Cara Menghitung Pondasi Cakar Ayam

Pondasi sistem cakar ayam terdiri dari pelat tipis yang didukung oleh pipa-pipa (cakar) yang tertanam di dalam tanah. Posisi pipa-pipa ini menggantung pada bagian bawah pelat. Hubungan antara pipa-pipa dengan pelat beton dibuat monolit.

Kerjasama sistem yang terdiri dari pelat-cakar tanah ini, menciptakan pelat yang lebih kaku dan lebih tahan terhadap beban dan pengaruh penurunan tidak seragam. Pondasi sistem cakar ayam ditemukan oleh Prof. Dr. Ir. Sedijatmo pada tahun 1961.

Secara umum perkerasan cakar ayam terdiri dari pelat tipis beton bertulang tebal 10-17 cm yang diperkaku dengan pipa-pipa beton (cakar)9 berdiameter 120 cm, tebal 8 cm, dan panjang pipa 150-200 cm, yang tertanam pada lapisan subgrade, dengan jarak pipa-pipa berkisar 2,0- 2,5m.

Di bawah pelat beton, terdapat lapisan lean concrete setebal ± 10 cm (terbuat dari beton mutu rendah) dan lapisan sirtu setebal ± 30 cm yang berfungsi, terutama sebagai perkerasan sementara selama masa pelaksanaan dan agar permukaan subgrade dapat rata sehingga pelat beton cakar ayam dapat dibuat di atasnya.

Pipa-pipa beton tersebut disebut cakar. Sistem cakar ayam telah banyak diaplikasikan pada berbagai macam bangunan, seperti pondasi menara transmisi tegangan tinggi, bangunan gedung bertingkat, power stasion, kolam renang, gudang dan hanggar, jembatan, menara bandara (runway, taxi way, dan apron), perkerasan jalan tol, dan lain-lain .

Gambar 2. Bentuk pondasi cakar ayam Prof. Sedijatmo
Sumber: Hardiyatmo, 201010

a. Sistem Cakar Ayam Modifikasi (CAM)

Sistem Cakar Ayam Modifikasi (CAM) merupakan pengembangan lebih lanjut dari Sistem Cakar Ayam Prof. Sediyatmo. Pengembangan yang telah dilakukan didasarkan pada evaluasihasilhasil penelitian yang dilakukan secara intensif sejak tahun 1990 oleh tim pengembangan Sistem Cakar Ayam Modifikasi.

Pengembangan yang dilakukan mencakup:
1. Perubahan bahan cakar yang semula dibuat dari bahan pipa beton diameter 1 ,20 m, panjang 2 m dan teba1 8 cm, digantikan dengan pipa baja yang sangat ringan (berat sekitar 35 kg) dengan tebal 1 ,4 mm, diameter berkisar 0,60 - 0,80 m dan panjang 1 ,0 - 1 ,2 m.

Pipa baja ini harus galvanized dan dilapisi dengan bahan pelindungvanti karat. Bahan cakar yang lebih ringan mempermudah dan mempercepat pelaksanaan.

2. Pengembangan pada metode analisis, perancangan, metode pelaksanaan, dan metode evaluasi perkerasan.

3. Aplikasi Sistem CAM pada perkerasan jalan yang tanah dasarnya berupa tanah ekspansif (tanah dasar mudah mengalami kembang susut, sehingga merusakkan perkerasan).

Sistem Cakar Ayam yang baru ini, yang kemudian disebut Sistem Cakar A yam Modifikasi (CAM), dan telah dipatentkan oleh Prof. Ir. Bambang Suhendro, M.Sc, Ph.D., Dr. Ir. Hary Christady Hardiyatmo, M.Eng., DEA., Ir. Maryadi Darmokumoro.

