USu
-
Upload
doni-evhan -
Category
Documents
-
view
121 -
download
2
description
Transcript of USu
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
ANALISA POTENSI LIKUIFAKSI PADA AREA APRON
BANDAR UDARA MEDAN BARU
TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Melengkapi Tugas-Tugas dan
Memenuhi Syarat Untuk Menempuh Ujian
Sarjana Teknik Sipil
Disusun Oleh :
040404062 MUHAMMAD MABRUR
BIDANG STUDI GEOTEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2009
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
LEMBAR PENGESAHAN
ANALISA POTENSI LIKUIFAKSI PADA AREA APRON BANDAR UDARA MEDAN BARU
TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Melengkapi Tugas-Tugas dan Memenuhi Syarat Untuk
Menempuh Ujian Sarjana Teknik Sipil
Disusun oleh:
04 0404 062 MUHAMMAD MABRUR
Dosen Pembimbing
NIP. 131 945 813 Ir. Rudi Iskandar, M.T.
Penguji I
NIP. 130 905 362 Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan
Penguji II
NIP. 131 419 761 Dr.Ir.Roesyanto, M.Sc
Penguji III
NIP. 19770807 2008122002 Ika Puji Hastuti, ST, MT
Mengesahkan : Ketua Departemen Teknik Sipil
NIP. 130 905 362 Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan
SUB JURUSAN GEOTEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2009
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
ABSTRAK
Salah satu dampak yang disebabkan oleh gempa bumi adalah fenomena hilangnya kekuatan lapisan tanah akibat getaran yang disebut dengan likuifaksi. Likuifaksi pada umumnya terjadi pada tanah pasir yang bergradasi buruk. Tanah seperti ini juga dijumpai di wilayah pembangunan Bandar Udara Medan Baru di Desa Kualanamu. Oleh karena itu, analisis terhadap potensi likuifaksi menjadi hal penting dilakukan dalam perencanaan bandar udara tersebut.
Analisis ini bertujuan untuk mengetahui tingkat potensi terjadinya likuifaksi pada lokasi apron bandar udara tersebut sebelum dilakukannya ground treatment, sehingga diharapkan hasilnya dapat dijadikan masukan atau pertimbangan bagi pemerintah, instansi terkait, dan pihak pengembang Bandar Udara Medan Baru dalam perencanaan apron bandar udara tersebut.
Analisis terhadap likuifaksi dilakukan dengan mengumpulkan data sejarah gempa yang pernah terjadi dan data lapisan tanah yang terdapat di lokasi apron Bandar Udara Medan Baru. Dari data tersebut dapat dihitung besar nilai Cyclic Stress Ratio (CSR) dan Cyclic Resistant Ratio (CRR) pada daerah itu. Dengan menghubungkan nilai nilai tersebut pada grafik yang dikemukakan oleh Seed et al, dapat ditentukan lapisan lapisan tanah yang akan terlikufaksi pada saat terjadi gempa.
Berdasarkan analisa perhitungan yang dilakukan, disimpulkan bahwa pada area apron Bandar Udara Medan Baru terdapat tanah yang berpotensi untuk terikuifaksi yaitu pada kedalaman 0 sampai 4,5 meter.
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
KATA PENGANTAR
Dengan mengucapkan puji dan syukur kepada Allah SWT yang telah
limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat meyelesaikan tugas
akhir ini, yang diajukan untuk memenuhi syarat dalam ujian sarjana Teknik Sipil
bidang studi geoteknik pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Salawat dan salam tak lupa pula hamba haturkan kepada Sang inspirasi
nabi Muhammad SAW, yang telah membawa banyak perubahan dan kebaikan
bagi seluruh umat manusia.
Adapun judul dari Tugas Akhir ini adalah Analisa Potensi Likuifaksi
Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru .
Penulis telah berusaha dengan seluruh daya upaya dalam
menyelesaikan tugas akhir ini, namun penulis menyadari masih banyak
kekurangan dari setiap sisi. Keterbatasan pengetahuan dan kurangnya pengalaman
merupakan penyebab dari ketidaksempurnaan tugas akhir ini. Oleh karena itu,
penulis mengharapkan kritik dan saran dari Bapak dan Ibu dosen serta rekan
rekan mahasiswa demi kemajuan penulis nantinya.
Penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang setinggi-
tingginya atas bimbingan dan bantuan yang diberikan untuk terselesaikannya
tugas akhir ini kepada:
Bapak Ir. Rudi Iskandar, MT selaku pembimbing yang telah banyak
meluangkan waktu, tenaga dan pikiran untuk memberikan bimbingan dan
masukan kepada penulis.
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
Bapak Prof. Dr. Ing. Johanes Tarigan sebagai Ketua Departemen Teknik
Sipil, Universitas Sumatera Utara.
Bapak Ir. Terunajaya, MSc, sebagai sekretaris Departemen Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Bapak/Ibu dosen di lingkungan Departemen Tenik Sipil, Universitas
Sumatera Utara.
Seluruh pegawai administrasi Departemen Teknik Sipil yang telah
memberikan bantuan-bantuannya.
Bapak Kuasa Pengguna Anggaran (KPA), Pejabat Pembuat Komitmen
(PPK) dan seluruh staf yang terlibat dalam proses pembangunan apron
Bandar Udara Medan Baru
Bapak Project Manager PT. Persero Waskita Karya dan seluruh staf yang
terlibat dalam proses pembangunan apron Bandar Udara Medan Baru
Teristimewa kepada Kedua orang tua saya serta abang dan kakak saya
yang telah banyak memberikan dukungan dan motivasi kepada saya
selama penulisan tugas akhir ini.
Seluruh rekan-rekan stambuk 2004, khususnya yang sudah duluan sarjana,
(Aswin, Nailul, Erick, Ian, Aca, dini, nova, dkk) yang sudah memberikan
semangat kepada saya dalam menyelesaikan tugas akhir ini
Teman teman di KOMPOSITS (Faisal, Ilham, Nasrul, Delfi, Emma,
Rhini, Aprizal, Maulana, Yudi, Anggi dkk), teruslah bersemangat dalam
menebar kebaikan dan kebenaran di manapun kita berada.
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
Sahabat sahabat di organisasi KAMMI (BFais, Amin, Wahid, David,
Qurthubi, Aulia, Asrul, Hakim, Indra, Ade, Rico, dll) yang telah banyak
memberikan nasehat nasehat kepada saya.
Teman teman pengurus Pemerintahan Mahasiswa Fakultas Teknik,
(Freddy, Diana, Muhfi, Nella, Riki, dkk), terima kasih atas segala
bantuannya selama menjalani amanah di PEMA FT USU.
Keluarga keduaku di kos-an Sofyan 100 yang menjadi sahabat di kala suka
dan duka
Abang abang senior, adik adik, serta teman lainnya yang tidak dapat
disebutkan satu persatu yang telah banyak membantu.
Sebagai hamba yang tak luput dari kesalahan, penulis menyadari bahwa
tugas akhir yang telah terselesaikan ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh
karenanya, dengan ikhlas hati penulis menerima kritik dan saran demi perbaikan
ke depan nantinya. Harapan penulis, agar kiranya tugas akhir ini dapat bermanfaat
bagi kita semua.
Medan,11 Juni 2009
04 0404 062
Muhammad Mabrur
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
DAFTAR ISI
ABSTRAK
KATA PENGANTAR
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR NOTASI
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ......................................................................... 1
1.2. Permasalahan............................................................................ 2
1.3. Tujuan dan Manfaat Penelitian................................................. 3
1.3.1. Tujuan Penelitian............................................................ 3
1.3.2. Manfaat Penelitian.......................................................... 4
1.4. Pembatasan Masalah................................................................. 4
1.5 Metodologi Penelitian............................................................... 4
BAB II STUDI LITERATUR
2.1 Gempa Bumi............................................................................. 6
2.1 Definisi Tanah........................................................................... 8
2.3 Definisi Likuifaksi ................................................................... 9
2.3.1. Pengertian likuifaksi ...................................................... 9
2.3.2. Syarat terjadinya likuifaksi ............................................ 10
2.3.3. Proses terjadinya likuifaksi ............................................ 12
2.3.4. Dampak dari terjadinya likuifaksi .................................. 15
2.4. Faktor Faktor yang Dapat Meningkatkan Potensi Terjadinya
Likuifaksi pada Suatu Lapisan Tanah ...................................... 16
2.5. Parameter-Parameter yang Mempengaruhi Potensi Likuifaksi
Pada Suatu Lahan.... 26
2.3.1. Tegangan vertikal total (v) dan tegangan vertikal
Efektif(v). 26
2.3.2. Percepatan Gempa (amax) 27
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
2.3.3. Nilai SPT (Standard Penetrometer Test......................... 31
2.3.4. Shear modulus maximum (Gmax) 31
2.3.5. Faktor reduksi (rd) 33
2.3.6. Cyclic stress ratio (CSR).. 34
2.3.7. Cyclic resistant ratio (CRR). 35
2.3.8. Relatif Density (Dr) 36
2.6. Usaha perbaikan tanah yang dapat dilakukan untuk mencegah
terjadinya likuifaksi ................................................................. 37
2.7. Analisa Potensi Likuifaksi Pada Suatu Lapisan Tanah ........... 39
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Data Umum .............................................................................. 43
3.2 Metode Pengumpulan data ....................................................... 45
3.2.1. Metode dan lokasi Pengumpulan data gempa. 45
3.2.2. Metode Pengambilan data Tanah... 49
3.3. Metode Analisis........................................................................ 51
3.4. Bagan prosedur penelitian.51
3.5. Lokasi Pengambilan sampel tanah dan pengujian SPT............ 52
BAB IV ANALISA DATA
4.1. Pemeriksaan Tanah... 54
4.1.1. Pemeriksaan Jenis dan sifat tanah... 54
4.1.2. Perhitungan nilai Dr.... 55
4.1.3. Letak geologis..... 57
4.2. Menghitung Percepatan Gempa di Batuan Dasar .................... 57
4.2.1. Berdasarkan Fungsi Atenuase Joyner and Boore57
4.2.2. Berdasarkan Fungsi Atenuase Crouse.... 61
4.3. Menghitung Percepatan Gempa di Permukaan Tanah ............. 64
4.3.1. Perhitungan pada Lokasi BH III..65
4.3.2. Perhitungan Pada Lokasi BH IV. 67
4.4. Menghitung Cyclic Stress Ratio............................................... 69
4.4.1. Pehitungan nilai CSR Lokasi BH III.. 69
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
4.4.2. Pehitungan nilai CSR Lokasi BH IV.. 71
4.5. Menghitung Cyclic Resistant Ratio ......................................... 74
