UNIVERSITAS INDONESIA ANALISIS POTENSI LIKUIFAKSI DARI DATA CPT DAN SPT DENGAN STUDI KASUS PLTU ENDE NUSA TENGGARA TIMUR SKRIPSI

Transkripsi

1 UNIVERSITAS INDONESIA ANALISIS POTENSI LIKUIFAKSI DARI DATA CPT DAN SPT DENGAN STUDI KASUS PLTU ENDE NUSA TENGGARA TIMUR SKRIPSI RIFA IKHSAN FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL DEPOK JULI 2011

2 1057/FT.01/SKRIP/07/2011 UNIVERSITAS INDONESIA ANALISIS POTENSI LIKUIFAKSI DARI DATA CPT DAN SPT DENGAN STUDI KASUS PLTU ENDE NUSA TENGGARA TIMUR SKRIPSI Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik RIFA IKHSAN FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL KEKHUSUSAN GEOTEKNIK DEPOK JULI 2011

3 HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS Skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri, dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk telah saya nyatakan dengan benar. Nama : Rifa Ikhsan NPM : Tanda Tangan : Tanggal : 11 Juli 2011 iii

4 LEMBAR PENGESAHAN Skripsi ini diajukan oleh : Nama : Rifa Ikhsan NPM : Program Studi : Teknik Sipil Judul Skripsi : Analisis Potensi Likuifaksi dari Data CPTdan SPT dengan Studi Kasus PLTU ENDE Nusa Tenggara Timur Telah berhasil dipertahankan di hadapan Dewan Penguji dan diterimasebagai bagian persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik,. DEWAN PENGUJI Pembimbing Penguji Penguji : Prof. Dr. Ir. Tommy Ilyas M,Eng. : Dr. Ir. Damrizal Damoerin, M.Sc : Ir. Widjojo A. Prakoso, M.Sc, Ph.D. Ditetapkan di : Depok Tanggal : 11 Juli 2011 iv

5 KATA PENGANTAR Puji dan syukur saya panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas rahmat dan hidayah-nya, saya dapat menyelesaikan skripsi ini. Penulisan skripsi ini dilakukan dalam rangka memenuhi salah satu syarat untuk mencapai gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Sipil pada Fakultas Teknik. Saya menyadari bahwa tanpa bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak, dari masa perkuliahan sampai pada penyusunan skripsi ini, sangatlah sulit bagi saya untuk menyelesaikan skripsi ini. Oleh karena itu saya mengucapkan terima kasih kepada: (1) Prof. Dr. Ir. Tommy Ilyas M,Eng. selaku dosen pembimbing yang telah menyediakan waktu, tenaga, dan pikiran untuk mengarahkan saya dalam penyusunan skripsi ini. (2) Ir. Widjojo A. Prakoso, M.Sc, Ph.D dan Dr. Ir. Damrizal Damoerin, M.Sc selaku dosen penguji yang telah memberikan banyak tambahan masukan. (3) Kedua orangtua, adik dan saudara-saudara saya yang senantiasa memberikan doa dan dukungan moriil serta materiil. (4) Clara Maulidiansa, Dennis Defri, dan Gibranius Berutu atas segala dukungan moriil dan bantuan dalam teknis penyusunan skripsi ini (5) Sahabat dan seluruh teman-teman Teknik Sipil Angkatan 2007 (khususnya geoteknik) atas segala dukungan yang diberikan demi kelancaran penyusunan skripsi ini. Akhir kata, saya berharap Tuhan Yang Maha Esa berkenan membalas segala kebaikan semua pihak yang telah membantu. Semoga skripsi ini membawa manfaat bagi pengembangan ilmu. Depok, Juli 2011 v Penulis

6 HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS Sebagai sivitas akademik, saya yang bertanda tangan dibawah ini: Nama : Rifa Ikhsan NPM : Program Studi : Teknik Sipil Departemen : Teknik Sipil Fakultas : Fakultas Teknik Jenis Karya : Skripsi Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Hak Bebas Royalti Noneksklusif (Non-exclusive Royalty- Free Right) atas karya ilmiah saya yang berjudul: ANALISIS POTENSI LIKUIFAKSI DARI DATA CPT DAN SPT DENGAN STUDI KASUS PLTU ENDE NUSA TENGGARA TIMUR beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti Noneksklusif ini berhak menyimpan, mengalihmedia/formatkan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database), merawat, dan memublikasikan tugas akhir saya tanpa meminta izin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis/pencipta dan sebagai pemilik Hak Cipta. Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di : Depok Pada Tanggal : 11 Juli 2011 Yang menyatakan (Rifa Ikhsan) vi

7 ABSTRAK Nama : Rifa Ikhsan Program Studi : Teknik Sipil Judul : Analisis Potensi Likuifaksi dari Data CPTdan SPT dengan Studi Kasus PLTU ENDE Nusa Tenggara Timur Likuifaksi merupakan fenomena yang tidak bisa dilepaskan dalam rekayasa geoteknik. Metode evaluasi tahanan tanah terhadap likuifaksi dapat dilakukan dengan berbagai cara. Metode yang paling umum ialah metode evaluasi CPT dan SPT. Hasil dari berbagai metode seharusnya mengacu pada nilai yang sama. Nilai dari tahanan tanah terhadap likuifaksi (CRR) menjadi perhatian khusus sehingga harus dibandingkan dari masing-masing metode yang dilakukan pada area lokasi yang sama. Dalam hal ini, PLTU Ende Nusa Tenggara Timur menjadi sarana evaluasi perhitungan kedua metode yaitu CPT dan SPT dengan studi literatur yang ada. Kata kunci : CPT, CSR, CRR, FS, ukuran butiran, likuifaksi, koefisien keseragaman, SPT. ABSTRACT Name : Rifa Ikhsan Study Program : Civil Engineering Title : Analysis of Liquefaction Susceptibility from CPT and SPT Data Based on a Case Study in PLTU ENDE Nusa Tenggara Timur Likuifaksi is a phenomenon that can not be released in geotechnical engineering. Evaluation method of liquefaction resistance of soil can be calculated with various ways. The most common method is CPT and SPT evaluation method. Results of various methods should refer to the same value. A value of CRR is a major concern and should be compared from each method performed at the same location area. In this case, PLTU Ende Nusa Tenggara Timur becomes a means of evaluation of both methods of calculation of CPT and SPT to study the existing literature. Key words : CPT, CSR, CRR, FS, grain size, liquefaction, uniformity coefficient, SPT. 1

8 DAFTAR ISI BAB 1 PENDAHULUAN LATAR BELAKANG RUANG LINGKUP PEMBAHASAN TUJUAN PENELITIAN MANFAAT PENELITIAN SISTEMATIKA PENULISAN... 2 BAB 2 DASAR TEORI LIKUIFAKSI Definisi Likuifaksi Faktor-faktor yang mempengaruhi potensi Likuifaksi Bahaya yang Disebabkan oleh Peristiwa Likuifaksi TEORI DASAR GEMPA BUMI Teori Lempeng Tektonik Besaran Kekuatan Gempa KARAKTERISTIK DASAR TANAH Sifat sifat fraksi tanah berbutir kasar TEGANGAN DALAM TANAH Tegangan Efektif Tegangan Horizontal (Tegangan Lateral) KEKUATAN GESER TANAH Kekuatan Geser Tanah Non-Kohesif METODE UNTUK MENGEVALUASI POTENSI LIKUIFAKSI Metode evaluasi CSR Metode Evaluasi CRR SPT CPT BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN TINJAUAN UMUM DATA TEKNIS Data CPT

