Pondasi Dalam : Kapasitas Aksial Tiang Tunggal

Pondasi tiang merupakan salah satu elemen penting dalam konstruksi yang digunakan untuk mentransfer beban dari struktur atas ke lapisan tanah yang lebih dalam. Dalam perencanaan pondasi tiang, salah satu aspek yang sangat penting adalah menentukan kapasitas aksial tiang tunggal. Kapasitas ini menentukan sejauh mana tiang mampu menahan beban aksial baik dalam kondisi tekan maupun tarik tanpa mengalami kegagalan.

Metode Perhitungan Kapasitas Aksial

Perhitungan kapasitas aksial tiang tunggal dilakukan dengan mempertimbangkan kondisi tanah di lokasi. Data pengeboran tanah yang diperoleh dari investigasi lapangan digunakan sebagai dasar analisis. Dua jenis metode analisis utama digunakan berdasarkan jenis tanah, yaitu:

1. Tanah Kohesif (Lempung)

Untuk tanah kohesif, kapasitas aksial dihitung dengan menggunakan metode analisis total stress (Total Stress Analysis). Dikenal sebagai metode alpha (α-method). Dalam metode ini, kontribusi daya dukung berasal dari:

• Tahanan friksi kulit tiang (skin friction):

Skin friction pada pondasi merujuk pada gaya gesek yang terjadi antara permukaan sisi pondasi (biasanya tiang pancang atau tiang bor) dan tanah di sekitarnya. Gaya ini dihasilkan akibat interaksi antara material pondasi dan tanah yang mengelilinginya, dan berkontribusi pada kapasitas dukung pondasi.

Pada tiang pancang atau tiang bor, skin friction membantu menyalurkan beban dari struktur ke dalam tanah, sehingga sangat penting dalam perhitungan kapasitas dukung pondasi. Gaya gesek ini bergantung pada beberapa faktor, termasuk jenis tanah, kedalaman pondasi, bentuk dan tekstur permukaan pondasi, serta kondisi kelembaban tanah.

Secara umum, skin friction dapat dihitung dengan rumus:

Fs​=τ×A

Fs​ adalah gaya gesek (skin friction),τ adalah tegangan gesek rata-rata antara permukaan pondasi dan tanah,A adalah area permukaan sisi pondasi yang bersentuhan dengan tanah.

Skin friction dapat bervariasi tergantung pada kedalaman, jenis tanah, dan metode pemasangan pondasi. Pada tanah yang lebih padat, gaya gesek cenderung lebih besar, sedangkan pada tanah yang lebih longgar, skin friction bisa lebih rendah.

• Tahanan ujung tiang (end bearing):

End bearing adalah komponen gaya dukung pada pondasi dalam, seperti tiang pancang atau tiang bor, yang berasal dari tekanan langsung di ujung bawah pondasi terhadap lapisan tanah keras atau batuan yang mendukungnya. Gaya ini bekerja secara vertikal dan disebabkan oleh reaksi dari tanah atau lapisan batuan di bawah pondasi terhadap beban yang diteruskan dari struktur di atasnya.

End bearing sering kali menjadi sumber dukungan utama untuk pondasi yang mencapai lapisan tanah keras atau batuan, terutama ketika lapisan tanah di atasnya terlalu lunak atau tidak memiliki cukup kapasitas gesek untuk menahan beban melalui skin friction.

Rumus sederhana untuk menghitung end bearing adalah:

Qb=qb⋅Ab

di mana:

Qb = kapasitas dukung end bearing; qb = tekanan dukung tanah atau batuan di bawah ujung pondasi; Ab = luas area ujung pondasi.

Karakteristik Utama:

• Lapisan Pendukung: End bearing biasanya bergantung pada adanya lapisan tanah keras atau batuan di bawah pondasi. Jika pondasi tidak mencapai lapisan ini, kontribusi end bearing akan minimal.
• Dominasi pada Tanah Lunak: Pada kondisi di mana lapisan tanah atas lunak, end bearing sering menjadi penentu utama kapasitas dukung pondasi.
• Pengaruh Area Ujung: Semakin besar area ujung pondasi (Ab), semakin besar gaya dukung yang dapat disalurkan melalui end bearing.

