Seismologi Bendungan Likuifaksi

Baca Juga:

Ilustrasi Kerusakan akibat gempa dan liquifaksi yang dihasilkan oleh Artificial Intelligence (AI) atau Kecerdasan Buatan

Seismologi Bendungan Likuifaksi

Seismologi bendungan likuifaksi adalah studi mengenai fenomena likuifaksi yang terjadi pada bendungan akibat aktivitas seismik atau gempa bumi. Likuifaksi adalah proses di mana material tanah yang jenuh air kehilangan kekuatannya secara signifikan dan bertindak seperti cairan akibat tekanan yang ditimbulkan oleh guncangan.

Karakteristik Likuifaksi Bendungan

Likuifaksi pada bendungan umumnya terjadi pada bagian tanggul yang terbuat dari material berpasir atau material yang tidak terkonsolidasi dengan baik. Beberapa karakteristik utama dari likuifaksi bendungan adalah:

• Hilangnya Kekuatan Geser: Tanah kehilangan kemampuannya untuk menahan beban, menyebabkan runtuhnya struktur.

• Pergerakan Lateral: Massa tanah bergerak secara lateral atau menyebar, menyebabkan retakan dan pergeseran pada bendungan.

• Pengeluaran Air dan Pasir: Air dan butiran pasir keluar dari tanah ke permukaan, membentuk "gunung pasir" (sand boils).

Intensitas Seismik

Intensitas Seismik adalah segala kerusakan di permukaan bumi yang dapat dilihat dan dirasakan akibat gempa bumi yang terjadi. Intensitas seismik ini menggunakan skala Modified Mercalli Intensity (MMI), yang ditulis dalam angka romawi antara I sampai dengan XII. Skala intensitas didasarkan pada efek yang diamati dari goncangan, seperti tingkat di mana orang atau hewan dikhawatirkan, dan tingkat dan keparahan kerusakan pada berbagai jenis struktur atau fitur alami.

Tabel Intensitas Modified Mercalli Intensity (MMI)

Gelombang Seismik

Gelombang seismik adalah rambatan energi yang disebabkan karena adanya gangguan di dalam kerak bumi, misalnya adanya patahan atau adanya ledakan. Energi ini akan merambat ke seluruh bagian bumi dan dapat terekam oleh seismometer. Efek yang ditimbulkan oleh adanya gelombang seismik dari seperti pergerakan lempeng (tektonik), bergeraknya patahan, aktivitas gunung api (vulkanik), atau apa yang kita kenal sebagai fenomena gempa bumi.

4 Jenis Gelombang Seismik

Gelombang seismik ini terbagi menjadi 4 jenis yaitu :

1.  Primary Wave (P)

Arah Longitudinal searah rambatan gelombang, menjalar memadat dan mengembang tetapi tidak berputar.

2. Secondary Wave (S)

Arah transversal atau tegak lurus arah rambatan gelombang disertai perputaran.

3. Rayleigh Wave 

Gerakan vertical dan horizontal pararel dengan arah perambatan gelombang.

4. Love Wave

Sama dengan Secondary Wave namun tanpa arah vertikal.

Amplifikasi Intensitas Seismik

Amplifikasi merupakan perbesaran gelombang seismik yang terjadi akibat adanya perbedaan yang signifikan antar lapisan, dengan kata lain gelombang seismik akan mengalami perbesaran, jika merambat pada suatu medium ke medium lain yang lebih lunak dibandingkan dengan medium awal yang dilaluinya. Semakin besar perbedaan itu, maka perbesaran yang dialami gelombang tersebut akan semakin besar.

Berdasarkan pengertian tersebut, maka amplifikasi dapat dituliskan sebagai suatu fungsi perbandingan nilai kontras impedansi, yaitu Ao = {(ρb.vb)/( ρs.vs)}, dimana ρb (gr/ml) adalah densitas batuan dasar , vb (m/dt) adalah kecepatan rambat gelombang di batuan dasar, vs (m/dt) adalah kecepatan rambat gelombang di batuan lunak, ρs (gr/ml) adalah rapat massa dari batuan lunak.

