## PENGARUH KETINGGIAN PIER JEMBATAN TERHADAP PERILAKU KEDALAMAN JEPIT GROUP FONDASI TIANG BOR AKIBAT PUSHOVER ANALISIS

## Basit Al Hanif
Prodi Teknik Sipil, Universitas Indonesia, Depok, Jawa Barat, 16424
Email : albasit08@gmail.com

## ABSTRAK
Penelitian  ini    membahas perilaku  respon  tiang  fondasi  terhadap  ketinggian  pier  akibat beban  pushover  analisis.  Dalam  penelitian  ini  dilakukan  peninggian  kolom  pier  dengan kekakuan (EI) tetap, dan peninggian kolom pier dengan memvariasikan nilai EI. Dengan variabel-variabel  yang  telah  ditentukan,  dilakukan  analisis  pushover  pada  struktur jembatan, dan dianalisis perilaku grup fondasi tiang bor akibat beban pushover. Penelitian ini menggunakan analisis nonlinear finite elemnet dengan menggunakan program Midas Civil guna menganalisis struktur jembatan dan program FB-Multipier guna analisis respon tiang fondasi. Dengan memepertahankan nilai EI pada tiap ketinggian, mendapatkan gaya geser dasar tiang pier mengecil pada setiap bertambahnya ketinggian. Sedangkan dengan melakukan  variasi  nilai  kekakuan  EI,  mendapatkan  gaya  geser  dasar  yang  relatif  sama besarnya pada tiap-tiap ketinggian. Nilai  kekakuan EI yang tetap,  tidak memengaruhi nilai kedalaman  jepit  tiang.  Sedangkan  nilai  variasi  kekakuan  EI,  memengaruhi  dari  nilai kedalaman jepit tiang fodasi.
Kata kunci : Kekakuan, Ketinggian Pier Jembatan, Pushover analisis, Respon Tiang Fondasi

## ABSTRACT
This research discusses the behavior of pile foundation response to the pier height due to the pushover load analysis. In this study, the pier column was raised with fixed stiffness (EI), and by varying the EI value. By using the predetermined variables, a pushover analysis is carried out on the bridge structure, and the behavior of the bored pile group foundation is analyzed due to the pushover load. The Midas Civil Program is used to analyze the bridge structure and the FB-Multipier program is used to analyze the response of pile foundation. By maintaining the  EI  value  at  each  height,  the  resulting  pier  pile  base  shear  force  decreases  with  each increase  in  height.  Meanwhile,  by  varying  the  EI  stiffness  value,  the  base  shear  force  is relatively equal at each height. The fixed value of the EI stiffness, does not affect the value of the depth of fixity. Meanwhile, a varied value of EI stiffness affects the depth of fixity of the pile foundation.
Keywords: Analysis pushover,  Bridge’s pier height, Foundation response, Stiffnes

