## Analisis Kebutuhan Pelat Injak pada Box Underpass Akibat Pengaruh Beban
WIBISONO BANGUN SATRIO, BERNARDINUS HERBUDIMAN, ERMA DESMALIANA
Jurusan Teknik Sipil, Institut Teknologi Nasional Email: wibisatrio6@gmail.com

## ABSTRAK
Underpass merupakan suatu bangunan terowongan termasuk sarana transportasi barang  dan  manusia.  Underpass  dibangun  di  bawah  tanah  untuk  menghindari daerah/kawasan rawan  kemacetan.  Pada  kasus  tertentu,  kebutuhan  pelat  injak dapat  diabaikan  keberadaanya  pada  struktur  box  underpass.  Analisis  dilakukan dengan membandingkan perilaku struktur dengan 2 kondisi yaitu kondisi 1 pelat tanpa timbunan dan kondisi 2 pelat injak yang tertimbun oleh tanah timbunan. Analisis dilakukan dengan perangkat lunak SAP2000. Intensitas beban mengacu pada  pembebanan  jembatan  SNI  1725:2016.  Variasi  panjang  untuk  pelat  injak yang digunakan 5 m, 6 m dan 7 m, variasi tebal pelat yaitu 30 cm, 35 cm dan 40 cm, serta pengaruh jarak spring yaitu 10 cm, 20 cm dan 30 cm. Dari penelitian, lendutan  yang  terjadi  cenderung  lebih  besar  pada  kondisi  2  karena  pengaruh beban SIDL yang besar, lendutan maksimum kondisi 1 dan 2 adalah 1,148 mm dan  1,486  mm.  Perbedaan  momen  maksimum  kondisi  1  dan  2  masing-masing 422,111  kN-m  dan  309,883  kN-m.  Gaya  geser  masing-masing  sebesar  adalah 259,634 kN dan 583,885 kN. Gaya-gaya yang terjadi pada kondisi 1 cenderung lebih besar dari pada kondisi 2.
Kata kunci : pelat injak, tanah timbunan, distribusi beban

## ABSTRACT
Underpass is a tunnel building for transportation of goods and people. Underpasses are built underground to avoid areas / areas prone to congestion. In certain cases, requirement of approach slab may be ignored in structure of the underpass box. Analysis was done by comparing the behavior of the structure with 2 conditions, condition 1 with plate without soil embankment and the condition 2 approach slab is  covered  by  soil  embankment.  Analysis  was  carried  out  with  SAP2000.  Load intensity refers to SNI 1725: 2016. Variation of length for approach slab used 5 m, 6  m  and  7  m,  variation  of  plate  thickness  are  30  cm,  35  cm  and  40  cm,  and influence  of  spring  distance  are  10  cm, 20  cm  and  30  cm.  From  the  research, deflection that occurred tends to be greater in condition 2 because influence of large SIDL loads, maximum deflection conditions 1 and 2 are 1.148 mm and 1.486 mm. Difference in maximum moment in conditions 1 and 2 is 422.111 kN-m and 309.888 kN-m. Respectively shear force is 259.634 kN and 583.885 kN. The forces that occur in condition 1 tend to be greater than conditions 2.
Keywords :  approach slab,  soil  embankment, load distribution .

## 1. PENDAHULUAN
Kebutuhan  pelat  injak  pada  suatu  struktur box  underpass  sangatlah  penting  karena  dapat melindungi struktur box culvert pada daerah transisi antara struktur dan tanah. Hal tersebut dapat berpengaruh terhadap penurunan tanah yang terjadi pada oprit jembatan. Pada suatu keadaan, kebutuhan akan pelat injak dapat diabaikan dengan mempertimbangkan desain dari suatu box  culvert  sesuai  kondisi suatu  eksisting serta  karakterisitik  tanah  yang  digunakan, adapun keadaan dimana kondisi pelat injak tertimbun oleh tanah timbunan sehingga perilaku struktur akan berbeda dengan kondisi jika tanpa adanya timbunan di atas pelat injak. Pada penelitian ini akan dikaji dan akan memodelkan beberapa kondisi yang pada beberapa kasus kebutuhan pelat injak dapat diabaikan dan diharapkan dapat memberikan gambaran mengenai perilaku struktur yang terjadi akibat perbedaan kondisi eksisting serta dapat meningkatakan ke  ekonomisan  dalam  mendesain  suatu  struktur box  underpass.  Pada  penelitian  ini  akan ditekankan kepada perbedaan perilaku struktur dan seberapa besar perubahan momen, geser, lendutan dan apakah simulasi kondisi yang telah ditetapkan dapat mengabaikan kebutuhan pelat injak atau tidak.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA

