## PEMODELAN PERILAKU KERUNTUHAN BALOK TINGGI AKIBAT PENURUNAN PONDASI DI ATAS TANAH LUNAK KOTA BANJARMASIN MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA 3D
oleh : Elia Anggarini
Teknik Sipil Universitas Muhammadiyah Banjarmasin Email : lia.teweh@gmail.com

## Irwandy Muzaidi
Teknik Sipil Universitas Muhammadiyah Banjarmasin Email : irwann.muzaidi@gmail.com
Abstrak : Proses penurunan pondasi diakibatkan oleh terkompresinya lapisan tanah di bawah pondasi akibat  beban  struktur.  Secara  umum  terdapat  dua  jenis  penurunan  yaitu  penurunan  segera  dan penurunan  konsolidasi.  Jumlah  kedua  jenis  penurunan  ini  merupakan  penurunan  total  yang  terjadi. Tanah lunak/ lempung memiliki kedua jenis penurunan ini. Perilaku dan karakteristik balok tinggi sangat berbeda  dengan  perilaku  dan  karakteristik  balok  yang  mempunyai  perbandingan  normal.  Pada  balok tinggi  akan  dominan  terjadi  keruntuhan  geser,  dimana  keruntuhan  bersifat  getas  tanpa  adanya peringatan  berupa  lendutan  yang  berarti. Pada  balok  tinggi  digunakan  beton  mutu  sangat  tinggi  agar ketahanan  serta  kekakuan  struktur  lebih  seimbang.  Metode  penelitian  yang  digunakan  adalah  studi literatur dengan mendalami materi yang relevan meliputi berbagai buku teks, jurnal ilmiah, peraturan dan  Standar Nasional   maupun   Internasional,   membuat   permodelan   balok   tinggi   beton   bertulang dengan  menggunakan software ANSYS,      membuat      permodelan    balok    tinggi      dengan    variasi penurunan  pondasi.  Hasil  dari  penelitian  ini  untuk  mendapatkan  persamaan  fungsi  beban  terhadap lendutan yang terjadi pada balok tinggi yang mengalami penurunan pondasi/ tumpuan dengan softwa re ANSYS.  Model  tersebut  adalah  model  EA.IM.BT.0,  model  EA.IM.BT.100,  model  EA.IM.BT.200,  model EA.IM.BT.500 dan model EA.IM.BT.750 .
Kata Kunci : pondasi, ANSYS, lendutan, tanah lunak
Abstract : The process of decreasing the foundation is caused by the compression of the subsoil under the foundation due to structural loads. In general there are two types of decreases namely immediate decreases and consolidation decreases. The sum of these two types of decline is the total decrease that occurred. Soft / clay soils have both types of subsidence. The behavior and characteristics of the high beam are very different from the behavior and characteristics of the beam which have a normal comparison. In the deep beam the shear collapse will be dominant, where the collapse is brittle without warning of meaningful deflection. In deep  beams  very  high  strenght  concrete  is  used  so  that  the  durability  and  structural  stiffness  are  more balanced. The research method used is a literature study carried out by exploring relevant material, which includes  various  textbooks,  scientific  journals,  regulations  and  National  and  International  Standards, making modeling of reinforced concrete high beam using ANSYS software, making a high beam modeling with variations in reduction Foundation. The results of this study are to get the equation of the load function of deflection that occurs in high beams which have decreased foundation / footing with ANSYS Software. The models  are  EA.IM.BT.0.0  model,  EA.IM.BT.100  model,  EA.IM.BT.200  model,  EA.IM.BT.500  model  and EA.IM.BT.750 model.
Keyword : foundation, ANSYS, deflection, soft soil

