3

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Bendungan

Menurut Tančev (2005) bendungan atau dam adalah konstruksi yang dibangun untuk menahan

laju air menjadi waduk, danau, atau tempat rekreasi. Seringkali bendungan juga digunakan untuk

mengalirkan air ke sebuah Pembangkit Listrik Tenaga Air. Beberapa dam juga memiliki bagian yang

disebut pintu air untuk membuang air yang tidak diinginkan secara bertahap atau berkelanjutan.

Bendungan (dam) dan bendung (weir) sebenarnya merupakan struktur yang berbeda. Bendung

(weir) adalah struktur bendungan berkepala rendah (lowhead dam), yang berfungsi untuk menaikkan

muka air, biasanya terdapat di sungai. Air sungai yang permukaannya dinaikkan akan melimpas

melalui puncak/mercu bendung (overflow) dapat digunakan sebagai pengukur kecepatan aliran air di

saluran/sungai. Di negara dengan sungai yang cukup besar dan deras alirannya, serangkaian bendung

dapat dioperasikan membentuk suatu sistem transportasi air.

Bendungan (dam) dapat diklasifikasikan menurut struktur, tujuan atau ketinggian. Berdasarkan

struktur dan bahan yang digunakan, bendungan dapat diklasifikasikan sebagai dam kayu, dam tanah

(embankment dam) atau dam batu/semen (masonry dam), dengan berbagai subtipenya. Tujuan

dibuatnya termasuk menyediakan air untuk irigasi atau penyediaan air di perkotaan, meningkatkan

navigasi, menghasilkan tenaga hidroelektrik, menciptakan tempat rekreasi atau habitat untuk ikan dan

hewan lainnya, pencegahan banjir dan menahan pembuangan dari tempat industri seperti

pertambangan atau pabrik.

2.1.1 Komponen bendungan

Komponen bendungan terdiri dari (Tančev ,2005) :

1. Badan bendungan (body of dams)

Badan bendungan adalah tubuh bendungan yang berfungsi sebagai penghalang air. Bendungan

umumnya memiliki tujuan untuk menahan air, sedangkan struktur lain seperti pintu air atau tanggul

digunakan untuk mengelola atau mencegah aliran air ke dalam daerah tanah yang spesifik. Kekuatan

air memberikan listrik yang disimpan dalam pompa air dan ini dimanfaatkan untuk menyediakan listrik

bagi jutaan konsumen.

2. Pondasi (foundation)

Pondasi adalah bagian dari bendungan yang berfungsi untuk menjaga kokohnya bendungan.

3. Pintu air (gates)

Pintu air digunakan untuk mengatur, membuka dan menutup aliran air di saluran baik yang

terbuka maupun tertutup. Bagian yang penting dari pintu air adalah :

a. Daun pintu (gate leaf), adalah bagian dari pintu air yang menahan tekanan air dan dapat

digerakkan untuk membuka , mengatur dan menutup aliran air.

b. Rangka pengatur arah gerakan (guide frame), adalah alur dari baja atau besi yang dipasang

masuk ke dalam beton yang digunakan untuk menjaga agar gerakan dari daun pintu sesuai

dengan yang direncanakan.

4

c. Angker (anchorage), adalah baja atau besi yang ditanam di dalam beton dan digunakan untuk

menahan rangka pengatur arah gerakan agar dapat memindahkan muatan dari pintu air ke

dalam konstruksi beton.

d. Hoist, adalah alat untuk menggerakkan daun pintu air agar dapat dibuka dan ditutup dengan

mudah.

4. Bangunan pelimpah (spill way)

Bangunan Pelimpah (spill way) adalah bangunan beserta instalasinya untuk mengalirkan air

banjir yang masuk ke dalam waduk agar tidak membahayakan keamanan bendungan. Bagian-bagian

penting dari bangunan pelimpah :

a. Saluran pengarah dan pengatur aliran (control structures), digunakan untuk mengarahkan dan

mengatur aliran air agar kecepatan alirannya kecil tetapi debit airnya besar.

b. Saluran pengangkut debit air (saluran peluncur, chute, discharge carrier, flood way),

makin tinggi bendungan, makin besar perbedaan antara permukaan air tertinggi di dalam

waduk dengan permukaan air sungai di sebelah hilir bendungan. Apabila kemiringan saluran

pengangkut debit air dibuat kecil, maka ukurannya akan sangat panjang dan berakibat

bangunan menjadi mahal. Oleh karena itu, kemiringannya terpaksa dibuat besar, dengan

sendirinya disesuaikan dengan keadaan topografi setempat.

c. Bangunan peredam energy (energy dissipator), digunakan untuk menghilangkan atau setidak-

tidaknya mengurangi energi air agar tidak merusak tebing, jembatan, jalan, bangunan dan

instalasi lain di sebelah hilir bangunan pelimpah.

5. Kanal (canal)

Kanal (canal) digunakan untuk menampung limpahan air ketika curah hujan tinggi.

6. Reservoir

Reservoir digunakan untuk menampung/menerima limpahan air dari bendungan.

7. Stilling basin

Stilling basin memiliki fungsi yang sama dengan energy dissipater.

8. Katup (kelep, valves)

Katup (kelep, valves) fungsinya sama dengan pintu air biasa, hanya dapat menahan tekanan yang

lebih tinggi (pipa air, pipa pesat dan terowongan tekan). Merupakan alat untuk membuka, mengatur

dan menutup aliran air dengan cara memutar, menggerakkan kea rah melintang atau memenjang di

dalam saluran airnya.

9. Drainage gallery

Drainage gallery digunakan sebagai alat pembangkit listrik pada bendungan.

2.1.2 Fungsi Bendungan

Fungsi bendungan adalah sebagai berikut (Tančev,2005):

1. Pembangkit listrik tenaga air. Banyak negara memiliki sungai dengan aliran air yang memadai,

yang dapat dibendung dan dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik.

2. Untuk Menstabilkan aliran air/irigasi: Bendungan sering digunakan untuk mengontrol dan

menstabilkan aliran air, untuk pertanian tujuan dan irigasi. Mereka dapat membantu menstabilkan

atau mengembalikan tingkat air danau dan laut pedalaman. Mereka menyimpan air untuk minum

dan kebutuhan manusia secara langsung.