Pemodelan Gempa Dinamis dan Analisis Gempa Dinamis

Gambar : Input (define) horisontal dan vertikal Earthquake records Quake-W Analisis

Gambar : Vektor gaya dan respon bendungan dengan pemodelan analisis gempa dinamis Quake-W analisis

Gambar Deformasi vertikal tinjauan puncak as dam pada pemodelan gempa dinamis dengan waktu 75,6 detik sebesar -0,0013 m (0,13 cm) sampai dengan 0,0002 m ( 0,02cm)

Gambar : Prakiraan deformasi pada upstream block beton dalam pemodelan gempa dinamis dan terjadi peningkatan tekanan uplift

Risalah Seismologi Bendungan

Risalah seismologi bendungan adalah laporan atau studi yang menganalisis risiko seismik dan potensi likuifaksi pada suatu bendungan. Risalah ini biasanya mencakup:

• Analisis Bahaya Seismik: Penilaian intensitas gempa bumi maksimum yang mungkin terjadi di lokasi bendungan.

• Evaluasi Potensi Likuifaksi: Penilaian geoteknik untuk menentukan apakah tanah di bawah atau di sekitar bendungan rentan terhadap likuifaksi.

• Pemodelan Respon Dinamik: Simulasi bagaimana bendungan akan bereaksi terhadap guncangan gempa bumi.

Saran untuk Mengatasi Likuifaksi Bendungan

Beberapa saran untuk mitigasi risiko likuifaksi pada bendungan meliputi:

• Peningkatan Tanah (Ground Improvement): Menggunakan teknik seperti pemadatan vibrasi, injeksi semen, atau pemasangan tiang pancang, diagfragma wall untuk meningkatkan kepadatan dan kekuatan tanah.

• Sistem Drainase: Memasang sistem drainase yang efektif untuk mengurangi tekanan air pori di dalam tubuh bendungan, sehingga meminimalkan risiko likuifaksi.

• Desain Ulang atau Retrofit: Memperkuat struktur bendungan yang ada dengan penambahan material atau desain ulang yang tahan gempa.

Contoh Soal Analisis Perhitungan Potensi Liquifaksi dengan Metode Grafik Batas (After Pecker)

Tentukanlah potensi liquefaction berdasarkan grafik gradasi butiran (terlampir) dengan metode grafik batas (after PECKER, 1984), menurut:

1. Grafik batas pada pasir Kishida, Jepang.
2. Grafik batas pada pasir Niigata.
3. Grafik batas pada pasir Percobaan Laboratorium (Laboratoire, Lee-Fitton)

Jawaban

1.A. Grafik Batas pada pasir Kishida – Jepang

Berdasarkan grafik batas pada pasir Kishida, sampel pada kedalaman dua meter ini memiliki potensi likuifaksi akibat keterdapatan butiran yang lolos saringan nomor 4 s/d 100 dengan presentase kelolosan > 90 %.

1.B. Grafik Batas pada pasir Niigata

Menurut grafik batas pada pasir Niigata, potensi likuifaksi terjadi ditunjukkan dengan adanya prosentase butiran yang lolos saringan nomor 4 s/d 40 dengan presentase kelolosan > 90 %.

1.C. Grafik batas pada pasir Percobaan Laboratorium (Laboratoire, Lee-Fitton)

Sedangkan berdasarkan grafik batas pada pasir percobaan laboratorium (Laboratoire, Lee-Fitton), potensi liukuifaksi disebabkan oleh adanya butiran yang lolos saringan nomor 20 s/d 200 dengan presentase kelolosan > 80 %.

Ciri-Ciri Likuifaksi pada Bendungan 💥

Likuifaksi terjadi ketika tekanan air pori dalam tanah meningkat drastis hingga menyamai tekanan total tanah, membuat tegangan efektif menjadi nol. Akibatnya, butiran tanah kehilangan kontak dan gesekan, serta tanah pun kehilangan kekuatan gesernya.

