UNIVERSITAS INDONESIA ANALISIS POTENSI …lib.ui.ac.id/file?file=digital/20283425-S1046-Rifa...

UNIVERSITAS INDONESIA

ANALISIS POTENSI LIKUIFAKSI DARI DATA CPT DAN SPT

DENGAN STUDI KASUS PLTU ENDE NUSA TENGGARA

TIMUR

SKRIPSI

RIFA IKHSAN

0706266600

FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL

DEPOK JULI 2011

Analisis potensi..., Rifa Ikhsan, FT UI, 2011

1057/FT.01/SKRIP/07/2011

UNIVERSITAS INDONESIA



TIMUR

SKRIPSI Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

RIFA IKHSAN 0706266600

FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL

KEKHUSUSAN GEOTEKNIK DEPOK

JULI 2011


iii

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS

Skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri,

dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk

telah saya nyatakan dengan benar.

Nama : Rifa Ikhsan

NPM : 0706266600

Tanda Tangan :

Tanggal : 11 Juli 2011


iv

LEMBAR PENGESAHAN

Skripsi ini diajukan oleh :

Nama : Rifa Ikhsan

NPM : 0706266600

Program Studi : Teknik Sipil

Judul Skripsi : Analisis Potensi Likuifaksi dari Data CPTdan SPT dengan

Studi Kasus PLTU ENDE Nusa Tenggara Timur

Telah berhasil dipertahankan di hadapan Dewan Penguji dan

diterimasebagai bagian persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh

gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik,

Universitas Indonesia.

DEWAN PENGUJI

Pembimbing : Prof. Dr. Ir. Tommy Ilyas M,Eng.

Penguji : Dr. Ir. Damrizal Damoerin, M.Sc

Penguji : Ir. Widjojo A. Prakoso, M.Sc, Ph.D.

Ditetapkan di : Depok

Tanggal : 11 Juli 2011


v

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur saya panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa,

karena atas rahmat dan hidayah-Nya, saya dapat menyelesaikan skripsi ini.

Penulisan skripsi ini dilakukan dalam rangka memenuhi salah satu syarat

untuk mencapai gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Sipil pada

Fakultas Teknik Universitas Indonesia.

Saya menyadari bahwa tanpa bantuan dan bimbingan dari berbagai

pihak, dari masa perkuliahan sampai pada penyusunan skripsi ini, sangatlah

sulit bagi saya untuk menyelesaikan skripsi ini. Oleh karena itu saya

mengucapkan terima kasih kepada:

(1) Prof. Dr. Ir. Tommy Ilyas M,Eng. selaku dosen pembimbing yang telah

menyediakan waktu, tenaga, dan pikiran untuk mengarahkan saya dalam

penyusunan skripsi ini.

(2) Ir. Widjojo A. Prakoso, M.Sc, Ph.D dan Dr. Ir. Damrizal Damoerin, M.Sc

selaku dosen penguji yang telah memberikan banyak tambahan

masukan.

(3) Kedua orangtua, adik dan saudara-saudara saya yang senantiasa

memberikan doa dan dukungan moriil serta materiil.

(4) Clara Maulidiansa, Dennis Defri, dan Gibranius Berutu atas segala

dukungan moriil dan bantuan dalam teknis penyusunan skripsi ini

(5) Sahabat dan seluruh teman-teman Teknik Sipil Angkatan 2007 (khususnya

geoteknik) atas segala dukungan yang diberikan demi kelancaran

penyusunan skripsi ini.

Akhir kata, saya berharap Tuhan Yang Maha Esa berkenan

membalas segala kebaikan semua pihak yang telah membantu. Semoga

skripsi ini membawa manfaat bagi pengembangan ilmu.

Depok, Juli 2011

Penulis


vi

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Sebagai sivitas akademik Universitas Indonesia, saya yang bertanda tangan

dibawah ini:

Nama : Rifa Ikhsan

NPM : 0706266600

Program Studi : Teknik Sipil

Departemen : Teknik Sipil

Fakultas : Fakultas Teknik Universitas Indonesia

Jenis Karya : Skripsi

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada

Universitas Indonesia Hak Bebas Royalti Noneksklusif (Non-exclusive Royalty-

Free Right) atas karya ilmiah saya yang berjudul:



TIMUR

beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti

Noneksklusif ini Universitas Indonesia berhak menyimpan,

mengalihmedia/formatkan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database),

merawat, dan memublikasikan tugas akhir saya tanpa meminta izin dari saya

selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis/pencipta dan sebagai

pemilik Hak Cipta.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di : Depok

Pada Tanggal : 11 Juli 2011

Yang menyatakan

(Rifa Ikhsan)


1 Universitas Indonesia

ABSTRAK

Nama : Rifa Ikhsan Program Studi : Teknik Sipil Judul : Analisis Potensi Likuifaksi dari Data CPTdan SPT dengan Studi Kasus PLTU ENDE Nusa Tenggara Timur

Likuifaksi merupakan fenomena yang tidak bisa dilepaskan dalam rekayasa geoteknik. Metode evaluasi tahanan tanah terhadap likuifaksi dapat dilakukan dengan berbagai cara. Metode yang paling umum ialah metode evaluasi CPT dan SPT. Hasil dari berbagai metode seharusnya mengacu pada nilai yang sama. Nilai dari tahanan tanah terhadap likuifaksi (CRR) menjadi perhatian khusus sehingga harus dibandingkan dari masing-masing metode yang dilakukan pada area lokasi yang sama. Dalam hal ini, PLTU Ende Nusa Tenggara Timur menjadi sarana evaluasi perhitungan kedua metode yaitu CPT dan SPT dengan studi literatur yang ada. Kata kunci : CPT, CSR, CRR, FS, ukuran butiran, likuifaksi, koefisien keseragaman, SPT.

ABSTRACT

Name : Rifa Ikhsan Study Program : Civil Engineering Title : Analysis of Liquefaction Susceptibility from CPT and SPT Data Based on a Case Study in PLTU ENDE Nusa Tenggara Timur Likuifaksi is a phenomenon that can not be released in geotechnical engineering. Evaluation method of liquefaction resistance of soil can be calculated with various ways. The most common method is CPT and SPT evaluation method. Results of various methods should refer to the same value. A value of CRR is a major concern and should be compared from each method performed at the same location area. In this case, PLTU Ende Nusa Tenggara Timur becomes a means of evaluation of both methods of calculation of CPT and SPT to study the existing literature.

Key words : CPT, CSR, CRR, FS, grain size, liquefaction, uniformity coefficient, SPT.



DAFTAR ISI

BAB 1 PENDAHULUAN................................................................................... 1

1.1 LATAR BELAKANG ................................................................... 1

1.2 RUANG LINGKUP PEMBAHASAN ............................................... 2

1.3 TUJUAN PENELITIAN ................................................................ 2

1.4 MANFAAT PENELITIAN ............................................................. 2

1.5 SISTEMATIKA PENULISAN......................................................... 2

BAB 2 DASAR TEORI ...................................................................................... 4

2.1 LIKUIFAKSI .............................................................................. 4

2.1.1 Definisi Likuifaksi ....................................................... 4

2.1.2 Faktor-faktor yang mempengaruhi potensi Likuifaksi .. 6

2.1.3 Bahaya yang Disebabkan oleh Peristiwa Likuifaksi ..... 7

2.2 TEORI DASAR GEMPA BUMI ..................................................... 9

2.2.1 Teori Lempeng Tektonik ............................................. 9

2.2.2 Besaran Kekuatan Gempa .......................................... 10

2.3 KARAKTERISTIK DASAR TANAH ............................................. 12

2.3.1 Sifat – sifat fraksi tanah berbutir kasar ....................... 13

2.4 TEGANGAN DALAM TANAH .................................................... 14

2.4.1 Tegangan Efektif ....................................................... 15

2.4.2 Tegangan Horizontal (Tegangan Lateral) ................... 16

2.5 KEKUATAN GESER TANAH ..................................................... 16

2.5.2 Kekuatan Geser Tanah Non-Kohesif.......................... 18

2.6 METODE UNTUK MENGEVALUASI POTENSI LIKUIFAKSI ............ 18

2.6.1 Metode evaluasi CSR ................................................ 19

2.6.2 Metode Evaluasi CRR ............................................... 21

2.6.2.1 SPT .......................................................... 21

2.6.2.2 CPT ......................................................... 24

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN .......................................................... 31

3.1 TINJAUAN UMUM ................................................................... 31

3.2 DATA TEKNIS ........................................................................ 33

3.2.1 Data CPT................................................................... 33



3.2.2 Data SPT ................................................................... 36

3.2.3 Analisis Ukuran Butiran ............................................ 37

3.3 ANALISIS LIKUIFAKSI ............................................................. 37

3.3.1 Nilai CSR (Cyclic Stress Ratio) ................................. 38

3.3.2 Nilai CRR.................................................................. 39

3.3.2.1 SPT .......................................................... 39

3.3.2.2 CPT ......................................................... 41

3.4 ANALISIS OUTPUT .................................................................. 45

BAB 4 PEMBAHASAN ................................................................................... 46

4.1 PENGOLAHAN DATA SPT........................................................ 46

4.1.2 Hasil Pengolahan Data ............................................... 49

4.1.2.1 Grafik CSR, CRR, dan FS ........................ 49

4.1.2.2 Gradasi Butiran ........................................ 55

4.1.2.3 Nilai Koefisien Keseragaman ................... 56

4.1.2.4 Analisis Grafik SPT dan Gradasi Butiran . 59

4.1.2.5 Analisis Grafik Terhadap Gradasi Butiran 64

4.2 PENGOLAHAN DATA CPT....................................................... 69

4.2.1 Hasil Pengolahan Data ............................................... 71

4.2.1.1 Grafik CPT .............................................. 71

4.2.1.2 Grafik CSR, CRR, dan FS berbanding

dengan kedalaman .................................... 74

4.3 ANALISIS PERBANDINGAN PENGOLAHAN DATA CPT DAN SPT 77

4.3.1 CSR ........................................................................... 77

4.3.2 CRR .......................................................................... 80

4.3.3 FS.............................................................................. 82

BAB 5 PENUTUP ............................................................................................ 84

5.1 KESIMPULAN ......................................................................... 84

5.2 SARAN ................................................................................... 86



DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Ilustrasi efek likuifaksi.............................................................. 8

Gambar 2.2. Tiga Jenis Batas Lempeng (Plate Boundary)........................... 10

Gambar 2.3. Rentang Ukuran Partikel ......................................................... 13

Gambar 2.4. Interpretasi Tegangan Efektif .................................................. 15

Gambar 2.5. Kriteria keruntuhan Mohr – Coulomb ..................................... 17

Gambar 2.6. rd versus Depth Curves Developed by Seed and Idriss (1971) . 20

Gambar 2.7. Kurva SPT Clean-Sand Base untuk Nilai Gempa Bumi 7.5

dengan data dari sejarah kasus Likuifaksi ............................... 21

Gambar 2.8. Kurva yang direkomendasikan untuk perhitungan CRR dari data

CPT sepanjang data empiris likuifaksi dari gabungan sejarah

kasus ...................................................................................... 25

Gambar 2.9. Grafik klasifikasi tanah berdasarkan qc dan Fr oleh Robertson 27

Gambar 2.10. Grain-Characteristic Correction Factor Kc for Determination of

Clean-Sand Equivalent CPT Resistance .................................. 29

Gambar 2.11. Thin-Layer Correction Factor KH for Determination of

Equivalent Thick-Layer CPT Resistance ................................. 30

Gambar 3.1. Diagram alir metodologi penelitian ......................................... 32

Gambar 3.2. Grafik sondir pada titik S-01 ................................................... 35

Gambar 3.3. Tabel Bor Dalam SPT (BH-A5) .............................................. 36

Gambar 3.4. Sebaran Butiran Tanah Untuk Sample BH-02 DS 1 ................ 37

Gambar 3.5. Grafik korelasi FC dengan qc dan nilai CRR atau CSR............ 43

Gambar 4.1. Peta Wilayah Gempa Indonesia Menurut SNI 03-1726-2002

dengan Perioda Ulang 500 Tahun ........................................... 47

Gambar 4.2. Grafik CSR, CRR, FS vs depth (BH-01) ................................. 49




Gambar 4.6. Grafik plot kurva untuk menetukan nilai CRR untuk pasir murni

dan pasir kelanauan ................................................................ 54

Gambar 4.7. Data hydrometer dan sieve analysis BH-02 (DS 1).................. 55



Gambar 4.8. Data hydrometer dan sieve analysis BH-02 (DS 2).................. 55

Gambar 4.9. Plot nilai D10 , D30 , D60........................................................... 56

Gambar 4.10. Rentang distribusi butiran yang mengalami likuifaksi untu Cu ≥

3.5 .......................................................................................... 60

Gambar 4.11. Rentang distribusi butiran yang mengalami likuifaksi untu Cu ≤

3.5 .......................................................................................... 60

Gambar 4.12. Rentang Gradasi Butiran DS 1 untuk Cu ≥ 3.5 ....................... 61

Gambar 4.13. Rentang Gradasi Butiran DS 2 untuk Cu ≤ 3.5 ....................... 62


Gambar 4.15. Rentang Gradasi Butiran DS 2 untuk Cu ≤ 3.5 ....................... 63

Gambar 4.16. Grafik FS vs Depth BH-01...................................................... 64


Gambar 4.18. Grafik FS vs Depth BH-03...................................................... 66


Gambar 4.20. Boring log untuk titik BH-A3 ................................................. 68

Gambar 4.21 Rentang Gradasi Butiran DS 2 untuk Cu ≤ 3.5 ....................... 69

Gambar 4.22. Grafik JHP & qc berbanding dengan kedalaman (S-01) ........... 73

Gambar 4.23. Grafik CSR, CRR, FS vs Depth S-01 ...................................... 74

Gambar 4.24. Grafik CSR, CRR, FS vs Depth S-02 ...................................... 75


CPT sepanjang data empiris likuifaksi dari gabungan sejarah

kasus ...................................................................................... 76

Gambar 4.26. Grafik CSR vs Depth (BH-06 & S-03) , (BH-10 & S-05) ........ 78

Gambar 4.27. Grafik CSR vs Depth (BH-14 & S-09) , (BH-15 & S-01) ........ 79

Gambar 4.28. Grafik CRR vs Depth (BH-06 & S-03) , (BH-10 & S-05) ....... 80

Gambar 4.29. Grafik CRR vs Depth (BH-14 & S-09) , (BH-15 & S-01) ....... 81

Gambar 4.30. Grafik FS vs Depth (BH-06 & S-03) , (BH-10 & S-05) ........... 82



DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Tabel Faktor Koreksi untuk (NI)60 ........................................... 23

Tabel 3.1. Tabel Data CPT Proyek PLTU ENDE S-01 ............................ 34

Tabel 3.2. Tabel Percepatan Puncak Batuan Dasar dan Percepatan Puncak

Muka Tanah untuk masing-masing Wilayah Gempa Indonesia 38

Tabel 3.3. Nilai Faktor Koreksi untuk (N1)60 ........................................... 39

Tabel 4.1. Contoh tabulasi perhitungan FS dari data SPT (BH-01) .......... 48

Tabel 4.2. Tabel nilai Cc dan Cu untuk BH-01 s/d BH-A5 ...................... 58

Tabel 4.3 Rentang Ukuran Partikel ......................................................... 59

