Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru

(1)

Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.

ANALISA POTENSI LIKUIFAKSI PADA AREA APRON

BANDAR UDARA MEDAN BARU

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Melengkapi Tugas-Tugas dan

Memenuhi Syarat Untuk Menempuh Ujian

Sarjana Teknik Sipil

Disusun Oleh :

040404062

MUHAMMAD MABRUR

BIDANG STUDI GEOTEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

(2)

LEMBAR PENGESAHAN

ANALISA POTENSI LIKUIFAKSI PADA AREA APRON

BANDAR UDARA MEDAN BARU

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Melengkapi Tugas-Tugas dan Memenuhi Syarat Untuk Menempuh Ujian Sarjana Teknik Sipil

Disusun oleh:

04 0404 062

MUHAMMAD MABRUR

Dosen Pembimbing

NIP. 131 945 813 Ir. Rudi Iskandar, M.T.

Penguji I

NIP. 130 905 362

Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan

Penguji II

NIP. 131 419 761 Dr.Ir.Roesyanto, M.Sc

Penguji III

NIP. 19770807 2008122002 Ika Puji Hastuti, ST, MT

Mengesahkan :

Ketua Departemen Teknik Sipil

NIP. 130 905 362

Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan

SUB JURUSAN GEOTEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

(3)

ABSTRAK

Salah satu dampak yang disebabkan oleh gempa bumi adalah fenomena hilangnya kekuatan lapisan tanah akibat getaran yang disebut dengan likuifaksi. Likuifaksi pada umumnya terjadi pada tanah pasir yang bergradasi buruk. Tanah seperti ini juga dijumpai di wilayah pembangunan Bandar Udara Medan Baru di Desa Kualanamu. Oleh karena itu, analisis terhadap potensi likuifaksi menjadi hal penting dilakukan dalam perencanaan bandar udara tersebut.

Analisis ini bertujuan untuk mengetahui tingkat potensi terjadinya likuifaksi pada lokasi apron bandar udara tersebut sebelum dilakukannya ground treatment, sehingga diharapkan hasilnya dapat dijadikan masukan atau pertimbangan bagi pemerintah, instansi terkait, dan pihak pengembang Bandar Udara Medan Baru dalam perencanaan apron bandar udara tersebut.

Analisis terhadap likuifaksi dilakukan dengan mengumpulkan data sejarah gempa yang pernah terjadi dan data lapisan tanah yang terdapat di lokasi apron Bandar Udara Medan Baru. Dari data tersebut dapat dihitung besar nilai Cyclic

Stress Ratio (CSR) dan Cyclic Resistant Ratio (CRR) pada daerah itu. Dengan

menghubungkan nilai – nilai tersebut pada grafik yang dikemukakan oleh Seed et al, dapat ditentukan lapisan – lapisan tanah yang akan terlikufaksi pada saat terjadi gempa.

(4)

KATA PENGANTAR

Dengan mengucapkan puji dan syukur kepada Allah SWT yang telah

limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat meyelesaikan tugas

akhir ini, yang diajukan untuk memenuhi syarat dalam ujian sarjana Teknik Sipil

bidang studi geoteknik pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Salawat dan salam tak lupa pula hamba haturkan kepada Sang inspirasi

nabi Muhammad SAW, yang telah membawa banyak perubahan dan kebaikan

bagi seluruh umat manusia.

Adapun judul dari Tugas Akhir ini adalah “Analisa Potensi Likuifaksi

Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru “.

Penulis telah berusaha dengan seluruh daya upaya dalam

menyelesaikan tugas akhir ini, namun penulis menyadari masih banyak

kekurangan dari setiap sisi. Keterbatasan pengetahuan dan kurangnya pengalaman

merupakan penyebab dari ketidaksempurnaan tugas akhir ini. Oleh karena itu,

penulis mengharapkan kritik dan saran dari Bapak dan Ibu dosen serta rekan –

rekan mahasiswa demi kemajuan penulis nantinya.

Penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang setinggi-

tingginya atas bimbingan dan bantuan yang diberikan untuk terselesaikannya

tugas akhir ini kepada:



Bapak Ir. Rudi Iskandar, MT selaku pembimbing yang telah banyak

meluangkan waktu, tenaga dan pikiran untuk memberikan bimbingan dan

(5)



Bapak Prof. Dr. Ing. Johanes Tarigan sebagai Ketua Departemen Teknik

Sipil, Universitas Sumatera Utara.



Bapak Ir. Terunajaya, MSc, sebagai sekretaris Departemen Teknik Sipil

Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.



Bapak/Ibu dosen di lingkungan Departemen Tenik Sipil, Universitas

Sumatera Utara.



Seluruh pegawai administrasi Departemen Teknik Sipil yang telah

memberikan bantuan-bantuannya.



Bapak Kuasa Pengguna Anggaran (KPA), Pejabat Pembuat Komitmen

(PPK) dan seluruh staf yang terlibat dalam proses pembangunan apron

Bandar Udara Medan Baru



Bapak Project Manager PT. Persero Waskita Karya dan seluruh staf yang

terlibat dalam proses pembangunan apron Bandar Udara Medan Baru



Teristimewa kepada Kedua orang tua saya serta abang dan kakak saya

yang telah banyak memberikan dukungan dan motivasi kepada saya

selama penulisan tugas akhir ini.



Seluruh rekan-rekan stambuk 2004, khususnya yang sudah duluan sarjana,

(Aswin, Nailul, Erick, Ian, Aca, dini, nova, dkk) yang sudah memberikan

semangat kepada saya dalam menyelesaikan tugas akhir ini



Teman – teman di KOMPOSITS (Faisal, Ilham, Nasrul, Delfi, Emma,

Rhini, Aprizal, Maulana, Yudi, Anggi dkk), teruslah bersemangat dalam

(6)



Sahabat – sahabat di organisasi KAMMI (B’Fais, Amin, Wahid, David,

Qurthubi, Aulia, Asrul, Hakim, Indra, Ade, Rico, dll) yang telah banyak

memberikan nasehat – nasehat kepada saya.



Teman – teman pengurus Pemerintahan Mahasiswa Fakultas Teknik,

(Freddy, Diana, Muhfi, Nella, Riki, dkk), terima kasih atas segala

bantuannya selama menjalani amanah di PEMA FT USU.



Keluarga keduaku di kos-an Sofyan 100 yang menjadi sahabat di kala suka

dan duka



Abang – abang senior, adik – adik, serta teman lainnya yang tidak dapat

disebutkan satu persatu yang telah banyak membantu.

Sebagai hamba yang tak luput dari kesalahan, penulis menyadari bahwa

tugas akhir yang telah terselesaikan ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh

karenanya, dengan ikhlas hati penulis menerima kritik dan saran demi perbaikan

ke depan nantinya. Harapan penulis, agar kiranya tugas akhir ini dapat bermanfaat

bagi kita semua.

Medan,11 Juni 2009

(7)

DAFTAR ISI

ABSTRAK

KATA PENGANTAR

DAFTAR ISI

DAFTAR TABEL

DAFTAR GAMBAR

DAFTAR NOTASI

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2. Permasalahan... 2

1.3. Tujuan dan Manfaat Penelitian... 3

1.3.1. Tujuan Penelitian... 3

1.3.2. Manfaat Penelitian... 4

1.4. Pembatasan Masalah... 4

1.5 Metodologi Penelitian... 4

BAB II STUDI LITERATUR 2.1 Gempa Bumi... 6

2.1 Definisi Tanah... 8

2.3 Definisi Likuifaksi ... 9

2.3.1. Pengertian likuifaksi ... 9

2.3.2. Syarat terjadinya likuifaksi ... 10

2.3.3. Proses terjadinya likuifaksi ... 12

2.3.4. Dampak dari terjadinya likuifaksi ... 15

2.4. Faktor – Faktor yang Dapat Meningkatkan Potensi Terjadinya Likuifaksi pada Suatu Lapisan Tanah ... 16

2.5. Parameter-Parameter yang Mempengaruhi Potensi Likuifaksi Pada Suatu Lahan……….... 26

2.3.1. Tegangan vertikal total ( v) dan tegangan vertikal Efektif( ’v)………. 26

(8)

