## Analisis Numerik Perilaku Geser Sistem Sambungan pada Blok Batu Bangunan Bersejarah
Shear Behavior of Heritage Building’s Stone Block Interconnection System using Three-Dimensional Numerical Analysis
Amalia Ula Hazhiyah 1,a ) , Adhitya Yoga Purnama 1,b ) & Devi Oktaviana Latif 1,c )
1) Departemen Teknik Sipil, Sekolah Vokasi, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta, Indonesia
Koresponden : a) amaliaula04@ugm.ac.id, b) adhitya.yoga.p@mail.ugm.ac.id &
c) dv.oktaviana@ugm.ac.id

## ABSTRAK
Candi  Borobudur  merupakan  salah  satu  Situs  Warisan  Dunia  yang  ditetapkan  oleh UNESCO.  Struktur  candi  yang  terdiri  dari  batuan  berundak  disusun  di  atas  bukit membentuk  bangunan  bertingkat  yang  menyerupai  struktur  dinding  penahan  tanah. Struktur  batuan  ini  disusun  dengan  sistem  sambungan  unik  antar  blok  batuan  yang mampu  menopang  beban  struktur  di  atasnya  selama  ratusan  tahun.  Berdasarkan keuntungan ini, teknologi serupa akan diterapkan untuk sistem sambungan pada dinding penahan tanah modular. Akan tetapi, belum banyak penelitian mengenai perilaku geser pada sistem sambungan blok batu ini. Metode penelitian untuk sistem sambungan blok batu  ini  adalah  simulasi  numerik  perilaku  geser  menggunakan  analisis  elemen  hingga tiga  dimensi.  Empat  model  yang  disimulasikan  meliputi  blok  batu  tanpa  sistem sambungan,  blok  batu  dengan  satu  jenis  sambungan,  blok  batu  dengan  dua  jenis sambungan,  dan  blok  batu  dengan  empat  jenis  sambungan  untuk  kemudian  dibebani gaya geser satu arah yang menentukan tegangan dan regangan geser. Berdasarkan hasil analisis,  sistem  sambungan  di  blok  batu  secara  signifikan  meningkatkan  ketahanan geser  dibandingkan  dengan  blok  tanpa  sistem  sambungan.  Setiap  jenis  sambungan menunjukkan  perilaku  dan  keuntungan  yang  berbeda  saat  menahan  tegangan  geser. Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa  sistem  sambungan  blok  batu  dapat  digunakan sebagai pengganti struktur sambungan pada dinding penahan tanah modular.
Kata Kunci :  sistem sambungan blok batu, analisis numerik, perilaku geser

## PENDAHULUAN
Candi  Borobudur  adalah  salah  satu  Situs  Warisan  Dunia  yang  ditetapkan  oleh UNESCO.  Struktur  Candi  Borobudur  dibangun  dengan  menggunakan  blok-blok  batu  yang disusun  di  atas  bukit  dengan  struktur  berundak  yang  menyerupai  dinding  penahan  tanah, seperti pada Gambar 1. Bangunan candi yang stabil, juga tercermin pada blok-blok batu pada struktur  candi  yang  tersusun  relatif  stabil  hingga  saat  ini.  Blok  batu  pada  Candi  Borobudur disusun dengan tipe takikan dan pengunci yang khas dimana pola inilah yang mebuat struktur candi stabil (Puspitasari, et al., 2010).
Mekanisme sambungan antar blok batu yang digunakan adalah tanpa perekat atau biasa disebut  sebagai dry  masonry  building ,  dimana  stabilitas  struktur  candi  ditentukan  oleh  berat blok batu itu sendiri (Brahmantara, 2008). Candi Borobudur tersusun atas batuan andesit dan memiliki pola susun horisontal dan vertikal. Ukuran blok batuan Panjang 40-50 cm, tebal 30- 40  cm,  dan  tinggi  20-25  cm.  Beberapa  contoh  jenis  sambungan  batuan  yang  ditemukan  di
Jurnal Manajemen Aset Infrastruktur & Fasilitas  – Vol. 6, No. 1, Juli 2022
Candi Borobudur adalah tipe ekor burung (Gambar 2a), tipe takik (Gambar 2b), serta tipe alur dan lidah (Gambar 2c).
