LIKUIFASI

Apa itu Likuifasi ?

Ketika pasir lepas jenuh mengalami getaran gempa maka tekanan air pori akan meningkat. Kenaikan ini akan mengurangi tegangan efektif tanah dan apabila terus berlanjut maka tegangan efektif akan menjadi nol sehingga tanah kehilangan kekuatannya. Kondisi ini disebut Likuffaksi.

Liquefaction atau Likuifaksi adalah fenomena di mana kekuatan dan kekakuan tanah berkurang dikarenakan gempa atau pergerakan tanah lainnya. Hal ini merupakan suatu proses atau kejadian berubahnya sifat tanah dari keadaan padat menjadi keadaan cair, yang disebabkan oleh beban siklik pada waktu terjadi gempa sehingga tekanan air pori (porewater) meningkat mendekati atau melampaui tegangan vertikal. Likuifaksi telah bertanggung jawab atas sejumlah besar kerusakan dalam sejarah gempa bumi di seluruh dunia.

Likuifaksi terjadi di tanah jenuh, yaitu tanah di mana ruang antara partikel individu benar-benar penuh dengan air. Air ini memberikan suatu tekanan pada partikel tanah yang mempengaruhi seberapa erat partikel itu sendiri ditekan bersamaan. Sebelum gempa, tekanan air relatif rendah. Namun, getaran gempa dapat menyebabkan tekanan air meningkat ke titik di mana partikel tanah dengan mudah dapat bergerak terhadap satu sama lain.

Getaran gempa sering memicu peningkatan tekanan air namun kegiatan konstruksi yang terkait seperti peledakan juga dapat menyebabkan peningkatan tekanan air. Ketika likuifaksi terjadi kekuatan tanah menurun dan kemampuan deposit tanah untuk mendukung pondasi untuk bangunan dan jembatan menjadi berkurang.

Tanah yang mengalami likuifaksi juga tekanannya lebih tinggi pada dinding penahan yang dapat menyebabkan struktur tersebut menjadi miring atau geser. Gerakan ini dapat menyebabkan penurunan tanah (settlement) dan kerusakan struktur pada permukaan tanah.  Tekanan air yang meningkat juga bisa memicu tanah longsor dan menyebabkan runtuhnya bendungan.

Kenapa Likuifaksi Bisa Terjadi?

Untuk memahami likuifaksi penting untuk mengenali kondisi yang ada di deposit tanah sebelum gempa bumi. Deposit tanah terdiri dari satu himpunan partikel tanah individu. Jika kita melihat secara dekat partikel-partikel ini, kita dapat melihat bahwa setiap partikel berada dalam kontak dengan sejumlah partikel lainnya. Berat partikel tanah yang saling melapisi menghasilkan kekuatan kontak antara partikel, kekuatan ini menahan partikel individu di tempatnya dan merupakan sumber perkuatan dari tanah.

*kolom biru pada sudut kanan bawah gambar menunjukkan tingkat tekanan air pori dalam tanah

Panjang panah mewakili ukuran kekuatan kontak antara  individu butir tanah. Kekuatan kontak menjadi besar ketika tekanan air pori rendah. Likuifaksi terjadi ketika struktur pasir jenuh yang longgar rusak karena pergerakan tanah. Sebagaimana struktur rusak, individu partikel yang longgar  berusaha untuk pindah ke konfigurasi yang padat. Dalam gempa bumi, bagaimanapun tidak ada cukup waktu untuk air di pori-pori tanah untuk dapat diperas / dikeluarkan dari tanah. Sebaliknya air "terjebak" dan mencegah partikel tanah untuk bergerak lebih dekat satu sama lain. Hal ini disertai dengan peningkatan tekanan air yang mengurangi kekuatan kontak antara individu partikel tanah , sehingga terjadi pelunakan dan melemahnya deposit tanah.

Amati betapa kecil kekuatan kontak yang ada karena tekanan air yang tinggi. Dalam kasus ekstrim tekanan air pori dapat menjadi sangat tinggi sehingga banyak partikel tanah kehilangan kontak dengan satu sama lain. Dalam kasus tersebut tanah akan memiliki kekuatan yang sangat sedikit dan akan berperilaku lebih seperti cairan daripada padat - maka kejadian ini dinamakan "Liquefaction" / "likuifaksi" (pencairan). Kalau kita berbicara mengenai likuifasi berarti kita berbicara mengenai tegangan efektif dan tegangan netral.

