Penelusuran Potensi Likuifaksi Pantai Padang

ISSN 0853-2982
Hakam, Darjanto.
Jurnal Teoretis dan Terapan Bidang Rekayasa Sipil
Penelusuran Potensi Likuifaksi Pantai Padang
Berdasarkan Gradasi Butiran dan Tahanan Penetrasi Standar
Abdul Hakam
Jurusan Teknik Sipil, Universitas Andalas, Kampus Limau Manis, Padang.
E-mail: [email protected]
Helmy Darjanto
Jurusan Teknik Sipil, Universitas Narotama, Jl. Arif Rahman Hakim No 51, Surabaya
E-mail: [email protected]
Abstrak
Gempa Padang 30 September 2009 telah mengakibatkan terjadinya likuifaksi pada beberapa lokasi di kota
Padang. Daerah-daerah yang terlikuifaksi berada di sekitar aliran sungai atau dekat tepi pantai. Untuk
mendapatkan gambaran mengenai gradasi butiran tanah terlikuifaksi, telah dilakukan analisis saringan terhadap
sampel tanah terlikuifaksi. Berdasarkan hasil pengujian tersebut dan data pengeboran, dilakukan penelusuran
kembali potensi likuifaksi untuk lapisan tanah disekitar Pantai Padang. Penyelidikan tanah dengan menggunakan
mesin bor dan pengujian penetrasi standar hingga kedalaman tanah keras telah dilakukan pada lokasi tersebut.
Selanjutnya gradasi butiran tanah pada kedalaman-kedalaman tertentu dianalisis dengan cara membandingkan
kurva gradasi butiran tanah dengan kurva potensi likuifaksi. Hasil penelusuran potensi likuifaksi untuk daerah
Pantai Padang menhasilkan bahwa gradasi butiran tanah dilokasi tersebut memiliki potensi likuifaksi. Hasil
tersebut dikompilasikan dengan analisis potensi likuifaksi berdasarkan nilai pukulan penetrasi standar. Kedalaman tanah yang berpotensi terlikuifaksi untuk Pantai Padang berada pada lapisan dengan kedalaman kurang
dari 10m.
Kata-kata Kunci: Gempa, likuifaksi, gradasi butiran.
Abstract
Padang 30 September 2009 earthquake had caused liquefaction at several locations in the city of Padang.
Generally, liquefied areas were around the rivers or near the beach. In order to get the gradation of the liquefied
soil, sieve analysis was conducted on soil samples. Based on those test result and drilling data, the assessment of
liquefaction potential for soil layer around the coast of Padang is done. Soil investigation using deep drilling and
standard penetration test to the hard layer has been done on the site. Furthermore, the soil gradations at certain
depths were analyzed by comparing the gradation curve of the liquefied soil. Liquefaction potential assessment
based on the soil gradation shows that the Padang Beach area has the liquefaction potential. The results are then
compiled with the analysis of the liquefaction potential based on the standard penetration test. The depth of the
soil layer that potentially to liquefy in Padang Beach is on the depth of less than 10m.
Keywords: Earthquake, liquefaction, soil gradation.
1. Pendahuluan
Analisis potensi likuifaksi dapat dilakukan didasarkan
pada parameter tanah dari laboratorium seperti
kepadatan relatif, tekanan saat pengujian serta uji
lapangan seperti penetrasi standar dan tahanan konus.
Sejumlah studi untuk mengevaluasi potensi likuifaksi
dalam deposit tanah telah dilakukan di masa lalu.
Kebanyakan dari mereka melakukan studi potensi likuifaksi tanah dengan didasarkan pada hasil pengujian
lapangan. Seed dan Idriss (1982) telah melakukan studi
komprehensif tentang likuifaksi tanah berdasarkan
sejumlah kejadian sebelumnya berdasarkan uji penetra-
si standar. Kemudian Shibata dan Teparaksa (1988)
mengusulkan metode untuk evaluasi likuifaksi potensial berdasarkan uji sondir. Aplikasi metode analisis
liskuifaksi dengan sondir telah diterapkan untuk
menyelidiki potensi likuifaksi deposit tanah pasir berlumpur (Hakam dan Oscar, 2007).