Gambar 1. Penampang melintang struktur Candi Borobudur (Sumber: Puspitasari, et al., 2010)
(a) (b) (c)
Gambar 2. Jenis sambungan pada struktur blok batu Candi Borobudur (a) tipe ekor burung;
(b) tipe takik; (c) tipe alur dan lidah (Sumber: Puspitasari, et al., 2010)
Jurnal Manajemen Aset Infrastruktur & Fasilitas  – Vol. 6, No. 1, Juli 2022
Sampai  saat  ini,  sistem  susunan  blok  batu  dengan  sambungan  tanpa  perekat  ini  telah mendukung  stabilitas  yang  kuat  untuk  bangunan  struktur  candi.  Menurut  Jeslin  dan Padmanaban (2020) blok yang saling mengunci memiliki kekuatan melebihi batu bata sekitar 15-30%.  Sistem  ini  perlu  dikembangkan  lebih  lanjut  untuk  mengetahui  dampak  kekakuan bangunan jika digunakan sistem sambungan perekat. Dimana sistem dengan perekat ini rentan terhadap gaya horisontal atau vertikal ketika terkena beban gempa.
Sejumlah  penelitian  tentang  sambungan  antar  blok  telah  dilakukan.  Namun,  seiring dengan  banyaknya  penggunaan  blok interlocking sebagai  pengganti  dinding  bata,  penelitian menunjukkan  bahwa  bata interlocking beton  modular  tidak  memerlukan  perekat  dan  lebih terjangkau dibanding dinding bata (Rahmawati dan Sumarni, 2014). Inovasi blok interlocking ini  menyisihkan  kebutuhan  mortar  dalam  pembangunan  dinding,  sekaligus  mengurangi dampak  beban  gempa  pada  kemampuan  dinding  menahan  gaya  lateral  (Kumar  dan Vigneshvar,  2014).  Perilaku  unit  blok  yang  saling  mengunci  ( interlocking )  untuk  pasangan dinding telah dianalisis secara numerik dan eksperimen di laboratorium (Hidayat dan Teguh, 2018).
Menurut Hidayat dan Teguh (2018), hasil analisis perilaku geser dari simulasi numerik blok interlocking ini sebanding dengan eksperimen di laboratorium. Sampai saat ini, susunan blok  modular  dari  beton  pracetak  telah  digunakan  sebagai  dinding  penahan  tanah  karena kemudahan  pemasangan  dan  kekuatan  sambungannya,  seperti  yang  telah  dilaksanakan  oleh para industri (Redi-Rock International, 2016). Oleh karena itu, penelitian ini akan fokus pada sambungan  tanpa  perekat  dari  struktur  dinding  penahan  tanah  modular.  Kelebihan  dan kekurangan  penggunaan  sistem  sambungan  blok  batu  pada  struktur  bangunan  ini  belum terperinci.  Sistem  sambungan  blok  batuan  yang  disimulasikan  dalam  penelitian  ini menggunakan  metode  elemen  hingga  tiga-dimensi  (3D)  untuk  mengamati  perilaku  geser sambungan blok batu, sehingga diperoleh desain dan bentuk sambungan yang optimum.

## METODA PENELITIAN
Sistem  sambungan  ( interlocking )  struktur  blok  batu  diteliti  dengan  simulasi  perilaku geser dari sambungan blok batu menggunakan metode numerik berbasis elemen hingga tiga- dimensi.  Empat  model  yang  digunakan  dalam  simulasi  antara  lain  blok  batu  tanpa sambungan, blok batu dengan satu jenis sambungan, blok batu dengan dua jenis sambungan, dan  blok  batu  dengan  tiga  jenis  sambungan  yang  dibebani  gaya  geser  satu  arah  untuk mengaplikasikan tegangan dan regangan geser pada blok batu.
