KEMENTERIAN RISET, TEKNOLOGI, DAN PENDIDIKAN TINGGI UNIVERSITAS GADJAH MADA PROGRAM PASCASARJANA FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI S-2 TEKNIK GEOLOGI
TESIS Kajian Potensi Likuifaksi di Daerah Pantai Pandansimo, Bantul, Daerah Istimewa Yogyakarta
Oleh: Restu Tandirerung 12/337537/PTK/08155
YOGYAKARTA 2017
TESIS
diDaerahpantai*""f#:*;,9'"Hf 5:ffr l"imewayosrakarra Yang dipersiapkan dan disusun oleh Restu Tandirerung 12t337537{PTM8155 telah dipertahankan di depan Dewan Penguji pada tanggal 2l Apnl 2017 dan dinyatakan lulus Susunan Tim Penguji
Ketua Penguji,
M
IIIIP: 1 9751 ll92W2l2l002 Pembimbing Pendamping
Prof, Dr. Ir. Subawo PramumiioyoJ)EA FilP: 195204081981031004 Anggota Penguji
Teuku Faisal Fathani. S.T..IVI.T.Jh.D.
IilP:
19750526199903 10(D
: 197507031999031004
Tesis ini telah diterima sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Master of Engineering Program Studi S-2 Teknik Geologi, Fakultas Teknib Universitas Gadjah Mada.
Yogyakart4 7 Juni20l7 Ketua Program Studi 52 Teknik Geologi, FT UGM
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa karena limpahan berkat, kesempatan, dan kesehatan yang prima sehingga tesis dengan judul “Kajian Potensi Likuifaksi di Daerah Pantai Pandansimo, Bantul, DIY” ini terselesaikan dengan baik. Penulis juga mengucapkan banyak terima kasih kepada Bapak Wahyu Wilopo dan Bapak Teuku Faisal Fathani sebagai pembimbing selama penulis melakukan penelitian dan menulis tesis ini. Terima kasih yang sebesar-besarnya juga penulis sampaikan kepada Bapak Subagyo Pramumijoyo dan Bapak Doni Prakasa Eka Putra selaku dosen penguji dalam ujian pendadaran tesis. Tak lupa, terima kasih disampaikan kepada semua pihak dan keluarga, baik yang secara langsung dan tidak langsung telah membantu proses tesis ini. Penulis sangat berharap tesis ini sekurangnya dapat bermanfaat dalam upaya mitigasi bahaya likuifaksi dan kiranya memberi wawasan, juga pengetahuan terkait dampak bencana gempabumi dan bagaimana meminimalisir kerugian yang ditimbulkan di masa depan. Penulis menyadari tesis ini tidak luput dari kekurangan dan masih jauh dari kata sempurna. Oleh karenanya kritik dan saran demi perbaikan tesis ini di masa akan datang akan sangat membantu memperbaiki kualitasnya. Semoga informasi dan kajian ilmiah dalam tesis ini dapat dipahami oleh semua pihak, khususnya bagi para pembaca. Penulis mohon maaf jika dalam penulisan terdapat tutur tulis yang kurang berkenan.
Yogyakarta, 6 Juni 2017 Penulis
Restu Tandirerung
iv
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ........................................................................................... i LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................... ii PERNYATAAN ................................................................................................... iii PRAKATA ........................................................................................................... iv DAFTAR ISI ...................................................................................................... v DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... ix DAFTAR TABEL ............................................................................................... xi ARTI LAMBANG DAN SINGKATAN ............................................................ xii INTISARI ..........................................................................................................xiii ABSTRACT .......................................................................................................xiv BAB I PENDAHULUAN ................................................................................... 1 1.1
Latar Belakang ............................................................................................ 1
1.2
Perumusan Masalah ................................................................................... 3
1.3
Maksud dan Tujuan ................................................................................... 3 1.3.1 Maksud ............................................................................................. 3 1.3.2 Tujuan ............................................................................................... 4
1.4
Manfaat Penelitian ...................................................................................... 4
1.5
Ruang Lingkup Penelitian ......................................................................... 4
1.6
Batasan Penelitian ....................................................................................... 5
1.7
Lokasi Penelitian ........................................................................................ 5
1.8
Peneliti Terdahulu ....................................................................................... 6 v
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................ .9 2.1 Geologi Regional .......................................................................................... .9 2.1.1 Stratigrafi Regional .............................................................................. 9 2.1.2 Struktur Geologi Regional ................................................................... 9 2.2 Seismisitas dan Sejarah Kegempaan ............................................................... 11 2.3 Konsep dan Batasan Fasies ............................................................................ 13 2.4 Karakter fasies sungai, dataran banjir, pantai, gumuk pasir, dan estuari ........ 15 2.5 Likuifaksi ........................................................................................................ 16 2.5.1 Studi Laboratorium ............................................................................... 16 2.5.2 Faktor Pengontrol Likuifaksi ................................................................ 17 2.5.2.1 Intensitas dan durasi gempabumi ............................................. 18 2.5.2.2 Umur geologi endapan ............................................................. 16 2.5.2.3 Kondisi muka airtanah .............................................................. 19 2.5.2.4 Faktor lain ................................................................................. 20 2.5.3 Deformasi Setelah Likuifaksi................................................................ 21 2.5.4 Prediksi Potensi Likuifaksi Berdasarkan Uji Standard Penetration Test (SPT) ............................................................................................. 22 2.5.5 Sejarah singkat perkembangan metode ................................................. 23 2.5.6 Unified Soil Classification System (USCS) ........................................... 24 2.6 Hipotesis.......................................................................................................... 26 BAB III METODOLOGI PENELITIAN ......................................................... 27 3.1 Alat dan Bahan Penelitian ............................................................................... 27 3.1.1 Alat ........................................................................................................ 27 vi
3.1.2 Bahan .................................................................................................... 27 3.2 Rancangan Penelitian ...................................................................................... 27 3.3 Jenis Penelitian ................................................................................................ 28 3.4 Tahapan Penelitian .......................................................................................... 28 3.4.1 Tahap Pendahuluan ............................................................................... 28 3.4.2 Tahap Pengumpulan Data ..................................................................... 28 3.4.2.1 Pemetaan geologi kuarter ......................................................... 28 3.4.2.2 Pemboran inti dan tes SPT........................................................ 29 3.4.2.3 Pengukuran kedalaman muka airtanah ..................................... 30 3.4.3 Tahap Analisis ...................................................................................... 30 3.4.3.1 Analisis fasies sedimen............................................................. 30 3.4.3.2 Analisis mekanika tanah ........................................................... 30 3.4.3.3 Analisis pemicu likuifaksi ........................................................ 31 3.4.4 Tahap Penulisan Laporan ...................................................................... 35 BAB IV PENGUTARAAN DATA ..................................................................... 37 4.1 Lokasi Pengamatan untuk Pemetaan Geologi Kuarter.................................... 37 4.2 Log Stratigrafi ................................................................................................. 39 4.2.1 Log Stratigrafi BH-2 ............................................................................. 39 4.2.2 Log Stratigrafi BH-3 ............................................................................. 41 4.2.3 Log Stratigrafi BH-4 ............................................................................. 44 4.3 Pemboran Geoteknik dan Investigasi Geologi ................................................ 46 4.4 Kedalaman Muka Airtanah ............................................................................. 50 4.5 Analisis Laboratorium Mekanika Tanah ......................................................... 50 vii
4.5.1 Ukuran Butir ......................................................................................... 50 4.5.1.1 Ukuran butir BH-2 .................................................................... 51 4.5.1.2 Ukuran butir BH-3 .................................................................... 54 4.5.1.3 Ukuran butir BH-4 .................................................................... 56 4.6 Data PGA Yogyakarta..................................................................................... 59 BAB V HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN .................................... 60 5.1 Geologi Daerah Penelitian .............................................................................. 60 5.2 Fasies dan Sedimentasi Endapan .................................................................... 62 5.3 Analisis Pemicu Likuifaksi ............................................................................. 69 5.4 Potensi Deformasi Tanah dan Mitigasi ........................................................... 89 5.4.1 Potensi Deformasi ................................................................................. 89 5.4.2 Mitigasi Bahaya Likuifaksi ................................................................... 92 BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN............................................................. 98 6.1 Kesimpulan ..................................................................................................... 98 6.2 Saran Penelitian ............................................................................................... 99 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................100 LAMPIRAN Lampiran 1. Data Uji SPT BH-2 Lampiran 2. Data Uji SPT BH-3 Lampiran 3. Data Uji SPT BH-4 Lampiran 4. Rangkuman Uji Laboratorium BH-2 Lampiran 5. Rangkuman Uji Laboratorium BH-3 Lampiran 6. Rangkuman Uji Laboratorium BH-4 viii
Lampiran 7. Tabel Analisis Pemicu Likuifaksi BH-2 Lampiran 8. Tabel Analisis Pemicu Likuifaksi BH-3 Lampiran 9. Tabel Analisis Pemicu Likuifaksi BH-4
DAFTAR GAMBAR Gambar 1. Indikasi terjadinya likuifaksi saat gempa bumi Yogyakarta 27 Mei 2006 (foto: Konagai dkk., 2007)............................................ 2 Gambar 2. Lokasi daerah penelitian (liniasi warna merah) dalam peta RBI Lembar Brosot (Bakosurtanal, 1998) ................................................. 6 Gambar 3. Peta Geologi Regional Yogyakarta (Rahardjo dkk., 1995) ................. 10 Gambar 4. Distribusi sejarah kegempaan di Pulau Jawa (Karnawati dkk., 2008)....................................................................... 13 Gambar 5. Klasifikasi tanah menurut USCS ......................................................... 24 Gambar 6. Bagan Alir Penelitian .......................................................................... 36 Gambar 7. Peta Lintasan Pengamatan ................................................................... 38 Gambar 8. Log BH2 .............................................................................................. 40 Gambar 9. Log BH3 .............................................................................................. 43 Gambar 10. Log BH4 ............................................................................................ 45 Gambar 11. Nilai N-SPT BH-2 ............................................................................. 47 Gambar 12. Nilai N-SPT BH-3 ............................................................................. 48 Gambar 13. Nilai N-SPT BH-4 ............................................................................. 49 Gambar 14. Diagram Distribusi Ukuran Butir BH-2 ........................................... 53 Gambar 15. Diagram Distribusi Ukuran Butir BH-3 ............................................ 55 ix
Gambar 16. Diagram Distribusi Ukuran Butir BH-4 ............................................ 58 Gambar 17. Peta percepatan puncak (PGA) di batuan dasar untuk probabilitas terlampaui 10% dalam 50 tahun (Irsyam dkk., 2010) ........... 59 Gambar 18. Peta Geologi Kuarter Daerah Penelitian ........................................... 61 Gambar 19. Peta Lokasi Cross Section antar titik bor .......................................... 65 Gambar 20. Korelasi fasies antara BH-3 dengan BH-2 ........................................ 66 Gambar 21. Korelasi fasies antara BH-4 dengan BH-2 ........................................ 67 Gambar 22. Korelasi fasies antara BH-3 dengan BH-4 ........................................ 68 Gambar 23. Peta Kedalaman Muka airtanah di daerah penelitian ........................ 70 Gambar 24. Peta Kerentanan Likuifaksi di Daerah Penelitian ............................. 72 Gambar 25. Analisis pemicu likuifaksi pada BH2 untuk skenario 6,3 Mw dan 0,40g .............................................................. 75 Gambar 26. Analisis pemicu likuifaksi pada BH3 untuk skenario 6,3 Mw dan 0,40g .............................................................. 76 Gambar 27. Analisis pemicu likuifaksi pada BH4 untuk skenario 6,3 Mw dan 0,40g .............................................................. 77 Gambar 28. Kesebandingan analisis pemicu likuifaksi dengan fasies BH-2 ........ 82 Gambar 29. Kesebandingan analisis pemicu likuifaksi dengan fasies BH-3 ........ 83 Gambar 30. Kesebandingan analisis pemicu likuifaksi dengan fasies BH-4 ........ 84 Gambar 31. Korelasi Zona Lemah antara BH3 dengan BH2................................ 85 Gambar 32. Korelasi Zona Lemah antara BH4 dengan BH2................................ 86 Gambar 33. Korelasi Zona Lemah antara BH3 dengan BH4................................ 87 Gambar 34. Diagram pagar zona potensi terlikuifaksi.......................................... 88 x
Gambar 35. Chart untuk estimasi penurunan muka tanah (Tokimatsu dan Seed, 1987 ............................................................. 91 Gambar 36. Alternatif metode improvement (Mitchell, 2008) ............................. 93 Gambar 37. (N1)60 pada masing-masing titik bor ................................................. 94 Gambar 38. Rentang ukuran butir dan zona potensi terlikuifaksi ......................... 97
DAFTAR TABEL Tabel 1. Sejarah Kegempaan di daerah Pulau Jawa dan sekitarnya (Elnashai dkk, 2006) ............................................................................................... 12 Tabel 2. Estimasi tingkat kerentanan likuifaksi endapan berdasarkan umur geologi dan lingkungan pengendapan (Youd dan Perkins, 1978) .......... 19 Tabel 3. Hubungan Kedalaman Muka Airtanah dengan Kerentanan Likuifaksi (Youd dkk., 1979) ................................................................................... 20 Tabel 4. Jenis-jenis deformasi tanah (Castro, 1987) ............................................. 22 Tabel 5. Potensi deformasi tanah berdasarkan SPT N60 (Seed dkk., 1985) .......... 89
xi
ARTI LAMBANG DAN SINGKATAN
Simbol
Definisi
amax CB CE CN CR CS CRR CRRM CSR DR ER FC FS FSliq H Kσ M MSF N (N1)60
Percepatan puncak muka tanah Koreksi diameter lubang bor uji SPT Faktor koreksi rasio energi uji SPT Faktor koreksi untuk menghitung tekanan overburden SPT Koreksi panjang stang bor uji SPT Faktor koreksi untuk sampler liners uji SPT Rasio tahanan siklik Rasio tahanan siklik pada magnitude gempabumi tertentu Rasio tegangan siklik gempa Densitas relatif Nilai energi rasio terukur uji SPT Konten butir halus Faktor keamanan Faktor keamanan terhadap pemicu likuifaksi Kedalaman ke lapisan yang terlikuifaksi Koreksi faktor tekanan overburden Magnitude gempa Faktor skala magnitude gempabumi Angka pukulan Koreksi jumlah pukulan uji SPT terhadap ER = 60% dan tegangan efektif overburden 1 atm Penyetaraan (N1)60 pasir untuk menghitung CRR Koefisien pengurangan shear stress Kedalaman Tegangan total vertikal Tegangan efektif vertikal Berat volume basah Berat volume kering
(N1)60cs rd z σvc σ’vc γb γd
xii
Intisari Pada 27 Mei 2006, gempabumi dengan kekuatan 6,3 Mw menjadi gempa paling merusak yang pernah terjadi di Bantul. Menyadari ancaman bahaya gempabumi di masa yang akan datang, perlu dilakukan kajian potensi likuifaksi sebagai upaya mitigasi bencana pada daerah Pantai Pandansimo. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakter geologi daerah penelitian, mengetahui korelasi antara fasies sedimen dengan potensi likuifaksi, dan untuk memetakan potensi likuifaksi dan alternatif mitigasi yang bisa digunakan. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah kombinasi pemetaan geologi kuarter, analisis fasies sedimen, modifikasi simplified procedures (Idriss dan Boulanger, 2008) dan uji laboratorium. Data yang digunakan, terbagi atas data primer, meliputi pemetaan geologi permukaan, data pemboran inti, uji standar penetration test (SPT), ukuran butir dan sifat fisik sedimen. Sedangkan data sekunder berupa peta percepatan puncak muka tanah (PGA) Yogyakarta. Hasil dari pemetaan geologi menjelaskan daerah penelitian merupakan kombinasi proses sedimentasi fluvial, estuari, alluvial, pantai, dan eolian. Berdasarkan pemetaan geologi permukaan yang menghasilkan peta geologi Kuarter, daerah penelitian geologi daerah penelitian terbagi atas endapan dataran banjir dan alluvial, endapan bendung sungai, endapan pantai, dan endapan gumuk pasir. Analisis geologi bahwa permukaan menunjukkan adanya perubahan fasies sedimentasi, baik lateral maupun vertikal. Berdasarkan perhitungan modifikasi simplified procedures diperoleh hasil fasies endapan di daerah penelitian yang dianalisis dan dikorelasi antara titik bor mempengaruhi potensi likuifaksi. Potensi likuifaksi paling tinggi terestimasi pada fasies fluvial, fasies eolian, dan fasies estuari. Pada BH2, zona lemah terdapat pada kedalaman 13 hingga 12 meter. BH3 memiliki 3 segmen zona lemah, pertama pada kedalaman 3 hingga 6 meter, kedua 11 hingga 14, dan ketiga 25 hingga 30 meter. Sementara BH4 terestimasi memiliki zona lemah pada kedalaman 12 hingga 20 meter. Dan dari hasil estimasi penurunan muka tanah diketahui potensi deformasi tanah berupa penurunan muka tanah pada BH2 adalah 0,13 meter. Pada BH3, potensi penurunan muka tanah adalah 0,19 meter. Sedangkan pada BH4, potensi penurunan muka tanah terestimasi sekitar 0,12 meter. Metode mitigasi vibrocampaction merupakan metode yang relatif sesuai dengan kondisi di daerah penelitian. Kata Kunci: Gempabumi, Likuifaksi, SPT, Mitigasi.
xiii
Abstract On May 27, 2006, the earthquake with magnitude of 6.3 Mw became the most destructive earthquake ever occurred in Bantul. Recognizing the threat of earthquake hazard in the future, it is necessary to study the potential of liquefaction as a disaster mitigation effort in Pandansimo Beach area. This study aims to determine the geological character of the research area, to know the correlation between sediment facies with liquefaction potential, and to map potential liquefaction and mitigation alternatives that can be used. The method used in this study is a combination of quarterly geological mapping, sediment facies analysis, modification of simplified procedures (Idriss and Boulanger, 2008) and laboratory tests. The data used, divided into primary data, includes surface geological mapping, core drilling data, standard penetration test (SPT) test, grain size and physical properties of sediment. While the secondary data is the peak ground acceleration (PGA) of Yogyakarta. The result of geological mapping explaining the research area is a combination of fluvial, estuary, alluvial, beach, and eolian sedimentation processes. Based on the surface geological mapping that generates the Quaternary geological map, the geological research area of the study area is divided into sediment floodplains and alluvials, river basin deposits, coastal sediments, and sand dune deposits. Geological analysis that the surface indicates a change in sedimentation facies, both lateral and vertical. Based on the calculation of modification of simplified procedures, the result of the sediment facies in the research area analyzed and correlated between the drill points affects the liquefaction potential. The highest liquefaction potential is estimated in fluvial facies, eolian facies, and estuary facies. At BH2, the weak zone is at a depth of 13 to 12 meters. BH3 has 3 weak zone segments, first at a depth of 3 to 6 meters, both 11 to 14, and third 25 to 30 meters. While BH4 is estimated to have a weak zone at a depth of 12 to 20 meters. And from the estimation of the decrease in the face of the ground is known the potential for soil deformation in the form of soil surface decrease in BH2 is 0.13 meters. At BH3, the potential for land subsidence is 0.19 meters. While at BH4, the potential for land subsidence is estimated to be about 0.12 meters. Vibrocampaction mitigation method is a method that is relatively in accordance with the conditions in the study area.
