Jurnal Teknologi dan Rekayasa Sipil: Vol 03 Number: 1, June 2024, pp 08-12. Department of Civil Engineering, University of Riau., ISSN: 2963-6841 (Online), Indonesia e-journal OJS of UNRI Jurnal Teknologi dan Rekayasa Sipil Journal homepage: EFEK MASSA PONDASI, DIAFRAGMA, DAN BALOK SLOOF TERHADAP INTERAKSI TANAH-STRUKTUR Biefanza Rama1, *Alex Kurniawandy2 1,2,Jurusan Teknik Sipil, Universitas Riau, Indonesia *Corresponding Author (alexkurniawandy@eng.unri.ac.id) Abstract Dalam perencanaan struktur pada umumnya pertemuan struktur atas dan bawah menggunakan pemodelan metode yang memperlakukan tumpuan bawah kolom sebagai jepit. Namun, perencanaan menggunakan pemodelan tersebut berbeda dengan kondisi sebenarnya mengingat struktur bawah dapat berdeformasi saat gempa terjadi. Metode ini cenderung menghasilkan perencanaan struktur yang konservatif, karena meningkatnya beban struktur ketika menghadapi gempa. Untuk mengatasi permasalahan ini, analisa efek interkasi tanah-struktur (ITS) menjadi alternatif. Penelitian ini bertujuan untuk melihat pengaruh dari parameter massa pondasi, diafragma, dan balok sloof dalam melakukan analisa ITS. Studi menunjukkan bahwa struktur dengan mempertimbangkan ITS menghasilkan periode getar alami yang lebih panjang dari pemodelan konvensional sehingga mengurangi beban gempa serta mereduksi gaya dalam dan respon struktur. Massa pondasi dalam analisis ITS tidak memberikan pengaruh yang signifikan tetapi pemodelan diafragma semi-kaku memberikan pengaruh terhadap nilai perioda struktur. Memodelkan balok sloof dalam memberikan hasil lebih akurat karena balok sloof menahan perpindahan lateral tetapi tidak meningkatkan periode struktur akibat pengaruh massa balok sloof sendiri. Articlehistory: Received: 16 May 2024 Accepted: 20 June 2024 Availableonline: 30 June 2024 Keywords: Interaksi Tanah- Struktur, Pondasi, Diafragma, Balok sloof 1. PENDAHULUAN Dalam perencanaan struktur secara umum, masih dominan menggunakan metode yang memodelkan tumpuan bawah kolom sebagai jepit. Pendekatan sederhana dalam ini populer karena pemodelan. Kemudahan dalam penerapan menjadi faktor kenapa model konvensional dengan pemodelan jepit lebih sering digunakan dalam analisa struktur. Hal ini disebabkan karena tidak perlu memperhitungkan nilai kekakuan asli tanah, yang kompleksitas kali merupakan tambahan. lebih sering Penerapan metode ini berakibat pada perencanaan struktur yang melibatkan serangkaian uji coba untuk mencapai termasuk hasil menentukan dimensi penampang yang digunakan. Prinsip konservatif dari metode ini menekankan penggunaan dimensi penampang yang lebih besar, memungkinkan kapasitas elemen yang lebih besar tetapi juga meningkatkan beban struktur secara keseluruhan, terutama saat menghadapi gempa. Ini berdampak pada biaya pembangunan, di mana ukuran yang lebih besar memberikan keamanan tambahan namun juga memerlukan investasi yang lebih besar. Dalam konteks ini, terdapat hubungan optimal, linier antara ukuran elemen struktur dan biaya pembangunan. Maka dari itu, diperlukan terobosan baru untuk mengatasi permasalahan perencanaan tersebut, salah satunya dengan mempertimbangkan Interaksi Tanah-Struktur (ITS) atau disebut juga dengan istilah Soil-Structure Interaction (SSI). Terbukti bahwa struktur yang mempertimbangkan ITS memiliki nilai gaya dalam yang lebih kecil dibandingkan metode konvensional (Widyanata et al., 2019). Hal ini diperkuat dari penelitian oleh (Kia Darbandsari, 2019), bahwa metode ITS dapat memanjangkan periode getar alami sehingga karakteristik dinamis struktur berbeda dan beban gempa dapat direduksi. Metode ITS menganalisis struktur atas dan pondasi secara bersamaan. Dalam analisis ini, perlu diperhatikan beberapa faktor, yaitu pengaruh massa pondasi, diafragma, dan balok sloof dari struktur yang mempertimbangkan efek ITS. Pendekatan ini dilakukan untuk memastikan permodelan yang akurat dari struktur yang dianalisis dengan ITS, sehingga hasilnya dapat secara jelas mencerminkan dampak ITS pada struktur tersebut.
