Pengenalan Pondasi Tiang Pancang

Pondasi tiang pancang (pile foundation) adalah bagian dari struktur yang digunakan untuk menerima dan mentransfer (menyalurkan) beban dari struktur atas ke tanah penunjang yang terletak pada kedalaman tertentu.
Tiang pancang bentuknya panjang dan langsing yang menyalurkan beban ke tanah yang lebih dalam. Bahan utama dari tiang adalah kayu, baja (steel), dan beton. Tiang pancang yang terbuat dari bahan ini adalah dipukul, di bor atau di dongkrak ke dalam tanah dan dihubungkan dengan Pile cap (poer). Tergantung juga pada tipe tanah, material dan karakteistik penyebaran beban tiang pancang di klasifikasikan berbeda-beda.
Pondasi tiang sudah digunakan sebagai penerima beban dan sistem transfer beban bertahun-tahun. Pada awal peradaban, dari komunikasi, pertahananan, dan hal-hal yang strategik dari desa dan kota yang terletak dekat sungai dan danau. Oleh sebab itu perlu memperkuat tanah penunjang dengan beberapa tiang.
Tiang yang terbuat dari kayu (timber pile) dipasang dengan dipukul ke dalam tanah dengan tangan atau lubang yang digali dan diisi dengan pasir dan batu.
Pada tahun 1740, Christoffoer Polhem menemukan peralatan pile driving yang mana menyerupai mekanisme Pile driving saat ini. Tiang baja (Steel pile) sudah digunakan selama 1800 dan Tiang beton (concrete pile) sejak 1900. Revolusi industri membawa perubahan yang penting pada sistem pile driving melalui penemuan mesin uap dan mesin diesel.
Lebih lagi baru-baru ini, meningkatnya permintaan akan rumah dan konstruksi memaksa para pengembang memanfaatkan tanah-tanah yang mempunyai karakteristik yang kurang bagus. Hal ini membuat pengembangan dan peningkatan sistem Pile driving. Saat ini banyak teknik-teknik instalasi tiang pancang bermunculan.
Seperti tipe pondasi yang lainnya, tujuan dari pondasi tiang adalah :
- untuk menyalurkan beban pondasi ke tanah keras
- untuk menahan beban vertical, lateral, dan beban uplift
Struktur yang menggunakan pondasi tiang pancang apabila tanah dasar tidak mempunyai kapasitas daya pikul yang memadai. Kalau hasil pemeriksaan tanah menunjukkan bahwa tanah dangkal tidak stabil & kurang keras atau apabila besarnya hasil estimasi penurunan tidak dapat diterima pondasi tiang pancang dapat menjadi bahan pertimbangan. Lebih jauh lagi, estimasi biaya dapat menjadi indicator bahwa pondasi tiang pancang biayanya lebih murah daripada jenis pondasi yang lain dibandingkan dengan biaya perbaikan tanah.

Dalam kasus konstruksi berat, sepertinya bahwa kapasitas daya pikul dari tanah dangkal tidak akan memuaskan,dan konstruski seharusnya di bangun diatas pondasi tiang. Tiang pancang juga digunakan untuk kondisi tanah yang normal untuk menahan beban horizontal. Tiang pancang merupakan metode yang tepat untuk pekerjaan diatas air, seperti jetty atau dermaga.

PONDASI TIANG PANCANG

Pondasi tiang pancang (pile foundation) adalah bagian dari struktur yang digunakan untuk menerima dan mentransfer (menyalurkan) beban dari struktur atas ke tanah penunjang yang terletak pada kedalaman tertentu.

Tiang pancang bentuknya panjang dan langsing yang menyalurkan beban ke tanah yang lebih dalam. Bahan utama dari tiang adalah kayu, baja (steel), dan beton. Tiang pancang yang terbuat dari bahan ini adalah dipukul, di bor atau di dongkrak ke dalam tanah dan dihubungkan dengan Pile cap (poer). Tergantung juga pada tipe tanah, material dan karakteistik penyebaran beban tiang pancang di klasifikasikan berbeda-beda.

Pondasi tiang sudah digunakan sebagai penerima beban dan sistem transfer beban bertahun-tahun. Pada awal peradaban, dari komunikasi, pertahananan, dan hal-hal yang strategik dari desa dan kota yang terletak dekat sungai dan danau. Oleh sebab itu perlu memperkuat tanah penunjang dengan beberapa tiang.

Tiang yang terbuat dari kayu (timber pile) dipasang dengan dipukul ke dalam tanah dengan tangan atau lubang yang digali dan diisi dengan pasir dan batu.

Pada tahun 1740, Christoffoer Polhem menemukan peralatan pile driving yang mana menyerupai mekanisme Pile driving saat ini. Tiang baja (Steel pile) sudah digunakan selama 1800 dan Tiang beton (concrete pile) sejak 1900. Revolusi industri membawa perubahan yang penting pada sistem pile driving melalui penemuan mesin uap dan mesin diesel.

