Indonesia, yang terletak di Cincin Api Pasifik, merupakan negara yang sangat rentan terhadap gempa bumi. Getaran gempa yang merambat melalui tanah dapat menyebabkan kerusakan parah pada bangunan dan infrastruktur.

Namun, intensitas guncangan di permukaan tanah tidak hanya ditentukan oleh magnitudo dan jarak sumber gempa, tetapi juga sangat dipengaruhi oleh karakteristik tanah di bawahnya, terutama tanah lunak. Respons dinamis tanah lunak terhadap gempa memiliki implikasi signifikan terhadap desain bangunan tahan gempa.

Baca Juga : Peta Gempa Di Indonesia

Apa Itu Respons Dinamis Tanah Lunak terhadap Gempa?

Ketika gelombang seismik dari gempa bumi merambat melalui lapisan tanah dari batuan dasar (batuan keras) menuju permukaan, sifat-sifat geoteknik tanah yang dilewatinya akan memodifikasi gelombang tersebut. Fenomena ini disebut respons dinamis tanah atau efek situs (site effect). Tanah lunak, seperti lempung lunak atau pasir lepas yang jenuh air, memiliki karakteristik yang secara khusus memengaruhi respons ini, menyebabkan potensi kerusakan yang lebih besar.

Mekanisme Pengaruh Gempa pada Respons Dinamis Tanah Lunak

Pengaruh gempa pada respons dinamis tanah lunak dapat dijelaskan melalui beberapa mekanisme kunci:

1. Amplifikasi Gelombang Seismik

• Peningkatan Amplitudo: Gelombang seismik yang merambat dari batuan dasar ke permukaan melalui lapisan tanah lunak cenderung mengalami amplifikasi (penguatan). Ini berarti percepatan dan kecepatan getaran tanah di permukaan dapat berkali-kali lipat lebih besar daripada yang terjadi di batuan dasar. Fenomena ini terjadi karena gelombang seismik melambat saat melewati medium yang lebih lunak, dan energi gelombang terkonsentrasi di lapisan yang dangkal, mirip dengan gelombang laut yang membesar saat mendekati pantai.

• Perubahan Frekuensi Dominan: Tanah lunak memiliki periode alami getarannya sendiri. Jika periode alami tanah ini berdekatan dengan periode dominan gelombang gempa, maka dapat terjadi resonansi. Resonansi akan menghasilkan amplifikasi yang sangat signifikan, menyebabkan getaran tanah permukaan menjadi sangat besar. Bangunan dengan periode alami yang serupa dengan periode tanah juga akan mengalami amplifikasi yang ekstrem, berpotensi menyebabkan kerusakan parah atau keruntuhan.

2. Deformasi Akibat Tegangan Geser Siklik

• Regangan Geser (Shear Strain): Getaran gempa menyebabkan tegangan geser siklik berulang pada tanah. Tanah lunak, dengan kekakuannya yang rendah, akan mengalami regangan geser yang lebih besar dibandingkan tanah kaku.

• Penurunan Kekakuan (Stiffness Degradation): Pada regangan geser yang besar, kekakuan tanah lunak akan menurun secara signifikan. Hal ini menyebabkan periode alami tanah memanjang (bergeser ke periode yang lebih panjang), dan respons permukaan tanah dapat berubah.

• Peningkatan Redaman (Damping Increase): Seiring dengan penurunan kekakuan, redaman intrinsik tanah juga akan meningkat, yang membantu menyerap sebagian energi gempa. Namun, efek ini seringkali tidak cukup untuk sepenuhnya mengatasi amplifikasi.

3. Peningkatan Tekanan Air Pori (Pore Water Pressure Build-up)

• Tanah Jenuh Air dan Lepas: Tanah lunak, terutama pasir lepas yang jenuh air dan lanau non-plastis, sangat rentan terhadap peningkatan tekanan air pori akibat beban siklik gempa. Getaran gempa menyebabkan partikel tanah cenderung tersusun lebih padat, tetapi karena pori-pori terisi air dan drainase tidak dapat terjadi dengan cepat (undrained condition), tekanan air di dalam pori-pori akan meningkat.

• Pengurangan Tegangan Efektif: Peningkatan tekanan air pori menyebabkan penurunan tegangan efektif tanah. Tegangan efektif adalah tegangan yang benar-benar ditahan oleh kontak antar partikel tanah. Ketika tekanan air pori meningkat, tegangan efektif berkurang, yang pada gilirannya menurunkan kuat geser tanah secara drastis.

4. Likuifaksi (Liquefaction)

• Kehilangan Kuat Geser Total: Jika tekanan air pori meningkat hingga mendekati tegangan total, tegangan efektif dapat berkurang hingga mendekati nol. Pada titik ini, tanah kehilangan hampir seluruh kuat gesernya dan berperilaku seperti cairan berat. Fenomena ini disebut likuifaksi.

