ANALISIS POTENSI LIKUIFAKSI PADA PROYEK WARE
HOUSE BELAWAN
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Melengkapi Tugas-Tugas
Dan Memenuhi Syarat untuk Menempuh Ujian
Sarjana Teknik Sipil
Disusun oleh :
BOLMEN FRANS J. SINAGA
10 0424 014
BIDANG STUDI GEOTEKNIK
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSION
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis sampaikan kehadirat Tuhan Yesus Kristus yang telah melimpahkan anugrah, berkat dan karunia-Nya kepada penulis, sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Penyusunan Tugas Akhir ini dengan judul “ANALISIS POTENSI
LIKUIFAKSI PADA PROYEK WARE HOUSE BELAWAN” disusun guna
melengkapi syarat untuk menyelesaikan jenjang pendidikan Program Strata Satu (S-1) di Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, penulis banyak memperoleh bantuan dan saran dari berbagai pihak, maka dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada:
1. Terimakasih yang teristimewa, penulis ucapkan kepada Orangtua tercinta, yang telah mengasuh, mendidik, dan membesarkan serta selalu memberikan dukungan baik moral, material, maupun doa, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini;
2. Bapak Ir. Rudi Iskandar, MT selaku pembimbing saya yang telah memberikan waktu, tenaga dan pikiran untuk memberi bimbingan dan masukan kepada Penulis;
3. Bapak Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE selaku dosen pembanding yang telah memberikan masukan, arahan dan juga bimbingan kepada penulis;
4. Bapak Dr. Ir. Sofian Asmirza S, M.Sc selaku dosen pembanding yang telah memberikan masukan, arahan dan juga bimbingan kepada penulis;
6. Bapak Ir. Zulkarnain A. Muis, M.Eng.Sc selaku Koordinator Program Pendidikan Ekstension;
7. Bapak Ir. Syahrizal, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara;
8. Bapak/Ibu Dosen Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara;
9. Seluruh Pegawai Administrasi Departemen Teknik sipil yang telah memberikan bantuannya;
10. Teman-teman Mahasiswa, Abang-abang stambuk dan Adik Stambuk Teknik Sipil USU, khususnya kepada Alexander Situmorang yang telah banyak memberikan bantuan dan masukan demi terselesainya tugas akhir ini, kepada
Tua Tindaon, Arief Dermawan, K’Dini, Juniarti, Sherly, Binsar yang sama -sama berjuang menyelesaikan studi sarjana yang telah memberikan semangat kepada penulis dalam penyelesaian tugas akhir ini.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak kekurangannya, oleh karena itu saran dan kritik yang bersifat membangun sangat diharapkan demi penyempurnaan Tugas Akhir ini.
Akhir kata, penulis berharap semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi semuanya.
Medan, Agustus 2013
ABSTRAK
Salah satu dampak yang disebabkan oleh gempa bumi adalah fenomena hilangnya kekuatan lapisan tanah akibat getaran yang disebut dengan likuifaksi. Likuifaksi biasanya terjadi pada tanah pasir yang bersifat lepas (Loose).
Analisis ini bertujuan untuk mengetahui potensi terjadinya likuifaksi pada lokasi Proyek Ware House Belawan, sehingga hasilnya dapat dijadikan masukan bagi pihak pengembang Proyek Ware House Belawan.
Perhitungan potensi likuifaksi dilakukan dengan Metode Simplified Procedure. Pertama yang dilakukan mengumpulkan data sejarah gempa yang pernah terjadi di lokasi Proyek Ware House Belawan. Kemudian mengumpulkan data lapisan tanah pada daerah penelitian. Dari data tersebut, kemudian dapat dihitung nilai Cyclic Stress Ratio (CSR) yang merupakan nilai perbandingan antara tegangan geser rata-rata yang diakibatkan oleh gempa dengan tegangan vertikal efektif di setiap lapisan dan nilai Cyclic Resistant Ratio (CRR) yaitu besarnya ketahanan tanah terhadap likuifaksi. Kedua parameter tersebut kemudian dihubungkan pada grafik Seed et al untuk mengetahui lapisan-lapisan tanah mengalami likuifaksi atau tidak saat terjadi gempa.
Berdasarkan analisa perhitungan yang dilakukan, disimpulkan bahwa Proyek Ware House Belawan memiliki lapisan tanah yang berpotensi terlikuifaksi pada lapisan permukaan tanah dan berbahaya terhadap bangunan-bangunan yang berpondasi dangkal seperti pada BH-3 bangunan kantor berlantai 1 dan BH-4 bangunan pos jaga Sappam.
Kata kunci : Gempa bumi, Likuifaksi, Simplified Procedure, Cyclic Stress Ratio
DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR ... i
ABSTRAK ... iii
DAFTAR ISI ... iv
DAFTAR TABEL ... viii
DAFTAR GAMBAR ... x
DAFTAR NOTASI ... xi
BAB I PENDAHULUAN 1.1.Latar belakang ... 1
1.2.Permasalahan... 2
1.3.Tujuan Penulisan ... 3
1.4.Manfaat penulisan ... 3
1.5.Pembatasan Masalah ... 3
1.6.Metode Penelitian... 4
1.7.Sistematika Penulisan ... 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1.Gempa bumi ... 6
2.2.Defenisi Likuifaksi ... 11
2.2.1.Syarat Terjadinya Likuifaksi ... 12
2.2.2.Mekanisme Terjadinya Likuifaksi ... 18
Analisa potensi likuifaksi ... 23
2.4.1.Tegangan Vertikal ... 23
2.4.2.Percepatan Gempa (amax) ... 24
2.4.2.1. Percepatan Gempa di Batuan Dasar ... 24
2.4.2.2. Percepatan Gempa di Permukaan Tanah ... 25
2.4.3.Nilai N-SPT ... 28
2.4.4.Faktor Reduksi (rd) ... 20
2.4.5.Cyclic Stress Ratio (SCR) ... 31
2.4.6.Cyclic Resistant Ratio (CRR) ... 34
2.4.7.Relatif Density (Dr) ... 35
2.5.Usaha untuk Menurunkan Potensi Likuifaksi ... 36
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1.Lokasi Penelitian ... 38
3.2.Identifikasi Masalah ... 38
3.3.Metode Pengumpulan Data ... 39
3.3.1.Data Gempa ... 39
3.3.2.Data Tanah ... 43
3.3.3.Data Hasil Laboratorium ... 44
3.3.4.Data Karasteristik Tanah ... 44
3.4.Bagan Prosedur Penelitian ... 46
BAB IV ANALISA DATA 4.1.Pemeriksaan Jenis dan Sifat Tanah ... 47
4.2.Perhitungan Percepatan Gempa di Batuan Dasar... 47
4.2.2.Berdasarkan Fungsi Atenuase Crouse ... 52
4.3.Perhitungan Percepatan Gempa di Permukaan Tanah ... 56
4.3.1.Perhitungan Pada Lokasi BH-3 ... 57
4.3.2.Perhitungan Pada Lokasi BH-4 ... 62
4.4.Perhitungan Nilai Cyclic Stress Ratio (CSR) ... 64
4.4.1.Perhitungan nilai CSR pada lapisan tanah pada titik BH-3 untuk kasus I ... 65
4.4.2.Perhitungan Nilai CSR Pada Lapisan Tanah Pada titik BH-3 untuk kasus II ... 67
4.4.3.Perhitungan Nilai CSR Pada Lapisan Tanah Pada titik BH-4 untuk kasus I ... 68
4.4.4.Perhitungan Nilai CSR Pada Lapisan Tanah Pada titik BH-4 untuk kasus II ... 69
4.5.Perhitungan Nilai Cyclic Resistant Ratio (CRR) ... 70
4.5.1.Perhitungan Nilai CRR Lapisan Tanah Pada Titik BH-3 ... 71
4.5.2.Perhitungan Nilai CRR Lapisan Tanah Pada Titik BH-4 ... 72
4.6.Analisa Potensi Likuifaksi Pada Lapisan Tanah ... 73
4.6.1.Perhitungan Potensi Likuifaksi Pada lapisan Tanah Pada Titik BH-3 ... 73
4.6.2.Perhitungan Potensi Likuifaksi Pada lapisan Tanah Pada Titik BH-4 ... 75
DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
2.1. Hubungan Korelasi antara Lokal Magnitude, PGA,
waktu gempa, dan Skala Intensitas Mercalli ... 12
2.2. Potensi terjadinya likuifaksi pada endapan tanah saat terjadi gempa berdasarkan umur endapan ... 17
2.3. Tabel faktor koreksi magnitude untuk pendekatan tegangan siklis ... 21
2.4. Potensi likuifaksi berdasarkan N-SPT ... 30
2.5. Penjelasan secara kualitatif mengenai deposit tanah berbutir ... 35
3.1. Rencana Fasilitas Bandar Udara Medan Baru ... 8
3.2. Data Hasil Tes Laboratorium ... 9