## 2.1 Pelat Injak
Pelat  injak  adalah  bagian  dari  bangunan  bawah  suatu  jembatan  yang  berfungsi  untuk menyalurkan  beban  yang  diterima  di  atasnya  menuju  tanah  di  bawah  dan  juga  mencegah terjadinya penurunan tanah serta terjadinya defleksi yang terjadi pada permukaan jalan.

## 2.2  Pembebanan Struktur
1. Beban Hidup
Pembebanan yang digunakan untuk beban hidup adalah beban truk dan beban rem.  Untuk beban  truk  menggunakan  beban  standar  roda  gandar  225  kN.  Beban  rem yang bekerja adalah beban rem pada arah horizontal, sehingga beban rem dikalikan dengan jarak pusat beban truk yaitu 1,8 m dan menghasilkan gaya momen akibat beban rem. Untuk beban truk memiliki Faktor Beban Dinamis (FBD) yang diambil 40% sesuai dengan panjang pelat yang digunakan.
2. Beban Mati Tambahan (SIDL)
Beban-beban SIDL yang digunakan ialah beban akibat hujan dan beban aspal yang masing- masing memiliki tinggi genangan untuk hujan 10 cm dan tebal aspal yang digunkan 10 cm.
3. Beban Mati
Beban mati yang digunakan ialah beban pelat injak sendiri yang dihitung secara otomatis oleh perangkat lunak SAP2000.

## 2.3 Distribusi Pembebanan
Salah  satu  cara  pendekatan  kasar  yang  sangat  sederhana  untuk  menghitung  tambahan tegangan akibat beban di permukaan diusulkan oleh Boussinesq dalam buku karya Santoso, B. (1998), yaitu dengan membuat garis penyebaran beban 2V:1H (2 vertikal : 1 horizontal) seperti pada Gambar 1.

## Analisis Kebutuhan Pelat Injak Pada Box Underpass Akibat Pengaruh Beban

## Gambar 1. Distribusi tegangan dalam tanah dengan metode 2V:1H

## 2.4 Pengaruh Beban Timbunan Terhadap Struktur
Menurut penelitian Orton, S. (2013), seperti pada Gambar 2 , efek beban hidup di box culvert umumnya  berkurang  dengan  ketebalan  timbunan  tanah.  Selain  itu,  efek  dari  beban  hidup mungkin  hampir  dapat  diabaikan  dibandingkan  dengan  beban  mati  ketika  tanah  yang signifikan ditempatkan di atas puncak box. Titik di mana dapat mengabaikan efek beban hidup dapat diambil sebagai mana efek beban hidup kurang dari 5% dari total beban. Kemungkinan lain yang dapat terjadi adalah di mana beban hidup kurang dari 10% dari beban mati.

## Gambar 2. Pengujian struktur dengan beban hidup truk
(Sumber: Orton, S., 2013)

## 2.5 Distribusi Beban Truk
Beban  hidup  dinamis  akan  didistribusikan  ke  dalam  struktur  di  bawah  sesuai  dengan kedalaman tanah atau media lain di atas struktur yang ditinjau seperti pada Gambar 3 .

