1 PENDAHULUAN

Salah satu penyebab kehancuran struktur dan bangunan sipil lainnya akibat gempa adalah

likuifaksi. Secara visual peristiwa ini tampak sebagai sand boil atau munculnya lumpur pasir di permukaan tanah. Fenomena lain akibat likuifaksi adalah terjadinya pergerakan tanah dalam arah

Prediksi Tekanan Air Pori Ekses dan Penurunan Akibat Likuifaksi Pada Tanah Pasir Saat Gempa, Studi Kasus Gempa Flores 1992 di Maumere

Paulus P. Rahardjo & Lyna MeilindaFakultas Teknik Jurusan Sipil, Universitas Katolik Parahyangan, Bandung

Paulus SiantoFakultas Teknik Sipil, Universitas Katolik Widya Mandira, Kupang

ABSTRAK: Tujuan penelitian ini adalah untuk meninjau kembali potensi likuifaksi dan dampaknya terhadap penurunan serta peningkatan tekanan air pori. Pada kasus gempa Flores tahun 1992 di kota Maumere, menggunakan data bor dan sondir masing-masing sebanyak 17 titik. Gempa berupa dengan magnitude 6.8 skala Richter, kedalaman fokus 34 km dan jarak epicentrum 40 km. Analisis percepatan gempa menggunakan fungsi atenuasi dari Donovan (1972). Analisis dilakukan dengan menggunakan metode tegangan siklik dan metode lain seperti diantaranya penerapan konsep state parameter.

Hasil evaluasi potensi likuifaksi untuk tanah Maumere menunjukkan : tanah tergolong mudah mengalami likuifaksi mengingat fraksi butir halusnya tidak plastis dan konsistensinya lepas hingga medium. Daerah yang mengalami likuifaksi terletak pada lapisan alluvium dan alluvium lunak serta terjadi pada SPT lebih kecil dari 10 dan qc lebih kecil dari 45 kg/cm2. Korelasi faktor keamanan, FK, dan state parameter, menunjukkan bahwa pada nilai -0.15, FK yang diperoleh umumnya lebih kecil dari 1. Hal ini menunjukkan bahwa pada nilai state parameter negatif juga masih dapat terjadi liquifaksi. Prediksi tekanan air pori menggunakan metode state parameter menghasilkan nilai u yang lebih besar dibanding metode Dobry dan metode Davis-Berrill. Tekanan air pori yang memicu terjadinya likuifaksi berada pada rentang 0.5 sampai 1.1 kg/cm 2 untuk metode state parameter, sedangkan metode Dobry dan metode Davis-Berrill menghasilkan nilai tekanan air pori antara 0.2 sampai 0.9 kg/cm2. Likuifaksi terjadi pada nilai tegangan vertikal efektif tanah sebelum nol. Hal ini berbeda dengan pendapat lama dari Seed yang menyatakan bahwa likuifaksi akan terjadi bila terjadi peningkatan tekanan air pori yang harganya sama dengan tegangan keliling.

Kata Kunci : liquifaksi, steady state line, state parameter

ABSTRACT: The objective of this research is to review liquefaction potential and its effect on the build up of excess pore pressure and settlement during 1992, Flores earthquake at Maumere city based on boreholes and CPTs at 17 locations. The earthquake has magnitude 6.8 Richter scale, depth of focus 34 km and epicentral distance 40 km. The earthquake acceleration is determined using Donovan attenuation function (1972). The analysis is conducted using cyclic shear stress method and state parameter approach.

The result of liquefaction potential evaluation at Maumere city shows that the soil is susceptible to liquefaction due to low relative densities and non-plastic fine content. The location with severe liquefaction is on soft alluvial layers with SPT < 10 and CPT depth resistance < 45 kg/cm2. Correlation of safety factor and state parameter shows that safety factor is lower than unity at the value of state parameter > -0.15. Prediction of pore water pressure using state parameter, method proposed by Dobry and by Davis-Berrill resulted in range of excess pore water pressure of 0.2 – 1.1 kg/cm2. This verify that during liquefaction the increase of pore water pressure did not reach overburden pressure.

Keywords : liquefaction, steady state line, state parameter

horizontal, rembesan air melalui rekahan tanah, tenggelamnya struktur atau bangunan di atas permukaan, penurunan muka tanah, tanah yang bergolak, keretakan jalan, keruntuhan tanggul dan lereng. Pada bangunan yang tenggelam, strukturnya biasanya amblas, miring atau bergerak ke samping, yang dapat juga mengakibatkan keruntuhan bangunan tersebut .

