## PERMODELAN 2D TANAH LIKUEFAKSI MENGGUNAKAN QUAKE/W
Maulana Arif 1* , Meilani Adriyati 2
1 Program studi Teknik Sipil, Universitas Muhammadiyah Bangka Belitung, Indonesia
2 Department of Civil and Structural Engineering, Kyushu University, Japan
* email: maulana.arif@unmuhbabel.ac.id

## Abstract
Liquefaction is an event where the consistency of the soil changes from solid to liquid due to the decreasing of the soil's effective stress. It can occur due to cyclic loads or earthquakes. Liquefaction events generally occur in soils with a distribution of fine sand grains and shallow groundwater levels. Liquefaction can cause failures in  construction  or  soil  such  as  sand  boils,  flow  failures,  lateral  spreads,  ground  oscillations,  loss  of  bearing capacity, and buildings sinking into the ground. This study aims to determine the potential for soil liquefaction by using 2-dimensional modeling using Quake/W software. The data used in this modeling are soil stratigraphic data from drilling and soil characteristic data including grain size distribution, percentage of fine grains, and soil plasticity index as a result of laboratory testing. In addition to soil condition data, earthquake data are also used in modeling. The earthquake data used is in the form of a time history curve of changes in acceleration with time.  The  modeling  is  carried  out  with  scenarios  of  static  conditions  and  dynamic  conditions  to  provide  an overview  of  how  changes  in  soil  conditions  before  and  after  the  earthquake.  The  change  in  the  effective  soil stress is reviewed at a depth of 1m; 1.5m; 2m; and 2.5m. The modeling results show that there is a decrease in the effective soil stress up to 30% at each depth.
Keywords : Liquefaction, modelling, Quake/W

## Abstrak
Likuefaksi  merupakan  kejadian  dimana  konsistensi  tanah  berubah  dari  padat  menuju  cair  akibat berkurangnya  tegangan  efektif  tanah.  Hal  ini  dapat  terjadi  karena  adanya  beban  siklik  ataupun  gempa  bumi. Kejadian likuefaksi umumnya terjadi pada tanah dengan distribusi butiran pasir halus dan muka air tanah yang dangkal. Likuefaksi dapat menimbulkan kegagalan pada konstruksi maupun tanah seperti seperti sand boils, flow failures,  lateral  spreads,  ground  oscillation, kehilangan  daya  dukung,  bangunan  turun  masuk  ke  dalam  tanah, dan  lain  sebagainya.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk  dapat  mengetahui  potensi  likuefaksi  tanah  dengan menggunakan  permodelan  2  dimensi  menggunakan  perangkat  lunak Quake/W .  Data  yang  digunakan  dalam permodelan  ini  yaitu  data  stratigrafi  tanah  yang  berasal  dari  pemboran  dan  data  karakteristik  tanah  meliputi distribusi ukuran butir, persentase butiran halus, dan indeks plastisitas tanah  hasil dari pengujian laboratorium. Selain  data  kondisi  tanah,  data  gempa  juga  digunakan  dalam  permodelan.  Data  gempa  yang  digunakan  yaitu berupa kurva time history perubahan percepatan terhadap waktu. Permodelan dilakukan dengan skenario kondisi statis dan kondisi dinamis agar memberikan gambaran bagaimana perubahan kondisi tanah sebelum dan setelah gempa.  Perubahan  tegangan  efektif  tanah  ditinjau  pada  kedalaman  1m;  1,5m;  2m; dan  2,5m.  Hasil  permodelan menunjukkan bahwa terjadi penurunan tegangan efektif tanah hingga 30% pada masing-masing kedalaman.
Kata kunci :  Likuefaksi, pemodelan 2D, Quake/W

