ANALISIS POTENSI LIKUIFAKSI PADA PROYEK WIRE HOUSE BELAWAN

Transkripsi

1 ANALISIS POTENSI LIKUIFAKSI PADA PROYEK WIRE HOUSE BELAWAN Bolmen Frans J. Sinaga 1 dan Rudi Iskandar 2 1Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No.1 Kampus USU Medan bolmen_frans@yahoo.com 2 Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No.1 Kampus USU Medan sipil_s2_usu@yahoo.com ABSTRAK Salah satu dampak yang disebabkan oleh gempa bumi adalah fenomena hilangnya kekuatan lapisan akibat getaran yang disebut dengan likuifaksi. Likuifaksi biasanya terjadi pada pasir yang bersifat lepas (Loose). Analisis ini bertujuan untuk mengetahui potensi terjadinya likuifaksi pada lokasi Proyek Ware House Belawan, sehingga hasilnya dapat dijadikan masukan bagi pihak pengembang Proyek Ware House Belawan. Perhitungan potensi likuifaksi dilakukan dengan Metode Simplified Procedure. Pertama yang dilakukan mengumpulkan data sejarah gempa yang pernah terjadi di lokasi Proyek Ware House Belawan. Kemudian mengumpulkan data lapisan pada daerah penelitian. Dari data tersebut, kemudian dapat dihitung nilai Cyclic Stress Ratio () yang merupakan nilai perbandingan antara tegangan geser rata-rata yang diakibatkan oleh gempa dengan tegangan vertikal efektif di setiap lapisan dan nilai Cyclic Resistant Ratio (CRR) yaitu besarnya ketahanan terhadap likuifaksi. Kedua parameter tersebut kemudian dihubungkan pada grafik Seed et al untuk mengetahui lapisan-lapisan mengalami likuifaksi atau tidak saat terjadi gempa. Berdasarkan analisa perhitungan yang dilakukan, disimpulkan bahwa Proyek Ware House Belawan memiliki lapisan yang berpotensi terlikuifaksi pada lapisan permukaan dan berbahaya terhadap bangunanbangunan yang berpondasi dangkal seperti pada BH-3 bangunan kantor berlantai 1 dan BH-4 bangunan pos jaga Sappam. Kata kunci : Gempa bumi, Likuifaksi, Simplified Procedure, Cyclic Stress Ratio (), Cyclic Resistant Ratio (CRR) ABSTRACT One of the effects caused by the earthquake is a phenomenon of the loss of strength due to vibration of the soil layer called liquefaction. Liquefaction typically occurs in sandy soil that is loose (Loose). This analysis aims to determine the potential for liquefaction at the project location Ware House Belawan, so the results can be used as input for the project developer Ware House Belawan. The calculation is done with the method of liquefaction potential Simplified Procedure. The first is done to collect historical data earthquakes that have occurred at the site of the Project Ware House Belawan. Then collect the data layer of soil on the study area. From these data, can then be calculated value of Cyclic Stress Ratio () which is a ratio between the average shear stress caused by the earthquake with effective vertical stress in each layer and the value of Cyclic Resistant Ratio (CRR) is the amount of soil resistance to liquefaction. These two parameters are then connected on a graph Seed et al to determine the layers of the soil liquefaction during earthquakes or not. Based on calculations performed analysis, it was concluded that the Project Ware House Belawan have potentially pitch soil layer on the surface layer of soil liquefaction and dangerous to buildings that had shallow foundations such as the BH-3-storey office building 1 and BH-4 gatehouse building. Keywords: Earthquake, Liquefaction, Simplified Procedure, Cyclic Stress Ratio (), Cyclic Resistant Ratio (CRR) 1. PENDAHULUAN Gempa sebenarnya adalah adanya pergeseran lempengan di dalam bumi, akibat pergeseran lempengan tersebut menimbulkan getaran ke permukaan bumi. Getaran tersebutlah yang menimbulkan bencana bagi kehidupan manusia. Dan Indonesia termasuk daerah yang memiliki aktifitas gempa bumi yang tinggi. Ditandai dengan lokasi Indonesia yang terletak pada pertemuan empat lempeng tektonik utama bumi yaitu Lempeng Eurasia, Indo-Australia, Pasifik dan Filiphine. Maka dari itu, perencanaan pembangunan di Indonesia perlu juga memperhitungkan resiko resiko yang disebabkan oleh terjadinya gempa. Resiko tersebut terjadi pada kegagalan struktur bangunan dan pada kegagalan struktur yang menopang bangunan diatasnya. Dalam