4.6. Analisa Likuifaksi di setiap lapisan tanah ............................... 76
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
V.1. Kesimpulan .............................................................................. 84
V.2. Saran ........................................................................................ 84
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
DAFTAR TABEL
Tabel
2.1 : Korelasi antara Magnetude Local (ML), Percepatan Gempa (amax), Waktu
Gempa, dan Skala Intensitas MMI.......................................................... 11
2.2 : Potensi terjadinya likuifaksi pada jenis jenis lapisan tanah apabila
terjadinya gempa besar............................................................................ 24
2.3 : Hubungan antara Plastik Indeks dengan nilai K pada rumus Shear Modulus
Maximum................................................................................................ 32
2.4 : Tabel Faktor koreksi magnitude untuk pendekatan tegangan siklis...... 43
3.1 : Rencana Fasilitas Bandar Udara Medan Baru........................................ 43
4.1 : Data sifat tanah pada Lokasi III 54
4.2 : Data sifat tanah pada Lokasi IV 54
4.3 : Perhitungan Tegangan vertikal efektif pada lokasi III. 55
4.4 : Perhitungan Tegangan vertikal efektif pada lokasi IV. 56
4.5 : Perhitungan nilai Dr pada lokasi III.. 56
4.6 : Perhitungan nilai Dr pada lokasi IV. 56
4.7 : Daftar kejadian gempa dengan PGA terbesar tiap tahunnya (berdasarkan
fungsi atenuase joyner and Boore)... 58
4.8 : Metode Perhitungan percepatan rencana menurut gumble (berdasarkan fungi
atenuase Joyner and Boore)......... 59
4.9 : Daftar kejadian gempa dengan PGA terbesar tiap tahunnya (berdasarkan
fungsi atenuase Crouse). 61
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
4.10 : Metode perhitungan percepatan rencana menurut gumble (berdasarkan
fungi atenuase Joyner and Boore) 62
4.11 : Pembagian kasus yang kemungkinan terjadipada kedua lokasi tanah. 65
4.12 : Data lapisan lokasi III yang dibutuhkan untuk aplikasi Edu Shake.. 65
4.13 : Percepatan gempa pada lokasi IV... 67
4.14 : Data lapisan lokasi IV yang dibutuhkan untuk aplikasi Edu Shake 67
4.15 : Percepatan gempa pada lokasi IV 68
4.16 : Perhitungan Nilai Faktor koreksi. 69
4.17 : nilai tegangan total dan tegangan vertikal efektif pada lokasi III 69
4.18 : perhitungan nilai CSR pada kasus I di lokasi III 70
4.19 : perhitungan nilai CSR pada kasus II di lokasi III70
4.20 : perhitungan nilai CSR pada kasus III di lokasi III. 71
4.21 : perhitungan nilai CSR pada kasus IV di lokasi III. 71
4.22 : Nilai tegangan total dan tegangan vertikal efektif pada lokasi IV. 72
4.23 : perhitungan nilai CSR pada kasus I di lokasi IV.72
4.24 : perhitungan nilai CSR pada kasus II di lokasi IV... 72
4.25 : perhitungan nilai CSR pada kasus III di lokasi IV. 73
4.26 : Perhitungan nilai CSR pada kasus IV di lokasi IV. 73
4.27 : Perhitungan nilai N(60) pada Lokasi BH III. 74
4.28 : Perhitungan nilai N1(60) pada Lokasi BH III.. 75
4.29 : Perhitungan nilai N(60) pada Lokasi BH IV 75
4.30 : Perhitungan nilai N1(60) pada Lokasi BH IV.. 76
4.31 : Korelasi hasil perhitungan CSR dan CRR pada Lokasi III.................. 76
4.32 : Korelasi hasil perhitungan CSR dan CRR pada Lokasi IV.................. 76
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
4.33 : Hasil analisa pada lokasi III.................................................................. 79
4.34 : Hasil analisa pada lokasi IV.................................................................. 79
4.35 : Evaluasi potensi likuifaksi pada Lokasi III (kasus I)............................ 80
4.36 : Evaluasi potensi likuifaksi pada Lokasi III (kasus II)........................... 80
4.37 : Evaluasi potensi likuifaksi pada Lokasi III (kasus III).......................... 81
4.38 : Evaluasi potensi likuifaksi pada Lokasi III (kasus IV).......................... 81
4.39 : Evaluasi potensi likuifaksi pada Lokasi IV (kasus I)............................ 82
4.40 : Evaluasi potensi likuifaksi pada Lokasi IV (kasus II)........................... 82
4.41 : Evaluasi potensi likuifaksi pada Lokasi IV (kasus III).......................... 83
4.42 : Evaluasi potensi likuifaksi pada Lokasi IV (kasus IV).......................... 83
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
DAFTAR GAMBAR Gambar
2.1 : Kondisi partikel tanah saat normal (sebelum terjadinya kenaikan tegangan
air pori)..................................................................................................... 13
2.2 : Kondisi partikel tanah saat menerima getaran (saat terjadinya kenaikan
tegangan air pori)..................................................................................... 14
2.3 : Bangunan yang Ambles karena hilangnya daya dukung tanah akibat
likuifaksi.................................................................................................. 15
2.4 : Tangki yang muncul ke permukaan tanah tekanan tekanan ke atas akibat
likuifaksi.................................................................................................. 15
2.5 : Peta zona gempa dipermukaan tanah tahun 1987.................................... 29
2.6 : Peta zona gempa dan percepatan gempa dipermukaan tanah tahun
2002......................................................................................................... 30
2.7 : Peta zona gempa dan percepatan gempa dipermukaan tanah tahun
2007......................................................................................................... 30
2.8 : Grafik Faktor reduksi, rd (Seed and Idriss, 1971)................................... 33
2.9 : Grafik Hubungan antar Cyclic Stress Ratio ( 'v
cyc
)dengan (N1)60 untuk
magnitude gampa, M 7,5 (Seed et al)...................................................... 42
3.1: Rancangan Bandar Udara Medan Baru..................................................... 44
3.2 : Peta Lokasi Bandar Udara Medan baru.................................................... 44
3.3 : Asumsi Kejadian gempa menurut Gumble... 47
3.4: Proses Pengambilan sampel tanah serta Uji SPT tanah dengan menggunakan
Bor Mesin 50
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
3.5 : Bagan prosedur penelitian.... 52
3.6 : Lokasi pengambilan data lapisan tanah 53
4.1 :Sampel tanah yang mengandung fosil kerang... 57
4.2 : Grafik Percepatan gempa pada lapisan tanah lokasi III 66
4.3 : Grafik Percepatan gempa pada lapisan tanah lokasi IV... 68
4.4 : hubungan antara CSR dan CRR pada Grafik Seed et al (lokasi III)......... 77
4.5 : hubungan antara CSR dan CRR pada Grafik Seed et al (lokasi IV)......... 78
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
DAFTAR NOTASI
Notasi
amax = Percepatan gempa maksimum
Cb = Korelasi diameter borelog.
Cr = Panjang rod
CRR = Cyclic Resistant Ratio
CSR = Cyclic Stress Ratio
CSRM = CSR pada magnetude = M
Dr = Relatif Density
e = Angka Pori
Em = Efesiensi hammer
g = Grafitasi
Gmax = Modulus Geser maksimum
Gs = Specific Grafity (Berat jenis tanah)
h = Kedalaman fokus
H = Tebal Lapisan Tanah
Ko = Koefisien tekanan tanah dalam
LL = Liquid Limit
M = Magnetude Gempa
MMI = Modified Mercally Intensity
Mw = Momen magnetude gempa
N SPT = hasil test SPT
(N)60 = Nilai N SPT yang dikoreksi terhadap prosedur pengujian lapangan
OCR = Over Consolidated Ratio
PGA = Peak Ground Acceleration, dalam gal (1g = 1000 gal)
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
PI = Indeks Plastisitas
R = Jarak Hipocentre (Km), R2 = ro + h2
rd = Faktor Reduksi
ro = Jarak terdekat dari lokasi ke proyeksi vertikal dari gempa akibat
aktivitas pada permukaan tanah (epicentre)
SPT = Standard Penetration Test
T = Periode Ulang
w = Kadar Air
= Jumlah gempa rata rata pertahun (Metode Gumble)
= Parameter yang menyatakan hubungan antara distribusi gempa dengan
magnetude (Metode Gumble)
= Berat isi tanah
sat = Berat isi Jenuh Tanah
w = Berat isi air
cyc = Tegangan geser rata rata
0 = Tegangan efektif octahedral = )2(31
0 vv K +
'v = Tegangan vertikal efektif
v = Tegangan vertikal total
= Tegangan air pori
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Indonesia termasuk daerah yang memiliki aktifitas gempa yang
tinggi. Hal ini disebabkan lokasi Indonesia yang terletak pada pertemuan
empat lempeng tektonik utama bumi yaitu Lempeng Eurasia, Indo-Australia,
Pasifik dan Philipine.
Oleh sebab itu, setiap perencanaan pembangunan di Indonesia, perlu
juga memperhitungkan resiko resiko yang disebabkan oleh terjadinya
gempa. Resiko resiko tersebut, bukanlah hanya resiko terjadi pada
kegagalan pada struktur bangunan saja, namun juga resiko kegagalan yang
akan terjadi pada struktur tanah yang mendukung / menopang bangunan di
atasnya.
Dalam tugas akhir ini, penulis akan membahas salah satu kegagalan
yang terjadi pada struktur tanah sehingga menjadikan tanah tersebut tidak
memiliki kekuatan untuk mendukung / menopang bangunan di atasnya yang
disebut likuifaksi.
Likuifaksi adalah proses hilangnya kekuatan tanah akibat tegangan
air pori yang timbul akibat beban siklis (berulang). Sehingga tegangan tanah
total hampir seluruhnya digantikan oleh tegangan air pori (Persamaan 1.1).
0' = vv .(1.1)
Dimana :
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
'v = Tegangan vertikal efektif
v = Tegangan vertikal total
= Tegangan air pori
Perhitungan likuifaksi pada umumnya dilakukan pada tanah yang
memiliki gradasi buruk seperti SP (Sandy Poor) atau yang disebut dengan
pasir lepas, karena pada tanah seperti ini lebih banyak berpotensi
menyimpan air dibandingkan dengan tanah yang bergradasi baik.
Likuifaksi akan menyebabkan kerusakan pada struktur tanah antara
lain Lateral Spreading ataupun Sand Boiling secara tiba tiba saat
terjadinya gempa, sehingga struktur di atas tanah tersebut umumnya tidak
dapat dipergunakan lagi.
1.2. Permasalahan
Secara umum Indonesia di bagi menjadi 6 wilayah gempa. Wilayah
tersebut terbagi menurut tingkat aktifitas gempa yang terjadi. Kota Medan
Provinsi Sumatera Utara terletak pada wilayah 4, dimana percepatan gempa
standar di permukaan tanah pada wilayah ini adalah 0.25 g (1g = 9.8m/s).