Lebih lagi baru-baru ini, meningkatnya permintaan akan rumah dan konstruksi memaksa para pengembang memanfaatkan tanah-tanah yang mempunyai karakteristik yang kurang bagus. Hal ini membuat pengembangan dan peningkatan sistem Pile driving. Saat ini banyak teknik-teknik instalasi tiang pancang bermunculan. Seperti tipe pondasi yang lainnya, tujuan dari pondasi tiang adalah :

- untuk menyalurkan beban pondasi ke tanah keras

- untuk menahan beban vertical, lateral, dan beban uplift

Struktur yang menggunakan pondasi tiang pancang apabila tanah dasar tidak mempunyai kapasitas daya pikul yang memadai. Kalau hasil pemeriksaan tanah menunjukkan bahwa tanah dangkal tidak stabil & kurang keras atau apabila besarnya hasil estimasi penurunan tidak dapat diterima pondasi tiang pancang dapat menjadi bahan pertimbangan. Lebih jauh lagi, estimasi biaya dapat menjadi indikator bahwa pondasi tiang pancang biayanya lebih murah daripada jenis pondasi yang lain dibandingkan dengan biaya perbaikan tanah.

Dalam kasus konstruksi berat, sepertinya bahwa kapasitas daya pikul dari tanah dangkal tidak akan memuaskan,dan konstruski seharusnya di bangun diatas pondasi tiang. Tiang pancang juga digunakan untuk kondisi tanah yang normal untuk menahan beban horizontal. Tiang pancang merupakan metode yang tepat untuk pekerjaan diatas air, seperti jetty atau dermaga. (Willy).

Pondasi tiang pancang dipergunakan pada tanah-tanah lembek, tanah berawa, dengan kondisi daya dukung tanah (sigma tanah) kecil, kondisi air tanah tinggi dan tanah keras pada posisi sangat dalam. Bahan untuk pondasi tiang pancang adalah : bamboo, kayu besi/kayu ulin, baja, dan beton bertulang.

a. Pondasi Tiang Pancang Kayu

   Pondasi tiang pancang kayu di Indonesia, dipergunakan pada rumah-rumah panggung di daerah Kalimantan, di Sumatera, di Nusa Tenggara, dan pada rumah-rumah nelayan di tepi pantai. Tiang yang terbuat dari kayu (timber pile) dipasang dengan dipukul ke dalam tanah dengan tangan atau lubang yang digali dan diisi dengan pasir dan batu.

Gambar Pondasi Tiang Pancang Kayu

b. Pondasi Tiang Pancang Beton

    Pondasi tiang beton dipergunakan untuk bangunan-bangunan tinggi (high rise building). Pondasi tiang pancang beton, proses pelaksanaannya dilakukan sebagai berikut :

1) Melakukan test “boring” untuk menentukan kedalaman tanah keras dan klasifikasi panjang tiang 

    pancang, sesuai pembebanan yang telah diperhitungkan.

2) Melakukan pengeboran tanah dengan mesin pengeboran tiang pancang.

3) Melakukan pemancangan pondasi dengan mesin pondasi tiang pancang.

Pondasi tiang pancang beton pada prinsipnya terdiri dari : pondasi tiang pancang beton cor di tempat dan tiang pancang beton system fabrikasi.

1) Pondasi tiang pancang beton cor ditempat

    Proses pelaksanaannya pondasi tiang pancang beton cor di tempat sebagai berikut :

    a) Melakukan pemboran tanah sesuai kedalaman yang ditentukan dengan memasukkan besi 

        tulangan beton.

    b) Memompa tanah bekas pengeboran ke atas permukaan tanah.

    c) Mengisi lubang bekas pengeboran dengan adukan beton, dengan sistem dipompakan dan

        desakan/tekanan.

    d) Pengecoran adukan beton setelah selesai sampai di atas permukaan tanah,

    e) Kemudian dipasang stek besi beton sesuai dengan aturan teknis yang telah ditentukan.

Gambar Pondasi Tiang Pancang Beton Cor di Tempat

2) Pondasi tiang pancang beton sistem fabrikasi

   Kemajuan teknologi khususnya pada bidang rancang bangun beton bertulang telah menemukan pondasi tiang pancang sistem fabrikasi. Cetakan-cetakan pondasi dengan beberapa variasi diameter tiang pancang dan panjang tiang pancang dibuat dalam pabrik dengan system “Beton Pra-Tekan” Ukuran tiang pancang produksi pabrik dapat dilihat pada tabel berikut ini :

Pondasi pemasangan pondasi tiang pancang sistem fabrikasi, sebagai berikut :

a) Dilakukan pengeboran sambil memancangkan tiang pondasi bagian per-bagian. Kedalaman 

    pengeboran sampai dengan batas kedalaman tanah keras yang dapat dilihat secara otomatis dari 

    mesin tiang pancang.

b) Kemudian setiap bagian tertentu dilakukan penyambungan dengan plat baja yang telah dilengkapi 

    dengan “joint” atau ulir penyambungan .

