Perhitungan Struktur Pondasi Tiang Pancang (Pile Cap Foundation)

Pondasi Tiang Pancang (Pile Cap Foundation)

Dalam merencanakan pondasi untuk suatu konstruksi dapat digunakan beberapa macam tipe pondasi. Pemilihan tipe pondasi ini didasarkan atas :

Fungsi bangunan atas (upper structure) yang akan dipikul oleh pondasi tersebut.
Besarnya beban dan berat dari bangunan atas.
Kondisi tanah dimana bangunan tersebut akan didirikan.
Biaya pondasi dibandingkan dengan bangunan atas.

Seperti yang kita ketahui bahwa tipe pondasi cukup banyak macamnya, dan tergantung dari fungsi serta kegunaannya. Nah.. salah satu di antara tipe pondasi yang dapat digunakan adalah pondasi tiang pancang. Konstruksi pondasi tersebut bisa terbuat dari kayu, baja, atau beton yang berfungsi untuk meneruskan beban- beban dari struktur bangunan atas ke lapisan tanah pendukung (bearing layers) dibawahnya pada kedalaman tertentu

Mengapa harus Pondasi Tiang Pancang ?

Tiang pancang saat ini banyak digunakan di Indonesia sebagai pondasi bangunan, seperti jembatan, gedung bertingkat, pabrik atau gedung-gedung industri, menara, dermaga, bangunan mesin-mesin berat, dll. Dimana semuanya merupakan konstruksi-konstruksi yang memiliki dan menerima beban yang relatif berat. Penggunaan tiang pancang untuk konstruksi biasanya bertitik tolak pada beberapa hal mendasar seperti anggapan adanya beban yang besar sehingga pondasi langsung jelas tidak dapat digunakan, kemudian jenis tanah pada lokasi yang bersangkutan relatif lunak (lembek) sehingga pondasi langsung tidak ekonomis lagi untuk dipergunakan.

Dikarenakan begitu pentingnya peranan dari pondasi tiang pancang tersebut, maka jika pembuatannya dibandingkan dengan pembuatan pondasi lain, pondasi tiang pancang ini mempunyai beberapa keuntungan sebagai berikut :

Biaya pembuatannya kemungkinan besar (dengan melihat letak lokasi dan lainnya), lebih murah bila dikonversikan dengan kekuatan yang dapat dihasilkan.
Pelaksanaannya lebih mudah.
Di Indonesia, peralatan yang digunakan tidak sulit untuk didapatkan.
Para pekerja di Indonesia sudah cukup terampil untuk melaksanakan bangunan yang mempergunakan pondasi tiang pancang.
Waktu pelaksanaannya relatif lebih cepat.

Secara umum pemakaian pondasi tiang pancang dipergunakan apabila tanah dasar dibawah bangunan tersebut tidak mempunyai daya dukung (bearing capacity) yang cukup untuk memikul berat bangunan dan beban diatasnya, dan juga bila letak tanah keras yang memiliki daya dukung yang cukup untuk memikul berat dari beban bangunan diatasnya terletak pada posisi yang sangat dalam. Dari alasan itulah maka dalam mendesain Pondasi tiang pancang mutlak diperlukan informasi mengenai :

Data tanah dimana bangunan akan didirikan.
Daya dukung dari tiang pancang itu sendiri (baik single pile ataupun group pile).
Analisa negative skin friction (karena mengakibatkan beban tambahan).

Gaya geser negatif (negative skin friction) adalah suatu gaya yang bekerja pada sisi tiang pancang dimana gaya tersebut justru bekerja kearah bawah sehingga malah memberikan penambahan beban secara vertikal selain beban luar yang bekerja.Negative skin friction berbeda dengan Positif skin friction, karena positif skin friction justru membantu memberikan gaya dukung pada tiang dalam melawan beban luar/vertikal yang bekerja dengan cara memberikan perlawanan geser disisi-sisi tiang, dengan arah kerja yang berlawanan dari arah gaya luar yang bekerja ataupun gaya dari negative skin friction tersebut.

Negatif skin friction terjadi ketika lapisan tanah yang diperkirakan mengalami penurunan yang cukup besar akibat proses konsolidasi, dimana akibat proses konsolidasi ini, tiang mengalami gaya geser dorong kearah bawah yang bekerja pada sisi sisi tiang (karena terbebani). keadaan ini disebut sebagai keadaan dimana tiang mengalami gaya geser negatif (negative skin friction). Nah....jika jumlah gaya gaya sebagai akibat dari beban luar dan gaya geser negatif ini melebihi gaya dukung tanah yang diizinkan, maka akan terjadilah penurunan tiang yang disertai dengan penurunan tanah disekitarnya.