Jurnal Teknologi dan Rekayasa Sipil: Vol 01 Number: 1, July 2022, pp 10-17 2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Interaksi Tanah-Struktur karena dipertimbangkan. itu, momen torsional tidak perlu ITS, memahami pengaruhnya Dalam analisis terhadap analisis struktur dapat diilustrasikan melalui sistem derajat kebebasan tunggal pada Gambar 2. 1. b. Diafragma Rigid Pada diafragma yang kaku, gaya lateral dibagi ke elemen-elemen sistem penahan gaya lateral berdasarkan kekakuan mereka. Efek torsi biasanya dipertimbangkan. Ketika diafragma kaku berputar, gaya lateral dialirkan ke semua elemen sistem perlawanan gaya lateral dalam kedua arah. c. Diafragma Semi-Rigid Gambar 2. 1 Ilustrasi Deformasi pada Tumpuan Jepit dan Fleksibel (NIST GCR 12-917-21). Menurut (Yulan Irianti et al., 2019) diafragma semi-rigid memiliki kekakuan yang bervariasi, memungkinkannya untuk mengalami rotasi dan deformasi. Deformasi ini memengaruhi distribusi beban pada rangka, tergantung pada perbandingan kekakuan antara diafragma dan struktur rangka Ketika massa (m) menerima gaya lateral (F) sebagai representasi bangunan yang menerima beban lateral, tumpuan kaku (a) memungkinkan perhitungan defleksi total secara sederhana dengan sebagai menggunakan kekakuan). Namun, pada tumpuan fleksibel (b) nilai defleksi bergantung pada kekakuan vertikal (kz), horizontal (kx), dan rotasi (kyy) dari model pegas yang mencerminkan karakteristik kekakuan tanah. teori elastisitas (k Dari perspektif struktural, dapat disimpulkan bahwa fleksibilitas pondasi memengaruhi respons struktur di atasnya. Namun, karena tanah tidak bersifat elastis sempurna, tekanan yang diberikan oleh struktur dapat memodifikasi karakteristik tanah. Oleh karena itu, analisis tanah dan struktur dapat dianalisis secara bersamaan, mengingat pengaruh saling terkait di ITS. Pemahaman ini penting untuk memahami bagaimana tanah bereaksi terhadap beban dan deformasi serta faktor- faktor lain yang memengaruhi ITS. 2.2 Diafragma Dalam konteks membandingkan antar kategori diafragma tersebut dipahami bahwa diafragma rigid perpindahan lebih dibandingkan karena fleksibilitasnya memengaruhi distribusi gaya lateral ke elemen penahan gaya lateral secara vertikal dalam struktur (Hasibuan & Anisa, 2022). efisien mengurangi yang semi-rigid 2.3 Kekakuan Pondasi Pemodelan ITS melalui pendekatan langsung dapat disederhanakan dengan menggunakan elemen pegas yang mencerminkan kekakuan lateral pada pondasi. Proses serupa dilakukan dalam penelitian yang dilakukan oleh (Widyanata et al., 2019), di mana metode pendekatan kekakuan tanah-pondasi diimplementasikan melalui penggunaan elemen pegas. perlu permodelan Dengan dipertimbangkan pengaruh balok sloof terhadap kekakuan struktur, karena balok sloof dapat memberikan tidak berotasi secara bebas akibat beban lateral dengan cara mengikat kolom dan pile cap. cara tersebut, tahanan pada kolom agar Atap dan lantai memikul beban gravitasi dan mentransfer beban tersebut ke kolom atau dinding. tersebut berfungsi Namun, selain sebagai diafragma, yaitu elemen struktur yang berfungsi untuk mendistribusi gaya gempa atau gaya lateral ke elemen vertikal seperti kolom atau dinding geser. itu elemen 3. METODE Metode yang digunakan pada penelitian ini yaitu; studi literatur, pengasumsian data, permodelan struktur, dan disertai dengan mensimulasikan beberapa pengaruh pondasi, diafragma, dan balok sloof seperti yang dijelaskan dibawah ini seperti massa Di SNI 1726-2019 pasal 7.3.1 mengakomodasi fleksibilitas kemungkinan penentuan diafragma untuk dapat menyederhanakan analisis keseluruhan distribusi gaya horizontal. Ada 3 kategori