2.3.3. Nilai SPT (Standard Penetrometer Test... 31

2.3.4. Shear modulus maximum (Gmax)……… 31

2.3.5. Faktor reduksi (rd)……… 33

2.3.6. Cyclic stress ratio (CSR)……….. 34

2.3.7. Cyclic resistant ratio (CRR)………. 35

2.3.8. Relatif Density (Dr)……… 36

2.6. Usaha perbaikan tanah yang dapat dilakukan untuk mencegah terjadinya likuifaksi ... 37

2.7. Analisa Potensi Likuifaksi Pada Suatu Lapisan Tanah ... 39

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Data Umum ... 43

3.2 Metode Pengumpulan data ... 45

3.2.1. Metode dan lokasi Pengumpulan data gempa…………. 45

3.2.2. Metode Pengambilan data Tanah………..…. 49

3.3. Metode Analisis... 51

3.4. Bagan prosedur penelitian……….51

3.5. Lokasi Pengambilan sampel tanah dan pengujian SPT... 52

BAB IV ANALISA DATA 4.1. Pemeriksaan Tanah………...… 54

4.1.1. Pemeriksaan Jenis dan sifat tanah………...… 54

4.1.2. Perhitungan nilai Dr………...…. 55

4.1.3. Letak geologis………...….. 57

4.2. Menghitung Percepatan Gempa di Batuan Dasar ... 57

4.2.1. Berdasarkan Fungsi Atenuase Joyner and Boore………57

4.2.2. Berdasarkan Fungsi Atenuase Crouse………...…. 61

4.3. Menghitung Percepatan Gempa di Permukaan Tanah ... 64

4.3.1. Perhitungan pada Lokasi BH III………..65

4.3.2. Perhitungan Pada Lokasi BH IV………. 67

4.4. Menghitung Cyclic Stress Ratio... 69

(9)

4.4.2. Pehitungan nilai CSR Lokasi BH IV………..… 71

4.5. Menghitung Cyclic Resistant Ratio ... 74

4.6. Analisa Likuifaksi di setiap lapisan tanah ... 76

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

V.1. Kesimpulan ... 84

V.2. Saran ... 84

DAFTAR PUSTAKA

(10)

DAFTAR TABEL

Tabel

2.1 : Korelasi antara Magnetude Local (ML), Percepatan Gempa (amax), Waktu

Gempa, dan Skala Intensitas MMI... 11

2.2 : Potensi terjadinya likuifaksi pada jenis – jenis lapisan tanah apabila terjadinya gempa besar... 24

2.3 : Hubungan antara Plastik Indeks dengan nilai K pada rumus Shear Modulus Maximum... 32

2.4 : Tabel Faktor koreksi magnitude untuk pendekatan tegangan siklis... 43

3.1 : Rencana Fasilitas Bandar Udara Medan Baru... 43

4.1 : Data sifat tanah pada Lokasi III……… 54

4.2 : Data sifat tanah pada Lokasi IV……… 54

4.3 : Perhitungan Tegangan vertikal efektif pada lokasi III………. 55

4.4 : Perhitungan Tegangan vertikal efektif pada lokasi IV………. 56

4.5 : Perhitungan nilai Dr pada lokasi III……….. 56

4.6 : Perhitungan nilai Dr pada lokasi IV………. 56

4.7 : Daftar kejadian gempa dengan PGA terbesar tiap tahunnya (berdasarkan fungsi atenuase joyner and Boore)………... 58

4.8 : Metode Perhitungan percepatan rencana menurut gumble (berdasarkan fungi atenuase Joyner and Boore)………... 59

(11)

4.10 : Metode perhitungan percepatan rencana menurut gumble (berdasarkan

fungi atenuase Joyner and Boore)……… 62

4.11 : Pembagian kasus yang kemungkinan terjadipada kedua lokasi tanah. 65 4.12 : Data lapisan lokasi III yang dibutuhkan untuk aplikasi Edu Shake….. 65

4.13 : Percepatan gempa pada lokasi IV………... 67

4.14 : Data lapisan lokasi IV yang dibutuhkan untuk aplikasi Edu Shake… 67 4.15 : Percepatan gempa pada lokasi IV……… 68

4.16 : Perhitungan Nilai Faktor koreksi………. 69

4.17 : nilai tegangan total dan tegangan vertikal efektif pada lokasi III…… 69

4.18 : perhitungan nilai CSR pada kasus I di lokasi III……… 70

4.19 : perhitungan nilai CSR pada kasus II di lokasi III………70

4.20 : perhitungan nilai CSR pada kasus III di lokasi III………. 71

4.21 : perhitungan nilai CSR pada kasus IV di lokasi III………. 71

4.22 : Nilai tegangan total dan tegangan vertikal efektif pada lokasi IV……. 72

4.23 : perhitungan nilai CSR pada kasus I di lokasi IV……….72

4.24 : perhitungan nilai CSR pada kasus II di lokasi IV………... 72

4.25 : perhitungan nilai CSR pada kasus III di lokasi IV………. 73

4.26 : Perhitungan nilai CSR pada kasus IV di lokasi IV………. 73

4.27 : Perhitungan nilai N(60) pada Lokasi BH III………. 74

4.28 : Perhitungan nilai N1(60) pada Lokasi BH III……….. 75

4.29 : Perhitungan nilai N(60) pada Lokasi BH IV……… 75

4.30 : Perhitungan nilai N1(60) pada Lokasi BH IV……….. 76

4.31 : Korelasi hasil perhitungan CSR dan CRR pada Lokasi III... 76

(12)

4.33 : Hasil analisa pada lokasi III... 79

4.34 : Hasil analisa pada lokasi IV... 79

4.35 : Evaluasi potensi likuifaksi pada Lokasi III (kasus I)... 80

4.36 : Evaluasi potensi likuifaksi pada Lokasi III (kasus II)... 80

4.37 : Evaluasi potensi likuifaksi pada Lokasi III (kasus III)... 81

4.38 : Evaluasi potensi likuifaksi pada Lokasi III (kasus IV)... 81

4.39 : Evaluasi potensi likuifaksi pada Lokasi IV (kasus I)... 82

4.40 : Evaluasi potensi likuifaksi pada Lokasi IV (kasus II)... 82

4.41 : Evaluasi potensi likuifaksi pada Lokasi IV (kasus III)... 83

(13)

DAFTAR GAMBAR

Gambar

2.1 : Kondisi partikel tanah saat normal (sebelum terjadinya kenaikan tegangan

air pori)... 13

2.2 : Kondisi partikel tanah saat menerima getaran (saat terjadinya kenaikan tegangan air pori)... 14

2.3 : Bangunan yang Ambles karena hilangnya daya dukung tanah akibat likuifaksi... 15

2.4 : Tangki yang muncul ke permukaan tanah tekanan tekanan ke atas akibat likuifaksi... 15

2.5 : Peta zona gempa dipermukaan tanah tahun 1987... 29

2.6 : Peta zona gempa dan percepatan gempa dipermukaan tanah tahun 2002... 30

2.7 : Peta zona gempa dan percepatan gempa dipermukaan tanah tahun 2007... 30

2.8 : Grafik Faktor reduksi, rd (Seed and Idriss, 1971)... 33

2.9 : Grafik Hubungan antar Cyclic Stress Ratio ( ' v cyc σ τ )dengan (N1)60 untuk magnitude gampa, M 7,5 (Seed et al)... 42

3.1: Rancangan Bandar Udara Medan Baru... 44

3.2 : Peta Lokasi Bandar Udara Medan baru... 44

3.3 : Asumsi Kejadian gempa menurut Gumble………..……. 47

(14)

3.5 : Bagan prosedur penelitian……….…... 52

3.6 : Lokasi pengambilan data lapisan tanah……… 53

4.1 :Sampel tanah yang mengandung fosil kerang………... 57

4.2 : Grafik Percepatan gempa pada lapisan tanah lokasi III……… 66

4.3 : Grafik Percepatan gempa pada lapisan tanah lokasi IV………... 68

4.4 : hubungan antara CSR dan CRR pada Grafik Seed et al (lokasi III)... 77

(15)

DAFTAR NOTASI

Notasi

amax = Percepatan gempa maksimum

Cb = Korelasi diameter borelog.

Cr = Panjang rod

CRR = Cyclic Resistant Ratio

CSR = Cyclic Stress Ratio

CSRM = CSR pada magnetude = M

Dr = Relatif Density

e = Angka Pori

Em = Efesiensi hammer

g = Grafitasi

Gmax = Modulus Geser maksimum

Gs = Specific Grafity (Berat jenis tanah)

h = Kedalaman fokus

H = Tebal Lapisan Tanah

Ko = Koefisien tekanan tanah dalam

LL = Liquid Limit

M = Magnetude Gempa

MMI = Modified Mercally Intensity

Mw = Momen magnetude gempa

N SPT = hasil test SPT

(N)60 = Nilai N SPT yang dikoreksi terhadap prosedur pengujian lapangan

OCR = Over Consolidated Ratio

(16)

PI = Indeks Plastisitas

R = Jarak Hipocentre (Km), R2 = ro + h2

rd = Faktor Reduksi

ro = Jarak terdekat dari lokasi ke proyeksi vertikal dari gempa akibat

aktivitas pada permukaan tanah (epicentre)

SPT = Standard Penetration Test

T = Periode Ulang

w = Kadar Air

= Jumlah gempa rata – rata pertahun (Metode Gumble)

= Parameter yang menyatakan hubungan antara distribusi gempa dengan

magnetude (Metode Gumble)

= Berat isi tanah

sat = Berat isi Jenuh Tanah

w = Berat isi air

cyc = Tegangan geser rata – rata

0

σ = Tegangan efektif octahedral = ( 2 ) 3

1

0 v

v K σ σ +

'

v = Tegangan vertikal efektif

v = Tegangan vertikal total

(17)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Indonesia termasuk daerah yang memiliki aktifitas gempa yang

tinggi. Hal ini disebabkan lokasi Indonesia yang terletak pada pertemuan

empat lempeng tektonik utama bumi yaitu Lempeng Eurasia, Indo-Australia,

Pasifik dan Philipine.

