ISSN 0853-2982
Hakam, Darjanto.
Jurnal Teoretis dan Terapan Bidang Rekayasa Sipil
Penelusuran Potensi Likuifaksi Pantai Padang Berdasarkan Gradasi Butiran dan Tahanan Penetrasi Standar Abdul Hakam Jurusan Teknik Sipil, Universitas Andalas, Kampus Limau Manis, Padang. E-mail:
[email protected] Helmy Darjanto Jurusan Teknik Sipil, Universitas Narotama, Jl. Arif Rahman Hakim No 51, Surabaya E-mail:
[email protected]
Abstrak Gempa Padang 30 September 2009 telah mengakibatkan terjadinya likuifaksi pada beberapa lokasi di kota Padang. Daerah-daerah yang terlikuifaksi berada di sekitar aliran sungai atau dekat tepi pantai. Untuk mendapatkan gambaran mengenai gradasi butiran tanah terlikuifaksi, telah dilakukan analisis saringan terhadap sampel tanah terlikuifaksi. Berdasarkan hasil pengujian tersebut dan data pengeboran, dilakukan penelusuran kembali potensi likuifaksi untuk lapisan tanah disekitar Pantai Padang. Penyelidikan tanah dengan menggunakan mesin bor dan pengujian penetrasi standar hingga kedalaman tanah keras telah dilakukan pada lokasi tersebut. Selanjutnya gradasi butiran tanah pada kedalaman-kedalaman tertentu dianalisis dengan cara membandingkan kurva gradasi butiran tanah dengan kurva potensi likuifaksi. Hasil penelusuran potensi likuifaksi untuk daerah Pantai Padang menhasilkan bahwa gradasi butiran tanah dilokasi tersebut memiliki potensi likuifaksi. Hasil tersebut dikompilasikan dengan analisis potensi likuifaksi berdasarkan nilai pukulan penetrasi standar. Kedalaman tanah yang berpotensi terlikuifaksi untuk Pantai Padang berada pada lapisan dengan kedalaman kurang dari 10m. Kata-kata Kunci: Gempa, likuifaksi, gradasi butiran. Abstract Padang 30 September 2009 earthquake had caused liquefaction at several locations in the city of Padang. Generally, liquefied areas were around the rivers or near the beach. In order to get the gradation of the liquefied soil, sieve analysis was conducted on soil samples. Based on those test result and drilling data, the assessment of liquefaction potential for soil layer around the coast of Padang is done. Soil investigation using deep drilling and standard penetration test to the hard layer has been done on the site. Furthermore, the soil gradations at certain depths were analyzed by comparing the gradation curve of the liquefied soil. Liquefaction potential assessment based on the soil gradation shows that the Padang Beach area has the liquefaction potential. The results are then compiled with the analysis of the liquefaction potential based on the standard penetration test. The depth of the soil layer that potentially to liquefy in Padang Beach is on the depth of less than 10m. Keywords: Earthquake, liquefaction, soil gradation.
1. Pendahuluan Analisis potensi likuifaksi dapat dilakukan didasarkan pada parameter tanah dari laboratorium seperti kepadatan relatif, tekanan saat pengujian serta uji lapangan seperti penetrasi standar dan tahanan konus. Sejumlah studi untuk mengevaluasi potensi likuifaksi dalam deposit tanah telah dilakukan di masa lalu. Kebanyakan dari mereka melakukan studi potensi likuifaksi tanah dengan didasarkan pada hasil pengujian lapangan. Seed dan Idriss (1982) telah melakukan studi komprehensif tentang likuifaksi tanah berdasarkan sejumlah kejadian sebelumnya berdasarkan uji penetra-
si standar. Kemudian Shibata dan Teparaksa (1988) mengusulkan metode untuk evaluasi likuifaksi potensial berdasarkan uji sondir. Aplikasi metode analisis liskuifaksi dengan sondir telah diterapkan untuk menyelidiki potensi likuifaksi deposit tanah pasir berlumpur (Hakam dan Oscar, 2007). Peristiwa likuifaksi adalah perilaku tanah di bawah beban siklik yang terjadi hanya dalam beberapa saat. Akibat beban siklik yang singkat tersebut, massa tanah dalam waktu yang singkat mengalami transisi dari keadaan padat menjadi keadaan cair atau memiliki konsistensi utama seperti cairan. Peristiwa likuifaksi Vol. 20 No. 1 April 2013
33
Penelusuran Potensi Likuifaksi Pantai Padang...