Teori dasar stabilitas cakar ayam adalah:
b. h = η. a . y ; y = f(q, γ. λ) ........................................................ (1)
Dengan:
a = jarak antara pipa-pipa (m)
b = diameter luar pipa (m)
h = tinggi pipa (m)
γ = berat satuan tanah (kN/m3)
λ = konstanta tanah yang tergantung pada sudut geser dalam
q = tekanan tanah lawan (kN/m2)
η = angka keamanan (antara 1½ dan 2)

Sementara itu tekanan tanah pasif pada sebuah pipa adalah:
P = ½. h2.γ.λ.b .................................................................................... (2)
Dengan:
P = tekanan tanah pasif (kN)
h = tinggi pipa (m)
γ = berat satuan tanah (kN/m3)
λ = koefisien tekanan tanah pasif = tan2 (45o + ϕ/2)
ϕ = sudut geser dalam tanah (o)
b = diameter luar pipa (m)

Beban yang bekerja di atas pelat pondasi cakar ayam akan menimbulkan suatu momen yang harus diimbangi oleh momen lawan dari pipa yang adandalam jalur melintang pelat yang ditinjau, sehingga akan memberikan keseimbangan.

M = q.a.L . ½L ................................................................................... (3)12
m = 1/3 h3.γ.λ.b ................................................................................... (4)
Dengan:
M = momen akibat beban (kNm)
L = lebar pelat (m)
q = tekanan tanah lawan (kN/m2)
a = lebar jalur melintang pelat yang ditinjau (m)

3. Pondasi Sarang Laba-laba

Konstruksi Sarang Laba-Laba (KSLL) ialah kombinasi konstruksi bangunan bawah konvensional yang merupakan perpaduan pondasi pelat beton pipih menerus yang diisi dengan perbaikan tanah sehingga menjadi satu kesatuan komposit konstruksi beton bertulang.

Kombinasi ini menghasilkan kerja sama timbal balik yang saling menguntungkan sehingga membentuk sebuah pondasi yang memiliki kekakuan jauh lebih tinggi dibandingkan pondasi dangkal lainnya. Konstruksi Sarang LabaLaba ditemukan oleh Ir. Ryantori dan Ir. Soetjipto, pada tahun 1975.

Konstruksinya terdiri dari pelat beton tipis bermutu K-225 berukuran 10- 15 cm yang dibawahnya dikakukan oleh rib–rib tegak yang tipis dan relatif tinggi, biasanya, 50-150 cm. Penempatan rib–rib diatur sedemikian rupa sehingga dari atas kelihatan membentuk petak–petak segitiga, sedangkan rongga–rongga di bawah pelat dan diantara rib–rib diisi dengan tanah/pasir yang dipadatkan lapis demi lapis (Hastomo, 2014).13

Gambar 3. Pondasi sarang laba-laba

C. Jenis-jenis Tangki Minyak

Jenis tangki penyimpanan berdasarkan letaknya :

a. aboveground tank
Tangki penyimpanan yang terletak di atas permukaan tanah. Tangki penyimpanan ini bisa berada dalam posisi horizontal dan dalam keadaan tegak (vertical tank).

b. underground tank
Tangki penyimpanan yang terletak di bawah permukaan tanah. Jenis tangki berdasarkan cairan yang akan disimpan, vapor-saving efficiency¸ dan bentuk atapnya :

a. fixed roof tank, dengan dua jenis bentuk atap yaitu :
1. cone roof
Jenis tangki penyimpanan ini mempunyai kelemahan, yaitu terdapat vapor space antara ketinggian cairan dengan atap. Jika vapor space berada pada keadaan mudah terbakar , maka akan terjadi ledakan.

Oleh karena itu fixed cone roof tank dilengkapi dengan vent untuk mengatur tekanan dalam tangki sehingga mendekati atmosfer. Jenis14 tangki ini biasanya digunakan untuk menyimpan kerosene, air, solar.