## Pendahuluan
Pada  saat  sekarang  pembangunan  gedung bertingkat  di  Indonesia  semakin  banyak dipergunakan. Bangunan bertingkat umumnya  digunakan  sebagai  gedung- gedung pemerintah seperti perkantoran dan rumah  sakit.  Selain  itu  pembangunan gedung  bertingkat  di  Indonesia  dapat  juga dijadikan sebagai investasi seperti apartement,  hotel,  mall,  dll.  Hal  ini mengakibatkan kebutuhan akan lahan yang luas  semakin  sulit  diperoleh  sehingga pembangunan  gedung  bertingkat  akan berpengaruh  pada  bentuk  bangunan  yang cenderung tidak beraturan.
Kota Banjarmasin merupakan kota berkembang, terutama di bidang infrastruktur,  tidak  sedikit  bangunan  besar di  Kota  Banjarmasin  menggunakan  elemen struktur  berupa  balok  tinggi.  Balok  tinggi umumnya  digunakan  pada  portal  bentang panjang agar elemen mempunyai kekakuan yang tinggi. Kota Banjarmasin juga memiliki tanah  rawa  yang  memiliki  daya  dukung sangat  rendah  secara  menyeluruh.  Dimana lapisan  tanah  kerasnya  berada  di  antara kisaran 30 m sampai dengan 50 m, sehingga dalam membangun suatu struktur bangunan digunakan  tiang  pondasi  di  bawah  pondasi telapak.  Akibatnya  banyak  sekali  terdapat bangunan miring dan elemen struktur yang mengalami  keruntuhan  berupa  deformasi dan  keretakan.  Daya  dukung  tanah  di Banjarmasin  dikenal  memiliki  nilai  yang sangat  rendah,  sehingga  dapat  dilihat  pada bangunan-bangunan  yang  ada  di  Kota Banjarmasin  mengalami  kemiringan  yang diakibatkan  oleh  penurunan  pondasi. Penelitian ini merupakan hasil permodelan komputer software ANSYS  Versi  ED.  9.00 terhadap  perilaku  keruntuhan  elemen struktur balok tinggi beton bertulang mutu tinggi.  Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah untuk  mengetahui  perilaku  balok  tinggi
akibat  penurunan  pondasi  yang  terjadi  di atas tanah lunak.

## Perumusan Masalah
Bagaimana perilaku daktilitas kurvatur yang terjadi  pada  balok  tinggi  yang  mengalami penurunan  pondasi/  tumpuan  dengan bantuan software ANSYS.

## Penurunan Pondasi
Proses penurunan pondasi diakibatkan oleh terkompresinya  lapisan  tanah  di  bawah pondasi  akibat  beban  struktur.  Secara umum  terdapat  dua  jenis  penurunan,  yaitu 1)  penurunan  segera  yang  dikontribusikan oleh  sifat  elastik  tanah  dan  terjadi  segera setelah lapisan tanah menerima beban, dan 2)  penurunan  konsolidasi,  yang  terjadi akibat  keluarnya  sebagian  kandungan  air dari  lapisan  tanah  sehingga  tanah  menjadi lebih  mampat.  Penurunan  konsolidasi  ini terjadi dalam rentang waktu yang lebih lama dan  jauh  lebih  besar  dibanding  penurunan segera.  Jumlah  kedua  jenis  penurunan  ini merupakan  penurunan  total  yang  terjadi. Tanah jenis lunak/ lempung memiliki kedua jenis penurunan ini.
Konsolidasi primer adalah yaitu penurunan yang  disebabkan  perubahan  volume  tanah selama  periode  keluarnya  air  pori  dari tanah. Pada penurunan ini, tegangan air pori secara  kontinyu  berpindah  ke  dalam tegangan  efektif  sebagai  akibat  dari keluarnya  air  pori.  Penurunan  konsolidasi ini  umumnya  terjadi  pada  lapisan  tanah kohesif.  Pada  akhir  konsolidasi  primer (setelah tegangan air pori U = 0), penurunan pada  tanah  masih  tetap  terjadi  sebagai akibat  dari  penyesuaian  plastis  butiran tanah.  Tahapan  konsolidasi  ini  dinamakan konsolidasi sekunder.

