ANALISIS STRUKTUR BENDUNGAN KRENCENG TERHADAP GEMPA

SKRIPSI

HASKA ADI PRADANA F44080014

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2012

ANALYSIS STRUCTURE OF KRENCENG DAM AGAINST THE EARTHQUAKE

Haska Adi Pradana1, Asep Sapei2, dan M. Fauzan3 1,2,3

Departement of Civil and Environmental Engineering , Faculty of Agriculture Technology,

Bogor Agriculture University

Email: 1 haskaadi@ymail.com , 2 asepsapei @ipb.ac.id, 3 fauzanmuhammad @yahoo.com

ABSTRACT

High population growth coupled with the establishment of a new steel mill, PT. Posco in Cilegon Krakatau increased the demand for clean water and raw water. Nadra Krenceng as a reservoir that is used by PT. Krakatau Tirta Industry (PT KTI) is considered unable to meet water needs in Cilegon. Reservoir volume was increased from 3 million m3 to 5 million m3. With the addition of volume, the water level rise as well. Water level rise could potentially destabilize the dam and its resistance to earthquake loads. This study aims to analyze the earthquake-resistant Krenceng dams with earthquake regulations referring to the SNI-1726-2002 (500 year return period earthquake), RSNI -1726-2010 (500 year return period earthquake) and Pd T-14-2004-A (period repeated earthquakes of 50 and 100 years) using the program Geo-Studio2007, especially Slope / W, Sigma / W and quake / W. For the seismic analysis performed in static and dynamic analysis. Based on the analysis of the stability of the dam at some point of observation location, the safety factor of Krenceng Dam before being given earthquake load is still secure (SF> 1.25). Analysis of seismic loads with the addition of Pd refers to the T-14-2004-A quake with a return period of 50 and 100 years, the safety factor at the observation points are still safe (SF> 1.25), whereas for the analysis with the addition of the earthquake loads which refers to the ISO-1726-2002 and -1726-2010 RSNI (500 year return period earthquake) the safety factor at the observation points are not safe (SF

Haska Adi Pradana. F44080014. Analisis Struktur Bendungan Krenceng Terhadap Gempa. Di bawah bimbingan Prof.Dr.Ir.Asep Sapei, MS dan Muhammad Fauzan,ST,MT. 2012

RINGKASAN

Cilegon sebagai pusat industri di Provinsi Banten mengakibatkan laju pertambahan penduduk di kota ini semakin tinggi. Selain itu, adanya proyek besar pembangunan pabrik baja PT. Krakatau Posco diprediksi akan semakin menarik para pendatang untuk bermukim di kota Cilegon.

Kapasitas produksi air baku yang sebesar 2000 lt/det oleh PT KTI tersebut masih kurang dalam memenuhi kebutuhan seluruh permintaan air bersih seluruh sektor di Cilegon. Untuk mengatasi

masalah tersebut, Waduk Nadra Krenceng yang semula mempunyai volume sebesar 3 juta m3 kini sudah dikeruk dan sekarang mempunyai volume 5 juta m3 serta mengalami penambahan tinggi muka air sebesar 2 meter. Dengan penambahan tinggi muka air ini maka ketahanan bendungan akan berkurang oleh karenanya perlu dilakukan kajian mengenai ketahanan struktur bendungan yang baru.

Penelitian ini bertujuan untuk melakukan analisis struktur bendungan dengan menggunakan program Geo-Studio 2007 dan Structure Analysis Program (SAP) 2000. Selain itu dilakukan analisis struktur terhadap beban gempa, karena berdasarkan letak geografisnya Kota Cilegon

masuk ke dalam Wilayah 4 dimana wilayah tersebut termasuk wilayah rawan terjadinya gempa dengan intensitas yang cukup tinggi. Analisis struktur bendungan terhadap gempa dilakukan

dengan mengacu kepada SNI-1726-2002 dan RSNI-03-1726-2010 dan Pd T-14-2004-A. Lokasi penelitian dilakukan pada tiga titik sepanjang Bendungan Krenceng (P10, P12, dan

P30). Pemilihan lokasi dipilih berdasarkan nilai SPT yang rendah pada lokasi-lokasi tersebut (< 10). Berdasarkan analisis struktur bendungan dengan kondisi tanpa beban gempa, diperoleh safety factor pada lokasi P10 sebesar 3,816 , lokasi P12 sebesar 3,124 dan lokasi P30 sebesar 3,768. Analisis dilanjutkan pada analisis struktur bendungan dengan beban gempa secara statik yang mengacu pada SNI-1726-2002 (periode ulang 500 tahun), RSNI-1726-2010 (periode ulang 500 tahun) dan Pd T-14-2004-A (periode ulang 50 dan 100 tahun) diperoleh safety factor pada lokasi P 10 berturut-turut sebesar sebesar 1,224 ; 1,229 ; 1,917 dan 1,772, pada lokasi P 12 sebesar 1,026 ; 1,026 ; 1,584 dan 1,471 ,pada lokasi P 30 sebesar 1,164 ; 1,163 ; 1,808 dan 1,675. Setelah itu dilanjutkan pada analisis gempa secara dinamik yang mengacu pada SNI-1726-2002 (periode 500 tahun) dan RSNI-1726-2010 (periode ulang 500 tahun) diperoleh safety factor dan displacement pada lokasi P 10 berturut turut sebesar 1,207 ; 0,00254 meter dan 1,209 ; 0,00336 , pada lokasi P12 sebesar 1,022 ; 0,00527 meter dan 1,007 ; 0,00696 meter , pada lokasi P30 sebesar 1,163 ; 0,00825 meter dan 1,162 ; 0,01091 meter. Rekomendasi yang diusulkan untuk menambah nilai safety factor pada lokasi yang masih belum aman ( safety factor < 1,25) adalah dengan membuat bagian lereng hilir bendungan lebih landai dan pemasangan soil nail.

ANALISIS STRUKTUR BENDUNGAN KRENCENG TERHADAP GEMPA

SKRIPSI

Sebagai salah satu syarat untuk meraih gelar SARJANA TEKNIK

pada Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan Fakultas Teknologi Pertanian

Institut Pertanian Bogor

Oleh:

HASKA ADI PRADANA F44080014

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR 2012

Judul Penelitian : Analisis Struktur Bendungan Krenceng Terhadap Gempa Nama : Haska Adi Pradana NIM : F44080014

Mayor : Teknik Sipil dan Lingkungan

Menyetujui, Pembimbing Akademik

Prof. Dr. Ir. Asep Sapei, MS Muhammad Fauzan,ST,MT

NIP. 19561025 198003 1003 NIP. 197801292010121001

Mengetahui:

Ketua Departemen,

Prof. Dr. Ir. Asep Sapei, MS NIP. 19561025 198003 1003

Tanggal Lulus :

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI

Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi dengan judul Analisis Struktur Bendungan Krenceng Terhadap Gempa adalah hasil karya saya sendiri dengan arahan dosen pembimbing akademik, dan belum diajukan dalam bentuk apapun pada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian

akhir skripsi ini.

Bogor, September 2012

Yang membuat pernyataan

Haska Adi Pradana F44080014

Hak cipta milik Haska Adi Pradana, tahun 2012

Hak cipta dilindungi

Dilarang mengutip dan memperbanyak tanpa izin tertulis dari Institut Pertanian Bogor, sebagian atau seluruhnya dalam bentuk apapun, baik cetak, fotokopi, mikrofilm, dan sebagainya

DAFTAR RIWAYAT HIDUP

Haska Adi Pradana. Penulis Lahir pada tanggal 31 Juli 1990 di Bogor. Penulis merupakan anak pertama dari dua bersaudara pasangan

Ir.Agus Parwoto dan Tanti Devisetyaningsih. Penulis menamatkan SMA

pada tahun 2008 dari SMA Negeri 1 Bogor, dan pada tahun yang sama diterima di Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, Fakultas

Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor melalui Jalur USMI.

Selama menjadi mahasiswa, penulis akfif dalam kepanitiaan kegiatan atau acara kelembagaan seperti Himpunan Mahasiswa Teknik Sipil dan Lingkungan (Himatesil) IPB. Penulis juga pernah menjadi asisten praktikum pada mata kuliah Ilmu Ukur Wilayah pada tahun 2010-2011 dan Bangunan Konservasi Tanah dan Air pada tahun 2010-2011. Selain itu,

penulis juga pernah mengikuti lomba design jembatan di Institut Teknologi Surabaya dengan tema lomba sebagai finalis 20 besar se-nasional. Pada bulan Juni Agustus 2011, penulis melaksanakan praktek lapang di PT. Adhi Karya dengan judul QUALITY CONTROL PADA PEMBANGUNAN GEDUNG THE CONVERGENCE INDONESIA (BASEMENT DAN GROUNDFLOOR) . Pada tahun berikutnya, penulis menyelesaikan tugas akhir dengan judul ANALISIS STRUKTUR BENDUNGAN KRENCENG TERHADAP GEMPA di bawah bimbingan Prof.Dr.Ir.Asep Sapei, MS dan Muhammad Fauzan ST, MT.

i

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT, karena berkat taufik dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul Analisis Struktur Bendungan Krenceng Terhadap Gempa. Dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Allah SWT, atas berkat, rahmat, hidayah dan petunjuk-Nya skripsi ini dapat selesai dengan tepat

waktu. 2. Prof.Dr.Ir Asep Sapei, MS dan Muhammad Fauzan, ST,MT sebagai Dosen Pembimbing

Akademik yang telah memberikan bimbingan serta telah banyak memberikan masukan dan saran selama pelaksanaan penelitian dan penyusunan skripsi.

3. M.Budi Saputra, ST, MEng, sebagai pembimbing lapangan di PT. KTI yang telah memberikan banyak pengarahan dan koreksi selama pelaksanaan penelitian di PT. KTI.

4. Dr.Ir. Erizal, M.Agr sebagai dosen penguji yang sudah memberikan masukan dan koreksi dalam penyusunan skripsi ini.

5. Ayah, Ibu, dan Adik penulis di Bogor yang telah memberikan dorongan semangat, doa dan dukungan kepada penulis.

6. Ria Ardianti Pedesi atas seluruh bantuan, nasihat, motivasi dan kebersamaannya yang diberikan kepada penulis.

7. Rekan seperjuangan dalam penelitian (Maul, Chandra, Imo, Manda, dan Nina) atas bantuan dan kerjasamanya dalam penelitian.

8. Rekan-rekan di PT. KTI (Mas Nashir dan Pak Mujani) yang banyak membantu selama penelitian 9. Seluruh teman-teman SIL 45 khususnya dan teman-teman lain yang tidak bisa disebutkan satu

per satu. Harapan dari penulis adalah dapat bergunanya laporan ini terhadap dunia pendidikan terutama dalam menambah ilmu pengetahuan dan membuka wawasan bagi para pembaca.

