6 Bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran yang diperoleh dari
advertisement
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-tiba atau suatu rentetan gerakan tibatiba 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. b) Gempa Vulkanik : gempa yang disebabkan oleh kegiatan gunung berapi baik sebelum maupun pada saat meletusnya gunung berapi tersebut. 6 Universitas Sumatera Utara 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. 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 Deformasi yang disebabkan oleh terjadinya interaksi antar lempeng dan mekanisme gempa adalah sebagai berikut: Jenis derformasi interaksi antar lempeng 7 Universitas Sumatera Utara 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. Menurut ahli geologi asal Jerman, Alfred Weneger menjelaskan bahwa dahulu (dua ratus juta tahun yang lalu), bumi hanya satu benua dan sangat luas yang disebut Pangaea. Akibat adanya aktifitas magma dan perputaran bumi itu 8 Universitas Sumatera Utara 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. 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). Gambar 2.2 : Pertemuan 4 Lempeng Tektonik di Wilayah Indonesia Sumber : Razali (2008). 9 Universitas Sumatera Utara Wilayah Sumatera Utara sebelah barat merupakan lintasan pertemuan Lempeng Eurasia dan Lempeng Samudra Hindia - Australia. Dimana pergerakan Lempeng Samudra Hindia – Australia lebih aktif dibandingkan dengan Lempeng Eurasia. Kecepatan pergerakan lempeng itu terhadap bagian pulau sumatera adalah 5,2 cm/tahun, sedangkan terhadap bagian selatan pulau sumatera adalah 6 cm/tahun. Akibat pergerakan tersebut, pulau sumatera terbelah menjadi dua lokasi secara memanjang pulau. Patahan-patahan (fault) yang terdapat di daerah pantai barat Sumatera Utara, seperti yang terlihat ( Gambar 2.2 ) adalah patahan Renun, Toru, Angkola, Barumun. Dari data-data pencatatan gempa dan fakta keberadaan berapa patahan yang beraktifitas dapat disimpulkan, bahwa wilayah Sumatera Utara terutama daerah Pantai Baratnya merupakan daerah dengan potensi gempa yang tinggi (Razali, 2008). 10 Universitas Sumatera Utara Gambar 2.3 Peta tektonik dan sesar aktif di Indonesia (Sumber : Peta Hazard Gempa Indonesia 2010). 11 Universitas Sumatera Utara 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. Ketika likuifaksi terjadi, maka tanah akan berada pada kondisi cair dan kehilangan kekuatan untuk mendukung beban struktur dan struktur akan amblas kedalam tanah dan struktur yang ditanam di tanah akan mengapung dan muncul di permukaan tanah. 12 Universitas Sumatera Utara 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 Percepatan Gempa Waktu gempa Modified mercalli Magnitude (ML) a max detik 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). Dari data yang dikumpulkan oleh ahli-ahli, potensi terjadinya likuifaksi dapat terjadi pada percepatan gempa 0.1g atau dengan magnitude lokal adalah 5 atau lebih besar (National research council, 1985b; Ishihara, 1985). Umumnya gempa dengan percepatan gempa lebih rendah dari 0.1g atau dengan magnitudo lokal kurang dari 5M tidak memerlukan analisis potensi likuifaksi. 13 Universitas Sumatera Utara 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 d) Kerikil 14 Universitas Sumatera Utara 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 Tanah nonplastis dengan butiran seragam cenderung membentuk tanah yang tidak stabildibandingkan dengan tanah yang bergradasi baik. Tanah bergradasi baik juga memiliki butiran yang lebih kecil yang dapat mengisi rongga udara antar butiran yang lebih besar sehingga mengurangi rongga yang dapat diisi air apabila terjadi getaran sehingga dapat mengurangi penambahan tekanan air pori. 15 Universitas Sumatera Utara 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. Ini tidak berarti bahwa analisis likuifaksi tidak dilakukan pada tanah dikedalaman lebih dari 50 ft (15 m). Dalam beberapa kasus, analisis likuifaksi juga dilakukan pada lapisan tanah yang lebih dalam dari 50 ft (15 m). Seperti pada tanah yang memiliki rongga air dan juga tanah timbunan yang belum terkonsolidasi. 16 Universitas Sumatera Utara 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 jenisjenis tanah endapan berdasarkan lamanya usia endapan tanah dapat dilihat pada Tabel 2.2. 