diafragma, yaitu: tentang yang digunakan a. Diafragma Fleksibel Diafragma fleksibel memiliki deformasi yang besar dibandingkan diafragma lain. Diafragma fleksibel dianggap tidak mampu mentransfer gaya ke elemen-elemen struktur penahan gaya lateral dalam arah yang tegak lurusnya. Oleh 3.1 Studi Literatur Studi dengan maksud dilakukan menggambarkan secara ringkas konsep-konsep dan teori-teori yang terkait dengan penelitian yang akan dijalankan. Pendekatan ini melibatkan penelusuran referensi dari beragam sumber, termasuk buku dan jurnal yang sejenis telah membahas sebelumnya. Studi literatur yang diterapkan dalam penelitian ini mencakup berbagai aspek, seperti sistem struktur, prinsip dinamika struktur dan rekayasa gempa. literatur tema 9
Jurnal Teknologi dan Rekayasa Sipil: Vol 01 Number: 1, July 2022, pp 10-17 3.2 Pemodelan Struktur Model struktur yang digunakan adalah model struktur 3 dimensi tingkat 1 dengan 1 bentang arah- x dan 1 bentang arah-y guna untuk fokus mengamati variabel bebas yang diinginkan. Penelitian ini dilakukan dengan menvariasi tiga variabel dalam pemodelan struktur, yaitu: menggunakan model dapat divariasikan sesuai kebutuhan simulasi. Analisis dilakukan dalam sistem 3D, mempertimbangkan berat sendiri struktur dan beban hidup, tunggal yang 1. Massa pondasi 2. Diafragma 3. Balok sloof Data yang digunakan sebagai batasan masalah dalam penelitian ini terdiri dari data struktur atas dan data struktur bawah. Data struktur atas berupa material, konfigurasi bentuk dan beban struktur, serta dimensi elemen penampang. Sedangkan data struktur bawah berupa elemen sloof, serta geometri pondasi dan pile cap. Gambar 3. 3 Model 3D Struktur Berikut adalah data-data asumsi yang digunakan pada penelitian ini: a. Data Umum 1. Material 2. Lokasi 3. Jumlah Lantai 4. Tinggi Struktur : Beton : Pekanbaru : 1 Lantai : 5 m b. Dimensi Elemen Struktur 3.3 Pengaruh Massa Pondasi Karakteristik dinamis struktur salah satunya adalah periode yang struktur. mempengaruhi nilai periode struktur adalah hanya massa dan kekakuan struktur itu sendiri, karena periode struktur merupakan sebuah pendekatan struktur dalam kondisi getaran bebas tak teredam (undamped free-vibration). alami Parameter 1. Kolom 2. Balok 3. Plat Lantai 4. Mutu Beton : 40 x 40 cm : 25 x 40 cm : 13 cm : 25 Mpa c. Dimensi Pilecap dan Pondasi 1. Pilecap 2. Pondasi 3. Mutu Pondasi : 2 m x 2 m x 0,5 m : D400; L = 10 m : 41,5 Mpa Struktur yang akan dianalisis berupa permodelan yang mengasumsikan massa pondasi dan pilecap ikut berkontribusi menyumbangkan massa ke struktur secara keseluruhan dengan model yang menganggap pondasi dan pilecap tidak memiliki massa, namun hanya memiliki kekakuan. Melalui 2 model perbandingan tersebut, hasil yang didapatkan akan disandingkan dengan memahami perbedaan nilai periode getar struktur, karena periode akan mempengaruhi beban gempa yang diberikan. 3.4 Pengaruh Diafragma Gambar 3. 1 Denah Model Struktur Besar deformasi yang terjadi akibat beban lateral gempa yang diberikan ke struktur tergantung dari kekakuan lantai. Lantai adalah elemen penghubung atau pengaku elemen-elemen vertikal atau yang biasa disebut diafragma. Melalui perbandingan sederhana dapat dipahami bahwa diafragma yang lebih kaku akan memperkecil deformasi. Hal yang sama juga berlaku pada analisis struktur dengan ITS, perpindahan diafragma dianggap merepresentasikan nilai respon struktur ketika parameter tanah dan pondasi ikut dipertimbangkan. Gambar 3. 2 Tampak Atas Pondasi itu, perbandingan model struktur Maka dari untuk melihat yang digunakan sederhana perbandingan hasil analisis didasarkan pada jenis diafragmanya yaitu, model struktur diafragma kaku dan model struktur diafragma semi-kaku. Penelitian ini mengadopsi pendekatan permodelan langsung dengan menggabungkan struktur atas dan pondasi sebagai satu kesatuan. Kekakuan tanah direpresentasikan dengan elemen pegas untuk tanah-pondasi. Struktur memodelkan interaksi 3.5 Pengaruh Balok Sloof Penelitian oleh (Filzah et al., 2019) menyatakan dalam analisis struktur, dianggap struktur bertumpu diatas tumpuan yang tidak dapat berdeformasi. 10