Key words: Earthquake, Liquefaction, SPT, Mitigation.
xiv
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Indonesia merupakan bagian bumi dengan konfigurasi tektonik cincin api yang sering mengalami gempabumi. Kabupaten Bantul, Provinsi Daerah Istimewa Yogyakarta adalah bagian wilayah Indonesia yang rentan gempabumi. Menyadari kondisi geologi, seismisitas, dan konsekuensinya, perencanaan pembangunan dan upaya pengembangan wilayah perlu mempertimbangkan dan memperhitungkan risiko dengan melakukan upaya mitigasi, salah satunya dengan mengkaji potensi bahaya likuifaksi. Penurunan (settlement)
konstruksi
bangunan
merupakan
konsekuensi
fenomena
likuifaksi. Pemicu likuifaksi adalah kombinasi gempabumi yang kuat dan berdurasi lama, kondisi geologi, kondisi lapisan jenuh airtanah, dan aspek bangunan di suatu daerah tertentu. Pada 27 Mei 2006, Kabupaten Bantul dan bahkan Yogyakarta dan sekitarnya dikejutkan dengan gempabumi berkekuatan 6,3 Mw (Karnawati dkk., 2008). Gempabumi ini telah mendatangkan masalah serius karena guncangan gelombang gempa yang mampu meruntuhkan bangunan-bangunan yang ada, meski tidak semua daerah mengalami kerusakan yang sama. Tim geoteknik gabungan dari Jepang dan Indonesia (Konagai dkk., 2007), yang melakukan investigasi usai gempabumi Yogyakarta menemukan dan mencurigai
perilaku
pada
sumur
warga
usai
gempa
tersebut
dan
menyimpulkan sebagai peristiwa likuifaksi. Bukti yang ditemukan berupa pipa
1
sumur yang bengkok dan naik 70 cm dan air sumur keruh yang meluap naik 1,3 m dari sumur.
Gambar 1. Indikasi terjadinya likuifaksi saat gempa bumi Yogyakarta 27 Mei 2006 (foto: Konagai dkk., 2007)
Likuifaksi selama terjadinya gempabumi berpeluang terjadi pada lapisan sedimen yang berumur geologi Kuarter (Youd dan Perkins, 1978). Secara geologi, permukaan daerah pesisir Pantai Pandansimo, Bantul ditutupi oleh sedimen berumur Holosen (Rahardjo dkk., 1995). Jika beban konstruksi di daerah ini sangat besar maka potensi likuifaksi penting untuk dievaluasi sebagai respons mitigasi terhadap kemungkinan perulangan gempabumi. Sebagai langkah mitigasi, maka perlu dilakukan kajian potensi likuifaksi terhadap suatu wilayah tertentu yang kondisi geologinya termasuk kategori 2
rentan. Sejumlah metode evaluasi likuifaksi sedimen telah dikembangkan. Penelitian ini melakukan pendekatan dengan metode kualitatif dan metode kuantitatif. Metode kualitatif berdasar atas analisis dan interpretasi distribusi fasies sedimen (site) mengikuti deskripsi fisik data pemboran inti dan uji (Strandar Penetration Test) SPT serta pemetaan Geologi Kuarter. Sedangkan metode kuantitatif dengan perhitungan parameter indeks berdasarkan data pengukuran SPT, data seismik, dan hasil analisis laboratorium. 1.2 Perumusan Masalah 1. Berdasarkan informasi geologi regional, endapan alluvial di daerah penelitian termasuk dalam kategori yang rentan mengalami likuifaksi. Namun secara spesifik belum diketahui faktor-faktor apa saja yang mengontrol kerentanan dan pemicu likuifaksi. 2. Jika terjadi perulangan gempabumi, di kedalaman berapa batas pengaruh likuifaksi yang diakibatkan oleh guncangan gempabumi dan bagaimana angka faktor keamanannya (factor of safety) masih memerlukan kajian. 1.3 Maksud dan Tujuan 1.3.1
Maksud Maksud penelitian ini adalah mengetahui kemampuan geologi teknik dan menganalisis tebal lapisan yang berpotensi terlikuifaksi dengan menggunakan data pemboran inti dan uji SPT, sifat-sifat keteknikan endapan, dan analisis ukuran butir, pada magnitud gempa besar sesuai data
3
sejarah kegempaan di daerah Yogyakarta dan sekitarnya. Serta menemukan hubungan kondisi geologi dengan potensi likuifaksi. 1.3.2
Tujuan 1. Mengetahui karakter geologi daerah penelitian. 2. Mengetahui korelasi antara distribusi endapan sedimen dengan potensi likuifaksi di daerah penelitian. 3. Melakukan pemetaan dan kajian potensi likuifaksi di daerah penelitian dan pilihan mitigasinya.
1.4 Manfaat Penelitian Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberi informasi geoteknik dan situasi geologi berupa nilai faktor keamanan dan informasi hubungan antara situasi geologi dengan potensi likuifaksi. Hasil kajian diharapkan dapat bermanfaat sebagai acuan dalam rencana tata ruang, pengembangan wilayah, dan rekayasa konstruksi bangunan sipil di Pantai Pandansimo, Kabupaten Bantul, Provinsi Daerah Istimewa Yogyakarta. 1.5 Ruang Lingkup Penelitian Ruang lingkup penelitian akan mencakup beberapa hal yaitu: 1. Studi pustaka dan literatur yang berkaitan dengan penelitian. 2. Pengumpulan data sekunder. 3. Pengumpulan data lapangan. 4. Uji laboratorium. 5. Analisis data untuk menghitung faktor keamanan dan analisis risiko. 4
6. Menganalisis hubungan antara situasi geologi dengan potensi likuifaksi. 1.6 Batasan Penelitian Untuk memfokuskan penelitian, maka permasalahan dibatasi pada hal-hal berikut: 1. Likuifaksi yang terjadi diasumsikan hanya akibat gempabumi tektonik. 2. Magnitud minimum gempabumi dibatasi pada skala 5 Mw. 3. Data berasal dari data test SPT, sifat-sifat keteknikan endapan, dan analisis ukuran butir dan data sekunder. 4. Daerah penelitian hanya pada daerah pesisir Pantai Pandansimo. 5. Evaluasi likuifaksi yang dilakukan untuk menghitung nilai faktor keamanan hingga kedalaman 30 meter, lateral spreading, dan settlement. 6. Pembuatan Peta Geologi Kuarter dengan metode pemetaan geologi permukaan di daerah penelitian. 1.7 Lokasi Penelitian Lokasi penelitian di daerah pesisir Pantai Pandansimo, Kabupaten Bantul, Provinsi Daerah Istimewa Yogyakarta.
5
Gambar 2. Lokasi daerah penelitian (liniasi warna merah) dalam peta RBI Lembar Brosot (Bakosurtanal, 1998)
1.8. Peneliti Terdahulu Penelitian tentang likuifaksi dan geologi regional yang pernah dilakukan di daerah Provinsi Daerah Istimewa Yogyakarta dan terpublikasi hingga tahun 2013 antara lain: 1. Rahardjo dkk., (1995), memetakan lembar Yogyakarta dan secara geologi daerah penelitian termasuk dalam endapan berumur Kuarter berupa endapan lepas (loose) sampai terkompaksi lemah dengan rentang ukuran butir lempung hingga kerakal. 2. Hasmar, H.A.H., (2007), melakukan studi eksperimental di laboratorium dengan menggunakan meja getar terhadap sampel pasir Kali Krasak, Kabupaten Bantul, DIY. Penelitian ini berkesimpulan 6
bahwa pasir Kali Krasak tidak berpotensi untuk likuifaksi jika mendapat beban dinamik 10 siklik atau setara dengan gempa tektonik pada skala 6 skala Richter. 3. Hatmoko, T. J., dan Lulie, Y., (2008), melakukan penelitian likuifaksi di bagian Timur Yogyakarta. Penelitian ini berkesimpulan bahwa pada musim hujan kondisi kedalaman airtanah cukup tinggi berkisar 3,00 sampai dengan 4,50 meter. Sampai kedalaman 4 meter nilai NSPT cukup rendah yaitu 11 sampai dengan 18. Berdasarkan pengujian laboratorium jenis pasir di semua kedalaman bergradasi jelek (SP). Dengan menggunakan prediksi 100 tahunan, zona-zona likuifaksi terjadi pada kedalaman 0,00 hingga 13,00 meter. 4. Soebowo dkk., (2009), melakukan penelitian di daerah Patalan, Bantul, DIY. Penelitian ini menunjukkan bahwa hampir semua titik uji mengindikasikan terjadinya likuifaksi dan penurunan. Zona likuifaksi terkonsentrasi di bagian tengah daerah studi pada kisaran kedalaman 0,2 – 12,8 meter dengan ketebalan antara 0,2 – 5,2 meter, serta penurunan antara 0,12 hingga 12,98 cm. 5. Hatmoko, T. J., dan Suryadharma, H., (2013), melakukan prediksi likuifaksi dengan menggunakan pemboran inti dan uji SPT pada endapan pasir dari 7 titik di Yogyakarta. Penelitian ini berkesimpulan bahwa jika menggunakan data gempa Yogyakarta pada 27 Mei 2006 dengan M = 6 dan R = 37 km diperoleh amax = 0,09 g. Dengan amax tersebut nilai CSR kurang dari 0,1, yakni antara 0,048 sampai dengan 7
0,057, sedangkan nilai CRR rata-rata lebih besar dari 0,1. Oleh sebab itu pada gempabumi 27 Mei 2006 di wilayah Utara Yogyakarta tidak terjadi likuifaksi. Namun jika terjadi gempa dengan nilai amax lebih besar dari 0,15 g akan terjadi likuifaksi meski kondisi kedalaman muka airtanah relatif dalam yaitu antara 7 hingga 20 m. 6. Hartantyo dkk., (2013), mencari korelasi kedalaman muka airtanah dangkal dengan kejadian likuifaksi gempa Yogyakarta Mei 2006 pada endapan volkanik-klastik bagian Selatan area Yogyakarta. Kesimpulan penelitian ini adalah daerah Yogyakarta yang didominasi Merapi Muda berukur Kuarter menyebabkan adanya lapisan pasir sebagai akuifer dangkal. Akuifer dangkal ini sangat berpengaruh terhadap kejadian likuifaksi akibat gempa 2006. Hampir 90 persen daerah penelitian berpotensi mengalami likuifaksi dengan kedalaman muka airtanah mencapai 5,3 m. 7. Sarah dan Soebowo, (2013), melakukan studi likuifaksi akibat gempabumi Yogyakarta, 27 Mei 2006 dengan menggunakan data uji CPT. Penelitian ini mengkonfirmasi kejadian likuifaksi di lapangan berupa sand boil, lateral spreading dan penurunan pada situasi kedalaman muka airtanah berkisar 0,6 sampai 5 m. Zona likuifaksi mengokupasi lapisan pasir longgar (loose sand) pada kedalaman berkisar antara 0,2 hingga 12,8 meter dengan variasi potensi ketebalan lapisan yang terlikufaksi antara 0,2 hingga 5,2 meter serta total penurunan bervariasi antara 1,0 hingga 10,8 cm. 8
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Geologi Regional 2.1.1 Stratigrafi Regional Menurut Rahardjo dkk., (1995), daerah penelitian terpetakan dalam satuan endapan permukaan berumur Kuarter (Qa) (<1,8 juta tahun). Endapan permukaan ini sebagai hasil dari rombakan batuan yang lebih tua yang berumur Tersier yang terdiri dari material lepas sampai terkompaksi lemah, berbutir lempung hingga kerakal. Endapan Alluvium ini terdiri dari kerakal, pasir, lanau, dan lempung yang diendapkan oleh aktivitas sungai (fluvial) dan proses geologi pantai. 2.1.2 Struktur Geologi Regional Struktur yang terpetakan dalam skala regional oleh Rahardjo dkk., (1995) merupakan produk tektonik resen. Di sebelah timur lembar Yogyakarta, terpetakan sesar-sesar geser dengan arah relatif Tenggara-Barat Laut, semakin ke utara mulai muncul sesar normal dan sesar naik yang umumnya menyayat batuan produk volkanik Merapi dengan arah relatif Timur Laut-Barat Daya. Di sebelah barat, berkembang lipatan-lipatan pada formasi batuan sedimen dengan arah sumbu lipatan relatif Timur Laut-Barat Daya.
9
Gambar 3. Peta Geologi Regional Lembar Yogyakarta (Rahardjo dkk., 1995)
10
2.2 Seismisitas dan Sejarah Kegempaan Secara regional, daerah Yogyakarta dilewati oleh sesar aktif Opak berarah N231º E, dip 87 º, dan slip 3 º yang hingga saat ini diyakini sebagai sesar normal yang memiliki komponen geser. Peta geologi regional Yogyakarta, Rahardjo dkk., (1995) mengungkapkan informasi sesar Opak berupa garis putus-putus yang berarti sesar ini diperkirakan karena kemungkinan bukti sesar yang sesungguhnya terkubur oleh endapan Merapi muda. Menurut catatan USGS (2007), pada 27 Mei 2007 sesar Opak telah memicu terjadinya gempabumi dengan hypocenter pada kedalaman 10 km dengan magnitude 6,3 Mw. Analisis mekanisme sumber yang dikeluarkan USGS memberi solusi sinistral strike slip (sesar geser mengiri). Elnashai (2006), mencatat 17 aktivitas seismik pernah terjadi di Yogyakarta dan sekitarnya. Rekaman data tersebut (Tabel. 2 dan Gambar. 4) memberi informasi tentang sebaran geografis dan magnitude gempabumi sejak tahun 1840 hingga 2006. Gempabumi Yogyakarta, tanggal 27 Mei 2006, dengan kedalaman pusat gempa 10 km, hingga penelitian ini dilakukan, tercatat sebagai gempabumi paling merusak.
