Studi Eksperimental Potensi Likuifaksi di Kali Opak Imogiri Provinsi Daerah Istimewa Yogyakarta

17th Annual Scientific Meeting Jakarta, 13-14 November 2013

Studi Eksperimental Potensi Likuifaksi di Kali Opak Imogiri Provinsi Daerah Istimewa Yogyakarta Lindung Zalbuin Mase Peneliti Muda Jurusan Teknik Sipil dan Lingkungan Universitas Gadjah Mada

Teuku Faisal Fathani Dosen Jurusan Teknik Sipil dan Lingkungan Universitas Gadjah Mada

Agus Darmawan Adi Dosen Jurusan Teknik Sipil dan Lingkungan Universitas Gadjah Mada ABSTRAK: Salah satu fenomena likuifaksi yang pernah terjadi adalah likuifaksi di Kali Opak Imogiri akibat gempa 27 Mei 2006 di Daerah istimewa Yogyakarta.. Untuk memahami fenomena likuifaksi secara fisik, khususnya di Kali Opak Imogiri Daerah Istimewa Yogyakarta, maka dilakukanlah studi eksperimetal potensi likuifaksi menggunakan alat shaking table. Sampel yang digunakan adalah pasir Kali Opak Imogiri dengan kerapatan relatif < 33 % .Pengujian dilakukan dengan memodelkan percepatan maksimum gempa di kawasan Kali Opak Imogiri yaitu 0,3g , 0,35g, dan 0,4g (SNI 03-1726-2010) dengan frekuensi getaran sebesar 1,6 Hz , serta waktu penggetaran selama 32 detik. Likuifaksi ditentukan berdasarkan parameter ru. Nilai ru > 1 mengindikasikan bahwa likuifaksi berpotensi terjadi (Gupta, 1977). Hasil analisis menunjukkan bahwa likuifaksi berpotensi terjadi untuk setiap pembebanan. Keseluruhan ru hasil pengujian bernilai > 1. Penambahan beban dinamik akan memperbesar ru dan memperbesar durasi likuifaksi. ru maksimum yang diperoleh adalah sebesar 1,04, sedangkan durasi likuifaksi maksimum adalah 32 detik. Kata kunci: likuifaksi, shaking table, pasir lepas

kekuatan geser tanah pada lapisan jenuh air akibat gempa bumi, sehingga tanah mengalami keruntuhan dan berperilaku seperti cairan (likuid). Likuifaksi umumnya terjadi pada tanah non kohesif (granuler) jenuh air dan menerima beban siklik berupa gempa (Kramer, 1996).

alat shaking table (meja getar). Desain pembebanan dinamik berupa percepatan gempa diambil berdasarkan SNI 03-17262010 dan Fathani dkk., 2008, dimana daerah Kali Opak Imogiri memiliki percepatan maksimum gempa di tanah sedang sebesar 0,3g sampai dengan 0,4g. Frekuensi getaran pada penelitian ini adalah 1,6 Hz. Waktu penggetaran alat untuk setiap kriteria pembebanan dinamik adalah 32 detik.

Salah satu kejadian likuifaksi adalah likuifaksi akibat gempa 27 Mei 2006 di Daerah Istimewa Yogyakarta. Likuifaksi 2006 silam ditandai dengan ditemukannya lateral spreading (sebaran lateral) dan sand boil (semburan pasir) di sepanjang aliran Kali Opak Imogiri (Munasri dan Yulianto, 2009).

Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat memberikan pemahaman tentang gambaran fisik likuifaksi dan potensinya. Selain itu diharapkan dapat menjadi bahan pembelajaran dalam upaya meminimalisir dampak serta kerugian akibat likuifaksi yang dapat terjadi di kemudian hari.

