Analisis Potensi Likuifaksi Pada Proyek Ware House Belawan

(1)

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

(2)

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 Universitas Sumatera Utara.

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 Universitas Sumatera Utara;

(3)

6. Bapak Ir. Zulkarnain A. Muis, M.Eng.Sc selaku Koordinator Program Pendidikan Ekstension;

7. Bapak Ir. Syahrizal, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara;

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 sama -sama 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.

Akhir kata, penulis berharap semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi semuanya.

Medan, Agustus 2013

Bolmen Frans J. Sinaga 10 0424 014

(4)

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

(5)

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

(6)

Analisa potensi likuifaksi ... 23

2.4.1.Tegangan Vertikal ... 23

2.4.2.Percepatan Gempa (amax) ... 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 (rd) ... 20

2.4.5.Cyclic Stress Ratio (SCR) ... 31

2.4.6.Cyclic Resistant Ratio (CRR) ... 34

2.4.7.Relatif Density (Dr) ... 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

(7)

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

(8)

DAFTAR PUSTAKA

(9)

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

(10)

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

(11)

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 (N1)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 rd 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

(12)

DAFTAR NOTASI

Notasi

amax = Percepatan gempa maksimum yang dinyatakan dalam g Cb = Korelasi diameter borelog

Cr = Panjang rod

CRR = Cyclic Resistant Ratio

CSR = Cyclic Stress Ratio

Dr = Relatif Density e = Angka Pori Em = Efisiensi Hammer g = Gravitasi

Gmax = Modulus Geser Maksimum

Gs = Specific Grafity (Berat jenis tanah) h = Kedalaman focus gempa

H = Tebal lapisan tanah LL = Liquid Limit

M = 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

(13)

PGA = Peak Ground Acceleration

PI = Indeks Plastisitas R = Jarak Hiposenter (km) Rd = Faktor Reduksi

ro = 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

(14)

ABSTRAK

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.

Kata kunci : Gempa bumi, Likuifaksi, Simplified Procedure, Cyclic Stress Ratio

(15)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. LATAR BELAKANG

Fenomena gempa bumi merupakan problem global di dunia, tidak mungkin melakukan pencegahan terhadap kejadian gempa, namun dimungkinkan untuk memitigasi pengaruhnya terhadap manusia.

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 tanah yang menopang bangunan diatasnya.

Dalam tugas akhir ini, penulis membahas salah satu kegagalan yang terjadi pada struktur tanah sehingga menjadikan tanah tersebut tidak memiliki kekuatan

(16)

untuk menopang bangunan di atasnya. Salah satu kegagalan struktur tanah yang menopang bangunan diatasnya disebut dengan Likuifaksi.

Melihat kebutuhan lahan akan pembangunan terus meningkat, ada kalanya pembangunan terpaksa dilakukan di atas tanah dengan daya dukung yang tidak memenuhi seperti pada tanah pasir lepas. Likuifaksi sangat rentan terjadi pada tanah pasir (nonkohesif) dalam keadaan lepas (gradasi seragam) dan jenuh air, karena tanah tersebut lebih banyak berpotensi menyimpan air sehingga dapat menyebabkan kehilangan kekuatan geser dan kekakuan pada tanah.

Likuifaksi adalah proses hilangnya kekuatan geser dan kekakuan tanah akibat adanya tegangan air pori yang timbul akibat beban siklis (berulang). Hilangnya kekuatan geser dan kekakuan tanah 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 tanah 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.

1.2. PERMASALAHAN

Setelah dilakukan penyelidikan tanah pada Proyek Ware House Belawan, terdapat lapisan pasir jenuh air. Lapisan pasir yang jenuh air berpotensi untuk terjadinya likuifaksi.

(17)

Lokasi Proyek Ware House Belawan terletak di wilayah yang berpotensi mengalami gempa. Sehingga diperlukan adanya perhitungan nilai percepatan tanah yang berfungsi untuk menganalisis potensi terjadinya gempa.

Oleh karena masalah tersebut, diperlukan adanya analisis potensi likuifaksi pada lapisan tanah.

1.3.TUJUAN

Adapun tujuan penulisan Tugas Akhir ini adalah :

1. Untuk mengetahui perubahan nilai percepatan gempa dari batuan dasar sampai ke permukaan tanah di lokasi Proyek Ware House Belawan;

2. Untuk mengetahui tingkat potensi likuifaksi pada lokasi Penelitian.

1.4. MANFAAT

Tugas Akhir ini diharapkan bermanfaat untuk :

1. Pihak-pihak atau mahasiswa yang akan membahas hal yang sama;

2. Pihak-pihak yang membutuhkan informasi dan mempelajari hal yang dibahas dalam laporan Tugas Akhir.

1.5. PEMBATASAN MASALAH

Pada studi Tugas Akhir ini, batasan-batasannya antara lain :

1. Lokasi yang diteliti adalah area Proyek Ware House Belawan berdasarkan data penyelidikan tanah;

(18)

2. Fungsi atenuase yang digunakan dalam analisa resiko gempa adalah Fungsi Atenuase Joyner & Boore (1988) dan Fungsi Atenuase Crouse (1991);

3. Input gempa yang digunakan adalah Gempa Elcentro.

1.6. METODOLOGI PENELITIAN

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 tanah di permukaan tanah dengan menggunakan Program Edushake. Dalam perhitungan analisis percepatan gempa di permukaan tanah harus menganalisa lapisan tanah pada lokasi tersebut;

5. Menghitung nilai CSR (Cyclic Stress Ratio) dan menghitung nilai CRR atau disebut dengan (N1)60 berdasarkan data SPT;

(19)

6. Menganalisis potensi likuifaksi pada lapisan pasir bedasarkan grafik Seed et al.

1.7. SISTEMATIKA PENULISAN

Rancangan sistematika penulisan secara keseluruhan pada tugas akhir ini terdiri dari 5 (lima) bab, uraian masing-masing bab adalah sebagai berikut:

Bab I: Pendahuluan

Bab ini berisi tentang uraian umum, latar belakang penulisan, tujuan, manfaat, pembatasan masalah dan metodologi serta sistematika penulisan. Bab II: Tinjauan Pustaka

Bab ini mencakup segala hal yang dapat dijadikan sebagai dasar bagi penulis untuk mendukung analisis pada tugas akhir ini.

Bab III: Metodologi Penelitian

Bab ini berisi tentang berbagai tahapan metodologi yang dilakukan dalam pengambilan data yang mendukung analisis tugas.

Bab IV: Analisa Data

Bab ini berisis tentang hasil perhitungan Analisa Potensi Likuifaksi pada Proyek Ware House Belawan.

(20)

Bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran yang diperoleh dari hasil perhitungan Potensi Likuifaksi pada Proyek Ware House Belawan.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Gempa Bumi

Gempa bumi adalah suatu gerakan tiba atau suatu rentetan gerakan tiba-tiba dari tanah dan bersifat transient yang berasal dari suatu daerah terbatas dan menyebar dari titik tersebut ke segala arah. Gempa bumi merupakan guncangan dan getaran yang terjadi di permukaan bumi yang disebabkan oleh tumbukan antar lempeng bumi, tanah longsor, maupun akibat patahan aktif aktifitas gunung api. Berdasarkan proses terjadinya, gempa bumi digolongkan menjadi tiga, antara lain:

a) Gempa Reruntuhan : gempa yang disebabkan antara lain oleh reruntuhan yang terjadi baik di atas maupun dibawah permukaan tanah. Contoh: tanah longsor, salju longsor, batu jatuhan.

b) Gempa Vulkanik : gempa yang disebabkan oleh kegiatan gunung berapi baik sebelum maupun pada saat meletusnya gunung berapi tersebut.

(21)

c) Gampa Tektonik : gempa yang disebabkan oleh terjadinya pergeseran kulit bumi (lithosphere) yang umumnya terjadi di daerah patahan kulit bumi. Gempa tektonik merupakan gempa yang paling menimbulkan kerusakan yang paling luas. Maka dari itu gempa bumi tektonik yang ditinjau sebagai beban siklisnya.

Gempa Tektonik itu sebenarnya adalah adanya pergeseran lempengan di dalam bumi, akibat pergeseran lempengan tentu akan menyebabkan getaran ke permukaan bumi. Kapan terjadi pergeseran itu tidak bisa diketahui secara pasti. Tempat terjadinya pergeseran itu disebut juga hypocenter atau focus atau pun pusat gempa, sedangkan proyeksi garis tegak lurus hypocenter terhadap permukaan bumi disebut juga epicenter (dapat dilihat pada Gambar di bawah ini)

Gambar 2.1 Hypocenter dan Epicenter

Deformasi yang disebabkan oleh terjadinya interaksi antar lempeng dan mekanisme gempa adalah sebagai berikut:

(22)

Derformasi yang disebabkan oleh terjadinya interaksi antar lempeng dapat berupa:

a) Subduction: merupakan interaksi antar lempeng yang tebalnya hampir sama, dimana lempeng pertama tenggelam di bawah lempeng kedua. Biasanya terjadi di sepanjang busur pulau.

b) Transcursion: merupakan interaksi antar dua lempeng, dimana keduanya bergerak horizontal satu terhadap yang lainnya. Keduanya dapat berupa lempeng laut atau antara lempeng laut dengan lempeng benua.

c) Extrusion : merupakan interaksi antara dua lempeng tipis yang bergerak saling menjauh.