11
Tabel 1. Sejarah Kegempaan di Yogyakarta (Elnashai dkk, 2006) Tahun
Bulan
Tanggal
Latitude (Selatan)
Longitude (Timur)
Intensitas, Magnitude/atau deskripsi laporan
Kedalaman Pusat Gempa (km)
1840
Januari
4
-
-
Tsunami
-
1859
Oktober
20
-
-
Tsunami
-
1867
Juni
10
-
-
MM>VIII
-
1875
Maret
28
-
-
MM=V ̴ VII
-
1924
Novermber
12
7,3
109,5
-
-
1924
Desember
2
7,3
109,5
-
-
1937
September
27
8,88
110,65
7,2 (Ms)
-
1943
Juli
23
8,6
109,9
8,1 (Ms)
90
1957
Oktober
12
8,3
110,3
6,4
-
1979
November
2
7,66
108,25
6,0
25
1981
Maret
14
7,2
109,3
6
33
1992
Juni
9
8,47
111,1
6,5
106
2001
Mei
25
8,62
110,11
6,2
56
2004
Agustus
19
9,22
109,58
6,3
55
2005
Juli
19
8,56
111,07
5,5
33
2006
Mei
27
7,96
110,46
6,3
10
2006
Juli
17
9,22
107,32
7,7
34
12
Gambar 4. Distribusi sejarah kegempaan di Pulau Jawa (Karnawati dkk., 2008)
2.3 Konsep dan Batasan Fasies Terminologi fasies adalah istilah umum dalam geologi, terutama dalam studi sedimentologi yang merupakan hasil dari determinasi karakteristik suatu unit sedimen (Middleton, 1973 dan Nichols, 2009). Karakteristik sedimen yang dimaksud meliputi, dimensi, struktur sedimen, ukuran butir dan tipe sedimen, warna dan organik konten pada sedimen. Penamaan fasies mempertimbangkan sejumlah aspek sesuai dengan tujuan analisis. Misalnya, fasies batupasir fluvial, bila proses dan mekanisme pengendapan pada lingkungan fluvial dan ukuran butir dianggap lebih penting dari karakter lain seperti warna maupun mineraloginya. Bila deskripsi terbatas pada fisik dan komposisi kimia sedimen, maka disebut lithofasies. Jika studi fasies lebih 13
fokus mengkaji konsentrasi biota pada sedimen maka disebut biofasies dan bila fokus untuk menemukan fosil sejak pada sedimen maka disebut ichnofasies (Nichols, 2009). Prosedur dan teknik dalam analisis fasies sangat obyektif pada kondisi yang dapat teramati pada sedimen (Anderton, 1985). Karakter lithofasies dideterminasi dari deskripsi fisik dan proses kimia yang terjadi pada tahap transport dan pengendapan sedimen. Sedangkan karakter biofasies dan ichnofasies akan memberi informasi tentang paleoekologi sebelum dan setelah pengendapan. Dengan menginterpretasi kondisi sedimen melalui karakter fisik, kimia, serta kondisi ekologi saat pengendapan terjadi, maka sangat mungkin untuk merekonstruksi lingkungan pengendapan di masa lalu. Rekonstruksi lingkungan pengendapan melalui analisis fasies dapat dengan mudah dilakukan secara langsung, bila syarat atau petunjuk spesifik lingkungan pengendapan tertentu dapat dikenali, misalnya kehadiran biota dan koloni terumbu pada sedimen, dapat mengindikasikan lingkungan pengendapan laut dangkal pada situasi ekologi iklim hangat. Namun, proses rekonstruksi akan menjadi kompleks bila petunjuk spesifik lingkungan pengedapan tidak mudah dibedakan secara makro, misalnya ukuran butir yang relatif sama pada suksesi log sedimen (Nichols, 2009). Dimensi fasies yang hanya mencakup skala beberapa meter, akan sulit diterapkan pada rekonstruksi lingkungan pengendapan pada suksesi log sedimen dengan tebal puluhan meter. Selain itu, kombinasi proses pengendapan yang bekerja pada sistem sedimentasi yang kompleks perlu 14
didekati dengan cakupan skala yang lebih luas. Pendekatan “asosiasi fasies” merupakan strategi analisis fasies yang bisa aplikasi untuk mengatasi problem skala rekonstruksi lingkungan pengedapan secara spasial (Walker dan James, 1992 dan Nichols, 2009). Penggunaan fasies dan asosiasi fasies dalam penelitian ini lebih terfokus dan terbatas pada kontribusi fasies secara spesifik terhadap derajat konsolidasi sedimen. Kombinasi kondisi empiris seperti ukuran butir, bentuk butir, dan komposisi mineral merupakan fitur fasies yang menjadi dasar interpretasi
mekanisme
internal
dan
dampaknya
terhadap
kapasitas
konsolidasinya dalam konteks likuifaksi. 2.4 Karakter fasies sungai, dataran banjir, pantai, gumuk pasir, dan estuari. Fasies sungai (fluvial) dan dataran banjir merupakan bagian dari sistem pengendapan alluvial yang terendapkan pada daerah dengan gradien lereng relatif datar atau kurang dari 5 derajat (Walker dan James, 1992 dan Nichols 2009). Sementara fasies pematang pantai dan gumuk pasir merupakan bagian dari proses lingkungan pantai yang terakumulasi pada lingkungan pengendapan energi tinggi. Endapan pematang pantai umumnya merupakan hasil kerja ulang erosi endapan laut dan pengendapan material asal sungai. Intensitas dan pengaruh pasang-surut turut mempengaruhi tekstur endapan pematang pantai (Walker dan James, 1992). Estuari merupakan zona di mana proses fluvial dan proses pantai bertemu dan menghasilkan endapan dengan distribusi ukuran butir yang agradasi (Nichols, 2009).
15
Secara deskriptif, fasies sungai dikenali dengan karakter: ukuran butir relatif lebih halus (pada rentang pasir sedang – pasir sangat halus), bentuk butir membundar tanggung – membundar, dengan suksesi vertikal menghalus ke atas (Walker dan James, 1992). Fasies pematang pantai memiliki karakter: ukuran butir lebih kasar dari fasies fluvial (pada rentang pasir sedang – pasir kasar), bentuk butir menyudut tanggung - membulat tanggung, suksesi vertikal mengkasar ke atas (Walker dan James, 1992). Fasies estuari umumnya, dikenali memiliki karakter: ukuran butir lebih halus (pada rentang pasir sedang – lempung), bentuk butir membundar tanggung – membundar, suksesi vertikal aggradisional (Nichols, 2009). Friedmann (1961), dengan metode statistik membedakan endapan pasir pantai, gumuk pasir (dune), dan pasir sungai (fluvial) berdasarkan momen ketiga (skewness) yang sensitif terhadap lingkungan pengendapan. Friedman berkesimpulan, variasi ukuran butir pada gumuk pasir dominan berbutir lebih halus (positive-skewed) dari pasir pantai (negative-skewed) dan tidak terpengaruh oleh komposisi mineralnya. Pasir endapan sungai, sama seperti gumuk pasir, cenderung dominan berbutir halus. Namun tingkat keseragaman butir (sortasi) pasir pantai lebih baik dari pasir sungai. 2.5 Likuifaksi 2.5.1 Studi Laboratorium Terminologi
likuifaksi
dalam konteks mekanika tanah
telah
didefinisikan oleh sejumlah peneliti, antara lain Casagrande, 1976 dan Castro, 1987 melalui percobaan di laboratorium. Dari percobaan tersebut 16
pengertian likuifaksi dirumuskan sebagai proses transformasi tanah jenuh air dari kondisi padat menjadi kondisi cair akibat naiknya tekanan pori yang mengakibatkan menurunnya tegangan efektif. Berkurangnya tegangan efektif yang diikuti hilangnya kekuatan dan kekompakan dalam massa tanah berkontribusi terhadap deformasi tanah (Idriss dan Boulanger, 2008). Beberapa kasus menyebut keruntuhan (failure) tanah akibat gempa dengan istilah mobilitas siklik (cyclic mobility), dalam situasi ini deformasi yang terjadi relatif kecil tanpa disertai mekanisme transformasi pencairan tanah. Karena hal tersebut, definisi likuifaksi masih terus menjadi objek perdebatan di kalangan peneliti dan profesional geoteknik. Sejumlah peneliti dengan tegas mendefinisikan likuifaksi dan cyclic mobility secara berbeda. Casagrande
(1976),
membedakan
likuifaksi
digunakan
untuk
mendeskripsikan semua mekanisme keruntuhan tanah yang dipicu oleh naiknya tekanan pori selama kondisi tanah jenuh air menjadi obyek tegangan siklik di lapangan. Sedangkan cyclic mobility adalah penamaan yang diberikan pada percobaan mekanisme likuifaksi di laboratorium. Ishihara (1985) lewat percobaan laboratoriumnya, menjelaskan potensi likuifaksi semakin tinggi jika ukuran butir pasir yang menyusun suatu endapan semakin halus. 2.5.2 Faktor Pengontrol Likuifaksi Ada sejumlah faktor yang mengontrol proses likuifaksi tanah di lapangan. Menurut Day (2012), berdasarkan penelitian di laboratorium dan
17
juga pengamatan likuifaksi di lapangan, faktor utama yang mengontrol likuifaksi adalah: 2.5.2.1 Intensitas dan durasi gempabumi. Likuifaksi bisa terinisiasi bila ada guncangan yang dihasilkan oleh gempabumi. Karakter getaran tanah, seperti percepatan dan durasi goncangan, menentukan kuat geser yang memicu kontraksi partikel tanah dan berkembangnya tekanan air pori berlebih yang mengarah pada kondisi likuifaksi. Energi yang sering memicu likuifaksi adalah energi seismik yang dilepaskan saat terjadi gempabumi. Potensi likuifaksi semakin tinggi bila intensitas dan durasi gempabumi semakin tinggi. Ada kesepakatan yang sebetulnya belum menjadi standar bahwa percepatan tanah yang mampu memicu likuifaksi adalah 0,10g dengan magnitude 5,0 (Day, 2012). 2.5.2.2 Umur geologi endapan Secara geologi, Youd dan Perkins (1978), mengestimasi tipe sedimen yang rentan terlikuifaksi berhubungan dengan umur endapan.
Berdasarkan estimasi tersebut, tipe endapan terbagi
dalam tiga kelompok utama yaitu: 1) endapan kontinental, 2) endapan zona pantai, dan 3) endapan artifisial. Rentang umur geologi endapan yang rentan terlikuifaksi mulai dari <500 tahun, Holosen, Pleistosen hingga Pre-Pleistosen.
18
Selain distribusi sedimen tidak kohesif dalam endapan, sedimen harus berada pada situasi jenuh air (Youd dkk., 1979). Tabel 2. Estimasi tingkat kerentanan likuifaksi berdasarkan umur geologi dan lingkungan pengendapan (Youd dan Perkins, 1978)
2.5.2.3 Kondisi muka airtanah Dengan mempertimbangkan kedalaman muka airtanah, maka tingkat kerentanan likuifaksi mengikuti kriteria oleh Youd dkk., 1979 seperti pada Tabel 3. Likuifaksi sering terjadi pada lapisan endapan yang relatif dekat dengan permukaan atau kurang dari 10
19
meter pada situasi muka airtanah beberapa meter dari permukaan (Youd dan Hoose, 1977). Dampak musim hujan terhadap fluktuasi muka airtanah menjadi pertimbangan khusus, terutama saat membuat skenario peta muka airtanah (Tolman, 1937). Bila curah hujan mampu menaikkan level airtanah kurang dari 10 meter, maka estimasi kualitatif Youd dan Perkins (1978) diterapkan sesuai dengan tipe endapan sedimennya. Tabel 3. Hubungan Kedalaman Muka Airtanah dengan Kerentanan Likuifaksi (Youd dkk., 1979).
Ground Water Depth (m) < 3.0 3.0 – 9.1 9.1 – 15.2 > 15.2
Maximum Posible Susceptibility Very high High Low Very low
2.5.2.4 Faktor lain Faktor lain yang berkontribusi mengontrol likuifaksi adalah tipe sedimen, densitas relatif endapan, gradasi ukuran butir, lingkungan pengendapan, kondisi disipasi, tekanan vertikal, penuaan dan sementasi endapan, sejarah pengendapan, dan beban bangunan. Tipe sedimen yang rentan terlikuifaksi memiliki gradasi yang seragam dan bentuk butir membulat, kondisi densitas sangat longgar (very loose), relatif diendapkan pada umur resen sehingga belum
20
terjadi sementasi di antara partikel tanah, dan belum pernah mengalami beban seismik (Day, 2012). 2.5.3 Deformasi Setelah Likuifaksi Kemungkinan-kemungkinan konsekuensi dari fenomena likuifaksi, sangat dipengaruhi oleh kondisi site, karakteristik gempabumi, dan sifat alami dari struktur-struktur lokal. Penurunan fondasi bangunan atau settlement merupakan dampak akibat rekonsolidasi yang terjadi pada endapan yang terlikuifaksi. Dalam perkembangan studi likuifaksi, kemantapan struktur bangunan rusak oleh likuifaksi yang dipicu gempabumi, seperti pada peristiwa gempabumi Niigata tahun 1964. Konsekuensi lain yang perlu diantisipasi seperti hilangnya kekuatan resisten endapan seiring dengan instabilitas karena kontrol kemiringan lereng dan pergeseran lateral (lateral spreading) pada kondisi topografi yang relatif datar (Idriss dan Boulanger, 2008). Castro (1987), mengklasifikasi wujud pengamatan lapangan yang terjadi berdasarkan asosisasi mekanisme perilaku tanah (Tabel 4). Bila kendali beban lebih besar dari pengurangan kekuatan tanah pada lapisan yang terlikuifaksi maka hilangnya stabilitas tanah mengakibatkan kegagalan tanah yang ekstensif. Sebaliknya, jika kendali beban lebih kecil dari kekuatan tanah maka potensi deformasi yang terjadi sangat kecil.
21
Tabel 4. Jenis-jenis deformasi tanah (Castro, 1987) Kondisi Tegangan (In Situ Stress Condition) Tidak ada kendali tegangan geser (No driving shear stress)
Kendali tegangan geser lebih besar dari kuat residu (Driving shear stresses greater than residual strength) Kendali tegangan geser lebih kecil dari kuat residu (Driving shear stresses less than residual strength)
Perilaku Tanah (Soil Behavior) Volume menyusut (Volume decrease) Tekanan pori naik (Pore pressure increase) Likuifaksi (Liquefaction) Stabilitas hilang (Loss of stability)
Ganggungan geser kecil (Limited shear distortion) Tanah stabil (Soil mass remain stable)
Tipe Pengamatan Lapangan (Typical Field Observation) Penurunan tanah (Ground settlement) Semburan pasir ke permukaan (Sand boils and ejection from surface fissures) Rayapan tanah (Flows slides) Bangunan berat tenggelam (Sinking of heavy buildings) Bangunan ringan naik ke permukaan (Floating of light structures) Lereng melandai (Slumping of slopes) Pemisahan lateral (Lateral spreading) Fondasi bangunan turun (Settlement of buildings)
2.5.4 Prediksi Potensi Likuifaksi Berdasarkan Uji Strandard Penetration Test (SPT) Prediksi potensi likuifaksi berdasarkan data SPT adalah salah satu metode evaluasi potensi likuifaksi tanah dengan pendekatan tegangan siklik (stress-based approach). Pendekatan ini pertama kali dikembangkan oleh Seed dan Idriss pada tahun 1967 (Boulanger dan Idriss, 2012) melalui studi kasus manifestasi likuifaksi tanah usai episode gempa Niigata, Jepang (1964). Hasil dari metode ini adalah hubungan empiris berupa kurva dari observasi dan kalkulasi data lapangan yang dikombinasi dengan hasil uji laboratorium.
22
2.5.5 Sejarah Singkat Perkembangan Metode Penggunaan data SPT untuk mengevaluasi seismik likuifaksi pertama kali digunakan pada tahun 1982 oleh Seed dan Idriss (Seed dan Idriss, 1982). Metode evaluasi likuifaksi ini diawali pada tahun 1971 yang disebut “simplified procedures” (Seed dan Idriss, 1971). Simplified procedures adalah metode deterministik yang menggunakan parameter beban seismik (seismic load) yang diekspresikan oleh rasio tegangan siklik (CSR) dan densitas relatif (Dr). Dalam kurva yang dihasilkan, CSR adalah fungsi dari Dr (CSR versus Dr curve). Pada tahun 1982, Seed dan Idriss melakukan langkah maju pada metode ini dengan menggunakan pendekatan in-situ test SPT untuk memperoleh parameter indeks in-situ lalu menghitung rasio siklik resisten CRR. Mereka juga mengembangkan koreksi pada konten butiran halus (fines content) dalam sedimen dan mengadopsi pendekatan probabilistik (statistik) untuk koreksi pukulan palu uji SPT pada endapan pasirlanauan. Untuk pertama kali faktor skala kekuatan gempa (MSF) digunakan. Kurva yang dihasilkan menunjukkan, CSR merupakan fungsi dari (N1)60 (CSR versus (N1)60 curve). Pada tahun 2001, melalui sebuah konsensus, National Center for Earthquake Engineering Researh (NCEER) melakukan revisi minor pada faktor skala kekuatan gempa (MSF) (Day, 2012). Revisi memberi sedikit perubahan pada bentuk kurva (Youd dkk., 2001). Perkembangan selanjutnya yang sedang terus berlanjut dilakukan oleh Idriss dan 23
Boulanger pada tahun 2004 dan tahun 2008 dengan memutahirkan bentuk kurva deterministik berdasarkan re-evaluasi terhadap sejumlah data kasus likuifaksi. Idriss dan Boulanger juga mengembangkan pendekatan probabilistik pada tahun 2012 untuk prosedur analisis pemicu likuifaksi (liquefaction-triggering
procedure)
dan
merekomendasikan
kurva
probabilistik sebagai pelengkap kurva deterministik yang telah digunakan selama kurang lebih 45 tahun (Boulanger dan Idriss, 2012). 2.5.6
Unified Soil Classification System (USCS) Sistem ini dikembangkan oleh Casagrande pada saat Perang Dunia II yang bertujuan untuk penilaian tanah bagi pembangunan bandara seperti dikemukakan Coduto 1999 dan Wesley 2010. Dasar pembedaannya adalah ukuran butir, sehingga langkah awal adalah mengklasifikasi tanah pada kelompok butir kasar atau halus. MATERIAL
Fraksi lebih kecil dari 0,06 mm >50%
TANAH BERBUTIR HALUS
Kelakuan plastis
LEMPUNG
<50% TANAH BERBUTIR KASAR
Kelakuan quick/dilatant
LANAU
Pembagian ukuran butir
PASIR
KERIKIL
BONGKAH
Gambar 5. Klasifikasi tanah menurut USCS (Wesley, 2010).