Jurnal Teknologi dan Rekayasa Sipil: Vol 01 Number: 1, July 2022, pp 10-17 Sehingga, untuk merepresentasikan hal tersebut maka digunakan tumpuan jepit yang memiliki kekakuan tak berhingga. Tabel 4.1 Analisis Simulasi Massa Pondasi Jenis Periode (detik) Perpindahan (mm) yang Balok berpengaruh terhadap kolom struktur dengan menambah kekakuan rotasi pada kolom dan horizontal. Dalam mengurangi permodelan struktur, ketika suatu struktur telah dianggap memiliki tumpuan jepit, maka balok sloof tidak perlu lagi ikut dimodelkan. sloof merupakan komponen perpindahan Namun, dalam analisis struktur dengan ITS yang menggunakan metode pendekatan permodelan langsung yang memodelkan struktur, pilecap, dan pondasi secara langsung pengaruh sloof akan dipertanyakan. Maka dari itu, pada simulasi sloof ini menggunakan 2 model strukur, yaitu struktur tanpa sloof, dan struktur menggunakan sloof (tidak memiliki massa). 4. HASIL DAN DISKUSI 4.1 Hubungan Tanah-Pondasi-Struktur Dengan Massa Pondasi Tanpa Massa Pondasi 0,359 0,343 0,23 0,162 4.3 Pengaruh Diafragma Dalam analisis struktural, hubungan antara ITS dan jenis diafragma, seperti diafragma kaku dan semi- kaku, menciptakan dinamika yang kompleks dan mempengaruhi sistem respons struktural terhadap gempa. keseluruhan Ketika mempertimbangkan diafragma kaku, yang memiliki kekakuan lateral yang tinggi, analisis ITS cenderung menekankan respons struktur terhadap gempa lebih pada karakteristik internal struktur daripada interaksi dengan tanah. Deformasi dan rotasi pada diafragma kaku mungkin lebih terbatas, dan distribusi beban dinamis dapat lebih terfokus. Analisis ITS melibatkan pemodelan dinamis tanah dan struktur secara bersamaan, di mana respons tanah dan struktur saling mempengaruhi satu sama lain. Tanah memiliki karakteristik yang berbeda- beda, seperti kekakuan dan amplitudo gelombang, yang berdampak pada respons struktural. Pondasi tanah dan berperan sebagai struktur, dan sifat-sifat material pondasi sangat memengaruhi transfer gaya dan perpindahan antara tanah dan struktur. interface antara Sebaliknya, pada diafragma semi-kaku yang lebih fleksibel, analisis ITS dapat menunjukkan pengaruh yang lebih besar dari interaksi dengan tanah. Deformasi dan rotasi pada diafragma semi-kaku dapat menjadi lebih signifikan, dan distribusi beban dinamis dapat lebih merata di seluruh struktur. Adapun hasil analisis struktur yang dilakukan tersaji dalam tabel berikut Tabel 4.2 Analisis Simulasi Diafragma Hubungan timbal balik diantara tanah, pondasi, dan struktur sangat kompleks dan saling mempengaruhi karena ketiganya bersifat terintegrasi, perubahan dalam satu komponen dapat berdampak pada kinerja sistem struktur secara keseluruhan. Periode (detik) 0,359 0,359 4.4 Pengaruh Balok Sloof Jenis Diafragma Rigid Semi-Rigid Perpindahan (mm) 2,078 2,08 4.2 Pengaruh Massa Pondasi Massa dan kekakuan adalah fungsi dari nilai struktur struktur. periode berpengaruh terhadap besaran beban gempa rencana yang dialami struktur. Semakin besar massa, maka akan semakin besar nilai periode. alami Periode permodelan Dalam menggabungkan keseluruhan (struktur atas dan pondasi), maka terdapat 2 asumsi yang menyertai