ANALISA KECEPATAN GELOMBANG GESER KOTA … · vertikal) dan palu (4 kg) ... Institut Teknologi...

ANALISA KECEPATAN GELOMBANG GESER

KOTA SURAKARTA MENGGUNAKAN METODE

MULTICHANNEL ANALYSIS OF SURFACE WAVES

SEBAGAI KAJIAN GEOTEKNIK

Disusun oleh:

MUHAMMAD FACHRUL ROZI KURNIAWAN

M0213052

SKRIPSI

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

September, 2017

i

ANALISA KECEPATAN GELOMBANG GESER

KOTA SURAKARTA MENGGUNAKAN METODE

MULTICHANNEL ANALYSIS OF SURFACE WAVES

SEBAGAI KAJIAN GEOTEKNIK

Disusun oleh:

MUHAMMAD FACHRUL ROZI KURNIAWAN

M0213052

SKRIPSI

Diajukan untuk memenuhi sebagian

persyaratan mendapat gelar Sarjana Sains

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

September, 2017

ii

HALAMAN PERSETUJUAN SKRIPSI

iii

HALAMAN PENGESAHAN

iv

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi yang saya tulis dengan judul “Analisa

Kecepatan Gelombang Geser Kota Surakarta Menggunakan Metode

Multichannel Analysis of Surface Waves sebagai Kajian Geoteknik” merupakan

hasil penelitian saya berdasarkan arahan dari pembimbing. Hingga saat ini dengan

sepengetahuan saya isi skripsi ini tidak berisi materi yang telah dipublikasikan oleh

orang lain tanpa mencantumkan di daftar pustaka dan tidak pula berisi materi yang

diajukan untuk mendapatkan gelar sarjana di Universitas Sebelas Maret atau di

perguruan tinggi lainnya. Isi skripsi ini boleh dirujuk dan sangat disarankan jika

ditemui kesalahan dimohon menghubungi penulis sehingga tidak terjadi misconcept.

Dalam upaya peningkatan akademik tulisan ini diizinkan dicopy secara bebas.

Surakarta, September 2017

Muhammad Fachrul Rozi Kurniawan

v

HALAMAN MOTTO

“Perhatikanlah apa yang disampaikan bukan siapa yang menyampaikan”

(Anonim).

“Mancanegara selalu memberikan hasrat untuk dikunjungi, namun Indonesia adalah

tempat ternyaman untuk kembali dan mengabdi”

(Anonim).

“Berdoalah kepada Allah dalam keadaan yakin akan dikabulkan, dan ketahuilah

bahwa Allah tidak mengabulkan doa dari hati yang lalai”

(HR. Tirmidzi: 3401).

Barang siapa yang menolong kesusahan orang muslim, maka Allah Subhanahu wa

taala akan menolongnya dari kesusahan pada hari kiamat (HR. Bukhari)

“Memandang alam dengan pengertian jauh lebih berarti dan menyukakan hati

daripada hanya menyaksikan keelokannya saja”

(Albert Heim).

vi

HALAMAN PERSEMBAHAN

Dengan menyebut nama Allah Subhanahu wa taala dan dengan penuh rasa

syukur, karya ini saya persembahkan

kepada:

Ibu, bapak,

adik – adik,

seluruh keluarga besar,

teman – teman Fisika FMIPA UNS,

rekan – rekan Geofisika UNS,

dan yang selalu memberikan dukungan.

vii

Analisa Kecepatan Gelombang Geser Kota Surakarta Menggunakan Metode

Multichannel Analysis of Surface Waves Sebagai Kajian Geoteknik


Program Studi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Sebelas Maret

ABSTRAK

Pemetaan kecepatan gelombang geser merupakan parameter penting dalam klasifikasi

tanah yang kaitannya dengan studi mikrozonasi dan investigasi geoteknik. Metode

Multichannel Analysis of Surface Waves (MASW) merupakan salah satu metode non-

invasive yang dapat digunakan untuk menentukan kecepatan gelombang geser.

Pengambilan data dilakukan sebanyak 15 titik di Kota Surakarta. Pengukuran MASW

aktif dilakukan menggunakan alat P.A.S.I. Seismograph Model 16S24-P. Geofone

yang digunakan sebanyak 24 kanal dengan frekuensi ambang 4,5 Hz (komponen

vertikal) dan palu (4 kg) sebagai sumber getarnya. Setiap bentangan lintasan survei

dilakukan pemukulan sumber getar sebanyak dua kali di bagian luar lintasan (inline

end-off spread). Data gelombang yang didapatkan dalam domain waktu dan

ditransformasikan ke domain frekuensi. Profil kecepatan gelombang geser didapatkan

melalui inversi kurva dispersi gelombang Rayleigh. Nilai kecepatan gelombang geser

hingga kedalaman 30 meter dinyatakan dengan Vs30. Dari penelitian ini didapatkan

sebaran Vs30 Kota Surakarta sebesar 250 – 450 m/s. Berdasarkan klasifikasi National

Earthquake Hazard Reduction Program (NEHRP) jenis tanah di Surakarta termasuk

klasifikasi C dan D. Nilai Vs30 tertinggi terdapat pada bagian barat daya (Kecamatan

Laweyan) dan bagian utara (Kecamatan Banjarsari) yang diklasifikasikan jenis tanah

C. Sedangkan, Vs30 terendah berada di bagian barat laut dan bagian tenggara

(Kecamatan Serengan dan Pasar Kliwon) yang diklasifikasikan jenis tanah D.

