Latar Belakang dan Signifikansi Penelitian 

Pondasi rakit bertiang (piled raft foundation) telah menjadi solusi populer untuk konstruksi di tanah lunak karena kemampuannya mendistribusikan beban secara merata dan mengurangi penurunan (settlement). Namun, tantangan seperti tingginya momen lentur dan biaya konstruksi mendorong inovasi, salah satunya dengan penggunaan geo-foam sebagai material cushion. Penelitian oleh Gultom dkk. (2021) ini mengeksplorasi efektivitas geo-foam (EPS) dalam mengurangi penurunan pondasi rakit bertiang melalui pendekatan eksperimen laboratorium dan simulasi numerik dengan PLAXIS 2D. 

Metodologi dan Studi Kasus 

Penelitian ini menggabungkan dua metode utama: 

1. Eksperimen Laboratorium: 

   - Model pondasi rakit bertiang dengan dimensi 2 x 1.5 x 1.5 m diuji di bawah beban statis bertahap (2.5–12.5 kN). 

   - Variasi kondisi air tanah (GWL) dan ketebalan geo-foam (50 cm dan 90 cm) diuji untuk melihat pengaruhnya terhadap penurunan. 

2. Simulasi Numerik (PLAXIS 2D): 

   - Model tanah menggunakan kriteria Mohr-Coulomb dengan elemen segitiga 15-node. 

   - Tiga skenario GWL dianalisis: 

• Kasus 1: GWL jauh di bawah tiang (kondisi kering). 
• Kasus 2: GWL di dasar EPS. 
• Kasus 3: GWL di atas EPS (kondisi basah penuh). 

Temuan Kunci dan Angka Penting 

- Pengurangan Penurunan: 

• Pada beban 10 kN, pondasi dengan geo-foam di Kasus 2 (GWL di dasar EPS) mengalami penurunan 3.0 cm, turun 50% dibandingkan kondisi kering (6.0 cm). 
• Di Kasus 3 (GWL di atas EPS), penurunan hanya berkurang 20% (2.5 cm), menunjukkan bahwa posisi GWL sangat kritis. 

- Peran Hidrostatik: 

•   Geo-foam berfungsi sebagai penyedia tekanan hidrostatik ke atas (uplift), yang mengurangi beban efektif pada tanah. 

- Ketebalan Geo-Foam: 

•    Perbedaan ketebalan (50 cm vs. 90 cm) tidak signifikan dalam mengurangi penurunan, tetapi memengaruhi respons uplift. 

Analisis dan Nilai Tambah 

1. Kritik terhadap Desain Konvensional: 

   - Penelitian ini mengungkap kelemahan pondasi konvensional yang mengabaikan interaksi tanah-struktur-waktu, terutama di tanah lunak. 

2. Perbandingan dengan Penelitian Lain: 

   - Studi oleh Sharma dkk. (2015) menunjukkan bahwa cushion fleksibel (seperti EPS) lebih efektif daripada material kaku dalam redistribusi beban. 

   - El-Gendy (2018) menemukan bahwa sistem unconnected piled raft dengan EPS lebih stabil di bawah beban dinamis. 

3. Aplikasi di Dunia Nyata: 

   - Teknik ini cocok untuk proyek di daerah rawa atau pesisir dengan water table tinggi, seperti di Semarang atau Jakarta. 

Kesimpulan dan Rekomendasi 

Geo-foam terbukti efektif mengurangi penurunan pondasi hingga 50%, terutama jika dipasang dengan mempertimbangkan posisi GWL. 

Rekomendasi untuk Praktisi: 

• Lakukan analisis GWL sebelum memilih ketebalan geo-foam.
• Kombinasikan dengan pile pendek untuk tanah lunak dangkal dan pile panjang untuk kontrol penurunan. 

Sumber : Gultom, J., Pratikso, H., Rochim, A., & Taufik, S. (2021). Behavior of Piled Raft Foundation in Soft Clay Layer with Geo-Foam Application. BIRCI Journal. 

Pondasi adalah elemen tak tergantikan dalam kestabilan struktur bangunan. Namun, tantangan terbesar muncul saat konstruksi dilakukan di daerah bertanah lunak, yaitu tanah yang memiliki kadar air tinggi, kekuatan geser rendah, dan sifat mudah mengalami deformasi. Kondisi ini umum ditemukan di wilayah bekas rawa, danau, atau delta sungai yang banyak tersebar di kawasan pesisir Asia Tenggara termasuk Indonesia.

Makalah yang ditulis oleh Yi Liu dari Henan Transportation Vocational and Technical College membahas secara menyeluruh tentang desain dan teknologi konstruksi rekayasa fondasi di daerah bertanah lunak. Artikel ini menyajikan sintesis teori, praktik teknik, dan strategi konstruksi terkini, yang dapat menjadi acuan utama bagi insinyur sipil dalam menghadapi proyek pembangunan di lingkungan geoteknik yang sulit.

Karakteristik Geologis Tanah Lunak dan Dampaknya

Jenis-Jenis Tanah Lunak

• Tanah kolodial organik: kaya bahan organik, sangat plastis, mudah mengalir, dan mengalami penurunan besar.
• Tanah lempung kohesif: plastis, punya kohesi kuat, tapi rentan terhadap deformasi jangka panjang.
• Tanah pasir lepas: gesekan antarpartikel rendah, sehingga daya dukung sangat terbatas.