3.3. Parameter Tanah yang digunakan... 10
4.1. Daftar kejadian gempa dengan PGA terbesar untuk setiap tahun Berdasarkan fungsi atenuase Joyner and Boore ... 48
4.2. Metode Perhitungan Percepatan Gempa Rencana dengan Metode Gumbel dengan Fungsi Atenuase Joyner and Boore ... 50
4.3. Daftar kejadian gempa dengan PGA terbesar untuk setiap tahun Berdasarkan fungsi atenuase Crouse ... 53
4.4. Metode Perhitungan Percepatan Gempa Rencana dengan Metode Gumbel dengan Fungsi Atenuase Crouse... 54
4.5. Pembagian Kasus pada Lokasi Penelitian ... 56
4.6. Data lapisan tanah pada lokasi BH-3 ... 58
4.7. Percepatan gempa pada titik BH-3 ... 61
4.9. Percepatan gempa pada titik BH-4 ... 63
4.10. Nilai magnitude faktor koreksi ... 64
4.11. Perhitungan Nilai CSR pada titik BH-3 untuk kasus I ... 65
4.12. Perhitungan Nilai CSR pada titik BH-3 untuk kasus II ... 67
4.13. Perhitungan Nilai CSR pada titik BH-4 untuk kasus I ... 68
4.14. Perhitungan Nilai CSR pada titik BH-4 untuk kasus II ... 69
4.15. Perhitungan Nilai CRR pada titik BH-3 ... 71
4.16. Perhitungan Nilai CRR pada titik BH-4 ... 72
4.17. Hubungan antara nilai CSR dengan nilai CRR pada titik BH-3... 73
4.18. Hasil Analisa Potensi Likuifaksi pada Titik BH-3 ... 74
4.19. Hubungan antara nilai CSR dengan nilai CRR pada titik BH-4... 76
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
2.1. Hypocenter dan Epicenter ... 4
2.2. Pertemuan 4 Lempeng Tektonik di Wilayah Indonesia ... 9
2.3. Peta tektonik dan sesar aktif di Indonesia ... 10
2.4. Grafik Hubungan antara Cyclic Stress Ratio dengan (N1)60 ... 22
2.5. Peta Zonasi Gempa di permukaan Tanah Tahun 1983 ... 26
2.6. Peta Zonasi Gempa di permukaan Tanah Tahun 2002 ... 26
2.7. Peta Zonasi Gempa di permukaan Tanah Tahun 2007 ... 27
2.8. Faktor reduksi rd terhadap kedalaman ... 31
2.9. Kondisi asumsi keadaan tanah untuk penentuan persamaan CSR ... 32
3.1. Peta Lokasi Penelitian ... 38
3.2. Asumsi kejadian menurut Gumbel ... 41
3.3. Gambar Denah Lokasi Penyelidikan Tanah ... 11
3.4. Gambar Profil Lapisan Tanah ... 12
4.1. Percepatan gempa pada batuan dasar dengan karakteristik gempa Elcentro 57 4.2. Jenis lapisan tanah titik BH-3 ... 59
4.3. Hasil kalkulasi Edushake pada lapisan tanah dasar untuk Kasus 1 pada BH-3 ... 59
4.4. Grafik percepatan gempa pada tiap lapisan tanah pada titik BH-3 ... 60
4.5. Grafik percepatan gempa pada tiap lapisan tanah pada titik BH-4 ... 63
4.6. Grafik hubungan antara nilai CSR dengan nilai CRR untuk BH-3 ... 74
DAFTAR NOTASI
Notasi
amax = Percepatan gempa maksimum yang dinyatakan dalam g Cb = Korelasi diameter borelog
Cr = Panjang rod
CRR = Cyclic Resistant Ratio
CSR = Cyclic Stress Ratio
Dr = Relatif Density e = Angka Pori Em = Efisiensi Hammer g = Gravitasi
Gmax = Modulus Geser Maksimum
Gs = Specific Grafity (Berat jenis tanah) h = Kedalaman focus gempa
H = Tebal lapisan tanah LL = Liquid Limit
M = Magnitudo Gempa
MMI = Modified Mercalli Intensity
Mw = Momen Magnitudo Gempa N-SPT = Hasil test SPT
(N)60 = Nilai N-SPT lapangan yang dikoreksi terhadap prosedur pengujian lapangan
PGA = Peak Ground Acceleration
PI = Indeks Plastisitas R = Jarak Hiposenter (km) Rd = Faktor Reduksi
ro = Jarak terdekat dari lokasi ke proyeksi vertikal gempa akibat aktifitas pada permukaan tanah
SPT = Standard Penetration Test
T = Periode Ulang
α = Jumlah Gempa Rata-rata pertahun (Metode Gumbel)
= parameter yang menyatakan hubungan antara distribusi gempa
dengan Magnitudo (Metode Gumbel)
= Berat isi lapisan tanah = Berat isi air
ABSTRAK
Salah satu dampak yang disebabkan oleh gempa bumi adalah fenomena hilangnya kekuatan lapisan tanah akibat getaran yang disebut dengan likuifaksi. Likuifaksi biasanya terjadi pada tanah pasir yang bersifat lepas (Loose).
Analisis ini bertujuan untuk mengetahui potensi terjadinya likuifaksi pada lokasi Proyek Ware House Belawan, sehingga hasilnya dapat dijadikan masukan bagi pihak pengembang Proyek Ware House Belawan.
Perhitungan potensi likuifaksi dilakukan dengan Metode Simplified Procedure. Pertama yang dilakukan mengumpulkan data sejarah gempa yang pernah terjadi di lokasi Proyek Ware House Belawan. Kemudian mengumpulkan data lapisan tanah pada daerah penelitian. Dari data tersebut, kemudian dapat dihitung nilai Cyclic Stress Ratio (CSR) yang merupakan nilai perbandingan antara tegangan geser rata-rata yang diakibatkan oleh gempa dengan tegangan vertikal efektif di setiap lapisan dan nilai Cyclic Resistant Ratio (CRR) yaitu besarnya ketahanan tanah terhadap likuifaksi. Kedua parameter tersebut kemudian dihubungkan pada grafik Seed et al untuk mengetahui lapisan-lapisan tanah mengalami likuifaksi atau tidak saat terjadi gempa.
Berdasarkan analisa perhitungan yang dilakukan, disimpulkan bahwa Proyek Ware House Belawan memiliki lapisan tanah yang berpotensi terlikuifaksi pada lapisan permukaan tanah dan berbahaya terhadap bangunan-bangunan yang berpondasi dangkal seperti pada BH-3 bangunan kantor berlantai 1 dan BH-4 bangunan pos jaga Sappam.
Kata kunci : Gempa bumi, Likuifaksi, Simplified Procedure, Cyclic Stress Ratio
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. LATAR BELAKANG
Fenomena gempa bumi merupakan problem global di dunia, tidak mungkin melakukan pencegahan terhadap kejadian gempa, namun dimungkinkan untuk memitigasi pengaruhnya terhadap manusia.
Gempa sebenarnya adalah adanya pergeseran lempengan di dalam bumi, akibat pergeseran lempengan tersebut menimbulkan getaran ke permukaan bumi. Getaran tersebutlah yang menimbulkan bencana bagi kehidupan manusia. Dan Indonesia termasuk daerah yang memiliki aktifitas gempa bumi yang tinggi. Ditandai dengan lokasi Indonesia yang terletak pada pertemuan empat lempeng tektonik utama bumi yaitu Lempeng Eurasia, Indo-Australia, Pasifik dan Filiphine.
Maka dari itu, perencanaan pembangunan di Indonesia perlu juga memperhitungkan resiko – resiko yang disebabkan oleh terjadinya gempa. Resiko tersebut terjadi pada kegagalan struktur bangunan dan pada kegagalan struktur tanah yang menopang bangunan diatasnya.
untuk menopang bangunan di atasnya. Salah satu kegagalan struktur tanah yang menopang bangunan diatasnya disebut dengan Likuifaksi.
Melihat kebutuhan lahan akan pembangunan terus meningkat, ada kalanya pembangunan terpaksa dilakukan di atas tanah dengan daya dukung yang tidak memenuhi seperti pada tanah pasir lepas. Likuifaksi sangat rentan terjadi pada tanah pasir (nonkohesif) dalam keadaan lepas (gradasi seragam) dan jenuh air, karena tanah tersebut lebih banyak berpotensi menyimpan air sehingga dapat menyebabkan kehilangan kekuatan geser dan kekakuan pada tanah.
Likuifaksi adalah proses hilangnya kekuatan geser dan kekakuan tanah akibat adanya tegangan air pori yang timbul akibat beban siklis (berulang). Hilangnya kekuatan geser dan kekakuan tanah akibat beban siklis (berulang) yang secara tiba-tiba dapat meningkatkan tekanan air pori dan berakibat terhadap berkurangnya tegangan vertikal efektif. Jika tegangan vertikal efektif turun menjadi nol, maka tanah akan mencair dan berperilaku sebagai fluida dan tidak mempunyai kekuatan lagi untuk menopang bangunan di atasnya. Fenomena ini yang sering sekali membuat bangunan menjadi amblas.