Oleh sebab itu, setiap perencanaan pembangunan di Indonesia, perlu

juga memperhitungkan resiko – resiko yang disebabkan oleh terjadinya

gempa. Resiko – resiko tersebut, bukanlah hanya resiko terjadi pada

kegagalan pada struktur bangunan saja, namun juga resiko kegagalan yang

akan terjadi pada struktur tanah yang mendukung / menopang bangunan di

atasnya.

Dalam tugas akhir ini, penulis akan membahas salah satu kegagalan

yang terjadi pada struktur tanah sehingga menjadikan tanah tersebut tidak

memiliki kekuatan untuk mendukung / menopang bangunan di atasnya yang

disebut likuifaksi.

Likuifaksi adalah proses hilangnya kekuatan tanah akibat tegangan

air pori yang timbul akibat beban siklis (berulang). Sehingga tegangan tanah

total hampir seluruhnya digantikan oleh tegangan air pori (Persamaan 1.1).

0

'

=

σ

−

µ

≈

σ

v v ……….………(1.1)

(18)

'v = Tegangan vertikal efektif

v = Tegangan vertikal total

= Tegangan air pori

Perhitungan likuifaksi pada umumnya dilakukan pada tanah yang

memiliki gradasi buruk seperti SP (Sandy Poor) atau yang disebut dengan

pasir lepas, karena pada tanah seperti ini lebih banyak berpotensi

menyimpan air dibandingkan dengan tanah yang bergradasi baik.

Likuifaksi akan menyebabkan kerusakan pada struktur tanah antara

lain Lateral Spreading ataupun Sand Boiling secara tiba – tiba saat

terjadinya gempa, sehingga struktur di atas tanah tersebut umumnya tidak

dapat dipergunakan lagi.

1.2. Permasalahan

Secara umum Indonesia di bagi menjadi 6 wilayah gempa. Wilayah

tersebut terbagi menurut tingkat aktifitas gempa yang terjadi. Kota Medan

Provinsi Sumatera Utara terletak pada wilayah 4, dimana percepatan gempa

standar di permukaan tanah pada wilayah ini adalah 0.25 g (1g = 9.8m/s).

Namun nilai percepatan ini tidak dapat digunakan di seluruh tanah di Kota

Medan, sebab nilai ini sangat dipengaruhi oleh sifat – sifat lapisan tanah.

Oleh karena itu perlu dilakukan perhitungan kembali terhadap nilai

percepatan tanah di permukaan tanah, sebab hal ini sangat berpengaruh

terhadap pembangunan fisik yang akan dilaksanakan pada Kota Medan,

termasuk pembangunan bangunan strutur pada Bandar Udara Medan Baru di

(19)

Pada masa lampau wilayah Desa Kuala Namu merupakan wilayah

lautan, namun lama kelamaan permukaan air laut mengalami penurunan,

sehingga daerah tersebut menjadi sebuah daratan dan akhirnya menjadi

sebuah pedesaan. Hal ini terbukti dengan ditemukannya fosil kerang pada

saat dilakukan investigasi tanah di lokasi ini. Selain itu, dari hasil investigasi

yang telah dilakukan juga dapat disimpulkan bahwa tanah yang terdapat di

lokasi apron Bandar Udara Medan Baru adalah tanah berjenis SP (Sandy

poor) atau tanah pasir yang bergradasi buruk.

Oleh karena itu, secara teoritis dapat disimpulkan bahwa wilayah

pembangunan apron Bandar Udara Medan Baru adalah wilayah yang

berpotensi terjadinya likuifaksi. Namun karena hal tersebut masih

merupakan teori, maka melalui tugas akhir ini akan diperhitungkan potensi

terjadinya likuifaksi secara analitis.

1.3. Tujuan dan Manfaat Penelitian

1.3.1. Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah :

1. Untuk mengetahui tingkat potensi terjadinya likuifaksi pada

lokasi apron Bandar Udara Medan Baru sebelum dilakukannya

ground treatment pada lahan tersebut.

2. Untuk mengetahui perubahan nilai percepatan gempa dari batuan

dasar sampai ke permukaan tanah di lokasi apron Bandar Udara

(20)

Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009. 1.3.2. Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan dapat dijadikan masukan atau

pertimbangan bagi pemerintah, instansi terkait, dan pihak

pengembang Bandar Udara Medan Baru dalam perencanaan apron

Bandar Udara Medan Baru.

1.4. Pembatasan Masalah

Pembatasan masalah yang diambil untuk mempermudah

penyelesaian penelitian ini adalah :

1. Area yang diteliti adalah area apron Bandar Udara Medan Baru dan

belum diadakan perbaikan ataupun penimbunan.

2. Data tanah yang digunakan diambil dari dua lokasi yang dinilai paling

kritis dari beberapa lokasi investigasi yang dilakukan oleh PT. Waskita

Karya Pesero.

3. Fungsi atenuase yang digunakan dalam analisa resiko gempa adalah

fungsi atenuase Joyner & Boore (1988) dan Crouse (1991).

4. Input gempa yang digunakan adalah Treasure Island dan Elcentro.

1.5. Metodologi Penelitian

Penulisan tugas akhir ini dilakukan dengan metodologi sebagai

berikut :

1. Mengumpulkan data gempa dengan magnitude di atas 5 Skala Richter

(SR) yang terjadi dalam radius 500 km dari lokasi apron Bandar Udara

(21)

2. Menghitung percepatan tanah di batuan dasar dengan menggunakan

metode Gumble untuk priode ulang 200 tahun.

3. Menghitung percepatan tanah di permukaan tanah dengan

menggunakan program Edu Shake.

4. Menghitung potensi terjadinya likuifaksi dengan menggunakan grafik

hubungan Cyclic Stress Ratio (CSR) dengan Cyclic Resistant Ratio

(22)

BAB II

STUDI LITERATUR

2.1. Gempa Bumi

Gempa bumi adalah getaran yang terjadi di permukaan bumi. Gempa

bumi dapat disebabkan oleh beberapa hal, di antaranya adalah keruntuhan

tanah di dalam gua, tumbukan antara meteor dan permukaan bumi, serta

peristiwa vulkanik. Namun pada umumnya gempa bumi disebabkan oleh

pergerakan lempengan bumi (peristiwa tektonik).

Walaupun bumi ini padat, namun lempeng bumi selalu bergerak,

pergesekan antara lempeng bumi menimbulkan tekanan berupa desakan

antara kedua lempeng, apabila tekanan tersebut tidak tertahankan lagi, maka

akan terjadi gempa bumi.

Setiap hari bumi mengalami gempa, namun kebanyakan dalam skala

kecil dan tidak menyebabkan kerusakan apa – apa. Gempa bumi kecil dapat

juga mengiringi gempa bumi besar, dan dapat terjadi sesudah, sebelum, atau

selepas gempa bumi besar tersebut.

Secara geografis Pulau Sumatera terletak di antara 6º LU dan 6º LS,

serta di antara 95º BT dan 107º BT. Pada bagian barat Pulau Sumatera

terdapat pertemuan atau benturan dari dua lempeng bumi yaitu Lempeng

Eurasia dan Lempeng India Australia. Zona ini disebut juga zona subduction

karena Lempeng Samudra Hindia - Australia terus aktif bergerak

(23)

Samudera Hindia – Australia lebih aktif dibandingkan dengan Lempeng

Benua Eurasia. Dorongan lempeng itu terhadap bagian Pulau Sumatera

adalah sebesar 5,2 cm/tahun, sedangkan terhadap bagian selatan Pulau

Sumatera adalah sebesar 6 cm/tahun.

Akibat dorongan itu, Pulau Sumatera terbelah menjadi dua secara

memanjang pulau. Lokasi belahan tersebut disebut dengan sesar (Sesar

Semangko). Bagian patahan yang kecil (sebelah barat daya) bergerak ke

arah barat laut, sedangkan bagian yang besar (sebelah timur laut) bergerak

ke tenggara. Pada daerah patahan, desakan dilawan oleh Lempeng Eurasia

dengan gerakan ke arah barat daya. Bagian utara bergerak dengan kecepatan

2,7 cm/tahun, sedangkan bagian selatan bergerak dengan kecepatan 1

cm/tahun. Akibat gerakan – gerakan ini, wilayah Pulau Sumatera menjadi

daerah yang memiliki seismisitas cukup tinggi.