Ciri Geologi Tanah Lunak:

• Distribusi tidak merata
• Kadar air tinggi
• Struktur berlapis kompleks
• Rentan terhadap pengaruh musiman (hujan dan fluktuasi air tanah)

Dampaknya: fondasi di atas tanah lunak sering mengalami penurunan diferensial, retakan struktural, dan kegagalan stabilitas, terutama jika tidak dilakukan perlakuan tanah yang tepat.

Metode Desain Rekayasa Fondasi di Tanah Lunak

A. Teknik Perkuatan Tanah

1. Teknik Penguatan (Reinforcement):

• Tiang pancang dan tiang campur (mixing piles): memperbaiki kekuatan geser dan mengurangi penurunan.
• Balok bawah tanah dan dinding kaku: menyebarkan beban secara merata.
• Contoh aplikasi: proyek pemukiman di wilayah delta Sungai Yangtze menggunakan tiang beton bertulang + tanah semen → berhasil mengurangi penurunan 50% dalam 12 bulan.

2. Teknik Peningkatan (Improvement):

• Agen stabilisasi: seperti semen, kapur, dan bahan kimia untuk memperkuat ikatan antar partikel tanah.
• Injeksi cair/gas: untuk mengubah struktur pori tanah.
• Perhatian: perlu kontrol rasio pencampuran dan kedalaman penetrasi agar hasil efektif.

3. Teknik Prakonstruksi (Preprocessing):

• Sistem drainase: untuk menstabilkan kadar air tanah.
• Pra-tekan (preload): menerapkan beban sebelum pembangunan → mempercepat konsolidasi.
• Preloading sukses digunakan di Proyek Pelabuhan Shenzhen, mempercepat konsolidasi hingga 8 bulan lebih awal dibanding metode konvensional.

B. Pemilihan dan Desain Jenis Fondasi

1. Fondasi Dangkal:

• Raft slab: mendistribusikan beban ke area lebih luas, cocok untuk bangunan bertingkat rendah.
• Pelat beton/cantilever: menambah kekakuan dan menahan gaya horisontal.

2. Fondasi Dalam:

• Tiang bor dan tiang pancang: mencapai lapisan tanah keras, cocok untuk struktur berat.
• Fondasi pier: digunakan di lokasi dengan kedalaman tanah lunak ekstrem.

Prinsip desain: sesuaikan tipe fondasi dengan data geologi lokal, seperti kedalaman lapisan lunak, kadar air, dan struktur butiran.

C. Pemilihan Material & Kontrol Kualitas

1. Material Perkuatan:

• Beton mutu tinggi (misal: K300–K400) untuk tiang pancang.
• Agen stabilisasi: semen Portland, kapur, fly ash.

2. Material Struktur:

• Beton tahan air dan kuat tekan tinggi.
• Baja tulangan standar ASTM dengan lapisan pelindung karat.
• Drainase dan sistem geotekstil untuk mencegah penetrasi air berlebih.

Catatan penting: kualitas beton dan baja sangat menentukan masa pakai fondasi, terutama dalam lingkungan lembap dan korosif.

Teknik Konstruksi di Lapangan

1. Persiapan Pra-Konstruksi

• Survei geoteknik menyeluruh: tentukan kedalaman lapisan lunak, posisi muka air tanah.
• Evaluasi desain rekayasa: agar semua variabel tanah lunak tercakup.
• Perencanaan lingkungan & keselamatan: untuk meminimalisasi dampak ekologis dan risiko kerja.

2. Pelaksanaan Teknik Perkuatan di Lapangan

• Kontrol parameter teknis: kedalaman tiang, tekanan injeksi, dan densitas material.
• Monitoring selama konstruksi: instrumen geoteknik seperti piezometer & settlement gauge.
• Penanganan masalah umum: seperti kebocoran lumpur atau pemadatan tidak merata → harus segera direspon teknis.

3. Pengawasan Kualitas Konstruksi

• Pengujian kualitas bahan di lapangan: slump test beton, uji kuat tekan.
• Pengecekan vertikalitas tiang fondasi dan kepadatan tanah hasil stabilisasi.
• Dokumentasi dan inspeksi berkala di semua tahap konstruksi.

Pemeliharaan Pasca-Konstruksi

1. Sistem Monitoring Terstruktur

• Monitoring deformasi: pemasangan inclinometer & settlement marker.
• Pengukuran berkala kadar air tanah & gaya tekan.

2. Inspeksi dan Diagnostik

• Rutin periksa retak struktur, penurunan, atau rembesan.
• Jika ada indikasi kegagalan → analisis cepat dan tindakan perkuatan lokal.

3. Tindakan Pemeliharaan

• Perbaikan drainase
• Rekondisi retakan dengan epoxy atau injeksi grout
• Penguatan lokal pada fondasi yang melemah

4. Evaluasi Data Monitoring

• Interpretasi kuantitatif: perubahan gaya geser, distribusi tekanan, kemiringan
• Dasar penyusunan rencana perawatan jangka panjang

Tinjauan Kritis dan Hubungannya dengan Tren Industri

1. Perlunya Inovasi Adaptif

Kondisi geoteknik tanah lunak sangat bervariasi. Maka, pendekatan desain dan konstruksi tak bisa satu pola. Perlu integrasi teknologi terbaru seperti:

• Metode CPTu (Cone Penetration Test with pore pressure)
• Geotekstil cerdas (smart textile sensors)
• Machine learning untuk prediksi penurunan

2. Koneksi dengan Infrastruktur Strategis

Proyek seperti:

• Jembatan Suramadu
• Pelabuhan Patimban
• Tol pesisir Sumatra menghadapi tantangan serupa dalam rekayasa fondasi di tanah lunak. Studi ini memberikan kerangka aplikatif yang sangat berguna bagi proyek-proyek tersebut.