Bogor, Agustus 2012

Penulis

ii

DAFTAR ISI

Halaman

KATA PENGANTAR i DAFTAR ISI.......................................................................................................................................... ii DAFTAR GAMBAR. iii DAFTAR TABEL.. viii DAFTAR LAMPIRAN .. ix I. PENDAHULUAN. 1

1.1 Latar Belakang . 1 1.2 Tujuan Penelitian... 2

II. TINJAUAN PUSTAKA 3 2.1 Bendungan 3 2.2 Analisis Kestabilan Bendungan Tipe Urugan. 5 2.3 Gempa Bumi 13 2.4 Geo Studio 2007 ... .. 21 2.5 Structure Analysis Program (SAP) 22 2.6 Peraturan Kegempaan . 22

III. METODOLOGI PENELITIAN .. 23 3.1 Waktu dan Tempat ... 23 3.2 Alat dan Bahan . 23 3.3 Metode Penelitian 24 3.4 Tahapan Pelaksanaan ... 24

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN .. 40 4.1 Kondisi Lokasi Pengamatan .. .. 40 4.2 Analisis Kestabilan Bendungan .. 41 4.3 Analisis Kestabilan Bendungan Dengan Beban Gempa.. 48 4.4 Pembahasan . 77

V. KESIMPULAN DAN SARAN .. 80 5.1 Kesimpulan .. 80 5.2 Saran 80

DAFTAR PUSTAKA 81 LAMPIRAN 82

iii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1. Analisis kestabilan lereng menggunakan metode Fellenius ................................................... 6 Gambar 2.a. Model irisan pada lereng ..................................................................................................... 8

Gambar 2.b. Penguraian gaya gaya dalam metode Fellenius ................................................................ 8 Gambar 3. Analisis stabilitas lereng menggunakan metode Bishop ........................................................ 9 Gambar 4. Penguraian gaya gaya dalam metode Bishop ...................................................................... 9 Gambar 5. Harga m.a untuk persamaan Bishop ..................................................................................... 10 Gambar 6. Faktor daya dukung izin dengan sudut geser dalam ............................................................. 11 Gambar 7. Analisa kemantapan lereng Janbu ........................................................................................ 12

Gambar 8. Sistem gaya pada suatu elemen menurut cara Janbu ............................................................ 12 Gambar 9. Ilustrasi Gelombang P-Wave/Compressional Wave/Gelombang primer .............................. 15 Gambar 10. Ilustrasi gelombang S-Wave/Shear Wave/Gelombang sekunder ........................................ 15 Gambar 11. Ilustrasi Love Wave ............................................................................................................ 16 Gambar 12. Ilustrasi Rayleigh Wave ...................................................................................................... 16 Gambar 13. Proses perencanaan bangunan tahan gempa ....................................................................... 20

Gambar 14. Lokasi Bendungan Krenceng, Cilegon, Banten, Jawa Barat .............................................. 23

Gambar 15. Pemilihan kondisi PWP untuk analisis SIGMA/W.............................................................. 25 Gambar 16. Pengaruran material pada SIGMA/W ................................................................................ 26 Gambar 17. Pengaturan boundary condition pada SIGMA/W ................................................................ 26 Gambar 18. Pemilihan tipe analisis pada SLOPE/W...... 27 Gambar 19. Pengaturan kondisi PWP awal pada SLOPE/W....... 27 Gambar 20. Pengaturan analisis bidang runtuh pada SLOPE/W ..... 28 Gambar 21. Pengaturan material model pada SLOPE/W 28 Gambar 22. Pengaturan input data tanah pada SLOPE/W . .. 29 Gambar 23. Peta zonasi gempa pada SNI-1726-2002 untuk periode ulang 500 tahun .. 30 Gambar 24.a. Respon spektrum Kota Cilegon yang mengacu pada SNI-1726-2002. 30 Gambar 24.b. Respon spektrum rencana untuk wilayah 4 yang ada pada SNI-1726-2002 ... 31 Gambar 25. Format data gempa untuk Geo Studio 31 Gambar 26. Ss, Gempa Maksimum yang Dipertimbangkan Risiko-Tersesuaikan (MCER), Paramater

Gerak Tanah, untuk Percepatan Respons Spektral 0,2 detik, dalam g, (5 persen redaman kritis), Kelas Situs SB 32

Gambar 27. S1, Gempa Maksimum yang Dipertimbangkan Risiko-Tersesuaikan (MCER), Paramater Gerak Tanah, untuk Percepatan Respons Spektral 1 detik, dalam g, (5 persen redaman kritis), Kelas Situs SB. 33

iv

Gambar 28. Respon spektrum Kota Cilegon yang mengacu pada RSNI-1726-2010 33 Gambar 29. Format data gempa untuk Geo Studio. 33 Gambar 30. Peta Zona Gempa Indonesia pada Pd T-14-2004-A 35 Gambar 31.a. Pengaturan tipe analisa pada QUAKE/W.. 35 Gambar 31.b. Pengaturan kondisi PWP pada QUAKE/W.. 36 Gambar 32. Pengaturan boundary condition pada QUAKE/W .. 36 Gambar 33. Pengaturan model material pada QUAKE/W ..... 36 Gambar 34.a. Icon Mesh Properties 37 Gambar 34.b. Pengaturan besar mesh.. 37 Gambar 35.a. Input Horizontal Earthquake Record SNI-1726-2002 untuk analisis statik................ 37 Gambar 35.b. Input Vertical Earthquake Record SNI-1726-2002 untuk analisis statik 37 Gambar 36. Input beban gempa pada SLOPE/W 38 Gambar 37. Pengaturan periode gempa pada QUAKE/W.. 39 Gambar 38. Titik analisis struktur pada Bendungan Krenceng . 40 Gambar 39. Potongan melintang bendungan pada lokasi P 10.. 41 Gambar 40. Hasil pemodelan pada Geo Studio.. 41 Gambar 41. Hasil pemodelan SIGMA/W pada lokasi P 10 41 Gambar 42. Hasil analisa SIGMA/W pada lokasi P 10.. 42 Gambar 43. Hasil pemodelan SLOPE/W pada lokasi P 10 42 Gambar 44. Hasil analisis SLOPE/W pada lokasi P 10. 43 Gambar 45. Potongan melintang bendungan pada lokasi P 12... 43 Gambar 46. Hasil pemodelan pada Geo Studio . 43 Gambar 47. Hasil pemodelan SIGMA/W pada lokasi P 12 44 Gambar 48. Hasil analisis SIGMA/W pada lokasi P 12. 44 Gambar 49. Hasil pemodelan SLOPE/W pada lokasi P 12 45 Gambar 50. Hasil analisis SLOPE/W pada lokasi P 12. 45 Gambar 51. Potongan melintang bendungan pada lokasi P 30... 46 Gambar 52. Hasil pemodelan pada Geo Studio.. 46 Gambar 53. Hasil pemodelan SIGMA/W pada lokasi P 30 46 Gambar 54. Hasil analisis SIGMA/W pada lokasi P 30. 47 Gambar 55. Hasil pemodelan SLOPE/W pada lokasi P 30 47 Gambar 56. Hasil analisis SLOPE/W pada lokasi P 30. 48 Gambar 57. Hasil pemodelan analisa statik pada QUAKE/W 48 Gambar 58. Hasil analisis statik pada lokasi P 10 menggunakan QUAKE/W dengan acuan SNI-1726-

2002..... 49

v

Gambar 59. Relative displacement untuk analisis statik pada lokasi P 10 dengan acuan SNI-1726-2002. 49

Gambar 60. Hasil analisis stabilitas bendungan pada lokasi P 10 dengan beban gempa secara statik yang mengacu pada SNI-1726-2002... 50

Gambar 61. Hasil analisis statik pada lokasi P 10 menggunakan QUAKE/W dengan acuan RSNI -1726- 2010. 51

Gambar 62. Relative displacement untuk analisis statik pada lokasi P 10 dengan acuan RSNI-1726 2010 51

Gambar 63. Hasil analisis stabilitas bendungan pada lokasi P 10 dengan beban gempa secara statik yang mengacu pada RSNI-1726-2010 52

Gambar 64. Hasil analisis stabilitas bendungan pada lokasi P 10 dengan beban gempa secara statik yang mengacu pada Pd T-14-2004-A dengan periode ulang 50 tahun .................. 53

Gambar 65. Hasil analisis stabilitas bendungan pada lokasi P 10 dengan beban gempa secara statik yang mengacu pada Pd T-14-2004-A dengan periode ulang 100 tahun 53

Gambar 66. Hasil pemodelan analisis dinamik pada lokasi P 10 menggunakan QUAKE/W 54 Gambar 67. Hasil analisis dinamik pada lokasi P 10 menggunakan QUAKE/W dengan acuan SNI-

1726-2002 54 Gambar 68. Relative displacement untuk analisis dinamik pada lokasi P 10 dengan acuan SNI-1726-

2002..... 55 Gambar 69. Hasil analisis stabilitas bendungan pada lokasi P 10 dengan beban gempa secara dinamik

yang mengacu pada SNI-1726-2002.. 56 Gambar 70. Hasil analisis dinamik pada lokasi P 10 menggunakan QUAKE/W dengan acuan RSNI-

1726-2010 56 Gambar 71. Relative displacement untuk analisis dinamik pada lokasi P 10 dengan acuan RSNI-1726-

2010. 57 Gambar 72. Hasil analisis stabilitas bendungan pada lokasi P 10 dengan beban gempa secara dinamik

yang mengacu pada RSNI-1726-2010 57 Gambar 73. Hasil pemodelan analisa statik pada lokasi P 12 menggunakan QUAKE/W... 58 Gambar 74. Hasil analisis statik pada lokasi P 12 menggunakan QUAKE/W dengan acuan SNI-1726-

2002. 58 Gambar 75. Relative displacement untuk analisis statik pada lokasi P 12 dengan acuan SNI-1726- 2002. 59 Gambar 76. Hasil analisis stabilitas bendungan pada lokasi P 12 dengan beban gempa secara statik

yang mengacu pada SNI-1726-2002. .................................. 59 Gambar 77. Hasil analisis statik pada lokasi P 12 menggunakan QUAKE/W dengan acuan RSNI-1726-

2010 .................................................................................................................................... 60

vi

Gambar 78. Hasil Relative displacement untuk analisis statik pada lokasi P 12 dengan acuan RSNI-

1726-2010 .......................................................................................................................... 60 Gambar 79. Hasil analisis stabilitas bendungan pada lokasi P12 dengan beban gempa secara statik

yang mengacu pada RSNI-1726-2010 ................................................................................ 61 Gambar 80. Hasil analisis stabilitas bendungan pada lokasi P 12 dengan beban gempa secara statik

yang mengacu pada Pd T-14-2004-A dengan periode ulang 50 tahun ............................... 62 Gambar 81. Hasil analisis stabilitas bendungan pada lokasi P 12 dengan beban gempa secara statik

yang mengacu pada Pd T-14-2004-A dengan periode ulang 100 tahun ............................. 62 Gambar 82. Hasil pemodelan analisis dinamik pada lokasi P 12 menggunakan QUAKE/W ................. 63 Gambar 83. Hasil analisis dinamik pada lokasi P 12 menggunakan QUAKE/W dengan acuan SNI-

1726-2002 .......................................................................................................................... 63 Gambar 84. Relative displacement untuk analisis dinamik pada lokasi P 12 dengan acuan SNI-1726-

2002 .................................................................................................................................... 64 Gambar 85. Hasil analisis stabilitas bendungan pada lokasi P 12 dengan beban gempa secara dinamik

yang mengacu pada SNI-1726-2002 .................................................................................. 65 Gambar 86. Hasil analisis dinamik pada lokasi P 12 menggunakan QUAKE/W dengan acuan RSNI-

1726-2010 .......................................................................................................................... 65 Gambar 87. Relative displacement untuk analisis dinamik pada lokasi P 12 dengan acuan RSNI-1726-

2010 .................................................................................................................................... 66 Gambar 88. Hasil analisis stabilitas bendungan pada lokasi P 12 dengan beban gempa secara dinamik

yang mengacu pada RSNI-1726-2010 ................................................................................ 67 Gambar 89. Hasil pemodelan analisa statik pada lokasi P 30 menggunakan QUAKE/W ...................... 67 Gambar 90. Hasil analisis statik pada lokasi P 30 menggunakan QUAKE/W dengan mengacu pada SNI

-1726-2002 ......................................................................................................................... 68 Gambar 91. Relative displacement untuk analisis statik pada lokasi P 30 dengan acuan SNI-1726-

2002 .................................................................................................................................... 68 Gambar 92. Hasil analisis stabilitas bendungan pada lokasi P 30 dengan beban gempa secara statik

yang mengacu pada SNI-1726-2002 .................................................................................. 69 Gambar 93. Hasil analisis statik pada lokasi P 30 menggunakan QUAKE/W dengan acuan RSNI-1726

-2010 .................................................................................................................................. 70

Gambar 94. Relative displacement untuk analisis statik pada lokasi P 30 dengan acuan RSNI-1726 -2010 .................................................................................................................................. 70

Gambar 95. Hasil analisis stabilitas bendungan pada lokasi P 30 dengan beban gempa secara statik yang mengacu pada RSNI-1726-2010 ................................................................................ 71