5

3. Untuk Pencegahan banjir: Bendungan diciptakan untuk pengendalian banjir.

4. Untuk Reklamasi: Bendungan (sering disebut tanggul-tanggul atau tanggul) digunakan untuk

mencegah masuknya air ke suatu daerah yang seharusnya dapat tenggelam, sehingga para

reklamasi untuk digunakan oleh manusia.

5. Untuk Air pengalihan: Bendungan yang digunakan untuk tujuan hiburan.

2.2 Analisis Kestabilan Bendungan Tipe Urugan (Embankment)

Menurut Pangular (1985) analisis kestabilan bendungan tipe urugan memiliki cara yang sama

dengan analisis kestabilan lereng. Analisis kestabilan lereng banyak dikenal, tetapi secara garis besar

dapat dibagi menjadi tiga kelompok yaitu: cara pengamatan visual, komputasi dan grafik.

Analisis kestabilan lereng dengan cara pengamatan visual adalah cara dengan mengamati

langsung di lapangan dengan membandingkan kondisi lereng yang bergerak atau diperkirakan

bergerak dan yang tidak, cara ini memperkirakan lereng labil maupun stabil dengan memanfaatkan

pengalaman dilapangan. Akan tetapi cara ini dinilai kurang teliti, karena tergantung dari pengalaman

seseorang. Cara ini dipakai bila tidak ada resiko longsor terjadi saat pengamatan dan dilakukan dengan

memetakan indikasi gerakan tanah dalam suatu peta lereng.

Cara komputasi dilakukan dengan melakukan hitungan berdasarkan rumus (Fellenius, Bishop,

Janbu, Sarma, Bishop modified dan lain-lain). Cara Fellenius dan Bishop menghitung faktor keamanan

lereng dan dianalisis kekuatannya. Menurut Bowles (1989), pada dasarnya kunci utama gerakan tanah

adalah kuat geser tanah yang dapat terjadi: (a) tak terdrainase, (b) efektif untuk beberapa kasus

pembebanan, (c) meningkat sejalan peningkatan konsolidasi (sejalan dengan waktu) atau dengan

kedalaman, (d) berkurang dengan meningkatnya kejenuhan air (sejalan dengan waktu) atau

terbentuknya tekanan pori yang berlebih atau terjadi peningkatan air tanah. Dalam menghitung besar

faktor keamanan lereng dalam analisis lereng tanah melalui metoda sayatan, hanya longsoran yang

mempunyai bidang gelincir saya yang dapat dihitung.

Cara grafik dilakukan menggunakan grafik yang sudah standar (Taylor, Hoek & Bray, Janbu,

Cousins dan Morganstren). Cara ini dilakukan untuk material homogen dengan struktur sederhana.

Material yang heterogen (terdiri atas berbagai lapisan) dapat didekati dengan penggunaan rumus (cara

komputasi). Stereonet, misalnya diagram jaring Schmidt (Schmidt Net Diagram) dapat menjelaskan

arah longsoran atau runtuhan batuan dengan cara mengukur strike/dip kekar-kekar (joints) dan

strike/dip lapisan batuan.

Menurut Sowers (1975), tipe longsoran terbagi kedalam 3 bagian berdasarkan kepada posisi

bidang gelincirnya, yaitu longsoran kaki lereng (toe failure), longsoran muka lereng (face failure), dan

longsoran dasar lereng (base failure). Longsoran kaki lereng umumnya terjadi pada lereng yang relatif

agak curam (>450) dan tanah penyusunnya relatif mempunyai nilai sudut geser dalam yang besar

(>300). Longsoran muka lereng biasa terjadi pada lereng yang mempunyai lapisan keras (hard layer),

dimana ketinggian lapisan keras ini melebihi ketinggian kaki lerengnya, sehingga lapisan lunak yang

berada di atas lapisan keras berbahaya untuk longsor. Longsoran dasar lereng biasa terjadi pada lereng

yang tersusun oleh tanah lempung, atau bisa juga terjadi pada lereng yang tersusun oleh beberapa

lapisan lunak (soft seams).

6

2.2.1 Metode Fellenius

Ada beberapa metode komputasi untuk menganalisis kestabilan lereng, yang paling umum

digunakan ialah metode irisan yang dicetuskan oleh Fellenius (1939) dalam Baker (1978). Metode ini

banyak digunakan untuk menganalisis kestabilan lereng yang tersusun oleh tanah, dan bidang

gelincirnya berbentuk busur (arc-failure).

Perhitungan stabilitas lereng dengan metode Fellenius dilakukan dengan membagi massa

longsoran menjadi segmen-segmen seperti contoh pada Gambar 1. Dimana Wi adalah berat segmen

tanah (kN/m),li adalah panjang busur lingkaran pada segmen yang dihitung (m), xi adalah jarak

horisontal dari pusat gelincir ke titik segmen (m), dan R adalah jari-jari lingkaran keruntuhan.

Gambar 1. Analisis kestabilan lereng menggunakan metode Fellenius

Untuk tanah kohesif (Ø=0), maka :

(1)

Dimana:

Cu = kuat geser tanah tak terdrainase

Ɵ = sudut antara bidang horizontal dengan garis kerja kohesi

L = panjang total busur gelincir

(2)

ω = sudut busur lingkaran gelincir

Untuk tanah c- Ø, maka:

(3)

Dimana :

C = kuat geser tanah

W = berat segmen tanah

7

Metode Fellenius dapat digunakan pada lereng-lereng dengan kondisi isotropis, non isotropis dan

berlapis-lapis. Massa tanah yang bergerak diandaikan terdiri atas beberapa elemen vertikal. Lebar

elemen dapat dambil tidak sama dan sedemikian sehingga lengkung busur di dasar elemen dapat

dianggap garis lurus.