3. Kesadaran Lingkungan

Desain yang baik juga harus mempertimbangkan:

• Dampak drainase terhadap ekosistem lokal
• Stabilitas pasca-gempa di tanah lunak
• Material yang ramah lingkungan dan daur ulang

Kesimpulan: Stabilitas Tanah Lunak Dimulai dari Desain yang Cerdas

Desain dan teknologi konstruksi fondasi di tanah lunak adalah kombinasi antara analisis geologi mendalam, strategi perkuatan yang tepat, pemilihan material presisi, dan pengawasan kualitas ketat. Studi ini menyajikan panduan komprehensif untuk menghadapi salah satu tantangan paling kompleks dalam dunia teknik sipil.

Dengan penerapan prinsip-prinsip yang dibahas, para praktisi teknik dapat merancang fondasi yang aman, stabil, dan tahan lama, bahkan dalam kondisi tanah yang paling tidak bersahabat sekalipun.

Sumber : Liu, Yi. Research on foundation engineering design and construction technology in soft soil area. Journal of Civil Engineering and Urban Planning (2024), Clausius Scientific Press.

 

Di balik kokohnya struktur bangunan tahan gempa, tersembunyi interaksi kompleks antara tanah, fondasi, dan struktur itu sendiri. Interaksi ini dikenal sebagai Soil-Foundation-Structure Interaction (SFSI). Studi oleh Dimitris Pitilakis dan Nicos Makris berjudul “A Study on the Effects of the Foundation Compliance on the Response of Yielding Structures Using Dimensional Analysis” menyajikan analisis mendalam tentang bagaimana kelenturan fondasi memengaruhi respons dinamis struktur saat gempa besar.

Penelitian ini sangat relevan di tengah pergeseran paradigma rekayasa gempa yang kini tak hanya berfokus pada kekuatan bangunan, tetapi juga pada perilaku sistem secara keseluruhan, termasuk respons tanah dan fondasi.

Metode dan Tujuan Penelitian

Studi ini menggunakan analisis dimensional sebagai pendekatan utama untuk memahami pengaruh parameter fisik terhadap deformasi seismik maksimum. Model sistem yang digunakan adalah struktur elastoplastik satu derajat kebebasan (SDOF) yang ditempatkan pada fondasi lentur.

Parameter penting yang dianalisis antara lain:

• Percepatan leleh struktur (αy)
• Perpindahan leleh (uy)
• Massa total sistem
• Rasio massa tanah terhadap struktur
• Frekuensi alami dan redaman dari fondasi (ωf, ζf)
• Karakteristik gempa (durasi dan intensitas impuls)

Hasil Kunci & Temuan Utama

1. Resonansi adalah Masalah Serius

Salah satu temuan penting adalah bahwa ketika frekuensi fondasi mendekati frekuensi dominan dari impuls gempa, respons struktur meningkat tajam. Ini disebut kondisi resonansi, yang bisa menyebabkan deformasi ekstrem bahkan pada struktur yang relatif kuat.

2. Tambahan Massa Tanah Justru Bisa Meningkatkan Risiko

Secara intuitif, kita mengira massa tanah di bawah fondasi bisa "menyerap" energi gempa. Namun, studi menunjukkan bahwa semakin besar massa tanah relatif terhadap struktur, justru semakin besar demand seismik (Π1 = umaxωp2/αp). Hal ini bertentangan dengan asumsi umum dalam beberapa regulasi teknik sipil.

Studi Kasus: Jembatan Layang Hanshin (Kobe, 1995)

Penelitian ini mengaplikasikan model matematisnya pada kasus nyata: runtuhnya 630 meter Jembatan Layang Hanshin saat gempa Kobe 1995. Analisis menunjukkan bahwa interaksi fondasi-tanah yang lentur justru meningkatkan respons seismik kolom jembatan hingga melampaui batas aman.

Parameter aktual:

• Massa struktur: 1100 Mg
• Kekakuan horizontal pier: 150 MN/m
• αy (percepatan leleh): 0.7g
• Massa tanah fondasi: 2× massa struktur
• Frekuensi fondasi: ≈ 6.74 rad/s
• Impuls gempa: αp = 0.85g, Tp ≈ 1.6 s

Hasil: Dengan nilai Π3 (normalized uy) antara 0.1–0.75, sistem lentur menunjukkan respons yang lebih besar dibanding struktur dengan fondasi kaku. Ini membenarkan bahwa SFSI dapat merugikan, tergantung pada kondisi dinamis sistem.

Efek dari Parameter Kunci: Uji Numerik

A. Perpindahan Leleh (uy)

Dalam uji dengan pulse Type-A (maju) dan Type-B (maju-mundur):

• Saat uy < 1: seismic demand cenderung lebih tinggi dibanding sistem fixed-base.
• Saat uy > 1: seismic demand lebih rendah, artinya struktur lebih “tahan banting”.
• Pulse Type-B umumnya menghasilkan demand lebih rendah daripada Type-A untuk struktur dengan αy rendah.