Sebuah penelitian eksperimental dilakukan untuk mempelajari fenomena likuifaksi. Studi eksperimental yang dilakukan adalah dengan memodelkan likuifaksi dengan menggunakan

II. PENELITIAN TERDAHULU Alat shaking table bukanlah alat yang terbilang baru dalam dunia geoteknik. Sejak

I. PENDAHULUAN Likuifaksi adalah suatu fenomena kehilangan

199


diperkenalkan oleh Prakash dan Mathur (1965), perkembangan alat ini bisa dikatakan cukup pesat. Berbagai masalah di bidang geoteknik, seperti propertis dinamika tanah, kestabilan lereng akibat gempa, pengaruh getaran pada fondasi, hingga likuifaksi telah banyak dimodelkan dengan alat ini. Konsep dari alat shaking table adalah menganalogikan gerakan salah satu gelombang gempa, yaitu gelombang geser (shear waves). Beberapa penelitian likuifaksi menggunakan alat shaking table telah dilakukan oleh banyak peneliti. Gupta (1977) melakukan penelitian mengenai potensi likuifaksi pada tanah pasir. Konsep yang dikembangkan oleh Gupta adalah parameter rasio peningkatan tegangan air pori atau dinotasikan sebagai ru. Persamaan ru merupakan perbandingan antara peningkatan tegangan air pori akibat pembebanan dinamik (u) terhadap tekanan efektif tanah (σv'). Menurut Gupta (1977), likuifaksi dapat terjadi bila peningkatan tegangan air pori bernilai sama dengan atau lebih dari tegangan efektif tanah. Nilai ru diperoleh dari persamaan berikut: ru 

u

 v'

(1)

Tokimatsu (1979) melakukan penelitian mengenai potensi likuifaksi dengan mengamati perilaku peningkatan tegangan air pori pada tanah pasir akibat pembebanan dinamik. Penurunan tegangan air pori yang lamban mengindikasikan bahwa likuifaksi dapat terjadi. Singh dkk. (2008) meneliti potensi likuifaksi pasir Solani India menggunakan alat shaking table mini. Hasil peneleitian mereka menjelaskan bahwa pengaruh percepatan gempa akan mempercepat terjadinya likuifaksi dan memperlama durasi likuifaksi. Hasmar (2007) meneliti potensi likuifaksi pasir Kali Krasak, Daerah Istimewa Yogyakarta. Desain pembebanan yang dilakukan yaitu dengan memodelkan

pengujian dengan variasi beban siklik. Hasil dari penelitian Hasmar menunjukkan bahwa beban siklik (N) 20 siklik dan 32 siklik berpotensi memicu likuifaksi pada pasir Kali Krasak. Beberapa penelitian yang telah disebutkan sebelumnya merupakan contoh dari beberapa penelitian terdahulu. Secara umum terdapat dua metode yang bisa digunakan dalam analisis likuifaksi secara eksperimental (alat shaking table), yaitu parameter nilai ru dan perilaku penurunan tegangan air pori. III. KRITERIA PEMBEBANAN Penelitian likuifaksi secara eksperimental tetunya tidak lepas dari konsep pembebanan dinamik. Beberapa kriteria pembebanan yang digunakan dalam penelitian ini di antaranya, percepatan maksimum gempa, frekuensi getaran gempa, waktu pembebanan dinamik, dan simpangan gerak maksimum alat shaking table. 3.1. Percepatan maksimum gempa Percepatan maksimum gempa diambil berdasarkan peta gempa yang tertera pada SNI 03-1726-2010 dan hasil penelitian Fathani dkk. (2008), dimana percepatan maksimum untuk kawasan tersebut juga bernilai 0,3g sampai 0,4g. 3.2. Frekuensi getaran gempa Frekuensi getaran yang diambil pada penelitian ini adalah 1,6 Hz. Pertimbangan dalam pengambilan nilai frekuensi tersebut adalah frekuensi gempa El-Centro (1,5 Hz). Diharapkan dengan pengambilan frekuensi sebesar 1,6 Hz dapat memberikan gambaran mengenai gempa yang frekuensi getarannya mirip dengan El-Centro. 3.3. Waktu Penggetaran Pada penelitian ini diambil rentang waktu rata-rata dalam perambatan suatu gelombang gempa, yaitu 32 detik (Suhendro. 2013). 3.4. Simpangan maksimum 200


Gerakan harmonis pada alat shaking table memiliki 2 parameter, yaitu amplitudo simpangan dan frekuensi getaran. Persamaan simpangan pada alat shaking table adalah sebagai berikut: y  A sin(t )