Peristiwa likuifaksi adalah perilaku tanah di bawah
beban siklik yang terjadi hanya dalam beberapa saat.
Akibat beban siklik yang singkat tersebut, massa tanah
dalam waktu yang singkat mengalami transisi dari
keadaan padat menjadi keadaan cair atau memiliki
konsistensi utama seperti cairan. Peristiwa likuifaksi
Vol. 20 No. 1 April 2013
33
Penelusuran Potensi Likuifaksi Pantai Padang...
saat gempa dapat ditandai dengan adanya pergerakan
tanah dalam arah horizontal, rembesan air keluar dari
rekahan tanah, bergeraknya bangunan miring atau
turun, penurunan muka tanah, longsornya tanggul dan
lereng. Pada bangunan yang berada pada daerah terlikuifaksi dapat berakibat terjadinya amblas, miring
atau bergerak ke samping atau bahkan mengakibatkan
keruntuhan bangunan tersebut .
Dari sejumlah catatan kejadian yang telah lalu,
diketahui bahwa peristiwa likuifaksi lebih berpotensi
terjadi pada konsistensi tanah granular jenuh yang lepas
dengan sifat drainase didalam tanah yang buruk.
Deposit tanah yang berpotensi terlikuifaksi pada saat
terjadinya gempa adalah pasir halus, pasir berlumpur
dan pasir biasa. Apabila beban siklik terjadi seperti saat
gempa bumi, pasir lepas cenderung mengalami
penurunan volume, hal ini mengakibatkan terjadinya
peningkatan tekanan air pori dan penurunan kekuatan
geser efektif tanah. Pada saat itu pula tegangan total
dalam elemen tanah meningkat. Untuk waktu yang
singkat, peningkatan tegangan total dalam tanah tersebut diakibatkan meningkatnya tekanan air pori. Untuk
lapisan berpasir yang sangat permeabel peningkatan
tegangan sesaat ini langsung ditransfer menjadi
tegangan efektif antara partikel. Namun untuk tanah
berpasir yang semi-permeable, seperti pasir berlumpur
dan pasir halus, waktu terjadinya peningkatan tekanan
pori sangat pendek dibandingkan dengan waktu yang
dibutuhkan untuk mentransfer tekanan itu kedalam bentuk tegangan effektif antar partikel tanah. Jika peningkatan tekanan pori lebih besar dibandingkan tegangan
vertikal pada tanah, maka tanah akan berperilaku
sebagai mana cairan.
2. Likufaksi Akibat Gempa Padang
Pada saat terjadi gempa 30 September 2009 di kota
Padang dan sekitarnya, telah terjadi peristiwa likuifaksi
di beberapa titik di kota Padang. Kejadian likuifaksi
tersebut dapat diamati dengan adanya rembesan air
keluar dari rekahan tanah pada saat gempa. Selain itu
terjadinya likuifaksi juga dapat ditandai dengan
tenggelam dan miringnya beberapa bangunan serta
pergerakan horizontal dalam skala yang besar. Sesaat
setelah terjadi gempa, dilakukan observasi di penjuru
kota Padang dan didapati bukti-bukti terjadinya likuifaksi berupa bekas-bekas semburan pasir di permukaan
tanah (lihat Gambar 1). Lokasi-lokasi dengan semburan pasir tersebut selanjutnya diplotkan pada peta kota
Padang seperti pada Gambar 2 (Hakam, 2010).
Dalam bentuk persamaan matematika, likuifaksi pada
deposit tanah dapat dituliskan sebagai:
Gambar 1. Semburan pasir dipermukaan tanah
' =  - u - u < 0.0
(1)
Dimana  dan ' masing-masing adalah tegangan
vertikal dan efektif di dalam tanah, u adalah tekanan
pori awal dalam elemen tanah dan Du adalah peningkatan tegangan pori akibat getaran.
