom atau pedestal. Jadi tiap kolom punya telapak sendiri, berbeda dengan fondasi lajur.

SNI 8460:2017 pasal 9.6 menggambarkan fondasi dangkal sebagai fondasi yang "umumnya terbuat dari beton bertulang dan terletak di atas batuan atau lapisan tanah yang mempunyai daya dukung yang cukup pada kedalaman yang dangkal dari permukaan tanah". Pasal yang sama melarang fondasi dangkal tanpa proteksi pada struktur yang memiliki kemungkinan mengalami erosi.

Bagian yang perlu kamu kenali sebelum menghitung:

• Kolom dan stek tulangan: meneruskan beban P ke telapak. Stek adalah tulangan kolom yang diteruskan ke dalam telapak.
• Telapak: pelat beton bertulang setebal h dengan ukuran denah B x L. Luas dasarnya A = B x L.
• Tulangan bawah dua arah: menahan lentur akibat tekanan tanah yang mendorong telapak ke atas.
• Selimut beton: jarak dari permukaan luar beton ke permukaan terluar tulangan, yang melindungi tulangan dari cuaca dan pengaruh lingkungan lain.
• Lantai kerja: lapisan tipis beton mutu rendah (lean concrete) di dasar galian, sebagai alas rata tempat telapak dicor.
• Tanah urug dan kedalaman Df: jarak dari muka tanah ke dasar telapak. Tanah urug di atas telapak ikut membebani dasar telapak.

Data yang dibutuhkan: beban kolom dan daya dukung tanah izin

Rumus ukuran pondasi footplat sangat sederhana. Yang sulit justru mendapatkan dua masukannya dengan benar.

Beban kolom (P)

SNI 2847:2019 pasal 13.3.1.1 menetapkan bahwa luas dasar minimum fondasi dihitung dari gaya dan momen tak terfaktor yang diteruskan fondasi ke tanah atau batuan, serta tegangan tumpu yang diizinkan. Artinya, P untuk menentukan luas adalah beban layan (beban mati ditambah beban hidup, dan bila ada angin atau gempa, kombinasi layannya), bukan beban terfaktor seperti kombinasi 1,2D + 1,6L + 0,5(Lr atau R) pada persamaan 5.3.1b standar yang sama.

Penjelasan R13.2.6.1 di standar yang sama menambahkan dua hal penting. Pertama, bila kolom meneruskan momen, tekanan tanah ekstrem (bukan rata-rata) yang harus berada dalam nilai izin. Kedua, beban terfaktor baru dipakai untuk menghitung kekuatan telapak: lentur, geser, dan penyaluran tulangan. Jadi satu telapak dihitung dengan dua jenis beban untuk dua tujuan berbeda.

Daya dukung tanah izin (q izin) dari uji tanah

SNI 8460:2017 pasal 9.2.3 meminta daya dukung izin diambil dari nilai yang terkecil antara (a) kapasitas ultimit tanah dibagi faktor keamanan yang cukup, dan (b) nilai yang membuat deformasi fondasi masih dalam batas izin. Untuk kriteria (a), pasal 9.2.3.1 menyebut faktor keamanan "minimum 3 untuk fondasi dangkal atau minimum 2,5 untuk fondasi dalam".

Keterangan: $q_{izin}$ = daya dukung tanah izin (kPa); $q_{ult}$ = daya dukung ultimit tanah di dasar telapak (kPa); $FK$ = faktor keamanan terhadap keruntuhan geser (tanpa satuan). Satuan kPa sama dengan kN/m².

Salah satu sumber data tanah adalah uji sondir. SNI 8460:2017 pasal 5.4.3 menyatakan uji sondir harus mengikuti SNI 2827:2008, Cara uji penetrasi lapangan dengan alat sondir, untuk sondir elektrik dan CPTU, atau EN ISO 22476-12 untuk sondir mekanis (CPTM). Manual pengujian tanah Ditjen Bina Marga menyebut prosedur sondir mengacu pada SNI 2827:2008 dan menjelaskan bahwa sondir menghasilkan tahanan ujung konus (qc) dan gesekan selimut (fs). Sondir ringan berkapasitas 0-250 kg/cm² sampai kedalaman 30 m, sondir berat 0-600 kg/cm² sampai 50 m. Untuk berpindah ke satuan SI, 1 kg/cm² setara 98,0665 kPa (NIST SP 811).

