8 JURNAL ILMIAH SEMESTA TEKNIKA Vol., No., 8-43, Mei 009 Penaruh Lapisan Pasir di Bawah Fondasi erhadap Redaman dan Frekuensi Naural Akiba Beban Gempa (Effec of Sand Layer under Foundaion on Dampin and Naural Frequency Due To Earhquake Loadin) AS AT PUJIANTO ABSTRACT Sand layer under foundaion has been widely used for vibraion dampin by an earhquake since cenuries ao. Due o bein locaed in earhquake-zone and sand as naural maerial is widely disribued over reions, research on he use of sand for earhquake vibraion dampin is becomin imporan in Indonesia. The aim of his work is o sudy sand layer behavior in reducin earhquake vibraion. Parameers of soil srucure, i.e. dampin raio, displacemen, soil pressure, and he chane of naural frequencydue o he exisence of sand layer under foundaion were observed. In his sudy, soil srucure was modeled as layered soil profile where op layer is a clay soil layer. Foundaion base is locaed a a deph of 300 cm underlyin varied hicknesses of course sand layer, i.e. 0, 50, 00, 50 and 00 cm under foundaion. In order o produce various soil pressures, load maniudes of 0, 0,000, 0,000, 30,000 and 40,000 ons were seleced. Therefore, earhquake loadins wih hih and low frequency from Koyna and Buchares earhquake record were implemened o soil srucure models. Resuls showed ha he increase of sand layer hickness does no essenially affec o he decrease of displacemen. I is dependin on he frequency of an earhquake. However, a hickness of 50 cm shows decrease of displacemen due o hih and low frequency earhwuake loadin wih he averae deviaion of 3.67 %. The displacemen due o Buchares earhquake loadin is reaer han ha of Koyna earhquake, wih he averae raio of 9.38 imes. If round frequency is hiher han earhquake frequency, round displacemen is becomin smaller. Keywords: sand layer, round response, naural frequency, displacemen, earhquake. PENDAHULUAN Pasir sebaai anah dasar fondasi suau banunan edun elah banyak diunakan, bahkan seak berabad-abad yan lalu. Sebaai conoh banunan-banunan candi yan erdapa di komplek Candi Sewu, Prambanan Yoyakara, yan dibanun sekiar abad ke-8 Masehi, ernyaa menunakan pasir (anah berradasi kasar) sedalam + m sebaai anah dasarnya (Mahmud e al., 004). Pada umumnya penunaan pasir sebaai anah dasar fondasi hanya sebaai upaya perbaikan kua dukunnya, namun idak eruup kemunkinan pasir sebaai lapisan peredam earan, misalnya keika eradi empa bumi. Menuru Mahmud e al. (004) duaan ini muncul denan berbaai alasan, anara lain :. pasir elah lama dikenal dan diunakan sebaai peredam earan mesin, dan elah banyak dilakukan peneliian enan hal ersebu. Mahmud e al. (004) yan melakukan peneliian menunakan model laboraorium unuk pasir lapis, menyaakan bahwa pasir mampu meredam anara, % sampai denan 8 %, sera seelah pasir mencapai kepadaan maksimum semakin besar ekanan semakin besar rasio redamannya.. di kompleks Candi Sewu, Prambanan Yoyakara, diumpai srukur banunan candi berupa bau yan ersusun anpa
A. Puiano/ Semesa Teknika, Vol., No., 8-43, Mei 009 9 morar pereka, eapi belum menalami kerunuhan sampai saa ini, padahal berdasarkan caaan Dinas Meeorolii dan Geofisika, di Yoyakara pernah eradi beberapa kali empa besar (Mahmud e al. (004). Menina bahwa sebaian besar wilayah Indonesia merupakan daerah rawan empa, sedankan pasir merupakan bahan alam yan murah sera mudah diperoleh, maka perlu dilakukan peneliian enan kemampuan pasir dalam meredam empa. Selain iu peneliian ini merupakan kelanuan dari peneliian Mahmud e al. (004) yan dilakukan di laboraorium dan menhasilkan rasio redaman sera simpanan horisonal unuk anah lapis denan beban Gempa Elcenro, 940. Jika diperunakan analisis dinamika srukur maka profil daa anah sesunuhnya yan ada di lapanan dapa diperunakan, sehina kecepaan dan percepaan sera ineraksi frekuensi empa erhadap sukur anah dapa diperoleh. Selain iu variasi keebalan pasir dan variasi empa, sera umlah lapis anah dapa dilakukan analisisnya. Meliha kondisi ersebu maka dapa dirumuskan suau permasalahan yan akan menadi obek ulisan ini, yaiu denan memberikan beberapa variasi erhadap keebalan pasir dan ekanan anah (yan berupa beban di aas lapisan anah) akan menhasilkan rasio redaman yan berbeda, dan ua akan membukikan apakah benar ika ekanan anah semakin meninka rasio redamannya ua akan meninka, sebaaimana yan dihasilkan oleh Mahmud e al. (004). Selain iu ua akan didapa penaruh pasir erhadap ineraksi anah, apakah semakin auh aau semakin deka denan frekuensi empa, ika diunakan ui denan beban empa Koyna (yan eradi pada ahun 967) yaiu empa yan mempunyai frekuensi ini dan empa Buchares (yan eradai pada ahun 977) yan mempunyai frekuensi cukup rendah. Beban empa ersebu diperunakan denan alasan karena daa percepaan empa yan eradi di Indonesia idak didapakan. Selain iu menuru Puiano (003) semakin besar kekakuan anah akiba empa denan frekwensi ini, maka amplifikasi yan eradi akan semakin besar. Sebaliknya akiba empa denan frekuensi rendah amplifikasi yan eradi akan semakin kecil. Berdasarkan uraian permasalah ersebu di aas, maka ulisan ini mempunyai uuan sebaai beriku:. mendapakan besarnya penaruh ekanan permukaan erhadap rasio redaman,. mendapakan besarnya penaruh keebalan lapisan pasir erhadap rasio redaman, 3. mendapakan besarnya penaruh ekanan permukaan erhadap simpanan, 4. mendapakan besarnya penaruh keebalan lapisan pasir erhadap simpanan, 5. mendapakan besarnya penaruh ekanan permukaan erhadap kandunan frekuensi anah, 6. mendapakan besarnya penaruh keebalan lapisan pasir erhadap kandunan frekuensi anah, dan 7. meneahui kedekaan frekuensi empa erhadap frekuensi srukur anah. PASIR DAN REDAMAN Menuru Luon (996), pasir mampu menyerap eneri melalui cara, yaiu, perama, melalui deformasi plasis buir-buir pasir sera melalui esekan anar buir pasir, cara ersebu eradi pada saa pasir menalami ekanan yan relaif rendah, yan idak menyebabkan eradinya perubahan posisi anar buir pasir. Pada kasus ini ekanan yan diberikan menyebabkan permukaan buir pasir yan bersenuhan salin menekan, sehina eradi deformasi plasis pada buir-buir pasir ersebu. Penyerapan eneri pada kasus ini sana kecil, dan biasanya diabaikan. Cara kedua eradi ika ekanan pada pasir menakibakan perubahan posisi anar buir pasir. Perubahan posisi ersebu diserai perisiwa esekan anar buir, yan menakibakan eradinya penyerapan eneri melalui perubahan eneri mekanik menadi eneri panas. Perubahan posisi anar buir pasir menyebabkan eradinya reanan plasis, yan pada pembebanan dinamis reanan plasis ini menimbulkan perisiwa hiseresis (Jafarzadeh & Yanaisawa, 996). Pada perisiwa hiseresis, kurva hubunan eanan-reanan dalam sau siklus pembebanan berbenuk luasan eruup yan disebu hyseresis loop (Das, 993).