Berdasarkan sejumlah penelitian di masa lalu (Das,
1983) menyimpulkan bahwa potensi likuifaksi tanah
tergantung pada beberapa faktor:
a. Kepadatan relatif, Dr
Lokasi Semburan Pasir: 1. Ulak Karang – Tabing 2. Lapai – Siteba 3. Lolong – Padang Baru 1
2
3
Lokasi
Penelitian
b. Tegangan awal tanah, i
c. Rata-rata ukuran butir tanah, D50
d. Tingkat tegangan maksimum, d atau max
e. Lamanya waktu getar, t
4
f. Rasio tingkat konsolidasi tanah, OCR
g. Tekanan pori awal, ui
34
Jurnal Teknik Sipil
Gambar 2. Kejadian likuifaksi di Kota Padang
Hakam, Darjanto.
Daerah yang teridentifikasi adanya kejadian likuifaksi
di kota Padang umumnya berada di dekat aliran
sungai ataupun di tepi laut. Hal yang sangat tidak
menguntungkan adalah bahwa daerah yang terlikuifaksi tersebut umumnya merupakan daerah terbangun
yang relatif padat. Meskipun kerusakan yang diakibatkan oleh kejadian likuifaksi 30 September 2009
tersebut tidak terlalu fenomenal, akan tetapi hal ini
harus mendapat cukup perhatian. Diharapkan
nantinya pembangunan di daerah tersebut mendapat
penanganan khusus untuk mengurangi kerugian akibat peristiwa likuifaksi.
3. Kurva Butiran Terlikuifaksi
Untuk mendapatkan gambaran tentang distribusi butiran tanah yang terlikuifaksi pada saat gempa Padang,
telah dilakukan pengambilan sampel tanah yang
keluar dari permukaan tanah saat likuifaksi terjadi.
Pengambilan sampel dilakukan keesokan hari setelah
terjadi gempa dan dipastikan belum terjadi gangguan
terhadap sampel tersebut akibat hujan ataupun
tercampur dengan material lainnya.
0
10 mm
10
20
40
30
50
60
70
90
80
no. 4
4.75
1 mm
no. 10
2.0
no. 20
0.84
no. 40
0.42
Dari hasil tersebut dapat dilihat bahwa distribusi butiran tanah terlikuifaksi umumnya mengandung pasir
halus lebih dari 60%. Kandungan tanah halus yang
lolos saringan 200 adalah tidak lebih dari 20%.
Sedangkan diameter butiran rata-rata D50 dari batas
grafik tersebut berada pada kisaran 0.15mm sampai
dengan 0.35mm.
Penelitian yang dilakukan Aydan dan rekan (2008)
telah menghasilkan grafik distribusi butiran tanah
yang diambil dari sejumlah tanah terlikuifaksi akibat
gempa Kocaeli di Turkey pada tahun 1999 (Gambar
4). Pada gambar tersebut Aydan dan rekan juga telah
membuatkan grafik batasan dari gradasi butiran tanah
yang sangat mudah dan berpotensi terlikuifaksi.
Bila dibandingkan dengan hasil penelitian yang
dilakukankan oleh Aydan dan rekan tersebut, maka
batasan arsiran gradasi butiran tanah terlikuifaksi di
Padang berada tepat di tengah-tengah dari sejumlah
grafik yang ada. Keselarasan hasil penelitian ini
menunjukkan bahwa gradasi butiran tanah dapat
digunakan sebagai salah satu acuan untuk memperkirakan potensi likuifaksi pada suatu lokasi.