11) Sejarah tanah Sejarah tanah dapat memiliki pengaruh pada potensi likuifaksi pada tanah tersebut. Sebagai contoh, endapan tanah yang pernah mengalami pembebanan (overconsolidation) lebih memiliki ketahanan terhadap likuifaksi jika dibandingkan dengan endapan tanah yang baru terbentuk dan tidak pernah mengalami pembebanan karena tanah yang pernah mengalami pembebanan memiliki kepadatan yang lebih baik (Seed and Peacock, 1971; Ishihara et al., 1975). 17 Universitas Sumatera Utara Tabel 2.2. Potensi terjadinya likuifaksi pada endapan tanah saat terjadi gempa berdasarkan umur endapan. Tipe tanah Tanah alluvial Tanah delta Bukit pasir Tanah bekas lautan Lereng Thepra Tanah colovium Sungai es Lakustrin dan playa Pasir lepas Dataran banjir Kanal sungai Sebka Tanah residu Tuff Pantai berombak besar Pantai berombak kecil Delta Estuarine Pantai diantara laut Lagoonal Sudah dipadatkan Belum dipadatkan Potensi terjadinya likuifaksi berdasarkan usia endapan <500 Preholocene pleistocene thn pleistocene Tanah Benua Sangat Tersebar luas Sedang Rendah Rendah rendah Sangat Tersebar luas Tinggi Sedang Rendah rendah Sangat Tersebar luas Tinggi Sedang Rendah rendah Sangat Sangat Tersebar luas Rendah rendah rendah Sangat Sangat Tersebar luas Rendah Rendah rendah rendah Tersebar luas Tinggi Tinggi Sangat Sangat Tidak merata Tinggi Sedang rendah rendah Sangat Tidak merata Rendah Rendah Rendah rendah Sangat Sangat Tidak merata Tinggi Sedang rendah rendah Tidak merata Tinggi Tinggi Tinggi Sangat Tidak merata local Tinggi Sedang Rendah rendah Sangat Sangat Tidak merata local Tinggi Rendah tinggi rendah Sangat Tidak merata local Tinggi Sedang Rendah rendah Sangat Sangat Jarang Rendah Rendah rendah rendah Sangat Sangat Jarang Rendah Rendah rendah rendah Tanah pantai Sangat Sangat Tersebar luas Sedang Rendah rendah rendah Sangat Tersebar luas Tinggi Sedang Rendah rendah Sangat Sangat Tersebar luas Tinggi Rendah Tinggi rendah Sangat Tersebar luas Tinggi Sedang Rendah rendah Sangat Tersebar luas Tinggi Sedang Rendah rendah Sangat Tersebar luas Tinggi Sedang Rendah rendah Tanah buatan Tidak merata Rendah Sangat Tidak merata tinggi Sumber: Youd and Hoose (1978) reproduksi dari Robert (2002). Penyebaran endapanendapan Cohesionless didalam tanah 18 Universitas Sumatera Utara 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 Untuk mengetahui proses terjadinya likuifaksi, maka lebih dahulu kita harus mengetahui bahwa tanah terdiri dari beberapa unsur yang menyusunnya. Unsur-unsur tersebut adalah udara, air dan juga partikel padat. Udara dianggap tidak memiliki pengaruh teknis, sedangkan air sangat mempengaruhi sifat-sifat teknis tanah. Partikel padat atau butiran-butiran tanah yang memiliki kontak satu dengan yang lainnya. Dan diantara butiran-butiran tersebut terdapat rongga yang dapat berisi udara ataupun air. Dengan adanya kontak antar partikel tersebut, maka tanah memiliki kekuatan untuk memikul beban diatasnya yang dipikul oleh seluruh partikel tanah. Pada kondisi normal, 19 Universitas Sumatera Utara 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 Seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya, langkah pertama untuk menentukan jenis tanah yang memiliki potensi likuifaksi saat terjadi gempa adalah dengan memenuhi syarat - syarat seperti pada sub bab sebelumnya. 20 Universitas Sumatera Utara 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) a max yang 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. Dengan menghubungkan nilai CSR dan CRR pada Grafik Seed et al., maka akan diketahui lapisan lapisan tanah mana yang akan terlikuifaksi. Apabila titik hubungan antara CSR dan CRR pada suatu lapisan tanah berada di bawah kurva, 21 Universitas Sumatera Utara 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 / CSRM 7.5 5.25 1.5 6 1.32 6.75 1.13 7.5 1.00 8.5 0.89 Sumber: Seed et al., (1985), reproduksi dari Robert (2002). 22 Universitas Sumatera Utara Gambar 2.4 Grafik Hubungan antar Cyclic Stress Ratio ( cyc ) dengan ( N1 )60 'v Untuk magnitude gempa 7,5 (Seed et al., 1985). Sumber: Seet et al., (1985), reproduksi dari Robert (2002). 23 Universitas Sumatera Utara 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 : σ v (γ.