B. Massa Tanah Fondasi

Dengan Π4 (mf/m) dari 1 hingga 4:

• Peningkatan massa tanah → peningkatan seismic demand.
• Saat ωf ≠ ωp (tidak resonansi): efek bisa menurun.
• Saat ωf = ωp (resonansi): seismic demand maksimum terjadi, bahkan melebihi fixed-base.

C. Pulse Gempa Nyata

Data digunakan dari:

• Rinaldi (Northridge, 1994) – impuls Type-A
• Aegion (Yunani, 1995) – impuls Type-B

Hasil:

• Aegion record cenderung menyebabkan seismic demand lebih tinggi dibanding Rinaldi, terutama saat fondasi lentur.
• Untuk Π3 > 1, respons masih bisa lebih rendah daripada fixed-base.

Kontribusi Penting: Analisis Dimensional & Self-Similarity

Pendekatan analisis dimensional memungkinkan semua parameter fisik dikonversi ke bentuk tak berdimensi (Π-terms), menghasilkan satu kurva utama yang menggambarkan berbagai skenario:

• Π1: seismic demand
• Π2: kekuatan spesifik sistem
• Π3: perpindahan leleh termodifikasi
• Π4: rasio massa tanah dan struktur
• Π5: rasio frekuensi fondasi dan impuls
• Π6: rasio redaman fondasi

Kelebihannya? Kurva-kurva ini self-similar, bisa diterapkan ke berbagai ukuran dan kondisi struktur—dari bangunan 1 lantai hingga jembatan raksasa.

Tinjauan Kritis & Hubungan ke Industri

1. Tantangan Bagi Praktik Rekayasa Gempa Modern

Mayoritas standar perencanaan struktur gempa (misalnya Eurocode 8, ASCE 7) mengasumsikan bahwa interaksi SFSI mengurangi respons struktur. Namun, penelitian ini memperlihatkan bahwa dalam banyak kasus, justru terjadi sebaliknya—terutama ketika fondasi terlalu fleksibel atau resonansi terjadi.

2. Relevansi di Era Infrastruktur Vertikal

Dengan menjamurnya gedung tinggi, jembatan layang, dan pelabuhan laut dalam yang berdiri di atas tanah lunak, pemahaman tentang pengaruh fondasi lentur terhadap respons gempa sangat vital. Integrasi model seperti ini dalam software analisis struktur (SAP2000, ETABS, OpenSees) perlu ditingkatkan.

Kesimpulan: Fleksibel Tidak Selalu Baik

Penelitian ini membuktikan bahwa fondasi lentur bisa menjadi pedang bermata dua. Dalam kondisi tertentu, ia meredam energi gempa; dalam situasi lain, ia memperparah deformasi struktur.

Poin Penting:

• Seismic demand bisa meningkat seiring bertambahnya kekuatan struktur, karena sistem menjadi lebih kaku dan rentan terhadap resonansi.
• SFSI bisa bersifat merugikan, terutama saat terjadi pencocokan frekuensi antara tanah dan gempa.
• Sistem fixed-base kadang memberikan batas atas untuk demand, namun tidak selalu menjadi kasus paling aman.
• Dimensional analysis memberikan pendekatan elegan dan fleksibel untuk memahami respons seismik dalam skala besar.

Sumber : Pitilakis, D. & Makris, N. A study on the effects of the foundation compliance on the response of yielding structures using dimensional analysis. Aristotle University of Thessaloniki & University of Patras.

Pendahuluan: Masalah Umum Pondasi dan Inovasi dalam Solusinya

Dalam dunia teknik sipil, penurunan pondasi (settlement) adalah masalah krusial yang dapat menyebabkan kerusakan struktural serius. Ketika pondasi diletakkan di atas tanah pasir, penurunan yang tidak terkendali bisa menyebabkan deformasi bangunan, keretakan dinding, dan bahkan kegagalan total struktur. Untuk itu, inovasi dalam desain pondasi sangat diperlukan.

Penelitian oleh M.Y. Al-Aghbari dari Sultan Qaboos University memperkenalkan pendekatan sederhana namun efektif untuk mengurangi penurunan tersebut: menggunakan structural skirts. Artikel ini akan merangkum dan mengembangkan penelitian tersebut dengan analisis praktis, angka-angka uji eksperimental, serta konteks aplikatif yang lebih luas dalam teknik sipil modern.

Apa Itu Structural Skirts dan Mengapa Penting?

Structural skirts adalah pelat baja yang dipasang secara vertikal di tepi pondasi dangkal. Fungsinya:

• Meningkatkan kedalaman efektif pondasi
• Mengurangi penurunan tanah
• Meningkatkan kapasitas dukung tanah

Metode ini sudah lama digunakan dalam fondasi laut untuk menghadapi erosi, namun jarang diterapkan secara sistematis dalam pondasi konvensional darat. Penelitian ini menunjukkan potensi luar biasa dari metode ini.

Tujuan Penelitian

1. Menilai efektivitas skirt struktural dalam mengurangi penurunan pondasi dangkal.
2. Mengembangkan parameter kuantitatif Settlement Reduction Factor (SRF).
3. Membandingkan hasil eksperimen dengan model perhitungan teori klasik seperti Terzaghi, Schmertmann, Bazaraa, dan Meyerhof.