Gambar 96. Hasil analisis stabilitas bendungan pada lokasi P 30 dengan beban gempa secara statik yang mengacu pada Pd T-14-2004-A dengan periode ulang 50 tahun ............................... 72

vii

Gambar 97. Hasil analisis stabilitas bendungan pada lokasi P 30 dengan beban gempa secara statik yang mengacu pada Pd T-14-2004-A dengan periode ulang 100 tahun ............................. 72

Gambar 98. Hasil pemodelan analisis dinamik pada lokasi P 30 menggunakan QUAKE/W ................. 73 Gambar 99. Hasil analisis dinamik pada lokasi P 30 menggunakan QUAKE/W dengan acuan SNI-1726

-2002 .................................................................................................................................. 73

Gambar 100. Relative displacement untuk analisis dinamik pada lokasi P 30 dengan acuan SNI-1726-2002 ................................................................................................................................. 74

Gambar 101. Hasil analisis stabilitas bendungan pada lokasi P 30 dengan beban gempa secara dinamik

yang mengacu pada SNI-1726-2002................................................................................ 75 Gambar 102. Hasil analisis dinamik pada lokasi P 30 menggunakan QUAKE/W dengan acuan RSNI-

1726-2010 ........................................................................................................................ 75 Gambar 103. Relative displacement untuk analisis dinamik pada lokasi P 30 dengan acuan RSNI-1726-

2010 ................................................................................................................................. 76 Gambar 104. Hasil analisis stabilitas bendungan pada lokasi P 30 dengan beban gempa secara dinamik

yang mengacu pada RSNI-1726-2010 ............................................................................. 77

viii

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 1. Data material pada Bendungan Krenceng ................................................................................ 24 Tabel 2. Percepatan gempa dasar untuk berbagai periode ulang ............................................................ 34 Tabel 3. Faktor koreksi pengaruh jenis tanah setempat ......................................................................... 34 Tabel 4. Data displacement pada lokasi P 10 dengan beban gempa sesuai SNI-1726-2002 .................. 55 Tabel 5. Data displacement pada lokasi P 10 dengan beban gempa sesuai RSNI-1726-2010 ............... 57 Tabel 6. Data displacement pada lokasi P 12 dengan beban gempa sesuai SNI-1726-2002 .................. 64 Tabel 7. Data displacement pada lokasi P 12 dengan beban gempa sesuai RSNI-1726-2010 ............... 66 Tabel 8. Data displacement pada lokasi P 30 dengan beban gempa sesuai SNI-1726-2002 .................. 74 Tabel 9. Data displacement pada lokasi P 30 dengan beban gempa sesuai RSNI-1726-2010 ............... 76 Tabel 10. Hasil analisis safety factor dan displacement pada lokasi P 10 .............................................. 77 Tabel 11. Hasil analisis safety factor dan displacement pada lokasi P 12 .............................................. 78 Tabel 12. Hasil analisis safety factor dan displacement pada lokasi P 30 .............................................. 78

ix

DAFTAR LAMPIRAN Halaman

Lampiran 1. Diagram alir tahapan penelitian. 83

1

I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kota Cilegon merupakan kota yang terletak di wilayah barat Jawa di mana kegiatan dalam sektor industri mencakup 20% dari seluruh wilayah kota tersebut dan memberikan kontribusi sebesar 64% terhadap pembangunan ekonomi. Pada tahun 1992, jumlah penduduk kota Cilegon sebesar 232,248 jiwa, sedangkan pada 2002 meningkat hingga sebanyak 309,097 jiwa. Pertumbuhan jumlah penduduk setiap tahun yang sebesar 2,64% ini mengakibatkan kebutuhan air yang meningkat pula, sehingga pasokan air bersih sangat dibutuhkan dalam jumlah yang besar. PT Krakatau Tirta Industri (PT. KTI) merupakan salah satu perusahaan yang menyediakan air bersih di kawasan Cilegon dengan kapasitas terpasang sebesar 2000 lt/det yang bersumber dari sungai Cidanau yang mengalir pada DAS Cidanau. Sebagai salah satu perusahaan dalam penyedia air baku, PT. KTI memiliki kontribusi yang besar dalam penyuplaian air di seluruh wilayah Cilegon, termasuk sektor domestik.

Selain permintaan jumlah air yang besar pada sektor domestik, permintaan pasokan air bersih dari sektor industri terus meningkat. Saat ini telah dibangun berbagai industri baru pada wilayah perindustrian Cilegon di kawasan KIEC (Krakatau Industrial Estate Cilegon), yang tentu saja akan membutuhkan pasokan air bersih tambahan. Selain itu, PT Krakatau Steel merencanakan pembangunan fasilitas iron making baru berupa Blast Furnace Complex dengan kapasitas 1,2 juta ton per tahun, serta pembangunan pabrik baru yang bekerja sama dengan Pohang Iron Steel Corporation (POSCO). Kerja sama ini direncanakan pula akan membangun pabrik integrated steel mill (ISM), di mana seluruh proyek pembangunan dan pengembangan ini akan membutuhkan pasokan air, listrik, dan kegiatan logistik yang besar.

Kapasitas produksi air baku yang sebesar 2000 lt/det oleh PT. KTI tersebut masih kurang dalam memenuhi kebutuhan seluruh permintaan air bersih seluruh sektor di Cilegon. Pada musim kering kapasitas terpasang Sungai Cidanau hanya sebesar 1375 lt/det, sehingga air bersih yang dapat diproduksi sepanjang tahun tidak lebih dari 1375 lt/det. Jika memperhitungkan air baku yang tersimpan di Waduk Krenceng maka air baku yang berasal dari sungai Cidanau dan Waduk Krenceng saat ini hanya dapat menyediakan air baku sebesar 1515 lt/det. Walaupun demikian, hal ini masih kurang dari permintaan kapasitas air baku yaitu sebesar 600 lt/det. Untuk mengatasi masalah tersebut, Waduk Nadra Krenceng yang semula mempunyai volume sebesar 3 juta m3 kini sudah dikeruk dan sekarang mempunyai volume 5 juta m3. Akan tetapi hal ini menimbulkan pertanyaan apakah volume waduk yang sekarang mampu ditopang oleh struktur bendungan dan masih memenuhi safety factor yang diizinkan. Berdasarkan letak geografis kota Cilegon yang masuk dalam kategori wilayah rawan gempa (wilayah 4 dalam SNI-1726-2002), perlu adanya kajian mengenai ketahanan struktur bendungan terhadap beban gempa terlebih dengan kondisi muka air yang baru pada bendungan tersebut, karena dikhawatirkan apabila tidak memenuhi safety factor bendungan akan mengalami keruntuhan dan mengakibatkan kerugian yang cukup besar. Dengan adanya revisi dari peraturan gempa RSNI -1726-2005 menjadi RSNI -1726-2010 maka dapat dilakukan analisis kesesuaian struktur bendungan terhadap ketahanan gempa yang mengacu pada standar terbaru yang berlaku. Selain itu

2

digunakan juga pedoman konstruksi dan bangunan yang dikeluarkan oleh Departemen Permukiman dan Prasarana Wilayah tentang analisis stabilitas bendungan tipe urugan akibat beban gempa (Pd T-14-2004-A) untuk menambah referensi tentang perhitungan beban gempa pada jenis bendungan urugan (embankment).

1.2 Tujuan Penelitian 1. Melakukan analisis struktur bendungan dengan menggunakan program Geo-Studio 2007 dan

SAP 2000. 2. Melakukan analisis struktur terhadap beban gempa yaitu dengan acuan SNI-1726-2002,

RSNI-1726-2010 dan pedoman konstruksi dan bangunan yang dikeluarkan oleh Departemen Permukiman dan Prasarana Wilayah tentang analisis stabilitas bendungan tipe urugan akibat beban gempa (Pd T-14-2004-A).

3

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Bendungan

Menurut Tanev (2005) bendungan atau dam adalah konstruksi yang dibangun untuk menahan laju air menjadi waduk, danau, atau tempat rekreasi. Seringkali bendungan juga digunakan untuk mengalirkan air ke sebuah Pembangkit Listrik Tenaga Air. Beberapa dam juga memiliki bagian yang disebut pintu air untuk membuang air yang tidak diinginkan secara bertahap atau berkelanjutan.

Bendungan (dam) dan bendung (weir) sebenarnya merupakan struktur yang berbeda. Bendung (weir) adalah struktur bendungan berkepala rendah (lowhead dam), yang berfungsi untuk menaikkan muka air, biasanya terdapat di sungai. Air sungai yang permukaannya dinaikkan akan melimpas melalui puncak/mercu bendung (overflow) dapat digunakan sebagai pengukur kecepatan aliran air di saluran/sungai. Di negara dengan sungai yang cukup besar dan deras alirannya, serangkaian bendung dapat dioperasikan membentuk suatu sistem transportasi air.

Bendungan (dam) dapat diklasifikasikan menurut struktur, tujuan atau ketinggian. Berdasarkan struktur dan bahan yang digunakan, bendungan dapat diklasifikasikan sebagai dam kayu, dam tanah (embankment dam) atau dam batu/semen (masonry dam), dengan berbagai subtipenya. Tujuan dibuatnya termasuk menyediakan air untuk irigasi atau penyediaan air di perkotaan, meningkatkan navigasi, menghasilkan tenaga hidroelektrik, menciptakan tempat rekreasi atau habitat untuk ikan dan hewan lainnya, pencegahan banjir dan menahan pembuangan dari tempat industri seperti pertambangan atau pabrik.

2.1.1 Komponen bendungan

Komponen bendungan terdiri dari (Tanev ,2005) : 1. Badan bendungan (body of dams)

Badan bendungan adalah tubuh bendungan yang berfungsi sebagai penghalang air. Bendungan umumnya memiliki tujuan untuk menahan air, sedangkan struktur lain seperti pintu air atau tanggul digunakan untuk mengelola atau mencegah aliran air ke dalam daerah tanah yang spesifik. Kekuatan air memberikan listrik yang disimpan dalam pompa air dan ini dimanfaatkan untuk menyediakan listrik bagi jutaan konsumen. 2. Pondasi (foundation)

Pondasi adalah bagian dari bendungan yang berfungsi untuk menjaga kokohnya bendungan. 3. Pintu air (gates)

Pintu air digunakan untuk mengatur, membuka dan menutup aliran air di saluran baik yang terbuka maupun tertutup. Bagian yang penting dari pintu air adalah :

a. Daun pintu (gate leaf), adalah bagian dari pintu air yang menahan tekanan air dan dapat digerakkan untuk membuka , mengatur dan menutup aliran air.

b. Rangka pengatur arah gerakan (guide frame), adalah alur dari baja atau besi yang dipasang masuk ke dalam beton yang digunakan untuk menjaga agar gerakan dari daun pintu sesuai dengan yang direncanakan.

4

c. Angker (anchorage), adalah baja atau besi yang ditanam di dalam beton dan digunakan untuk menahan rangka pengatur arah gerakan agar dapat memindahkan muatan dari pintu air ke dalam konstruksi beton.

d. Hoist, adalah alat untuk menggerakkan daun pintu air agar dapat dibuka dan ditutup dengan mudah.

4. Bangunan pelimpah (spill way) Bangunan Pelimpah (spill way) adalah bangunan beserta instalasinya untuk mengalirkan air

banjir yang masuk ke dalam waduk agar tidak membahayakan keamanan bendungan. Bagian-bagian penting dari bangunan pelimpah :

a. Saluran pengarah dan pengatur aliran (control structures), digunakan untuk mengarahkan dan mengatur aliran air agar kecepatan alirannya kecil tetapi debit airnya besar.

b. Saluran pengangkut debit air (saluran peluncur, chute, discharge carrier, flood way), makin tinggi bendungan, makin besar perbedaan antara permukaan air tertinggi di dalam waduk dengan permukaan air sungai di sebelah hilir bendungan. Apabila kemiringan saluran pengangkut debit air dibuat kecil, maka ukurannya akan sangat panjang dan berakibat bangunan menjadi mahal. Oleh karena itu, kemiringannya terpaksa dibuat besar, dengan sendirinya disesuaikan dengan keadaan topografi setempat.

c. Bangunan peredam energy (energy dissipator), digunakan untuk menghilangkan atau setidak-tidaknya mengurangi energi air agar tidak merusak tebing, jembatan, jalan, bangunan dan instalasi lain di sebelah hilir bangunan pelimpah.