Kejadian likuifaksi ini merupakan fenomena pada gempa Flores 12 Desember 1992 dimana lokasi bangunan yang mengalami keruntuhan akibat likuifaksi dalam peristiwa tersebut cukup luas, seperti yang dilaporkan oleh Kertapati (1993). Pada Gempa Flores tersebut selain terjadi pergerakan horisontal (lateral spreading) dari tanah, juga terjadi penurunan dari permukaan tanah yang cukup besar. Penyebab terjadinya likuifaksi adalah terjadinya peningkatan tekanan air pori ekses akibat tegangan siklik pada saat gempa.

Tujuan penelitian ini adalah untuk meninjau kembali potensi likuifaksi dan dampaknya terhadap penurunan serta peningkatan tekanan air pori khususnya di daerah Maumere.

2 PREDIKSI TEKANAN AIR PORI EKSES

2.1 Metode State Parameter

Perkiraan besarnya tekanan air pori ekses yang timbul pada saat gempa dengan menggunakan metode state parameter (Gbr. 1) didasarkan kepada prosedur sebagai berikut : Tentukan Kemiringan dari kurva steady state

line (ss), dengan menggunakan Tabel 1, usulan Rahardjo (1989).

Tentukan state parameter. Hitung tekanan air pori ekses (u) dengan

menggunakan persamaan :

2.2 Metode Dobry

Perkiraan besarnya tekanan air pori ekses yang timbul pada saat gempa dengan menggunakan metode regangan siklik didasarkan kepada prosedur sebagai berikut : Menentukan regangan siklik yang terjadi akibat

gempa. Besarnya regangan siklik tersebut didapat dari hasil keluaran program SHAKE yang dilakukan oleh Susanto, 2001.

Menentukan rasio tekanan air pori, ru dengan menggunakan Gbr. 4.

Hitung tekanan air pori ekses, u dengan menggunakan persamaan :

u = ru x '0.

dimana '0 adalah tegangan vertikal efektif.

2.3 Metode disipasi energi

Davis dan Berrill (1982) memperlihatkan potensi untuk menggunakan energi yang dihubungkan dengan perilaku parameter dasar gempa seperti besaran gempa dan jarak. Dengan mengkombinasikan perkiraan energi yang terkandung dalam gelombang gempa pada jarak R dari sumber gempa dengan magnitude M, pelepasan energi yang dihubungkan dengan hasil pengujian dan pengamatan di lapangan tentang perilaku likuifaksi, didapatkan formula untuk peningkatan tekanan pori sebagai berikut :

dimana R dalam meter, N1 adalah SPT resistance yang dikoreksi terhadap tekanan overburden efektif dalam 1 ton/ft2 (96 kPa) dan u serta 'v0 dalam kPa.

Gbr. 1. Rasio Tekanan Pori yang Terukur sesudah 10 Siklus Beban pada Pengujian Triaksial Siklik dengan Menggunakan Kontrol Regangan (Dobry and Ladd, 1980).

3 STUDI KASUS GEMPA FLORES 1992

3.1 Lokasi Daerah penyelidikan

Gempa Flores yang terjadi pada tanggal 12 Desember 1992 dengan pusat gempa (epicentrum) di Laut Flores dengan koordinat 8.4 LS dan 122.1 BT, kira-kira 40 km arah Barat Laut dari kota Maumere, dengan kedalaman sumber gempa (hipocenterum) 34 km. Magnitude gempa menurut Skala Richter adalah Mb = 6.8 (gelombang badan) dan Ms = 7.5 (gelombang permukaan). Daerah penelitian terletak disekitar kota Maumere berupa dataran Pantai Utara Pulau Flores dan daerah kaki perbukitan landai hingga pegunungan yang terletak di sebelah selatan. Secara administratif daerah penyelidikan termasuk wilayah Kabupaten Sikka, propinsi Nusa Tenggara Timur. Posisi daerah penyelidikan terletak pada 0838’30” - 0836’0” Lintang Selatan dan 12214’30”-12211’30” Bujur Timur.

Gbr. 2. Lokasi Daerah Penyelidikan

3.2 Penyelidikan Tanah di lapangan

Data penyelidikan tanah yang dipakai dalam penelitian ini diambil dari hasil penyelidikan tanah yang dilakukan oleh Puslitbang Pengairan (1993) dengan pemboran sepanjang 405 m dan Lab Geoteknik, Universitas Katolik Parahyangan (1994). Pemboran inti dilaksanakan berdasarkan prosedur ASTM D-2113-83 dan dilakukan dengan alat bor mesin tipe YBM dengan kemampuan 100 m. Pemboran dihentikan sampai mencapai lapisan tanah keras dengan nilai NSPT lebih besar dari 50 pukulan per 30 cm penetrasi. Pada setiap lubang bor dilakukan deskripsi pelapisan tanah, pengukuran elevasi muka air tanah, pengambilan contoh tanah tak terganggu dan melakukan uji SPT pada interval antara 1.50 m sampai 2.0 m.