Metodologi Uji: Simulasi Lapangan dalam Skala Laboratorium

Peralatan Uji

• Tangki pengujian: 1000 x 1000 x 800 mm
• Pondasi bulat: diameter 120 mm, tebal 30 mm
• Penggunaan pasir sungai bergradasi seragam
• Teknik pemadatan pasir: sand raining setinggi 800 mm
• Sensor: LVDT untuk pengukuran penurunan dan load cell untuk beban

Bahan Uji

• Pasir sungai kasar
  • D₁₀ = 0.45 mm, D₃₀ = 0.65 mm, D₆₀ = 0.85 mm
  • Cᵤ = 1.89 → pasir seragam
  • Berat jenis: 2.65, berat volume kering: 16.5 kN/m³
  • Sudut geser dalam rata-rata: 42°

Hasil Uji: Pondasi Tanpa Skirt Struktural

Pengujian pondasi tanpa skirt struktural dilakukan dengan variasi kedalaman relatif Df/B = 0 dan 0.5, di mana Df adalah kedalaman pondasi dan B lebar pondasi. Hasil grafik hubungan antara tegangan dan penurunan menunjukkan data yang konsisten, memberikan dasar yang kuat untuk perbandingan dengan teori klasik. Ketika dibandingkan dengan beberapa metode perhitungan teoritis, terlihat bahwa metode Terzaghi & Peck (1967) memprediksi penurunan sebesar 0.16 mm dengan rasio perbandingan Skal/Smeasured sebesar 0.71, yang artinya cenderung meremehkan penurunan aktual. Sementara itu, metode Bazaraa (1967) menunjukkan hasil paling mendekati kenyataan dengan prediksi 0.22 mm dan rasio 0.99. Di sisi lain, metode Schmertmann (1970) dan Meyerhof (1965) cenderung melebihkan estimasi, masing-masing dengan penurunan 0.25 mm (Skal/Smeasured = 1.13) dan 0.84 mm (Skal/Smeasured = 3.7). Temuan ini menegaskan bahwa pilihan metode teoritis sangat memengaruhi akurasi desain, dan Bazaraa menjadi pendekatan yang paling representatif untuk kondisi uji aktual.

Hasil Uji: Pengaruh Skirt Struktural terhadap Penurunan

Pengujian terhadap pengaruh skirt struktural terhadap penurunan pondasi menunjukkan bahwa peningkatan kedalaman skirt secara signifikan mampu mengurangi penurunan vertikal. Rasio kedalaman skirt terhadap lebar pondasi (Ds/B) divariasikan mulai dari 0.05 hingga 1.5, dengan beban uji berkisar antara 25 hingga 230 kN/m². Untuk mengukur efektivitas skirt, digunakan parameter Settlement Reduction Factor (SRF), yang didefinisikan sebagai SRF = Ss / Sf, di mana Ss adalah penurunan tanpa skirt dan Sf adalah penurunan dengan skirt. Sebagai contoh, pada beban 100 kN/m², penurunan berkurang drastis dari 1.5 mm (Ds/B = 0.5) menjadi hanya 0.32 mm saat Ds/B meningkat ke 1.5, dengan nilai SRF turun dari 0.42 menjadi 0.09. Berdasarkan hasil uji tersebut, penulis mengusulkan rumus regresi empiris: SRF = exp(-0.18σ(Ds/B)), yang menunjukkan tingkat korelasi sangat tinggi (R² = 0.95), menandakan bahwa model ini sangat akurat untuk memprediksi efektivitas skirt dalam mereduksi penurunan pondasi.

Analisis Tambahan:

1. Efek Tegangan terhadap Efektivitas Skirt

• SRF menurun seiring bertambahnya beban karena perilaku non-linier tanah
• Efisiensi tertinggi terjadi pada beban rendah–menengah (≤100 kN/m²)

2. Perilaku Elastisitas Pondasi

• Footing dengan skirt cenderung lebih elastis dan linear
• Penurunan lebih terkendali dibanding footing tanpa skirt

Aplikasi Praktis dan Potensi Pengembangan

Konteks Industri:

• Skirt cocok untuk konstruksi di area padat tanpa penggalian dalam
• Efektif pada wilayah berair atau berpasir seperti pesisir atau delta sungai
• Relevan untuk perkuatan pondasi eksisting tanpa pembongkaran besar

Opini dan Kritik Konstruktif:

• Penelitian hanya pada pondasi bundar dan pasir → perlu uji di lempung dan bentuk fondasi lain
• Tidak membahas biaya material dan implementasi lapangan
• Potensi pengembangan ke model numerik dan simulasi digital belum digali

Hubungan dengan Tren Global

Penelitian ini menyatu dengan tren:

• Green construction → tanpa penggalian besar
• Value engineering → solusi efektif-biaya tinggi dampak
• Perkuatan retrofit → meningkatkan kekuatan tanpa mengganti struktur utama

Negara seperti Indonesia, Filipina, atau Mesir dengan banyak tanah berpasir dan risiko likuifaksi bisa mengadopsi metode ini dalam proyek jembatan, pelabuhan, dan bangunan air.

