Seminar Nasional Geoteknik 2014 Yogyakarta, 10-11 Juni 2014
Analisis Pendahuluan Potensi Likuifaksi di Kali Opak Imogiri Daerah Istimewa Yogyakarta Lindung Zalbuin Mase Jurusan Teknik Sipil dan Lingkungan, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada ABSTRAK: Likuifaksi merupakan fenomena hilangnya kekuatan geser tanah akibat kenaikan tekanan air pori yang disebabkan oleh beban dinamik berupa gempa. Likuifaksi dipengaruhi oleh banyak faktor, salah satunya adalah jenis kerapatan relatif (Rd) dan gradasi butiran. Penelitian ini dilakukan dengan menganalisis pengaruh faktor gradasi butiran tanah dan kerapatan yang terindikasi likuifaksi. Area penelitian ini adalah Kali Opak Imogiri Yogyakarta, yang pada tahun 2006 silam mengalami fenomena likuifaksi. Hasil penelitian ini menjelaskan bahwa tanah pasir Kali Opak Imogiri merupakan pasir yang tergolong paling rentan terhadap likuifaksi. Penelitian ini juga menghasilkan hubungan peak ground acceleration (PGA) terhadap kerapatan relatif tanah (Rd) yang berfungsi sebagai panduan awal potensi likuifaksi untuk daerah Kali Opak Imogiri. Kata kunci: likuifaksi, kerapatan relatif, tanah pasir, peak ground acceleration
PENDAHULUAN
2.2. Faktor-faktor yang mempengaruhi likuifaksi
Gempa Yogyakarta 2006 silam telah menimbulkan fenomena bencana ikutan lainnya. Fenomena bencana ikutan tersebut adalah likuifaksi. Beberapa faktor yang mempengaruhi potensi likuifaksi di antaranya yaitu gradasi butiran tanah dan kerapatan relatif (Rd). Gradasi butiran dan kerapatan relatif (Rd) merupakan parameter tanah yang sangat penting yang sangat mempengaruhi kualitas dan faktor ketahanan tanah terhadap berbagai fenomena, salah satunya likuifaksi. Kali Opak Imogiri Daerah Istimewa Yogyakarta merupakan lokasi yang mengalami beberapa fenomena likuifaksi yang disebabkan oleh Gempa 2006 silam. Mengingat pentingnya kedua faktor ini untuk diketahui hubungannya terhadap potensi likuifaksi, maka dilakukan penelitian mengenai pengaruh kerapatan relatif dan gradasi butiran terhadap potensi likuifaksi, khususnya di Kali Opak Imogiri, Daerah Istimewa Yogyakarta
Day (2002) menjelaskan bahwa terdapat setidaknya 12 faktor yang mempengaruhi potensi likuifaksi pada suatu tanah. Faktorfaktor tersebut yaitu intensitas dan durasi gempa, elevasi muka air tanah, jenis tanah, kerapatan relatif tanah, gradasi ukuran butiran, kondisi penempatan lapisan tanah pada lingkungan, kondisi drainase, bentuk partikel, faktor umur dan sementasi, kondisi lingkungan pada masa lampau, dan beban bangunan. Untuk mengetahui potensi likuifasi secara dini, gradasi butiran dan tingkat kerapatan relatif (Rd) dapat dijadikan parameter awal penentuan kerentanan terhadap likuifaksi. Gradasi butiran yang seragam dan kerapatan relatif yang tergolong lepas sampai dengan sedang merupakan jenis butiran yang berpotensi likuifaksi.
1
Menurut Oka (1995) dan Tsuchida (1970), distribusi butiran tanah dapat dijadikan bahan analisis pendahuluan potensi likuifaksi tanah. Panduan analisis yang diusulkan tersebut disajikan dalam suatu grafik distribusi butiran tanah yang menjelaskan kriteria kerentananan suatu tanah rentan terhadap potensi likuifaksi. Grafik panduan analisis yang diusulkan oleh Oka (1995) dan Tsuchida (1970) dapat dilihat pada Gambar 1 dan Gambar 2.