• Penurunan Permukaan Tanah (Settlement): Tanah di sekitar bendungan dapat mengalami penurunan signifikan. Hal ini bisa menyebabkan retakan pada tubuh bendungan atau struktur di atasnya.

• Pergeseran Lateral (Lateral Spreading): Tanah bergerak secara horizontal, terutama pada lereng yang landai atau di dekat tepi sungai. Ini bisa menyebabkan pergeseran fondasi bendungan dan struktur lainnya.

• Semburan Pasir (Sand Boil): Pasir yang jenuh air menyembur keluar ke permukaan tanah, mirip dengan letusan gunung berapi kecil. Ini terjadi karena air pori yang bertekanan tinggi menemukan celah untuk keluar.

• Keruntuhan Struktur Bendungan: Hilangnya daya dukung tanah dapat menyebabkan keruntuhan total atau parsial pada tubuh bendungan, yang bisa berakibat pada pelepasan air waduk.

---

Jenis Material yang Rentan Likuifaksi

Material yang paling rentan terhadap likuifaksi adalah tanah berbutir kasar, tidak padat (loose), dan jenuh air.

• Pasir dan Lanau Bergradasi Seragam: Tanah yang terdiri dari butiran pasir atau lanau dengan ukuran hampir sama. Kerapatan relatifnya yang rendah membuat tanah ini mudah kehilangan kekuatan saat diguncang.

• Material Galian Urugan Jenuh Air: Material yang digunakan untuk membangun inti atau zona transisi bendungan, jika tidak dipadatkan dengan baik dan berada di bawah muka air tanah, sangat berpotensi mengalami likuifaksi.

• Endapan Alluvial: Endapan tanah yang terbawa oleh air, seperti pasir dan kerikil, sering ditemukan di pondasi bendungan. Jika endapan ini tidak padat dan jenuh air, ia menjadi sangat rentan.

---

Desain Drainase Bendungan Tahan Likuifaksi

Desain drainase yang efektif sangat penting untuk mitigasi likuifaksi, terutama pada bendungan urugan. Tujuannya adalah untuk mengurangi tekanan air pori dan memastikan air dapat mengalir keluar dengan cepat saat terjadi getaran.

• Lapisan Filter dan Transisi: Menggunakan lapisan filter dan transisi yang ditempatkan di antara inti kedap air dan zona urugan batu. Lapisan ini terbuat dari material bergradasi khusus yang memungkinkan air keluar, namun tetap menahan partikel tanah halus agar tidak terbawa.

• Drainase Internal: Pemasangan sistem drainase internal, seperti blanket drain (lapisan drainase horizontal) dan chimney drain (saluran drainase vertikal), dapat mengumpulkan dan mengalirkan air rembesan, menjaga tekanan air pori tetap rendah.

• Drainase Toe (Kaki Bendungan): Drainase di bagian hilir bendungan berfungsi untuk mengumpulkan air yang merembes dan mencegah peningkatan tekanan air pori di area tersebut.

• Ground Improvement: Selain drainase, metode perbaikan tanah seperti vibro-compaction atau dynamic compaction digunakan untuk meningkatkan kepadatan tanah pondasi, sehingga membuatnya lebih tahan terhadap likuifaksi.

---

Perhitungan, Analisis, dan Saran 📐

1. Perhitungan dan Analisis

Analisis potensi likuifaksi biasanya melibatkan perbandingan antara tegangan geser akibat gempa (Cyclic Stress Ratio/CSR) dan ketahanan tanah terhadap likuifaksi (Cyclic Resistance Ratio/CRR).

• Perhitungan CSR: $CSR=0.65\times (a_{max/g})\times (\genfrac{}{}{0ex}{}{{\sigma }_{v\text{'}}}{{\sigma }_v^{/}})\times r_d$

  • amax​ = Percepatan tanah puncak (peak ground acceleration).