Cara memprediksi potensi likuifaksi deposit tanah
dengan menggunakan gradasi butiran tanah merupakan salah satu metoda prediksi yang paling sederhana
dan mudah dilakukan. Dalam penelitian ini, batasan
gradasi butiran tanah terlikuifaksi dari kota Padang
dipergunakan sebagai salah satu kriteria dalam
menentukan potensi likuifaksi pada lapisan tanah di
daerah Pantai Padang.
100
80
0.1 mm
no. 200
0.075
no. 100
0.15
Sangat terlikuifaksi
60
40
Gambar 3. Distribusi butiran tanah terlikuifaksi
20
0.01 mm
No. Saringan :
Ukuran (mm):
Berpotensi terlikuifaksi
% lolos saringan
Tanah Kepasiran
Pasir Halus
Sedang dan Kasar
P a s i r Kerikil
100
% lolos saringan
Selanjutnya di laboratorium dilakukan analisis
saringan terhadap sampel pasir tersebut. Hasilnya
analisis distribusi sejumlah sampel tanah kemudian
diplotkan bersamaan dalam satu grafik seperti pada
Gambar 3. Pada gambar tersebut juga dibuatkan
garis-garis batas kurva dengan arsiran di dalamnya
untuk menunjukkan distribusi tanah yang terlikuifaksi.
0
0.001
0.01
0.1
1
ukuran butiran (mm)
10
Gambar 4. Kurva batasan butiran tanah terlikuifaksi dari Aydan dan rekan (2008)
Vol. 20 No. 1 April 2013
35
Penelusuran Potensi Likuifaksi Pantai Padang...
4. Potensi likuifaksi Pantai Padang
Untuk menganalisis potensi likuifaksi pantai Padang
ini, telah dilakukan pengeboran tanah di sekitar Pantai
Padang (Lihat kembali Gambar 2). Analisis potensi
likuifaksi lapisan tanah di pantai Padang ini dilakukan
dua cara. Cara pertama adalah dengan membandingkan
gradasi butiran pada lapisan pada kedalaman tertentu
dengan gradasi butiran tanah yang pernah terlikuifaksi
akibat gempa Padang 2009. Cara kedua adalah dengan
menghitung perbandingan tegangan lapisan tanah dan
tahanannya (Seed dan Idriss, 1982). Selanjutnya kedua
cara tersebut dikompilasikan untuk melihat tingkat
potensi likuifaksi dari lapisan tanah dengan kedalaman
yang berbeda.
penetrasi standar (N) dikalikan nilai koreksi yang
diambil berdasarkan tekanan efektif akibat berat
sendiri tanah (CN), menjadi
(2)
N1 = CN . N
Hasil perhitungan tersebut selanjutnya diplotkan dalam
kurva evaluasi potensi likuifaksi untuk pasir seperti
ditampilkan pada Gambar 6. Titik-titik merah dan
kuning menunjukkan kedalaman lapisan tanah yang
berpotensi terlikuifaksi dan titik-titik biru untuk yang
tidak. Angka-angka didalam grafik menunjukkan
kedalaman dari lapisan tanah yang dihitung. Dari hasil
perhitungan tersebut dapat dilihat bahwa lapisan tanah
pada kedalaman 4m, 8m, 10m dan 12m mempunyai
potensi untuk terlikuifaksi.
4.1 Investigasi tanah
4.4 Potensi gabungan
Hasil pengujian ini ditampilkan dalam bentuk tabel
jenis lapisan tanah (bor-log) dan nilai penetrasi standar
(Nspt). Hasil pengeboran di lapangan (Gambar 4)
menunjukkan bahwa terdapat lapisan tanah pasir pada
kedalaman 4m hingga 9m dengan nilai pukulan standar
yang bervariasi. Selanjutnya jenis tanah secara umum
adalah pasir berlempung ataupun lempung berpasir
dengan nilai pukulan standar sekitar 15. Pada kedalaman lebih dari 25m, jenis lapisan tanah yang dominan
adalah pasir berkerikil dengan nilai Nspt lebih dari 60.