1.2. PERMASALAHAN
Lokasi Proyek Ware House Belawan terletak di wilayah yang berpotensi mengalami gempa. Sehingga diperlukan adanya perhitungan nilai percepatan tanah yang berfungsi untuk menganalisis potensi terjadinya gempa.
Oleh karena masalah tersebut, diperlukan adanya analisis potensi likuifaksi pada lapisan tanah.
1.3.TUJUAN
Adapun tujuan penulisan Tugas Akhir ini adalah :
1. Untuk mengetahui perubahan nilai percepatan gempa dari batuan dasar sampai ke permukaan tanah di lokasi Proyek Ware House Belawan;
2. Untuk mengetahui tingkat potensi likuifaksi pada lokasi Penelitian.
1.4. MANFAAT
Tugas Akhir ini diharapkan bermanfaat untuk :
1. Pihak-pihak atau mahasiswa yang akan membahas hal yang sama;
2. Pihak-pihak yang membutuhkan informasi dan mempelajari hal yang dibahas dalam laporan Tugas Akhir.
1.5. PEMBATASAN MASALAH
Pada studi Tugas Akhir ini, batasan-batasannya antara lain :
2. Fungsi atenuase yang digunakan dalam analisa resiko gempa adalah Fungsi Atenuase Joyner & Boore (1988) dan Fungsi Atenuase Crouse (1991);
3. Input gempa yang digunakan adalah Gempa Elcentro.
1.6. METODOLOGI PENELITIAN
Metode yang dipergunakan dalam tulisan ini adalah :
1. Mengumpulkan data gempa dengan magnitude diatas 5 skala richter yang terjadi dalam radius 500 km dari Proyek Ware House Belawan. Dan data diambil mulai dari tahun1973 sampai dengan tahun 2012;
2. Menghitung percepatan gempa di batuan dasar (PGA) dengan mengunakan Fungsi Atenuase Joyner & Boore (1988) dan Fungsi Atenuase Crouse (1991);
3. Kemudian mendapatkan percepatan gempa di batuan dasar yang mewakili semua kejadian gempa dengan menggunakan pendekatan Metode Gumbel untuk periode ulang 200 tahun;
4. Kemudian menghitung percepatan tanah di permukaan tanah dengan menggunakan Program Edushake. Dalam perhitungan analisis percepatan gempa di permukaan tanah harus menganalisa lapisan tanah pada lokasi tersebut;
6. Menganalisis potensi likuifaksi pada lapisan pasir bedasarkan grafik Seed et al.
1.7. SISTEMATIKA PENULISAN
Rancangan sistematika penulisan secara keseluruhan pada tugas akhir ini terdiri dari 5 (lima) bab, uraian masing-masing bab adalah sebagai berikut:
Bab I: Pendahuluan
Bab ini berisi tentang uraian umum, latar belakang penulisan, tujuan, manfaat, pembatasan masalah dan metodologi serta sistematika penulisan.
Bab II: Tinjauan Pustaka
Bab ini mencakup segala hal yang dapat dijadikan sebagai dasar bagi penulis untuk mendukung analisis pada tugas akhir ini.
Bab III: Metodologi Penelitian
Bab ini berisi tentang berbagai tahapan metodologi yang dilakukan dalam pengambilan data yang mendukung analisis tugas.
Bab IV: Analisa Data
Bab ini berisis tentang hasil perhitungan Analisa Potensi Likuifaksi pada Proyek Ware House Belawan.
Bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran yang diperoleh dari hasil perhitungan Potensi Likuifaksi pada Proyek Ware House Belawan.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Gempa Bumi
Gempa bumi adalah suatu gerakan tiba atau suatu rentetan gerakan tiba-tiba dari tanah dan bersifat transient yang berasal dari suatu daerah terbatas dan menyebar dari titik tersebut ke segala arah. Gempa bumi merupakan guncangan dan getaran yang terjadi di permukaan bumi yang disebabkan oleh tumbukan antar lempeng bumi, tanah longsor, maupun akibat patahan aktif aktifitas gunung api. Berdasarkan proses terjadinya, gempa bumi digolongkan menjadi tiga, antara lain:
a) Gempa Reruntuhan : gempa yang disebabkan antara lain oleh reruntuhan yang terjadi baik di atas maupun dibawah permukaan tanah. Contoh: tanah longsor, salju longsor, batu jatuhan.
c) Gampa Tektonik : gempa yang disebabkan oleh terjadinya pergeseran kulit bumi (lithosphere) yang umumnya terjadi di daerah patahan kulit bumi. Gempa tektonik merupakan gempa yang paling menimbulkan kerusakan yang paling luas. Maka dari itu gempa bumi tektonik yang ditinjau sebagai beban siklisnya.
[image:21.595.186.431.421.625.2]Gempa Tektonik itu sebenarnya adalah adanya pergeseran lempengan di dalam bumi, akibat pergeseran lempengan tentu akan menyebabkan getaran ke permukaan bumi. Kapan terjadi pergeseran itu tidak bisa diketahui secara pasti. Tempat terjadinya pergeseran itu disebut juga hypocenter atau focus atau pun pusat gempa, sedangkan proyeksi garis tegak lurus hypocenter terhadap permukaan bumi disebut juga epicenter (dapat dilihat pada Gambar di bawah ini)
Gambar 2.1 Hypocenter dan Epicenter
Derformasi yang disebabkan oleh terjadinya interaksi antar lempeng dapat berupa:
a) Subduction: merupakan interaksi antar lempeng yang tebalnya hampir sama, dimana lempeng pertama tenggelam di bawah lempeng kedua. Biasanya terjadi di sepanjang busur pulau.
b) Transcursion: merupakan interaksi antar dua lempeng, dimana keduanya bergerak horizontal satu terhadap yang lainnya. Keduanya dapat berupa lempeng laut atau antara lempeng laut dengan lempeng benua.
c) Extrusion : merupakan interaksi antara dua lempeng tipis yang bergerak saling menjauh.
Mekanisme gempa
Pergerakan dari patahan atau sesar dapat dibedakan berdasarkan 2 (dua) arah pergerakan yaitu strike dan dip.
a) Dip slip Movement
Pergerakan patahan mempunyai arah yang sejajar dengan kemiringan (slope) dip, atau tegak lurus dengan strike. Jenis patahan ini dibagi dua yaitu normal fault dan reverse fault.
b) Strike Slip Movement
Pergerakan patahan yang terjadi mempunyai arah sejajar dengan garis strike. Bidang patahan mendekati vertikal dan menyebabkan pergerakan besar.
sendiri, maka lapisan bumi bagian atas pecah menjadi lempeng-lempeng benua dan lempeng samudera. Pergerakan lempeng mangakibatkan daratan terpencar seperti kondisi saat ini.
Dan Kepulauan Indonesia merupakan tempat pertemuan 4 lempeng tektonik, antara lain:
a) Lempeng benua Eurasia (Eropa-Asia): pulau Sumatera, Jawa dan Kalimantan, terdapat di lempeng ini.
b) Lempeng Pasific: Sulawesi, Maluku dan Irian Jaya terdapat pada lempeng ini.
c) Lempeng Samudra Hindia – Australia: terdapat di Samudra Hindia dan hanya terdapat pada pulau-pulau kecil.
[image:23.595.128.500.491.703.2]d) Lempeng Philiphina dekat dengan kepulauan irian. Lempeng hindia – Australia bergerak ke arah utara. Lempeng pasific bergerak ke arah barat dan keduanya menghujam ke arah lempeng eurasia (subduction zone).
2.2. Defenisi Likuifaksi
Likuifaksi adalah hilangnya kekuatan tanah akibat kenaikan tegangan air pori yang timbul akibat beban siklis (Masyhur, 2006).
Menurut Robert (2002), Likuifaksi merupakan proses pertambahan tekanan air pori akibat adanya getaran dan desakan air yang mengubah sifat pasir menjadi kondisi cair. Dalam keadaan ini, tegangan efektif adalah nol akibat pertambahan tekanan air pori yang mendekati atau sama dengan tegangan vertikal atau tegangan total.
Berdasarkan Seed et al. (1975), Likuifaksi adalah suatu proses perubahan kondisi tanah pasir yang jenuh air menjadi cair ( quick condition), akibat meningkatnya tegangan air pori yang harganya sama dengan tengangan total tanah disebabkan terjadinya beban dinamik akibat gempa bumi tektonik, sehingga tegangan efektif tanah menjadi nol (dalam Halim, Seed et al., 2007).
Likuifaksi biasanya terjadi pada jenis pasir lepas atau loose sand dan berada dekat dengan muka air tanah. Akibat adanya getaran yang sangat cepat, maka air akan mulai mendesak partikel tanah dan menyebabkan tanah menjadi jenuh air dan tegangan total sepenuhnya adalah tekanan air pori.