Gambar Pemasangan Pondasi Tiang Pancang Fabrikasi

c.Tiang Pancang Baja (steel)

Gambar Mesin Pancang De WaalpaaI, B.V.

Gambar Mesin Pancang Franki

Hampir di setiap proyek konstruksi pondasi tiang merupakan teknologi pondasi dalam yang telah jamak dipergunakan. Metode pemasangan tiang pondasi lainnya adalah dengan sistim bor. Meski tak sepopuler pondasi tiang pancang, penggunaan tiang bor ini semakin banyak dijumpai. Dalam kedalaman dan diameter dari tiang bor dapat divariasi dengan mudah, pondasi tiang bor dipakai untuk beban ringan maupun beban berat seperti bangunan bertingkat tinggi dan jembatan. Juga dipergunakan pada menara transmisi listrik, fasilitas dok, kestabilan lereng, dinding penahan tanah, pondasi bangunan ringan pada tanah lunak, pondasi bangunan tinggi, dan struktur yang membutuhkan gaya lateral yang cukup besar, dan lain- lain. Setiap alat yang ada hanya sesuai penggunaannya pada kondisi tanah dan teknik pengeboran tertentu saja. 

Salah satunya adalah fight auger. Alat yang sederhana dan ringan ini mempunyai kemampuan membuat lubang bor berdiameter 0,8-3,6 m. Cara kerjanya, rig akan berputar masuk ke tanah sampai terisi penuh oleh tanah, kemudian ditarik kembali ke atas dan diayun supaya tanah yang menempel lepas dari pisaunya. Alat ini efektif pada jenis tanah clan batuan lunak. Tetapi karena di lapangan biasanya mengalami kesulitan pada saat pengeboran, para kontraktor bisanya memilih mesin bor lainnya atau mengganti pisaunya dengan yang lebih baik. Pisau berbenruk spiral melancip akan membantu dalam pengeboran tanah yang keras dan batuan. Selain itu juga terdapat beberapa peralatan lain seperti bucket auger. Berfungsi untuk mengumpulkan basil galian dalam keranjang berbenruk spiral dengan cara mcngambil tanah dari galian ke atas dan dibuang, alat ini biasanya berfungsi baik pada tanah pasir.

Kedua, belling buckets. Alat ini mempunyai keistimewaan dengan ukuran yang lebih besar pada bagian dasarnya. Pembesaran volume biasanya disebut bells atau finder reams. 

Ketiga, core barrels. Alat pemotong berbentuk lingkaran, membuat dan menggali bentuk silinder. Alat ini biasanya digunakan pada tanah keras.

Keempat, multi roller Alat ini hanya digunakan untuk batuan keras. Kelima cleanout bucket yang berfungsi untuk memindahkan hasil galian akhir dari lubang bor dan membuat dasar pengeboran menjadi lebih bersih. Tiang tahanan ujung memburuhkan tipe bucket seperti ini.

Selain itu juga ada yang disebut dengan system pemancangan dengan jacking pile. Sistim pemancangan jacking pile adalah sistim pemancangan dengan metoda tiang bukan dipukul sampai 10 pukulan terakhir < 10 cm tapi ditekan sampai 2x beban rencana(kapasitas alat saat ini 300- 800 ton). 

Kelebihan pemancangan jacking pile yakni : a) Cocok untuk daerah Jakarta yang padat perumahan karena tidak berisik (promosi supplier ditaruh aqua gelas dimesinnya, airnya tidak akan tumpah karena getarannya,jadi kalo orang sekitarnya bilang dia shock / kaca rumahnya pecah gara2x kita pancang,itu tidak mungkin; b) Jumlah tiang bisa berkurang banyak sehingga membuat lebih murah ( di satu proyek 140 tiang dengan hammer bisa jadi 100 tiang dengan jacking pile); c) Di masa depan, jika disetujui oleh P2B, jacking pile bisa untuk menggantikan loading test karena sifatnya berdasarkan tekanan, sehingga menyerupai loading test, sehingga biaya loading test yang ratusan juta bisa dihemat; d) Akurasi pemancangan lebih tepat(kemungkinan miring kecil), sehingga design jarak antar tiang bisa minimal, yang menyebabkan banyaknya besi pilecap dan volume beton pilecap bisa diminimalkan.