30 A. Puiano / Semesa Teknika, Vol., No., 8-43, Mei 009 Luas hyseresis loop menambarkan besar eneri esekan yan diserap oleh lapisan pasir dalam siklus pembebanan ersebu (Luon, 996). Penyerapan eneri melalui perisiwa hiseresis ini menakibakan eradinya peninkaan redaman oal sera penurunan deformasi srukur (Dowrick, 976). Besar eneri yan diserap dalam sau siklus pembebanan melalui perisiwa hiseresis biasa dinyaakan dalam rasio redaman (dampin raio, D) yan didefinisikan dari Gambar. Dari Gambar ersebu besarnya dampin raio dapa dienukan denan Persamaan, denan D adalah besarnya rasio redaman (%) (Das, 993; ehal e al., 995). Persamaan ersebu sesuai denan hasil peneliian Mahmud e al. (004) yan menyimpulkan bahwa rasio redaman pasir pada umumnya sebandin denan hyseresis loopnya. Penambahan ekanan seelah pasir mencapai kepadaan maksimum menakibakan eradinya peninkaan rasio redaman. Rasio redaman yan didapakan anara, % sampai denan 8, %. Rasio redaman pada lapisan pasir dipenaruhi oleh ukuran buir pasir, kadar air, anka pori, inka kepadaan, umlah siklus pembebanan, inka reanan, sera besar ekanan efekif yan bekera pada lapisan pasir ersebu (Das, 993). Perilaku pasir pada pembebanan dinamis dipenaruhi secara sinifikan oleh besar ekanan dipenaruhi secara sinifikan oleh besar ekanan permukaannya. Dalam peneliian erhadap perilaku eser pasir, Prakash (98, dalam Mahmud e al., 004) menyimpulkan bahwa kekakuan eser pasir meninka sealan denan peninkaan ekanan permukaannya. Peninkaan kekakuan pasir berari meninkanya eanan pada lapisan pasir ersebu unuk mencapai nilai reanan erenu. Pada penuian riaksial erhadap pasir kerin Faounainableau Habib dan Luon (dalam Wood, 98) menyimpulkan bahwa penambahan ekanan uama sampai nilai baas erenu menyebabkan eradinya pemampaan pasir (volumeric compression), sedankan penambahan ekanan di aas nilai baas ersebu menakibakan penembanan pasir (volumeric dilaaion). Kesimpulan ini sealan denan hasil peneliian Yamamuro dan Lade (996) erhadap pasir Cambria, yan menyimpulkan bahwa pecahnya buir-buir pasir merupakan fakor palin dominan dalam perilaku pasir pada ekanan ini. FREKUENSI Unuk meneahui penaruh frekuensi erhadap rasio redaman, maka perlu dikeahui erlebih dahulu enan frekuensi empa. Sebaaimana dikeahui bahwa empa bumi yan erekam dalam percepaan anah merupakan abunan dari beberapa frekuensi. Oleh karena iu, dipakai beberapa isilah frekuensi sebaai suau cara unuk mendiskripsikan abunan beberapa frekuensi. Pada kenyaaannya frekuensi pada suau empa dapa saa mempunyai renan yan sempi, sehina frekuensi dominan lebih elas aaupun frekuensi yan menyebar denan renan yan panan. Beberapa hal akan berpenaruh erhadap hal-hal ersebu. B Teanan (, k/cm ) A B Reanan (, %) Keeranan A : Tiik reanan maksimum A : Tiik reanan minimum B : Proyeksi A pada sumbu reanan B : Proyeksi A pada sumbu reanan A GAMBAR. Hyseresis loop dan rasio redaman
A. Puiano/ Semesa Teknika, Vol., No., 8-43, Mei 009 3 D = Luas Hiseresis Loop Luas Seiia AOB Luas Seiia A' OB' () Frekuensi yan elah didapa menadi parameer penin selain durasi empa (Tso e al., 99). Hal ersebu dimunkinkan karena parameer-parameer ersebu dapa dideeksi mulai dari cara yan sederhana. Housner (97) menusulkan cara yan sederhana unuk meneahui kandunan frekuensui empa yaiu denan menhiun umlah aris yan memoon sumbu-waku unuk seiap deik pada rekaman parcepaan anah akiba empa. Konsep ini sana sederhana dan ua dipakai oleh Araya dan Saraoni (988, dalam Uan & Berero, 988) unuk mendiskripsikan damae poenial suau empa. Konsep lain yan cukup sederhana unuk mendeeksi frekuensi empa adalah seperi yan disampaikan oleh Tso e al. (99). Konsep yan dimaksud adalah a/v raio yaiu denan memakai perbandinan anara percepaan dan kecepaan anah maksimum. Sebaaimana dikaakan sebelumnya, percepaan anah berasosiasi denan frekuensi ini, sedankan percepaan anah berasosiasi denan frekuensi menenah sampai rendah. Gazaeas (987, dalam Baneree, 987) menaakan bahwa media anah umumnya akan berfunsi menyarin frekuensi ini pada elomban empa, sehina pada arak yan auh percepaan anah akiba empa cenderun berbenuk sinusoidal/harmonik. Denan demikian pada daerah yan deka denan episener percepaan cenderun mempunyai frekuensi ini, bersifa implusif, percepaan anahnya relaif ini dan durasi empa relaif sinka. Pada daerah yan auh denan episener, keadaannya akan berkebalikan. Sebaai konsekuensinya nilai a/v raio akan ini (frekuensi ini) pada daerah yan deka denan episener a/v raio rendah (frekuensi rendah), a/v raio dapa ua dipakai unuk menenukan