Studi Risiko Kerentanan Tanah Akibat Soil Liquefaction Karena Gempa Bumi Di Wilayah Pesisir Kota Pacitan

Transkripsi

1 Studi Risiko Kerentanan Tanah Akibat Soil Liquefaction Karena Gempa Bumi Di Wilayah Pesisir Kota Pacitan Dicky Nanda Warriessandy, Wahyudi, dan Kriyo Sambodho Jurusan Teknik Kelautan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya Indonesia Abstrak Wilayah pesisir kota Pacitan merupakan daerah rawan gempa karena dilalui oleh Lempeng Indo-Australia dan Lempeng Eurasia. Berdasarkan hasil boring test di 5 titik yang telah dilakukan, bahwa kondisi tanah di lokasi studi sebagian besar adalah tanah berpasir yang berpotensi terjadi soil liquefaction. Potensi soil liquefaction dievaluasi berdasarkan nilai SF (Safety Factor) yang merupakan perbandingan antara CSR (Cyclic Stress Ratio) dengan CRR (Cyclic Resistance Ratio). Untuk penilaian risiko dilakukan dengan menggunakan metode probabilitas likuifaksi dan nilai LPI (Liquefaction Potential Index). Hasil analisis yang didapatkan bahwa lokasi yang memungkinkan terjadi fenomena soil liquefaction di wilayah pesisir kota Pacitan yaitu di daerah sisi barat daya Bagak, daerah sisi tenggara Bagak, daerah Sidorejo, daerah sisi barat laut Sidorejo, daerah sisi barat Kali Muso, daerah sisi timur Kali Muso, daerah sisi barat daya Kali Teleng, daerah Sidoharjo, daerah sisi barat laut Pleren, daerah Ngampel, daerah sisi utara Kali Muso, daerah Selare, daerah sisi timur Sidosari, daerah Plosomakmur, daerah sisi barat Plosorejo, daerah sisi timur Plosorejo, daerah sisi barat laut Selare, daerah Kradenan, daerah sisi timur Sidorukun, daerah sisi timur Baleharjo, daerah Sundeng, daerah Betulo, daerah Purwoharjo, dan daerah sisi timur laut Kuwarasan. Untuk tingkat risiko yang dihadapi akibat terjadinya soil liquefaction yaitu daerah dengan kategori risiko Sangat Tinggi terjadi di daerah sisi barat Kali Muso, daerah sisi barat daya Kali Teleng, daerah Sidoharjo, daerah sisi barat laut Pleren, daerah Ngampel, daerah Selare, daerah Plosomakmur, daerah sisi barat Plosorejo, daerah sisi barat laut Selare, dan daerah Sundeng. Sedangkan daerah dengan kategori risiko Rendah terjadi di daerah sisi tenggara Bagak, daerah Sidorejo, daerah sisi barat laut Sidorejo, dan daerah sisi timur Sidorukun. Kata kunci: Soil liquefaction, Gempa bumi, Risiko, Probabilitas likuifaksi, LPI (Liquefaction Potential Index). I I. PENDAHULUAN ndonesia berada pada jalur 3 lempeng besar dunia, yaitu Lempeng Indo-Australia, Lempeng Eurasia, dan Lempeng Pasifik. Akibat pergerakan lempeng-lempeng tersebut menyebabkan Indonesia rawan terjadi gempa bumi. Untuk memperjelas gambaran peta tektonik Indonesia dapat dilihat pada Gambar 1: Gambar 1. Tektonik Indonesia, Pertemuan Lempeng Indo-Australia, Pasifik, dan Eurasia di Indonesia [1] Salah satu dampak dari terjadinya gempa bumi adalah fenomena soil liquefaction. Para ahli menyebutkan bahwa soil liquefaction menjadi penyebab utama kerusakan parah yang terjadi di wilayah Kobe, Jepang pada tahun 1996 dan di wilayah Alaska, Amerika pada tahun 1964 setelah terjadinya gempa bumi [2]. Salah satu wilayah di Indonesia yang berisiko mendapat ancaman gempa bumi adalah Pacitan. Untuk memperjelas gambaran wilayah kota Pacitan dapat dilihat pada Gambar 2 berikut ini: Gambar 2. Pesisir kota Pacitan [3] Permasalahan yang dibahas pada Tugas Akhir ini adalah: 1. Di lokasi mana yang memungkinkan terjadi fenomena soil liquefaction di wilayah pesisir kota Pacitan? 