  • g = Percepatan gravitasi.

  • σv​ = Tegangan vertikal total.

  • σv′​ = Tegangan vertikal efektif.

  • rd​ = Faktor reduksi tegangan dengan kedalaman.

• Perhitungan CRR: CRR dihitung berdasarkan data uji lapangan seperti Standard Penetration Test (SPT) atau Cone Penetration Test (CPT). Nilai (N1)60​ dari SPT atau qc1N​ dari CPT dikoreksi untuk mendapatkan CRR.

• Faktor Keamanan (FS): $F{S}_L=\frac{CSR}{CRR\; /}$

  • $F{S}_L>1.0$: Aman terhadap likuifaksi.

  • $F{S}_L<1.0$: Berpotensi likuifaksi.

Analisis lebih lanjut dapat menggunakan Liquefaction Potential Index (LPI) untuk mengukur tingkat keparahan likuifaksi.

2. Risalah dan Kesimpulan

Risalah: Berdasarkan analisis, material pondasi dan urugan bendungan, terutama yang terdiri dari pasir dan lanau jenuh air, memiliki potensi likuifaksi tinggi jika tidak dirancang dengan tepat. Guncangan gempa dapat meningkatkan tekanan air pori, mengurangi kekuatan geser tanah, dan menyebabkan kegagalan bendungan.

Kesimpulan: Likuifaksi merupakan ancaman serius bagi bendungan urugan di daerah rawan gempa. Mitigasi harus dilakukan sejak tahap desain dengan memilih material yang tepat, memadatkan material secara optimal, dan memasang sistem drainase yang efektif untuk mengurangi tekanan air pori.

3. Saran

• Studi Geoteknik Menyeluruh: Lakukan penyelidikan geoteknik yang mendalam, termasuk uji SPT dan CPT, untuk mengidentifikasi lapisan tanah yang rentan likuifaksi.

• Desain Mitigasi: Terapkan metode mitigasi yang terbukti efektif, seperti perbaikan tanah, penggunaan material filter, dan sistem drainase internal.

• Pemantauan Berkelanjutan: Pasang instrumen pemantauan (seperti piezometer) untuk memantau tekanan air pori di dalam tubuh bendungan, terutama setelah gempa.

• Edukasi dan Pelatihan: Berikan edukasi kepada tim operasional dan pemeliharaan bendungan tentang risiko dan tanda-tanda likuifaksi.

Kesimpulan

Seismologi bendungan likuifaksi adalah disiplin ilmu krusial untuk memastikan keamanan dan stabilitas bendungan, terutama di wilayah rawan gempa. Pemahaman mendalam tentang fenomena ini, evaluasi risiko yang cermat, dan penerapan teknik mitigasi yang tepat sangat penting untuk mencegah kegagalan bendungan yang dapat berakibat fatal. Risiko likuifaksi tidak dapat diabaikan dalam perencanaan, pembangunan, dan pemeliharaan bendungan modern.

Sumber

https://g.co/gemini/share/30e41fa31503

https://g.co/gemini/share/263f8f5e37cd

Artificial Intelligence (AI) atau Kecerdasan Buatan adalah teknologi yang memungkinkan mesin atau komputer untuk meniru kemampuan manusia, seperti berpikir, belajar, memahami, memecahkan masalah, dan membuat keputusan. AI dirancang untuk melakukan tugas-tugas yang biasanya memerlukan kecerdasan manusia, seperti pengenalan suara, analisis data, atau pengambilan keputusan.

AI bekerja dengan mengolah data melalui algoritma tertentu untuk menghasilkan respons atau tindakan yang menyerupai manusia. Proses ini melibatkan pembelajaran (learning), penalaran (reasoning), dan koreksi mandiri (self-correction).

Penutup

Sekian Penjelasan Singkat Mengenai Seismologi Bendungan Likuifaksi. Semoga Bisa Menambah Pengetahuan Kita Semua.

Apa reaksimu setelah membaca Seismologi Bendungan Likuifaksi