Selanjutnya, seperti pada Gambar 5, tanah yang memiliki konten ukuran butir lebih kecil dari 0,06 mm dengan persentase lebih dari 50 24
persen dikelompokkan sebagai tanah berbutir halus, sedangkan tanah yang memiliki konten ukuran butir lebih kecil dari 0,06 mm dengan persentase kurang dari 50 persen termasuk dalam kelompok tanah berbutir kasar. Kemudian setiap kelompok dibagi lagi berdasarkan ukuran butir kasar atau halus. Untuk tanah berbutir kasar, pengelompokkan didasarkan pada ukuran butir, sehingga terbagi menjadi dua kelompok yaitu, pasir dan kelikil. Ukuran butir yang lebih besar dari kerikil (kerakal, berangkal, dan bongkah) tidak dibahas dalam klasifikasi ini. Untuk tanah berbutir halus, ukuran butir tidak lagi menjadi dasar pembagian karena perilakunya bergantung pada kombinasi komposisi mineral dan ukuran butir atau batas Atterberg, sehingga terbagi menjadi dua kelompok yaitu lempung dan lanau. Cara penaksiran komponen utama dan nama yang diberikan mengikuti kaidah sebagai berikut. Untuk tanah berbutir kasar, misalnya pasir bergradasi buruk (SP), adalah material yang sebagian besar (>50%) terdiri atas ukuran butir pasir. Jika ada konten ukuran butir yang kurang dari 0,06 mm maka jumlahnya kurang dari 10 persen. Sedangkan untuk tanah berbutir halus, misalnya lempung dengan batas cair tinggi (CH), adalah material yang sebagian besar terdiri dari ukuran butir lempung dengan nilai batas cair yang tinggi. USCS menggunakan huruf berikut untuk tanah berbutir kasar; S (pasir), G (kerikil), W (bergradasi baik), P (bergradasi buruk). Sedangkan untuk tanah berbutir halus menggunakan huruf berikut; C (lempung), M (lanau), H (batas cair tinggi), dan L (batas cair rendah). 25
2.6 Hipotesis Berdasarkan
kajian
literatur
dan
hasil
peneliti
terdahulu,
peneliti
merumuskan hipotesis sebagai berikut: 1. Geologi daerah penelitian terdiri dari endapan sedimen pasir halus hingga pasir kasar yang dihasilkan oleh proses sedimentasi aliran fluvial dan produk endapan alluvial yang belum terkompaksi. 2. Lapisan sedimen dengan kerentanan likuifaksi sangat tinggi adalah endapan pasir halus dan pasir kasar pada situasi jenuh air dengan muka airtanah relatif dangkal. 3. Baik vertikal maupun lateral, distribusi endapan sedimen yang berpotensi terlikuifaksi bervariasi mengikuti kondisi fisik dan dikontrol oleh kemampuan geologi teknik serta kekuatan gempabumi.
26
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Alat dan Bahan Penelitian 3.1.1 Alat Pada penelitian ini, alat yang digunakan, sebagai berikut: 1. 1 unit komputer/laptop untuk pembuatan laporan 2. 1 unit kalkulator 3. 1 unit printer untuk mencetak laporan 4. Laboratorium mekanika tanah 5. 1 unit mesin bor untuk uji SPT 6. Perangkat lunak Arc Gis, Sedlog, Rock Work, Microsoft Word, Microsoft Excel, dan Corel Draw. 3.1.2 Bahan Penelitian ini menggunakan bahan sebagai berikut: 1. Kertas A4 2. Tinta printer Canon 3. Plastik sampel tanah 4. Spidol permanen 5. Sampel tanah terganggu pemboran inti
3.2 Rancangan Penelitian 1. Penelitian ini akan menggunakan data sekunder, data primer, dan hasil uji laboratorium mekanika tanah. Data sekunder diperoleh dari rekaman data kegempaan. Sedangkan data primer diperoleh dari pemboran, uji 27
langsung di lapangan untuk mendapatkan data uji SPT dan pengambilan sampel pada pekerjaan pemboran inti dan pemetaan geologi kuarter. 2. Analisis mekanika tanah dilakukan di Laboratorium Mekanika Tanah Jurusan Teknik Sipil UGM.
3.3 Jenis Penelitian Penelitian ini termasuk dalam analisis data primer dan data sekunder dengan menggunakan data hasil pemboran inti, uji SPT, analisis laboratorium mekanika tanah, serta data gempabumi Yogyakarta.
3.4 Tahapan Penelitian Metode penelitian dibagi menjadi lima tahapan pokok, yaitu studi pustaka, penarikan hipotesis, pengumpulan data sekunder, data lapangan (data primer), serta data laboratorium, lalu penulisan tesis. 3.4.1 Tahap Pendahuluan Di tahap ini dimulai dengan mengidentifikasi masalah lalu peneliti melakukan kajian literatur untuk mengenali lingkup, konsep, dan penelitian terdahulu dalam studi likuifaksi. Studi pustaka dilakukan dengan membaca dan mengkaji literatur dan laporan ilmiah mengenai likuifaksi dan geologi regional. Berdasarkan penelitian terdahulu dan konsep likuifaksi dari literatur yang ada, peneliti selanjutnya merumuskan hipotesis. 3.4.2 Tahap Pengumpulan Data 3.4.2.1 Pemetaan geologi Kuarter
28
Pemetaan geologi kuarter menggunakan metode pemetaan permukaan, di mana deskripsi pada lintasan pengamatan dilakukan secara megaskopis. Deskripsi disesuaikan dengan kondisi endapan yang belum terkompaksi. 3.4.2.2 Pemboran inti dan tes SPT Uji SPT merupakan in-situ test untuk mendapatkan indeks parameter dan pengambilan sampel terganggu pada tiap interval 1,5 meter bersamaan dengan aktivitas pemboran inti. Prosedur dengan interval tersebut mengikuti saran uji lapangan SPT untuk analisis likuifaksi (Idriss dan Boulanger, 2008). Perhitungan dan prosedur lapangan untuk mendapatkan nilai N mengacu pada Standar Nasional Indonesia (SNI SPT-4153-2008) untuk uji SPT yang dipublikasi oleh Departemen Pekerjaan Umum Republik Indonesia, di mana dari 3 kali pukulan N, nilai N terpakai adalah hasil dari penjumlahan 2 pukulan terakhir. Nilai N pada pukulan pertama diasumsikan sebagai dasar atau pukulan mula-mula yang nilainya masih terpengaruh oleh kondisi permukaan. Nilai N-SPT terukur yang akan digunakan terlebih dahulu harus dikoreksi. Di sejumlah negara (Amerika, Argentina, Jepang, dan China) umumnya ada 3 jenis palu yang dipakai, yakni donut hammer. safety hammer, dan automatic hammer. Masing-masing palu memiliki spesifikasi efisiensi energi tertentu. Penelitian ini menggunakan automatic hammer produksi Jepang. Koreksi nilai N ini berhubungan dengan efisiensi tenaga yang dihasilkan alat uji SPT untuk menghasilkan nilai yang lebih akurat dari masing-masing negara (Seed dkk., 1985). 29
Dalam analisis potensi likuifaksi, nilai N60 selanjutnya dinormalisasi menjadi (N1)60 karena hubungan korelasi perubahan tekanan efektif vertikal (overburden) yang terjadi oleh perubahan kedalaman. Normalisasi tersebut memperhitungkan sejumlah faktor koreksi (Skempton, 1986), antara lain: rasio energi (CE), diameter lobang bor inti (CB), panjang batang SPT (CR), tabung sampel (CS). 3.4.2.3 Pengukuran kedalaman muka airtanah Pengukuran kedalaman muka airtanah dilakukan dengan dua cara, pertama pada pemboran inti dan kedua, pengukuran kedalaman airtanah pada sumur gali. Pengukuran kedalaman muaka airtanah dilakukan dengan menggunakan alat meter dari permukaan tanah. 3.4.3 Tahap Analisis 3.4.3.1 Analisis fasies sedimen Analisis fasies sedimen dilakukan dengan bantuan perangkat lunak Rock Work dan visualisasinya dibantu perangkat lunak Corel Draw. Keterbatasan pada pemboran inti mengakibatkan data struktur sedimen tidak dapat dikenali secara baik. Untuk mengatasi hal itu, penentuan fasies sedimen
mempertimbangkan
situasi
dan
proses
sedimentasi
yang
berlangsung di permukaan. Dengan bantuan perangkat lunak Sedlog, log sedimen disusun secara stratigrafi kemudian dianalisis. 3.4.3.2 Analisis mekanika tanah Analisis laboratorium mekanika tanah mengikuti prosedur standar yang berlaku di laboratorium Mekanika Tanah Jurusan Teknik Sipil UGM. 30
Uji mekanika tanah yang dilakukan meliputi, uji glanulometri, pengukuran batas-batas atterberg, pengukuran nilai kadar air, dan uji kuat tekan. 3.4.3.3 Analisis pemicu likuifaksi Prosedur analisis pemicu likuifaksi mengikuti metode semi-empiris yang dikembangkan oleh Idriss dan Boulanger pada tahun 2004 dan 2008 untuk mengevaluasi pemicu likuifaksi tanah berdasarkan data uji SPT. Prosedur analisis pemicu likuifaksi untuk satu lubang bor berdasarkan data uji SPT meliputi: 1. Input nilai parameter percepatan tanah maksimum (g), magnitud gempa bumi (Mw), muka airtanah (m), diameter lubang bor, lalu input berat volume (γb dan γd) rata-rata. 2. Melakukan normalisasi data N-SPT terukur dan menghitung nilai N60 dengan persamaan:
𝐸𝑅
CE = 60
(1)
, di mana ER merupakan energi rasio pemboran uji SPT. Setiap mesin bor memiliki rasio energi yang berbeda sesuai negara produsennya (Seed dkk., 1985). Evaluasi potensi likuifaksi yang menggunakan mesin pemboran uji SPT produksi Jepang mengadopsi energi rasio 78% (Seed dkk., 1985, Skempton 1986, NCEER 1997).
CB , ditentukan berdasarkan diameter lubang bor. Pada penelitian ini lubang bor inti adalah 86,36 mm, maka nilai CB = 1 (Skempton, 1986). 31
CR , ditentukan berdasarkan spasi hitungan SPT. Spasi pengambilan data SPT pada penelitian ini adalah setiap 1,5 m (Youd dkk., 2001).
CS , ditentukan oleh penggunaan lapisan (liners) pada tabung sampler. Pada penelitian ini sampler pemboran tidak memakai liners sehingga nilai CS = 1 (Seed dkk., 1984 dalam Idriss dan Boulanger 2008).
N60 = N CE CB CR CS
(2)
Kemudian menentukan tipe sedimen berdasarkan klasifikasi USCS. 3. Menentukan persentase sedimen berbutir halus (lolos saringan 200) untuk tiap kedalaman sedimen. Data analisis ukuran butir berasal dari hasil uji sampel di laboratorium. 4. Menghitung nilai tegangan vertikal total (σvc) dan tegangan vertikal efektif (σ’vc). Persamaan yang diacu merujuk pada perubahan kondisi muka airtanah (Idriss dan Boulanger, 2008).
Jika kedalaman yang ditinjau (z) lebih kecil dari muka airtanah maka σvc = z . γd
(3)
Bila z lebih besar dari kedalaman muka airtanah maka σvc = (h × γd) + [(z − h) γb] ,
(4)
di mana h adalah level muka airtanah.
𝜎’vc = σvc [(z – h) γw]
(5)
32
di mana γw = 1 t/m3 atau 9,81 kN/m3. Bila nilai z lebih kecil dari h maka σ’vc = σvc. 5. Menghitung faktor koreksi overburden dengan persamaan: 𝑃
0.784−0.0768√(𝑁1 )60𝑐𝑠
CN = (𝜎′𝑎 ) 𝑣𝑐
≤ 1.7
(6)
6. Menghitung nilai (N1)60 dengan persamaan N60 × CN.
(7)
Pada prosedur perhitungan Idriss and Boulanger, persamaan ini tidak berlaku (not applicable) pada tanah lempung. 7. Menghitung ΔN untuk fraksi halus (ΔN for fines content), dengan persamaan: Δ (N1)60 = exp (1.63 +
9.7
15.7
2
− (𝐹𝐶+0.01) ) 𝐹𝐶+0.01
(8)
persamaan ini tidak berlaku untuk tanah lempung. 8. Menghitung (N1)60-cs dengan persamaan: (N1)60-cs = (N1)60 + Δ (N1)60
(9)
persamaan ini tidak berlaku untuk tanah lempung. 9. Menghitung reduksi tegangan akibat overburden (rd) dengan persamaan: rd = exp (α (z) + β (z) M
(10)
di mana: 𝑧
α (z) = - 1.012 – 1.126 sin (11.73 + 5.33) 𝑧
β (z) = 0.106 + 0.118 sin (11.28 + 5.142)
(11) (12)
10. Menghitung CSR dengan persamaan:
33
𝜎
CSR = 0.65 × 𝜎′𝑣𝑐 ×
𝑎𝑚𝑎𝑥
𝑣𝑐
𝑔
× 𝑟𝑑
(13)
11. Menghitung nilai MSF (magnitude scaling factor) dengan persamaan: MSF = 6.9 𝑒𝑥𝑝 (
−𝑀 4
) − 0.058 , dengan MSF ≤ 1,8
(14)
12. Menghitung nilai Kσ (faktor koreksi overburden) untuk pasir dengan persamaan: σ′
Kσ = 1 − 𝐶σ ln ( 𝑃𝑣𝑐 ) ≤ 1,1
(15)
𝑎
Cσ =
1 18.9−2.55√(𝑁1 )60
≤ 0,3
(16)
13. Menghitung CRR untuk magnitude 7,5 dan σvc = 1 atm dengan persamaan ′ CRRM=7,5&𝜎𝑣𝑐 =1=𝑒𝑥𝑝 (
(𝑁1 )60𝑐𝑠 14.1
(𝑁1 )60𝑐𝑠 3
−(
23.6
(𝑁1 )60𝑐𝑠 2
)+(
126
)
(𝑁1 )60𝑐𝑠 4
) +(
25.4
) − 2.8
(17)
persamaan ini tidak berlaku untuk tanah lempung. 14. Menghitung CRR untuk skenario magnitude dengan persamaan: CRRM, σ’vc = CRRM=7,5& σ’vc=1 × MSF × Kσ
(18)
pada kondisi tanah tidak jenuh air, tanah lempung, dan jenis tanah yang tak terdeteksi persamaan ini tidak berlaku (n.a). 15. Menghitung factor of safety likuifaksi (FSliq) dengan persamaan: 𝐶𝑅𝑅𝑀,𝜎′𝑣𝑐
FSliq = 𝐶𝑆𝑅
𝑀,𝜎′𝑣𝑐
(19)
pada kondisi tanah tidak jenuh air, tanah lempung, dan jenis tanah yang tak terdeteksi persamaan ini tidak berlaku (n.a). 34
Analisis pemicu likuifaksi dibantu perangkat lunak Microsoft Excel. 3.4.4 Tahap Penulisan Laporan Tahap penulisan draf tesis dibantu perangkat lunak microsoft word setelah seluruh tahapan penelitian lain selesai. Penulisan tesis menggunakan jenis font Times New Roman dan mengacu pada standar penulisan tesis yang berlaku di Universitas Gadjah Mada.
35
Tahapan
Fase Penelitian
Pendahuluan
Indentifikasi Masalah Studi Terdahulu
Data Sekunder Hipotesis
Pengumpulan Data
Data Primer
Pemetaan Geologi Kuarter
Bor Teknik
Inti Bor
Deskripsi Sedimen
Kedalaman Muka Airtanah
PGA dan Magnitudo Gempabumi
N-SPT
Analisis fisik Sedimen
Tingkat Konsolidas iSedimen
Analisis
Klasifikasi dan FC Sedimen
Fasies Sedimen
Karakteristik Fisik Sedimen
Analisis Pemicu Likuifaksi
Hubungan Antara Fasies dengan Karakteristik Fisik Sedimen Terhadap Potensi Likuifaksi dan Mitigasi
Penulisan Laporan
Penulisan Tesis
Gambar 6. Bagan Alir Penelitian
36
BAB IV PENGUTARAAN DATA
4.1 Lokasi Pengamatan untuk Pemetaan Geologi Kuarter Pemetaan
geologi
kuarter
dilakukan
dengan
metode
pemetaan
permukaan. Lintasan pengamatan dilakukan dengan melakukan pengamatan dan deskripsi megaskopis terhadap endapan di dalam lokasi penelitian. Ada 10 lokasi pengamatan yang berhasil dikerjakan (Gambar 7) Deskripsi endapan dilengkapi juga dengan pengamatan lingkungan pengendapan sedimen. Selain
pengamatan
terhadap
endapan,
peneliti
juga
melakukan
pengamatan kedalaman muka air sumur gali yang terdapat pada pemukiman warga. Ada 3 data sumur gali warga yang berhasil diambil. Pengamatan muka air sumur dilakukan pada bulan September tahun 2014. Pemboran inti dan uji SPT dilakukan pada tiga (3) titik dengan kedalaman maksimal 50 meter. Aktivitas pemboran inti dan uji SPT di titik BH-2 dilakukan pada 19 Maret 2013, di Patihan, Srigadang, Bantul pada koordinat X = 0416606 dan Y = 9116666. Pemboran inti dan uji SPT pada titik BH-3 dikerjakan pada 24 Maret 2013, di Desa Babakan, Srandakan, Bantul pada koordinat X = 414450 dan Y = 9118431. Sedangkan pemboran inti dan uji SPT pada titik BH-4 dikerjakan pada 28 Maret 2014, di Pantai Pandansimo, Skrandakan, Bantul pada koordinat X = 413312 dan Y = 9117178.