2. Berapa tingkat risiko yang dihadapi akibat terjadinya soil liquefaction karena gempa bumi? II. URAIAN PENELITIAN A. Soil Liquefaction Seed et al (1982) mendefinisikan soil liquefaction merupakan proses perubahan kondisi tanah pasir yang jenuh air menjadi cair, akibat meningkatnya tekanan air pori yang nilainya menjadi sama dengan tegangan total oleh sebab terjadinya beban siklik, sehingga tegangan efektif tanah menjadi nol. 1

2 Untuk mempermudah gambaran terjadinya fenomena soil liquefaction dapat dilihat pada Gambar 3: Gambar 3. Kondisi tanah sebelum dan setelah terjadi gempa [4] B. Pengaruh Ukuran Butir Tanah Terhadap Soil Liquefaction Berikut adalah grafik liquefable soil pada Gambar 4 yang menunjukkan pengaruh dari ukuran butiran tanah terhadap liquefaction. Soil liquefaction hanya terjadi pada butiran tanah berpasir. Ukuran butiran tanah yang seragam dengan 0,2 mm D 50 0,4 mm sensitif terhadap liquefaction. Rasio antara tegangan total dengan tegangan efektif dihitung dengan persamaan-persamaan yang ada di dalam teori Mekanika Tanah [7] : σ = Hγ w + H A + H γ sat (2) σ = tegangan vertikal total (kn/m 2 ) γ w = berat volume air (9,8 kn/m 3 ) γ sat = berat volume tanah jenuh air (kn/m 3 ) H = tinggi muka air diukur dari permukaan tanah (m) = jarak titik yang ditinjau dengan muka air (m) H A Berat volume tanah jenuh air dihitung persamaan: γ sat = G s +e γ w 1 +e G s = berat spesifik butiran e = void ratio (angka pori) γ w = berat volume air (9,8 kn/m 3 ) dengan Tegangan efektif tanah dihitung menggunakan persamaan: σ = σ u (4) u = tekanan air pori tanah yang dihitung dengan persamaan: u = HA γw (5) H A = jarak titik yang ditinjau dengan muka air (m) (3) Nilai percepatan gempa maksimum di permukaan tanah (a max ) dihitung dengan menggunakan persamaan [8] : Log PGA = M w log r r (6) r = jarak episentrum (km) = magnitude gempa (SR) M w Gambar 4. Potensi soil liquefaction berdasarkan diameter butiran tanah [5] C. Metode Untuk Mengevaluasi Terjadinya Soil Liquefaction Akibat Gempa Bumi Berdasarkan Data CPT (Cone Penetration Test) Pada dasarnya analisis potensi soil liquefaction dilakukan dengan mencari dua parameter utama yaitu CSR (Cyclic Stress Ratio) yang merupakan tegangan geser siklik yang terjadi akibat gempa dibagi dengan tegangan efektif lain, dan CRR (Cyclic Ressistance Ratio) yang merupakan ketahanan tanah untuk menahan soil liquefaction. Nilai CSR dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut [6] : CSR = τ cyc = 0.65 σ α max σ σ g rd (1) σ = tegangan vertikal total (kn/m²) σ = tegangan vertikal efektif (kn/m²) α max = percepatan gempa maksimum di permukaan tanah (m/s 2 ) g = percepatan gravitasi bumi (m/s 2 ) rd = faktor reduksi terhadap tegangan Koefisien reduksi kedalaman (r d ) dihitung berdasarkan persamaan [6] : r d = 1 0,00765z, untuk z 9,15 m (7) r d = 1,174 