## PENDAHULUAN
Untuk  Pembangunan  jembatan  Sungai Tondano merupakan salah satu bagian dari proyek  pembangunan  daerah  di  Kota Manado,  Sulawesi  Utara.  Pembangunan jembatan  ini  menghubungkan  dua  daerah yang  terpisahkan  oleh  Sungai  Tondano. Panjang  jembatan  total  sebesar  450  meter, tinggi  40  meter,  dan  lebar  34.1  meter.
Struktur  utama  jembatan  bentang  utama Pre-cast  Tee  Bulb,  dengan  jenis  pondasi yang  digunakan  adalah  pondasi  borepile dengan  diameter  mencapai  1,5  m  dengan kedalaman pile 48 m.
Secara umum konstruksi struktur jembatan terbagi  menjadi  dua  yaitu  konstruksi bangunan  atas  dan  konstruksi  bangunan bawah.  Konstruksi  bangunan  atas  terdiri
dari  lantai  kendaraan,  bealok  girder, diafragma,  pier  jembatan  dan  abutmen. Sedangkan  konstruksi  bangunan  bawah terdiri atas pile cap dan tiang fondasi.
Dalam  perhitungan  kapasitas  lateral  tiang berdasarkan methode Broms, selain dibutuhkan  parameter  momen  lentur,  kuat geser  tanah  serta  dimensi  tiang  (diameter dan  kedalaman  tiang  fondasi)  diperlukan pula  titik  jepit  tiang  dan  kondisi  ikatan kepala  tiang  fondasi (tiang ujung jepit dan tiang  ujung  bebas).  Kedalaman  titik  jepit tiang fondasi umumnya diambil dengan nilai pendekatan  adalah  1,5  m  untuk  tanah granular  atau  lempung  kaku,  sedangkan untuk  tanah  lempung  lunak  dan  lanau digunakan  nilai  pendekatan  adalah    3  kali diameter tiang.
Pada  nilai  pendekatan-pendekatan  yang umum digunakan, perlu diteliti terkait nilai pendekatan  tersebut  terhadap  ketinggian pier  jembatan.  Guna  mendapatkan  nilai pendekatan  tersebut  terhadap  fondasi, maka perlunya melakukan analisis struktur atas  dengan  baik,    guna  mendapatkan  nilai keluaran  yang  sesuai  dengan  perilaku kondidi  nyata.  Dengan  berbagai  macam metode  untuk  mengnalisis  jembatan,  pada penelitian  ini  dilakukan  dengan  pemilihan metode  pushover  untuk  menganalisis struktur  jembatan.  Maka  pada  penulis mencoba  mempelajari,  dan  menganalisa perilaku    group  fondasi  tiang  bor  terhadap variasi  ketinggian  pier  jembatan  akibat metode pushover.
Tujuan dari penelitian ini adalah melakukan studi analisis kedalaman jepit tiang fondasi terhadap  variasi  berbagai  ketinggian  pier, akibat  analisis pushover pada fondasi group tiang bor.

## Analisa Pushover
Analisa  pushover  dilakukan  dengan  cara memberikan suatu pola beban lateral statik pada  struktur,  yang  kemudian  secara bertahap ditingkatkan dengan faktor pengali hingga target perpindahan tercapai. Analisa  pushover  menghasilkan  kurva hubungan  antara  gaya  geser  dasar    (base
shear)  dan  perpindahan  titik  acuan.  Pada Gambar  dibawah  ini  dapat  dilihat  kurva hubungan  antara  gaya  geser  dasar  dan peralihan  akibat  dari  analisis  pushover. Kurva  kapasitas  memberikan  data  bahwa terdapat  kondisi  linier  sebelum  mencapai kondisi  leleh  dan  selanjutnya  kondisi  non- linier.
Gambar 1. Kurva Hubungan Gaya Lateral dan displacement (Hakim, 2014)
Tujuan  dari  analisa  pushover  adalah  guna mendapatkan perkiraan dari gaya maksimum  dan  deformasi  maksimum  yang dimiliki oleh suatu struktur serta menetukan  bagain  dari  struktur  untuk dijadikan  area  kritis,  sehingga  dapat dilakukan perbaikan ketika struktur mengalami kerusakan.

## Metoda Spektrum Kapasitas
Dalam Metode ATC-40, Spektrum Kapasitas, proses dimulai dengan menghasilkan kurva hubungan gaya perpindahan yang memperhitungkan kondisi inelastis struktur yang  hasilnya  diplot-kan  dalam  format ADRS  (acceleration  displacement  response spectrum)
Format tersebut adalah konversi sederhana dari  kurva  hubungan  gaya  geser  dasar dengan  perpindahan  lateral  titik  kontrol dengan  menggunakan  properti  dinamis sistem  dan  hasilnya  disebut  sebagai  kurva kapasitas  struktur.  Gerakan  tanah  gempa juga  dikonversi  ke  format  ADRS.  Hal  itu menyebabkan  kurva  kapasitas  dapat  di- plot-kan  pada  sumbu  yang  sama  sebagai
gaya  gempa  perlu.  Pada  format  tersebut waktu getar ditunjukkan sebagai garis radial dari titik pusat sumbu.
Gambar  2. Penentuan titik kinerja berdasarkan metode spektrum kapasitas (Hakim, 2014)

## Taraf Kinerja
Taraf  kinerja  adalah  keadaan  atau  tingkat kerusakan yang terjadi pada suatu bangunan bila terjadi beban gema rencana. Taraf kinerja adalah kondisi batas maksimum  kerusakan  struktural  maupun nonstruktural  yang  terjadi  pada  struktur akibat beban gempa rencana . Taraf kinerja dinyatakan sesuai kriteria tingkat kerusakan  fisik  yang  terjadi,  ancaman terhadap  kerusakan  jiwa  manusia  dan kemampuan layan struktur pasca gempa.
Gambar  3. Tingkat Kinerja Menurut FEMA 273 (Hakim, 2014)

