Pendahuluan: Tantangan Geoteknik di Bawah Permukaan
Dalam banyak proyek infrastruktur, masalah utama bukan pada struktur di atas tanah, tetapi pada kondisi tanah di bawahnya. Ketika tanah memiliki karakteristik lemah dan muka air tanah yang tinggi, maka fondasi standar seperti raft foundation sering gagal menahan beban struktur secara stabil. Dalam konteks tersebut, desain fondasi yang responsif terhadap kondisi tanah dan muka air menjadi keharusan. Studi oleh Nazile Ural dan Abdulselam Gergin menyajikan pendekatan berbasis numerik dengan perangkat lunak Plaxis 2D untuk mengevaluasi desain fondasi pada berbagai tipe tanah bermasalah dengan muka air tinggi, baik dalam kondisi statis maupun seismik.
Latar Belakang dan Tujuan Penelitian
Penelitian ini mengevaluasi dua sistem fondasi utama:
- Raft foundation
- Piled raft foundation
Diuji pada:
- 6 profil tanah bermasalah
- 2 tingkat muka air tanah: -2,0 m dan -5,0 m
- Beban struktur aktual dari bangunan pelayanan publik
- Simulasi gempa berkekuatan M = 5.4
Tujuannya adalah mengetahui pengaruh muka air tanah terhadap deformasi vertikal fondasi dan menentukan konfigurasi fondasi yang paling stabil serta ekonomis.
Metodologi: Simulasi Fondasi dengan Plaxis 2D
Karakteristik Tanah dan Model
Masing-masing model memiliki dua lapisan:
- Lapisan atas setebal 10 m
- Lapisan bawah setebal 56 m
Jenis tanah yang diuji meliputi:
- SC (clayey sand)
- SM (silty sand)
- ML (low plasticity silt)
- MH (high plasticity silt)
- CL (low plasticity clay)
- CH (high plasticity clay)
- GC (clayey gravel)
Setiap tanah dimodelkan menggunakan parameter Modulus Young, Poisson ratio, sudut geser dalam, dan kohesi. Seluruh model dianalisis di muka air -2,0 m dan -5,0 m dengan fondasi seluas 22 x 50 m.
Desain Fondasi dan Parameter Simulasi
1. Raft Foundation
- Tebal pelat: 0,5 m
- Modulus elastisitas: 6 × 10⁶ kN/m
- Berat unit: 6 kN/m/m
- Batas penurunan diperbolehkan: 40–100 mm
2. Piled Raft Foundation
- Panjang tiang: 10 m, 15 m, 20 m, 25 m
- Diameter tiang: 0,8 m
- Jarak antar tiang: 2,0 m
- Kapasitas geser kulit (Tskin): 100–200 kN/m
- Gaya maksimum per tiang: 500 kN
Hasil Analisis Statis: Penurunan pada Raft Foundation
Pada muka air -2,0 m, raft foundation mengalami penurunan yang lebih besar dibandingkan dengan -5,0 m, membuktikan bahwa kedalaman muka air tanah sangat memengaruhi deformasi vertikal.
Penurunan tertinggi terjadi pada:
- Model 4: MH-SM
- Model 3: ML-SM
Penurunan terendah ditemukan pada:
- Model 2: SM-GC
Artinya, tanah dengan dasar GC (gravelly clay) memberikan respons deformasi terbaik dibandingkan dasar SM (silty sand).
Hasil Piled Raft Foundation: Efektivitas terhadap Penurunan
Pengujian sistem piled raft foundation menunjukkan bahwa penambahan panjang tiang secara signifikan menurunkan deformasi vertikal pondasi, terutama pada kondisi muka air tanah tinggi. Berdasarkan hasil simulasi, penurunan rata-rata vertikal untuk panjang tiang 10 meter berkisar antara 36–131 mm pada muka air tanah -2.0 m, dan 32–116 mm pada -5.0 m. Seiring peningkatan panjang tiang menjadi 15, 20, hingga 25 meter, nilai penurunan semakin menurun secara konsisten. Pada panjang tiang 25 meter, penurunan hanya berada pada kisaran 27–101 mm (GWL -2.0 m) dan 24–90 mm (GWL -5.0 m). Efektivitas paling tinggi terjadi pada panjang tiang 25 meter, di mana deformasi dapat berkurang hingga 60% dibandingkan dengan penggunaan raft foundation tanpa tiang. Hal ini membuktikan bahwa desain piled raft yang tepat, terutama dalam hal kedalaman tiang, sangat berperan dalam mengendalikan penurunan vertikal dan meningkatkan stabilitas struktur di atas tanah bermasalah.
