## ANALISIS STABILITAS COFFERDAM JEMBATAN DENGAN KOMBINASI PERKUATAN PADA JEMBATAN WAMPU SUMATERA UTARA
Novia Komala Sari 1 , Zakwan Gusnadi 2 , dan Fitriana Sarifah 3
1 Jurusan Teknik Sipil, Universitas Siliwangi, Jl. Siliwangi No. 24 Tasikmalaya viakomala@unsil.ac.id
2 Jurusan Teknik Sipil, Universitas Siliwangi, Jl. Siliwangi No. 24 Tasikmalaya zakwangusnadi@unsil.ac.id
3 Jurusan Teknik Sipil, Universitas Siliwangi, Jl. Siliwangi No. 24 Tasikmalaya fitriana.sarifah@unsil.ac.id
Masuk: 12-08-2023, revisi: 30-10-2023, diterima untuk diterbitkan: 02-11-2023

## ABSTRACT
Soil strength can be reduced through saturation on the slopes beneath bridge and excessive loading. This reduction can undoubtedly affect the stability of these slopes with the possibility of causing landslide issues in the future. In Addition,  it  has  been  observed  that  the  issues  of  landslides  on  slopes  are  generally  caused  by  reduced  soil  shear strength or the addition of shear forces with subsequent effects on the overall bridge structure. This means there is a need for an early prediction mechanism for the landslide to plan and design the appropriate reinforcement system to minimize  the  potential  instability  of  slopes  in  the  future.  Therefore,  this  research  was  conducted  to  determine  the effective reinforcement system by creating the cofferdam to address the issues of soil saturation and increased load caused  by  heavy  machinery  operations.  The  process  involved  the  adoption  of  the  PLAXIS  software  based  on  2- dimensional  finite  element  analysis  to  model  the  quite  complex  combination  of  loads  and  reinforcement.  The reinforcement  used  in  the  cofferdam  system  include  sheet  piles,  piles,  and  gabions.  The  results  showed  that  the reinforcement combination placed the safety factor into the stable category and met the allowed safety requirements. Moreover, the internal forces within the sheet piles were found to be smaller than their structural capacity.
Keywords: cofferdam; finite element method; reinforcement; stability

## ABSTRAK
Penjenuhan tanah pada lereng di bawah jembatan dan pembebanan yang berlebih dapat menyebabkan pengurangan kekuatan tanah. Pengurangan kekuatan tanah tentu saja akan berdampak pada kestabilan lereng di bawah jembatan, serta  dapat  mengakibatkan  masalah  longsoran  dikemudian  hari.  Secara  umum  masalah  longsoran  pada  lereng diakibatkan oleh pengurangan kuat geser tanah atau penambahan gaya geser yang terjadi. Pada kasus lereng jembatan tentu  saja  masalah  longsoran  ini  akan  mempengaruhi  struktur  jembatan  secara  keseluruhan.  Apabila  mekanisme longsoran dapat diprediksi sejak awal maka sistem perkuatan dapat direncanakan sesuai kebutuhan, sehingga dapat memperkecil potensi ketidakstabilan lereng dimasa yang akan datang.  Penelitian ini bertujuan untuk mencari sistem perkuatan  yang  efektif  dengan  membuat cofferdam untuk  menangani  masalah  penjenuhan  tanah  dan  penambahan beban  akibat  alat  berat  yang  bekerja.  Untuk  memodelkan  kombinasi  beban  dan  perkuatan  yang  cukup  kompleks digunakan bantuan software PLAXIS berbasis elemen hingga 2 dimensi dalam proses analisis. Tipe perkuatan yang digunakan  pada  sistem cofferdam diantaranya sheet  pile ,  cerucuk,  dan  Gabion.  Hasil  analisis  menunjukan  bahwa dengan kombinasi perkuatan tersebut faktor keamanan yang dihasilkan masuk dalam kategori stabil dan memenuhi syarat  aman  yang  diijinkan.  Kemudian  gaya  dalam  yang  terjadi  pada sheet  pile masih  lebih  kecil  dari  kapasitas strukturalnya.
Kata kunci: cofferdam ; metode elemen hingga; perkuatan; stabilitas