37
38
Gambar 7. Peta Lintasan Pengamatan
4.2 Log Stratigrafi 4.2.1 Log Stratigrafi BH-2 Pengamatan dan investigasi geologi pada log bor (Gambar 8) memberikan informasi deskriptif tentang dinamika sedimentasi, di mana sejarah geologi endapan dimulai dengan diendapkannya asosiasi fasies lingkungan laut dangkal (shallow sandy seas) yang dicirikan oleh kehadiran fosil foram bentik. Suksesi vertikal endapan laut dangkal ini dicirikan oleh endapan batupasir sedang-kasar dengan warna abu-abu gelap, belum terkompaksi (loose), grain-supported: sortasi baik, bentuk butir membulat tanggung - membulat, matrik berukuran butir lanau, komposisi litik, kuarsa, dan mineral silika. Ketebalan fasies ini mencapai sekitar 10 meter. Selanjutnya asosiasi fasies berubah menjadi lingkungan pantai. Karakter sedimen pantai ini dicirikan oleh kehadiran fasies pasirkasar dengan warna abu-abu, belum terkompaksi, grain-supported (clast-supported): sortasi moderat, bentuk butir menyudut tanggung - membulat tanggung, komposisi litik hadir dalam jumlah kecil pecahan breksi berfragmen andesit. Pada fasies ini fosil bentik tidak berkembang, namun pecahan cangkang molussca umum dijumpai. Suksesi fasies pantai ini sempat mengalami jeda dengan hadirnya fasies fluvial dan sisipan fasies lagoon lalu kemudian berkembang hingga kondisi resen.
39
Gambar 8. Log BH2
40
4.2.2 Log Stratigrafi BH-3 Pengamatan geologi pada log bor (Gambar 9) diawali oleh asosiasi fasies lingkungan laut dangkal (Shallow sandy seas) setebal 30 meter yang dicirikan oleh endapan pasir warna abu-abu, belum terkompaksi, grain-supported: sortasi moderat, bentuk butir menyudut tanggung - membulat tanggung, ukuran butir pasirkasar-pasirhalus dengan matrik lanau, komposisi: litik dan mineral silika. Di atasnya berkembang fasies pasir pantai dengan sisipan lempung laut dangkal. Fasies pasir pantai dicirikan oleh pasir dengan warna abu-abu, belum terkompaksi, grain-supported: sortasi buruk, bentuk butir menyudut tanggung-membulat tanggung, ukuran butir pasirkasar - pasirsedang dengan matrik lanau, komposisi: liti dan mineral silika. Kemudian di atasnya berkembang fasies pasir fluvial dengan deskripsi megaskopis warna abu-abu gelap, belum terkompaksi, tekstur grain-supported, sortasi baik, bentuk butir membulat tanggung - membulat, ukuran butir pasirsedang dengan matrik lanau, komposisi: litik dan mineral silika. Setelah itu berkembang fasies pasir pantai berwarna abu-abu gelap, belum terkompaksi, tekstur grain-supported: sortasi buruk, bentuk butir membulat tanggung - membulat, ukuran butir: pasirkasar dengan matrik pasirsangathalus-lanau, komposisi: litik dan mineral silika. Kemudian berkembang lagi asosiasi fasies pasir fluvial dengan deskripsi megaskopis warna: abu-abu, belum terkompaksi, tekstur grain-supported: sortasi moderat,
41
bentuk butir membulat tanggung - membulat, ukuran butir: pasir kasar dengan matrik lanau, komposisi: litik dan mineral silika.
42
Gambar 9. Log BH3
43
4.2.3 Log Stratigrafi BH-4 Observasi geologi pada core pemboran (Gambar 10) menunjukkan variasi asosiasi fasies secara vertikal. Pada bagian bawah diendapkan fasies pasir laut dangkal (shallow sandy seas) dengan deskripsi megaskopis warna: abu-abu gelap, belum terkompaksi, tekstur grain-supported: sortasi buruk, bentuk butir membulat tanggung-membulat, ukuran butir: pasir sedang dengan matrik lanau, komposisi: litik dan mineral silika. Di atasnya diendapkan asosiasi fasies pasir pantai dengan deskripsi megaskopis warna abu-abu, belum terkompaksi, tekstur: grain supported, sortasi sedang, bentuk butir: membulat tanggung-membulat, ukuran butir: pasir halus hingga pasir kasar dengan matrik lanau, komposisi: litik dan mineral silika. Di lapisan paling atas diendapkan asosiasi fasies estuari (tidal channel system) dengan deskripsi megaskopis warna abu-abu, belum terkompaksi, tekstur grainsupported: sortasi moderat, bentuk butir membulat tanggung-membulat, ukuran butir: pasir halus hingga pasir kasar, komposisi: litik dan mineral silika.
44
Gambar 10. Log BH4
45
4.3 Pemboran Geoteknik dan Investigasi Geologi Hasil uji SPT BH-2 (Gambar 11) memberi informasi muka airtanah (MAT) berada pada 5,5 meter di bawah permukaan dengan tren nilai N-SPT berkisar antara 18 hingga 44. Pada test SPT BH-3 (Gambar 12), muka airtanah berada pada kedalaman 1,5 meter dari permukaan dengan tren nilai N-SPT lebih variatif dengan nilai N-SPT berkisar antara 17 hingga 44. Di BH-4 (Gambar 13), muka airtanah berada pada kedalaman 7 meter dari permukaan dengan hasil test SPT memberi informasi nilai N-SPT berkisar antara 17 hingga 46.
46
Gambar 11. Nilai N-SPT BH-2
47
Gambar 12. Nilai N-SPT BH-3
48
Gambar 13. Nilai N-SPT BH-4
49
4.4 Kedalaman Muka Airtanah Data kedalaman muka airtanah daerah penelitian merupakan kombinasi dari data kedalaman muka airtanah dari uji SPT yang telah ditampilkan pada sub bab 4.3 dan data pengamatan kedalaman muka sumur gali seperti pada peta lintasan pengamatan di sub bab 4.1. Kedalaman muka airtanah dari uji SPT pada BH3 adalah 1,5 meter, BH2 5,5 meter, dan BH4 adalah 7 meter dari permukaan. Sedangkan pengamatan pada kedalaman muka air sumur gali warga terdiri dari 3 data, masing-masing MK1 dengan kedalaman muka air sumur gali 4,5 meter, MK2 adalah 5 meter, dan MK3 adalah 3 meter dari permukaan. Berdasarkan kompilasi data tersebut, kedalaman muka airtanah di daerah penelitian berkisar pada 1,5 hingga 7 meter dari permukaan tanah.
4.5 Analisis Laboratorium Mekanika Tanah 4.5.1 Ukuran Butir Analisis ukuran butir di laboratorium mekanika tanah menggunakan metode penyaringan butiran. Media penyaringan berupa saringan (mess) dengan variasi ukuran diameter. Hasil analisis ukuran butir akan dipakai untuk menentukan persentase kehadiran material halus. Material halus yang dimaksud adalah butiran yang lolos nomor saringan 200 (0,075 mm). Butiran halus ini umumnya hadir sebagai matrik atau semen pada sedimen atau batuan sedimen. Selain itu, distribusi ukuran butir yang diwakili oleh sampel pada interval 1,5 meter akan merepresentasi ukuran butir sedimen pada satu lubang bor.
50
Selanjutnya data distribusi ukuran butir akan digunakan untuk menguji kerentanan sedimen terhadap fenomena likuifaksi. Ukuran butir pasir dengan persentase butiran halus tertentu memiliki risiko mengalami likuifaksi yang lebih besar.
4.5.1.1 Ukuran butir BH-2 Analisis ukuran butir untuk BH-2 (Gambar 14) dilakukan pada sampel bor terpilih pada kedalaman 3, 9, 15, 18 - 21, 24 - 27, 29 - 31, dan 34 - 37 meter. Pada kedalaman 3 meter analisis menghasilkan ukuran butir dengan persentase butir pasirhalus – pasirkasar 97,23%, ukuran butir lanau – lempung 2,77%, dan ukuran butir kerikil 0,00%. Pada kedalaman 9 meter, analisis menghasilkan ukuran butir pasirhalus – pasirkasar 91,45%, ukuran butir lanau – lempung 8,55%, dan ukuran butir kerikil 0,00%. Kedalaman 15 meter analisis menghasilkan ukuran butir pasirhalus – pasirkasar 98,46%, ukuran butir lanau – lempung 1,54%, dan ukuran butir kerikil 0,00%. Pada kedalaman 18 - 21 meter, pengambilan sampel dengan rentang kedalaman ini karena mempertimbangkan volume inti bor yang akan dianalisis, analisis menghasilkan ukuran butir pasirhalus – pasirkasar 98,32%, ukuran butir lanau – lempung 1,68%, dan ukuran butir kerikil 0,00%. Kedalaman 24 - 27 meter, analisis menghasilkan persentase ukuran butir pasirhalus – pasirkasar 98,01%, ukuran butir lanau – lempung 1,99%, dan
51
ukuran butir kerikil 0,00%. Kedalaman 29 - 31 meter, analisis menghasilkan ukuran butir pasirhalus – pasirkasar 81,05%, ukuran butir lanau – lempung 18,95%, dan ukuran butir kerikil 0,00%. Kedalaman 34 - 37 meter, analisis menghasilkan ukuran butir pasirhalus – pasirkasar 97,42%, ukuran lanau – lempung 2,58%, dan ukuran butir kerikil 0,00%.
52
53
Gambar 14. Diagram Distribusi Ukuran Butir BH-2
4.5.1.2 Ukuran butir BH-3 Analisis ukuran butir pada BH-3 (Gambar 15) dilakukan pada sampel bor terpilih dengan mempertimbangkan volume inti bor, meliputi kedalaman 1,5 – 3, 6, 12, 16 – 19, 30, 36, dan 40 – 41 meter. Pada kedalaman 1,5 – 3 meter, analisis menghasilkan ukuran butir dengan rentang pasirkasar – pasirhalus dengan persentase butiran 99,67%, ukuran butir lanau – lempung 0,33%, dan ukuran butir kerikil 0,00%. Kedalaman 6 meter, pasirkasar – pasir halus 96,19%, lanau – lempung 3,81%, kerikil 0,00%. Kedalaman 12 meter, pasirkasar – pasir halus 98,75%, lanau – lempung 1,25%, kerikil 0,00%. Kedalaman 16 – 19 meter, pasirkasar – pasirhalus 98,16%, lanau – lempung 1,84%, kerikil 0,00%. Pada kedalaman 30 meter, pasirkasar – pasirhalus 92,15%, lanau – lempung 7,85%, kerikil 0,00%. Kedalaman 36 meter, pasirkasar – pasirhalus 86%, lanau – lempung 14%, kerikil 0,00%. Dan kedalaman 40 – 41 meter, pasirkasar – pasirhalus 22,48%, lanau – lempung 73,70%, kerikil 3,82.
54
55
Gambar 15. Diagram Distribusi Ukuran Butir BH-3
4.5.1.3 Ukuran butir BH-4 Analisis ukuran butir pada BH-4 (Gambar 16) dilakukan pada sampel bor terpilih pada kedalaman 3 – 5, 9, 12 – 14, 19 – 21, 24 – 27, 33 – 37, 42 – 45 meter. Pada kedalaman 3 – 5 meter analisis menghasilkan rentang ukuran butir pasirkasar – pasirhalus dengan persentase butir 88,15%, ukuran butir lanau – lempung 11,85%, dan ukuran butir kerikil 0,00%. Untuk kedalaman 9 meter, analisis ukuran butir menunjukkan rentang ukuran butir pasirkasar – pasirhalus dengan persentase 86,98%, ukuran butir lanau – lempung 13,02%, dan ukuran butir kerikil 0,00%. Untuk sampel pada kedalaman 12 – 14 meter, analisis ukuran butir menunjukkan rentang ukuran butir pasirkasar – pasirhalus dengan persentase butir 96,53%, ukuran butir lanau - lempung 3,47%, dan ukuran butir kerikil 0,00%. Untuk sampel pada kedalaman 19 – 21 meter, analisis ukuran butir menunjukkan rentang butir pasirkasar – pasirhalus dengan rentang persentase butir 90,63%, ukuran butir lanau – lempung 9,37%, dan ukuran butir kerikil 0,00%. Untuk sampel pada kedalaman 24 – 27 meter, analisis ukuran butir menunjukkan rentang butir pasirkasar - pasirhalus 89,11%, ukuran butir lanau – lempung 10,89%, dan ukuran butir kerikil 0,00%. Untuk sampel pada kedalaman pemboran 33 – 37 meter, analisis ukuran butir menunjukkan rentang ukuran butir pasirkasar – pasirhalus 89,94%, ukuran butir lanau – lempung 10,06%, dan ukuran butir kerikil 0,00%.
56
Untuk sampel pada kedalaman 42 – 45 meter, analisis ukuran butir menunjukkan rentang ukuran butir pasirkasar – pasirhalus 99,29%, ukuran butir lanau - lempung 0,71%, dan ukuran butir kerikil 0,00%.
57
58
Gambar 16. Diagram Distribusi Ukuran Butir BH-4
4.6 Data Percepatan Puncak Muka Tanah (PGA) Yogyakarta Data PGA pada penelitian ini mengacu pada Peta Zonasi Gempa Indonesia yang dikeluarkan oleh Departemen Pekerjaan Umum (DPU) Republik Indonesia tahun 2010 (Gambar 17). Untuk Daerah Istimewa Yogyakarta, estimasi PGA berkisar pada 0,30 hingga 0,40g.
Gambar 17. Peta percepatan puncak (PGA) di batuan dasar untuk probabilitas terlampaui 10% dalam 50 tahun (Irsyam dkk., 2010)
59
BAB V HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 5.1 Geologi Daerah Penelitian Berdasarkan pemetaan geologi permukaan, situasi geologi daerah penelitian terdiri dari 4 satuan endapan, yakni endapan limbah banjir, endapan bendung sungai, endapan pantai, dan endapan gumuk pasir (Gambar 18). Kondisi fisik material endapan didominasi oleh endapan yang belum mengalami kompaksi dan relatif berumur Kuarter (Rahardjo dkk., 1995). Peta Geologi Kuarter daerah penelitian memberi informasi proses sedimentasi lokal permukaan. Kondisi geologi permukaan ini memperlihatkan bagaimana proses endapan pantai, endapan angin (eolian), sungai (fluvial), dan estuari menghasilkan sistem lingkungan pengendapan yang kompleks. Material endapan di daerah penelitian yang berumur Kuarter dan merupakan hasil proses endapan natural yang relatif belum kompak sangat rentan terlikuifaksi. Selain itu, letak lokasi daerah penelitian, relatif tidak jauh (kurang lebih 15 km ke arah barat) dari pusat gempabumi Yogyakarta 27 Mei 2006. Bagian barat daerah penelitian atau di sekitar Krajan hingga Sungai Progo, proses sedimentasi dan erosi permukaan lebih dominan terkontrol oleh proses fluvial di bagian Utara, lalu berangsur-angsur mengalami kombinasi dengan proses estuari yang berkembang di muara Sungai Progo. Daerah Pandansimo hingga ke Karang berkembang proses sedimentasi pada sistem pantai yang setempat terendapkan gumuk pasir hasil endapan khas eolian. 60
61
Gambar 18. Peta Geologi Kuarter Daerah Penelitian
Sedangkan dari Kwaru ke Utara, proses erosi permukaan lebih didominasi oleh sistem alluvial yang ditandai dengan tingkat pelapukan material endapan menjadi tanah, disertai limpasan air permukaan sebagai media transport. 5.2 Fasies dan Sedimentasi Endapan Analisis fasies sedimentasi menggunakan kombinasi metode geologi bawah permukaan dengan pemetaan geologi permukaan yang dibantu perangkat lunak Rock Work dan visualisasinya dibantu perangkat lunak Corel Draw. Berdasarkan data bor pada uji SPT, peneliti menginterpretasi fasies yang berkembang pada suksesi tiap-tiap titik bor, kemudian melakukan korelasi antar titik bor (Gambar 19). Fasies yang berkembang pada BH3 dari dimulai dengan asosiasi fasies laut dangkal dengan ketebalan 20 meter, lalu berkembang asosiasi fasies pantai dengan ketebalan mencapai 8 meter, di atasnya diendapkan fasies fluvial dengan ketebalan 7 meter, dan asosiasi fasies fluvial dengan ketebalan 15 meter. Fasies yang berkembang pada BH2 diawali dengan diendapkannya fasies laut dangkal dengan ketebalan mencapai 20 meter, kemudian berkembang asosiasi fasies pantai yang diendapkan dengan ketebalan 30 meter. Dalam studi likuifaksi ini, peneliti lebih fokus pada fasies yang berkembang pada ketebalan 30 meter dari permukaan tanah sesuai dengan batasan metode estimasi likuifaksi yang digunakan dalam penelitian ini. Fasies yang berkembang pada BH4 diawali dengan asosiasi fasies laut dangkal dengan ketebalan 20 meter,
62
lalu di atasnya diendapkan asosiasi fasies pantai dengan tebal 20 meter, kemudian lapisan paling atas diendapkan fasies estuari dengan ketebalan mencapai 10 meter. Korelasi fasies pada BH3 dengan BH2 seperti pada Gambar 20, menunjukkan hubungan kemenerusan secara lateral. Dari permukaan di BH3, asosiasi fasies fluvial berkembang secara lateral mencapai 900 meter ke arah Desa Ngentak, lalu berkembang fasies alluvial di sekitar Desa Kwaru, kemudian dari Desa Karang ke BH2 didominasi oleh asosiasi fasies pantai. Dominasi proses fluvial menghasilkan jenis endapan yang lebih rentan terhadap potensi likuifaksi karena karakter fisik endapan fluvial yang cenderung memiliki sortasi baik. Selain sortasi, kehadiran fraksi halus (fines content) yang kurang dari 5 persen memperbesar kerentanan likuifaksi. Kombinasi proses fluvial dan alluvial yang berkembang dari Desa Krajan hingga Kwaru perlu mendapat pertimbangan akan kemungkinan hadirnya pocket-pocket endapan yang rentan terlikuifaksi. Korelasi fasies pada BH4 dan BH2 seperti pada Gambar 21, memberi informasi dominasi proses pantai dan eolian di sepanjang bagian timur Pantai Pandansimo hingga ke muara Sungai Progo yang lebih berkembang fasies estuari. Kemenerusan sebaran fasies pantai dan eolian menuntut pertimbangan lebih terhadap potensi likuifaksi. Kombinasi proses pantai dan eolian yang berkembang sepanjang Pantai Pandansimo menghasilkan tipe endapan yang relatif memiliki material halus (fines content) kurang dari 10 persen. Dominasi butiran kasar
63
(coarser grain) mempengaruhi tingkat kerentanan tipe sedimen terhadap likuifaksi. Korelasi fasies endapan pada BH3 ke BH4 seperti pada Gambar 22, menunjukkan variasi dan kombinasi proses sedimentasi yang cukup kompleks. Asosiasi fasies fluvial berkembang secara lateral hingga jarak 1 kilometer ke arah muara Sungai Progo. Dari muara Sungai Progo, proses estuari mendominasi sedimentasi sekitar 600 meter ke arah Utara. Perubahan proses sedimentasi secara lateral berpengaruh pada kehadiran material halus, terutama pada fasies estuari yang mengendapkan endapan pada situasi energi pengendapan relatif lemah.
