BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Konsep Dasar
Likuifaksi merupakan fenomena hilannya kekuatan lapisan tanah akibat getaran gempa. Lapisan pasir berubah menjadi seperti cairan sehingga tidak mampu menopang beban bangunan di dalam atau di atasnya, yang disebabkan oleh beban siklik pada waktu terjadi gempa sehinga tekanan air pori meningkat mendekatu atau melampaui tegangan vertikal. Karena tekanan airnya meningkat, jarak antar partikel pasir menjadi semakin renggang, sehingga kekuatan totalnya berkurang drastis. Kerugian terbanyak tejadi akibat dari besarnya getaran yang menyebabkan runthnya bangunan dengan struktur yang lemah.
Likuifaksi adalah proses berkurangnya kekuatan geser tanah akibat beban seismik ketika terjadi gempa bumi. Menurut Towhata (2008) likuifaksi terjadi pada tanah yang berpasir lepas (tidak padat) dan jenuh air. Seiring naiknya tekanan air yang diakibatkan oleh guncangan gempa, maka tegangan efektif (s’) menjadi berkurang. Kondisi ini dapat dinyatakan sebagai berikut:
s ' =s −u (2.1) dengan,
s’ = tegangan efektif,
s = tegangan total (berat permukaan tanah) u = tekanan air pori
ketika hal itu terjadi maka tanah tersebut tidak mampu menoppang beban diatasnya dan menyebabkan amblasnya bangunan, miring ataupun longsor.
Beberapa faktor yang berpengaruh terhadap potensial likuifaksi tanah adalah sebagai berikut :
a) Jenis tanah
Khusus untuk tanah tidak kohesif seperti pasir lepas, jika bergradasi seragam maka kerentanan likuifaksinya besar dibandingkan dengan yang bergradasi baik. Klasifikasi gradasi tanah ditentukan dengan mengetahui distribusi ukuran butiranyya dari sieve analisis
b) Kerapatan relatif atau angka pori
Untuk jenis tanah dengan angka pori atau kerapatan relatif kecil maka rentan terhadap likuifaksi. Pada gempa bumi di kota Nigata, Jepang, 1964, likuifaksi banyak terjadi pada areal tanah berpasir dengan kerapatan relatif 50% dan tidak terjadi pada areal dengan kerapatan relatif di atas 70%. Untuk berbagai uji laboratorium faktor tersebut selalu digunakan sebagai parameter uji liquifaksi
c) Tekanan batas
Potensial likuifaksi tanah menurun dengan meningkatnya tekanan batas. Sejumlah uji laboratorium menunjukkan bahwa dibtuhkan tegangan yang besar dengan meningkatnya tekannan batas untuk menyebabkan terjadinya likuifaksi pada kondisi pembebanan ulang alik di laboratorium.
d) Intensitas gempa
Tingkat kerentanan suatu deposit tanah mengalami likuifaksi juga tergantung kepada magnitudo tegangan dan regangan yang diinduksikan oleh gempa bumi yang berhubungan dengan intensitas gempa bumi
e) Durasi gempa
tanah untuk menyebabkan liquifaksi pada kondisi pembebanan ulang alik di laboratorium
Likuifaksi terjadi di tanah jenuh, dimana 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 dimana partikel tanah dengan mudah dapat bergerak terhadap satu sama lain.
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 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.
Potensi likuifaksi pada suatu deposit tanah akan ditentukan oleh kombinasi beberapa komponen,antara lain :
a. Indeks properties tanah, seperti modulus dinamis, karakteristik kelembaban, berat volume,gradasi butiran, kepadatan relatif dan struktur tanah itu sendiri.
b. Faktor lingkungan, seperti jenis formasi tanah, sejarah seismik dan geologi, level muka air tanah dan tegangan efektif tanah.
c. Karakteristik gempa, seperti intensitas guncangan pada tanah dan lama guncangan yangterjadi.
2.2 Fenomena Likuifaksi
Gempa bumi di seluruh dunia sejak 4.000 tahun yang lalu hingga kini, telah memakan korban lebih dari 13 juta jiwa. Pusat-pusat kepadatan penduduk berada di daerah subur, kemudahan mendapatkan air, pemandangan yang indah, kawasan tambang, perkotaan besar serta di daerah industri. Kebanyakan dari wilayah tersebut berada atau berdekatan dengan wilayah seismik dan sabuk api .
mengakibatkan amblasnya bangunan, miring, dan melongsor, seperti yang terjadi di Niigata, Jepang dan di Maumere, Indonesia, tahun 1994.
