Table of Contents

Desain dan Perencanaan Dimensi Jembatan Berdasarkan Kondisi Geoteknik dan Hidraulika Sesuai SNI

Pembangunan jembatan yang andal dan aman merupakan salah satu tantangan utama dalam infrastruktur transportasi, terutama di negara kepulauan seperti Indonesia yang memiliki lebih dari 88.000 jembatan tersebar di seluruh wilayahnya. Sekitar 40 % dari total jembatan tersebut dilaporkan berada dalam kondisi rusak atau memerlukan rehabilitasi segera, menimbulkan risiko keselamatan dan kerugian ekonomi yang signifikan.

Pada (sub)struktur ujung jembatan, yakni abutment, perlu diterapkan pendekatan desain yang mengintegrasikan aspek geoteknik, hidrolik, dan struktural secara komprehensif. Abutment berfungsi sebagai tumpuan paling ujung yang meneruskan beban dari balok dan plat lantai jembatan ke pondasi dan akhirnya ke tanah dasar. Kegagalan pada abutment yang sering kali diakibatkan oleh scour atau pengikisan dasar akibat aliran banjir menyumbang sekitar 60 % dari seluruh keruntuhan jembatan di Amerika Serikat, menunjukkan betapa krusialnya aspek perlindungan terhadap scour dalam desain.

Tujuan utama analisis ini adalah menentukan secara tepat:

• Tinggi total abutment (H) untuk menjamin struktur tetap aman di atas elevasi muka banjir rancangan;
• Lebar bentang jembatan (L) yang memadai untuk lalu lintas dan kapasitas hidraulik;
• Kedalaman fondasi (Td), clearance hidraulik (Ta), dan ketebalan komposit balok-plat (Tbp) yang memenuhi kriteria SNI 03-2847:2019 tentang Perencanaan Geoteknik untuk Struktur Jembatan serta pedoman internasional seperti AASHTO LRFD.

Definisi dan Klasifikasi Tanah

Dalam perencanaan abutment jembatan, pemahaman menyeluruh tentang jenis dan sifat tanah dasar sangat krusial. Klasifikasi tanah biasanya didasarkan pada fraksi butir, plastisitas, dan kandungan bahan organik, yang memengaruhi daya dukung, settlement, dan rentan scour.

Berdasarkan Fraksi Butir

• Tanah Kasar (gravel dan kerakal): butir > 2 mm, memiliki permeabilitas tinggi (k ≈10⁻³-10⁻¹ m/s) dan kohesi rendah.
• Pasir (sand): butir 0,075-2 mm; baik dalam menyokong beban menengah, tetapi rentan terhadap likuifaksi jika jenuh.
• Lanau (silt): butir 0,002-0,075 mm; kohesi rendah-sedang, plastisitas rendah, permeabilitas sedang.
• Lempung (clay): butir < 0,002 mm; kohesi tinggi (c′ ≥ 25 kPa), plastisitas tinggi (PI > 17), permeabilitas rendah (k ≈10⁻⁸-10⁻⁶ m/s).

Berdasarkan Kandungan Bahan Organik

• Tanah Mineral: kandungan organik < 3 %; stabil secara kimia dan umumnya dapat digunakan langsung sebagai bearing stratum setelah analiza geoteknik.
• Tanah Organik (peat): kandungan organik ≥ 5-10 %; compressibility sangat tinggi, daya dukung rendah (q<100 kPa), umumnya memerlukan soil improvement atau fondasi tiang pancang.

Sistem Klasifikasi Internasional (USCS)

Banyak proyek infrastruktur di Indonesia merujuk Unified Soil Classification System (USCS), yang mengelompokkan tanah berdasarkan:

1. Gradasi Butir (Well-graded vs Poorly-graded)
2. Indeks Plastisitas (Low plasticity LP vs High plasticity HP)

Contoh kode USCS:

• GW: Well-graded gravel (baik menyokong, sedikit settlement)
• SP: Poorly-graded sand (homogen, rentan likuifaksi)
• CL: Low plasticity clay (cukup stabil, sedikit deformasi jangka panjang)
• MH: High plasticity silt (settlement lambat, potensi retak).

Relevansi untuk Desain Abutment

• Pada tanah mineral dengan fraksi lempung/lanau moderat, Td dapat lebih dangkal (0,80-1,20 m) karena dukungan kohesi dan geser memadai.
• Pada tanah pasir bersih atau kerakal, walaupun bearing capacity tinggi, permeabilitas dan potensi likuifaksi menuntut Td lebih dalam (1,00-1,50 m) serta proteksi khusus terhadap scour.
• Tanah organik hampir tidak pernah dijadikan bearing stratum primer; memerlukan preloading, sand drain, atau tiang pancang hingga lapisan mineral stabil pada kedalaman > 3 m.