2.2.1. Syarat Terjadinya Likuifaksi
Likuifaksi dapat terjadi jika memenuhi beberapa syarat tertentu. Berdasarkan hasil penelitian laboratorium dan lapangan dari para ahli, maka diketahui syarat-syarat terjadinya likuifaksi adalah sebagai berikut :
1) Adanya getaran adalah syarat utama terjadinya likuifaksi. Parameter dari getaran seperti percepatan dan lamanya getaran menentukan proses terjadinya likuifaksi. Umumnya getaran yang menyebabkan terjadinya likuifaksi adalah gempa bumi. Potensi likuifaksi akan meningkat seiring dengan peningkatan intensitas gempa dan durasi dari gempa tersebut.
Tabel 2.1 Hubungan Korelasi antara Local Magnitude, Peak Ground Acceleration, duration of shaking dan Modified Mercalli Intensity.
Local Magnitude (ML)
Percepatan Gempa max
a
Waktu gempa detik
Modified mercalli Intensity
<2 - - I-II
3 - - III
4 - - IV-V
5 0.09g 2 VI-VII
6 0.22g 12 VII-VIII
7 0.37g 24 IX-X
>8 >0.50g >34 XI-XII
Sumber: Yeats et al. (1997), Gere dan Shah (1984), dan Housner (1970).
[image:27.595.105.522.387.588.2]Disamping gempa, kondisi lain yang dapat menyebabkan likuifaksi adalah ledakan, pemancangan, dan getaran akibat lintasan kereta api.
2) Letak dari muka air tanah.
Kondisi yang paling berpotensi terjadinya likuifaksi adalah di bawah muka air tanah. Lapisan tanah tidak jenuh air yang berada diatas muka air tanah tidak akan terlikuifaksi. Hal ini dapat dibuktikan pada lapisan tanah diatas muka air tanah tidak dapat menjadi jenuh air sehingga tidak membutuhkan analisis potensi likuifaksi.
Likuifaksi juga dapat terjadi pada massa pasir dan lanau yang kering dan lepas dan dibebani dengan sangat cepat sehingga udara yang keluar dari rongga tanah sangat terbatas (Poulos, 1985).
3) Jenis tanah
Menurut Ishihara (1985), kemungkinan terjadinya likuifaksi selama adanya gempa dapat diketahui pada tanah yang terdiri dari butiran pasir kecil hingga sedang dan juga pada pasir dengan butiran debu yang memiliki plastisitas rendah. Namun ada juga kasus dimana likuifaksi terjadi pada tanah berkerikil. Jadi, jenis tanah yang berpotensi besar terjadinya likuifaksi adalah tanah nonplastis (nonkohesif). Jika diurutkan jenis tanah mulai dari yang paling kecil hingga terbesar daya tahannya terhadap likuifaksi adalah :
a) Pasir bersih
b) Pasir berlanau nonplastis c) Lanau nonplastis
Berdasarkan tes laboratorium dan analisa lapangan, mayoritas dari tanah kohesif tidak akan terlikuifaksi selama gempa (Seed et al., 1983). Berdasarkan beberapa jenis kajian, tanah kohesif dapat terlikuifaksi apabila memenuhi 2 kriteria:
a. Tanah harus memiliki batas cair (LL) kurang dari 35 (LL<35) b. Kadar air w dari tanah harus lebih besar dari 90% dari batas cair
(w> 0.9 LL)
Jika salah satu dari kondisi diatas tidak terpenuhi, maka tanah tidak memiliki potensi terjadinya likuifaksi. Tetapi tanah masih memiliki potensi penurunan kekuatan geser tanah apabila terjadi getaran.
4) Rapat relatif tanah (Dr)
Berdasarkan hasil studi lapangan, tanah nonkohesif yang memiliki rapat relatif rendah memiliki potensi likuifaksi yang besar. Jenis tanah lepas nonplastis akan menyusut selama getaran yang akan menyebabkan penambahan tekanan air pori. Poulos (1985), mengatakan bahwa jika pada lapisan tanah bersifat dilatif, maka tanah tidak perlu dianalisis berkaitan dengan likuifaksi. Tanah yang bersifat dilatif tidak memiliki potensi likuifaksi karena tegangan geser undrained lebih besar daripada tegangan geser drained.
5) Gradasi ukuran butiran
Potensi likuifaksi yang besar terjadi pada tanah yang memiliki gradasi yang buruk (Kramer, 1996).
6) Letak geologis tanah
Tanah yang terletak didalam atau dibawah air lebih cenderung terlikuifaksi karena bersifat lepas atau tidak mengikat. Lapisan tanah yang terdapat di sungai, danau atau di laut membentuk struktur tanah yang tidak terikat.
Jenis tanah yang memiliki butiran yang cenderung lepas adalah lacustrine, alluvial dan tanah yang terbentuk dari penurunan air laut.
7) Kondisi pengaliran
Jika tekanan air pori dapat terdisipasi dengan cepat, tanah tidak akan terlikuifaksi. Maka dari itu, pembuatan drainase dapat mengurangi potensi likuifaksi agar air dapat segera dialirkan keluar dari dalam tanah.
8) Tekanan selimut (confining pressure)
Semakin besar confining pressure, maka semakin kecil kemungkinan terjadinya likuifaksi pada tanah tersebut. Kondisi yang dapat menciptakan confining pressure yang lebih tinggi adalah muka air tanah yang lebih dalam. Kajian di lapangan menunjukan bahwa zona potensi likuifaksi biasanya berada pada kedalaman kira-kira 50 ft (15 m) saja. Lapisan tanah yang lebih dalam umumnya tidak mengalami likuifaksi karena confining pressure yang lebih tinggi.
9) Bentuk partikel
Bentuk partikel tanah dapat juga mempengaruhi potensi likuifaksi. Sebagai contoh, tanah yang memiliki partikel bulat lebih banyak memiliki rongga atau pori sehingga kemungkinan terjadinya likuifaksi sangat besar daripada tanah yang memiliki partikel bersudut.
10)Proses penuaan dan pengikatan (aging and cementation)
Endapan tanah yang masih baru lebih mudah terlikuifaksi daripada endapan tanah yang sudah lama. Itu terjadi akibat semakin lama tanah endapan, maka semakin besarnya tekanan selimut (confining pressure) pada tanah tersebut semakin tinggi ketahanan tanah terhadap likuifaksi (Ohsaki, 1969; Seed, 1979a; Yoshimi et al., 1989). Hal ini terjadi akibat proses konsolidasi pada tanah endapan. Semakin lama tanah mengalami konsolidasi, maka tanah akan memiliki ikatan antar partikel yang semakin kuat. Potensi likuifaksi pada jenis-jenis tanah endapan berdasarkan lamanya usia endapan tanah dapat dilihat pada Tabel 2.2.
11)Sejarah tanah
Tabel 2.2. Potensi terjadinya likuifaksi pada endapan tanah saat terjadi gempa berdasarkan umur endapan.
Tipe tanah
Penyebaran endapan-endapan Cohesionless
didalam tanah
Potensi terjadinya likuifaksi berdasarkan usia endapan
<500
thn holocene pleistocene
Pre-pleistocene Tanah Benua
Tanah alluvial 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 local Tinggi Sedang Rendah Sangat rendah
Kanal sungai Tidak merata local Sangat
tinggi Tinggi Rendah
Sangat rendah
Sebka Tidak merata local Tinggi Sedang Rendah Sangat rendah
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 Tersebar luas Tinggi Sedang Rendah Sangat rendah Pantai diantara
laut Tersebar luas Tinggi Sedang Rendah
Sangat rendah
Lagoonal Tersebar luas Tinggi Sedang Rendah Sangat rendah Tanah buatan
Sudah dipadatkan Tidak merata Rendah - - -
Belum dipadatkan Tidak merata Sangat
tinggi - - -
12)Beban bangunan
Konstruksi dari bangunan yang besar diatas lapisan tanah pasir dapat menurunkan ketahanan tanah terhadap likuifaksi. Sebagai contoh, pelat rata pada permukaan tanah memikul bangunan yang berat. Tanah yang berada pada bagian bawah pelat akan memberikan tegangan geser akibat beban bangunan. Tegangan geser tambahan dari beban bangunan kepada tanah akan menyebabkan kemungkinan terjadinya likuifaksi sangat besar. Alasannya karena penambahan sedikit saja dari tegangan geser akibat gempa dapat mengakibatkan kontraksi dan juga likuifaksi pada tanah.
Kesimpulannya adalah bahwa potensi terjadinya likuifaksi sangat besar apabila tanah yang memiliki gradasi yang seragam dengan partikel bulat, kohesi antar partikel yang kecil serta keadaan tanah yang mendekati jenuh atau jenuh dan tidak pernah mengalami pembebanan sebelumnya. Serta letak lapisan tanah berada dekat dengan muka air tanah yang dekat dengan permukaan tanah, serta dekat dengan lokasi sumber getaran dari gempa.
2.2.2. Mekanisme Terjadinya Likuifaksi
tanah yang memikul beban juga mempunyai air yang menempati rongga-rongga antar partikel. Pada kondisi ini, tekanan air pori relatif rendah.