Gempa besar terjadi dengan besaran antara 6,2-8,9 skala Richter. Faktor lokasi lain yang memengaruhi kerusakan akibat gempa adalah longsoran, batuan/tanah yang mengembang (swelling), struktur geologi, seiche (goncangan air di danau atau waduk), patahan dan likuifaksi. Akibat gempa yang besar ini dapat menimbulkan terjadinya longsoran, retakan, patahan, likuifaksi, seiche, serta tsunami yang dahsyat pula dan banyak memakan korban
a) Padang
Daerah Padang dan sekitarnya merupakan suatu paparan endapan fluviatil, swamp dan alluvium yang terietak pada Padang graben dimana pada bagian timur laut dibatasi oIeh patahan segmen Singkarak-Solok yang berarah hampir barat taut -tenggara. Geologi daerah ini dicirikan oleh endapan dataran pantai Hotosen yang berhadapan dengan endapan laut terbuka yang dibatasi oleh graben berupa patahan-patahan yang berarah hampir barat laut-tenggara. Endapan kuarter ini dicirikan oleh perulangan satuan pasir yang cukup dominan dengan ukuran butiran mulai halus hingga kasar dengan sisipan lanau dan lempung. Kedalaman endapan ini mencapai hingga kedalaman kurang lebih 150 -200 meter (Soebowo, E dkk, 2006). Gambaran geologi pesisir dicirikan oleh endapan pasir yang lepas (unconsolidated). kerikiI dengan ketidakmenerusan lapisan tanau dan lempung dan beberapa tempat jenuh air. Kondisi geologi ini menyebabkan beberapa wilaya.h di daerah Padang dan sekitarnya mudah mengalami kerusakan akibat likuifaksi selama gempabumi 2009.
likuifaksi berupa semburan pasir terjadi melalui rekahan-rekahan yang memotong badan jatan dan perpindahan lateral di kawasan pesisir.
Meskipun bukti-bukti di lapangan telah menggambarkan keterdapatan potensi bahaya likuifaksi akibat gempa bumi besar di wilayah Padang dan sekitamya, penelitian-penelitian selama ini belum memfokuskan pada behaya likuifaksi di wilayah ini. Sebaran dan luasan geologi bawah permukaan yang berpotensi likuifaksl belum diteliti sehingga daerah-daerah di wilayah Padang yang rentan terhadap likuifaksi tinggi belum dapat diketahui dipahami secara menyeluruh.
Likuifaksi Padang
b) Aceh dan
c) Jepang
Jepang sering dilanda gempa dengan kekuatan yang cukup besar. Dua diantaranya adalah gempa Nigata 1964 dan gempa Kobe 1995. Kedua gempa itu mengakibatkan kerusakan yang cukup parah pada bangunan sipil di Jepang. Gempa Nigata menyebabkan runtuhnya jembatan Showa, Gempa Kobe menyebabkan runtuhnya Hanshin Expressway dan Subway Station. Runtuhnya bangunan-bangunan sipil ini disebabkan oleh likuifaksi yang terjadi akibat guncangan gempa yang begitu besar.
Runtuhnya Jalan Tol Hanshin (Hanshin Expressway)
menyebabkan kerugian yangcukup besar. Reruntuhan jalan ini memblokir empat puluh persen lalu lintas jalan Osaka-Kobe. Renovasi jalan ini pun membutuhkan waktu yang cukup lama, yaitu lebih dari setahun. Jalan tol Hanshin ini baru bisa dibuka dan kembali digunakan oleh umum pada tanggal 30 September 1996. Likuifaksi pada bangunan initmenyebabkan pergerakan tanah semakin terasa dan semakin besar sehingga tiang penyangga jalan tol Hanshin tidak mampu menahan dan pada akhirnya tiang itu runtuh
2.3 Dampak Likuifaksi Pada Bangunan Sipil
Likuifaksi hanya terjadi pada tanah jenuh air, sehingga kedalaman muka air tanah akan mempengaruhi potensi terhadap likuifaksi. Potensi terhadap likuifaksi akan menurun dengan bertambah dalamnya muka air tanah. Fenomena likuifaksi terjadi seiring terjadinya gempa bumi. Secara visual peristiwa likuifaksi ini ditandai munculnya lumpur pasir di permukaan tanah berupa semburan pasir (sand boil), rembesan air melalui rekahan tanah, atau bisa juga dalam bentuk tenggelamnya struktur bangunan di atas permukaan, penurunan muka tanah dan perpindahan lateral. Evaluasi potensi likuifaksi pada suatu lapisan tanah dapat ditentukan dari kombinasi sifat-sifat tanah (gradasi butiran dan ukuran butir), lingkungan geologi (proses pembentukan lapisan tanah, sejarah kegempaan, kedalaman muka air tanah).