Tabel 4.4. Contoh tabulasi perhitungan FS dari data CPT (S-06) ............. 70

Tabel 4.5. Contoh Tabel Perhitungan nilai JHP dan FR (S-01) ................ 72

Tabel 4.6. Koordinat Titik Bor di PLTU ENDE, NTT ............................. 77



DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Grafik CSR, CRR, FS vs Depth (BH-02, 04, 05, 06) ............... 89

Lampiran 2 Grafik CSR, CRR, FS vs Depth (BH-07 s/d BH-10) ............... 90

Lampiran 3 Grafik CSR, CRR, FS vs Depth (BH-11, 13, 14, 15) ............... 91

Lampiran 4 Grafik CSR, CRR, FS vs Depth (BH-A1 s/d BH-A4) .............. 92

Lampiran 5 Grafik CSR, CRR, FS vs Depth (BH-A5) ............................... 93

Lampiran 6 Grafik CSR, CRR, FS vs Depth (S-3 s/d S-6) .......................... 94

Lampiran 7 Grafik CSR, CRR, FS vs Depth (S-6 s/d S-10) ........................ 95

Lampiran 8 Perbandingan CSR vs Depth (BH-01,S-10 & BH-04,S-07) ..... 96

Lampiran 9 Perbandingan CSR vs Depth (BH-11,S-06) ............................. 97

Lampiran 10 Perbandingan CSR vs Depth (BH-01,S-10 & BH-02,S-04dst). 98

Lampiran 11 Perbandingan CRR vs Depth (BH-11,S-06 & BH-12, S-02) .... 99

Lampiran 12 Perbandingan FS vs Depth (BH-01,S-10 & BH-02,S-04 dst) . 100

Lampiran 13 Perbandingan FS vs Depth (BH-11, S-06 & BH-12, S-02) .... 101

Lampiran 14 Lokasi titik bor PLTU Ende (Potongan A-A) ........................ 102

Lampiran 15 Profil tanah PLTU Ende potongan A-A ................................ 103

Lampiran 16 Potongan profil A-A (CRR, FS dan jenis tanah) .................... 104



BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Likuifaksi (liquefaction) adalah suatu proses atau kejadian berubahnya

sifat tanah dari keadaan padat menjadi keadaan cair, yang disebabkan oleh beban

siklik pada waktu terjadi gempa sehingga tekanan air pori meningkat mendekati

atau melampaui tegangan vertikal. Likuifaksi terjadi ketika tanah non-kohesif

(lanau sampai pasir) jenuh air yang kehilangan kuat gesernya pada saat

mengalami guncangan terutama disebabkan oleh gempa. Selama diguncang

gempa tanah lebih berlaku sebagai cairan daripada sebagai padatan, sehingga

terjadilah likuifaksi yang membahayakan bagunan di atasnya.

Salah satu jenis gempa yang sering memicu terjadinya likuifaksi ialah

gempa tektonik. Gempa bumi tektonik akibat patahan lempeng bumi,

merambatkan gelombang gempa kepermukaan bumi, mengakibatkan terjadinya

gaya geser searah bolak balik atau dua arah (siklik dinamik), sehingga setiap

lapisan tanah akan terjadi perubahan parameter tanah di saat terjadinya gempa

tersebut. Kerusakan dapat diakibatkan oleh percepatan dan kecepatan gempa pada

permukaan tanah/bumi juga dapat terjadi akibat terjadinya peristiwa likuifaksi.

Dalam menentukan suatu daerah memiliki potensi likuifaksi atau tidak

bisa dengan dua cara yaitu tes uji laboratorium dan tes uji lapangan yang nantinya

akan dihitung faktor keamanannya. Pada tes uji lapangan, tes yang sering

dilakukan ialah tes CPT, SPT, BPT, dan Vs. Mengacu pada fenomena likuifaksi,

maka penting bagi kita untuk menganalisa potensi likuifaksi ketika kita akan

mendirikan suatu bangunan di atas tanah yang sekiranya memiliki potensi

likuifaksi. Hal ini yang juga melatar belakangi penulis untuk menganalisis potensi

likuifaksi pada daerah pantai Kota Ende, Nusa Tenggara Timur yang sedang

dibangun PLTU di atasnya. Mencermati hal tersebut maka penulis akan

menyajikan data serta analisis dari interpretasi data CPT dan SPT pada lokasi

tersebut untuk mengetahui potensi likuifaksi jika terjadi gempa.


2

1.2 Ruang Lingkup Pembahasan

Ruang lingkup pembahasan hanya meliputi analisis likuifaksi setempat

dengan menggunakan data CPT dan SPT yaitu di daerah Ende, NTT. Dan hasil

dari kedua data tersebut dibandingkan agar lebih terlihat apakah data (CRR,

Cyclic Resistance Ratio) dari CPT dapat diaplikasikan dalam perhitungan CRR

yang ada sekarang.

1.3 Tujuan Penelitian

Skripsi ini bertujuan untuk dapat memberi pendalaman pemahaman, baik

untuk penulis sendiri maupun mahasiswa yang lain dalam bidang geoteknik

khususnya untuk masalah analisis potensi likuifaksi pada suatu daerah dengan

data CPT dan SPT, dalam kasus ini penulis mengambil contoh daerah Kota Ende,

Nusa Tenggara Timur Hal-hal yang akan diangkat yaitu mengenai :

1. Perilaku tanah akibat gempa

2. Analisis perhitungan CRR dengan menggunakan data CPT dan SPT

3. Faktor keamanan pada tanah berpasir akibat peristiwa likuifaksi dari

interpretasi data CPT dan SPT

4. Membandingkan hasil analisis data yang diperoleh dari pengolahan data

CPT dan SPT terhadap potensi likuifaksi

1.4 Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah :

1. Mengetahui pengaruh kenaikan tekanan air pori dan adanya beban siklik

terhadap tanah yang ditinjau.

2. Mengidentifikasi potensi likuifaksi dan bahaya yang dapat terjadi pada

area yang ditinjau.

3. Mengetahui perbedaan analisis likuifaksi dari data CPT dan SPT sehingga

didapat kesimpulan apakah pendekatan dengan CPT dan SPT sama atau

berbeda.

1.5 Sistematika Penulisan

Metode penulisan dalam seminar ini dibagi dalam beberapa bab yaitu :


3

Universitas Indonesia

BAB 1 PENDAHULUAN

Berisi pendahuluan yang memuat latar belakang permasalahan, ruang

lingkup penulisan, tujuan penulisan, dan sistematika penulisan.

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

Menjelaskan landasan teori tentang tanah, hal – hal yang berhubungan

dengan gempa, peristiwa likuifaksi, dan tentang metode yang akan

digunakan.

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN

Menguraikan beberapa metode yang berhubungan dengan alur penelitian

untuk memperoleh tujuan yang ingin dicapai berdasarkan penelitian yang

telah ditetapkan.

BAB 4 PEMBAHASAN

Berisi proses dan hasil analisis yang telah didapatkan dari beberapa

metode yang diterapkan guna menganalisis potensi likuifaksi di area

yang ditinjau.

BAB 5 PENUTUP

Berisi kesimpulan dan saran dari hasil analisis yang telah diperoleh.


4

BAB 2

DASAR TEORI

2.1 Likuifaksi

Dalam peristiwa gempa bumi, umumnya diikuti oleh serangkaian

guncangan dan penyesaran tanah akibat dari gelombang gempa yang sampai pada

permukaan dan terkadang menimbulkan tsunami. Guncangan tanah dan

penyesaran tanah pada lingkungan geologi tertentu salah satunya akan

menyebabkan likuifaksi. Proses ini dapat menyebabkan bangunan rusak, retak

maupun runtuh, kerusakan bangunan akibat likuifaksi ini dikatakan sebagai

kegagalan tanah (Kertapati, 1998).

Youd (1980) dan Kertapati (1998) meninjau dari beberapa kerusakan

berat atau kerusakan total pada bangunan karena peretakan tanah akibat proses

likuifaksi bahwa kerusakan ringan terjadi pada pergeseran tanah sejauh 50-100

mm, kerusakan yang memerlukan perbaikan ringan atau kerusakan sedang terjadi

akibat pergeseran tanah sejauh 120-600 mm, dan kerusakan berat dengan

pergeseran tanah sejauh lebih dari 760 mm. Perubahan sifat tanah dari sifat solid

menjadi sifat seperti likuid yang terjadi pada tanah jenuh air diakibatkan oleh

peningkatan tekanan air pori dan pengurangan tegangan efektif tanah dan

sekaligus juga mengurangi kekuatan geser tanah yang bersangkutan. Apabila hal

tersebut terjadi dan tanah kehilangan kekuatan gesernya maka akan terjadi

likuifaksi.

2.1.1 Definisi Likuifaksi

Likuifaksi merupakan kondisi dimana tanah mendapat beban siklik,

misalnya beban yang diakibatkan oleh gempa, sehingga mengakibatkan tanah

tersebut berdeformasi dari solid menjadi cair (liquefied) atau yang sering

dikatakan menjadi seperti bubur. Dalam hal ini, tanah yang mengalami likuifaksi

adalah tanah berjenis pasir atau mengandung banyak pasir yang berarti tanah

tersebut tidak kohesif, dan juga tersaturasi. Pada tanah non-kohesif yang

tersaturasi (celah – celah antar partikelnya terisi dengan air). Kandungan air

tersebut akan memberikan tekanan pada partikel tanah sehingga menyebabkan


5


adanya ikatan pada partikel – partikel tanah tersebut. Sebelum terjadinya gempa,

tekanan air pori relatif rendah, namun guncangan dari gempa dapat memicu

kenaikan tekanan air dalam tanah sampai pada titik dimana partikel – partikel

tanah dapat saling bergerak atau kehilangan ikatannya.

Beban yang bekerja merupakan beban siklik (dinamik) yang umumnya

diakibatkan oleh gempa. Pada saat beban gempa bekerja dalam kondisi undrained

sedangkan tanah berjenis pasir berada pada kondisi tersaturasi, maka tegangan air

pori akan naik sehingga tanah tersebut akan kehilangan kekuatannya atau kuat

gesernya menjadi nol.

Fenomena yang terkait dengan likuifaksi adalah flow liquefaction dan

cyclic mobility. Keduanya sangat penting untuk diperhatikan dalam mengevaluasi

bahaya likuifaksi. Flow liquefaction adalah peristiwa dimana terjadi aliran – aliran

tanah. Hal ini terjadi apabila tekanan geser statis yang diperlukan untuk mencapai

kesetimbangan pada suatu massa tanah jauh lebih besar daripada tegangan geser

tanah dalam kondisi cair (liquefied). Dengan kata lain, deformasi yang terjadi

merupakan akibat dari tekanan geser statik (static shear stress). Pada peristiwa

flow liquefaction ini, terdapat dua karakteristik yang dapat dilihat yaitu kecepatan

aliran dan perpindahan material tanah yang sangat besar.

Cyclic mobility merupakan fenomena lainnya yang juga dapat

menyebabkan deformasi permanen yang sangat besar akibat adanya guncangan

gempa. Berbeda dengan flow liquefaction, dalam static mobility kondisinya adalah

tekanan geser statis lebih kecil dibandingkan dengan tegangan geser tanah cair

(liquefied). Pada fenomena ini, deformasi yang terjadi diakibatkan oleh

pembebanan siklik (cyclic loading) dan tekanan geser statis (static shear stress).

Dalam hal ini, deformasi yang terjadi adalah deformasi lateral (lateral spreading).

Tercatat bahwa likuifaksi sebagai akibat dari gempa telah banyak terjadi

di seluruh dunia selama ratusan tahun, beberapa diantaranya adalah gempa di

Alaska, AS (1964), Niigata, Jepang (1964), Loma Prieta, AS (1989), dan Kobe,

Jepang (1995).


6


2.1.2 Faktor-faktor yang mempengaruhi potensi Likuifaksi

Untuk dapat memahami likuifaksi, diperlukan pengenalan kondisi yang

terdapat pada tanah sebelum terjadinya gempa. Tanah terdiri dari partikel –

partikel yang menyusunnya. Jika dilihat lebih dekat maka akan terlihat bahwa

setiap partikel berhubungan dengan partikel lainnya. Karena adanya gaya berat

dari partikel tanah, maka terdapatlah gaya antar partikel. Gaya inilah yang

membuat setiap partikel tanah dapat berada tetap pada posisinya sehingga ada

yang dimaksud dengan kekuatan tanah.

Likuifaksi terjadi apabila suatu pasir yang tersaturasi strukturnya

terpecah akibat adanya pembebanan yang berlebihan dan terus – menerus. Karena

strukturnya hancur, maka partikel – partikel penyusun pasir tersebut akan

bergerak dan cenderung membentuk suatu konfigurasi yang lebih keras. Pada saat

terjadinya gempa, air yang berada pada pori – pori tanah berpasir tidak sempat

mengalir keluar, dan terperangkap sehingga partikel – partikel tanah tidak dapat

bergerak dan merapat untuk membentuk konfigurasi yang lebih padat. Dengan

adanya pembebanan akibat gempa, tekanan air di dalam tanah akan meningkat

sehingga memperkecil gaya antar partikel tanah sehingga kekuatan tanahnya

menjadi menurun. Pada kasus – kasus yang ekstrim, tekanan air pori akan menjadi

sangat tinggi sehingga partikel – partikel tanah kehilangan kontak satu dengan

lainnya. Jika hal tersebut terjadi maka tanah akan kehilangan kekuatannya dan

berlaku seperti cairan, maka peristiwa tersebut dinamakan likuifaksi.

Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi terjadinya likuifaksi pada

tanah saat terjadi gempa antara lain adalah kepadatan tanah, umur dari deposit,

fabric dan gradasi partikel, riwayat tegangan (regangan), nilai Over Consolidation

Ratio (OCR), kondisi tegangan in- situ, bentuk dari partikel.

Kepadatan dari tanah pasir dapat dinyatakan dengan nilai relative density

(Dr). Semakin besar nilai Dr maka akan semakin besar tahanannya terhadap

bahaya likuifaksi. Likuifaksi umumnya terjadi pada tanah yang bergradasi

seragam (uniformly graded soil). Sementara tanah yang bergradasi baik (well

graded soil) umumnya mempunyai tahanan terhadap likuifaksi lebih besar

dibandingkan dengan tanah yang bergradasi jelek (poor graded soil). Hal ini

disebabkan oleh partikel-partikel kecil yang terdapat pada tanah bergradasi baik


7


akan dapat mengisi rongga yang ada diantara partikel yang besar, sehingga

potensi untuk mengalami perubahan volume pada kondisi drain akan menjadi

lebih kecil akibat undarained loading.

Semakin tua umur dari deposit tersebut maka semakin besar tahanannya

terhadap bahaya likuifkasi. Hal ini disebabkan antara lain karena adanya proses

sementasi (cementation) antara partkel. Semakin besar nilai OCR maka semakin

besar nilai Ko yang mana akan menaikkan tegangan efektif rata-rata tanah (σ’av).

Tahanan terhadap likuifaksi akan meningkat dengan meningkatnya tegangan

efektif confining. Sebagai akibatnya suatu daerah dimana air mukanya tinggi atau

dekat ke permukaan akan lebih mudah mengalami proses likuifaksi dibandingkan

dengan daerah dimana muka air terdapat pada posisi yang cukup dalam dari

permukaan.