5. Kanal (canal) Kanal (canal) digunakan untuk menampung limpahan air ketika curah hujan tinggi.

6. Reservoir Reservoir digunakan untuk menampung/menerima limpahan air dari bendungan. 7. Stilling basin

Stilling basin memiliki fungsi yang sama dengan energy dissipater. 8. Katup (kelep, valves) Katup (kelep, valves) fungsinya sama dengan pintu air biasa, hanya dapat menahan tekanan yang lebih tinggi (pipa air, pipa pesat dan terowongan tekan). Merupakan alat untuk membuka, mengatur dan menutup aliran air dengan cara memutar, menggerakkan kea rah melintang atau memenjang di dalam saluran airnya. 9. Drainage gallery Drainage gallery digunakan sebagai alat pembangkit listrik pada bendungan.

2.1.2 Fungsi Bendungan

Fungsi bendungan adalah sebagai berikut (Tanev,2005): 1. Pembangkit listrik tenaga air. Banyak negara memiliki sungai dengan aliran air yang memadai,

yang dapat dibendung dan dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik. 2. Untuk Menstabilkan aliran air/irigasi: Bendungan sering digunakan untuk mengontrol dan

menstabilkan aliran air, untuk pertanian tujuan dan irigasi. Mereka dapat membantu menstabilkan atau mengembalikan tingkat air danau dan laut pedalaman. Mereka menyimpan air untuk minum dan kebutuhan manusia secara langsung.

5

3. Untuk Pencegahan banjir: Bendungan diciptakan untuk pengendalian banjir. 4. Untuk Reklamasi: Bendungan (sering disebut tanggul-tanggul atau tanggul) digunakan untuk

mencegah masuknya air ke suatu daerah yang seharusnya dapat tenggelam, sehingga para reklamasi untuk digunakan oleh manusia.

5. Untuk Air pengalihan: Bendungan yang digunakan untuk tujuan hiburan.

2.2 Analisis Kestabilan Bendungan Tipe Urugan (Embankment) Menurut Pangular (1985) analisis kestabilan bendungan tipe urugan memiliki cara yang sama

dengan analisis kestabilan lereng. Analisis kestabilan lereng banyak dikenal, tetapi secara garis besar dapat dibagi menjadi tiga kelompok yaitu: cara pengamatan visual, komputasi dan grafik.

Analisis kestabilan lereng dengan cara pengamatan visual adalah cara dengan mengamati langsung di lapangan dengan membandingkan kondisi lereng yang bergerak atau diperkirakan bergerak dan yang tidak, cara ini memperkirakan lereng labil maupun stabil dengan memanfaatkan pengalaman dilapangan. Akan tetapi cara ini dinilai kurang teliti, karena tergantung dari pengalaman seseorang. Cara ini dipakai bila tidak ada resiko longsor terjadi saat pengamatan dan dilakukan dengan memetakan indikasi gerakan tanah dalam suatu peta lereng.

Cara komputasi dilakukan dengan melakukan hitungan berdasarkan rumus (Fellenius, Bishop, Janbu, Sarma, Bishop modified dan lain-lain). Cara Fellenius dan Bishop menghitung faktor keamanan lereng dan dianalisis kekuatannya. Menurut Bowles (1989), pada dasarnya kunci utama gerakan tanah adalah kuat geser tanah yang dapat terjadi: (a) tak terdrainase, (b) efektif untuk beberapa kasus pembebanan, (c) meningkat sejalan peningkatan konsolidasi (sejalan dengan waktu) atau dengan kedalaman, (d) berkurang dengan meningkatnya kejenuhan air (sejalan dengan waktu) atau terbentuknya tekanan pori yang berlebih atau terjadi peningkatan air tanah. Dalam menghitung besar faktor keamanan lereng dalam analisis lereng tanah melalui metoda sayatan, hanya longsoran yang mempunyai bidang gelincir saya yang dapat dihitung.

Cara grafik dilakukan menggunakan grafik yang sudah standar (Taylor, Hoek & Bray, Janbu, Cousins dan Morganstren). Cara ini dilakukan untuk material homogen dengan struktur sederhana. Material yang heterogen (terdiri atas berbagai lapisan) dapat didekati dengan penggunaan rumus (cara komputasi). Stereonet, misalnya diagram jaring Schmidt (Schmidt Net Diagram) dapat menjelaskan arah longsoran atau runtuhan batuan dengan cara mengukur strike/dip kekar-kekar (joints) dan strike/dip lapisan batuan.

Menurut Sowers (1975), tipe longsoran terbagi kedalam 3 bagian berdasarkan kepada posisi bidang gelincirnya, yaitu longsoran kaki lereng (toe failure), longsoran muka lereng (face failure), dan longsoran dasar lereng (base failure). Longsoran kaki lereng umumnya terjadi pada lereng yang relatif agak curam (>450) dan tanah penyusunnya relatif mempunyai nilai sudut geser dalam yang besar (>300). Longsoran muka lereng biasa terjadi pada lereng yang mempunyai lapisan keras (hard layer), dimana ketinggian lapisan keras ini melebihi ketinggian kaki lerengnya, sehingga lapisan lunak yang berada di atas lapisan keras berbahaya untuk longsor. Longsoran dasar lereng biasa terjadi pada lereng yang tersusun oleh tanah lempung, atau bisa juga terjadi pada lereng yang tersusun oleh beberapa lapisan lunak (soft seams).

6

2.2.1 Metode Fellenius

Ada beberapa metode komputasi untuk menganalisis kestabilan lereng, yang paling umum digunakan ialah metode irisan yang dicetuskan oleh Fellenius (1939) dalam Baker (1978). Metode ini banyak digunakan untuk menganalisis kestabilan lereng yang tersusun oleh tanah, dan bidang gelincirnya berbentuk busur (arc-failure).

Perhitungan stabilitas lereng dengan metode Fellenius dilakukan dengan membagi massa longsoran menjadi segmen-segmen seperti contoh pada Gambar 1. Dimana Wi adalah berat segmen tanah (kN/m),li adalah panjang busur lingkaran pada segmen yang dihitung (m), xi adalah jarak horisontal dari pusat gelincir ke titik segmen (m), dan R adalah jari-jari lingkaran keruntuhan.

Gambar 1. Analisis kestabilan lereng menggunakan metode Fellenius

Untuk tanah kohesif (=0), maka :

(1)

Dimana: Cu = kuat geser tanah tak terdrainase = sudut antara bidang horizontal dengan garis kerja kohesi L = panjang total busur gelincir

(2)

= sudut busur lingkaran gelincir

Untuk tanah c- , maka:

(3)

Dimana : C = kuat geser tanah W = berat segmen tanah

7

Metode Fellenius dapat digunakan pada lereng-lereng dengan kondisi isotropis, non isotropis dan berlapis-lapis. Massa tanah yang bergerak diandaikan terdiri atas beberapa elemen vertikal. Lebar elemen dapat dambil tidak sama dan sedemikian sehingga lengkung busur di dasar elemen dapat dianggap garis lurus.

Berat total tanah/ batuan pada suatu elemen (W) termasuk beban luar yang bekerja pada permukaan lereng (Gambar 2a dan 2b) Wt, diuraikan dalam komponen tegak lurus dan tangensial pada dasar elemen sehingga pengaruh gaya T dan E yang disamping elemen dapat diabaikan. Faktor keamanan adalah perbandingan momen penahan longsor dan penyebab longsor. Pada gambar momen tahanan geser pada bidang longsor adalah :

Mpenahan = R . r

(4)

Dimana : R = gaya geser r = jari-jari bidang longsor

Tahanan geser pada dasar tiap elemen adalah :

R = S . b = b (c + tan ) (5)

Dimana : b = lebar irisan

= .cos (6)

Momen penahan yang ada sebesar :

Mpenahan = r (cb + Wt cos tan )

(7)

Komponen tangensial Wt, yang bekerja sebagai penyebab longsoran yang menimbulkan momen penyebab sebesar:

Mpenyebab = (Wt sin ) . r

(8)

Faktor keamanan dari lereng menjadi :

(9)

8

Jika lereng terendam air atau jika muka air tanah diatas kaki lereng, maka tekanan air pori akan bekerja pada dasar elemen yang ada di bawah air tesebut. Dalam hal ini tahanan geser harus diperhitungkan yang efektif sedangkan gaya penyebabnya tetap diperhitungkan secara total, sehingga rumus menjadi:

(10)

Dimana : u = tegangan air pori di dasar bidang longsoran.

Persamaan di atas dapat dijelaskan dalam Gambar 2 :

(a) (b) Gambar 2. (a) Model irisan pada lereng. (b) Penguraian gaya gaya dalam metode Fellenius.

2.2.2 Metode Bishop

Metode ini pada dasarnya sama dengan metode Swedia, tetapi dengan memperhitungkan gaya-gaya antar irisan yang ada. Metode Bishop mengasumsikan bidang longsor berbentuk busur lingkaran. Pertama yang harus diketahui adalah geometri dari lereng dan juga titik pusat busur lingkaran bidang luncur, serta letak rekahan. Untuk menentukan titik pusat busur lingkaran bidang luncur dan letak rekahan pada longsoran busur dipergunakan grafik.

Metode Bishop yang disederhanakan merupakan metode yang sangat popular dalam analisis kestabilan lereng dikarenakan perhitungannya yang sederhana, cepat dan memberikan hasil perhitungan faktor keamanan yang cukup teliti. Kesalahan metode ini apabila dibandingkan dengan metode lainnya yang memenuhi semua kondisi kesetimbangan seperti metode Spencer atau metode kesetimbangan batas umum, jarang lebih besar dari 5 %. Metode ini sangat cocok digunakan untuk pencarian secara otomatis bidang runtuh kritis yang berbentuk busur lingkaran untuk mencari faktor keamanan minimum.

Metode Bishop sendiri memperhitungkan komponen gaya gaya (horisontal dan vertikal) dengan memperhatikan keseimbangan momen dari masing masing potongan, seperti pada Gambar 3 metode ini dapat digunakan untuk menganalisa tegangan efektif.

9

Gambar 3. Analisis stabilitas lereng menggunakan metode Bishop.

Faktor keamanan dari Metode Bishop :

Dimana: W = berat segmen tanah cb = kohesi tanah = sudut antara bidang horisontal dengan garis kerja kohesi = sudut gesek dalam = kemiringan lereng

Cara analisa Bishop (1955) dalam dalam Baker (1978) menggunakan cara elemen dimana gaya yang bekerja pada tiap elemen ditunjukan pada gambar seperti pada Gambar 4. Persyaratan keseimbangan diterapkan pada elemen yang membentuk lereng tersebut. Faktor keamanan terhadap longsoran didefinisikan sebagai perbandingan kekuatan geser maksimum yang dimiliki tanah di bidang longsor (Stersedia) dengan tahanan geser yang diperlukan untuk keseimbangan (Sperlu).

Gambar 4. Penguraian gaya gaya dalam metode Bishop.

(11)

10

Dimana : W = berat tanah dan beban di atasnya yang lain bila ada N = N + ul N = Gaya normal total N = Gaya normal efektif ul = Gaya akibat tekanan air pori u = Tekanan air pori yang bekerja di dasar potongan sebesar W

FK =

1 . ( + tan ) sin

(12)

FK = .

(13)

Bila kekuatan geser tanah adalah :

Stersedia = c + ( ) tan = c + tan

(14)

maka tahanan geser yang diperlukan untuk keseimbangan adalah :

Sperlu = 1 c + ( ) tan

(15)

Harga m.a dapat ditentukan dari Gambar 5 . Cara penyelesaiannya merupakan coba ulang (trial and errors) harga faktor keamanan FK di ruas kiri persamaan faktor keamanan di atas, dengan menggunakan Gambar 5 untuk mempercepat perhitungan.

Gambar 5. Harga m.a untuk persamaan Bishop.

Faktor keamanan menurut cara ini menjadi tidak sesuai dengan kenyataan, terlalu besar, bila sudut negatif (-) di lereng paling bawah mendekati 300 . Kondisi ini bisa timbul bila lingkaran longsor sangat

11

dalam atau pusat rotasi yang diandalkan berada dekat puncak lereng. Faktor keamanan yang didapat dari cara Bishop ini lebih besar dari yang didapat dengan cara Fellenius.