0,0267z, untuk 9,15 m < z 23 m (8) r d = 0,744 0,008z, untuk 23 m < z < 30 m (9) r d = 0,5 untuk z > 30 m (10) r d = faktor reduksi terhadap tegangan z = kedalaman tanah (m) Pada dasarnya rumus CSR tersebut berlaku untuk gempa dengan magnitude sama dengan 7,5. Sedangkan untuk gempa dengan magnitude tidak sama dengan 7,5 menggunakan faktor koreksi MSF (Magnitude Scalling Factor) terhadap persamaan CSR menjadi sebagai berikut [9] : α max g rd CSR = 0,65 σ (11) σ MSF Untuk gempa dengan magnitude lebih besar dari 7,5, NCEER merekomendasikan menggunakan persamaan MSF sebagai berikut [10] : MSF = 102,24 M w 2,56 (12) Dan untuk gempa dengan magnitude lebih kecil dari 7,5, menggunakan persamaan MSF sebagai berikut [10] : 2

3 MSF = ( M W 7,5 ) 3,3 (13) Dengan M w adalah magnitude gempa. Nilai CRR dihitung dengan persamaan berikut [11] : CRR = 0,058 exp[0,02q c1n ] (14) q c1n dimana, q c1n dimana, = normalisasi tahanan CPT (kpa) = C Q ( q c P a ) (15) C Q = ( P a σ )n (16) C Q = faktor normalisasi tahanan CPT (kpa) q c = tekanan konus (kpa) P a = 100 kpa (1 atm untuk tekanan yang sama yang digunakan oleh σ ) σ = tegangan vertikal efektif (kpa) n = nilai eksponen untuk berbagai macam tipe tanah, untuk clean sand 0,5, silty sand 0,5 1, dan clay 1 Pada analisis soil liquefaction akibat gempa, safety factor dapat ditentukan setelah didapatkan nilai CSR dan CRR. NCEER (1996) mendefinisikan faktor keamanan terhadap bahaya likuifaksi dapat dinyatakan sebagai berikut [12] : SF = CRR, SF 1 (17) CSR Jika SF (Safety Factor) lebih kecil atau sama dengan satu (SF 1) maka terjadi soil liquefaction dan jika SF lebih besar satu (SF > 1) maka tidak terjadi soil liquefaction [13]. Dalam lingkup matematika, risiko dapat dihitung dengan menggunakan rumus [14] : Risiko = Frekuensi x Konsekuensi (18) Risiko Frekuensi Konsekuensi = Kemungkinan bahaya yang dapat terjadi akibat sebuah peristiwa yang sedang berlangsung atau kejadian yang akan datang. = Kemungkinan terjadinya peristiwa per satuan waktu, biasanya dalam satu tahun. = Seberapa besar tingkat kerusakan yang diakibatkan karena adanya bahaya. Frekuensi kejadian dilakukan dengan menggunakan metode probabilitas likuifaksi, yaitu dengan cara mengaplikasikan nilai SF (Safety Factor) pada persamaan P L (The Probability of Liquefaction) [15] : 1 P L = 1+ (SF/0.96) 4.5 (19) SF = Safety Factor Chen dan Juang (2000) memberikan klasifikasi kemungkinan likuifaksi yang dapat diaplikasikan dengan menggunakan nilai P L (The Probability of Liquefaction) yang dapat dilihat pada Tabel 1 [15] : Tabel 1. Klasifikasi probabilitas likuifaksi [15] Probabilitas Deskripsi (kemungkinan likuifaksi) 0.85 P L < 1.00 Hampir pasti likuifaksi 0.65 P L < 0.85 Sangat mungkin 0.35 P L < 0.65 Mungkin 0.15 P L < 0.35 Tidak mungkin 0.00 P L < 0.15 Hampir pasti tidak likuifaksi Konsekuensi yang mungkin terjadi bila terjadi soil liquefaction yg disebabkan oleh gempa adalah terjadinya kerusakan pada pondasi tanah. Persamaan yang dapat digunakan untuk mengestimasi hal tersebut adalah dengan menggunakan persamaan LPI (Liquefaction Potential Index), yaitu suatu indeks yang digunakan untuk mengestimasi potensi