• Dampak Likuifaksi: Likuifaksi dapat menyebabkan:

  • Kehilangan Daya Dukung Pondasi: Bangunan dapat tenggelam, miring, atau ambruk karena pondasinya kehilangan daya dukung.

  • Penyebaran Lateral (Lateral Spreading): Lereng landai atau tanah di dekat tepi sungai/danau dapat bergerak secara lateral dalam jarak yang signifikan.

  • Amblesan Permukaan (Ground Settlement): Setelah gempa, air pori akan terdispersi dan tanah akan memadat, menyebabkan penurunan permukaan tanah.

  • Semburan Pasir (Sand Boils): Air dan pasir dapat menyembur ke permukaan melalui retakan atau celah.

• Kondisi Rentan Likuifaksi: Tanah yang paling rentan terhadap likuifaksi adalah pasir bergradasi seragam, lanau non-plastis, dan kadang-kadang lempung sensitif, yang berada di bawah muka air tanah dan dalam kondisi lepas (loose).

Baca Juga : Tipe-Tipe Gempa Dinamik

Implikasi pada Desain Bangunan Tahan Gempa

Memahami respons dinamis tanah lunak sangat penting dalam rekayasa gempa:

• Pemilihan Percepatan Gempa Desain: Desain struktur harus mempertimbangkan amplifikasi yang terjadi pada permukaan. Data percepatan batuan dasar perlu disesuaikan dengan karakteristik tanah situs untuk mendapatkan percepatan puncak tanah di permukaan (Peak Ground Acceleration - PGA) yang akurat. SNI 1726:2019 telah mengakomodasi faktor klasifikasi situs tanah (kelas A hingga F) untuk memperhitungkan efek ini.

• Desain Struktur yang Tepat: Struktur yang dibangun di atas tanah lunak mungkin memerlukan sistem pondasi yang lebih kuat, seperti pondasi tiang pancang yang menembus lapisan lunak hingga ke tanah keras di bawahnya. Desain struktur atas juga harus mempertimbangkan potensi periode alami yang lebih panjang dan deformasi yang lebih besar.

• Penanganan Likuifaksi: Jika situs berpotensi likuifaksi, langkah-langkah mitigasi harus dilakukan, seperti perbaikan tanah (misalnya, pemadatan dinamis, kolom batu, drainase vertikal) atau penggunaan pondasi dalam yang dirancang untuk menahan efek likuifaksi.

• Analisis Respons Situs (Site Response Analysis): Untuk proyek-proyek penting atau di lokasi dengan kondisi tanah kompleks, analisis respons situs yang lebih detail (misalnya, menggunakan metode ekuivalen linear atau non-linear seperti program DEEPSOIL, NERA, atau Plaxis) perlu dilakukan untuk memprediksi respons permukaan tanah secara lebih akurat.

Baca Juga : Mimar Sinan, Arsitek di Masa Utsmani Pendiri Bangunan Tahan Gempa

Studi Kasus di Indonesia

Beberapa gempa bumi di Indonesia telah menunjukkan dampak signifikan dari respons dinamis tanah lunak:

• Gempa Palu 2018: Bencana ini menjadi contoh nyata dampak likuifaksi pada tanah lunak. Wilayah seperti Petobo dan Jono Oge mengalami "pergerakan tanah menjalar" (lateral spreading) yang masif, di mana tanah seperti "mengalir" membawa serta bangunan di atasnya. Hal ini terjadi karena lapisan pasir dan lanau jenuh air di bawah permukaan mengalami likuifaksi parah akibat guncangan gempa yang kuat.

• Gempa Aceh 2004 (Tsunami): Meskipun kerusakan utama disebabkan oleh tsunami, analisis menunjukkan bahwa amplifikasi gelombang seismik di lapisan aluvial lunak di pesisir berkontribusi pada kerusakan awal bangunan sebelum gelombang tsunami tiba.

• Gempa Yogyakarta 2006: Banyak daerah di Bantul yang dibangun di atas endapan aluvial lunak mengalami kerusakan parah, sementara daerah lain yang lebih dekat dengan episenter tetapi di atas batuan keras menunjukkan kerusakan yang lebih ringan. Ini menunjukkan efek amplifikasi yang signifikan pada tanah lunak.

Pengaruh gempa pada respons dinamis tanah lunak adalah aspek kritis dalam rekayasa gempa yang tidak dapat diabaikan. Fenomena seperti amplifikasi gelombang seismik dan, yang lebih parah, likuifaksi, dapat mengubah gempa yang relatif moderat menjadi bencana dahsyat di permukaan.

Dengan memahami mekanisme kompleks ini dan mengintegrasikannya ke dalam desain bangunan dan infrastruktur, kita dapat membangun struktur yang lebih tangguh dan aman. Melakukan penyelidikan tanah yang memadai, analisis respons situs yang akurat, dan menerapkan strategi mitigasi yang sesuai adalah langkah-langkah esensial untuk mengurangi risiko bencana gempa, terutama di wilayah Indonesia yang kaya akan tanah lunak.