Namun nilai percepatan ini tidak dapat digunakan di seluruh tanah di Kota
Medan, sebab nilai ini sangat dipengaruhi oleh sifat sifat lapisan tanah.
Oleh karena itu perlu dilakukan perhitungan kembali terhadap nilai
percepatan tanah di permukaan tanah, sebab hal ini sangat berpengaruh
terhadap pembangunan fisik yang akan dilaksanakan pada Kota Medan,
termasuk pembangunan bangunan strutur pada Bandar Udara Medan Baru di
Desa Kuala Namu.
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
Pada masa lampau wilayah Desa Kuala Namu merupakan wilayah
lautan, namun lama kelamaan permukaan air laut mengalami penurunan,
sehingga daerah tersebut menjadi sebuah daratan dan akhirnya menjadi
sebuah pedesaan. Hal ini terbukti dengan ditemukannya fosil kerang pada
saat dilakukan investigasi tanah di lokasi ini. Selain itu, dari hasil investigasi
yang telah dilakukan juga dapat disimpulkan bahwa tanah yang terdapat di
lokasi apron Bandar Udara Medan Baru adalah tanah berjenis SP (Sandy
poor) atau tanah pasir yang bergradasi buruk.
Oleh karena itu, secara teoritis dapat disimpulkan bahwa wilayah
pembangunan apron Bandar Udara Medan Baru adalah wilayah yang
berpotensi terjadinya likuifaksi. Namun karena hal tersebut masih
merupakan teori, maka melalui tugas akhir ini akan diperhitungkan potensi
terjadinya likuifaksi secara analitis.
1.3. Tujuan dan Manfaat Penelitian
1.3.1. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah :
1. Untuk mengetahui tingkat potensi terjadinya likuifaksi pada
lokasi apron Bandar Udara Medan Baru sebelum dilakukannya
ground treatment pada lahan tersebut.
2. Untuk mengetahui perubahan nilai percepatan gempa dari batuan
dasar sampai ke permukaan tanah di lokasi apron Bandar Udara
Medan Baru.
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
1.3.2. Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat dijadikan masukan atau
pertimbangan bagi pemerintah, instansi terkait, dan pihak
pengembang Bandar Udara Medan Baru dalam perencanaan apron
Bandar Udara Medan Baru.
1.4. Pembatasan Masalah
Pembatasan masalah yang diambil untuk mempermudah
penyelesaian penelitian ini adalah :
1. Area yang diteliti adalah area apron Bandar Udara Medan Baru dan
belum diadakan perbaikan ataupun penimbunan.
2. Data tanah yang digunakan diambil dari dua lokasi yang dinilai paling
kritis dari beberapa lokasi investigasi yang dilakukan oleh PT. Waskita
Karya Pesero.
3. Fungsi atenuase yang digunakan dalam analisa resiko gempa adalah
fungsi atenuase Joyner & Boore (1988) dan Crouse (1991).
4. Input gempa yang digunakan adalah Treasure Island dan Elcentro.
1.5. Metodologi Penelitian
Penulisan tugas akhir ini dilakukan dengan metodologi sebagai
berikut :
1. Mengumpulkan data gempa dengan magnitude di atas 5 Skala Richter
(SR) yang terjadi dalam radius 500 km dari lokasi apron Bandar Udara
Medan Baru dari tahun 1973 sampai tahun 2008.
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
2. Menghitung percepatan tanah di batuan dasar dengan menggunakan
metode Gumble untuk priode ulang 200 tahun.
3. Menghitung percepatan tanah di permukaan tanah dengan
menggunakan program Edu Shake.
4. Menghitung potensi terjadinya likuifaksi dengan menggunakan grafik
hubungan Cyclic Stress Ratio (CSR) dengan Cyclic Resistant Ratio
(CRR) yang dikemukaan oleh Seed et al.
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
BAB II
STUDI LITERATUR
2.1. Gempa Bumi
Gempa bumi adalah getaran yang terjadi di permukaan bumi. Gempa
bumi dapat disebabkan oleh beberapa hal, di antaranya adalah keruntuhan
tanah di dalam gua, tumbukan antara meteor dan permukaan bumi, serta
peristiwa vulkanik. Namun pada umumnya gempa bumi disebabkan oleh
pergerakan lempengan bumi (peristiwa tektonik).
Walaupun bumi ini padat, namun lempeng bumi selalu bergerak,
pergesekan antara lempeng bumi menimbulkan tekanan berupa desakan
antara kedua lempeng, apabila tekanan tersebut tidak tertahankan lagi, maka
akan terjadi gempa bumi.
Setiap hari bumi mengalami gempa, namun kebanyakan dalam skala
kecil dan tidak menyebabkan kerusakan apa apa. Gempa bumi kecil dapat
juga mengiringi gempa bumi besar, dan dapat terjadi sesudah, sebelum, atau
selepas gempa bumi besar tersebut.
Secara geografis Pulau Sumatera terletak di antara 6 LU dan 6 LS,
serta di antara 95 BT dan 107 BT. Pada bagian barat Pulau Sumatera
terdapat pertemuan atau benturan dari dua lempeng bumi yaitu Lempeng
Eurasia dan Lempeng India Australia. Zona ini disebut juga zona subduction
karena Lempeng Samudra Hindia - Australia terus aktif bergerak
menghujam ke dalam Lempeng Eurasia (Eropa Asia). Gerakan Lempeng
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
Samudera Hindia Australia lebih aktif dibandingkan dengan Lempeng
Benua Eurasia. Dorongan lempeng itu terhadap bagian Pulau Sumatera
adalah sebesar 5,2 cm/tahun, sedangkan terhadap bagian selatan Pulau
Sumatera adalah sebesar 6 cm/tahun.
Akibat dorongan itu, Pulau Sumatera terbelah menjadi dua secara
memanjang pulau. Lokasi belahan tersebut disebut dengan sesar (Sesar
Semangko). Bagian patahan yang kecil (sebelah barat daya) bergerak ke
arah barat laut, sedangkan bagian yang besar (sebelah timur laut) bergerak
ke tenggara. Pada daerah patahan, desakan dilawan oleh Lempeng Eurasia
dengan gerakan ke arah barat daya. Bagian utara bergerak dengan kecepatan
2,7 cm/tahun, sedangkan bagian selatan bergerak dengan kecepatan 1
cm/tahun. Akibat gerakan gerakan ini, wilayah Pulau Sumatera menjadi
daerah yang memiliki seismisitas cukup tinggi.
Pada beberapa tahun terakhir ini bencana alam berupa gempa bumi
makin sering terjadi di Pulau Sumatera khususnya bagian utara, rangkaian
gempa ini bermula sejak Gempa Simeulu pada tahun 2002 dengan
magnetude 7.4 SR. Sejak terjadinya gempa tersebut, Pulau Sumatera
semakin sering mengalami gempa baik gempa berskala besar maupun kecil,
sehingga puncaknya adalah Gempa Aceh pada tanggal 26 Desember 2004
dengan magnetude 9.0 SR yang juga memicu terjadinya tsunami serta
menewaskan ribuan jiwa. Setelah itu terjadi lagi Gempa Nias pada tangga 25
maret 2005 dengan magnetude 8.6 SR.
Ada fenomena kerusakan yang luar biasa terjadi pada saat terjadi
bencana di atas. Dari pemantauan yang dilakukan, terdapat beberapa kasus
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
likuifaksi terjadi di beberapa daerah di Aceh dan Nias. Hal ini
mengindikasikan beberapa dataran di Pulau Sumatera tidak aman terhadap
bahaya likuifaksi apabila terjadinya gempa besar.
2.2. Definisi Tanah
Pada kondisi alami, tanah terdiri dari campuran butiran butiran
mineral dengan atau tanpa kandungan bahan organik. Butiran butiran
tersebut dapat dengan mudah dipisahkan satu sama lain dengan kocokan air.
Tanah berasal dari pelapukan batuan, baik secara fisik maupun kimia. Sifat-
sifat teknis tanah, kecuali oleh sifat batuan induk yang merupakan material
asal, juga dipengaruhi oleh unsur-unsur luar yang menjadi penyebab
terjadinya pelapukan batuan tersebut.
Istilah-istilah seperti kerikil, pasir, lanau dan lempung digunakan
dalam teknik sipil untuk membedakan jenis-jenis tanah. Pada kondisi alam,
tanah dapat terdiri dari dua atau lebih campuran jenis-jenis tanah dan
kadang-kadang terdapat pula kandungan bahan organik. Material
campurannya kemudian dipakai sebagai nama tambahan di belakang
material unsur utamanya. Sebagai contoh, lempung berlanau adalah tanah
lempung yang mengandung lanau dengan material utamanya adalah
lempung dan sebagainya.
Tanah terdiri dari 3 komponen, yaitu udara, air dan bahan padat.
Udara dianggap tidak mempunyai pengaruh teknis, sedangkan air sangat
mempengaruhi sifat-sifat teknis tanah. Ruang di antara butiran-butiran,
sebagian atau seluruhnya dapat terisi oleh air atau udara. Bila rongga
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
tersebut terisi air seluruhnya, tanah dikatakan dalam kondisi jenuh. Bila
rongga terisi udara dan air, tanah pada kondisi jenuh sebagian (partially
saturated). Tanah kering adalah tanah yang tidak mengandung air sama
sekali atau kadar airnya nol.
Tanah pada kondisi jenuh, umumnya tanah lebih berbahaya terhadap
bangunan struktur dibandingkan dengan tanah dalam kondisi kering.
Likuifaksi merupakan salah satu bahaya yang berpotensi terjadi pada tanah
dalam kondisi jenuh.
2.3. Definisi Likuifaksi
2.3.1. Pengertian Likuifaksi
Likuifaksi merupakan fenomena hilangnya kekuatan lapisan
tanah akibat getaran. Getaran yang dimaksud dapat berupa getaran
yang berasal dari gempa bumi maupun yang berasal dari
pembebenan cepat lainnya.
Ketika mengalami getaran tersebut sifat lapisan tanah
berubah menjadi seperti cairan sehingga tak mampu menopang
beban bangunan di dalam atau di atasnya.
Likuifaksi biasanya terjadi pada tanah yang jenuh air, dimana
seluruh rongga-rongga dari tanah tersebut dipenuhi oleh air. Pada
saat mengalami getaran, air ini memberikan suatu tekanan di
partikel-partikel tanah sehingga mempengaruhi kepadatan dari tanah
tersebut.
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
Sebelum terjadinya gempa bumi, tekanan air pada suatu tanah
secara relatif rendah. Namun setelah menerima getaran, tekanan air
dalam tanah meningkat, sehingga dapat menggerakkan partikel-
partikel tanah dengan mudah.
