Gesekan Selimut Negatif (Negative Skin Friction)

Salah satu yang harus diperhatikan dalam perencanaan pondasi tiang adalah kemungkinan terjadinya seretan kebawah atau downdrag pada tiang. Seretan ini dikenal sebagai gaya hisap atau gesekan selimut negatif (negative skin friction).  Pada berbagai keadaan, khsusnya pada tanah lempung, diistribusi penurunan tanahberubah terhadap waktukarena adanya perubahan tekanan pori yang mengakibatkan konsolidasi pada tanah. Berkaitan dengan penyebab penurunan tanah, besarnya gesekan selimut negative bertambah dengan besarnya gerakan relatif antara selimut tiang dan tanah. Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan penurunan tanah antara lain adalah :

·         Profil tanah dan elevasi muka air tanah

·         Sifat-sifat tanah (sifat kompresibilitas dan konsolidasi tanah)

·         Besarnya beban dan lamanya pembebanan

Briaud dan Tucker (1993), mengajukan beberapa kriteria yang perlu dipertimbangkan dalam gesekan selimut negative. Apabila satu dari kriteria tersebut terpenuhi, maka gesekan selimut negatif perlu dipertimbangkan dalam perencanaan. Adapun kriteria tersebut adalah sebagai berikut :

1.      Total penurunan permukaan tanah diperkirakan lebih dari 100 mm.

2.      Penurunan permukaan tanah setelah pemancangan tiang akan lebih besar dari 10 mm.

3.      Tinggi timbunan yang akan ditempatkan pada permukaan tanah eksisting lebih dari 2 m.

4.      Ketebalan dari lapisan lunak yang kompresibel lebih dari 10 m.

5.      Penurunan muka air tanah lebih dari 4 m.

6.      Tiang dengan panjang lebih dari 25 m.

Bila sebuah tiang berada pada tanah timbunan yang cukup tebal yang masih mengalami pemampatan, atau pada tanah timbunan yang ditempatkan di atas lapisan tanah lempung yang kompresibel dan jenuh air, maka tanah cenderung akan memampat dan bergerak ke bawah. akibat dari beban timbunan, akan terjadi peningkatan tekanan air pori ssehingga tanah tersebut akan mengalami konsolidasi dan penurunan. Jika penurunan tanah disekitar tiang lebih besar dari penurunan tiang, maka akan timbul gesekan antara selimut tiang dengan tanah kearah bawah yang akan menyebabkan tiang tertarik kebawah. gaya geser kebawah ini dikenal sebagai gaya hisap, gesekan selimut negatif (negative skin friction) atau downdrag.

Perilaku ini juga terjadi pada daerah endapan lumpur atau lempung akibat terganggunya tanah pada saat pemancangan tiang. Peningkatan air pori pada pemancangan menimbulkan penurunan tanah yang mengakibatkan gesekan selimut negatif.

Akibat utama yang ditimbulkan oleh gesekan selimut negatif adalah penambahan beban aksial pada tiang dan pengurangan tegangan efektif pada ujung tiang yang disertai pengurangan kapasitas daya dukung ultimit. penambahan beban aksial pada tiang mengakibatkan pertambahan penurunan tiang yang disebabkan oleh pemendekan aksial tiang pancang di bawah titik netral (neutral point). yang dimaksud titik netral adalah elevasi pada tiang dimana tidak terjadi geseran antara selimut tiang dengan tanah atau suatu titik batas dimana terjadi perubahan menjadi gesekan selimut negatif seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 1

Gambar 1. Skema gesekan negatif pada pondasi tiang

PERENCANAAN PONDASI TIANG

Perencanaan pondasi tiang pada umumnya mengikuti 7 langkah berikut :

1.      Menentukan profil dan katrakteristik teknis tanah

Penentuan stratifikasi atau pelapisan tanah, penggambaran profil kadar air dan batas-batas aterberg, menentukan kuat geser tak teralir (undrained) dari uji triaxial UU atau uji geser baling (Vane shear test), dan menggambarkan hasil uji lapangan (In-situ test). Muka air tanah juga perlu diketahui.