Berat total tanah/ batuan pada suatu elemen (W) termasuk beban luar yang bekerja pada

permukaan lereng (Gambar 2a dan 2b) Wt, diuraikan dalam komponen tegak lurus dan tangensial pada

dasar elemen sehingga pengaruh gaya T dan E yang disamping elemen dapat diabaikan. Faktor

keamanan adalah perbandingan momen penahan longsor dan penyebab longsor. Pada gambar momen

tahanan geser pada bidang longsor adalah :

Mpenahan = R . r

(4)

Dimana :

R = gaya geser

r = jari-jari bidang longsor

Tahanan geser pada dasar tiap elemen adalah :

R = S . b = b (c’ + σ tan Φ’) (5)

Dimana :

b = lebar irisan

𝜎 = 𝑊𝑡 .cos 𝛼

𝑏 (6)

Momen penahan yang ada sebesar :

Mpenahan = r (c’b + Wt cos α tan Φ’)

(7)

Komponen tangensial Wt, yang bekerja sebagai penyebab longsoran yang menimbulkan momen

penyebab sebesar:

Mpenyebab = (Wt sin α) . r

(8)

Faktor keamanan dari lereng menjadi :

(9)

8

Jika lereng terendam air atau jika muka air tanah diatas kaki lereng, maka tekanan air pori akan

bekerja pada dasar elemen yang ada di bawah air tesebut. Dalam hal ini tahanan geser harus

diperhitungkan yang efektif sedangkan gaya penyebabnya tetap diperhitungkan secara total, sehingga

rumus menjadi:

(10)

Dimana :

u = tegangan air pori di dasar bidang longsoran.

Persamaan di atas dapat dijelaskan dalam Gambar 2 :

(a) (b)

Gambar 2. (a) Model irisan pada lereng. (b) Penguraian gaya – gaya dalam metode Fellenius.

2.2.2 Metode Bishop

Metode ini pada dasarnya sama dengan metode Swedia, tetapi dengan memperhitungkan gaya-

gaya antar irisan yang ada. Metode Bishop mengasumsikan bidang longsor berbentuk busur lingkaran.

Pertama yang harus diketahui adalah geometri dari lereng dan juga titik pusat busur lingkaran bidang

luncur, serta letak rekahan. Untuk menentukan titik pusat busur lingkaran bidang luncur dan letak

rekahan pada longsoran busur dipergunakan grafik.

Metode Bishop yang disederhanakan merupakan metode yang sangat popular dalam analisis

kestabilan lereng dikarenakan perhitungannya yang sederhana, cepat dan memberikan hasil

perhitungan faktor keamanan yang cukup teliti. Kesalahan metode ini apabila dibandingkan dengan

metode lainnya yang memenuhi semua kondisi kesetimbangan seperti metode Spencer atau metode

kesetimbangan batas umum, jarang lebih besar dari 5 %. Metode ini sangat cocok digunakan untuk

pencarian secara otomatis bidang runtuh kritis yang berbentuk busur lingkaran untuk mencari faktor

keamanan minimum.

Metode Bishop sendiri memperhitungkan komponen gaya gaya (horisontal dan vertikal) dengan

memperhatikan keseimbangan momen dari masing masing potongan, seperti pada Gambar 3 metode

ini dapat digunakan untuk menganalisa tegangan efektif.

9

Gambar 3. Analisis stabilitas lereng menggunakan metode Bishop.

Faktor keamanan dari Metode Bishop :

Dimana:

W = berat segmen tanah

cb = kohesi tanah

Ɵ = sudut antara bidang horisontal dengan garis kerja kohesi

Φ = sudut gesek dalam

β = kemiringan lereng

Cara analisa Bishop (1955) dalam dalam Baker (1978) menggunakan cara elemen dimana gaya

yang bekerja pada tiap elemen ditunjukan pada gambar seperti pada Gambar 4. Persyaratan

keseimbangan diterapkan pada elemen yang membentuk lereng tersebut. Faktor keamanan terhadap

longsoran didefinisikan sebagai perbandingan kekuatan geser maksimum yang dimiliki tanah di bidang

longsor (Stersedia) dengan tahanan geser yang diperlukan untuk keseimbangan (Sperlu).

Gambar 4. Penguraian gaya – gaya dalam metode Bishop.

(11)

10

Dimana :

W = berat tanah dan beban di atasnya yang lain bila ada

N = N’ + ul

N = Gaya normal total

N’ = Gaya normal efektif

ul = Gaya akibat tekanan air pori

u = Tekanan air pori yang bekerja di dasar potongan sebesar W

FK =

1

𝑚 .𝑎 (𝑐 ′ 𝑏 + 𝑊 – 𝜇𝑏 tan Ɵ′)

𝑊 sin 𝛼

(12)

FK = 𝑆𝑝𝑒𝑟𝑙𝑢

𝐵 . 𝑆𝑡𝑒𝑟𝑠𝑒𝑑𝑖𝑎

(13)

Bila kekuatan geser tanah adalah :

Stersedia = c’ + (σ – π) tan Ɵ’

= c’ + σ tan Ɵ’

(14)

maka tahanan geser yang diperlukan untuk keseimbangan adalah :

Sperlu = 1

𝐹𝐾 c’ + (σ – π) tan Ɵ’

(15)

Harga m.a dapat ditentukan dari Gambar 5 . Cara penyelesaiannya merupakan coba ulang (trial and

errors) harga faktor keamanan FK di ruas kiri persamaan faktor keamanan di atas, dengan

menggunakan Gambar 5 untuk mempercepat perhitungan.

Gambar 5. Harga m.a untuk persamaan Bishop.

Faktor keamanan menurut cara ini menjadi tidak sesuai dengan kenyataan, terlalu besar, bila sudut

negatif (-) di lereng paling bawah mendekati 300 . Kondisi ini bisa timbul bila lingkaran longsor sangat

11

dalam atau pusat rotasi yang diandalkan berada dekat puncak lereng. Faktor keamanan yang didapat

dari cara Bishop ini lebih besar dari yang didapat dengan cara Fellenius.

2.2.3 Metode Janbu

- Metode ini digunakan untuk menganalisis lereng yang bidang longsornya tidak berbentuk busur

lingkaran.

- Bidang longsor pada analisis metode janbu ditentukan berdasarkan zona lemah yang terdapat pada

massa batuan atau tanah.

- Cara lain yaitu dengan mengasumsikan suatu faktor keamanan tertentu yang tidak terlalu rendah.

Kemudian melakukan perhitungan beberapa kali untuk mendapatkan bidang longsor yang

memiliki faktor keamanan terendah.