Pada saat menerima tekanan akibat adanya getaran secara tiba - tiba, air akan terdesak sehingga akan menekan untuk keluar. Tetapi akibat gempa, air tidak memiliki cukup waktu untuk terdisipasi keluar sehingga air akan menekan partikel tanah sehingga ikatan antar partikel akan lepas dan kehilangan kekuatannya dalam memikul beban diatasnya. Ini menyebabkan tekanan air pori hampir seluruhnya menjadi tegangan total (' 0
) dan menyebabkan bangunan yang dipikul oleh tanah dapat amblas kedalam tanah. Bahkan dalam kondisi yang lebih ekstrim, tekanan air pori dapat melebihi tegangan total sehingga air dapat menyembur ke permukaan tanah dengan membawa material pasir yang disebut sebagai Sand-Boil.
2.3. Analisa Likuifaksi
Langkah pertama dalam analisis likuifaksi adalah menentukan apakah tanah mempunyai kemampuan untuk terlikuifaksi selama gempa. Jenis analisis yang paling sering dipakai dalam menentukan potensi likuifaksi adalah dengan menggunakan
Standard Penetration Test (SPT). Analisis itu berdasarkan Metode Simplified yang dikembangkan oleh Seed dan Idriss (1971). Langkah-langkah prosedurnya adalah sebagai berikut :
1) Penentuan jenis tanah
2) Muka air tanah
Tanah harus berada dibawah muka air tanah. Analisis likuifaksi dapat juga dilakukan pada lapisan tanah yang mungkin dapat berada dibawah muka air tanah apabila ada kemungkinan terjadinya kenaikan muka air tanah pada masa yang akan datang.
3) CSR (Cyclic Stress Ratio) akibat gempa
Apabila setelah diprediksi bahwa tanah memiliki potensi terjadinya likuifaksi, maka metode simplified dapat dipergunakan. Langkah pertama dalam metode ini adalah menentukan Cyclic Stress Ratio (CSR) yang disebabkan oleh gempa. Variabel utama dalam perhitungan CSR yang disebabkan oleh gempa adalah Percepatan tanah maksimum (PGHA) am axyang akan digunakan dalam analisis.
Percepatan gempa ini akan dibahas lebih lanjut. Seperti yang telah dibahas sebelumnya, analisis likuifaksi tidak diperlukan pada tempat yang memiliki percepatan gempa yang kurang dari 0.1 g atau mempunyai magnitude lokal kurang dari 5.
4) CRR (Cyclic Resistance Ratio) dari data SPT
Dengan menggunakan Standard Penetration Test (SPT), CRR pada lapisan tanah akan dapat dihitung. Nilai CRR adalah nilai SPT lapangan yang telah dikoreksi. Analisa Likuifaksi dilakukan dengan menggunakan Grafik Seed et al. 5) Analisa Likuifaksi dengan menggunakan Grafik Seed et al.
maka lapisan tersebut aman terhadap likuifaksi. Namun sebaliknya, apabila titik tersebut berada di atas kurva, maka lapisan tanah tersebut akan terlikuifaksi Grafik Seed et al., (Gambar 2.4) tersedia dalam magnitudo 7.5 M. Oleh karena itu, jika magnitudo gempa yang mengakibatkan PGA terbesar tidak bernilai 7.5 M maka untuk menggunakan Grafik ini, nilai CSR harus dikalikan dengan nilai koreksi. Nilai koreksi dapat dihitung dengan menggunakan nilai faktor koreksi (Tabel 2.3). Dari Grafik tersebut dapat diambil kesimpulan bahwa semakin kecil jumlah finer pada tanah, maka potensi likuifaksinya semakin besar.
Tabel 2.3 Tabel faktor koreksi magnitude untuk pendekatan tegangan siklis Magnitude Gempa CSRM /CSRM7.5
5.25 1.5
6 1.32
6.75 1.13
7.5 1.00
8.5 0.89
Gambar 2.4 Grafik Hubungan antar Cyclic Stress Ratio ( v cyc '
) dengan (
N
1)60 [image:37.595.142.461.131.524.2]2.4. Parameter-Parameter Yang Diperlukan Dalam Perhitungan Analisa
Potensi Likuifaksi
2.4.1. Tegangan Vertikal
Tegangan vertikal merupakan tegangan yang yang terjadi akibat dari berat tanah dari setiap kedalaman lapisan tanah dengan berat tanah yang konstan. Semakin jauh kedalaman tanah, maka tegangan vertikal akan semakin besar. Tegangan vertikal dapat dihitung dengan rumus :
(2.1) dimana :
v
= Tegangan Vertikal (KN/m2) = Berat isi lapisan tanah (KN/m3) Z = Kedalaman Lapisan tanah (m)
Jika tanah tidak seragam dan memiliki berat isi tanah yang bereda setiap lapisan, maka tegangan vertikal dapat dihitung dengan rumus ;
z
v
(2.2)Tegangan vertikal yang telah dibahas sebelumnya, merupakan tegangan yang diakibatkan oleh beban tanah tanpa memperhitungkan tegangan air pori. Tegangan air pori adalah tegangan yang berasal dari air yang berada dalam lapisan tanah. Tegangan ini tidak dapat memikul beban, sehingga tegangan vertikal yang dapat memikul beban adalah tegangan vertikal yang dihasilkan oleh butiran tanah. Tegangan ini disebut sebagai tegangan vertikal efektif. Besarnya tegangan vertikal efektif dapat dihitung dengan rumus :
γ.Ζ)
(
v
'
v
v
(2.3)Dimana : 'v = Tegangan Vertikal efektif (KN/m2) v = Tegangan Vertikal Total (KN/m2) = Tegangan air Pori (KN/m2) = WZ
W = Berat isi air (KN/m3)
Z = kedalaman lapisan tanah (m)
2.4.2. Percepatan Gempa (amax)
2.4.2.1. 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), magnitude gempa (M) serta jarak suatu titik dari daerah sumber gempa (r). Dalam pemilihan fungsi atenuase sangat bergantung dari kondisi alam di tempat yang akan di uji. Tidak tersedianya data untuk menurunkan fungsi atenuase di wilayah Indonesia, menyebabkan pemakaian fungsi atenuase yang diturunkan dari wilayah lain tidak dapat dihindari. Untuk itu dipilih fungsi yang memiliki kemiripan kondisi seismotectonic dari wilayah dimana fungsi atenuase itu dibuat.
Dalam menghitung analisis potensi likuifaksi pada kasus ini, penulis menggunakan Fungsi Atenuasse Joyner & Boore, dan Fungsi Atenuase Crouse
Rumus Fungsi Atenuase Joyner & Boore adalah :
r
r
w
M
Dimana :
a = percepatan yang dinyatakan dalam g
Mw = momen magnitudo gempa (M)
ro = jarak terdekat dari lokasi pengamat ke titik gempa yang diproyeksikan secara vertikal ke permukaan tanah (epicenter) dinyatakan dalam kilometer r2 = ro2 + 82
Rumus Fungsi Atenuase Crouse adalah :
R e M h
PGA 6.36 1.76 2.73ln 1.58 0.608 0.00916
ln (2.5)
Dimana :
PGA = percepatan yang dinyatakan dalam g
M = momen magnitudo gempa (M)
R = Jarak Hipocenter (Km) = r02 + h2
H = Kedalaman Fokus Gempa (Km)
2.4.2.2. Percepatan Gempa di Permukaan Tanah
Perubahan percepatan gempa dipermukaan tanah di Indonesia dari tahun 1983, 2002, 2007, dapat dilihat pada Gambar berikut.
Gambar 2.5. Peta Zonasi Gempa dipermukaan Tanah Tahun 1983
[image:41.595.138.503.475.686.2]Gambar 2.7. Peta Zonasi Gempa dan Percepatan Gempa dipermukaan Tanah Tahun 2007
Pada studi ini, penulis akan menggunakan Program Edushake untuk menghitung percepatan di permukaan untuk lokasi yang akan ditinjau.
Edushake adalah sebuah program yang diperuntukkan membantu mahasiswa agar mengetahui mekanika dari pergerakan seismik pada tanah. Analisis pada lapisan tanah dilakukan dengan 3 langkah yaitu :
1. Input manager
Dalam input manager, kita memasukkan data yang akan diolah seperti data profil tanah dan data karakteristik gempa.
2. Solution manager
3. Output manager
Pada output manager, hasil dari analisis akan ditampilkan sesuai dengan yang pengguna inginkan. Output manager memberikan hasil analisis dalam beberapa bentuk seperti time history, response spectra, variasi beberapa parameter dan juga animasi dari horizontal displacement pada lapisan tanah.
2.4.3. Nilai N-SPT ( Standard Penetration Test )
Standard Penetration Test (SPT) sering digunakan untuk mendapatkan daya dukung tanah secara langsung di lokasi. Metode SPT merupakan percobaan dinamis yang dilakukan dalam satu lubang bor dengan memasukkan tabung sampel yang berdiameter dalam 35 mm sedalam 450 mm dengan menggunakan massa pendorong (palu) seberat 63,5 kg yang jatuh bebas dari ketinggian 760 mm. Banyaknya pukulan palu tersebut untuk memasukkan tabung sampel sedalam 450 mm dinyatakan sebagai nilai N.