Kombinasi dengan Skin Friction:

Pada kebanyakan pondasi dalam, baik skin friction maupun end bearing bekerja bersama-sama untuk menahan beban. Namun, kontribusi masing-masing bergantung pada kondisi tanah, kedalaman pondasi, dan desain struktur.

2. Tanah Non-Kohesif (Pasir)

Untuk tanah non-kohesif, kapasitas aksial dihitung dengan menggunakan metode korelasi berdasarkan nilai Standard Penetration Test (SPT). Beberapa pendekatan yang umum digunakan meliputi:

• Metode Meyerhof (1956): Metode ini menghubungkan nilai N-SPT dengan kapasitas friksi dan kapasitas ujung tiang
• Metode Reese and Wright (1977): Pendekatan ini menggunakan data SPT untuk menghitung tahanan ujung dan friksi kulit dengan mempertimbangkan nilai maksimum untuk tanah pasir yang sangat padat.

Faktor Keamanan dalam Perencanaan

Dalam desain pondasi tiang, penting untuk mempertimbangkan faktor keamanan (FK) guna memastikan bahwa tiang memiliki daya dukung yang cukup untuk menahan beban tanpa risiko kegagalan. Faktor keamanan digunakan untuk mengurangi nilai kapasitas aksial yang dihitung sehingga mendapatkan kapasitas aksial ijin. Beberapa nilai FK yang umum digunakan adalah:

1. Faktor Keamanan pada Beban Tekan Aksial:
   • FK = 3 untuk tahanan friksi (compression-friction)
   • FK = 3 untuk tahanan ujung (compression-end bearing)
2. Faktor Keamanan pada Beban Tarik Aksial:
   • FK = 4 untuk tahanan friksi (tidak termasuk berat sendiri tiang)

Studi Kasus: Perhitungan pada Lapisan Tanah Pasir dengan N-SPT > 60

Pada lapisan tanah pasir dengan nilai N-SPT lebih dari 60, tanah dianggap sangat padat. Dalam kondisi ini, kapasitas ujung tiang dihitung menggunakan nilai maksimum qmax=4000 kN/m² seperti yang direkomendasikan oleh Reese dan Wright (1977). Langkah-langkah perhitungan meliputi:

1. Hitung Kapasitas Friksi Kulit (Qs): Gunakan nilai tegangan efektif vertikal rata-rata σ′\sigma’ sepanjang panjang tiang untuk menghitung tahanan friksi kulit. Koefisien tekanan lateral KK dapat dihitung atau diambil dari tabel berdasarkan kondisi tanah.
2. Hitung Kapasitas Ujung (Qb): Dengan qmax yang diberikan, kapasitas ujung dapat dihitung langsung
3. Total Kapasitas Aksial (Qt): Jumlahkan kapasitas friksi kulit dan kapasitas ujung
4. Aplikasi Faktor Keamanan: Bagilah total kapasitas aksial dengan faktor keamanan yang sesuai untuk mendapatkan kapasitas aksial ijin

Perhitungan kapasitas aksial tiang tunggal memerlukan pemahaman mendalam tentang sifat tanah di lokasi proyek. Dengan menggunakan metode yang sesuai seperti metode alpha untuk tanah kohesif atau pendekatan korelasi N-SPT untuk tanah non-kohesif, kapasitas aksial dapat dihitung dengan akurat. Selain itu, penerapan faktor keamanan yang tepat menjadi langkah krusial untuk memastikan keamanan dan kestabilan struktur.

Pada akhirnya, perhitungan ini harus didukung oleh data lapangan yang akurat dan analisis yang teliti guna menghindari kegagalan pondasi yang dapat berdampak pada struktur keseluruhan.