Metode Janbu, untuk tanah berbutir kasar :

Qp = Ap (c . Nc’ + q’ . Nq’)

(16)

Dimana :

c = kohesi tanah (kN/m2)

Nc’, Nq’ = faktor daya dukung ujung tiang berdasarkan tabel Janbu

untuk memudahkan mencari Nc’ dan Nq’ dapat menggunakan grafik pada Gambar 6. Janbu (1945)

dalam Baker (1978) mengembangkan suatu cara analisa kemantapan lereng yang dapat diterapkan

untuk semua bentuk bidang longsor (Gambar 7 dan 8)

Gambar 6. Faktor daya dukung izin dengan sudut geser dalam.

12

Gambar 7. Analisa kemantapan lereng Janbu.

Gambar 8. Sistem gaya pada suatu elemen menurut cara Janbu.

Keadaan keseimbangan untuk setiap elemen dan seluruh massa yang longsor mengikuti persamaan di

bawah ini:

Ʃ S sin α + N cos α = Ʃ ∆ W, dimana Ʃ ∆ T = 0

(17)

Ʃ ( -S cos α + N sin α ) = -Q dimana Ʃ ∆ E + Q = 0

(18)

Kriteria kemantapan lereng menggunakan rumus yang terakhir. Berdasarkan kriteria keruntuhan

Coloumb, faktor keamanan dapat dikutip dengan rumus :

(19)

Dimana :

α = cos 2 α ( 1 + tan α tan Ɵ/F )

13

Dari kondisi momen keseimbangan diperoleh :

T = -tan α E

EX = 𝐸 𝑛~

Keadaan keseimbangan setiap potongan menghasilkan :

Tx = -tan αt (𝐵 −𝐴

𝐹)𝑛

0

Cara perhitungan :

Pada rumus yang dipakai terdapat besaran t yang tidak diketahui apabila kondisi tegangan tidak

diketahui. Meskipun demikian dengan membuat asumsi kedudukan gaya yang bekerja, harga yang

cukup teliti dari Tx dapat diperoleh dari rumus. Harga To dan Fo dihitung untuk kondisi t = 0 , dari

harga To dapat diperoleh d To/dx dan apabila disubtitusi ke rumus akan diperoleh harga TI dan FI dan

harga seterusnya.

2.3 Gempa Bumi

Menurut Chopra (1995) Gempa bumi adalah suatu peristiwa alam dimana terjadi getaran pada

permukaan bumi akibat adanya pelepasan energi secara tiba-tiba dari pusat gempa. Energi yang

dilepaskan tersebut merambat melalui tanah dalam bentuk gelombang getaran. Gelombang getaran

yang sampai ke permukaan bumi disebut gempa bumi.

2.3.1 Penyebab Terjadinya Gempa

Banyak teori yang telah dikemukan mengenai penyebab terjadinya gempa bumi. Sebab-sebab

terjadinya gempa adalah sebagai berikut (Chopra ,1995):

1. Runtuhnya gua-gua besar yang berada di bawah permukaan tanah. Namun, kenyataannya

keruntuhan yang menyebabkan terjadinya gempa bumi tidak pernah terjadi.

2. Tabrakan meteor pada permukaan bumi. Bumi merupakan salah satu planet yang ada dalam

susunan tata surya. Dalam tata surya kita terdapat ribuan meteor atau batuan yang bertebaran

mengelilingi orbit bumi. Sewaktu-waktu meteor tersebut jatuh ke atmosfir bumi dan kadang-

kadang sampai ke permukaan bumi. Meteor yang jatuh ini akan menimbulkan getaran bumi

jika massa meteor cukup besar. Getaran ini disebut gempa jatuhan, namun gempa ini jarang

sekali terjadi. Kejadian ini sangat jarang terjadi dan pengaruhnya juga tidak terlalu besar.

3. Letusan gunung berapi. Gempa bumi ini terjadi akibat adanya aktivitas magma, yang biasa

terjadi sebelum gunung api meletus. Gempa bumi jenis ini disebut gempa vulkanik dan jarang

terjadi bila dibandingkan dengan gempa tektonik. Ketika gunung berapi meletus maka getaran

dan goncangan letusannya bisa terasa sampai dengan sejauh 20 mil. Sejarah mencatat, di

Indonesia pernah terjadi letusan gunung berapi yang sangat dahsyat pada tahun 1883 yaitu

meletusnya Gunung Krakatau yang berada di Jawa barat. Letusan ini menyebabkan

goncangan dan bunyi yang terdengar sampai sejauh 5000 Km. Letusan tersebut juga

14

menyebabkan adanya gelombang pasang “Tsunami” setinggi 36 meter dilautan dan letusan ini

memakan korban jiwa sekitar 36.000 orang. Gempa ini merupakan gempa mikro sampai

menengah, gempa ini umumnya berkekuatan kurang dari 4 skala Richter.

4. Kegiatan tektonik. Semua gempa bumi yang memiliki efek yang cukup besar berasal dari

kegiatan tektonik. Gaya-gaya tektonik biasa disebabkan oleh proses pembentukan gunung,

pembentukan patahan, gerakan-gerakan patahan lempeng bumi, dan tarikan atau tekanan

bagian-bagian benua yang besar. Gempa ini merupakan gempa yang umumnya berkekuatan

lebih dari 5 skala Richter.

Dari berbagai teori yang telah dikemukakan, maka teori lempeng tektonik inilah yang dianggap

paling tepat. Teori ini menyatakan bahwa bumi diselimuti oleh beberapa lempeng kaku keras (lapisan

litosfer) yang berada di atas lapisan yang lebih lunak dari litosfer dan lempemg-lempeng tersebut terus

bergerak dengan kecepatan 8 km per tahun sampai 12 km per tahun. Pergerakan lempengan-

lempengan tektonik ini menyebabkan terjadinya penimbunan energi secara perlahan-lahan. Gempa

tektonik kemudian terjadi karena adanya pelepasan energi yang telah lama tertimbun tersebut.

Daerah yang paling rawan gempa umumnya berada pada pertemuan lempeng-lempeng tersebut.