frekuensi empa secara lebih mudah. Krieria inilah yan dipakai dalam ulisan ini. PRINSIP RESONANSI PADA BEBAN DINAMIK HARMONIK Menuru Widodo (997) unuk meneahui efek frekuensi beban erhadap respon srukur secara sederhana dapa dikeahui denan memperhaikan solusi persamaan differensial erakan (differenial equaion of moion). Apabila suau srukur denan deraa kebebasan unal SDOF (Sinle Deree of Fredom) dibebani denan beban harmonik P() = P 0 sin(), maka unuk srukur yan dianap idak mempunyai redaman, simpanan srukur y() dapa dihiun denan persamaan, denan k adalah kekakuan srukur, P 0 adalah ampliudo beban, adalah frekuensi sudu srukur, adalah frekuensi sudu, dan r adalah rasio frekuensi. P k r 0 y() = sin( ) r sin( ) denan r () Apabila nilai r pada Persamaan sama denan, maka perisiwa resonasi akan eradi, yaiu simpanan srukur menadi ak erhina. Unuk srukur yan mempunyai redaman, simpanan horisonal srukur dapa dihiun denan Persamaan 3 dan Persamaan 4. PERSAMAAN DIFFERENSIAL GERAKAN Menuru Widodo (997) unuk memperoleh persamaan differensial erakan dipakai prinsip keseimbanan dinamik pada suau massa yan diinau. Persamaan erakan ersebu umumnya disusun berdasarkan oyanan srukur menuru mode perama. Seelah nilai mode shape didapa maka denan mudah nilai percepaan anah, kecepaan anah dan simpanan anah dapa diperoleh menunakan Persamaan 5. y() = r r P 0 e d d k cos( ) C sin r sin( ) r cos (3)
A. Puiano / Semesa Teknika, Vol., No., 8-43, Mei 009 3 C = 5 0. r r (4) denan d = adalah damped frequency. T T T T y M K C M (5) Jika, M = T M C = T C K = T K P = T y M maka Persamaan 5 dapa menadi Persamaan 6, seperi diuliskan dalam y P K C M (6) Jika Persamaan 6 dibai denan M, denan M C = J, M K = J (7a) dan M P = J (7b) maka dapa diulis benuk differensial menadi persamaan 8: y (8) denan : = (9) = (0) = () = parisipasi mode. Dari subsiusi Persamaan 9 sampai denan Persamaan ke dalam Persamaan 8 didapa Persamaan. y () Unuk menhiun besarnya dapa diunakan meode ceral difference, sehina diperoleh Persamaan 3. (3a) (3b) Subsiusi Persamaan 3 ke dalam Persamaan selanunya diperoleh Persamaan 4 yan dapa menhasilkan nilai +, seperi diulis dalam Persamaan 5. y (4) y (5)
A. Puiano/ Semesa Teknika, Vol., No., 8-43, Mei 009 33 Persamaan 5 dapa dirinkaskan menadi Persamaan 6. denan : y a b (6) kˆ a = b = kˆ = : sep inerasi (d) : frekuensi sudu (rad/d) y : daa rekaman empa (percepaan anah) Selanunya persamaan simpanan, kecepaan, dan percepaan dapa diurunkan beruru-uru dalam Persamaan 7, Persamaan 8, dan Persamaan 9. y = y = y = denan : : mode shape y : simpanan anah y : kecepaan anah y : percepaan anah (7) (8) (9) METODE PENELITIAN Profil dan Daa Srukur Unuk meneahui penaruh pasir erhadap redaman dan frekuensi, maka perlu diambil model srukur anah yan diunakan sebaai bahan kaian/analisis. Profil anah ersebu dipilih yan baian aasnya erdiri dari lapisan anah lempun sebaaimana disaikan pada Gambar. Beban (dasar fondasi) dileakan pada kedalaman 300 cm, kemudian di bawah dasar fondasi ersebu lapisan anah diani denan lapisan pasir denan keebalan yan bervariasi, yaiu : 0 cm, 50 cm, 00 cm, 50 cm, dan 00 cm. Selain iu besarnya beban ua bervariasi, yaiu : 0 on, 0.000 on, 0.000 on, 30.000 on, dan 40.000 on (diambil denan asumsi ukuran banunan 45 m x 45 m denan umlah inka yan berbedabeda, sehina bera banunan ua bervariasi). Denan menunakan dua daa beban empa, seerusnya diinau 50 macam kondisi (variasi) aar srukur mempunyai redaman dan frekuensi yan berlainan. Pada kondisi ersebu penaruh keebalan pasir dan ekanan erhadap redaman dan frekuensi dapa dideeksi. Daa Gempa Unuk mendeeksi penaruh frekuensi erhadap respon srukur, maka dua beban empa yan berbeda dan mempunyai kandunan frekuensi yan berbeda elah diunakan, yaiu:. Gempa Koyna, India, 967, yaiu empa yan mempunyai percepaan maksimum sebesar 548,80 cm/d dan frekuensi sebesar,597 /m/d. Gempa ersebu erolon empa yan mempunyai frekuensi ini. Beban empa yan diambil adalah rekaman percepaan anah horisonal di Koyna Dam yan arahnya eak lurus erhadap sumbu panan Dam, denan Maniude 6,5 Richer dan arak episenum 5,6 km. Rekaman Gempa disaikan pada Gambar 3A.. Gempa Buchares, Rumania, 977 yaiu empa yan mempunyai percepaan maksimum sebesar 5,4 cm/d dan frekuensi sebesar 0,68 /m/d. Gempa ersebu erolon empa yan mempunyai frekuensi rendah. Beban empa yan diambil adalah rekaman percepaan anah horisonal di Buchares Dam yan arahnya eak lurus erhadap sumbu panan Dam, denan Maniude 7, Richer dan arak episenrum 40 km. Rekaman Gempa disaikan pada Gambar 3B.