Satu hal lagi yang penting: memenuhi faktor keamanan belum tentu cukup. Pasal 9.2.3.3 SNI 8460:2017 mengingatkan bahwa faktor keamanan terhadap keruntuhan geser "tidak otomatis menjamin bahwa penurunan fondasi akan menjadi kecil". Bila penurunan pada beban sebesar q ult / FK ternyata melebihi penurunan yang diizinkan, daya dukung izin ditentukan oleh kriteria penurunan, bukan oleh keruntuhan geser, seperti diilustrasikan Gambar 34 di standar itu.

Rumus luas telapak: A = P / q izin

Bentuk paling dasar dari rumus ukuran pondasi footplat adalah membagi beban dengan tekanan yang diizinkan:

Keterangan: $A_{perlu}$ = luas dasar telapak minimum (m²); $P$ = beban kolom tak terfaktor (kN); $q_{izin}$ = daya dukung tanah izin (kPa atau kN/m²). Karena kN dibagi kN/m² menghasilkan m², satuannya langsung cocok tanpa konversi.

Untuk pondasi footplat yang dasarnya cukup dalam, rumus itu belum lengkap. Dasar telapak tidak hanya memikul P, tetapi juga berat telapak sendiri dan berat tanah urug di atasnya. Dengan keseimbangan gaya sederhana, kedua berat itu bisa dikurangkan dari q izin sehingga tersisa tekanan yang benar-benar tersedia untuk beban kolom:

Keterangan: $q_{ef}$ = daya dukung yang tersisa untuk beban kolom (kPa); $\gamma_b$ = berat isi beton telapak (kN/m³); $h$ = tebal telapak (m); $\gamma_t$ = berat isi tanah urug (kN/m³, dari laporan tanah); $D_f$ = kedalaman dasar telapak dari muka tanah (m).

Rumus ini menganggap q izin di laporan adalah tekanan total di dasar telapak. Bila laporan menyebut nilainya sebagai daya dukung neto, ikuti definisi di laporan tersebut. Untuk $\gamma_b$, penjelasan SNI 2847:2019 menyebut berat isi beton normal antara 2155 dan 2560 kg/m³ dan "normalnya diambil nilai sebesar 2320 hingga 2400 kg/m³", setara sekitar 22,8-23,5 kN/m³. Artikel ini membulatkannya ke atas menjadi 24 kN/m³ agar sedikit konservatif.

Setelah A diketahui, dimensinya dipilih:

Keterangan: $B$ = sisi pendek telapak (m); $L$ = sisi panjang telapak (m). Hasilnya dibulatkan ke atas ke ukuran yang mudah dilaksanakan (contoh di bawah memakai kelipatan 10 cm), lalu dikontrol balik:

Keterangan: $q_{terjadi}$ = tekanan rata-rata di dasar telapak (kPa); $W_b$ = berat telapak (kN); $W_t$ = berat tanah urug di atas telapak (kN).

Contoh hitungan pondasi footplat kolom rumah dua lantai

Semua angka di bawah adalah contoh untuk melatih alur hitung, bukan nilai desain. Anggap sebuah kolom tengah rumah dua lantai menerima beban layan dari analisis struktur, dan laporan sondir memberi q izin untuk dasar telapak di kedalaman 1,2 m.

Contoh hitungan

Ukuran telapak bujur sangkar (angka contoh)

Data contoh: beban mati PD = 160 kN, beban hidup PL = 60 kN

Data contoh dari laporan tanah: q izin = 100 kPa (misalnya q ult 300 kPa dibagi FK 3)

Asumsi contoh: Df = 1,20 m, tebal telapak h = 0,30 m, berat isi tanah urug γt = 18 kN/m³, γb = 24 kN/m³