Pertemuan dua buah lempeng tektonik akan menyebabkan pergeseran relatif pada batas lempeng

tersebut, yaitu:

1. Subduction, yaitu peristiwa dimana salah satu lempeng mengalah dan dipaksa turun ke

bawah. Peristiwa inilah yang paling banyak menyebabkan gempa bumi.

2. Extrusion, yaitu penarikan satu lempeng terhadap lempeng yang lain.

3. Transcursion, yaitu terjadi gerakan vertikal satu lempeng terhadap yang lainnya.

4. Accretion, yaitu tabrakan lambat yang terjadi antara lempeng lautan dan lempeng benua.

2.3.2 Parameter Dasar Gempa Bumi

Beberapa parameter dasar gempa bumi (Chopra,1995), yaitu:

1. Hypocenter, yaitu tempat terjadinya gempa atau pergeseran tanah di dalam bumi.

2. Epicenter, yaitu titik yang diproyeksikan tepat berada di atas hypocenter pada permukaan

bumi.

3. Bedrock, yaitu tanah keras tempat mulai bekerjanya gaya gempa.

4. Ground acceleration, yaitu percepatan pada permukaan bumi akibat gempa bumi.

5. Amplification factor, yaitu faktor pembesaran percepatan gempa yang terjadi pada permukaan

tanah akibat jenis tanah tertentu.

Skala gempa, yaitu suatu ukuran kekuatan gempa yang dapat diukur dengan secara kuantitatif

dan kualitatif. Pengukuran kekuatan gempa secara kuantitatif dilakukan pengukuran dengan skala

Richter yang umumnya dikenal sebagai pengukuran magnitudo gempa bumi. Magnitudo gempa bumi

adalah ukuran mutlak yang dikeluarkan oleh pusat gempa. Pendapat ini pertama kali dikemukakan

oleh Richter dengan besar antara 0 sampai 9. Selama ini gempa terbesar tercatat sebesar 8,9 skala

Richter terjadi di Columbia tahun 1906. Pengukuran kekuatan gempa secara kualitatif yaitu dengan

15

melihat besarnya kerusakan yang diakibatkan oleh gempa. Kerusakan tersebut dapat dikatakan sebagai

intensitas gempa bumi.

2.3.3 Jenis – jenis gelombang gempa

Gelombang gempa (seismic waves) adalah gelombang-gelombang yang menjalar di bumi,

biasanya dihasilkan oleh gempa tektonik. Walaupun bisa juga gelombang ini muncul karena ledakan

buatan, misalnya akibat percobaan bom nuklir bawah tanah. Secara umum gelombang gempa

dikategorikan menjadi Body Wave dan Survace Wave (Tim pembina olimpiade kebumian

Indonesia,2010).

1. Body Wave

Body Wave adalah gelombang yang merambat di interior bumi. Terdiri atas :

a. P-Wave/Compressional Wave/Gelombang primer, yang memiliki ciri-ciri sebagai berikut:

Gambar 9. Ilustrasi Gelombang P-Wave/Compressional Wave/Gelombang primer

- Gelombang longitudinal (arah gerak partikel searah dengan arah rambatan).

- Kecepatan 330 m/det di udara, 1450 m/det di air, dan sekitar 5000m/det di granit.

- Bisa merambat di segala jenis medium (padat,cair dan gas).

- Relatif paling kecil dampak kerusakaannya dibandingkan dengan S-Wave dan Surface Wave

yang sangat merusak.

- Amplitudo kecil.

b. S-Wave/Shear Wave/Gelombang sekunder, yang memiliki ciri-ciri sebagai berikut:

Gambar 10. Ilustrasi gelombang S-Wave/Shear Wave/Gelombang sekunder.

16

- Gelombang transversal (arah gerak partikel tegak lurus dengan arah rambatan).

- Kecepatan 60% dari P-Wave.

- Hanya bisa merambat di medium padat saja.

- Efek merusak lebih besar dari P-Wave.

- Amplitudo lebih besar dai P-Wave.

2. Surface Wave

Surface Wave adalah gelombang yang merambat di sepanjang permukaan bumi. Terdiri atas:

a. Love Wave

Gambar 11. Ilustrasi Love Wave.

- Gelombang transversal (arah gerak partikel tegak lurus dengan arah rambatan).

- Kecepatan 70% dari S-Wave.

- Paling merusak, terutama di daerah dekat episentrum.

- Getaran yang dirasakan manusia pertama kali.

- Ditemukan oleh A.E.H Love pada 1911.

b. Rayleigh Wave

Gambar 12. Ilustrasi Rayleigh Wave.

- Gerakan eliptik retrograde/ “ground rolling” (tanah memutar ke belakang tapi secara umum

gelombangnya merambat ke depan, analog dengan gelombang laut).

- Sedikit lebih cepat dari Love Wave (90% dari kecepatan S-Wave).

- Ditemukan oleh Lord Rayleigh pada 1885.

17

2.3.4 Pengaruh Gempa terhadap Bangunan

Menurut Agus (2002) gempa mempunyai pengaruh yang cukup besar terhadap bangunan

sehingga harus diperhitungkan dengan benar dalam perencanaan struktur tahan gempa dengan tingkat

keamanan yang dapat diterima. Kekuatan dari gerakan tanah akibat gempa bumi pada beberapa tempat

disebut intensitas gempa. Komponen-komponen dari gerakan tanah yang dicatat oleh alat pencatat

gempa accelerograph untuk respons struktur adalah amplitudo, frekuensi, dan durasi. Selama terjadi

gempa terdapat satu atau lebih puncak gerakan. Puncak ini merupakan efek maksimum dari gempa.

Selama terjadi gempa, bangunan mengalami perpindahan vertikal dan horizontal. Gaya gempa

dalam arah vertikal hanya sedikit mengubah gaya gravitasi yang bekerja pada struktur yang umumnya

direncanakan terhadap gaya vertikal dengan faktor keamanan yang cukup tinggi. Oleh sebab itu,

struktur jarang runtuh akibat gaya gempa vertikal. Sebaliknya gaya gempa horizontal bekerja pada

titik-titik yang lemah pada struktur yang tidak cukup kuat dan akan menyebabkan keruntuhan. Oleh

karena itu, perancangan struktur tahan gempa adalah meningkatkan kekuatan struktur terhadap gaya

horizontal yang umumnya tidak cukup.