saat gempa dapat ditandai dengan adanya pergerakan tanah dalam arah horizontal, rembesan air keluar dari rekahan tanah, bergeraknya bangunan miring atau turun, penurunan muka tanah, longsornya tanggul dan lereng. Pada bangunan yang berada pada daerah terlikuifaksi dapat berakibat terjadinya amblas, miring atau bergerak ke samping atau bahkan mengakibatkan keruntuhan bangunan tersebut . Dari sejumlah catatan kejadian yang telah lalu, diketahui bahwa peristiwa likuifaksi lebih berpotensi terjadi pada konsistensi tanah granular jenuh yang lepas dengan sifat drainase didalam tanah yang buruk. Deposit tanah yang berpotensi terlikuifaksi pada saat terjadinya gempa adalah pasir halus, pasir berlumpur dan pasir biasa. Apabila beban siklik terjadi seperti saat gempa bumi, pasir lepas cenderung mengalami penurunan volume, hal ini mengakibatkan terjadinya peningkatan tekanan air pori dan penurunan kekuatan geser efektif tanah. Pada saat itu pula tegangan total dalam elemen tanah meningkat. Untuk waktu yang singkat, peningkatan tegangan total dalam tanah tersebut diakibatkan meningkatnya tekanan air pori. Untuk lapisan berpasir yang sangat permeabel peningkatan tegangan sesaat ini langsung ditransfer menjadi tegangan efektif antara partikel. Namun untuk tanah berpasir yang semi-permeable, seperti pasir berlumpur dan pasir halus, waktu terjadinya peningkatan tekanan pori sangat pendek dibandingkan dengan waktu yang dibutuhkan untuk mentransfer tekanan itu kedalam bentuk tegangan effektif antar partikel tanah. Jika peningkatan tekanan pori lebih besar dibandingkan tegangan vertikal pada tanah, maka tanah akan berperilaku sebagai mana cairan.
2. Likufaksi Akibat Gempa Padang Pada saat terjadi gempa 30 September 2009 di kota Padang dan sekitarnya, telah terjadi peristiwa likuifaksi di beberapa titik di kota Padang. Kejadian likuifaksi tersebut dapat diamati dengan adanya rembesan air keluar dari rekahan tanah pada saat gempa. Selain itu terjadinya likuifaksi juga dapat ditandai dengan tenggelam dan miringnya beberapa bangunan serta pergerakan horizontal dalam skala yang besar. Sesaat setelah terjadi gempa, dilakukan observasi di penjuru kota Padang dan didapati bukti-bukti terjadinya likuifaksi berupa bekas-bekas semburan pasir di permukaan tanah (lihat Gambar 1). Lokasi-lokasi dengan semburan pasir tersebut selanjutnya diplotkan pada peta kota Padang seperti pada Gambar 2 (Hakam, 2010).
Dalam bentuk persamaan matematika, likuifaksi pada deposit tanah dapat dituliskan sebagai: Gambar 1. Semburan pasir dipermukaan tanah
' = - u - u < 0.0
(1)
Dimana dan ' masing-masing adalah tegangan vertikal dan efektif di dalam tanah, u adalah tekanan pori awal dalam elemen tanah dan Du adalah peningkatan tegangan pori akibat getaran. Berdasarkan sejumlah penelitian di masa lalu (Das, 1983) menyimpulkan bahwa potensi likuifaksi tanah tergantung pada beberapa faktor: a. Kepadatan relatif, Dr
Lokasi Semburan Pasir: 1. Ulak Karang – Tabing 2. Lapai – Siteba 3. Lolong – Padang Baru
1 2
3
Lokasi Penelitian
b. Tegangan awal tanah, i c. Rata-rata ukuran butir tanah, D50 d. Tingkat tegangan maksimum, d atau max e. Lamanya waktu getar, t
4
f. Rasio tingkat konsolidasi tanah, OCR g. Tekanan pori awal, ui
34
Jurnal Teknik Sipil
Gambar 2. Kejadian likuifaksi di Kota Padang
Hakam, Darjanto.
Daerah yang teridentifikasi adanya kejadian likuifaksi di kota Padang umumnya berada di dekat aliran sungai ataupun di tepi laut. Hal yang sangat tidak menguntungkan adalah bahwa daerah yang terlikuifaksi tersebut umumnya merupakan daerah terbangun yang relatif padat. Meskipun kerusakan yang diakibatkan oleh kejadian likuifaksi 30 September 2009 tersebut tidak terlalu fenomenal, akan tetapi hal ini harus mendapat cukup perhatian. Diharapkan nantinya pembangunan di daerah tersebut mendapat penanganan khusus untuk mengurangi kerugian akibat peristiwa likuifaksi.