 Mekanisme gempa

Pergerakan dari patahan atau sesar dapat dibedakan berdasarkan 2 (dua) arah pergerakan yaitu strike dan dip.

a) Dip slip Movement

Pergerakan patahan mempunyai arah yang sejajar dengan kemiringan (slope) dip, atau tegak lurus dengan strike. Jenis patahan ini dibagi dua yaitu normal fault dan reverse fault.

b) Strike Slip Movement

Pergerakan patahan yang terjadi mempunyai arah sejajar dengan garis strike. Bidang patahan mendekati vertikal dan menyebabkan pergerakan besar.

Menurut ahli geologi asal Jerman, Alfred Weneger menjelaskan bahwa dahulu (dua ratus juta tahun yang lalu), bumi hanya satu benua dan sangat luas yang disebut Pangaea. Akibat adanya aktifitas magma dan perputaran bumi itu

(23)

sendiri, maka lapisan bumi bagian atas pecah menjadi lempeng-lempeng benua dan lempeng samudera. Pergerakan lempeng mangakibatkan daratan terpencar seperti kondisi saat ini.

Dan Kepulauan Indonesia merupakan tempat pertemuan 4 lempeng tektonik, antara lain:

a) Lempeng benua Eurasia (Eropa-Asia): pulau Sumatera, Jawa dan Kalimantan, terdapat di lempeng ini.

b) Lempeng Pasific: Sulawesi, Maluku dan Irian Jaya terdapat pada lempeng ini.

c) Lempeng Samudra Hindia – Australia: terdapat di Samudra Hindia dan hanya terdapat pada pulau-pulau kecil.

d) Lempeng Philiphina dekat dengan kepulauan irian. Lempeng hindia – Australia bergerak ke arah utara. Lempeng pasific bergerak ke arah barat dan keduanya menghujam ke arah lempeng eurasia (subduction zone).

Gambar 2.2 : Pertemuan 4 Lempeng Tektonik di Wilayah Indonesia Sumber : Razali (2008).

(24)

Wilayah Sumatera Utara sebelah barat merupakan lintasan pertemuan Lempeng Eurasia dan Lempeng Samudra Hindia - Australia. Dimana pergerakan Lempeng Samudra Hindia – Australia lebih aktif dibandingkan dengan Lempeng Eurasia. Kecepatan pergerakan lempeng itu terhadap bagian pulau sumatera adalah 5,2 cm/tahun, sedangkan terhadap bagian selatan pulau sumatera adalah 6 cm/tahun. Akibat pergerakan tersebut, pulau sumatera terbelah menjadi dua lokasi secara memanjang pulau. Patahan-patahan (fault) yang terdapat di daerah pantai barat Sumatera Utara, seperti yang terlihat ( Gambar 2.2 ) adalah patahan Renun, Toru, Angkola, Barumun. Dari data-data pencatatan gempa dan fakta keberadaan berapa patahan yang beraktifitas dapat disimpulkan, bahwa wilayah Sumatera Utara terutama daerah Pantai Baratnya merupakan daerah dengan potensi gempa yang tinggi (Razali, 2008).

(25)

Gambar 2.3 Peta tektonik dan sesar aktif di Indonesia (Sumber : Peta Hazard Gempa Indonesia 2010).

(26)

2.2. Defenisi Likuifaksi

Likuifaksi adalah hilangnya kekuatan tanah akibat kenaikan tegangan air pori yang timbul akibat beban siklis (Masyhur, 2006).

Menurut Robert (2002), Likuifaksi merupakan proses pertambahan tekanan air pori akibat adanya getaran dan desakan air yang mengubah sifat pasir menjadi kondisi cair. Dalam keadaan ini, tegangan efektif adalah nol akibat pertambahan tekanan air pori yang mendekati atau sama dengan tegangan vertikal atau tegangan total.

Berdasarkan Seed et al. (1975), Likuifaksi adalah suatu proses perubahan kondisi tanah pasir yang jenuh air menjadi cair ( quick condition), akibat meningkatnya tegangan air pori yang harganya sama dengan tengangan total tanah disebabkan terjadinya beban dinamik akibat gempa bumi tektonik, sehingga tegangan efektif tanah menjadi nol (dalam Halim, Seed et al., 2007).

Likuifaksi biasanya terjadi pada jenis pasir lepas atau loose sand dan berada dekat dengan muka air tanah. Akibat adanya getaran yang sangat cepat, maka air akan mulai mendesak partikel tanah dan menyebabkan tanah menjadi jenuh air dan tegangan total sepenuhnya adalah tekanan air pori.

Ketika likuifaksi terjadi, maka tanah akan berada pada kondisi cair dan kehilangan kekuatan untuk mendukung beban struktur dan struktur akan amblas kedalam tanah dan struktur yang ditanam di tanah akan mengapung dan muncul di permukaan tanah.

(27)

2.2.1. Syarat Terjadinya Likuifaksi

Likuifaksi dapat terjadi jika memenuhi beberapa syarat tertentu. Berdasarkan hasil penelitian laboratorium dan lapangan dari para ahli, maka diketahui syarat-syarat terjadinya likuifaksi adalah sebagai berikut :

1) Adanya getaran adalah syarat utama terjadinya likuifaksi. Parameter dari getaran seperti percepatan dan lamanya getaran menentukan proses terjadinya likuifaksi. Umumnya getaran yang menyebabkan terjadinya likuifaksi adalah gempa bumi. Potensi likuifaksi akan meningkat seiring dengan peningkatan intensitas gempa dan durasi dari gempa tersebut.

Tabel 2.1 Hubungan Korelasi antara Local Magnitude, Peak Ground Acceleration, duration of shaking dan Modified Mercalli Intensity.

Local Magnitude (ML)

Percepatan Gempa max

Waktu gempa detik

Modified mercalli Intensity

<2 - - I-II

3 - - III

4 - - IV-V

5 0.09g 2 VI-VII

6 0.22g 12 VII-VIII

7 0.37g 24 IX-X

>8 >0.50g >34 XI-XII

Sumber: Yeats et al. (1997), Gere dan Shah (1984), dan Housner (1970).

Dari data yang dikumpulkan oleh ahli-ahli, potensi terjadinya likuifaksi dapat terjadi pada percepatan gempa 0.1g atau dengan magnitude lokal adalah 5 atau lebih besar (National research council, 1985b; Ishihara, 1985). Umumnya gempa dengan percepatan gempa lebih rendah dari 0.1g atau dengan magnitudo lokal kurang dari 5M tidak memerlukan analisis potensi likuifaksi.

(28)

Disamping gempa, kondisi lain yang dapat menyebabkan likuifaksi adalah ledakan, pemancangan, dan getaran akibat lintasan kereta api.

2) Letak dari muka air tanah.

Kondisi yang paling berpotensi terjadinya likuifaksi adalah di bawah muka air tanah. Lapisan tanah tidak jenuh air yang berada diatas muka air tanah tidak akan terlikuifaksi. Hal ini dapat dibuktikan pada lapisan tanah diatas muka air tanah tidak dapat menjadi jenuh air sehingga tidak membutuhkan analisis potensi likuifaksi.

Likuifaksi juga dapat terjadi pada massa pasir dan lanau yang kering dan lepas dan dibebani dengan sangat cepat sehingga udara yang keluar dari rongga tanah sangat terbatas (Poulos, 1985).

3) Jenis tanah

Menurut Ishihara (1985), kemungkinan terjadinya likuifaksi selama adanya gempa dapat diketahui pada tanah yang terdiri dari butiran pasir kecil hingga sedang dan juga pada pasir dengan butiran debu yang memiliki plastisitas rendah. Namun ada juga kasus dimana likuifaksi terjadi pada tanah berkerikil. Jadi, jenis tanah yang berpotensi besar terjadinya likuifaksi adalah tanah nonplastis (nonkohesif). Jika diurutkan jenis tanah mulai dari yang paling kecil hingga terbesar daya tahannya terhadap likuifaksi adalah :

a) Pasir bersih

b) Pasir berlanau nonplastis c) Lanau nonplastis

(29)

Berdasarkan tes laboratorium dan analisa lapangan, mayoritas dari tanah kohesif tidak akan terlikuifaksi selama gempa (Seed et al., 1983). Berdasarkan beberapa jenis kajian, tanah kohesif dapat terlikuifaksi apabila memenuhi 2 kriteria:

a. Tanah harus memiliki batas cair (LL) kurang dari 35 (LL<35) b. Kadar air w dari tanah harus lebih besar dari 90% dari batas cair

(w> 0.9 LL)

Jika salah satu dari kondisi diatas tidak terpenuhi, maka tanah tidak memiliki potensi terjadinya likuifaksi. Tetapi tanah masih memiliki potensi penurunan kekuatan geser tanah apabila terjadi getaran.

4) Rapat relatif tanah (Dr)

Berdasarkan hasil studi lapangan, tanah nonkohesif yang memiliki rapat relatif rendah memiliki potensi likuifaksi yang besar. Jenis tanah lepas nonplastis akan menyusut selama getaran yang akan menyebabkan penambahan tekanan air pori. Poulos (1985), mengatakan bahwa jika pada lapisan tanah bersifat dilatif, maka tanah tidak perlu dianalisis berkaitan dengan likuifaksi. Tanah yang bersifat dilatif tidak memiliki potensi likuifaksi karena tegangan geser undrained lebih besar daripada tegangan geser drained.