Setelah digerakkan oleh air, maka partikel tanah tidak
memiliki lagi kekuatan atau daya dukung, sehingga daya dukung
tanah sepenuhnya berasal dari tegangan air pori. Pada kondisi ini,
tanah sudah berbentuk cairan yang tidak lagi memiliki kestabilan,
sehingga beban - beban yang ada di atas tanah tersebut seperti beban
dari struktur bangunan akan ambles kedalam tanah. Sebaliknya
tangki tangki yang berada di dalam tanah akan mengapung dan
muncul kepermukaan tanah.
Penggetaran pada tanah yang paling sering memicu
peningkatan tegangan air pori adalah penggetaran yang berasal dari
gempa bumi, tetapi aktivitas-aktivitas yang berkaitan konstruksi
seperti peledakan dapat juga menyebabkan peningkatan tegangan air
pori tersebut.
2.3.2. Syarat terjadinya likuifaksi
Likuifaksi hanya bisa terjadi dengan syarat tertentu, apabila
suatu tanah tidak memenuhi syarat-syarat tersebut, maka tanah
tersebut tidak berpotensi untuk terjadi likuifaksi. Oleh karena itu
perencana pembangunan harus menghindari tanah-tanah yang telah
memenuhi syarat-syarat terjadinya likuifaksi.
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
Likuifaksi biasanya terjadi pada tanah atau lahan yang tidak
padat. Misalnya tanah yang terbentuk dari pasir, endapan bekas delta
sungai, dan bahan-bahan lainnya. Tanah semacam itu cenderung
tidak padat sehingga memiliki rongga yang banyak.
Syarat kedua adalah sumber air yang dangkal, misalnya,
kedalamannya hanya 2 hingga 4 meter di bawah permukaan tanah.
Likuifaksi di daerah yang disebutkan di atas akan terjadi jika
adanya gempa dengan kekuatan mencapai MMI (Modified Mercally
Intensity) VI. MMI mengukur kekuatan gempa berdasarkan
dampaknya, dengan skala I hingga XII. Pembagian skala MMI dapat
dilihat pada Tabel 2.1:
Tabel 2.1 : Korelasi antara Magnetude Local (ML), Percepatan Gempa (amax), Waktu Gempa, dan Skala Intensitas MMI Menurut Yaets et al., Gere and Shah dan Housner
Lokal Magnitude
(ML)
Percepatan gempa
amax
Waktu Gempa (det)
Skala Intensitas MMI
2 - - I II
3 - - III
4 - - IV V
5 0.09 g 2 VI VII
6 0.22 g 12 VII VIII
7 0.32 g 24 IX X
8 0.50 g 34 XI - XII
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
Pada skala MMI I, getaran tidak dirasakan, kecuali dalam
keadaan luar biasa oleh beberapa orang. MMI XII terjadi jika
bangunan-bangunan yang kena gempa hancur sama sekali. Pada
kondisi ini, gelombang tampak pada permukaan tanah, pemandangan
menjadi gelap dan benda-benda terlempar ke udara.
Likuifaksi dapat terjadi pada MMI VI contohnya pada 1883,
ketika gunung Krakatau meletus, Jakarta mengalami gempa dengan
kekuatan MMI VI. Pada saat itu, banyak bangunan hancur. Sejumlah
lahan juga ambles.
Secara umum dapat disimpulkan bahwa syarat-syarat
terjadinya likuifaksi pada suatu wilayah adalah :
a. Lapisan tanah berupa pasir atau lanau,
b. Lapisan tanah jenuh air,
c. Lapisan tanah bersifat lepas (tidak padat),
d. Terjadi gempa bermagnitudo di atas 5,0, dan
e. Berkecepatan gempa lebih dari 0.1 g.
Menurut Adrin Tohari, ketua Tim Kajian Likuifaksi dan
Sumber Daya Air Pusat Penelitian (Puslit) Geoteknologi LIPI
Kelima syarat itu harus ada untuk menyatakan terjadi likuifaksi.
2.3.3. Proses terjadinya likuifaksi
Untuk memahami proses terjadinya likuifaksi, perlu kita
pahami terlebih dahulu bahwa suatu endapan tanah terdiri dari
partikel-partikel. Jika kita perhatikan setiap partikel tersebut letaknya
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
saling berdekatan, sehingga setiap partikel memiliki kontak dengan
partikel yang lain (Gambar 2.1). Dengan adanya kontak antar
partikel tersebut, tanah menjadi memiliki suatu kekuatan untuk
memikul beban diatasnya, sebab kondisi seperti ini menjadikan
beban yang berada di atas tanah akan dipikul secara bersamaan oleh
seluruh partikel. Dan akhirnya beban tersebut akan di salurkan ke
lapisan batuan dasar di bagian bawah lapisan tanah tersebut tanah.
Gambar 2.1 : Kondisi partikel tanah saat normal (sebelum terjadinya kenaikan tegangan air pori)
Pada kondisi tanah seperti Gambar 2.1 tampak bahwa banyak
rongga antar partikel tanah yang penuhi air. Pada kondisi nomal, air
tersebut memiliki tekanan air pori yang relatif rendah.
Pada saat menerima tekanan dari getaran secara tiba - tiba, air
tesebut akan terdesak sehingga ia akan menaikkan tekanannya untuk
dapat mencari jalan keluar. Namun, pada saat tejadinya gempa, air
tersebut tidak memiliki cukup waktu untuk berdisipasi keluar dari
tanah melalui rongga-rongga tanah, sehingga sebagai gantinya air
tesebut mendorong partikel-partikel tanah sehingga beberapa partikel
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
tanah sebelumnya berhubungan menjadi menjauh (Gambar 2.2). Dan
akhirnya partikel tanah tidak dapat mendistribusikan beban lagi
dengan maksimal.
Gambar 2.2 : Kondisi partikel tanah saat mengalami getaran. (saat terjadinya kenaikan tegangan air pori)
Pada kondisi seperti ini, sebagian besar beban dipikul oleh
air. Sehingga pemikulan beban pada tanah tersebut menjadi tidak
stabil. Kondisi ini dapat dianalogikan seperti beban sebuah kapal
yang mengapung diatas air. Apabila air tidak dapat memilikul beban
dari kapal tersebut, maka kapal tersebut akan tenggelam ke dalam
air.
Hal tersebut terjadi juga pada beban dari gedung pada tanah
yang mengalami likuifaksi, maka gedung tersebut akan tenggelam ke
dalam tanah.
Dalam satu kejadian yang lebih ekstrim lagi, tekanan air pori
dapat menjadi sangat tinggi sehingga banyak lebih banyak lagi
partikel yang tedorong sehingga tidak ada lagi yang berhubungan.
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
Dalam kasus-kasus yang demikian, kekuatan tanah itu akan menjadi
sangat kecil, dan akan bertindak lebih seperti suatu zat cair dibanding
suatu padat.
2.3.4. Dampak dari terjadinya likuifaksi
Likuifaksi telah banyak menjadi penyebab dari hancurnya
bangunan struktur di beberapa kejadian gempa bumi. Berdasarkan
simulasi yang dilakukan di Jepang, goncangan akibat gempa,
membuat bangunan di atasnya ambles (Gambar 2.3), sedangkan
benda di dalam tanah seperti tangki minyak muncul ke permukaan
(Gambar 2.4). Seperti yang terjadi di Kota Cilacap, terdapat dua
tangki yang berdekatan dengan pantai, yaitu tangki Pertamina dan
Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) yang muncul ke permukaan
tanah pasca kejadian gempa.
Manhole
Manhole
Sand Boiling
Rigid pipe
Flexible pipe
Lift Up Force
Rigid pipe
Flexible pipe
Gambar 2.3 : Bangunan yang ambles karena hilangnya daya dukung tanah akibat likuifaksi
Gambar 2.4 : Tangki yang muncul ke permukaan tanah tekanan
tekanan ke atas akibat likuifaksi
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
Selain hal di atas, beberapa fenomena likuifaksi yang pernah
ditemui di Indonesia di kawasan pascagempa, di antaranya berupa
semburan pasir yang menyumbat sumur artesis/gali seperti di Bantul,
dan perpindahan lateral pada permukaan datar yang terlihat retakan
seperti di Bandara Adisucipto, Yogyakarta. Ada pula longsoran
lereng tanah, kegagalan pondasi jembatan (loss of bearing capacity),
dan bangunan ambles (ground settlement).
2.4. Faktor Faktor yang dapat meningkatkan potensi terjadinya likuifaksi
pada suatu lapisan tanah
Ada banyak faktor yang dapat meningkatkan potensi terjadinya
proses likuifaksi pada suatu lapisan tanah. Berdasarkan hasil observasi-
observasi lapangan dan uji laboratorium, serta studi-studi yang telah
dilakukan para ahli maka dapat disimpulkan faktor yang berpengaruh dalam
meningkatkan potensi terjadinya likuifaksi pada suatu lapisan tanah adalah
sebagai berikut:
1. Intensitas dan durasi dari gempa yang terjadi
Getaran adalah syarat utama untuk terjadinya likuifaksi. Sumber
getaran yang paling umum terjadi adalah getaran yang berasal dari
gempa bumi. Karakter dari gerakan gempa bumi, seperti percepatan dan
jangka waktu penggetaran sangat menentukan regangan geser yang akan
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
mendorong partikel-partikel tanah. Dorongan terhadap partikel inilah
yang menyebabkan berkurangnya kontraksi atau ikatan antar butiran
partikel tanah tersebut yang pada akhirnya menjadi penyebab terjadinya
likuifaksi.
Efek dari gempa bumi yang paling berpengaruh dalam
meningkatkan potensi terjadinya likuifaksi adalah energi yang
dilepaskan ketika terjadinya gempa bumi. Potensi untuk terjadinya
likuifaksi akan meningkat ketika intensitas gempa bumi dan jangka
waktu penggetaran juga meningkat. Maka gempa bumi yang paling
berbahaya adalah gempa bumi yang bermagnetudo besar dalam jangka
waktu yang lama.
Dari data yang telah dikumpulkan oleh para ahli, ditemukan
bahwa batas dari nilai percepatan gempa yang dapat mengakibatkan
likuifaksi pada suatu lokasi adalah 0.1g, dan magnetude lokal adalah 5.0
(National Research Council 1985, Ishihara). Dengan demikian, suatu
analisis terhadap likuifaksi umumnya tidak diperlukan lagi pada lokasi-
lokasi yang mempunyai percepatan gempa kurang dari 0,10g atau yang
bermagnetudo lokal kurang dari 5,0 SR.
Di samping gempa bumi, kondisi-kondisi lain dapat
menyebabkan likuifaksi, seperti peledakan yang di bawah permukaan
tanah, pemancangan tiang pondasi, serta getaran getaran dari lalu lintas
dan kereta api.
2. Posisi letak permukaan air tanah
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
Kondisi tanah yang berpotensi tejadinya likuifaksi adalah tanah
yang memiliki permukaan air tanah dekat dengan permukaan tanah.