Ζ) (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 ; v z (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 : 24 Universitas Sumatera Utara 'v v Dimana : (2.3) ' v = Tegangan Vertikal efektif (KN/m2) v = Tegangan Vertikal Total (KN/m2) = Tegangan air Pori (KN/m2) = W Z 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 : a 10 0.710.23(M w6)log(r )0.0027r (2.4) 25 Universitas Sumatera Utara 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 : 0.608M ln PGA 6.36 1.76 2.73 ln R 1.58e 0.00916h (2.5) Dimana : PGA = percepatan yang dinyatakan dalam g M = momen magnitudo gempa (M) R = Jarak Hipocenter (Km) = r02 + h2 = Kedalaman Fokus Gempa (Km) H 2.4.2.2. Percepatan Gempa di Permukaan Tanah Perhitungan percepatan gempa di permukaan tanah memiliki perbedaan dengan perhitungan percepatan gempa di batuan dasar. Dalam perhitungan analisis percepatan gempa di permukaan tanah harus menganalisa lapisan tanah pada lokasi tersebut. 26 Universitas Sumatera Utara 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 Gambar 2.6. Peta Zonasi Gempa dan Percepatan Gempa dipermukaan Tanah Tahun 2002 27 Universitas Sumatera Utara 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 Setelah memasukkan data, kemudian akan diolah pada menu ini. 28 Universitas Sumatera Utara 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; 2) Letakkan dengan baik penyanggah tempat bergantungnya beban penumbuk: 29 Universitas Sumatera Utara 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. Berdasarkan dari data Standard Penetration Test, Seed et al. (1985), menyimpulkan klasifikasi potensi likuifaksi sebagai berikut: 30 Universitas Sumatera Utara 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 : r 1 (0,012)( z ) d (2.6) 31 Universitas Sumatera Utara 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). Untuk mengembangkan persamaan CSR, diasumsikan bahwa tanah seperti kolom 2 dimensi, dan kolom tersebut akan bergerak secara horizontal secara kaku 32 Universitas Sumatera Utara 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. F z max Gambar 2.9. Kondisi asumsi keadaan tanah untuk menetukan persamaan CSR Persamaan gaya horizontal pada kolom tanah adalah : F ma (W / g ) ( t z / g )amax v (amax / g ) (2.7) max F v (amax / g ) (2.8) Kemudian persamaan (2.7) dibagi dengan tegangan vertikal efektif : max / 'v ( v / 'v )(amax / g ) (2.9) 33 Universitas Sumatera Utara 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 / 'v rd ( v / 'v )(amax / g ) (2.10) Dalam metode ini, Seed et al. (1975), mengubah tegangan geser maksimum menjadi bentuk persamaan tegangan siklis : cyc 0.65 max (2.11) Kemudian persamaan (2.10) disubtitusikan ke dalam persamaan (2.9), sehingga Persamaan CSR adalah : CSR cyc / 'v 0,65 r ( v / 'v )(amax / g ) d (2.12) Dimana : CSR = Cyclic Stress Ratio (tidak berdimensi) = percepatan maksimum di permukaan tanah amax g = percepatan gravitasi 'v = tegangan vertikal efektif v = tegangan vertikal total rd = faktor reduksi kedalaman 34 Universitas Sumatera Utara 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 : ( N ) 60 1,67 N C Em Cr b (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 = 0,75 untuk panjang rod sampai 4 m 35 Universitas Sumatera Utara 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 : ( N1 ) 60 N 60 C n (100 / 'v ) 0,50 N 60 (2.14) 2.4.7. Relatif Density (Dr) 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 Sangat lepas 15-50 Lepas 50-70 Menengah 70-85 Padat 85-100 Sangat padat Dari Tabel diatas dapat disimpulkan bahwa Dr yang bernilai diatas 70 %, maka lapisan tanah tersebut tidak terlikuifaksi. Nilai Dr dapat diperoleh dari nilai N-SPT yan dapat dihitung berdasarkan rumus: 36 Universitas Sumatera Utara Dr N 1,70(1,42 ' v 10) (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 Disipasi air pori dilakukan agar air yang ada pada pori tanah dapat teralirkan dan tidak tergenang, sebab air dalam pori tanah ini sangat berbahaya dalam meningkatkan potensi likuifaksi pada saat terjadinya gempa. 37 Universitas Sumatera Utara 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 Sementasi dilakukan dengan memberikan material yang dapat mengikat partikel tanah, seperti campuran semen. 38 Universitas Sumatera Utara