9 3.2.2 Data SPT Analisis Ukuran Butiran ANALISIS LIKUIFAKSI Nilai CSR (Cyclic Stress Ratio) Nilai CRR SPT CPT ANALISIS OUTPUT BAB 4 PEMBAHASAN PENGOLAHAN DATA SPT Hasil Pengolahan Data Grafik CSR, CRR, dan FS Gradasi Butiran Nilai Koefisien Keseragaman Analisis Grafik SPT dan Gradasi Butiran Analisis Grafik Terhadap Gradasi Butiran PENGOLAHAN DATA CPT Hasil Pengolahan Data Grafik CPT Grafik CSR, CRR, dan FS berbanding dengan kedalaman ANALISIS PERBANDINGAN PENGOLAHAN DATA CPT DAN SPT CSR CRR FS BAB 5 PENUTUP KESIMPULAN SARAN

10 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Ilustrasi efek likuifaksi... 8 Gambar 2.2. Tiga Jenis Batas Lempeng (Plate Boundary) Gambar 2.3. Rentang Ukuran Partikel Gambar 2.4. Interpretasi Tegangan Efektif Gambar 2.5. Kriteria keruntuhan Mohr Coulomb Gambar 2.6. r d versus Depth Curves Developed by Seed and Idriss (1971). 20 Gambar 2.7. Kurva SPT Clean-Sand Base untuk Nilai Gempa Bumi 7.5 dengan data dari sejarah kasus Likuifaksi Gambar 2.8. Kurva yang direkomendasikan untuk perhitungan CRR dari data CPT sepanjang data empiris likuifaksi dari gabungan sejarah kasus Gambar 2.9. Grafik klasifikasi tanah berdasarkan q c dan Fr oleh Robertson 27 Gambar Grain-Characteristic Correction Factor Kc for Determination of Clean-Sand Equivalent CPT Resistance Gambar Thin-Layer Correction Factor KH for Determination of Equivalent Thick-Layer CPT Resistance Gambar 3.1. Diagram alir metodologi penelitian Gambar 3.2. Grafik sondir pada titik S Gambar 3.3. Tabel Bor Dalam SPT (BH-A5) Gambar 3.4. Sebaran Butiran Tanah Untuk Sample BH-02 DS Gambar 3.5. Grafik korelasi FC dengan q c dan nilai CRR atau CSR Gambar 4.1. Peta Wilayah Gempa Indonesia Menurut SNI dengan Perioda Ulang 500 Tahun Gambar 4.2. Grafik CSR, CRR, FS vs depth (BH-01) Gambar 4.3. Grafik CSR, CRR, FS vs depth (BH-03) Gambar 4.4. Grafik CSR, CRR, FS vs depth (BH-12) Gambar 4.5. Grafik CSR, CRR, FS vs depth (BH-04) Gambar 4.6. Grafik plot kurva untuk menetukan nilai CRR untuk pasir murni dan pasir kelanauan Gambar 4.7. Data hydrometer dan sieve analysis BH-02 (DS 1)

11 Gambar 4.8. Data hydrometer dan sieve analysis BH-02 (DS 2) Gambar 4.9. Plot nilai D 10, D 30, D Gambar Rentang distribusi butiran yang mengalami likuifaksi untu Cu Gambar Rentang distribusi butiran yang mengalami likuifaksi untu Cu Gambar Rentang Gradasi Butiran DS 1 untuk Cu Gambar Rentang Gradasi Butiran DS 2 untuk Cu Gambar Rentang Gradasi Butiran DS 2 untuk Cu Gambar Rentang Gradasi Butiran DS 2 untuk Cu Gambar Grafik FS vs Depth BH Gambar Rentang Gradasi Butiran DS 2 untuk Cu Gambar Grafik FS vs Depth BH Gambar Rentang Gradasi Butiran DS 2 untuk Cu Gambar Boring log untuk titik BH-A Gambar 4.21 Rentang Gradasi Butiran DS 2 untuk Cu Gambar Grafik JHP & q c berbanding dengan kedalaman (S-01) Gambar Grafik CSR, CRR, FS vs Depth S Gambar Grafik CSR, CRR, FS vs Depth S Gambar Kurva yang direkomendasikan untuk perhitungan CRR dari data CPT sepanjang data empiris likuifaksi dari gabungan sejarah kasus Gambar Grafik CSR vs Depth (BH-06 & S-03), (BH-10 & S-05) Gambar Grafik CSR vs Depth (BH-14 & S-09), (BH-15 & S-01) Gambar Grafik CRR vs Depth (BH-06 & S-03), (BH-10 & S-05) Gambar Grafik CRR vs Depth (BH-14 & S-09), (BH-15 & S-01) Gambar Grafik FS vs Depth (BH-06 & S-03), (BH-10 & S-05)

12 DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Tabel Faktor Koreksi untuk (N I ) Tabel 3.1. Tabel Data CPT Proyek PLTU ENDE S Tabel 3.2. Tabel Percepatan Puncak Batuan Dasar dan Percepatan Puncak Muka Tanah untuk masing-masing Wilayah Gempa Indonesia 38 Tabel 3.3. Nilai Faktor Koreksi untuk (N 1 ) Tabel 4.1. Contoh tabulasi perhitungan FS dari data SPT (BH-01) Tabel 4.2. Tabel nilai Cc dan Cu untuk BH-01 s/d BH-A Tabel 4.3 Rentang Ukuran Partikel Tabel 4.4. Contoh tabulasi perhitungan FS dari data CPT (S-06) Tabel 4.5. Contoh Tabel Perhitungan nilai JHP dan FR (S-01) Tabel 4.6. Koordinat Titik Bor di PLTU ENDE, NTT

13 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1 Grafik CSR, CRR, FS vs Depth (BH-02, 04, 05, 06) Lampiran 2 Grafik CSR, CRR, FS vs Depth (BH-07 s/d BH-10) Lampiran 3 Grafik CSR, CRR, FS vs Depth (BH-11, 13, 14, 15) Lampiran 4 Grafik CSR, CRR, FS vs Depth (BH-A1 s/d BH-A4) Lampiran 5 Grafik CSR, CRR, FS vs Depth (BH-A5) Lampiran 6 Grafik CSR, CRR, FS vs Depth (S-3 s/d S-6) Lampiran 7 Grafik CSR, CRR, FS vs Depth (S-6 s/d S-10) Lampiran 8 Perbandingan CSR vs Depth (BH-01,S-10 & BH-04,S-07) Lampiran 9 Perbandingan CSR vs Depth (BH-11,S-06) Lampiran 10 Perbandingan CSR vs Depth (BH-01,S-10 & BH-02,S-04dst). 98 Lampiran 11 Perbandingan CRR vs Depth (BH-11,S-06 & BH-12, S-02) Lampiran 12 Perbandingan FS vs Depth (BH-01,S-10 & BH-02,S-04 dst). 100 Lampiran 13 Perbandingan FS vs Depth (BH-11, S-06 & BH-12, S-02) Lampiran 14 Lokasi titik bor PLTU Ende (Potongan A-A) Lampiran 15 Profil tanah PLTU Ende potongan A-A Lampiran 16 Potongan profil A-A (CRR, FS dan jenis tanah)