Jumlah total pemboran yang dilakukan sebanyak 17 titik bor. Lokasi dan data pemboran dapat dilihat pada Tabel 1.

Tabel 1. Lokasi Pemboran, SPT dan Letak Muka Air Tanah (Puslitbang Pengairan, 1993)

No.

Titik Bor

Lokasi Kedlman Bor (m)

SPT (m)

M A T (m)

1 B1* Kp.Wai Oti (Sudirman)

25 12 -1.60

2 B2 Pelud Wai Oti

15 7 Tdk Ada

3 B3* Sudirman 15 6 -2.104 B4 Teka IKU 15 6 -12.505 B5* Yos Sudarso 30 15 -1.606 B6* Maumere 25 16 -0.257 B7* Hasanudin 30 16 -1.508 B8* Kantor

Bupati20 10 -9.50

9 B9 Kp. Beru 20 10 -14.0010 B12* Anggrek 25 12 -12.5011 B15* K. Uneng 20 9 -1.5012 B16* Budiluhur 20 10 -5.5013 B17 Litbang 30 12 -14.5014 B19* Wair Klau 40 20 -1.2515 B20* Wuring 20 10 -3.50

Jumlah 405 199

3.3 Sifat-sifat Teknis Lapisan Tanah Di Maumere

Dari hasil analisis distribusi butiran, jenis tanah di perkotaan merupakan jenis tanah yang rata-rata mengandung pasir, sehingga jenis tanah yang ditemukan di kota Maumere digambarkan sebagai lempung kepasiran, lanau kepasiran, pasir kelanauan dan pasir kerikilan. Kedalaman muka air tanah di daerah Utara pada umumnya +1.25-1.5 m, sedangkan untuk daerah Selatan lebih dari 12.5 m.

Kadar air untuk berbagai jenis tanah bervariasi,untuk jenis tanah lanau kelempungan kadar airnya antara 50.7 - 53.4 %, sedangkan untuk tanah lempung kerikilan mempunyai nilai kadar air antara 33 sampai 34.5 %, umumnya untuk tanah kepasiran pada daerah Maumere mempunyai nilai kadar air 25.2 – 29.2 %. Nilai berat isi rata-rata untuk semua jenis endapan tanah di Maumere adalah 1.7 sampai 1.9 ton/m3.

3.4 Parameter tanah

Parameter D50 selain menggunakan data hasil laboratorium juga menggunakan korelasi empiris Hal ini disebabkan karena data laboratorium terbatas hanya tersedia untuk kedalaman-kedalaman tertentu saja sehingga untuk kedalaman lain yang mana tidak tersedia data laboratorium nilai D50 didapat dari korelasi D50 dengan friction ratio (Rf) dari Muromachi, 1981.

Dari hasil penelitian yang dilakukan oleh Kowera et al., 1994, untuk D50 = 0.4 dan FC = 0 % diperoleh nilai ss berkisar antara 0.09 sampai 0.195. Nilai ss

Maumere tidak berbeda jauh dengan nilai ss usulan dari Rahardjo (1989), sehingga dalam penelitian selanjutnya digunakan nilai ss hasil korelasi dengan ukuran butiran rata-rata, D50 (lihat Tabel 2).

Parameter angka pori (e) untuk setiap kedalaman pada tiap titik ditentukan berdasarkan konsep state parameter. Hasil perhitungan angka pori diberikan pada Gbr. 3. Dari gambar terlihat bahwa nilai angka pori mempunyai rentang antara 0.5 sampai 1.1.

4 KESIMPULAN DAN SARAN

4.1 Kesimpulan

Berdasarkan metode Tsuchida (1970) dan Chart Robertson untuk CPT, tanah di Maumare dapat digolongkan sebagai tanah yang tergolong mudah mengalami likuifaksi mengingat fraksi butir halusnya tidak plastis dan konsistensinya lepas hingga medium. Hal ini sesuai dengan data pengamatan di lapangan.

Hasil evaluasi potensi likuifaksi kota Maumere, dari 17 titik bor terlihat bahwa daerah yang

mengalami likuifaksi sebagian besar terletak di daerah lapisan aluvium dan aluvium lunak.

