Konferensi Nasional Teknik Sipil 4 (KoNTekS 4) Sanur-Bali, 2-3 Juni 2010 KAJIAN KARAKTERISTIK JENIS TANAH BERPOTENSI LIKUIFAKSI AKIBAT GEMPA DI INDONESIA Anastasia Sri Lestari Program Studi Teknik Sipil, Universitas Katolik Parahyangan Bandung, Jl.Ciumbuleuit 94Bandung Email: unpargeo@yahoo.co.id ABSTRAK Indonesia terletak pada tiga lempeng besar yang masing-masing lempeng selalu bergerak dengan kecepatan tertentu dan akan terjadi tumbukan sewaktu-waktu yang merupakan fenomena gempa. Peristiwa liquifaksi merupakan salah satu kejadian akibat gempa yang sering terjadi didaerah pesisir pantai dengan muka air tinggi dan merupakan tanah pasiran dengan kepadatan lepas /sedang. Pada saat terjadi gempa, daerah pesisir tekanan air pori tanah akan meningkat sehingga kontak antar partikel tanah akan menurun dan menyebabkan kuat geser tanah akan turun. Fenomena yang timbul semburan pasir, penurunan besar pada konstruksi bangunan, lateral spreading merupakan dampak yang perlu diperhatikan. Makalah ini merupakan kajian karakteristik potensi liquifaksi akibat gempa di Indonesia. Kata kunci: likuifaksi, tekanan air pori 1. PENDAHULUAN Daerah rawan gempa di Indonesia yang terletak pada pesisir pantai yang berpotensi tsunami dapat pula menyebabkan liquifaksi. Wilayah sepanjang pantai barat Sumatra yang terletak pada patahan lempeng berpotensi besar terjadi liquifaksi (2009), gempa di Aceh ( 2004), Nias ( 2005) juga timbul adanya peristiwa Liquifaksi serta gempa pantai selatan Yogyakarta (2006). Akibat Gempa beban monotonik, siklik ataupun beban dinamik pada tanah pasir jenuh dimana lapisan tanah pasir jenuh air kehilangan kekuatannya yang merupakan effek dari mobilisasi gerakan siklik, massa tanah akan memadat dan bila dalam proses tersebut air dalam pori tanah tidak dapat berdrainase, maka mengakibatkan kenaikan tekanan air pori dan massa tanah akan berperilaku seperti massa cair sehingga terjadi reduksi terhadap tahanan geser tanah ( SEED dan IDRISS, 1982). Mengingat dampak kerusakan berupa penurunan yang besar pada bangunan dan sarana publik pada wilayah Indonesia yang padat penduduk, maka potensi liquifaksi perlu diperhatikan dan perlu mitigasi bahaya liquifaksi. 2. KONDISI GEOLOGI DAN LAPISAN TANAH POTENSI LIQUIFAKSI DI INDONESIA Daerah yang berpotensi terhadap liquifaksi, umumnya daerah yang tersusun atas lapisan pasir lepas hingga sedang dan terdapat ketidakmenerusan lapisan lanau atau lempung lunak. Tinjauan daerah yang pernah terjadi liquifaksi: a. Daerah Padang Pantai barat Padang pesisir pantai sebagian besar terbentuk oleh endapan sedimen yang berumur kuarter dengan susunan lapisan pasir kerikilan-lempung, pasir yang dapat mencapai ketebalan mulai 5 m hingga 200m dan beberapa lokasi terdapat proses sedimentasi yang berulang (Soebowo dkk, 2006) Dari hasil pemboran teknik dan uji CPT/CPTU (Adrin Tohari/LIPI & Paulus Pramono/Unpar, 2007) menunjukkan daerah pantai didominasi oleh lapisan pasir medium hingga padat dengan ketebalan berkisar 10 18 m. Dan diikuti lapisan lempung lunak yang tebal dengan sisipan pasir lepas hingga medium. Ke arah pantai kepadatan pasir cenderung berkurang dan lapisan lempung cenderung menipis. b. Daerah Aceh Berdasarkan Peta geologi ( Puslitbang Geologi Bandung) kota Banda Aceh berada pada lapisan Alluvium yang berumur Holocone, umumnya lapisan terdiri dari material gravel, pasir, lanau, lumpur dan bercampur dengan serpihan kerang. Dari Hasil uji CPTU (LIPI,GEC ) pelapisan tanah bagian atas 0 2 m merupakan endapan lempung atau lumut yang diduga material yang dibawa gelombang Tsunami. Pada lapisan 2.0 6.0 m merupakan lapisan pasir dengan konsistensi lepas sedang yang kemudian lapisan selanjutnya merupakan lempung lunak hingga mediun dengan sisipanlensa pasir. Universitas Udayana Universitas Pelita Harapan Jakarta Universitas Atma Jaya Yogyakarta G - 97