Tujuan dari percobaan Standard Penetration Test (SPT) adalah untuk menentukan kepadatan relatif lapisan tanah dari pengambilan contoh tanah dengan tabung sehingga diketahui jenis tanah dan ketebalan tiap – tiap lapisan kedalaman tanah, dan untuk memperoleh data yang kualitatif pada perlawanan penetrasi tanah serta menetapkan kepadatan dari tanah yang tidak berkohesi yang biasa sulit diambil sampelnya. Percobaan SPT ini dilakukan dengan cara sebagai berikut:
1) Siapkan peralatan SPT yang digunakan seperti: mesin bor, batang bor, split spoon sampler, hummer, dan lain-lain;
3) Lakukan pengeboran sampai kedalaman testing, lubang dibersihkan dari kotoran hasil pengeboran dari tabung segera dipasangkan pada bagian dasar lubang bor; 4) Berikanlah tanda pada batang peluncur setiap 15 cm, dengan total 45 cm;
5) Dengan pertolongan mesin bor, tumbuklah batang bor tersebut dengan pukulan palu seberat 63,5 kg dan ketinggian jatuh bebas 76 cm hingga kedalaman tersebut, dicatat jumlah pukulan untuk memasukkan penetrasi setiap 15 cm (n
value);
Contoh : N1 = 10 pukulan/15 cm N2 = 5 pukulan/15 cm N3 = 8 pukulan/15 cm
Maka total jumlah pukulan adalah N2 dengan N3 adalah 5 + 8 = 13 pukulan = nilai N. N1 tidak diperhitungkan karena dianggap 15 cm pukulan pertama merupakan sisa kotoran pengeboran yang tertinggal pada dasar lubang bor, sehingga perlu dibersihkan untuk memperkecil efisiensi gangguan;
6) Hasil pengambilan contoh tanah dari tabung tersebut dibawa ke permukaan dan dibuka. Dan digambarkan contoh jenis – jenis tanah yang meliputi komposisi, struktur, konsistensi, warna dan kemudian masukkan ke dalam botol tanpa dipadatkan atau ke dalam plastic, lalu ke core box;
7) Gambarkanlah Grafik hasil percobaan;
Catatan : Pengujian dihentikan bila nilai SPT ≥ 50 untuk 4 x interval.
Tabel.2.4. Potensi Likuifaksi Berdasarkan N-SPT (Seed et al., 1985)
(N1)60 Potensi Likuifaksi
0-20 Besar
20-30 Sedang
>30 Tidak signifikan
2.4.4. Faktor Reduksi (rd)
Faktor reduksi adalah koefisien reduksi tegangan dan tidak mempunyai dimensi. Dan faktor reduksi akan berkurang apabila kedalaman bertambah. Faktor reduksi ini bergantung pada magnitude gempa (Idriss, 1999). Untuk kebutuhan praktis di lapangan, nilai rd biasanya diambil dari kurva average values by Seed & Idriss (1971) pada Gambar 2.8.
Langkah lain yang dapat dilakukan adalah dengan mengasumsikan hubungan linear antara rd dan kedalaman dengan menggunakan persamaan :
)
)(
012
,
0
(
1
z
d
Dengan z adalah kedalaman tanah yang digunakan untuk analisis likuifaksi (dan juga digunakan dalam perhitungan tegangan).
Gambar 2.8. Faktor Reduksi rd Terhadap Kedalaman
2.4.5. Cyclic Stress Ratio (CSR)
CSR adalah nilai perbandingan antara tegangan geser rata-rata yang diakibatkan oleh gempa dengan tegangan vertikal efektif di setiap lapisan tanah. CSR juga biasa disebut Seismic Stress Ratio (SSR).
akibat adanya percepatan gempa di permukaan. Gambar 2.7 menunjukkan diagram kondisi asumsi. Pada Gambar 2.7 terdapat gaya horizontal yang bekerja pada tanah yag sama dengan tegangan geser maksimum pada dasar element tanah. Sejak elemen tanah tersebut diasumsikan sebagai unit dua dimensi, maka tegangan geser maksimum sama dengan gaya geser.
z
Gambar 2.9. Kondisi asumsi keadaan tanah untuk menetukan persamaan CSR
Persamaan gaya horizontal pada kolom tanah adalah :
) / max ( max ) / ( ) /
(W g tz g a v a g ma
F
(2.7)
) / max (
max F v a g
(2.8)
Kemudian persamaan (2.7) dibagi dengan tegangan vertikal efektif :
) / max )( ' / ( ' /
max v v v a g
(2.9)
F
[image:47.595.132.398.236.415.2]Sejak kolom tanah tidak berperilaku sebagai elemen kaku pada saat terjadi gempa bumi (tanah dapat berdeformasi), Seed dan Idriss (1971), memasukkan faktor reduksi kedalaman ke dalam persamaan diatas menjadi :
) / max )( ' / ( ' /
max v rd v v a g
(2.10)
Dalam metode ini, Seed et al. (1975), mengubah tegangan geser maksimum menjadi bentuk persamaan tegangan siklis :
max 65 .
0
cyc (2.11)
Kemudian persamaan (2.10) disubtitusikan ke dalam persamaan (2.9), sehingga Persamaan CSR adalah :
) / max )( ' / ( 65 , 0 '
/ v v a g
d r v
cyc
CSR (2.12)
Dimana :
CSR = Cyclic Stress Ratio (tidak berdimensi) amax = percepatan maksimum di permukaan tanah g = percepatan gravitasi
2.4.6. Cyclic Resistant Ratio (CRR)
Nilai Cyclic Resistance Ratio (CRR) merupakan nilai ketahanan suatu lapisan tanah terhadap tegangan siklis. Nilai CRR dapat diperoleh dengan berdasarkan hasil pengujian lapangan yaitu hasil pengujian Standard Penetration Test (SPT).
Pada pengujian SPT, penggunaan tipe palu dan sistem penjatuhan palu dapat mengalami perbedaan sehingga menghasilkan nilai N-SPT yang berbeda-beda untuk setiap pelaksanaannya. Oleh karena itu nilai N-SPT harus dinormalisasikan terhadap standar energy sebesar 60 % (Seed et al., 1985). Untuk menghitung nilai CRR, maka nilai N-SPT dikoreksi terlebih dahulu untuk prosedur pengujian lapangan dengan rumus :
r C m E b C N N 1,67
60 )
( (2.13)
Dimana :
(N)60 = Nilai N SPT yang dikoreksi terhadap prosedur pengujian lapangan
Em = efisiensi hammer, Em = 0,6 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
Cb = 1,15 untuk diameter borehole 200 mm Cr = panjang rod
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 persamaaan :
60 50 , 0 ) ' / 100 ( 60
60 ) 1
(N N Cn v N (2.14)
2.4.7. Relatif Density (Dr)
[image:50.595.134.478.489.636.2]Relatif density atau kerapatan relatif umumnya dipakai untuk menunjukkan tingkat kerapatan dari tanah berbutir. Kerapatan relatif juga diperlukan untuk mengevaluasi likuifaksi pada lapisan tanah.
Tabel 2.5 Penjelasan secara kualitatif mengenai deposit tanah berbutir
Kerapatan Relatif (%) Penjelasan mengenai deposit tanah
0-15 15-50 50-70 70-85 85-100
Sangat lepas Lepas Menengah
Padat Sangat padat
Dari Tabel diatas dapat disimpulkan bahwa Dr yang bernilai diatas 70 %, maka lapisan tanah tersebut tidak terlikuifaksi.
) 10 ' 42 , 1 ( 70 ,
1
v r
N D
(2.15)
Dimana :
Dr = Relative density N = Nilai N-SPT
'v = tegangan vertikal efektif
2.5. Usaha-Usaha Yang Dilakukan Untuk Menurunkan Potensi Likuifaksi
Usaha-usaha untuk menurunkan potensi likuifaksi merupakan hal yang sangat penting untuk dilakukan untuk menjaga agar suatu fungsi struktur pada tanah yang memiliki potensi likuifaksi dapat terjaga. Usaha yang dilakukan untuk menurunkan potensi likuifaksi dapat dilakukan dengan beberapa cara sebagai berikut :
1. Pemadatan Tanah
Pemadatan pada tanah dilakukan dengan penggilasan berlapis atau penggetaran lahan tanah. Dengan semakin padatnya tanah, maka pori pada tanah semakin berkurang sehingga rongga pori yang akan diisi oleh air semakin berkurang.
2. Disipasi air pori
Cara yang dapat dilakukan untuk mendisipasi air pori adalah dengan vertikal drain.
3. Pengurangan beban bangunan
Mengurangi beban bangunan dapat dilakukan dengan cara mengganti bahan bangunan yang berat dengan bahan yang ringan. Saat ini sudah banyak diproduksi bahan bangunan ringan. Bata ringan, baja ringan, sampai dengan genteng ringan sangat baik digunakan untuk mengurangi potensi likuifaksi.