Kata kunci : Non – invasive, gelombang geser, inversi, dispersi, frekuensi.

viii

Analysis of Shear Waves Velocity in Surakarta City Using Multichannel

Analysis of Surface Waves Method for Geotechnic Study


Departement of Physics, Matematic and Science Faculty of

Universitas Sebelas Maret

ABSTRACT

Shear waves velocity mapping is most important for microzonation studies and

geotechnical investigation sites. The Multichannel Analysis of Surface Waves

(MASW) method is one of the non-invasive methods that can be used to determine the

shear wave velocity. The data acquisition collected in 15 sites of Surakarta City. Active

MASW measurements are performed using the P.A.S.I. Seismograph Model 16S24-P.

The geophones are used 24 channels with a threshold frequency of 4.5 Hz (vertical

component) and a hammer (4 kg) as an active source. Each points measurement are

given twice the source on the outline of the spread (inline end-off spread). The data

obtained in the time domain transformed to the frequency domain. The shear velocity

profile is obtained through the inversion of the Rayleigh waves dispersion curve. The

value of shear waves velocity up to 30 meters depth is expressed by Vs30. From this

research, distribution of the Vs30 Surakarta City has a velocity from 250 - 450 m/s.

Based on the classification by National Earthquake Hazard Reduction Program

(NEHRP) soil type in Surakarta classified in class C and D. The highest Vs30 in the

southwest part (Laweyan sites) and the northern part (Banjarsari sites) classified soil C

class. Meanwhile, the lowest Vs30 is in the the northwest and southeast part (Serengan

and Pasar Kliwon sites) classified as D class.

Keywords : Non – invasive, shear waves, inversion, dispersion, frequency.

ix

KATA PENGANTAR

Alhamdulillah. Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah Subhanahu wa taala

atas segala limpahan nikmat serta karunia-Nya. Sholawat serta salam senantiasa

penulis haturkan kepada Rosulullah Shalallahu ‘alayhi wasallam sebagai suri tauladan

seluruh umat manusia sepanjang masa.

Skripsi yang berjudul “Analisa Kecepatan Gelombang Geser Kota Surakarta

Menggunakan Metode Multichannel Analysis of Surface Waves sebagai Kajian

Geoteknik”. Terselesaikannya rangkaian penelitian ini merupakan suatu kebanggaan

tersendiri bagi penulis. Dalam penyusunan skripsi ini, penulis banyak mendapatkan

bantuan dan masukan dari banyak pihak sehingga sehingga karya ini dapat

terselesaikan. Oleh karena itu penulis mengucapkan terimakasih kepada:

1. Kedua orang tua saya, adik- adik, serta keluarga besar, yang selalu memberikan

do’a, dukungan moral maupun material dan perhatian yang tak pernah lepas.

2. Bapak Budi Legowo, S.Si., M.Si. selaku Dosen Pembimbing I yang selalu

memberikan dukungan, bimbingan dan arahan dari awal penelitian hingga akhir

penulisan skripsi. Terimakasih juga atas rangkaian tripnya.

3. Bapak Soerja Kusuma, S.Si.,M.Si selaku Dosen Pembimbing II yang selalu

memberikan masukan, bimbingan dan arahan dari awal penelitian hingga akhir

penulisan skripsi, serta memberikan wawasan mengenai studi lanjut.

4. Bapak Ahmad Marzuki S.Si., Ph.D selaku Pembimbing Akademik yang selalu

memberikan semangat, motivasi, serta kepeduliannya kepada semua

bimbingannya.

5. Bapak dan Ibu dosen serta seluruh Staff di Program Studi Fisika FMIPA UNS

yang telah banyak memberikan ilmu tidak ternilai besarnya bagi penulis.

6. Tim Akuisisi data seismik yang terdiri dari para striker (Brenda, Digyo, Rizki

Korti) terimakasih atas pukulannya, Lintang, Pupus, Dura, Lukman, Maarif,

Agus, Aula.

x

7. Teman-teman Celelekan (Bangun, Brenda, Diaz, Ilham, Lintang, Pupus) yang

selalu memberikan hiburan dalam segala suasana.

8. Teman – teman bermalam (Andhika, Barep, Bintang, Chiran, Digyo, Diaz,

Lintang).

9. Teman-teman Geofisika UNS (Andhika, Agus, Chiran, Digyo, Yudi, Fahri,

Anas, Sinta, Luluk, Lela, Kaka, Hamzah, Singgih).

10. Mas Aris, Mas Deffi, Mas Hanif yang telah memberikan saran dan masukannya.

11. Pak Sentot yang selalu mengingatkan waktu sholat.

12. Mereka yang selalu mengingatkan akan kebaikan, hal ini merupakan sesuatu

yang sangat berharga.