14 BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Likuifaksi (liquefaction) adalah suatu proses atau kejadian berubahnya sifat tanah dari keadaan padat menjadi keadaan cair, yang disebabkan oleh beban siklik pada waktu terjadi gempa sehingga tekanan air pori meningkat mendekati atau melampaui tegangan vertikal. Likuifaksi terjadi ketika tanah non-kohesif (lanau sampai pasir) jenuh air yang kehilangan kuat gesernya pada saat mengalami guncangan terutama disebabkan oleh gempa. Selama diguncang gempa tanah lebih berlaku sebagai cairan daripada sebagai padatan, sehingga terjadilah likuifaksi yang membahayakan bagunan di atasnya. Salah satu jenis gempa yang sering memicu terjadinya likuifaksi ialah gempa tektonik. Gempa bumi tektonik akibat patahan lempeng bumi, merambatkan gelombang gempa kepermukaan bumi, mengakibatkan terjadinya gaya geser searah bolak balik atau dua arah (siklik dinamik), sehingga setiap lapisan tanah akan terjadi perubahan parameter tanah di saat terjadinya gempa tersebut. Kerusakan dapat diakibatkan oleh percepatan dan kecepatan gempa pada permukaan tanah/bumi juga dapat terjadi akibat terjadinya peristiwa likuifaksi. Dalam menentukan suatu daerah memiliki potensi likuifaksi atau tidak bisa dengan dua cara yaitu tes uji laboratorium dan tes uji lapangan yang nantinya akan dihitung faktor keamanannya. Pada tes uji lapangan, tes yang sering dilakukan ialah tes CPT, SPT, BPT, dan Vs. Mengacu pada fenomena likuifaksi, maka penting bagi kita untuk menganalisa potensi likuifaksi ketika kita akan mendirikan suatu bangunan di atas tanah yang sekiranya memiliki potensi likuifaksi. Hal ini yang juga melatar belakangi penulis untuk menganalisis potensi likuifaksi pada daerah pantai Kota Ende, Nusa Tenggara Timur yang sedang dibangun PLTU di atasnya. Mencermati hal tersebut maka penulis akan menyajikan data serta analisis dari interpretasi data CPT dan SPT pada lokasi tersebut untuk mengetahui potensi likuifaksi jika terjadi gempa. 1

15 1.2 Ruang Lingkup Pembahasan Ruang lingkup pembahasan hanya meliputi analisis likuifaksi setempat dengan menggunakan data CPT dan SPT yaitu di daerah Ende, NTT. Dan hasil dari kedua data tersebut dibandingkan agar lebih terlihat apakah data (CRR, Cyclic Resistance Ratio) dari CPT dapat diaplikasikan dalam perhitungan CRR yang ada sekarang. 1.3 Tujuan Penelitian Skripsi ini bertujuan untuk dapat memberi pendalaman pemahaman, baik untuk penulis sendiri maupun mahasiswa yang lain dalam bidang geoteknik khususnya untuk masalah analisis potensi likuifaksi pada suatu daerah dengan data CPT dan SPT, dalam kasus ini penulis mengambil contoh daerah Kota Ende, Nusa Tenggara Timur Hal-hal yang akan diangkat yaitu mengenai : 1. Perilaku tanah akibat gempa 2. Analisis perhitungan CRR dengan menggunakan data CPT dan SPT 3. Faktor keamanan pada tanah berpasir akibat peristiwa likuifaksi dari interpretasi data CPT dan SPT 4. Membandingkan hasil analisis data yang diperoleh dari pengolahan data CPT dan SPT terhadap potensi likuifaksi 1.4 Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian ini adalah : 1. Mengetahui pengaruh kenaikan tekanan air pori dan adanya beban siklik terhadap tanah yang ditinjau. 2. Mengidentifikasi potensi likuifaksi dan bahaya yang dapat terjadi pada area yang ditinjau. 3. Mengetahui perbedaan analisis likuifaksi dari data CPT dan SPT sehingga didapat kesimpulan apakah pendekatan dengan CPT dan SPT sama atau berbeda. 1.5 Sistematika Penulisan Metode penulisan dalam seminar ini dibagi dalam beberapa bab yaitu : 2

16 3 BAB 1 PENDAHULUAN Berisi pendahuluan yang memuat latar belakang permasalahan, ruang lingkup penulisan, tujuan penulisan, dan sistematika penulisan. BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA Menjelaskan landasan teori tentang tanah, hal hal yang berhubungan dengan gempa, peristiwa likuifaksi, dan tentang metode yang akan digunakan. BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN Menguraikan beberapa metode yang berhubungan dengan alur penelitian untuk memperoleh tujuan yang ingin dicapai berdasarkan penelitian yang telah ditetapkan. BAB 4 PEMBAHASAN Berisi proses dan hasil analisis yang telah didapatkan dari beberapa metode yang diterapkan guna menganalisis potensi likuifaksi di area yang ditinjau. BAB 5 PENUTUP Berisi kesimpulan dan saran dari hasil analisis yang telah diperoleh.

17 BAB 2 DASAR TEORI 2.1 Likuifaksi Dalam peristiwa gempa bumi, umumnya diikuti oleh serangkaian guncangan dan penyesaran tanah akibat dari gelombang gempa yang sampai pada permukaan dan terkadang menimbulkan tsunami. Guncangan tanah dan penyesaran tanah pada lingkungan geologi tertentu salah satunya akan menyebabkan likuifaksi. Proses ini dapat menyebabkan bangunan rusak, retak maupun runtuh, kerusakan bangunan akibat likuifaksi ini dikatakan sebagai kegagalan tanah (Kertapati, 1998). Youd (1980) dan Kertapati (1998) meninjau dari beberapa kerusakan berat atau kerusakan total pada bangunan karena peretakan tanah akibat proses likuifaksi bahwa kerusakan ringan terjadi pada pergeseran tanah sejauh mm, kerusakan yang memerlukan perbaikan ringan atau kerusakan sedang terjadi akibat pergeseran tanah sejauh mm, dan kerusakan berat dengan pergeseran tanah sejauh lebih dari 760 mm. Perubahan sifat tanah dari sifat solid menjadi sifat seperti likuid yang terjadi pada tanah jenuh air diakibatkan oleh peningkatan tekanan air pori dan pengurangan tegangan efektif tanah dan sekaligus juga mengurangi kekuatan geser tanah yang bersangkutan. Apabila hal tersebut terjadi dan tanah kehilangan kekuatan gesernya maka akan terjadi likuifaksi Definisi Likuifaksi Likuifaksi merupakan kondisi dimana tanah mendapat beban siklik, misalnya beban yang diakibatkan oleh gempa, sehingga mengakibatkan tanah tersebut berdeformasi dari solid menjadi cair (liquefied) atau yang sering dikatakan menjadi seperti bubur. Dalam hal ini, tanah yang mengalami likuifaksi adalah tanah berjenis pasir atau mengandung banyak pasir yang berarti tanah tersebut tidak kohesif, dan juga tersaturasi. Pada tanah non-kohesif yang tersaturasi (celah celah antar partikelnya terisi dengan air). Kandungan air tersebut akan memberikan tekanan pada partikel tanah sehingga menyebabkan 4