Kelemahan pemancangan jacking pile yakni: a) Tidak cocok untuk lokasi yang tanahnya sempit karena jarak bebas alat pancang ke tembok harus 2.5m - 5 m(tergantung alatnya); b).Tidak bisa untuk tanah yang ada lensanya; c) penghematannya bisa dilakukan jika perancangan strukturnya diubah, sehingga harus banyak melibatkan dengan konsultan struktur.

Cara Kerja Jacking Pile

TAHAP 1

Gambar : mengangkat tiang pancang dengan crane

TAHAP 2

Gambar : tiang pancang dimasukkan ke alat pancang

TAHAP 3

Gambar : menjepit tiang dengan penjepit alat pancang dan mulai memancang tiang dengan tekanan hidraulik

TAHAP 4

Gambar 4 : setelah selesai memancang, crane akan mengambil tiang kedua dan sama lagi seperti gambar 1

Kelebihan Dan Kekurangan Pondasi Tiang Pancang

Perkembangan desain pondasi tiang pancang telah maju dengan pesat seiring dengan berkembangnya ilmu dan teknologi rancang bangun dalam dunia teknik sipil. Penggunaan Tiang Pancang dalam berbagai konstruksi sipil turut mengalami perbaikan dan penyempurnaan, jenis pondasi ini masih menjadi pilihan yang utama terutama untuk daerah (site) lapangan yang kurang menguntungkan.

Perilaku dan respon tiang pancang maupun struktur tanah di sekitarnya akan membantu proses desain berjalan dengan baik dengan tingkat akurasi dan validitas hasil desain yang tinggi.

Hambatan utama yang dihadapi dalam melakukan desain pondasi adalah kurang di dapatnya informasi yang memadai mengenai perilaku dan respon pondasi maupun struktur tanah di bawah permukaan tanah. Kesulitan ini selain masih terbatasnya peralatan yang secara langsung dapat memantau perilaku dan respon tiang di kedalaman tanah, juga sifat kenonlinearan tanah mempengaruhi hasil desain yang diperoleh.

Penggunaan Program Komputer untuk menyelesaikan permasalahan desain pondasi tiang pancang banyak dipergunakan dengan berbasis pendekatan metode beda hingga (difference finite method) untuk penyelesaian secara numerik. Diantaranya Program Komputer GROUP yang digunakan untuk penyelesaian desain kelompok pondasi tiang pancang dan analisis perilaku pondasi tiang pancang.

Pondasi tiang pancang termasuk dalam kategori pondasi dalam, dapat mendaya-gunakan kekuatan friksi tanah maupun bearing. Tentu saja ini tergantung dari jenis tanahnya dan panjang pondasi tersebut. Sangat cocok jika kedalaman tanah keras cukup jauh dari permukaan tanah. Tetapi dalam pelaksanaannya memerlukan alat pancang, jika cukup panjang dan beban berat maka tiang pondasinya harus dibuat dari precast PC Pile atau tiang baja, untuk beban ringan mungkin precast RC Pile masih bisa. Pondasi sumuran hanya mengandalkan fenomena bearing saja, sehingga cocok jika tanah keras dekat permukaan tanah. Jika tanah keras terlalu dalam maka pelaksanaannya menjadi masalah tersendiri. Kadang-kadang dihitung sebagai pondasi dangkal.

Tiang pancang unggul terhadap beban vertikal, jika ada beban horizontal maka daya dukungnya relatif kecil. Oleh karena itu jika dalam perencanaan strukturnya menerima gaya horizontal maka diperlukan juga tiang pancang miring. Semakin miring semakin besar daya dukung horizontalnya tetapi pelaksanaannya tidak gampang, jika terlalu miring lalu pakai alat pancang biasa. Bisa-bisa tiangnya patah karena ada eksentrisitas.

Gerakan tanah akibat gempa akan bersama-sama dengan pondasi. Pondasi sumuran, ukurannya lebih masif dibanding tiang pancang, sehingga kemungkinan untuk dapat bergerak bersama-sama dengan tanah lebih banyak. Jadi jika pondasinya tertanam cukup dalam maka fondasinya sendiri relatif tahan terhadap kondisi tersebut.

Kerusakaan akan terjadi jika gerakan tersebut mempunyai pengaruh pada struktur di atasnya yang karena mempunyai massa maka akan mengakibatkan gaya dinamik. Jika gaya dinamik struktur di atas pondasi dan pondasi tidak selaras maka timbul gaya restraint. Ini yang harus diwaspadai.

Karena umumnya sistem jembatan, struktur atas dan struktur bawah tidak menyatu maka dapat terjadi slip (deformasi horizontal yang berbeda satu sama lain). Mekanisme tersebut dapat menyerap enerji gempa. Yang perlu diwaspadai adalah mekanisme slip perlu diberi ruang gerak yang cukup, jangan sampai girder jembatan lepas dari tumpuannya.