Tanah dengan partikel yang berbentuk bundar akan lebih mudah

mengalami likuifaksi dibandingkan dengan tanah dengan partikel bersudut. Hal

ini disebabkan tanah dengan partikel berbentuk bundar lebih mudah untuk

dipadatkan.

2.1.3 Bahaya yang Disebabkan oleh Peristiwa Likuifaksi

Likuifaksi hanya terjadi pada tanah yang tersaturasi, maka efeknya

seringkali hanya diamati pada area yang dekat dengan badan air seperti sungai,

danau, dan laut. Efek yang disebabkan oleh likuifaksi dapat berupa longsor besar

ataupun terjadinya retakan – retakan pada tanah yang paralel dengan badan air,

seperti kasus yang terjadi pada Montagua River, Guatemala (1976).

Saat terjadinya likuifaksi, kekuatan tanah menjadi berkurang dan

kemampuan tanah untuk mendukung pondasi dari bangunan diatasnya akan

berkurang pula. Likuifaksi juga dapat memberikan tekanan yang besar pada

dinding – dinding penahan tanah yang dapat menyebabkan dinding penahan tanah

menjadi miring ataupun bergeser. Naiknya tekanan air pori juga dapat memicu

terjadinya longsor (land slides) serta rusaknya bendungan.

Pelabuhan dan dermaga umumnya berada pada area dekat badan air yang

berpotensi terjadi likuifaksi. Pada umumnya, dermaga dan pelabuhan memiliki

struktur penahan yang sangat besar. Jika tanah dibelakang dinding penahan


8


tersebut mengalami likuifaksi, maka dapat terjadi kegagalan pada dinding

penahan tanah tersebut sehingga dinding itu dapat bergeser, miring, ataupun

rubuh.

Selain pada dinding penahan tanah, likuifaksi juga seringkali merusak

jembatan yang melewati badan air. Pergerakan tanah pada peristiwa likuifaksi

dapat mendorong pondasi jembatan keluar sehingga jembatan kehilangan

supportnya, atau menyebabkan terjadinya buckling pada pondasi jembatan.

Kerusakan – kerusakan semacam ini membawa konsekuensi yang besar dalam

mendesain bangunan – bangunan pada tanah pasir yang berada dekat badan air.

Sebagai akibat jangka panjangnya, tentunya akan terdapat kerugian materi yang

sangat besar apabila terjadi kegagalan pada struktur dibawah tanah akibat

likuifaksi.

Namun pada penelitian ini penulis lebih menekankan pada bangunan

PLTU Ende yang posisinya berada pada tanah kepasiran yang cukup memiliki

potensi likuifaksi. Berikut adalah gambar yang mengilustrasikan efek dari

likuifaksi.

Gambar 2.1. Ilustrasi efek likuifaksi

Sumber : The Institution of Professional Engineers of New Zealand


9


2.2 Teori Dasar Gempa Bumi

2.2.1 Teori Lempeng Tektonik

Teori lempeng tektonik yang dikembangkan sejak tahun 1960-an

merupakan teori yang menggambarkan bagaimana gempa bumi terjadi. Menurut

teori lempeng tektonik, permukaan bumi terdiri dari lempeng-lempeng tektonik

yang berbeda-beda, bisa disebut juga sebagai lempeng litosphere, dengan masing-

masing pelat memiliki kerak atau lapisan dan bagian yang lebih kaku pada mantel

terluar. Lempeng-lempeng tektonik ini aktif bergerak dan menimbulkan pelepasan

energi akibat tekanan yang dihasilkan oleh pergerakan lempeng-lempeng.

Tekanan tersebut kian membesar dan mencapai keadaan dimana tekanan tersebut

tidak dapat ditahan oleh pinggiran lempeng, pada saat itulah gempa bumi terjadi.

Gempa bumi biasanya terjadi di perbatasan-perbatasan lempeng tersebut.

Batas lempeng (plate boundaries) dibedakan menjadi tiga jenis

berdasarkan cara lempengan tersebut bergerak relatif satu sama lain. Tiga jenis

batas lempeng tersebut adalah :

Batas Divergen (Divergent Boundaries)

Batas Divergen terjadi ketika dua lempeng bergerak saling menjauhi satu

sama lain. Magma panas yang keluar ke permukaan akibat pergerakan dua

lempeng ini mengalami proses pendinginan dan membentuk punggung-

punggung bukit. Gempa bumi yang terjadi akibat pembentukan punggung

bukit ini hanya terjadi di sekitar puncak bukit, pada saat kerak baru

terbentuk. Gempa ini relatif kecil dan terjadi pada kedalaman yang dangkal.

Batas Konvergen (Convergent Boundaries)

Berbeda dengan Batas Divergen, Batas Konvergen ini terjadi ketika dua

lempeng bergerak bergesekan saling mendekati satu sama lain sehingga

membentuk zona subduksi (subduction zone) ketika salah satu lempeng

bergerak di bawah lempeng lainnya.

Batas Transform (Transform Boundaries)

Batas Transform atau biasa disebut Patahan (Fault) terjadi pada saat

lempeng bergerak dan mengalami gesekan satu sama lain tanpa

menimbulkan efek konstruktif ataupun destruktif pada lapisan bumi seperti


10


yang terjadi pada Batas Divergen dan Batas Konvergen. Pada saat

pergerakan relatif kedua lempeng sejajar satu sama lain, zona patahan

strike-slip (strike-slip fault zone) terbentuk pada Batas Transform.

Gambar 2.2. Tiga Jenis Batas Lempeng (Plate Boundary)

Sumber : Wikipedia

Kebanyakan gempa bumi terjadi akibat pelepasan energi yang terjadi

akibat perpindahan tiba-tiba dari patahan. Walaupun demikian tidak berarti bahwa

pergerakan tanah yang terjadi akibat patahan selalu menimbulkan gempa bumi.

2.2.2 Besaran Kekuatan Gempa

Terdapat dua cara dasar dalam mengukur kekuatan gempa, yaitu

berdasarkan magnitudo gempa (earthquake magnitude) dan berdasarkan intensitas

kerusakan yang diakibatkannya (earthquake intensity). Magnitudo gempa tidak

bergantung pada kepadatan populasi suatu wilayah maupun jenis konstruksi

bangunan yang ada di wilayah tersebut, sedangkan intensitas mengukur bahaya

kerusakan yang diakibatkan oleh gempa pada bangunan dan reaksi orang-orang di

suatu wilayah.

Earthquake Magnitude

Jika besar gempa di bumi ini ingin dibandingkan, dibutuhkan suatu

metode perhitungan yang tidak bergantung pada intensitas gempa,

kepadatan penduduk, dan jenis bangunannya, tetapi langsung kepada

skala kuantitatif gempa yang dapat diterapkan pada daerah dengan

penduduk maupun tanpa penduduk. Hal ini dapat dilakukan dengan

mengkuantifikasi gempa sebagai magnitudo gempa yang pertama kali

diperkenalkan oleh Wadati di Jepang pada tahun 1931.


11


a. Local Magnitude Scales (ML)

Pada tahun 1935, Prof. Charles Richter, dari Institut Teknologi

California mengembangkan skala besaran gempa untuk gempa

dangkal dan lokal serta memiliki episentrum berjarak kurang dari 600

km di daerah selatan California. Skala besaran gempa ini disebut

sebagai skala besaran Richter. Karena skala besaran ini dikembangkan

untuk gempa dangkal dan local, skala ini juga dikenal sebagai Local

Magnitude Scale (ML). Richter mendefinisikan magnitude local

gempa sebagai logaritma berbasis 10 dari amplitude gelombang

gempa maksimum dalam micron direkam menggunakan sesimograf

Wood-Anderson yang terletak pada jarak 100 km dari episentrum

gempa.

ML = log A – log Ao = log A/Ao (2.2.1)

Dengan:

ML = besaran gempa

A = amplitudo jejak gempa maksimum (mm) yang direkam oleh

seismograf standar Wood-Anderson yang memiliki periode natural

0,8 detik dengan faktor redaman 80% dan magnifikasi statis sebesar

2800.

Ao = 0,001 mm (skala gempa lokal nol yang berhubungan dengan

besaran gempa terkecil yang pernah direkam)

b. Surface Wave Magnitude Scales (Ms)

Skala ini digunakan untuk mengukur besaran gempa yang terutama

ditimbulkan oleh gempa permukaan dengan periode sekitar 20 detik

yang sering dominan pada rekaman seismograf untuk gempa yang

memiliki episentrum cukup jauh dari tempat (sekitar lebih dari 2000

km). Gutenberg mendefinisikan Surface Magnitude Scale (Ms)

berdasarkan pengukuran amplitude gelombang gempa permukaan

dengan periode 20 detik.

c. Body Wave Magnitude (mb)

Gempa yang memiliki focus yang dalam hanya memiliki sedikit

gelombang permukaan sehingga dibutuhkan pengukuran terhadap


12


amplitude gelombang P yang merupakan salah satu jenis gelombang

badan yang tidak dipengaruhi oleh kedalaman focal sumber gempa.

d. Moment Magnitude Scales (Mw)

Besaran menggunakan magnitude gempa dengan pendekatan momen

seismic yang langsung berhubungan dengan ukuran sumber gempa

yang dihitung dengan formula berikut

푀 =,

− 10,7 (2.2.2)

Dengan Mo adalah moment seismic dalam satuan dyn-cm.

Earthquake Intensity

Skala intensitas gempa pertama kali disusun oleh de Rossi dari Italia dan

Forel dari Swiss pada tahun 1880 kemudian dikembangkan dan diperbaiki

oleh Mercalli pada tahun 1931. Versi lainnya disusun oleh H.O. Wood dan

Frank Neumann. Jepang juga mengeluarkan skala intensitas gempanya.

2.3 Karakteristik Dasar Tanah

Ukuran partikel tanah sangat beragam, yaitu antara lebih besar dari 100

mm sampai kurang dari 0.001 mm. Dari ukuran yang sangat beragam tersebut,

maka setiap jenis tanah memiliki sebutan yang berbeda, dimulai dari yang paling

halus partikelnya yaitu lempung, lanau, pasir, kerikil, cobbles, dan boulders untuk

bebatuan yang paling keras dan partikelnya paling besar. Pada umumnya, jenis

tanah terdiri dari campuran berbagai rentang ukuran dan biasanya lebih dari dua

rentang ukuran. Namun partikel yang berukuran lempung tidak selalu merupakan

mineral lempung, bubuk batu yang paling halus mungkin berukuran partikel

lempung. Jika mineral lempung terdapat pada suatu tanah, biasanya akan dapat

mempengaruhi sifat tanah tersebut, meskipun persentasenya tidak terlalu besar.

Secara umum, tanah disebut kohesif bila partikel – partikelnya yang

saling melekat setelah dibasahi, kemudian dikeringkan maka diperlukan gaya

yang cukup besar untuk meremas tanah tersebut, ini tidak termasuk tanah yang

partikel – partikelnya saling melekat ketika dibasahi akibat tegangan permukaan.


13


Gambar 2.3. Rentang Ukuran Partikel

Sumber: R.F.Craig, 1991

Tanah yang partikelnya terdiri dari rentang ukuran kerikil dan pasir

disebut tanah berbutir kasar (coarse grained). Sebaliknya, bila partikelnya

kebanyakan berukuran partikel lempung dan lanau, disebut tanah berbutir halus

(fine grained).

2.3.1 Sifat – sifat fraksi tanah berbutir kasar

Ukuran butiran tanah tergantung pada diameter partikel tanah yang

membentuk masa tanah itu. Secara visual, fraksi tanah berbutir kasar dapat

dikenali secara langsung mengingat ukurannya yang besar.

Material tanah berbutir kasar paling banyak digunakan dalam konstruksi

karena sifat – sifatnya yang menguntungkan. Berikut ini adalah beberapa sifat –

sifat fraksi tanah berbutir kasar, yaitu :

Tidak mempunyai sifat kohesi

Tingkat kompressibilitas yang tinggi dan nilai elastisitas yang besar,

sehingga baik untuk material urugan. Material ini banyak dipakai untuk

mengganti lapisan tanah yang buruk pada konstruksi jalan raya.

Porositas tinggi karena banyak mempunyai celah atau void dalam susunan

strukturnya

Mempunyai kuat geser yang besar

Dapat terkonsolidasi dalam waktu yang relative cepat

Partikel berukuran > 0.075 mm.


14


2.4 Tegangan Dalam Tanah

Besarnya pengaruh gaya – gaya yang menjalar dari partikel ke partikel

lainnya dalam kerangka tanah telah diketahui sejak tahun 1923, ketika Terzaghi

mengemukakan prinsip tegangan efektif yang didasarkan pada data hasil

percobaan. Untuk rentang tegangan yang biasa dijumpai dalam praktek, masing –

masing partikel padat dan air dapat dianggap tidak kompresibel; di lain pihak,

udara bersifat sangat kompresibel. Tanah dapat divisualisasikan sebagai suatu

kerangka partikel padat tanah (solid skeleton) yang membatasi pori – pori yang

mana pori – pori tersebut mengandung air dan/atau udara. Volume kerangka tanah

secara keseluruhan dapat berubah akibat penyusunan kembali partikel – partikel

padat pada posisinya yang baru, terutama dengan cara menggelincir yang

menyebabkan terjadinya perubahan gaya – gaya yang bekerja diantara partikel –

partikel tanah. Kompresibilitas kerangka tanah yang sesungguhnya tergantung

pada susunan struktural partikel tanah tersebut.

Prinsip tersebut dapat diwakili oleh model fisis sebagai berikut. Tinjaulah

sebuah ‘bidang’ x-x pada suatu tanah jenuh sempurna yang melewati titik – titik

singgung antar partikel, seperti terlihat pada gambar berikut. Bidang x-x yang

bergelombang tersebut, dalam skala besar, sama dengan bentuk bidang yang

sebenarnya karena ukuran partikel tanah relatif kecil. Sebuah gaya normal P yang

bekerja pada bidang A sebagian ditahan oleh gaya – gaya antar partikel dan

sebagian oleh tekanan pada air pori. Gaya – gaya antar partikel pada seluruh

tanah, baik besar maupun arahnya, sangat tidak beraturan (acak), tetapi pada tiap

titik singgung dengan bidang yang bergelombang dapat diuraikan menjadi

komponen – komponen gaya yang arahnya normal dan tangensial terhadap bidang

x-x yang sebenarnya. Komponen normal dinamakan dengan N’ dan komponen

tangensial dengan T.


15


Gambar 2.4. Interpretasi Tegangan Efektif

Sumber: R.F.Craig, 1991 Tegangan geser dapat ditahan oleh kerangka partikel padat tanah dengan

memanfaatkan gaya – gaya yang timbul karena persinggungan antar partikel.

Tegangan normal ditahan oleh gaya – gaya antar partikel pada kerangka tanah.

Jika tanah berada dalam kondisi jenuh sempurna, air pori akan mengalami tekanan

karena ikut menahan tegangan normal.

2.4.1 Tegangan Efektif

Tegangan efektif adalah gaya per satuan luas yang dipikul oleh butir –

butir tanah. Perubahan volume dan kekuatan tanah tergantung pada tegangan

efektif di dalam massa tanah. Makin tinggi tegangan efektif suatu tanah, makin

padat tanah tersebut.