2.2.3 Metode Janbu

- Metode ini digunakan untuk menganalisis lereng yang bidang longsornya tidak berbentuk busur lingkaran.

- Bidang longsor pada analisis metode janbu ditentukan berdasarkan zona lemah yang terdapat pada massa batuan atau tanah.

- Cara lain yaitu dengan mengasumsikan suatu faktor keamanan tertentu yang tidak terlalu rendah. Kemudian melakukan perhitungan beberapa kali untuk mendapatkan bidang longsor yang memiliki faktor keamanan terendah.

Metode Janbu, untuk tanah berbutir kasar :

Qp = Ap (c . Nc + q . Nq)

(16)

Dimana : c = kohesi tanah (kN/m2) Nc, Nq = faktor daya dukung ujung tiang berdasarkan tabel Janbu

untuk memudahkan mencari Nc dan Nq dapat menggunakan grafik pada Gambar 6. Janbu (1945) dalam Baker (1978) mengembangkan suatu cara analisa kemantapan lereng yang dapat diterapkan untuk semua bentuk bidang longsor (Gambar 7 dan 8)

Gambar 6. Faktor daya dukung izin dengan sudut geser dalam.

12

Gambar 7. Analisa kemantapan lereng Janbu.

Gambar 8. Sistem gaya pada suatu elemen menurut cara Janbu.

Keadaan keseimbangan untuk setiap elemen dan seluruh massa yang longsor mengikuti persamaan di bawah ini:

S sin + N cos = W, dimana T = 0

(17)

( -S cos + N sin ) = -Q dimana E + Q = 0

(18)

Kriteria kemantapan lereng menggunakan rumus yang terakhir. Berdasarkan kriteria keruntuhan Coloumb, faktor keamanan dapat dikutip dengan rumus :

(19)

Dimana : = cos 2 ( 1 + tan tan /F )

13

Dari kondisi momen keseimbangan diperoleh :

T = -tan E

EX = ~

Keadaan keseimbangan setiap potongan menghasilkan :

Tx = -tan t ( )0

Cara perhitungan : Pada rumus yang dipakai terdapat besaran t yang tidak diketahui apabila kondisi tegangan tidak

diketahui. Meskipun demikian dengan membuat asumsi kedudukan gaya yang bekerja, harga yang cukup teliti dari Tx dapat diperoleh dari rumus. Harga To dan Fo dihitung untuk kondisi t = 0 , dari harga To dapat diperoleh d To/dx dan apabila disubtitusi ke rumus akan diperoleh harga TI dan FI dan harga seterusnya.

2.3 Gempa Bumi

Menurut Chopra (1995) Gempa bumi adalah suatu peristiwa alam dimana terjadi getaran pada permukaan bumi akibat adanya pelepasan energi secara tiba-tiba dari pusat gempa. Energi yang dilepaskan tersebut merambat melalui tanah dalam bentuk gelombang getaran. Gelombang getaran yang sampai ke permukaan bumi disebut gempa bumi.

2.3.1 Penyebab Terjadinya Gempa

Banyak teori yang telah dikemukan mengenai penyebab terjadinya gempa bumi. Sebab-sebab terjadinya gempa adalah sebagai berikut (Chopra ,1995):

1. Runtuhnya gua-gua besar yang berada di bawah permukaan tanah. Namun, kenyataannya keruntuhan yang menyebabkan terjadinya gempa bumi tidak pernah terjadi.

2. Tabrakan meteor pada permukaan bumi. Bumi merupakan salah satu planet yang ada dalam susunan tata surya. Dalam tata surya kita terdapat ribuan meteor atau batuan yang bertebaran mengelilingi orbit bumi. Sewaktu-waktu meteor tersebut jatuh ke atmosfir bumi dan kadang-kadang sampai ke permukaan bumi. Meteor yang jatuh ini akan menimbulkan getaran bumi jika massa meteor cukup besar. Getaran ini disebut gempa jatuhan, namun gempa ini jarang sekali terjadi. Kejadian ini sangat jarang terjadi dan pengaruhnya juga tidak terlalu besar.

3. Letusan gunung berapi. Gempa bumi ini terjadi akibat adanya aktivitas magma, yang biasa terjadi sebelum gunung api meletus. Gempa bumi jenis ini disebut gempa vulkanik dan jarang terjadi bila dibandingkan dengan gempa tektonik. Ketika gunung berapi meletus maka getaran dan goncangan letusannya bisa terasa sampai dengan sejauh 20 mil. Sejarah mencatat, di Indonesia pernah terjadi letusan gunung berapi yang sangat dahsyat pada tahun 1883 yaitu meletusnya Gunung Krakatau yang berada di Jawa barat. Letusan ini menyebabkan goncangan dan bunyi yang terdengar sampai sejauh 5000 Km. Letusan tersebut juga

14

menyebabkan adanya gelombang pasang Tsunami setinggi 36 meter dilautan dan letusan ini memakan korban jiwa sekitar 36.000 orang. Gempa ini merupakan gempa mikro sampai menengah, gempa ini umumnya berkekuatan kurang dari 4 skala Richter.

4. Kegiatan tektonik. Semua gempa bumi yang memiliki efek yang cukup besar berasal dari kegiatan tektonik. Gaya-gaya tektonik biasa disebabkan oleh proses pembentukan gunung, pembentukan patahan, gerakan-gerakan patahan lempeng bumi, dan tarikan atau tekanan bagian-bagian benua yang besar. Gempa ini merupakan gempa yang umumnya berkekuatan lebih dari 5 skala Richter.

Dari berbagai teori yang telah dikemukakan, maka teori lempeng tektonik inilah yang dianggap

paling tepat. Teori ini menyatakan bahwa bumi diselimuti oleh beberapa lempeng kaku keras (lapisan litosfer) yang berada di atas lapisan yang lebih lunak dari litosfer dan lempemg-lempeng tersebut terus bergerak dengan kecepatan 8 km per tahun sampai 12 km per tahun. Pergerakan lempengan-

lempengan tektonik ini menyebabkan terjadinya penimbunan energi secara perlahan-lahan. Gempa tektonik kemudian terjadi karena adanya pelepasan energi yang telah lama tertimbun tersebut.

Daerah yang paling rawan gempa umumnya berada pada pertemuan lempeng-lempeng tersebut.

Pertemuan dua buah lempeng tektonik akan menyebabkan pergeseran relatif pada batas lempeng

tersebut, yaitu:

1. Subduction, yaitu peristiwa dimana salah satu lempeng mengalah dan dipaksa turun ke bawah. Peristiwa inilah yang paling banyak menyebabkan gempa bumi.

2. Extrusion, yaitu penarikan satu lempeng terhadap lempeng yang lain. 3. Transcursion, yaitu terjadi gerakan vertikal satu lempeng terhadap yang lainnya. 4. Accretion, yaitu tabrakan lambat yang terjadi antara lempeng lautan dan lempeng benua.

2.3.2 Parameter Dasar Gempa Bumi

Beberapa parameter dasar gempa bumi (Chopra,1995), yaitu: 1. Hypocenter, yaitu tempat terjadinya gempa atau pergeseran tanah di dalam bumi. 2. Epicenter, yaitu titik yang diproyeksikan tepat berada di atas hypocenter pada permukaan

bumi. 3. Bedrock, yaitu tanah keras tempat mulai bekerjanya gaya gempa. 4. Ground acceleration, yaitu percepatan pada permukaan bumi akibat gempa bumi. 5. Amplification factor, yaitu faktor pembesaran percepatan gempa yang terjadi pada permukaan

tanah akibat jenis tanah tertentu.

Skala gempa, yaitu suatu ukuran kekuatan gempa yang dapat diukur dengan secara kuantitatif

dan kualitatif. Pengukuran kekuatan gempa secara kuantitatif dilakukan pengukuran dengan skala Richter yang umumnya dikenal sebagai pengukuran magnitudo gempa bumi. Magnitudo gempa bumi

adalah ukuran mutlak yang dikeluarkan oleh pusat gempa. Pendapat ini pertama kali dikemukakan

oleh Richter dengan besar antara 0 sampai 9. Selama ini gempa terbesar tercatat sebesar 8,9 skala Richter terjadi di Columbia tahun 1906. Pengukuran kekuatan gempa secara kualitatif yaitu dengan

15

melihat besarnya kerusakan yang diakibatkan oleh gempa. Kerusakan tersebut dapat dikatakan sebagai intensitas gempa bumi.

2.3.3 Jenis jenis gelombang gempa Gelombang gempa (seismic waves) adalah gelombang-gelombang yang menjalar di bumi,

biasanya dihasilkan oleh gempa tektonik. Walaupun bisa juga gelombang ini muncul karena ledakan buatan, misalnya akibat percobaan bom nuklir bawah tanah. Secara umum gelombang gempa

dikategorikan menjadi Body Wave dan Survace Wave (Tim pembina olimpiade kebumian Indonesia,2010). 1. Body Wave

Body Wave adalah gelombang yang merambat di interior bumi. Terdiri atas :

a. P-Wave/Compressional Wave/Gelombang primer, yang memiliki ciri-ciri sebagai berikut:

Gambar 9. Ilustrasi Gelombang P-Wave/Compressional Wave/Gelombang primer

- Gelombang longitudinal (arah gerak partikel searah dengan arah rambatan). - Kecepatan 330 m/det di udara, 1450 m/det di air, dan sekitar 5000m/det di granit. - Bisa merambat di segala jenis medium (padat,cair dan gas). - Relatif paling kecil dampak kerusakaannya dibandingkan dengan S-Wave dan Surface Wave

yang sangat merusak.

- Amplitudo kecil.

b. S-Wave/Shear Wave/Gelombang sekunder, yang memiliki ciri-ciri sebagai berikut:

Gambar 10. Ilustrasi gelombang S-Wave/Shear Wave/Gelombang sekunder.

16

- Gelombang transversal (arah gerak partikel tegak lurus dengan arah rambatan). - Kecepatan 60% dari P-Wave. - Hanya bisa merambat di medium padat saja. - Efek merusak lebih besar dari P-Wave.

- Amplitudo lebih besar dai P-Wave. 2. Surface Wave

Surface Wave adalah gelombang yang merambat di sepanjang permukaan bumi. Terdiri atas: a. Love Wave

Gambar 11. Ilustrasi Love Wave.

- Gelombang transversal (arah gerak partikel tegak lurus dengan arah rambatan). - Kecepatan 70% dari S-Wave.

- Paling merusak, terutama di daerah dekat episentrum.

- Getaran yang dirasakan manusia pertama kali. - Ditemukan oleh A.E.H Love pada 1911.

b. Rayleigh Wave

Gambar 12. Ilustrasi Rayleigh Wave.

- Gerakan eliptik retrograde/ ground rolling (tanah memutar ke belakang tapi secara umum gelombangnya merambat ke depan, analog dengan gelombang laut).

- Sedikit lebih cepat dari Love Wave (90% dari kecepatan S-Wave). - Ditemukan oleh Lord Rayleigh pada 1885.

17

2.3.4 Pengaruh Gempa terhadap Bangunan

Menurut Agus (2002) gempa mempunyai pengaruh yang cukup besar terhadap bangunan sehingga harus diperhitungkan dengan benar dalam perencanaan struktur tahan gempa dengan tingkat keamanan yang dapat diterima. Kekuatan dari gerakan tanah akibat gempa bumi pada beberapa tempat disebut intensitas gempa. Komponen-komponen dari gerakan tanah yang dicatat oleh alat pencatat gempa accelerograph untuk respons struktur adalah amplitudo, frekuensi, dan durasi. Selama terjadi gempa terdapat satu atau lebih puncak gerakan. Puncak ini merupakan efek maksimum dari gempa.

