View
142
Download
37
Category
Preview:
DESCRIPTION
file ppt kuliah oleh pak aldrin
Citation preview
Dr. Ir. Adrin Tohari, M.EngPusat Penelitian Geoteknologi-LIPI
Jl. Sangkuriang, Bandung 40135
Rekayasa Geoteknik untuk Mitigasi
Bencana Gempabumi
Fakultas Teknik, Teknik Geofisika, Universitas Syah Kuala, Banda Aceh, 25 Nopmeber 2013
LIPI
PENGERTIAN LIKUIFAKSI
“Likuifaksi adalah fenomena dimana masa tanah kehilangan
sebagian besar tahanan geser akibat beban dinamik/ siklik
sehingga mengalir seperti cairan hingga tegangan geser
yang bekerja di masa tanah tersebut sama rendahnya
dengan tahanan geser yang berkurang” (Sladen et al, 1995)
Likuifaksi adalah transformasi “dari kondisi masa padat ke
kondisi mencair sebagai konsekuensi kenaikan tekanan air
pori dan penurunan tegangan efektif akibat beban siklik”
Intensitas dan durasi gempabumio Akselerasi dan durasi goncangan -> regangan geser
(shear strain) -> kontraksi partikel tanah dan tekananair-pori ekses -> likuifaksi.
o Intensitas tinggi dan durasi lama -> potensi likuifaksimeningkat
o Akselerasi, ag > 0.1 g dan ML > 5.0 (Ishihara, 1985)
o Gempabumi Padang, ag = 0.3g, ML = 7.6, dan durasi ≈ 60 detik
Muka airtanah (MAT)o Kondisi muka airtanah dekat permukaan (MAT < 4.0m)
o Tanah tak jenuh air (di atas MAT) tidak akan likuifaksi
o Fluktuasi MAT mempengaruhi potensi likuifaksi.
o Analisis likuifaksi perlu menggunakan muka airtanah tinggi.
Jenis tanaho Ishihara (1985) : deposit pasir halus hingga medium,
dan pasir yang mengandung partikel halus denganplastisitas rendah. Likuifaksi terkadang terjadi padapasir kerikilan.
o Kriteria tanah yang rentan likuifaksi : Persen partikel halus pada 0.005mm <15%
Batas cair (LL) < 35%
Kadar air tanah, w > 0.9 batas cair (LL)
Kepadatan relativeo Tanah tak berkohesi dengan kepadatan relative lepas
rentan terhadap likuikfasi.
o Tanah non plastis lepas akan kontraktif selamagoncangan sehingga menyebabkan pembentukantekanan air pori ekses
Gradasi ukuran partikelo Tanah non plastis tergradasi
uniform lebih rentan terhadaplikuifaksi dibandingkan tanahtergradasi sangat baik (SW).
o Tanah SW mengandung partikelhalus yang mengisi ronggakosong diantara partikel besar, cenderung mengurangi potensikontraksi selama goncangan, sehingga menghasilkan tekananairpori yang lebih kecil
Lingkungan pengendapano Endapan tanah asli yang terbentuk pada lingkungan deposisi
danau, sungai dan laut sangat rentan terhadap likuifaksi.
Tekanan keliling (confining pressure) :o Kerentanan likuifaksi berkurang pada kondisi
tekanan keliling yang besar : Muka airtanah dalam
Lapisan tanah yang dalam
Beban pada permukaan tanah.
o Kedalaman maksimum zona likuifaksi = 15 m.
Bentuk partikelo Tanah yang mengandung bentuk partikel bulat lebih
rentan dibandingkan tanah dengan partikel menyudut. Tanah dengan partikel bulat cenderung untuk mudah mengalami
pemadatan dibandingkan partikel menyudut
Tekanan keliling (confining pressure) :o Kerentanan likuifaksi berkurang pada kondisi tekanan
keliling yang besar : Muka airtanah dalam
Lapisan tanah yang dalam
Beban pada permukaan tanah.
o Kedalaman maksimum zona likuifaksi = 15 m.
