ANALISIS POTENSI LIKUIFAKSI PADA PROYEK WARE HOUSE BELAWAN TUGAS AKHIR Diajukan untuk Melengkapi Tugas-Tugas Dan Memenuhi Syarat untuk Menempuh Ujian Sarjana Teknik Sipil Disusun oleh : BOLMEN FRANS J. SINAGA 10 0424 014 BIDANG STUDI GEOTEKNIK PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSION DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013 0
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis sampaikan kehadirat Tuhan Yesus Kristus yang telah melimpahkan anugrah, berkat dan karunia-nya kepada penulis, sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penyusunan Tugas Akhir ini dengan judul ANALISIS POTENSI LIKUIFAKSI PADA PROYEK WARE HOUSE BELAWAN disusun guna melengkapi syarat untuk menyelesaikan jenjang pendidikan Program Strata Satu (S-1) di Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, penulis banyak memperoleh bantuan dan saran dari berbagai pihak, maka dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada: 1. Terimakasih yang teristimewa, penulis ucapkan kepada Orangtua tercinta, yang telah mengasuh, mendidik, dan membesarkan serta selalu memberikan dukungan baik moral, material, maupun doa, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini; 2. Bapak Ir. Rudi Iskandar, MT selaku pembimbing saya yang telah memberikan waktu, tenaga dan pikiran untuk memberi bimbingan dan masukan kepada Penulis; 3. Bapak Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE selaku dosen pembanding yang telah memberikan masukan, arahan dan juga bimbingan kepada penulis; 4. Bapak Dr. Ir. Sofian Asmirza S, M.Sc selaku dosen pembanding yang telah memberikan masukan, arahan dan juga bimbingan kepada penulis; 5. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil ; i
6. Bapak Ir. Zulkarnain A. Muis, M.Eng.Sc selaku Koordinator Program Pendidikan Ekstension; 7. Bapak Ir. Syahrizal, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil ; 8. Bapak/Ibu Dosen Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara; 9. Seluruh Pegawai Administrasi Departemen Teknik sipil yang telah memberikan bantuannya; 10. Teman-teman Mahasiswa, Abang-abang stambuk dan Adik Stambuk Teknik Sipil USU, khususnya kepada Alexander Situmorang yang telah banyak memberikan bantuan dan masukan demi terselesainya tugas akhir ini, kepada Tua Tindaon, Arief Dermawan, K Dini, Juniarti, Sherly, Binsar yang samasama berjuang menyelesaikan studi sarjana yang telah memberikan semangat kepada penulis dalam penyelesaian tugas akhir ini. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak kekurangannya, oleh karena itu saran dan kritik yang bersifat membangun sangat diharapkan demi penyempurnaan Tugas Akhir ini. semuanya. Akhir kata, penulis berharap semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi Medan, Agustus 2013 Bolmen Frans J. Sinaga 10 0424 014 ii
ABSTRAK Salah satu dampak yang disebabkan oleh gempa bumi adalah fenomena hilangnya kekuatan lapisan tanah akibat getaran yang disebut dengan likuifaksi. Likuifaksi biasanya terjadi pada tanah 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 tanah pada daerah penelitian. Dari data tersebut, kemudian dapat dihitung nilai Cyclic Stress Ratio (CSR) 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 tanah terhadap likuifaksi. Kedua parameter tersebut kemudian dihubungkan pada grafik Seed et al untuk mengetahui lapisan-lapisan tanah mengalami likuifaksi atau tidak saat terjadi gempa. Berdasarkan analisa perhitungan yang dilakukan, disimpulkan bahwa Proyek Ware House Belawan memiliki lapisan tanah yang berpotensi terlikuifaksi pada lapisan permukaan tanah dan berbahaya terhadap bangunan-bangunan 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 (CSR), Cyclic Resistant Ratio (CRR) iii
DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR... i ABSTRAK... iii DAFTAR ISI... iv DAFTAR TABEL... viii DAFTAR GAMBAR... x DAFTAR NOTASI... xi BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar belakang... 1 1.2. Permasalahan... 2 1.3. Tujuan Penulisan... 3 1.4. Manfaat penulisan... 3 1.5. Pembatasan Masalah... 3 1.6. Metode Penelitian... 4 1.7. Sistematika Penulisan... 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Gempa bumi... 6 2.2. Defenisi Likuifaksi... 11 2.2.1. Syarat Terjadinya Likuifaksi... 12 2.2.2. Mekanisme Terjadinya Likuifaksi... 18 2.3. Analisa Likuifaksi... 19 2.4. Parameter-parameter yang diperlukan dalam perhitungan iv
Analisa potensi likuifaksi... 23 2.4.1. Tegangan Vertikal... 23 2.4.2. Percepatan Gempa (a max )... 24 2.4.2.1. Percepatan Gempa di Batuan Dasar... 24 2.4.2.2. Percepatan Gempa di Permukaan Tanah... 25 2.4.3. Nilai N-SPT... 28 2.4.4. Faktor Reduksi (r d )... 20 2.4.5. Cyclic Stress Ratio (SCR)... 31 2.4.6. Cyclic Resistant Ratio (CRR)... 34 2.4.7. Relatif Density (D r )... 35 2.5. Usaha untuk Menurunkan Potensi Likuifaksi... 36 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Lokasi Penelitian... 38 3.2. Identifikasi Masalah... 38 3.3. Metode Pengumpulan Data... 39 3.3.1. Data Gempa... 39 3.3.2. Data Tanah... 43 3.3.3. Data Hasil Laboratorium... 44 3.3.4. Data Karasteristik Tanah... 44 3.4. Bagan Prosedur Penelitian... 46 BAB IV ANALISA DATA 4.1. Pemeriksaan Jenis dan Sifat Tanah... 47 4.2. Perhitungan Percepatan Gempa di Batuan Dasar... 47 4.2.1. Berdasarkan Fungsi Atenuase Joyner&Boore... 48 v
4.2.2. Berdasarkan Fungsi Atenuase Crouse... 52 4.3. Perhitungan Percepatan Gempa di Permukaan Tanah... 56 4.3.1. Perhitungan Pada Lokasi BH-3... 57 4.3.2. Perhitungan Pada Lokasi BH-4... 62 4.4. Perhitungan Nilai Cyclic Stress Ratio (CSR)... 64 4.4.1. Perhitungan nilai CSR pada lapisan tanah pada titik BH-3 untuk kasus I... 65 4.4.2. Perhitungan Nilai CSR Pada Lapisan Tanah Pada titik BH-3 untuk kasus II... 67 4.4.3. Perhitungan Nilai CSR Pada Lapisan Tanah Pada titik BH-4 untuk kasus I... 68 4.4.4. Perhitungan Nilai CSR Pada Lapisan Tanah Pada titik BH-4 untuk kasus II... 69 4.5. Perhitungan Nilai Cyclic Resistant Ratio (CRR)... 70 4.5.1. Perhitungan Nilai CRR Lapisan Tanah Pada Titik BH-3... 71 4.5.2. Perhitungan Nilai CRR Lapisan Tanah Pada Titik BH-4... 72 4.6. Analisa Potensi Likuifaksi Pada Lapisan Tanah... 73 4.6.1. Perhitungan Potensi Likuifaksi Pada lapisan Tanah Pada Titik BH-3... 73 4.6.2. Perhitungan Potensi Likuifaksi Pada lapisan Tanah Pada Titik BH-4... 75 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan... 79 5.2. Saran... 80 vi
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN vii
DAFTAR TABEL Tabel Halaman 2.1. Hubungan Korelasi antara Lokal Magnitude, PGA, waktu gempa, dan Skala Intensitas Mercalli... 12 2.2. Potensi terjadinya likuifaksi pada endapan tanah saat terjadi gempa berdasarkan umur endapan... 17 2.3. Tabel faktor koreksi magnitude untuk pendekatan tegangan siklis... 21 2.4. Potensi likuifaksi berdasarkan N-SPT... 30 2.5. Penjelasan secara kualitatif mengenai deposit tanah berbutir... 35 3.1. Rencana Fasilitas Bandar Udara Medan Baru... 8 3.2. Data Hasil Tes Laboratorium... 9 3.3. Parameter Tanah yang digunakan... 10 4.1. Daftar kejadian gempa dengan PGA terbesar untuk setiap tahun Berdasarkan fungsi atenuase Joyner and Boore... 48 4.2. Metode Perhitungan Percepatan Gempa Rencana dengan Metode Gumbel dengan Fungsi Atenuase Joyner and Boore... 50 4.3. Daftar kejadian gempa dengan PGA terbesar untuk setiap tahun Berdasarkan fungsi atenuase Crouse... 53 4.4. Metode Perhitungan Percepatan Gempa Rencana dengan Metode Gumbel dengan Fungsi Atenuase Crouse... 54 4.5. Pembagian Kasus pada Lokasi Penelitian... 56 4.6. Data lapisan tanah pada lokasi BH-3... 58 4.7. Percepatan gempa pada titik BH-3... 61 4.8. Data lapisan tanah pada lokasi BH-4... 62 viii