## 1. PENDAHULUAN
Wilayah  Indonesia  yang  memiliki  kondisi  geografis  beragam  merupakan  salah  satu  alasan  jembatan  menjadi infrastruktur yang sangat dibutuhkan. Dimana struktur jembatan ini nantinya akan terkoneksi dengan abutment, pilar, dan fondasi yang akan menyalurkan beban ke tanah dasar. Dalam proses pembangunannya seringkali digunakan alat berat untuk mempermudah dan mempercepat waktu konstruksi. Alat berat ini biasanya ditempatkan di area permukaan diatas  lereng  abutment  atau  lereng  pilar  jembatan.  Pada  lokasi  jembatan  yang  sebagiannya  adalah  tanah  timbunan dibutuhkan suatu sistem perkuatan untuk menjaga area tanah di sekitarnya tetap stabil.
Masalah  stabilitas  merupakan  salah  satu  aspek  utama  yang  harus  diperhitungkan  dalam  merencanakan  lereng timbunan tanah di sekitar jembatan. Apabila kondisi stabilitas lereng tidak diperhitungkan risiko terjadi kegagalan kedepan akan semakin besar. Masalah  stabilitas pada lereng harus ditinjau pada kondisi  statik dan kondisi gempa. Selain itu juga perlu diperhitungkan terhadap pasang surutnya air sungai berkaitan dengan penjenuhan tanah di sekitar cofferdam yang dapat mengurangi stabilitas sistem perkuatan cofferdam serta memperbesar deformasi yang terjadi. (Luanga  &  J.Susilo,  2022)  mengungkapkan  berdasarkan  hasil  penelitiannya  melalui  simulasi  numeris,  kondisi penjenuhan tanah dapat membuat deformasi pada dinding penahan tanah.
Dalam metode perhitungan stabilitas lereng umumnya ada dua metode yang sering digunakan yaitu Limit Equilibrium Method (LEM)  dan Finite  Element  Method (FEM).  LEM  merupakan  metode  perhitungan  stabilitas  lereng  yang membandingkan  kondisi  kesetimbangan  gaya  pendorong  dan  gaya  penahan  lereng  (Fredlund  &  Krahn,  1977). Sedangkan FEM merupakan metode perhitungan dengan mereduksi kuat geser tanah hingga mengalami keruntuhan (Dawson et al., 1999). Perbedaaan mendasar dari kedua metode ini adalah pada bidang keruntuhannya, pada metode LEM  bidang  keruntuhan  yang  didapat  merupakan  asumsi  awal,  sedangkan  pada  metode  FEM  bidang  keruntuhan diperoleh  secara  otomatis  dari  hasil  perhitungan  pada  bidang  paling  kritis  (Matsui  &  San,  1992)  (Duncan,  1996). (Liong  &  Herman,  2012)  dalam  penelitiannya  membandingkan  antara  kedua  metode  tersebut  dan  menyimpulkan bahwa nilai faktor keamanan dan prediksi pola keruntuhan dari kedua metode tersebut memiliki kecenderungan yang sama.
Penelitian  ini  akan  membahas  mengenai  kombinasi  perkuatan  yang  digunakan  dalam  sistem cofferdam jembatan menggunakan Finite Element Method (FEM). Melalui analisis yang dilakukan perilaku stabilitas dari lereng jembatan dapat diprediksi secara lebih baik sehingga dapat diketahui sistem perkuatan yang efektif dan memenuhi persyaratan yang ditetapkan oleh Standar Nasional Indonesia (SNI). Lebih lanjut reaksi gaya yang terjadi pada sistem perkuatan cofferdam dapat diprediksi dan dikontrol terhadap kapasitas struktural yang diijinkan.