Pada beberapa tahun terakhir ini bencana alam berupa gempa bumi

makin sering terjadi di Pulau Sumatera khususnya bagian utara, rangkaian

gempa ini bermula sejak Gempa Simeulu pada tahun 2002 dengan

magnetude 7.4 SR. Sejak terjadinya gempa tersebut, Pulau Sumatera

semakin sering mengalami gempa baik gempa berskala besar maupun kecil,

sehingga puncaknya adalah Gempa Aceh pada tanggal 26 Desember 2004

dengan magnetude 9.0 SR yang juga memicu terjadinya tsunami serta

menewaskan ribuan jiwa. Setelah itu terjadi lagi Gempa Nias pada tangga 25

maret 2005 dengan magnetude 8.6 SR.

Ada fenomena kerusakan yang luar biasa terjadi pada saat terjadi

(24)

likuifaksi terjadi di beberapa daerah di Aceh dan Nias. Hal ini

mengindikasikan beberapa dataran di Pulau Sumatera tidak aman terhadap

bahaya likuifaksi apabila terjadinya gempa besar.

2.2. Definisi Tanah

Pada kondisi alami, tanah terdiri dari campuran butiran – butiran

mineral dengan atau tanpa kandungan bahan organik. Butiran – butiran

tersebut dapat dengan mudah dipisahkan satu sama lain dengan kocokan air.

Tanah berasal dari pelapukan batuan, baik secara fisik maupun kimia.

Sifat-sifat teknis tanah, kecuali oleh Sifat-sifat batuan induk yang merupakan material

asal, juga dipengaruhi oleh unsur-unsur luar yang menjadi penyebab

terjadinya pelapukan batuan tersebut.

Istilah-istilah seperti kerikil, pasir, lanau dan lempung digunakan

dalam teknik sipil untuk membedakan jenis-jenis tanah. Pada kondisi alam,

tanah dapat terdiri dari dua atau lebih campuran jenis-jenis tanah dan

kadang-kadang terdapat pula kandungan bahan organik. Material

campurannya kemudian dipakai sebagai nama tambahan di belakang

material unsur utamanya. Sebagai contoh, lempung berlanau adalah tanah

lempung yang mengandung lanau dengan material utamanya adalah

lempung dan sebagainya.

Tanah terdiri dari 3 komponen, yaitu udara, air dan bahan padat.

Udara dianggap tidak mempunyai pengaruh teknis, sedangkan air sangat

mempengaruhi sifat-sifat teknis tanah. Ruang di antara butiran-butiran,

(25)

tersebut terisi air seluruhnya, tanah dikatakan dalam kondisi jenuh. Bila

rongga terisi udara dan air, tanah pada kondisi jenuh sebagian (partially

saturated). Tanah kering adalah tanah yang tidak mengandung air sama

sekali atau kadar airnya nol.

Tanah pada kondisi jenuh, umumnya tanah lebih berbahaya terhadap

bangunan struktur dibandingkan dengan tanah dalam kondisi kering.

Likuifaksi merupakan salah satu bahaya yang berpotensi terjadi pada tanah

dalam kondisi jenuh.

2.3. Definisi Likuifaksi

2.3.1. Pengertian Likuifaksi

Likuifaksi merupakan fenomena hilangnya kekuatan lapisan

tanah akibat getaran. Getaran yang dimaksud dapat berupa getaran

yang berasal dari gempa bumi maupun yang berasal dari

pembebenan cepat lainnya.

Ketika mengalami getaran tersebut sifat lapisan tanah

berubah menjadi seperti cairan sehingga tak mampu menopang

beban bangunan di dalam atau di atasnya.

Likuifaksi biasanya terjadi pada tanah yang jenuh air, dimana

seluruh rongga-rongga dari tanah tersebut dipenuhi oleh air. Pada

saat mengalami getaran, air ini memberikan suatu tekanan di

partikel-partikel tanah sehingga mempengaruhi kepadatan dari tanah

(26)

Sebelum terjadinya gempa bumi, tekanan air pada suatu tanah

secara relatif rendah. Namun setelah menerima getaran, tekanan air

dalam tanah meningkat, sehingga dapat menggerakkan

partikel-partikel tanah dengan mudah.

Setelah digerakkan oleh air, maka partikel tanah tidak

memiliki lagi kekuatan atau daya dukung, sehingga daya dukung

tanah sepenuhnya berasal dari tegangan air pori. Pada kondisi ini,

tanah sudah berbentuk cairan yang tidak lagi memiliki kestabilan,

sehingga beban - beban yang ada di atas tanah tersebut seperti beban

dari struktur bangunan akan ambles kedalam tanah. Sebaliknya

tangki – tangki yang berada di dalam tanah akan mengapung dan

muncul kepermukaan tanah.

Penggetaran pada tanah yang paling sering memicu

peningkatan tegangan air pori adalah penggetaran yang berasal dari

gempa bumi, tetapi aktivitas-aktivitas yang berkaitan konstruksi

seperti peledakan dapat juga menyebabkan peningkatan tegangan air

pori tersebut.

2.3.2. Syarat terjadinya likuifaksi

Likuifaksi hanya bisa terjadi dengan syarat tertentu, apabila

suatu tanah tidak memenuhi syarat-syarat tersebut, maka tanah

tersebut tidak berpotensi untuk terjadi likuifaksi. Oleh karena itu

perencana pembangunan harus menghindari tanah-tanah yang telah

(27)

Likuifaksi biasanya terjadi pada tanah atau lahan yang tidak

padat. Misalnya tanah yang terbentuk dari pasir, endapan bekas delta

sungai, dan bahan-bahan lainnya. Tanah semacam itu cenderung

tidak padat sehingga memiliki rongga yang banyak.

Syarat kedua adalah sumber air yang dangkal, misalnya,

kedalamannya hanya 2 hingga 4 meter di bawah permukaan tanah.

Likuifaksi di daerah yang disebutkan di atas akan terjadi jika

adanya gempa dengan kekuatan mencapai MMI (Modified Mercally

Intensity) VI. MMI mengukur kekuatan gempa berdasarkan

dampaknya, dengan skala I hingga XII. Pembagian skala MMI dapat

dilihat pada Tabel 2.1:

Tabel 2.1 : Korelasi antara Magnetude Local (ML), Percepatan Gempa (amax), Waktu Gempa, dan Skala Intensitas MMI Menurut

Yaets et al., Gere and Shah dan Housner Lokal

Magnitude (ML)

Percepatan gempa

amax

Waktu Gempa (det)

Skala Intensitas MMI

≤2 - - I – II

3 - - III

4 - - IV – V

5 0.09 g 2 VI – VII

6 0.22 g 12 VII – VIII

7 0.32 g 24 IX – X

(28)

Pada skala MMI I, getaran tidak dirasakan, kecuali dalam

keadaan luar biasa oleh beberapa orang. MMI XII terjadi jika

bangunan-bangunan yang kena gempa hancur sama sekali. Pada

kondisi ini, gelombang tampak pada permukaan tanah, pemandangan

menjadi gelap dan benda-benda terlempar ke udara.

Likuifaksi dapat terjadi pada MMI VI contohnya pada 1883,

ketika gunung Krakatau meletus, Jakarta mengalami gempa dengan

kekuatan MMI VI. Pada saat itu, banyak bangunan hancur. Sejumlah

lahan juga ambles.

Secara umum dapat disimpulkan bahwa syarat-syarat

terjadinya likuifaksi pada suatu wilayah adalah :

a. Lapisan tanah berupa pasir atau lanau,

b. Lapisan tanah jenuh air,

c. Lapisan tanah bersifat lepas (tidak padat),

d. Terjadi gempa bermagnitudo di atas 5,0, dan

e. Berkecepatan gempa lebih dari 0.1 g.

Menurut Adrin Tohari, ketua Tim Kajian Likuifaksi dan

Sumber Daya Air Pusat Penelitian (Puslit) Geoteknologi LIPI

“Kelima syarat itu harus ada untuk menyatakan terjadi likuifaksi”.

2.3.3. Proses terjadinya likuifaksi

Untuk memahami proses terjadinya likuifaksi, perlu kita

pahami terlebih dahulu bahwa suatu endapan tanah terdiri dari

(29)

saling berdekatan, sehingga setiap partikel memiliki kontak dengan

partikel yang lain (Gambar 2.1). Dengan adanya kontak antar

partikel tersebut, tanah menjadi memiliki suatu kekuatan untuk

memikul beban diatasnya, sebab kondisi seperti ini menjadikan

beban yang berada di atas tanah akan dipikul secara bersamaan oleh

seluruh partikel. Dan akhirnya beban tersebut akan di salurkan ke

lapisan batuan dasar di bagian bawah lapisan tanah tersebut tanah.

Gambar 2.1 : Kondisi partikel tanah saat normal (sebelum terjadinya kenaikan tegangan air pori)

Pada kondisi tanah seperti Gambar 2.1 tampak bahwa banyak

rongga antar partikel tanah yang penuhi air. Pada kondisi nomal, air

tersebut memiliki tekanan air pori yang relatif rendah.