18 5 adanya ikatan pada partikel partikel tanah tersebut. Sebelum terjadinya gempa, tekanan air pori relatif rendah, namun guncangan dari gempa dapat memicu kenaikan tekanan air dalam tanah sampai pada titik dimana partikel partikel tanah dapat saling bergerak atau kehilangan ikatannya. Beban yang bekerja merupakan beban siklik (dinamik) yang umumnya diakibatkan oleh gempa. Pada saat beban gempa bekerja dalam kondisi undrained sedangkan tanah berjenis pasir berada pada kondisi tersaturasi, maka tegangan air pori akan naik sehingga tanah tersebut akan kehilangan kekuatannya atau kuat gesernya menjadi nol. Fenomena yang terkait dengan likuifaksi adalah flow liquefaction dan cyclic mobility. Keduanya sangat penting untuk diperhatikan dalam mengevaluasi bahaya likuifaksi. Flow liquefaction adalah peristiwa dimana terjadi aliran aliran tanah. Hal ini terjadi apabila tekanan geser statis yang diperlukan untuk mencapai kesetimbangan pada suatu massa tanah jauh lebih besar daripada tegangan geser tanah dalam kondisi cair (liquefied). Dengan kata lain, deformasi yang terjadi merupakan akibat dari tekanan geser statik (static shear stress). Pada peristiwa flow liquefaction ini, terdapat dua karakteristik yang dapat dilihat yaitu kecepatan aliran dan perpindahan material tanah yang sangat besar. Cyclic mobility merupakan fenomena lainnya yang juga dapat menyebabkan deformasi permanen yang sangat besar akibat adanya guncangan gempa. Berbeda dengan flow liquefaction, dalam static mobility kondisinya adalah tekanan geser statis lebih kecil dibandingkan dengan tegangan geser tanah cair (liquefied). Pada fenomena ini, deformasi yang terjadi diakibatkan oleh pembebanan siklik (cyclic loading) dan tekanan geser statis (static shear stress). Dalam hal ini, deformasi yang terjadi adalah deformasi lateral (lateral spreading). Tercatat bahwa likuifaksi sebagai akibat dari gempa telah banyak terjadi di seluruh dunia selama ratusan tahun, beberapa diantaranya adalah gempa di Alaska, AS (1964), Niigata, Jepang (1964), Loma Prieta, AS (1989), dan Kobe, Jepang (1995).

19 Faktor-faktor yang mempengaruhi potensi Likuifaksi Untuk dapat memahami likuifaksi, diperlukan pengenalan kondisi yang terdapat pada tanah sebelum terjadinya gempa. Tanah terdiri dari partikel partikel yang menyusunnya. Jika dilihat lebih dekat maka akan terlihat bahwa setiap partikel berhubungan dengan partikel lainnya. Karena adanya gaya berat dari partikel tanah, maka terdapatlah gaya antar partikel. Gaya inilah yang membuat setiap partikel tanah dapat berada tetap pada posisinya sehingga ada yang dimaksud dengan kekuatan tanah. Likuifaksi terjadi apabila suatu pasir yang tersaturasi strukturnya terpecah akibat adanya pembebanan yang berlebihan dan terus menerus. Karena strukturnya hancur, maka partikel partikel penyusun pasir tersebut akan bergerak dan cenderung membentuk suatu konfigurasi yang lebih keras. Pada saat terjadinya gempa, air yang berada pada pori pori tanah berpasir tidak sempat mengalir keluar, dan terperangkap sehingga partikel partikel tanah tidak dapat bergerak dan merapat untuk membentuk konfigurasi yang lebih padat. Dengan adanya pembebanan akibat gempa, tekanan air di dalam tanah akan meningkat sehingga memperkecil gaya antar partikel tanah sehingga kekuatan tanahnya menjadi menurun. Pada kasus kasus yang ekstrim, tekanan air pori akan menjadi sangat tinggi sehingga partikel partikel tanah kehilangan kontak satu dengan lainnya. Jika hal tersebut terjadi maka tanah akan kehilangan kekuatannya dan berlaku seperti cairan, maka peristiwa tersebut dinamakan likuifaksi. Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi terjadinya likuifaksi pada tanah saat terjadi gempa antara lain adalah kepadatan tanah, umur dari deposit, fabric dan gradasi partikel, riwayat tegangan (regangan), nilai Over Consolidation Ratio (OCR), kondisi tegangan in- situ, bentuk dari partikel. Kepadatan dari tanah pasir dapat dinyatakan dengan nilai relative density (Dr). Semakin besar nilai Dr maka akan semakin besar tahanannya terhadap bahaya likuifaksi. Likuifaksi umumnya terjadi pada tanah yang bergradasi seragam (uniformly graded soil). Sementara tanah yang bergradasi baik (well graded soil) umumnya mempunyai tahanan terhadap likuifaksi lebih besar dibandingkan dengan tanah yang bergradasi jelek (poor graded soil). Hal ini disebabkan oleh partikel-partikel kecil yang terdapat pada tanah bergradasi baik

20 7 akan dapat mengisi rongga yang ada diantara partikel yang besar, sehingga potensi untuk mengalami perubahan volume pada kondisi drain akan menjadi lebih kecil akibat undarained loading. Semakin tua umur dari deposit tersebut maka semakin besar tahanannya terhadap bahaya likuifkasi. Hal ini disebabkan antara lain karena adanya proses sementasi (cementation) antara partkel. Semakin besar nilai OCR maka semakin besar nilai K o yang mana akan menaikkan tegangan efektif rata-rata tanah (σ av ). Tahanan terhadap likuifaksi akan meningkat dengan meningkatnya tegangan efektif confining. Sebagai akibatnya suatu daerah dimana air mukanya tinggi atau dekat ke permukaan akan lebih mudah mengalami proses likuifaksi dibandingkan dengan daerah dimana muka air terdapat pada posisi yang cukup dalam dari permukaan. Tanah dengan partikel yang berbentuk bundar akan lebih mudah mengalami likuifaksi dibandingkan dengan tanah dengan partikel bersudut. Hal ini disebabkan tanah dengan partikel berbentuk bundar lebih mudah untuk dipadatkan Bahaya yang Disebabkan oleh Peristiwa Likuifaksi Likuifaksi hanya terjadi pada tanah yang tersaturasi, maka efeknya seringkali hanya diamati pada area yang dekat dengan badan air seperti sungai, danau, dan laut. Efek yang disebabkan oleh likuifaksi dapat berupa longsor besar ataupun terjadinya retakan retakan pada tanah yang paralel dengan badan air, seperti kasus yang terjadi pada Montagua River, Guatemala (1976). Saat terjadinya likuifaksi, kekuatan tanah menjadi berkurang dan kemampuan tanah untuk mendukung pondasi dari bangunan diatasnya akan berkurang pula. Likuifaksi juga dapat memberikan tekanan yang besar pada dinding dinding penahan tanah yang dapat menyebabkan dinding penahan tanah menjadi miring ataupun bergeser. Naiknya tekanan air pori juga dapat memicu terjadinya longsor (land slides) serta rusaknya bendungan. Pelabuhan dan dermaga umumnya berada pada area dekat badan air yang berpotensi terjadi likuifaksi. Pada umumnya, dermaga dan pelabuhan memiliki struktur penahan yang sangat besar. Jika tanah dibelakang dinding penahan

21 8 tersebut mengalami likuifaksi, maka dapat terjadi kegagalan pada dinding penahan tanah tersebut sehingga dinding itu dapat bergeser, miring, ataupun rubuh. Selain pada dinding penahan tanah, likuifaksi juga seringkali merusak jembatan yang melewati badan air. Pergerakan tanah pada peristiwa likuifaksi dapat mendorong pondasi jembatan keluar sehingga jembatan kehilangan supportnya, atau menyebabkan terjadinya buckling pada pondasi jembatan. Kerusakan kerusakan semacam ini membawa konsekuensi yang besar dalam mendesain bangunan bangunan pada tanah pasir yang berada dekat badan air. Sebagai akibat jangka panjangnya, tentunya akan terdapat kerugian materi yang sangat besar apabila terjadi kegagalan pada struktur dibawah tanah akibat likuifaksi. Namun pada penelitian ini penulis lebih menekankan pada bangunan PLTU Ende yang posisinya berada pada tanah kepasiran yang cukup memiliki potensi likuifaksi. Berikut adalah gambar yang mengilustrasikan efek dari likuifaksi. Gambar 2.1. Ilustrasi efek likuifaksi Sumber : The Institution of Professional Engineers of New Zealand