2 tugas akhir ini, penulis membahas salah satu kegagalan yang terjadi pada struktur sehingga menjadikan tersebut tidak memiliki kekuatan untuk menopang bangunan di atasnya. Salah satu kegagalan struktur yang menopang bangunan diatasnya disebut dengan Likuifaksi. Likuifaksi adalah proses hilangnya kekuatan geser dan kekakuan akibat adanya tegangan air pori yang timbul akibat beban siklis (berulang). Hilangnya kekuatan geser dan kekakuan akibat beban siklis (berulang) yang secara tiba-tiba dapat meningkatkan tekanan air pori dan berakibat terhadap berkurangnya tegangan vertikal efektif. Jika tegangan vertikal efektif turun menjadi nol, maka akan mencair dan berperilaku sebagai fluida dan tidak mempunyai kekuatan lagi untuk menopang bangunan di atasnya. Fenomena ini yang sering sekali membuat bangunan menjadi amblas. 2. TUJUAN Untuk mengetahui perubahan nilai percepatan gempa dari batuan dasar sampai ke permukaan di lokasi Proyek Ware House Belawan dan mengetahui tingkat potensi likuifaksi pada lokasi Penelitian. 3. METODE Metode yang dipergunakan dalam tulisan ini adalah : 1. Mengumpulkan data gempa dengan magnitude diatas 5 skala richter yang terjadi dalam radius 500 km dari Proyek Ware House Belawan. Dan data diambil mulai dari tahun1973 sampai dengan tahun 2012; 2. Menghitung percepatan gempa di batuan dasar (PGA) dengan mengunakan Fungsi Atenuase Joyner & Boore (1988) dan Fungsi Atenuase Crouse (1991); 3. Kemudian mendapatkan percepatan gempa di batuan dasar yang mewakili semua kejadian gempa dengan menggunakan pendekatan Metode Gumbel untuk periode ulang 200 tahun; 4. Kemudian menghitung percepatan di permukaan dengan menggunakan Program Edushake. Dalam perhitungan analisis percepatan gempa di permukaan harus menganalisa lapisan pada lokasi tersebut; 5. Menghitung nilai (Cyclic Stress Ratio) dan menghitung nilai CRR atau disebut dengan (N 1 ) 60 berdasarkan data SPT; 6. Menganalisis potensi likuifaksi pada lapisan pasir berdasarkan grafik Seed et al. Stratifikasi Tanah pada lokasi BH-3 Tebal Lapisan Tabel 1. Data lapisan pada lokasi BH-3 berat isi No. Stratifikasi G N-SPT Tanah Max Very looses sand very soft clay very soft clay very soft clay very soft clay soft clay soft clay soft clay soft clay medium dense fine sand medium dense fine sand medium soft clay medium soft clay soft clay medium soft clay medium soft clay medium soft clay medium soft clay stiff clay medium soft clay

3 medium soft clay stiff clay stiff clay very stiff clay very dense fine sand very stiff clay very stiff clay very stiff sand very hard sand hard sand Keterangan : * Letak muka air dikedalaman -1 meter. * Lapisan pasir yang ditinjau pada BH-3 Stratifikasi Tanah pada lokasi BH-4 Tebal Lapisan Tabel 2. Data lapisan pada lokasi BH-4 berat isi No. Stratifikasi G N-SPT max very losses sand very soft clay very soft clay very soft clay very soft clay very soft clay very soft clay very soft clay soft clay losses fine sand medium dense fine sand hard wood fossil (organic) medium soft clay medium soft clay medium soft clay medium soft clay medium soft clay medium soft clay medium soft clay medium soft clay stiff clay stiff clay stiff clay stiff clay dense sand very dense sand very stiff clay hard clay hard clay hard clay Keterangan : * Letak muka air dikedalaman -1 meter. * Lapisan pasir yang ditinjau pada BH-4