Analisis Beban Gempa: Efek Seismik Terhadap Fondasi
Simulasi beban gempa dengan magnitudo M = 5.4 dilakukan setelah proses pembebanan statik untuk mengevaluasi kinerja fondasi dalam kondisi dinamis. Hasil analisis menunjukkan bahwa pada arah horizontal (Ux), baik sistem raft foundation maupun piled raft foundation memberikan respons yang relatif serupa, menunjukkan kestabilan lateral yang hampir setara. Namun, perbedaan mencolok muncul pada arah vertikal (Uy), di mana raft foundation mengalami penurunan vertikal yang lebih besar dibandingkan piled raft. Persentase peningkatan deformasi vertikal pada raft dibanding piled raft bervariasi tergantung model tanah yang digunakan, dengan selisih mencapai 8% pada Model 1, 13% pada Model 2, 6% pada Model 3, 4% pada Model 4, dan 28% pada Model 5, sementara pada Model 6 hampir tidak terdapat perbedaan. Temuan ini mengindikasikan bahwa piled raft foundation memberikan performa vertikal yang lebih stabil dalam kondisi gempa, khususnya pada tanah yang lunak atau kurang padat seperti pada Model 5.
Analisis Berdasarkan Kombinasi Tanah
Lapisan Dasar GC (Clayey Gravel)
- Respon terbaik terhadap beban statik dan gempa
- Model 2 dan 1 menunjukkan penurunan minimal
Lapisan Dasar SM (Silty Sand)
- Respon paling buruk
- Model 3 dan 4 mengalami penurunan maksimum bahkan setelah penggunaan piled raft
Hal ini mengindikasikan sifat dinamis tanah silty yang sangat sensitif terhadap muka air dan gaya lateral gempa.
Kritik dan Pengembangan
Kelebihan Penelitian
- Komprehensif: menggabungkan statik, dinamis, dan variasi muka air tanah
- Akurat: menggunakan data beban aktual dan parameter fisik sesuai referensi teknik sipil
Kekurangan
- Tidak membahas biaya konstruksi antara raft vs piled raft
- Belum ada integrasi model numerik berbasis AI/ML untuk prediksi cepat
Implikasi Industri: Praktik Terbaik Desain Fondasi
Studi ini dapat diadaptasi pada:
- Proyek pemukiman dataran rendah (misal Jakarta, Bangkok)
- Pembangunan jembatan atau pelabuhan di wilayah berair dangkal
- Konstruksi di area rawan gempa dengan muka air tanah tinggi
Rekomendasi:
- Gunakan fondasi tipe piled raft untuk daerah dengan lapisan dasar SM atau MH
- Terapkan sistem drainase permanen untuk menurunkan muka air tanah
- Gunakan simulasi Plaxis atau software serupa sejak tahap perencanaan
Kesimpulan: Pilihan Fondasi Menentukan Stabilitas Bangunan
Piled raft foundation terbukti efektif dalam mengurangi penurunan fondasi hingga 60%, terutama pada tanah dengan karakteristik bermasalah dan muka air tanah tinggi. Panjang tiang yang lebih besar, serta kondisi tanah dasar yang kaku seperti GC, menghasilkan performa terbaik. Dalam desain fondasi modern, pendekatan berbasis numerik seperti Plaxis 2D sangat membantu untuk:
- Evaluasi risiko deformasi
- Pengambilan keputusan desain
- Optimasi biaya dan keamanan
Sumber : Ural, Nazile & Gergin, Abdulselam (2020). Foundation Design on Problematic Soils with High Underground Water Level. Revista de la Construcción, Vol. 19(3), 233–245.