## Wibisono Bangun Satrio, Bernardinus Herbudiman, Erma Desmaliana

## Gambar 3. Distribusi beban dinamis pada pelat injak
Beban hidup pada lantai jembatan berupa beban roda ganda oleh truk (beban 𝑇 ) yang akan ditambah dengan faktor beban dinamis ( 𝑇 𝑒𝑓𝑓 ) pada Persamaan 1 .
𝑇 𝑒𝑓𝑓 = 2 ∗ 𝑇 𝐸 𝑒𝑓𝑓 ∗ (1 + 𝐹𝐵𝐷) ...(1)
halmana:
𝑇 𝑒𝑓𝑓 = distribusi beban dinamis [kN/m 2 ], 𝑇 = beban efektif pada roda ganda truk [kN],
𝐸 𝑒𝑓𝑓 = lebar efektif kendaraan [m], 𝐹𝐵𝐷 = faktor beban dinamis.
Gambar 4. Hasil distribusi beban dinamis
Beban dinamis yang bekerja ( 𝑇 𝑒𝑓𝑓 ) pada Persamaan 2.a merupakan beban pada permukaan, untuk  mendistribusikannya  seperti  pada Gambar  4 ,  maka  beban  dinamis  tersebut  dibagi dengan tinggi timbunan yang digunakan ( 𝑤 ) pada Persamaan 2.b .
𝑇𝐴 = 𝑇 𝑒𝑓𝑓 𝑤 ...(2.a)
𝑤 = 𝑏 + 2 ∗ (𝑡 𝑡𝑖𝑚𝑏𝑢𝑛𝑎𝑛 + 𝑡 𝑎𝑠𝑝𝑎𝑙 )
...(2.b) halmana:
𝑇𝐴 = beban tanah [kN/m], 𝑇 𝑒𝑓𝑓 = distribusi beban dinamis [kN/m 2 ], 𝑤 = tinggi timbunan [m],
𝑏 = lebar roda kendaraan [m].

## Analisis Kebutuhan Pelat Injak Pada Box Underpass Akibat Pengaruh Beban

## 2.6 Daya Dukung Tanah
Analisis daya dukung dalam Das, B. M. (2007), memberikan pengaruh faktor bentuk fondasi persegi seperti pada Persamaan 3 .
𝑞 𝑢 = 1,3𝑐𝑁 𝑐 + 𝐷 𝑓 𝛾𝑁 𝑞 + 0,4𝛾𝐵𝑁 𝛾
...(3) halmana:
𝑞 𝑢 = daya dukung ultimit pada fondasi [kN/m 2 ],
𝑐 = kohesi tanah [kN/m 2 ], 𝐷 𝑓
= kedalaman fondasi [m], 𝛾 = berat volume tanah [kN/m 3 ], 𝐵
= lebar fondasi [m],
𝑁 𝑐 , 𝑁 𝑞 , 𝑁 𝛾 = faktor daya dukung Terzaghi.
Tabel 1. Faktor Daya Dukung Terzaghi Berdasarkan Nilai 𝝓
𝝓 [°] 𝑵 𝒄 𝑵 𝒒 𝑵 𝜸 𝝓 [°] 𝑵 𝒄 𝑵 𝒒 𝑵 𝜸 𝝓 [°] 𝑵 𝒄 𝑵 𝒒 𝑵 𝜸 0 5,70 1,00  0,00 11 10,16  2,98  0,69 22 20,27  9,19 5,09 1 6,00 1,10  0,01 12 10,76  3,29  0,85 23 21,75  10,23  6,00 2 6,30 1,22  0,04 13 11,41  3,63  1,04 24 23,36  11,40  7,08 3 6,62 1,35  0,06 14 12,11  4,02  1,26 25 25,13  12,72  8,34 4 6,97 1,49  0,10 15 12,86  4,45  1,52 26 27,09  14,21  9,84 5 7,34 1,64  0,14 16 13,68  4,92  1,82 27 29,24  15,90  11,60 6 7,733  1,81  0,20 17 14,60  5,54  2,18 28 31,61  17,81  13,70 7 8,15 2,00  0,27 18 15,12  6,04  2,59 29 34,24  19,98  16,18 8 8,60 2,21  0,35 19 16,57  6,70  3,07 30 37,16  22,46  19,13 9 9,09 2,44  0,44 20 17,69  7,44  3,64 31 40,41  25,28  22,65 10 9,61 2,69  0,56 21 18,92  8,26  4,31 32 44,04  28,52  26,87
(Sumber: Das, B. M., 2007)
2.6 Modulus Kekakuan Tanah Dasar ( 𝒌 𝒔 ) Menurut Bowles, J. E. (1997), nilai 𝑘 𝑠 dapat dihitung berdasarkan nilai kapasitas daya dukung tanah 𝑞 𝑎 pada Persamaan 4 .
𝑘 𝑠 = 40 ∗ 𝑆𝐹 ∗ 𝑞 𝑎 ...(4)
halmana:
𝑘 𝑠 = modulus kekakuan tanah [kN/m 3 ], 𝑞 𝑎 = daya dukung tanah [kN/m 2 ], 𝑆𝐹 = faktor keamanan.
Persamaan  ini  didasarkan  pada  alasan  bahwa 𝑞 𝑎 adalah  tekanan  tanah  ultimit  dibagi  oleh faktor keamanan ( safety factor) 𝑆𝐹 . Biasanya 𝑆𝐹 diambil sama dengan 3 (tiga).