Deskripsi Gambar Skematik dan Interpretasi Geometri

Pada gambar skematik terlampir, diperlihatkan potongan melintang abutment jembatan beserta parameter‐parameter geometris utama. Pemahaman rinci setiap komponen sangat krusial agar perhitungan dimensi struktur menjadi akurat dan sesuai dengan kondisi lapangan. Berikut uraian komponen dan interpretasinya:

Simbol	Nama Komponen	Deskripsi Singkat	Satuan
H	Tinggi Abutment Total	Jarak vertikal dari muka fondasi (dasar abutment) hingga puncak balok/plat jembatan.	m
L	Lebar Jembatan	Jarak horizontal seluruh bentang jembatan, umumnya: lebar sungai + 2 m (atau disesuaikan kondisi lapangan).	m
Td	Kedalaman Fondasi Abutment	Jarak vertikal dari permukaan sungai terdalam ke dasar fondasi abutment.	m
HWL	Tinggi Air Banjir Rancangan	Tinggi muka air banjir terhitung dari dasar sungai terendah hingga muka air pada banjir rencana (periode ulang tertentu).	m
Ta	Jarak Plat ke Muka Air Banjir	Ruang antara bawah pelat jembatan (inlet) dengan permukaan air banjir; berfungsi menghindari kontak aliran langsung pada elemen struktural.	m
Tbp	Tinggi Balok & Plat Jembatan	Ketebalan total komposit balok penopang dan plat lantai jembatan.	m

Komponen Utama

Fondasi Abutment (Td)

• Merupakan pondasi dangkal/tengah (shallow to intermediate foundation) berupa tiang pancang atau tapak beton sesuai kondisi batuan dan tanah dasar sungai.
• Nilai Td bervariasi menurut tabel penentuan:
• Tanah Mineral: 0.80-1.20 m
• Tanah Pasir: 1.00-1.50 m
• Kedalaman ini dipilih agar mencapai lapisan tanah kuat (bearing stratum) dan mengurangi risiko pengikisan (scour).

Tinggi Air Banjir (HWL)

• Data hidrologi diperoleh dari pengukuran pasang surut, catatan banjir historis, atau pemodelan hidrolik.
• Dalam tabel, HWL = “selevel dengan muka tanah” jika (HWL + Td + Ta + Tbp) ≤ 0; artinya abutment tidak melebihi muka tanah sekitarnya.

Jarak Plat ke Muka Air Banjir (Ta)

• Berfungsi sebagai clearance hidraulik: memberi ruang bagi material hanyut, debris, dan lonjakan air.
• Nilai minimum: 0.30 m pada tanah mineral, 0.60 m pada tanah pasir.

Tinggi Balok dan Plat (Tbp)

• Ditentukan oleh beban lalu lintas (HL-93/ASHTO, BS-5400, Eurocode), biasanya 0.25–0.95 m sesuai lebar bentang.
• Berperan sebagai elemen struktural utama menyalurkan beban ke abutment.

Lebar Jembatan (L)

• Dasar perhitungan: lebar sungai efektif + 2 m (safety margin kedua sisi).
• Tujuannya agar tidak mengerucutkan penampang sungai dan meminimalkan efek kecepatan aliran.

Interpretasi Geometri Potongan

• Bentang Utama:
• Dihitung dari titik tumpu balok kiri ke kanan; sesuai dengan L di gambar.
• Kemiringan Lereng Abutment:
• Biasanya dirancang 1:1,5 hingga 1:2 (vertical:horizontal) untuk kestabilan tanah di sekitar pondasi.
• Lokasi Muka Air Banjir vs. Dasar Abutment:
• Dasar abutment (Td) harus lebih dalam daripada kedalaman muka air maksimal (HWL) untuk mencegah pengikisan langsung (scour).
• Clearance (Ta) memastikan air banjir tidak langsung bersentuhan dengan elemen struktural.

Asumsi Konstruksi dan Kondisi Lapangan

Homogenitas Tanah

Asumsi tanah dasar sungai relatif homogen dalam lapisan atas hingga lapisan fondasi; jika heterogen, perlu bor sondir lanjutan.

Periode Ulang Banjir

Standar hidrologi menggunakan periode ulang minimal 25 tahun untuk jembatan ringan, hingga 100 tahun untuk jembatan utama atau jalan arteri.

Scour dan Proteksi

• Penggunaan kerikil berukuran besar (riprap) di sekitar pondasi untuk mengurangi efek pengikisan.
• Pelapisan geotekstil bila diperlukan.

Analisis Parameter Kedalaman Abutment (Td)

Penentuan kedalaman fondasi abutment (Td) sangat krusial untuk menjamin:

1. Daya dukung geser (shear capacity) dan daya dukung tekan (bearing capacity) tanah.
2. Keamanan terhadap pengikisan dasar (scour) akibat aliran banjir.
3. Reduksi deformasi dan penurunan berlebih (excessive settlement) yang bisa merusak struktur atas.

Secara umum, Td ditetapkan berdasarkan klasifikasi jenis tanah, kondisi hidraulik, dan data geoteknik lapangan.

Karakteristik Tanah Mineral vs. Tanah Pasir

Sifat / Parameter	Tanah Mineral	Tanah Pasir
Komposisi	Lempung, lanau, debu (> 50% halus)	Butiran pasir (> 50%), sedikit halus
Kohesi (c)	Umumnya > 25 kPa	Hampir nol; bergantung pada ikatan kapiler
Sudut Geser Dalam (φ)	20°-35°	30°-45°
Permeabilitas (k)	Rendah (10⁻⁸-10⁻⁶ m/s)	Tinggi (10⁻⁴-10⁻² m/s)
Risiko Scour	Lebih rendah, tetapi piping mungkin terjadi pada elevasi air tinggi	Sangat rentan, butuh proteksi serius (riprap)
Nilai Td dalam Tabel	0,80-1,20 m (tergantung lebar bentang)	1,00-1,50 m (tergantung lebar bentang)

Catatan: Pada tanah mineral, kohesi internal membantu menahan geser, sehingga kedalaman Td relatif lebih kecil. Sebaliknya, pada tanah pasir, kebutuhan kedalaman lebih besar karena kurangnya kohesi dan tingginya permeabilitas mempermudah proses pengikisan dasar.