Selama terjadi gempa, bangunan mengalami perpindahan vertikal dan horizontal. Gaya gempa dalam arah vertikal hanya sedikit mengubah gaya gravitasi yang bekerja pada struktur yang umumnya direncanakan terhadap gaya vertikal dengan faktor keamanan yang cukup tinggi. Oleh sebab itu, struktur jarang runtuh akibat gaya gempa vertikal. Sebaliknya gaya gempa horizontal bekerja pada titik-titik yang lemah pada struktur yang tidak cukup kuat dan akan menyebabkan keruntuhan. Oleh karena itu, perancangan struktur tahan gempa adalah meningkatkan kekuatan struktur terhadap gaya horizontal yang umumnya tidak cukup.

Gerakan permukaan bumi menimbulkan gaya inersia pada struktur bangunan karena adanya kecenderungn massa bangunan (struktur) untuk mempertahankan dirinya. Besarnya gaya inersia mendatar (F) tergantung dari massa bangunan (m), percepatan permukaan a dan sifat struktur. Apabila bangunan dan pondasinya kaku, maka menurut hukum kedua Newton, percepatan yang ditimbulkan oleh gaya yang bekerja pada benda berbanding lurus dengan besar gayanya dan berbanding terbalik dengan massa benda. Akan tetapi dalam kenyataannya tidaklah demikian, karena semua struktur tidaklah benar-benar sebagai massa yang kaku tetapi fleksibel. Suatu bangunan bertingkat banyak dapat bergetar dengan berbagai bentuk karena gaya gempa yang dapat menyebabkan lantai pada berbagai tingkat mempunyai percepatan dalam arah yang berbeda-beda.

2.3.5 Tingkat Layanan

Perencanaan struktur atau bangunan yang baik mempunyai ketahanan terhadap gempa dengan tingkat keamanan yang memadai, struktur harus dirancang dapat memikul gaya gempa atau gaya horizontal. Struktur harus mempunyai tingkat layanan akibat gaya gempa yang terdiri dari (Agus,2002): 1. Serviceability

Serviceability diperhitungkan jika gempa dengan intensitas percepatan tanah yang kecil dalam waktu ulang yang besar mengenai suatu struktur, disyaratkan tidak mengganggu fungsi bangunan seperti aktivitas normal di dalam bangunan dan perlengkapan yang ada. Dengan kata lain, tidak dibenarkan terjadi kerusakan pada struktur baik pada komponen struktur maupun elemen non-struktur yng ada. Dalam perencanaan harus diperhatikan kontrol dan batas simpangan (drift) yang terjadi semasa gempa, serta menjamin kekuatan yang cukup bagi komponen struktur untuk menahan gaya gempa yang terjadi dan diharapkan struktur masih berperilaku elastik. 2. Kontrol kerusakan (damage control)

Kontrol kerusakan dilakukan jika struktur dikenai gempa dengan waktu ulang sesuai dengan umur rencana bangunan, maka struktur direncanakan untuk dapat menahan gempa ringan tanpa terjadi kerusakan pada komponen struktur ataupun non-struktur, dan diharapkan struktur masih dalam batas elastis.

18

3. Survival Survival yang dimaksud adalah jika terjadi gempa kuat yang mungkin terjadi pada umur rencana

bangunan membebani suatu struktur, maka struktur tersebut direncanakan untuk dapat bertahan dengan tingkat kerusakan yang besar tanpa mengalami keruntuhan (collapse). Tujuan utama dari keadaan batas ini adalah untuk menyelamatkan jiwa manusia.

2.3.6 Sifat Struktur

Sifat dari struktur yang menjadi syarat utama perencanaan bangunan tahan gempa adalah sebagai berikut (Agus,2002): 1. Kekuatan (strength)

Kekuatan dapat kita artikan sebagai ketahanan dari struktur atau komponen struktur atau bahan yang digunakan terhadap beban yang membebaninya. Perencanaan kekuatan suatu struktur tergantung pada maksud dan kegunaan struktur tersebut. 2. Daktilitas (ductility)

Kemampuan suatu struktur gedung untuk mengalami simpangan pasca-elastik yang besar secara berulang kali dan bolak-balik akibat beban gempa di atas beban gempa yang menyebabkan terjadinya pelelehan pertama, sambil mempertahankan kekuatan dan kekakuan yang cukup, sehingga struktur gedung tersebut tetap berdiri, walaupun sudah berada dalam kondisi di ambang keruntuhan. 3. Kekakuan (stiffness)

Deformasi akibat gaya lateral perlu dihitung dan dikontrol. Perhitungan yang dilakukan berhubungan dengan sifat kekakuan. Deformasi pada struktur dipengaruhi oleh besar beban yang bekerja. Hubungan ini merupakan prinsip dasar dari mekanika struktur, yaitu sifat geometri dan modulus elastisitas bahan. Kekakuan mempengaruhi besarnya simpangan pada saat terjadi gempa. Simpangan (drift) dapat diartikan sebagai perpindahan lateral relatif antara dua tingkat bangunan yang berdekatan atau dapat dikatakan simpangan mendatar tiap-tiap tingkat bangunan. Simpangan lateral dari suatu sistem struktur akibat beban gempa perlu ditinjau untuk menjamin kestabilan struktur, keutuhan secara arsitektural, potensi kerusakan komponen non-struktur, dan kenyamanan penghuni gedung pada saat terjadi gempa. Selain itu, besarnya simpangan dibatasi untuk mengurangi efek P-delta. Besarnya simpangan yang diperbolehkan diatur dalam peraturan perencanaan bangunan.

2.3.7 Metode Analisis Gaya Gempa

Metode analisis gempa yang digunakan untuk merencanakan bangunan tahan gempa dapat diklasifikasikan menjadi dua, yaitu analisis statik dan analisis dinamik (Chopra,1995). Dalam menganalisis perilaku struktur yang mengalami gaya gempa, semakin teliti analisis dilakukan, perencanaannya semakin ekonomis dan dapat diandalkan. Untuk bangunan satu tingkat dapat direncanakan hanya dengan menetapkan besarnya beban lateral yang dapat ditahan elemen struktur dan dengan mengikuti ketentuan-ketentuan dalam peraturan.

Untuk bangunan berukuran sedang, prosedur analisis dapat dilakukan dengan metode analisis statik sesuai dengan prosedur yang ditentukan dalam peraturan. Untuk bangunan yang besar dan mempunyai nilai kepentingan yang besar harus menggunakan metode analisis dinamik. Selain itu, analisis dinamik juga harus dilkakukan untuk struktur yang mempunyai kekakuan atau massa yang berbeda-beda tiap tingkatnya.

19

Pemilihan metode analisis antara analisis statik dan dinamik umumnya ditentukan dalam peraturan perencanan yang berlaku. Pemilihan metode analisis tergantung pada bangunan tersebut apakah termasuk struktur gedung beraturan atau tidak beraturan. Jika suatu bangunan termasuk struktur bangunan beraturan yang didefinisikan dalam peraturan perencanan, maka analisis gempa dilakukan dengan analisis statik. Sebaliknya, jika suatu struktur termasuk struktur bangunan tidak beraturan, maka analisis gempa dilakukan dengan cara dinamik.

2.3.7.1 Analisis Statik

Analisis statik dapat kita bagi menjadi dua jenis yaitu (Chopra,1995): 1. Analisis statik linear

Analisis statik nonlinear dapat digunakan untuk berbagai tujuan, di antaranya yaitu untuk menganalisis struktur yang mempunyai material dan geometri yang tidak linear, untuk membentuk kekakuan P-delta setelah analisis linear, untuk memeriksa konstruksi dengan perilaku material yang bergantung pada waktu, untuk melakukan analisis beban dorong statik dan lain-lain. Analisa beban dorong statik merupakan prosedur analisa untuk mengetahui perilaku keruntuhan suatu terhadap gempa. 2. Analisis statik nonlinear

Analisis statik nonlinear secara langsung menghitung redistribusi gaya-gaya dan deformasi yang terjadi pada struktur ketika mengalami respons inelastis. Oleh karena itu, analisis statik nonlinear lebih akurat daripada analisis statik linear. Namun, analisis statik nonlinear tidak dapat digunakan untuk menganalisis respons struktur bangunan tinggi yang fleksibel. Untuk itu, prosedur analisis dinamik nonlinear harus dilakukan untuk bangunan tinggi atau bangunan dengan ketidakteraturan dalam arah vertikal yang cukup besar.

2.3.7.2 Analisis Dinamik

Menurut Chopra (1995) gaya lateral yang bekerja pada struktur selama terjadi gempa tidak dapat dievaluasi secara akurat oleh metode analisis statik. Analisis dinamik dipakai untuk memperoleh hasil evaluasi yang lebih akurat dari gaya gempa dan perilaku struktur. Struktur yang didesain secara statik dapat ditentukan apakah struktur tersebut cukup aman berdasarkan hasil responsnya dengan analisis dinamik. Jika dari hasil respons tersebut struktur dinyatakan tidak aman, desain struktur tersebut harus dimodifikasi agar memenuhi syarat struktur tahan gempa. Proses perencanaan bangunan tahan gempa dapat dilihat pada Gambar 13. Analisis dinamik dapat kita bagi menjadi dua jenis yaitu: 1. Analisis dinamik linear

Respons elastis dari suatu struktur akibat gaya gempa dapat ditentukan dengan analisis model. Riwayat waktu dari respons tiap ragam karakteristik harus diperoleh terlebih dahulu dan kemudian dijumlahkan untuk memperoleh respons riwayat waktu dari kumpulan massa dengan sistem n derajat kebebasan. Prosedur ini dinamakan analisis riwayat waktu. Analisis respons dinamik riwayat waktu linear adalah suatu cara analisis untuk menentukan riwayat respons dinamik struktur gedung 3 dimensi yang berperilaku elastik penuh terhadap gerakan tanah akibat gempa rencana pada taraf pembebanan gempa nominal sebagai data masukan dimana respons dinamik dalam setiap interval waktu dihitung dengan metode integrasi langsung atau dapat juga melalui metode analisis ragam.

20

Analisis riwayat waktu tidak selamanya diperlukan karena sering kali hanya nilai maksimum respons yang diperlukan untuk perencanaan gempa. Dalam hal ini, nilai maksimum dari respons tiap ragam diperoleh dari desain spektra dan ditambahkan untuk menentukan respons maksimum dari keseluruhan sistem. Prosedur ini dinamakan analisis ragam spektrum respons. Analisis ragam spektrum respons adalah suatu cara analisis untuk menentukan respons dinamik struktur gedung beraturan 3 dimensi yang berperilaku secara elastik penuh terhadap pengaruh suatu gempa dimana respons dinamik total struktur gedung tersebut didapat sebagai hasil superposisi dari respons dinamik maksimum masing-masing ragamnya yang didapat melalui spectrum respons gempa rencana. Namun, metode ini tidak dapat digunakan jika ada ragam dimana periode getaran translasional atau torsional mendekati nilai periode alami. Dalam hal ini, harus digunakan integrasi langsung dari persaman geraknya. 2. Analisis dinamik nonlinear

Gaya gempa rencana, gaya dalam, dan perpindahan (displacement) dari sistem yang menggunakan prosedur analisis dinamik nonlinear ditentukan dengan analisis respons dinamik inelastis. Dengan analisis dinamik nonlinear, displacement yang direncanakan tidak ditentukan dengan target displacement tetapi ditentukan secara langsung melalui analisis dinamik dengan riwayat gerakan tanah (ground-motion histories). Analisis ini sangat dipengaruhi oleh terhadap asumsi dalam pemodelan dan gerakan tanah yang mewakilinya.

Analisis dinamik nonlinear mempunyai dasar-dasar, pendekatan dalam pemodelan, dan kriteria-kriteria yang hampir sama dengan prosedur untuk analisis statik nonlinear. Perbedaan utamanya yaitu perhitungan respons untuk analisis dinamik nonlinear ini menggunakan analisis riwayat waktu. Analisis respons dinamik riwayat waktu nonlinear adalah suatu cara analisis untuk menentukan riwayat waktu respons dinamik struktur gedung 3 dimensi yang berperilaku elastik penuh (linear) maupun elastoplastis (nonlinear) terhadap gerakan tanah akibat gempa rencana sebagai data masukan dimana respons dinamik dalam setiap interval waktu dihitung dengan metode integrasi langsung.

Gambar 13. Proses perencanaan bangunan tahan gempa.