## 3. METODOLOGI PENELITIAN

## 3.1 Pemodelan Struktur
Pemodelan yang dilakukan pada Gambar 5 memiliki variasi panjang yaitu 5 m, 6 m, dan 7 m. Variasi tebal pelat yang digunakan yaitu 30 cm, 35 cm dan 40 cm. Untuk lebar pelat mengikuti lebar jalan yang ditetapkan yaitu 7 m dan tidak memiliki variasi lebar pelat.

## Wibisono Bangun Satrio, Bernardinus Herbudiman, Erma Desmaliana

## Gambar 5. Bentuk pelat injak yang digunakan
Kondisi pelat yang ditinjau memiliki 2 keadaan yaitu kondisi 1 pelat injak pada keadaan normal dan tanpa timbunan di atasnya seperti pada Gambar 6 dan kondisi 2 pelat injak tertimbun oleh tanah timbunan setinggi 2 seperti pada Gambar 7 .
Gambar 6. Kondisi 1 pelat injak tanpa timbunan
Gambar 7. Kondisi 2 pelat injak dengan timbunan 2 m
Pemodelan yang dilakukan menggunakan pemodelan 2D dengan tipe struktur yang digunakan adalah beam. Pemodelan frame dengan tampilan struktur 2D seperti pada Gambar 8 dan tampilan 3D seperti pada Gambar 9 .
Gambar 8. Tampilan 2D model pada perangkat lunak SAP2000

## Analisis Kebutuhan Pelat Injak Pada Box Underpass Akibat Pengaruh Beban

## Gambar 9. Tampilan 3D model pada perangkat lunak SAP2000

## 3.2 Input Beban
Beban-beban  yang  bekerja  adalah  beban  hidup  yang  meliputi  beban  truk  dan  beban  rem, beban mati tambahan (SIDL) meliputi beban hujan dan beban aspal serta beban mati pelat injak. Intensitas beban yang digunakan  sesuai dengan Badan Standarisasi Nasional (2016). Untuk  beban  truk  adalah  315  kN  yang  telah  ditambahkan  oleh  faktor  beban  dinamis, sedangkan  beban  rem  diambil  5%  dari  beban  truk  rencana  ditambah  dengan  beban  lajur terbagi  rata  (BTR).  Untuk  beban  SIDL  digunakan  beban  hujan  dengan  berat  jenis  air  9,81 kN/m 3 dan berat jenis aspal yang digunakan 22,4 kN/m 3 . Beban SIDL tersebut didistribusikan sesuai  dengan  panjang  pelat  yang  digunakan.  Beban  mati  dihitung  secara  otomatis menggunakan perangkat lunak SAP2000.