3. Kurva Butiran Terlikuifaksi Untuk mendapatkan gambaran tentang distribusi butiran tanah yang terlikuifaksi pada saat gempa Padang, telah dilakukan pengambilan sampel tanah yang keluar dari permukaan tanah saat likuifaksi terjadi. Pengambilan sampel dilakukan keesokan hari setelah terjadi gempa dan dipastikan belum terjadi gangguan terhadap sampel tersebut akibat hujan ataupun tercampur dengan material lainnya.
0 10 mm
10
20
40
30
50
60
70
90
80
no. 4 4.75
1 mm
no. 10 2.0 no. 20 0.84 no. 40 0.42
Dari hasil tersebut dapat dilihat bahwa distribusi butiran tanah terlikuifaksi umumnya mengandung pasir halus lebih dari 60%. Kandungan tanah halus yang lolos saringan 200 adalah tidak lebih dari 20%. Sedangkan diameter butiran rata-rata D50 dari batas grafik tersebut berada pada kisaran 0.15mm sampai dengan 0.35mm. Penelitian yang dilakukan Aydan dan rekan (2008) telah menghasilkan grafik distribusi butiran tanah yang diambil dari sejumlah tanah terlikuifaksi akibat gempa Kocaeli di Turkey pada tahun 1999 (Gambar 4). Pada gambar tersebut Aydan dan rekan juga telah membuatkan grafik batasan dari gradasi butiran tanah yang sangat mudah dan berpotensi terlikuifaksi. Bila dibandingkan dengan hasil penelitian yang dilakukankan oleh Aydan dan rekan tersebut, maka batasan arsiran gradasi butiran tanah terlikuifaksi di Padang berada tepat di tengah-tengah dari sejumlah grafik yang ada. Keselarasan hasil penelitian ini menunjukkan bahwa gradasi butiran tanah dapat digunakan sebagai salah satu acuan untuk memperkirakan potensi likuifaksi pada suatu lokasi. Cara memprediksi potensi likuifaksi deposit tanah dengan menggunakan gradasi butiran tanah merupakan salah satu metoda prediksi yang paling sederhana dan mudah dilakukan. Dalam penelitian ini, batasan gradasi butiran tanah terlikuifaksi dari kota Padang dipergunakan sebagai salah satu kriteria dalam menentukan potensi likuifaksi pada lapisan tanah di daerah Pantai Padang.
100 80 0.1 mm
no. 200 0.075
no. 100 0.15
Sangat terlikuifaksi
60 40
Gambar 3. Distribusi butiran tanah terlikuifaksi
20 0.01 mm
No. Saringan : Ukuran (mm):
Berpotensi terlikuifaksi
% lolos saringan
Tanah Kepasiran Pasir Halus Sedang dan Kasar
P a s i r
Kerikil
100
% lolos saringan
Selanjutnya di laboratorium dilakukan analisis saringan terhadap sampel pasir tersebut. Hasilnya analisis distribusi sejumlah sampel tanah kemudian diplotkan bersamaan dalam satu grafik seperti pada Gambar 3. Pada gambar tersebut juga dibuatkan garis-garis batas kurva dengan arsiran di dalamnya untuk menunjukkan distribusi tanah yang terlikuifaksi.
0 0.001
0.01 0.1 1 ukuran butiran (mm)
10
Gambar 4. Kurva batasan butiran tanah terlikuifaksi dari Aydan dan rekan (2008) Vol. 20 No. 1 April 2013
35
Penelusuran Potensi Likuifaksi Pantai Padang...
4. Potensi likuifaksi Pantai Padang Untuk menganalisis potensi likuifaksi pantai Padang ini, telah dilakukan pengeboran tanah di sekitar Pantai Padang (Lihat kembali Gambar 2). Analisis potensi likuifaksi lapisan tanah di pantai Padang ini dilakukan dua cara. Cara pertama adalah dengan membandingkan gradasi butiran pada lapisan pada kedalaman tertentu dengan gradasi butiran tanah yang pernah terlikuifaksi akibat gempa Padang 2009. Cara kedua adalah dengan menghitung perbandingan tegangan lapisan tanah dan tahanannya (Seed dan Idriss, 1982). Selanjutnya kedua cara tersebut dikompilasikan untuk melihat tingkat potensi likuifaksi dari lapisan tanah dengan kedalaman yang berbeda.
