GEOLOGI REKAYASA

MKPB 651

LIQUEFACTION

BAMBANG RAHARMADI, ST., MTBAMBANG RAHARMADI, ST., MTJum’at Jam 18.00 – 19 .40Jum’at Jam 18.00 – 19 .40

Liquefaction PASIR

Liquefaction Tanah Pasir adalah Liquefaction Tanah Pasir adalah

Suatu Fenomena Hilangnya Suatu Fenomena Hilangnya

Ketahanan Mekanik dari Tanah, Ketahanan Mekanik dari Tanah,

Sebagai Akibat Adanya Beban Siklik Sebagai Akibat Adanya Beban Siklik

Gempa atau MonotonGempa atau Monoton

Likuifaksi (Likuifaksi (Liquefaction)Liquefaction) merupakan merupakan

peristiwa melunaknya tanah pasir peristiwa melunaknya tanah pasir

lepas yang basah, sehingga tidak lepas yang basah, sehingga tidak

mampu lagi menahan beban mampu lagi menahan beban

bangunan. Akibat likuifaksi, bangunan. Akibat likuifaksi,

bangunan menjadi amblas ke bangunan menjadi amblas ke

dalam tanah, lantai bergelombang dalam tanah, lantai bergelombang

dan retak, ataupun terjadinya dan retak, ataupun terjadinya

kemiringan.kemiringan.

Likuifaksi (liquefaction) Likuifaksi (liquefaction) adalah juga adalah juga

merupakan suatu proses atau kejadian merupakan suatu proses atau kejadian

berubahnya sifat tanah dari keadaan berubahnya sifat tanah dari keadaan

padat menjadi keadaan cair, yang padat menjadi keadaan cair, yang

disebabkan oleh beban siklik pada disebabkan oleh beban siklik pada

waktu terjadi gempa/getaran sehingga waktu terjadi gempa/getaran sehingga

tekanan air pori meningkat mendekati tekanan air pori meningkat mendekati

atau melampaui tegangan vertikal.atau melampaui tegangan vertikal.

Hilangnya “Soil Resistance” tersebut ditandai Hilangnya “Soil Resistance” tersebut ditandai

dengan hilangnya tegangan efektif antar dengan hilangnya tegangan efektif antar

butiran partikel tanah (butiran partikel tanah (σσ’ = 0), sebagai akibat ’ = 0), sebagai akibat

naiknya harga tegangan air pori (u) hingga naiknya harga tegangan air pori (u) hingga

mencapai harga “Overburden Pressure” (u = mencapai harga “Overburden Pressure” (u =

σσ dan dan ΔΔu = u = σσ’) dalam suatu tanah yang relatif ’) dalam suatu tanah yang relatif

jenuh (Sr = 95% - 100%)jenuh (Sr = 95% - 100%)

Kenaikan harga “Pore Water Kenaikan harga “Pore Water

Pressure” ini, terjadi pada kondisi Pressure” ini, terjadi pada kondisi

“Undrained” atau Short Term. “Undrained” atau Short Term.

Sebagai akibat adanya beban siklik Sebagai akibat adanya beban siklik

yang mendadak dan berulang-ulang yang mendadak dan berulang-ulang

dari suatu gempa/getaran.dari suatu gempa/getaran.

Tanah yang terletak dalam air lebih Tanah yang terletak dalam air lebih

cenderung terlikuifaksi struktur cenderung terlikuifaksi struktur

tanah pada daerah tersebut tanah pada daerah tersebut

biasanya memiliki sifat butiran biasanya memiliki sifat butiran

partikel yang sangat lepas, sebagai partikel yang sangat lepas, sebagai

contoh tanah-tanah yang terdapat contoh tanah-tanah yang terdapat

dalam sungai, danau ataupun dalam sungai, danau ataupun

samudera akan memiliki partikel samudera akan memiliki partikel

tanah yang tidak mengikat satu tanah yang tidak mengikat satu

sama lainnya.sama lainnya.

Apabila terjadi gonjangan tanah Apabila terjadi gonjangan tanah

yang memeliki sifat butirannya yang memeliki sifat butirannya

saling lepas akan terurai lebih cepat saling lepas akan terurai lebih cepat

dibandingkan dengan tanah yang dibandingkan dengan tanah yang

memiliki ikatan antar partikelnya, memiliki ikatan antar partikelnya,

sehingga potensi terjadinya likuifaksi sehingga potensi terjadinya likuifaksi

lebih besar pada tanah yang lebih besar pada tanah yang

berbutir lepas.berbutir lepas.