1. Beban kolom tak terfaktor P = 160 + 60 = 220 kN

2. Cara cepat tanpa berat sendiri: A = 220 / 100 = 2,20 m², B = √2,20 = 1,48 m

3. Berat telapak per m²: γb x h = 24 x 0,30 = 7,2 kPa

4. Berat tanah urug per m²: γt x (Df - h) = 18 x 0,90 = 16,2 kPa

5. q ef = 100 - 7,2 - 16,2 = 76,6 kPa

6. A perlu = 220 / 76,6 = 2,87 m²

7. B = √2,87 = 1,69 m, dibulatkan menjadi 1,70 m

8. Kontrol: A = 1,70 x 1,70 = 2,89 m², Wb = 20,81 kN, Wt = 46,82 kN

9. q terjadi = (220 + 20,81 + 46,82) / 2,89 = 99,5 kPa ≤ 100 kPa, memenuhi

Hasil

telapak 1,70 m x 1,70 m, tebal 0,30 m (tebal masih harus dicek terhadap geser dan lentur)

Perhatikan selisihnya. Cara cepat tanpa berat sendiri memberi sisi 1,48 m, yang di lapangan mudah dibulatkan menjadi 1,50 m. Telapak 1,50 m x 1,50 m dengan Df 1,2 m sebenarnya menekan tanah 121,2 kPa, sekitar 21% di atas q izin. Luas yang benar (2,89 m²) sekitar 28% lebih besar daripada 2,25 m². Pada contoh ini, berat telapak dan tanah urug (7,2 + 16,2 = 23,4 kPa) memakan hampir seperempat daya dukung izin.

Sumber: lihat bagian Sumber artikel.

Baris terakhir menunjukkan kasus kolom di dekat batas lahan. Bila B hanya bisa 1,40 m, maka L = 2,872 / 1,40 = 2,052 m, dibulatkan ke atas menjadi 2,10 m. Untuk telapak persegi panjang, SNI 2847:2019 pasal 13.3.3.3 mengatur bahwa tulangan arah panjang disebar merata, sedangkan tulangan arah pendek sebagian dipusatkan pada jalur selebar sisi pendek di tengah telapak:

Keterangan: $\gamma_s$ = porsi tulangan arah pendek yang ditempatkan di jalur tengah (tanpa satuan); $\beta$ = rasio sisi panjang terhadap sisi pendek telapak (tanpa satuan). Pada contoh ini $\beta$ = 2,10 / 1,40 = 1,5 sehingga $\gamma_s$ = 0,8, artinya 80% tulangan arah pendek dipasang di jalur tengah selebar 1,40 m.

Ketebalan dan selimut beton minimum footplat

Setelah ukuran denah pondasi footplat didapat, pertanyaan berikutnya adalah tebal. Dua syarat SNI 2847:2019 menentukan batas bawahnya.

• Tinggi efektif: pasal 13.3.1.2 menyatakan "ketebalan fondasi total harus dipilih sedemikian rupa sehingga ketebalan efektif tulangan bawah sekurang-kurangnya adalah 150 mm".
• Selimut beton: Tabel 20.6.1.3.1 mensyaratkan selimut 75 mm untuk beton nonprategang yang dicor dan secara permanen kontak dengan tanah, untuk semua komponen dan semua ukuran tulangan.

Tinggi efektif d diukur dari muka atas telapak ke pusat tulangan tarik. Karena tulangan bawah dipasang dua lapis bersilangan, lapisan atas punya d paling kecil:

Keterangan: $d$ = tinggi efektif lapisan tulangan atas (mm); $h$ = tebal telapak (mm); $c$ = selimut beton bersih (mm); $d_{b1}$ = diameter tulangan lapis bawah (mm); $d_{b2}$ = diameter tulangan lapis atas (mm).

Dengan D13 dua lapis dan selimut 75 mm, tebal paling tipis yang memenuhi adalah 150 + 75 + 13 + 6,5 = 244,5 mm. Artinya telapak setebal 200 mm hanya punya d sekitar 105 mm dan tidak memenuhi pasal 13.3.1.2. Telapak 300 mm pada contoh di atas memberi d = 300 - 75 - 13 - 6,5 = 205,5 mm. Tebal akhir bisa lebih besar dari batas ini, karena juga ditentukan hitungan lentur dan geser dengan beban terfaktor (pasal 13.2.6 dan 13.2.7).