Pada saat menerima tekanan dari getaran secara tiba - tiba, air

tesebut akan terdesak sehingga ia akan menaikkan tekanannya untuk

dapat mencari jalan keluar. Namun, pada saat tejadinya gempa, air

tersebut tidak memiliki cukup waktu untuk berdisipasi keluar dari

tanah melalui rongga-rongga tanah, sehingga sebagai gantinya air

(30)

tanah sebelumnya berhubungan menjadi menjauh (Gambar 2.2). Dan

akhirnya partikel tanah tidak dapat mendistribusikan beban lagi

[image:30.595.161.480.162.532.2]

dengan maksimal.

Gambar 2.2 : Kondisi partikel tanah saat mengalami getaran. (saat terjadinya kenaikan tegangan air pori)

Pada kondisi seperti ini, sebagian besar beban dipikul oleh

air. Sehingga pemikulan beban pada tanah tersebut menjadi tidak

stabil. Kondisi ini dapat dianalogikan seperti beban sebuah kapal

yang mengapung diatas air. Apabila air tidak dapat memilikul beban

dari kapal tersebut, maka kapal tersebut akan tenggelam ke dalam

air.

Hal tersebut terjadi juga pada beban dari gedung pada tanah

yang mengalami likuifaksi, maka gedung tersebut akan tenggelam ke

dalam tanah.

Dalam satu kejadian yang lebih ekstrim lagi, tekanan air pori

dapat menjadi sangat tinggi sehingga banyak lebih banyak lagi

(31)

Dalam kasus-kasus yang demikian, kekuatan tanah itu akan menjadi

sangat kecil, dan akan bertindak lebih seperti suatu zat cair dibanding

suatu padat.

2.3.4. Dampak dari terjadinya likuifaksi

Likuifaksi telah banyak menjadi penyebab dari hancurnya

bangunan struktur di beberapa kejadian gempa bumi. Berdasarkan

simulasi yang dilakukan di Jepang, goncangan akibat gempa,

membuat bangunan di atasnya ambles (Gambar 2.3), sedangkan

benda di dalam tanah seperti tangki minyak muncul ke permukaan

(Gambar 2.4). Seperti yang terjadi di Kota Cilacap, terdapat dua

tangki yang berdekatan dengan pantai, yaitu tangki Pertamina dan

Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) yang muncul ke permukaan

tanah pasca kejadian gempa.

Manhole

Manhole Sand Boiling

Rigid pipe

Flexible pipe

Lift Up Force Rigid pipe

[image:31.595.113.529.349.785.2]

Flexible pipe

Gambar 2.3 : Bangunan yang ambles karena hilangnya daya dukung tanah akibat likuifaksi

(32)

Selain hal di atas, beberapa fenomena likuifaksi yang pernah

ditemui di Indonesia di kawasan pascagempa, di antaranya berupa

semburan pasir yang menyumbat sumur artesis/gali seperti di Bantul,

dan perpindahan lateral pada permukaan datar yang terlihat retakan

seperti di Bandara Adisucipto, Yogyakarta. Ada pula longsoran

lereng tanah, kegagalan pondasi jembatan (loss of bearing capacity),

dan bangunan ambles (ground settlement).

2.4. Faktor – Faktor yang dapat meningkatkan potensi terjadinya likuifaksi

pada suatu lapisan tanah

Ada banyak faktor yang dapat meningkatkan potensi terjadinya

proses likuifaksi pada suatu lapisan tanah. Berdasarkan hasil

observasi-observasi lapangan dan uji laboratorium, serta studi-studi yang telah

dilakukan para ahli maka dapat disimpulkan faktor yang berpengaruh dalam

meningkatkan potensi terjadinya likuifaksi pada suatu lapisan tanah adalah

sebagai berikut:

1. Intensitas dan durasi dari gempa yang terjadi

Getaran adalah syarat utama untuk terjadinya likuifaksi. Sumber

getaran yang paling umum terjadi adalah getaran yang berasal dari

gempa bumi. Karakter dari gerakan gempa bumi, seperti percepatan dan

(33)

mendorong partikel-partikel tanah. Dorongan terhadap partikel inilah

yang menyebabkan berkurangnya kontraksi atau ikatan antar butiran

partikel tanah tersebut yang pada akhirnya menjadi penyebab terjadinya

likuifaksi.

Efek dari gempa bumi yang paling berpengaruh dalam

meningkatkan potensi terjadinya likuifaksi adalah energi yang

dilepaskan ketika terjadinya gempa bumi. Potensi untuk terjadinya

likuifaksi akan meningkat ketika intensitas gempa bumi dan jangka

waktu penggetaran juga meningkat. Maka gempa bumi yang paling

berbahaya adalah gempa bumi yang bermagnetudo besar dalam jangka

waktu yang lama.

Dari data yang telah dikumpulkan oleh para ahli, ditemukan

bahwa batas dari nilai percepatan gempa yang dapat mengakibatkan

likuifaksi pada suatu lokasi adalah 0.1g, dan magnetude lokal adalah 5.0

(National Research Council 1985, Ishihara). Dengan demikian, suatu

analisis terhadap likuifaksi umumnya tidak diperlukan lagi pada

lokasi-lokasi yang mempunyai percepatan gempa kurang dari 0,10g atau yang

bermagnetudo lokal kurang dari 5,0 SR.

Di samping gempa bumi, kondisi-kondisi lain dapat

menyebabkan likuifaksi, seperti peledakan yang di bawah permukaan

tanah, pemancangan tiang pondasi, serta getaran – getaran dari lalu lintas

dan kereta api.

(34)

Kondisi tanah yang berpotensi tejadinya likuifaksi adalah tanah

yang memiliki permukaan air tanah dekat dengan permukaan tanah.

Lapisan tanah yang tak jenuh air di atas permukaan air tanah tidak akan

terlikuifaksi.

Hal ini menunjukkan bahwa lapisan tanah yang berada di atas

permukaan tanah yang tidak mungkin terendam air, maka tidak mungkin

terjadi likuifaksi. Untuk lahan-lahan seperti itu secara umum tidak perlu

untuk dievaluasi untuk potensi likuifaksi.

Pada lokasi-lokasi di mana permukaan air tanah sering berubah -

ubah, maka potensi terjadinya likuifaksi akan juga berubah-ubah. Secara

umum, tingkatan permukaan air tanah tertinggi dalam sejarah harus

digunakan dalam analisis likuifaksi, kecuali jika informasi yang lain

menandai adanya suatu tingkat yang lebih rendah atau yang lebih tinggi.

3. Jenis Tanah

Pada Umumnya, kebanyakan dari jenis tanah di bumi berpotensi

untuk terjadinya likuifaksi. Ishihara (1985) mengatakan bahwa "Tanah

yang telah diketahui akan beresiko untuk terjadinya likuifaksi selama

gempa bumi dapat ditemui di dalam lapisan tanah yang terdiri butiran

pasir kecil hingga butiran pasir medium serta pasir yang berisi debu yang

berplastisitas rendah. Namun adakalanya, terjadi juga kasus-kasus

likuifaksi pada tanah yang berkerikil".

Dengan demikian, jenis tanah yang rentan kepada likuifaksi

(35)

yang berplastisitas rendah (low plasticity). Jika diurutkan dari yang

paling kecil sampai yang paling besar daya tahannya terhadap

likuifaksinya maka akan di peroleh data sebagai berikut:

a. Pasir bersih

b. Pasir berlanau tidak berplastisitas

c. Lanau tidak berplastisitas

d. Kerikil-kerikil

Seed et al. (1983) menyatakan bahwa berdasar pada uji

laboratorium dan uji lapangan, mayoritas tanah kohesif tidak akan

terlkuifaksi jika terjadi gempa bumi. Namun sesudah itu, pada tahun

1999, dengan menggunakan kriteria Seed dan Idriss tersebut Youd dan

Gilstrap, mengemukakan bahwa tanah kohesif dapat terlikuifaksi jika

memenuhi tiga kriteria. Ketiga syarat yang dimaksud adalah sebagai

berikut:

a. Jumlah butiran partikel yang lebih kecil dari 0.005 mm harus kurang

dari 15 % berat kering tanah tersebut.

b. Tanah harus mempunyai suatu batas cair (LL) yang kurang dari 35 %

(LL < 35)

c. Kadar air (w), tanah harus lebih besar dari 0.9 dari batas cair tanah

tersebut [w > 09 (LL)].

Jika satu saja dari parameter di atas tidak dipenuhi dari suatu

tanah yang kohesif maka tanah tesebut tidak berpotensi terjadi likuifaksi.

(36)

namun pada tanah tersebut masih ada kemungkinan terjadinya

pengurangan kekuatan geser bersama terjadinya getaran.

4. Rapat relatif tanah (Dr)

Berdasarkan uji lapangan, tanah yang berkohesi rendah dan

memiliki rapat relatif yang rendah diketahui bahwa memiliki potensi

likuifaksi yang tinggi. Pada pasir lepas yang tidak berplastisitas kenaikan

tegangan air pori pada saat terjadinya gempa akan lebih cepat

dibandingkan dengan pasir yang padat.