Prinsip tersebut hanya berlaku untuk tanah jenuh sempurna. Tegangan –

tegangan yang berhubungan dengan prinsip tersebut adalah :

Tegangan normal total (σ); pada bidang di dalam tanah, yaitu gaya per

satuan luas yang ditransmisikan pada arah normal bidang dengan

menganggap bahwa tanah adalah material padat saja

Tekanan air pori (u); merupakan tekanan air pengisi pori – pori di antara

partikel – partikel padat

Tegangan normal efektif (σ’) pada bidang, yang mewakili tegangan yang

dijalarkan hanya melalui kerangka tanah saja.

Hubungan ketiga tegangan diatas adalah : σ = σ’ + u (2.2.3)


16


2.4.2 Tegangan Horizontal (Tegangan Lateral)

Dalam bidang hidrolika, kita mengetahui bahwa tekanan pada benda cair

akan memiliki nilai yang sama dalam berbagai arah. Namun, sangat berbeda

dengan tanah, sangat jarang terjadi pada lapisan tanah alam yang bagian dasarnya

memiliki tegangan horizontal yang sama nilainya dengan tegangan vertikalnya.

Adapun persamaan dari perbandingan tegangan horizontal dan vertical adalah :

σh = K . σv (2.2.4)

Dimana K merupakan koefisien tekanan tanah. Karena permukaan air

tanah dapat berfluktuasi sehingga dapat merubah nilai tegangan total, maka

koefisien K tidak konstan nilainya pada lapisan tanah. Untuk menghindari

masalah muka air tanah yang fluktuatif, perbandingan tengangan tersebut harus

dalam keadaan kondisi efektif.

σ’h = K0 . σ’v (2.2.5)

K0 adalah koefisien penting dalam bidang geoteknik. Biasa dinamakan

“koefisien tekanan tanah dalam keadaan diam” (coefficient of earth pressure at

rest). Hal tersebut menyatakan kondisi tegangan dalam tanah berada dalam

keadaan efektif dan tidak tergantung dari level muka air tanah. Bahkan jika

kedalaman berubah, K0 tetap konstan, selama dalam lapisan tanah dan kepadatan

yang sama.

2.5 Kekuatan Geser Tanah

Salah satu properties tanah yang terpenting adalah kekuatan geser atau

kemampuan tanah untuk menahan gesekan sepanjang bidang geser dengan

massanya. Kekuatan geser merupakan karakteristik tanah yang dapat menjaga

keseimbangan pada permukaan lereng. Keruntuhan geser tanah terjadi bukan

disebabkan karena hancurnya butir-butir tanah tetapi karena adanya gerak relatif

antara butir-butir tanah tersebut. Kekuatan geser yang dimilki oleh suatu tanah

disebabkan oleh:

Pada tanah berbutir halus (kohesif) misalnya lempung kekuatan geser yang

dimiliki tanah disebabkan karena adanya kohesi atau lekatan antara butir-

butir tanah (c soil).


17


Pada tanah berbutir kasar (non kohesif), kekuatan geser disebabkan karena

adanya gesekan antara butir-butir tanah sehingga sering disebut sudut geser

dalam (φ soil).

Pada tanah yang merupakan campuran campuran antara tanah halus dan

tanah kasar (c dan φ soil), kekuatan geser disebabkan karena adanya lekatan

(karena kohesi) dan gesekan antara butir-butir tanah (karena φ).

Jika pada suatu titik tertentu pada massa tanah, tegangan geser bernilai

sama dengan kuat gesernya, maka saat itulah akan terjadi keruntuhan. Menurut

Coulomb, kuat geser tanah pada suatu titik pada bidang tertentu, dapat

diekspresikan sebagai suatu fungsi linear dari tegangan normal pada saat

keruntuhan pada titik yang sama pada bidang tersebut.

vτf = c + σf tan φ (2.2.6)

Dimana c (kohesi) dan φ (sudut geser) merupakan parameter kuat geser.

Berdasarkan prinsip bahwa tegangan geser pada tanah hanya dapat ditahan oleh

partikel padatnya, maka kuat geser harus diekspresikan sebagai suatu fungsi

dalam kondisi efektifnya, yaitu sebagai berikut :

τf = c’ + σ’f tan φ’ (2.2.7)

Hubungan parameter kuat geser dengan prinsip tegangan efektif pada

saat keruntuhan dapat dilihat pada gambar berikut ini, dimana lingkaran Mohr

menunjukkan kasus dengan c’ > 0.

Gambar 2.5. Kriteria keruntuhan Mohr – Coulomb

Sumber: R.F. Craig, 2004


18


2.5.2 Kekuatan Geser Tanah Non-Kohesif

Kekuatan geser pada tanah granuler seperti pada pasir hampir mendekati

analogi pada tahanan gesek benda padat pada bidang kontak. Hubungan antara

tegangan normal pada bidang tanah dan kekuatan gesernya dapat ditulis dengan

persamaan berikut :

τf = σ tan φ (2.2.8)

Dimana

τf = tegangan geser keruntuhan, atau kekuatan geser

σ = tegangan normal pada bidang geser

φ = sudut geser

Sudut geser untuk pasir jenuh sedikit lebih kecil dibandingkan dengan

pasir yang kering untuk kepadatan yang relatif sama. Jika pasir berada dibawah

muka air, maka efek dari tegangan normal air pada bidang geser harus dihitung.

Tegangan normalnya harus dalam keadaan efektif. Tegangannya sama dengan

tegangan total pada sebuah titik dikurangi tegangan air pori. Kekuatan geser

material akan bertambah sejalan dengan besarnya nilai sudut geser. Oleh karena

itu :

τf = (σ – u) tan φ’ (2.2.9)

dimana :

τf = tegangan geser keruntuhan, atau kekuatan geser

σ = tegangan normal pada bidang geser

u = tekanan air pori

φ = sudut geser

2.6 Metode untuk mengevaluasi potensi Likuifaksi

Dalam menganalisis potensi likuifaksi dapat dilakukan dengan dua cara

yaitu tes uji laboratorium dan pendekatan perhitungan dari data tes uji lapangan.

Dalam skripsi ini penulis bertujuan untuk mendapatkan hasil nilai potensi

likuifaksi dari hasil uji lapangan yaitu data CPT (sondir) dan SPT serta

membandingkan nilai CRR yang didapat oleh masing-masing data. Adapun untuk

menganalisis potensi likuifaksi dibutuhkan nilai rasio tegangan siklik (CSR) dan

nilai rasio tahanan siklik (CRR) yang bisa didapatkan dari nilai CPT (sondir), SPT


19


(bor dalam), Vs (shearwave velocity), dan beberapa uji tanah lainnya termasuk

Becker Penetration Test (BPT). Namun dalam skripsi ini penulis hanya

membatasi perhitungan dari data CPT dan SPT.

Metode untuk mengevaluasi potensi likuifaksi adalah dengan cara

medapatkan nilai faktor keamanan dari hasil perbandingan nilai CRR (Cyclic

Resistance Ratio) yaitu nilai yang mencerminkan kekuatan tanah terhadap beban

siklis yang biasanya diakibatkan oleh beban gempa bumi dengan CSR (Cyclic

Stress Ratio) yaitu nilai tegangan yang disebabkan oleh gempa bumi. Faktor

keamanan yang digunakan tidak boleh kurang dari satu, karena jika kurang dari

satu maka tanah akan mengalami likuifaksi. Berikut sedikit diilustrasikan oleh

sebuah persamaan :

FS = (2.2.10)

dimana, jika FS = < 1 (terjadi likuifaksi)

jika FS = = 1 (kondisi kritis)

jika FS = > 1 (tidak terjadi likuifaksi)

2.6.1 Metode evaluasi CSR

Pada tahun 1971 Seed dan Idriss memformulasikan persamaan untuk

rasio tegangan siklik sebagai berikut :

CSR = (τav / σ ‘vo) = 0.65 (amax /g)( σ vo / σ ‘vo)rd (2.2.11)

dimana amax = aselarasi puncak horizontal pada permukaan tanah yang

disebabkan oleh gempa bumi; g = gravitasi; σ vo dan σ ‘vo tegangan overburden

vertikal efektif; dan rd = koefisien tegangan reduksi. Untuk penyederhanaan dan

proyek nonkritis, persamaan berikut mungkin digunakan untuk memperkirakan

nilai rd rata-rata (Liao dan Whitman, 1968) :

rd = 1.0 - 0.00765z untuk z ≤ 9.15 m (2.2.12.a)

rd = 1.174 - 0.0267z untuk 9.15 ≤ z ≤ 23 m (2.2.12.b)


20


Gambar 2.6. rd versus Depth Curves Developed by Seed and Idriss (1971)

Sumber : Soil Liquefaction During Earthquakes by I.M Idriss and R.W. Boulanger

Untuk memudahkan perhitungan, TF Blake (1996) memperkirakan

rataan (nilai tengah) plot kurva pada gambar 2.6 oleh persamaan berikut:

(2.2.13)

dimana z = kedalaman dibawah permukaan tanah dalam satuan meter.

Sedangkan Idriss (1999), meneruskan apa yang dikerjakan oleh

Golesorkhi (1989) dilakukan beberapa ratus analisis respon parametrik dan

disimpulkan bahwa nilai rd harus menunjukkan fungsi dari kedalaman dan

earthquake magnitude (Mw). Dan persamaan berikut menunjukkan hasil dari

analisis tersebut.

rd = exp (α (z) + β (z) M ) (2.2.14)

α (z) = -1.012 – 1.126 sin ( ((z)/11.73) + 5.133) (2.2.14.a)

β (z) = 0.106 + 0.118 sin ( ((z)/11.38) + 5.412 ) (2.2.14.b)

Dimana z adalah kedalaman dalam meter, Mw adalah momen magnitude.

Persamaan diatas secara matematik dapat diterapkan pada kedalaman z ≤ 34 m.

Namun ketidakpastian nilai rd dengan meningkatnya kedalaman, maka persamaan

diatas sebenarnya hanya bisa diterapkan pada kedalaman kurang dari 20 m.


21


2.6.2 Metode Evaluasi CRR

Dalam mengevaluasi nilai CRR dilakukan pendekatan perhitungan CRR

yang diambil dari konsensus NCEER/NSF tentang ketahanan tanah terhadap

Likuifaksi tahun 1998 mengenai analisis likuifaksi dan literatur buku yang dibuat

oleh I.M Idriss dan R.W Boulanger yang berjudul “Soil Liquefaction During

Earthquakes” tahun 2008.

Beberapa uji lapangan telah memperoleh penggunaan umum untuk

evaluasi potensi likuifaksi, termasuk tes penetrasi standar (SPT), uji penetrasi

kerucut (CPT), kecepatan gelombang geser pengukuran (Vs), dan uji penetrasi

Becker (BPT). Namun batasan pada tulisan ini hanya pada evaluasi data dari CPT

dan SPT.

2.6.2.1 SPT

Diambil dari sebuah konsensus NCEER/NSF tentang ketahanan tanah

terhadap Likuifaksi tahun 1998 mengenai analisis likuifaksi didapatkan metode

evaluasi CRR dengan kriteria untuk evaluasi tahanan likuifaksi berdasarkan nilai

SPT telah digunakan selama bertahun-tahun. Kriteria tersebut sebagian besar

diwujudkan dalam plot kurva antara nilai SPT terkoreksi (NI)60 dan nilai CSR.

Gambar 2.7. Kurva SPT Clean-Sand Base untuk Nilai Gempa Bumi 7.5 dengan

data dari sejarah kasus Likuifaksi Sumber: Modifikasi dari Seed dkk, 1985


22


Kurva CRR pada grafik ini adalah diposisikan untuk memisahkan daerah

dengan data indikasi likuifaksi dengan data yang menunjukkan non-likuifaksi.

Kurva dikembangkan untuk tanah butiran dengan fines content sebesar 5% atau

kurang, 15%, dan 35% seperti yang ditunjukkan pada plot kurva. Kurva CRR

untuk fines content <5% adalah kriteria penetrasi dasar untuk penyederhanaan

prosedur dan selanjutnya disebut sebagai ''kurva dasar SPT pasir murni''. CRR

pada gambar 2.7 hanya berlaku untuk magnitude gempa bumi sebesar 7.5.

Pada kurva SPT clean-sand, beberapa usulan perubahan kriteria SPT

direkomendasikan oleh beberapa peneliti yang hadir dalam konsensus tersebut.

Perubahan pertama adalah lintasan kurva clean-sand base pada (N1)60 untuk

memproyeksikan nilai sekitar 0,05 (gambar 2.7). Penyesuaian ini membentuk

ulang yang kurva clean-sand base untuk mencapai konsistensi yang lebih besar

dengan kurva CRR dan dikembangkan untuk prosedur shear wave velocity dan

CPT. Seed dan Idris (1982) mengembangkan kurva yang asli melalui data aslinya,

tapi ada sedikit data yang membatasi kurva di bagian bawah dari plot.

Di University of Texas, AF Rauch (1998), memperkirakan plot kurva

clean-sand base pada gambar 2.5 oleh persamaan berikut :

(2.2.15)

Persamaan ini hanya berlaku untuk (NI)60 < 30. Untuk (N1)60 ≥ 30,

butiran tanah halus terlalu padat untuk terlikuifaksi dan diklasifikasikan sebagai

tanah nonliquefiable. Persamaan ini dapat digunakan dalam spreadsheet dan

teknik analisis lainnya untuk memperkirakan kurva clean-sand base untuk

perhitungan teknis.

Pada perkembangannya, Seed et. al (1985) mencatat bahwa ada indikasi

nyata tentang naiknya nilai CRR yang seiring dengan meningkatnya fines cotent.

Apakah kenaikan ini disebabkan oleh kenaikan tahanan likuifaksi atau penurunan

tahanan penetrasi masih belum diketahui. Berdasarkan data empiris yang ada,

Seed dkk mengembangkan kurva CRR untuk berbagai kandungan butiran halus

(fines content) agar lebih sesuai dengan dasar data empiris dan untuk lebih


23


mendukung perhitungan dengan spreadsheets dan bantuan perhitungan elektronik

lainnya.

Persamaan berikut ini dikembangkan oleh IM Idriss dengan bantuan R.B.

Seed untuk faktor koreksi (NI)60 penyetaraan nilai clean sand, (NI)60 cs :

(NI)60 cs = 훼 + 훽 (NI)60 (2.2.16)

dimana 훼 dan 훽 ialah koefisien yang didapatkan dari hubungan persamaan berikut

:

Persamaan ini dapat digunakan untuk perhitungan ketahanan likuifaksi

pada umumnya.

Adapun factor koreksi lainnya dibutuhkan untuk perhitungan (NI)60.

Berikut adalah tabel koreksi nilai SPT yang dimodifikasi dari Skempton (1986)

dan disempurnakan kembali oleh Robertson dan Wride (1988).

Tabel 2.1. Tabel Faktor Koreksi untuk (NI)60

Sumber : Skempton (1986) ditulis kembali oleh Robertson dan Wride (1998)


24


(2.2.17)

dimana :

Nm = nilai tahanan penetrasi standar;

CN = faktor normalisasi Nm terhadap tegangan overburden pada umumnya;

CE = koreksi rasio energy hammer (ER);

CB = koreksi untuk diameter lubang bor;

CR = factor koreksi dari panjang batang;

CS = koreksi untuk sampel.