Lapisan tanah yang tak jenuh air di atas permukaan air tanah tidak akan
terlikuifaksi.
Hal ini menunjukkan bahwa lapisan tanah yang berada di atas
permukaan tanah yang tidak mungkin terendam air, maka tidak mungkin
terjadi likuifaksi. Untuk lahan-lahan seperti itu secara umum tidak perlu
untuk dievaluasi untuk potensi likuifaksi.
Pada lokasi-lokasi di mana permukaan air tanah sering berubah -
ubah, maka potensi terjadinya likuifaksi akan juga berubah-ubah. Secara
umum, tingkatan permukaan air tanah tertinggi dalam sejarah harus
digunakan dalam analisis likuifaksi, kecuali jika informasi yang lain
menandai adanya suatu tingkat yang lebih rendah atau yang lebih tinggi.
3. Jenis Tanah
Pada Umumnya, kebanyakan dari jenis tanah di bumi berpotensi
untuk terjadinya likuifaksi. Ishihara (1985) mengatakan bahwa "Tanah
yang telah diketahui akan beresiko untuk terjadinya likuifaksi selama
gempa bumi dapat ditemui di dalam lapisan tanah yang terdiri butiran
pasir kecil hingga butiran pasir medium serta pasir yang berisi debu yang
berplastisitas rendah. Namun adakalanya, terjadi juga kasus-kasus
likuifaksi pada tanah yang berkerikil".
Dengan demikian, jenis tanah yang rentan kepada likuifaksi
adalah tanah yang bersifat tidak berplastisitas (non plasticity) atau tanah
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
yang berplastisitas rendah (low plasticity). Jika diurutkan dari yang
paling kecil sampai yang paling besar daya tahannya terhadap
likuifaksinya maka akan di peroleh data sebagai berikut:
a. Pasir bersih
b. Pasir berlanau tidak berplastisitas
c. Lanau tidak berplastisitas
d. Kerikil-kerikil
Seed et al. (1983) menyatakan bahwa berdasar pada uji
laboratorium dan uji lapangan, mayoritas tanah kohesif tidak akan
terlkuifaksi jika terjadi gempa bumi. Namun sesudah itu, pada tahun
1999, dengan menggunakan kriteria Seed dan Idriss tersebut Youd dan
Gilstrap, mengemukakan bahwa tanah kohesif dapat terlikuifaksi jika
memenuhi tiga kriteria. Ketiga syarat yang dimaksud adalah sebagai
berikut:
a. Jumlah butiran partikel yang lebih kecil dari 0.005 mm harus kurang
dari 15 % berat kering tanah tersebut.
b. Tanah harus mempunyai suatu batas cair (LL) yang kurang dari 35 %
(LL < 35)
c. Kadar air (w), tanah harus lebih besar dari 0.9 dari batas cair tanah
tersebut [w > 09 (LL)].
Jika satu saja dari parameter di atas tidak dipenuhi dari suatu
tanah yang kohesif maka tanah tesebut tidak berpotensi terjadi likuifaksi.
Walaupun tanah yang kohesif tersebut tidak mungkin terlikuifaksi,
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
namun pada tanah tersebut masih ada kemungkinan terjadinya
pengurangan kekuatan geser bersama terjadinya getaran.
4. Rapat relatif tanah (Dr)
Berdasarkan uji lapangan, tanah yang berkohesi rendah dan
memiliki rapat relatif yang rendah diketahui bahwa memiliki potensi
likuifaksi yang tinggi. Pada pasir lepas yang tidak berplastisitas kenaikan
tegangan air pori pada saat terjadinya gempa akan lebih cepat
dibandingkan dengan pasir yang padat.
Poulos et al. (1985) menyatakan bahwa jika suatu lapisan tanah
bersifat delative tidak perlu di evaluasi terhadap likuifaksi, sebab
tegangan geser basah pada tanah yang dilative lebih besar dibandingkan
dengan tegangan geser keringnya.
5. Gradasi ukuran partikel
Bentuk butiran tanah yang seragam cenderung membentuk tanah
yang kurang stabil dibandingkan dengan tanah yang bergradasi baik.
Pada tanah yang bergradasi baik, butiran yang lebih kecil
mengisi spasi/rongga yang ada sehingga dapat mengurangi ruang
ruang yang dapat diisi oleh air. Hal ini dapat mengurangi tekanan air
pori pada saat terjadinya gempa.
Menurut Kramer, kebanyakan dari kejadian likuifaksi terjadi ada
tanah yang bergradasi buruk.
6. Letak geologis tanah
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
Tanah yang terletak dalam air lebih cenderung untuk terlikuifaksi
karena struktur tanah pada daerah tersebut biasanya memiliki sifat
butiran partikel yang saling lepas. Sebagai contohnya, tanah-tanah yang
terdapat dalam sungai, danau, atau pun samudera akan memiliki partikel
tanah yang tidak mengikat satu sama lainnya.
Apabila terjadi goncangan maka tanah yang memiliki sifat
butirannya saling lepas akan teruirai lebih cepat dibandingkan dengan
tanah yang memiliki ikatan antar partikelnya. Sehingga potensi
terjadinya likuifaksi lebih besar pada tanah yang berbutir lepas.
Jenis tanah yang memiliki butiran yang cenderung lepas yaitu
lakustrin (danau), tanah endapan, dan tanah atau daratan yang terbentuk
akibat turunnya muka air laut seperti tanah yang terdapat pada Desa
Kuala Namu.
7. Kondisi - kondisi drainase
Jika air yang terkandung pada suatu lapisan tanah dapat dengan
segera dialirkan, maka lahan tersebut tidak akan terjadi likuifaksi. Oleh
karena itu pembangunan drainase pada suatu lahan yang berpotensi
terjadi likuifaksi sangat penting dilakukan agar air yang terdapat dalam
lahan dapat dengan segera dialirkan keluar dari lahan.
8. Tegangan Selimut (Confining Pressures)
Semakin besar semakin Confining Pressures pada suatu lapisan
tanah, semakin kecil potensi likuifaksi pada lapisan tanah tersebut.
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
Confining Pressure pada suatu lapisan tanah yang lebih dalam biasanya
lebih tinggi dibandingkan dengan confining presure pada permukaan
tanah.
Dari beberapa kasus likuifaksi menunjukkan bahwa daerah yang
berpotensi terjadinya likuifaksi biasanya hanya sampai kedalaman
sekitar 50 feet (15m) saja. Pada lapisan tanah yang lebih dalam secara
umum tidak terjadi liquifaksi karena adanya tegangan selimut yang lebih
tinggi.
Namun hal ini bukan berati bahwa suatu analisis likuifaksi hanya
dilakukan sampai kedalaman 50 feet (15 m) saja. Dalam beberapa kasus,
ada juga likuifaksi yang terjadi dikedalaman lebih dari 50 feet.
Oleh karena itu, suatu analisis likuifaksi harus dilaksanakan pada
setiap lapisan tanah yang mempunyai rongga yang berisi air walaupun
kedalamannya sudah melebihi 50 feet (15 m).
Demikian juga pada suatu tanah timbunan yang belum
terkonsolidasi juga memerlukan suatu penyelidikan likuifaksi lebih dari
kedalaman 50 feet (15 m).
Maka dari itu perlu adanya pertimbangan yang tepat dalam
menentukan batas akhir dari analisis potensi terjadinya likuifaksi pada
suatu lapisan tanah.
9. Bentuk Partikel
Bentuk partikel tanah juga mempengaruhi potensi terjadinya
likuifaksi. Pada tanah yang memiliki partikel berbentuk bulat akan
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
terjadi rongga atau pori tanah yang lebih banyak dibangdingkan dengan
tanah yang memiliki partikel bersudut. Banyaknya rongga tanah ini
memungkinkan air yang mengisi tanah lebih banyak pula, sehingga hal
ini menyebabkan potensi likuifaksi lebih besar terjadi dibandingkan
dengan tanah yang memiliki partikel bersudut.
10. Lamanya waktu konsolidasi
Potensi terjadinya likuifaksi pada tanah timbun yang belum
terkonsolidasi lebih besar jika dibandingkan dengan tanah yang sudah
terkonsolidasi dalam jangka waktu yang lebih lama.
Maka semakin lama tanah tersebut dibiarkan terkonsolidasi maka
semakin besar daya tahan tanah tersebut terhadap bahaya likuifaksi. Hal
ini disebabkan oleh adanya ikatan antar partikel yang lebih kuat pada
tanah yang sudah terkonsolidasi dibandingkan dengan tanah yang belum
terkonsolidasi.
Maka dapat disimpulkan lamanya waktu konsolidasi pada suatu
lapisan endapan tanah akan berbanding lurus dengan daya tanah lapisan
endapan tanah tersebut terhadap potensi terjadinya proses likuifaksi.
Potensi likuifaksi pada jenis - jenis endapan tanah menurut
lamanya usia endapan terkonsolidasi dapat dilihat dalam tabel 2.2.
11. Sejarah Tanah
Sejarah pada suatu lahan sudah pasti memiliki pengaruh terhadap
potensi terjadinya likuifaksi pada lahan tersebut. Contohnya, pada tanah
yang pernah diberikan pembebanan (overconsolidasi) pengaruh
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
terjadinya likuifaksi lebih kecil dibandingkan dengan tanah yang belum
pernah diberikan pembebanan.
Tabel 2.2 : Potensi terjadinya likuifaksi pada jenis jenis endapan tanah saat gempa
Tipe Dari Tanah
Penyebaran Endapan-Endapan
Cohesionless di dalam tanah
Potensi Terjadinya Likuifaksi Berdasarkan Usia Endapan
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
Pada tanah yang sudah pernah diberikan pembabanan, partikel-
partikel yang terkandung akan lebih rapat dan lebih memiliki daya ikat
yang kuat. Hal ini menyebabkan tanah terserbut akan memiliki daya
tahan terhadap getaran yang dialaminya.
Maka dapat disimpulkan jika overconsolidation ratio (OCR)
pada suatu tanah tinggi maka potensi likuifaksi pada tanah tersebut akan
menurun.
12. Beban Bangunan
Suatu konstruksi bangunan yang berat di atas suatu lapisan pasir
dapat mengurani ketahanan tanah tersebut terhadap likuifaksi. Hal ini
dapat dianalogikan seperti sebuah lembaran keset pada permukaan tanah
yang memikul beban yang berat dari suatu yang berat berdasarkan atas
dari suatu endapan pasir dapat berkurang hambatan likuifaksi tanah.
Dasar keset akan menebabkan tegengan geser pada tanah. Tegangan
geser tersebut akan mempercepat liuifaksi apabila terdapat tegengan
geser tambahan pada saat terjadinya gempa.
Secara ringkas, lokasi dan jenis tanah paling berpotensi terjadinya
likuifaksi adalah sebagai berikut:
1. Lokasi Tanah
a. Lokasi yang adalah dekat dengan episenter atau sumber getaran dari
suatu gempa bumi yang utama.