34 A. Puiano / Semesa Teknika, Vol., No., 8-43, Mei 009 + 0.00 cm - 300 cm - 600 cm - 900 cm - 00 cm - 500 cm - 800 cm - 3045 cm Pasir kasar berlempun abu-abu kehiaman, lunak. b =,93 r/cm 3 d =,484 r/cm 3 e = 0,88 GS =,697 PI = 0 OCR = = 0 0 43 =,7 Lanau berlempun merah keabu-abuan, aak lunak. b =,65 r/cm 3 d =,033 r/cm 3 e =,44 GS =,5 PI = 30,99 ÒCR = = 0 0 49 =,8 Lempun kelanauan campur kayuan lapuk, hiam, kenyal. b =,695 r/cm 3 d =,83 r/cm 3 e =,00 GS =,367 PI = 63,07 OCR = = 00 0 57 = 0,95 Lempun kelanauan puih keabu-abuan, sana kenyal. b =,886 r/cm 3 d =,48 r/cm 3 e = 0,884 GS =,67 PI = 0 OCR = = 05 0 0 = 5,7 Lanau berpasir halus, puih kekuninan, keras. b =,070 r/cm 3 d =,477 r/cm 3 e = 0,77 GS =,55 PI = 6,60 OCR = = 00 0 4 = 0,7 Lanau berpasir halus, puih kekuninan, keras. b =,840 r/cm 3 d =,50 r/cm 3 e = 0,749 GS =,640 PI = 9,07 OCR = = 0 Lanau berpasir halus, puih kekuninan, keras. b =,070 r/cm 3 d =,705 r/cm 3 e = 0,605 GS =,737 PI = 0 ÒCR = = 0 GAMBAR. Model anah asli Pelabuhan Pankal Balam Banka 600 500 400 300 00 00 0 0-00 3 4 5 6 7 8 9 0-00 -300-400 -500-600 Periode (d) A. empa Koyna, India, 967 50 00 50 00 50 0 0-50 3 4 5 6 7 8 9 0-00 -50-00 -50 Periode (d) B. empa Buchares, Rumania, 977 GAMBAR 3. Rekaman empa yan diunakan dalam sudi
A. Puiano/ Semesa Teknika, Vol., No., 8-43, Mei 009 35 Ala Analisis Peneliian ini didasarkan aas analisis dinamika srukur denan model profil anah yan dipakai dan beban empa seperi disebukan sebelumnya. Unuk keperluan analisis ersebu perlu dibua suau proram sederhana yan dapa menhasilkan respon dinamik berupa pola/raam oyanan yan eradi seperi redaman, frekuensi, simpanan, kecepaan dan percepaan. Cara Analisis Daa yan harus didapa erlebih dahulu adalah profil daa anah, berupa : keebalan anah, enis anah, kondisi anah (erendam air aau idak), bera volume anah basah, bera enis, anka pori, indeks plasisias, sudu eser anah, dan OCR (Over Consolidaion Raio). Daa ersebu lansun dimasukkan ke dalam proram, yan diunakan unuk memproses perhiunan kekakuan dan masa seiap lapisan anah, denan memakai prinsip shear buildins, yaiu denan anapan bahwa lapisan anah dianap sebaai srukur banunan berinka denan kekakuan kolom yan besarnya ak erhina. Proram ersebu ua diunakan unuk memproses eien problem, mode shape, dan dampin rasio. Proses analisis berikunya adalah inerasi secara numerik aas persamaan independen. Meode cenral difference dipakai unuk menhiun nilai. Hasil simpanan, kecepaan dan percepaan dianalisis oleh proram yan elah diui validiasnya (Puiano, 003). Dari hasil proram ersebu, rafik simpanan, kecepaan dan percepaan sera kandunan frekuensi selanunya diolah menunakan proram MS Excel. Frekuensi srukur anah dapa dianalisis menunakan a/v raio (Tso e al., 99). Konsep a/v raio merupakan perbandinan anara percepaan dan kecepaan anah maksimum. Hasil ersebu kemudian dibandinkan denan kandunan frekuensi empa unuk meneahui kedekaannya. HASIL DAN PEMBAHASAN Penaruh Tekanan Permukaan erhadap Rasio Redaman Hasil analisis hubunan anara ekanan permukaan erhadap rasio redaman akiba beban empa Koyna disaikan selenkapnya pada Tabel, sedankan akiba beban empa Buchares disaikan pada Tabel. Berdasarkan Tabel dan Tabel, ampak bahwa semakin bera beban banunan semakin besar pula ekanan permukaan baik akiba beban empa Koyna dan Buchares. semakin besar ekanan permukaan pada anah anpa pasir menhasilkan rasio redaman yan semakin kecil. Pada permukaan anah yan dilapisi pasir, berambahnya ekanan anah idak merubah rasio redaman dan cenderun mempunyai besaran yan sabil sebesar 0, % akiba beban empa Koyna dan sebesar 7,87 % akiba beban empa Buchares. Jika dibandinkan denan lapisan anah anpa menunakan pasir, peninkaan rasio redaman eradi anara 9,97 % sampai denan 9,57 %. Hal ini sesuai denan hasil peneliian Mahmud e al. (004), yan menyaakan bahwa denan semakin besar ekanan anah, menyebabkan rasio redaman semakin meninka. TABEL. Hubunan Tekanan Permukaan Terhadap Rasio Redaman Akiba Gempa Koyna Beban Tekanan Dampin Rasio Unuk Keebalan Pasir Peninkaan (%) (on) (k/cm) 0 cm 50 cm 00 cm 50 cm 00 cm Dampin Rasio 0-8.47 0. 0. 0. 0. 0.54 0000 0.8889 8.7 0. 0. 0. 0. 3.46 0000.7778 8. 0. 0. 0. 0. 5.74 30000.6667 7.99 0. 0. 0. 0. 7.78 40000 3.5556 7.88 0. 0. 0. 0. 9.57