Keadaan ini bisa terjadi karena tanahnya yang lembek, pemancangan pondasi pada daerah timbunan baru, atau akibat penurunan air tanah pada tanah yang lembek, dimana kondisi tersebut memungkinkan terjadinya penurunan atau konsolidasi tanah yang cukup besar. Pondasi tiang pancang hendaknya direncanakan sedemikian rupa sehingga gaya luar yang bekerja pada kepala tiang tidak melebihi gaya dukung tiang yang diizinkan. Adapun yang dimaksud dengan gaya dukung tiang yang diizinkan adalah meliputi aspek gaya dukung tanah yang diizinkan, tegangan pada bahan tiang perpindahan kepala tiang yang diizinkan, dan gaya- gaya lain (seperti perbedaan tekanan tanah aktif dan pasif).

Perhitungan serta pengevaluasian tersebut tidak saja dilaksanakan terhadap tiang secara individu (single pile) tetapi juga harus dilaksanakan terhadap tiang-tiang dalam kelompok (group pile). Umumnya pondasi tiang pancang dapat ditinjau dari :

Jenis / bahan yang digunakan, meliputi : kayu, baja, beton, atau komposit (perpaduan dari beberapa bahan).
Cara Penyaluran Beban.

Berdasarkan cara penyaluran beban dapat dibedakan atas :

a. Tumpuan Ujung (End Bearing Pile) :

Penyaluran beban dimana sebagian besar daya dukungnya adalah akibat dari perlawanan tanah keras pada ujung tiang. Tiang yang dimasukan sampai lapisan tanah keras, secara teoritis dianggap bahwa seluruh beban tiang dipindahkan kelapisan keras melalui ujung tiang.

Anggapan tanah keras yang dimaksudkan disini sebetulnya relatif dan tergantung dari beberapa faktor, antara lain seperti besar beban yang harus dipikul oleh tiang. Sehingga bisa saja ada anggapan asalkan pada posisi dimana daya dukung tanahnya sudah mumpuni untuk mengimbangi besarnya beban yang dipikul tiang, maka disitu diasumsikan letak tanah keras berada. Anggapan ini tidak salah tapi juga tidak betul, namun supaya tidak terjadi perbedaan yang tajam dalam perspektif anggapan, maka untuk dianggap sebagai lapisan tanah pendukung yang baik, dapat digunakan ketentuan sebagai berikut :

Lapisan non kohesif (pasir, kerikil) mempunyai harga standard penetration test (SPT), N > 35.
Lapisan kohesif mempunyai harga kuat tekan bebas (Unconfined compression strength) qu antara 3 s/d 4 kg/cm2 atau N > 15 s/d 20.

Dari hasil sondir dapat dipakai kira- kira harga perlawanan konis S ≥ 150 kg/cm2 untuk lapisan non kohesif, dan S ≥ 70 kg/cm2 untuk lapisan kohesif.

b. Tumpuan Geser/Sisi (Friction Pile)

Penyaluran beban dimana sebagian besar daya dukungnya adalah akibat dari gesekan antara tanah dengan sisi- sisi tiang pancang, atau dengan kata lain kemampuan tiang pancang dalam menahan beban hanya mengandalkan gaya geseran antara tiang dengan tanah disekelilingnya. Hal ini bisa terjadi karena pada dasarnya kenyataan dilapangan mengenai data kondisi tanah tidak bisa diprediksi, sehingga sering kita menjumpai suatu keadaan dimana lapisan yang memenuhi syarat sebagai lapisan pendukung yang baik ditemui pada kedalaman yang dalam, sehingga untuk mendapatkan tumpuan ujungnya kita perlu merogoh kocek lebih dalam dikarenakan biayanya sangat mahal.

Pada kenyataan seperti ini praktis daya dukung yang didapat adalah dari gesekan antara sisi tiang dengan tanah disekelilingnya namun bukan berarti perlawanan diujungnya kita anggap melempem atau tidak ada, tapi pada kenyataannya tumpuan diujung ini juga memiliki andil dalam memberikan sumbangan daya dukung walaupun itu kecil.

Perbedaan dari kedua jenis tiang pancang ini, semata-mata hanya dari segi kemudahan, karena pada umumnya tiang pancang berfungsi sebagai kombinasi antara friction pile(tumpuan sisi) dan end bearing pile (tumpuan ujung). Kecuali tiang pancang yang menembus tanah yang sangat lembek sampai lapisan tanah dasar yang padat.

Berikut ini adalah beberapa contoh rangkaian pekerjaan pondasi tiang pancang di lapangan :