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Likuifaksi Menurut Tohari (2007), likuifaksi merupakan fenomena hilangnya kekuatan lapisan tanah akibat kenaikan tegangan air pori yang disebabkan oleh beban dinamik berupa gempa. Likuifaksi dapat terjadi bila percepatan maksimum permukaan tanah bernilai > 0,1 g dengan kekuatan gempa > 5 SR.
2.3. Potensi likuifaksi berdasarkan gradasi butiran
145
Analisis Pendahuluan Potensi Likuifaksi di Kali Opak Imogiri Daerah Istimewa Yogyakarta
ditinjau (m), g merupakan percepatan gravitasi bumi (m/s2), amaks merupakan percepatan maksimum permukaan tanah, dan maks merupakan tegangan geser siklik maksimum (kN/m2). Asumsi kolom tanah (rigid body) pada kenyataannya tidak demikian. Oleh karena itu diperlukan faktor reduksi yang harus dimasukkan ke dalam Persamaan 1 seperti teretera pada persamaan berikut:
(a)
h a maks g
maks C d
(2)
Dimana Cd merupakan faktor reduksi yang diperoleh dari Gambar 3.
(b) Catatan : (a) rentang yang berpotensi likuifaksi (b) rentang yang paling berpotensi likuifaksi
Gambar 1. Distribusi butiran menurut Oka (1995), (a) tanah bergradasi seragam, dan (b) tanah bergradasi baik
Gambar 4. Nilai Cd terhadap variasi kedalaman (Seed dan Idriss, 1971)
Gambar 2. Distribusi butiran menurut Tsuchida (1970)
2.4. Kerapatan relatif dan percepatan maksimum terhadap potensi likuifaksi Seed dan Idriss (1971) meyatakan bahwa tegangan geser pada suatu pasir dalam jumlah deposit yang besar dan menerima suatu beban dinamik dapat diasumsikan sebagai rigid body. Usulan Seed dan Idriss tersebut dinyatakan ke dalam persamaan berikut:
h maks a maks g
(1)
Seed dan Idriss (1971) menjelaskan bahwa tegangan geser maksimum dihitung dari tegangan geser riwayat waktu yang dikonversikan ke dalam jumlah ekivalen tegangan siklik. Pendapat Seed dan Idriss tersebut dinyatakan dalam persamaan berikut:
h a maks g
maks 0,65.C d .
(3)
Untuk memperoleh persamaan fungsi dari percepatan maksimum dan kerapatan relatif, diperlukan korelasi persaman pembantu yang diperoleh dari hasil uji geser sederhana dan uji triaksial. Korelasi persamaan tersebut dapat dilihat pada persamaan (4) berikut:
Dimana γ merupakan berat volume tanah (kN/m3), h merupakan kedalaman tanah yang 146
Seminar Nasional Geoteknik 2014 Yogyakarta, 10-11 Juni 2014
h v
0,5 d C r lap[ Rd ( 2) ] 3
Rd ( 2 ) . triaxRd ( 2) Rd (1)
(4)
Dimana 0,5d/3 merupakan perbandingan tanpa dimensi yang diperoleh dari Gambar 5, Cr merupakan faktor koreksi yang diperoleh dari grafik yang tertera pada Gambar 6. Persamaan 3 dan 4 dapat digunakan untuk memperoleh persamaan dengan variabel percepatan mksimum.
Gambar 5. Rasio tegangan pada tanah pasir (Seed dan Idriss, 1971)
Tabel 1. N siklik dan kekuatan gempa (Seed, 1982) Kekuatan Gempa N 5 5 6 8 7 10 7,5 20 8 30
2
METODE PENELITIAN
3.1. Bahan dan alat Bahan yang digunakan pada penelitian ini di antaranya adalah data sifat fisik tanah, ukuran gradasi butiran, dan peta kedalaman muka air tanah (MAT). Peta kedalaman muka air tanah yang digunakan adalah peta kedalaman muka air tanah Kabupaten Bantul (termasuk Imogiri) yang diusulkan oleh Karnawati dkk (2008). Peta tersebut menjelaskan bahwa kedalaman air tanah pada lokasi penelitian ini adalah < 5 m yang divalidasi dari pengamatan kedalaman muka air tanah di beberapa sumur warga yang terletak di sekitar lokasi penelitian, yaitu sedalam 1,5 m. Peralatan yang digunakan pada penelitian ini adalah program microsoft office (2007), alat tulis dan hitung, serta alat cetak. 3.2. Tahapan penelitian
Gambar 6. Variasi Cr untuk setiap kerapatan relatif (Das, 1993)
2.5. Hubungan N siklik dan kekuatan gempa Seed (1982) mengusulkan beberapa hubungan variasi N siklik dengan kekuatan gempa. Usulan Seed (1982) tersebut dapat dilihat pada Tabel 1.