Analisis numerik blok batu ini dilakukan dengan menggunakan program ABAQUS 3D untuk  simulasi  sistem  struktur.  Program  ABAQUS  digunakan  untuk  simulasi  deformasi struktur yang menentukan tegangan, regangan, dan deformasi struktur blok batu untuk setiap jenis  model  sambungan.  ABAQUS  adalah  program  analisis  elemen  hingga  yang  sering digunakan  di  industri  otomotif,  dirgantara,  dan  manufaktur  (ABAQUS  CAE,  2017). Akademisi  dan  para  peneliti  biasanya  menggunakan  ABAQUS  untuk  pemodelan  elemen hingga,  karena  mampu  memodelkan  material  yang  kompleks  dan  dapat  disesuaikan  dengan kondisi  alam.  Banyak  peneliti  menggunakan  program  ABAQUS  untuk  simulasi  perilaku struktur. Pemodelan struktur sering dilakukan melalui penggunaan elemen solid tiga dimensi (Khennane,  2013).  Analisis  numerik  perilaku  blok interlocking menggunakan  program ABAQUS  diperoleh  hasil  yang  mendekati  dengan  yang  diperoleh  dari  eksperimen  di laboratorium (Ayed, et al., 2016).
Untuk  menentukan  batas-batas  blok,  struktur  batu  dimodelkan  sebagai  bahan  elastis linier. Interaksi antara dua permukaan dapat ditentukan dengan menggunakan modul interaksi sesuai  dengan  kondisi  eksisting.  Perilaku  geser  sistem  sambungan  blok  batu  disimulasikan menggunakan pemodelan elemen hingga dengan elemen solid tiga-dimensi.
Jurnal Manajemen Aset Infrastruktur & Fasilitas  – Vol. 6, No. 1, Juli 2022
Material  blok  dimodelkan  dengan  metode  uji  geser  langsung,  berdasarkan  metode  uji standar  untuk  geser  langsung  (ASTM  D  3080-03)  dan  Standar  Nasional  Indonesia  untuk pengujian  kuat  geser  langsung  tanah  (SNI  3420:2016).  Program  pengujian  didesain  untuk menentukan  kapasitas  perpindahan  maksimum  dan  kegagalannya  (Leiva,  et  al.,  2016). Parameter  pengujian  yang  digunakan  adalah  berat  jenis  beton  24  kN/m 3 ,  modulus  Young 23500  MPa,  dan  rasio  Poison  0.2.  Delapan  buah  blok  dengan  dimensi  1m  x  2m  x  0.5m disusun dengan dua jenis beban pada bagian atas, yaitu beban-perpindahan dan tekanan beban lateral satu arah.
(a) (b) (c) (d)
Gambar 3. Pemodelan sistem sambungan interlocking pada analisis numerik tiga dimensi (a) blok atas; (b) blok bawah; (c) blok sambungan ekor burung; (d) susunan blok
Gambar 4. Skema pemodelan blok modular dengan analisis numerik tiga dimensi
Jurnal Manajemen Aset Infrastruktur & Fasilitas  – Vol. 6, No. 1, Juli 2022
Beban-perpindahan  ( displacement  load )  sebesar  1  cm  diaplikasikan  pada  sistem prescribed  displacement  load ,  sedangkan  tekanan  5  kg/cm 2 diaplikasikan  pada  sistem prescribed  pressure  loading .  Selain  itu,  beban  normal  sebesar  1  kg/cm 2 diaplikasikan  pada simulasi tahanan geser blok batu untuk mengevaluasi perilaku geser sistem sambungan seperti terlihat pada Gambar 4. Keempat model yakni, blok batu tanpa sambungan, blok batu dengan satu  sambungan,  blok  batu  dengan  dua  sambungan,  dan  blok  batu  dengan  tiga  sambungan dibebani gaya lateral satu arah untuk menentukan tegangan dan regangan geser pada blok batu.