## Fondasi Terkena Beban Lateral
Dalam  mendesain  tiang  fondasi  yang menerima  gaya  aksial,  lateral  dan  momen, harus  memenuhi  tiga  kriteria  sebagai berikut  :  Tekanan  yang  terjadi  pada  tanah
tidak melebihi kapasitas ultimate dari yang mampu ditahan oleh tanah tersebut, defleksi yang  terjadi  tidak  boleh  melebihi  dari kapasias  yang  diijinkan,  dan  Integritas struktural  dari  sistem  pondasi  harus terjamin mutunya.
Tiang  fondasi  selain  direncanakan  untuk menahan  gaya  aksial,  juga  harus  mampu menahan  gaya  lateral  yang  terjadi,  guna menghindari  kegagalan  akibat  gaya  lateral yang bekerja pada bangunan tersebut.

## P-Y Curve
Dalam  perhitungan  nilai  tekanan  tanah ultimate  dalam  kondisi  tekanan  tanah lateral  untuk  interaksi  tanah  dengan struktur memerlukan suatu metoda khusus dalam perhitungannya. Masalah ini membutuhkan  solusi  sebuah  masalah nonlinear  dalam  interaksi  tanah  dan struktur.  Untuk  memberikan  solusi  dalam hubungan antara soil resistance (p) dengan defleksi tiang (y) maka py curve memberikan hubungan antara keduanya. Gambar  4. konsep dasar kurva p-y   Reese, 1997) Pada kurva tersebut garis 0-a
memperlihatkan  bagian  dari  tanah  yang bersifat elastis pada defleksi yang kecil. Pada garis  a-b  merupakan  bagian  transisi  dari kurva  yang  berbentuk  non  linier,  dimana nilai  soil  resistance  (p)  pada  poin  b  telah tercapai  nilai  ultimate  dari  soil  resitance. Bagian  horizontal  pada  kurva  py  diatas
menujukan  bahwa  tanah  bersifat  plastis dengan  tidak  adanya  kehilangan  shear strength pada peningkatan strain.
Metode  ini  bersifat  semi-empiris  karena bentuk kurva p-y ditentukan dari uji beban lapangan. Reese
(1977) telah
mengembangkan  sejumlah  kurva  empiris atau  untuk  tipe  tanah  yang  tipikal berdasarkan hasil pengujiam lapangan pada tiang  yang  diinstrumentasi  penuh.  Untuk interaksi  tanah  –  fondasi  tiang  maka digunakan persamaan sebagai berikut :
1/3 50 0.5 ult P y P y        (1)
Dimana : P = Resistensi lateral tanah Pult = Resistensi lateral tanah  (Np c D) Np = Koefisien resistensi lateral tanah ultimit c = kuat geser undrained
D = Diameter pie y = defleksi tiang

## P-Multiplier
Pengukuran  perpindahan  dan  tekanan dalam kelompok tiang pancang skala penuh dan  sentrifugal  menujukkan  bahwa  tiang dalam  suatu  kelompok  tiang  menerima beban  lateral  yang  tidak  sama.  Tergantung pada  lokasinya  di  dalam  suatu  kelompok tiang dan jarak antar tiang. Distribusi beban yang  tidak  merata  diantara  ini  disebabkan oleh  shadowing  effect,  dimana  istilah tersebut  digunakan  untuk  penjelasan overlapping  dari  zona  kegagalan  dan reduksi resistensi dari tanah.
Gambar  5. Distribusi reduksi kapasitas lateral tiang dalam keompok tiang (Fayyazi,
2012)
Konsep P-multiplier (juga disebut faktor fm) dijelaskan oleh  Brown et al (1988), sebagai cara untuk memeperhitungkan efek kelompok tiang dengan membuat kurva p-y.
Gambar  6. Konsep P-multiplier untuk kelompok tiang (Mokwa & Duncan, 1999)