Anastasia Sri Lestari c. Daerah Nias Berdasarkan peta geologi ( Puslitbang Geologi) kondisi geologi pulau Nias terdiri dari lapisan Alluvial berupa endapan sungai, rawa dan pantai yang terdiri dari baongkahan batu gamping, pasir lumpur dan lempung dengan ketebalan berkisar 2 5m. Dibawah lapisan alluvial terdapat formasi gunung Sitoli dengan ketebalan mencapai 120 m. Dari hasil analisis mikrotremor jenis tanah ada dua tipe, bagian barat merupakan tanah keras dan bagian Timur tanah sedang sekitar pantai berupa tanah pasir yang lepas atau tidak terlalu padat. d. Daerah Yogyakarta Berdasarkan peta geologi Yogyakarta/Jawa Tengah, didominasi oleh endapan vulkanik Merapi muda, endapan tersebut tersusun dari Tuff, abu, breksi, aglomerat dan lelehan Lava.endapan vulkanik sebagian dibawa oleh sungai sungai yang berhulu di lereng Merapi. Proses sedimentasi oleh sungai masih terus mendominasi yang mengendapkan kerikil, pasir, lanau dan lempung disepanjang lembah alirannya. Patahan turun yang menjadi batas barat membentuk lembah aliran sungai Progo sedangkan patahan Timur yang menjadi batas Timur membentuk lembah aliran sungai Opak. Disepanjang pesisir selatan terdapat endapan pasir halus. 3. FENOMENA LIKUIFAKSI a. Fenomena lateral spreading. b. Penurunan konstruksi c. Semburan pasir Gambar 1. Lateral spreading pantai Padang Gambar2. Penurunan konstruksi pesisir pantai G - 98 Universitas Udayana Universitas Pelita Harapan Jakarta Universitas Atma Jaya Yogyakarta
Kajian Karakteristik Jenis Tanah Berpotensi Likuifaksi Akibat Gempa Di Indonesia Gambar 3. Semburan pasir ditepi (Padang ) Gambar 4.. Kondisi bangunan di Aceh Akibat liquifaksi Gambar 5. Kondisi lateral spreading di Jogyakarta Akibat liquifaksi 4. IDENTIFIKASI JENIS TANAH BERPOTENSI LIQUIFAKSI Dari hasil identifikasi tanah yang berpotensi mengalami liquifaksi diperoleh, beberapa kriteria. 1.Geologi Potensi liquifaksi terjadi pada : - Endapan /sedimentasi yang terbentuk dalam keadaan lepas - Lapisan fluvial, collovial dan Aeolian yang jenuh air. - Lapisan tanah/deposit berumur lebih muda. ( recent deposits-youd Hoose,1977) 2. Komposisi gradasi butiran, Potensi liquifaksi terjadi pada : - Tanah Pasir tidak relative padat. - Bentuk butiran bulat Universitas Udayana Universitas Pelita Harapan Jakarta Universitas Atma Jaya Yogyakarta G - 99
Anastasia Sri Lestari - Gradasi buruk/homogen( Tsuchida-1970 gbr.4) - Kandungan butir halus < 5 % -non plastis Gambar 6. Idebtifikasi ukuran butir berpotensi liquifaksi Gradasi pasiran yang berpotensi liquifaksi pada rentang tanah pasir halus dibanding pasir kasar yang mempunyai angka pori lebih besar dari pasir halus, sehingga pada saat terjadi vibrasi salama gempa terjadi, maka disipasi air pori pada pasir halus akan lebih lambat sehingga terjadi bubur pasir yang menyebabkan kekuatan geser yang turun dan terjadi penurunan yang besar. Gambar 7. Gradasi pasiran daerah Padang ( Adrin Tohari, Paulus P. Rahardjo) Gambar 8. Gradasi Pasiran daerah Banda Aceh ( Paulus P Rahardjo) G - 100 Universitas Udayana Universitas Pelita Harapan Jakarta Universitas Atma Jaya Yogyakarta
Kajian Karakteristik Jenis Tanah Berpotensi Likuifaksi Akibat Gempa Di Indonesia 3.Berdasarkan Uji Lapangan. a. Uji Sondir Gambar 9. Potensi liquifaksi dari uji Sondir Zone A Robertson et al.( 1985) menyusun chart dari uji Sondir dengan koordinat qc ( tahanan konus ) dan Friction ratio ( fr ) yang berpotensi liquifaksi yaitu pada area Zone A. Gambar 10. Hasil uji tipikal CPTU Banda Aceh ( Paulus P. Rahardjo) Gambar11. Hasil tipikal uji CPT Padang ( Adrin Tohari, Paulus P. Rahardjo) Universitas Udayana Universitas Pelita Harapan Jakarta Universitas Atma Jaya Yogyakarta G - 101