Gerakan permukaan bumi menimbulkan gaya inersia pada struktur bangunan karena adanya

kecenderungn massa bangunan (struktur) untuk mempertahankan dirinya. Besarnya gaya inersia

mendatar (F) tergantung dari massa bangunan (m), percepatan permukaan a dan sifat struktur. Apabila

bangunan dan pondasinya kaku, maka menurut hukum kedua Newton, percepatan yang ditimbulkan

oleh gaya yang bekerja pada benda berbanding lurus dengan besar gayanya dan berbanding terbalik

dengan massa benda. Akan tetapi dalam kenyataannya tidaklah demikian, karena semua struktur

tidaklah benar-benar sebagai massa yang kaku tetapi fleksibel. Suatu bangunan bertingkat banyak

dapat bergetar dengan berbagai bentuk karena gaya gempa yang dapat menyebabkan lantai pada

berbagai tingkat mempunyai percepatan dalam arah yang berbeda-beda.

2.3.5 Tingkat Layanan

Perencanaan struktur atau bangunan yang baik mempunyai ketahanan terhadap gempa dengan

tingkat keamanan yang memadai, struktur harus dirancang dapat memikul gaya gempa atau gaya

horizontal. Struktur harus mempunyai tingkat layanan akibat gaya gempa yang terdiri dari

(Agus,2002):

1. Serviceability

Serviceability diperhitungkan jika gempa dengan intensitas percepatan tanah yang kecil dalam

waktu ulang yang besar mengenai suatu struktur, disyaratkan tidak mengganggu fungsi bangunan

seperti aktivitas normal di dalam bangunan dan perlengkapan yang ada. Dengan kata lain, tidak

dibenarkan terjadi kerusakan pada struktur baik pada komponen struktur maupun elemen non-struktur

yng ada. Dalam perencanaan harus diperhatikan kontrol dan batas simpangan (drift) yang terjadi

semasa gempa, serta menjamin kekuatan yang cukup bagi komponen struktur untuk menahan gaya

gempa yang terjadi dan diharapkan struktur masih berperilaku elastik.

2. Kontrol kerusakan (damage control)

Kontrol kerusakan dilakukan jika struktur dikenai gempa dengan waktu ulang sesuai dengan

umur rencana bangunan, maka struktur direncanakan untuk dapat menahan gempa ringan tanpa terjadi

kerusakan pada komponen struktur ataupun non-struktur, dan diharapkan struktur masih dalam batas

elastis.

18

3. Survival

Survival yang dimaksud adalah jika terjadi gempa kuat yang mungkin terjadi pada umur rencana

bangunan membebani suatu struktur, maka struktur tersebut direncanakan untuk dapat bertahan dengan

tingkat kerusakan yang besar tanpa mengalami keruntuhan (collapse). Tujuan utama dari keadaan

batas ini adalah untuk menyelamatkan jiwa manusia.

2.3.6 Sifat Struktur

Sifat dari struktur yang menjadi syarat utama perencanaan bangunan tahan gempa adalah sebagai

berikut (Agus,2002):

1. Kekuatan (strength)

Kekuatan dapat kita artikan sebagai ketahanan dari struktur atau komponen struktur atau bahan

yang digunakan terhadap beban yang membebaninya. Perencanaan kekuatan suatu struktur tergantung

pada maksud dan kegunaan struktur tersebut.

2. Daktilitas (ductility)

Kemampuan suatu struktur gedung untuk mengalami simpangan pasca-elastik yang besar secara

berulang kali dan bolak-balik akibat beban gempa di atas beban gempa yang menyebabkan terjadinya

pelelehan pertama, sambil mempertahankan kekuatan dan kekakuan yang cukup, sehingga struktur

gedung tersebut tetap berdiri, walaupun sudah berada dalam kondisi di ambang keruntuhan.

3. Kekakuan (stiffness)

Deformasi akibat gaya lateral perlu dihitung dan dikontrol. Perhitungan yang dilakukan

berhubungan dengan sifat kekakuan. Deformasi pada struktur dipengaruhi oleh besar beban yang

bekerja. Hubungan ini merupakan prinsip dasar dari mekanika struktur, yaitu sifat geometri dan

modulus elastisitas bahan. Kekakuan mempengaruhi besarnya simpangan pada saat terjadi gempa.

Simpangan (drift) dapat diartikan sebagai perpindahan lateral relatif antara dua tingkat bangunan yang

berdekatan atau dapat dikatakan simpangan mendatar tiap-tiap tingkat bangunan. Simpangan lateral

dari suatu sistem struktur akibat beban gempa perlu ditinjau untuk menjamin kestabilan struktur,

keutuhan secara arsitektural, potensi kerusakan komponen non-struktur, dan kenyamanan penghuni

gedung pada saat terjadi gempa. Selain itu, besarnya simpangan dibatasi untuk mengurangi efek P-

delta. Besarnya simpangan yang diperbolehkan diatur dalam peraturan perencanaan bangunan.

2.3.7 Metode Analisis Gaya Gempa

Metode analisis gempa yang digunakan untuk merencanakan bangunan tahan gempa dapat

diklasifikasikan menjadi dua, yaitu analisis statik dan analisis dinamik (Chopra,1995). Dalam

menganalisis perilaku struktur yang mengalami gaya gempa, semakin teliti analisis dilakukan,

perencanaannya semakin ekonomis dan dapat diandalkan. Untuk bangunan satu tingkat dapat

direncanakan hanya dengan menetapkan besarnya beban lateral yang dapat ditahan elemen struktur

dan dengan mengikuti ketentuan-ketentuan dalam peraturan.

Untuk bangunan berukuran sedang, prosedur analisis dapat dilakukan dengan metode analisis

statik sesuai dengan prosedur yang ditentukan dalam peraturan. Untuk bangunan yang besar dan

mempunyai nilai kepentingan yang besar harus menggunakan metode analisis dinamik. Selain itu,

analisis dinamik juga harus dilkakukan untuk struktur yang mempunyai kekakuan atau massa yang

berbeda-beda tiap tingkatnya.