## Tekuk Pada Tiang Fondasi
Akibat  beban  struktur  yang  bekerja diatasnya,  pondasi  tiang  tidak  hanya menerima  beban  aksial  dan  momen,  akan tetapi  juga  menerima  oleh  beban  lateral yang bekerja. Ketika tiang menerima beban horizontal dan vertikal, tiang akan mengalami tekuk dan dianggap berperilaku terjepit  pada  kedalaman  tertentu  dibawah permukaan  tanah.  Titik  kedalaman  saat tiang jepit (zf), dimana momem maksimum dan kuat geser dari tiang = 0.
Pondasi yang tertanam mungkin
dibutuhkan  untuk  menahan  beban  vertikal ditambah dengan beban lateral dan bending moment pada ujung. Faktor k ekakuan R dan T  merupakan  persamaan  yang  telah ditemukan  oleh  Davinsson  dan  Robinson.
Tiang  yang  tertanam  memikul  beban vertikal P, horizontal H, dan moment M, saat setinggi  e  di  atas  permukaan  tanah  seperti pada gambar berikut.
Gambar  7. Bending pada tiang akibat beban vertikal dan horizontal pada ujung kepala (Davinsson, 1965)
Hetenyi  (1946)  merumuskan  persamaan diferensial untuk kekakuan sebagai berikut :
4 2 4 2 0 z d y d y
EI P
K y dx dx    (2)
Dimana,
EI = Kekauan dari tiang P = Beban aksial k = Modulus tanah
Terzaghi  (1955),  untuk  tanah  berkohesi yang mengalami over consolidated mempunyai  nilai  modulus  tanah  yang konstant  pada  setiap  kedalaman  pada gambar (a), dan untuk tanah yang memiliki modulus bertambah secara linear (b).
Gambar  8. variasi modulus subgrade terhadap kedalaman (a) pada tanah berkohesi over consolidated (b) pada tanah
bergranular, lempung dan lanau pada kondisi normal  (Davinsson, 1965)
Untuk  tanah  yang  memiliki  modulus konstan :
Depth to point of fixity, zf = 1.4 R Untuk  tanah  yang  memiliki  modulus  yang bertambah secara linear: zf = 1.8 T Dimana (3)
(4)
Keterangan:
E = Modulus elastisitas (kPa) I   = Momen inersia dari penampang tiang kh =  modulus  rekasi  subgrade  dari Terzaghi
nh = nilai koefisien modulus variasi

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada  penelitian  ini  struktur  jembatan dimodelkan dengan peninggian pier jembatan  secara  bertahap,  dengan  variabel sebagai berikut :
1. Variasi ketinggian pier dilakukan dengan  cara  bertahap,  dengan  interval ketinggian adalah 5 meter.
2. Nilai  kekakuan  (EI)  konstan  pada  tiap- tiap ketinggian jembatan, dengan mempertahankan  dimensi  penampang pier sesuai dengan data perencanaan. 3. Memvariasikan  nilai  kekakuan  (EI), dengan mengubah dimensi dari penampang pier pada tiap-tiap ketinggian. Acuan nilai EI adalah adalah sesuai  dengan  data  perencanaan,  dan mengacu  pada  gaya  geser  dasar  pada ketinggian 40 meter.
= . = .
Pushover Analisis Dengan Inersia

## Konstant
Untuk analisis pushover, demand spectrum menggunakan nilai Ss dan S1 yang diperoleh dari  peta  gempa  lokasi  Manado  dengan periode  ulang  1000  tahun  (7%  dalam  75 tahun).
Gambar  9. Kurva kapasitas  ketinggian pier 30 meter (a) arah – x, (b) arah – y
Gambar  10. Kurva pushover ketinggian pier 30 meter (a) arah x (b) arah y
Berdasarkan  hasil  pushover  analisis  pada tiap-tiap  ketinggian  kolom  pier,  diketahui bahwa  semakin  tinggi  pier  maka  semakin menurun  nilai  gaya  base  shear  yang diterima pada saat performance point (Fpp). Akibat dari turunnya nilai base shear ketika pier  di  tinggikan  sehingga  nilai  reaksi perletakan  pada  tiap  ketinggian  tidak berubah  signifkan,  hal  ini  dibuktikan  dari tabel berikut.
Tabel 1. Base shear dan displacement pada kondisi performance point Depth (m) Direction Fpp Δ pp (kN) (m) 30 Arah X 23289.6 0.05 Arah Y 52505.7 0.25 35 Arah X 26388.3 0.12 Arah Y 43522 0.30 40 Arah X 26886 0.20 Arah Y 36475 0.40 45 Arah X 27611 0.30 Arah Y 29616 0.48 50 Arah X 27048 0.43 Arah Y 28093 0.60 55 Arah X 25876 0.50 Arah Y 24994 0.60 60 Arah X 25212 0.64 Arah Y 22278 0.70
Berikut  adalah  hasil  analisis  respon  tiang fondasi,  berdasarkan  reaksi  pada  kolom pier.
Gambar  11. Grafik gaya geser arah X
Gambar  12. Grafik gaya geser arah Y