22 9 2.2 Teori Dasar Gempa Bumi Teori Lempeng Tektonik Teori lempeng tektonik yang dikembangkan sejak tahun 1960-an merupakan teori yang menggambarkan bagaimana gempa bumi terjadi. Menurut teori lempeng tektonik, permukaan bumi terdiri dari lempeng-lempeng tektonik yang berbeda-beda, bisa disebut juga sebagai lempeng litosphere, dengan masingmasing pelat memiliki kerak atau lapisan dan bagian yang lebih kaku pada mantel terluar. Lempeng-lempeng tektonik ini aktif bergerak dan menimbulkan pelepasan energi akibat tekanan yang dihasilkan oleh pergerakan lempeng-lempeng. Tekanan tersebut kian membesar dan mencapai keadaan dimana tekanan tersebut tidak dapat ditahan oleh pinggiran lempeng, pada saat itulah gempa bumi terjadi. Gempa bumi biasanya terjadi di perbatasan-perbatasan lempeng tersebut. Batas lempeng (plate boundaries) dibedakan menjadi tiga jenis berdasarkan cara lempengan tersebut bergerak relatif satu sama lain. Tiga jenis batas lempeng tersebut adalah : Batas Divergen (Divergent Boundaries) Batas Divergen terjadi ketika dua lempeng bergerak saling menjauhi satu sama lain. Magma panas yang keluar ke permukaan akibat pergerakan dua lempeng ini mengalami proses pendinginan dan membentuk punggungpunggung bukit. Gempa bumi yang terjadi akibat pembentukan punggung bukit ini hanya terjadi di sekitar puncak bukit, pada saat kerak baru terbentuk. Gempa ini relatif kecil dan terjadi pada kedalaman yang dangkal. Batas Konvergen (Convergent Boundaries) Berbeda dengan Batas Divergen, Batas Konvergen ini terjadi ketika dua lempeng bergerak bergesekan saling mendekati satu sama lain sehingga membentuk zona subduksi (subduction zone) ketika salah satu lempeng bergerak di bawah lempeng lainnya. Batas Transform (Transform Boundaries) Batas Transform atau biasa disebut Patahan (Fault) terjadi pada saat lempeng bergerak dan mengalami gesekan satu sama lain tanpa menimbulkan efek konstruktif ataupun destruktif pada lapisan bumi seperti

23 10 yang terjadi pada Batas Divergen dan Batas Konvergen. Pada saat pergerakan relatif kedua lempeng sejajar satu sama lain, zona patahan strike-slip (strike-slip fault zone) terbentuk pada Batas Transform. Gambar 2.2. Tiga Jenis Batas Lempeng (Plate Boundary) Sumber : Wikipedia Kebanyakan gempa bumi terjadi akibat pelepasan energi yang terjadi akibat perpindahan tiba-tiba dari patahan. Walaupun demikian tidak berarti bahwa pergerakan tanah yang terjadi akibat patahan selalu menimbulkan gempa bumi Besaran Kekuatan Gempa Terdapat dua cara dasar dalam mengukur kekuatan gempa, yaitu berdasarkan magnitudo gempa (earthquake magnitude) dan berdasarkan intensitas kerusakan yang diakibatkannya (earthquake intensity). Magnitudo gempa tidak bergantung pada kepadatan populasi suatu wilayah maupun jenis konstruksi bangunan yang ada di wilayah tersebut, sedangkan intensitas mengukur bahaya kerusakan yang diakibatkan oleh gempa pada bangunan dan reaksi orang-orang di suatu wilayah. Earthquake Magnitude Jika besar gempa di bumi ini ingin dibandingkan, dibutuhkan suatu metode perhitungan yang tidak bergantung pada intensitas gempa, kepadatan penduduk, dan jenis bangunannya, tetapi langsung kepada skala kuantitatif gempa yang dapat diterapkan pada daerah dengan penduduk maupun tanpa penduduk. Hal ini dapat dilakukan dengan mengkuantifikasi gempa sebagai magnitudo gempa yang pertama kali diperkenalkan oleh Wadati di Jepang pada tahun 1931.

24 11 a. Local Magnitude Scales (M L ) Pada tahun 1935, Prof. Charles Richter, dari Institut Teknologi California mengembangkan skala besaran gempa untuk gempa dangkal dan lokal serta memiliki episentrum berjarak kurang dari 600 km di daerah selatan California. Skala besaran gempa ini disebut sebagai skala besaran Richter. Karena skala besaran ini dikembangkan untuk gempa dangkal dan local, skala ini juga dikenal sebagai Local Magnitude Scale (M L ). Richter mendefinisikan magnitude local gempa sebagai logaritma berbasis 10 dari amplitude gelombang gempa maksimum dalam micron direkam menggunakan sesimograf Wood-Anderson yang terletak pada jarak 100 km dari episentrum gempa. M L = log A log A o = log A/A o (2.2.1) Dengan: M L = besaran gempa A = amplitudo jejak gempa maksimum (mm) yang direkam oleh seismograf standar Wood-Anderson yang memiliki periode natural 0,8 detik dengan faktor redaman 80% dan magnifikasi statis sebesar A o = 0,001 mm (skala gempa lokal nol yang berhubungan dengan besaran gempa terkecil yang pernah direkam) b. Surface Wave Magnitude Scales (M s ) Skala ini digunakan untuk mengukur besaran gempa yang terutama ditimbulkan oleh gempa permukaan dengan periode sekitar 20 detik yang sering dominan pada rekaman seismograf untuk gempa yang memiliki episentrum cukup jauh dari tempat (sekitar lebih dari 2000 km). Gutenberg mendefinisikan Surface Magnitude Scale (M s ) berdasarkan pengukuran amplitude gelombang gempa permukaan dengan periode 20 detik. c. Body Wave Magnitude (m b ) Gempa yang memiliki focus yang dalam hanya memiliki sedikit gelombang permukaan sehingga dibutuhkan pengukuran terhadap

25 12 amplitude gelombang P yang merupakan salah satu jenis gelombang badan yang tidak dipengaruhi oleh kedalaman focal sumber gempa. d. Moment Magnitude Scales (M w ) Besaran menggunakan magnitude gempa dengan pendekatan momen seismic yang langsung berhubungan dengan ukuran sumber gempa yang dihitung dengan formula berikut M =, 10,7 (2.2.2) Dengan M o adalah moment seismic dalam satuan dyn-cm. Earthquake Intensity Skala intensitas gempa pertama kali disusun oleh de Rossi dari Italia dan Forel dari Swiss pada tahun 1880 kemudian dikembangkan dan diperbaiki oleh Mercalli pada tahun Versi lainnya disusun oleh H.O. Wood dan Frank Neumann. Jepang juga mengeluarkan skala intensitas gempanya. 2.3 Karakteristik Dasar Tanah Ukuran partikel tanah sangat beragam, yaitu antara lebih besar dari 100 mm sampai kurang dari mm. Dari ukuran yang sangat beragam tersebut, maka setiap jenis tanah memiliki sebutan yang berbeda, dimulai dari yang paling halus partikelnya yaitu lempung, lanau, pasir, kerikil, cobbles, dan boulders untuk bebatuan yang paling keras dan partikelnya paling besar. Pada umumnya, jenis tanah terdiri dari campuran berbagai rentang ukuran dan biasanya lebih dari dua rentang ukuran. Namun partikel yang berukuran lempung tidak selalu merupakan mineral lempung, bubuk batu yang paling halus mungkin berukuran partikel lempung. Jika mineral lempung terdapat pada suatu tanah, biasanya akan dapat mempengaruhi sifat tanah tersebut, meskipun persentasenya tidak terlalu besar. Secara umum, tanah disebut kohesif bila partikel partikelnya yang saling melekat setelah dibasahi, kemudian dikeringkan maka diperlukan gaya yang cukup besar untuk meremas tanah tersebut, ini tidak termasuk tanah yang partikel partikelnya saling melekat ketika dibasahi akibat tegangan permukaan.