64
65
Gambar 19. Peta Lokasi Cross Section antar titik bor.
66
Gambar 20. Korelasi fasies bawah permukaan antara BH-3 dengan BH-2
Skala Horizontal = 12,8 Skala Vertikal
67
Gambar 21. Korelasi fasies bawah permukaan antara BH-4 dengan BH-2
Skala Horizontal = 16 Skala Vertikal
68
Gambar 22. Korelasi fasies bawah permukaan antara BH-3 dengan BH-4
Skala Horizontal = 8 Skala Vertikal
5.3 Analisis Pemicu Likuifaksi Studi potensi bahaya likuifaksi pada penelitian ini diawali dengan mengajukan dua pertanyaan yakni, (1) Apakah likuifaksi bisa dipicu oleh karakter seismik (ground motion) di daerah penelitian? (2) Apa potensial konsekuensi yang akan dialami oleh lapisan tanah setelah likuifaksi terjadi? Untuk menjawab pertanyaan tersebut, analisis pemicu likuifaksi dimulai dengan mengkaji serta mendiskusikan situasi geologi (alami) yang ada pada daerah penelitian. Pertama, peneliti mempertimbangkan dan perlu mengetahui kondisi muka airtanah. Metode yang dipakai adalah dengan melakukan esktrapolasi data muka airtanah dari uji SPT pada masing-masing titik bor kemudian membuat peta muka airtanah. Prosedur atau langkah-langkah yang diadopsi untuk membuat peta muka airtanah mengikuti metode yang dikembangkan oleh Tolman, 1937. Dengan metode itu, peneliti menghasilkan peta muka airtanah seperti pada Gambar 18. Pada peta muka airtanah ini, situasi muka airtanah cenderung dangkal atau kurang dari 10 meter dari permukaan dengan tren yang mendangkal ke arah BH3 (Gambar 23). Tren muka airtanah ini merupakan salah satu skenario muka airtanah sesuai dengan waktu akuisisi data melalui pemboran inti dan jumlah titik bor yang dilakukan. Semakin banyak jumlah titik bor inti maka kontrol dan kualitas esktrapolasi muka airtanah tentu semakin baik. Situasi muka airtanah daerah penelitian juga bisa dilihat pada korelasi titik bor (Gambar 20, 21, dan 22) untuk mengetahui hubungan antara fasies dengan kondisi kedalaman muka airtanah. 69
70
Gambar 23. Peta Kedalaman Muka airtanah untuk skenario MAT dari data bor inti di daerah penelitian.
Kedua, berdasarkan informasi kondisi geologi yang secara spesifik dijelaskan dan didiskusikan pada bagian fasies dan kondisi muka airtanah, peneliti membuat peta kerentanan bahaya potensi likuifaksi seperti pada Gambar 24. Pembuatan peta potensi kerentanan tersebut mengikuti prosedur pemetaan kerentanan likuifaksi oleh Youd dan Perkins, 1978 dan Youd dkk., 1979. Berdasarkan peta kerentanan tersebut, ada 3 zona kerentanan likuifaksi di daerah penelitian. Pertama, zona kerentanan rendah, pada daerah dengan situasi muka airtanah 5 hingga 7 meter dari permukaan tanah. Zona kedua adalah zona kerentanan sedang yang mencakup wilayah dengan kondisi muka airtanah 3 hingga 5 meter dari permukaan tanah. Ketiga, zona kerentanan tinggi mencakup daerah dengan muka airtanah 1 hingga 3 meter dari permukaan tanah.
71
72
Gambar 24. Peta Kerentanan Likuifaksi di Daerah Penelitian
Peta kerentanan likuifaksi ini merupakan kompilasi informasi terkait tipe sedimen yang relatif mudah mengalami likuifaksi saat gempabumi dengan kekuatan seismik merusak terjadi. Informasi situasi geologi Kuarter dengan interpretasi fasies sedimen, dan kondisi muka airtanah, dapat dioptimalkan untuk mengidentifikasi tipe sedimen yang rentan terlikuifaksi (Youd dan Perkins, 1978) dan merupakan data penting yang tercakup dalam kompilasi untuk membuat sebuah peta kerentanan likuifaksi. Pada proses kompilasi untuk menghasilkan peta kerentanan likuifaksi tersebut (Gambar 24), data geologi bawah permukaan yang diakuisisi saat uji SPT, diproyeksi ke permukaan untuk mengontrol lineasi zona kerentanan, sehingga situasi muka airtanah bukan menjadi kontrol tunggal. Informasi pola aliran sungai pada peta kerentanan nantinya sangat mendukung kajian potensi likuifaksi pada skala yang lebih detail. Setelah melakukan kajian kerentanan, tahap selanjutnya ialah menganalisis pemicu likuifaksi untuk setiap lubang bor uji SPT. Analisis pemicu likuifaksi diperlukan sebagai uji empiris untuk mengetahui dampak karakter seismik beserta sifai-sifat mekanika tanah (dalam hal ini terminologi “tanah” merujuk pada terminologi dalam konteks geotechnical earthquake engineering oleh Day, 2012) terhadap potensi bahaya likuifaksi. Analisis ini mengoptimalkan keunggulan uji SPT yang tidak bisa dilakukan oleh jenis akuisisi data analisis pemicu likuifaksi yang lain, misalnya CPT, BPT, large penetrometer test (LPT), dan shear wave
73
velovity (Vs), yakni pengambilan contoh tanah untuk diuji sifat-sifat mekanikanya di laboratorium mekanika tanah. Idriss dan Boulanger (2008), menyatakan proses yang terjadi secara alami di lapangan (misalnya, tekanan air pori berlebih yang disebabkan oleh tegangan siklik gempa) tidak tereplika pada uji di laboratorium (seperti triaxial test atau simple shear test), namun uji laboratorium adalah fragmen yang berimplikasi penting dalam desain konstruksi. Bertumpu dari pemahaman tentang pentingnya uji laboratorium tersebut, uji SPT masih menjadi salah satu metode yang diperlukan dalam kajian potensi bahaya likuifaksi mendampingi jenis akuisisi data yang lain. Hasil analisis pemicu likuifaksi pada masing-masing titik uji SPT (Gambar 25, 26, dan 27) memberi informasi faktor keamanan (FSliq) yang dikompilasi dengan tren SPT N60, tren fine content, serta tren CRR dan CSR. Peneliti menggunakan skenario analisis pemicu likuifaksi pada magnitude gempabumi 6.3 Mw untuk percepatan puncak (amax) 0,40g dengan probabilitas periode ulang gempa 50 tahun. Gempabumi dengan skala 6,3 Mw merupakan gempabumi berdampak merusak terakhir yang terjadi di Yogyakarta pada tahun 2006 (Karnawati dkk., 2008). Sedangkan 0,40g adalah nilai maksimal percepatan puncak muka tanah Yogyakarta (Irsyam dkk., 2010). Analisis pemicu likuifaksi pada BH2 (Gambar 25) dengan situasi muka airtanah 5,5 meter dari permukaan tanah menunjukkan zona lemah pada kedalaman 13 hingga 22 meter. Zona lemah dalam konteks likuifaksi ditentukan 74
berdasarkan margin nilai faktor keamanan, bila lebih dari 1,2 hingga 1,3, potensi shear strain kurang dari 1 hingga 2 persen (Idriss dan Boulanger, 2008, dan Day, 2012).
Gambar 25. Analisis pemicu likuifaksi pada BH2 untuk skenario 6,3 Mw dan 0,40g.
Pada BH3 (Gambar 26), dengan kondisi muka airtanah relatif sangat dangkal, 1,5 meter dari permukaan, zona lemah terbagi dalam 3 segmen, yakni pertama kedalaman 3 hingga 6 meter. Zona kedua, pada kedalaman 11 hingga 14 meter, dan zona lemah ketiga pada kedalaman 25 hingga 30 meter. Untuk skenario BH4 (Gambar 27), dengan situasi muka airtanah 7 meter dari permukaan tanah, zona lemah terestimasi pada kedalaman 12 hingga 20 meter. Jumlah segmen zona
75
lemah pada masing-masing titik bor menunjukkan tingkat potensial shear strain saat gempabumi dengan magnitude dan percepatan puncak merusak terjadi.
Gambar 26. Analisis pemicu likuifaksi pada BH3 untuk skenario 6,3 Mw dan 0,40g.
Jumlah segmen zona lemah pada suatu kolom uji SPT juga merepresentasi respons
tanah
terhadap
beban
siklik
gempabumi
yang
bekerja.
Bila
membandingkan respons tanah pada BH2, BH3, dan BH4, potensi terbesar ditunjukkan pada BH3 karena memiliki zona lemah lebih banyak. Meski demikian, respons tanah pada BH2 dan BH4 tetap saja perlu dipertimbangkan, terutama jika zona lemah itu cukup tebal. Jika mengacu pada tren SPT N60, densitas atau tingkat kekompakan sedimen relatif berubah eksponensial terhadap kedalaman, namun tren fines pada BH3 dan BH4 lebih sensitif terhadap potensi likuifaksi.
76
Gambar 27. Analisis pemicu likuifaksi pada BH4 untuk skenario 6,3 Mw dan 0,40g.
Nilai dan tren SPT N60 memberi informasi situasi kekompakan sedimen (densitas tanah), meski pada kasus lempung, nilai SPT N60 akan menunjukkan gejala abnormal. Secara alami, proses litifikasi dan umur sedimen akan menambah kekompakan sedimen. Pada BH2, tren SPT N60 pada kedalaman 10 hingga 16 meter relatif konservatif terhadap kedalaman. Hal yang sama juga terjadi pada tren SPT N60 di BH4 pada kedalaman 7 hingga 16 meter. Untuk BH3, tren SPT N60 relatif normal, meski pada kedalaman 7 meter, tren tiba-tiba berubah dengan selisih yang cukup signifikan. Selain material lempung, keganjilan nilai SPT N60 seperti ini biasanya merupakan respons nilai uji SPT terhadap material keras dengan ukuran yang cukup besar dibandingkan dengan komposisi ukuran butir
77
sedimen utama yang diterobos saat uji SPT dilakukan (Seed dkk., 1985, dan Skempton, 1986). Tren fines cenderung dipengaruhi oleh perubahan fasies sedimen. Pada fasies sedimen dengan energi pengendapan lemah, (misalnya fasies estuari, tanggul sungai (levee) dan gumuk pasir) akumulasi material yang lebih halus berkontribusi terhadap tren fines (Lowe, 1975, Blatt dkk., 1980, dan Kramer, 1996). Konten fines pada BH4 (Gambar 27) dan BH2 (Gambar 25) sangat jelas memperlihatkan hubungan ini, di mana pada fasies estuari BH4 dan fasies gumuk pasir (asosiasi fasies pantai) pada BH2, tren fines mendekati bahkan lebih besar dari 10 persen. Kehadiran fines yang lebih besar dari 10 persen memperburuk sortasi sedimen sehingga relatif lebih resisten terhadap likuifaksi (FSliq > 1,3). Untuk kasus pada BH3 (Gambar 26) fines kurang dari 5 persen, namun zona lemah tidak terjadi secara random namun terkontrol oleh tekstur fasies. Bila tekstur clast nya lebih kasar, kecenderungan zona lemah terjadi pada bagian dengan fines lebih besar. Berbeda dengan BH3, tren CRR dan CSR pada BH2 dan BH4 lebih renggang. Pada BH3, persinggungan tren CRR dan CSR cenderung intens dan konsisten terhadap kedalaman. Overlap CSR terhadap CRR bisa menjadi zona terlemah, meski ketebalan zona ini pada tiap titik bor tidak sama. BH3 memiliki lapisan overlap lebih tebal bila dibandingkan dengan BH2 maupun BH4. Tren CRR yang lebih besar dari CSR merepresentasi rasio resistensi (ketahanan) sedimen terhadap rasio beban siklik seismik atau CSR (Day, 2012). Hal ini 78
mengindikasi bahwa tren CRR yang semakin besar dan memiliki selisih positif signifikan terhadap tren nilai CSR, akan menambah resistensi sedimen terhadap likuifaksi. Kesebandingan antara analisi pemicu likuifaksi dengan analisis fasies pada masing-masing titik bor (Gambar 28, 29, dan 30), memberi informasi hubungan antara fasies dan karakter fisik sedimen. Kombinasi analisis fasies dan analisis pemicu likuifaksi akan menunjukkan kandidat zona lemah melalui penyebaran dan kemenerusan fasies secara spasial (Gambar 31, 32, 33 dan 34). Zona lemah yang dikenali secara spasial, selanjutnya menjadi target mitigasi terhadap bahaya likuifaksi. Bagaimana pengaruh fasies dan karakter fisik sedimen terhadap potensi inisiasi likuifaksi akan diterangkan pada mekanisme likuifaksi. Pada keadaan normal, endapan di bawah permukaan akan menjadi subyek tekanan overburden (tegangan vertikal), sehingga sedimen masih memiliki kekuatan karena kontak antar partikel pasir (tegangan efektif) masih tinggi jika dibandingkan dengan tekanan air pori (Ishihara, 1985). Mekanisme likuifaksi diawali saat endapan yang jenuh air cenderung mengalami penyusutan volume akibat terkena tegangan geser bolak-balik (siklik) gempa bumi secara berseri. Namun, karena durasi waktu siklik yang singkat, jika dibandingkan dengan waktu yang dibutuhkan oleh air untuk berdisipasi (undrained), kontraksi volume tidak memungkinkan untuk terjadi saat itu juga. Untuk mempertahankan volume kontraksi endapan tetap konstan, maka perlu peralihan terhadap sistem tegangan vertikal yang bekerja. Perubahan tegangan ini terjadi dalam bentuk pengurangan tegangan vertikal yang mula-mula 79
bekerja yang diikuti bertambahnya kekuatan tekanan air pori yang sama dengan porsi tegangan vertikal yang hilang. Selanjutnya, bertambahnya tekanan air pori akan bergantung pada kemas sedimen yang mengindikasi adanya potensi kecenderungan pengurangan volume dan pada sejauh mana endapan pasir mengalami geser (sheared) secara perlahan-lahan , di mana tekanan air pori akan berkurang seiring dengan proses pergeseran. Pada kondisi endapan yang sangat lepas (loose) dan kekuatan kuat geser cukup besar, tekanan air pori akan mencapai level maksimum hingga setara dengan tegangan vertikal mula-mula. Pada kondisi ini, tidak terjadi lagi tegangan efektif dan tiap individu partikel akan terlepas dari dari ikatan semula sehingga akan mengambang di dalam air. Kondisi ini disebut likuifaksi sesuai dengan yang disimpulkan Ishihara (1985) dan Castro (1987). Dalam situasi terlikuifaksi, individu partikel pasir mulai mengendap dan mendesak air ke atas, lalu terendapkan dalam kondisi sedimen yang lebih padat. Hal ini relatif sama dengan mekanisme yang diusulkan oleh Ishihara (1985). Fasies dan karakter fisik seperti ukuran butir pasir akan mempengaruhi potensi likuifaksi. Dalam keadaan jenuh air karakter pasir kasar dengan bentuk butir relatif menyudut, seperti fasies pematang pantai akan memiliki kuat geser (shear strength) lebih besar dan bidang kontak antar partikel lebih panjang (long contact) sehingga tidak mudah mengalami geser (sheared) dan terkonsolidasi jika dibandingkan dengan endapan pasir berbutir pasir sedang hingga pasir halus dengan bentuk butir relatif membundar seperti pada fasies fluvial, fasies gumuk
80
pasir, dan fasies estuari di mana cenderung terjadi kontak titik antar partikel (point contact). Pada kondisi durasi tegangann siklik yang panjang, kuat tegangan siklik yang besar, dan semakin halus butiran pasir yang menyusun suatu endapan, maka akan terjadi situasi likuifaksi yang lama (Ishihara, 1985).
81
82
Gambar 28. Kesebandingan analisis pemicu likuifaksi dengan fasies BH-2. Zona berwarna kuning adalah zona kandidat terlikuifaksi pada skenario gempa 6,3 Mw dan amax = 0,4g.