Kesimpulan: Inovasi Sederhana, Dampak Besar

Structural skirts terbukti secara eksperimental mengurangi penurunan pondasi hingga lebih dari 90% tergantung kedalamannya. Dengan parameter kuantitatif SRF, insinyur kini dapat:

• Memperkirakan efisiensi metode ini
• Mendesain fondasi yang lebih stabil
• Menyesuaikan desain untuk kondisi tanah spesifik

Penelitian ini bukan hanya tambahan akademis, tetapi juga solusi praktis yang siap diterapkan di lapangan.

Sumber : Al-Aghbari, M.Y. (2007). Settlement of Shallow Circular Foundations with Structural Skirts Resting on Sand. The Journal of Engineering Research, Vol. 4, No. 1, pp. 11–16.

Pendahuluan: Mengapa Reaktor Nuklir Butuh SPRA Generasi Baru

Sejak awal industri pembangkit listrik tenaga nuklir (NPP) di Amerika Serikat, aspek keselamatan terhadap bencana alam telah menjadi bagian dari regulasi wajib. Namun, pendekatan awal bersifat deterministik dan sangat konservatif, sehingga kurang realistis dalam menilai risiko nyata. Kini, pendekatan baru berbasis probabilistik dan risk-informed diadopsi secara luas, termasuk dalam menanggapi insiden seperti Fukushima 2011.

Dokumen ini menyoroti pengembangan MASTODON, alat baru berbasis MOOSE (Multiphysics Object-Oriented Simulation Environment) yang memungkinkan analisis seismik secara dinamis, realistis, dan terintegrasi dengan komponen lain dalam evaluasi keselamatan NPP. MASTODON menjadi pusat pengembangan dalam program Advanced Seismic Probabilistic Risk Assessment (ASPRA) di bawah RISMC (Risk-Informed Safety Margin Characterization).

Tujuan dan Konteks Penelitian

Artikel ini mengevaluasi kemampuan MASTODON untuk:

• Melakukan simulasi nonlinier interaksi tanah-struktur (NLSSI) 3D.
• Menggabungkan analisis probabilistik dan deterministik dalam satu platform.
• Menghitung fragilitas seismik berbasis permintaan lokal (seperti percepatan lantai).
• Menyediakan dasar untuk PRA berbasis waktu, bukan hanya berbasis intensitas.

Dengan kata lain, MASTODON menyatukan semua proses dalam SPRA—dari simulasi gempa hingga perhitungan risiko sistemik—tanpa perlu berpindah antar software atau spreadsheet.

MASTODON: Fitur Utama & Inovasi Teknis

1. Simulasi Fisik ‘Source-to-Site’

MASTODON mampu memodelkan:

• Ruptur patahan gempa,
• Perambatan gelombang nonlinier dalam tanah,
• Interaksi nonlinier tanah-struktur 3D, serta
• Efek lanjutan seperti uplift, sliding, dan gapping di antarmuka fondasi.

MASTODON mengintegrasikan model I-soil (tanah histeretik 3D) dan metode domain reduction untuk input gempa kompleks.

2. Penggunaan Backbone Curve Otomatis

• Dukungan Darendeli (2001) dan GQ/H (Groholski et al. 2016) untuk prediksi perilaku regangan besar tanah.
• Verifikasi terhadap DEEPSOIL dan LS-DYNA menunjukkan kesesuaian hasil.

Contoh:

• Model tanah 3D: 36x36x20 m dengan 20 lapisan.
• Pengujian menggunakan gempa Chi-Chi 1999 dan Coyote 1979 menunjukkan respons spektral yang konsisten dengan DEEPSOIL dan LS-DYNA.

SPRA dengan MASTODON: Proses Baru yang Terintegrasi

Langkah-Langkah Analisis SPRA:

1. Pre-processing: Definisikan distribusi, lakukan sampling (Monte Carlo/Sobol), dan setup simulasi.
2. Simulasi stokastik: Jalankan ribuan skenario gempa virtual menggunakan MultiApp dan Sampler.
3. Perhitungan fragilitas (Enhanced Fragility):
   • Berdasarkan permintaan lokal (bukan hanya PGA).
   • Mempertimbangkan ketidakpastian aleatorik dan epistemik.
   • Input: distribusi kapasitas SSC (lognormal), respons simulasi.
4. Fault Tree Analysis (FTA):
   • Minimal cutset via algoritma MOCUS.
   • Metode kalkulasi: rare-event, upper bound, exact.
5. Post-processing: Hasil seperti Housner Spectrum Intensity, response histories, response spectra.

Studi Kasus: Bangunan 4 Lantai + Fault Tree Sederhana

Studi ini menganalisis probabilitas kegagalan sistem pada bangunan bertingkat empat dengan dinding geser (shear wall) yang memiliki frekuensi alami sebesar 12 Hz, menggunakan pendekatan simulasi Monte Carlo sebanyak 30 sampel. Bangunan ini dilengkapi dengan tiga komponen penting: pompa, baterai, dan switchgear. Parameter stokastik utama dalam analisis ini mencakup kekakuan geser (dengan distribusi lognormal, median 1280 kip/ft, σ = 1.5) dan densitas material (median 2000 kcf, σ = 1.3), serta input percepatan tanah puncak (PGA) sebesar 0.6g. Berdasarkan hasil analisis, probabilitas kegagalan komponen individu menunjukkan bahwa baterai memiliki probabilitas kegagalan tertinggi sebesar 0.055, diikuti oleh switchgear sebesar 0.043, dan pompa sebesar 0.039. Perhitungan probabilitas top event pada fault tree menggunakan tiga metode berbeda, yaitu metode eksak (exact), batas atas (upper bound), dan pendekatan rare-event, yang semuanya menghasilkan nilai yang hampir identik, dengan probabilitas tertinggi sebesar 0.05667. Hasil ini menunjukkan bahwa meskipun masing-masing komponen memiliki tingkat kegagalan yang relatif kecil, akumulasi logika kegagalan dalam struktur sistem dapat menghasilkan probabilitas kegagalan sistem secara keseluruhan yang signifikan.