Karena adanya peningkatan nilai N-SPT dengan meningkatnya tegangan

overburden efektif, faktor koreksi tegangan overburden harus digunakan (Seed

dan Idriss 1982). Faktor ini umumnya dihitung dari persamaan berikut (Liao dan

Whitman, 1986) :

CN = (Pa / 휎′vo)0,5 (2.2.18)

dimana nilai CN tidak boleh melebihi dari 1.7.

Sedangkan I.M. Idriss dan R.W. Boulanger tahun 2008 telah

memodifikasi nilai dari beberapa parameter seperti (NI)60 cs , ∆ (NI)60 , dan CRR7,5

yang terangkum dalam persamaan-persamaan seperti berikut.

(NI)60 cs = (NI)60 + ∆ (NI)60 (2.2.19)

∆ (NI)60 = exp 1.63 + ,,− ,

,² (2.2.20)

CRR7,5 = exp( ( ) ,

+ ( ) − ( ) ,

+ ( ) ,

⁴ − 2,8)

(2.2.21)

2.6.2.2 CPT

Keuntungan utama dari CPT ialah tahanan penetrasi profil yang terus

menerus dapat dikembangkan menjadi interpretasi statigrafi. Data yang

dihasilkan oleh CPT umumnya lebih konsisten dan memiliki repeatability yang

baik sehingga data yang didapatkan relatif mendekati satu sama lain. Statigrafi

yang didapatkan dari CPT memiliki kemampuan lebih dalam interpretasi data

tahanan likuifaksi dibandingkan SPT.


25


Berdasarkan beberapa sejarah kesalahan kasus dari tahun 1989 Gempa

Loma Prieta, I.M. Idriss menyarankan bahwa kurva clean sand pada gambar 2.8

berikut harus bergeser ke kanan sebesar 10-15%.


CPT sepanjang data empiris likuifaksi dari gabungan sejarah kasus Sumber : Soil Liquefaction During Earthquakes by I.M Idriss and R.W. Boulanger

Gilstrap dan Youd (1988) membandingkan perhitungan tahanan

likuifaksi dari keadaan lapangan pada 19 tempat dan menyimpulkan bahwa

ketepatan prediksi potensi likuifaksi dari data CPT memiliki > 85%. Kurva clean-

sand base pada Gambar 2.8 mungkin didapatkan dari persamaan (Robertson dan

Wride, 1998) berikut :

Jika nilai (qc1N)cs < 50

maka nilai CRR7,5 = 0.833[(qc1N)cs / 1.000] + 0.05 (2.2.22)

Dan jika 50 ≤ (qc1N)cs ≤ 160

maka CRR7,5 = 93[[(qc1N)cs / 1.000]3 + 0.08 (2.2.23)

Normalisasi dari tahanan cone penetration didapatkan sebagai berikut :

qc1N = CN (qc / Pa) (2.2.24)

CN = (Pa / 휎’vo)n (2.2.25)


26


Dalam buku Soil Liquefaction During Earthquake karangan I.M Idriss

dan R.W. Boulanger diketahui bahwa nilai CRR7,5 sebagai berikut :


CRR7,5 = exp [((qc1N)cs/540) + ((qc1N)cs/67)2 - ((qc1N)cs/80)3 +

((qc1N)cs/114)4 – 3) (2.2.26)

Jika nilai (qc1N)cs > 211, maka CRR7,5 = 2

Dimana:

CQ ialah faktor normalisasi untuk tahanan CPT;

Pa = 1 atm tekanan yang sama yang digunakan oleh σ ‘vo ;

n = eksponen yang bergantung pada jenis tanah;

qc = tahanan ujung konus

Pada kedalaman yang dangkal CQ menjadi sangat besar karena tekanan

overburden yang rendah, namun nilai > 1.7 tidak harus diterapkan. Sebagaimana

telah dijelaskan sebelumnya bahwa nilai n bervariasi dari 0.5-1.0 tergantung pada

karakteristik butir tanah (Olsen 1997).

Rasio friksi CPT ( fs ) umumnya meningkat dengan meningkatnya fines

content dan sifat plastisitas tanah, yang memungkinkan perkiraan kasar dari jenis

tanah dan finest content yang dapat ditentukan dari data CPT. Robertson dan

Wride (1998) membuat kembali dengan menyempurnakan grafik sebelumnya

untuk mengestimasi jenis tanah. Batasan antara jenis tanah 2-7 dapat diperkirakan

dari lingkaran konsentrik dan dapat digunakan untuk memperhitungkan pengaruh

karakteristik tanah terhadap qc1n dan CRR. Jari-jari lingkaran tersebut, biasa

didefinisikan indeks tipe perilaku tanah Ic dihtung dari persamaan berikut :

Ic = [(3.47 - log Q)2 - (1.22 + log F)2]0.5 (2.2.27)

dimana

Q = [(qc - σ vo )/Pa ][(Pa / σ ‘vo )n] (2.2.28)

dan

F = [ fs /(qc - σ vo )] x 100% (2.2.29)

Grafik perilaku tanah pada Gambar 2.9 dikembangkan menggunakan

eksponen n = 1 yang merupakan nilai yang sesuai untuk tipe jenis lempung.

Namun untuk clean sand,nilai eksponen 0.5 lebih tepat, dan nilai antara 0.5 dan 1


27


akan lebih tepat untuk silt dan silty sand. Robertson dan Wride

merekomendasikan prosedur berikut untuk menghitung tipe indeks perilaku tanah

Ic.

Gambar 2.9. Grafik klasifikasi tanah berdasarkan qc dan Fr oleh Robertson

Sumber : Proceedings of the NCEER Workshop on Evaluation of Liquefaction Resistances of

Soils, T.L. Youd dan I.M. Idriss, editors, Technical Report NCEER-97-022, 41-88

Langkah pertama adalah membedakan karakteristik jenis tanah seperti

tanah lempung dari karakteristik tipe tanah seperti pasir dan lumpur. Diferensiasi

ini dilakukan dengan mengasumsikan sebuah n eksponen sama dengan 1

(karakteristik lempung) dan menghitung dimensi tahanan ujung Q dari persamaan

berikut :

Q = [(qc - σ vo )/Pa ][Pa / σ’ vo ]1.0 = [(qc - σ vo )/ σ’ vo ] (2.2.30)


28


Jika Ic dihitung dengan nilai eksponen 1.0 dan didapat nilai >2.6, tanah

akan diklasifikasikan sebagai lempung dan dapat dianggap ”too clay-rich to

liquefy”, dan analisis selesai. Namun, contoh tanah harus diambil dan diuji untuk

mengkonfirmasi jenis tanah dan tahanan likuifaksi. Kriteria seperti “chinese

criteria” dapat diterapkan untuk mengkonfirmasi bahwa tanah adalah

nonliquefable. Yang disebut dengan “chinese criteria” sebagaimana didefinisikan

oleh Seed dan Idriss (1982), likuifaksi hanya dapat terjadi jika semua kondisi

berikut terpenuhi :

Kandungan lempung ( partikel lebih kecil dari 5 휇 ) lebih kecil 15% dari

beratnya.

Batas cairnya kurang dari 35%

Kandungan kelembaban naturalnya lebih besar dari 0.9 batas cairnya.

Perhitungan nilai ekuivalen normalisasi CPT (qc1N)cs dapat ditentukan

dari persamaan berikut :

(qc1N )cs = Kc qc1N (2.2.31)

dimana Kc , faktor koreksi untuk karakteristik butir, didefinisikan dari

persamaan berikut (Robertson dan Wride, 1988) :

untuk Ic ≤ 1.64 Kc = 1.0 (2.2.32.a)

untuk Ic > 1.64 Kc = -0.403 Ic4 + 5.581 Ic3 – 21.63 Ic2 +

33.75 Ic –17.88 (2.2.32.b)

Kurva Kc didefinisikan oleh persamaan diatas diplot pada Gambar 2.10

Untuk Ic > 2.6, kurva akan ditampilkan sebagai garis putus-putus menunjukkan

bahwa tanah tersebut memiliki kisaran Ic yang paling mungkin mengalami

likufaksi.


29


Gambar 2.10. Grain-Characteristic Correction Factor Kc for Determination of

Clean-Sand Equivalent CPT Resistance Sumber: Robertson and Wride (1998)

Olsen pada tahun 1997 dan Suzuki et. al pada tahun 1995 mengusulkan

sebuah prosedur untuk menaksir potensi likuifaksi dari data CPT. Mereka

menyarankan sesuatu yang prosedur yang berbeda untuk perhitungan nilai CRR

dari data CPT. Alasan untuk merekomendasikan prosedur Robertson dan Wride

(1988) atas prosedur Olsen adalah kemudahan aplikasi dan kemudahan korelasi

yang dapat diukur (dihitung) dengan bantuan komputerisasi. Olsen (1997)

mencatat bahwa hampir semua teknik normalisasi CPT akan memberikan hasil

yang konsisten dengan prosedur normalisasinya pada kedalaman 3-15 m. Untuk

lapisan yang lebih dalam, perbedaan yang signifikan mungkin terjadi untuk kedua

prosedur.

Secara teoritis dan penelitian laboratorium menunjukkan bahwa tahanan

konus CPT (qc) dipengaruhi oleh lapisan tanah lunak diatas ataupun dibawah

konus tersebut. Akibatnya, pengukuran tahanan ujung CPT bernilai kecil dalam

lapisan tipis tanah granular yang terjepit diantara soft layer daripada lapisan

tebal granular yang sama. Menggunakan solusi elastis sederhana, Vreugdenhil

dkk (1994) mengembangkan prosedur untuk mengestimasi ekuivalen tahanan

CPT pada lapisan tipis kaku yang terletak dalam soft layer. Koreksi ini hanya

berlaku untuk lapisan tipis yang kaku yang tertanam di dalam lapisan lunak yang


30


tebal. Robertson dan Fear (1995) merekomendasikan koreksi konservatif qcA/qcB =

2. Kurva tersebut digambarkan pada Gambar 2.11. Selanjutnya analisis data

lapangan oleh Gonzalo Castro dan Peter Robertson untuk lokakarya NCEER

menunjukkan bahwa koreksi berdasarkan qcA/qcB = 2 masih mungkin terlalu besar

dan tidak cukup konservatif. Mereka menyarankan bahwa batas bawah dari

berbagai bidang data diplot oleh G. Castro pada Gambar. 2.8 menyediakan KH

yang lebih konservatif serta nilai-nilai yang harus digunakan sampai studi

lapangan lebih lanjut dan analisis menunjukkan bahwa nilai yang lebih tinggi

yang layak. Persamaan untuk batas bawah dari kurva lapangan sebagai berikut :

KH = 0.25[((H/dc )/17) - 1.77]2 + 1.0 (2.2.33)

Dimana

H = ketebalan lapisan interbedded dalam mm;

qcA dan qcB = tahanan dari lapisan kaku dan lembut masing-masing; dan

dc = diameter kerucut dalam mm

Gambar 2.11. Thin-Layer Correction Factor KH for Determination of Equivalent

Thick-Layer CPT Resistance Sumber: Modifikasi Robertson and Fear (1995)


31

BAB 3

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Tinjauan Umum

Dalam menganalisis potensi likuifaksi dapat dilakukan dengan dua cara

yaitu tes uji laboratorium dan pendekatan perhitungan dari data tes lapangan.

Masing-masing cara juga memiliki metoda yang berbeda-beda dan selalu

berkembang. Dalam kasus analisis potensi likuifaksi kali ini penulis menggunakan

pendekatan perhitungan data tes lapangan yaitu CPT dan SPT. Pada kasus ini

penulis mengambil studi kasus di suatu tempat yaitu Kota Ende, Nusa Tenggara

Timur yang mana lahan tersebut sedang dibangun sebuah PLTU.

Analisis menggunakan data CPT dan SPT dilakukan untuk mengetahui

potensi likuifaksi dari masing-masing kedua data tersebut. Tujannya agar kita

dapat mengetahui apakah hasil analisis yang didapatkan dari masing-masing

metode dan data memiliki perbedaan yang signifikan atau tidak serta

mendapatkan nilai tahanan likuifaksi yang lebih kritis untuk mendeteksi potensi

likuifaksi.

Literatur yang digunakan untuk mengevaluasi perhitungannya parameter-

parameter nilai likuifaksi dalam penelitian ini sebagian besar menggunakan

persamaan-persamaan yang dikembangkan oleh I.M. Idriss dan R.W. Boulanger

dalam buku”Soil Liquefaction During Earthquakes” tahun 2008.


32


Adapun diagram alir proses metodologi penelitian sebagai berikut :

Gambar 3.1. Diagram alir metodologi penelitian Sumber : Hasil olahan data penulis


33


3.2 Data Teknis

Penelitian ini akan mengabil studi kasus pada proyek pembangunan

PLTU Ende yang dibangun diatas tanah berpasir dan dicurigai memiliki potensi

likuifaksi. Penelitian ini secara umum menganalisa faktor keamanan likuifaksi

yang didapat dari masing-masing data yaitu data CPT dan SPT.

Adapun data teknis yang ada yaitu terbatas pada uji lapangan yang

dilakukan yaitu CPT dan SPT yang nantinya akan dihitung potensi likuifaksi dari

masing-masing data tersebut.

3.2.1 Data CPT

Berikut adalah salah satu contoh data CPT dari hasil uji titik pada lokasi

proyek PLTU ENDE Nusa Tenggara Timur beserta grafik. Data lainnya akan

disertakan pada lampiran.


34


Tabel 3.1. Tabel Data CPT Proyek PLTU ENDE S-01

Sumber : Data Penyelidikan Tanah PLTU Ende


35


Gambar 3.2. Grafik sondir pada titik S-01

Sumber : Hasil olahan data Laboratorium Mekanika Tanah


36


3.2.2 Data SPT

Berikut adalah salah satu contoh data SPT dari hasil uji titik pada lokasi

proyek PLTU ENDE Nusa Tenggara Timur beserta grafik. Data lainnya akan

disertakan pada lampiran.

Gambar 3.3. Tabel Bor Dalam SPT (BH-A5)

Sumber :Hasil olahan data Laboratorium Mekanika Tanah


37


3.2.3 Analisis Ukuran Butiran

Analisis ukuran butiran terdiri dari dua pengujian yaitu analisis saringan

(sieve analysis) dan uji hydrometer. Tujuannya adalah untuk melihat komposisi

butiran pada material tanah. Dengan melihat komposisi ukuran butiran yang

menyusun tanah tersebut, maka dapat diperkirakan jenis tanahnya dan dapat

diperkirakan juga bagaimana susunan partikelnya.

Berdasarkan pengolahan data dari analisis ukuran butiran, maka didapat

grafik sebaran butiran untuk masing – masing sampel. Berikut grafik ukuran

butiran yang didapat dari sampel tanah di lokasi Proyek PLTU Ende NTT :

Gambar 3.4. Sebaran Butiran Tanah Untuk Sample BH-02 DS 1

Sumber : Hasil olahan data Laboratorium Politeknik Negeri Bandung

3.3 Analisis Likuifaksi

Dalam suatu analisis potensi likuifaksi dibutuhkan suatu nilai pegangan

untuk megetahui apakah likuifaksi terjadi atau tidak. Nilai pegangan ini biasa kita

sebut dengan faktor keamanan. Faktor keamanan yang < 1 menyatakan bahwa

tanah tersebut mengalami likuifaksi, sedangkan faktor kemanan = 1 adalah

kondisi kritis tanah menuju likuifaksi, dan faktor kemanan > 1 menyatakan bahwa

potensi likuifaksi tidak terjadi.