Dampak Kondisi Bawah Permukaan

Variasi Kedalaman Muka Air Tanah (Groundwater Table)

• Apabila muka air tanah berada dekat permukaan, kapasitas dukung sudah berkurang karena kondisi jenuh.
• Rekomendasi: Tambah kedalaman Td minimal 20-30 cm bila muka air tanah < 1 m di bawah dasar fondasi.

Lapisan Lunak (Soft Clay / Organik)

• Jangan jadikan lapisan lunak sebagai bearing stratum.
• Lakukan pratimbunan (preloading) atau gunakan tiang pancang bila lapisan lunak > 1 m.

Kondisi Stratigrafi Heterogen

• Jika terdapat lapisan pasir kaku di atas pasir lepas, perlu bor sondir untuk memastikan lapisan bearing yang memadai.
• Gunakan rumus kapasitas dukung Terzaghi atau Meyerhof berdasarkan parameter CPT / SPT.

Risiko Liquefaction

• Pada lokasi gempa, pasir jenuh rentan likuifaksi; fondasi dangkal bisa kehilangan daya dukung.
• Solusi: Gunakan soil improvement (vibro compaction, grouting) atau tiang dalam.

Metode Perhitungan Kedalaman Fondasi

Pendekatan Tabel SNI

Tabel penentuan Td (lihat lampiran) merekomendasikan nilai minimum berdasarkan lebar bentang (L) dan jenis tanah. Contoh cuplikan:

Lebar Jembatan (m)	Td (Tanah Mineral)	Td (Tanah Pasir)
6	0,80 m	1,00 m
9	1,20 m	1,50 m
12	1,20 m	1,50 m

Rumus Kapasitas Dukung Tanah (Terzaghi)

Kapasitas Dukung Akhir (qₙ)

qn = c' * Nc + γ' * Df * Nq + 0.5 * γ' * B * Nγ

di mana:

• c' = kohesi efektif tanah (kPa)
• γ' = berat volume efektif (= γ_tanah - γ_air) (kN/m³)
• Df = kedalaman fondasi (Td) (m)
• B = lebar fondasi (aset tapak) (m)
• Nc, Nq, Nγ = faktor kapasitas dukung (fungsi dari sudut geser φ)

Faktor Keamanan (Fs)

Fs = qn / q_total dengan target Fs ≥ 2.5 (untuk fondasi dangkal)

• q_total = tegangan tanah akibat beban hidup dan mati di kepala fondasi (kPa)

Dari persamaan di atas, dapat dilakukan iterasi nilai Df hingga Fs mencapai target.

Desain Terhadap Scour

Scour Depth (ds) dihitung berdasarkan persamaan USACE (1993):

ds = K1 * K2 * K3 * a^0.43 * Fr^0.52 * D50^0.17

di mana:

• a = kedalaman aliran
• Fr = Froude Number
• D₅₀ = ukuran median butiran tanah

Pastikan Td ≥ d_s + faktor keamanan 1,2

Jika d_s lebih besar dari nilai tabel Td, gunakan Td = d_s * 1.2

Penetapan Td memerlukan sinergi antara:

• Data lapangan: SPT/CPT, profil stratigrafi, elevasi muka air tanah.
• Analisis kapasitas dukung: Rumus Terzaghi/Meyerhof, perhitungan Fs.
• Perlindungan scour: Perhitungan kedalaman pengikisan dan proteksi dasar (riprap/geotekstil).

Analisis Tinggi Muka Air Banjir Rancangan (HWL)

Penentuan HWL (Highest Water Level) adalah salah satu aspek paling kritis dalam desain abutment jembatan karena:

• Menentukan elevasi struktur atas agar tetap aman saat kejadian banjir rencana.
• Mempengaruhi clearance hidraulik (Ta) dan potensi scour.
• Berkontribusi langsung pada perhitungan total tinggi abutment (H).

Pengumpulan Data Hidrologi

Sumber Data Historis

• Catatan debit dan elevasi harian pada river gauge terdekat (LAPAN, Balai Besar Wilayah Sungai).
• Data banjir ekstrem (event-based) minimum 20-30 tahun terakhir.

Analisis Statistika Frekuensi

• Gunakan metode Gumbel atau Log-Pearson Type III untuk memodelkan distribusi hidrologi.
• Hitung nilai debit Q_T untuk periode ulang T (contoh: 25, 50, 100 tahun).

Kurva Kedalaman Debit

• Dengan data stage discharge dari stasiun, bangun kurva hubungan muka air (stage) vs debit (discharge).
• Interpolasi elevasi muka air yang sesuai dengan nilai Q_T.

Pemodelan Hidraulik Numerik

1. Model 1D (HEC-RAS)
• Input: profil long section sungai, roughness (Manning’s n), data boundary conditions hulu & hilir.
• Output: elevasi muka air steady-state dan unsteady-state.
• Validasi dengan data historis banjir besar (misal banjir 2007, 2013).
2. Model 2D (Floodplain Analysis)
• Input tambahan: peta topografi Δh = 0.5-1 m, peta penggunaan lahan, struktur bangunan samping.
• Menghitung distribusi muka air di bidang datar (floodplain), penting untuk jembatan panjang dan cekungan luas.
3. Faktor Ketidakpastian
• Kondisi iklim ekstrim (La Niña/El Niño) meningkatkan debit puncak ±20-30%.
• Sedimentasi dan perubahan sungai: cek ulang tiap 5-10 tahun.