Pada saat liquefaction, perilaku tanah berubah menjadi seperti Fluid-Viscous

Gempa di Niigata, Japan tahun 1964

Pada saat liquefaction, perilaku tanah Pada saat liquefaction, perilaku tanah berubah menjadi seperti Fluid-Viscousberubah menjadi seperti Fluid-Viscous

Hilangnya ketahanan mekanik

tersebut, dapat dilihat melalui teori

Mohr-Coulumb sebagai berikut :

1.1. Jika Jika τ τ dan dan σ σ pada bidang runtuh ab pada bidang runtuh ab

mencapai titik A,mencapai titik A, keruntuhan keruntuhan

geser tidak akan terjadi.geser tidak akan terjadi.

2.2. Keruntuhan geser akan terjadi, Keruntuhan geser akan terjadi,

jika jika τ τ dan dan σ σ padabidang runtuh ab padabidang runtuh ab

mencapai titik B dalam mencapai titik B dalam

kurvaselubung keruntuhan.kurvaselubung keruntuhan.

Kriteria KeruntuhanKriteria KeruntuhanMohr – CoulombMohr – Coulomb

33 Keadaan tegangan pada titik C Keadaan tegangan pada titik C

tidak akan pernahterjadi, sebab tidak akan pernahterjadi, sebab

keruntuhan telah terjadi sebelum keruntuhan telah terjadi sebelum

mencapai tegangan tersebut.mencapai tegangan tersebut.

Untuk pasir non kohesif, c’=0,

persamaan menjadi :

τ = (σ – u ) tg Ø’

Pada saat liquefaction u = σ,

maka σ’ = 0, dan akhirnya τ = 0

(Tanah Runtuh)

Pada saat liquefaction u = σ,

Kenaikan harga “pore water

pressure” ini hanya dapat terjadi

pada kondisi “UNDRAINED” atau

“short term”, sebagai akibat

adanya beban siklik yang

mendadak dan berulang-ulang

dari suatu gempa.

Akibat dari LiquefactionAkibat yang ditimbulkan dengan Akibat yang ditimbulkan dengan

adanya Liquefaction Tanah dapat adanya Liquefaction Tanah dapat

berupa :berupa :

• Penurunan (settlement)Penurunan (settlement)

• Longsoran (sliding)Longsoran (sliding)

• Keluarnya air ke permukaan tanahKeluarnya air ke permukaan tanah

• Kehancuran Gedung, Jembatan, Jalan Kehancuran Gedung, Jembatan, Jalan

Raya,Raya,

• dlldll

Gempa di Kepulauan NIAS, 2005

Gempa di Kepulauan NIAS, 2005

Amblasnya bangunan karena hilangnya daya dukung akibat likuifaksi. Gempa Izmit, Turki (dari Olsen, ERDC-WES).

Jatuhnya bentang jembatan karena adanya pergerakan lateral tanah akibat likuifaksi(dari University of California, Berkeley).

Faktor-faktor yang mempengaruhi Faktor-faktor yang mempengaruhi kemungkinan terjadinya kemungkinan terjadinya

LIQUEFACTION LIQUEFACTION

•Tipe TanahTipe Tanah

• Kepadatan Tanah atau Angka PoriKepadatan Tanah atau Angka Pori

• Tekanan Samping AwalTekanan Samping Awal

• Besarnya GempaBesarnya Gempa

• Jangka Waktu GempaJangka Waktu Gempa

Tipe TanahTipe Tanah

Tanah berbutir seragam Tanah berbutir seragam

mempunyai kemungkinan terjadi mempunyai kemungkinan terjadi

liquefaction lebih besar liquefaction lebih besar

dibandingkan tanah pasir dengan dibandingkan tanah pasir dengan

diameter butir yang beraneka diameter butir yang beraneka

ragam (well graded)ragam (well graded)

REVIEW MEKANIKA REVIEW MEKANIKA TANAHTANAH

Kepadatan Tanah atau angka pori

Kepadatan tanah yang kurang atau Kepadatan tanah yang kurang atau

angka pori lebih besar . Angka pori angka pori lebih besar . Angka pori

tanah pasir yang kurang padat lebih tanah pasir yang kurang padat lebih

mungkin terjadi LIQUEFACTION.mungkin terjadi LIQUEFACTION.

