Teori Likuifaksi

Munirwan (2005: 1) mengemukakan bahwa likuifaksi adalah gejala keruntuhan

structural tanah akibat menerima beban cyclic (berulang) dimana beban ini

menimbulkan perubahan-perubahan di dalam deposit tanah pasir, berupa peningkatan

tekanan air pori sehingga kuat geser tanah menjadi berkurang atau bahkan hilang sama

sekali (loose of strength) sehingga tanah pasir akan mencair dan berperilaku seperti

fluida.

Pada prinsipnya likuifaksi dan penurunan itu beda, likuifaksi adalah hilangnya kekuatan

tanah akibat meningkatnya air pori yang diakibatkan oleh getaran gempa bumi.

Sedangkan penurunan itu sendiri diakibatkan oleh pergeseran, penggelinciran, dan

terkadang juga kehancuran partikel-partikel tanah pada titik tertentu.

Jenis-jenis Pembebanan yang Menyebabkan Likuifaksi

Menurut Soelarno et al.,1984 sebagaimana dikutip oleh Zulfikar (2008: 3), likuifaksi

adalah suatu gejala perubahan sifat tanah yaitu, dari sifat solid ke sifat liquid. Perubahan

sifat ini dapat disebabkan oleh berbagai jenis pembebanan sebagai berikut:

a) Disebabkan oleh pembebanan monotonic yang biasanya terjadi pada tanah lempung

yang mengalami tekanan dari gaya rembesan air atau arus pasang sehingga

menimbulkan gejala quick clay, sebagai akibatnya tanah lempung kehilangan kekuatan

gesernya yang dikenal dengan nama static liquefaction. Kondisi ini walaupun mungkin

tetapi jarang terjadi.

b) Disebabkan oleh pembebanan cyclic yang biasanya terjadi pada tanah pasir jenuh air

yang mengalami getaran gempa sehingga pasir kehilangan daya dukungnya yang dikenal

dengan cyclic liquefaction. Kondisi ini lazim terjadi di lapangan.

c) Disebabkan oleh pembebanan yang bersifat shock wave yang biasa terjadi pada tanah

pasir kering berbutir halus yang mengalami getaran gempa yang bersifat shock wave

atau getaran dari bom sehingga menimbulkan gejala fluidization yang berupa longsoran

tanah yang dikenal dengan nama impact liquefaction. Kondisi ini juga jarang ditemukan,

karena pada umumnya terjadi bila kondisi pasir jenuh.

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Potensial Likuifaksi

Soelarno, 1986 sebagaimana dikutip oleh Zulfikar (2008: 4) menyebutkan bahwa faktor-

faktor yang mempengaruhi potensial likuifaksi:

a) Sifat butir tanah, pasir yang uniform (seragam) lebih mudah likuifaksi dibandingkan

well graded sand (pasir yang bergradasi baik), untuk uniformity yang sama, butir pasir

yang lebih halus akan lebih mudah likuifaksi. Pasir yang mudah likuifaksi adalah pasir

yang mempunyai harga D10 antara 0,01-0,25 mm, D50 antara 0,075-2,0 mm, D20 antara

0,04-0,50 mm atau 0,004-1,20 mm dengan uniformity coefficient (Cu) antara 2-10.

b) Kepadatan relatif (Dr), makin kecil harga Dr makin mudah terjadi likuifaksi.

c) Pengaruh kondisi stress mula-mula di lapangan, makin besar harganya makin sulit

tanah itu mencair (likuifaksi).

Mekanisme Terjadinya Likuifaksi

Studi megenai mekanisme terjadinya likuifaksi memberikan suatu metode guna

menganalisis masalah peningkatan dan dissipasi (keluarnya air pori ke permukaan

tanah) dari dalam lapisan horizontal suatu deposit (lapisan) pasir selama dan sesudah

berlangsungnya getaran gempa bumi, dan untuk menggambarkan besarnya perubahan

tekanan air pori yang dapat terjadi di dalam profil tanah sebagai fungsi dari waktu.

Menurut Seed et al.,1975 sebagaimana dikutip oleh Zulfikar (2008: 4), untuk

menganalisis kemungkinan terjadi likuifaksi diasumsikan bahwa selama

berlangsungnya getaran gempa belum terjadi dissipasi yang berarti, dengan perkataan

lain belum terjadi redistribusi tekanan air pori pada masa tanah. Akibat beban cyclic,

tanah mengalami tekanan sebelum air sempat keluar meninggalkan pori. Hal ini

menyebabkan tekanan air pori meningkat, sebaliknya tegangan efektif berkurang dan

dengan demikian kekuatan geser juga berkurang.

Pada suatu lapisan tanah pasir jenuh air, pengaruh dari getaran-getaran gempa bumi

atau dibebani secara cyclic, akan mengalami perubahan sifat yaitu dari sifat solid ke sifat

liquid yang dapat mengakibatkan peningkatan tekanan air pori dan pengaruh tegangan

efektif, sehingga memungkinkan terjadi suatu gejala yang disebut likuifaksi, yang

merupakan gejala keruntuhan struktur. Hal ini dapat dijelaskan dengan menggunakan

rumus tegangan efektif dan rumus kekuatan geser tanah dari Terzaghi yang dapat

dilihat dibawah ini, untuk tanah pasir jenuh air yang ditinjau pada suatu kedalaman dari

permukaan tanah.