## Gambar 1. Ilustrasi terjadinya konsolidasi primer

## Balok Tinggi
Balok  tinggi  merupakan  elemen  struktural yang mempunyai rasio bentang balok dari as ke  as  terhadap  tinggi  balok  yang  tidak melebihi 2,0 untuk bentang sederhana (L/H < 2,0) dan 2,5 untuk balok menerus (L/H < 2,5) (Shahidul I., 2012). Balok tinggi banyak digunakan  dalam  dunia  konstruksi  seperti balok  transfer  geser,  balok  jembatan, dinding pondasi, dinding geser dan lain-lain. Berdasarkan  hasil  penelitian  Patil  (2013) dapat  diketahui  bahwa  keruntuhan  utama balok  tinggi  adalah  disebabkan  oleh  retak geser  diagonal  yang  terjadi  pada  badan balok  dan  semakin  tinggi  balok  maka kekuatan lentur balok juga akan meningkat.

## Beton Bertulang Mutu Tinggi
Beton  mutu  tinggi  adalah  beton  yang mempunyai  kuat  tekan  tinggi,  ketahanan dan  kemampuan  yang  tinggi  terhadap berbagai  keadaan  lingkungan.  Beton  mutu tinggi juga memiliki modulus elistisitas yang tinggi, rendah permeabilitas dan ketahanan terhadap serangan dari beberapa kerusakan (Neville  dan  Aitcin,  1997).  Menurut klasifikasi  kekuatannya,  beton  mutu  tinggi dengan  kuat  tekan  50 MPa  sampai  80  MPa dan  beton  mutu  sangat  tinggi  dengan  kuat tekan lebih dari 80 MPa.
Grafik  hubungan  tegangan  dan  regangan beton  mutu  tinggi  usulan  Popovics  dapat dilihat pada gambar 2 di bawah ini.
Gambar 2. Grafik Tegangan-Regangan Beton Mutu Tinggi dan Mutu Sangat Tinggi Usulan Popovics (1973)

## Metodologi Penelitian
Metode penelitian yang digunakan adalah: Studi    literatur    dilakukan    dengan mendalam  materi    yang    relevan    dengan penelitian,  yang  meliputi    berbagai    buku teks, jurnal  ilmiah, peraturan dan  Standar Nasional    maupun  internasional.  Pada permodelan  elemen  hingga,  ada  sistem  di mana  peneliti  harus  menentukan  terlebih dahulu  bagaimana  dan  dengan  cara  apa mengambil sudut pandang, perlakuan, serta perilaku  alami  suatu  bahan  menyusun sampel  percobaan  tersebut.  (2)  Modeling, penelitian  ini  dilakukan  dengan  bantuan software  komputasi  ANSYS  versi  9.0.  Pada permodelan  akan  dilakukan  secara  3D full scale  solid  element untuk  seluruh  bagian elemen. Pendeskripsian element types untuk input ANSYS balok tinggi dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3. Element Types untuk Input

## ANSYS
Tabel 1. Data Model Elemen Balok Beton

## Bertulang di ANSYS
Material Elemen Dimensi Element Type Beton Balok 800 mm x 400mm SOLID 65 Baja Tulangan Tarik 1D22 (As=628 mm 2 ) SOLID 45 Tulangan Tekan 1D12 (As=628 mm 2 ) Baja Tulangan Geser  6-125 mm SOLID 45 Baja Tumpuan /Tumpua n Beban 200 mm x 100 mm x 50 mm SOLID 45 Dalam penelitian ini diambil kasus struktur beton
bertulang yang tumpuannya mengalami  penurunan  sebelah  akibat  daya dukung  tanahnya  lunak  seperti  kasus  di Banjarmasin.  Kemudian  penurunan  tanah diaplikasikan dengan melakukan menurunan  pada  salah  satu  tumpuan.  (3) Implementasi  Modeling,  balok  tinggi  yang digunakan  dalam  analisa  elemen  hingga dengan  ANSYS  ada  dua  jenis  model,  yaitu balok  tinggi  yang  dianalisa  sesuai  uji eksperimental  Arabzadeh,  dkk  (2011) (balok  tinggi  validasi)  yang  menggunakan mutu beton sangat tinggi yaitu 90 MPa. Hasil analisis ANSYS nantinya akan menggambarkan  perilaku  balok  tinggi terhadap  beban  ultimit  yang  diberikan
berupa defleksi, keretakan, dan kehancuran beton.  Kemudian  hasil  tersebut  akan dibandingkan  dengan  hasil  eksperimental sebelumnya untuk mendapatkan suatu pola keruntuhan  berupa  lendutan  untimit  dan leleh  pada  balok  tinggi.  (4)  Analisis  Hasil, hasil analisis dari ANSYS akan mendapatkan nilai lendutan maksimum dan lendutan daat leleh  yang  menghasilkan  nilai  daktilitas kurvatur  yang  terjadi  akibat  beban  ultimit yang diberikan.