83
Gambar 29. Kesebandingan analisis pemicu likuifaksi dengan fasies BH-3. Zona berwarna kuning adalah zona kandidat terlikuifaksi pada skenario gempa berkekuatan 6,3 Mw dan a max = 0,4g
84
Gambar 30. Kesebandingan analisis pemicu likuifaksi dengan fasies BH-4. Zona berwarna kuning adalah zona kandidat terlikuifaksi pada skenario gempa 6,3 Mw dan amax = 0,4g
85
Gambar 31. Korelasi Zona Lemah antara BH3 dengan BH2
86
Gambar 32. Korelasi Zona Lemah antara BH4 dengan BH2
87
Gambar 33. Korelasi Zona Lemah antara BH3 dengan BH4
88
Gambar 34. Diagram pagar zona potensi terlikuifaksi
5.4 Potensi Deformasi Tanah dan Mitigasi 5.4.1 Potensi Deformasi Penilaian potensi deformasi tanah akibat likuifaksi memiliki cakupan yang luas, mulai dari karakteristik tanah (fasies sedimen), ground motion gempabumi (sejarah seismik), stratigrafi dan topografi lokasi (site). Dari uji SPT, analisis likuifaksi menghasilkan informasi tentang densitas relatif sedimen, komposisi fraksi halus (fines), umur melalui analisis stratigrafi, dan level potensi deformasi (Seed dkk., 1958, Idriss dan Boulanger, 2008 dan Day, 2012). Pada penelitian ini, penilaian potensi deformasi atau konsekuensi akibat likuifaksi sangat mempertimbangkan nilai (N1)60. Berdasarkan nilai (N1)60 (Seed dkk., 1985), maka level deformasi dapat diketahui pada tabel berikut: Tabel 5. Potensi deformasi tanah berdasarkan (N1)60 (Seed dkk., 1985)
(N1)60 0 – 20 20 – 30 > 30
Potensi Deformasi Tinggi Intermediet Tidak signifikan
Potensi deformasi pada BH2 termasuk pada level intermediet hingga tidak signifikan dengan nilai (N1)60 berkisar 20 hingga 30, sedimen berada pada keadaan padat sedang hingga padat (dense) (Gonzalez de Vallejo dan Ferrer, 2011). Meski beban siklik seismik pada skenario magnitude 6,3 Mw dengan 0,40g mampu menginisiasi likuifaksi pada kedalaman 13 hingga 22 meter, implikasi terhadap deformasi relatif kecil atau likuifaksi ringan.
89
Pada BH3, level deformasi tinggi atau likuifaksi berat berpotensi terjadi pada kedalaman 1,5 hingga 6 meter karena nilai (N1)60 berada pada rentang 0 hingga 20. Kemudian pada kedalaman 9 hingga 13 meter dengan nilai (N1)60 pada rentang 20 hingga 30, zona ini berpotensi mengalami deformasi pada level intermediet atau likuifaksi sedang. Sedangkan pada kedalaman 25 hingga 30 meter dengan nilai (N1)60 pada rentang 20 hingga 30 berpotensi mengalami deformasi intermediet atau likuifaksi sedang. Meski terdapat selisih 3 meter pada zona likuifaksi berat (antara kedalaman 6 hingga 9 meter), namun jika skenario gempabumi dinaikkan maka level deformasi akan mempengaruhi ketebalan zona deformasi tinggi. Untuk BH4, potensi deformasi cenderung lebih konsisten pada level intermediet atau likuifaksi sedang terutama pada kedalaman 7 hingga 17 meter dengan nilai (N1)60 pada rentang 20 - 30. Level potensi deformasi pada BH2 dan BH4 sangat dipengaruhi oleh kombinasi sejumlah faktor, antara lain fasies sedimen (yang mempengaruhi fines), level muka airtanah dan hubungan stratigrafinya. Jika dibandingkan dengan BH3, level potensi deformasi pada BH2 dan BH4 akan meninggi bila level muka airtanah naik. Selain nilai (N1)60, potensi deformasi yang diinisiasi oleh likuifaksi juga bisa diketahui melalui estimasi volumetric strain (%) berdasarkan Tokimatsu dan Seed, 1987 (Gambar 35). Implikasi volumetric strain adalah settlement (penurunan muka tanah). Mekanisme penurunan muka tanah terjadi akibat menyusutnya volume sedimen (contraction) setelah likuifaksi terjadi.
90
Berdasarkan metode estimasi tersebut, volumetric strain pada zona lemah BH2 di kedalaman 13 hingga 22 meter adalah mencapai 1,5 persen atau akan terjadi penurunan muka tanah sebesar 0,13 meter. Pada BH3, estimasi volumetric strain dilakukan pada 3 zona lemah, yaitu pertama pada kedalaman 3 hingga 6 meter ialah 2,5 persen, maka potensi penurunan muka tanah sebesar 0,075 meter. Kedua, pada kedalaman 11 hingga 14 meter adalah 1,5 persen, maka potensi penurunan muka tanah sebesar 0,045 meter. Ketiga, pada kedalaman 25 hingga 30 meter adalah 1,5 persen, maka potensi penurunan muka tanah sebesar 0,075 meter. Akumulasi potensi penurunan muka tanah pada BH3 adalah 0,19 meter. Pada BH4, estimasi volumetric strain dilakukan pada zona lemah di kedalaman 12 hingga 20 meter adalah 1,5 persen, maka potensi penurunan muka tanah sebesar 0,12 meter.
Gambar 35. Chart untuk estimasi penurunan muka tanah (Tokimatsu dan Seed, 1987).
91
Deformasi lainnya seperti lateral spread, sangat terkontrol oleh kondisi geologi dan muka airtanah (Holzer dan Bennett, 2007). Dalam penelitian ini, potensi lateral spread belum dianalisis secara detail, namun perlu kerapatan titik tes SPT yang lebih dekat, misalnya 100 meter agar korelasi fasies sedimen dan ekstrapolasi muka airtanah lebih akurat. Bidang kontak fasies sedimen dapat dianggap sebagai bidang lemah yang potensial terhadap deformasi seperti lateral spread. Perubahan fasies sedimen akan merubah kondisi resistensi sedimen terhadap potensi deformasi. Sebagai contoh, pada korelasi fasies sedimen BH3 dengan BH2 (Gambar 20), kontak fasies asosiasi fluvial dengan alluvial, dan kontak fasies lainnya dapat dipertimbangkan saat menganalisis potensi lateral spread. 5.4.2 Mitigasi Bahaya Likuifaksi Mitigasi dalam konteks likuifaksi dan teknik gempabumi (earthquake engineering) ialah usaha meningkatkan (improvement) daya dukung tanah (Idriss dan Boulanger, 2008 dan Day, 2012). Dalam penelitian ini, pembahasan mengenai mitigasi lebih fokus kepada alternatif metode peningkatan daya dukung tanah. Peneliti merujuk pada metode improvement yang dikembangkan oleh Mitchell, 2008. Berdasarkan metode tersebut (Gambar 36), alternatif pemilihan metode mengacu pada variasi rentang ukuran butir sedimen yang teridentifikasi pada uji granulometri di laboratorium.
92
Jika mengacu pada zona rentang ukuran butir terlikuifaksi pada Gambar 35, maka semua hasil uji granulometri sampel tanah pada BH2, BH3, dan BH4 (Gambar 38) pada penelitian ini masuk dalam zona yang rentan terlikuifaksi. Namun pemilihan metode perlu mempertimbangkan ketebalan zona lemah pada tiap titik bor dan faktor ekonominya.
Gambar 36. Alternatif metode improvement (Mitchell,2008)
Pada BH2 dan BH4, variasi distribusi ukuran butir relatif beragam bila dibandingkan dengan variasi ukuran butir pada BH3. Namun ketebalan zona lemah, fines content, kekompakan (N1)60 (Gambar 37), potensi penurunan muka tanah, dan level muka airtanah perlu dipertimbangkan.
93
Untuk BH2 dengan zona lemah pada kedalaman 13 hingga 22 meter, dengan fines kurang dari 5 persen, (N1)60 kurang dari 25, muka airtanah 5,5 meter dan potensi penurunan muka tanah 0,13 meter, metode peningkatan yang bekerja efektif pada kedalaman ini adalah vibrocompaction.
Gambar 37. (N1)60 pada masing-masing titik bor.
Metode ini mampu meningkatkan (N1)60 (kekompakan tanah maksimal) hingga 25. Walaupun BH3 terestimasi memiliki 3 segmen zona lemah, namun zonazona lemahnya relatif tidak tebal. Untuk zona lemah pada kedalaman 3 hingga 6 meter, dengan (N1)60 kurang dari 25 dan fines kurang dari 5 persen, perlu ditingkatkan dengan metode vibrocompaction. Perlakuan yang sama juga perlu 94
dilakukan untuk 2 zona lainnya, dengan mempertimbangkan efektivitas kedalaman metode. Vibrocompaction masih efektif untuk BH3, meskipun untuk muka airtanah dangkal, tersedia alternatif mitigasi lain, misalnya kontrol airtanah. Untuk BH4 dengan zona lemah pada kedalaman 12 hingga 20 meter, fines lebih variatif yaitu kurang dari 5 persen hingga lebih dari 10 persen, nilai (N1)60 yang pada zona tidak lemah juga kurang dari 25, sehingga metode peningkatan perlu memperhatikan lapisan lain yang tidak terestimasi pada analisis pemicu likuifaksi sebagai zona lemah, misalnya pada kedalaman 9 hingga 10 meter yang memiliki nilai (N1)60 pada rentang 21 hingga 22. Metode vibrocampaction cukup sesuai untuk BH4. Ada beberapa alternatif metode peningkatan daya dukung tanah, misalnya compaction grouting dan vibro replacement stone columns. Compaction grouting memiliki keunggulan pada efektifitas kedalaman yang tak terhingga. Vibro replacement stone columns juga memiliki jangkauan kedalaman efektif hingga 30 meter. Dalam memilih metode, disarankan untuk memperhatikan jenis metode peningkatan yang familiar terpakai oleh para praktisi (kontraktor) (Idriss dan Boulanger, 2008). Dalam penelitian ini, peneliti lebih mempertimbangkan keuntungan dari segi ekonomi. Jika dibandingkan dengan dua metode lainnya di atas, vibrocompaction lebih moderat dari sisi biaya operasional (Mitchell, 2008). Selain itu metode vibrocompaction merupakan metode yang umum digunakan dan direkomendasi untuk mitigasi bahaya likuifaksi (Day, 2012) Meski demikian, 95
setiap metode yang dipilih harus mampu mewujudkan tujuan utama peningkatan daya dukung tanah sesuai dengan jenis serta mempertimbangkan beban konstruksi yang akan dibangun.
96
97
Gambar 38. Rentang ukuran butir dan zona potensi terlikuifaksi
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN 6.1 Kesimpulan Kesimpulan pada kajian potensi likuifaksi tanah di Daerah Pantai Pandansimo dan Sekitarnya, Kabupaten Bantul, DIY adalah sebagai berikut: 1. Karakter geologi daerah penelitian merupakan kombinasi proses sedimentasi fluvial, estuari, alluvial, pantai, dan eolian. Berdasarkan pemetaan geologi permukaan yang menghasilkan peta geologi Kuarter, daerah penelitian geologi daerah penelitian terbagi atas endapan limbah banjir dan alluvial, endapan bendung sungai, endapan pantai, dan endapan gumuk pasir. Analisis geologi bahwa permukaan menunjukkan adanya perubahan fasies sedimentasi, baik lateral maupun vertikal. 2. Distribusi fasies endapan di daerah penelitian yang dianalisis dan dikorelasi antara titik bor mempengaruhi potensi inisiasi dan mekanisme likuifaksi tanah. Potensi deformasi berupa likuifaksi berat terestimasi pada fasies fluvial, fasies eolian, dan fasies estuari. Pada BH2, zona lemah terdapat pada kedalaman 13 hingga 12 meter dengan potensi likuifaksi ringan. BH3 memiliki 3 segmen zona lemah, pertama pada kedalaman 3 hingga 6 meter dengan potensi likuifaksi berat, kedua 11 hingga 14 dengan potensi likuifaski sedang, dan ketiga 25 hingga 30 meter dengan potensi likuifaski sedang.
98
Sementara BH4 terestimasi memiliki zona lemah pada kedalaman 12 hingga 20 meter dengan potensi likuifaksi sedang. 3. Potensi deformasi berupa penurunan muka tanah pada BH2 adalah 0,13 meter. Pada BH3, potensi penurunan muka tanah adalah 0,19 meter. Sedangkan pada BH4, potensi penurunan muka tanah terestimasi sekitar 0,12 meter. 6.2 Saran 1. Metode mitigasi untuk meningkatkan daya dukung tanah pada daerah penelitian yang disarankan adalah vibrocompaction. 2. Untuk memperoleh tingkat akurasi kajian potensi likuifaksi perlu dilakukan metode akuisisi lain sebagai pembanding dan kontrol uji SPT. Titik uji SPT pada skala detail perlu mempertimbangkan kerapatan titik uji SPT. 3. Perlu kajian mikroskopis untuk mengetahui faktor internal pada skala individu partikel terhadap mekanisme likuifaksi. 4. Pada analisis pemicu likuifaksi, diperlukan data percepatan puncak (amax) skala lokal sehingga mampu meningkatkan akurasi analisis.
99
DAFTAR PUSTAKA
Anderton, R., 1985, Clastic facies model and facies analysis, dalam Sedimentology: Recent Developments and Applied Aspects, Eds, Brenchley, P. J., dan Williams, B. P. J., Blackwell Scientific Publications, Oxford: 31 – 47. Blatt, H., Middleton, V. G., dan Murray, C. R., 1980, Origin of Sedimentary Rocks, Prentice-Hall, California. Boulanger, W. R., dan Idriss, I. M., 2012, Evaluation of overburden stress effects on liquefaction resistance at Duncan Dam, Can. Geotech. J., Vol. 49, 1052 – 1058. Casagrande, A., 1976, Liquefaction and Cyclic Deformation of Sands: A Critical Review, Pierce Hall, Cambridge, Massachusetts. Castro, G., 1987, On the Behavior of Soils During Earthquakes – Liquefaction, dalam Soil Dynamics and Liquefaction, Cakmak, A.S., Ed, Elsevier, Amsterdam, 169-204. Coduto, P. D., 1999, Geotechnical Engineering: Principles and Practices, Prentice Hall, New Jersey. Day, R.W., 2012, Geotechnical Earthquake Engineering Handbook, Mc GrawHill, New York. Elnashai, Kim, Yun, dan Sidarta., The Yogyakarta Earthquake of May 27, 2006., MAE Center Report No. 07 – 02., 57 p. Friedmann, G. M., 1961, Distinction Between Dune, Beach, and Rivers Sands from Their Textural Characteristics, Journal of Sedimentary Petrology, Vol. 31, No. 4, 514 – 529. Gonzalez de Vallejo, L. I., dan Ferrer, M., 2011, Geological Engineering, CRC Press, London. Hasmar, H. A. H., 2007, Evaluasi Potensi Likuifaksi Akibat Gempa Bumi Tektonik Lapisan Jenuh Air dengan Metode Shaking Table: Studi Kasus pada Lapisan Pasir Kali Krasak Yogyakarta, LOGIKA, Vol. 4, No.1. Hatmoko, T. J., dan Suryadharma, H., 2013, Potensi Pencairan Tanah Akibat Gempa di Daerah Istimewa Yogyakarta, Konferensi Nasional Teknik Sipil 7 (KoNTekS 7), Surakarta. 100
Hatmoko, T. J., dan Lulie Y., 2008, Evaluasi Potensi Pencairan Tanah (Liquefaction) Akibat Gempa Studi Kasus: Di Bagian Timur Kota Yogyakarta., Konferensi Nasional Teknik Sipil 2 (KoNTekS 2)-Universitas Atma Jaya Yogyakarta. Hartantyo, E., Brotopuspito, S. K., Sismanto., Waluyo., 2006, Korelasi Muka Air Tanah Dangkal dengan Kejadian Likuifaksi Gempa Yogya Mei 2006 di Sedimen Volkanik-Klastik Bagian Selatan, Area Yogyakarta, Prosiding Pertemuan Ilmiah XXVII HFI Jateng dan DIY, Solo. Holzer, T. L., dan Bennett, M. J., 2007, Geologic and Hydrogeologic controls of boundaries of lateral spreads: lessons from USGS liquefaction case histories, First North American Landslide Conference, Vail, CO, June 3-8. Idriss, I. M., dan Boulanger, W. R., 2004, Semi-Emperical Procedures for Evaluating Liquefaction Potential During Earthquakes., Proceedings of the 11th ICSDEE & 3rd ICEGE., 32 – 56. Idriss, I. M., dan Boulanger, W. R., 2008, Soil Liquefaction During Earthquake, Earthquake Engineering Research Institute (EERI), Oakland, California, USA., 237 pages. Irsyam, M., Sengara, I. W., Akliamar, E., Widiyantoro, S., Triyono, W., Kertapati, E., Natawidjaja, D. H., Meilano, I., Soeharjono, Asririfak, M., dan Ridwan, M., 2010, Penggunaan Peta Gempa Indonesia, Kementerian Pekerjaan Umum. Ishihara, K., 1985, Stability of natural deposits during earthquakes, Proceedings, 11th International Conference on Soil Mechanics and Foundations Engineering, San Francisco, Vol. 1, 321 – 376. Karnawati, D., Pramumijoyo, S., Anderson, R., and Husein, S., 2008, The Yogyakarta Earthquake of May 27, 2006., Star Publishing Company, Inc., Belmont, CA. Konagai, K., Nakano, Y., Teshigawara, M., Suziku, T., Ikeda Takaaki., Ogushi Tetsuya., 2006., Important Features of Damages Cause by The May 27, 2006, Mid Java Earthquake, Indonesia., JSCE/AIJ/EWBJ Report. Kramer, L. S., 1996, Geotechnical Earthquake Engineering, Prentice-Hall, Upper Saddle River, New Jersey. Lowe, R. D., 1975, Water escape structures in coarse-grained sediments, Sedimentology 22, 157-204.