38


Dalam analisis faktor keamanan dibutuhkan nilai-nilai yang harus

dievaluasi terlebih dahulu. Adapun nilai tersebut ialah nilai CSR (Cyclic Stress

Ratio) dan CRR (Cyclic Resistance Ratio) yang diekspresikan sebagai berikut :

3.3.1 Nilai CSR (Cyclic Stress Ratio)

Dalam penentuan nilai CSR, hal yang dipertimbangkan adalah akselarasi

puncak gempa horizontal pada permukaan tanah (amax) , gravitasi, koefisien

tegangan reduksi, dan nilai overburden pressure. Semua variabel tersebut

diekspresikan dalam persamaan berikut yang juga merupakan persamaan :

CSR = (τav / σ ‘vo) = 0.65 (amax /g)( σ vo / σ ‘vo)rd

Dimana nilai rd dapat ditentukan dari persamaan berikut :

rd = exp (α (z) + β (z) M )

α (z) = -1.012 – 1.126 sin ( ((z)/11.73) + 5.133)

β (z) = 0.106 + 0.118 sin ( ((z)/11.38) + 5.412 )

atau nilai rd juga bisa didapat dengan persamaan berikut tanpa

dipengaruhi nilai kedalaman.

dan nilai overburden pressure yang didapatkan pada kedalaman yang

ditinjau. Dimana amax didapat dari tabel berikut.

Tabel 3.2. Tabel Percepatan Puncak Batuan Dasar dan Percepatan Puncak Muka

Tanah untuk masing-masing Wilayah Gempa Indonesia Sumber : SNI 03-1726-2002


39


3.3.2 Nilai CRR

Nilai CRR dapat dihitung dari berbagai data uji lapangan. Data uji

lapangan yang biasa digunakan yaitu CPT (Cone Penetration Test), SPT (Standard

Penetration Test), BPT (Becker Penetration Test), dan Vs (Shear Wave Velocity).

Pada kasus ini penulis hanya melakukan analisis menggunakan data CPT dan

SPT. Adapun cara menganalisis nilai CRR dari CPT dan SPT sebagai berikut.

3.3.2.1 SPT

Langkah-langkah yang harus dilakukan untuk mendapatkan nilai CRR

dari data SPT yaitu sebagai berikut :

a. Tentukan nilai (N1)60 menggunakan factor koreksi dan normalisasi

dengan persamaan berikut.

(N1)60 = NmCNCECBCRCS

dimana Nm ialah nilai SPT, dan yang lainnya ialah faktor koreksi

(normalisasi) yang dapat ditentukan melalui tabel berikut.

Tabel 3.3. Nilai Faktor Koreksi untuk (N1)60

Sumber : Skempton (1986) ditulis kembali oleh Robertson dan Wride (1998)

b. Tentukan Finest Content lalu hitung nilai (N1)60 cs yang dipengaruhi

oleh nilai Finest Content itu sendiri.

(N1)60 cs = (N1)60 + ∆ (N1)60

dimana ∆ (N1)60 didapatkan dari persamaan berikut :


40


∆ (N1)60 = exp 1.63 + ,,− ,

,²

CRR7,5 = exp( ( ) ,

+ ( ) − ( ) ,

+ ( ) ,

−

2,8)

c. Kemudian tentukan nilai CRR pada besaran skala gempa (Mw) 7.5

dan pasir murni dengan (NI)60 cs < 37,5

CRR7,5 = exp ( ( ) ,

+ ( ) − ( ) ,

+

( ) ,

⁴ − 2,8)

Jika (N1)60 cs > 37,5 maka tanah tersebut tidak perlu di evaluasi karena

nilai yang rentan akan likuifaksi ialah ketika (N1)60 cs < 37,5. Jika

(N1)60 cs > 37,5 maka tanah tersebut kuat menahan beban seismik yang

dapat diwakilkan dengan nilai CRR7,5 = 2.

d. Lalu hitung nilaiCRR terkoreksi dengan persamaan dibawah ini

CRRM = CRR7.5 MSF Kσ Kα

dimana Kα = 1 (asumsi permukaan tanah datar) dan Kσ = ‘ f-1

dan Kσ harus lebih kecil sama dengan 1 dan nilai Pa = 1 atm ≈1kPa.

e. Dan langkah terakhir yaitu menghitung faktor keamanan likuifaksi

dengan persamaan berikut.

FS = (CRRM / CSR)

Secara ringkas langkah-langkah tersebut digambarkan oleh diagram

alir berikut.


41


Gambar 3.5. Diagram alir metoda SPT

Sumber : Data olahan penulis

3.3.2.2 CPT

Dalam penentuan nilai CRR dengan data CPT relatif hampir sama, yaitu

dengan mencari faktor koreksi dari data yang ditinjau. Untuk CPT data yang

dijadikan acuan yaitu tahanan ujung konus (qc). Adapun berikut langkah-langkah

untuk mendapatkan nilai CRR dari data CPT :


42


a. Hitung nilai qc1N , yaitu nilai tahanan ujung terkoreksi yang akan

diformulasikan sebagai persamaan berikut.

qc1N = CQ (qc /Pa )

dimana CQ ialah faktor normalisasi tahanan ujung konus. Dan Pa

adalah tekanan pada 1 atm.

b. Lalu tentukan jenis tanah dengan iterasi ekponen “n” melalui nilai Ic

agar diketahui jenis tanah apa yang sedang diuji. Karena teknik CPT

tidak dapat memiliki sampel yang bisa diiuji di laboratorium.

Persamaan untuk mendapatkan Ic sebagai berikut :

I = [(3.47 - log Q)2 + (1.22 + log F)2]0.5

Jika nilai Ic yang didapatkan >2.6 maka harus dilakukan iterasi

kembali pada nilai Q atau eksponen “n”, karena nilai Ic > 2.6

melambangkan bahwa tanah memiliki butiran halus yang banyak

sehingga tanah padat dan sulit terlikuifaksi, oleh karena itu

perhitungan tidak perlu dilanjutkan.

c. Hitung nilai Q dengan nilai iterasi “n” sama dengan satu yaitu

melambangkan bahwa tanah diasumsikan sebagai tanah lempung.

Untuk tanah pasir murni (clean-sand) eksponen yang sesuai yaitu 0.5.

Persamaan untuk mencari nilai Q adalah sebagai berikut.

Q = [(qc – σvo)/Pa ][Pa / σ ‘vo ]1.0 = [(qc – σvo )/ σ ‘ vo]

Nilai Q juga dapat dikorelasikan dengan nilai FR (Friction Ratio)

yang akan ditampilkan pada grafik berikut.


43


Gambar 3.6. Grafik korelasi FC dengan qc dan nilai CRR atau CSR

Sumber : Soil Liquefaction During Earthquakes by I.M Idriss and R.W. Boulanger

d. Lalu hitung nilai F = [ fs /(q - σvo )] x 100%

e. Poin selanjutnya yaitu menghitung nilai CSR dan selanjutnya

menghitung nilai CRR dengan persamaan sebagai berikut.


CRR7,5 = exp [((qc1N)cs/540) + ((qc1N)cs/67)2 - ((qc1N)cs/80)3 +

((qc1N)cs/114)4 – 3)

Dan jika nilai (qc1N)cs > 211, maka CRR7,5 = 2

Secara ringkas metoda CPT akan digambarkan oleh diagram alir

sebagai berikut.


44


Gambar 3.7. Diagram alir metoda CPT

Sumber : Data olahan penulis


45


3.4 Analisis Output

Adapun output yang dianalisis ialah grafik dari ketiga output yang

dihasilkan yaitu CSR vs Depth, CRR vs Depth, dan FS vs Depth. Dari ketiga

output tersebut juga akan dikorelasikan dengan hasil analisis gradasi butiran dari

masing-masing tiap bor.

Selain menganalisis output grafik, dilakukan juga analisis terhadap kurva

persebaran titik pada lokasi proyek yaitu korelasi antara nilai (NI)60 dengan CRR

(untuk SPT) dan qc1n dengan CRR (untuk CPT).

Setelah menganalisis output diatas maka yang terakhir adalah menarik

kesimpulan dari analisis yang dilakukan pada hasil output data tanah Proyek

PLTU Ende Nusa Tenggara Timur.


46

BAB 4

PEMBAHASAN

Pada bab ini akan dipaparkan hasil pengolahan data yang telah dihitung

dengan perangkat lunak microsoft excell sehingga didapatkan nilai-nilai yang

kemudian diplot menjadi grafik-grafik yang akan dianalisis untuk masing-masing

data serta dibandingkan dari sumber data yang satu dengan yang lain.

Dalam hal ini analisis likuifaksi hanya dilakukan sampai pada kedalaman

± 15 m. Karena dikutip dari buku “Basic Geotechnical Engineering” karya

Kamalesh Kumar yaitu “It has been reported that possible zone of liquefaction

extends from ground surface to a maximum depth of 15 m. Deeper soils usually

don’t liquefy due to higher confining pressure”. Kutipan diatas menyatakan

bahwa pada kedalaman lebih dari 15 meter efek dari confining pressure lebih

berperan. Makin dalam maka nilai dari confining pressure semakin besar dan

menyebabkan tanah memiliki ketahanan lebih selama gempa bumi berlangsung.

Dan hal tersebut yang melatar belakangi penulis untuk mengevaluasi nilai potensi

likuifaksi hanya sampai kedalaman ±15 meter.

Langkah pertama yang dilakukan dalam menganalisis likuifaksi yaitu

menentukan apakah tanah tersebut memiliki kecenderungan mengalami likuifaksi

atau tidak. Kebanyakan dari tanah yang rentan terhadap likuifaksi yaitu tanah

yang non kohesif. Tanah kohesif bisa mengalami likuifaksi hanya dalam kondisi

tertentu.

4.1 Pengolahan data SPT

Dari data bor dalam SPT yang ada dapat diketahui potensi likuifaksi pada

titik tersebut pada kedalaman tertentu. Adapun nilai yang akan menunjukan

bahwa titik tersebut aman atau tidak dari likuifaksi yaitu “Factor of Safety” (FS).

Nilai FS tersebut akan merepresentasikan potensi likuifaksi yang ada. Ada

beberapa teknik untuk menganalisis likuifaksi. Namun teknik yang paling

sederhana yaitu sebagai berikut :

a. Langkah pertama yaitu menentukan apakah tanah yang akan ditinjau

memiliki kecenderungan likuifaksi atau tidak


47


b. Tanah harus berada dibawah muka air tanah

c. Langkah selanjutnya ialah menentukan nilai dari cyclic stress

ratio(CSR)

d. Dengan menggunakan nilai parameter tanah dari berbagai uji

intrepetasi kekuatan tanah seperti SPT, CPT, Vs, BPT dapat dihitung

nilai cyclic resistance ratio (CRR). Jika nilai CSR yang tergantung

dari kekuatan gempa lebih besar dari nilai CRR maka likuifaksi akan

terjadi pada kedalaman yang ditinjau

e. Pada akhirnya faktor keamanan dihitung sebagai FS =

Berikut ialah perhitungan nilai FS yang dikutip dari rumus yang ada pada

Bab 2 dasar teori.

FS =

dimana, jika FS = < 1 (terjadi likuifaksi)

jika FS = = 1 (kondisi kritis)

jika FS = > 1 (tidak terjadi likuifaksi)

Nilai CSR tergantung dari seberapa besar kekuatan gempa bumi yang

terjadi pada suatu zona tertentu. Untuk lokasi yang ditinjau digunakan PGA =

0,25 g yang didapat dari Peta Wilayah Gempa Indonesia SNI 03-1726-2002.

Gambar 4.1. Peta Wilayah Gempa Indonesia Menurut SNI 03-1726-2002 dengan

Perioda Ulang 500 Tahun Sumber : SNI 03-1726-2002


48


Adapun formula CSR yaitu sebagai berikut :

CSR = (τav / σ ‘vo) = 0.65 (amax /g)( σ vo / σ ‘vo)rd

Dan nilai CRR tergantung dari data tes uji yang dilakukan. Untuk SPT digunakan formula sebagai berikut :

CRRM = CRR7.5 MSF Kσ

Maka dari rumus-rumus tersebut dapat diformulasikan dalam sebuah tabel pada software microsoft excel sebagai berikut :

Tabel 4.1. Contoh tabulasi perhitungan FS dari data SPT (BH-01)


49


4.1.2 Hasil Pengolahan Data

4.1.2.1 Grafik CSR, CRR, dan FS

Data bor dalam pada proyek PLTU Ende yang akan dikaji oleh penulis

sebanyak 20 titik bor yang akan disajikan masing-masing grafik CSR, CRR, dan

FS (faktor keamanan) yang semuanya berbanding dengan kedalaman titik uji dari

masing-masing titik bor. Berikut adalah grafik-grafik dari beberapa titik bor yang

telah dihitung dengan formula pada tabel microsoft excell.

Gambar 4.2. Grafik CSR, CRR, FS vs depth (BH-01)

Sumber : Hasil olahan data penulis


50





51





52





53


Dari keempat titik yang telah ditampilkan grafiknya seperti diatas maka

dapat dianalisis dari masing-masing titik yang akan dibahas sebagai berikut. Pada

grafik diatas garis hitam menandakan garis berada pada titik sama dengan satu.

Jika grafik FS vs Depth memiliki titik di kiri dari garis hitam tersebut maka dapat

dikatakan bahwa titik tersebut rentan terhadap likuifaksi dan sebaliknya jika di

kanan dari garis hitam maka dapat dikatakan bahwa titik tersebut memiliki

ketahanan terhadap likuifaksi.

Jika dilihat dari keempat grafik dari data SPT diatas dapat diketahui

bahwa ketiga titik mengalami potensi likuifaksi yaitu titik BH-1, BH-3, dan BH-

12. Sedangkan untuk titik BH-10 tidak memiliki potensi likuifaksi karena nilai FS

lebih besar dari satu.

Jika dilihat dari keseluruhan titik bor SPT, titik-titik yang mengalami

faktor keamanan kurang dari satu (rentan mengalami likuifaksi) ialah titik bor

BH-01, BH-03, BH-04, BH-12, BH-A1, BH-A2, dan BH-A3. Diketahui dengan

percepatan gempa 0,25 g didapatkan setidaknya ada 7 titik bor yang rentan

terhadap likuifaksi sedangkan 13 titik lainnya aman terhadap potensi likuifaksi.

Hal tersebut terjadi karena nilai dari (N1)60cs pada kedalaman tersebut

cukup kecil (<37,5) dan begitu juga dengan nilai finest contentnya yang

menyebabkan kondisi plastisitas tanah kecil. Sedangkan untuk 13 titik bor lainnya

memiliki ketahanan terhadap likuifaksi dikarenakan memiliki gradasi butiran yang

cukup baik (akan dibahas pada analisis gradasi butiran) dan nilai N-SPT yang

cukup besar. Pada grafik kurva dasar clean sand yang telah dimodifikasi oleh

Seed dan kawan-kawan (1985) dapat dikorelasikan nilai dari N-SPT terkoreksi

dengan kurva finest content sehingga didapatkan nilai cyclic resistance ratio

(CRR) sebagaimana tergambar sebagai berikut yang dibandingkan oleh kurva dari

olahan data penulis dengan tujuan melihat tren dari hasil persebaran data PLTU

Ende yang diolah dengan literatur I.M. Idriss dan R.W. Boulanger yang

dibandingkan dengan Seed dan kawan-kawan (1985).