Pada daerah Maumere dan sekitarnya, umumnya likufaksi terjadi pada kedalaman < 20 m dan Likuifaksi hanya terjadi pada nilai SPT lebih kecil dari 10 serta pada nilai qc lebih kecil dari 45 kg/cm2.

Korelasi faktor keamanan (FK) dan state parameter () terlihat bahwa pada nilai -0.15, FK yang diperoleh umumnya lebih kecil dari 1. Hal ini menunjukkan bahwa pada nilai state parameter negatif juga masih dapat terjadi likuifaksi atau dengan kata lain pada state parameter negatif masih dapat terjadi perubahan volume. Hal ini berbeda dengan pendapat yang mengatakan bahwa perubahan volume hanya terjadi pada nilai state parameter positif.

Prediksi tekanan air pori dengan menggunakan metode state parameter menghasilkan nilai yang lebih besar dibanding dengan metode Dobry dan metode Davis-Berrill. Metode state parameter menghasilkan nilai tekanan air pori pada rentang 0.5 sampai 1.1 kg/cm2, metode Dobry menghasilkan nilai tekanan air pori antara 0.2 sampai 0.9 kg/cm2 sedangkan bila menggunakan metode Davis dan Berrill menghasilkan nilai tekanan air pori pada rentang 0.2 sampai 0.8 kg/cm2.

Likuifaksi terjadi pada nilai tegangan vertikal efektif tanah sebelum nol, atau dengan kata lain likuifaksi terjadi pada kondisi sebelum tekanan air pori ekses sama dengan tegangan keliling (confining pressure). Hal ini berbeda dengan pendapat Seed yang menyatakan bahwa likuifaksi akan terjadi bila terjadi peningkatan tekanan air pori yang harganya sama dengan tegangan keliling atau dengan kata lain tegangan efektif tanah menjadi nol.

Dari hasil perhitungan penurunan terlihat bahwa penurunan yang terbesar adalah 68.55 cm, sedangkan penurunan terkecil sebesar 17.55 cm. Data ini perlu diverifikasi dengan pengukuran di lapangan.

4.2 Saran

Perlu dilakukan penelitian yang lebih mendalam tentang hubungan antara ss dan D50 serta antara ss dan fine content pada evaluasi potensi likuifaksi dengan menggunakan metode state parameter.

Untuk daerah yang mempunyai potensi kegempaan tinggi, sebaiknya selalu dilakukan pengujian lapangan SPT dan CPT, sehingga analisis potensi likuifaksi di daerah tersebut dapat dilakukan setiap saat bila dibutuhkan.

Untuk penentuan potensi likuifaksi, sebaiknya selalu dilakukan pengujian laboratorium antara

lain grain size analysis, sehingga dapat dilakukan pemetaan daerah yang berpotensi likuifaksi. Dengan data tersebut dapat dilakukan desain bangunan yang lebih baik atau adanya larangan mendirikan bangunan di daerah tersebut.

DAFTAR PUSATAKA

Been, K. dan Jeffries, M.G., A. State Parameter for Sands, Geotechnique, Vol. 35, No. 2, pp. 99-112, 1985.

Been, K., Jeffries, M.G., Crooks, J.H.A. dan Rothenburg, L., The Cone Penetration Test in Sands; Part II : General Inference of State, Geotechnique, Vol. 37, No. 3, pp. 285-300, 1987.

Brandon, Thomas L., Clough, G. Wayne dan Rahardjo, Paulus P., Evaluation of Liquefaction Potensial of Silty Sands Based on Cone Peneteration Resistance, Final Report to the National Science Foundation, Civil Engineering Department, Virginia Polytechnic Institute and State University, 1989.

Castro, G. dan Poulos, S.J., Factor Affecting Liquefaction and Cyclic Mobility, Journal of the Geotechnical Engineering Division, ASCE, Vol. 106, No. GT 6, pp.501-506, 1977.

Castro, G., Liquefaction of Sands, Harvard Soil Mechanics Series 87, Harvard University, Cambridge, Massachusetts, 1969.

Davis, R.O. dan Berrill, J.B., Energy Dissipation dan Seismic Liquefaction in Sands, Earthquake Enginnering and structural Dynamics, Vol. 10, No. 1, pp. 59-68, 1982.

Dobry, R. dan Ladd, R.S., Discussion to Soil Liquefaction and Cyclic Mobility Evaluation for Level Ground During Earthquake, by H.B. Sedd and Liquefaction Potensial : Science versus Practice, by R.B. Peck, Journal of the Geotechnical Engineering Division, ASCE, Vol. 106, No. GT6, PP. 720-724, 1980.