Rumus tegangan efektif (Bowles, 1984: 53):

dimana,

eff = tegangan yang sebenarnya bekerja pada butir tanah (kg/cm2);σ

tot = tegangan akibat beban-beban yang bekerja (kg/cm2); danσ

u = tekanan air pori (kg/cm2).

Rumus kekuatan geser (Bowles, 1984: 409):

dimana,

S = kekuatan geser tanah (kg/cm2);

c = kohesi (kg/cm2); dan

= sudut geser dalam sehubungan dengan tegangan efektif (0).φ

Terlihat dengan jelas dari kedua rumus di atas bahwa peningkatan tekanan air pori akan

berarti mengurangi tegangan efektif dan sekaligus mengurangi kekuatan geser dari

tanah yang bersangkutan.

Dapat juga terjadi bahwa u = tot sehingga berdasarkan rumus (2-1) σ

maka eff = 0, ini berarti lapisan tanah tersebut hampir dapat dikatakan tidakσ

mempunyai kekuatan geser sama sekali dan berperilaku seperti fluida.

Evaluasi Potensial Likuifaksi

Untuk mengevaluasi potensial likuifaksi, akan diuraikan di sini metode yang diusulkan

oleh seed dan Idriss (1971), Whitman (1971), dan Valera dan Donovan (1977).

Metode Seed dan Idriss (1971)

Seed dan Idriss (1971) mengemukakan suatu grafik yang menyatakan hubungan antara

nilai tahanan penetrasi standar dengan kedalaman tanah yang ditinjau seperi yang

diperlihatkan pada Gambar 2.1.

Pada gambar tersebut, terdapat garis-garis batas, di mana sebelah kanan garis batas

menunjukkan likuifaksi terjadi dan sebelah kiri garis menunjukkan likuifaksi tidak

terjadi. Di sini terlihat notasi amax yang merupakan percepatan gempa maksimum dan g

yang menunjukkan percepatan gravitasi bumi.

Metode Whitman (1971)

Dasar dari metode yang diusulkan oleh Whitman untuk menganalisis kemungkinan

terjadinya likuifaksi, adalah hasil penyelidikan di lapangan pada lapisan tanah yang

telah pernah mengalami beban gempa bumi.

Hasil penyelidikannya menunjukan bahwa terjadi tidaknya likuifaksi pada suatu lapisan

tanah yang mengalami beban gempa sangat dipengaruhi oleh nilai cycle ratio ( / ’vo =τ σ

perbandingan antara nilai tegangan geser gempa rata-rata akibat gempa dengan nilai

tegangan efektif) serta nilai kepadatan relatif (Dr) dari lapisan tanah yang bersangkutan.

Whitman, 1971 sebagaimana dikutip oleh Amirulmukminin (2008: 9) mengemukakan

bahwa suatu nilai kritis yang merupakan hubungan antara nilai cycle ratio dengan nilai

kepadatan relatif (Dr) berupa garis lengkung yang dapat dilihat pada Gambar 2.2.

Menurut Seed & Idriss, sebagaimana dikutip oleh Amirulmukminin (2008 : 7), untuk

menganalisis kemungkinan terjadi likuifaksi mula-mula dihitung nilai normalisasi

tegangan geser siklis ekivalen gempa ( eq) dengan nilai tegangan efektif ( ’vo). Nilaiτ σ

tegangan geser siklis ekivalen gempa ( eq) dapat diambil sebesar 65 % dari nilaiτ

tegangan geser gempa maksimum ( max) dan mengusulkan suatu bentuk persamaanτ

untuk menghitung nilai tegangan geser gempa maksimum sebagai berikut:

di mana,

eq τ = tegangan geser ekivalen dari gempa;

g = percepatan gravitasi bumi;

maxτ = tegangan geser maksimum dari gempa;

vo σ = tegangan total akibat beban yang bekerja pada lapisan deposit;

amax = percepatan gempa maximum di permukaan tanah; dan

rd = faktor reduksi tegangan sebagai fungsi dari kedalaman yang dapat

dilihat pada Gambar 2.3.

Metode Valera & Donovan (1977)

Metode Valera & Donovan, 1977 sebagaimana dikutip oleh Zulfikar (2008: 7),

memberikan suatu hubungan antara getaran gempa bumi yang menyebabkan likuifaksi

dengan nilai tahanan penetrasi standar dari pasir yang dihasilkan dari penyelidikan

gempa di negeri cina.

Untuk memisahkan keadaan tanah pasir yang mengalami likuifaksi dengan yang tidak,

ditentukan suatu nilai kritis tahanan penetrasi standar (Ncrit). Besarnya nilai Ncrit

ditentukan dengan persamaan berikut:

Di mana,

Ncrit = nilai kritis dari tahanan penetrasi standar (blows/ft);

-N = suatu nilai tahanan yang tergantung dari intensitas gempa seperti dapat dilihat

pada Tabel 2.1 (blows/ft);

Ds = kedalaman lapisan pasir yang ditinjau (m); dan

dw = kedalaman muka air tanah, dihitung dari permukaan (m).

Kriteria dalam menentukan kemungkinan terjadi tidaknya likuifaksi pada metode ini,

adalah dengan membandingkan nilai tahanan standart penetrasi (N SPT) dengan nilai

kritisnya (Ncrit).

(a) Bila N < Ncrit berarti lapisan pasir yang ditinjau cenderung mengalami

likuifaksi; dan

(b) Bila N > Ncrit berarti lapisan pasir yang ditinjau cenderung tidak mengalami

likuifaksi.