26 13 Gambar 2.3. Rentang Ukuran Partikel Sumber: R.F.Craig, 1991 Tanah yang partikelnya terdiri dari rentang ukuran kerikil dan pasir disebut tanah berbutir kasar (coarse grained). Sebaliknya, bila partikelnya kebanyakan berukuran partikel lempung dan lanau, disebut tanah berbutir halus (fine grained) Sifat sifat fraksi tanah berbutir kasar Ukuran butiran tanah tergantung pada diameter partikel tanah yang membentuk masa tanah itu. Secara visual, fraksi tanah berbutir kasar dapat dikenali secara langsung mengingat ukurannya yang besar. Material tanah berbutir kasar paling banyak digunakan dalam konstruksi karena sifat sifatnya yang menguntungkan. Berikut ini adalah beberapa sifat sifat fraksi tanah berbutir kasar, yaitu : Tidak mempunyai sifat kohesi Tingkat kompressibilitas yang tinggi dan nilai elastisitas yang besar, sehingga baik untuk material urugan. Material ini banyak dipakai untuk mengganti lapisan tanah yang buruk pada konstruksi jalan raya. Porositas tinggi karena banyak mempunyai celah atau void dalam susunan strukturnya Mempunyai kuat geser yang besar Dapat terkonsolidasi dalam waktu yang relative cepat Partikel berukuran > mm.

27 Tegangan Dalam Tanah Besarnya pengaruh gaya gaya yang menjalar dari partikel ke partikel lainnya dalam kerangka tanah telah diketahui sejak tahun 1923, ketika Terzaghi mengemukakan prinsip tegangan efektif yang didasarkan pada data hasil percobaan. Untuk rentang tegangan yang biasa dijumpai dalam praktek, masing masing partikel padat dan air dapat dianggap tidak kompresibel; di lain pihak, udara bersifat sangat kompresibel. Tanah dapat divisualisasikan sebagai suatu kerangka partikel padat tanah (solid skeleton) yang membatasi pori pori yang mana pori pori tersebut mengandung air dan/atau udara. Volume kerangka tanah secara keseluruhan dapat berubah akibat penyusunan kembali partikel partikel padat pada posisinya yang baru, terutama dengan cara menggelincir yang menyebabkan terjadinya perubahan gaya gaya yang bekerja diantara partikel partikel tanah. Kompresibilitas kerangka tanah yang sesungguhnya tergantung pada susunan struktural partikel tanah tersebut. Prinsip tersebut dapat diwakili oleh model fisis sebagai berikut. Tinjaulah sebuah bidang x-x pada suatu tanah jenuh sempurna yang melewati titik titik singgung antar partikel, seperti terlihat pada gambar berikut. Bidang x-x yang bergelombang tersebut, dalam skala besar, sama dengan bentuk bidang yang sebenarnya karena ukuran partikel tanah relatif kecil. Sebuah gaya normal P yang bekerja pada bidang A sebagian ditahan oleh gaya gaya antar partikel dan sebagian oleh tekanan pada air pori. Gaya gaya antar partikel pada seluruh tanah, baik besar maupun arahnya, sangat tidak beraturan (acak), tetapi pada tiap titik singgung dengan bidang yang bergelombang dapat diuraikan menjadi komponen komponen gaya yang arahnya normal dan tangensial terhadap bidang x-x yang sebenarnya. Komponen normal dinamakan dengan N dan komponen tangensial dengan T.

28 15 Gambar 2.4. Interpretasi Tegangan Efektif Sumber: R.F.Craig, 1991 Tegangan geser dapat ditahan oleh kerangka partikel padat tanah dengan memanfaatkan gaya gaya yang timbul karena persinggungan antar partikel. Tegangan normal ditahan oleh gaya gaya antar partikel pada kerangka tanah. Jika tanah berada dalam kondisi jenuh sempurna, air pori akan mengalami tekanan karena ikut menahan tegangan normal Tegangan Efektif Tegangan efektif adalah gaya per satuan luas yang dipikul oleh butir butir tanah. Perubahan volume dan kekuatan tanah tergantung pada tegangan efektif di dalam massa tanah. Makin tinggi tegangan efektif suatu tanah, makin padat tanah tersebut. Prinsip tersebut hanya berlaku untuk tanah jenuh sempurna. Tegangan tegangan yang berhubungan dengan prinsip tersebut adalah : Tegangan normal total (σ); pada bidang di dalam tanah, yaitu gaya per satuan luas yang ditransmisikan pada arah normal bidang dengan menganggap bahwa tanah adalah material padat saja Tekanan air pori (u); merupakan tekanan air pengisi pori pori di antara partikel partikel padat Tegangan normal efektif (σ ) pada bidang, yang mewakili tegangan yang dijalarkan hanya melalui kerangka tanah saja. Hubungan ketiga tegangan diatas adalah : σ = σ + u (2.2.3)

29 Tegangan Horizontal (Tegangan Lateral) Dalam bidang hidrolika, kita mengetahui bahwa tekanan pada benda cair akan memiliki nilai yang sama dalam berbagai arah. Namun, sangat berbeda dengan tanah, sangat jarang terjadi pada lapisan tanah alam yang bagian dasarnya memiliki tegangan horizontal yang sama nilainya dengan tegangan vertikalnya. Adapun persamaan dari perbandingan tegangan horizontal dan vertical adalah : σ h = K. σ v (2.2.4) Dimana K merupakan koefisien tekanan tanah. Karena permukaan air tanah dapat berfluktuasi sehingga dapat merubah nilai tegangan total, maka koefisien K tidak konstan nilainya pada lapisan tanah. Untuk menghindari masalah muka air tanah yang fluktuatif, perbandingan tengangan tersebut harus dalam keadaan kondisi efektif. σ h = K 0. σ v (2.2.5) K 0 adalah koefisien penting dalam bidang geoteknik. Biasa dinamakan koefisien tekanan tanah dalam keadaan diam (coefficient of earth pressure at rest). Hal tersebut menyatakan kondisi tegangan dalam tanah berada dalam keadaan efektif dan tidak tergantung dari level muka air tanah. Bahkan jika kedalaman berubah, K 0 tetap konstan, selama dalam lapisan tanah dan kepadatan yang sama. 2.5 Kekuatan Geser Tanah Salah satu properties tanah yang terpenting adalah kekuatan geser atau kemampuan tanah untuk menahan gesekan sepanjang bidang geser dengan massanya. Kekuatan geser merupakan karakteristik tanah yang dapat menjaga keseimbangan pada permukaan lereng. Keruntuhan geser tanah terjadi bukan disebabkan karena hancurnya butir-butir tanah tetapi karena adanya gerak relatif antara butir-butir tanah tersebut. Kekuatan geser yang dimilki oleh suatu tanah disebabkan oleh: Pada tanah berbutir halus (kohesif) misalnya lempung kekuatan geser yang dimiliki tanah disebabkan karena adanya kohesi atau lekatan antara butirbutir tanah (c soil).

