Pencairan tanah yang berbahaya dapat terjadi jauh dari pusat gempa dalam kondisi kering – Dunia Fisika

Pencairan tanah yang berbahaya dapat terjadi jauh dari pusat gempa dalam kondisi kering – Dunia Fisika

Stempel Waktu: 7 November 2023 1

Pencairan di Selandia Baru
Mengambang di darat: saluran air badai ini terdorong ke atas melalui jalan di Christchurch akibat likuifaksi yang disebabkan oleh gempa bumi Canterbury tahun 2010. (Sumber: Martin Luff/CC BY-SA 2.0)

Bertentangan dengan anggapan konvensional, likuifaksi tanah selama gempa bumi dapat terjadi jauh dari pusat gempa, dalam kondisi yang dikeringkan, dan pada tingkat kepadatan energi seismik yang relatif rendah. Temuan tim peneliti internasional ini memungkinkan kita melakukan penilaian dan persiapan lebih baik dalam menghadapi bahaya gempa bumi.

Salah satu bahaya gempa bumi yang paling dahsyat dan meresahkan adalah pencairan tanah. Hal ini terjadi ketika guncangan seismik untuk sementara waktu meningkatkan jarak antar butir tanah, sehingga menyebabkan hilangnya soliditas. Tanah mulai berperilaku seperti cairan kental, yang dapat menyebabkan kendaraan, bangunan, dan bangunan lainnya tenggelam. Pada saat yang sama, infrastruktur yang terkubur seperti jaringan pipa dapat “mengambang” ke permukaan (lihat gambar). Likuifaksi juga dapat menyebabkan tanah melebar dan retak, bahkan memicu terjadinya tanah longsor.

Meskipun likuifaksi tanah dapat menimbulkan dampak buruk akibat gempa bumi, namun hal ini dapat mempunyai manfaat yang berguna. Insinyur sipil sengaja melakukan likuifaksi untuk meningkatkan kualitas tanah sebelum konstruksi dan meminimalkan risiko likuifaksi seismik. Hal ini dapat dilakukan dengan peledakan, pemadatan dinamis, dan vibroflotasi, yang melibatkan alat getar berukuran besar.

Kondisi tidak terdrainase

Secara tradisional, likuifaksi seismik dikaitkan dengan kondisi tak terdrainasi (tanah yang tidak mengalirkan air secara alami) di dekat pusat gempa. Namun, para ahli geosains juga mengamati likuifaksi yang terjadi jauh dari pusat gempa dengan tingkat energi seismik yang lebih rendah.

“Ini adalah skenario yang cukup umum,” jelasnya Shahar Ben-Zeev, seorang seismolog di Universitas Ibrani Yerusalem. Misalnya, ia mencatat, “banyak peristiwa likuifaksi yang terjadi selama rangkaian gempa terkenal Canterbury tahun 2010-2011 yang menyebabkan kerusakan besar di Christchurch, Selandia Baru, terjadi di wilayah jauh, dengan masukan energi seismik dengan kepadatan yang sangat rendah. .”

Untuk memahami bagaimana hal ini mungkin terjadi, Ben-Zeev dan rekannya melakukan simulasi skala butir dan eksperimen fisik mengenai respons lapisan butir yang jenuh air dan tidak kohesi terhadap guncangan horizontal. Eksperimen fisik dilakukan dalam kotak transparan, di dalamnya terdapat serangkaian transduser tekanan yang memungkinkan pengukuran gerakan butiran dan tekanan pori.

Aliran cairan interstisial

Para peneliti menemukan bahwa, bahkan dalam kondisi kering, guncangan seismik dapat memicu aliran cairan interstisial di dalam tanah, yang menyebabkan penumpukan gradien tekanan air pori berlebih dan, sebagai akibatnya, hilangnya kekuatan tanah. Likuifaksi yang terkuras terlihat terjadi dengan cepat — dipandu oleh pergerakan bagian depan pemadatan melalui tanah dengan kecepatan yang dibatasi oleh laju injeksi energi seismik.

“Mekanisme klasik tak terdrainasi dianggap sebagai proses kumulatif, yaitu tekanan air pori meningkat secara bertahap seiring waktu,” jelas Ben-Zeev. Namun, ia menambahkan: “Dalam skenario pengeringan, tekanan udara terjadi dengan cepat dan seketika. Oleh karena itu, kami menemukan bahwa parameter kontrol untuk drained liquefaction adalah kekuatan seismik (laju masukan kepadatan energi seismik ke dalam tanah).”

Temuan ini, kata tim, juga mempunyai implikasi terhadap cara kita menafsirkan fitur geologi terkait likuifaksi yang terkait dengan gempa bumi di masa lalu yang belum diukur menggunakan instrumen seismik.

“Prosedur pengambilan keputusan dan kebijakan mengenai kesiapsiagaan gempa bergantung pada katalog gempa bumi, terutama interval waktu terjadinya gempa bumi dengan magnitudo tertentu di suatu wilayah, Ben-Zeev menjelaskan. Salah satu cara untuk membuat katalog sebelum pencatatan instrumen, catatnya, adalah dengan memeriksa deformasi sedimen lunak dalam catatan geologi.

“Jika bukti peristiwa likuifaksi tanah ditemukan, parameter gerakan tanah yang memicu likuifaksi dapat dihitung, dan kemudian membatasi jarak dan besaran episentral,” katanya. “Studi kami, yang menunjukkan bahwa likuifaksi dapat dimulai dengan guncangan berintensitas rendah, memerlukan peninjauan ulang terhadap kemungkinan pergerakan tanah paleo yang berlebihan.”

Tidak dijelaskan sepenuhnya

Oliver Taylor, seorang insinyur geoteknik dengan ECS Terbatas yang tidak terlibat dalam penelitian ini percaya bahwa penelitian ini penting: “[Ben-Zeev dan rekannya] memberikan wawasan menyeluruh tentang tanah yang mencair di luar sistem klasik tak terdrainasi. Ini adalah sesuatu yang telah diamati secara langsung, namun belum sepenuhnya dijelaskan oleh pemahaman kita saat ini.”

Namun, Taylor mencatat bahwa tim hanya menguji kondisi tanah yang paling gembur pada pasir seragam yang tidak dipadatkan. “Masalahnya,” tambahnya, “adalah bahwa hal ini hanya menciptakan skenario 'kasus terburuk' yang hasilnya akan 'divalidasi' – dan mungkin tidak mewakili kondisi di lapangan di mana likuifaksi dengan kepadatan energi rendah terjadi. diamati”.

Menyebut penelitian ini “sangat menarik”, Chi-Yuen Wang − seorang ahli geofisika terapan di University of California, Berkeley – menyatakan bahwa “tidak jelas mengapa simulasi tidak mempertimbangkan kompresibilitas tanah berpori, mengingat kompresibilitas tanah berpori merupakan komponen utama penyimpanan tanah pada kedalaman dangkal, yang mengontrol evolusi tekanan pori.”

Setelah studi awal selesai, Ben-Zeev dan rekan-rekannya telah menggunakan kerangka teori yang sama untuk mengeksplorasi misteri bagaimana pencairan tanah dapat terjadi berkali-kali di lokasi yang sama. Hal ini diperkirakan tidak akan terjadi karena kejadian awal akan membuat tanah menjadi padat dan mencegah terjadinya likuifaksi kembali di masa mendatang.

Kajian tersebut dijelaskan dalam Alam komunikasi.

Stempel Waktu:

Lebih dari Dunia Fisika