Tahapan penelitian adalah sebagai berikut: a. Penentuan tegangan total dan MAT (muka air tanah) b. Penghitungan kedalaman kritis likuifaksi. Untuk MAT yang bernilai antara 0 s/d 3,5 m, kedalaman kritis likuifaksi adalah 6,1 m (Das 1993) c. Penentukan persamaan amaks/g d. Penentukan persen kerapatan relatif (Rd) dan faktor koreksi (Cr) e. Penggambaran grafik dari hasil analisis f. Pemeriksaan potensi likuifaksi berdasarkan gradasi butiran dan kerapatan relatif (Rd) serta percepatan gempa 3
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Hasil penelitian pendahuluan Hasil penelitian pendahuan (sifat fisis tanah) dapat dilihat pada Tabel 2. 147
Analisis Pendahuluan Potensi Likuifaksi di Kali Opak Imogiri Daerah Istimewa Yogyakarta
Tabel 2. Hasil penelitian pendahuluan (sifat fisis tanah) Parameter Nilai Satuan 1,750 Cu 0,892 Cc 23,000 % w 1,640 gr/cm3 γb 1,410 gr/cm3 γd 1,854 gr/cm3 γsat 2,700 Gs 1,677 gr/cm3 γdmaks 1,355 gr/cm3 γdmin 0,878 e 0,986 emaks 0,580 emin 68,000 % S 26,402 % RD
4.2. Distribusi butiran pasir Kali Opak Imogiri terhadap kerentanan likuifaksi Hubungan distribusi butiran pasir Kali Opak Imogiri terhadap kerentanan (kerawawanan) likuifaksi dapat dilihat pada Gambar 7
(a)
(b) Gambar 7. Distribusi butiran pasir Kali Opak Imogiri terhadap kerentanan likuifaksi (a) berdasarkan kriteria Tsuchida (1970), dan (b) berdasarkan kriteria Oka (1995)
Berdasarkan interpetasi sebaran butiran yang tertera pada kedua gambar di atas, dapat disimpulkan bahwa pasir Kali Opak Imogiri tergolong sebagai pasir yang paling berpotensi mengalami likuifaksi. Hasil dari interpetasi kedua grafik tersebut diharapkan sebagai panduan awal dalam menganalisis potensi likuifaksi secara mendalam, khususnya untuk lokasi Kali Opak Imogiri. 4.1. Hubungan percepatan maksimum gempa, gradasi butiran, dan kerapatan relatif (Rd) Hasil uji sifat fisik tanah yang telah diperoleh selanjutnya digunakan untuk analisis hubungan kerapatan relatif dengan percepatan maksimum gempa. Sebagai contoh analisis, diambil perhitungan menggunakan jumlah siklik sebesar 6. Hasil analisis untuk N sikilk 5 disajikan pada Gambar 8.