Umur dan sementasio Deposit tanah berumur muda (< 500 tahun) lebih rentan
terhadap likuifaksi dibanding deposit tanah yang lebih tua.o Kenaikan ketahanan terhadap likuifaksi disebabkan oleh
kompresi pada partikel tanah menjadi lebih stabil danpembentukan sementasi/ikatan antar partikel.
Lingkungan terdahulu :o Tanah deposit berumur tua yang telah sering mengalami
goncangan akan kurang rentan terhadap likuifaksi dibandigdeposit muda dengan kepadata yang sama (Finn, et al, 1970; Seed et al, 1975)
o Tanah dengan peningkatan rasio konsolidasi berlebih, OCR dan koefisien tekanan tanah lateral, K0 (Seed and Peacock, 1971; Ishihara et al, 1978)
PERSYARATAN UNTUK LIKUIFAKSI
TERJADI…..
1. Jenis tanah lanau/pasir lepas (N-SPT < 30, atau
qc < 100 kg/cm2) berumur < 11.000 tahun
(Holocene)
2. Airtanah dangkal : kedalaman MAT < 12 m)
3. Gempabumi kuat : skala MMI > VI, dan p.g.a >
0.1g
4. Durasi getaran gempabumi lama (lebih dari 1
menit)
DAMPAK BAHAYA LIKUIFAKSI…….
MEMPERLAMBAT PROSES EVAKUASI DAN REHABILITASI
PASCA GEMPABUMI
1. Landasan pesawat terbang (runway)
2. Fasilitas pelabuhan
3. Jalan raya dan jalan pedesaan.
4. Jaringan pipa bawah tanah: air bersih, gas dan listrik.
BAHAYA LIKUIFAKSI FOKUS KEPADA DAMPAK
Bahaya likuifaksi tidak sedashyat bahaya gempabumi, tetapi
dampak kerusakan terfokus kepada infrastruktur penunjang
kegiatan respon kondisi darurat (emergency response)
pasca gempabumi:
DAMPAK BAHAYA LIKUIFAKSI
KERUSAKAN INFRASTRUKTUR AKIBAT LIKUIFAKSI DAPAT MENGAKIBATKAN KRISIS AIR, GAS, BBM DAN LISTRIK……..
Kerusakan bangunan akibat
pergerakan pondasi dan
retakan ketika lapisan tanah
berpindah
Perpindahan lapisan tanah
dapat mengakibatkan jalan
dan rel kereta api
melengkung
Jaringan pipa air minum
dan gas dapat pecah di
bagian sambungan di
sekitar daerah likuifaksi
Semburan pasir mungkin
terjadi di permukaan tanah yg
menunjukkan bahwa
likuifaksi telah terjadi
Muka air
tanah
PELAJARAN BERHARGA DARI GEMPA
PADANG 30 SEPTEMBER 2009
1. Masyarakat mengira fenomena
semburan air dan pasir dari
sumur dan rekahan di permukaan
tanah merupakan tsunami,
sehingga mereka melarikan diri
ketika melihat fenomena ini.
2. Peristiwa semburan pasir
menyebabkan sumur penduduk
tersumbat oleh pasir atau lumpur
dan putusnya pipa distribusi air
bersih PDAM sehingga
mengakibatkan krisis air bersih.
METODE INVESTIGASI LAPANGAN
BAHAYA LIKUIFAKSI
Metode investigasi:
Standard Penetration Test (SPT) => ASTM D1586
Cone Penetration Test (CPT/ sondir) => ASTM D
3441
Kedalaman investigasi potensi likuifasi > 15 m dari
permukaan tanah.
....Apabila suatu struktur bangunan menggunakan
pondasi dalam (tiang pancang/ tiang bor), maka
investigasi perlu dilakukan 6 m melebihi dasar pondasi
dalam tersebut….