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
b. Lokasi yang memiliki letak permukaan air tanah yang dekat dengan
permukaan bumi
2. Jenis tanah
Pasir yang mempunyai gradasi yang seragam dengan partikel
tanah berbentuk bulat yang tersebar luas secara merata di dalam tanah,
dan partikelnya bersifat lepas (tidak terikat satu sama lain), serta belum
terkonsolidasi dengan baik.
2.5. Parameter-parameter yang mempengaruhi potensi likuifaksi pada suatu
lahan
2.3.1. Tegangan Vertikal Total (v) dan Tegangan Vertikal Efektif(v)
2.3.1.1. Vertikal Total (v)
Tegangan vertikal total merupakan tegangan pada
lapisan tanah yang diakibatkan oleh beban dari tanah yang
ada diatasnya tanpa memperhitungkan tegangan air pori
yang diakibatkan oleh air (u). Semakin jauh kedalaman
tanah maka semakin besar tegangan vertikal totalnya.
Tegangan vertikal total dapat dihitung dengan rumus:
v = (.H)...............................................................(2.1)
dimana :
v = Tegangan Vertikal Total (KN/m2)
= Berat isi lapisan tanah (KN/m3)
H = Tebal Lapisan Tanah (m)
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
2.3.1.2. Tegangan Vertikal Efektif (v)
Tegangan vertikal Efektif merupakan tegangan pada
lapisan tanah yang diakibatkan oleh beban dari tanah yang
ada diatasnya dengan memperhitungkan tegangan air pori
yang diakibatkan oleh air (u). Tegangan air pori membuat
tekanan yang berasal dari beban tanah menjadi berkurang.
Tegangan vertikal efektif dapat dihitung dengan rumus:
'v = v ...................................................(2.2)
dimana : v = Tegangan Vertikal Efektif (KN/m2)
v = Tegangan Vertikal Total (KN/m2)
= Tegangan Air Pori (KN/m2) = w.H
w = Berat isi air (KN/m3)
H = Tebal lapisan (m)
2.3.2. Percepatan Gempa (amax)
2.3.2.1. Percepatan Gempa di Batuan Dasar
Percepatan gempa di batuan dasar dapat dihitung
dengan mempergunakan fungsi atenuase. Fungsi atenuase
adalah suatu fungsi yang menggambarkan korelasi antara
intensitas gerakan tanah setempat (a), Magnetude Gempa
(M) serta jarak dari suatu titik dalam daerah sumber gempa
(r).Para ahli geoteknik telah banyak merumuskan fungsi
atenuase. Fungsi atenuase yang berlaku di suatu tempat
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
belum tentu dapat berlaku di tempat yang lain, karena
fungsi atenuase sangat tergantung pada kondisi alam di
suatu tempat.
Dalam analisa ini, penulis menggunakan dua rumus
fungsi atenuase yaitu fungsi atenuase Joyner & Boore dan
fungsi atenuase Crouse.
1. Rumus fungsi atenuase Joyner & Boore adalah:
( ) ( )[ ]rrM wa 0027.0log623.071.010 += ......(2.3) Dimana :
a = Percepatan yang dinyatakan dalam g
Mw = Momen magnetude gempa (diasumsikan Mw = M)
ro = Jarak terdekat dari lokasi ke proyeksi vertikal dari
gempa akibat aktivitas pada permukaan tanah
(epicentre)
r2 = ro2 + 82
2. Rumus fungsi Atenuase Crouse adalah :
( ) ( )( )heRPGA M 00916.058.1ln73.276.136.6ln 608.0 +++= ....................................................................................................(2.4)
Dimana :
PGA = Peak Ground Acceleration, gal (1g = 1000 gal)
R = Jarak Hipocentre (Km), R2 = ro + h2
M = Momen Magnetude gempa = Magnetude gempa
h = Kedalaman fokus (Km)
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
Untuk menentukan percepatan gempa rencana di
batuan dasar secara teliti, maka perhitungan fungsi atenuase
ini harus dilakukan pada seluruh kejadian gempa.
2.3.2.2. Percepatan Gempa di Permukaan Tanah
Berbeda dengan perhitungan percepatan gempa di
batuan dasar yang menganalisa kejadian gempa,
perhitungan percepatan gempa di permukaan tanah pada
suatu lokasi harus dilakukan dengan menganalisa lapisan
tanah pada lokasi tersebut.
Perubahan percepatan gempa di batuan dasar akan
berpengaruh langsung pada percepatan gempa di
permukaan tanah.
Perubahan percepatan gempa di permukaan tanah di
Indonesia dari tahun 1987, 2002 dan 2007 dapat dilihat
berturut turut pada gambar 2.5, gambar 2.6, dan gambar
2.7.
Gambar 2.5 : Peta zona gempa dipermukaan tanah tahun 1987
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
Gambar 2.6 : Peta zona gempa dan percepatan gempa dipermukaan tanah tahun
2002
Gambar 2.7 : Peta zona gempa dan percepatan gempa dipermukaan tanah tahun
2007
Percepatan gempa dipermukaan tanah dapat juga dihitung dengan
menggunakan aplikasi program Edu Shake. Dengan menggunakan program
ini, maka akan diperoleh percepatan gempa di setiap lapisan tanah.
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
2.3.3. Nilai SPT (Standard Penetrometer Test)
Nilai N SPT diperoleh dari hasil uji SPT dilapangan. Nilai N
didefinisikan sebagai jumlah pukulan yang dibutuhkan untuk
memasukkan silinder split barrel sampler sedalam 30,5 cm pada
setiap pengujiannya. Berdasarkan nilai SPT, bahaya potensi
likuifaksi dapat dituliskan sebagai berikut :
N SPT = 0 20 Potensi likuifaksi besar
N SPT = 20 30 Potensi likuifaksi Sedang
N SPT > 30 Potensi likuifaksi tidak berarti
2.3.4. Shear Modulus Maximum (Gmax)
1. Modulus Geser Tanah Lempung
Perhitungan nilai shear modulus pada tanah lempung
dipengaruhi oleh efek kejenuhan dan usia tanah tersebut. Nilai
Shear modulus maximum pada tanah lempung dapat dihitung
dengan rumus :
5,0
0
2
max )(1)97,2(3230
KOCRe
eG+
= .......................(2.5)
dimana :
0 = tegangan efektif octahedral = )2(31
0 vv K +
K0 = 0,40 + 0,007 PI, untuk PI antara 0 % sampai dengan 40 %
K0 = 0,68 + 0,001 (PI-40), untuk PI antara 40 % 80 %
OCR = Overconsolidated Ratio
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
Sedangkan nilai K yang merupakan fungsi Indeks Plastisitas
tanah diperoleh dari Tabel 2.3 berikut:
Tabel 2.3 : Hubungan antara Plastik Indeks dengan nilai K pada rumus Shear Modulus Maximum
Plastisitas Indeks K
0 0 20 0,18 40 0,30 60 0,41 80 0,48
>100 0,5
2. Modulus Geser untuk Tanah Pasir
Perhitungan Modulus geser untuk tanah pasir dipengaruhi
oleh tegangan efektif octahedral ( 0 ), tegangan vertikal efektif
( v ), bentuk butiran, efek kejenuhan, level regangan, angka pori
(e) sudut geser dalam tanah dan koefisient tekanan tanah dalam
keadaan diam (K0).
Nilai Modulus geser akan meningkat dengan kenaikan
tegangan efektif octahedral ( 0 ), kenaikan waktu pemberian
tegangan confining, penurunan angka pori (e), penurunan level
regangan, pasir bersudut dan jenuh air.
Rumusan empiris menghitung modulus geser maksimum.
pada pasir adalah sebagai berikut:
untuk pasir bergradasi bulat
02
1)17,2(6908
eeGmaks +
= , kN/m2,.......................................(2.6)
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
untuk pasir bersudut
02
1)97,2(3230
eeGmaks +
= kN/m2 .........................................(2.7)
Untuk menghitung nilai Gmax dalam analisis ini penulis
menggunakan rumus yang dikemukaan oleh Seed et al yaitu:
NG 220.6max = ................................................................(2.8)
Dimana : N = Nilai N SPT
2.3.5. Faktor Reduksi (rd)
Faktor reduksi merupakan nilai yang dapat mengurangi
tegangan di dalam tanah. Semakin jauh ke dalam tanah maka faktor
reduksi akan semakin kecil. Nilai rd adalah faktor nonlinier
pengurangan beban yang bervariasi terhadap kedalaman.
Menurut Seed and Idris (1971) besar dari nilai reduksi pada
tanah berdasarkan kedalamannya adalah seperti yang disajikan pada
gambar 2.8.
Gambar 2.8. Grafik Faktor reduksi, rd (Seed and Idriss, 1971).
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
Nilai rd sangat akan mempengaruhi besarnya nilai CSR
(Cyclic Stress Ratio) pada suatu lapisan tanah. Semakin kecil nilai rd
maka akan semakin kecil pula nilai CSR sehingga potensi terjadinya
likuifaksi juga akan semakin kecil.
Dalam analisis ini, penulis menggunakan program Edu Shake
untuk menghitung percepatan gempa (amax), maka nilai rd yang
digunakan adalah 1,0.
2.3.6. Cyclic Stress Ratio (CSR)
CSR merupakan nilai perbandingan antara tegangan geser
rata-rata yang diakibatkan oleh gempa dengan tegangan vertikal
efektif di tiap lapisan. Nilai CSR pada suatu lapisan tanah sangat
dipengaruhi oleh nilai percepatan gempa (a).
Dengan menganggap nilai percepatan rata-rata akibat gempa
adalah 0,65 dari percepatan maksimum, maka nilai tegangan geser
rata-rata dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut:
vcyc ga
max65,0= ................................................................(2.9)
Karena kolom tanah tidak berprilaku seperti sebuah struktur
yang kaku pada saat terjadi gempa (tanah dapat mengalami
deformasi), maka Seed dan Idriss (1971) memasukkan sebuah faktor
reduksi kedalaman, rd terhadap persamaan tersebut sehingga :
rdg
avcyc
max65,0= ........................................................(2.10)
Untuk mendapatkan nilai CSR maka kedua sisi dinormalisasi
dengan tegangan vertikal efektif, sehingga dapat dituliskan :
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
rdg
aCSRv
v
v
cyc'
max' 65,0
== ......................................(2.11)
Dimana :
maxa adalah percepatan maksimum dipermukaan tanah,
g adalah percepatan gravitasi bumi,
'v adalah tegangan vertikal efektif,
v adalah tegangan vertikal total,
rd adalah faktor reduksi terhadap tegangan
2.3.7. Cyclic Resistant Ratio (CRR)
Nilai Cyclic Resistance Ratio (CRR) merupakan nilai
ketahanan suatu lapisan tanah terhadap tegangan cyclic. Nilai CRR
dapat diperoleh dengan beberapa cara, diantaranya berdasarkan hasil
pengujian lapangan yaitu hasil pengujian Standard Penetration Test
(SPT).