30 17 Pada tanah berbutir kasar (non kohesif), kekuatan geser disebabkan karena adanya gesekan antara butir-butir tanah sehingga sering disebut sudut geser dalam (φ soil). Pada tanah yang merupakan campuran campuran antara tanah halus dan tanah kasar (c dan φ soil), kekuatan geser disebabkan karena adanya lekatan (karena kohesi) dan gesekan antara butir-butir tanah (karena φ). Jika pada suatu titik tertentu pada massa tanah, tegangan geser bernilai sama dengan kuat gesernya, maka saat itulah akan terjadi keruntuhan. Menurut Coulomb, kuat geser tanah pada suatu titik pada bidang tertentu, dapat diekspresikan sebagai suatu fungsi linear dari tegangan normal pada saat keruntuhan pada titik yang sama pada bidang tersebut. vτ f = c + σ f tan φ (2.2.6) Dimana c (kohesi) dan φ (sudut geser) merupakan parameter kuat geser. Berdasarkan prinsip bahwa tegangan geser pada tanah hanya dapat ditahan oleh partikel padatnya, maka kuat geser harus diekspresikan sebagai suatu fungsi dalam kondisi efektifnya, yaitu sebagai berikut : τ f = c + σ f tan φ (2.2.7) Hubungan parameter kuat geser dengan prinsip tegangan efektif pada saat keruntuhan dapat dilihat pada gambar berikut ini, dimana lingkaran Mohr menunjukkan kasus dengan c > 0. Gambar 2.5. Kriteria keruntuhan Mohr Coulomb Sumber: R.F. Craig, 2004

31 Kekuatan Geser Tanah Non-Kohesif Kekuatan geser pada tanah granuler seperti pada pasir hampir mendekati analogi pada tahanan gesek benda padat pada bidang kontak. Hubungan antara tegangan normal pada bidang tanah dan kekuatan gesernya dapat ditulis dengan persamaan berikut : τ f = σ tan φ (2.2.8) Dimana τ f = tegangan geser keruntuhan, atau kekuatan geser σ = tegangan normal pada bidang geser φ = sudut geser Sudut geser untuk pasir jenuh sedikit lebih kecil dibandingkan dengan pasir yang kering untuk kepadatan yang relatif sama. Jika pasir berada dibawah muka air, maka efek dari tegangan normal air pada bidang geser harus dihitung. Tegangan normalnya harus dalam keadaan efektif. Tegangannya sama dengan tegangan total pada sebuah titik dikurangi tegangan air pori. Kekuatan geser material akan bertambah sejalan dengan besarnya nilai sudut geser. Oleh karena itu : τ f = (σ u) tan φ (2.2.9) dimana : τ f = tegangan geser keruntuhan, atau kekuatan geser σ = tegangan normal pada bidang geser u = tekanan air pori φ = sudut geser 2.6 Metode untuk mengevaluasi potensi Likuifaksi Dalam menganalisis potensi likuifaksi dapat dilakukan dengan dua cara yaitu tes uji laboratorium dan pendekatan perhitungan dari data tes uji lapangan. Dalam skripsi ini penulis bertujuan untuk mendapatkan hasil nilai potensi likuifaksi dari hasil uji lapangan yaitu data CPT (sondir) dan SPT serta membandingkan nilai CRR yang didapat oleh masing-masing data. Adapun untuk menganalisis potensi likuifaksi dibutuhkan nilai rasio tegangan siklik (CSR) dan nilai rasio tahanan siklik (CRR) yang bisa didapatkan dari nilai CPT (sondir), SPT

32 19 (bor dalam), V s (shearwave velocity), dan beberapa uji tanah lainnya termasuk Becker Penetration Test (BPT). Namun dalam skripsi ini penulis hanya membatasi perhitungan dari data CPT dan SPT. Metode untuk mengevaluasi potensi likuifaksi adalah dengan cara medapatkan nilai faktor keamanan dari hasil perbandingan nilai CRR (Cyclic Resistance Ratio) yaitu nilai yang mencerminkan kekuatan tanah terhadap beban siklis yang biasanya diakibatkan oleh beban gempa bumi dengan CSR (Cyclic Stress Ratio) yaitu nilai tegangan yang disebabkan oleh gempa bumi. Faktor keamanan yang digunakan tidak boleh kurang dari satu, karena jika kurang dari satu maka tanah akan mengalami likuifaksi. Berikut sedikit diilustrasikan oleh sebuah persamaan : FS = dimana, jika FS = < 1 (terjadi likuifaksi) jika FS = = 1 (kondisi kritis) jika FS = > 1 (tidak terjadi likuifaksi) Metode evaluasi CSR (2.2.10) Pada tahun 1971 Seed dan Idriss memformulasikan persamaan untuk rasio tegangan siklik sebagai berikut : CSR = (τ av / σ vo ) = 0.65 (a max /g)( σ vo / σ vo )r d (2.2.11) dimana a max = aselarasi puncak horizontal pada permukaan tanah yang disebabkan oleh gempa bumi; g = gravitasi; σ vo dan σ vo tegangan overburden vertikal efektif; dan r d = koefisien tegangan reduksi. Untuk penyederhanaan dan proyek nonkritis, persamaan berikut mungkin digunakan untuk memperkirakan nilai r d rata-rata (Liao dan Whitman, 1968) : r d = z untuk z 9.15 m ( a) r d = z untuk 9.15 z 23 m ( b)

33 20 Gambar 2.6. r d versus Depth Curves Developed by Seed and Idriss (1971) Sumber : Soil Liquefaction During Earthquakes by I.M Idriss and R.W. Boulanger Untuk memudahkan perhitungan, TF Blake (1996) memperkirakan rataan (nilai tengah) plot kurva pada gambar 2.6 oleh persamaan berikut: (2.2.13) dimana z = kedalaman dibawah permukaan tanah dalam satuan meter. Sedangkan Idriss (1999), meneruskan apa yang dikerjakan oleh Golesorkhi (1989) dilakukan beberapa ratus analisis respon parametrik dan disimpulkan bahwa nilai r d harus menunjukkan fungsi dari kedalaman dan earthquake magnitude (M w ). Dan persamaan berikut menunjukkan hasil dari analisis tersebut. r d = exp (α (z) + β (z) M ) (2.2.14) α (z) = sin ( ((z)/11.73) ) ( a) β (z) = sin ( ((z)/11.38) ) ( b) Dimana z adalah kedalaman dalam meter, M w adalah momen magnitude. Persamaan diatas secara matematik dapat diterapkan pada kedalaman z 34 m. Namun ketidakpastian nilai r d dengan meningkatnya kedalaman, maka persamaan diatas sebenarnya hanya bisa diterapkan pada kedalaman kurang dari 20 m.