36 A. Puiano / Semesa Teknika, Vol., No., 8-43, Mei 009 TABEL. Hubunan Tekanan Permukaan Terhadap Rasio Redaman Akiba Gempa Buchares Beban Tekanan Dampin Rasio Unuk Keebalan Pasir Peninkaan (%) (on) (k/cm) 0 cm 50 cm 00 cm 50 cm 00 cm Dampin Rasio 0-6.56 7.87 7.87 7.87 7.87 9.97 0000 0.8889 6.40 7.87 7.87 7.87 7.87.97 0000.7778 6.8 7.87 7.87 7.87 7.87 5.3 30000.6667 6.8 7.87 7.87 7.87 7.87 7.35 40000 3.5556 6.09 7.87 7.87 7.87 7.87 9.3 Penaruh Keebalan Lapisan Pasir erhadap Rasio Redaman Penaruh keebalan lapisan pasir erhadap rasio redaman ua dapa diliha pada Tabel akiba beban empa Koyna, dan Tabel akiba beban empa Buchares. Dari kedua abel esebu ampak bahwa besarnya rasio redaman cenderun sabil baik akiba empa Koyna maupun empa Buchares, aau dapa dikaakan bahwa keebalan pasir idak berpenaruh erhadap besarnya rasio redaman. Jika dibandinkan denan anah anpa lapisan pasir, lapisan pasir dapa meninkakan rasio redaman misalnya akiba empa Koyna, rasio redaman meninka dari 7,88-8,47 % menadi 0, % aau meninka sekiar 0,54-9,57 %. Selain iu, empa Buchares yan memberikan peninkaan rasio redaman dari semula anara 6,09 % sampai denan 6,56-7,87 % aau meninka sebesar 9,97-9,3 %. Kondisi ersebu dapa dikaakan bahwa pasir akan dapa meninkakan rasio redaman anara 9,97-9,57 % erhadap rasio redaman anah anpa pasir. Hasil ersebu lebih besar ika dibandin denan hasil peneliian Mahmud e al. (004), yan menelaskan bahwa pasir dapa meninkakan rasio redaman sebesar, % sampai denan 8, %. Perbedaan ini dapa eradi karena pada Mahmud e al. (004) hanya menunakan sau lapisan pasir saa. Penaruh Tekanan Permukaan erhadap Simpanan Hasil analisis hubunan anara ekanan permukaan erhadap simpanan akiba beban empa Koyna diberikan pada Gambar 4, sedankan akiba beban empa Buchares diambarkan pada Gambar 5. Berdasarkan ambar ersebu, dapa dianalisis bahwa peninkaan permukaan anah menyebabkan semakin menurun simpanan pada permukaan anah, baik akiba empa Koyna maupun empa Buchares. Jika dibandinkan anah anpa beban (besarnya ekanan = 0), besarnya penurunan raa-raa seiap peninkaan ekanan sebesar k/cm yaiu sebesar 9,3 %. 0.80 S im panan (cm ) 0.75 0.70 0.65 0.60 Tanpa Pasir Tebal Pasir 50 cm Tebal Pasir 00 cm Tebal Pasir 50 cm Tebal Pasir 00 cm 0.55 0.0 0.5.0.5.0.5 3.0 3.5 4.0 Tekanan Permukaan Tanah (k/cm ) GAMBAR 4. Hubunan ekanan permukaan erhadap simpanan akiba empa Koyna
A. Puiano/ Semesa Teknika, Vol., No., 8-43, Mei 009 37 7.50 7.00 Tanpa Pasir Tebal Pasir 50 cm Tebal Pasir 00 cm Tebal Pasir 50 cm Tebal Pasir 00 cm S im p a n an (cm ) 6.50 6.00 5.50 5.00 0.0 0.5.0.5.0.5 3.0 3.5 4.0 Tekanan Permukaan Tanah (k/cm ) GAMBAR 5. Hubunan ekanan permukaan erhadap simpanan akiba empa Buchares Penaruh Keebalan Lapisan Pasir erhadap Simpanan Hasil analisis hubunan anara ebal pasir erhadap simpanan akiba beban empa diberikan pada Gambar 6 dan Gambar 7 masin-masin unuk empa Koyna dan Buchares. Gambar 6 menunukkan bahwa akiba empa Koyna, simpanan pada lapisan pasir diunukkan lebih kecil dibandinkan denan anah anpa menunakan lapisan pasir, eruama pada anah anpa beban. Pada anah denan menunakan beban, simpanan yan erkecil adalah denan menunakan lapisan pasir seebal 50 cm, yaiu prosenase penurunan reraa sebesar 3,67 %. Unuk keebalan yan lebih besar dari 50 cm masih menunukan simpanan yan lebih kecil dari pada anpa menunakan pasir dan simpanannya mempunyai kecenderunan sabil. Besarnya prosenase penurunan simpanan ika dibandinkan denan anah anpa menunakan lapisan pasir reraa adalah sebesar 3,5 %. S im panan (cm ) 0.80 0.75 0.70 0.65 0.60 0.77 0.7 0.67 0.64 0.6 0.75 0.75 0.75 0.69 0.70 0.69 0.65 0.6 0.58 Tanpa Beban Beban 0 000 Ton Beban 0 000 Ton Beban 30 000 Ton Bebab 40 000 Ton 0.74 0.69 0.65 0.65 0.65 0.6 0.6 0.6 0.59 0.59 0.59 0.55 0 5 50 75 00 5 50 75 00 Tebal Pasir (cm) GAMBAR 6. Hubunan ebal pasir erhadap simpanan akiba empa Koyna