Untuk menghitung nilai CRR maka nilai N-SPT dikoreksi
terlebih dahulu untuk prosedur pengujian lapangan dengan rumus:
rmb CENCN 67.1)( 60 = ..........................................(2.12) Dimana :
(N)60 = Nilai N SPT yang dikoreksi terhadap prosedur pengujian
lapangan
Em = efesiensi hammer, Em = 0,60 untuk hammer yang baik dan
0,45 untuk doughnut hammer.
Cb = korelasi diameter borelog.
- Cb=1 untuk diameter borehole 65 mm -115 mm
- Cb = 1,05 untuk diameter borehole 150 mm
- Cb =1.15 untuk diameter borehole 200 mm
Cr = panjang rod
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
- Cr=0,75 untuk panjang rod sampai 4 m
- Cr=0,85 untuk panjang rod sampai 4-6 m
- Cr=0,95 untuk panjang rod sampai 6- 10 m
- Cr=1,0 untuk panjang rod lebih dari 10 m
N = hasil test SPT
Selanjutnya Nilai (N)60-SPT dikoreksi untuk overburden
pressure dengan rumusan:
6050,0'
60601 )/100()( NCNN vn == ..........(2.13) Nilai (N1)60 ini disebut juga nilai CRR.
2.3.8. Relatif Density (Dr)
Parameter lain yang harus diketahui untuk mengevaluasi
likuifaksi pada suatu lapisan tanah pada kedalaman tertentu adalah
relative density (Dr). Bila nilai Dr lebih besar dari 70 %, maka
lapisan tanah tersebut tidak terlikuifaksi.
Nilai Dr dapat diperoleh dari nilai N-SPT yang dapat dihitung
berdasarkan rumus :
)10'42,1(70,1 +=
vr
ND
..........................................................(2.14)
Dimana :
Dr = relative density,
N = Nilai N-SPT,
v' = tegangan vertikal efektif.
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
2.6.Usaha perbaikan tanah yang dapat dilakukan untuk mencegah
terjadinya likuifaksi
Berdasarkan uraian penyebab likuifaksi di atas, dapat disimpulkan
bahwa ada dua macam penyebab likuifaksi yaitu:
1. Penyebab ekstenal tanah : Intensitas dan durasi gempa, drainase tanah,
dan beban bangunan
2. Penyebab internal tanah : Jenis dan sifat fisis tanah, letak muka air
tanah, serta sudah ada atau tidaknya
perbaikan tanah yang dilakukan
Gempa merupakan bencana yang sangat sulit diprediksikan, waktu
terjadinya gempa, besarnya intensitas gempa tidak dapat untuk diprediksi,
apalagi untuk dicegah. Oleh karena itu, usaha yang dapat dilakukan untuk
mencegah likuifaksi adalah perbaikan tanah pada lokasi yang akan
dibangun. Namun perbaikan pada tanah yang bersifat merubah jenis dan
sifat fisis tanah memerlukan biaya yang sangat besar, apalagi jika tanah yang
harus diperbaiki sampai kedalaman yang besar.
Maka dari itu, langkah langkah yang biasanya masih memungkinan
untuk dilakukan demi mengurangi potensi likuifaksi pada suatu lahan
diantaranya adalah :
1. Pemadatan lahan
Salah satu penyebab terjadinya likuifaksi adalah banyaknya
rongga atau pori tanah yang dapat diisi oleh air, sehingga air yang
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
mengisi rongga tersebut akan mendesak partikel tanah pada saat
mengalami getaran.
Apabila tanah semakin padat maka, rongga atau pori pada tanah
semakin berkurang maka semakin berkurang pula jumlah air yang dapat
menyebabkan likuifaksi tersebut.
Berdasarkan beberapa uji lapangan yang dilakukan, tanah yang
tidak padat akan lebih berpotensi likuifaksi dibandingkan dengan tanah
yang padat.
Pemadatan pada suatu lahan dapat dilakukan dengan penggilasan
berlapis atau penggetaran lahan sebelum membangun konstruksi
bangunan.
2. Membangun saluran drainase
Pada lahan yang tidak memiliki saluran drainase yang memadai,
air akan terus tergenang atau minimal sekali terus berada dalam pori
pori tanah. Air yang berada dalam pori - pori tanah ini sangat berbahaya
dalam mengingkatkan potensi likuifaksi pada tanah ketika terjadinya
gempa.
Oleh karena itu, pada lahan yang akan dibangun, sangat penting
diberikan saluran drainase yang memadai untuk mengalirkan air agar
tidak tergenang atau terus berada dalam pori tanah.
3. Mengurangi beban bangunan
Mengurangi beban bangunan dapat dilakukan dengan cara
mengganti bahan bangunan yang berat menjadi bahan yang ringan. Saat
ini sudah banyak diproduksi bahan bangunan ringan. Bata ringan, baja
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
ringan, sampai dengan genteng ringan sangat baik digunakan untuk
pencegahan likuifaksi.
4. Konsolidasi
Konsolidasi sangat efektif dalam mengcegah likuifaksi, sebab
pada tanah yang sudah terlikuifaksi dengan baik, terdapat butiran
partikel yang rapat, maka rongga yang berpotensi diisi air makin sedikit.
Selain itu butiran tanah pada tanah yang sudah terkonsolidasi memiliki
daya ikat antar partikel yang kuat satu sama lain.
Namun biasanya memerlukan waktu yang lama untuk melakukan
konsolidasi pada suatu lahan. Hal yang dapat dilakukan untuk
mempercepat proses konsolidasi adalah penggunaan vertical drain pada
saat dilakukan kosolidasi.
2.7. Analisa Potensi Likuifaksi Pada Suatu Lapisan Tanah
Langkah pertama dalam menganalisa likuifaksi adalah menentukan
apakah suatu lapisan tanah termasuk dalam tanah yang berpotensi terjadi
likuifaksi. Seperti yang dibahas sebelumnya bahwa pada umumnya jenis
tanah yang bersifat rentan terhadap likuifaksi adalah tanah yang memiliki
nilai kohesif yang lebih rendah. Tanah yang bersifat kohesif tidak perlu
dianalisa lagi terhadap kemungkinan likuifaksi kecuali jika mereka
memenuhi beberapa kriteria khusus yang dikemukaan youd dan gilstrap.
Metode yang paling umum digunakan dalam analisis terhadap
potensi likuifaksi adalah menggunakan pengujian Standard Penetormeter
Test ( SPT) (Seed et al. 1985, Stark dan Olson 1995). Metode analisis
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
tersebut didasarkan pada metoda yang diusulkan oleh Seed dan Idriss pada
tahun 1971. Metoda analisis likuifaksi yang diusulkan oleh Seed dan Idriss
ini sering disebut prosedur yang disederhanakan (simplified Procedure). Ini
adalah metoda paling umum digunakan untuk mengevaluasi potensi
likuifaksi dari suatu lokasi.
Langkah langkah yang dilakukan dalam metode itu adalah sebagai
berikut:
1. Memeriksa jenis tanah
Seperti yang dibahas di atas, langkah yang pertama untuk
menentukan apakah suatu lahan mempunyai kemampuan itu untuk
terlikuifaksi selama satu gempa bumi adalah harus memenuhi
persyaratan-persyaratan jenis tanah yang ada Sub Bab 2.2.
2. Memeriksa letak permukaan air tanah
Lahan yang dianalisis harus berada di bawah permukaan air
tanah. Analisis likuifaksi dapat juga dilaksanakan di tanah yang berada
di atas permukaan air tanah jika tanah tersebut diperkirakan akan berada
di bawah permukaan air tanah apabila terjadi kenaikan pada permukaan
air tanah.
3. Menghitung nilai CSR yang disebabkan oleh gempa bumi.
Jika suatu lahan memenuhi dua persyaratan di atas, maka langkah
selanjutnya adalah menentukan nilai Cyclic Stress Ratio (CSR) yang
disebabkan oleh gempa bumi.
Suatu variabel yang utama di dalam menghitung nilai CSR yang
disebabkan oleh gempa bumi adalah percepatan gempa dari suatu tanah
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
(a). Sebagaimana yang telah dibahas di atas, nilai minimal dari
percepatan gempa yang dapat mengakibatkan likuifaksi adalah 0.1 gal.
Dan nilai minimum Manetude lokal yang dapat mengakibatkan
likuifaksi adalah 5,0 SR. Maka, pada tanah yang nilai a < 0.1g atau nilai
ML < 5 tidak perlu dilakukan analisis likuifaksi.
4. Menghitung Nilai CRR dari Pengujian SPT
Besarnya nilai hambatan terhadap getaran atau CRR dari suatu
tanah dapat di peroleh dari Pengujian Standard Penetrometer. Jika CSR
yang disebabkan oleh gempa bumi itu adalah lebih besar dari CRR yang
didapat dari Pengujian SPT, maka ada kemungkinan tanah tersebut akan
terlikuifaksi pada saat terjadinya gempa bumi, dan sebaliknya apabila
nilai CSR yang disebabkan oleh gempa bumi lebih kecil dari dari nilai
CSR yang didapat dari pengujian SPT, maka tanah tersebut tidak
berpotensi terlikuifaksi saat terjadinya gempa bumi.
5. Analisa Likuifaksi dengan menggunakan grafik Seed et al
Dengan menghubungkan nilai CSR dan CRR pada grafik seed et
al (gambar 2.9), 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, 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 ini tersedia dalam magnetude 7.5 SR. Oleh
karena itu, jika magnetude gempa yang mengakibatkan PGA terbesar
tidak bernilai 7.5 SR maka untuk menggunakan grafik diatas, nilai CSR
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
harus dikalikan dengan nilai koreksi. Nilai koreksi dapat dihitung
dengan menggunakan nilai faktor koreksi (tabel 2.4).
Tabel 2.4 : Tabel Faktor koreksi magnitude untuk pendekatan tegangan siklis (Seed, 1975).
Magnetude Gempa CSRM/CSRM=7.5
5.25 1.5
6 1.32
6.75 1.13
7.5 1.00
8.5 0.89
Gambar 2.9. Grafik Hubungan antar Cyclic Stress Ratio ( 'v
cyc
)dengan (N1)60
untuk magnitude gampa, M 7,5 (Seed et al)
CRR = (N1)60
CSR= 'v
cyc
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Data Umum
Bandar Udara Medan Baru yang akan dibangun di Desa Kuala
Namu memiliki fasilitas seperti pada tabel 3.1.