34 Metode Evaluasi CRR Dalam mengevaluasi nilai CRR dilakukan pendekatan perhitungan CRR yang diambil dari konsensus NCEER/NSF tentang ketahanan tanah terhadap Likuifaksi tahun 1998 mengenai analisis likuifaksi dan literatur buku yang dibuat oleh I.M Idriss dan R.W Boulanger yang berjudul Soil Liquefaction During Earthquakes tahun Beberapa uji lapangan telah memperoleh penggunaan umum untuk evaluasi potensi likuifaksi, termasuk tes penetrasi standar (SPT), uji penetrasi kerucut (CPT), kecepatan gelombang geser pengukuran (Vs), dan uji penetrasi Becker (BPT). Namun batasan pada tulisan ini hanya pada evaluasi data dari CPT dan SPT SPT Diambil dari sebuah konsensus NCEER/NSF tentang ketahanan tanah terhadap Likuifaksi tahun 1998 mengenai analisis likuifaksi didapatkan metode evaluasi CRR dengan kriteria untuk evaluasi tahanan likuifaksi berdasarkan nilai SPT telah digunakan selama bertahun-tahun. Kriteria tersebut sebagian besar diwujudkan dalam plot kurva antara nilai SPT terkoreksi (N I ) 60 dan nilai CSR. Gambar 2.7. Kurva SPT Clean-Sand Base untuk Nilai Gempa Bumi 7.5 dengan data dari sejarah kasus Likuifaksi Sumber: Modifikasi dari Seed dkk, 1985

35 22 Kurva CRR pada grafik ini adalah diposisikan untuk memisahkan daerah dengan data indikasi likuifaksi dengan data yang menunjukkan non-likuifaksi. Kurva dikembangkan untuk tanah butiran dengan fines content sebesar 5% atau kurang, 15%, dan 35% seperti yang ditunjukkan pada plot kurva. Kurva CRR untuk fines content <5% adalah kriteria penetrasi dasar untuk penyederhanaan prosedur dan selanjutnya disebut sebagai ''kurva dasar SPT pasir murni''. CRR pada gambar 2.7 hanya berlaku untuk magnitude gempa bumi sebesar 7.5. Pada kurva SPT clean-sand, beberapa usulan perubahan kriteria SPT direkomendasikan oleh beberapa peneliti yang hadir dalam konsensus tersebut. Perubahan pertama adalah lintasan kurva clean-sand base pada (N 1 ) 60 untuk memproyeksikan nilai sekitar 0,05 (gambar 2.7). Penyesuaian ini membentuk ulang yang kurva clean-sand base untuk mencapai konsistensi yang lebih besar dengan kurva CRR dan dikembangkan untuk prosedur shear wave velocity dan CPT. Seed dan Idris (1982) mengembangkan kurva yang asli melalui data aslinya, tapi ada sedikit data yang membatasi kurva di bagian bawah dari plot. Di University of Texas, AF Rauch (1998), memperkirakan plot kurva clean-sand base pada gambar 2.5 oleh persamaan berikut : (2.2.15) Persamaan ini hanya berlaku untuk (N I ) 60 < 30. Untuk (N 1 ) 60 30, butiran tanah halus terlalu padat untuk terlikuifaksi dan diklasifikasikan sebagai tanah nonliquefiable. Persamaan ini dapat digunakan dalam spreadsheet dan teknik analisis lainnya untuk memperkirakan kurva clean-sand base untuk perhitungan teknis. Pada perkembangannya, Seed et. al (1985) mencatat bahwa ada indikasi nyata tentang naiknya nilai CRR yang seiring dengan meningkatnya fines cotent. Apakah kenaikan ini disebabkan oleh kenaikan tahanan likuifaksi atau penurunan tahanan penetrasi masih belum diketahui. Berdasarkan data empiris yang ada, Seed dkk mengembangkan kurva CRR untuk berbagai kandungan butiran halus (fines content) agar lebih sesuai dengan dasar data empiris dan untuk lebih

36 23 mendukung perhitungan dengan spreadsheets dan bantuan perhitungan elektronik lainnya. Persamaan berikut ini dikembangkan oleh IM Idriss dengan bantuan R.B. Seed untuk faktor koreksi (N I ) 60 penyetaraan nilai clean sand, (N I ) 60 cs : (N I ) 60 cs = α + β (N I ) 60 (2.2.16) dimana α dan β ialah koefisien yang didapatkan dari hubungan persamaan berikut : Persamaan ini dapat digunakan untuk perhitungan ketahanan likuifaksi pada umumnya. Adapun factor koreksi lainnya dibutuhkan untuk perhitungan (N I ) 60. Berikut adalah tabel koreksi nilai SPT yang dimodifikasi dari Skempton (1986) dan disempurnakan kembali oleh Robertson dan Wride (1988). Tabel 2.1. Tabel Faktor Koreksi untuk (N I ) 60 Sumber : Skempton (1986) ditulis kembali oleh Robertson dan Wride (1998)

37 24 (2.2.17) dimana : N m = nilai tahanan penetrasi standar; C N = faktor normalisasi Nm terhadap tegangan overburden pada umumnya; C E = koreksi rasio energy hammer (ER); C B = koreksi untuk diameter lubang bor; C R = factor koreksi dari panjang batang; C S = koreksi untuk sampel. Karena adanya peningkatan nilai N-SPT dengan meningkatnya tegangan overburden efektif, faktor koreksi tegangan overburden harus digunakan (Seed dan Idriss 1982). Faktor ini umumnya dihitung dari persamaan berikut (Liao dan Whitman, 1986) : dimana nilai C N tidak boleh melebihi dari 1.7. C N = (P a / σ vo ) 0,5 (2.2.18) Sedangkan I.M. Idriss dan R.W. Boulanger tahun 2008 telah memodifikasi nilai dari beberapa parameter seperti (N I ) 60 cs, (N I ) 60, dan CRR 7,5 yang terangkum dalam persamaan-persamaan seperti berikut. CRR 7,5 = exp( (N I ) 60 cs = (N I ) 60 + (N I ) 60 (2.2.19) (N I ) 60 = exp ( ), + ( ),,, ² (2.2.20), ( ), + ( ), ⁴ 2,8) (2.2.21) CPT Keuntungan utama dari CPT ialah tahanan penetrasi profil yang terus menerus dapat dikembangkan menjadi interpretasi statigrafi. Data yang dihasilkan oleh CPT umumnya lebih konsisten dan memiliki repeatability yang baik sehingga data yang didapatkan relatif mendekati satu sama lain. Statigrafi yang didapatkan dari CPT memiliki kemampuan lebih dalam interpretasi data tahanan likuifaksi dibandingkan SPT.

38 25 Berdasarkan beberapa sejarah kesalahan kasus dari tahun 1989 Gempa Loma Prieta, I.M. Idriss menyarankan bahwa kurva clean sand pada gambar 2.8 berikut harus bergeser ke kanan sebesar 10-15%. Gambar 2.8. Kurva yang direkomendasikan untuk perhitungan CRR dari data CPT sepanjang data empiris likuifaksi dari gabungan sejarah kasus Sumber : Soil Liquefaction During Earthquakes by I.M Idriss and R.W. Boulanger Gilstrap dan Youd (1988) membandingkan perhitungan tahanan likuifaksi dari keadaan lapangan pada 19 tempat dan menyimpulkan bahwa ketepatan prediksi potensi likuifaksi dari data CPT memiliki > 85%. Kurva cleansand base pada Gambar 2.8 mungkin didapatkan dari persamaan (Robertson dan Wride, 1998) berikut : Jika nilai (q c1n ) cs < 50 maka nilai CRR 7,5 = 0.833[(q c1n ) cs / 1.000] (2.2.22) Dan jika 50 (q c1n ) cs 160 maka CRR 7,5 = 93[[(q c1n ) cs / 1.000] (2.2.23) Normalisasi dari tahanan cone penetration didapatkan sebagai berikut : q c1n = C N (q c / P a ) (2.2.24) C N = (P a / σ vo ) n (2.2.25)