5) Gradasi ukuran butiran

Tanah nonplastis dengan butiran seragam cenderung membentuk tanah yang tidak stabildibandingkan dengan tanah yang bergradasi baik. Tanah bergradasi baik juga memiliki butiran yang lebih kecil yang dapat mengisi rongga udara antar butiran yang lebih besar sehingga mengurangi rongga yang dapat diisi air apabila terjadi getaran sehingga dapat mengurangi penambahan tekanan air pori.

(30)

Potensi likuifaksi yang besar terjadi pada tanah yang memiliki gradasi yang buruk (Kramer, 1996).

6) Letak geologis tanah

Tanah yang terletak didalam atau dibawah air lebih cenderung terlikuifaksi karena bersifat lepas atau tidak mengikat. Lapisan tanah yang terdapat di sungai, danau atau di laut membentuk struktur tanah yang tidak terikat.

Jenis tanah yang memiliki butiran yang cenderung lepas adalah lacustrine, alluvial dan tanah yang terbentuk dari penurunan air laut.

7) Kondisi pengaliran

Jika tekanan air pori dapat terdisipasi dengan cepat, tanah tidak akan terlikuifaksi. Maka dari itu, pembuatan drainase dapat mengurangi potensi likuifaksi agar air dapat segera dialirkan keluar dari dalam tanah.

8) Tekanan selimut (confining pressure)

Semakin besar confining pressure, maka semakin kecil kemungkinan terjadinya likuifaksi pada tanah tersebut. Kondisi yang dapat menciptakan confining pressure yang lebih tinggi adalah muka air tanah yang lebih dalam. Kajian di lapangan menunjukan bahwa zona potensi likuifaksi biasanya berada pada kedalaman kira-kira 50 ft (15 m) saja. Lapisan tanah yang lebih dalam umumnya tidak mengalami likuifaksi karena confining pressure yang lebih tinggi.

Ini tidak berarti bahwa analisis likuifaksi tidak dilakukan pada tanah dikedalaman lebih dari 50 ft (15 m). Dalam beberapa kasus, analisis likuifaksi juga dilakukan pada lapisan tanah yang lebih dalam dari 50 ft (15 m). Seperti pada tanah yang memiliki rongga air dan juga tanah timbunan yang belum terkonsolidasi.

(31)

9) Bentuk partikel

Bentuk partikel tanah dapat juga mempengaruhi potensi likuifaksi. Sebagai contoh, tanah yang memiliki partikel bulat lebih banyak memiliki rongga atau pori sehingga kemungkinan terjadinya likuifaksi sangat besar daripada tanah yang memiliki partikel bersudut.

10)Proses penuaan dan pengikatan (aging and cementation)

Endapan tanah yang masih baru lebih mudah terlikuifaksi daripada endapan tanah yang sudah lama. Itu terjadi akibat semakin lama tanah endapan, maka semakin besarnya tekanan selimut (confining pressure) pada tanah tersebut semakin tinggi ketahanan tanah terhadap likuifaksi (Ohsaki, 1969; Seed, 1979a; Yoshimi et al., 1989). Hal ini terjadi akibat proses konsolidasi pada tanah endapan. Semakin lama tanah mengalami konsolidasi, maka tanah akan memiliki ikatan antar partikel yang semakin kuat. Potensi likuifaksi pada jenis-jenis tanah endapan berdasarkan lamanya usia endapan tanah dapat dilihat pada Tabel 2.2.

11)Sejarah tanah

Sejarah tanah dapat memiliki pengaruh pada potensi likuifaksi pada tanah tersebut. Sebagai contoh, endapan tanah yang pernah mengalami pembebanan (overconsolidation) lebih memiliki ketahanan terhadap likuifaksi jika dibandingkan dengan endapan tanah yang baru terbentuk dan tidak pernah mengalami pembebanan karena tanah yang pernah mengalami pembebanan memiliki kepadatan yang lebih baik (Seed and Peacock, 1971; Ishihara et al., 1975).

(32)

Tabel 2.2. Potensi terjadinya likuifaksi pada endapan tanah saat terjadi gempa berdasarkan umur endapan.

Tipe tanah

Penyebaran endapan-endapan Cohesionless

didalam tanah

Potensi terjadinya likuifaksi berdasarkan usia endapan

<500

thn holocene pleistocene

Pre-pleistocene Tanah Benua

Tanah alluvial Tersebar luas Sedang Rendah Rendah Sangat rendah Tanah delta Tersebar luas Tinggi Sedang Rendah Sangat rendah Bukit pasir Tersebar luas Tinggi Sedang Rendah Sangat rendah Tanah bekas

lautan Tersebar luas - Rendah

Sangat rendah

Sangat rendah Lereng Tersebar luas Rendah Rendah Sangat

rendah

Sangat rendah

Thepra Tersebar luas Tinggi Tinggi - -

Tanah colovium Tidak merata Tinggi Sedang Sangat rendah

Sangat rendah Sungai es Tidak merata Rendah Rendah Rendah Sangat rendah Lakustrin dan

playa Tidak merata Tinggi Sedang

Sangat rendah

Sangat rendah Pasir lepas Tidak merata Tinggi Tinggi Tinggi - Dataran banjir Tidak merata local Tinggi Sedang Rendah Sangat

rendah Kanal sungai Tidak merata local Sangat

tinggi Tinggi Rendah

Sangat rendah Sebka Tidak merata local Tinggi Sedang Rendah Sangat rendah Tanah residu Jarang Rendah Rendah Sangat

rendah

Sangat rendah

Tuff Jarang Rendah Rendah Sangat

rendah

Sangat rendah Tanah pantai

Pantai berombak

besar Tersebar luas Sedang Rendah

Sangat rendah

Sangat rendah Pantai berombak

kecil Tersebar luas Tinggi Sedang Rendah

Sangat rendah Delta Tersebar luas Sangat

Tinggi Tinggi Rendah

Sangat rendah Estuarine Tersebar luas Tinggi Sedang Rendah Sangat rendah Pantai diantara

laut Tersebar luas Tinggi Sedang Rendah

Sangat rendah Lagoonal Tersebar luas Tinggi Sedang Rendah Sangat rendah Tanah buatan

Sudah dipadatkan Tidak merata Rendah - - -

Belum dipadatkan Tidak merata Sangat

tinggi - - -

(33)

12)Beban bangunan

Konstruksi dari bangunan yang besar diatas lapisan tanah pasir dapat menurunkan ketahanan tanah terhadap likuifaksi. Sebagai contoh, pelat rata pada permukaan tanah memikul bangunan yang berat. Tanah yang berada pada bagian bawah pelat akan memberikan tegangan geser akibat beban bangunan. Tegangan geser tambahan dari beban bangunan kepada tanah akan menyebabkan kemungkinan terjadinya likuifaksi sangat besar. Alasannya karena penambahan sedikit saja dari tegangan geser akibat gempa dapat mengakibatkan kontraksi dan juga likuifaksi pada tanah.

Kesimpulannya adalah bahwa potensi terjadinya likuifaksi sangat besar apabila tanah yang memiliki gradasi yang seragam dengan partikel bulat, kohesi antar partikel yang kecil serta keadaan tanah yang mendekati jenuh atau jenuh dan tidak pernah mengalami pembebanan sebelumnya. Serta letak lapisan tanah berada dekat dengan muka air tanah yang dekat dengan permukaan tanah, serta dekat dengan lokasi sumber getaran dari gempa.

2.2.2. Mekanisme Terjadinya Likuifaksi

Untuk mengetahui proses terjadinya likuifaksi, maka lebih dahulu kita harus mengetahui bahwa tanah terdiri dari beberapa unsur yang menyusunnya. Unsur-unsur tersebut adalah udara, air dan juga partikel padat. Udara dianggap tidak memiliki pengaruh teknis, sedangkan air sangat mempengaruhi sifat-sifat teknis tanah. Partikel padat atau butiran-butiran tanah yang memiliki kontak satu dengan yang lainnya. Dan diantara butiran-butiran tersebut terdapat rongga yang dapat berisi udara ataupun air. Dengan adanya kontak antar partikel tersebut, maka tanah memiliki kekuatan untuk

(34)

tanah yang memikul beban juga mempunyai air yang menempati rongga-rongga antar partikel. Pada kondisi ini, tekanan air pori relatif rendah.

Pada saat menerima tekanan akibat adanya getaran secara tiba - tiba, air akan terdesak sehingga akan menekan untuk keluar. Tetapi akibat gempa, air tidak memiliki cukup waktu untuk terdisipasi keluar sehingga air akan menekan partikel tanah sehingga ikatan antar partikel akan lepas dan kehilangan kekuatannya dalam memikul beban diatasnya. Ini menyebabkan tekanan air pori hampir seluruhnya menjadi tegangan total (' 0

) dan menyebabkan bangunan yang dipikul oleh tanah dapat amblas kedalam tanah. Bahkan dalam kondisi yang lebih ekstrim, tekanan air pori dapat melebihi tegangan total sehingga air dapat menyembur ke permukaan tanah dengan membawa material pasir yang disebut sebagai Sand-Boil.