## Gambar 4. Diagram Alir Penelitian

## Hasil Pembahasan
Berikut  adalah  konfigurasi  model  yang digunakan dalam pemodelan penelitian ini.

## Tabel 2. Konfigurasi model penelitian
No Kode fc’ Tul. Tarik Tul. Tekan Tul. Geser Penurunan Pondasi (Tumpuan) 1 EA.IM.BT.0 90 Mpa 1D22 1D12 Ø6-75 0 mm 2 EA.IM.BT.100 100 mm 3 EA.IM.BT.200 200 mm 4 EA.IM.BT.500 500 mm 5 EA.IM.BT.750 750 mm Keterangan :
EA.IM.BT.XX
EA   :  Singkatan nama peneliti 1 (Elia Anggarini) IM  :  Singkatan nama peneliti 2 (Irwandy Muzaidi) BT  :  Balok Tinggi XX  :  Nilai penurunan pondasi (mm)

## Gambar 5. Balok Tinggi Validasi dan Model
Berdasarkan  hasil  dari  analisis software
ANSYS  dapat  diketahui  nilai  beban  dan lendutan  yang  terjadi  pada  setiap  model benda uji.

## Model EA.IM.BT.0
Pada  model  ini  tidak  diberikan  penurunan pada  tumpuan.  Dari  hasil  pemodelan  nilai beban  maksimum  yang  dapat  dipikul  oleh model  ini  adalah  sebesar  300  kN  dengan nilai lendutan adalah 1.635 mm.
Diagram  kontur  lendutan  balok  model EA.IM.BT.0  pada  saat  retak  pertama  dan retak  ultimit  terjadi  pada  tengah  bentang balok  dengan  fc’ mutu  beton  sangat  tinggi
adalah  sebesar  90  MPa  dapat  dilihat  pada Gambar 6 dan 7.
Gambar 6. Diagram Kontur Lendutan Retak Pertama
Gambar 7. Diagram Kontur Lendutan Retak Ultimit
Hasil  dari  pengujian  lendutan  balok  tinggi model  EA.IM.BT.0  dapat  dilihat  Gambar Grafik 8 berikut.
Gambar 8. Grafik P – δ Model EA -IM-BT-0

## Model EA.IM.BT.100
Pada  model  ini  penurunan  pondasi mengalami  penurunan  sebesar  100  mm  di posisi  tumpuan  sebelah  kanan.  Dari  hasil pemodelan  nilai  beban  maksimum  yang dapat dipikul oleh model ini adalah sebesar 210 kN dengan nilai lendutan adalah 21,012 mm.
Diagram  kontur  lendutan  balok  model EA.IM.BT.100  pada  saat  retak  pertama  dan retak  ultimit  terjadi  pada  tengah  bentang balok  dengan  fc’  sebesar  90  MPa  dapat dilihat pada Gambar 9 dan 10.

## Gambar 9. Diagram Kontur Lendutan
Retak Pertama

## Gambar 10. Diagram Kontur Lendutan Retak Ultimit
Hasil  dari  pengujian  lendutan  balok  tinggi model  EA.IM.BT.100  dapat  dilihat  Gambar Grafik 11 berikut
Gambar 11. Grafik P – δ Model EA -IM-BT- 100

## Model EA.IM.BT.200
Pada  model  ini  penurunan  pondasi mengalami  penurunan  sebesar  200  mm  di posisi  tumpuan  sebelah  kanan.  Dari  hasil pemodelan  nilai  beban  maksimum  yang dapat dipikul oleh model ini adalah sebesar 65 kN dengan nilai lendutan adalah 23,754 mm Diagram  kontur  lendutan  balok  model EA.IM.BT.200  pada  saat  retak  pertama  dan retak  ultimit  terjadi  pada  tengah  bentang balok  dengan  fc’  sebesar  90  MPa  dapat dilihat pada Gambar 12 dan 13.
0 50 100 150 200 250 300 350 0 0.10.20.30.40.50.60.70.80.9 1 1.11.21.31.41.51.61.71.8 B eb an T er p u sat ( k N ) Lendutan (mm) EA-IM-BT-0
Gambar 12. Diagram Kontur Lendutan Retak Pertama