penetrasi standar (N) dikalikan nilai koreksi yang diambil berdasarkan tekanan efektif akibat berat sendiri tanah (CN), menjadi
(2)
N1 = CN . N
Hasil perhitungan tersebut selanjutnya diplotkan dalam kurva evaluasi potensi likuifaksi untuk pasir seperti ditampilkan pada Gambar 6. Titik-titik merah dan kuning menunjukkan kedalaman lapisan tanah yang berpotensi terlikuifaksi dan titik-titik biru untuk yang tidak. Angka-angka didalam grafik menunjukkan kedalaman dari lapisan tanah yang dihitung. Dari hasil perhitungan tersebut dapat dilihat bahwa lapisan tanah pada kedalaman 4m, 8m, 10m dan 12m mempunyai potensi untuk terlikuifaksi.
4.1 Investigasi tanah
4.4 Potensi gabungan
Hasil pengujian ini ditampilkan dalam bentuk tabel jenis lapisan tanah (bor-log) dan nilai penetrasi standar (Nspt). Hasil pengeboran di lapangan (Gambar 4) menunjukkan bahwa terdapat lapisan tanah pasir pada kedalaman 4m hingga 9m dengan nilai pukulan standar yang bervariasi. Selanjutnya jenis tanah secara umum adalah pasir berlempung ataupun lempung berpasir dengan nilai pukulan standar sekitar 15. Pada kedalaman lebih dari 25m, jenis lapisan tanah yang dominan adalah pasir berkerikil dengan nilai Nspt lebih dari 60.
Hasil pendugaan potensi likuifaksi berdasarkan gradasi butiran dan tahanan penetrasi tanah, selanjutnya digabungkan dalam satu gambar. Bentuk penggabungan dari kedua cara pendugaan tersebut ditampilkan dalam seperti ditampilkan pada Gambar 7. Tingkatan potensi likuifaksi berdasarkan gradasi butiran tanah ditentukan berdasarkan ketetapan berikut (perhatikan kembali Gambar 4 dan 5):
N spt
4.2 Grafik gradasi butiran
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
4.3 Rasio tegangan Selanjutnya dilakukan juga perhitungan untuk memperkirakan potensi likuifaksi dengan berdasarkan pada uji penetrasi standar, Nspt (Seed & Idriss, 1982). Dalam perhitungan ini, diambil gempa dengan magnitude 7.6 dan percepatan maksimum permukaan tanah, amax = 0,3g (BMKG/USGS, 2009). Selanjutnya nilai-nilai tegangan yang terjadi dihitung untuk mendapatkan nilai rasio tegangan siklis (cyclic stress ratio, CSR). Nilai
36
Jurnal Teknik Sipil
15 30 45 60
Jenis Tanah
0
kedalaman (m)
Dalam penelitian ini, dilakukan analisis saringan terhadap sampel tanah hasil pengeboran. Untuk menduga potensi likuifaksi terhadap deposit tanah di pantai Padang, selanjutnya hasil analisis saringan tersebut diplotkan ke dalam grafik batasan tanah terlikuifaksi seperti ditunjukkan pada Gambar 5. Legenda pada Gambar 5 menunjukkan kedalaman dari sampel tanah. Berdasarkan sebaran ukuran butiran tanah, dapat dilihat bahwa grafik untuk lapisan tanah pada kedalaman 4m, 6m dan 8m berada di dalam batasan kurva tanah terlikuifaksi. Sedangkan untuk kedalaman 10m hampir setengah kurva berada di dalam batasan. Untuk itu dapat diambil kesimpulan sementara bahwa lapisan tanah pada kedalaman 4, 6 dan 8m sangat perpotensi terlikuifaksi, untuk kedalaman 10m mungkin dapat terlikuifaksi dan untuk kedalaman lainnya tidak berpotensi.
0
Boring Log
22 24 26 28 30
Timbunan
:::::::::: : : : : : : : : : : Pasir : : : : : : : : : : (S) :::::::::: : : vv : : vv : : vv : : vv : : vv : : vv Pasir : : vv : : vv berlempung : : vv : : vv (SC) : : vv : : vv atau : : vv : : vv : : vv : : vv Lempung : : vv : : vv berpasir : : vv : : vv : : vv : : vv : : vv : : vv : : vv : : vv : : : o0o : : : o0o : :: o0o Pasir : : : o0o : : : berkerikil o0o : :: o0o (SG)
Gambar 4. Hasil uji penerasi standar dan bor log
Hakam, Darjanto.