## ANALISIS PENELITIAN
Tabel  1 merangkum  hasil  analisis displacement dan  tegangan  geser dari hasil simulasi numerik. Hasil analisis pada sistem blok tanpa sambungan menunjukkan perpindahan sebesar 0.1170  mm.  Ketika  beban  yang  sama  diterapkan  pada  blok  dengan  sambungan,  nilai perpindahan berkurang drastis menjadi 0.0058 mm untuk blok dengan satu jenis sambungan, 0.0057 mm untuk blok dengan dua jenis sambungan, dan 0.0054 mm untuk blok dengan tiga jenis  sambungan.  Sistem  sambungan  dapat  menahan  gerakan  blok  yang  disebabkan  oleh beban displacement dengan menggunakan satu, dua, atau tiga jenis sambungan yang berbeda secara bersamaan. Selain itu, tegangan geser sistem blok batu dengan sambungan interlocking meningkat, terutama pada sambungan tanpa perekat, seperti terlihat pada Gambar 6.
Berdasarkan hasil analisis tegangan geser, pada bagian tepi setiap sambungan memiliki tumpuan tegangan  geser paling besar. Gambar 7 menggambarkan tumpuan tegangan di  area sambungan,  terutama  di  tepi  sambungan  tipe  takik.  Hasil  analisis  ini  menunjukkan  bahwa sistem sambungan berperan penting dalam menahan beban lateral yang diberikan pada sistem blok.
Tabel 1. Rangkuman hasil analisis numerik Jumlah sambungan Displacement (mm) Tegangan geser (kPa) 0 0,117 1,46E+02 1 0,0058 1,23E+02 2 0,0057 1,16E+02 3 0,0054 1,09E+02
Jurnal Manajemen Aset Infrastruktur & Fasilitas  – Vol. 6, No. 1, Juli 2022
(b) (c)
(d)
Gambar 5. Displacement yang terjadi pada model setelah pembebanan (a) sistem blok tanpa sambungan; (b) sistem blok dengan 1 sambungan; (c) sistem blok dengan 2 sambungan; (d) sistem blok dengan 3 sambungan
(b) (c)
(d)
Gambar 6. Tegangan geser yang terjadi pada model setelah pembebanan (a) sistem blok tanpa sambungan; (b) sistem blok dengan 1 sambungan; (c) sistem blok dengan 2 sambungan; (d) sistem blok dengan 3 sambungan
Karena tumpuan tegangan yang dominan di area sambungan ini tidak diimbangi dengan kekuatan material blok  yang tinggi, maka kekuatan sistem blok menjadi berkurang. Terlebih jika  dipercepat  dengan  terjadinya  pelapukan  batuan,  sehingga  akan  mengurangi  kekuatan material blok. Sehingga ketika menggunakan sistem dry masonry ini, penggunaan bahan perlu dipertimbangkan  dengan  baik,  terutama  pada  sambungan  dan  bentuk  sistem  sambungannya. Bentuk sambungan yang tidak memiliki sudut dapat meminimalkan tumpuan tegangan geser pada  sambungan.  Namun,  perlu  analisis  lebih  lanjut  untuk  menentukan  material  dan  jenis sambungan  yang  paling  efektif  untuk  digunakan  sebagai  sistem  struktural  atau  sistem perkuatan dinding penahan tanah.