## Gambar 13. Diagram Kontur Lendutan Retak Ultimit
Hasil  dari  pengujian  lendutan  balok  tinggi model  EA.IM.BT.200  dapat  dilihat  Gambar Grafik 14 berikut.
Gambar 14. Grafik P – δ Model EA -IM-BT- 200

## Model EA.IM.BT.500
Pada  model  ini  penurunan  pondasi mengalami  penurunan  sebesar  500  mm  di posisi  tumpuan  sebelah  kanan.  Dari  hasil pemodelan  nilai  beban  maksimum  yang dapat dipikul oleh model ini adalah sebesar 55 kN dengan nilai lendutan adalah 22,389 mm.
Diagram  kontur  lendutan  balok  model EA.IM.BT.500  pada  saat  retak  pertama  dan retak  ultimit  terjadi  pada  tengah  bentang balok  dengan  fc’  sebe sar  90  MPa  dapat dilihat pada Gambar 15 dan 16.

## Gambar 15. Diagram kontur Lendutan
Retak Pertama

## Gambar 16. Diagram Kontur Lendutan Retak Ultimit
Hasil  dari  pengujian  lendutan  balok  tinggi model  EA.IM.BT.500  dapat  dilihat  Gambar Grafik 17 berikut
Gambar 17. Grafik P – δ Model EA -IM-BT- 500

## Model EA.IM.BT.750
Pada  model  ini  penurunan  pondasi mengalami  penurunan  sebesar  750  mm  di posisi  tumpuan  sebelah  kanan.  Dari  hasil pemodelan  nilai  beban  maksimum  yang dapat dipikul oleh model ini adalah sebesar 130 kN dengan nilai lendutan adalah 24.022 mm Diagram  kontur  lendutan  balok  model EA.IM.BT.750  pada  saat  retak  pertama  dan retak  ultimit  terjadi  pada  tengah  bentang balok  dengan  fc’  sebesar  90  MPa  dapat dilihat pada Gambar 18 dan 19.
Gambar 18. Diagram Kontur Lendutan

## Retak Pertama

## Gambar 19. Diagram Kontur Lendutan Retak Ultimit
Hasil  dari  pengujian  lendutan  balok  tinggi model  EA.IM.BT.750  dapat  dilihat  Gambar Grafik 20 berikut
Gambar 20. Grafik P – δ Model EA -IM-BT- 750
Sedangkan  hubungan  lendutan  maksimum dengan model balok seperti di bawah ini.
Gambar 21. Grafik Lendutan Maksimal
Hasil  dari  pengujian  lendutan  Balok  Tinggi Beton Beton Mutu Tinggi menggunakan FEA ANSYS  pada  dilakukan  menghasilkan peningkatan nilai lendutan pada balok tinggi yang  pondasinya  mengalami  penurunan sangat signifikan.

## Hasil Pengujian Daktilitas Kurvatur
Hasil  dari  pengujian  daktilitas  kurvatur balok  tinggi  beton  beton  mutu  tinggi menggunakan FEA  ANSYS dapat lihat pada Tabel 3 dan Gambar 21 berikut.

## Tabel 3. Nilai Daktilitas Kurvatur Pada Model Balok Tinggi
Kode Balok Kurvatur Leleh Kurvatur Ultimit Daktilitas Kurvatur Model 1 0.211 1.635 7.733 Model 2 12.564 21.012 1.672 Model 3 20.009 23.755 1.187 Model 4 20.109 22.389 1.113 Model 5 21.009 24.675 1.175

## Gambar 22. Grafik Daktilitas Kurvatur
Dari Gambar 22 dapat diketahui bahwa pada balok  tinggi  yang  mengalami  penurunan pada  pondasinya  memiliki  nilai  daktilitas kurvatur kurang dari 4 (syarat untuk beban gravitasi)  yang  menyebabkan  balok  tinggi bersifat  getas.  Sehingga  perencana  pondasi
pada suatu perencanaan konstruksi bangunan  harus  diperhitungkan  dengan sungguh-sungguh  agar  penurunan  pondasi tidak terjadi.