1 mm 0.1 mm
Dengan menggabungkan kedua cara tersebut maka dapat ditarik kesimpulan terhadap tingkat potensi likuifaksi dari lapisan tanah. Huruf-huruf pada gambar tersebut menunjukkan tingkatan potensi likuifaksi berdasarkan dua cara pendugaan, yaitu: SP
:
sangat berpotensi
P
:
berpotensi
K
:
kurang berpotensi
T
:
Tidak berpotensi
Dari hasil gabungan analisis terhadap lokasi Pantai Padang, maka dapat dilihat bahwa lapisan tanah pada kedalaman 4m dan 8m sangat potensi terlikuifaksi. Untuk lapisan tanah pada kedalam 10m berpotensi, sedangkan lapisan tanah 6m dan 12m kurang berpotensi. Tinggi Gradasi
10
0 10 mm
20
30m
30
40
6m 8m
10m 26m
50
4m
60
70
90
80
no. 4 4.75 no. 10 2.0 no. 20 0.84 no. 40 0.42 no. 200 no. 100 0.075 0.15
No. Saringan : Ukuran (mm):
Tanah Kepasiran Pasir Halus Sedang dan Kasar
Kerikil
100
% lolos saringan
Sedang
SP
[6]
[ 4, 8 ]
T
P [ 10 ]
Tidak 0.01 mm
K
Potensi Likuifaksi
Gambar 5. Distribusi ukuran butiran tanah pada lokasi pengujian untuk kedalaman tertentu
T
K
[ lainnya ]
[ 12 ]
Tidak
Ya Penetrasi
Gambar 7. Potensi likuifaksi ganda 0.5
5. Kesimpulan
rasio tegangan siklis CSR
M=7.6 0.4
1. Dua cara pendugaan berdasarkan gradasi butiran lapisan tanah dan rasio tegangan-tahanan siklis, maka deposit tanah di Pantai Padang menunjukkan bahwa potensi untuk terlikuifaksi akibat gempa bumi besar. Potensi telikuifaksi tanah umumnya berada pada lapisan tanah pasir di kedalaman 4m hingga 12m. Potensi likuifaksi yang sangat besar terdapat pada lapisan tanah dengan kedalamam 4m dan 8m.
0.3 0.2
4 8
1 1
0.1 0.0 0
10
20
30
N1
40
50
60
70
Gambar 6. Rasio tegangan - tahanan penetrasi Tabel 1. Potensi likuifaksi berdasarkan gradasi
Potensi Tinggi Sedang
Tidak (Rendah)
Kriteria Kurva gradasi berada dalam merah ( > 80 %) Kurva gradasi memotong garis merah dan masih berada dalam san garis biru Kurva gradasi memotong garis biru
garis batas bata-
2. Metoda pendugaan potensi likuifaksi denganmenggunakan perbandingan kurva gradasi butiran, merupakan metoda yang sederhana tetapi memberikan hasil yang cukup akurat karena tidak menggunakan pendekatan-pendekatan.Pendugaan potensi likuifaksi dengan menggunakan kedua cara seperti yang dijelaskan dalam tulisan ini, memberikan hasil yang lebih meyakinkan dibandingkan dengan menggunakan satu metoda saja.
batas
Vol. 20 No. 1 April 2013
37
Penelusuran Potensi Likuifaksi Pantai Padang...
Daftar Pustaka Aydan, O., Ulusay, R. dan Atak, VO., 2008, Evaluation of Ground Deformations Induced by The 1999 Kocaeli Earthquake (Turkey) at Selected Sites on Shorelines, Environ Geol 54:165–182 BMKG/USGS, 2009, September 30 2009 Strong Ground Motion Record from Padang, Recorded by BMKG (http://www.bmg.go.id/depan.bmkg) and processed by the USGS. Das, BM., 1983, Fundamental of Soil Dynamics, New York: Elsevier Pub. Hakam, A., 2010, Padang Liquefaction Potential, Yogyakarta: Proceeding PIT – HATTI. Hakam A and Oscar F Nur, 2007, Liquefaction Analysis of Silty Sand Deposit Due to West Sumatra Earthquake on 6th March 2007, Padang: Proceeding of International Symposium on Disaster in Indonesia. Seed, H. Bolton dan Idriss I.M., 1982, Ground Motion and Soil Liquefaction During Earthquake, Berkeley: Earthquake Engineering Research Institute. Shibata, T. and Teparaksa, W., 1988, Evaluation of Liquefaction Potential of Soils Using Cone Penetration Tests, Soils and Foundations, Vol. 28., N0. 2: 49-60
38
Jurnal Teknik Sipil