Nilai Tambah dan Keunggulan MASTODON

1. All-in-One Platform

Tidak perlu lagi menggunakan DEEPSOIL untuk site response, Excel untuk fragilitas, dan SAP2000 untuk respons struktur—semua terintegrasi di MASTODON.

2. Mengurangi Ketidakpastian

Dengan menghilangkan asumsi linearitas dan menggunakan simulasi stokastik, ketidakpastian teknis menjadi lebih terkendali.

3. Relevansi Industri

Cocok diterapkan untuk:

• Evaluasi ulang desain PLTN pasca-Fukushima.
• Pembangunan reaktor baru dengan desain modular kecil (SMR).
• Infrastruktur kritis lain (dam, pusat data, fasilitas pertahanan sipil).

Tinjauan Kritis & Arah Pengembangan

Kelebihan:

• Kapabilitas verifikasi tinggi (dibanding DEEPSOIL dan LS-DYNA).
• Basis MOOSE mendukung fleksibilitas dan integrasi.
• Siap mendukung PRA berbasis waktu.

Kekurangan & Tantangan:

• Masih beta: fitur seperti node set post-processing dan full event tree automation belum aktif.
• Dokumentasi user masih dalam pengembangan walau sudah berbasis web.

Pengembangan ke Depan:

• Penambahan elemen damping independen frekuensi dan seismic isolation.
• Implementasi PRA kebakaran seismik.
• Otomatisasi penting untuk full time-based PRA.

Kesimpulan: MASTODON Mengubah Wajah SPRA

MASTODON bukan sekadar alat simulasi, tapi fondasi untuk revolusi digital SPRA. Dengan kemampuan integrasi penuh, analisis stokastik realistis, dan pendekatan berbasis permintaan lokal, ia menjawab tantangan utama dalam desain dan evaluasi keselamatan reaktor nuklir modern. Dalam beberapa tahun ke depan, MASTODON berpotensi menjadi standar emas dalam PRA eksternal berbasis gempa.

Sumber : ASPRA_Beta_1_Report_RISMC V4 – Idaho National Laboratory (INL), Light Water Reactor Sustainability Program, Office of Nuclear Engineering, U.S. Department of Energy.

Pendahuluan: Tantangan Tanah Ekspansif dalam Dunia Teknik Sipil

Tanah ekspansif merupakan salah satu jenis tanah paling menantang dalam rekayasa geoteknik. Sifatnya yang mengembang saat basah dan menyusut saat kering dapat menyebabkan kerusakan serius pada bangunan, terutama struktur ringan dengan pondasi dangkal. Fenomena ini tidak hanya memicu keretakan, tetapi juga deformasi yang merusak estetika dan fungsi bangunan.

Dalam studi oleh Z. Farid, N. Lamdouar, dan J. Ben Bouziyane, para peneliti mengembangkan metode prediksi sederhana namun akurat untuk menentukan apakah pondasi tetap bersentuhan dengan tanah atau mengalami "lift-off" (lepas kontak) saat tanah mengembang. Mereka memperkenalkan konsep baru bernama “Detachment Factor (Fd)”.

Apa Itu Detachment Factor dan Mengapa Penting?

Detachment Factor (Fd) adalah faktor tunggal yang memungkinkan insinyur memprediksi apakah pondasi akan tetap menempel atau lepas dari tanah ekspansif. Sebelumnya, tidak ada metode tunggal dan praktis untuk menentukan hal ini.

Definisi Fd:

Fd=L⋅k4(Y−Δ)F_d = \frac{L \cdot k}{4} (Y - \Delta)

Dengan:

• L = panjang pondasi
• k = modulus reaksi tanah (kPa/m)
• Y = pengembangan bebas maksimum tanah (m)
• Δ = defleksi maksimum yang diizinkan pada struktur (m)

Jika total beban struktur ΣF lebih kecil dari Fd, maka akan terjadi detachment (pondasi lepas kontak sebagian). Sebaliknya, jika ΣF ≥ Fd, pondasi akan tetap kontak penuh.

Model Interaksi Tanah-Struktur

1. Model Tanah

Tanah diasumsikan sebagai sistem elastis homogen dengan modulus reaksi konstan, dimodelkan sebagai pegas ala Winkler. Ini menyederhanakan perhitungan tanpa mengurangi akurasi.

2. Model Struktur

Bangunan dimodelkan sebagai balok beton dengan panjang tetap L, yang mengalami defleksi maksimum Δ. Defleksi struktur dibandingkan dengan pengembangan tanah untuk menentukan zona kontak dan non-kontak.