54


Gambar 4.6. Grafik perbandingan plot kurva untuk menetukan nilai CRR untuk

pasir murni dan pasir kelanauan Sumber : Basic Geotechnical Earthquake Engineering oleh Kamalesh Kumar

Dari Gambar 4.6 diatas menunjukkan bahwa persebaran data yang ada

pada tanah PLTU Ende (kurva berwarna biru dan merah) berada pada kisaran

CRR lebih dari 0,2. Hal ini berbeda dengan plot kurva yang dimodifikasi oleh

Seed dan kawan-kawan (1985) yang memiliki persebaran nilai CRR dibawah 0,4.

Namun pada dasarnya jka dibandingkan plot kurva yang dihasilkan hampirlah

sama. Pada data PLTU Ende tidak ditemukan tanah yang memiliki finest content

kurang dari 5% yang mengalami likuifaksi maupun non likuifaksi pada kedalaman

yang ditinjau yaitu 16 meter. Hal tersebut yang menyebabkan tidak

memungkinkannya untuk membuat kurva plot dari data FC < 5% yang

selanjutnya dapat dibandingkan oleh kurva dasar clean sand untuk SPT M =7,5.


55


4.1.2.2 Gradasi Butiran

Dalam pengujian SPT di lapangan diambil pula sample tanah pada

kedalaman tertentu. Berikut adalah data-data gradasi butiran yang diambil dari

proyek tersebut yang dilakukan tes hydrometer dan sieve analysis. Dari data

tersebut bisa didapatkan nilai finest content dan percent finer guna mendapatkan

nilai koefisien keseragaman (Cu) dan (Cc) yang akan di korelasikan dengan hasil

dari perhitungan potensi likuifaksi di beberapa titik.

Berikut ini adalah contoh data hydrometer dan sieve analysis dari BH-02.

Gambar 4.7. Data hydrometer dan sieve analysis BH-02 (DS 1)


Gambar 4.8. Data hydrometer dan sieve analysis BH-02 (DS 2)



56


Dari kedua gambar diatas dapat diketahui bahwa grafik distribusi butiran

dapat berbeda jauh pada titik yang sama dengan kedalaman yang berbeda. Hal

tersebut dapat mengakibatkan potensi likuifaksi yang berbeda. Tanah yang

memiliki gradasi baik lebih tahan terhadap pengaruh beban seismik sehingga

memiliki potensi kecil terhadap likuifaksi, sedangkan pada tanah yang bergradasi

buruk sangat rentan terhadap likuifaksi karena banyak memiliki rongga sehingga

tidak stabil terlebih ketika mengalami beban gempa. Untuk data hydrometer dan

sieve analysis lainnya akan ditampilkan pada lampiran.

4.1.2.3 Nilai Koefisien Keseragaman

Untuk mengetahui apakah suatu tanah memiliki gradasi yang baik atau

tidak adalah dengan melihat dari nilai koefisien keseragaman (Cu dan Cc).

Berikut adalah cara perhitungan nilai Cu dan Cc dari salah satu sample tanah pada

lokasi Proyek PLTU Ende Nusa Tenggara Timur dan akan disajikan tabel yang

merangkum semua nilai Cu dan Cc dari setiap sampel yang ada.

Gambar 4.9. Plot nilai D10 , D30 , D60


Dari grafik diatas dapat diketahui nilai koefisien keseragaman yang

ditunjukan oleh nilai Cu dan nilai koefisien kurvatur ( Cc ). Dari nilai Cu dapat

diketahui apakah tanah tersebut berseragam baik atau buruk. Sedangkan nilai Cc

dapat menunjukan dominansi jenis tanah yang ada pada tanah tersebut.


57


Berikut perhitungan dari masing-masing nilai Cu dan Cc :

60

10u

DCD

230

10 60c

DCD xD

Dimana D10 , D30, D60 ialah :

D10 = diameter yang koresponding dengan lolosnya butiran sebanyak10%

(%finer = 10%)

D30 = diameter yang koresponding dengan lolosnya butiran sebanyak

30% (%finer = 30%)

D60 = diameter yang koresponding dengan lolosnya butiran sebanyak

60% (%finer = 60%)

Garis merah menunjukkan nilai D10 , garis hijau menunjukkan nilai D30 ,

dan garis biru menunjukkan nilai D60. Sehingga koefisien keseragaman (CU) bisa

didapatkan yaitu :

60

10u

DCD

12504750.. 3.8

Dan nilai Cc ialah :

2

30

10 60c

DCD xD

=

815047501250

220 2

...

.

Dan dengan cara yang sama , perhitungan Cc dan Cu dapat dilakukan

pada setiap titik sehingga didapatkan nilai Cc dan Cu pada setiap titik yang

dirangkum pada tabel berikut.


58


Tabel 4.2. Tabel nilai Cc dan Cu untuk BH-01 s/d BH-A5



59

4.1.2.4 Analisis Grafik SPT dan Gradasi Butiran

Dari grafik faktor keamanan yang didapatkan dari data SPT diketahui

bahwa sebagian besar titik bor yang ditinjau adalah aman dari potensi terjadinya

likuifaksi dimana pada grafik faktor keamanan 1. Adapun beberapa titik yang

mengalami likuifaksi bisa disebabkan oleh beberapa faktor seperti nilai dari N-

SPT pada kedalaman yang ditinjau serta gradasi butirannya yang dapat dilihat dari

nilai koefisien keseragamannya.

Pada sub bab ini akan dikaitkan antara faktor gradasi butiran tanah

terhadap kekuatan tanah terhadap likuifaksi. Pada dasarnya gradasi butiran tanah

yang baik (tidak seragam) akan memberikan ketahanan lebih selama terjadinya

gempa dibandingkan dengan gradasi yang buruk (seragam). Seragam atau

tidaknya suatu gradasi tanah ditunjukan dari kontribusi partikel tanah yang

memenuhi seluruh komponen pada tabel berikut.

Tabel 4.3 Rentang Ukuran Partikel

Sumber: R.F.Craig, 1991

Semakin merata kontribusi komponen dari partikel-partikel diatas maka

semakin baik gradasi yang dimiliki. Adalah suatu cara untuk menentukan apakah

sebuah tanah memiliki gradasi yang baik atau buruk adalah dengan mencari nilai

koefisien keseragaman (Cu) dan koefisien kurvatur (Cc).

Dari grafik distribusi butiran dapat diketahui apakah tanah tersebut

memungkinkan terjadi likuifaksi atau sebaliknya. Dari kurva zona likuifaksi

terhadap gradasi butiran berikut dapat diketahui apakah tanah termasuk dalam

zona rentan likuifaksi atau tidak. Dengan mengambil ukuran butiran terkecil dan

yang terbesar pada masing-masing sampel untuk masing-masing kedalaman maka

didapatkan kurva gradasi butiran rata-rata baru yang dapat dianalisis dengan cara

memplot kurva tersebut dalam rentang distribusi ukuran zona likuifaksi yang

tertera dibawah ini.


60


Gambar 4.10. Rentang distribusi butiran yang mengalami likuifaksi untu Cu ≥ 3.5

Sumber : Bahan Kuliah Dinamika Tanah “Liquefaction Resistance for Soil” by Widjojo A.P.

Gambar 4.11. Rentang distribusi butiran yang mengalami likuifaksi untu Cu ≤ 3.5

Sumber : Bahan Kuliah Dinamika Tanah “Liquefaction Resistance for Soil” by Widjojo A.P.


61

Pada sampel tanah yang diambil pada uji penetrasi standar (SPT)

didapatkan 2 tabung pada dua kedalaman yang berbeda yaitu 5.5 sampai dengan 6

meter dan 11.5 sampai dengan 12 meter. Pengambilan sampel tersebut konstan

pada kedalaman yang sama pada tiap titik bor, sehingga didapatkan grafik

distribusi butiran untuk masing-masing kedalaman serta masing-masing nilai Cu.

Berikut adalah plot kurva distribusi butiran tanah dari kedalaman 5.5

sampai dengan 6 meter yang memiliki Cu 3.5.

Gambar 4.12. Rentang Gradasi Butiran DS 1 untuk Cu 3.5


Dari rentang gradasi butiran diatas dapat dikatakan bahwa pada

kedalaman 5,5 sampai dengan 6 meter untuk nilai koefisien keseragaman lebih

besar sama dengan 3,5 masih memiliki potensi untuk mengalami likuifaksi karena

kurva merah masih dalam range “possibility of liquefaction” sehingga harus

dihitung lebih detail untuk tiap titik dan kedalamannya agar diketahui jelas apakah

dari faktor lain seperti nilai N-SPT dan finest content dari tanah tersebut

mendukung atau tidak.

Sedangkan untuk kurva distribusi butiran tanah dari kedalaman 5,5

sampai dengan 6 meter yang memiliki Cu 3.5 tergambar sebagai berikut.


62




kedalaman 5,5 sampai dengan 6 meter untuk nilai koefisien keseragaman kurang

dari sama dengan 3,5 tidak memiliki potensi likuifaksi karena distribusi butiran

tanahnya menyebar dan meliputi semua komponen dari clay hingga gravel

sehingga interlock yang terjadi antar partikel cukup tinggi dan menghasilkan

kestabilan struktur tanah.

Untuk kurva distribusi butiran tanah dari kedalaman 11.5 sampai dengan

12 meter yang memiliki Cu 3.5 tergambar sebagai berikut.




63


kedalaman 11,5 sampai dengan 12 meter untuk nilai koefisien keseragaman lebih

besar sama dengan 3,5 masih memiliki potensi untuk mengalami likuifaksi karena

kurva merah masih dalam range “possibility of liquefaction” sehingga harus

dihitung lebih detail untuk tiap titik dan kedalamannya agar diketahui jelas pada

bagian mana kegagalan likuifaksi terjadi.

Lalu untuk kurva distribusi butiran tanah dari kedalaman 11.5 sampai

dengan 12 meter yang memiliki Cu 3.5 tergambar sebagai berikut.

Gambar 4.15. Rentang Gradasi Butiran DS 2 untuk Cu 3.5 Sumber : Hasil olahan data penulis


kedalaman 11,5 sampai dengan 12 meter untuk nilai koefisien keseragaman

kurang dari sama dengan 3,5 tidak memiliki potensi likuifaksi karena distribusi

butiran tanahnya menyebar dan meliputi semua komponen dari clay hingga gravel

sehingga interlock yang terjadi antar partikel cukup tinggi dan menghasilkan

kestabilan struktur tanah dalam menahan beban siklik yang diakibatkan oleh

gempa bumi.


64

4.1.2.5 Analisis Grafik Terhadap Gradasi Butiran

Dari grafik faktor kemanan yang didapatkan pada sub bab diatas dapat

dikaitkan dengan hasil analisis dari gradasi butiran pada masing-masing titik yang

ditinjau. Pada titik bor BH-01, BH-03, BH-04, BH-12, BH-A1, BH-A2, dan BH-

A3 mengalami kerentanan terhadap likuifaksi di masing-masing kedalaman yang

memiliki faktor keamanan kurang dari satu. Hal ini dapat dipastikan dan dikaitkan

dengan analisis gradasi butiran tanah pada masing-masing titik dan masing-

masing kedalamannnya.

Berikut adalah grafik faktor keamanan pada titik bor 1 (BH-01)

berbanding dengan kedalaman serta grafik distribusi butiran pada kedalaman yang

memiliki kerentanan terhadap likuifaksi.

Gambar 4.16. Grafik FS vs Depth BH-01



65



Pada gambar 4.16 terlihat bahwa pada kedalaman 10 sampai dengan 16

meter memiliki faktor kemananan kurang dari satu yang mengindikasikan bahwa

pada kedalaman tersebut tanah tidak memiliki cyclic resistance ratio yang cukup

besar dibandingkan dengan cyclic stress ratio yang diakibatkan oleh gempa bumi.

Selain itu data dari gradasi butiran tanah pada kedalaman tersebut juga

menguatkan analalisis dari kecilnya tahanan dari tanah tersebut karena gradasi

butiran tanah yang tergambar pada gambar 4.17 memperlihatkan bahwa tanah

memiliki gradasi yang termasuk pada zona “possibly of liquefaction”.

Pada umumnya tanah yang memiliki gradasi baik memiliki ketahanan

yang cukup besar dalam menerima beban luar seperti pembebanan aksial maupun

lateral, atau acak sekalipun seperti gempa. Pada titik lainnya yang memiliki

kecenderungan likuifaksi akan tergambar sebagai berikut.


66

Gambar 4.18. Grafik FS vs Depth BH-03


Pada titik bor BH-03 didapatkan nilai faktor keamanan kurang dari satu

pada kedalaman 6 hingga 10 meter. Pada kedalaman lainnya faktor keamanan

didapatkan lebih dari satu yang mengindikasikan bahwa pada kedalaman tersebut

tidak rentan terhadap likuifaksi.


67

Sedangkan pada titik BH-12 dan BH-A3 yang terlampir pada lampiran

tergambar faktor keamanan tanah yang cukup kecil yang juga disebabkan oleh

gradasi butiran tanah yang tidak cukup baik sehingga rentan terhadap likuifaksi

seperti yang terplot pada zona kurva likuifaksi berikut.


Walaupun kerentanan likuifaksi dapat dilihat dari gradasi butiran namun

hal tersebut tidak semerta-merta menjadi faktor utama penentu suatu tanah

mengalami likuifaksi atau tidak. Penentu lainnya ialah besarnya nilai N-SPT pada

titik tersebut yang tegambar melalui tabel bor log SPT. Nilai N-SPT pada

kedalaman 10 meter pada titik bor BH-A3 memiliki nilai 13 dimana hal tersebut

nilai yang cukup kecil untuk sebuah N-SPT yang mengindikasikan bahwa tanah

tersebut ialah tanah lunak atau tanah yang loose.


68

Gambar 4.20. Boring log untuk titik BH-A3

Sumber : Data Penyelidikan Tanah PLTU Ende

Pada Gambar 4.20 dapat dilihat bahwa potensi kegagalan terjadi pada

kedalaman 10 meter dimana pada kedalaman tersebut diketahui bahwa rentang

gradasi butiran tanahnya cukup baik seperti terplot pada gambar berikut.


69

Pengklasifikasian gradasi butiran ini didasarkan pada nilai koefisien keseragaman

dan kedalaman sampel tanah yang diuji.

Gambar 4.21 Rentang Gradasi Butiran DS 2 untuk Cu 3.5

Sumber : Hasil Olahan Data Penulis

Dari kasus pada titik bor BH-A3 dapat diketahui bahwa nilai ketahanan

tanah terhadap likuifaksi tidak hanya bergatung pada gradasi butirannya saja,

namun hal tersebut hanyalah faktor pendukung disamping dari nilai N-SPT itu

sendiri.