4 4. HASIL DAN PEMBAHASAN Dari hasil pengolahan dan analisis data, baik data gempa maupun data didapatkan hasil sebagai berikut: 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 setempat (a), magnitude gempa (M) serta jarak suatu titik dari daerah sumber gempa (r). Dalam pemilihan fungsi atenuase sangat bergantung dari kondisi alam di tempat yang akan di uji. Tidak tersedianya data untuk menurunkan fungsi atenuase di wilayah Indonesia, menyebabkan pemakaian fungsi atenuase yang diturunkan dari wilayah lain tidak dapat dihindari. Untuk itu dipilih fungsi yang memiliki kemiripan kondisi seismotectonic dari wilayah dimana fungsi atenuase itu dibuat. Dalam menghitung analisis potensi likuifaksi pada kasus ini, penulis menggunakan Fungsi Atenuasse Joyner & Boore, dan Fungsi Atenuase Crouse Rumus Fungsi Atenuase Joyner & Boore adalah : ( M w 6) log( r) r a 10 (1) Rumus Fungsi Atenuase Crouse adalah : 0.608M ln PGA ln R 1.58e h (2) Dari hasil perhitungan, Fungsi Atenuase Joyner & Boore dengan metode Gumbel menghasilkan percepatan sebesar 0,133 g sedangkan menggunakan Fungsi Atenuase Crouse dengan metode Gumbel menghasilkan percepatan sebesar 0,035 g. Percepatan Gempa di Permukaan Tanah Perhitungan percepatan gempa di permukaan menggunakan Program Edushake. Dalam perhitungan ini, penulis menggunakan percepatan gempa batuan dasar yang telah diperoleh. Kedua percepatan akan diuji pada lokasi penelitian, dengan menggunakan karakteristik gempa Elcentro. Maka, analisis yang terjadi dapat ditentukan seperti pada Tabel berikut Tabel 3. Pembagian kasus pada lokasi penelitian kasus Karakteristik gempa Percepatan gempa pada batuan dasar (a) I Elcentro 0,133 g (Joyner & Boore) II Elcentro 0,035 g (Crouse) Berikut disajikan grafik percepatan gempa di permukaan output Program Edushake di lokasi BH Kedalaman Kasus I Kasus II -70 Percepatan (g)

5 Gambar 1. Grafik percepatan gempa pada tiap lapisan pada titik BH-3 Dari gambar terlihat percepatan gempa di permukaan lebih besar diakibatkan kecepatan gelombang permukaan akan semakin besar ketika semakin dekat dengan permukaan. Kenaikan percepatan gempa juga dipengaruhi jenis. semakin padat, maka redaman terhadap gempa juga semakin baik. Sedangkan grafik percepatan gempa di permukaan output Program Edushake di lokasi BH 4 dapat dilihat seperti gambar di bawah ini Kedalaman Kasus I Kasus II -70 Percepatan (g) Gambar 2. Grafik percepatan gempa pada tiap lapisan pada titik BH-4 Nilai Cyclic Stress Ratio () adalah nilai perbandingan antara tegangan geser rata-rata yang diakibatkan oleh gempa dengan tegangan vertikal efektif di setiap lapisan. juga biasa disebut Seismic Stress Ratio (SSR). Nilai dihitung dengan persamaan: cyc / ' v 0,65 r d ( v / ' v )( amax / g) (3) Dimana : = Cyclic Stress Ratio (tidak berdimensi) a max = percepatan maksimum di permukaan g = percepatan gravitasi ' v = tegangan vertikal efektif v = tegangan vertikal total r d = faktor reduksi kedalaman berikut disajikan Nilai pada titik BH-3 untuk kasus I Kedalaman Tabel 3. Perhitungan Nilai pada titik BH-3 untuk kasus I Jenis σν µ σ'v M=7.5 Stratifikasi Tanah Rd a max 1-2 Very looses sand SP very soft clay CL very soft clay CL very soft clay CL very soft clay CL soft clay CL soft clay CL soft clay CL

6 -18 soft clay CL medium dense fine sand SM medium dense fine sand SM medium soft clay CL medium soft clay CL soft clay CL medium soft clay CL medium soft clay CL medium soft clay CL medium soft clay CL stiff clay CL medium soft clay CL medium soft clay CL stiff clay CL stiff clay CL very stiff clay CL very dense fine sand SM very stiff clay CL very stiff clay CL very stiff sand SC very hard sand SC hard sand SC Nilai pada titik BH-3 untuk kasus II Kedalaman Tabel 4. Perhitungan Nilai pada titik BH-3 untuk kasus II Stratifikasi Tanah Jenis σν µ σ'v Rd a max 2 M=7.5-2 Very looses sand SP very soft clay CL very soft clay CL very soft clay CL very soft clay CL soft clay CL soft clay CL soft clay CL soft clay CL medium dense fine sand SM medium dense fine sand SM medium soft clay CL medium soft clay CL soft clay CL medium soft clay CL medium soft clay CL medium soft clay CL medium soft clay CL stiff clay CL medium soft clay CL medium soft clay CL stiff clay CL stiff clay CL very stiff clay CL very dense fine sand SM very stiff clay CL very stiff clay CL very stiff sand SC very hard sand SC hard sand SC Nilai pada titik BH-4 untuk kasus I Kedalaman Tabel 5. Perhitungan Nilai pada titik BH-4 untuk kasus I Jenis σν µ σ'v Rd a max 1 Stratifikasi Tanah M=7.5-2 very losses sand SP