Dari faktor-faktor yang mempengaruhi Dari faktor-faktor yang mempengaruhi

kuat geser tanah pasir yang paling kuat geser tanah pasir yang paling

besar pengaruhnya adalah nilai angka besar pengaruhnya adalah nilai angka

pori, karena nagka pori akan pori, karena nagka pori akan

berpengaruh terhadap kerapatannya.berpengaruh terhadap kerapatannya.

Pada pengujian geser langsung Pada pengujian geser langsung

maupun triaksial, bila angka pori maupun triaksial, bila angka pori

rendah atau kecepatan relatif tinggi, rendah atau kecepatan relatif tinggi,

maka nilai kuat geser akan tinggi maka nilai kuat geser akan tinggi

pula, Jika dua macam tanah pasir pula, Jika dua macam tanah pasir

mempunyai kerapan relatif sama, mempunyai kerapan relatif sama,

tetapi gradsinya berlainan, maka tetapi gradsinya berlainan, maka

pasir yang mempunyai gradasi lebih pasir yang mempunyai gradasi lebih

baik akan mempunyai sudut gesek baik akan mempunyai sudut gesek

dalam lebih besar. dalam lebih besar.

Ukuran butiran untuk pasir dengan Ukuran butiran untuk pasir dengan

angka pori yang sama, tidak banyak angka pori yang sama, tidak banyak

berpengaruh pada sudut gesek berpengaruh pada sudut gesek

dalamnya. Jadi pasir halus dan pasir dalamnya. Jadi pasir halus dan pasir

kasar pada angka pori yang sama akan kasar pada angka pori yang sama akan

mempunyai sudut gesek yang sama.mempunyai sudut gesek yang sama.

Tekanan Samping Awal

Kemungkinan LIQUEFACTION Kemungkinan LIQUEFACTION

berkurang bila tekanan samping awal berkurang bila tekanan samping awal

besar.besar.Confining pressure pada suatu lapisan Confining pressure pada suatu lapisan

tanah yang lebih dalam biasanya tanah yang lebih dalam biasanya

lebih tinggi dibandingkan dengan lebih tinggi dibandingkan dengan

confining pressure pada permukaan confining pressure pada permukaan

tanah.tanah.

Dari beberapa kasus likuifaksi Dari beberapa kasus likuifaksi

menunjukkan bahwa daerah yang menunjukkan bahwa daerah yang

berpontensi terjadinya likuifaksi berpontensi terjadinya likuifaksi

biasanya hanya sampai kedalaman biasanya hanya sampai kedalaman

sekitar 15 m. Pada lapisan tanah yang sekitar 15 m. Pada lapisan tanah yang

lebih dalam secara umum terjadi lebih dalam secara umum terjadi

likuifaksi karena adanya tegangan likuifaksi karena adanya tegangan

selimut yang lebih tinggi.selimut yang lebih tinggi.

Besarnya GempaLebih besarnya gempa yang terjadi Lebih besarnya gempa yang terjadi

jelas memungkinkan terjadi jelas memungkinkan terjadi

LIQUEFACTIONLIQUEFACTIONJangka Waktu Gempa

Lebih lama terjadi gempa, lebih mungkin Lebih lama terjadi gempa, lebih mungkin

terjadi LIQUEFACTIONterjadi LIQUEFACTION

Semakin dalamnya tanah dasar akibat Semakin dalamnya tanah dasar akibat

gempa dengan frekwensi tinggi dan gempa dengan frekwensi tinggi dan

menengah mengakibatkan menengah mengakibatkan

menurunnya amplifikasi, sedangkan menurunnya amplifikasi, sedangkan

akibat gempa dengan frekwensi akibat gempa dengan frekwensi

rendah mengakibatkan semakin rendah mengakibatkan semakin

membesarnya amplifikasi. membesarnya amplifikasi.

Semakin lunak tanahnya akibat Semakin lunak tanahnya akibat

gempa dengan frekwensi tinggi maka gempa dengan frekwensi tinggi maka

percepatannya semakin mengecil. percepatannya semakin mengecil.

Sedangkan akibat gempa dengan Sedangkan akibat gempa dengan

frekwensi rendah percepatanya frekwensi rendah percepatanya

semakin membesar.semakin membesar.Semakin dalamnya ketebalan tanah Semakin dalamnya ketebalan tanah

maka simpangan yang terjadi pada maka simpangan yang terjadi pada

permukaan semakin membesar baik permukaan semakin membesar baik

akibat gempa dengan frekwensi akibat gempa dengan frekwensi

tinggi, menengah maupun rendah.tinggi, menengah maupun rendah.