Penentuan Periode Ulang (T)

Tabel Periode Ulang	Fungsi Utama
25 tahun	Jembatan lokal/akses pertanian, lalu lintas ringan
50 tahun	Jalan distrik, jembatan desa
100 tahun	Jalan arteri provinsi, jembatan utama, kawasan rawan banjir

Rekomendasi:

• Untuk highway dan jembatan vital, gunakan T≥100 tahun.
• Pada proyek anggaran terbatas (jalan setapak), T=25 tahun dapat dipertimbangkan dengan catatan risiko rawan.

Perhitungan Elevasi HWL

Analisis Frekuensi Gumbel

xT = μ - β * ln[-ln(1 - 1/T)]

• μ = mean elevasi
• β = skala distribusi
• Diperoleh elevasi muka air x_T untuk periode ulang T

Konversi ke Kedalaman di Lokasi

• Dari kurva stage-discharge, nilai x_T → elevasi atas datum (biasanya H₀ = dasar sungai terendah)
• HWL = xT - H0

Faktor Keamanan

• Tambahkan freeboard minimal 0,30-0,50 m di atas hasil model untuk mengantisipasi gelombang dan debris

Contoh: Jika hasil model steady-state = 3,20 m, maka:

HWL_design = 3,20 + 0,30 = 3,50 m

Integrasi HWL dalam Desain Abutment

• Kasus 1: HWL + T_d + T_a + T_bp ≤ 0
• → Abutment akan tetap di bawah muka tanah; tidak perlu menaikkan ketinggian
• Kasus 2: HWL + Td + Ta + Tbp > 0
• → Ketinggian abutment H = HWL + T_d + T_a + T_bp

Contoh ilustrasi:

• HWL = 3,50 m
• T_d = 1,20 m
• T_a = 0,80 m
• T_bp = 0,65 m

⇒ H = 3,50 + 1,20 + 0,80 + 0,65 = 6,15 m

Analisis Jarak Plat ke Muka Air Banjir (Ta)

Jarak antara permukaan bawah pelat jembatan dan muka air banjir (Ta) sering disebut hydraulic clearance memegang peranan penting dalam:

• Menghindari kontak langsung aliran banjir dengan elemen struktural bawah pelat.
• Menjamin ruang bagi puing, kayu hanyut, dan gelombang permukaan.
• Mengurangi tekanan hidrodinamik langsung pada pelat dan balok.

Prinsip Hydraulic Clearance

1. Fungsi Utama
• Memberi ruang bebas bagi debris dan kayu gelondongan yang terbawa arus.
• Meminimalkan risiko benturan (impact) dan penumpukan material yang dapat menimbulkan beban titik berlebih.
• Memastikan stabilitas aliran di bawah pelat tetap terjaga, mengurangi turbulensi.
2. Standar Minimal
• Tabel referensi (SNI):
• Tanah Mineral: Ta ≥ 0,30 m
• Tanah Pasir: Ta ≥ 0,60 m
• Rekomendasi BDRA (British Department of Roads & Highways):
• Ta = 0,75 - 1,00 m untuk jembatan arteri (arus besar dan puing berat)

Perhitungan Berdasarkan Kecepatan Aliran dan Froude Number

Froude Number (Fr)

Fr = V / sqrt(g * h)

di mana:

• V = kecepatan aliran (m/s)
• g = percepatan gravitasi (9,81 m/s²)
• h = kedalaman aliran terhitung dari dasar sungai (m)

Interpretasi:

• Fr < 1 → aliran subkritik, gelombang dapat merambat ke hulu dan hilir
• Fr > 1 → aliran superkritik, gelombang hanya bergerak ke hilir, menghasilkan hydraulic jump di daerah hilir

Dampak pada Clearance

• Untuk Fr mendekati 1, diperlukan clearance ekstra untuk mengantisipasi hydraulic jump langsung di bawah pelat
• Rekomendasi: Tambahkan freeboard setara 10% kedalaman aliran (0,1 * h) jika Fr > 0,8

Pengaruh Tekanan Hidrodinamik dan Dampak Impuls

Tekanan Hidrostatis

ps = gamma γair * h

di mana gamma γair ≈ 9,81 kN/m³; h = kedalaman air.

Tekanan Dinamik (Bernoulli)

pd = 0.5 * rho * V^2

rho ρ = 1.000 kg/m³; V = kecepatan aliran.

Total tekanan yang didistribusikan ke underside pelat dapat meningkat drastis bila clearance terlalu kecil.

Beban Impuls Puing

Kayu atau material keras menumbuk underside pelat.

Beban impuls dihitung sebagai:

I = m * delta ΔV

m = massa puing; delta ΔV = perubahan kecepatan.

Jika clearance < 0,5 m, banyak puing tak sempat mengalir di bawah pelat, menyebabkan tumbukan.

Debris and Ice Considerations

Debris Flow

• Arus banjir tropis sering mengangkut kayu besar (> 0,3 m diameter).
• Standar FEMA: Sediakan tambahan clearance ≥ 0,50 m bila drainase hulu sering membawa debris.

Ice Blockage (Untuk Iklim Dingin)

• Meskipun tidak berlaku di sebagian besar wilayah tropis, pedoman internasional mensyaratkan Ta ≥ 1,00 m jika jembatan rawan es mengapung.