Hasil pendugaan potensi likuifaksi berdasarkan gradasi
butiran dan tahanan penetrasi tanah, selanjutnya
digabungkan
dalam
satu
gambar.
Bentuk
penggabungan dari kedua cara pendugaan tersebut
ditampilkan dalam seperti ditampilkan pada Gambar
7. Tingkatan potensi likuifaksi berdasarkan gradasi
butiran tanah ditentukan berdasarkan ketetapan berikut
(perhatikan kembali Gambar 4 dan 5):
N spt
4.2 Grafik gradasi butiran
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
4.3 Rasio tegangan
Selanjutnya dilakukan juga perhitungan untuk memperkirakan potensi likuifaksi dengan berdasarkan pada
uji penetrasi standar, Nspt (Seed & Idriss, 1982). Dalam
perhitungan ini, diambil gempa dengan magnitude 7.6
dan percepatan maksimum permukaan tanah, amax =
0,3g (BMKG/USGS, 2009). Selanjutnya nilai-nilai tegangan yang terjadi dihitung untuk mendapatkan nilai
rasio tegangan siklis (cyclic stress ratio, CSR). Nilai
36
Jurnal Teknik Sipil
15 30 45 60
Jenis
Tanah
0
kedalaman (m)
Dalam penelitian ini, dilakukan analisis saringan
terhadap sampel tanah hasil pengeboran. Untuk
menduga potensi likuifaksi terhadap deposit tanah di
pantai Padang, selanjutnya hasil analisis saringan tersebut diplotkan ke dalam grafik batasan tanah terlikuifaksi seperti ditunjukkan pada Gambar 5. Legenda
pada Gambar 5 menunjukkan kedalaman dari sampel
tanah. Berdasarkan sebaran ukuran butiran tanah, dapat
dilihat bahwa grafik untuk lapisan tanah pada kedalaman 4m, 6m dan 8m berada di dalam batasan kurva
tanah terlikuifaksi. Sedangkan untuk kedalaman 10m
hampir setengah kurva berada di dalam batasan. Untuk
itu dapat diambil kesimpulan sementara bahwa lapisan
tanah pada kedalaman 4, 6 dan 8m sangat perpotensi
terlikuifaksi, untuk kedalaman 10m mungkin dapat
terlikuifaksi dan untuk kedalaman lainnya tidak berpotensi.
0
Boring
Log
22
24
26
28
30
Timbunan
::::::::::
: : : : : : : : : : Pasir
: : : : : : : : : : (S) ::::::::::
: : vv : : vv
: : vv : : vv
: : vv : : vv Pasir
: : vv : : vv berlempung
: : vv : : vv (SC) : : vv : : vv atau
: : vv : : vv
: : vv : : vv Lempung
: : vv : : vv
berpasir
: : vv : : vv
: : vv : : vv
: : vv : : vv
: : vv : : vv
: : : o0o : : :
o0o : :: o0o Pasir
: : : o0o : : :
berkerikil
o0o : :: o0o (SG) Gambar 4. Hasil uji penerasi standar dan bor log
Hakam, Darjanto.
1 mm
0.1 mm
Dengan menggabungkan kedua cara tersebut maka
dapat ditarik kesimpulan terhadap tingkat potensi
likuifaksi dari lapisan tanah. Huruf-huruf pada gambar tersebut menunjukkan tingkatan potensi likuifaksi
berdasarkan dua cara pendugaan, yaitu:
SP
:
sangat berpotensi
P
:
berpotensi
K
:
kurang berpotensi
T
:
Tidak berpotensi
Dari hasil gabungan analisis terhadap lokasi Pantai
Padang, maka dapat dilihat bahwa lapisan tanah pada
kedalaman 4m dan 8m sangat potensi terlikuifaksi.
Untuk lapisan tanah pada kedalam 10m berpotensi,
sedangkan lapisan tanah 6m dan 12m kurang berpotensi.