## 3.3 Input Nilai Kekakuan Tanah ( Spring Stiffness)
Daya dukung tanah sangat berpengaruh terhadap suatu kekakuan tanah, semakain besar nilai daya  dukung  suatu  tanah  maka  kekakuanya  pun  akan  semakin  besar.  Daya  dukung  tanah yang  digunakan  menggunakan  persamaan  fondasi  persegi  pada Persamaan  3 .  Setelah mendapat nilai daya dukung  tanah selanjutnya mencari nilai 𝑘 𝑠 (modulus kekakuan tanah) menggunakan  pendekatan  nilai 𝑘 𝑠 sesuai Persamaan  4 .  Nilai 𝑘 𝑠 dikalikan  dengan  luas penampang dan di- input pada perangkat lunak SAP2000 sebagai kekakuan tumpuan pegas arah vertikal atau spring stiffness  ( 𝑘 𝑠𝑣 ).

## 3.4 Distribusi Beban Akibat Timbunan
Kondisi  2  pada  pemodelan Gambar 10 terdapat  tanah  timbunan  dan  beban  yang  bekerja harus didistribusikan pada strutur pelat injak di bawahnya. Beban truk ( 𝑇 ) memiliki intensitas sebesar 225 kN ditambah Faktor Beban Dinamis (FBD) sebesar 40% dengan pemodelan beban terpusat.

## Gambar 10. Intensitas beban truk pada pelat injak
Tegangan tanah effektif akibat truk ( 𝑇 𝑒𝑓𝑓 ) pada kedalaman 2 m menggunakan Persamaan 1 dan mendapatkan nilai 𝑇 𝑒𝑓𝑓 sebesar 229,09 kN/m 2 . Lebar kontak roda adalah sebesar 0,75 cm
dan  tebal  aspal  10  cm  sehingga  nilai  beban  merata  untuk  beban  hidup  truk  ( 𝑇𝐴 )  sebesar 46,281 kN/m. Beban rem pada kondisi pelat tertimbun memiliki nilai lengan momen yang besar yaitu 3,8 m. Beban-beban rem yang dari tiap masing-masing panjang pelat yang diperoleh adalah 102,6 kN-m, 114,7 kN-m dan 126,54 kN-m.

## 4. ANALISIS DAN PEMBAHASAN
Hasil dari analisis yang telah dilakukan menunjukan nilai lendutan, nilai momen, dan nilai geser maksimum. Hasil grafik lendutan pada Gambar 11 dan kondisi 2 pada Gambar 12 adalah lendutan yang terjadi pada panjang pelat 5 m.
Gambar 11. Lendutan pada kondisi 1

## Gambar 12. Lendutan pada kondisi 2
Perbandingan  hasil  momen  maksimum  pada  setiap  kondisi  untuk  pelat  5  m  seperti  pada Gambar 13 . -1.5 -1 -0.5 0 1 6 11 16 21 26 31
36 41 46 51 P ENUR UNAN ( M M ) JOIN SPRING P E N U R U N A N   D E N G A N   T E B A L   P E L A T   S P R I N G   1 0   C M   P A N J A N G   5   M Tebal 30 cm Tebal 35 cm Tebal 40 cm -2 -1.5 -1 -0.5 0 1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 P ENUR UNAN ( M M ) JOIN SPRING P E N U R U N A N   D E N G A N   T E B A L   P E L A T   S P R I N G   1 0   C M   P A N J A N G   5   M Tebal 30 cm
Tebal 35 cm
Tebal 40 cm

## Analisis Kebutuhan Pelat Injak Pada Box Underpass Akibat Pengaruh Beban

## Gambar 13. Momen maksimum pada panjang pelat 5 m
Perbandingan  hasil  momen  maksimum  pada  setiap  kondisi  untuk  pelat  6  m  seperti  pada Gambar 14 .

## Gambar 14. Momen maksimum pada panjang pelat 6 m
Perbandingan  hasil  momen  maksimum  pada  setiap  kondisi  untuk  pelat  7  m  seperti  pada Gambar 15 .
Perbandingan gaya geser maksimum pada setiap kondisi untuk pelat 5 m pada Gambar 16 .

## Gambar 16. Gaya geser maksimum pada panjang pelat 5 m
Perbandingan gaya geser maksimum pada setiap kondisi untuk pelat 6 m pada Gambar 17 .