## 1. Pendahuluan
Indonesia merupakan salah satu negara yang berada di jalur ring of fire dan pertemuan 4 lempeng besar dunia. Hal ini menjadikan Indonesia menjadi salah satu negara dengan potensi kegempaan yang cukup besar. Kejadian gempa sudah merupakan suatu hal yang lumrah dan sering terjadi di Indonesia. Banyak dampak yang ditimbulkan dari adanya kejadian gempa ini salah satunya adalah fenomena likuefaksi.
Likuefaksi  merupakan  suatu  kejadian  dimana  tanah  mengalami  perubahan  konsistensi dari padat menuju cair akibat dari penurunan tegangan efektif tanah. Likuefaksi dapat terjadi jika  dipicu  oleh  beban  siklik  yang  cukup  besar  seperti  gempa  bumi.  Kejadian  gempa  bumi
mengakibatkan  adanya  peningkatan  air  pori  pada  tanah  yang  berujung  pada  turunnya tegangan  efektif  pada  tanah.  Adapun  pengertian  likuefaksi  secara  menyeluruh  yaitu merupakan  suatu  fenomena  pada  tanah  berukuran  butir  pasir  halus  dan  jenuh  air  yang mengalami  beban  siklik  yang  cukup  besar  berupa  gempa  dengan  waktu  tertentu  yang mengakibatkan terjadinya peningkatan tekanan air pori yang membuat tegangan efektif pada tanah semakin menurun sehingga tanah menjadi kehilangan daya dukungnya [4].
Kejadian  likuefaksi  Palu  2018  mengingatkan  kita  bahwa  potensi  bencana  likuefaksi  di Indonesia  cukup  besar  dan  perlu  adanya  perhatian  khusus.  Badan  Geologi  Pusat  Air  Tanah dan  Geologi  Tata  Lingkungan  pada  tahun  2019  merilis  peta  potensi  likuefaksi  seluruh Indonesia [2]. Terlihat pada Gambar 1.1 bahwa potensi likuefaksi terjadi pada  daerah tepian pantai  yang  berada  dekat  dengan  zona  seismik.  Warna  ungu  menandakan  zona  potensi likuefaksi  tinggi,  warna  kuning  menandakan  zona  potensi  likuefaksi  sedang,  warna  hijau menandakan  zona  potensi  likuefaksi  rendah,  dan  wana  abu-abu  menandakan  zona  tidak berpotensi likuefaksi.
Gambar 1.1 Peta Zona Potensi Likuefaksi di Indonesia Sumber: Badan Geologi Pusat Air Tanah dan Geologi Tata Lingkungan,2019
Dengan adanya potensi  likuefaksi  yang cukup besar di  beberapa wilayah di  Indonesia, maka  penelitian  terkait  likuefaksi  di  Indonesia  harus  terus  ditingkatkan.  Permodelan  tanah likuefaksi  ini  menjadi  salah  satu  metode  untuk  mengetahui  kecenderungan  tanah  yang berpotensi mengalami likuefaksi.

## 2. Tinjauan Pustaka
Likuefaksi  secara  sederhana  dapat  diartikan  sebagai  tanah  yang  mencair.  Sedangkan pengertian  likuefaksi  secara  menyeluruh  yaitu  merupakan  suatu  fenomena  pada  tanah berukuran  butir  pasir  halus  dan  jenuh  air  yang  mengalami  beban  siklik  yang  cukup  besar berupa gempa dengan waktu tertentu mengakibatkan terjadinya peningkatan tekanan air pori yang  membuat  tegangan  efektif  pada  tanah  semakin  menurun  sehingga  tanah  menjadi kehilangan daya dukungnya [4]. Hal ini didasari pada Persamaan 2.1
𝜎 ′ = 𝜎 − 𝑢 (2.1)
dimana    σ’  merupakan  tegangan  efektif  tanah  (kN/m 2 ),  σ  merupakan  tegangan  total  tanah (kN/m 2 ) dan u merupakan tekanan air pori (kN/m 2 ).
Berdasarkan  hasil  penelitian  mengenai  jenis  tanah  likuefaksi  akibat  gempa  di  Padang pada  September  2009,  jenis  tanah  berupa  tanah  dengan  kandungan  butiran  pasir  halus sebanyak  65  %  [5].Tanah  yang  dapat  menyebabkan  likuefaksi  yaitu  dengan  3  kriteria  yaitu: (1) Jumlah butiran yang lolos saringan no.200 < 15 %, (2) nilai LL ( Liquid Limit ) tanah < 35, dan  (3)  kandungan  air  pada  tanah  ( w c )  >  0,9  LL  [6].  Berdasarkan  pernyataan  tersebut  dapat diperkirakan bahwa tanah yang berpotensi likuefaksi berupa tanah lanau atau pasir halus. Saat
Journal of Civil Engineering and Planning Vol. 2, No. 2 | 2021
terjadinya  likuefaksi  dapat  memicu  beberapa  kegagalan  seperti sand  boils , flow  failures , lateral spreads , ground  oscillation , kehilangan daya dukung,  atau bangunan turun masuk ke dalam tanah[3].