Pada lapisan tanah lempung yang jenuh air dan kompresibel perlu dilakukan uji konsolidasi jika diperlukan informasi penurunan jangka panjang dan evaluasi gaya hisap pada tiang, sedangkan pada tanah ekspansif perlu digambarkan profil potensi pengembangan (Swelling). Untuk evaluasi perilaku tiang terhadap beban lateral, modulus of subgrade reaction perlu ditentukan.

Bila terdapat beberapa pemboran dan uji sondir, gambarkan penampang potongan melalui titik-titik uji tersebut. Penggambaran penampang melintang melalui beberapa titik bor akan lebih memudahkan untuk mengevaluasi kondisi tanah dalam arah potongan tersebut. Dalam hal tertentu bilamana uji laboratorium tidak dilakukan, profil tanah dari uji sondir atau nilai SPT dapat ditampilkan.

2.      Penentuan kedalaman pondasi

Tentukan lapisan pendukung yang cukup baik dan dapat memikul beban berdasarkan profil tanah di lapangan. Bila terdapat lapisan yang kompresibel dibawahnya, pondasi dapat diperdalam atau perkiraan penurunan perlu dilakukan. Bila lapisan tanah keras tidak didapatkan hingga kedalaman tertentu, tiang dapat direncanakan sebagai tiang gesekan.

Bila pondasi tiang digunakan untuk menahan longsoran, maka kedalaman pondasi harus melampaui bidang longsor tersebut, dan bila digunakan menahan galian maka kedalaman pondasi harus masuk secukupnya agar jepitan memadai.

3.      Penentuan jenis dan dimensi pondasi

Tentukan jenis dan dimensi pondasi tiang baik tiang pancang atau tiang bor atau pondasi khusus berdasarkan pertimbangan beberapa faktor :

·         Jenis tanah sehubungan dengan kemampuan penetrasi tiang

·         Daya dukung tanah baik aksial dan lateral

·         Kapasitas penampang struktur tiang terhadap tekan, tarik dan lentur

·         Ketersediaan peralatan

·         Pengalaman konstruksi di lokasi proyek

·         Pertimbangan lingkungan (suara, getaran, jalan akses, dan lain-lain)

·         Ekonomi (biaya)

4.      Perencanaan pondasi tiang

Prosedur perencanaan pondasi tiang untuk bangunan gedung dan jembatan mengikuti cara yang belum umum, yaitu penentuan daya dukung ujung tiang, daya dukung gesekan selimut dan daya dukung lateral. Peralihan lateral pada beberapa kombinasi beban umumnya ditentukan untuk mengetahui kemapuan tiang untuk menahan beban lateral.

Masalah yang sangat penting dalam perencanaan adalah menetukan parameter tanah yang tepat. Dalam banyak hal, meskipun metode analisis untuk daya dukung cukup banyak dan dapat memberikan jawaban yang bervariasi, tetapi kesalahan yang terjadi akibat kekeliruan parameter tanah adalah lebih fatal (Peck, 1988)

5.      Penentuan konfigurasi tiang

6.      Berdasarkan beban yang bekerja, pengelompokan atau konfigurasi tiang dapat ditentukan. Pada beban yang relatif kecil kemungkinan beban dapat dipikul oleh tiang tunggal, sedangkan pada beban aksial atau beban momen yang besar, kelompok tiang dapat direncanakan untuk disatukan dalam sebuah pile cap. Dalam perencanaan juga perlu diperhatikan efisiensi dari kelompok tiang. Penurunan pondasi tiang baik secara individual mapun pada kelompok kemudian dapat dihitung.

7.      Pengaruh konstruksi pada bangunan disekitar proyek

Pengaruh penggalian unuk pile cap mapun basement terhadap kesetabilan lereng disekitar proyek mapun pengaruh vibrasi akibat pemancangan harus ikut diperhitungkan perubahan muka air tanah akibat adanya pemompaan air atau dewatering juga perlu diantisipasi pengaruhnya terhadap bangunan disekitar proyek.

Terutama pada tiang pancang, ada potensi terjadi dorongan akibat pemancangan (dalam arah aksial maupun lateral) terhadap tanah disekitar. hal ini perlu dipertimbangkan karena pengaruh desakan tanah akibat pemancangan ini dapat menyebabkan konstruksi yang ada disekitarnya mengalami kerusakan akibat hal tersebut. Isu penting yang lain adalah besarnya tekanan air pori ekses yang timbul akibat pemancangan. (Rahardjo dkk, 2013).