Tinggi
Gradasi
10
0
10 mm
20
30m
30
40
6m
8m
10m
26m
50
4m
60
70
90
80
no. 4
4.75
no. 10
2.0
no. 20
0.84
no. 40
0.42
no. 200 no. 100
0.075
0.15
No. Saringan :
Ukuran (mm):
Tanah Kepasiran
Pasir Halus
Sedang dan Kasar
Kerikil
100
% lolos saringan
Sedang
SP
[6]
[ 4, 8 ]
T
P
[ 10 ]
Tidak
0.01 mm
K
Potensi
Likuifaksi
Gambar 5. Distribusi ukuran butiran tanah pada
lokasi pengujian untuk kedalaman tertentu
T
K
[ lainnya ]
[ 12 ]
Tidak
Ya
Penetrasi
Gambar 7. Potensi likuifaksi ganda
0.5
5. Kesimpulan
rasio tegangan
siklis
CSR
M=7.6 0.4
1. Dua cara pendugaan berdasarkan gradasi butiran
lapisan tanah dan rasio tegangan-tahanan siklis,
maka deposit tanah di Pantai Padang menunjukkan bahwa potensi untuk terlikuifaksi akibat
gempa bumi besar. Potensi telikuifaksi tanah
umumnya berada pada lapisan tanah pasir di
kedalaman 4m hingga 12m. Potensi likuifaksi
yang sangat besar terdapat pada lapisan tanah
dengan kedalamam 4m dan 8m.
0.3
0.2
4 8
1
1
0.1
0.0
0
10
20
30
N1
40
50
60
70
Gambar 6. Rasio tegangan - tahanan penetrasi
Tabel 1. Potensi likuifaksi berdasarkan gradasi
Potensi
Tinggi
Sedang
Tidak
(Rendah)
Kriteria
Kurva gradasi berada dalam
merah ( > 80 %)
Kurva gradasi memotong garis
merah dan masih berada dalam
san garis biru
Kurva gradasi memotong garis
biru
garis
batas
bata-
2. Metoda pendugaan potensi likuifaksi denganmenggunakan perbandingan kurva gradasi butiran, merupakan metoda yang sederhana tetapi
memberikan hasil yang cukup akurat karena tidak
menggunakan pendekatan-pendekatan.Pendugaan
potensi likuifaksi dengan menggunakan kedua
cara seperti yang dijelaskan dalam tulisan ini,
memberikan hasil yang lebih meyakinkan
dibandingkan dengan menggunakan satu metoda
saja.
batas
Vol. 20 No. 1 April 2013
37
Penelusuran Potensi Likuifaksi Pantai Padang...
Daftar Pustaka
Aydan, O., Ulusay, R. dan Atak, VO., 2008, Evaluation
of Ground Deformations Induced by The 1999
Kocaeli Earthquake (Turkey) at Selected Sites
on Shorelines, Environ Geol 54:165–182
BMKG/USGS, 2009, September 30 2009 Strong
Ground Motion Record from Padang, Recorded
by BMKG (http://www.bmg.go.id/depan.bmkg)
and processed by the USGS.
Das, BM., 1983, Fundamental of Soil Dynamics, New
York: Elsevier Pub.
Hakam, A., 2010, Padang Liquefaction Potential,
Yogyakarta: Proceeding PIT – HATTI.
Hakam A and Oscar F Nur, 2007, Liquefaction Analysis of Silty Sand Deposit Due to West Sumatra
Earthquake on 6th March 2007, Padang:
Proceeding of International Symposium on
Disaster in Indonesia.
Seed, H. Bolton dan Idriss I.M., 1982, Ground Motion
and Soil Liquefaction During Earthquake,
Berkeley: Earthquake Engineering Research
Institute.
Shibata, T. and Teparaksa, W., 1988, Evaluation of
Liquefaction Potential of Soils Using Cone
Penetration Tests, Soils and Foundations,
Vol. 28., N0. 2: 49-60
38
Jurnal Teknik Sipil