## 3.1.1 Sand Boils
Fenomena sand boils merupakan pergerakan naiknya butiran pasir ke permukaan tanah yang disebabkan  karena  naiknya  tekanan  air  pori  di  kedalaman  tertentu  (Gambar  2.1).  Sand  boils tidak  menyebabkan  kerusakan  namun  merupakan  suatu  pertanda  terjadinya  likuefaksi. Kehadiran sand boils umumnya diikuti oleh penurunan pada tanah di sekitarnya.
Gambar 2.1 Sand boils di permukaan tanah [3].

## 3.1.2 Flow Failures
Flow  Failures merupakan  fenomena  akibat  adanya  likuefaksi  berupa  adanya  tanah  yang bergerak  mengalir.  Pergerakan  tanah  mengalir  ini  dikarenakan  adanya  kemiringan  ( slope ) pada  permukaan  tanah.  Aliran  tanah  dapat  bergerak  sejauh  puluhan  hingga  ratusan  meter dengan kecepatan mencapai 10 km/jam. Flow failures dapat terjadi di daerah berlereng sekitar kaki bukit, lereng bendungan, dan daerah di sekitar pantai. Gambaran mengenai flow failure dapat dilihat pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Flow failure [3]

## 3.1.3  Lateral spreads
Lateral  spreads disebabkan  adanya  pergerakan  lateral  di  permukaan  tanah  yang  merupakan akibat dari likuefaksi pada lapisan bawah permukaan (Gambar 2.3).

## Gambar 2.3  Lateral spreads [2]
Lateral  spreads  umumnya  terjadi  pada  kemiringan  lereng  yang  sangat  landai  sekitar  0,3֩-3֩. Fenomena  ini  dapat  mengakibatkan  retakan  di  permukaan  tanah  dan  umumnya  berasosiasi
dengan sand boils. Adanya fenomena ini dapat mengakibatkan kerusakan struktur yang ada di atasnya baik itu jalan, jembatan, maupun gedung.

## 3.1.4 Ground Oscillation
Fenomena ground oscillation umumnya terjadi pada permukaan tanah yang datar. Likuefaksi yang terjadi di bawah permukaan umumnya memisahkan blok-blok tanah yang berada di atas nya  (Gambar  2.4).  Blok-blok  tanah  saling  berdesakan  selama  terjadinya  gempa.  Perilaku berdesakan dari blok-blok tanah ini menghasilkan gelombang permukaan yang bergerak naik dan turun.
Gambar 3.4  Ground oscillation akibat likuefaksi [1]

## 3.1.5 Kehilangan Daya Dukung Tanah
Likuefaksi  dapat  mengakibatkan  struktur  yang  berada  di  atas  tanah  tenggelam  masuk  ke dalam  tanah  dan  miring  (Gambar  2.5).  Hal  ini  terjadi  akibat  hilangnya  daya  dukung  tanah akibat  naiknya  tekanan  air  pori.  Kenaikan  tekanan  air  pori  dapat  mengakibatkan  teganagan efektif  tanah  menjadi  berkurang.  Berkurangnya  tegangan  efektif  tanah  inilah  yang  menjadi alasan tanah kehilangan daya dukungnya.
Gambar 2. 5  Kehilangan daya dukung tanah akibat likuefaksi [1]

## 3.1.6 Permodelan likuefaksi
Salah  satu  perangkat  lunak  yang  dapat  digunakan  sebagai  media  permodelan  likuefaksi adalah Geostudio  2012 .  Dalam  melakukan  permodelan  likuefaksi  menggunakan Geostudio 2012 , analisis yang dilakukan adalah menggunakan Quake/W dengan salah satu uotput yang dihasilkan  berupa  grafik  atau  gambar  kontur  perubahan  tegangan  efektif  terhadap  waktu dinamis.  Selain  itu, Quake/W juga  menampilkan  hasil  berupa  zona  likuefaksi  pada  suatu lapisan tanah.