EVALUASI BAHAYA LIKUIFAKSI
BERDASARKAN METODE CPT
Kelebihan metode CPT dibandingkan metode SPT:
Data/ profil tahanan tanah terhadap penetrasi yang
menerus => interpretasi stratigrafi lapisan tanah
Pengujian lebih cepat dan ekonomis dibandingkan
pemboran dan uji laboratorium
Keterbatasan metode CPT :
Tidak menyediakan contoh tanah untuk uji laboratorium
Hanya memberikan jenis prilaku tanah bukan Tidak
jenis tanah aktual.
Kedalaman pengujian dibatasi oleh lapisan tanah
kerikilan.
PROSEDUR EVALUASI BAHAYA
LIKUIFAKSI BERDASARKAN DATA CPT
1. Evaluasi kondisi geologi tanah termasuk jenis tanah,
stratigrafi, muka airtanah, geometri tapak, dan kondisi
hidrologis lainnya.
2. Perhitungan kondisi tegangan statis pada lokasi
kedalaman tertentu sebelum gempa (tegangan vertikal
efektif, sv’ dan tegangan geser horizontal, thv).
Keberadaan thv dapat mengurangi sv’.
3. Pemilihan percepatan gempa pada batuan dasar dan
permukaan tanah maksimum (metode deterministik atau
probabilistik)
PROSEDUR EVALUASI BAHAYA LIKUIFAKSI
BERDASARKAN DATA CPT
4. Perhitungan ratio tegangan siklik akibat beban gempa
dengan metode Seed dan Idriss (1971)
5. Perhitungan ratio tahanan siklik terhadap likuifaksi
berdasarkan data CPT
6. Perhitungan faktor keamanan terhadap likuifaksi (FK)
7. Perhitungan indeks kerentanan likuifaksi, (IL)
RASIO TEGANGAN SIKLIK
(CYCLIC STRESS RATIO, CSR)
Metode Seed dan Idriss (1970)
d
v
v
v
avreq r
g
aCSR
'65.0
' 0
0max
0 s
s
s
t
dimana tav adalah tegangan geser siklik akibat gempabumi
rata-rata, σvo′ adalah tegangan vertikal efektif sebelum
gempabumi, amax adalah percepatan tanah maksimum
(cm/detik), g adalah percepatan gravity (981 cm/detik), σvo
adalah tegangan total vertikal pada kedalaman tertentu, dan rd
adalah faktor pengurangan tegangan berdasarkan
kedalaman.
Kurva Faktor Pengurang Tegangan, rd menurut kedalaman
(menurut Seed dan Idriss, 1971)
rd = 1 – 0.00765z
untuk z < 9.15 m
rd = 1.174 – 0.0267z
untuk 9.15 < z < 23 m
rd = 0.744 – 0.008z
untuk 23 < z < 30 m
ALUR PERHITUNGAN
RASIO TAHANAN SIKLIK
(CRR) BERDASARKAN
DATA CPT (Metode
Robertson dan Wride,
197a, b)
Q adalah tahanan ujung
ternormalisasi terhadap
tegangan total
F adalah friction ratio
ternormalisasi
Ic adalah indeks jenis prilaku
tanah
KCPT adalah faktor koreksi
terhadap partikel halus
1. Tanah halus sensitif
2. Tanah organik - gambut
3. Lempung - lempung lanauan
4. Lempung lanauan – lanau lempungan
5. Lanau pasiran – pasir lanauan
6. Pasir bersih – pasir lanauan
7. Pasir kerikilan – pasir padat
8. Pasir lanauan sangat teguh*
9. Tanah partikel halus sangat teguh*
* Terkonsolidasi berlebih (OC) atau
tersementasi
KURVA INDEKS JENIS PRILAKU TANAH BERDASARKAN