38 A. Puiano / Semesa Teknika, Vol., No., 8-43, Mei 009 8.00 7.50 7.45 7. Tanpa Beban Beban 0 000 Ton Beban 0 000 Ton Beban 30 000 Ton Beban 40 000 Ton 7.34 7.38 7.37 Simpanan (cm) 7.00 6.50 6.00 5.50 5.00 6.70 6.67 6.7 6.59 6.46 6.9 6.4 6.8 6.08 5.96 5.84 5.78 5.78 5.68 5.55 5.5 5.4 5.43 5.33 5.0 0 5 50 75 00 5 50 75 00 Tebal Pasir (cm) GAMBAR 7. Hubunan ebal pasir erhadap simpanan akiba empa Buchares Berdasarkan Gambar 7 akiba empa Koyna, pada anah denan keebalan pasir 50 cm menunukan simpanan yan lebih kecil, ika dibandinkan denan anah anpa menunakan lapisan pasir, denan prosenase penurunan reraa sebesar 3,78 %. Pada anah denan keebalan lapisan pasir lebih besar dari 50 cm, simpanan diunukkan lebih besar dari pada anah anpa menunakan lapisan pasir, denan prosenase kenaikan reraa sebesar 0,53 %. Hal ersebu akan erus meninka denan semakin besarnya lapisan pasir. Berdasarkan eori, ika anah diani denan lapisan pasir maka kekakuannya akan meninka, namun ika ebal pasir diperbesar maka kekakuannya akan semakin kecil. Denan semakin besarnya ekanan anah pada permukaan, akan menambah kekakuan anah. Pada anah lunak denan frekuensi ini, akan menhasilkan simpanan yan lebih kecil. Pada anah lunak denan frekuensi rendah, dapa menhasilkan simpanan yan lebih besar. Beiu ua sebaliknya pada anah kaku denan frekuensi ini, maka akan menhasilkan simpanan yan lebih besar. Pada anah kaku denan frekuensi rendah akan menhasilkan simpanan yan lebih kecil. Dari eori ersebu menunukan bahwa denan menambah keebalan pasir, belum enu akan menurani simpanannya, karena hal ini eranun dari frekuensi empa yan eradi. Dari hasil analisis ini (Gambar 6 dan Gambar 7) denan keebalan pasir 50 cm masih menunukan kecenderunan simpanan yan lebih kecil ika dibandinkan anpa menunakan lapisan pasir, baik akiba empa frekuensi ini maupun rendah. Penaruh Tekanan Permukaan erhadap Frekuensi Tanah Frekuensi anah dapa dihiun denan cara sebaaimana yan disampaikan oleh Tso e al. (99), yaiu denan membandinkan anara percepaan dan kecepaan anah maksimum, aau serin dikenal denan konsep a/v raio, yaiu denan cara membai percepaan (cm/d ) denan raviasi (980 cm/d ), kemudian dibai lai denan kecepaan yan sauannya elah diadikan (m/d). Hasil frekuensi anah pada kedalaman 300 cm (elevasi -300 cm) diunukkan pada Gambar 8 akiba empa Koyna, dan Gambar 9 akiba empa Buchares. Dari Gambar 8, akiba Gempa Koyna menunukan bahwa semakin besar ekanan permukaan hina,5 k/cm, frekuensi anah masih cenderun menurun, sedankan denan ekanan lebih besar dari,5 k/cm, frekuensi cenderun meninka. Akiba Gempa Buchares (Gambar 9) menunukan bahwa semakin besar ekanan permukaan sampai denan k/cm, frekuensi anah masih cenderun menurun, sedankan ekanan lebih besar dari k/cm maka frekuensi cenderun meninka. Hal ersebu menunukkan bahwa denan berambahnya ekanan anah (masa banunan), maka eradi penurunan frekuensi, yan berari bahwa masa banunan akan menurani besarnya frekuensi anah.
A. Puiano/ Semesa Teknika, Vol., No., 8-43, Mei 009 39 Frekuensi (/m/d).0.5.0.05.00 Tanpa Pasir Tebal Pasir 50 cm Tebal Pasir 00 cm Tebal Pasir 50 cm Tebal Pasir 00 cm 0.95 0.0 0.5.0.5.0.5 3.0 3.5 4.0 Tekanan Permukaan Tanah (k/cm ) GAMBAR 8. Hubunan ekanan anah erhadap frekuensi akiba empa Koyna 0.540 0.530 Frekuensi (/m/d) 0.50 0.50 0.500 0.490 0.480 0.0 0.5.0.5.0.5 3.0 3.5 4.0 Tekanan Permukaan Tanah (k/cm ) Tanpa Pasir Tebal Pasir 50 cm Tebal Pasir 00 cm Tebal Pasir 50 cm Tebal Pasir 00 cm GAMBAR 9. Hubunan ekanan anah erhadap frekuensi akiba empa Buchares Sebaliknya sampai denan baas ekanan erenu, ekanan anah akan meninkakan frekuensi. Perubahan frekuensi ersebu diakibakan oleh adanya perubahan modulus eser dan ua adanya perubahan nilai eien permulaan (iniial eienvalue, ). Semakin besar modulus esernya, maka semakin besar pula kekakuan anahnya. Pada anah yan mempunyai massa eap namun kekakuan anah sera nilai eien permulaannya semakin besar, maka frekwensinya akan semakin besar pula. Teapi ika nilai eien permulaan semakin kecil, massa eap, dan kekakuannya semakin besar maka kandunan frekuensi yan didapa belum enu lebih besar namun dapa ua lebih kecil. Penaruh Keebalan Lapisan Pasir erhadap Kandunan Frekuensi Tanah Hasil analisis hubunan anara ebal pasir erhadap frekuensi akiba beban empa Koyna dan Buchares diambarkan pada Gambar 0 dan Gambar. Berdasarkan Gambar 0 akiba empa Koyna, ampak bahwa denan semakin ebal lapisan pasir yan diunakan menunukan kandunan frekuensi yan cenderun lebih besar dibandinkan denan anah anpa menunakan lapisan pasir, kecuali pada anah denan beban 40.000 on. Berdasarkan Gambar akiba empa Koyna, denan semakin besar ebal pasir yan diperunakan kandunan frekuensi cenderun menalami penurunan.