Contoh Perhitungan

Skenario:

• "Tanah Mineral, lebar bentang L = 8 m"
• "Q100 menghasilkan kedalaman aliran h = 3,20 m dan kecepatan V = 2,5 m/s (Fr ≈ 0,45)"
• "Tidak ada debris berat"

• Standar SNI: Ta ≥ 0,30 m
• Froude Number: Fr = 2,5 / sqrt(9,81 * 3,20) ≈ 0,45 < 0,8 → tidak perlu tambahan freeboard
• Clearance Akhir:
• Ta_design = 0,30 m

Jika lokasi di daerah dengan kayu hanyut berat → tambahkan 0,50 m →

Ta_design = 0,30 + 0,50 = 0,80 m

Analisis Tinggi Balok dan Plat Jembatan (Tbp)

Tinggi total komposit balok dan plat lantai jembatan (Tbp) merupakan elemen kritis yang mentransfer beban lalu lintas ke abutment. Ketebalan ini harus cukup untuk menahan momen lentur, geser, dan beban dinamis, sambil meminimalkan berat sendiri struktur.

Pertimbangan Beban

Beban Mati

• Berat sendiri balok beton pratekan / pracetak + plat beton.
• Berat lapisan perkerasan (aspal, beton bertulang) dan lapisan pelindung.

Beban Hidup

• Standar: HL-93 (AASHTO), atau SNI 03-1726 tentang Perencanaan Struktur Beton untuk Lalu Lintas.
• Untuk jembatan jalan raya:
• Sumbu kendaraan HS-20 (320 kN pada sumbu pusat).
• Beban terdistribusi tambahan 0,75 kN/m² (pejalan kaki, trotoar).

Beban Dinamis dan Impuls

• Faktor dinamis 1,30-1,50 × beban statis untuk mengakomodasi getaran dan kejut.
• Perhatikan efek hammering pada pertemuan roda.

Pemilihan Tipe Penampang Balok

Tipe Balok	Karakteristik	Rentang Tinggi (m)
I-girder	Penampang I beton pracetak dengan tulangan baja.	0,60–1,20
Box girder	Balok kotak komposit, distribusi momen efisien.	1,00–1,50
T-beam konvensional	Balok T dibuat in situ dengan cetakan ringkas.	0,50–1,00
Prestressed voided slab	Slab pratekan berlubang, bobot ringan.	0,40–0,80

Catatan: Pemilihan bergantung pada bentang, beban, dan metode konstruksi (in situ vs pracetak).

Perhitungan Dasar Ketebalan Plat dan Balok

Ketebalan Plat Minimum

t_plat,min = 0,05 × L_eff

• di mana L_eff = bentang efektif (m).

Contoh: L_eff = 8 m → t_plat,min = 0,05 × 8 = 0,40 m.

Kebutuhan Tulangan Plat

As = M_max / (phi × f_y × z)

• M_max = momen lentur maksimum dari analisis beban;
• phi = faktor reduksi dukung beton (0,9);
• f_y = kuat tarik tulangan (MPa);
• z ≈ 0,9 × d, dengan d = kedalaman efektif (m).

Tinggi Balok (Depth, D)

D ≈ sqrt(M_max) / (0,33 × sqrt(fc') × b)

• fc' = kuat tekan beton (MPa);
• b = lebar balok (m);
• Rumus pendekatan ini memastikan rasio momen-inertia memadai.

Ketebalan Komposit

Jika menggunakan balok pracetak + plat komposit:

T_bp = t_balok + t_plat

Harus mempertimbangkan kedalaman pelat geser (shear stud) minimal 0,10 m di atas balok

Interaksi Balok PlatAbutment

Distribusi Beban

• Balok menyalurkan beban ke plat melalui tulangan simpul dan baut geser.
• Plat mendistribusikan beban ke beberapa balok di bawahnya.

Kapasitas Geser di Antara Balok dan Plat

Cek kapasitas geser komposit:

V_n = Σ (0,75 × f_y × A_ss)

A_ss = luas penampang shear stud.

Detail Konektor Komposit

• Jarak maksimum shear stud: 0,30 m.
• Panjang stud minimal 0,15 m di dalam beton plat.

Contoh Numerik

Skenario:

• Bentang efektif L_eff = 8 m
• Beton pracetak fc' = 40 MPa; tulangan f_y = 500 MPa
• Momen maksimum M_max = 300 kN·m

Ketebalan Plat:

t_plat,min = 0,05 × 8 = 0,40 m

Tinggi Balok (pendekatan):

D ≈ sqrt(300) / (0,33 × sqrt(40) × 1,00)

= 17,32 / (0,33 × 6,32) ≈ 0,84 m

Total Tbp:

Tbp = 0,84 + 0,40 = 1,24 m

Catatan: Hasil ini kemudian diverifikasi terhadap batasan ketinggian maksimum pada aspek clearance (Ta) dan kesesuaian dengan H total.

Penentuan Tinggi Abutment Total (H)

Total tinggi abutment (H) ditentukan sebagai fungsi dari kedalaman fondasi (Td), tinggi muka air banjir rancangan (HWL), hydraulic clearance (Ta), dan ketebalan balok-plat (Tbp). Rumus dasar:

Artinya, apabila seluruh susunan sub-struktur dan clearance masih berada di bawah muka tanah sekitarnya, maka abutment tidak perlu dinaikkan dan secara otomatis “selevel” dengan permukaan tanah. Jika tidak, maka struktur harus terangkat sesuai selisih ketinggian tersebut.

Kasus “Selevel Permukaan”

• Kondisi: HWL+Td+Ta+Tbp≤0
• Implikasi: Abutment cukup dibuat dengan puncak balok/plat sama elevasinya dengan muka tanah di sekitar.
• Manfaat:
• Mengurangi volume beton tinggi.
• Meminimalkan tampilan struktur yang terlalu “menonjol.”
• Risiko:
• Jika banjir ekstrem melebihi dugaan, terdapat potensi inundasi struktur jalan di atas jembatan.