Gambar 7. Tumpuan tegangan yang terjadi pada sambungan blok

## KESIMPULAN
Berdasarkan hasil analisis numerik, penerapan sistem sambungan ( joint ) pada blok batu dapat meningkatkan kuat geser di sistem blok yang tidak menggunakan sistem perekat seperti semen  atau  material  lainnya.  Penerapan  sistem  sambungan  ini  juga  sangat  mudah  untuk diterapkan,  seperti  pada  sistem  Candi  Borobudur.  Dimana  sistem  yang  digunakan  di  Candi Borobudur  dapat  menahan  beban  layanan,  serta  beban  gempa  hingga  ratusan  tahun  lebih. Namun,  dari  penelitian  ini  ditemukan  bahwa  terdapat  tumpuan  atau  konsentrasi  tegangan geser di area sambungan, yang memerlukan penelitian lebih lanjut untuk menentukan material dan  jenis  sambungan  yang  paling  efektif  untuk  diadaptasi  sebagai  sistem  struktural  ataupun perkuatan.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  ABAQUS  CAE.  (2017). Abaqus  6.14  Abaqus/Cae  User’s  Guide assault  S st mes Simulia Corp., Providence, RI, USA
[2] Ayed, H.B., Limam, O., Aidi, M., Jelidi, A. (2016). “Experimental and Numerical Study of  Interlocking  Stabilized  Earth  Blocks  Mechanical  Behavior”. Journal  of  Building Engineering. Vol. 7. Hlm: 207-216.
[3]  ASTM  D  3080-03. Standard  Test  Method  for  Direct  Shear  Test  of  Soils  Under Consolidated Drained Conditions.
[4]  Brahmantara  (2008).  “Pengaruh  Gaya  Gempa  terhadap  Kestabilan  Struktur  Pola  Susun Batu  Candi ” . Jurnal  Konservasi  Cagar  Budaya  Borobudur.  Vol.  2,  No.  1,  Desember 2008, Hlm: 37-39 .
[5]  Habsya,  C.,  Rahmawati,  A.,  Sumarni,  S.  (2014).  “Lockbrick  Modular  Beton  untuk Alternatif  Bahan  Dinding  yang  Memenuhi  Mutu  SNI  dengan  Biaya  Murah ” . Jurnal Arsitektur Sinektika. Vol. 14, No. 2, Juli 2014, Hlm: 234-242 .
[6]  Hidalgo-Leiva,  D.A.,  Barbat,  A.H.,  Pulades,  L.G.,  Garcia,  D.  (2016).  “Experimental analysis of in-plane shear strength of reinforced concrete masonry walls and its seismic behavior”. Brick and Block Masonry: Proceedings of  the 16th International  Brick and Block Masonry Conference , Hlm: 2295-2302 .
Jurnal Manajemen Aset Infrastruktur & Fasilitas  – Vol. 6, No. 1, Juli 2022
[7]  Hidayat,  V.S.  (2018).  Analisis  Numerik  Perilaku  Dinding  Batako-Kait  dengan  Metode Elemen Hingga. Tugas Akhir Sarjana Teknik Sipil. Universitas Islam Indonesia.
[8]  Jeslin,  Jeba  A.,  Padmanaban,  I.  (2020)   “Experimental  Studies  on  Interlocking  Block  as Wall Panels ” . Materials Today: Proceedings. 21. Hlm: 1-6.
[9]  Khennane, A. (2013). Finite Element  Analysis Using MATLAB and Abaqus . CRC Press. Boca Raton.
[10] Kumar, P.T., Vigneshvar, R. (2014)  “Development of an Innovative Interlock Blocks” Journal of Civil Engineering and Environmental Technology , Vol. 1, No. 5, Hlm. 114- 118.
[11]  Puspitasari,  Dian  E.,  Setyawan,  H.,  Rini,  Winda  D.P.  (2010). Kearsitekturan  Candi Borobudur . Balai Konservasi Peninggalan Borobudur. Magelang.
[12]  Redi-Rock  International.  (2016)   “Positive  Connection  System  Design  Guide” www.redi-rock.com
[13]  SNI  3420-2016. Metode  Uji  Kuat  Geser  Langsung  tidak  Terkonsolidasi  dan  tidak Terdrainase .
Jurnal Manajemen Aset Infrastruktur & Fasilitas  – Vol. 6, No. 1, Juli 2022