Tabel 3.1 : Rencana fasilitas Bandar Udara Medan Baru
RENCANA FASILITAS
Kapasitas penumpang 8,11 JPT
Luas lahan 1.365 Ha
Ukuran landas pacu 3750 m x 45 m
Luas terminal 86.160 m2
Luas apron 150.750 m2
Kapasitas apron
B747 = 4 pesawat
B737 = 19 pesawat
A300 = 13 pesawat
Jumlah exit taxiway 9 jalur
1 jalur Paralel Taxiway
Terminal Kargo 10.200 m2
Luas lahan parkir 8.700 m2 (bangunan bertingkat)
Pesawat terbesar B 747-400
Denah bandar udara Dapat dilihat pada gambar 3.1
Peta lokasi Dapat dilihat pada gambar 3.2
Sumber: Direktorat Jenderal Perhubungan Udara, Departemen Perhubungan,
tahun 2006
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
.
Gambar 3.1: Rancangan Bandar Udara Medan Baru
Gambar 3.2 : Peta lokasi Bandar Udara Medan Baru
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
Proyek pembangunan Bandar Udara tersebut dilaksanakan di tepi timur
Pulau Sumatera dengan koordinat 98.996 BT dan 3.647 LU.
3.2. Metode Pengumpulan data
Data primer pokok yang dibutuhkan dalam analisis ini ada dua
macam yaitu :
Data sejarah gempa yang pernah terjadi di sekitar Bandar Udara Medan
Baru
Data lapisan tanah pada area apron Bandar Udara Medan Baru
3.2.1. Metode dan Lokasi Pengumpulan Data Gempa
Penelitian likuifaksi pada area apron Bandar Udara Medan
Baru diawali dengan menghitung percepatan tanah di batuan dasar.
Hal ini dapat dilakukan dengan menganalisa data gempa yang pernah
terjadi di daerah itu.
Untuk mendapatkan sejarah data gempa yang pernah terjadi,
penulis memperolehnya pada situs http://neic.usgs.gov/neis/epic/,
Situs tersebut akan mengeluarkan data gempa sesuai dengan
permintaan yang dibutuhkan. Untuk mendapatkan data gempa yang
dibutuhkan, perlu ditentukan letak koordinat lokasi yang ingin
diteliti, interval megnetude gempa yang diinginkan serta interval
waktu kejadian gempa.
Data gempa yang diperlukan untuk menganalisa potensi
likuifaksi, adalah data gempa pada radius 500 km dari pusat
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
koordinat pembangunan Bandar Udara Medan Baru (98.996 BT dan
3.647 LU) serta bermagnetude di atas 5 SR, sebab seperti yang telah
dibahas di BAB II, gempa yang bermagnetude di bawah 5 SR tidak
berpotensi menyebabkan likuifaksi.
Dalam situs tersebut tersedia data gempa yang pernah terjadi
sejak tahun 1973 sampai data gempa terbaru, oleh karena itu data
gempa yang digunakan dalam analisa likuifaksi adalah data gempa
yang terjadi sejak tahun 1973 sampai Februari 2009.
Data yang dapat diperoleh dari situs tersebut meliputi:
Tanggal terjadinya gempa
Besar magnetude gempa
Kedalaman hipocentre
Letak koordinat epicentre (Garis lintang dan garis bujur)
Untuk memperoleh percepatan tanah pada batuan dasar dan
pada permukaan tanah. Langkah pertama yang perlu dilakukan untuk
menghitung percepatan maksimum di bantuan dasar adalah
menghitung nilai PGA dengan rumus fungsi atenuase. Dalam
penelitian ini penulis menggunakan 2 macam fungsi atenuase yaitu
Joyner and Boore dan fungsi atenuase Crouse.
Setelah mendapatkan nilai PGA di setiap gempa yang terjadi,
maka langkah kedua adalah menentukan percepatan gempa di batuan
dasar (a) yang mewakili semua kejadian gempa. Hal ini dapat
dilakukan dengan menggunakan metode Gumbel. Pada metode ini
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
diasumsikan bahwa masingmasing kejadian gempa adalah
independen terhadap titik tinjuannya (Gambar3.3).
Gambar 3.3 : Asumsi kejadian gempa menurut Gumble
Distribusi gempa menurut Gumble :
( ) ( ) 0: = MeMG Me ...........................................(3.1) Dimana:
= Jumlah gempa rata rata pertahun
= Parameter yang menyatakan hubungan antara distribusi
gempa dengan magnetude
M = Magnetude gempa
Bentuk persamaan (3.1) diatas dapat disederhanakan menjadi
persamaan garis lurus:
MeMG =)(ln
( )( ) MMG = lnlnln ............................................(3.2)
X X
X
X
X
X
X
X
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
Identik Y = A + BX
Dimana : Y = ln (-ln(G(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
( )( )
+==
1lnlnlnln
NjPGAjGYj ..........................................(3.3)
Langkah selanjutnya adalah memilih data PGA gempa
terbesar tiap tahunnya lalu dimasukkan ke dalam tabel berikut seperti
ketentuan dalam keterangan di atas.
No. j PGA Xj
Yj (Xj)2 (Yj)2 (Xj)(Yj)
1 . . . n
-1
Terkecil
Terbesar
+
1lnln
Nj
N
Xj Yj (Xj)2 (Yj)2 (Xj)(Yj)
Oleh karena titik titik ini selalu membentuk satu garis lurus,
maka digunakan least square untuk menentukan garis yang paling
tepat:
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
( )
= 22
2
..
...
XjXjn
YjXjXjXjYjA .................................................(3.4)
( )
= 22.
...
XjXjn
YjXjYjXjnB .........................................................(3.5)
Nilai percepatan gempa diperoleh dengan rumus :
( ).ln Ta = ...................................................................................(3.6)
Dimana :
T = Periode ulang
= eA
= - B
3.2.2. Metode Pengambilan data Tanah
Untuk mendapatkan data tanah yang dibutuhkan, penulis
mengikuti pekerjaan investigasi tanah yang dilakukan oleh PT.
Waskita Persero pada tanggal 20 Januari 2008. Pengambilan data
pada pekerjaan investigasi dilakukan pada 2 titik wilayah apron
Bandar Udara Medan Baru.
Data yang diperlukan untuk menganalisa potensi likuifaksi
adalah data yang berkaitan dengan sifat fisis tanah dan data dari hasil
Pengujian SPT (Standard Penetrometer Test).
Data tersebut dapat diperoleh dengan mengambil sampel
tanah dan uji SPT sampai menemukan lapisan tanah keras, kedua
pekerjaan tersebut dilakukan dengan menggunakan bor mesin
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
(Gambar 3.4). Pada saat pekerjaan investigasi dilakukan, lapisan
tanah keras baru dijumpai pada kedalaman 20 meter.
Gambar 3.4: Proses pengambilan sampel tanah serta uji SPT tanah dengan menggunakan bor mesin
Hal yang perlu diperiksa untuk analisa potensi likuifaksi pada
setiap titik investigasi di tiap lapisannya adalah:
1. Jenis dan klasifikasi tanah
2. Water Content (kadar air)
3. Spesific Grafity (Berat Jenis)
4. Berat isi tanah
5. Angka pori (e)
6. Nilai plastisitas (IP)
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
7. Nilai SPT
3.3. Cara Analisis
Dalam menganalisa potensi likuifaksi pada lokasi apron Bandar
Udara Medan Baru, penulis melakukan dengan 5 tahapan yaitu :
1. Menganalisis jenis dan sifat sifat tanah
Menggunakan data pengeboran dari investigasi tanah.
2. Menghitung Percepatan gempa di batuan dasar
Menggunakan pendekatan distribusi Gumble terhadap nilai
percepatan gempa di bantuan dasar yang didapat dari fungsi atenuase
Joyner and Boore dan fungsi atenuase Crouse pada data sejarah
gempa.
3. Menghitung percepatan gempa di permukaan tanah
Menggunakan program Edu Shake berdasarkan data lapisan tanah
4. Menghitung Nilai CSR
Dari nilai percepatan gempa di permukaan tanah
5. Menghitung Nilai CRR
Dari angka NSPT
6. Mengevaluasi potensi likuifaksi dengan menggunakan grafik Seed et.al
Berdasarkan nilai CSR dan CRR tiap lapisan
3.4. Bagan prosedur penelitian
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
Adapun bagan prosedur kerja dari penelitian ini dapat dilihat pada
gambar 3.5.
Gambar 3.5 : Bagan prosedur penelitian
MULAI
PERSIAPAN
PENGUMPULAN DATA a. Data sejarah gempa b. Data lapisan tanah
ANALISA DATA a. Pemeriksaan tanah b. Menghitung nilai percepatan gempa di batuan dasar c. Menghitung nilai percepatan di permukaan tanah dengan program
Edu Shake d. Menghitung nilai CSR e. Menghitung nilai CRR
Analisa hasil perhitungan menggunakan grafik hubungan CSR dan CRR yang dikemukaan oleh Seed et al.
KESIMPULAN
SELESAI
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
Lokasi BH III
Lokasi BH IV
Area Apron
3.5. Lokasi Pengambilan sampel tanah dan pengujian SPT
Pada perhitungan ini, penulis mengambil 2 lokasi untuk
pengambilan sampel lapisan tanah untuk dianalisa. Dua lokasi tersebut
adalah lokasi BH III dan lokasi BH IV . Kedua lokasi tersebut merupakan
daerah yang paling kritis dikarenakan merupakan daerah yang memiliki
lapisan SP terbesar dengan nilai SPT yang kecil. Gambar lokasi
pengambilan sampel dapat dilihat pada gambar 3.6.
Gambar 3.6 : Lokasi pengambilan data lapisan tanah
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
BAB IV
ANALISA DATA
4.1. Pemeriksaan Tanah
4.1.1. Pemeriksaan jenis dan sifat tanah
Berdasarkan investigasi tanah yang telah dilakukan oleh PT.
Waskita Persero pada tanggal 20 Januari 2008 diperoleh data sifat
lapisan tanah seperti pada pada Tabel 4.1 dan Tabel 4.2
Tabel 4.1 : Data sifat tanah pada Lokasi III
Lapisan Tebal
lapisan (m)
Jenis tanah Tingkat Plastisitas %
fines
I 2.5 SC LL=37,82% 28.7
II 2 SP NP 8.67
III 6 SP NP 7.02
IV 6 SP NP 8.83
V 3.5 SP NP 8.82
Tabel 4.2 : Data sifat tanah pada Lokasi IV
Lapisan Tebal
lapisan (m)
Jenis tanah Tingkat Plastisitas %
fines
I 3 SP NP 7.02
II 3 SP NP 8.25
III 6 SP NP 7.85
IV 5.5 SP NP 9.02
V 2.5 SP NP 8.69
-
Muhammad Mabrur : Analisa Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru, 2009.
Ket : SP = Sandy Poor (Tanah pasir yang bergradasi buruk) SC = Sandy Clay (Tanah lempung berpasir)