4.2 Pengolahan Data CPT

Berbeda dengan pengolahan data SPT, pengolahan data CPT

menganalisis dengan nilai tahanan konus dari alat sondir (CPT). Dari analisis

tersebut bisa didapatkan nilai CRR guna mendapatkan nilai faktor keamanan

dengan cara membagi nilai CRR terhadap CSR. Rumus dari CRR dari data CPT

yaitu :

Jika nilai (qc1N)cs < 211, maka CRR7,5 = exp[((qc1N)cs/540) + ((qc1N)cs/67)2

- ((qc1N)cs/80)3 + ((qc1N)cs/114)4 – 3)

Jika nilai (qc1N)cs > 211, maka CRR7,5 = 2

Dan rumus-rumus lainnya yang ada pada metodologi penelitian untuk

mendapatkan komponen nilai (qc1N)cs. Dari rumus-rumus yang ada untuk

mendapatkan nilai CRR dari data CPT maka diformulasikan dalam tabulasi

perhitungan dengan bantuan perangkat lunak microsoft excell sebagai berikut.


70


Tabel 4.4. Contoh tabulasi perhitungan FS dari data CPT (S-06)



71


4.2.1 Hasil Pengolahan Data

Adapun data lapangan yang didapatkan dari uji CPT ialah tahanan ujung

konus (qc) . Dari nilai qc yang ada dapat dihitung nilai friksi dan jumlah hambatan

lekat pada suatu lapisan tanah. Dari nilai tahanan ujung dapat dihitung nilai CRR

yang mewakili nilai ketahanan tanah terhadap beban siklik akibat gempa.Dari

nilai qc diolah menjadi statigrafi tanah dan juga grafik CPT.

Pada hasil pengolahan data ini akan ditampilkan data perhitungan jumlah

hambatan lekat (JHP) dan friction ratio (FR) serta grafik-grafik seperti grafik qc

dan JHP berbanding dengan kedalaman dan juga CSR, CRR dan FS.

4.2.1.1 Grafik CPT

Berikut akan ditampilkan contoh tabel perhitungan nilai JHP dan qc untuk

masing-masing kedalaman dan beberapa contoh grafik sondir dari masing-masing

titik sondir pada lokasi proyek PLTU Ende Nusa Tenggara Timur. Pada gambar

berikut akan ditampilkan contoh tabel perhitungan nilai JHP dan qc berbanding

dengan kedalaman pada titik sondir 1 (S-01) dan tabel lainnya terlampir pada

Lampiran B.


72


Tabel 4.5. Contoh Tabel Perhitungan nilai JHP dan FR (S-01)

Sumber : Pengolahan Data oleh Laboratorium Mekanika Tanah


73


Dengan melakukan perhitungan seperti tabel 4.5 diatas maka dapat diplot

grafik sondir yaitu qc , JHP, dan FR yang berbanding dengan kedalaman. Berikut

akan ditampilkan salah satu hasil dari plot grafik pada titik sondir S-01 yang

dipenetrasi hingga tahanan ujung memiliki nilai 250 kg/m2.

Gambar 4.22. Grafik JHP & qc berbanding dengan kedalaman (S-01)

Sumber : Pengolahan Data oleh Laboratorium Mekanika Tanah


74


Dari keseluruhan grafik yang juga terlampir pada Lampiran A

menunjukkan bahwa penetrasi sondir rata-rata berhenti pada kedalaman 7,4

sampai dengan 12,4 meter dimana pada kedalaman tersebut nilai tahanan ujung

(qc) telah mencapai nilai 250 kg/cm2 yang mengindikasikan bahwa pada nilai

tersebut sudah mencapai tanah keras.

4.2.1.2 Grafik CSR, CRR, dan FS berbanding dengan kedalaman

Data bor dalam pada proyek PLTU Ende yang akan dikaji oleh penulis

sebanyak 10 titik sondir yang akan disajikan masing-masing grafik CSR, CRR,

dan FS (faktor keamanan) yang semuanya berbanding dengan kedalaman titik uji

dari masing-masing titik sondir. Berikut adalah beberapa grafik yang telah

dihitung dengan formula pada tabel microsoft excell.

Gambar 4.23. Grafik CSR, CRR, FS vs Depth S-01

Sumber : Hasil olahan penulis


75


Gambar 4.24. Grafik CSR, CRR, FS vs Depth S-02 Sumber : Hasil olahan penulis

Dari kedua grafik diatas serta grafik lainnya yang terlampir pada

lampiran A yang menggambarkan grafik CSR, CRR, FS berbanding dengan

kedalaman, diketahui pengujian sondir berhenti pada kedalaman 7,8 sampai 12,4

meter. Dapat dilihat bahwa hampir seluruh titik memiliki faktor keamanan kurang

dari satu untuk masing-masing kedalaman. Jika nilai qc1N diplot bersama dengan

nilai cyclic stress ratio (CRR) kedalam satu grafik maka akan didapatkan sebagai

berikut. Gambar 4.25 berikut adalah perbandingan data olahan penulis dengan

grafik oleh Seed Idriss yang bertujuan melihat tren dari data PLTU Ende.


76



CPT sepanjang data empiris likuifaksi dari gabungan sejarah kasus Sumber : Soil Liquefaction During Earthquakes by I.M Idriss and R.W. Boulanger dan olahan data

penulis

Dari Gambar 4.25 terlihat bahwa hasil plot titik olahan data penulis

cukup jauh berbeda karena persebaran data yang berbeda dimana nilai qc1N untuk

PLTU Ende memiliki rata-rata diatas seratus. Hal ini menyebabkan pergeseran

kurva jauh kearah kanan dibandingkan dengan kurva oleh I.M. Idriss dan R.W.

Boulanger diatas. Selain itu tentunya dengan lokasi yang berbeda memungkinkan

persebaran data yang tidak sama atau seragam, karena masing-masing lokasi

memiliki karakteristik tanah yang berbeda-beda.


77


4.3 Analisis Perbandingan Pengolahan Data CPT dan SPT

Dalam sub bab ini akan ditampilkan grafik-grafik hasil plot dari hasil

perhitungan masing-masing data untuk tiap titik uji yang dilakukan berdampingan

yang akan dianalisis lebih lanjut. Berikut adalah tabel koordinat titik bor di PLTU

Ende Nusa Tenggara Timur.

Tabel 4.6. Koordinat Titik Bor di PLTU ENDE, NTT

Sumber : Data Tanah PLTU End, NTT

4.3.1 CSR

Dari grafik CSR yang didapatkan dari kedua data CPT dan SPT yaitu

relatif sama, yang membedakan adalah iterpretasi level muka air tanah yang

berbeda oleh CPT terhadap SPT. Berikut grafik nilai CSR (horizontal) vs Depth

(vertikal) pada lokasi titik dimana uji CPT dan SPT dilakukan berdampingan.

Grafik lainnya terlampir pada lampiran A.


78


Gambar 4.26. Grafik CSR vs Depth (BH-06 & S-03) , (BH-10 & S-05)



79


Gambar 4.27. Grafik CSR vs Depth (BH-14 & S-09) , (BH-15 & S-01)



80


4.3.2 CRR

Gambar 4.28. Grafik CRR vs Depth (BH-06 & S-03) , (BH-10 & S-05)



81


Gambar 4.29. Grafik CRR vs Depth (BH-14 & S-09) , (BH-15 & S-01)



82


4.3.3 FS

Gambar 4.30. Grafik FS vs Depth (BH-06 & S-03) , (BH-10 & S-05)



83


Gambar 4.71 Grafik FS vs Depth (BH-14 & S-09) , (BH-15 & S-01)



84

BAB 5

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Tujuan utama dari tugas akhir ini ialah melihat sebuah potensi likuifaksi

yang terjadi pada suatu wilayah proyek pembangunan PLTU Ende di Nusa

Tenggara Timur. Dengan dua uji lapangan yang dilakukan yaitu bor dalam (SPT)

dan sondir (CPT), bisa didapatkan parameter-parameter yang dapat digunakan

untuk menghitung potensi likuifaksi dari wilayah tersebut yang di analisis dari

masing-masing titik uji. Dari kedua data uji itulah penulis mencoba

membandingkan nilai CSR, CRR, dan FS yang didapatkan dari masing-masing

data yang tentunya memiliki titik yang saling berdampingan. Dari sepuluh titik

yang telah dianalisis didapatkan kesimpulan sebagai berikut :

1) Hasil nilai CRR yang dihasilkan dari metoda CPT dan SPT memiliki

perbedaan yang dikarenakan CPT umumnya memiliki keterbatasan

terhadap tanah berpasir yang mengandung gravel.

2) Hasil nilai CSR yang didapatkan relatif sama dari kedua metoda, sedikit

perbedaan diakibatkan interpretasi muka air tanah yang berbeda dari titik

uji yang berdampingan (CPT dan SPT).

3) Dari hasil nilai CRR yang berbeda, secara langsung mempengaruhi nilai

faktor kemananan yang berbeda pula untuk masing-masing data yaitu CPT

dan SPT.

4) Rata-rata faktor keamanan yang dihasilkan oleh data CPT mengalami

likuifaksi pada kedalaman 1-3 m

5) Potensi likuifaksi dari data SPT memiliki setidaknya 7 titik yang memiliki

potensi likuifaksi yang besar dari 20 titik.

6) Dari hasil evaluasi tahanan tanah terhadap likuifaksi dengan dua metoda

(CPT dan SPT) didapatkan bahwa analisis menggunakan metoda CPT

lebih kritis dibandingkan metoda SPT.

7) Terjadinya likuifaksi tidak semata-mata dilihat dari nilai SPT atau tahanan

ujung yang besar, namun juga bergantung pada gradasi butiran pada tanah


85


tersebut yang dapat dilihat dari nilai Cu dan Cc. Nilai Cu dan Cc yang

memiliki potensi likuifaksi yaitu Cu < 15 dan Cc ≤ 1 , Cc ≥ 3.

8) Hasil plot kurva N160 dan CRR untuk data SPT memiliki kisaran yang

lebih tinggi dibandingkan plot kurva SPT oleh Seed et al. Namun kurva

yang dibentuk mendekati sebagaimana tergambar sebagai berikut.

9) Hasil plot kurva qc1N dan CRR untuk data CPT cukup berbeda jauh

dikarenakan persebaran data yang cenderung lebih tinggi sehingga kurva

bergeser kearah kanan yang diekspresikan oleh gambar berikut.


86


5.2 Saran

Penentuan nilai CRR dan faktor kemanan dari kedua data yang berbeda

dengan uji yang berbeda pula perlu menjadi perhatian khusus ketika output yang

dihasilkan memiliki perbedaan yang cukup signifikan. Dengan perbandingan ini

diharapkan didapatkan sebuah keputusan yang tepat dalam melakukan asumsi

desain pada konstruksi yang akan dibangun diatasnya dengan mengambil nilai

yang paling kritis. Penilaian terhadap nilai qc dibawah 3 Mpa harus ekstra hati-

hati karena interpretasi jenis perilaku tanah masih dipertanyakan. Dari hasil yang

didapatkan bahwa banyak titik yang memiliki potensi likuifaksi sehingga

dibutuhkan sebuah mitigasi bencana yang dapat berupa sebuah vibroflotation,

deep dynamic compaction, compaction grouting, deep soil mixing maupun jet

grouting dan yang tentunya dipadukan dengan sebuah drainase yang efektif.


87

DAFTAR REFERENSI

Kramer S. L. (1996). Geotechnical earthquake engineering, Prentice-Hall,

Englewood Cliffs, N.J., 653.

Kumar, Kamalesh. 2008. Basic Geotechnical Earthquake Engineering. New Delhi

: New Age International (P) Ltd., Publishers

______ Michael K. Sharp, Ricardo Dobry, and Ryan Phillips. “CPT-Based

Evaluation of Liquefaction and Lateral Spreading in Centrifuge”.ASCE

Journal of Geotechnical and Geoenviromental Engineering. Diakses

Oktober 2010 dari http://www.ascelibrary.org

I.M. Idriss dan R.W. Boulanger, Soil Liquefaction During Earthquakes 2008.

Jefferies, M. G., and Been, K. 2006. Soil liquefaction ,a critical state approach,

Taylor and Francis, London.

National Center for Earthquake Engineering Research (NCEER), 1997.

Proceedings of the NCEER Workshop on Evaluation of Liquefaction

Resistances of Soils, T.L. Youd dan I.M. Idriss, editors, Technical Report

NCEER-97-022, 41-88

______ P.K. Robertson ; C E Wride. “Evaluating cyclic liquefaction potential

using the cone penetration test”. Cannadian Geotechnical Journal, Juni

1998.

______ P.K. Robertson. “Evaluation of Flow Liquefaction and Liquefied Strength

Using the Cone Penetration Test”. ASCE Journal of Geotechnical and

Geoenviromental Engineering. Diakses 6 Maret 2011 dari

http://www.ascelibrary.org

R.F.Craig dan Budi Susilo, Mekanika Tanah ,1991

Robert, W.Day. (2002). Geotechnical Earthquake Engineering Handbook ,

McGRAW-HILL.

Tim Dosen Geoteknik DTS-FTUI. Bahan Kuliah Dinamika Tanah

Tim Penyusun. 2001. SNI 03-1726-2002 Tata Cara Perencanaan Ketahanan

Gempa Untuk Bangunan Gedung. Jakarta : Badan Standarisasi Nasional.

Tohwata, Ikuo. (2008). Geotechnical Earthquake Engineering , Springer-Verlag

Berlin Heidelberg


88


LAMPIRAN


89


Lampiran 1. Grafik CSR, CRR, FS vs Depth (BH-02, BH-04, BH-05, BH-06)


90


Lampiran 2. Grafik CSR, CRR, FS vs Depth (BH-07 s/d BH-10)


91


Lampiran 3. Grafik CSR, CRR, FS vs Depth (BH-11, BH-13, BH-14, BH-15)


92


Lampiran 4. Grafik CSR, CRR, FS vs Depth (BH-A1 s/d BH-A4)


93


Lampiran 5. Grafik CSR, CRR, FS vs Depth (BH-A5)


94


Lampiran 6. Grafik CSR, CRR, FS vs Depth (S-3 s/d S-6)


95


Lampiran 7. Grafik CSR, CRR, FS vs Depth (S-6 s/d S-10)


96


Lampiran 8. Grafik Perbandingan CSR vs Depth (BH-01,S-10 & BH-02,S-04 dst)


97


Lampiran 9. Grafik Perbandingan CSR vs Depth (BH-11,S-06 & BH-12, S-02)


98


Lampiran 10. Grafik Perbandingan CRR vs Depth (BH-01,S-10 & BH-04,S-07

dst)


99


Lampiran 11. Grafik Perbandingan CRR vs Depth (BH-11,S-06 & BH-12, S-02)


100


Lampiran 12. Grafik perbandingan FS vs Depth (BH-01,S-10 & BH-02,S-04 dst)


101


Lampiran 13. Grafik perbandingan FS vs Depth (BH-11, S-06 & BH-12, S-02)


102


Lampiran 14. Lokasi titik bor PLTU Ende (Potongan A-A)


103


Lampiran 15. Profil tanah PLTU Ende potongan A-A


104


Lampiran 16. Potongan profil A-A (CRR, FS dan jenis tanah)


UNIVERSITAS INDONESIA ANALISIS POTENSI …lib.ui.ac.id/file?file=digital/20283425-S1046-Rifa...

Documents

Transcript of UNIVERSITAS INDONESIA ANALISIS POTENSI …lib.ui.ac.id/file?file=digital/20283425-S1046-Rifa...