Dua syarat lain yang perlu dicek adalah mutu beton dan tulangan minimum. Tabel 19.2.1.1 SNI 2847:2019 menetapkan fc' minimum 17 MPa untuk beton struktural umum; penjelasan tentang kelas mutu beton K dan fc' membantu membaca spesifikasi di gambar. Telapak dua arah didesain mengikuti pasal 13 dan disesuaikan dengan Pasal 7 dan Pasal 8 (pasal 13.3.3.1). Tabel 8.6.1.1 menetapkan luas tulangan lentur minimum 0,0020 Ag untuk batang ulir dengan fy kurang dari 420 MPa; untuk fy 420 MPa atau lebih, nilainya yang terbesar dari 0,0018 x 420 / fy x Ag dan 0,0014 Ag.

Sumber: lihat bagian Sumber artikel.

Sebagai gambaran tulangan minimum dengan asumsi batang ulir fy kurang dari 420 MPa: telapak 300 mm membutuhkan 0,0020 x 1.000 x 300 = 600 mm² per meter lebar. Batang D13 punya luas nominal 133 mm² (Tabel A.5.b Lampiran II SE Dirjen Bina Konstruksi 47/SE/Dk/2026), sehingga jaraknya paling jauh 1.000 x 133 / 600 = 221,7 mm. Pilihan praktisnya D13-200 (665 mm²/m), kecuali hitungan lentur meminta lebih. Data diameter dan berat tiap ukuran ada di tabel besi beton, dan cara menghitung beratnya ada di artikel berat jenis baja dan berat besi per meter. Untuk volume beton dan kebutuhan besi seluruh telapak, gunakan kalkulator beton dan besi.

Perbedaan footplat dengan pondasi cakar ayam Sedijatmo

Nama "cakar ayam" juga dipakai sebagian sumber untuk telapak beton rumah. Contohnya, artikel Wikipedia bahasa Indonesia "Fondasi cakar ayam" menyebutnya juga "fondasi tapak beton" yang umum dipakai pada rumah tinggal bertingkat dua. Secara teknik keduanya sistem yang berbeda, dengan bentuk dan kondisi tanah yang berbeda pula.

Sistem cakar ayam ditemukan Prof. Dr. Ir. Sedijatmo pada 1961 (Hardiyatmo, 2010, dikutip dalam Teras Jurnal, 2020). Menurut sumber yang sama, perkerasan cakar ayam terdiri dari pelat tipis beton bertulang setebal 10-17 cm yang diperkaku pipa-pipa beton (cakar) berdiameter 120 cm, tebal dinding 8 cm, dan panjang 150-200 cm, tertanam di tanah dasar dengan jarak 2,0-2,5 m. Badan Pengatur Jalan Tol Kementerian PU mencatat hak paten konstruksi ini didaftarkan di 40 negara, dan nama penemunya diabadikan pada Jalan Tol Prof. Dr. Ir. Sedyatmo sepanjang 14,30 km yang beroperasi sejak 1985.

Sumber: lihat bagian Sumber artikel.

Jadi bila gambar kerja menyebut "pondasi cakar ayam" padahal yang digambar adalah telapak di bawah tiap kolom, kemungkinan besar yang dimaksud adalah footplat. Pastikan ke perencana, lalu hitung dan periksa dengan cara footplat.

Urutan pemeriksaan sebelum menggali

Untuk pelaksana, alur pemeriksaan pondasi footplat di lapangan bisa diringkas menjadi lima langkah:

1. Pastikan ada laporan tanah dengan q izin untuk kedalaman dasar telapak yang direncanakan, dan cek definisinya (bruto atau neto).
2. Ambil beban layan tiap kolom dari perencana, lalu hitung A dengan $q_{ef}$, bukan langsung dengan q izin.
3. Cocokkan B x L di gambar dengan hasil hitungan. Bila gambar lebih kecil, tanyakan ke perencana sebelum menggali.
4. Cek tebal: dengan selimut 75 mm dan tulangan D13 dua lapis, telapak tidak boleh lebih tipis dari 245 mm (dibulatkan 250 mm).
5. Setelah galian mencapai Df, periksa apakah tanah dasar sesuai laporan. Kedalaman galian dan volume tanah yang dipindahkan menentukan alat yang dipakai; panduan excavator dan cara menghitung produktivitasnya membantu merencanakan pekerjaan galian banyak telapak sekaligus.

Pemeriksaan ini tidak menggantikan perhitungan perencana. Tujuannya menangkap kesalahan besar sebelum beton dicor, karena telapak yang sudah tertimbun hampir tidak mungkin diperbesar tanpa membongkar.