## 3. Metode Penelitian
Penelitian  dilakukan  melalui  dua  tahapan  yaitu  tahap  pengumpulan  data  dan  tahap permodelan.  Tahap  pengumpulan  data  meliputi  data  profil  bor  tanah  (Gambar  3.1)  dan  data hasil  analilis  laboratorium.  Dalam  tahap  ini  kondisi  perlapisan  tanah  dan  karakteristiknya dapat digambarkan untuk nantinya sebagai acuan dalam proses permodelan.
Sedangkan  tahap  permodelan  terdiri  atas  tahap  permodelan  statis  dan  tahap  permodelan dinamis.  Permodelan  dilakukan  dengan  menggunakan  perangkat  lunak  Geostudio  2012  – Quake/W.  Model  dibuat  berdasarkan  kondisi  perlapisan  tanah  serta  parameter  yang didapatkan berdasarkan karaktersitik tanah digunakan sebagai input parameter model. Model
kondisi  statis  nantinya menggambarkan  kondisi  tanah  sebelum  terjadinya  gempa,  sedangkan model kondisi dinamis nantinya menggambarkan kondisi tanah saat terjadinya gempa. Model statis  dan  model  dinamis  tentu  ada  sedikit  perbedaan  dalam  hal  input  parameter  maupun kondisi  batas  modelnya.  Hasil  permodelan  nantinya  akan  menggambarkan  tanah  yang berpotensi likuefaksi dilihat dari penurunan tegangan efektif tanahnya.
Gambar 3.1 Data perlapisan tanah hasil pemboran

## 4. Hasil dan Pembahasan

## 4.1 Permodelan
Berdasarkan  model  yang  telah  dibuat,  kondisi  awal  dalam  permodelan  dibuat  dengan asumsi  kondisi  statis.  Permodelan  kondisi  statis  terdiri  atas  kondisi  perlapisan  tanah,  posisi muka air tanah, dan kondisi  batas permodelan.  Kondisi perlapisan tanah dan muka air tanah dibuat  berdasarkan  data  pemboran.  Lapisan  tanah  terdiri  atas  tiga  lapisan  yaitu  dari  yang paling atas lapisan tanah pasir lepas  atau loose sand (kedalaman 0-5 m),  lapisan tanah pasir agak padat  atau medium dense sand (kedalaman  5-6 m) dan lapisan lempung kaku atau stiff clay pada  kedalaman  (6-15  m).  Kondisi  batas  pada  model  berupa fixed  x di  bagian  kiri  dan kanan serta fixed x/y di bagian bawah (Gambar 4.1a).
Model untuk analisis kondisi dinamis (gempa) mengalami sedikit perubahan pada kondisi batas bagian kiri dan kanan. Jika sebelumnya pada analisis kondisi statis, batas kiri dan kanan model  merupakan  kondisi  batas  dimana  arah-x  dikunci  agar  tidak  mengalami displacement
(fixed x ). Pada analisis dinamis, batas kiri dan kanan merupakan kondisi batas dimana arah-y yang  dikunci  ( fixed  y )  dengan  asumsi  bahwa  ketika  gempa  terjadi  maka  kondisi  tanah  yang dominan  bergerak  adalah  pada  arah  horizontal  (Gambar  4.1b).  Untuk  batas  bagian  bawah, kondisi  batas  tetap  sama  dengan  model  kondisi  statis  yaitu fixed  x/y .  Dalam  permodelan kondisi  saat  gempa,  analisis  yang  dilakukan  sedikit  berbeda  dengan  adanya  input  parameter gempa.  Data  gempa  yang  digunakan  berupa  data  kurva time  history hubungan  antara percepatan gempa dengan waktu (Gambar 4.2).
Gambar 4.1 Model perlapisan tanah a) kondisi awal dan b) kondisi gempa
Gambar 4.2 Data input percepatan gempa
Dari  hasil  permodelan  maka  dapat  diketahui  kondisi  tegangan  efektif  awal  dari  model tersebut.  Gambar  4.3  merupakan  kondisi  tegangan  efektif  awal  tanah  dan  kondisi  tegangan efektif tanah setelah gempa. Kondisi tegangan efektif mengikuti kedalaman perlapisan tanah. Besarnya tegangan efektif tanah semakin meningkat dengan bertambahnya kedalaman. Hal ini ditandai dengan warna merah muda hingga merah tua.
a) b)
Gambar 4.2 Distribusi tegangan efektif tanah a) kondisi awal dan b) kondisi gempa
Berdasarkan  Gambar  4.2  terlihat  bahwa  terjadi  penurunan  tegangan  efektif  tanah  (  ’ ) lapisan  tanah  pasir  lepas  ( loose  sand )  pada  kedalaman  0-5  m.  Warna  merah  pada  lapisan tersebut  mengalami  perubahan  warna  menjadi  semakin  muda  setelah  terjadinya  gempa. Perubahan warna merah menjadi semakin muda ini menunjukkan bahwa nilai tegangan efektif yang  menurun.  Hal  ini  mengindikasikan  bahwa  tanah  pasir  pada  lapisan  0-5  m  berpotensi mengalami likuefaksi.
Gambar 4.3 Kurva penurunan tegangan efektif tanah
Selain  itu,  indikasi  terjadinya  likuefaksi  juga  terlihat  dari  kurva  penurunan  tegangan efektif  tanah  (Gambar  4.3).  Terlihat  pada  kurva,  masing-masing  warna  menunjukkan perbedaan  kedalaman  titik  tinjau  mulai  dari  kedalaman  1  m;  1,5  m;  2  m;  dan  2,5  m.  Pada kedalaman  1  m,  tegangan  efektif  tanah  berkurang  dari  16  kPa  menjadi  sekitar  9  kPa,  pada kedalaman 1,5 m, tegangan efektif tanah berkurang dari 19 kPa menjadi sekitar 13 kPa, pada kedalaman  2  m,  tegangan  efektif  tanah  berkurang  dari  23  kPa  menjadi  sekitar  17  kPa,  dan pada kedalaman 2,5 m, tegangan efektif tanah berkurang dari 27 kPa menjadi sekitar 19 kPa. Besarnya  penurunan  nilai  tegangan  efektif  terjadi  cukup  seragam  di  masing-masing kedalaman  yaitu  sekitar  30%  dari  tegangan  efektif  awal.  Hal  ini  menjadi  indikasi  bahwa
Perubahan warna a) b)
terjadi  likuefaksi  pada  kedalaman  1  m  hingga  2,5  m.  Zona  likuefaksi  terjadi  pada  lapisan tanah pasir yang ditunjukkan oleh warna kuning pada Gambar 4.4.
Gambar 4.4 Lapisan potensi likuefaksi ditunjukkan oleh warna kuning