CPT TERNORMALISASI (ROBERTSON DAN WRIDE,
1997a,b)
Tabel Batasan Jenis Prilaku Tanah (Robertson and
Wride 1997a, b)
Indeks Jenis
Prilaku Tanah
Zona Jenis Prilaku Tanah Berat Isi
(kN/m3)
Ic < 1.31 7 Pasir kerikilan hingga pasir
padat
19.5
1.31 < Ic < 2.05 6 Pasir hingga pasir lanauan 19
2.05 < Ic < 2.60 5 Pasir lanauan hingga lanau
pasiran
18.5
2.60 < Ic < 2.95 4 Lanau lempungan hingga
lempung lanauan
18
2.95 < Ic < 3.60 3 Lempung lanauan hingga
lempung
17.5
Ic > 3.60 2 Tanah organik 12.5
KOREKSI TEGANGAN PEMBEBANAN CRR
Koreksi tegangan pembebanan vertikal terhadap CRR7.5 dapat
diperoleh dengan menggunakan formula sebagai berikut:
s KKCRRCRRv 5.7
s KKCRRCRRv 5.7
dimana CRRv adalah
CRR7.5 terkoreksi, K
adalah faktor koreksi untuk
tegangan geser awal (=1.0)
dan Ks adalah faktor
koreksi untuk tegangan pembebanan
KOREKSI BESARAN CRR
CRRv didasarkan pada gempabumi pada besaran 7,5. Untuk
mendapatkan nilai CRR yang terkoreksi besaran gempa
(CRRM) maka digunakan rumus sebagai :
dimana MSF adalah faktor
kelipatan besaran gempa
MSFCRRCRR VM
PERHITUNGAN FAKTOR KEAMANAN TERHADAP
LIKUIFAKSI, FK
Faktor keamanan, FK adalah perbandingan antara CRR dan
CSR yang diperoleh dengan menggunakan persamaan berikut :
fs
M
CSR
CRRFK
dimana CSRfs adalah rasio tegangan siklik
untuk harga FK yang ditentukan.
FK < 1.0, berpotensi likuifaksi
FK >1.0 tidak berpotensi likuifaksi
Jenis likuifaksi Nilai FK
Penurunan tanah 1.0 – 1.1
Perpindahan lateral 1.0 – 1.3
Tipe lainnya 1.0 – 1.2
EVALUASI PENURUNAN TOTAL AKIBAT GEMPA
PADA LAPISAN JENUH AIR
Penurunan setiap lapisan tanah jenuh air (Ssat) dihasilkan dari
perkalian antara regangan volumetrik (ev) dan ketebalan setiap
lapisan tanah (z):
Ssat = (ev /100).dz
Penurunan total lapisan tanah jenuh air akibat gempa (Stotal) :
d
dasar
sattotal SS
ANALISIS KERENTANAN LIKUIFAKSI
Untuk mengkaji efek dari likuifaksi terhadap infrastruktur,
Iwasaki dkk (1982) mengusulkan sebuah formula yang
memasukkan factor keamanan (FK). Parameter, yang disebut
IL, didapatkan dari:
20
0
dzzFwI L
sFF 1
,5.010 zzw
Dimana, F = 1 – FK untuk FK < 1.0 dan
FK = 0 untuk FK >1.0 dan w(z) = 10 – 0.5z
Nilai IL Tingkat Kerentanan
0 < IL < 5 Rendah (Low)
5 < IL < 15 Menengah (Medium)
IL > 15 Tinggi (High)
West coast Sumatera and south coast Java are susceptible
to big earthquake hazard due to seismic activity in subduction
zone.
West coast Sumatera:
200 - 250 km east of subduction zone.
Historical earthquakes: 1797 (Mw 8.3), 1833 (Mw 8.7 or higher)
Mentawai islands and 1861 (M~8.5) di Nias Islands (Natawidjaja,
2003).
Geological setting: quartenary sediments consisting of sand, silt and
clay of 200 meter thick.