Terdapat dua jenis tipe cone roof berdasarkan penyangga atapnya yaitu :
a). a supported cone roof yang mana pelat atap di dukung oleh rafter pada girder dan kolom atau oleh rangka batang dengan atau tanpa kolom

b). a self-supporting cone roof merupakan atap tanpa penyangga dimana atap lansung di tahan oleh dinding tangki (shell plate).

2. dome roof, yang biasa digunakan untuk menyimpan cairan kimia.
b. floating roof
Biasanya digunakan untuk menyimpan minyak mentah dan premium. Keuntungannya yaitu tidak terdapat vapour space dan mengurangi kehilangan akibat penguapan. Floating roof tank terbagi menjadi dua, yaitu external floating roof dan internal floating roof.

Tanah

Tanah didefinisikan sebagai material yang terdiri dari agregat (butiran) mineral–mineral padat yang tidak tersementasi (terikat secara kimia) satu sama lain dan dari bahan-bahan organik yang telah melapuk (yang berpartikel padat) disertai dengan zat cair dan gas yang mengisi ruang-ruang kosong
diantara partikel-partikel padat tersebut (Das, 1998).

Tanah adalah pondasi pendukung suatu bangunan, atau bahan konstruksi dari bangunan itu sendiri seperti tanggul atau bendungan, atau terkadang sebagai sumber penyebab gaya luar pada bangunan, seperti tembok/donding penahan tanah. Namun tidak semua tanah mampu mendukung konstruksi.

Hanya tanah yang mempunyai stabilitas baik yang mampu mendukung konstruksi yang besar. Sedangkan tanah yang kurang baik harus distabilisasi terlebih dahulu sebelum dipergunakan sebagai pondasi pendukung.

Faktor Penentu Bentuk Pondasi

Tipe bentuk pondasi yang paling cocok untuk suatu bangunan tergantung pada beberapa faktor; fungsi bangunan dan beban yang harus dipikul, kondisi permukaan serta biaya pondasi dibanding dengan biaya bangunan.

Beberapa faktor yang harus dipertimbangkan dalam merencanakan pondasi dangkal 

Antara lain bahwa elevasi dasar pondasi harus di bawah:

1. batas beku tanah yang mungkin terjadi pada musim dingin (untuk negara yang mempunyai 4 musim),
2. zona yang berpotensi mengalami perubahan volume yang besar akibat perubahan kadar air di dalam tanah (tanah expansive),
3. lapisan tanah organik,
4. lapisan tanah gambut (peat),
5. material yang tidak dapat dikonsolidasi (sampah).

Jenis-jenis pondasi yang sesuai dengan keadaan tanah pondasi yang
bersangkutan , yaitu:

a. Bila tanah pendukung pondasi terletak pada permukaan tanah atau 2-3 meter di bawah permukaan tanah, dalam hal ini pondasinya adalah pondasi telapak (spread foundation).16

b. Bila tanah pendukung pondasi terletak pada kedalaman sekitar 10 meter di bawah permukaan tanah, dalam hal ini dipakai pondasi tiang atau pondasi tiang apung (floating pile foundation) untuk memperbaiki tanah pondasi. Jika memakai tiang , maka tiang baja atau tiang beton yang dicor di tempat kurang ekonomis, karena tiang-tiang tersebut kurang panjang.

c. Bila tanah pendukung pondasi terletak pada kedalaman sekitar 20 meter di bawah permukaan tanah, dalam hal ini tergantung dari penurunan (settlement) yang diizinkan. Apabila tidak boleh terjadi penurunan, biasanya digunakan pondasi tiang pancang (pile driven foundation).
Tetapi bila batu besar (cobble stones) pada lapisan antara, pemakaian kaison lebih menguntungkan.

d. Bila tanah pendukung pondasi terletak pada kedalaman sekitar 30 meter di bawah permukaan tanah, biasanya dipakai kaison terbuka, tiang baja atau tiang yang dicor di tempat. Tetapi apabila tekanan atmosfer yang bekerja ternyata kurang dari 3 kg/cm2 digunakan juga kaison tekanan.

e. Bila tanah pendukung pondasi terletak pada kedalaman lebih dari 40 meter di bawah permukaan tanah, dalam hal ini yang paling baik adalah tiang baja dan tiang beton yang dicor di tempat.