Poulos et al. (1985) menyatakan bahwa jika suatu lapisan tanah

bersifat delative tidak perlu di evaluasi terhadap likuifaksi, sebab

tegangan geser basah pada tanah yang dilative lebih besar dibandingkan

dengan tegangan geser keringnya.

5. Gradasi ukuran partikel

Bentuk butiran tanah yang seragam cenderung membentuk tanah

yang kurang stabil dibandingkan dengan tanah yang bergradasi baik.

Pada tanah yang bergradasi baik, butiran yang lebih kecil

mengisi spasi/rongga yang ada sehingga dapat mengurangi ruang –

ruang yang dapat diisi oleh air. Hal ini dapat mengurangi tekanan air

pori pada saat terjadinya gempa.

Menurut Kramer, kebanyakan dari kejadian likuifaksi terjadi ada

tanah yang bergradasi buruk.

(37)

Tanah yang terletak dalam air lebih cenderung untuk terlikuifaksi

karena struktur tanah pada daerah tersebut biasanya memiliki sifat

butiran partikel yang saling lepas. Sebagai contohnya, tanah-tanah yang

terdapat dalam sungai, danau, atau pun samudera akan memiliki partikel

tanah yang tidak mengikat satu sama lainnya.

Apabila terjadi goncangan maka tanah yang memiliki sifat

butirannya saling lepas akan teruirai lebih cepat dibandingkan dengan

tanah yang memiliki ikatan antar partikelnya. Sehingga potensi

terjadinya likuifaksi lebih besar pada tanah yang berbutir lepas.

Jenis tanah yang memiliki butiran yang cenderung lepas yaitu

lakustrin (danau), tanah endapan, dan tanah atau daratan yang terbentuk

akibat turunnya muka air laut seperti tanah yang terdapat pada Desa

Kuala Namu.

7. Kondisi - kondisi drainase

Jika air yang terkandung pada suatu lapisan tanah dapat dengan

segera dialirkan, maka lahan tersebut tidak akan terjadi likuifaksi. Oleh

karena itu pembangunan drainase pada suatu lahan yang berpotensi

terjadi likuifaksi sangat penting dilakukan agar air yang terdapat dalam

lahan dapat dengan segera dialirkan keluar dari lahan.

8. Tegangan Selimut (Confining Pressures)

Semakin besar semakin Confining Pressures pada suatu lapisan

(38)

Confining Pressure pada suatu lapisan tanah yang lebih dalam biasanya

lebih tinggi dibandingkan dengan confining presure pada permukaan

tanah.

Dari beberapa kasus likuifaksi menunjukkan bahwa daerah yang

berpotensi terjadinya likuifaksi biasanya hanya sampai kedalaman

sekitar 50 feet (15m) saja. Pada lapisan tanah yang lebih dalam secara

umum tidak terjadi liquifaksi karena adanya tegangan selimut yang lebih

tinggi.

Namun hal ini bukan berati bahwa suatu analisis likuifaksi hanya

dilakukan sampai kedalaman 50 feet (15 m) saja. Dalam beberapa kasus,

ada juga likuifaksi yang terjadi dikedalaman lebih dari 50 feet.

Oleh karena itu, suatu analisis likuifaksi harus dilaksanakan pada

setiap lapisan tanah yang mempunyai rongga yang berisi air walaupun

kedalamannya sudah melebihi 50 feet (15 m).

Demikian juga pada suatu tanah timbunan yang belum

terkonsolidasi juga memerlukan suatu penyelidikan likuifaksi lebih dari

kedalaman 50 feet (15 m).

Maka dari itu perlu adanya pertimbangan yang tepat dalam

menentukan batas akhir dari analisis potensi terjadinya likuifaksi pada

suatu lapisan tanah.

9. Bentuk Partikel

Bentuk partikel tanah juga mempengaruhi potensi terjadinya

(39)

terjadi rongga atau pori tanah yang lebih banyak dibangdingkan dengan

tanah yang memiliki partikel bersudut. Banyaknya rongga tanah ini

memungkinkan air yang mengisi tanah lebih banyak pula, sehingga hal

ini menyebabkan potensi likuifaksi lebih besar terjadi dibandingkan

dengan tanah yang memiliki partikel bersudut.

10.Lamanya waktu konsolidasi

Potensi terjadinya likuifaksi pada tanah timbun yang belum

terkonsolidasi lebih besar jika dibandingkan dengan tanah yang sudah

terkonsolidasi dalam jangka waktu yang lebih lama.

Maka semakin lama tanah tersebut dibiarkan terkonsolidasi maka

semakin besar daya tahan tanah tersebut terhadap bahaya likuifaksi. Hal

ini disebabkan oleh adanya ikatan antar partikel yang lebih kuat pada

tanah yang sudah terkonsolidasi dibandingkan dengan tanah yang belum

terkonsolidasi.

Maka dapat disimpulkan lamanya waktu konsolidasi pada suatu

lapisan endapan tanah akan berbanding lurus dengan daya tanah lapisan

endapan tanah tersebut terhadap potensi terjadinya proses likuifaksi.

Potensi likuifaksi pada jenis - jenis endapan tanah menurut

lamanya usia endapan terkonsolidasi dapat dilihat dalam tabel 2.2.

11.Sejarah Tanah

Sejarah pada suatu lahan sudah pasti memiliki pengaruh terhadap

potensi terjadinya likuifaksi pada lahan tersebut. Contohnya, pada tanah

(40)

terjadinya likuifaksi lebih kecil dibandingkan dengan tanah yang belum

[image:40.595.91.541.152.748.2]

pernah diberikan pembebanan.

Tabel 2.2 : Potensi terjadinya likuifaksi pada jenis – jenis endapan tanah saat gempa

Tipe Dari Tanah

Penyebaran Endapan-Endapan

Cohesionless di dalam tanah

Potensi Terjadinya Likuifaksi Berdasarkan Usia Endapan

<500 thn Holocene Pleistocene Pre-Pleistocene

Tanah Benua

Tanah aluvial & dataran Tersebar Luas Sedang Rendah Rendah Sangat Rendah

Tanah delta Tersebar Luas Tinggi Sedang Rendah Sangat Rendah

Bukit pasir Tersebar Luas Tinggi Sedang Rendah Sangat Rendah

Tanah Bekas Lautan Tersebar Luas - Rendah Sangat Rendah Sangat Rendah

Lereng Tersebar Luas Rendah Rendah Sangat Rendah Sangat Rendah

Thepra Tersebar Luas Tinggi Tinggi - -

Tanah Colovium Tidak Merata Tinggi Sedang Sangat Rendah Sangat Rendah

Sungai es Tidak Merata Rendah Rendah Rendah Sangat Rendah

lakustrin dan playa Tidak Merata Tinggi Sedang Sangat Rendah Sangat Rendah

Pasir Lepas Tidak Merata Tinggi Tinggi Tinggi -

Dataran banjir Tidak Merata

Lokal Tinggi Sedang Rendah Sangat Rendah

Kanal sungai Tidak Merata

Lokal Sangat Tinggi Tinggi Rendah Sangat Rendah

Sebka Tidak Merata

Tanah residu Jarang Rendah Rendah Sangat Rendah Sangat Rendah

Tuff Jarang Rendah Rendah Sangat Rendah Sangat Rendah

Tanah Pantai

Pantai berombak besar Tersebar Luas Sedang Rendah Sangat Rendah Sangat Rendah

Pantai berombak kecil Tersebar Luas Tinggi Sedang Rendah Sangat Rendah

Delta Tersebar Luas Sangat Tinggi Tinggi Rendah Sangat Rendah

Estuarine Tidak Merata

Pantai diantara laut Tidak Merata

Lagoonal Tidak Merata

Tanah Buatan

Sudah Dipadatkan Tidak Merata Rendah - - -

(41)

Pada tanah yang sudah pernah diberikan pembabanan,

partikel-partikel yang terkandung akan lebih rapat dan lebih memiliki daya ikat

yang kuat. Hal ini menyebabkan tanah terserbut akan memiliki daya

tahan terhadap getaran yang dialaminya.

Maka dapat disimpulkan jika overconsolidation ratio (OCR)

pada suatu tanah tinggi maka potensi likuifaksi pada tanah tersebut akan

menurun.

12.Beban Bangunan

Suatu konstruksi bangunan yang berat di atas suatu lapisan pasir

dapat mengurani ketahanan tanah tersebut terhadap likuifaksi. Hal ini

dapat dianalogikan seperti sebuah lembaran keset pada permukaan tanah

yang memikul beban yang berat dari suatu yang berat berdasarkan atas

dari suatu endapan pasir dapat berkurang hambatan likuifaksi tanah.

Dasar keset akan menebabkan tegengan geser pada tanah. Tegangan

geser tersebut akan mempercepat liuifaksi apabila terdapat tegengan

geser tambahan pada saat terjadinya gempa.