## 2. METODE PENELITIAN
Gambar 1. Diagram Alir Penelitian
Gambar 1 menunjukan alur dan metode penelitian yang dilakukan. Metode penelitian yang dilakukan adalah sebagai berikut.
Mulai Pengumpulan Data Preliminary Design (perkiraan kebutuhan kombinasi perkuatan Cofferdam )
Analisis Stabilitas dan Kapasitas Struktural Sistem Perkuatan Cofferdam Kondisi Statik Kondisi Drawdown Kondisi Gempa Kontrol Syarat Analisis Hasil Kesimpulan Selesai OK NO Interpretasi Data Tanah dan Parameter Tanah
1. Pengumpulan data : merupakan tahap awal penelitian yang dilakukan untuk mengumpulkan data dan referensi. Data-data yang dikumpulkan diantaranya data tanah, gambar rencana, pembebanan.
2. Interpretasi  Data  :  Data-data  yang  telah  dikumpulkan  diinterpretasi  menjadi  geometri  yang  akan  dimodelkan dalam analisis.
3. Preliminary Design : merupakan perkiraan awal kebutuhan yang akan dimodelkan dalam analisis.
4. Analisis  Stabilitas  :  model  kemudian  dianalisis  dengan  beberapa  kondisi  dan  dikontrol  terhadap  syarat  yang diijinkan dalam SNI.

## Studi kasus
Lokasi  penelitian  yaitu  di  Jembatan  Wampu  Provinsi  Sumatera  Utara. Cofferdam dimaksudkan  untuk  penahan timbunan  dan  pelindung  dari  gerusan  air  sungai  serta  sebagai  pijakan  alat  berat  bekerja.  Timbunan  dibelakang cofferdam dimaksudkan  untuk  melindungi  sebagian  fondasi  yang  berada  di  lereng  sungai.  Gambar  2  menunjukan sketsa tampak atas cofferdam jembatan dan posisi penempatan alat berat.  Dalam pekerjaan fondasi digunakan Rig Drill dengan beban merata 76 kPa dan Crane 80 ton dengan beban merata 26.5 kPa.
Gambar 2. Cofferdam Jembatan Wampu

## Faktor keamanan stabilitas
Faktor  keamanan  stabilitas  merupakan  batasan  aman  yang  diijinkan  dalam  merencanakan  lereng  perkuatan. Berdasarkan SNI 8460:2017 faktor keamanan stabilitas untuk kondisi statik harus memenuhi minimal 1,5 dan untuk kondisi gempa harus memenuhi minimal 1,1.