Langkah-langkah perancangan pondasi adalah sebagai berikut :

1. Menentukan jumlah beban efektif yang akan ditransfer ke tanah di bawah pondasi. Untuk perancangan tulangan, perlu ditentukan besarnya beban17 mati dan beban hidup dan beban-beban tersebut harus dikalikan factorfaktor pengali tertentu menurut peraturan yang berlaku.

2. Menentukan nilai kapasitas dukung ijin (qa). Luas dasar pondasi, secara pendekatan ditentukan dari membagi jumlah beban efektif dengan kapasitas dukung ijin (qa).

3. Didasarkan pada tekanan yang terjadi pada dasar pondasi, dapat dilakukan perancangan struktur dari pondasinya, yaitu dengan menghitung momenmomen lentur dan gaya-gaya geser yang terjadi pada pelat pondasi.

Pembebanan

Besar dan macam beban yang bekerja pada struktur sangat tergantung dari jenis struktur. Berikut ini akan disajikan jenis-jenis beban, data beban serta faktor-faktor dan kombinasi pembebanan sebagai dasar acuan bagi perhitungan struktur.

1. Beban Mati (Dead Load)
Beban mati merupakan beban yang bekerja akibat gravitasi yang bekerja tetappada posisinya secara terus menerus dengan arah ke bumi tempat struktur didirikan. Yang termasuk beban mati adalah berat struktur sendiri dan juga semua benda yang tetap posisinya selama struktur berdiri.

2. Beban Hidup ( Live Load )
Beban hidup ialah beban yang terjadi akibat penghunian atau penggunaan suatu gedung dan barang-barang yang dapat berpindah, mesin dan peralatan lain yang dapat digantikan selama umur gedung.18

3. Beban Angin ( Wind Load )
Beban angin adalah semua beban yang bekerja pada gedung atau bagian gedung yang disebabkan oleh selisih dalam tekanan udara. Beban angin ditunjukan dengan menganggap adanya tekanan positip dan tekanan negatif (isapan), yang bekerja tegak lurus pada bidang–bidang yang ditinjau.

Besarnya tekanan positif dan tekanan negatif ini dinyatakan dalam kg/m2, ditentukan dengan mengalikan tekanan tiup yang telah ditentukan dengan koefisien–koefisien angin yang telah ditentukan dalam peraturan ini.

4. Beban Gempa ( Earthquake Load )
Besarnya beban gempa dasar nominal horizontal akibat gempa menurut Standar Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Rumah dan Gedung (SNI – 03 – 1726 – 2002), dinyatakan sebagai berikut :

V = ..................................................................................... (5)
Dimana :
V = beban gempa dasar nominal ( beban gempa rencana ) (kN)
Wi = kombinasi dari beban mati dan beban hidup vertikal yang
Direduksi (kN)
C = faktor respons gempa
I = faktor keutamaan struktur
R = faktor reduksi gempa19
Tabel 1. Faktor Keutamaan Struktur (I)

Analisis Struktur Pondasi

1. Daya Dukung Tanah
Daya dukung tanah (bearing capacity) adalah kemampuan tanah untuk mendukung beban baik dari segi struktur pondasi maupun bangunan di atasnya tanpa terjadi keruntuhan geser. Daya dukung batas (ultimate bearing capacity) adalah daya dukung terbesar dari tanah.

Daya dukung ini merupakan kemampuan tanah untuk mendukung beban dengan asumsi tanah mulai mengalami keruntuhan. Besar daya dukung yang diijinkan sama dengan daya dukung batas dibagi angka keamanan.