Kasus “Abutment Terangkat”

• Kondisi:HWL+Td+Ta+Tbp>0
• Maka:
• H=HWL+Td+Ta+Tbp
• Langkah-langkah:
1. Hitung nilai numerik masing-masing parameter.
2. Jumlahkan untuk mendapatkan H.
3. Tentukan elevasi puncak abutment relatif datum (mis. permukaan sungai dasar).

Penyesuaian Kemiringan dan Pemadatan

Kemiringan Ujung Abutment

• Untuk mempermudah transisi struktur tanah, gunakan talud 1:3 (vertical:horizontal) di depan dan belakang abutment.
• Pastikan tidak menghasilkan undercut pada saat konstruksi.

Perkuatan dan Pemadatan

• Padatkan kembali (compaction) material lapisan penutup hingga densitas ≥ 95 % Proctor.
• Tambahkan lapisan geotekstil anti erosi pada permukaan talud.

Contoh Numerik Keseluruhan

Data Skenario:

• "HWL = 3,50 m"
• "Td = 1,20 m"
• "Ta = 0,80 m"
• "Tbp = 0,65 m"

Hitung jumlah parameter:

• S = 3,50 + 1,20 + 0,80 + 0,65 = 6,15 m
• Karena S > 0, maka
• H = 6,15 m
• Elevasi puncak abutment di atas datum dasar sungai: +6,15 m

Verifikasi dan Toleransi

• Toleransi Dimensi: Beri toleransi ±0,05 m untuk pelaksanaan di lapangan. 
• Cek Ulang Drainase: Pastikan saluran di permukaan abutment dapat mengalirkan air hujan agar tidak menumpuk di area transisi. 
• Inspeksi Akhir: Lakukan survei elevasi setelah pengecoran untuk memverifikasi kesesuaian dengan desain.

Penentuan Lebar Jembatan (L)

Lebar jembatan (L) memengaruhi tidak hanya ruang lalu lintas, tetapi juga kapasitas hidraulik sisi bawah struktur. Desain lebar harus mempertimbangkan faktor-faktor berikut:

Komponen Lebar Jembatan

Lebar Jalur Lalu Lintas

• Lajur Kendaraan: Standar SNI untuk jalan primer:
• 2 lajur (one-way): 3,25 m per lajur
• 2 lajur (two-way): 3,00-3,25 m per lajur
• Bahu Jalan:
• Bahu kiri minimum 0,75 m
• Bahu kanan minimum 0,50 m

Trotoar dan Jalur Sepeda

• Trotoar pejalan kaki minimal 1,50 m
• Jalur sepeda minimal 1,25 m

Pembatas dan Railing

• Rel guardrail/leko minimal 0,50 m di setiap sisi
• Ruang untuk parapet beton biasanya 0,30-0,50 m

Clear Zone Hidraulik

• Area bebas di bawah bentang untuk aliran banjir: pastikan pier atau abutment tidak memasuki area ini
• Lebar buah pier minimal 0,30 m, namun lokasi dan jumlah pier harus di luar jalur aliran utama.

Perhitungan Awal Lebar (L)

di mana n = jumlah lajur.

Contoh: Jalan dua arah dengan 2 lajur per arah, dan trotoar & jalur sepeda di satu sisi:

• Lajur: 4 × 3,25 = 13,00 m
• Bahu: 2 × 0,75 = 1,50 m
• Trotoar: 1,50 m
• Jalur sepeda: 1,25 m
• Railing: 2 × 0,50 = 1,00 m

L = 13,00 + 1,50 + 1,50 + 1,25 + 1,00 = 18,25 m

Pengaruh Lebar pada Hidraulika Sungai

Penampang Aliran Efektif

• Lebar jembatan yang terlalu sempit dapat menyempitkan aliran (constriction), meningkatkan kecepatan dan potensi scour.
• Lebar pier/abutment jangan sampai membentuk sudut tumpuan tajam terhadap aliran.

Koefisien Penampang (C)

Menurut Chow (1959), koreksi debit melalui jembatan pada obstruksi:

Q_design = C × A_eff × sqrt(R × S)

• Aeff = luas penampang efektif;
• R = jari-jari hidraulik;
• S = kemiringan energi;
• C menurun seiring obstruksi yang semakin rapat.

Rekomendasi

• Desain L minimal 1,2 × lebar sungai efektif untuk periode ulang ≥ 100 tahun.
• Pastikan sisi abutment berbentuk tumpuan melengkung (streamlined) untuk meminimalkan vortex.

Tabel Contoh Perhitungan Lebar

Komponen	Nilai (m)
Lajur (4×3,25)	13,00
Bahu (2×0,75)	1,50
Trotoar	1,50
Jalur Sepeda	1,25
Railing (2×0,50)	1,00
Total L	18,25

Verifikasi dan Dokumentasi

• Peninjauan Kembali: Lakukan simulasi HEC-RAS 2D dengan lebar desain untuk mengevaluasi distribusi muka air dan potensi peningkatan kecepatan.
• Detail Gambar Kerja: Tunjukkan elevasi rendah dan tinggi permukaan jembatan, marking clearance vertikal di potongan.
• Koordinasi dengan Perencana Geoteknik: Pastikan lebar tidak menyebabkan pergeseran bank terlalu dekat ke abutment.

Analisis Kestabilan Lereng Abutment

Kestabilan lereng di sekitar abutment adalah aspek penting untuk mencegah longsoran yang dapat merusak struktur atau mengganggu pergerakan lalu lintas. Analisis ini mencakup perhitungan faktor keamanan terhadap kegagalan geser (sliding) dan labilitas lereng.