19

Pemilihan metode analisis antara analisis statik dan dinamik umumnya ditentukan dalam

peraturan perencanan yang berlaku. Pemilihan metode analisis tergantung pada bangunan tersebut

apakah termasuk struktur gedung beraturan atau tidak beraturan. Jika suatu bangunan termasuk

struktur bangunan beraturan yang didefinisikan dalam peraturan perencanan, maka analisis gempa

dilakukan dengan analisis statik. Sebaliknya, jika suatu struktur termasuk struktur bangunan tidak

beraturan, maka analisis gempa dilakukan dengan cara dinamik.

2.3.7.1 Analisis Statik

Analisis statik dapat kita bagi menjadi dua jenis yaitu (Chopra,1995):

1. Analisis statik linear

Analisis statik nonlinear dapat digunakan untuk berbagai tujuan, di antaranya yaitu untuk

menganalisis struktur yang mempunyai material dan geometri yang tidak linear, untuk membentuk

kekakuan P-delta setelah analisis linear, untuk memeriksa konstruksi dengan perilaku material yang

bergantung pada waktu, untuk melakukan analisis beban dorong statik dan lain-lain. Analisa beban

dorong statik merupakan prosedur analisa untuk mengetahui perilaku keruntuhan suatu terhadap

gempa.

2. Analisis statik nonlinear

Analisis statik nonlinear secara langsung menghitung redistribusi gaya-gaya dan deformasi yang

terjadi pada struktur ketika mengalami respons inelastis. Oleh karena itu, analisis statik nonlinear lebih

akurat daripada analisis statik linear. Namun, analisis statik nonlinear tidak dapat digunakan untuk

menganalisis respons struktur bangunan tinggi yang fleksibel. Untuk itu, prosedur analisis dinamik

nonlinear harus dilakukan untuk bangunan tinggi atau bangunan dengan ketidakteraturan dalam arah

vertikal yang cukup besar.

2.3.7.2 Analisis Dinamik

Menurut Chopra (1995) gaya lateral yang bekerja pada struktur selama terjadi gempa tidak dapat

dievaluasi secara akurat oleh metode analisis statik. Analisis dinamik dipakai untuk memperoleh hasil

evaluasi yang lebih akurat dari gaya gempa dan perilaku struktur. Struktur yang didesain secara statik

dapat ditentukan apakah struktur tersebut cukup aman berdasarkan hasil responsnya dengan analisis

dinamik. Jika dari hasil respons tersebut struktur dinyatakan tidak aman, desain struktur tersebut harus

dimodifikasi agar memenuhi syarat struktur tahan gempa. Proses perencanaan bangunan tahan gempa

dapat dilihat pada Gambar 13. Analisis dinamik dapat kita bagi menjadi dua jenis yaitu:

1. Analisis dinamik linear

Respons elastis dari suatu struktur akibat gaya gempa dapat ditentukan dengan analisis model.

Riwayat waktu dari respons tiap ragam karakteristik harus diperoleh terlebih dahulu dan kemudian

dijumlahkan untuk memperoleh respons riwayat waktu dari kumpulan massa dengan sistem “n” derajat

kebebasan. Prosedur ini dinamakan analisis riwayat waktu. Analisis respons dinamik riwayat waktu

linear adalah suatu cara analisis untuk menentukan riwayat respons dinamik struktur gedung 3 dimensi

yang berperilaku elastik penuh terhadap gerakan tanah akibat gempa rencana pada taraf pembebanan

gempa nominal sebagai data masukan dimana respons dinamik dalam setiap interval waktu dihitung

dengan metode integrasi langsung atau dapat juga melalui metode analisis ragam.

20

Analisis riwayat waktu tidak selamanya diperlukan karena sering kali hanya nilai maksimum

respons yang diperlukan untuk perencanaan gempa. Dalam hal ini, nilai maksimum dari respons tiap

ragam diperoleh dari desain spektra dan ditambahkan untuk menentukan respons maksimum dari

keseluruhan sistem. Prosedur ini dinamakan analisis ragam spektrum respons. Analisis ragam

spektrum respons adalah suatu cara analisis untuk menentukan respons dinamik struktur gedung

beraturan 3 dimensi yang berperilaku secara elastik penuh terhadap pengaruh suatu gempa dimana

respons dinamik total struktur gedung tersebut didapat sebagai hasil superposisi dari respons dinamik

maksimum masing-masing ragamnya yang didapat melalui spectrum respons gempa rencana. Namun,

metode ini tidak dapat digunakan jika ada ragam dimana periode getaran translasional atau torsional

mendekati nilai periode alami. Dalam hal ini, harus digunakan integrasi langsung dari persaman

geraknya.

2. Analisis dinamik nonlinear

Gaya gempa rencana, gaya dalam, dan perpindahan (displacement) dari sistem yang

menggunakan prosedur analisis dinamik nonlinear ditentukan dengan analisis respons dinamik

inelastis. Dengan analisis dinamik nonlinear, displacement yang direncanakan tidak ditentukan dengan

target displacement tetapi ditentukan secara langsung melalui analisis dinamik dengan riwayat gerakan

tanah (ground-motion histories). Analisis ini sangat dipengaruhi oleh terhadap asumsi dalam

pemodelan dan gerakan tanah yang mewakilinya.

Analisis dinamik nonlinear mempunyai dasar-dasar, pendekatan dalam pemodelan, dan kriteria-

kriteria yang hampir sama dengan prosedur untuk analisis statik nonlinear. Perbedaan utamanya yaitu

perhitungan respons untuk analisis dinamik nonlinear ini menggunakan analisis riwayat waktu.

Analisis respons dinamik riwayat waktu nonlinear adalah suatu cara analisis untuk menentukan

riwayat waktu respons dinamik struktur gedung 3 dimensi yang berperilaku elastik penuh (linear)

maupun elastoplastis (nonlinear) terhadap gerakan tanah akibat gempa rencana sebagai data masukan

dimana respons dinamik dalam setiap interval waktu dihitung dengan metode integrasi langsung.

Gambar 13. Proses perencanaan bangunan tahan gempa.

21

2.4 Geo Studio 2007

Geo Studio Office adalah sebuah paket aplikasi untuk pemodelan geoteknik dan geo lingkungan.