101
National Center for Earthquake Engineering Research (NCEER), 1997, Proceedings of the NCEER Workshop on Evaluation of Liquefaction Resistance of Soils, T. L. Youd dan I. M. Idriss, editors, Technical Report NCEER-97-022, 41 – 88. Nichols, G., 2009, Sedimentology and Stratigraphy, Wiley-Blackwell, UK. Middleton, V. G., 1973, Johannes Walter’s Law of The Correlation of Facies, Geological Society of America Bulletin, v. 84, 979 – 988. Mitchell, J. K., 2008, Mitigation of liquefaction potential of silty sands, dalam From Research to Practice in Geotechnical Engineering, Laier, J. E., Crapps, D. K., Hussein, M. H., (eds), Geotechnical Special Publication 180, ASCE, Reston, VA. Rahardjo, W., Sukandarrumidi dan Rosidi, H.M.D., 1995. Peta Geologi Lembar Yogyakarta,Jawa, skala 1 : 100.000. Pusat Penelitian dan Pengembangan Geologi, Bandung. Sarah, D., dan Soebowo, E., 2013., Liquefaction Due to the 2006 Yogyakarta Earthquake: Field Occurrence and Geotechnical Analysis., International Symposium on Earth Science and Technology, CINEST 2012., Procedia Earth and Planetary Science 6., 383 – 389. Seed, H. B., dan Idriss, I. M., 1971, Simplified procedure for evaluating soil liquefaction potential, J. Soil Mechanics and Foundations Div., ASCE 92 (SM2), 1249 – 237. Seed, H. B., Tokimatsu, K., Harder, L. F. Jr., dan Chung, R., 1985, Influence of SPT procedures in soil liquefaction resistance evaluations, J. Geotechnical Eng, ASCE 111 (12), 1425 - 445. Soebowo, E., Tohari, A., Sarah, D.,2009, Potensi Likuifaksi Akibat Gempabumi Berdasarkan Data CPT dan N-SPT di Daerah Patalan, Bantul, Jurnal Riset Geologi dan Pertambangan, Jilid 19, No. 2, 85 – 97. Skempton, A. W., 1986, Strandard penetration test procedures and the effect in sands of overburden pressure, relative density, particle size, aging and overconsolidation, Geotechnique, 36(3), 452-47. Tokimatsu, K., dan Seed, H. B., 1987, Evaluation of settlements in sands due to earthquake shaking, J. Geotechnical Eng., ASCE 113(GT8), 861-78. Tolman,1937, Ground Water, Mc Graw-Hill, London.
102
Walker, G. R., dan James, P. N., 1992, Facies Models: Response to Sea Level Change, Geological Association of Canada. Wesley, D. L., 2010, Fundamentals of Soil Mechanics for Sedimentary and Residual Soils, John Wiley & Sons, New Jersey. Youd, T. L., dan Hoose, S. N., 1977, Liquefaction Susceptibility and Geologic Setting, dalam Proccedings of 6th World Conference on Earthquake Engineering: India Society of Earthquake Technology, New Delhi, India, 2189-2194. Youd, T. L., dan Perkins, M., 1978, Mapping Liquefaction-Induced Ground Failure Potential, J. Geotechnical Eng. Div., ASCE 104 (GT4), 433-46. Youd, T. L., Tinsley, J. C., Perkins, D. M., King, E. J., dan Preston, R. F., 1979, Liquefaction Potential Map of San Fernando Valley, California, dalam Proggres on Seismic Zonation in the San Francisco Bay Region, Brabb, E. E., Ed., US Geological Survey. Youd, T. L., Idriss, I. M., Andrus, R. D., Arango, I., Castro, G., Christian, J. T., Dobry, R., Finn, W. D. L., Harder, L. F., Hynes, M. E., Ishihara, K., Koester, J. P., Liao, S. S. C., Marcuson, W. F., Martin, G. R., Mitchell, J. K., Moriwaki, Y., Power, M. S., Robertson, P. K., Seed, R. B., dan Stokoe, K. H., 2001, Liquefaction resistance of soils: summary report from the 1996 NCEER and 1998 NCEER/NSF workshops on evaluation of liquefaction resistance of soils, J. Geotechnical and Geoenvironmental Eng., ASCE 127 (10), 817 – 33.
103
LAMPIRAN 1
LAMPIRAN 2
LAMPIRAN 3
LAMPIRAN 4
LAMPIRAN 5
LAMPIRAN 6
LAMPIRAN 7 Input parameters BH2 Peak ground accel (g)= Earthquake magnitude, (M)= Water table depth (m)=
0.40 6.3 5.5
Average γ above water table (kN/m3)=
15.38
Average γ below water table (kN/m3)= 19.60 Borehole diameter (mm)= 100 Requires correction for sampler liners (Yes/No): NO Rod length assumed equal to the depth plus 1.5 m (for the above ground extension) SPT sampler number
Depth (m)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
1.5 3 4.5 6 7.5 9 10.5 12 13.5 15 16.5 18 19.5 21 22.5 24 25.5 27 28.5 30
Measured Soil type N (USGS)
18 20 21 24 25 27 29 29 27 27 29 30 32 31 33 35 35 36 36 32
SP SP SP SP SP SP SP SP SP SP SP SP SP SP SP SP SP SP SM SM
Flag "Clay" "Unsaturated" "Unreliable" Unsaturated Unsaturated Unsaturated
Fines content (%)
Energy ratio, ER (%)
CE
CB
CR
CS
N60
2.77 2.77 8.55 8.55 8.55 8.55 1.54 1.54 1.54 1.54 1.68 1.68 1.68 1.68 1.99 1.99 1.99 1.99 18.95 18.95
60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
0.8 0.85 0.95 0.95 0.95 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
14.40 17.00 19.95 22.80 23.75 27.00 29.00 29.00 27.00 27.00 29.00 30.00 32.00 31.00 33.00 35.00 35.00 36.00 36.00 32.00
(kPa)
σvc' (kPa)
CN
(N1)60
fines content
(N1) 60-cs
Stress reduct. coeff, rd
CSR
MSF for sand
Kσ for sand
CRR for M=7.5 & σvc'=1atm
CRR
Factor of Safety
23.07 46.14 69.21 94.39 123.79 153.19 182.59 211.99 241.39 270.79 300.19 329.59 358.99 388.39 417.79 447.19 476.59 505.99 535.39 564.79
23.07 46.14 69.21 89.49 104.17 118.86 133.54 148.23 162.91 177.60 192.28 206.97 221.65 236.34 251.02 265.71 280.39 295.08 309.76 324.45
1.70 1.38 1.17 1.05 0.99 0.94 0.90 0.86 0.82 0.78 0.76 0.74 0.72 0.70 0.68 0.67 0.65 0.64 0.65 0.62
24.48 23.47 23.29 23.94 23.45 25.33 25.99 24.86 22.05 21.17 22.09 22.16 23.10 21.56 22.52 23.50 22.87 23.07 23.55 19.92
0.00 0.00 0.55 0.55 0.55 0.55 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 4.29 4.29
24.48 23.47 23.83 24.49 24.00 25.87 25.99 24.86 22.05 21.17 22.09 22.16 23.10 21.56 22.52 23.50 22.87 23.07 27.84 24.21
0.99 0.96 0.94 0.91 0.87 0.84 0.81 0.77 0.74 0.71 0.67 0.64 0.62 0.59 0.57 0.55 0.53 0.51 0.50 0.49
0.257 0.251 0.243 0.249 0.270 0.282 0.287 0.287 0.284 0.280 0.273 0.267 0.260 0.252 0.246 0.239 0.234 0.229 0.225 0.222
1.37 1.37 1.37 1.37 1.37 1.37 1.37 1.37 1.37 1.37 1.37 1.37 1.37 1.37 1.37 1.37 1.37 1.37 1.37 1.37
1.10 1.10 1.06 1.02 1.00 0.97 0.95 0.94 0.93 0.92 0.91 0.90 0.88 0.88 0.87 0.85 0.85 0.84 0.79 0.82
0.278 0.258 0.265 0.278 0.268 0.312 0.315 0.287 0.234 0.221 0.234 0.235 0.251 0.226 0.241 0.258 0.247 0.251 0.377 0.272
n.a. n.a. n.a. 0.389 0.366 0.416 0.412 0.369 0.298 0.279 0.291 0.289 0.303 0.273 0.286 0.302 0.287 0.288 0.410 0.305
n.a. n.a. n.a. 1.565 1.354 1.478 1.437 1.284 1.049 0.998 1.065 1.084 1.169 1.081 1.166 1.261 1.228 1.258 1.824 1.374
σvc
ΔN for
LAMPIRAN 8 BH3 Input parameters Peak ground accel (g)= Earthquake magnitude, (M)= Water table depth (m)=
0.40 6.3 1.5
Average γ above water table (kN/m3)=
15.19
18.71 Average γ below water table (kN/m3)= 100 Borehole diameter (mm)= NO Requires correction for sampler liners (Yes/No): Rod length assumed equal to the depth plus 1.5 m (for the above ground extension)
SPT sampler number
Depth (m)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
1.5 3 4.5 6 7.5 9 10.5 12 13.5 15 16.5 18 19.5 21 22.5 24 25.5 27 28.5 30
Flag Fines Energy "Clay" Measured Soil type content ratio, ER (USGS) "Unsaturated" N (%) (%) "Unreliable" 17 17 18 20 32 23 25 26 27 30 32 33 35 35 37 11 34 37 33 35
SP SP SP SP SP SP SP SP SP SP SP SP SP SP SP CH SP SP SP SP
Unsaturated
0.33 0.33 0.33 3.81 3.81 3.81 3.81 3.81 3.81 3.81 1.25 1.25 1.25 1.25 1.25
Clay 1.25 1.25 1.25 7.85
60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60
CE
CB
CR
CS
N60
σvc (kPa)
σvc' (kPa)
CN
(N1)60
ΔN for fines content
(N1) 60-cs
Stress reduct. coeff, rd
CSR
MSF for sand
Kσ for sand
CRR for M=7.5 & σvc'=1atm
CRR
Factor of Safety
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
0.8 0.85 0.95 0.95 0.95 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
13.60 14.45 17.10 19.00 30.40 23.00 25.00 26.00 27.00 30.00 32.00 33.00 35.00 35.00 37.00 11.00 34.00 37.00 33.00 35.00
22.79 50.85 78.92 106.98 135.05 163.11 191.18 219.24 247.31 275.37 303.44 331.50 359.57 387.63 415.70 443.76 471.83 499.89 527.96 556.02
22.79 36.14 49.49 62.84 76.19 89.54 102.89 116.24 129.59 142.94 156.29 169.64 182.99 196.34 209.69 223.04 236.39 249.74 263.09 276.44
1.70 1.54 1.35 1.22 1.10 1.05 0.99 0.94 0.90 0.87 0.85 0.82 0.80 0.77 0.76 0.81 0.71 0.70 0.67 0.66
23.12 22.28 23.00 23.13 33.46 24.15 24.82 24.57 24.41 26.19 27.05 27.03 27.96 27.11 28.09 na. 24.04 25.92 21.99 23.11
0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 n.a. 0.00 0.00 0.00 0.32
23.120 22.284 23.003 23.132 33.456 24.155 24.815 24.568 24.411 26.191 27.055 27.032 27.960 27.114 28.095 n.a. 24.045 25.924 21.994 23.436
0.99 0.96 0.94 0.91 0.87 0.84 0.81 0.77 0.74 0.71 0.67 0.64 0.62 0.59 0.57 0.55 0.53 0.51 0.50 0.49
0.257 0.353 0.388 0.401 0.403 0.398 0.390 0.379 0.366 0.353 0.340 0.327 0.315 0.303 0.293 0.283 0.274 0.267 0.261 0.256
1.37 1.37 1.37 1.37 1.37 1.37 1.37 1.37 1.37 1.37 1.37 1.37 1.37 1.37 1.37 1.37 1.37 1.37 1.37 1.37
1.10 1.10 1.10 1.07 1.07 1.02 1.00 0.98 0.96 0.94 0.92 0.91 0.89 0.88 0.86 0.77 0.87 0.85 0.86 0.85
0.251 0.237 0.249 0.252 0.822 0.271 0.286 0.280 0.277 0.321 0.348 0.348 0.382 0.350 0.387 n.a 0.269 0.314 0.233 0.257
n.a. 0.358 0.376 0.370 1.203 0.379 0.390 0.375 0.364 0.414 0.440 0.433 0.466 0.423 0.459 n.a. 0.320 0.364 0.275 0.298
n.a. 1.02 0.97 0.92 2.00 0.95 1.00 0.99 0.99 1.17 1.29 1.32 1.48 1.40 1.57 n.a. 1.16 1.36 1.05 1.16
LAMPIRAN 9 Input parameters BH4 Peak ground accel (g)= Earthquake magnitude, (M)= Water table depth (m)=
0.40 6.3 7
Average γ above water table (kN/m3)=
19.01
Average γ below water table (kN/m3)= 11.27 Borehole diameter (mm)= 100 Requires correction for sampler liners (Yes/No): NO Rod length assumed equal to the depth plus 1.5 m (for the above ground extension)
SPT sampler number
Depth (m)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
1.5 3 4.5 6 7.5 9 10.5 12 13.5 15 16.5 18 19.5 21 22.5 24 25.5 27 28.5 30
Flag Fines Measured Soil type "Clay" content N (USGS) "Unsaturated" (%) "Unreliable" 20 17 18 22 29 24 26 25 28 28 23 25 28 30 30 31 32 31 33 35
SM SM SM SM SM SM SM SP SP SP SP SP SP SP SP SM SM SM SM SM
Unsaturated Unsaturated Unsaturated Unsaturated
11.85 11.85 11.85 13.02 13.02 13.02 13.02 3.47 3.47 3.47 3.47 3.47 9.37 9.37 9.37 10.89 10.89 10.89 10.89 10.89
Energy ratio, ER (%)
CE
CB
CR
CS
N60
σvc (kPa)
σvc' (kPa)
CN
(N1)60
ΔN for fines content
(N1)60-cs
Stress reduct. coeff, rd
CSR
MSF for sand
Kσ for sand
CRR for M=7.5 & σvc'=1atm
CRR
Factor of Safety
60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
0.8 0.85 0.95 0.95 0.95 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
16.00 14.45 17.10 20.90 27.55 24.00 26.00 25.00 28.00 28.00 23.00 25.00 28.00 30.00 30.00 31.00 32.00 31.00 33.00 35.00
28.52 57.03 85.55 114.06 138.71 155.61 172.52 189.42 206.33 223.23 240.14 257.04 273.95 290.85 307.76 324.66 341.57 358.47 375.38 392.28
28.52 57.03 85.55 114.06 133.80 135.99 138.18 140.37 142.56 144.75 146.94 149.13 151.32 153.51 155.70 157.89 160.08 162.27 164.46 166.65
1.61 1.28 1.08 0.95 0.90 0.89 0.88 0.87 0.87 0.86 0.85 0.85 0.85 0.85 0.84 0.84 0.84 0.83 0.84 0.84
25.83 18.54 18.39 19.86 24.74 21.25 22.96 21.73 24.35 24.19 19.46 21.14 23.79 25.48 25.33 26.16 26.94 25.87 27.56 29.26
2.00 2.00 2.00 2.52 2.52 2.52 2.52 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.87 0.87 0.87 1.56 1.56 1.56 1.56 1.56
27.837 20.543 20.392 22.373 27.252 23.763 25.479 21.729 24.352 24.191 19.465 21.135 24.666 26.355 26.202 27.725 28.497 27.428 29.120 30.822
0.99 0.96 0.94 0.91 0.87 0.84 0.81 0.77 0.74 0.71 0.67 0.64 0.62 0.59 0.57 0.55 0.53 0.51 0.50 0.49
0.257 0.251 0.243 0.236 0.236 0.250 0.262 0.271 0.278 0.283 0.286 0.289 0.290 0.291 0.292 0.292 0.293 0.295 0.297 0.300
1.37 1.37 1.37 1.37 1.37 1.37 1.37 1.37 1.37 1.37 1.37 1.37 1.37 1.37 1.37 1.37 1.37 1.37 1.37 1.37
1.10 1.08 1.02 0.98 0.95 0.95 0.95 0.95 0.95 0.94 0.95 0.95 0.94 0.93 0.93 0.92 0.91 0.91 0.91 0.89
0.377 0.213 0.211 0.239 0.355 0.263 0.302 0.229 0.275 0.272 0.200 0.221 0.282 0.326 0.322 0.373 0.405 0.361 0.435 0.541
n.a. n.a. n.a. n.a. 0.462 0.344 0.392 0.299 0.357 0.352 0.260 0.286 0.362 0.415 0.408 0.469 0.507 0.453 0.540 0.664
n.a. n.a. n.a. n.a. 1.96 1.38 1.50 1.10 1.28 1.24 0.91 0.99 1.25 1.42 1.40 1.60 1.73 1.54 1.82 2.00