likuifaksi yang dapat menyebabkan kerusakan pondasi tanah. LPI (Liquefaction Potential Index) diusulkan pertama kali oleh Iwasaki et al. (1982) dan divariasi oleh Sonmez (2003) yang dirumuskan pada persamaan berikut [16] : n LPI = F i. W i. Hi (20) i=1 F(i) = SF (Safety Factor), yaitu F(i) = 1 SF untuk SF < 1, F(i) = 0 untuk SF 1 W(i) = fungsi bobot berdasarkan kedalaman, yaitu W(i) = zi untuk 0 zi 20 m, W(i) = 0 untuk zi 20 m zi = kedalaman titik tengah pada lapisan tanah (m) Hi = selisih ketebalan antar lapisan tanah yg terlikuifaksi (m) n = kedalaman tanah Untuk mengaplikasikan nilai LPI, Iwasaki (1982) mengusulkan klasifikasi risiko kerusakan dan potensi mengalami likuifaksi yang divariasi oleh Sonmez (2003) yang dapat dilihat pada Tabel 2 [16] : Tabel 2. Klasifikasi potensi likuifaksi [16] LPI Kategori potensi likuifaksi 0 Tidak likuifaksi 0 < LPI 2 Rendah 2 < LPI 5 Menengah 5 < LPI 15 Tinggi 15 > LPI Sangat tinggi Untuk melakukan evaluasi risiko, diperlukan matriks risiko untuk mengkorelasikan frekuensi kejadian dan konsekuensi kejadian yang dapat dilihat pada Gambar 5: Gambar 5. Matriks Risiko III. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Analisis Soil Liquefaction Berdasarkan Probabilitas Magnitude Gempa dan Probabilitas Percepatan Gempa 3

4 Berikut adalah data percepatan gempa (α max ) dari peta zona seismik yang dikeluarkan oleh PU (Kementerian Pekerjaan Umum) 2010 yang ditunjukkan pada Gambar 7: Gambar 7. Peta zona seismik PU (Kementerian Pekerjaan Umum) 2010 [17] Pada Gambar 7 menunjukkan bahwa data percepatan gempa (α max ) tersebut untuk probabilitas terlampaui sebesar 2% dalam 50 tahun, yang artinya persentase tersebut cukup besar untuk probabilitas dalam 50 tahun ke depan. Percepatan gempa (α max ) di wilayah Pacitan dan sekitarnya adalah sebesar 0,3g. Dari data percepatan gempa yang didapatkan dari peta zona seismik dari PU yaitu sebesar 0,3g dan probabilitas gempa yang didapatkan dari simulasi monte carlo, dari 1000 kejadian gempa diambil nilai magnitude gempa yang maksimum yaitu sebesar 0,65, maka selanjutnya dilakukan analisis soil liquefaction pada semua titik lokasi studi yang dapat dilihat pada Gambar 8 dan Gambar 9: Gambar 9. Grafik SF yang terjadi soil liquefaction pada titik S-23, S-24, S-25, S-26, S-27, S-28, S-29, S-30, S-31, S-32, S-34, S-35, S-36, S-37, S-39, dan S-40 Gambar 8. Grafik SF yang terjadi soil liquefaction pada titik S-11, S-12, S-13, S-17, S-19, S-20, S-21, dan S-22 4

5 C. Peta Lokasi yang Berpotensi Terjadi Soil Liquefaction Berikut adalah gambar pemetaan lokasi yang berpotensi terjadi soil liquefaction yang dapat dilihat pada Gambar 9: Tabel 4. Perhitungan LPI (Liquefaction Potential Index) dan klasifikasi risiko kerusakan di wilayah pesisir kota Pacitan Likuifaksi Gambar 9. Peta Lokasi yang Berpotensi Terjadi Soil Liquefaction Pada Gambar 9 menunjukkan bahwa lokasi yang berwarna merah adalah lokasi yang berpotensi terjadi soil liquefaction yaitu pada magnitude gempa 6,5 SR dengan percepatan gempa 0,3g. Dengan demikian, setelah dilakukan pemetaan tersebut dapat dijadikan antisipasi terhadap bahaya yang akan timbul jika terjadi soil liquefaction