yaitu, pondasi ikut memberikan tambahan berat sendiri struktur tersebut atau tidak memiliki massa namun hanya pondasi menyumbang kekakuan saja. analisis ITS, struktur ketika secara Analisis ITS mempertimbangkan fleksibilitas tanah disekitar struktur. Balok sloof sebagai elemen struktural yang mendukung kolom-kolom dan berada didekat permukaan tanah, akan mengalami efek fleksibilitas tanah. Deformasi tanah dapat mempengaruhi deformasi sloof atau sebaliknya. Parameter kekakuan struktur, dapat berubah akibat interaksi dinamis dengan tanah dalam analisis ITS. Tanah yang lebih fleksibel dapat menyebabkan pergeseran dan rotasi pada pondasi, mempengaruhi karakteristik struktural keseluruhan dan balok sloof turut berperan memberikan resistensi pada kolom dan pondasi. Berdasarkan hasil analisis didapatkan kesimpulan bahwa massa pondasi relatif tidak memberikan kontribusi signifikan terhadap periode struktur. Selisih nilai periode perbandingan model tersebut 0,016 detik dan perpindahan sebesar mm. Hasil analisis struktur dengan dan tanpa massa pondasi dapat dilihat pada tabel berikut. Maka dari itu, berikut adalah Tabel 4.4 yang merupakan hasil analisis pengaruh sloof dalam analisis ITS. Tabel 4.3 Analisis Simulasi Sloof Jenis Tanpa Sloof Dengan Sloof Periode (detik) 0,359 0,306 Perpindahan (mm) 2,078 1,124 11
Jurnal Teknologi dan Rekayasa Sipil: Vol 01 Number: 1, July 2022, pp 10-17 5. KESIMPULAN Analisa struktur dengan pemodelan struktur atas dan struktur bawah sebagai perletakan jepit perlu untuk dianalisis lebih jauh. Pengaruh interaksi tanah-struktur dengan pengaruh faktor masa pondasi, tipe diafragma dan balok sloof pengikat pondasi pada penelitian ini didapat kesimpulan sebagai berikut: Prosiding Seminar Nasional Teknik Sipil 2, SM-101. Yulan Irianti, E. N., Meeryano Sutrisno, E., & Utomo, J. (2019). Analisis dan Desain Diafragma Bukaan Lebar pada Bangunan Gedung Beton Bertulang. 1. Respon dinamis akibat gempa merupakan peristiwa inersia, sedangkan pondasi dapat terkekang oleh tanah sehingga inersia tidak terjadi. 2. Menyertakan massa pondasi dalam analisis ITS tidak memberikan konstribusi yang signifikan terhadap respons dan karakteristik dinamis struktur. 3. Dalam analisis struktur menggunakan ITS, lebih efektif tanah- dengan diafragma semi-kaku secara mencerminkan pengaruh lebih karena struktur fleksibilitas tanah. interaksi terkait 4. Memodelkan balok sloof tanpa massa dalam analisis ITS memberikan hasil lebih akurat daripada tidak memodelkan sloof sama sekali, karena balok sloof menahan perpindahan lateral tanpa meningkatkan periode struktur akibat massa sloof. 6. DAFTAR PUSTAKA Badan Standarisasi Nasional. (2019). Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung dan non Gedung (SNI 1726:2019). Jakarta: Badan Standarisasi Nasional. Filzah, N. A., Simatupang, M., & Kimsan, M. (2019). Perilaku Pondasi Tiang Pancang dengan Mempertimbangkan Interaksi tanah- Tiang Struktur Pada Gedung Bertingkat Menggunakan SAP2000. Jurnal Stabilita, 7(1), 1-8. Hasibuan, S. A. R. S., & Anisa, Y. (2022). Studi Tentang Diafragma Kaku Dan Semi - Kaku pada Struktur Gedung dengan Ketidakberaturan Vertikal. Teknika, 17(2), 91. Kia Darbandsari, S. (2019). A Critical Review on Structure-Soil-Structure Interaction. The Indian Mining & Engineering Journal, 53(11), 13-19. NIST GCR 12-917-21. (2012). Soil-Structure Interaction for Building Structures. NEHRP Consultants Joint Venture Widyanata, I. M., Sukrawa, M., & Wirya Ardana, M. D. (2019). Analisis Pembebanan Seismik Struktur Rangka Beton Bertulang dengan dan tanpa Interaksi Tanah-Struktur (Kasus Gedung 5 Lantai Dengan Pondasi Tiang). 12