4.9. Percepatan gempa pada titik BH-4... 63 4.10. Nilai magnitude faktor koreksi... 64 4.11. Perhitungan Nilai CSR pada titik BH-3 untuk kasus I... 65 4.12. Perhitungan Nilai CSR pada titik BH-3 untuk kasus II... 67 4.13. Perhitungan Nilai CSR pada titik BH-4 untuk kasus I... 68 4.14. Perhitungan Nilai CSR pada titik BH-4 untuk kasus II... 69 4.15. Perhitungan Nilai CRR pada titik BH-3... 71 4.16. Perhitungan Nilai CRR pada titik BH-4... 72 4.17. Hubungan antara nilai CSR dengan nilai CRR pada titik BH-3... 73 4.18. Hasil Analisa Potensi Likuifaksi pada Titik BH-3... 74 4.19. Hubungan antara nilai CSR dengan nilai CRR pada titik BH-4... 76 4.20. Hasil Analisa Potensi Likuifaksi pada Titik BH-4... 77 ix
DAFTAR GAMBAR Gambar Halaman 2.1. Hypocenter dan Epicenter... 4 2.2. Pertemuan 4 Lempeng Tektonik di Wilayah Indonesia... 9 2.3. Peta tektonik dan sesar aktif di Indonesia... 10 2.4. Grafik Hubungan antara Cyclic Stress Ratio dengan (N 1 ) 60... 22 2.5. Peta Zonasi Gempa di permukaan Tanah Tahun 1983... 26 2.6. Peta Zonasi Gempa di permukaan Tanah Tahun 2002... 26 2.7. Peta Zonasi Gempa di permukaan Tanah Tahun 2007... 27 2.8. Faktor reduksi r d terhadap kedalaman... 31 2.9. Kondisi asumsi keadaan tanah untuk penentuan persamaan CSR... 32 3.1. Peta Lokasi Penelitian... 38 3.2. Asumsi kejadian menurut Gumbel... 41 3.3. Gambar Denah Lokasi Penyelidikan Tanah... 11 3.4. Gambar Profil Lapisan Tanah... 12 4.1. Percepatan gempa pada batuan dasar dengan karakteristik gempa Elcentro 57 4.2. Jenis lapisan tanah titik BH-3... 59 4.3. Hasil kalkulasi Edushake pada lapisan tanah dasar untuk Kasus 1 pada BH-3... 59 4.4. Grafik percepatan gempa pada tiap lapisan tanah pada titik BH-3... 60 4.5. Grafik percepatan gempa pada tiap lapisan tanah pada titik BH-4... 63 4.6. Grafik hubungan antara nilai CSR dengan nilai CRR untuk BH-3... 74 4.7. Grafik hubungan antara nilai CSR dengan nilai CRR untuk BH-4... 77 x
DAFTAR NOTASI Notasi a max C b Cr = Percepatan gempa maksimum yang dinyatakan dalam g = Korelasi diameter borelog = Panjang rod CRR = Cyclic Resistant Ratio CSR Dr e E m g G max Gs h H LL M = Cyclic Stress Ratio = Relatif Density = Angka Pori = Efisiensi Hammer = Gravitasi = Modulus Geser Maksimum = Specific Grafity (Berat jenis tanah) = Kedalaman focus gempa = Tebal lapisan tanah = Liquid Limit = Magnitudo Gempa MMI = Modified Mercalli Intensity Mw = Momen Magnitudo Gempa N-SPT = Hasil test SPT (N) 60 = Nilai N-SPT lapangan yang dikoreksi terhadap prosedur pengujian lapangan (N 1 ) 60 = Nilai N 60 dikoreksi terhadap overburden pressure xi
PGA PI R Rd r o = Peak Ground Acceleration = Indeks Plastisitas = Jarak Hiposenter (km) = Faktor Reduksi = Jarak terdekat dari lokasi ke proyeksi vertikal gempa akibat aktifitas pada permukaan tanah SPT = Standard Penetration Test T = Periode Ulang α = Jumlah Gempa Rata-rata pertahun (Metode Gumbel) = parameter yang menyatakan hubungan antara distribusi gempa dengan Magnitudo (Metode Gumbel) = Berat isi lapisan tanah = Berat isi air Z = Kedalaman lapisan tanah = Tegangan vertikal efektif = Tegangan vertikal total = Tegangan air pori xii