Likuifaksi (Liquefaction): bahaya sekunder gempabumi (bagian 1)

Definisi

Inti dari konsep likuifaksi adalah suatu kondisi dimana material lepas (unconsolidated) berubah karena proses liquified (berasal dari bahasa Inggris yang secara harafiah berarti peluluhan/pencairan), yakni transformasi material berbutir dari kondisi solid menjadi cair sebagai akibat dari peningkatan tekanan air pada pori-pori material (Youd, 1973). Konsep ini kemudian berkembang meliputi berbagai manifestasi dari likuifaksi mulai dari deformasi akibat induksi yang terjadi pada endapan-endapan sungai dan semi-perairan dangkal pada umumnya dan aplikasi kriteria dalam menetapkan asal muasal gempa.

        Likuifaksi lebih mungkin terjadi pada soil/liotologi tersaturasi air yang belum terkonsolidasi dengan porositas yang rendah, seperti lempung pasiran atau pasir dan kerikil halus. Selama gempa bumi terjadi lapisan pasir yang belum terkonsolidasi akan cenderung mengalami penyusutan volume. Pada waktu yang sama terjadi peningkatan tekanan air pada pori-pori batuan dan menyebabkan penurunan pada kekuatan geser batuan tersebut, yakni pengurangan pada efffective stress.

gambar 1. Kondisi fisik material sedimen lepasan, antara yang tersaturasi air dan yang mengalami likuifaksi (anonim)

Menemukan fitur yang disebabkan oleh paleolikuifaksi tidak selalu mudah, karena proses pengendapan yang terus terjadi kemungkinan akan menutup kenampakan tersebut. Dengan demikian jejak likuifaksi hanya akan teramati pada singkapan-singkapan alami seperti pinggir sungai yang tererosi, atau pada lokasi ekskavasi buatan. Metode geofisika seperti resitiviti, induksi elektromagnetik dan radar penembus tanah yang (ground-penetrating radar) yang dianggap cukup baik untuk menemukan posisi struktur likuifaksi di bawah permukaan. 

gambar 2. Hubungan antara ukuran butir "vs" volume material berukuran halus dalam kerentanannya terhadap likuifaksi (Tsuchida dan Hayashi, 1971)

        Kekuatan getaran pemicu gempa kuat terjadi saat percepatan horizontal (horizontal acceleration) berada pada urutan 0,1g untuk gempa bumi yang kuat, bahkan pada sedimen sangat rentan terhadap getaran (Ishihara dalam McCalpin, 2002:499). Data dari seluruh dunia mengenai sejarah kegempaan menunjukkan bahwa likuifaksi dapat terbentuk pada magintud gempa paling rendah sekitar 5 Mw. Namun, secara umum gempa berkekuatan 5,5-6 Mw merupakan batas terendah terbentuknya likuifaksi (Ambraseys, 1988).

Magnitude gempa atau disingkat Mw, adalah istilah yang digunakan baik untuk menyatakan moment magnitude atau magnitude gelombang permukaan. Tingkat kekuatan getaran gempa bumi magnitud (Mw) bergantung pada kondisi tektonik tertentu. Contohnya: tingkat getaran dari gempa bumi akibat pergerakan subduksi umumnya lebih rendah dibandingkan dengan getaran yang disebabkan oleh pergerakan kerak bumi. Hal ini disebabkan karena perbedaan kekuatan pada komposisi litologi pada zona-zona rapuh dan jarak dari sumber gempa. Durasi getaran gempa bumi juga nampak secara signifikan. Gempa bumi akibat akibat subduksi umunya berdurasi sedikit lebih lama dari gempa akibat pergerakan kerak bumi lainnya).

Penyebab dan proses terbentuknya

Kondisi  yang terjadi selama proses terbentuknya likuifaksi dinyatakan ke dalam rumus keteknikan berikut ini:

           Modulus geser pasir menurun bersamaan dengan turunnya tegangan efektif. Kekuatan geser  pasir  menurun dengan  (tegangan efektif) tan  φ. Dengan begitu tanah berpasir menjadi melunak (mencair). Pada kasus yang ekstrim, tegangan efektif menjadi nol. Tegangan efektif adalah ketika terjadi adanya gaya kontak antar butiran pasir. Tegangan efektif nol menyatakan tidak adanya gaya kontak tersebut. Sehingga butiran pasir benar-benar mengapung bebas dalam air. Sehingga pasirpun menjadi seperti mencair. Oleh karenanya, ketika hal itu terjadi maka tanah tersebut tidak mampu menoppang beban diatasnya dan menyebabkan amblasnya bangunan, miring ataupun longsor.

Yoshimi dan Tokimatsu (1977) menyebutkan bahwa tekanan air pori yang terjadi pada lapisan tanah di bawah bagian tengah bangunan lebih kecil daripada di bagian tepi struktur. Berdasarkan uji model laboratorium dan pengamatan lapangan selama gempa Niigata pada 1964, peningkatan tekanan air pori pada lapisan tanah pasir di bawah bangunan menyebabkan penurunan bangunan akan semakin besar. Bangunan yang lebih berat akan mengalami penurunan yang kecil bila dibandingkan dengan bangunan yang lebih ringan.

gambar 3. Kondisi batuan atau sedimen yang mengalami likuifaksi akan kehilangan daya dukung dan kestabilan terhadap beban di atasnya. sehingga seingkali dijumpai penurunan/amblesnya struktur bangunan pada tingkat likuifaksi yang parah (Encyclopedia Britanica, 2012)

          Salah satu aspek positif dari fenomena likuifaksi adalah kecenderungan efek getaran gempa yang mengalami peredaman secara signifikan. Hal ini dikarenakan sifat cairan yang tidak mendukung tegangan geser.  Sehingga setelah tanah mengalami likuifaksi karena getaran gempa, getaran gempa yang datang berikutnya (bergerak nelalui tanah dalam bentuk shear waves) tidak akan menggetarkan/mengguncang tubuh bangunan di sekitar permukaan tanah.

          Syarat terbentuknya likuifaksi serta karakter struktur dan tanda kehadiran likuifaksi dapat dibaca selanjutnya pada  laman berikut Likuifaksi (Liquefaction): bahaya sekunder gempabumi (bagian 2)