## Kondisi tanah dasar dan kegempaan area penelitian
Dilokasi rencana cofferdam dilakukan 2 titik penyelidikan tanah berupa bor dalam dan uji SPT (BH-02 dan BH-03). Posisi  titik  penyelidikan  tanah  dan  grafik  hasil  uji  SPT  ditunjukan  pada  Gambar  3.  Hasil  penyelidikan  tanah menunjukan  tanah permukaan (0-3,5 m) merupakan jenis tanah Lempung Lanauan dengan konsistensi lunak hingga sedang.  Kemudian  pada  kedalaman  3,5  m  hingga  akhir  pemboran  merupakan  jenis  tanah  pasir,  dimana  pada kedalaman 3,5 – 20 m merupakan pasir dengan densitas lepas hingga padat dan kedalaman 20 – 27 m merupakan pasir dengan densitas sangat padat. Tanah keras dari hasil pemboran berada pada kedalaman 20 m dengan nilai pembacaan SPT >60.
Sesuai  ketentuan  yang  tercantum  dalam  SNI  8460:2017  pada  konstruksi  timbunan  perlu  dilakukan  pengecekan terhadap kondisi gempa dengan menggunakan percepatan batuan dasar berdasarkan peta gempa periode 500 tahun (10% dalam periode ulang 50 tahun) (BSNI, 2017). Berdasarkan peta sebaran gempa yang ditunjukan pada Gambar 4  diketahui  nilai  percepatan  gempa  di  batuan  dasar  (PGA)  lokasi  penelitian  sebesar  0,15  –  0,2  g.  Kemudian  nilai amplifikasi ditentukan berdasarkan klasifikasi situs terhadap nilai 𝑁 ̅ (BSNI, 2019). Dilokasi ini klasifikasi situs masuk dalam kategori SD (Tanah Sedang). Sehingga nilai fPGA adalah sebesar 1,4 – 1,5. Dengan demikian nilai percepatan di permukaan (PSA) dapat dicari dengan persamaan 1:
𝑃𝑆𝐴 = 𝑃𝐺𝐴 × 𝑓𝑃𝐺𝐴
(1)
dengan PGA = percepatan di batuan dasar (g), fPGA = faktor amplifikasi, dan PSA = percepatan di permukaan (g).
Berdasarkan persamaan di atas nilai PSA diperoleh sebesar 0,21  – 0,3 dan dalam pemodelan digunakan nilai PSA maksimum sebesar 0,3.
Gambar 3. Titik Penyelidikan Tanah dan Hasil Pengujian
Gambar 4. Peta PGA 10% dalam 50 tahun(Pusat Studi Gempa Nasional, 2017)

## Model elemen hingga
Analisis  dilakukan  dengan  program  bantu  Plaxis  2D.  tipe  model  dua  dimensi  yang  digunakan  adalah plane  strain dimana  kondisi  tegangan-regangan  disimulasikan  hanya  pada  sumbu  x  dan  y  (Yulianti  et  al.,  2023).  Geometri pemodelan seperti yang ditampilkan pada Gambar 5. Cofferdam menggunakan kombinasi perkuatan berupa Sheet Pile Beton tipe CPC-W-600-B dengan panjang 12 dan kapasitas moment crack 596 kN, Cerucuk baja profil IWF 150x100 dengan panjang 4m dan spasi pemasangan 50 cm, Gabion dengan dimensi 100 x 50 cm dengan tinggi total 4,5 m dan lebar base 7 m, serta geotextile woven T200 yang dipasang pada tanah timbunan per 2m.
Model konstitutif tanah dasar yang digunakan dalam analisis adalah Hardening Soil, dimana dalam model konstitutif ini  tanah memiliki  nilai kekakuan yang  berbeda  untuk kondisi loading dan unloading .  Tipe  mesh  yang  digunakan dalam model adalah fine dengan 15 node pada tiap elemennya.
Umumnya  dalam  metode  elemen  hingga  ada  dua  cara  untuk  analisis  stabilitas  lereng.  Pertama  dengan  cara meningkatkan  beban  dan  kedua  dengan  mereduksi  kekuatan  tanah  dasar  (Halder  et  al.,  2016).  Cara  yang  kedua merupakan  metode  yang  digunakan  dalam  program  PLAXIS.  Faktor  keamanan  dalam  program  PLAXIS  dihitung dengan cara (Brinkgreve et al., 2019):
ΣMsf = c c r = tan φ tan φ r (2)
dengan ΣMsf = faktor keamanan, c = kohesi (kN/m 2 ), c r = kohesi reduksi (kN/m 2 ), φ = sudut geser ( o ), dan φ r = sudut geser reduksi ( o ).
Gambar  5  merupakan  geometri  model  yang  digunakan  dalam  analisis.  Tahapan  konstruksi  yang  dilakukan  yaitu pemasangan cerucuk IWF 150x100, pemasangan  gabion dan timbunan sirtu hingga diatas MAT (sebagai platform kerja), pemasangan Sheet Pile CSP-W-600-B, pemasangan sand bag dan penimbunan tanah dibelakangnya dengan geotextile woven , pengaplikasian beban alat berat berupa rig drill dan crane dengan bebann merata sebesar 76 kPa dan 26,5 kPa, serta analisis kondisi drawdown dan gempa pseudostatik. Kondisi drawdown yang dimaksud dalam analisis adalah kondisi dimana tanah dibelakang cofferdam terjadi penjenuhan akibat muka air sungai naik hingga elevasi banjir.
Gambar 5. Geometri Model
Tabel  1.  merupakan  parameter  tanah  input  yang  digunakan  dalam  proses  analisis.  Parameter  tanah  ini  ditentukan berdasarkan korelasi nilai N SPT sesuai lapisan tanah yang telah ditentukan dari hasil pemboran.
Tabel 1. Parameter Tanah Input Jenis Tanah Model Konstitutif Kedalaman (m) c' (kPa) ϕ' ( o ) 𝐸 𝑜𝑒𝑑 𝑟𝑒𝑓 (kPa) 𝐸 50 𝑟𝑒𝑓 (kPa) 𝐸 𝑢𝑟 𝑟𝑒𝑓 (kPa) m  (kN/m 3 ) Lempung Lanauan Hardening Soil 0 - 3,5 5 25 4320 4320 12960 1 16 Pasir Hardening Soil 3,5 - 7 - 32 20427 20427 61280 0,5 17 Pasir Hardening Soil 7 - 22 - 34 22980 22980 68940 0,5 17 Pasir Hardening Soil 22 - 27 - 43 51067 51067 153200 0,5 18