(2)

dimana, y adalah simpangan gerakan, A adalah simpangan maksimum (m),  (rad/detik) adalah kecepatan sudut yang dinyatakan sebagai 2πf (rad/detik), dan t adalah waktu (detik). Untuk memperoleh persamaan percepatan gerak shaking table, dapat diperoleh dengan menurunkan persamaan simpangan sebanyak dua kali. Persamaan percepatan pada alat shaking table adalah sebagai berikut:

a  A( 2 ) sin(t )

(3)

dimana a adalah percepatan gerak shaking table. Untuk memperoleh percepatan maksimum, maka nilai dari sin(ωt) harus sama dengan satu. Dengan demikian persamaan 3 dapat disederhanakan sebagai berikut:

a  A( 2 )

(4)

Pada penelitian ini pembebanan dilakukan dengan menerapkan percepatan maksimum dan frekuensi getaran selama beberapa detik. IV. METODE PENELITIAN

4. Komputer, dan 5. Alat hitung 6. Alat cetak (printer) 4.3. Pelaksanaan penelitian Tahapan dalam pelaksanaan penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Pastikan alat baca tegangan air pori (pressure tranducer) terpasang dengan baik pada wadah pengujian. 2. Alat akuisisi data dipastikan terpasang dengan baik pada alat baca tegangan air pori. 3. Pasir kering dalam keadaan fraksi halus terkontrol (0 %) dituangkan ke dalam wadah pengujian secara perlahan. 4. Wadah pengujian yang telah berisi pasir selanjutnya diisi air secara perlahan sampai pada ketinggian pasir yang telah dituangkan. 5. Pastikan semua alat pengujian dan keran pressure tranducer dalam keadaan terbuka dan siap untuk membaca tegangan air pori. 6. Setelah semua tahapan di atas dilakukan, maka mesin shaking table dapat digetarkan sesuai dengan kriteria pembebanan yang telah didesain. Pada penelitian ini, desain kriteria pembebanan dapat dilihat pada Tabel.1. 7. Hasil pengujian diplotkan dalam bentuk grafik. Tabel 1. Desain pembebanan siklik PGA (g) 0,32 0,35 0,40

f (Hz) 1,60 1,60 1,60

A (m) 0,032 0,035 0,040

Waktu penggetaran (detik) 32 32 32

4.1. Bahan penelitian Sampel yang digunakan adalah Pasir dari Kali Opak Imogiri. 4.2. Peralatan penelitian Peralatan yang dipergunakan penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Satu set alat shaking table 2. Pressure tranducer dan akuisisi data 3. Peralatan tulis

dalam

V. HASIL DAN PEMBAHASAN

5.1. Hasil penelitian pendahuluan Penelitian pendahuluan yang dilakukan adalah pengujian sifat fisik tanah. Hasil dari pengujian sifat fisik tanah dapat dilihat pada Tabel 2. Berdasarkan hasil pengujian sifat fisik tanah, diketahui bahwa pasir Kali Opak Imogiri merupakan pasir bergradasi buruk. 201


Nilai kerapatan relatif (RD) menunjukkan bahwa pasir Kali Opak Imogiri tergolong sebagai pasir lepas (RD < 33%). Nilai kerapatan relatif sedemikian sehingga tersebut mengindikasikan bahwa pasir Kali Opak Imogiri sangat berpotensi mengalami likuifaksi Tabel 2. Hasil pengujian sifat fisik tanah Parameter Cu Cc w γb γd γsat Gs γdmaks γdmin e emaks emin S RD

Nilai 1,75 0,892 23 1,64 1,41 1,854 2,7 1,677 1,355 0,878 0,986 0,58 68 26,402

Satuan % gr/cm3 gr/cm3 gr/cm3 gr/cm3 gr/cm3 % %

(b) Keterangan (a) Zona paling berpotensi likuifaksi (b) Zona berpotensi likufaksi

Gambar 1. Rentang gradasi butiran pasir Kali Opak Imogiri terhadap potensi likuifaksi (a) menurut Tsuchida (1970) dan (b) menurut Oka (1995)

Hasil analisis menunjukkan bahwa pasir Kali Opak Imogiri tergolong ke dalam pasir yang paling berpotensi likuifaksi. 5.3. Potensi likuifaksi pasir Kali Opak Imogiri Hasil interpretasi analisis eksperimental potensi likuifaksi menggunakan alat shaking table pada penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 2.