2.3. Analisa Likuifaksi

Langkah pertama dalam analisis likuifaksi adalah menentukan apakah tanah mempunyai kemampuan untuk terlikuifaksi selama gempa. Jenis analisis yang paling sering dipakai dalam menentukan potensi likuifaksi adalah dengan menggunakan

Standard Penetration Test (SPT). Analisis itu berdasarkan Metode Simplified yang dikembangkan oleh Seed dan Idriss (1971). Langkah-langkah prosedurnya adalah sebagai berikut :

1) Penentuan jenis tanah

Seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya, langkah pertama untuk menentukan jenis tanah yang memiliki potensi likuifaksi saat terjadi gempa adalah dengan memenuhi syarat - syarat seperti pada sub bab sebelumnya.

(35)

2) Muka air tanah

Tanah harus berada dibawah muka air tanah. Analisis likuifaksi dapat juga dilakukan pada lapisan tanah yang mungkin dapat berada dibawah muka air tanah apabila ada kemungkinan terjadinya kenaikan muka air tanah pada masa yang akan datang.

3) CSR (Cyclic Stress Ratio) akibat gempa

Apabila setelah diprediksi bahwa tanah memiliki potensi terjadinya likuifaksi, maka metode simplified dapat dipergunakan. Langkah pertama dalam metode ini adalah menentukan Cyclic Stress Ratio (CSR) yang disebabkan oleh gempa. Variabel utama dalam perhitungan CSR yang disebabkan oleh gempa adalah Percepatan tanah maksimum (PGHA) a_{m ax}yang akan digunakan dalam analisis. Percepatan gempa ini akan dibahas lebih lanjut. Seperti yang telah dibahas sebelumnya, analisis likuifaksi tidak diperlukan pada tempat yang memiliki percepatan gempa yang kurang dari 0.1 g atau mempunyai magnitude lokal kurang dari 5.

4) CRR (Cyclic Resistance Ratio) dari data SPT

Dengan menggunakan Standard Penetration Test (SPT), CRR pada lapisan tanah akan dapat dihitung. Nilai CRR adalah nilai SPT lapangan yang telah dikoreksi. Analisa Likuifaksi dilakukan dengan menggunakan Grafik Seed et al. 5) Analisa Likuifaksi dengan menggunakan Grafik Seed et al.

Dengan menghubungkan nilai CSR dan CRR pada Grafik Seed et al., maka akan diketahui lapisan lapisan tanah mana yang akan terlikuifaksi. Apabila titik hubungan antara CSR dan CRR pada suatu lapisan tanah berada di bawah kurva,

(36)

maka lapisan tersebut aman terhadap likuifaksi. Namun sebaliknya, apabila titik tersebut berada di atas kurva, maka lapisan tanah tersebut akan terlikuifaksi Grafik Seed et al., (Gambar 2.4) tersedia dalam magnitudo 7.5 M. Oleh karena itu, jika magnitudo gempa yang mengakibatkan PGA terbesar tidak bernilai 7.5 M maka untuk menggunakan Grafik ini, nilai CSR harus dikalikan dengan nilai koreksi. Nilai koreksi dapat dihitung dengan menggunakan nilai faktor koreksi (Tabel 2.3). Dari Grafik tersebut dapat diambil kesimpulan bahwa semakin kecil jumlah finer pada tanah, maka potensi likuifaksinya semakin besar.

Tabel 2.3 Tabel faktor koreksi magnitude untuk pendekatan tegangan siklis Magnitude Gempa CSRM /CSRM7.5

5.25 1.5

6 1.32

6.75 1.13

7.5 1.00

8.5 0.89

(37)

Gambar 2.4 Grafik Hubungan antar Cyclic Stress Ratio ( v cyc '  

) dengan (

N

₁)60 Untuk magnitude gempa 7,5 (Seed et al., 1985).

(38)

2.4. Parameter-Parameter Yang Diperlukan Dalam Perhitungan Analisa

Potensi Likuifaksi

2.4.1. Tegangan Vertikal

Tegangan vertikal merupakan tegangan yang yang terjadi akibat dari berat tanah dari setiap kedalaman lapisan tanah dengan berat tanah yang konstan. Semakin jauh kedalaman tanah, maka tegangan vertikal akan semakin besar. Tegangan vertikal dapat dihitung dengan rumus :

(2.1) dimana :

 = Tegangan Vertikal (KN/m2)  = Berat isi lapisan tanah (KN/m3) Z = Kedalaman Lapisan tanah (m)

Jika tanah tidak seragam dan memiliki berat isi tanah yang bereda setiap lapisan, maka tegangan vertikal dapat dihitung dengan rumus ;

z

v











(2.2)

Tegangan vertikal yang telah dibahas sebelumnya, merupakan tegangan yang diakibatkan oleh beban tanah tanpa memperhitungkan tegangan air pori. Tegangan air pori adalah tegangan yang berasal dari air yang berada dalam lapisan tanah. Tegangan ini tidak dapat memikul beban, sehingga tegangan vertikal yang dapat memikul beban adalah tegangan vertikal yang dihasilkan oleh butiran tanah. Tegangan ini disebut sebagai tegangan vertikal efektif. Besarnya tegangan vertikal efektif dapat dihitung dengan rumus :

γ.Ζ)

(

v

(39)





'

_v



_v



(2.3)

Dimana : '_v = Tegangan Vertikal efektif (KN/m2) _v = Tegangan Vertikal Total (KN/m2)  = Tegangan air Pori (KN/m2) = _WZ

_W = Berat isi air (KN/m3)

Z = kedalaman lapisan tanah (m)

2.4.2. Percepatan Gempa (amax)

2.4.2.1. 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 tanah 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 :

r

w

M

(40)

Dimana :

a = percepatan yang dinyatakan dalam g

Mw = momen magnitudo gempa (M)

ro = jarak terdekat dari lokasi pengamat ke titik gempa yang diproyeksikan secara vertikal ke permukaan tanah (epicenter) dinyatakan dalam kilometer r2 = ro2 + 82

Rumus Fungsi Atenuase Crouse adalah :









_

  

  

 

 

 R e M h

PGA 6.36 1.76 2.73ln 1.58 0.608 0.00916

ln (2.5)

Dimana :

PGA = percepatan yang dinyatakan dalam g

M = momen magnitudo gempa (M)

R = Jarak Hipocenter (Km) = r02 + h2

H = Kedalaman Fokus Gempa (Km)

2.4.2.2. Percepatan Gempa di Permukaan Tanah

Perhitungan percepatan gempa di permukaan tanah memiliki perbedaan dengan perhitungan percepatan gempa di batuan dasar. Dalam perhitungan analisis percepatan gempa di permukaan tanah harus menganalisa lapisan tanah pada lokasi tersebut.

(41)

Perubahan percepatan gempa dipermukaan tanah di Indonesia dari tahun 1983, 2002, 2007, dapat dilihat pada Gambar berikut.

Gambar 2.5. Peta Zonasi Gempa dipermukaan Tanah Tahun 1983

(42)

Gambar 2.7. Peta Zonasi Gempa dan Percepatan Gempa dipermukaan Tanah Tahun 2007

Pada studi ini, penulis akan menggunakan Program Edushake untuk menghitung percepatan di permukaan untuk lokasi yang akan ditinjau.

Edushake adalah sebuah program yang diperuntukkan membantu mahasiswa agar mengetahui mekanika dari pergerakan seismik pada tanah. Analisis pada lapisan tanah dilakukan dengan 3 langkah yaitu :

1. Input manager

Dalam input manager, kita memasukkan data yang akan diolah seperti data profil tanah dan data karakteristik gempa.

2. Solution manager

(43)

3. Output manager

Pada output manager, hasil dari analisis akan ditampilkan sesuai dengan yang pengguna inginkan. Output manager memberikan hasil analisis dalam beberapa bentuk seperti time history, response spectra, variasi beberapa parameter dan juga animasi dari horizontal displacement pada lapisan tanah.

2.4.3. Nilai N-SPT ( Standard Penetration Test )

Standard Penetration Test (SPT) sering digunakan untuk mendapatkan daya dukung tanah secara langsung di lokasi. Metode SPT merupakan percobaan dinamis yang dilakukan dalam satu lubang bor dengan memasukkan tabung sampel yang berdiameter dalam 35 mm sedalam 450 mm dengan menggunakan massa pendorong (palu) seberat 63,5 kg yang jatuh bebas dari ketinggian 760 mm. Banyaknya pukulan palu tersebut untuk memasukkan tabung sampel sedalam 450 mm dinyatakan sebagai nilai N.