## Gambar  13. Grafik Defleksi - X

## Gambar  14. Grafik Defleksi – Y

## Pushover Dengan Variasi Nilai Inersia
Analisis  pushover  pada  tahap  ini  yaitu adalah  dengan  memvariasikan  nilai  inersia penampang pada tiap-tiap ketinggian, guna mendapatkan  nilai  gaya  geser  dasar  yang sama  pada  tiap  ketinggian.  Nilai  ikekauan inersia  dan  gaya  geser  dasar  pada  kurva pushover  mengacu  pada  kolom  pier    saat ketinggian 40 meter.
Tabel 2. Nilai EI pada ketinggian pier
Tinggi Mutu Beton Profil Kolom Pier Rasio EI (m) F'c (Mpa) B (m) H (m) I (m4) 40 30 2.75 2.75 4.77 1.0 30 30 2.30 2.30 2.33 0.5 50 30 3.25 3.25 9.30 2.0 60 30 3.60 3.60 14.00 2.9
Gambar  15. Grafik gaya geser arah X
Gambar  16. Grafik gaya geser arah Y
Gambar  17. Grafik defleksi arah X
Gambar  18. Grafik defleksi arah Y
Tabel 3. Kedalaman jepit tiang fondasi dengan variasi nilai inersia
Depth Ketinggian Pier (m) 30 (0.5 EI) 40 (EI) 50 (2EI) 60 (3EI) Lateral X Lateral Y Lateral X Lateral Y Lateral X Lateral Y Lateral X Lateral Y (m) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) 0 3.35 -4.33 3 -3.5 3.09 -4.76 3.08 -5.31 2 2.62 -2.78 2.53 -2.24 2.68 -2.8 2.67 -3.01 4 1.76 -1.53 1.79 -1.22 1.94 -1.36 1.94 -1.39 6 1.01 -0.68 1.08 -0.54 1.19 -0.48 1.19 -0.43 8 0.45 -0.19 0.51 -0.15 0.58 -0.04 0.58 0.02 10 0.02 0.02 0.16 0.02 0.18 0.1 0.18 0.14 12 -0.02 0.07 0 0.05 0 0.09 0 0.11 14 -0.04 0.04 -0.04 0.03 -0.04 0.04 -0.04 0.05 16 -0.02 0.01 -0.02 0.01 -0.03 0.01 -0.03 0 18 0.00 0.00 0 0 0 0 0 0 20 0.00 0.00 0 0 0 0 0 0
Dari tabel 3 diketahui kedalaman jepit tiang fondasi  pada  ketinggian  pier  30  meter, adalah pada kedalaman -10 meter. Sedangkan untuk ketinggian pier  40 dan 50 meter,   titik  jepit berada  pada  kedalaman  - 12  meter.  Pier  jembatan  ketinggian  60 meter, titik jepit pada kedalaman -14 meter.