Metode Fellenius (Bishop Sederhana)

Pembagian Lereng ke Slice

• Lereng dimodelkan sebagai penampang 2D dibagi sejumlah slice vertikal.
• Tiap slice dihitung momen pemberat dan tahanan geser.

Gaya-Gaya pada Tiap Slice

• Wᵢ = berat slice (kN)
• Sᵢ = gaya tahanan geser pada muka potensial (kN)
• Tᵢ = gaya geser yang bekerja sepanjang muka (kN)

Faktor Keamanan (Fs)

Fellenius (Swedish circle):

Bishop sederhana (memperhitungkan komponen normal):

dimana:

• c′ = kohesi efektif tanah (kPa)
• ϕ′ = sudut geser dalam (°)
• bi = panjang muka slice (m)
• ui = tekanan air pori (kPa)
• αi = kemiringan muka slice terhadap horizontal.

Kriteria

• Untuk lereng permanen, minimal Fs ≥ 1,5.
• Jika Fs < 1,5, perkuat lereng dengan geotekstil, geogrid, atau tambahkan kemiringan yang lebih landai.

Pengaruh Kedalaman Abutment dan Scour

• Scour Lokal menyebabkan lereng di sekitar pondasi terkikis, mempersingkat panjang muka slice efektif.
• Lakukan analisis ulang Fs dengan kondisi muka tanah yang berkurang sesuai kedalaman scour ds.
• Jika Fs setelah scour < 1,3, tambahkan proteksi (rock riprap, sheet pile) atau tiang sekat (soil nail).

Perkuatan Lereng

Geosintetik

• Geogrid terpasang lapis-lapis untuk menahan tanah di balik lereng.
• Geotextile nonwoven untuk drainase permukaan, mencegah tekanan air pori naik.

Drainase

• Pipa drainase (French drain) di sepanjang garis talang abutment untuk menurunkan level muka air tanah.
• Sumur resapan atau lubang lubang bor (borehole drains) terpasang di lereng.

Struktur Penahan

• Sheet pile baja digusur di depan abutment untuk mencegah pergerakan tanah.
• Dinding semu (gabion wall) di kemiringan luar.

Studi Numerik Contoh

Kondisi Lereng:

• Kemiringan 1:1,5
• Tanah mineral (c′ = 30 kPa; φ′ = 30°; γ = 18 kN/m³)
• Tsunami pori setimbang, tanpa air pori berlebih

Hasil Analisis Bishop:

• Fs awal = 1,68 (aman)
• Setelah scour ds = 0,65 m, panjang muka berkurang 15% → Fs = 1,42 (masih ≥ 1,3)

Hasil ini menunjukkan lereng relatif stabil, tetapi jika terjadi fluktuasi muka air tanah atau beban dinamis tinggi, disarankan memasang geogrid lapis pertama.

Analisis Hidraulika Bawah Jembatan

Analisis hidraulika di bawah struktur jembatan meliputi penampang aliran, distribusi kecepatan, head loss, dan potensi scour lebih lanjut sangat penting untuk memastikan kinerja jangka panjang dan umur struktur.

Penampang Aliran dan Koefisien Kontraksi

Penampang Awal vs Penampang Di Bawah Jembatan

• A₁ = luas penampang sungai sebelum obstruksi (m²)
• A₂ = luas penampang efektif di bawah bentang jembatan (dikurangi area pier dan abutment) (m²)

Koefisien Kontraksi (Cc)

Cc = A2 / A1

• Nilai tipikal: 0,7–0,9 untuk obstruksi sedang.
• Semakin kecil Cc, semakin menyempit aliran → kecepatan meningkat.

Koefisien Ekspansi (Ce)

Ce = A3 / A2

untuk area hilir jembatan, penting untuk menghitung head loss pada ekspansi pasca-bentang.

Distribusi Kecepatan dan Energi

Kecepatan Rata-Rata (V)

V = Q / A

di mana Q = debit puncak rencana, A = penampang efektif.

Head Loss Kontraksi (hc)

hc = ξc × V² / (2g)

ξc = (1/Cc - 1)2 adalah koefisien kehilangan energi akibat kontraksi.

Head Loss Ekspansi (he)

he = ξe × V² / (2g)

ξe = (1-Ce)2 mengukur kehilangan energi akibat ekspansi mendadak.

Perhitungan Head Loss Gesekan

Rumus Manning

hf = (n² × L / R^(4/3)) × (V² / 2g

• n = koefisien Manning;
• L = panjang bentang (m);
• R = A/P = jari-jari hidraulik (m);
• P = keliling basah (m).

Penerapan

• Untuk jembatan panjang, efek gesekan bisa signifikan jika dasar licin atau roughness tinggi.
• Gunakan nilai n = 0,030-0,040 untuk dasar berkerikil, 0,025 untuk beton halus.

Proteksi Scour di Fondasi

Jenis Proteksi

• Riprap: batu besar di sekeliling pondasi. Diameter minimal berdasarkan kecepatan aliran:
• Grouted Riprap: batu disemen agar tidak mudah berpindah.
• Conflow Mat: matras beton berlubang yang menahan kerikil.

Zona Proteksi

• Top of Bank: riprap hingga 1,5 × kedalaman flow.
• Toe Protection: bentonit atau geotextile sebelum lapisan riprap.

Perhitungan Dimensi Zona Proteksi

• Jari-jari proteksi (Rp) = 1,5 × dₛ (scour depth).
• Ketebalan lapisan riprap (tₘ) = 1,2 × D₅₀.