Secara ringkas, lokasi dan jenis tanah paling berpotensi terjadinya

likuifaksi adalah sebagai berikut:

1. Lokasi Tanah

a. Lokasi yang adalah dekat dengan episenter atau sumber getaran dari

(42)

b. Lokasi yang memiliki letak permukaan air tanah yang dekat dengan

permukaan bumi

2. Jenis tanah

Pasir yang mempunyai gradasi yang seragam dengan partikel

tanah berbentuk bulat yang tersebar luas secara merata di dalam tanah,

dan partikelnya bersifat lepas (tidak terikat satu sama lain), serta belum

terkonsolidasi dengan baik.

2.5. Parameter-parameter yang mempengaruhi potensi likuifaksi pada suatu

lahan

2.3.1. Tegangan Vertikal Total ( v) dan Tegangan Vertikal Efektif( ’v)

2.3.1.1. Vertikal Total ( v)

Tegangan vertikal total merupakan tegangan pada

lapisan tanah yang diakibatkan oleh beban dari tanah yang

ada diatasnya tanpa memperhitungkan tegangan air pori

yang diakibatkan oleh air (u). Semakin jauh kedalaman

tanah maka semakin besar tegangan vertikal totalnya.

Tegangan vertikal total dapat dihitung dengan rumus:

v

= ( .H)

...(2.1)

dimana :

v = Tegangan Vertikal Total(KN/m2)

= Berat isi lapisan tanah (KN/m3)

(43)

Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009. 2.3.1.2. Tegangan Vertikal Efektif ( ’v)

Tegangan vertikal Efektif merupakan tegangan pada

lapisan tanah yang diakibatkan oleh beban dari tanah yang

ada diatasnya dengan memperhitungkan tegangan air pori

yang diakibatkan oleh air (u). Tegangan air pori membuat

tekanan yang berasal dari beban tanah menjadi berkurang.

Tegangan vertikal efektif dapat dihitung dengan rumus:

'

v

=

v

– µ

...(2.2)

dimana :

’v

= Tegangan Vertikal Efektif (KN/m2)

v = Tegangan Vertikal Total (KN/m2)

µ

= Tegangan Air Pori (KN/m2) = _w.H

w = Berat isi air (KN/m3)

H = Tebal lapisan (m)

2.3.2. Percepatan Gempa (amax)

2.3.2.1. Percepatan Gempa di Batuan Dasar

Percepatan gempa di batuan dasar dapat dihitung

dengan mempergunakan fungsi atenuase. Fungsi atenuase

adalah suatu fungsi yang menggambarkan korelasi antara

intensitas gerakan tanah setempat (a), Magnetude Gempa

(M) serta jarak dari suatu titik dalam daerah sumber gempa

(r).Para ahli geoteknik telah banyak merumuskan fungsi

(44)

belum tentu dapat berlaku di tempat yang lain, karena

fungsi atenuase sangat tergantung pada kondisi alam di

suatu tempat.

Dalam analisa ini, penulis menggunakan dua rumus

fungsi atenuase yaitu fungsi atenuase Joyner & Boore dan

fungsi atenuase Crouse.

1. Rumus fungsi atenuase Joyner & Boore adalah:

(

)

( )

[

M_w r r

]

a

=

10

0.71+0.23 −6 −log −0.0027 ...(2.3)

Dimana :

a = Percepatan yang dinyatakan dalam g

Mw = Momen magnetude gempa (diasumsikan Mw = M)

ro = Jarak terdekat dari lokasi ke proyeksi vertikal dari

gempa akibat aktivitas pada permukaan tanah

(epicentre)

r2 = ro2 + 82

2. Rumus fungsi Atenuase Crouse adalah :

( )

PGA

(

R

e

( M)

h

)

00916

.

0

58

.

1

ln

73

.

2

76

.

1

36

.

6

ln

=

+

−

+

0.608

+

...(2.4)

Dimana :

PGA = Peak Ground Acceleration, gal (1g = 1000 gal)

R = Jarak Hipocentre (Km), R2 = ro + h2

M = Momen Magnetude gempa = Magnetude gempa

(45)

Untuk menentukan percepatan gempa rencana di

batuan dasar secara teliti, maka perhitungan fungsi atenuase

ini harus dilakukan pada seluruh kejadian gempa.

2.3.2.2. Percepatan Gempa di Permukaan Tanah

Berbeda dengan perhitungan percepatan gempa di

batuan dasar yang menganalisa kejadian gempa,

perhitungan percepatan gempa di permukaan tanah pada

suatu lokasi harus dilakukan dengan menganalisa lapisan

tanah pada lokasi tersebut.

Perubahan percepatan gempa di batuan dasar akan

berpengaruh langsung pada percepatan gempa di

permukaan tanah.

Perubahan percepatan gempa di permukaan tanah di

Indonesia dari tahun 1987, 2002 dan 2007 dapat dilihat

berturut – turut pada gambar 2.5, gambar 2.6, dan gambar

[image:45.595.114.510.295.734.2]

2.7.

(46)

[image:46.595.120.501.111.333.2]

[image:46.595.116.506.201.595.2]

Gambar 2.6 : Peta zona gempa dan percepatan gempa dipermukaan tanah tahun 2002

Gambar 2.7 : Peta zona gempa dan percepatan gempa dipermukaan tanah tahun 2007

Percepatan gempa dipermukaan tanah dapat juga dihitung dengan

menggunakan aplikasi program Edu Shake. Dengan menggunakan program

(47)

Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009. 2.3.3. Nilai SPT (Standard Penetrometer Test)

Nilai N SPT diperoleh dari hasil uji SPT dilapangan. Nilai N

didefinisikan sebagai jumlah pukulan yang dibutuhkan untuk

memasukkan silinder split barrel sampler sedalam 30,5 cm pada

setiap pengujiannya. Berdasarkan nilai SPT, bahaya potensi

likuifaksi dapat dituliskan sebagai berikut :

• N SPT = 0 – 20  Potensi likuifaksi besar • N SPT = 20 – 30  Potensi likuifaksi Sedang

• N SPT > 30  Potensi likuifaksi tidak berarti

2.3.4. Shear Modulus Maximum (Gmax)

1. Modulus Geser Tanah Lempung

Perhitungan nilai shear modulus pada tanah lempung

dipengaruhi oleh efek kejenuhan dan usia tanah tersebut. Nilai

Shear modulus maximum pada tanah lempung dapat dihitung

dengan rumus :

5 , 0 0 2

max

(

)

1

)

97

,

2

(

3230

σ

K

OCR

e

G

+

−

=

...(2.5) dimana : 0

σ = tegangan efektif octahedral = ( 2 ) 3

1

0 v

v K σ σ +

K0 = 0,40 + 0,007 PI, untuk PI antara 0 % sampai dengan 40 %

K0 = 0,68 + 0,001 (PI-40), untuk PI antara 40 % – 80 %

(48)

Sedangkan nilai K yang merupakan fungsi Indeks Plastisitas

[image:48.595.160.475.171.517.2]

tanah diperoleh dari Tabel 2.3 berikut:

Tabel 2.3 : Hubungan antara Plastik Indeks dengan nilai K pada rumus Shear Modulus Maximum

Plastisitas Indeks K

0 0

20 0,18

40 0,30

60 0,41

80 0,48

>100 0,5

2. Modulus Geser untuk Tanah Pasir

Perhitungan Modulus geser untuk tanah pasir dipengaruhi

oleh tegangan efektif octahedral (σ0), tegangan vertikal efektif

(σv), bentuk butiran, efek kejenuhan, level regangan, angka pori

(e) sudut geser dalam tanah dan koefisient tekanan tanah dalam

keadaan diam (K0).

Nilai Modulus geser akan meningkat dengan kenaikan

tegangan efektif octahedral (σ0), kenaikan waktu pemberian

tegangan confining, penurunan angka pori (e), penurunan level

regangan, pasir bersudut dan jenuh air.

Rumusan empiris menghitung modulus geser maksimum.

pada pasir adalah sebagai berikut:

• untuk pasir bergradasi bulat

0 2

1

) 17 , 2 ( 6908

σ e

e G_maks

+ −

(49)

Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009. • untuk pasir bersudut

0 2

1

) 97 , 2 ( 3230

σ e

e G_maks

+ −

= kN/m2 ...(2.7)

Untuk menghitung nilai Gmax dalam analisis ini penulis

menggunakan rumus yang dikemukaan oleh Seed et al yaitu:

N

G

_max

=

6

.

220

...(2.8)

Dimana : N = Nilai N SPT

2.3.5. Faktor Reduksi (rd)

Faktor reduksi merupakan nilai yang dapat mengurangi

tegangan di dalam tanah. Semakin jauh ke dalam tanah maka faktor

reduksi akan semakin kecil. Nilai rd adalah faktor nonlinier

pengurangan beban yang bervariasi terhadap kedalaman.