Tujuan dari percobaan Standard Penetration Test (SPT) adalah untuk menentukan kepadatan relatif lapisan tanah dari pengambilan contoh tanah dengan tabung sehingga diketahui jenis tanah dan ketebalan tiap – tiap lapisan kedalaman tanah, dan untuk memperoleh data yang kualitatif pada perlawanan penetrasi tanah serta menetapkan kepadatan dari tanah yang tidak berkohesi yang biasa sulit diambil sampelnya. Percobaan SPT ini dilakukan dengan cara sebagai berikut:

1) Siapkan peralatan SPT yang digunakan seperti: mesin bor, batang bor, split spoon sampler, hummer, dan lain-lain;

(44)

3) Lakukan pengeboran sampai kedalaman testing, lubang dibersihkan dari kotoran hasil pengeboran dari tabung segera dipasangkan pada bagian dasar lubang bor; 4) Berikanlah tanda pada batang peluncur setiap 15 cm, dengan total 45 cm;

5) Dengan pertolongan mesin bor, tumbuklah batang bor tersebut dengan pukulan palu seberat 63,5 kg dan ketinggian jatuh bebas 76 cm hingga kedalaman tersebut, dicatat jumlah pukulan untuk memasukkan penetrasi setiap 15 cm (n

value);

Contoh : N1 = 10 pukulan/15 cm N2 = 5 pukulan/15 cm N3 = 8 pukulan/15 cm

Maka total jumlah pukulan adalah N2 dengan N3 adalah 5 + 8 = 13 pukulan = nilai N. N1 tidak diperhitungkan karena dianggap 15 cm pukulan pertama merupakan sisa kotoran pengeboran yang tertinggal pada dasar lubang bor, sehingga perlu dibersihkan untuk memperkecil efisiensi gangguan;

6) Hasil pengambilan contoh tanah dari tabung tersebut dibawa ke permukaan dan dibuka. Dan digambarkan contoh jenis – jenis tanah yang meliputi komposisi, struktur, konsistensi, warna dan kemudian masukkan ke dalam botol tanpa dipadatkan atau ke dalam plastic, lalu ke core box;

7) Gambarkanlah Grafik hasil percobaan;

Catatan : Pengujian dihentikan bila nilai SPT ≥ 50 untuk 4 x interval.

Berdasarkan dari data Standard Penetration Test, Seed et al. (1985), menyimpulkan klasifikasi potensi likuifaksi sebagai berikut:

(45)

Tabel.2.4. Potensi Likuifaksi Berdasarkan N-SPT (Seed et al., 1985) (N1)60 Potensi Likuifaksi

0-20 Besar

20-30 Sedang

>30 Tidak signifikan

2.4.4. Faktor Reduksi (rd)

Faktor reduksi adalah koefisien reduksi tegangan dan tidak mempunyai dimensi. Dan faktor reduksi akan berkurang apabila kedalaman bertambah. Faktor reduksi ini bergantung pada magnitude gempa (Idriss, 1999). Untuk kebutuhan praktis di lapangan, nilai rd biasanya diambil dari kurva average values by Seed & Idriss (1971) pada Gambar 2.8.

Langkah lain yang dapat dilakukan adalah dengan mengasumsikan hubungan linear antara rd dan kedalaman dengan menggunakan persamaan :

)

)(

012 ,

0 (

1 z

d

(46)

Dengan z adalah kedalaman tanah yang digunakan untuk analisis likuifaksi (dan juga digunakan dalam perhitungan tegangan).

Gambar 2.8. Faktor Reduksi rd Terhadap Kedalaman

2.4.5. Cyclic Stress Ratio (CSR)

CSR adalah nilai perbandingan antara tegangan geser rata-rata yang diakibatkan oleh gempa dengan tegangan vertikal efektif di setiap lapisan tanah. CSR juga biasa disebut Seismic Stress Ratio (SSR).

Untuk mengembangkan persamaan CSR, diasumsikan bahwa tanah seperti kolom 2 dimensi, dan kolom tersebut akan bergerak secara horizontal secara kaku

(47)

akibat adanya percepatan gempa di permukaan. Gambar 2.7 menunjukkan diagram kondisi asumsi. Pada Gambar 2.7 terdapat gaya horizontal yang bekerja pada tanah yag sama dengan tegangan geser maksimum pada dasar element tanah. Sejak elemen tanah tersebut diasumsikan sebagai unit dua dimensi, maka tegangan geser maksimum sama dengan gaya geser.

Gambar 2.9. Kondisi asumsi keadaan tanah untuk menetukan persamaan CSR

Persamaan gaya horizontal pada kolom tanah adalah : ) / max ( max ) / ( ) /

(W g _tz g a _v a g ma

F     

(2.7)

) / max (

max F v a g

   (2.8)

Kemudian persamaan (2.7) dibagi dengan tegangan vertikal efektif : )

/ max )( ' / ( ' /

max  v v  v a g

  (2.9)

max 

(48)

Sejak kolom tanah tidak berperilaku sebagai elemen kaku pada saat terjadi gempa bumi (tanah dapat berdeformasi), Seed dan Idriss (1971), memasukkan faktor reduksi kedalaman ke dalam persamaan diatas menjadi :

) / max )( ' / ( ' /

max  v r_d v  v a g

  (2.10)

Dalam metode ini, Seed et al. (1975), mengubah tegangan geser maksimum menjadi bentuk persamaan tegangan siklis :

max 65 .

0 

_cyc  (2.11)

Kemudian persamaan (2.10) disubtitusikan ke dalam persamaan (2.9), sehingga Persamaan CSR adalah :

) / max )( ' / ( 65 , 0 '

/ _v _v a g

d r v

cyc

CSR     (2.12)

Dimana :

 CSR = Cyclic Stress Ratio (tidak berdimensi)  a_max = percepatan maksimum di permukaan tanah  g = percepatan gravitasi

 '_v = tegangan vertikal efektif  _v = tegangan vertikal total  rd = faktor reduksi kedalaman

(49)

2.4.6. Cyclic Resistant Ratio (CRR)

Nilai Cyclic Resistance Ratio (CRR) merupakan nilai ketahanan suatu lapisan tanah 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 :

r C m E b C N N 1,67

60 )

(  (2.13)

Dimana :

 (N)60 = Nilai N SPT yang dikoreksi terhadap prosedur pengujian lapangan

 Em = efisiensi hammer, Em = 0,6 untuk hammer yang baik dan 0,45 untuk doughnut hammer

 Cb = korelasi diameter borelog

 Cb = 1 untuk diameter borehole 65 mm-115 mm

 Cb = 1,05 untuk diameter borehole 150 mm

 Cb = 1,15 untuk diameter borehole 200 mm  Cr = panjang rod

(50)

 Cr = 0,85 untuk panjang rod sampai 4-6 m

 Cr = 0,95 untuk panjang rod sampai 6-10 m

 Cr = 1,0 untuk panjang rod lebih dari 10 m  N = hasil test SPT

Selanjutnya Nilai (N)60-SPT dikoreksi untuk Overburden Pressure dengan persamaaan :

60 50 , 0 ) ' / 100 ( 60

60 ) 1

(N N C_n   _v N (2.14)

2.4.7. Relatif Density (Dr)

Relatif density atau kerapatan relatif umumnya dipakai untuk menunjukkan tingkat kerapatan dari tanah berbutir. Kerapatan relatif juga diperlukan untuk mengevaluasi likuifaksi pada lapisan tanah.

Tabel 2.5 Penjelasan secara kualitatif mengenai deposit tanah berbutir

Kerapatan Relatif (%) Penjelasan mengenai deposit tanah

0-15 15-50 50-70 70-85 85-100

Sangat lepas Lepas Menengah

Padat Sangat padat

Dari Tabel diatas dapat disimpulkan bahwa Dr yang bernilai diatas 70 %, maka lapisan tanah tersebut tidak terlikuifaksi.

(51)

) 10 ' 42 , 1 ( 70 ,

1 



v r

N D

 (2.15)

Dimana :

 Dr = Relative density  N = Nilai N-SPT

 '_v = tegangan vertikal efektif

2.5. Usaha-Usaha Yang Dilakukan Untuk Menurunkan Potensi Likuifaksi

Usaha-usaha untuk menurunkan potensi likuifaksi merupakan hal yang sangat penting untuk dilakukan untuk menjaga agar suatu fungsi struktur pada tanah yang memiliki potensi likuifaksi dapat terjaga. Usaha yang dilakukan untuk menurunkan potensi likuifaksi dapat dilakukan dengan beberapa cara sebagai berikut :

1. Pemadatan Tanah

Pemadatan pada tanah dilakukan dengan penggilasan berlapis atau penggetaran lahan tanah. Dengan semakin padatnya tanah, maka pori pada tanah semakin berkurang sehingga rongga pori yang akan diisi oleh air semakin berkurang.

2. Disipasi air pori

Disipasi air pori dilakukan agar air yang ada pada pori tanah dapat teralirkan dan tidak tergenang, sebab air dalam pori tanah ini sangat berbahaya dalam meningkatkan potensi likuifaksi pada saat terjadinya gempa.

(52)

Cara yang dapat dilakukan untuk mendisipasi air pori adalah dengan vertikal drain.

3. Pengurangan beban bangunan

Mengurangi beban bangunan dapat dilakukan dengan cara mengganti bahan bangunan yang berat dengan bahan yang ringan. Saat ini sudah banyak diproduksi bahan bangunan ringan. Bata ringan, baja ringan, sampai dengan genteng ringan sangat baik digunakan untuk mengurangi potensi likuifaksi.

4. Preloading

Preloading sangat baik digunakan untuk menurunkan potensi likuifaksi.

Preloading dapat mempercepat proses konsolidasi pada lapisan tanah. 5. Sementasi

Sementasi dilakukan dengan memberikan material yang dapat mengikat partikel tanah, seperti campuran semen.

(53)

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Lokasi Penelitian

lokasi Proyek Ware House Belawan terletak di Jalan Pelabuhan Raya Belawan, dengan letak titik koordinat 3°46’55,92” LU dan 98°41’ 27,30’’BT.