40 A. Puiano / Semesa Teknika, Vol., No., 8-43, Mei 009 Berdasarkan eori, semakin ebal lapisan pasir maka kekakuan anah menadi semakin kecil. Denan semakin besarnya ekanan anah pada permukaan akan menambah kekakuan anah. Pada anah yan semakin lunak denan frekuensi empa ini menhasilkan kandunan frekuensi anah yan lebih besar. Beiu ua sebaliknya pada anah yan semakin lunak denan frekuensi empa rendah maka akan menhasilkan frekuensi anah yan lebih kecil. Dari eori ersebu menunukan bahwa denan menambah keebalan pasir, belum enu dapa menurunkan frekuensi anahnya, karena hal ersebu eranun dari frekuensi empa yan eradi. Gambar 0 dan Gambar menunukkan perubahan kandunan frekuensi empa. Hal iu disebabkan karena berlakunya percepaan anah yan merupakan urunan kedua dari simpanan anah, denan kaa lain kecepaan anah dapa diperoleh dari menumlahkan luasan rafik percepaan anah. Simpanan anah seerusnya dapa diperoleh denan menumlahkan luasan rafik kecepaan anah. Oleh karena iu, kandunan frekuensi percepaan anah lebih ini dari kandunan frekuensi kecepaan anah sera kandunan frekuensi simpanan anah. Kandunan frekuensi kecepaan anah sendiri lebih ini dari kandunan frekuensi simpanan anah. Frekuensi (/m/d).0.5.0.05.00.4.04.0.00 0.99.7...09.09.07.04.03.03.0 Tanpa Beban Beban 0 000 Ton Beban 0 000 Ton Beban 30 000 Ton Bebab 40 000 Ton.3.0.09.05.0.5..09.07.04 0.95 0 5 50 75 00 5 50 75 00 Tebal Pasir (cm) GAMBAR 0. Hubunan ebal pasir erhadap frekuensi akiba empa Koyna Frekuensi (/m/d) 0.54 0.53 0.5 0.5 0.50 0.49 0.48 0.53 0.53 0.53 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.50 0.5 0.5 0.50 0.50 0.5 0.50 0.50 0.49 0 5 50 75 00 5 50 75 00 Tebal Pasir (cm) Tanpa Beban Beban 0 000 Ton Beban 0 000 Ton Beban 30 000 Ton Beban 40 000 Ton 0.50 0.50 0.49 0.49 0.48 GAMBAR. Hubunan ebal pasir erhadap frekuensi akiba empa Buchares
A. Puiano/ Semesa Teknika, Vol., No., 8-43, Mei 009 4 Kedekaan Frekuensi Gempa erhadap Frekuensi Srukur Tanah Secara eori, ika dua daa empa denan percepaan maksimum dan kondisi anah yan sama, maka simpanan yan eradi seharusnya sama. Kenyaaanya simpanan yan didapakan adalah auh berbeda. Hasil ersebu disaikan selenkapnya dalam Tabel 3. Tabel 3 menunukkan bahwa keebalan pasir yan sama dan beban yan sama, akiba dua empa yan mempunyai percepaan sama, dapa menhasilkan simpanan yan berbeda. Simpanan akiba beban empa Buchares lebih besar dari pada Koyna, denan rasio raaraa sebesar 9,38 kali. Hal diakibakan adanya frekuensi empa yan berbeda dimana empa Koya mempunyai frekuensi yan lebih besar dari pada empa Buchares. Menuru Tso e al. (99) kandunan frekuensi empa Koyna sebesar,597 /m/d, erolon empa yan mempunyai frekuensi ini. Kandunan frekuensi empa Buchares sebesar 0,68 /m/d, erolon empa denan frekuensi rendah. Dari hasil ersebu dapa diambil kesimpulan bahwa denan kekakuan anah yan sama akiba empa denan frekuensi ini akan menhasilkan simpanan yan lebih kecil dibandinkan denan empa akiba frekuensi rendah. Beiu sebaliknya denan anah yan mempunyai kekakuan yan sama akiba empa denan frekuensi rendah akan menhasilkan simpanan yan lebih besar dibandinkan denan empa akiba frekuensi ini. Tabel 3 menunukkan bahwa akiba empa Buchares, semakin besar beban (semakin besar kekakuan anah) akan menhasilkan simpanan yan cenderun semakin kecil, sedankan frekuensinya cenderun semakin besar, yan berari bahwa frekuensi anah semakin auh dari frekuensi empanya, yaiu sebesar 0,68 /m/d. TABEL 3. Simpanan dan frekuensi pada kedalaman 300 cm. Tebal Pasir Besar Beban Simpanan (cm) Rasio Frekuensi (/m/d) (cm) (on) Buchares Koyna (kali) Buchares Koyna 0 7.45 0.77 9.67 0.57.039 0 0000 6.70 0.7 9.43 0.58.0 (anpa pasir) 0000 6.9 0.67 9.7 0.54 0.985 30000 5.78 0.64 9.07 0.530.005 40000 5.4 0.6 8.8 0.53.4 0 7. 0.75 9.6 0.5.09 0000 6.46 0.69 9.33 0.503.069 50 0000 5.96 0.65 9.0 0.509.03 30000 5.55 0.6 9.09 0.55.044 40000 5.0 0.58 8.96 0.58.74 0 7.34 0.75 9.75 0.50.0 0000 6.59 0.70 9.47 0.497.090 00 0000 6.08 0.65 9.3 0.503.09 30000 5.68 0.6 9.9 0.50.00 40000 5.33 0.59 9.07 0.54.5 0 7.38 0.75 9.89 0.49.3 0000 6.67 0.69 9.6 0.49.0 50 0000 6.8 0.65 9.44 0.498.05 30000 5.78 0.6 9.3 0.505.04 40000 5.43 0.59 9.9 0.509.09 0 7.37 0.75 9.88 0.483.5 0000 6.7 0.69 9.68 0.487. 00 0000 6.4 0.65 9.53 0.495.068 30000 5.84 0.6 9.4 0.50.038 40000 5.5 0.59 9.3 0.505.095
4 A. Puiano / Semesa Teknika, Vol., No., 8-43, Mei 009 Akiba empa Koyna, semakin besar beban (semakin besar kekakuan anah) menhasilkan simpanan yan cenderun lebih kecil, sedankan frekuensinya ua cenderun semakin kecil. Hal ini berari bahwa frekuensi anah semakin auh dari frekuensi empanya, yaiu sebesar,597 /m/d. Dari penelasan ersebu dapa diambil kesimpulan bahwa denan semakin auh frekuensi anah erhadap frekuensi empa dapa menakibakan simpanan yan semakin kecil. Menuru eori, perubahan frekwensi ersebu diakibakan adanya perubahan modulus eser dan ua adanya perubahan nilai eien permulaan. Semakin besar modulus esernya, maka akan semakin besar pula kekakuan anahnya. Pada anah yan mempunyai masa eap namun kekakuan anah sera nilai eien permulaannya semakin besar maka