Analisis kapasitas dukung (bearing capacity) mempelajari kemampuan tanah dalam mendukung beban pondasi dari struktur yang terletak di atasnya. Kapasitas dukung menyatakan tahanan geser tanah untuk melawan penurunan akibat pembebanan, yaitu tahanan geser yang dapat dikerahkan oleh tanah di sepanjang bidang-bidang gesernya.

Analisis kapasitas dukung tanah dilakukan dengan menganggap bahwa tanah berkelakuan sebagai bahan yang bersifat plastis. Persamaan-persamaan20 kapasitas dukung tanah umumnya didasarkan pada persamaan MohrCoulomb:
= + tg ∅..................................................................................... (6)
dengan : τ = tahanan geser tanah (kN/m2)
c = kohesi tanah (kN/m2)
ϕ = sudut gesek dalam tanah(°)
σ = tegangan normal (kN/m2)

Pondasi Telapak

Kapasitas daya dukung pondasi telapak dapat dihitung dengan beberapa
persamaan, diantaranya persamaan daya dukung menurut Hansen.
qu = sc.dc.c.Nc + sq.dq.Df.γ.Nq + sγ.dγ.0,5.B.γ.Nγ ............................. (7)
N = e . tan 45 + ∅ ........................................................... (8)
Nc = (Nq – 1) . cot Ø ...................................................................... (9)
N
γ = 2.(Nq + 1) . tan Ø .................................................................. (10)
s
q = 1 + tan Ø ................................................................................ (11)
s = 1 + .................................................................................. (12)
s
γ = 1 – 0,4 . (B/L) ........................................................................... (13)
d = 1 + 2 tan ∅(1 − sin ∅) ................................................ (14)
d = 1 + 0,4 ........................................................................... (15)
dγ
= 1
dengan:
qult = kapasitas dukung ultimit (kN/m2)
c = kohesi tanah (kN/m2)21
B = lebar atau diameter pondasi (m)
D = kedalaman pondasi (m)
γ = berat volume tanah (kN/m3)
= Dγ (kN/m2)
sc, sγ, sq = faktor bentuk pondasi
Nc, Nγ, Nq = faktor daya dukung
dc, dγ, dq = faktor kedalaman pondasi

Pondasi Cakar Ayam

Pondasi cakar ayam umumnya digunakan pada lempung lunak, maka persamaan kapasitas dukung dapat dipakai persamaan Terzaghi :
qu = c.Nc.sc + Df.γ.Nq+0,5.γ.b.Nγ.sγ ..................................... (16)
N = N − 1 . cot∅ ...................................................................... (17)
N =
∅ ............................................................................ (18)
N =
∅ − 1 ...................................................................... (19)
a = e
, .
∅
.
....................................................................... (20)
K = tan 45° +
∅ 2
Dengan : qu = daya dukung ultimit (kN/m2)
c = kohesi undrained (kN/m2)
Df = kedalaman pondasi (m)
γ = berat volume pondasi (kN/m3)
Nc, Nγ, Nq = faktor daya dukung22
Tabel 2. Faktor koreksi menurut Terzaghi

Faktor Koreksi Bentuk Pondasi

Menerus Bundar Bujur Sangkar
sc
s
γ
1,0
1,0
1,3
0,6
1,3
0,8
Sumber : Bowles, 1992
c. Pondasi Sarang Laba-Laba
Untuk menghitung daya dukung ultimate pondasi sarang laba-laba
dapat menggunakan persamaan daya dukung menurut Mayerhof:
= + . . + 0,5 ..................... (21)
N = eπ tan (45 + ) ............................................................. (22)
N = N − 1 cot ϕ .................................................................... (23)
N = N − 1 tan (1,4 ) ........................................................... (24)
K = tan 45 + .................................................................... (25)
s = 1 + 0,2. K ...................................................................... (26)
s = 1 + 0,1. K ...................................................................... (27)
s
γ = sq .............................................................................................. (28)
d = 1 + 0,2. {K , } .............................................................. (29)
d = 1 + 0,1. {K , } .............................................................. (30)
dγ
= d
q ............................................................................................. (31)
Sementara nilai daya dukung ijin pada konstruksi sarang laba-laba
ditentukan berdasarkan perumusan sebagai berikut :
( ) = 1,5 ...................................................................... (32)
di mana : ( ) = (SF = 3) .............................. (33)23