## Kesimpulan
Berdasarkan  analisis  terhadap  data  dan hasil pengolahan yang dilakukan dihasilkan kesimpulan  yang  sesuai  dengan  tujuan penelitian yaitu :
Dari  hasil  permodelan  dengan  bantuan software ANSYS diketahui bahwa pada balok tinggi  yang  mengalami  penurunan  pada pondasinya memiliki nilai daktilitas kurvatur kurang dari 4 (syarat untuk beban gravitasi)  yang  menyebabkan  balok  tinggi bersifat  getas.  Sehingga  perencana  pondasi pada suatu perencanaan konstruksi bangunan  harus  diperhitungkan  dengan sungguh-sungguh

## Daftar Pustaka
Arabzadeh.  A,  R.  Aghayari,  Ali  Reza  Rahai (2011),  Investigation  of  Experimental and  Analytical  Shear  Strength  of Reinforced  Concrete  Deep  Beams. International Journal of Civil Engineering. Darmansyah  Tjitradi,  Eliatun  Eliatun  and Syahril  Taufik  (2017),  3D  ANSYS Numerical  Modeling  of  Reinforced Concrete Beam Behavior under Different Collapsed Mechanisms, International Journal of Mechanics and Applications,  Volume  7(1):  pp.  14-23
DOI:
10.5923/j.mechanics.20170701.02. Darmansyah  Tjitradi  (2015),  Permodelan Perilaku  Keruntuhan  Balok  Tinggi Beton  Bertulang  Menggunakan  Ansys,
Program Magister Teknik Sipil Universitas Lambung Mangkurat, Banjarmasin.
Das,  B.M.,  2008,  Advanced  Soil  Mechanics, edisi 3, Taylor and Francis, USA.
Handiyatmo,  C.H.,  2003,  Mekanika  Tanah,
Beta Offset, Yogyakarta Iswan, dkk. 2016. Study Analisis Penurunan Tanah  Lempung  Lunak  dan  Lempung
Organik Menggunakan Pemodelan
Matras  Beton  Bambu  dengan  Tiang. Jurnal Rekayasa, Vol. 20, No. 3.
K.Suknam, and H. Andrew G. 2004. Average Degree  of  Consolidation  in  Normally
Consolidated  Soil  Considering  the Change  of  Coefficient  of  Consolidation with  Time.  Electronic  Journal  of Geotechnical Engineering Marzuki  Akhmad,  Alpiannor,  (2016),
Evaluasi  Kegagalan  Pondasi  Pada Gedung Bertingkat (Studi Kasus: Proyek Pembangunan  Ruko  3  Lantai – Banua Anyar Banjarmasin), Prosiding Seminar Nasional Geoteknik.
P,  Yudi  dan  S.  Riza.  2017.  Evaluasi Penurunan  Gedung  Dan  Metode
Perbaikannya (Studi Kasus: Kantor Pos Balikpapan). Jurnal Teknik Mesin (JTM): Vol. 06, No. 2
S.  Handali,  dkk.  2013.  Pola  Kerusakan Bangunan Di Tanah Lempung Ekspansif Di  Ngawi  Jawa  Timur.  Majalah  Ilmiah UKRIM Edisi 1.
Swami P. S, Patil S. S, and Kore P. N, (2015),
Behavior Of Concrete Deep Beams With
High Strength
Reinforcement,
International  Journal  Of  Current Engineering  And  Scientific  Research (Ijcesr) Volume-2, Issue-9. Umesh  Wani,  Prof.  Sanjay  Bhadke  (2017), Deep  Beam  Analysis  Using  FEM Program and ANSYS for ISO - parametric elements,  International  Journal  of Innovative Research in Science,
Engineering  and  Technology  Vol.  6, Special Issue 11
Wight,  J.K.,  MacGregor,  J.G.  (2012). Reinforced  Concrete:  Mechanics  & Design, 6th ed. Pearson (New Jersey)