## Gambar 17. Gaya geser maksimum pada panjang pelat 6 m
Perbandingan gaya geser maksimum pada setiap kondisi untuk pelat 7 m pada Gambar 18 .
Gambar 18. Gaya geser maksimum pada panjang pelat 7 m
Analisis Kebutuhan Pelat Injak Pada Box Underpass Akibat Pengaruh Beban
Perbandingan lendutan dari hasil analisis diperoleh lendutan paling besar terjadi pada kondisi 2 pada panjang pelat 5 m dan tebal 30 cm dengan nilai lendutan adalah 1,486 mm dan kondisi 1 sebesar1,148 mm pada panjang dan tebal pelat yang sama. Beban SIDL yang lebih besar pada  kondisi  2  mempengaruhi  nilai  lendutan  sehingga  lebih  besar  dibandingkan  kondisi  1. Pada penelitian lendutan akan semakin berkurang seiring bertambahnya tebal pelat injak. Momen  maksimum  yang  terjadi  pada  kondisi  1  cenderung  lebih  besar  dibandingkan  pada kondisi  2  yaitu  422.111.234  N-mm,  sedangkan  pada  kondisi  2  momen  yang  terjadi  adalah 309.883.187,1 N-mm. Pada kondisi 2 momen negatif akan semakin bertambah seiring dengan bertambah  panjang  pelat  dan  semakin  tipis  tebal  pelat  yang  digunakan.  Momen  negatif masing-masing 40.374.274 N-mm dan 80.576.381 N-mm, terjadi pada pelat dengan panjang 7 m dan tebal 30 cm.
Gaya geser terbesar untuk masing-masing kondisi adalah 259.634,6 N dan 583.885 N. Gaya geser untuk kondisi 2 cenderung lebih besar pada setiap penambahan panjang pelat.

## KESIMPULAN
Berdasarkan hasil analisis yang dilakukan dengan kondisi dan dimensi pelat injak yang telah ditetapkan. Hasil analisis yang diperoleh adalah sebagai berikut:
1. Lendutan  maksimum  yang  terjadi  cenderung  lebih  besar  di  kondisi  2,  karena  beban terpengaruh oleh beban timbunan yang cukup besar. Hasil lendutan untuk kondisi 1 adalah 1,148 mm dan untuk kondisi 2 adalah 1,486 mm.
2. Momen  maksimum  yang  terjadi  nilainya  akan  semakin  membesar  seiring  dengan pertambahan panjang pelat injak. Momen pada kondisi 2 cenderung  lebih kecil daripada kondisi 2 dengan persentase perbedaan terbesar 36,45%.
3. Perbedaaan gaya geser yang terjadi antara dua kondisi memiliki perbedaan terbesar adalah 62,1%. Nilai tersebut terjadi pada pelat dengan panjang 7 m dan tebal 40 cm.
Berdasarkan hasil analisis untuk daya dukung dan kekakuan tanah yang terjadi adalah sebagai berikut:
1. Daya dukung  dari tanah dasar yang  digunakan akan semakin meningkat seiring dengan bertambahnya panjang pelat injak yang digunakan. Daya dukung tanah pada kondisi 2 lebih besar  karena  berada  di  bawah  suatu  timbunan  sehingga  cenderung  lebih  kaku dibandingkan kondisi 1.
2. Terjadi reduksi beban untuk beban hidup truk pada kondisi 2 sebesar kurang lebih 16,72% dari beban truk pada kondisi 1, akibat adanya timbunan tanah setinggi 2 m yang mereduksi beban hidup truk.

## DAFTAR RUJUKAN
Badan Standarisasi Nasional. (2016). SNI 1725-2016 tentang Pembebanan untuk Jembatan. Jakarta: Badan Standardisasi Nasional. Bowles, J. E. (1997). Foundation Analysis and Design (5 ed.). Singapore: The McGraw-Hill. New York.
Das, B. M. (2007). Principles of Foundation Engineering (7 ed.). Stamford: Global Engineering. Orton, Sarah. (2015). Live Load Effect in Reinforced Concrete Box Culvert Under Soil Fill. J. Bridge Eng, 20(11), 04015003-1-04015003-9. Santoso, B. (1998). Dasar Mekanika Tanah. Jakarta: Gunadarma.