Likuifaksi telah banyak menjadi penyebab dari hancurnya bangunan struktur di beberapa kejadian gempa bumi. Berdasarkan simulasi yang dilakukan di Jepang, goncangan akibat gempa, membuat bangunan diatasnya ambles, sedangkan benda di dalam tanah seperti tangki minyak muncul ke permukaan. Seperti yang terjadi di Kota Cilacap, yang berdekatan dengan pantai, yaitu tangki Pertamina dan Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) yang muncul ke permukaan tanah pasca kejadian gempa.
kegagalan pondasi jembatan (loss of bearing capacity), dan bangunan ambles (ground settlement).
Sebagaimana yang telah dijelaskan bahwa perilaku likuifaksi pada tanah bersifat merusak dan menimbulkan dampak negatif yang besar terhadap stabilitas tanah dan bangunan sipil diatasnya. Adapun dampak yang ditimbulkan dari perilaku likuifaksi adalah :
1. Terjadinya penurunan tanah hingga 5 % ketebalan lapisan tanah terlikuifaksi. 2. Terjadinya kehilangan daya dukung lateral tanah.
3. Terjadinya kehilangan daya dukung tanah.
4. Terjadinya pengapungan struktur yang dibenamkan dalam tanah, seperti tanki di bawah tanah.
5. Meningkatkan tekanan lateral tanah yang dapat menyebabkan kegagalan pada struktur penahan tekanan lateral tanah, seperti quay walls.
6. Terjadinya lateral spreading (limited lateral movements) 7. Terjadinya lateral flow (extensive lateral movements).
2.4 Metode Identifikasi Likuifaksi
Indeks Potensi Likuifaksi atau Liquefaction Potential Index (LPI) adalah suatu indeks yang digunakan untuk estimasi potensi likuifaksi yang menyebabkan kerusakan fondasi. Metode ini pertama kali dikembangkan oleh Iwasaki dkk. (1978). LPI menganggap bahwa kerusakan likuifaksi adalah sebanding terhadap kondisi berikut :
(1) Ketebalan lapisan yang terlikuifaksi (liquefied layer), (2) Jarak lapisan terlikuifaksi terhadap permukaan tanah, dan
(3) Jumlah lapisan dengan nilai faktor keamanan kurang dari satu (FSL < 1).
Anggapan tersebut dirumuskan dalam persamaan
dengan,
F = 1 – FS untuk FS 1, F = 0 untuk FS > 1, dan
kerusakan yang tinggi terjadi di lokasi yang memiliki LPI > 15, dan sebaliknya tingkat kerusakan karena
Likuifaksi tidak terjadi di lokasi dengan LPI < 5. Toprak dan Holzer (2003) membuat korelasi penampakan permukaan karena likuifaksi dengan LPI untuk gempa Loma Prieta, California pada tahun 1898, dan menyimpulkan bahwa sand boiling dan deformasi lateral terjadi di lokasi yang memiliki nilai LPI > 5 dan 12. Hayati dan Andrus (2008) menggunakan nilai LPI untuk membuat peta potensi likuifaksi di Charleston, South Carolina berdasarkan riwayat gempa bumi tahun 1886. Hasil kajiannya menyimpulkan bahwa kerusakan berat akibta likuifaksi terjadi bila nilai LPI > 15 prosedur evaluasi potensial likuifaksi, yaitu dengan melakukan uji beban siklik pada sampel tanah tak terganggu atau bisa juga dengan cara pengukuran karakteristik likuifaksi pada tanah menggunakan beberapa prosedur pengujian di lapangan. Pada dasarnya, prosedur standar evaluasi likuifaksi, antara lain,
a. Menentukan besaran tegangan siklik yang muncul akibat pergerakan tanah pada saat gempa bumi, pada setiap kedalaman deposit tanah dan mengkonversi bentuk tegangan yang tidak beraturan tersebut kemudian sehingga memiliki besaran yang sama dalam bentuk tegangan siklik. Dengankata lain, intensitas guncangan, lama guncangan dan variasi guncangan yang terjadi akibat tegangan pada setiap kedalaman diubah menjadi suatu besaran yang dapat dihitung. Penentuan besaran tegangan siklik yang terjadi dapat dilakukan dengan cara menganalisarespon tanah terhadap tegangan yang terjadi dengan melibatkan berat sendiri tanah, modulusdinamik dan karakteristik kelembaban.
b. Menentukan besaran tegangan siklik dengan cara uji pembebanan di laboratorium yangdiwakili oleh sampel tak terganggu yang dilakukan dengan variasi tekanan bebas yang telahditentukan atau dengan cara mengkorelasikan properties tanah dengan karakteristik tanah dilapangan.