2. Penurunan/Settlement

Penurunan (settlement) pondasi yang terletak pada tanah berbutir halus yang jenuh dapat dibagi menjadi 3 komponen, yaitu penurunan segera, penurunan primer, dan penurunan sekunder. Penurunan total adalah jumlah dari ketiga komponen tersebut. Persamaan yang digunakan dalam menghitung penurunan pondasi (termasuk pondasi telapak, cakar ayam, dan sarang laba-laba) adalah:
S = Si + Sc + Ss ..................................................................................... (34)
dengan,
S = penurunan total (m)
Si = penurunan segera (m)
Sc = penurunan konsolidasi primer (m)
Ss
= penurunan konsolidasi sekunder (m)

a. Penurunan segera

Penurunan segera adalah penurunan yang dihasilkan oleh distorsi massa tanah yang tertekan, dan terjadi pada volume konstan. Persamaan penurunan segera atau penurunan elastis dari pondasi yang terletak di permukaan tanah yang homogen, elastis, isotropis, pada media semi tak terhingga, dinyatakan oleh:
= (1 − ) .......................................................................... (35)
dengan,
Si = penurunan segera (m)
q = tekanan pada dasar pondasi (kN/m2)
B = lebar pondasi (m)24
E = modulus elastisitas (kN/m2)
μ = rasio Poisson
Ip
= faktor pengaruh
Tabel 3. Faktor pengaruh Im menurut Lee dan Ip menurut Schleincher untuk
pondasi kaku, dan faktor pengaruh untuk pondasi fleksibel menurut
Terzaghi.
Sumber : Hardiyatmo, 2011.
Tabel 4. Perkiraan rasio Poisson menurut Bowles
Sumber : Hardiyatmo, 2011.25
Tabel 5. Perkiraan modulus elastis (E) menurut Bowles
Sumber: Hardiyatmo , 2011
Janbu mengusulkan persamaan penurunan segera rata-rata pada beban
terbagi rata fleksibel berbentuk empat persegi panjang dan lingkaran
yang terletak pada tanah elastis, homogen, dan isotropis dengan tebal
terbatas, sebagai berikut:
S = µ µ (untuk μ = 0,5) ........................................................ (36)
dengan,
Si = penurunan segera (m)
μ1 = faktor koreksi untuk lapisan tanah dengan tebal terbatas H
μ0 = faktor koreksi untuk kedalaman pondasi D
B = lebar pondasi empat persegi panjang atau diameter lingkaran (m)
q = tekanan pondasi netto (pondasi di permukaan q = qn) (kN/m2)
E = modulus elastisitas tanah (kN/m2)26
b. Penurunan Konsolidasi Primer
Penurunan yang terjadi ketika gradien tekanan pori berlebihan akibat
perubahan tegangan di dalam stratum yang ditinjau. Pada akhir
konsolidasi primer kelebihan tekanan pori mendekati nol dan perubahan
tegangan telah beralih dari keadaan total ke keadaan efektif. Penurunan
tambahan ini disebut penurunan sekunder yang terus berlanjut untuk
suatu waktu tertentu. Konsolidasi primer dapat dihitung dengan
menggunakan persamaan :
=
′ ∆
′
................................................................ (17)
dengan,
Cc = indeks pemampatan
P’0 = tekanan overburden efektif (kN/m2)
e0 = angka pori awal
H = tebal lapisan tanah (m)

Bagikan Artikel ini