Software ini melingkupi SLOPE/W, SEEP/W, SIGMA/W,QUAKE/W,TEMP/W, dan CTRAN/W yang

sifatnya terintegrasi sehingga memungkinkan untuk menggunakan hasil dari satu produk ke produk

yang lain. Fitur ini cukup unik dan memberikan fleksibilitas untuk digunakan dalam menyeselasikan

berbagai macam permasalahan geo teknik dan geo lingkungan.

SLOPE/W merupakan produk perangkat lunak untuk menghitung faktor keamanan tanah dan

kemiringan batuan. Dengan SLOPE/W dapat dilakukan analisis masalah baik secara sederhana maupun

kompleks dengan menggunakan salah satu dari delapan metode kesetimbangan batas untuk berbagai

permukaan yang miring, kondisi tekan pori air, sifat tanah dan beban terkonsentrasi. Selain itu dapat

juga digunakan elemen tekan pori air yang terbatas, tegangan statis atau tegangan dinamik pada

analisis kestabilan lereng serta dapat juga dikombinasikan dengan analisis probabilistik.

SEEP/W adalah salah satu software yang digunakan untuk menganalisis rembesan air tanah,

masalah kelebihan disipasi tekanan pori air. Dengan SEEP/W dapat dipertimbangkan analisis mulai

dari masalah tingkat kejenuhan yang tetap sampai yang tidak jenuh tergantung dari masalah itu terjadi.

SIGMA/W adalah salah satu software yang digunakan untuk menganalisis tekanan geoteknik dan

masalah masalah deformasi. Dengan SIGMA/W dapat dipertimbangkan analisis mulai dari masalah

deformasi sederhana hingga masalah tekanan efektif lanjutan secara bertahap dengan menggunakan

model konstitutif tanah seperti linear-elastis, anisotropik linier-elastik, nonlinier-elastis (hiperbolik),

elastis-plastik atau Cam-clay.

QUAKE/W adalah salah satu software yang digunakan untuk menganalisis gerakan dinamis dari

struktur bumi hingga menyebabkan gempa bumi. QUAKE/W sangat cocok sekali untuk menganalisis

perilaku dinamis dari bendungan timbunan tanah, tanah dan kemiringan batuan, daerah di sekitar tanah

horizontal dengan potensi tekanan pori-air yang berlebih akibat gempa bumi.

TEMP/W adalah salah satu software yang digunakan untuk menganalisis masalah panas bumi.

Software ini dapat menganalisis masalah konduksi tingkat panas yang tetap. Pengguna dapat

mengontrol tingkat di mana panas diserap atau dibebaskan selama fase perubahan. Kondisi batas

termal dapat ditentukan dari memasukan data iklim dan kondisi batas disediakan untuk thermosyphons

dan pipa pembekuan.

CTRAN/W adalah salah satu software yang dalam penggunaannya berhubungan dengan SEEP/W

untuk pemodelan transformasi kontaminasi. CTRAN/W dapat menganalisa masalah yang sederhana

seperti pergerakan partikel dalam gerakan air atau serumit menganalisis proses yang melibatkan difusi,

dispersi, adsorpsi, peluruhan radioaktif dan perbedaan massa jenis.

VADOSE/W adalah salah satu software yang berhubungan dengan lingkungan, permukaan tanah,

zona vadose dan daerah air tanah lokal. Software ini dapat menganalisa masalah batas fluks seperti:

1. Rancangan dan memonitor performa satu atau lebih lapisan yang menutupi

tambang dan fasilitas limbah rumah.

2. Menentukan iklim yang mengontrol distribusi tekanan pori-air pada lereng untuk digunakan

dalam analisis stabilitas

3. Menentukan infiltrasi, evaporasi dn transpirasi dari proyek-proyek pertanian atau irigasi

22

2.5 Structure Analysis Program (SAP) 2000

Program SAP2000 merupakan pengembangan program SAP yang dibuat oleh Prof. Edward L.

Wilson dari University of California at Berkeley,US sekitar tahun 1970. Untuk melayani keperluan

komersial dari program SAP, pada tahun 1975 dibentuk perusahaan Computer & Structure, Inc.

dipimpin oleh Ashraf Habirullah, di mana perusahaan tersebut sampai saat ini masih tetap eksis dan

berkembang.

Sebagai program komputer analisa struktur yang dikembangkan cukup lama dari lingkungan

universitas di mana source code pada awal mulanya dapat dipelajari, program SAP menjadi cikal bakal

program-program analisa struktur lain di dunia. Dengan reputasi lebih dari 30 tahun, program SAP

dikenal secara luas dalam komunitas rekayasa, khususnya di bidang teknik sipil.

Dalam bukunya yang berjudul “SAP-A General Structural Analysis Program” dijelaskan bahwa

program SAP mula-mula dikembangkan dalam versi main-frame. Sekitar tahun 1980 dibuat versi PC-

nya, yaitu SAP80, dan tahun 1990 dengan versi SAP90, semuanya dalam sistem operasi DOS. Ciri-ciri

keduanya adalah menggunakan file sebagai cara untuk memasukan input data dalam

mengoperasikannya. Ketika PC beralih dari sistem operasi DOS (teks) ke sistem operasi windows

(grafis), versi SAP2000 dikeluarkan. Saat ini, versi SAP2000 terakhir adalah v 15.0 Versi ini cukup

canggih, karena dapat digunakan untuk melakukan analisa non-linear (deformasi besar, gap/kontak),

jkabel, beban ledak, tahapan konstruksi, dan sebagainya.

2.6 Peraturan Kegempaan

Peraturan mengenai kegempaan yang masih digunakan saat ini sebagai standar yang dijadikan

acuan untuk perencanaan bangunan tahan gempa yaitu SNI 1726 2002 dan rancangan SNI 1726 2010

untuk periode ulang 500 tahun. Selain mengacu pada kedua standar tersebut, untuk analisis bendungan

tipe urugan ini digunakan juga pedoman konstruksi dan bangunan yang dikeluarkan oleh Departemen

Permukiman dan Prasarana Wilayah tentang analisis stabilitas bendungan tipe urugan akibat beban

gempa (Pd T-14-2004-A) untuk periode ulang 50 dan 100 tahun.