Studi Kasus Numerik Hydraulics (Skenario A & B)

Parameter	Skenario A (Mineral)	Skenario B (Pasir)
Debit Q₁₀₀ (m³/s)	350	480
A₁ (m²)	40,0	60,0
A₂ (m²)	32,0 (Cc = 0,80)	42,0 (Cc = 0,70)
V₂ (m/s)	350 / 32 = 10,94	480 / 42 = 11,43
ξc	(1/0,8 - 1)² = 0,06	(1/0,7 - 1)² = 0,20
hc (m)	0,06 × (10,94² / 2g) = 0,36	0,20 × (11,43² / 2g) = 1,33
Friction Loss hf (Manning)	0,12	0,15
Total Head Loss ht	0,36 + 0,12 = 0,48 m	1,33 + 0,15 = 1,48 m

Interpretasi:

• Skenario B mengalami head loss jauh lebih besar (1,48 m) akibat kontraksi lebih tajam (Cc lebih kecil) dan debit lebih tinggi.
• Proteksi scour di Skenario B harus lebih tebal dan luas.

Aspek Konstruksi dan Material

Bagian ini membahas detail pelaksanaan di lapangan, pemilihan material struktural, hingga urutan kerja agar hasil sesuai desain dan standar kualitas.

Pemilihan Material Beton dan Tulangan

Beton

• Kuat tekan fc′ minimal 30-40 MPa untuk abutment, 40-50 MPa untuk balok pracetak.
• Aggre­gate: fraksi 10-20 mm untuk beton pracetak, 20-25 mm untuk beton in situ.
• Water–cement ratio: ≤ 0,45 untuk mengurangi sekresi kapiler dan meningkatkan durabilitas.

Tulangan Baja

• Untuk struktur bawah (abutment): tulangan polos Ø 12-16 mm ɸ 300-400 kg/m² sesuai kebutuhan momen.
• Untuk pelat komposit: shear studs (shear connector) Ø 19-25 mm panjang minimal 150 mm, jarak ≤ 300 mm.

Bahan Proteksi (Riprap, Geotextile)

• Riprap: batu alam 150-300 mm dengan ketahanan aus tinggi.
• Geotextile nonwoven: tahan UV, permeabel, kekuatan tarik ≥ 10 kN/m.

Tahapan Pelaksanaan Lapangan

1. Persiapan Lokasi
• Bersihkan vegetasi dan puing, siapkan akses kendaraan berat.
• Pasang setback safety barrier dan penanda elevasi datum.
2. Pekerjaan Tanah dan Fondasi
• Gali lubang pondasi hingga elevasi desain -Td.
• Untuk pondasi tiang pancang: kaset bor, pengeboran, dan pemasangan casings jika perlu.
• Jika fondasi tapak: lakukan penimbunan kembali (backfill) dengan gradasi material sesuai spesifikasi.
3. Pengecoran Beton Abutment
• Gunakan bekisting berkualitas, tahan momen lateral.
• Pastikan vibrator beton merata, tanpa segregasi.
• Lakukan curing minimal 7 hari (beton in situ) dengan metode wet curing.
4. Pemasangan Shear Studs dan Balok Pracetak
• Shear studs dilas pada balok pracetak sesuai layout.
• Angkat balok pracetak dengan crane, posisikan pada bearing seat abutment.
• Kunci sementara dengan bracing, verifikasi elevasi ± 5 cm.
5. Pengecoran Plat Komposit
• Letakkan tulangan plat, pasang spacer agar kedalaman efektif tercapai.
• Cor beton pelat, ratakan dan vibrating.
• Lakukan curing selama 3-5 hari sebelum melepas bracing.
6. Proteksi Scour dan Pemadatan Talud
• Sebarkan geotextile ke permukaan talud, pasang riprap hingga elevasi desain.
• Padatkan kembali material penutup hingga densitas ≥ 95 % Proctor.
7. Pemasangan Guardrail, Trotoar, dan Aspal
• Pasang parapet beton atau guardrail besi sesuai detail.
• Cor trotoar dengan beton ringan, aplikasikan aspal hotmix di permukaan jalan jembatan.
8. Pembersihan dan Pengujian Akhir
• Lepas bekisting, bersihkan sisa beton.
• Lakukan uji load test (jika diperlukan) dan survei elevasi akhir.

Keselamatan dan Pemeliharaan

Perencanaan operasional dan perawatan jangka panjang sangat penting untuk menjaga fungsi jembatan.

Faktor Keselamatan Struktural

1. Redundansi
• Desain beberapa jalur gaya (load path) untuk beban tak terduga.
• Gunakan tulangan cadangan (crash barrier reinforcement).
2. Inspeksi Rutin
• Interval inspeksi visual bulanan: cek retak, pengikisan, dudukan balok.
• Inspeksi mendalam tahunan: nondestructive test (rebound hammer, ultrasonik) dan pengecekan katodik (untuk struktur baja).
3. Monitoring Hidraulik
• Pasang sensor ketinggian air (pressure transducer) pada abutment.
• Alarm banjir otomatis terintegrasi dengan manajemen jalan.

Strategi Pemeliharaan Preventif

1. Perbaikan Retak
• Epoxy injection untuk retak ≤ 0,3 mm.
• Routing and sealing untuk retak permukaan.
2. Penggantian Riprap
• Tinjau kondisi riprap setiap 5 tahun, ganti batu yang terkikis maupun bergeser.
3. Drainase
• Bersihkan saluran air permukaan setiap musim hujan.
• Pastikan drain hole pada kaki abutment tidak tersumbat.
4. Pelapisan Anti-Korosi
• Untuk shear studs dan komponen logam: repaint setiap 3-5 tahun.