3. Model Beban

Tiga jenis beban diperhitungkan:

• Beban perimeter (W)
• Beban sentral (P)
• Beban merata (w)

Beban total ΣF = P + w·L/2 + W

Metodologi: Prediksi Kontak dengan Detachment Factor

Langkah-Langkah:

1. Tentukan parameter desain (L, k, Y, Δ)
2. Hitung Detachment Factor (Fd)
3. Bandingkan dengan beban total ΣF
   • Jika ΣF < Fd → Terjadi lift-off
   • Jika ΣF ≥ Fd → Kontak penuh

Analisis Parameter: Studi Parametrik

Peneliti melakukan studi parametrik untuk mengetahui pengaruh masing-masing parameter terhadap kondisi kontak pondasi-tanah.

1. Modulus Reaksi Tanah (k)

• Kontak penuh terjadi saat k < 1000 kPa/m dan w > 74 kPa
• Untuk tanah sangat kaku (k > 4000 kPa/m), dibutuhkan struktur sangat berat untuk mempertahankan kontak

2. Pengembangan Bebas Tanah (Y)

• Pada Y > 0.06 m dan w < 50 kPa, pondasi cenderung terlepas
• Untuk Y = 0.1 m, kontak penuh butuh beban > 88 kPa

3. Defleksi Izin Struktur (Δ)

• Struktur fleksibel (Δ besar) lebih mampu mempertahankan kontak
• Struktur kaku cenderung lepas kontak saat tanah mengembang

4. Panjang Pondasi (L)

• Efek kecil terhadap kondisi kontak
• Pengaruh dominan tetap pada beban dan karakteristik tanah

Validasi Metode: Studi Kasus Internasional

Untuk menguji keakuratan metode Detachment Factor (Fd) dalam memprediksi kondisi kontak antara pondasi dan tanah ekspansif, penelitian ini membandingkannya dengan lima studi kasus nyata dari literatur internasional. Hasil validasi menunjukkan konsistensi tinggi antara prediksi dan kondisi lapangan. Pada studi oleh Ejjaaouani (2008), nilai Fd sebesar 763.49 kN/m dibandingkan dengan beban total ΣF sebesar 900 kN/m, menghasilkan prediksi “tidak terlepas”, yang sesuai dengan observasi di lapangan. Sebaliknya, pada studi oleh Viet Do et al. (2008), nilai Fd mencapai 6750 kN/m, sementara beban aktual jauh di bawah ambang batas (kurang dari 1350 kN/m), sehingga diprediksi akan terjadi lepas kontak (lift-off) — dan hasilnya juga sesuai. Kasus lain seperti Baheddi (2007), serta dua skenario dari Mitchell (1984) menunjukkan prediksi “terlepas”, dengan ΣF jauh lebih kecil dibandingkan Fd, dan semuanya terkonfirmasi melalui data lapangan. Bahkan untuk kasus Viet Do, perhitungan mundur menunjukkan bahwa dibutuhkan beban lebih dari 1350 kPa agar pondasi tidak terlepas — angka yang tidak realistis untuk sistem pondasi dangkal. Validasi ini menegaskan bahwa metode Fd dapat diandalkan sebagai alat praktis dalam merancang pondasi pada tanah ekspansif, terutama dalam memprediksi potensi detachment dengan akurasi tinggi.

Diskusi: Jawaban atas Pertanyaan Kritis

Apakah kondisi kontak lebih dipengaruhi oleh tanah, struktur, atau interaksinya?

Jawabannya adalah kombinasi dari keduanya. Hal ini ditegaskan oleh rumus Fd yang menggabungkan parameter tanah (Y, k) dan struktur (L, Δ). Semakin berat beban dan fleksibel struktur, semakin besar kemungkinan pondasi mempertahankan kontak penuh.

Opini dan Kritik Konstruktif

Kekuatan Studi Ini:

• Metode sederhana dan aplikatif
• Dapat digunakan pada tahap awal desain
• Hasil divalidasi dengan kasus nyata

Kekurangan:

• Tidak mempertimbangkan efek jangka panjang seperti degradasi tanah atau perubahan kelembapan musiman
• Belum ada simulasi berbasis finite element atau integrasi AI/ML

Relevansi dalam Proyek Infrastruktur Modern

Metode ini sangat cocok untuk digunakan di negara seperti Indonesia, di mana:

• Banyak wilayah memiliki tanah lempung ekspansif
• Struktur ringan dengan pondasi dangkal sering dibangun
• Cuaca tropis memperparah variasi kelembapan tanah

Saran implementasi:

• Gunakan metode Fd untuk desain rumah, bangunan kantor ringan, gudang, atau fasilitas publik
• Kombinasikan dengan data uji lapangan lokal (swelling tests)

Kesimpulan: Desain Pondasi Lebih Aman dan Ekonomis dengan Fd

Dengan pendekatan Detachment Factor, perancang struktur kini dapat:

• Menentukan secara akurat kondisi kontak tanah-struktur
• Mencegah kerusakan akibat pergeseran diferensial
• Menghemat biaya rekayasa dengan memilih solusi yang tepat sejak awal

Metode ini menjembatani kesenjangan antara teori dan praktik, memberi insinyur alat prediksi yang intuitif, cepat, dan akurat.

Sumber : Farid, Z., Lamdouar, N., & Ben Bouziyane, J. (2021). A New Simplified Prediction Method of the Contact State between Shallow Foundations and Swelling Ground. Civil Engineering Journal, Vol. 7(5), 880–892.