Anastasia Sri Lestari b. Uji N-SPT Gambar 12. Potensi liquifaksi dari uji N-SPT Nilai N-SPT pada pasir, semakin rendah akan menunjukkan kepadatan yang rendah pula. Pada gambar 12. Menunjukkan batas nilai N-SPT yang berpotensi liquifaksi dsn kerusakan akibat gempa menurut Khisida, Kuizumi dan Ohsaki. Nilai N-SPT 25 30 mempunyai potensi liquifaksi dan kerusakan besar. 4. Uji Laboratorium beban siklik : - Cyclic Simple Shear Test - Cyclic Triaxial Compression Test Pada kedua test tersebut, kuruntuhan liquifaksi biasanya didefinisikan sebagai titik dimana permulaan proses liquifaksi dicapai atau pada amplitude regangan siklis batas tercapai ( ± 5 % ) 5.ANALISIS DAN EVALUASI LIQUIFAKSI A. Korelasi Berdasarkan Uji CPT Berdasarkan Metode Shibata dan Teparaksa ( 1987), data uji CPT dapat dievaluasi: a. Dari besaran gempa yang sering terjadi dapat ditentukan Magnitudo dan akselerasi gempa b. Menentukan tegangan vertical total (σ ) dan tegangan vertical effektif ( σ ) c. Menentukan ratio tegangan siklik yang akan terjadi di lapangan formula Tokimatsu & Yoshimi sbb : τ avg a maks σ 0 ------ = 0.1 ( M-1) ----------- ------- rd σ 0 g σ 0 a maks = percepatan gempa maksimum di permukaan tanah M = besaran magnitudo gempa Rd = factor koreksi kedalaman ( 1 0.0015 z ) z = kedalaman Seed: τ avg a maks σ 0 ------ = 0.65 ----------- ------- rd σ 0 g σ 0 d. Menentukan batasan Tahanan Siklik yang menyebabkan liquifaksi akibat besaran gempa : G - 102 Universitas Udayana Universitas Pelita Harapan Jakarta Universitas Atma Jaya Yogyakarta
Kajian Karakteristik Jenis Tanah Berpotensi Likuifaksi Akibat Gempa Di Indonesia C 2 = factor koreksi Untuk D 50>0.25, C 2 =1; untuk D 50<0.25, C 2 = D 50 /0.25 e. Hitung Faktor keamanan (FK) ( τ / σ 0 ) l FK = --------------- ( τ avg/ σ 0 ) Jika FK > 1, Maka tidak liquifaksi karena ( τ / σ 0 ) l batasan untuk terjadi liquifaksi. Gambar 13. ( τ / σ 0 ) l potensi liquifaksi berdasarkan CPT( Shibata, Terapaksa 1984)) Gambar 14. ( τ / σ 0 ) l potensi liquifaksi berdasarkan CPT( Seed dan De Alba, 1986) Universitas Udayana Universitas Pelita Harapan Jakarta Universitas Atma Jaya Yogyakarta G - 103
Anastasia Sri Lestari B. Berdasarkan Uji N-SPT a. Hitung : τ avg a maks σ 0 ------ = 0.65 ----------- ------- rd σ 0 g σ 0 b. Hitung Faktor keamanan (FK) ( τ / σ 0 ) l FK = --------------- ( τ avg/ σ 0 ) τ / σ 0 ) l diperoleh dari grafik/ gambar 15. Gambar 15. ( τ / σ 0 ) l potensi liquifaksi Berdasarkan Nilai N SPT) 7. KESIMPULAN Gejala liquifaksi dapat menimbulkan kerusakan bangunan, lateral spreading, Sand boil. Dari gejala gempa yang timbul di Padang, Aceh dan Jogya dapat berpotensi liquifaksi. Kajian karakteristik tanah terhadap gempa di Indonesia yang berpotensi Liquifaksi, perlu dikaji secara acak, terutama pesisir pantai yang merupakan pasir jenuh. Selain analisis data geologi, data uji Sondir dan N-SPT merupakan data sumber informasi yang merupakan karakteristik tanah yang andal untuk mengevaluasi potensi liquifaksi. 8. DAFTAR PUSTAKA Ishihara K, 1993 Liquifaction and flow failures during earthquake. Geotechnique Kramer, SL, Geotechnical Earthquake Engineering, Prentice-Hall, 1996 Rahardjo, P.P., Halim Y., Saleh F.R, Soebowo, E & Tohari, A. 2006. Gejala liquifaksi di Aceh pada gempa 26 Desember 2004. Prosiding PIT HATTI X., Jakarta Seed, H.B & Idriss, LM. 1971, Simplified procedure for evaluation soil liquefaction potensial. Tohari A, Paulus P. Rahardjo,2007. Prosiding Seminar Nasional Unpar, Bandung. G - 104 Universitas Udayana Universitas Pelita Harapan Jakarta Universitas Atma Jaya Yogyakarta