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Bidang keruntuhan dan faktor keamanan stabilitas Cofferdam
Gambar 6. Bidang Keruntuhan dan Faktor Keamanan:  (a) Tanpa Perkuatan (b) Perkuatan Kondisi Statik (c) Perkuatan Kondisi Drawdown dan (d) Perkuatan Kondisi Gempa Pseudostatik
Gambar 6 memperlihatkan bidang keruntuhan dan faktor keamanan dengan dan tanpa perkuatan cofferdam . Fakor keamanan  timbunan cofferdam tanpa  perkuatan  sebesar  1,36  masih  belum  memenuhi  kriteria  desain  sebesar  1,5. Bidang keruntuhan yang terbentuk berdasarkan hasil analisis memotong sistem perkuatan Cofferdam . Pada kondisi statik dan drawdown bidang keruntuhan cenderung lebih pendek dibanding pada kondisi gempa, hal ini dikarenakan pada kondisi statik dan drawdown beban yang terjadi pada lereng hanya disebabkan oleh timbunan, beban alat berat, serta  beban  akibat  air.  Sedangkan  pada  kondisi  gempa  beban  pseudostatik  teraplikasi  pada  seluruh  geometri  yang dimodelkan.  Faktor  keamanan  yang  diperoleh  dengan  kombinasi  perkuatan  untuk  tiap  kondisi  yaitu  1,68  (kondisi statik), 1,59 (kondisi drawdown ), dan 1,19 (kondisi gempa). Faktor keamanan yang diperoleh tersebut secara umum dapat  dikategorikan  aman  dan  memenuhi  syarat  keamanan  minimum  yaitu  1,5  untuk  kondisi  statik  dan  1,1  untuk kondisi gempa.

## Gaya dalam sheet pile
Gambar 7 menunjukan besaran gaya dalam yang terjadi sepanjang kedalaman perkuatan. Jika meninjau gaya dalam yang  terjadi  pada  sheet  pile,  gaya  maksimum  yang  terjadi  adalah  pada  kondisi.  Hal  tersebut  sesuai  dengan  faktor keamanan yang dihasilkan berdasarkan hasil analisis dimana faktor keamanan terkecil diperoleh pada kondisi gempa pseudostatik. Posisi akumulasi gaya dalam terbesar pada sheet pile berada pada elevasi tanah dasar yaitu -5m (pada gambar 7). Pada posisi ini adalah batasan awal tahanan pasif oleh tanah dasar, sehingga akumulasi beban maksimum berada pada elevasi tersebut. Besaran gaya yang terjadi pada sheet pile yaitu  519 kN.m ( bending moment ), 282 kN
( axial force ), dan 155 kN ( shear force ). Gaya dalam yang terjadi pada sheet pile masih lebih kecil dari batasan ijin strukturalnya. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa sheet pile yang digunakan masih dalam kategori aman.
Gambar 7. Gaya Dalam pada Sheet Pile