7 -4 very soft clay CL very soft clay CL very soft clay CL very soft clay CL very soft clay CL very soft clay CL very soft clay CL soft clay CL losses fine sand SM medium dense fine sand SM hard wood fossil (organic) PT medium soft clay CL medium soft clay CL medium soft clay CL medium soft clay CL medium soft clay CL medium soft clay CL medium soft clay CL medium soft clay CL stiff clay CL stiff clay CL stiff clay CL stiff clay CL dense sand SP very dense sand SP very stiff clay CL hard clay CL hard clay CL hard clay CL Nilai pada titik BH-4 untuk kasus II Kedalaman Tabel 6. Perhitungan Nilai pada titik BH-4 untuk kasus II Stratifikasi Tanah Jenis σν µ σ'v Rd a max 2 M=7.5-2 very losses sand SP very soft clay CL very soft clay CL very soft clay CL very soft clay CL very soft clay CL very soft clay CL very soft clay CL soft clay CL losses fine sand SM medium dense fine sand SM hard wood fossil (organic) PT medium soft clay CL medium soft clay CL medium soft clay CL medium soft clay CL medium soft clay CL medium soft clay CL medium soft clay CL medium soft clay CL stiff clay CL stiff clay CL stiff clay CL stiff clay CL dense sand SP very dense sand SP very stiff clay CL hard clay CL hard clay CL hard clay CL

8 Nilai Cyclic Resistant Ratio (CRR) Nilai Cyclic Resistance Ratio (CRR) merupakan nilai ketahanan suatu lapisan terhadap tegangan siklis. Nilai CRR dapat diperoleh dengan berdasarkan hasil pengujian lapangan yaitu hasil pengujian Standard Penetration Test (SPT). Pada pengujian SPT, penggunaan tipe palu dan sistem penjatuhan palu dapat mengalami perbedaan sehingga menghasilkan nilai N-SPT yang berbeda-beda untuk setiap pelaksanaannya. Oleh karena itu nilai N-SPT harus dinormalisasikan terhadap standar energy sebesar 60 % (Seed et al., 1985). Untuk menghitung nilai CRR, maka nilai N-SPT dikoreksi terlebih dahulu untuk prosedur pengujian lapangan dengan rumus : ( N ) 60 1, 67 N C b E m C r (4) Dimana : (N) 60 = Nilai N SPT yang dikoreksi terhadap prosedur pengujian lapangan E m = efisiensi hammer C b = korelasi diameter borelog C r = panjang rod N = hasil test SPT Selanjutnya Nilai (N) 60 -SPT dikoreksi untuk Overburden Pressure menjadi (N 1 ) 60 atau CRR : 0,50 ( N 1 ) 60 N 60 C n (100 / ' v ) N 60 (5) Berikut disajikan Nilai CRR pada titik BH-3 No. Lapisan Kedalaman Tabel 7. Perhitungan Nilai CRR pada titik BH-3 Tebal Lapisan N-SPT Stratifikasi N-60 N1(60) Very looses sand very soft clay very soft clay very soft clay very soft clay soft clay soft clay soft clay soft clay medium dense fine sand medium dense fine sand medium soft clay medium soft clay soft clay medium soft clay medium soft clay medium soft clay medium soft clay stiff clay medium soft clay medium soft clay stiff clay stiff clay very stiff clay very dense fine sand very stiff clay very stiff clay very stiff sand very hard sand hard sand

9 Sedangkan Nilai CRR pada titik BH-4 adalah sebagai berikut: Tabel 8. Perhitungan Nilai CRR pada titik BH-4 Tebal No. Kedalaman Lapisan Stratifikasi Lapisan N-SPT N-60 N1(60) very losses sand very soft clay very soft clay very soft clay very soft clay very soft clay very soft clay very soft clay soft clay losses fine sand medium dense fine sand hard wood fossil (organic) medium soft clay medium soft clay medium soft clay medium soft clay medium soft clay medium soft clay medium soft clay medium soft clay stiff clay stiff clay stiff clay stiff clay dense sand very dense sand very stiff clay hard clay hard clay hard clay Analisis Potensi Likuifaksi Pada Lapisan Tanah Potensi likuifaksi dapat diketahui dengan menghubungan antara nilai dengan nilai CRR dalam Grafik Seed et al. Dari Gambar 3 terlihat nilai dengan nilai CRR dihubungkan pada grafik dengan fines 35%.