21

2.4 Geo Studio 2007

Geo Studio Office adalah sebuah paket aplikasi untuk pemodelan geoteknik dan geo lingkungan. Software ini melingkupi SLOPE/W, SEEP/W, SIGMA/W,QUAKE/W,TEMP/W, dan CTRAN/W yang sifatnya terintegrasi sehingga memungkinkan untuk menggunakan hasil dari satu produk ke produk yang lain. Fitur ini cukup unik dan memberikan fleksibilitas untuk digunakan dalam menyeselasikan berbagai macam permasalahan geo teknik dan geo lingkungan.

SLOPE/W merupakan produk perangkat lunak untuk menghitung faktor keamanan tanah dan kemiringan batuan. Dengan SLOPE/W dapat dilakukan analisis masalah baik secara sederhana maupun kompleks dengan menggunakan salah satu dari delapan metode kesetimbangan batas untuk berbagai permukaan yang miring, kondisi tekan pori air, sifat tanah dan beban terkonsentrasi. Selain itu dapat juga digunakan elemen tekan pori air yang terbatas, tegangan statis atau tegangan dinamik pada analisis kestabilan lereng serta dapat juga dikombinasikan dengan analisis probabilistik.

SEEP/W adalah salah satu software yang digunakan untuk menganalisis rembesan air tanah, masalah kelebihan disipasi tekanan pori air. Dengan SEEP/W dapat dipertimbangkan analisis mulai dari masalah tingkat kejenuhan yang tetap sampai yang tidak jenuh tergantung dari masalah itu terjadi.

SIGMA/W adalah salah satu software yang digunakan untuk menganalisis tekanan geoteknik dan masalah masalah deformasi. Dengan SIGMA/W dapat dipertimbangkan analisis mulai dari masalah deformasi sederhana hingga masalah tekanan efektif lanjutan secara bertahap dengan menggunakan model konstitutif tanah seperti linear-elastis, anisotropik linier-elastik, nonlinier-elastis (hiperbolik), elastis-plastik atau Cam-clay. QUAKE/W adalah salah satu software yang digunakan untuk menganalisis gerakan dinamis dari struktur bumi hingga menyebabkan gempa bumi. QUAKE/W sangat cocok sekali untuk menganalisis perilaku dinamis dari bendungan timbunan tanah, tanah dan kemiringan batuan, daerah di sekitar tanah horizontal dengan potensi tekanan pori-air yang berlebih akibat gempa bumi.

TEMP/W adalah salah satu software yang digunakan untuk menganalisis masalah panas bumi. Software ini dapat menganalisis masalah konduksi tingkat panas yang tetap. Pengguna dapat mengontrol tingkat di mana panas diserap atau dibebaskan selama fase perubahan. Kondisi batas termal dapat ditentukan dari memasukan data iklim dan kondisi batas disediakan untuk thermosyphons dan pipa pembekuan.

CTRAN/W adalah salah satu software yang dalam penggunaannya berhubungan dengan SEEP/W untuk pemodelan transformasi kontaminasi. CTRAN/W dapat menganalisa masalah yang sederhana seperti pergerakan partikel dalam gerakan air atau serumit menganalisis proses yang melibatkan difusi, dispersi, adsorpsi, peluruhan radioaktif dan perbedaan massa jenis.

VADOSE/W adalah salah satu software yang berhubungan dengan lingkungan, permukaan tanah, zona vadose dan daerah air tanah lokal. Software ini dapat menganalisa masalah batas fluks seperti:

1. Rancangan dan memonitor performa satu atau lebih lapisan yang menutupi tambang dan fasilitas limbah rumah.

2. Menentukan iklim yang mengontrol distribusi tekanan pori-air pada lereng untuk digunakan dalam analisis stabilitas

3. Menentukan infiltrasi, evaporasi dn transpirasi dari proyek-proyek pertanian atau irigasi

22

2.5 Structure Analysis Program (SAP) 2000 Program SAP2000 merupakan pengembangan program SAP yang dibuat oleh Prof. Edward L. Wilson dari University of California at Berkeley,US sekitar tahun 1970. Untuk melayani keperluan komersial dari program SAP, pada tahun 1975 dibentuk perusahaan Computer & Structure, Inc. dipimpin oleh Ashraf Habirullah, di mana perusahaan tersebut sampai saat ini masih tetap eksis dan berkembang. Sebagai program komputer analisa struktur yang dikembangkan cukup lama dari lingkungan universitas di mana source code pada awal mulanya dapat dipelajari, program SAP menjadi cikal bakal program-program analisa struktur lain di dunia. Dengan reputasi lebih dari 30 tahun, program SAP dikenal secara luas dalam komunitas rekayasa, khususnya di bidang teknik sipil. Dalam bukunya yang berjudul SAP-A General Structural Analysis Program dijelaskan bahwa program SAP mula-mula dikembangkan dalam versi main-frame. Sekitar tahun 1980 dibuat versi PC-nya, yaitu SAP80, dan tahun 1990 dengan versi SAP90, semuanya dalam sistem operasi DOS. Ciri-ciri keduanya adalah menggunakan file sebagai cara untuk memasukan input data dalam mengoperasikannya. Ketika PC beralih dari sistem operasi DOS (teks) ke sistem operasi windows (grafis), versi SAP2000 dikeluarkan. Saat ini, versi SAP2000 terakhir adalah v 15.0 Versi ini cukup canggih, karena dapat digunakan untuk melakukan analisa non-linear (deformasi besar, gap/kontak), jkabel, beban ledak, tahapan konstruksi, dan sebagainya.

2.6 Peraturan Kegempaan

Peraturan mengenai kegempaan yang masih digunakan saat ini sebagai standar yang dijadikan acuan untuk perencanaan bangunan tahan gempa yaitu SNI 1726 2002 dan rancangan SNI 1726 2010 untuk periode ulang 500 tahun. Selain mengacu pada kedua standar tersebut, untuk analisis bendungan tipe urugan ini digunakan juga pedoman konstruksi dan bangunan yang dikeluarkan oleh Departemen Permukiman dan Prasarana Wilayah tentang analisis stabilitas bendungan tipe urugan akibat beban gempa (Pd T-14-2004-A) untuk periode ulang 50 dan 100 tahun.

23

III. METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat

Penelitian dilakukan selama 3 bulan dari Maret 2012 hingga Mei 2012, bertempat di PT Krakatau Tirta Industri dengan objek observasi Bendungan Krenceng, Cilegon, Provinsi Banten. Bendungan Krenceng terletak di desa Masigit, kecamatan Ciwandan. Bendungan Krenceng mempunyai kapasitas tampung sekitar 5.000.000 m3 pada elevasi muka air normal + 22,50 m. Tinggi bendungan maksimum 17 m dari dasar sungai dengan panjang puncak 1000 m. Lokasi bendungan dapat dilihat pada Gambar 14.

Gambar 14. Lokasi Bendungan Krenceng, Cilegon, Banten, Jawa Barat.

3.2 Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian kali ini adalah sebagai berikut: 1. Data sekunder berupa data tanah dan tinggi muka air maksimal pada bendungan Krenceng milik

PT. Krakatau Tirta Industri. 2. Komputer Intel (R) Core i5 @2.30 GHz dengan RAM sebesar 4.00 GB DDR3. 3. Program Geo Studio 2007. 4. Program SAP2000.

24

5. Peraturan yang berlaku di Indonesia terkait dengan struktur bendungan : - Pedoman Konstruksi dan Bangunan Departemen Permukiman dan Prasarana Wilayah tentang

Analisis Stabilitas Bendungan Tipe Urugan Akibat Beban Gempa (pd. T-14-2004-A). 6. Peraturan yang berlaku di Indonesia terkait dengan bangunan tahan gempa :

a. SNI-1726-2002 b. RSNI-1726-2010

3.3 Metode Penelitian

Penelitian ini dilakukan dalam beberapa tahapan, antara lain: 1. Pengumpulan dan pemilahan data. 2. Proses analisis struktur bendungan dengan program Geo Studio 2007 dan SAP 2000.

3.4 Tahapan Pelaksanaan

Penelitian dilakukan melalui dua tahapan, diantaranya adalah tahap pengumpulan data dan tahap analisis. Pengumpulan data dilakukan dengan mengumpulkan data terkait yang akan digunakan pada proses analisis. Data yang dibutuhkan dalam analisis struktur bendungan merupakan data sekunder yang dimiliki oleh PT. Krakatau Tirta Industri. Data tersebut mencakup gambar struktur, data kapasitas waduk dan data material bendungan. Rincian data material pada bendungan dapat dilihat pada Tabel 1.

Tabel 1. Data material pada Bendungan Krenceng. Data Tanah Bendungan Tanah Dasar Toe Drain

Jenis Material Lempung Pasir Lanauan Tufa Pumis Pasiran Batu

Satuan Berat (kN/m3) 18,7 24,525 21,582

Kohesi (kPa)

10 10 0

Sudut Geser Dalam 20o 35o 30o

Sumber: Data sekunder dari PT.Krakatau Tirta Industri.

Analisis struktur bendungan Krenceng dilakukan menggunakan bantuan dua software analisis struktur yakni Geo Studio 2007 dan SAP2000, adapun untuk bantuan pengolahan data digunakan program Microsoft Excel dan AutoCad 2010. Pada analisis bendungan dengan software Geo-Studio 2007 menggunakan beberapa fitur yang disediakan dalam paket analisis ini, yaitu SLOPE/W (untuk analisis stabilitas bendungan), SIGMA/W (untuk analisis gaya dalam bendungan dan membuat kondisi pore water pressure awal), dan QUAKE/W (untuk analisis stabilitas bendungan dengan penambahan beban gempa). Sedangkan software SAP2000 digunakan untuk membuat respon spektrum gempa

25

berdasarkan SNI-1726-2002 dan RSNI-1726-2010 yang akan diinputkan ke QUAKE/W. Diagram alir tahapan analisis dapat dilihat pada lampiran 1.

Berikut adalah tahapan pelaksanaan analisis kestabilan bendungan : 1. Mempelajari site plan, data tanah pada tubuh bendungan dan tanah dasar serta gambar struktur

bangunan, sehingga dapat dipilih bagian yang kritis (nilai SPT rendah) untuk dianalisis. 2. Setelah mendapatkan bagian kritis bendungan yang mewakili semua profil bendungan yaitu pada

titik P10 (sebelah kiri spillway) dengan nilai SPT pada tubuh bendungan sebesar 9 dan pada tanah dasar 50, P12 (sebelah kanan spillway) dengan nilai SPT pada tubuh bendugan sebesar 9 dan pada tanah dasar 50, dan terakhir P30 dengan nilai SPT pada tubuh bendungan sebesar 6 dan pada tanah dasar 50, dilanjutkan dengan menggambar ulang potongan gambar untuk bagian tersebut menggunakan program Autocad 2010 (hal ini dikarenakan data digital tidak tersedia).

3. Melakukan pemodelan pada program Geo Studio 2007 berdasarkan hasil penggambaran ulang menggunakan program Autocad 2010.

4. Melakukan pemodelan dan analisis stabilitas bendungan pada semua lokasi penelitian menggunakan SLOPE/W pada program Geo-Studio 2007 dengan asumsi tubuh bending terdiri dari tanah homogen tanpa perlindungan batuan, kondisi tinggi muka air yang baru dan tanpa beban gempa. Sebelum dioperasikan harus ada penyesuaian asumsi analisis yang dilakukan. Salah satu asumsi yang cukup penting adalah kondisi Pore Water Pressure (PWP), pada kasus ini kondisi PWP diambil dari hasil analisis SIGMA/W dengan tipe analisis Insitu. Pilihan kondisi awal PWP dipilih dari water table yang diinputkan secara manual dari data sekunder yang ada (Gambar 15).

Gambar 15. Pemilihan kondisi PWP untuk analisis SIGMA/W.

Selanjutnya untuk pemilihan material bendungan menggunakan material kategori berdasarkan Total Stress Parameters, sedangkan material modelnya dipilih linear elastic. Hal ini disesuaikan dengan ketersediaan data sekunder (Gambar 16).

26

Gambar 16. Pengaturan material pada SIGMA/W.