## 5. Kesimpulan dan Saran
Berdasarkan hasil dari penelitian berupa permodelan menggunakan Quake/W untuk tanah likuefaksi,  terlihat  bahwa  lapisan  tanah  pasir  lepas  kedalaman  0-5m  berpotensi  mengalami likuefaksi.  Hal  ini  terlihat  dari  adanya  penurunan  nilai  tegangan  efektif  tanah  hingga  30% ketika  terjadinya  gempa.Permodelan  ini  hanya  sebagai  gambaran  saja,  tentu  lebih  baik  lagi bila untuk penelitian selanjutnya dilakukan permodelan eksperimental untuk mengetahui lebih dalam bagaimana mekanisme likuefaksi tanah yang terjadi di lapangan.

## Daftar Pustaka
[1]  Bennett,  M.J.,  Mc  Laughlin,  P.V.,  Sarmiento,  J.S.,  and  Youd,  T.L.  1984. Geotechnical Investigation of Liquefaction Sites . California: U.S. Geological Survey
[2] Buana, T.W., Hermawan, W., Rahdiana, R.N., Wahyudin,  R.W., Hasibuan, G.,  Wiyono, and  Sollu,  W.P.  2019. Atlas  Zona  Kerentanan  Likuefaksi  Indonesia .  Bandung:  Badan Geologi
[3]  Committee  on  Earthquake  Engineering.  1985. Liquefaction  of  Soil  During  Earthquakes . Washington D.C : National Academy Press
[4]  Das,  Braja  M  and  Ramana,  G.V.  2011. Principles  of  Soil  Dynamics  second  edition. Stamford: Cengage Learning
[5] Hakam, A., Suhelmidawati, E. 2013. Liquefaction Due to September 30 th 2009 Earthquake in Padang. Elsevier
[6] Wang, W.S. 1979. Some Findings in  Soil Liquefaction . Beijing: Water Conservancy and Hydroelectric Power Scientific Research Institute