pada lokasi yang ditinjau. D. Perkiraan Frekuensi Hasil perhitungan P L (The Probability of Liquefaction) dan klasifikasi probabilitas likuifaksi dapat dilihat pada Tabel 3: Tabel 3. Perhitungan P L (The Probability of Liquefaction) dan klasifikasi probabilitas likuifaksi di wilayah pesisir kota Pacitan F. Evaluasi Risiko Setelah didapatkan nilai frekuensi kejadian dan konsekuensi kejadian, maka selanjutnya dapat dilakukan evaluasi risiko dengan menggunakan matriks risiko seperti pada Gambar 5. Hasil klasifikasi risiko dapat dilihat pada Tabel 5: Tabel 5. Klasifikasi risiko kerentanan tanah akibat soil liquefaction karena gempa bumi di wilayah pesisir kota Pacitan E. Perkiraan Konsekuensi Hasil perhitungan nilai LPI (Liquefaction Potential Index) dan klasifikasi risiko kerusakan tanah dapat dilihat pada Tabel 4: G. Pemetaan Risiko (Risk Mapping) Setelah dilakukan klasifikasi tingkat risiko, selanjutnya dapat dibuat pemetaan risiko (risk mapping) dengan menggunakan software Surfer 10 untuk mengetahui daerah 5

6 mana yang memiliki tingkat risiko yang paling tinggi sampai tingkat risiko yang paling rendah dengan menambahkan data penelitian Ariantini (2011). Hasil pemetaan risiko (risk mapping) di wilayah pesisir kota Pacitan dapat dilihat pada Gambar 11: Sidoharjo, daerah sisi timur Pleren, daerah selatan Sidomakmur, dan daerah utara Sidorukun. B. Saran Saran untuk penelitian selanjutnya adalah dapat dilakukan penelitian tentang mitigasi atau penanggulangan bencana penyebab terjadinya fenomena soil liquefaction karena gempa bumi di wilayah pesisir kota Pacitan. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu sehingga penelitian ini dapat terselesaikan dengan baik. DAFTAR PUSTAKA Gambar 11 Peta Risiko wilayah pesisir kota Pacitan IV. KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan Setelah dilakukan analisis dan pembahasan, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: 1. Lokasi yang memungkinkan terjadi fenomena soil liquefaction di wilayah pesisir kota Pacitan yaitu di daerah sisi barat daya Bagak, daerah sisi tenggara Bagak, daerah Sidorejo, daerah sisi barat laut Sidorejo, daerah sisi barat Kali Muso, daerah sisi timur Kali Muso, daerah sisi barat daya Kali Teleng, daerah Sidoharjo, daerah sisi barat laut Pleren, daerah Ngampel, daerah sisi utara Kali Muso, daerah Selare, daerah sisi timur Sidosari, daerah Plosomakmur, daerah sisi barat Plosorejo, daerah sisi timur Plosorejo, daerah sisi barat laut Selare, daerah Kradenan, daerah sisi timur Sidorukun, daerah sisi timur Baleharjo, daerah Sundeng, daerah Betulo, daerah Purwoharjo, dan daerah sisi timur laut Kuwarasan. 2. Tingkat risiko yang dihadapi akibat terjadinya soil liquefaction karena gempa bumi di wilayah pesisir kota Pacitan yaitu daerah dengan kategori risiko Sangat Tinggi terjadi di daerah sisi barat Kali Muso, daerah sisi barat daya Kali Teleng, daerah Sidoharjo, daerah sisi barat laut Pleren, daerah Ngampel, daerah Selare, daerah Plosomakmur, daerah sisi barat Plosorejo, daerah sisi barat laut Selare, dan daerah Sundeng. Untuk daerah dengan kategori risiko Tinggi terjadi di daerah sisi barat daya Bagak, daerah