Dobry, R., Ladd, R.s., Yokel, F.Y., Chung, R.M., dan Powell, D., Prediction of Pore Water Pressure Buildup and Liquefaction of Sands During Earthquake by the Cyclic Strain Method, NBS Building Science Series 138, National Bureau of Satndards, Gaithersburg, Maryland, 150pp, 1982.

Ishihara, K., Tatsuoka, F., dan Yasuda, S., Undrained Deformation and Liquefaction of Sand Under Cyclic Stresses, Soils and Foundations, Vol. 15. No.1, pp.29-44, 1975.

Ishihara, Kenji, Soil Behaviour in Earhquake Geotechnics, Oxford Science Publications, Oxford, 1996.

Kramer Steven L., Geotechnical Earhquake Engineering, Prentice Hall , New Jersey, 1996.

Kramer, S.L. dan Seed, H. B., Initiation of Soil Liquefaction Under Static Loading Condition, Journal of the Geotechnical Engineering Division, ASCE, Vol. 114, No. 4, pp.412-430, 1988.

Poulos, S.J., The Steady State of Deformation, Journal of the Geotechnical Engineering Division, ASCE, Vol. 107, No. GT5, pp.553-562, 1981.

Pusat Penelitian dan Pengembangan Pengairan, Penelitian Potensi Likwifaksi dan Percepatan Gempa Untuk Bangunan Keairan di Kota Maumere dan sekitarnya, Bandung, 1993

Pusat Penelitian dan Pengembangan Pengairan, Pengkajian Daerah Resiko Gempa di Nusa Tenggara Timur, Bandung, 1994

Rahardjo, P. P. dan Meilinda, Lyna, Prediction of Liquefaction Induced Settlement Based on Cone Penetration Test Data, Prosiding, Internastional Conference om Im Situ Measurement of Soil Properties an

Case Histories, pp.461-466, Graduate Program Parahyangan Catholic University, Bandung, 2001.

Rahardjo, P. P., Evaluasi Potensi Pencairan Tanah Pasiran Saat Gempa, Kursus PU-JICA, Bandung, 1995.

Rahardjo, P. P., Najoan, Theo. F. dan Kowera, I.G.K., State Parameter dan Kuat Geser Tak Terdrainase Tanah Pasir Maumere, Prosiding, Konperensi Nasional Geoteknik V HATTI, Jakarta, 20-22 September 1994.

Robertson, P.K., dan Campanella, R.G., Liquefaction Potensial of Sands Using the CPT, Jurnal ASCE Divisi Geoteknik, vol. 111, no. GT3, 1985.

Robertson, P.K., dan Wride, C.E., Evaluation of Cyclic Liquefaction Potensial Based on the CPT, Seismic Behaviour of Ground and Geotechnical Structures, Balkema, Roterdam, 1997

Seed, H. Bolton dan Idriss I.M., Ground Motion and Soil Liquefaction During Earthquake, Earthquake Engineering Research Institute, Berkeley, 1982.

Seed, H. Bolton dan Idriss I.M., Simplified Procedure for Evaluating Soil Liquefaction Potensial, Journal of the Soil Mechanics and Foundation Division, Proceedings of the

American Society of Civil Engineers, Vol. 97, No. SM9, pp.1249-1274, September, 1971.

Seed, H. Bolton dan Lee, K.L., Liquefaction of Saturated Sands During Cyclic Loading , Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, ASCE, Vol. 92, No. SM6, pp.105-134, 1966.

Sianto, Paulus, Prediksi Tekanan Air Pori Ekses dan Penurunan Akibat Likuifaksi Pada Tanah Pasir saat Gmpa, Tesis, Universitas Katolik Parahyangan, Bandung, 2002.

Susanto, Indra, Studi Respon Spektra Gempa Flores di Kota Maumere, Skripsi, Universitas Katolik Parahyangan, Bandung, 2001.

Tsuchida, H., Prediction and Countermeasure Against the Liquefaction in Sand Deposits, Abstract of the Seminar in the Port and Harbor Research Institute, Japanese, pp. 3.1-3.33, 1970.

Youd, T.L. dan Idriss, I.M., Liquefaction Resistance of Soils : Summary Report From The 1996 NCEER and 1998 NCEER/NSF Workshops on Evaluation Resistance of Soils, Journal of Geotechnical and Geoenviromental Engineering, p.297-324, April 2001.