4. Preloading
Preloading sangat baik digunakan untuk menurunkan potensi likuifaksi.
Preloading dapat mempercepat proses konsolidasi pada lapisan tanah. 5. Sementasi
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Lokasi Penelitian
[image:53.595.103.523.304.591.2]lokasi Proyek Ware House Belawan terletak di Jalan Pelabuhan Raya Belawan, dengan letak titik koordinat 3°46’55,92” LU dan 98°41’ 27,30’’BT.
Gambar 3.1 Peta Lokasi Penelitian
3.2. Identifikasi Masalah
Pada Tulisan ini, penulis menganalisis masalah potensi likuifaksi. Masalah ini dijadikan sebagai lokasi penelitian karena lokasi Proyek Ware House Belawan tersebut,
Lokasi Proyek Ware House
terletak di daerah gempa dan relatif memiliki potensi likuifaksi karena berada pada daerah pesisir pantai.
Untuk melakukan analisis masalah diatas, maka data-data mengenai karakteristik tanah pada daerah yang dikaji sangat diperlukan. Beberapa data yang harus diperoleh untuk analisis adalah :
a. Data Gempa
Data gempa sangat diperlukan dalam analisis potensi likuifaksi pada lokasi Proyek Ware House Belawan. Data ini diperlukan untuk mencari percepatan tanah di permukaan pada daerah yang akan dikaji.
b. Data N-SPT dan data BoringLlog
Data N-SPT dan data Boring log diperlukan untuk untuk memberi gambaran umum mengenai kondisi tanah di sepanjang daerah yang dikaji.
c. Hasil Tes Laboratorium
Data hasil tes laboratorium digunakan untuk menentukan karakteristik lapisan tanah yang akan digunakan dalam analisis.
3.3. Metode Pengumpulan Data
3.3.1. Data Gempa
Data gempa yang diperlukan dalam analisis ini diperoleh dari situs
Dari sumber tersebut, penulis mendapatkan data gempa yang diperlukan untuk menentukan percepatan batuan dasar, dengan membuat masukan Koordinat lokasi Proyek Ware House Belawan serta interval magnitude diatas 5 SR dengan radius 500 km. Data gempa yang diperoleh adalah data gempa yang pernah terjadi sejak tahun 1973 sampai data gempa tahun 2012.
Data gempa yang diperoleh terdiri dari :
a. Waktu terjadinya gempa
b. Besar Magnitudo gempa serta jenis Magnitudo yang dihasilkan c. Kedalaman gempa hypocenter
d. Radius gempa terhadap daerah penelitian
Setelah mendapatkan data diatas, maka langkah berikut yang dilakukan adalah menghitung percepatan tanah pada batuan dasar. Untuk menghitung percepatan batuan dasar, sebelumnya dilakukan perhitungan percepatan maksimum pada setiap gempa yang terjadi, dalam perhitungan percepatan ini, penulis menggunakan Fungsi Atenuase Joyner and Boore dan Fungsi Atenuase Crouse.
Setelah mendapatkan nilai percepatan (PGA) dari setiap gempa yang terjadi, maka hal kedua yang dilakukan adalah dengan menentukan percepatan gempa yang mewakili semua kejadian gempa. Untuk mendapatkan nilai ini, penulis menggunakan Metode Distribusi Gumbel Tipe I.
Gambar 3.2. Asumsi Kejadian Menurut Gumble
Distribusi gempa menurut Gumble :
0 : ) (
)
( M
M e e M
G (3.1)
Dimana :
= Jumlah rata-rata pertahun = Parameter yang menyatakan hubungan antara distribusi gempa dengan magnitude
M = Magnitudo gempa
Bentuk persamaan (3.2) dapat disederhanakan menjadi persamaan garis lurus :
M e M
M M
G
ln ( )) ln
ln( (3.2)
Identik Y = A + BX
Dimana Y = ln(lnG(M))
=eA = -B
X = M atau percepatan (a)
Percepatan garis ini terdiri dari titik – titik Xj dan Yj, dimana : Xj = PGA gempa ke j
J = Nomor urut kejadian gempa yang disusun dari PGA terkecil Harga j untuk M terbesar = N
N = Selang waktu Pengamatan
1 ln ln )) ln( ln( N j PGA
Yj (3.3)
Langkah selanjutnya adalah memilih data PGA gempa terbesar setiap tahunnya lalu dimasukkan ke dalam Tabel berikut seperti ketentuan dalam keterangan diatas.
No j PGA Xj Yj (Xj) (Yj) (Xj) (Yj)
1 . . . n -1 N Terkecil Terbesar 1 ln ln N j
Oleh karena titik-titik ini selalu membentuk suatu garis lurus, maka digunakan
least square untuk menentukan garis yang paling tepat :
2 ) .( 2 . . 2 . j X j X n j Y j X j X j X j Y A
(3.4)
2 ) .( 2 . . . j X j X n j Y j X j X j Y j X B
(3.5)
Nilai percepatan gempa diperoleh dari rumus :
) . ln(T
a .(3.6)
Dimana :
T = periode ulang
= eAβ = -B
3.3.2. Data Tanah
Pengambilan data tanah untuk proses analisis dilakukan pada 6 titik di lokasi Proyek Ware House Belawan. Pekerjaan investigasi tanah dilakukan pada tanggal 25 Juni 2012 sampai 29 Juni 2012. Kedalaman maksimum yang dicapai adalah 60 meter.
3.3.3. Data hasil Laboratorium
Tes hasil laboratorium diperlukan untuk mengetahui parameter kekuatan tanah dan sifat sifat tanah yang tidak dapat diperoleh dari investigasi tanah. Tes laboratorium dilaksanakan pada tanah terganggu (Disturbed Sampel) dan tanah tidak terganggu (Undisturbed Sampel).
Setelah mendapatkan data tanah yang diinginkan, kemudian diolah untuk menentukan karakteristik tanah yang diperlukan untuk analisis potensi likuifaksi.
3.3.4. Data Karakteristik Tanah
Seluruh data yang diperoleh kemudian diolah untuk menentukan karakteristik
tanah untuk digunakan pada analisis. Karakteristik tanah tersebut adalah:
− berat jenis tanah
− koefisien permeabilitas tanah
− nilai modulus geser dan poisson ratio
− parameter kuat geser tanah, yaitu kohesi dan sudut geser
− data konsolidasi, yaitu indeks kompresi dan koefisien konsolidasi
Hal pertama yang dilakukan adalah membuat stratifikasi tanah berdasarkan hasil
penyelidikan lapangan dan laboratorium untuk setiap titik. Penentuan lapisan tanah dilihat dari keseragaman nilai SPT serta deskripsi tanah, baik yang tercantum pada
3.4.Bagan Prosedur Penelitian
Berikut ini adalah alur perhitungan analisis potensi likuifaksi pada Proyek Pembangunan Ware House Belawan.
PENGUMPULAN DATA
1. Data Sejarah Gempa (Tahun 1973-2012) 2. Data lapisan tanah
ANALISA DATA
1. Pemeriksaan tanah
2. Menghitung nilai Percepatan Gempa di batuan Dasar Fungsi Atenuase Joyner & Boore (1988) dan Fungsi Atenuase Crouse (1991).
3. Mendapatkan nilai Percepatan Gempa di batuan Dasar dengan pendekatan Metode Gumbel
4. Menghitung nilai percepatan di permukaan tanah dengan Program Software Edushake
5. Menghitung nilai Cyclic Stress Ratio(CSR) 6. Menghitung nilai Cyclic Resistant Ratio (CRR)
Analisa hasil perhitungan menggunakan grafik hubungan CSR dan CRR yang dikemukaan oleh Seed et al.
KESIMPULAN PERSIAPAN
BAB IV
ANALISA DATA
4.1. Pemeriksaan Jenis dan Sifat Tanah
Potensi terjadinya likuifaksi sangat rentan terjadi pada tanah pasir (nonkohesif) dalam keadaan lepas serta jenuh air. Letak muka air tanah pada titik BH-1 sampai pada BH-6 terdapat pada kedalaman dangkal dengan rata-rata pada kedalaman 1-2 meter. Demikian juga dengan lapisan tanah pasir terdapat pada kedalaman dangkal dan dalam sehingga perlu dilakukan analisis.
Maka berdasarkan pengamatan tersebut, dapat diambil kesimpulan sementara bahwa lapisan tanah yang memiliki potensi likuifaksi terdapat pada semua titik BH. Dimana pada titik tersebut terdapat tanah pasir dan berada dibawah muka air tanah atau tanah pasir yang jenuh air.
4.2. Perhitungan Percepatan Gempa di Batuan Dasar
Dalam analisa data kejadian gempa untuk menghitung percepatan gempa di batuan dasar dilakukan dengan Metode Distribusi Gumble. Data gempa yang diinput adalah data gempa yang terjadi sejak tahun 1973 hingga desember 2012.