sisi utara Kali Muso, daerah sisi timur Sidosari, daerah sisi timur Plosorejo, daerah sisi timur Baleharjo, daerah Betulo, daerah Purwoharjo, dan daerah sisi timur laut Kuwarasan. Untuk daerah dengan kategori risiko Sedang hanya terjadi di daerah sisi timur Kali Muso dan daerah Kradenan. Untuk daerah dengan kategori risiko Rendah terjadi di daerah sisi tenggara Bagak, daerah Sidorejo, daerah sisi barat laut Sidorejo, dan daerah sisi timur Sidorukun. Sedangkan daerah dengan kategori risiko Sangat Rendah terjadi di daerah sisi timur Ploso, daerah ploso, daerah sisi barat daya [1] Palmadi, E., 2011, Potensi Bencana Geologi di Provinsi Banten, diakses pada tanggal 4 September [2] The Japanese Geotechnical Society, 1988, Remedial Measures Againts Soil Liquefaction, A. A. Balkema, Rotterdam, Netherlands. [3] Google Satellite, 2013, Pesisir Pacitan, diakses pada tanggal 4 September [4] Watkins, A., 2000, Environmental Geology, m, diakses pada tanggal 4 September [5] Oka, F, 1995, Soil Mechanics Lecture, Morikita Publishing Company, Tokyo, Japan (in Japanese). [6] Seed, H. B., and Idriss, I. M., 1971, Simplified Procedure for Evaluating Soil Liquefaction Potential, Journal of Soil Mechanics and Foundation Division, ASCE, Vol. 97, No. SM9, hal [7] Das, B. M., Endah, N., dan Mochtar, I. B., 1998, Mekanika Tanah, Jilid 1, Fakultas Teknik Sipil, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya. [8] Boore, D. M. and Joyner, W. B., 1981, Peak Horizontal Acceleration And Velocity From Strongmotion Records Including Records From The 1979 Imperial Valley, California, Earthquake, Bulletin of the Seismological Society of America, Vol. 71, No. 6, pp [9] Seed, H. B, and Idriss, I. M., 1982, Ground Motions and Soil Liquefaction During Earthquakes, Earthquake Engineering Research Institute Monograph, Oakland, Calif. [10] Crespellani, T., et al., 2003, CPT-based liquefaction hazard maps for an Italian coastal area, Dipartimento di Ingegneria Civile, Universita di Firenze, Firenze, Italy. [11] Chih-Sheng Ku et al., 2004, Evaluation of soil liquefaction in the Chi-Chi, Taiwan Earthquake using CPT, Soil and Dynamics and Earthquake Engineering, 24 (2004) [12] National Center for Earthquake Engineering Research, 1996, Liquefaction Potential And Post-Liquefaction Settlement of Saturated Clean Sands and Effect of Geofiber Reinforcement, University of Alaska Fairbanks, Alaska. [13] Jha, S. K., and Kiichi Suzuki., 2008, Reability Analysis of Soil Liquefaction Based on Standard Penetration Test, Computer and Geotechnics, 36 (2009), [14] American Bureau of Shipping, 2003, Risk Evaluations For the Classification of Marine-Related Facilities, Houston, USA. [15] Hannich, D., et al., 2007, Liquefaction Probability In Bucharest And Influencing Factors, International Symposium on Strong Vrancea Earthquakes and Risk Mitigation, Bucharest, Romania. [16] Sonmez, H., et al., 2008, Liquefaction severity map for Aksaray city center (Central Anatolia, Turkey), Department of Geological Engineering, Applied Geology Division, Aksaray University, Aksaray, Turkey. [17] Rovicky, 2010, Peta Zonasi Gempa 2010, /, diakses pada tanggal 4 September