## 4. KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  analisis  dengan  model  elemen  hingga  dapat  disimpulkan  bahwa  kombinasi  perkuatan  pada cofferdam dapat menyelesaikan permasalahan stabilitas. Faktor keamanan pada kondisi statik dan drawdown > 1,5 dan  pada  kondisi  gempa  >  1,1.  Selain  itu  gaya  dalam  yang  terjadi  pada sheet  pile masih  dibawah  kapasitas  ijin strukturalnya.  Kombinasi  perkuatan  juga  terbukti  efektif  dalam  menangani  masalah  stabilitas.  Hal  ini  terlihat  dari faktor keamanan yang dihasilkan dekat dengan batasan ijin yang disyaratkan serta selisih moment yang terjadi cukup kecil jika dibandingkan terhadap kapasitas ijin dari sheet pile itu sendiri.

## DAFTAR PUSTAKA
Brinkgreve, R. B. J., Zampich, L. M., & Manoj, N. R. (2019). Plaxis users manual . Plaxis bv. Indonesia, S. N. (2017). Persyaratan perancangan geoteknik. SNI , 8460 , 2017.
Nasional,  B.  S.  (2012).  Tata  cara  perencanaan  ketahanan  gempa  untuk  struktur  bangunan  gedung  dan non gedung. Sni , 1726 , 2012.
Dawson,  E.  M.,  Roth,  W.  H.,  &  Drescher,  A.  (1999).  Slope  stability  analysis  by  strength reduction. Geotechnique , 49 (6), 835-840.
Duncan, J. M. (1996). State of the art: limit equilibrium and finite-element analysis of slopes. Journal of Geotechnical Engineering , 122 (7), 577–596. https://doi.org/10.1061/(asce)0733-9410(1996)122:7(577)
Fredlund,  D.  G.,  &  Krahn,  J.  (1977).  Comparison  of  slope  stability  methods  of  analysis. Canadian  Geotechnical Journal , 14 (3), 429–439. https://doi.org/10.1139/t77-045
Halder, S., Imam, M. O., & Basir, M. S. (2016, December). A detailed analysis of slope stability using finite element method (FEM). In 3rd International conference on advances in civil engineering (pp. 21-23). Liong,  G.  T.,  &  Herman,  D.  J.  G.  (2012).  Analisa  Stabilitas  Lereng  Limit  Equilibrium  vs  Finite  Element Method. In HATTI Annual Scientific Meeting XVI .
Luanga, F., & Susilo, A. J. (2022). Analisis perbandingan desain inclined retaining wall pada kondisi tanah jenuh dan tanah tidak jenuh. JMTS: Jurnal Mitra Teknik Sipil , 5 (4), 781–790.
Matsui,  T.,  &  San,  K.  C.  (1992).  Finite  element  slope  stability  analysis  by  shear  strength  reduction technique. Soils and foundations , 32 (1), 59-70. Pusat Studi Gempa Nasional. (2017). Peta sumber dan bahaya gempa indonesia tahun 2017 . Yulianti, S., Riza, M., & Pratiwi, V. (2023). Studi perbandingan analisis FEM 2D dan 3D pada stabilitas sheet pile long storage Kota Jakarta. JMTS: Jurnal Mitra Teknik Sipil , 6 (2), 485–494. https://doi.org/10.24912/jmts.v6i2.22574