4.2.1. Berdasarkan Fungsi Atenuase Joyner dan Boore
Untuk menghitung percepatan gempa di batuan dasar, terlebih dahulu dilakukan pemilihan gempa dengan nilai Peak Ground Acceleration (PGA) terbesar untuk setiap tahunnya seperti pada Tabel berikut.
Tabel 4.1 Daftar kejadian gempa dengan PGA terbesar untuk setiap tahun berdasarkan fungsi atenuase Joyner and Boore.
Tanggal/ Bulan/Tahun
Kedalaman
(km) M
r0
(km) r (km) R (km)
PGA (g) J&B
23 6 2012 95 6.1 87.556 87.92 129.194 35.606
5 9 2011 91 6.7 89.765 90.121 127.823 47.081
1 12 2010 160.1 5.6 77.325 77.738 177.795 32.921
19 4 2009 174.8 5.1 70.064 70.52 188.319 29.126
19 5 2008 10 6 179.708 179.886 179.986 9.318
24 7 2007 62.9 5.3 130.9 131.145 145.228 11.944
1 12 2006 204 6.3 38.919 39.732 207.679 118.19
28 3 2005 30 5.2 54.625 55.208 62.321 43.146
26 12 2004 30 9.1 270.927 271.045 272.583 18.119
22 1 2003 33 5.7 158.322 158.524 161.724 10.301
27 12 2002 138.5 5.4 121.581 121.844 184.294 14.362
4 12 2001 139.1 5.1 95.834 96.167 168.917 18.21
6 1 2000 33 5.1 151.414 151.625 154.969 8.182
22 4 1999 63.5 5 158.47 158.672 170.719 7.097
1 4 1998 55.7 7 396.335 396.416 400.23 1.869
11 6 1997 57.4 5.6 144.856 145.077 155.814 11.606
10 10 1996 33 6.3 75 75.425 81.939 49.869
15 7 1995 165.3 5.4 80.082 80.481 183.677 28.119
20 11 1994 153.4 6.1 145.4 145.62 211.359 15.018
20 1 1993 67.8 6.2 108.259 108.554 127.738 26.746
27 5 1992 125.5 5.1 192.194 192.36 229.54 5.006
8 1 1991 33 5.2 199.024 199.185 201.742 4.886
27 11 1990 144.9 5.1 29.438 30.505 147.86 86.35
20 7 1989 187.3 5.2 68.924 69.387 199.579 31.432
20 12 1988 36.7 5.5 217.182 217.33 220.261 4.689 25 4 1987 11.1 6.4 114.758 115.036 115.293 26.951 14 6 1986 66.4 5.2 150.593 150.805 164.582 8.718
2 1 1985 105 5.3 175.007 175.189 204.089 6.8
[image:63.595.102.541.281.761.2]24 2 1982 52.3 5.4 136.61 136.844 146.28 11.649
11 1 1981 69 5.7 145.745 145.964 161.253 12.096
22 7 1980 163 5 86.985 87.352 184.758 20.085
28 4 1979 72 5.8 283.84 283.952 292.829 2.78
23 12 1978 57 5 202.165 202.324 210.047 4.243
1 7 1977 70 5 154.404 154.611 169.53 7.47
22 2 1976 180 5.6 38.803 39.619 184.135 81.869
17 12 1975 17 6.2 337.338 337.433 337.766 2.074
22 8 1974 33 5 61.857 62.372 70.109 32.855
28 9 1973 132 5 153.582 153.79 202.513 7.548
Dimana :
M = Magnitudo gempa
r0 = Jarak lokasi dengan epicenter (km)
r = r02 82 (km) (4.1)
R = Jarak hypocenter (km)
= r02 h2 (4.2)
h = Kedalaman fokus gempa
Tabel 4.2 Metode Perhitungan Percepatan Gempa Rencana dengan Metode Gumbel
NO J PGA
(Xj) Yj Xj
2
Yj2 (Xj)(Yj)
1 1 1.869 1.312 3.492 1.721 2.452
2 2 2.074 1.105 4.300 1.222 2.292
3 3 2.780 0.961 7.730 0.924 2.673
4 4 4.243 0.845 18.004 0.714 3.584
5 5 4.689 0.744 21.988 0.553 3.488
6 6 4.886 0.653 23.872 0.427 3.192
7 7 5.006 0.570 25.062 0.325 2.852
8 8 6.304 0.491 39.737 0.241 3.096
9 9 6.800 0.416 46.234 0.173 2.831
10 10 7.097 0.344 50.370 0.119 2.443
11 11 7.470 0.274 55.798 0.075 2.049
12 12 7.548 0.206 56.974 0.042 1.554
13 13 8.182 0.139 66.939 0.019 1.134
14 14 8.718 0.072 76.001 0.005 0.627
15 15 9.318 0.006 86.820 0.000 0.051
16 16 10.018 -0.061 100.363 0.004 -0.609
17 17 10.301 -0.127 106.117 0.016 -1.313
18 18 11.606 -0.195 134.706 0.038 -2.258
19 19 11.649 -0.262 135.702 0.069 -3.058
20 20 11.944 -0.332 142.665 0.110 -3.960
21 21 12.096 -0.402 146.318 0.162 -4.861
22 22 14.362 -0.474 206.271 0.225 -6.807
23 23 15.018 -0.548 225.536 0.300 -8.230
24 24 18.119 -0.625 328.301 0.390 -11.316
25 25 18.210 -0.704 331.620 0.495 -12.817
26 26 20.085 -0.786 403.414 0.618 -15.795
27 27 26.746 -0.873 715.339 0.762 -23.347
28 28 26.951 -0.964 726.333 0.929 -25.980
29 29 28.119 -1.061 790.706 1.125 -29.821
30 30 29.126 -1.164 848.352 1.354 -33.890
31 31 31.432 -1.274 987.986 1.624 -40.059
32 32 32.855 -1.395 1079.476 1.946 -45.833
33 33 32.921 -1.528 1083.791 2.333 -50.289
34 34 35.606 -1.676 1267.806 2.807 -59.659
35 35 43.146 -1.844 1861.577 3.399 -79.550
38 38 81.869 -2.577 6702.577 6.642 -210.994
39 39 86.350 -2.996 7456.287 8.973 -258.663
40 40 118.190 -3.701 13968.833 13.699 -437.450
∑ 910.655 -21.745 45037.001 63.925 -1541.801
Keterangan :
Xj = PGA gempa ke j
J = Nomor urut kejadian gempa yang disusun dari PGA terkecil harga j untuk M dan terbesar = N
N = Selang waktu pengamatan
Yj =
1 ln ln )) ln( ln( N j PGAj
A =
22 2
.
.
.
.
Xj
Xj
n
Yj
Xj
Xj
Xj
Yj
A =
2655 , 910 001 , 45037 40 801 , 1541 655 , 910 45037,001 745 , 21
A = 0,43687
α = eA
α = e0,43687
α = 1,548
B =
B =
2655 , 910 001 , 45037 40 745 . 21 . 655 , 910 801 , 1541 . 40
B = -0,043067
β = -B
β = 0,043067
T = 200 tahun
a =
. ln T
a =
043067 , 0 548 , 1 . 200 ln
a = 133,171 gal
a = 0,133 g
Maka :
Percepatan rencana gempa menggunakan fungsi atenuase Joyner & Boore dengan metode Gumbel adalah 0,133 g.
4.2.2. Berdasarkan Fungsi Atenuase Crouse
Tabel 4.3 Daftar kejadian gempa dengan PGA terbesar tiap tahunnya (berdasarkan fungsi atenuase Crouse)
Tanggal/ Bulan/Tahun
Kedalaman
(km) M
r0
(km) r (km) R (km)
PGA (g) Crouse
27 8 2012 149.5 5.2 105.844 106.145 183.175 4.241
5 9 2011 91 6.7 89.765 90.121 127.823 2.212
1 12 2010 160.1 5.6 77.325 77.738 177.795 6.098
19 4 2009 174.8 5.1 70.064 70.520 188.319 9.634
6 10 2008 61.1 5 159.036 159.237 170.369 1.941
24 7 2007 62.9 5.3 130.900 131.145 145.228 2.679
1 12 2006 204 6.3 38.919 39.732 207.679 8.070
28 3 2005 30 5.2 54.625 55.208 62.321 14.298
27 11 2004 41.6 5.4 159.099 159.300 164.448 1.714
13 9 2003 33 5.3 162.173 162.370 165.497 1.702
27 12 2002 138.5 5.4 121.581 121.844 184.294 2.958 4 12 2001 139.1 5.1 95.834 96.167 168.917 5.401
6 1 2000 33 5.1 151.414 151.625 154.969 2.109
22 4 1999 63.5 5 158.470 158.672 170.719 1.956
1 4 1998 55.7 7 396.335 396.416 400.230 0.138
11 6 1997 57.4 5.6 144.856 145.077 155.814 1.931
10 10 1996 33 6.3 75.000 75.425 81.939 3.957
15 7 1995 165.3 5.4 80.082 80.481 183.677 6.461
20 11