LATAR BELAKANG PENELITIAN
South coast Java:
250 km east of subduction zone.
Historical earthquakes: Mw 7,9 (1994), Mw 6,2 (2006)
Geological setting: quartenary sediments consisting of sand, silt and
clay.
Sumatran fault Zone
INDIAN-AUSTRALIAN
PLATE
EURASIAN PLATE
Jakarta
1881 (7.9)
1941 (7.9)
1797 (M8.4)
1861
(M~8.5)
1907 (~M7.8)
1935 (M7.7)
2000 (M7.8)
2002
1833 (8.9)
2004 (M9.15)
2005 (M 8.7) Currently locked,
Near end of cycle
section
Un known section,
No large eartquakes in
Historical records
Malaysia
2007 (M8.2)
DAERAH PENELITIAN POTENSI
BAHAYA LIKUIFAKSI
1. Banda Aceh City (2006 – 2007)
2. Padang City (2006, 2008-2011)
3.Pariaman (2007)
4.Bengkulu (2007)
5.Cilacap (2007)
6.Jogjakarta (2007 – 2009)
METODOLOGI
Pemboran geoteknik di 9 lokasi hingga
kedalaman 30 m untuk mendapatkan jenis dan
kepadatan lapian tanah
Uji insitu:
SPT, interval setiap1.5 m
CPT sebanyak 28 locations, kedalaman
maximum 30 m
Uji laboratorium: fine content dan berat isi
Analisis potensi likuifaksi (LIQIT 4.7.2)
FIELD INVESTIGATION OF LIQUEFACTION
POTENTIAL
Boring and N-SPT Test
Cone Penetration Test
BA
ND
A A
CE
H C
ITY
PA
DA
NG
CIT
Y
HASIL ANALISIS POTENSI LIKUIFAKSI BERDASARKAN
DATA CPT
1. All the liquefiable
zones correspond to
layers of sand to silty
and a mixture of gravel
and sand.
2. In coastal areas, the
liquefiable zone
become shallower and
thinner toward the
southeast, due to the
presence of clay layer
as cap soil overlying
the sand layer.
3. In inland areas, the
liquefaction potential
becomes less
pronounced toward the
southeast due to the
presence of thicker
fine-grained soil and
denser sand layers.
PETA MIKROZONASI KERENTANAN
LIKUIFAKSI UNTUK KOTA PADANG
1. The very high susceptibility areas
concentrate along the shoreline.
2. The extent of high susceptibility areas is
larger in the northwestern part than in
the southeastern part of the city
3. The liquefaction susceptibility also
decreases towards the northeast away
from the coastal line.
PETA MIKROZONASI KERENTANAN LIKUIFAKSI
• It is clear that there is a
good agreement between
the predicted zones and the
sites observed after the
2009 earthquake.
• The areas, such as Koto
Tangah, Padang Utara,
Padang Timur dan Padang
Selatan sub-Districts, where
sand boiling, ground
settlement and lateral
spreading were observed
during the 2009 earthquake,
fall into the high to very high
liquefaction susceptibility
zone.
DEEP PILING FOUNDATION SHALLOW MAT FOUNDATION
0.5
mItoyo Supermarket 7 Eleven Minimarket
Shallow mat foundation is not suitable in loose sand layer to
resist liquefaction-induced settlement hazard as the ground
will experience settlement during a big earthquake.
BAGAIMANA CARA MEMITIGASI…..
1. Hindari daerah rentan likuifaksi
2. Konstruksi bangunan tahan likuifaksi (misalnya dengan
struktur fleksibel, fondasi dalam untuk bangunan tinggi
BAGAIMANA CARA MEMITIGASI…..
3. Ground improvement: untuk meningkatkan kepadatan dan
kekuatan tanah (injeksi semen, kompaksi), mengkontrol
tekanan air-pori tanah (vertical drainage)
Recommended