Untuk analisis menggunakan SIGMA/W perlu dibuat boundary condition untuk menentukan letak reservoir head, potential seepage, daerah zero pressure dan batas analisis untuk sumbu X dan Y (Gambar 17).

Gambar 17. Pengaturan boundary condition pada SIGMA/W.

hasil analisis berupa perbedaan warna pada bendungan yang mengindikasikan perbedaan tegangan yang dialami oleh masing-masing bagian bendungan. Setelah analisis SIGMA/W selesai, analisis kestabilan lereng menggunakan SLOPE/W dapat dilanjutkan.

5. Pada analisis SLOPE/W tipe analisis yang dipilih menggunakan metode Bishop, Ordinary dan Janbu (Gambar 18). Tipe analisis Bishop dipilih karena merupakan metode yang sangat populer dalam analisis kestabilan lereng dikarenakan perhitungannya yang sederhana, cepat dan memberikan hasil perhitungan faktor keamanan yang cukup teliti. Kesalahan metode ini apabila dibandingkan dengan metode lainnya yang memenuhi semua kondisi kesetimbangan seperti Metode Spencer atau Metode Kesetimbangan Batas Umum, jarang lebih besar dari 5%. Metode ini

27

sangat cocok digunakan untuk pencarian secara otomatis bidang runtuh kritis yang berbentuk busur lingkaran untuk mencari faktor keamanan minimum.

Gambar 18. Pemilihan tipe analisis pada SLOPE/W.

Pengaturan kondisi Pore Water Pressure (PWP) diambil dari hasil analisis Geo Studio lainnya, dan dipilih analisis SIGMA/W dengan tipe analisis insitu (Gambar 19).

Gambar 19. Pengaturan kondisi PWP awal pada SLOPE/W.

28

Untuk pendugaan bidang longsor dilakukan penyesuaian arah pergerakan dari kanan ke kiri (sesuai dengan asumsi diawal) dengan menggunakan metode Grid and Radius (Gambar 20).

Gambar 20. Pengaturan analisis bidang runtuh pada SLOPE/W.

Selanjutnya untuk pemilihan material bendungan menggunakan asumsi model material dengan model Mohr Coulomb (Gambar 21), hal ini disesuaikan dengan ketersediaan data sekunder.

Gambar 21. Pengaturan material model pada SLOPE/W.

29

Nama material disesuaikan dengan tempat material itu digunakan dan dibedakan juga berdasarkan warna (Gambar 22). Selanjutnya data tanah dimasukan sesuai dengan data yang tersedia.

Gambar 22. Pengaturan input data tanah pada SLOPE/W.

6. Setelah semua parameter dipenuhi maka hasil analisis kestabilan lereng menggunakan SLOPE/W dapat dilihat melalui Contour. Hasil analisis yang dilihat berupa pendugaan bidang runtuh pada bendungan dan safety factor-nya.

7. Analisis kestabilan lereng dengan penambahan beban gempa. Analisis tetap menggunakan SLOPE/W sebagai parent analysis (analisis induk), akan tetapi karena fitur ini tidak mengakomodasi untuk analisis displacement akibat beban gempa, maka digunakan fitur tambahan yakni QUAKE/W sebagai sub analisis untuk menganalisa gaya, kondisi pore water pressure dan displacement bendungan setelah diberikan beban gempa. Untuk analisis gempa dengan QUAKE/W digunakan dua analisis ,yakni analisis statik dan dinamik. Analisis statik yang dilakukan mengacu pada SNI-1726-2002 , RSNI-1726-2010 dan Pd T-14-2004-A (periode ulang 50 dan 100 tahun). Sedangkan untuk analisis dinamik mengacu pada SNI-1726-2002 dan RSNI-1726-2010. Walaupun sama-sama menggunakan QUAKE/W dalam analisisnya,perbedaan analisis statik dan dinamik pada GeoStudio 2007 terletak pada pemilihan tipe analisisnya. Analisis statik menggunakan Initial Static sedangkan analisis dinamik menggunakan Equivalent Linear Dynamic. Selain itu yang membedakan antara dua analisis ini adalah pengaturan waktu. Pada analisis statik, pengaturan waktu tidak bisa diubah (0 detik). Pada analisis dinamik pengaturan waktu diatur durasinya selama 10 detik. Analisis dimulai terlebih dahulu dengan menghitung percepatan gempa yang akan diberikan ke dalam pemodelan QUAKE/W sesuai dengan masing-masing peraturan gempa, setelah mendapatkan percepatan gempa yang sesuai dengan parameter lokasi penelitian, analisis dilanjutkan dengan memasukan nilai percepatan gempa ke dalam pemodelan.

8. Membuat respon spektrum dan analisis percepatan gempa maksimum menggunakan program SAP2000 berdasarkan SNI-1726-2002. Nilai percepatan gempa didapat dengan menggunakan peta

30

gempa pada SNI-1726-2002. Kota Cilegon sebagai kota lokasi penelitian terlebih dahulu diidentifikasi masuk ke dalam wilayah gempa yang mana. Sesuai dengan peta gempa, kota Cilegon masuk ke dalam wilayah 4 (Gambar 23). Setelah itu,dengan bantuan software SAP2000 dibuat respon spektrum percepatan gempa untuk wilayah kota Cilegon (Gambar 24a). Karena SNI-1726-2002 mengacu pada UBC 97 maka metode pembuatan respon spektrum juga disesuaikan berdasarkan acuan yang sama. Untuk membuat respon spektrum berdasarkan UBC 97 dibutuhkan nilai Ca dan Cv. Nilai Ca dan Cv diperoleh berdasarkan respon spektrum rencana untuk wilayah 4 yang ada pada SNI-1726-2002 (Gambar 24b).

Gambar 23. Peta zonasi gempa pada SNI-1726-2002 untuk periode ulang 500 tahun.

(a)

31

(b)

Gambar 24. (a) Respon spektrum Kota Cilegon yang mengacu pada SNI-1726-2002. (b) Respon spektrum rencana untuk wilayah 4 yang ada pada SNI-1726-2002.

Setelah nilai Ca dan Cv diinputkan,dapat diperoleh percepatan gempa yang sesuai. Respon spektrum yang diperoleh dari program SAP2000 tidak dapat langsung dimasukkan ke dalam Geo Studio. Format percepatan gempa yang dapat diinputkan ke dalam Geo Studio harus dalam format notepad (.acc) maka nilai periode dan acceleration dari SAP2000 harus dituliskan dalam format seperti pada Gambar 25.

Gambar 25. Format data gempa untuk Geo Studio.

File ini disimpan dengan nama datagempa2002.acc ,yang nantinya pada saat pengoperasian QUAKE/W untuk Key In Earthquake Record, file ini yang akan dipakai untuk analisis gempa berdasarkan SNI-1726-2002.

9. Membuat respon spektrum dan analisis percepatan gempa maksimum menggunakan program SAP2000 berdasarkan RSNI-1726-2010. Nilai percepatan gempa didapat dengan menggunakan peta gempa pada RSNI-1726-2010. Kota Cilegon sebagai kota lokasi penelitian terlebih dahulu diidentifikasi masuk ke dalam wilayah gempa yang mana. Pada peta pertama (Gambar 26) yakni peta Ss, Gempa Maksimum yang Dipertimbangkan Risiko-Tersesuaikan (MCER), Paramater Gerak

32

Tanah, untuk Percepatan Respons Spektral 0,2 detik, dalam g, (5 persen redaman kritis), Kelas Situs SB, kota Cilegon mempunyai nilai Ss sebesar 0,75 g.

Gambar 26. Ss, Gempa Maksimum yang Dipertimbangkan Risiko-Tersesuaikan (MCER), Paramater Gerak Tanah, untuk Percepatan Respons Spektral 0,2 detik, dalam g, (5 persen

redaman kritis), Kelas Situs SB

Sedangkan untuk peta kedua (Gambar 27) yakni peta S1, Gempa Maksimum yang Dipertimbangkan Risiko-Tersesuaikan (MCER), Paramater Gerak Tanah, untuk Percepatan Respons Spektral 1 detik, dalam g, (5 persen redaman kritis), Kelas Situs SB, kota Cilegon mempunyau nilai S1 sebesar 0,35 g. Setelah itu,dengan bantuan software SAP2000 dibuat respon spektrum percepatan gempa untuk wilayah kota Cilegon (Gambar 28). Karena RSNI-1726-2010 mengacu pada IBC maka metode pembuatan respon spektrum juga disesuaikan berdasarkan acuan yang sama. Untuk membuat respon spektrum berdasarkan IBC dibutuhkan nilai Ss , S1 , periode , dan site class. Nilai Ss dan S1 sudah diperoleh dari peta gempa, periode 10 detik dan site class berdasarkan RSNI-1726-2010 untuk wilayah Cilegon dengan nilai SPT tanah dasar sebesar 50 maka masuk ke dalam site class D. Setelah semua asumsi selesai maka respon spektrum bisa diperoleh. Berdasarkan respon spektrum, diperoleh nilai percepatan gempa yang sesuai. Respon spektrum yang diperoleh dari program SAP2000 tidak dapat langsung dimasukan ke dalam Geo Studio. Format percepatan gempa yang dapat dimasukan ke dalam Geo Studio harus dalam format notepad (.acc) maka nilai periode dan acceleration dari SAP2000 harus dituliskan dalam format seperti pada Gambar 29. File ini disimpan dengan nama datagempa2010.acc ,yang nantinya pada saat pengoperasian QUAKE/W untuk Key In Earthquake Record. File ini yang akan dipakai untuk analisis gempa berdasarkan RSNI-1726-2010.

33

Gambar 27. S1, Gempa Maksimum yang Dipertimbangkan Risiko-Tersesuaikan (MCER), Paramater Gerak Tanah, untuk Percepatan Respons Spektral 1 detik, dalam g, (5 persen

redaman kritis), Kelas Situs SB

Gambar 28. Respon spektrum Kota Cilegon yang mengacu pada RSNI-1726-2010.

Gambar 29. Format data gempa untuk Geo Studio.

34

10. Menghitung percepatan gempa maksimum berdasarkan Pd T-14-2004-A. Untuk mendapatkan nilai percepatan gempa berdasarkan Pd T-14-2004-A digunakan rumus sebagai berikut:

ad = Z x ac x v

(20)

keterangan: ad adalah percepatan gempa maksimum yang terkoreksi di permukaan tanah (gal) ac adalah percepatan gempa dasar, periksa tabel . Z adalah koefisien zona, periksa gambar . v adalah koreksi pengaruh jenis tanah setempat, periksa tabel .

Berdasarkan Tabel 2. dicari nilai ac untuk periode gempa 50 dan 100 tahun, didapatkan nilai ac sebesar 160 cm/det2 untuk periode 50 tahun dan 190 cm/det2 untuk periode 100 tahun. Sedangkan nilai v diperoleh dari Tabel 3 tentang faktor koreksi pengaruh jenis tanah setempat dengan nilai untuk lokasi pengamatan di Cilegon sebesar 1,1. Selanjutnya untuk mencari nilai Z berdasarkan peta Zona Gempa Indonesia (Gambar 30), nilai Z untuk Kota Cilegon masuk ke dalam zona E dengan koefisien gempa sebesar 1,3. Setelah semua parameter terpenuhi maka nilai ad (percepatan gempa) dapat diketahui.

Tabel 2. Percepatan gempa dasar untuk berbagai periode ulang. T

(tahun) ac

(gal) 10 90 20 120 50 160

100 190 200 220 500 250

1000 280 5000 330 10000 350

Sumber: Pd T-14-2004-A

Tabel 3. Faktor koreksi pengaruh jenis tanah setempat.

Sumber: Pd T-14-2004-A

35

Gambar 30. Peta Zona Gempa Indonesia pada Pd T-14-2004-A.

11. Setelah semua percepatan gempa selesai dicari, analisis dilanjutkan pada analisis statik. Analisis statik menggunakan SLOPE/W sebagai parent analysis untuk melihat perubahan safety factor akibat penambahan beban gempa. Analisis statik menggunakan fitur QUAKE/W sebagai sub-analysis untuk mengetahui perubahan gaya dalam akibat pembebanan gempa. Analisis dimulai