10 Analisis potensi likuifaksi pada titik BH terlikuifaksi Nilai tidak terlikuifaksi kasus 1 kasus Nilai CRR Gambar 3. Grafik hubungan antara nilai dengan nilai CRR untuk titik BH-3 Analisis potensi likuifaksi pada titik BH Nilai terlikuifaksi tidak terlikuifaksi kasus 1 kasus Nilai CRR Gambar 4. Grafik hubungan antara nilai dengan nilai CRR untuk titik BH-4

11 5. KESIMPULAN Berdasarkan hasil analisa potensi likuifaksi di lokasi Proyek Ware House Belawan, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Percepatan gempa di batuan dasar berdasarkan frekuensi gempa dari tahun 1973 sampai dengan tahun 2012 adalah : 0.131g dengan menggunakan Fungsi Atenuase Joyner and Boore 0.054g dengan menggunakan Fungsi Atenuase Crouse 2. Percepatan gempa maksimum di permukaan : BH-1 = 0.091g BH-2 = 0.166g BH-3 = 0.148g BH-4 = 0.113g BH-5 = 0.125g BH-6 = 0.085g 3. Dari hasil Analisis, lapisan yang berpotensi terjadi likuifaksi pada Proyek Ware House Belawan adalah lapisan pada : BH-1 kedalaman m BH- 3 kedalaman 2-3 m BH- 4 kedalaman 2-3 m dan m BH- 5 kedalaman 1-3 m BH- 6 kedalaman m dan m. 4. Likuifaksi dapat memberikan dampak pada struktur yang dibangun diatas permukaan tergantung pada kedalaman lapisan yang terlikuifaksi dan juga tebal lapisan yang terlikuifaksi. 5. Berdasarkan hasil analisis di lokasi Proyek Ware House Belawan bahwa umumnya lapisan pada permukaan berpotensi terjadi likuifaksi yang berbahaya terhadap bangunan-bangunan yang berpondasi dangkal seperti pada BH-3 bangunan kantor berlantai 1 dan BH-4 bangunan pos jaga Sappam. 6. DAFTAR PUSTAKA Chen,fu H Soil Engineering : Testing Design and Remediation. Florida. CRC Press LLC. Das, B. M Principles Of Geotechnical Engineering, Stanford. Cengage Learning Publishing. Das, B. M Principles Of Soil Dynamic. Boston. PWS-KENT Publishing Company. Das, B. M Mekanika Tanah (Prinsip-Prinsip Rekayasa Geoteknis) 1. Jakarta: Erlangga, Das, B. M Mekanika Tanah (Prinsip-Prinsip Rekayasa Geoteknis) II. Jakarta: Erlangga. Day, R. W Geotechnical earthquake Engineering Handbook, New York, MCGRAW-HILL. Edupro C.S., User Guide Edushake, Washington:Redmont Hasmar, Halim Evaluasi Potensial Likuifaksi Akibat Gempa Bumi Tektonik Irsyam, Masyhur Pengantar Dinamika Tanah dan Rekayasa Gempa. Bandung: ITB. Lapisan Pasir Jenuh Air dengan Metode Shaking Table. Logika. Vol. 4,No.1. Mabrur, Muhammad Tugas Akhir : Analisis Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru. Fakultas Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Medan Razali Tesis : Rekonturing Zona Percepatan Gempa di Permukaan Tanah Provinsi Sumatera Utara dengan Program Aplikasi Shake2000. Program Pascasarjana Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Medan Steven, L. Kramer Geotechnical Earthquake Engineering, New Jersey, Uppersaddleriver. Seed, H.B., dan Idriss, I.M., Simplified Procedure For Evaluating Soil Liquifaction Potential, Geotech Div., ASCE 97(9) , 1971 Tim Revisi Peta Gempa Indonesia Peta Hazard Gempa Indonesia Jakarta: Kementerian Pekerjaan Umum USGS National Earthquake Information center