Analisa Potensi Likuifaksi Berdasarkan Data Pengujian Sondir
Parameter likuifaksi merupakan parameter yang digunakan sebagai dasar dalam menentukan kriteria likuifaksi yang terjadi pada deposit tanah. Dimana dalam hal ini, perilaku likuifaksi pada tanah dipengaruhi oleh dua parameter utama, yaitu perlawanan terkoreksi dan rasio tegangan siklik (CSR). Perhitungan nilai perlawanan terkoreksi, dirumuskan oleh Seed dan Idriss (1971)sebagai berikut :
Untuk faktor koreksi ditentukan hubungan antara tengangan efektif tanah dan CN pada gambar.Seed dan Idriss (1971) merumuskan persamaan perhitungan nilai CSR tanah, yaitu
METODOLOGI
1. Investigasi Lapangan
Investigasi lapangan dilakukan untuk mengambil data tanah di lapangan, dengan pengujian sondir dan menggunakan standar pengujian ASTM D 3441-86.
2. Perhitungan Potensi Likuifaksi
a. Menentukan Jumlah Lapisan dan Penomoran Lapisan
Jumlah dan penomoran lapisan ditentukan berdasarkan bentang kedalaman tertentu, yang bertujuanuntuk mempermudah dalam melakukan analisa dan perhitungan.
Estimasi berat volume tanah dilakukan dengan menggunakan grafik perilaku tanah berdasarkan data sondir
c. Menentukan Tegangan Over Burden Tanah
d. Menentukan tegangan efektif tanah
e. Menentukan perlawanan konus terkoreksi (qc1)
f. Menentukan Magnitude dan percepatan tanah maksimum (amax)
Magnitude gempa dan percepatan tanah maksimum digunakan dalam perhitungan cyclic stressratio.
g. Menentukan faktor reduksi tegangan (rd)
h. Menghitung nilai Cyclic Stress Ratio (CSR)
2.5 Metode Penanggulangan
Langkah-langkah untuk mengurangi potensi likuifaksi
a. Pemadatan
Salah satu penyebab terjadinya likuifaksi adalah banyaknya rongga atau pori tanah yang dapat diisi oleh air, sehingga air yang mengisi rongga tersebut akan mendesak butiran tanah pada saat mengalami getaran.
Apabila tanah semakin padat maka rongga atau pori pada tanah semakin berkurang maka semakin berkurang pula jumlah air yang dapat menyebabkan likuifaksi tersebut.
b. Drainase
Oleh karena itu pada lahan yang akan dibangun sangat penting diberikan saluran drainase yang memadai untuk mengalirkan air agar tidak tergenang atau terus berada dalam pori tanah.
c. Mengurangi beban bangunan
Mengurangi beban bangunan dapat dilakukan dengan cara mengganti bahan bangunan yang berat menjadi bahan yang ringan. Saat ini sudah banyak diproduksi bahan bangunan ringan. Bata ringan, baja ringan, sampai dengan genteng ringan sangat baik digunakan untuk pencegahan likuifaksi.
Adapun untuk Mitigasi Likuifaksi, beberapa peneliti telah melakukan investigasi untuk perbaikan tanah berpasir yang memiliki potensi likuifaksi. Tanaka dkk (1991) menjelaskan pada prinsipnya bahaya likuifaksi dapat ditanggulangi dengan dua teknik, yaitu :
1. Memperbaiki sifat-sifat tanah
2. Memperbaiki kondisi yang berkaitan dengan tegangan, deformasi, dan tekanan air pori.
Secara umum penanganan likuifaksi dapat dilakukan dengan cara memadatkan tanah di lapangan yang memakai teknik antara lain teknik getaran (vibro-compaction), perbaikan tanah dengan cara deep soil mixing atau pemadatan dinamis (dynamic compaction). Pada kebanyakan penelitian, teknik perbaikan tanah (ground improvement) yang sering digunakan adalah teknik kolom-batu (stone-column) atau tiang-batu (stone-piers).