5.2. Gradasi butiran Grafik gradasi butiran pasir Kali Opak

Imogiri dapat dilihat pada Gambar 1. Gambar 1a merupakan interpretasi distribusi pasir Kali Opak Imogiri terhadap rentang gradasi butiran yang berpotensi likuifaksi menurut Tsuchida (1970), sedangkan Gambar 1b merupakan interpretasi distribusi pasir Kali Opak Imogiri terhadap rentang gradasi potensi likuifaksi menurut Oka (1995). (a)

(a) lanjutan (b) 202


Secara keseluruhan, hasil analisis menujukkan bahwa percepatan maksimum gempa sebesar 0,3g, 0,35g, dan 0,4g. Rentang waktu terlikuifaksi rata-rata pada masingmasing pembebanan adalah sebesar 30 detik.

(c)

5.3. Pengaruh percepatan maksimum terhadap ru maksimum Pengaruh percepatan maksimum terhadap ru maksimum tertera pada Gambar 3.

*Garis horizontal adalah tegangan efektif tanah

Gambar 2. Peningkatan tegangan air pori akibat beban gempa, frekuensi getaran 1,6 Hz, dan waktu penggetaran selama 32 detik (a) 0,3g, (b) 0,35g, dan (c) 0,4g

Gambar 2a merupakan interpretasi dari peningkatan tegangan air pori akibat beban gempa 0,3g. Terlihat bahwa peningkatan tegangan air pori telah melampaui tegangan efektif tanah pada detik ke-6 sampai detik ke34. Hal ini disebabkan karena ru > 1 bernilai lebih besar atau sama dengan satu. Kondisi ru < 1 terjadi pada detik ke-35 dan seterusnya. Besar ru maksimum yang diperoleh adalah 1,01. Gambar 2b merupakan hasil analisis potensi likuifaksi akibat beban gempa 0,35g. Terlihat bahwa peningkatan tegangan air pori yang melampaui tegangan efektif tanah terjadi selama 30 detik (detik ke-6 sampai dengan detik ke-35). Kondisi tersebut menyebabkan ru > 1. Nilai ru > 1 merupakan indikasi terjadinya likuifaksi. ru maksimum akibat pembebanan 0,35g adalah sebesar 1,03. Kondisi ru < 1 terjadi pada detik ke-36 dan seterusnya. Gambar 2c merupakan interpretasi hasil pengujian potensi likuifaksi akibat pembebanan 0,4g. Peningkatan tegangan air pori melampaui garis tegangan efektif dimulai pada detik ke-3. Durasi likuifaksi akibat pembebanan 0,4g terjadi selama 32 detik. Selama rentang waktu tersebut, ru bernilai lebih dari atau sama dengan 1. Nilai ru maksimum yang terjadi akibat pembebanan 0,4g adalah sebesar 1,04. Kondisi ru < 1 terjadi pada detik ke-36 dan seterusnya.

Gambar 3. Hubungan percepatan maksimum gempa terhadap rasio peningkatan tegangan air pori

Berdasarkan hasil analisis yang tertera pada Gambar 3, terlihat bahwa ru semakin meningkat seiring dengan bertambahnya percepatan maksimum gempa. 5.4. Pengaruh percepatan maksimum terhadap durasi likuifaksi Pengaruh percepatan maksimum terhadap durasi likuifaksi dapat dilihat pada Gambar 4.

Gambar 4. Hubungan percepatan maksimum gempa terhadap rasio peningkatan tegangan air pori