Gambar 3.1 Peta Lokasi Penelitian

3.2. Identifikasi Masalah

Pada Tulisan ini, penulis menganalisis masalah potensi likuifaksi. Masalah ini dijadikan sebagai lokasi penelitian karena lokasi Proyek Ware House Belawan tersebut,

Lokasi Proyek Ware House

(54)

terletak di daerah gempa dan relatif memiliki potensi likuifaksi karena berada pada daerah pesisir pantai.

Untuk melakukan analisis masalah diatas, maka data-data mengenai karakteristik tanah pada daerah yang dikaji sangat diperlukan. Beberapa data yang harus diperoleh untuk analisis adalah :

a. Data Gempa

Data gempa sangat diperlukan dalam analisis potensi likuifaksi pada lokasi Proyek Ware House Belawan. Data ini diperlukan untuk mencari percepatan tanah di permukaan pada daerah yang akan dikaji.

b. Data N-SPT dan data BoringLlog

Data N-SPT dan data Boring log diperlukan untuk untuk memberi gambaran umum mengenai kondisi tanah di sepanjang daerah yang dikaji.

c. Hasil Tes Laboratorium

Data hasil tes laboratorium digunakan untuk menentukan karakteristik lapisan tanah yang akan digunakan dalam analisis.

3.3. Metode Pengumpulan Data

3.3.1. Data Gempa

Data gempa yang diperlukan dalam analisis ini diperoleh dari situs

http://neic.usgs.gov/neis/epic/. Dari situs tersebut, penulis mendapatkan data rekaman gempa dengan memasukkan beberapa masukan seperti letak koordinat yang ingin ditinjau, interval magnitude gempa, radius gempa terjadi dari pusat lokasi yang dikaji, serta batas kedalaman yang ingin diketahui.

(55)

Dari sumber tersebut, penulis mendapatkan data gempa yang diperlukan untuk menentukan percepatan batuan dasar, dengan membuat masukan Koordinat lokasi Proyek Ware House Belawan serta interval magnitude diatas 5 SR dengan radius 500 km. Data gempa yang diperoleh adalah data gempa yang pernah terjadi sejak tahun 1973 sampai data gempa tahun 2012.

Data gempa yang diperoleh terdiri dari : a. Waktu terjadinya gempa

b. Besar Magnitudo gempa serta jenis Magnitudo yang dihasilkan c. Kedalaman gempa hypocenter

d. Radius gempa terhadap daerah penelitian

Setelah mendapatkan data diatas, maka langkah berikut yang dilakukan adalah menghitung percepatan tanah pada batuan dasar. Untuk menghitung percepatan batuan dasar, sebelumnya dilakukan perhitungan percepatan maksimum pada setiap gempa yang terjadi, dalam perhitungan percepatan ini, penulis menggunakan Fungsi Atenuase Joyner and Boore dan Fungsi Atenuase Crouse.

Setelah mendapatkan nilai percepatan (PGA) dari setiap gempa yang terjadi, maka hal kedua yang dilakukan adalah dengan menentukan percepatan gempa yang mewakili semua kejadian gempa. Untuk mendapatkan nilai ini, penulis menggunakan Metode Distribusi Gumbel Tipe I.

Pada metode ini, diasumsikan bahwa masing-masing kejadian gempa adalah independen terhadap titik tinjauannya (Gambar 3.3).

(56)

Gambar 3.2. Asumsi Kejadian Menurut Gumble Distribusi gempa menurut Gumble :

0 : ) (

)

(    M 

M e e M

G   (3.1)

Dimana :



= Jumlah rata-rata pertahun

 = Parameter yang menyatakan hubungan antara distribusi gempa dengan magnitude

M = Magnitudo gempa

Bentuk persamaan (3.2) dapat disederhanakan menjadi persamaan garis lurus : M

e M

G( )  ln

(57)

M M

G   

ln ( )) ln

ln( (3.2)

Identik Y = A + BX Dimana Y = ln(lnG(M))



=eA

 = -B

X = M atau percepatan (a)

Percepatan garis ini terdiri dari titik – titik Xj dan Yj, dimana : Xj = PGA gempa ke j

J = Nomor urut kejadian gempa yang disusun dari PGA terkecil Harga j untuk M terbesar = N

N = Selang waktu Pengamatan

                1 ln ln )) ln( ln( N j PGA

Yj (3.3)

Langkah selanjutnya adalah memilih data PGA gempa terbesar setiap tahunnya lalu dimasukkan ke dalam Tabel berikut seperti ketentuan dalam keterangan diatas.

No j PGA Xj Yj (Xj) (Yj) (Xj) (Yj)

1 . . . n -1 N Terkecil Terbesar             1 ln ln N j

(58)

Oleh karena titik-titik ini selalu membentuk suatu garis lurus, maka digunakan

least square untuk menentukan garis yang paling tepat :

2 ) .( 2 . . 2 . j X j X n j Y j X j X j X j Y A       

 (3.4)

2 ) .( 2 . . . j X j X n j Y j X j X j Y j X B      

 (3.5)

Nilai percepatan gempa diperoleh dari rumus :

 ) . ln(T

a .(3.6)

Dimana :

T = periode ulang



= eA

β = -B

3.3.2. Data Tanah

Pengambilan data tanah untuk proses analisis dilakukan pada 6 titik di lokasi Proyek Ware House Belawan. Pekerjaan investigasi tanah dilakukan pada tanggal 25 Juni 2012 sampai 29 Juni 2012. Kedalaman maksimum yang dicapai adalah 60 meter.

Data karakteristik tanah diperoleh dengan cara pengambilan sampel tanah dan uji SPT.

(59)

3.3.3. Data hasil Laboratorium

Tes hasil laboratorium diperlukan untuk mengetahui parameter kekuatan tanah dan sifat sifat tanah yang tidak dapat diperoleh dari investigasi tanah. Tes laboratorium dilaksanakan pada tanah terganggu (Disturbed Sampel) dan tanah tidak terganggu (Undisturbed Sampel).

Setelah mendapatkan data tanah yang diinginkan, kemudian diolah untuk menentukan karakteristik tanah yang diperlukan untuk analisis potensi likuifaksi.

3.3.4. Data Karakteristik Tanah

Seluruh data yang diperoleh kemudian diolah untuk menentukan karakteristik tanah untuk digunakan pada analisis. Karakteristik tanah tersebut adalah:

− berat jenis tanah

− koefisien permeabilitas tanah

− nilai modulus geser dan poisson ratio

− parameter kuat geser tanah, yaitu kohesi dan sudut geser

− data konsolidasi, yaitu indeks kompresi dan koefisien konsolidasi

Hal pertama yang dilakukan adalah membuat stratifikasi tanah berdasarkan hasil penyelidikan lapangan dan laboratorium untuk setiap titik. Penentuan lapisan tanah dilihat dari keseragaman nilai SPT serta deskripsi tanah, baik yang tercantum pada

(60)

Dari setiap lapisan tanah, kemudian ditentukan karakteristik setiap lapisan tersebut berdasarkan nilai SPT dan bore-log serta tes laboratorium. Nilai SPT dan bore-log digunakan untuk menentukan karakteristik tanah berdasarkan referensi. Sedangkan hasil tes laboratorium dipakai sebagai pembanding dalam penentuan karakteristik tersebut. Hal ini disebabkan oleh besarnya kemungkinan tanah terganggu selama proses penyelidikan.

(61)

3.4.Bagan Prosedur Penelitian

Berikut ini adalah alur perhitungan analisis potensi likuifaksi pada Proyek Pembangunan Ware House Belawan.

PENGUMPULAN DATA

1. Data Sejarah Gempa (Tahun 1973-2012) 2. Data lapisan tanah

ANALISA DATA

1. Pemeriksaan tanah

2. Menghitung nilai Percepatan Gempa di batuan Dasar Fungsi Atenuase Joyner & Boore (1988) dan Fungsi Atenuase Crouse (1991).

3. Mendapatkan nilai Percepatan Gempa di batuan Dasar dengan pendekatan Metode Gumbel

4. Menghitung nilai percepatan di permukaan tanah dengan Program Software Edushake

5. Menghitung nilai Cyclic Stress Ratio(CSR) 6. Menghitung nilai Cyclic Resistant Ratio (CRR)

Analisa hasil perhitungan menggunakan grafik hubungan CSR dan CRR yang dikemukaan oleh Seed et al.

KESIMPULAN PERSIAPAN

(62)

BAB IV

ANALISA DATA

4.1. Pemeriksaan Jenis dan Sifat Tanah

Potensi terjadinya likuifaksi sangat rentan terjadi pada tanah pasir (nonkohesif) dalam keadaan lepas serta jenuh air. Letak muka air tanah pada titik BH-1 sampai pada BH-6 terdapat pada kedalaman dangkal dengan rata-rata pada kedalaman 1-2 meter. Demikian juga dengan lapisan tanah pasir terdapat pada kedalaman dangkal dan dalam sehingga perlu dilakukan analisis.

Maka berdasarkan pengamatan tersebut, dapat diambil kesimpulan sementara bahwa lapisan tanah yang memiliki potensi likuifaksi terdapat pada semua titik BH. Dimana pada titik tersebut terdapat tanah pasir dan berada dibawah muka air tanah atau tanah pasir yang jenuh air.

4.2. Perhitungan Percepatan Gempa di Batuan Dasar

Dalam analisa data kejadian gempa untuk menghitung percepatan gempa di batuan dasar dilakukan dengan Metode Distribusi Gumble. Data gempa yang diinput adalah data gempa yang terjadi sejak tahun 1973 hingga desember 2012.