METODE UMUM UNTUK MENGEVALUASI POTENSIAL

LIQUEFACTIONPotensi Liquefaction dari tanah, secara Potensi Liquefaction dari tanah, secara

umum dapat ditentukan dengan cara umum dapat ditentukan dengan cara

mempelajari kondisi dari mempelajari kondisi dari soil soil

properties, Faktor Lingkungan dan properties, Faktor Lingkungan dan

karakteristik gempa.karakteristik gempa.Beberapa faktor spesific yang perlu Beberapa faktor spesific yang perlu

dianalisa, dikaitkan dengan potensi dianalisa, dikaitkan dengan potensi

liquefaction adalah sebagai berikut :liquefaction adalah sebagai berikut :

Soil Properties :Soil Properties :• Damping characteristicDamping characteristic

• Unit WeightUnit Weight

• Grain characteristicGrain characteristic

• Soil StructureSoil Structure

• DllDll

Faktor LingkunganFaktor Lingkungan• Seismic HistorySeismic History

• Geologic HistoryGeologic History

• Koefisien Tekanan Tanah LateralKoefisien Tekanan Tanah Lateral

• Kedalaman Permukaan Air TanahKedalaman Permukaan Air Tanah

• Jenis Pondasi yang digunakanJenis Pondasi yang digunakan

• Tekanan Efektif TanahTekanan Efektif Tanah

Karateristik GempaKarateristik Gempa• Besaran dan Intensitas GempaBesaran dan Intensitas Gempa

• Lamanya GempaLamanya Gempa

Likuifaksi ini terjadi pada tanah Likuifaksi ini terjadi pada tanah

dengan pasir gembur dengan air dengan pasir gembur dengan air

tanah dangkal ketika terjadi gempa tanah dangkal ketika terjadi gempa

kuat dengan skala MMI (Modified kuat dengan skala MMI (Modified

Mercalli Intensity)Mercalli Intensity)

di atas tujuh (di di atas tujuh (di

mana manusia mana manusia

sulit untuk sulit untuk

berdiri) dan lama berdiri) dan lama

getaran sampai getaran sampai

satu menit lebih.satu menit lebih.Gempa di Niigata, Japan tahun 1964 (M=7,5)

Metode untuk mengevaluasi

potensial liquefaction didalam

suatu lapisan tanah , dapat

dilihat pada gambar disamping.

“Zona liquefaction” dalam tanah

dapat ditentukan apabila :

τav (average shear stress) > τ1

(cyclic stress causing

liquefaction).

Sebaliknya bila τav < τ1,

maka tidak ada liquefaction.

Harga τav diperoleh dariperhitungan sesuai dengan besar kecilnya

amplitudo tegangan gempa yang terjadi. Sedangkan harga τ1 diperoleh dari testing program baik di laboratorium maupun di lapangan

Diketahui seperti gambar di bawah:

mt

ma

Pasir

D50 = 0,2 mmγ = 113 pcf

Dr = 50 %Gempa = 7,5 skala richter

a = 0,131 g

5

15

ft

ft

Perhitungan Kedalaman Perhitungan Kedalaman Terjadinya LiquifactionTerjadinya Liquifaction

Pertanyaan:Cek pada kedalaman 20 ft apakah terjadi liquifaction?

Penyelesaian:

- Menentukan rdh = 20 ft (dari grafik 8 hal 97: Diktat Pondasi Dinamis; Ananta ITS)rd = 0,95

γ.hτ rata-rata = 0,65. a max.rd

g

= 182,8171 pcf

0,95

- Kekuatan 7 skala richter didapat dari tabel Nc = 10

Tabel NcNc102030

Skala Richter7

7,58

D50 = 0,2 mm (grafik 8.2 hal. 98 dgn Nc = 10)σdc 2σa

Dr = 50 % (grafik 8.3 hal. 99)Cr = 0,57

= 0,24

0,24

0,2

0,57

50

Dr

τℓ = ∑ σo ( ) Cr.

50

= 181,944 pcf

σdc

2σa

Maka

τ rata-rata = 182,8171 pcf > τℓ20 = 181,944 pcf

Terjadi Liquifuction

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 50 100 150 200 250 300 350 400

De

pth

Stress

Method of Evaluating Liquefaction Potencial

182,

817