frekuensinya akan semakin besar pula. Jika nilai eien permulaannya semakin kecil, masa eap, dan kekakuannya semakin besar maka kandunan frekuensi yan didapa belum enu lebih besar namun dapa ua lebih kecil. Diliha dari enis anahnya merupakan enis lempun kelanauan bercampur pasir diemui hina kedalaman m denan nilai NSPT 4 sampai denan 9. Lapisan Pasir berlanau diemui hina kedalaman 4,45 m denan nilai N SPT berkisar anara 57 sampai denan 60 denan konsisensi keras. Selain iu lapisan lempun mempunyai nilai PI berkisar anara 6,57 % sampai denan,50 %, menuru Puiano (003) nilai ersebu menunukan bahwa lapisan ersebu ermasuk anah kohesif denan indeks plasisias sedan sampai ini. Seperi yan elah dikeahui bahwa sifa-sifa fisik anah merupakan fakor yan akan mempenaruhi pada amplifikasi percepaan anah. Tanah kohesif lunak denan plasisias ini akan berkecenderunan berperilaku elasik sehina semakin besar inpu eneri/aya yan bekera pada srukur anah ersebu maka semakin besar respon seismik (kecepaan dan percepaan) anah yan akan eradi. Besarnya respon anah ersebu ua disebabkan kecilnya redaman maerial yan ada karena anah denan plasisias ini nilai raio redamannya relaif kecil. KESIMPULAN Dari hasil analisis dan pembahasan dapa diambil beberapa kesimpulan sebaai beriku :. Semakin besar ekanan permukaan, rasio redaman semakin besar pula. Besarnya peninkaan rasio redaman ika dibandinkan denan lapisan anah anpa menunakan pasir yaiu anara 9,97 % sampai denan 9,57 %.. Tebal pasir idak berpenaruh erhadap rasio redaman, namun denan adanya pasir menakibakan rasio redaman sabil, yaiu sebesar 0, % empa Koyna dan 7,87 % empa Buchares. 3. Semakin besar ekanan anah semakin kecil simpanannya, baik akiba empa denan frekuensi rendah maupun ini. Besarnya penurunan simpanan raa-raa seiap peninkaan ekanan sebesar k/cm yaiu sebesar 9,3 %. 4. Semakin ebal lapisan pasir belum enu akan menhasilkan simpanan yan lebih kecil, eranun dari frekuensi empanya. Denan keebalan lapisan seebal 50 cm masih menunukan kecenderunan penurunan simpanan, baik akiba empa denan frekuensi ini maupun rendah. Besarnya penurunan raa-raa sebesar 3,67 %. 5. Semakin besar ekanan permukaan sampai denan ekanan sebesar k/cm kandunan frekuensi cenderun menurun, baik akiba empa Koyan maupun Buchares. 6. Semakin ebal lapisan pasir yan diperunakan, Akiba empa denan frekuensi ini maka kandunan frekuensi anah cenderun meninka, sedankan akiba empa denan frekuensi rendah maka kandunan frekuensi anah cenderun semakin kecil. 7. Keebalan pasir dan beban yan sama, akiba dua empa yan mempunyai percepaan sama, menhasilkan simpanan yan berbeda. Simpanan akiba beban empa Buchares lebih besar dari pada Koyna, denan rasio raa-raa sebesar 9.38 kali. 8. Semakin auh frekuensi anah erhadap frekuensi empa menakibakan simpanan yan semakin kecil.
A. Puiano/ Semesa Teknika, Vol., No., 8-43, Mei 009 43 DAFTAR PUSTAKA Baneree, P.K. & Buerfield, R. (987). Dynamic behaviour of foundaions and burried srucures. London: Elseiver Applied Science. Das, B. M. (993). Principles of soil dynamics. Boson: PWS-Ken Publishin Company. Dowrick, D.J. (976). Earquake Resisan Desin. New York: John Wiley & Sons. Housner, G.W. (97). Earquake research needs for nuclear power plans, Journal of he Power Division, ASCE, 97(PO), 77-9. Jafarzadeh, F. & Yanaisawa, E. (996), Effec of load irreuulariy on enery dissipaion of sauraed sand models durin dynamic loadin, Geoechnical Enineerin Bullein, 5(5), 7-80. Luon, M.P. (996). Modellin a seismic barrier usin soil enery-dissipaion, Geoechnical Enineerin Bullein, 5(), 5-3. Mahmud, C., Suryolelono, K.B., dan Suhendro, B. (004). Redaman Gearan Akiba Beban Dinamis Pada Model Tanah Dasar Fondasi Berupa Pasir. Prosidin Konferensi Nasional Rekayasa Keempaan II, PSIT-UGM Yoyakara, 84-94. Puiano, A. (003). Respon seismik lapisan anah linier dan non linier elasis akiba beban empa. Tesis Maiser Teknik Sipil, Universias Islam Indonesia, Yoyakara. Tso, W.K., hu, T.J. & Heidebrech, A.C. (99). Enineerin implicaion of round moion a/v raio, Soil Dynamics and Earhquake Enineerin,, 33-44. Uan, C.M. & Berero, V.V. (988), Implicaion of recorded earhquake round moion on seismic desin of buildin srucures, Repor UCB/EERC- 88/8. Berkeley: Universiy of California. Widodo (997). Respon dinamik srukur elasik, Yoyakara: UII Press. Wood, D.M. (98). Laboraory Invesiaion of he Behaviour of Soils under Cyclic Loadin. In Pande, G.N., dan ienkiewicz (Eds.), Soil mechanics ransien and cyclic load (pp. 53-58). New York: John Wiley & Sons. Yamamuro, J.A. & Lade, P.V. (996). Drained sand behavior in axisymmeric ess a hih pressures. Journal of Geoechnical Enineerin, (), 09-9. ehal, M., Elamal, A.W., Tan, H.T. & Sepp, J.C. (995). Loun downhole array II: evaluaion of soil nonlinier properies, Journal of Geoechnical Enineerin, (4), 363 378. PENULIS: As a Puiano Jurusan Teknik Sipil, Fakulas Teknik, Universias Muhammadiyah Yoyakara. Jalan Linkar Selaan, Banul, Yoyakara, Indonesia. Email: a_puiano@umy.ac.id Diskusi unuk makalah ini dibuka hina April 00 dan akan dierbikan dalam urnal edisi Mei 00.