Langkah pertama dalam perhitungan percepatan gempa di batuan dasar adalah dengan menentukan nilai PGA. Dalam mencari nilai PGA, penulis menggunakan 2 fungsi atenuase yaitu fungsi atenuase Joyner and Boore serta fungsi atenuase Crouse.

(63)

4.2.1. Berdasarkan Fungsi Atenuase Joyner dan Boore

Untuk menghitung percepatan gempa di batuan dasar, terlebih dahulu dilakukan pemilihan gempa dengan nilai Peak Ground Acceleration (PGA) terbesar untuk setiap tahunnya seperti pada Tabel berikut.

Tabel 4.1 Daftar kejadian gempa dengan PGA terbesar untuk setiap tahun berdasarkan fungsi atenuase Joyner and Boore.

Tanggal/ Bulan/Tahun

Kedalaman

(km) M

(km) r (km) R (km)

PGA (g) J&B

23 6 2012 95 6.1 87.556 87.92 129.194 35.606

5 9 2011 91 6.7 89.765 90.121 127.823 47.081

1 12 2010 160.1 5.6 77.325 77.738 177.795 32.921

19 4 2009 174.8 5.1 70.064 70.52 188.319 29.126

19 5 2008 10 6 179.708 179.886 179.986 9.318

24 7 2007 62.9 5.3 130.9 131.145 145.228 11.944

1 12 2006 204 6.3 38.919 39.732 207.679 118.19

28 3 2005 30 5.2 54.625 55.208 62.321 43.146

26 12 2004 30 9.1 270.927 271.045 272.583 18.119

22 1 2003 33 5.7 158.322 158.524 161.724 10.301

27 12 2002 138.5 5.4 121.581 121.844 184.294 14.362

4 12 2001 139.1 5.1 95.834 96.167 168.917 18.21

6 1 2000 33 5.1 151.414 151.625 154.969 8.182

22 4 1999 63.5 5 158.47 158.672 170.719 7.097

1 4 1998 55.7 7 396.335 396.416 400.23 1.869

11 6 1997 57.4 5.6 144.856 145.077 155.814 11.606

10 10 1996 33 6.3 75 75.425 81.939 49.869

15 7 1995 165.3 5.4 80.082 80.481 183.677 28.119

20 11 1994 153.4 6.1 145.4 145.62 211.359 15.018

20 1 1993 67.8 6.2 108.259 108.554 127.738 26.746

27 5 1992 125.5 5.1 192.194 192.36 229.54 5.006

8 1 1991 33 5.2 199.024 199.185 201.742 4.886

27 11 1990 144.9 5.1 29.438 30.505 147.86 86.35

20 7 1989 187.3 5.2 68.924 69.387 199.579 31.432

20 12 1988 36.7 5.5 217.182 217.33 220.261 4.689 25 4 1987 11.1 6.4 114.758 115.036 115.293 26.951 14 6 1986 66.4 5.2 150.593 150.805 164.582 8.718

2 1 1985 105 5.3 175.007 175.189 204.089 6.8

(64)

24 2 1982 52.3 5.4 136.61 136.844 146.28 11.649

11 1 1981 69 5.7 145.745 145.964 161.253 12.096

22 7 1980 163 5 86.985 87.352 184.758 20.085

28 4 1979 72 5.8 283.84 283.952 292.829 2.78

23 12 1978 57 5 202.165 202.324 210.047 4.243

1 7 1977 70 5 154.404 154.611 169.53 7.47

22 2 1976 180 5.6 38.803 39.619 184.135 81.869

17 12 1975 17 6.2 337.338 337.433 337.766 2.074

22 8 1974 33 5 61.857 62.372 70.109 32.855

28 9 1973 132 5 153.582 153.79 202.513 7.548

Dimana :

M = Magnitudo gempa

r0 = Jarak lokasi dengan epicenter (km)

r = r₀2 82 (km) (4.1)

R = Jarak hypocenter (km)

= r₀2 h2 (4.2)

h = Kedalaman fokus gempa

Setelah mendapatkan percepatan gempa, maka analisa percepatan gempa rencana dilanjutkan dengan metode Gumbel seperti pada Tabel berikut :

(65)

Tabel 4.2 Metode Perhitungan Percepatan Gempa Rencana dengan Metode Gumbel

NO J PGA

(Xj) Yj Xj

Yj2 (Xj)(Yj)

1 1 1.869 1.312 3.492 1.721 2.452

2 2 2.074 1.105 4.300 1.222 2.292

3 3 2.780 0.961 7.730 0.924 2.673

4 4 4.243 0.845 18.004 0.714 3.584

5 5 4.689 0.744 21.988 0.553 3.488

6 6 4.886 0.653 23.872 0.427 3.192

7 7 5.006 0.570 25.062 0.325 2.852

8 8 6.304 0.491 39.737 0.241 3.096

9 9 6.800 0.416 46.234 0.173 2.831

10 10 7.097 0.344 50.370 0.119 2.443

11 11 7.470 0.274 55.798 0.075 2.049

12 12 7.548 0.206 56.974 0.042 1.554

13 13 8.182 0.139 66.939 0.019 1.134

14 14 8.718 0.072 76.001 0.005 0.627

15 15 9.318 0.006 86.820 0.000 0.051

16 16 10.018 -0.061 100.363 0.004 -0.609

17 17 10.301 -0.127 106.117 0.016 -1.313

18 18 11.606 -0.195 134.706 0.038 -2.258

19 19 11.649 -0.262 135.702 0.069 -3.058

20 20 11.944 -0.332 142.665 0.110 -3.960

21 21 12.096 -0.402 146.318 0.162 -4.861

22 22 14.362 -0.474 206.271 0.225 -6.807

23 23 15.018 -0.548 225.536 0.300 -8.230

24 24 18.119 -0.625 328.301 0.390 -11.316

25 25 18.210 -0.704 331.620 0.495 -12.817

26 26 20.085 -0.786 403.414 0.618 -15.795

27 27 26.746 -0.873 715.339 0.762 -23.347

28 28 26.951 -0.964 726.333 0.929 -25.980

29 29 28.119 -1.061 790.706 1.125 -29.821

30 30 29.126 -1.164 848.352 1.354 -33.890

31 31 31.432 -1.274 987.986 1.624 -40.059

32 32 32.855 -1.395 1079.476 1.946 -45.833

33 33 32.921 -1.528 1083.791 2.333 -50.289

34 34 35.606 -1.676 1267.806 2.807 -59.659

35 35 43.146 -1.844 1861.577 3.399 -79.550

(66)

38 38 81.869 -2.577 6702.577 6.642 -210.994

39 39 86.350 -2.996 7456.287 8.973 -258.663

40 40 118.190 -3.701 13968.833 13.699 -437.450

∑ 910.655 -21.745 45037.001 63.925 -1541.801

Keterangan :

Xj = PGA gempa ke j

J = Nomor urut kejadian gempa yang disusun dari PGA terkecil harga j untuk M dan terbesar = N

N = Selang waktu pengamatan

Yj = _

               1 ln ln )) ln( ln( N j PGAj

A =





2 2

.







 





Xj

n

Yj

Xj

Yj

A =





 





 

 



655 , 910 001 , 45037 40 801 , 1541 655 , 910 45037,001 745 , 21    

A = 0,43687

α = eA

α = e0,43687

α = 1,548

B =







 

  2 2 . . . . Xj Xj n Yj Xj Yj Xj n

(67)

B =

 

 





 

 



655 , 910 001 , 45037 40 745 . 21 . 655 , 910 801 , 1541 . 40    

B = -0,043067

β = -B

β = 0,043067

T = 200 tahun

a =

 



 . ln T

a =





043067 , 0 548 , 1 . 200 ln

a = 133,171 gal

a = 0,133 g

Maka :

Percepatan rencana gempa menggunakan fungsi atenuase Joyner & Boore dengan metode Gumbel adalah 0,133 g.

4.2.2. Berdasarkan Fungsi Atenuase Crouse

Daftar PGA terbesar tiap tahunnya menurut Crouse dapat dilihat dalam Tabel berikut.