Berdasarkan hasil analisis yang terdapat pada Gambar 4, terlihat percepatan maksimum 203


yang semakin besar akan menyebabkan durasi likuifaksi yang semakin meningkat. KESIMPULAN Hasil penelitian yang telah diperoleh memberikan beberapa hal yang bisa disimpulkan, di antaranya sebagai berikut: 1. Tanah pasir Kali Opak merupakan tanah pasir yang tergolong sebagai pasir yang bergradasi buruk. Hal ini terlihat dari besarnya nilai Cu yang besarnya kurang dari 6, dan nilai Cc yang besarnya kurang dari 1. 2. Tanah pasir Kali Opak dikategorikan sebagai pasir lepas. Hal ini terlihat dari besarnya nilai kerapatan relatif (RD) yang lebih kecil dari 33%. 3. Berdasarkan rentang gradasi potensi likuifaksi yang dikemukakan oleh Tsuchida (1970) dan Oka (1995), pasir Kali Opak Imogiri dikategorikan sebagai tanah yang paling berpotensi terlikuifaksi. 4. Pengujian eksperimental menggunakan alat shaking table memberikan kesimpulan bahwa pasir Kali Opak Imogiri berpotensi mengalami likuifaksi sesuai dengan pembebanan dinamik yang diberikan. 5. Percepatan maksimum yang semakin besar akan menyebabkan rasio peningkatan tegangan air pori (ru > 1) yang semakin besar. 6. Percepatan maksimum yang semakin besar akan menyebabkan rentang waktu (durasi) likuifaksi yang semakin lama. UCAPAN TERIMA KASIH Ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya disampaikan kepada kepala dan staf Kantor Balai Pelestarian dan Cagar Budaya Yogyakarta Unit Candi Prambanan yang telah memberikan kesempatan dalam melakukan pengujian menggunakan alat shaking table. Ucapan terima kasih ditujukan pula kepada seluruh staf Laboratorium Mekanika Tanah Jurusan Teknik Sipil dan Lingkungan Universitas Gadjah Mada yang turut membantu dalam pengujian sifat fisik tanah dalam kaitannya dengan penelitian studi eksperimental potensi likuifaksi di Kali Opak Imogiri Daerah Istimewa Yogyakarta.

DAFTAR PUSTAKA Fathani, T.F., Adi, A.D., Pramumijoyo, S., Karnawati, D., 2008, The Determination of Peak Ground Acceleration at Bantul Regency, Yogyakarta Province, Indonesia, The Yogyakarta Earthquake 2006, hal. 12-1 - 12-15. Gupta M.K., 1977. Liquefaction of Sands During Earthquakes, Ph.D. thesis University of Roorkee, Roorkee, India Hasmar, A.H., 2007, Evaluasi Potensial Likuifaksi Akibat Gempa Bumi Tektonik Lapisan Pasir Jenuh Air dengan Metode Shaking Table (Studi Kasus Pasir Kali Krasak Yogyakarta), Logika, Vol.4, No.1. Munasri dan Yulianto, E., 2009, Bumiku Seperti Kerupuk di Atas Bubur, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia Oka, F., 1995, “Soil Mechanics Lecture”, Morikita Publishing Company, Tokyo, Japan. Paz, M.,1990, “Dinamika Struktur, Teori dan Perhitungan”, alih bahasa oleh Manu, A.P., edisi ke-2. Penerbit: Erlangga, Jakarta. Prakash, S., and Mathur, J. N., 1965. “Liquefaction of Fine Sand Under Dynamic Loading, ”Proceedings of 5th Symposium of the Civil and Hydraulic Engineering Departments, Indian Institute of Science, Bangalore, India. Seed, H. B., Idriss, I. M., Makdisi, F., and Banerjee, N. 1975a. “Representation of Irregular Stress – Time Histories by Equivalent Uniform Stress Series in Liquefaction Analysis,” Report No. EERC 75-29, Earthquake Engineering Research Center, University of California, Berkeley. Singh, H.P., Maheswari, B.K., Saran, S., 2008, Liquefaction Behaviour of the Solani Sand Using Small Shaking Table, The 12th International Conference of International Association for Computer Method and Advances in Geomechanics 1-6 October, Goa, India. SNI 03-1726-2010, 2010, Standar Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung, Departemen Pekerjaan Umum. Suhendro, B. 2013. Personal Comunication. Tokimatsu K., 1979, Generation and Dissipation of Pore Water Pressure in Sand De-posits During Earthquakes, Thesis, Tokyo Institute of Teknology, Oh-okayasa, Tokyo, part 81, pp 88109.

204

Studi Eksperimental Potensi Likuifaksi di Kali Opak Imogiri Provinsi Daerah Istimewa Yogyakarta

Recommend Documents