## KESIMPULAN
Berdasarkan analisis pushover yang dilakukan  pada  pier  dengan  berbagai ketinggian pier jembatan terhadap perilaku group fondasi tiang bor, maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:
1. Gaya  geser  yang  terjadi  akibat  variasi ketinggian  dengan  mempertahankan nilai  kekakuan  EI,  mendapatkan  gaya geser  dasar  tiang  pier  mengecil  pada setiap bertambahnya ketinggian.
Sedangkan  dengan  melakukan  variasi nilai  kekakuan  EI,  mendapatkan  gaya geser  dasar  yang  relatif  sama  besarnya pada tiap-tiap ketinggian.
2. Kedalaman  jepit  tiang  fondasi  pada berbagai variasi ketinggian pier jembatan    dengan  kekakuan  EI  yang tetap,    tidak  memengaruhi  nilai kedalaman  jepit  tiang.  Sedangkan  pada variasi ketinggian
dengan
memvariasikan  nilai  kekakuan  EI, memengaruhi dari nilai kedalaman jepit tiang fodasi.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  Budhu,  M. (2011). Soil Mechanics  and Foundations (3rd  ed.).  John  Wiley  & Sons, Inc.
[2]  Tomlinson, M.J. (1994). Pile Design and Construction  Practice. E  &  FN  Spon. United Kingdom.
[3]  Chopra  AK,  Gutierrez  JA.  (1974). Earthquake response analysis of
[4]  R.  L.  Mokwa  and  J.  M.  Duncan, Investigation of The Resistance Of Pile Caps  To  Lateral  Loading.  Virginia Transportation Research Council, Virginia, 1999.
[5]  Terzhagi,  K.  (1943). Theoretical  Soil Mechanics. New  York:  John  Wiley  & Sons, Inc.
[6]  Reese, L. C., Isenhower, W. M. & Wang, S.-T.  (2006). Analysis  and  design  of shallow  and  deep  foundations .  John Wiley & Sons, Inc.
[7]  Prakash, S. & Sharma, H. D. (1990). Pile foundations  in  engineering  practice . John Wiley & Sons, Inc.
[8]  Prasad,  Y.  V.  S.  N.,  dan  Chari,  T.  R., (1999 ), Lateral capacity of model rigid piles in cohesionless soils , Soils Found., 39(2), 21–29.
[9]  Lymon  C,  Reese,Jul  97.  “Chapter  4  : Lateral Loads” EI 02C097.
[10]  Hakim, R. A., Alama, M. S. and Ashour, S. A. (2014) ‘Seismic Assessment of RC Building  According  to  ATC  40,  FEMA 356  and  FEMA  440’, Arabian  Journal for  Science  and  Engineering ,  39(11), pp. 7691–7699. doi: 10.1007/s13369- 014-1395-x.
[11]  Davisson, M. and Robinson, K. (1965) ‘Bending  and  buckling  of  partially embedded  piles’, 6th  International
Conference  on  Case  Histories  in Geotechnical EngineeringInternational Conference  on  Soil  Mechanics  and Foundation Engineering , pp. 243–246. Available at: http://trid.trb.org/view.aspx?id=122 242. [12]  Higgins, W., Martindale,
H.,
Chakraborty,  T.,  &  Basu,  D.  (2010) ‘Assessment  of  the  P-Y  Method  for Laterally  Loaded  Pile  in  Sand’, Indian Geotechnical Conference , (1), pp. 833–
836.
[13]  Hakim,  R.  A.,  Alama,  M.  S.  A.  and Ashour, S. A. (2014) ‘Seismic Assessment  of  an  RC  Building  Using Pushover Analysis’, Engineering, Technology & Applied Science
Research ,  4(3),  pp.  631–635.  doi: 10.48084/etasr.428.
[14]  Kanakeswararao,  T.  and  esh,  B.  G. (2017)  ‘Analysis  of  Pile  Foundation Subjected  to  Lateral  and  Vertical Loads’, International Journal of Engineering  Trends  and  Technology , 46(2), pp. 113–127.
doi: 10.14445/22315381/ijett-v46p219.
[15]  Deng, T., Liu, Q. and Huang, M. (2017) ‘Buckling  of  Fully  Embedded  Single Piles  by  Using  the  Modified  Vlasov Foundation Model’, International
Journal  of  Structural  Stability  and Dynamics ,  17(1),  pp.  1–15.  doi: 10.1142/S0219455417500079.
[16]  Sajjad, F. M. et al. (2012) ‘Evaluation of P-Multiplier Method for Performance-
Based  Design  of  Pile  Groups’, Second International Conference on Performance-Based Design in
Earthquake  Geotechnical  Engineering , (11). [17]  Multistory buildings including foundation  interaction. Earthquake Engineering Structure Dynamics ;3:65– 77