Menurut Seed and Idris (1971) besar dari nilai reduksi pada

[image:49.595.151.471.317.718.2]

tanah berdasarkan kedalamannya adalah seperti yang disajikan pada

gambar 2.8.

(50)

Nilai rd sangat akan mempengaruhi besarnya nilai CSR

(Cyclic Stress Ratio) pada suatu lapisan tanah. Semakin kecil nilai rd

maka akan semakin kecil pula nilai CSR sehingga potensi terjadinya

likuifaksi juga akan semakin kecil.

Dalam analisis ini, penulis menggunakan program Edu Shake

untuk menghitung percepatan gempa (amax), maka nilai rd yang

digunakan adalah 1,0.

2.3.6. Cyclic Stress Ratio (CSR)

CSR merupakan nilai perbandingan antara tegangan geser

rata-rata yang diakibatkan oleh gempa dengan tegangan vertikal

efektif di tiap lapisan. Nilai CSR pada suatu lapisan tanah sangat

dipengaruhi oleh nilai percepatan gempa (a).

Dengan menganggap nilai percepatan rata-rata akibat gempa

adalah 0,65 dari percepatan maksimum, maka nilai tegangan geser

rata-rata dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut:

v cyc

g

a

σ

τ

=

₀

,

65

max

...(2.9)

Karena kolom tanah tidak berprilaku seperti sebuah struktur

yang kaku pada saat terjadi gempa (tanah dapat mengalami

deformasi), maka Seed dan Idriss (1971) memasukkan sebuah faktor

reduksi kedalaman, rd terhadap persamaan tersebut sehingga :

rd

g

a

v cyc

σ

τ

max

65

,

0

=

...(2.10)

Untuk mendapatkan nilai CSR maka kedua sisi dinormalisasi

(51)

rd

g

a

CSR

v v v cyc ' max '

0

,

65

σ

τ

=

...(2.11) Dimana :

• amax adalah percepatan maksimum dipermukaan tanah, • g adalah percepatan gravitasi bumi,

• '

v

σ adalah tegangan vertikal efektif,

• σvadalah tegangan vertikal total,

• rdadalah faktor reduksi terhadap tegangan

2.3.7. Cyclic Resistant Ratio (CRR)

Nilai Cyclic Resistance Ratio (CRR) merupakan nilai

ketahanan suatu lapisan tanah terhadap tegangan cyclic. Nilai CRR

dapat diperoleh dengan beberapa cara, diantaranya berdasarkan hasil

pengujian lapangan yaitu hasil pengujian Standard Penetration Test

(SPT).

Untuk menghitung nilai CRR maka nilai N-SPT dikoreksi

terlebih dahulu untuk prosedur pengujian lapangan dengan rumus:

r m

b

E

C

NC

N

)

1

.

67

(

₆₀

=

...(2.12)

Dimana :

• (N)60 = Nilai N SPT yang dikoreksi terhadap prosedur pengujian

lapangan

• Em = efesiensi hammer, Em = 0,60 untuk hammer yang baik dan

0,45 untuk doughnut hammer. • Cb = korelasi diameter borelog.

- Cb=1 untuk diameter borehole 65 mm -115 mm

- Cb = 1,05 untuk diameter borehole 150 mm

(52)

Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009. - Cr=0,75 untuk panjang rod sampai 4 m

- Cr=0,85 untuk panjang rod sampai 4-6 m

- Cr=0,95 untuk panjang rod sampai 6- 10 m

- Cr=1,0 untuk panjang rod lebih dari 10 m • N = hasil test SPT

Selanjutnya Nilai (N)60-SPT dikoreksi untuk overburden pressure dengan rumusan:

60 50 , 0 ' 60

60

1

)

(

100

/

)

(

N

=

N

C

_n

=

σ

_v

N

_...(2.13)

Nilai (N1)60 ini disebut juga nilai CRR.

2.3.8. Relatif Density (Dr)

Parameter lain yang harus diketahui untuk mengevaluasi

likuifaksi pada suatu lapisan tanah pada kedalaman tertentu adalah

relative density (Dr). Bila nilai Dr lebih besar dari 70 %, maka

lapisan tanah tersebut tidak terlikuifaksi.

Nilai Dr dapat diperoleh dari nilai N-SPT yang dapat dihitung

berdasarkan rumus :

) 10 ' 42 , 1 ( 70 ,

1 +

=

v r

N D

σ ...(2.14)

Dimana :

• Dr = relative density,

• N = Nilai N-SPT,

(53)

2.6.Usaha perbaikan tanah yang dapat dilakukan untuk mencegah

terjadinya likuifaksi

Berdasarkan uraian penyebab likuifaksi di atas, dapat disimpulkan

bahwa ada dua macam penyebab likuifaksi yaitu:

1. Penyebab ekstenal tanah : Intensitas dan durasi gempa, drainase tanah,

dan beban bangunan

2. Penyebab internal tanah : Jenis dan sifat fisis tanah, letak muka air

tanah, serta sudah ada atau tidaknya

perbaikan tanah yang dilakukan

Gempa merupakan bencana yang sangat sulit diprediksikan, waktu

terjadinya gempa, besarnya intensitas gempa tidak dapat untuk diprediksi,

apalagi untuk dicegah. Oleh karena itu, usaha yang dapat dilakukan untuk

mencegah likuifaksi adalah perbaikan tanah pada lokasi yang akan

dibangun. Namun perbaikan pada tanah yang bersifat merubah jenis dan

sifat fisis tanah memerlukan biaya yang sangat besar, apalagi jika tanah yang

harus diperbaiki sampai kedalaman yang besar.

Maka dari itu, langkah – langkah yang biasanya masih memungkinan

untuk dilakukan demi mengurangi potensi likuifaksi pada suatu lahan

diantaranya adalah :

1. Pemadatan lahan

Salah satu penyebab terjadinya likuifaksi adalah banyaknya

(54)

mengisi rongga tersebut akan mendesak partikel tanah pada saat

mengalami getaran.

Apabila tanah semakin padat maka, rongga atau pori pada tanah

semakin berkurang maka semakin berkurang pula jumlah air yang dapat

menyebabkan likuifaksi tersebut.

Berdasarkan beberapa uji lapangan yang dilakukan, tanah yang

tidak padat akan lebih berpotensi likuifaksi dibandingkan dengan tanah

yang padat.

Pemadatan pada suatu lahan dapat dilakukan dengan penggilasan

berlapis atau penggetaran lahan sebelum membangun konstruksi

bangunan.

2. Membangun saluran drainase

Pada lahan yang tidak memiliki saluran drainase yang memadai,

air akan terus tergenang atau minimal sekali terus berada dalam pori –

pori tanah. Air yang berada dalam pori - pori tanah ini sangat berbahaya

dalam mengingkatkan potensi likuifaksi pada tanah ketika terjadinya

gempa.

Oleh karena itu, pada lahan yang akan dibangun, sangat penting

diberikan saluran drainase yang memadai untuk mengalirkan air agar

tidak tergenang atau terus berada dalam pori tanah.

3. Mengurangi beban bangunan

Mengurangi beban bangunan dapat dilakukan dengan cara

mengganti bahan bangunan yang berat menjadi bahan yang ringan. Saat

(55)

ringan, sampai dengan genteng ringan sangat baik digunakan untuk

pencegahan likuifaksi.

4. Konsolidasi

Konsolidasi sangat efektif dalam mengcegah likuifaksi, sebab

pada tanah yang sudah terlikuifaksi dengan baik, terdapat butiran

partikel yang rapat, maka rongga yang berpotensi diisi air makin sedikit.

Selain itu butiran tanah pada tanah yang sudah terkonsolidasi memiliki

daya ikat antar partikel yang kuat satu sama lain.

Namun biasanya memerlukan waktu yang lama untuk melakukan

konsolidasi pada suatu lahan. Hal yang dapat dilakukan untuk

mempercepat proses konsolidasi adalah penggunaan vertical drain pada

saat dilakukan kosolidasi.

2.7. Analisa Potensi Likuifaksi Pada Suatu Lapisan Tanah

Langkah pertama dalam menganalisa likuifaksi adalah menentukan

apakah suatu lapisan tanah termasuk dalam tanah yang berpotensi terjadi

likuifaksi. Seperti yang dibahas sebelumnya bahwa pada umumnya jenis

tanah yang bersifat rentan terhadap likuifaksi adalah tanah yang memiliki

nilai kohesif yang lebih rendah. Tanah yang bersifat kohesif tidak perlu

dianalisa lagi terhadap kemungkinan likuifaksi kecuali jika mereka

memenuhi beberapa kriteria khusus yang dikemukaan youd dan gilstrap.

Metode yang paling umum digunakan dalam analisis terhadap

potensi likuifaksi adalah menggunakan pengujian Standard Penetormeter

(56)

tersebut didasarkan pada metoda yang diusulkan oleh Seed dan Idriss pada

tahun 1971. Metoda analisis likuifaksi yang diusulkan oleh Seed d