Pengertian

Berat tanah yang terendam air disebut berat tanah efektif, sedangkan tegangan yang terjadi akibat berat tanah efektif di dalam tanah disebut tegangan efektif. Pada tanah granuler, tanah pasir, dan kerikil dikenal dengan tegangan intergranuler. Tegangan efektif merupakan tegangan yang mempengaruhi kuat geser dan perubahan volume atau penurunan tanah.

Tegangan Efektif dan Tegangan Netral

Terzaghi (1923) memberikan prisip tegangan efektif yang bekerja pada tanah jenuh air yang dinyatakan dalam persamaan :

σ = σ’ + u

Dimana

σ    =  tegangan normal total pada suatu bidang di dalam massa tanah (tegangan akibat berat tanah total termasuk ruang pori, persatuan luas yang arahnya tegak lurus)

u     =  tekanan pori (u), dikenal dengan tekanan netral yang bekerja ke segala arah sama besar

σ’   =  tegangan normal efektif (σ’), yaitu tegangan yang dihasilkan dari beban butiran tanah efektif per satuan bidang luas

σz = γsat z

Tegangan efektif dalam tanah dapat ditentukan dengan cara meninjau lapisan tanah dengan permukaan mendatar dan dengan permukaan air tanah pada permukaan. Tegangan vertikal total  (σ_z) merupakan tegangan normal pada bidang horisontal pada kedalaman z, dengan persamaan :

σ_z   =    kedalaman titik di dalam tanah

γ_sat =    berat volume tanah jenuh

Jika air tidak mengalir maka tekanan air pori pada sembarang kedalaman akan berupa tekanan hidrostatis. Karena itu pada kedalaman z tekanan pori (u), dapat didefinisikan :

u = γw z

Pengertian Likuifaksi

Seed et al (1975), menyatakan bahwa likuifaksi adalah proses perubahan kondisi tanah pasir yang jenuh air menjadi cair akibat meningkatnya tekanan air pori yang harganya menjadi sama dengan tekanan total oleh sebab terjadinya beban dinamik, sehingga tegangan efektif tanah menjadi nol. Likuifaksi adalah fenomena dimana tanah kehilangan banyak kekuatan (strength) dan kekakuannya (stiffness) untuk waktu yang singkat namun meskipun demikian likuifaksi menjadi penyebab dari banyaknya kerusakan, kematian, dan kerugian ekonomi yang besar

Faktor-faktor yang mempengaruhi Likuifaksi :

• Karakteristik Getaran
• Jenis Tanah
• Muka air tanah
• Distribusi diameter butir
• Kepadatan awal (Initial Relative Density)
• Drainase dan Dimensi Deposit
• Kemampuan Drainase

Dampak terjadinya Likuifaksi

Gempa yang terjadi di Alaska, tahun 1964 berkekuatan 8,3 skala ritchter. Kerusakan yang terjadi adalah jembatan yang berada sekitar 80 km sampai dengan 120 km dari pusat gempa berupa bergesernya pilar dan pangkal jembatan.

Gempa yang terjadi di Niigata, Jepang pada tahun 1964 berkekuatan 7,3 skala ritcher dengan pusat gempa sekitar 56 kilo meter dari kota Niigata, percepatan gempa maksimum 0,16 percepatan gravitasi. Gempa tersebut menyebab-kan terjadinya pencairan tanah pasir pada area yang cukup luas serta menggulingkan gedung-gedung yang berdiri dikota tersebut. (Oshaki,1966; Seed dan Idriss,1982).

Analisi Likuifaksi

Dalam suatu analisis potensi likuifaksi dibutuhkan suatu nilai pegangan untuk mengetahui apakah likuifaksi terjadi atau tidak. Nilai pegangan ini disebut faktor keamanan. Dalam analisis faktor keamanan dibutuhkan nilai-nilai yang harus dievaluasi terlebih dahulu. Adapun nilai tersebut ialah nilai Cyclic Stress Ratio (CSR) dan Cyclic Resistance Ratio (CRR) yang diekspresikan dalam bentuk persamaan sebagai berikut (Youd dan Idriss, 2001):