(68)

Tabel 4.3 Daftar kejadian gempa dengan PGA terbesar tiap tahunnya (berdasarkan fungsi atenuase Crouse)

Tanggal/ Bulan/Tahun

Kedalaman

(km) M

(km) r (km) R (km)

PGA (g) Crouse

27 8 2012 149.5 5.2 105.844 106.145 183.175 4.241

5 9 2011 91 6.7 89.765 90.121 127.823 2.212

1 12 2010 160.1 5.6 77.325 77.738 177.795 6.098

19 4 2009 174.8 5.1 70.064 70.520 188.319 9.634

6 10 2008 61.1 5 159.036 159.237 170.369 1.941

24 7 2007 62.9 5.3 130.900 131.145 145.228 2.679

1 12 2006 204 6.3 38.919 39.732 207.679 8.070

28 3 2005 30 5.2 54.625 55.208 62.321 14.298

27 11 2004 41.6 5.4 159.099 159.300 164.448 1.714

13 9 2003 33 5.3 162.173 162.370 165.497 1.702

27 12 2002 138.5 5.4 121.581 121.844 184.294 2.958 4 12 2001 139.1 5.1 95.834 96.167 168.917 5.401

6 1 2000 33 5.1 151.414 151.625 154.969 2.109

22 4 1999 63.5 5 158.470 158.672 170.719 1.956

1 4 1998 55.7 7 396.335 396.416 400.230 0.138

11 6 1997 57.4 5.6 144.856 145.077 155.814 1.931

10 10 1996 33 6.3 75.000 75.425 81.939 3.957

15 7 1995 165.3 5.4 80.082 80.481 183.677 6.461

20 11 1994 153.4 6.1 145.400 145.620 211.359 1.508 20 1 1993 67.8 6.2 108.259 108.554 127.738 2.426 27 5 1992 125.5 5.1 192.194 192.360 229.540 1.219

8 1 1991 33 5.2 199.024 199.185 201.742 1.108

27 11 1990 144.9 5.1 29.438 30.505 147.860 34.871

20 7 1989 187.3 5.2 68.924 69.387 199.579 9.350

20 12 1988 36.7 5.5 217.182 217.330 220.261 0.837 25 4 1987 11.1 6.4 114.758 115.036 115.293 1.949 14 6 1986 66.4 5.2 150.593 150.805 164.582 2.058

2 1 1985 105 5.3 175.007 175.189 204.089 1.427

13 9 1984 150.1 5 146.166 146.385 209.510 2.314

6 7 1983 81.3 5.2 176.922 177.103 194.708 1.439

3 8 1982 58.3 5 130.455 130.700 142.890 3.006

10 2 1981 121.2 5.1 158.392 158.594 199.443 1.887

22 7 1980 163 5 86.985 87.352 184.758 6.791

31 3 1979 72 5.3 269.974 270.092 279.410 0.529

23 12 1978 57 5 202.165 202.324 210.047 1.120

1 7 1977 70 5 154.404 154.611 169.530 2.071

22 2 1976 180 5.6 38.803 39.619 184.135 16.098

17 12 1975 17 6.2 337.338 337.433 337.766 0.254

22 8 1974 33 5 61.857 62.372 70.109 13.138

(69)

Kemudian dilakukan analisa percepatan gempa rencana dengan metode Gumbel Tabel 4.4 Perhitungan Percepatan Gempa Rencana Menurut Metode Gumbel dengan Atenuase Crouse

NO J PGA

(Xj) Yj Xj

Yj2 (Xj)(Yj)

1 1 0.138 1.312 0.019 1.721 0.181

2 2 0.254 1.105 0.065 1.222 0.281

3 3 0.529 0.961 0.280 0.924 0.509

4 4 0.837 0.845 0.700 0.714 0.707

5 5 1.108 0.744 1.227 0.553 0.824

6 6 1.120 0.653 1.253 0.427 0.731

7 7 1.219 0.570 1.487 0.325 0.695

8 8 1.427 0.491 2.038 0.241 0.701

9 9 1.439 0.416 2.071 0.173 0.599

10 10 1.508 0.344 2.274 0.119 0.519

11 11 1.702 0.274 2.898 0.075 0.467

12 12 1.714 0.206 2.938 0.042 0.353

13 13 1.887 0.139 3.562 0.019 0.262

14 14 1.931 0.072 3.730 0.005 0.139

15 15 1.941 0.006 3.766 0.000 0.011

16 16 1.949 -0.061 3.800 0.004 -0.119

17 17 1.956 -0.127 3.825 0.016 -0.249

18 18 2.058 -0.195 4.237 0.038 -0.400

19 19 2.071 -0.262 4.290 0.069 -0.544

20 20 2.079 -0.332 4.322 0.110 -0.689

21 21 2.109 -0.402 4.450 0.162 -0.848

22 22 2.212 -0.474 4.892 0.225 -1.048

23 23 2.314 -0.548 5.355 0.300 -1.268

24 24 2.426 -0.625 5.886 0.390 -1.515

25 25 2.679 -0.704 7.175 0.495 -1.885

26 26 2.958 -0.786 8.751 0.618 -2.326

27 27 3.006 -0.873 9.038 0.762 -2.624

28 28 3.957 -0.964 15.658 0.929 -3.815

29 29 4.241 -1.061 17.984 1.125 -4.497

30 30 5.401 -1.164 29.167 1.354 -6.284

(1)

Berdasarkan Tabel 4.19, maka analisis potensi likuifaksi dapat dilakukan dengan menggunakan Grafik Seed et al.seperti pada Gambar dibawah ini.

Gambar 4.7 Grafik hubungan antara nilai CSR dengan nilai CRR untuk titik BH-4 Berdasarkan hasil dari hubungan diatas, maka dapat disimpulkan lapisan tanah yang berpotensi mengalami likuifaksi dapat dilihat pada Tabel berikut.

Tabel 4.20 Hasil Analisa Potensi Likuifaksi pada Titik BH-4

No. Kedalaman (m)

Tebal

Lapisan (m) Stratifikasi tanah

Kasus I Kasus II

1 -2 2 very losses sand L NL

2 -4 2 very soft clay NL NL

0.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600

0 5 10 15 20 25 30 35

Nila

i

CSR

Nilai CRR

kasus 1

kasus 2

tidak terlikuifaksi terlikuifaksi

(2)

7 -14 2 very soft clay NL NL

8 -16 2 very soft clay NL NL

9 -18 2 soft clay NL NL

10 -20 2 losses fine sand L NL

11 -22 2 medium dense fine sand NL NL

12 -24 2 hard wood fossil (organic) NL NL

13 -26 2 medium soft clay NL NL

14 -28 2 medium soft clay NL NL

15 -30 2 medium soft clay NL NL

16 -32 2 medium soft clay NL NL

17 -34 2 medium soft clay NL NL

18 -36 2 medium soft clay NL NL

19 -38 2 medium soft clay NL NL

20 -40 2 medium soft clay NL NL

21 -42 2 stiff clay NL NL

22 -44 2 stiff clay NL NL

23 -46 2 stiff clay NL NL

24 -48 2 stiff clay NL NL

25 -50 2 dense sand NL NL

26 -52 2 very dense sand NL NL

27 -54 2 very stiff clay NL NL

28 -56 2 hard clay NL NL

29 -58 2 hard clay NL NL

30 -60 2 hard clay NL NL

Keterangan :

* Letak muka air tanah dikedalaman -1 meter. * Lapisan pasir yang ditinjau pada BH-4 NL = tidak terlikuifaksi

(3)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. 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 tanah :  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 tanah yang berpotensi terjadi likuifaksi pada Proyek Ware House Belawan adalah lapisan pada tanah :

 BH-1 kedalaman 18-19 m  BH- 3 kedalaman 2-3 m 

(4)

4. Likuifaksi dapat memberikan dampak pada struktur yang dibangun diatas permukaan tanah tergantung pada kedalaman lapisan tanah yang terlikuifaksi dan juga tebal lapisan tanah yang terlikuifaksi.

5. Berdasarkan hasil analisis di lokasi Proyek Ware House Belawan bahwa umumnya lapisan pada permukaan tanah 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.

5.2. Saran

Di daerah Proyek Ware House Belawan perlu dilakukan kajian terhadap potensi likuifaksi. Karena dari hasil penelitian bahwa permukaan tanah pada lokasi proyek berpotensi terjadinya likuifaksi. Hal itu sangat berbahaya terhadap bangunan-bangunan yang berpondasi dangkal seperti pada BH-3 bangunan kantor berlantai 1 dan BH-4 bangunan pos jaga Sappam. Untuk itu perlu dilakukan perbaikan tanah untuk mengurangi potensi likuifaksi seperti dilakukannya pemadatan tanah dan melakukan disipasi airpori. Dengan adanya perbaikan tersebut diharapkan kerapatan tanah bertambah sehingga dapat menurunkan potensi likuifaksi pada lapisan tanah.

(5)

DAFTAR PUSTAKA

Chen,fu H. 2000. Soil Engineering : Testing Design and Remediation. Florida. CRC Press LLC.

Das, B. M. 2010. Principles Of Geotechnical Engineering, Stanford. Cengage Learning Publishing.

Das, B. M. 1993. Principles Of Soil Dynamic. Boston. PWS-KENT Publishing Company.

Das, B. M. 1995. Mekanika Tanah (Prinsip-Prinsip Rekayasa Geoteknis) 1. Jakarta: Erlangga,

Das, B. M. 1995. Mekanika Tanah (Prinsip-Prinsip Rekayasa Geoteknis) II. Jakarta: Erlangga.

Day, R. W. 2002. Geotechnical earthquake Engineering Handbook,New York,

MCGRAW-HILL.

Edupro C.S., User Guide Edushake, Washington:Redmont

Hasmar, Halim. 2007. Evaluasi Potensial Likuifaksi Akibat Gempa Bumi Tektonik Lapisan Pasir Jenuh Air dengan Metode Shaking Table. Logika. Vol.4, No 1. Irsyam, Masyhur. 2006. Pengantar Dinamika Tanah dan Rekayasa Gempa. Bandung:

(6)

Mabrur, Muhammad. 2009. Tugas Akhir : Analisis Potensi Likuifaksi Pada Area Apron Bandar Udara Medan Baru. Fakultas Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Medan

Razali. 2008. 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. 1994. 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)1249-1273, 1971

Tim Revisi Peta Gempa Indonesia. 2010. Peta Hazard Gempa Indonesia 2010. Jakarta: Kementerian Pekerjaan Umum