Gambar 8. Hubungan percepatan maksimum gempa terhadap kerapatan relatif (Rd)
Dari hasil analisis yang tertera pada Gambar 8, terlihat pada nilai kerapatan relatif (Rd) yang rendah pada suatu percepatan gempa akan memiliki potensi likuifaksi yang lebih tinggi dibandingkan dengan nilai kerapatan relatif (Rd) yang lebih tinggi. Hal ini berarti bahwa untuk menimbulkan likuifaksi pada nilai kerapatan relatif yang tinggi, akan dibutuhkan nilai percepatan maksimum gempa yang lebih besar. Hasil analisis hubungan percepatan maksimum gempa terhadap kerapatan relatif untuk variasi beban siklik lainnya dapat dilihat pada Gambar 9. 148
Seminar Nasional Geoteknik 2014 Yogyakarta, 10-11 Juni 2014
Gambar 9. Hubungan percepatan maksimum gempa terhadap kerapatan relatif (Rd) untuk variasi N siklik
Berdasarkan hasil analisis yang tertera pada Gambar 9 terlihat bahwa semakin besar beban siklik yang bekerja akan menyebakan zona yang berpotensi likuifaksi menjadi lebih besar bila dibandingkan dengan zona yang tidak terlikuifaksi. Pada suatu nilai kerapatan relatif, besar percepatan maksimum gempa minimum untuk menimbulkan likuifaksi akan semakin besar seiring dengan berkurangnya beban siklik. Grafik identifikasi awal potensi likuifaksi ini diharapkan dapat memberikan gambaran kasar mengenai potensi likuifaksi, sehingga dapat diperkirakan seberapa besar percepatan gempa minimal yang berpotensi menimbulkan likuifaksi pada suatu kerapatan relatif, khususnya untuk area tanah pasir Kali Opak Imogiri, Daerah Istimewa Yogyakarta. 4
KESIMPULAN
Beberapa kesimpulan yang dapat diperoleh dari penelitian ini di antaranya adalah sebagai berikut: 1. Pasir Kali Opak Imogiri, Daerah Istimewa Yogyakarta merupakan tanah yang memiliki gradasi seragam. 2. Berdasarkan hasil analisis awal menggunakan grafik Tsuchida (1970) dan Oka (1995), butiran pasir Kali Opak Imogiri, tergolong sebagai pasir yang paling berpotensi mengalami likuifaksi 3. Percepatan maksimum gempa yang dibutuhkan untuk menimbulkan likuifaksi akan semakin besar seiring dengan semakin besarnya kerapatan relatif (Rd)
4. Semakin besar beban siklik yang bekerja, maka potensi likuifaksi yang dihasilkan akan semakin besar 5. Percepatan maksimum gempa minimum yang dibutuhkan untuk menimbulkan likuifaksi pada suatu nilai kerapatan relatif tanah akan semakin besar, seiring dengan semakin kecilnya beban siklik yang bekerja. 6. Analisi potensi likuifaksi pendahuluan perlu dilakukan untuk mengetahui gambaran kasar mengenai kerentanan suatu area terhadap likuifaksi 5
UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan terima kasih disampaikan kepada Kepala Laboratorium Mekanika Tanah Jurusan Teknik Sipil dan Lingkungan Universitas Gadjah Mada, serta segala pihak yang telah membantu terlaksananya penelitian ini. 6
DAFTAR PUSTAKA
Das, B.M., 1993, “Principles of Soil Dynamics”. PWSKENT Publishing Company, Boston, USA. Day, R.W., 2002, Geotechnical Earthquake Engineering Handbook, Mc Graw-Hill, New York: USA. Foundations Division, ASCE, Vol. 95, No. SM5, pp. 1199-1218. Karnawati, D., Husein, S., Pramumijoyo, S., Ratdomopurbo, A., Watanabe, K., Anderson, R., 2008, Earthquake Microzonation and Hazard Maps on Bantul Area, Yogyakarta, Indonesia, The Yogyakarta Earthquake 2006, hal. 6-1- 616. Oka, F., 1995, “Soil Mechanics Lecture”, Morikita Publishing Company, Tokyo, Japan. Seed, H.B., and Idriss, I.M., 1971, Simplified Procedure for Evaluation Soil Liquifaction Potential, Journal of Soil Mechanics and Foundation, Division, ASCE, vol. 97, No.9, pp 1249-1273. Seed H.B., 1982, Ground Motions and Soil Liquefaction During Earthquakes, Earthquake Engineering Research Institute, Pasadena California: USA. Tohari., A., 2007, “Kajian Likuifaksi dan Sumber Daya Air”, Puslit Geoteknologi, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) Tsuchida, H., 1970, Prediction and Countermeasure against Liquefaction in Sand Deposits, Abstract of the Seminar of the Port and Harbour ResearchInstitute, Ministry of Transport, Yokosuka, Japan, pp.
149