13. Rekan - rekan Fisika 2013 (Andi, Anggit, Aripin, Bintang, Bintari, Esti, Trio)

yang tidak dapat disebutkan namanya satu per satu.

14. Teman – teman HMGI Regional Jateng DIY (Hardi, Hanif, Zuhdi, Kelik, Mbak

Aulia, Mas Tom, Mas Ikhsan, Mas Purwa, Mas Elan, dan Mas Ekrar) terima

kasih atas kebersamaan dan ilmunya selama di HMGI.

15. Semua pihak yang telah membantu dalam kegiatan dan penyelesaian penulisan

laporan ini yan tidak bisa disebutkan satu persatu.

Penulis menyadari bahwa dalam penulisan laporan ini tidak terlepas dari

kesalahan. Maka dari itu, penulis mohon kritik dan saran yang bersifat membangun.

Semoga laporan penelitian ini bermanfaat bagi pembaca.

xi

PUBLIKASI

Sebagian skripsi saya yang berjudul “Analisa Kecepatan Gelombang Geser Kota

Surakarta Menggunakan Metode Multichannel Analysis of Surface Waves Sebagai

Kajian Geoteknik” telah dipresentasikan di Asian Physics Symposium (APS) 2017 di

Institut Teknologi Bandung pada tanggal 30 – 31 Agustus 2017.

xii

DAFTAR ISI

HALAMAN PERSETUJUAN SKRIPSI .................................................................. ii

HALAMAN PENGESAHAN .................................................................................... iii

PERNYATAAN .......................................................................................................... iv

HALAMAN MOTTO ................................................................................................... v

HALAMAN PERSEMBAHAN ................................................................................ vi

ABSTRAK ................................................................................................................. vii

ABSTRACT .............................................................................................................. viii

KATA PENGANTAR ................................................................................................ ix

PUBLIKASI ................................................................................................................ xi

DAFTAR ISI .............................................................................................................. xii

DAFTAR GAMBAR ................................................................................................ xiv

DAFTAR TABEL ................................................................................................... xvii

DAFTAR SIMBOL ................................................................................................ xviii

BAB I PENDAHULUAN ............................................................................................ 1

1.1. Latar Belakang ............................................................................................... 1

1.2. Batasan Masalah ............................................................................................. 2

1.3. Perumusan Masalah ........................................................................................ 3

1.4. Tujuan Penelitian ............................................................................................ 3

1.5. Manfaat penelitian .......................................................................................... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ................................................................................. 4

2.1. Teori Elastisitas .............................................................................................. 4

2.1.1. Tekanan (Stress) ...................................................................................... 4

2.1.2. Regangan (Strain) ................................................................................... 5

2.1.3. Hukum Hooke ......................................................................................... 7

2.2. Karakter Fisis Gelombang .............................................................................. 8

2.3. Jenis-Jenis Gelombang Seismik ..................................................................... 8

2.3.1. Gelombang Badan ................................................................................... 9

2.3.2. Gelombang Permukaan ......................................................................... 10

2.4. Persamaan Gelombang Seismik ................................................................... 11

2.5. Hubungan Parameter Elastik dengan Kecepatan Gelombang ...................... 14

2.6. Mekanisme Penjalaran Gelombang .............................................................. 15

xiii

2.7. Transformasi Fourier .................................................................................... 20

2.8. Multichannel Analysis of Surface Waves (MASW) ..................................... 21

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ............................................................... 23

3.1. Tempat dan Waktu Penelitian .......................................................................... 23

3.2. Alat dan Bahan Penelitian ................................................................................ 24

3.3. Metode Penelitian ............................................................................................. 26

3.3.1. Survei Pendahuluan ............................................................................... 26

3.3.2. Akuisisi Data ......................................................................................... 27

3.3.3. Pengolahan dan Analisa Data................................................................ 29

3.4. Alur Penelitian .................................................................................................. 33

3.5. Geologi Regional .............................................................................................. 35

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .................................................................. 36

4.1. Hasil Penelitian ............................................................................................. 36

4.2. Interpretasi Setiap Site .................................................................................. 38

4.3. Sebaran Spasial Kecepatan Gelombang Geser (Vs) ..................................... 70

BAB V PENUTUP ..................................................................................................... 78

5.1. Kesimpulan ....................................................................................................... 78

5.2. Saran ................................................................................................................. 78

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................ 79

LAMPIRAN ............................................................................................................... 82

Lampiran 1. Rekaman Gelombang (Kurva Dispersi dan Model Vs 1D) ................. 82

Lampiran 2. Nilai Parameter Elastisitas .................................................................. 97

Lampiran 3. Deskripsi Litologi ............................................................................. 100

Lampiran 4. Peta Geologi Lembar Surakarta-Giritontro ....................................... 108

Lampiran 5. Dokumentasi ..................................................................................... 109

Lampiran 6. Nilai Vs ............................................................................................. 110

Lampiran 7. Nilai rasio Poisson ............................................................................ 112

xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2. 1. Komponen stress (Telford et al., 1990). ................................................. 4

Gambar 2. 2. Analisis strain 2 dimensi. ........................................................................ 5

Gambar 2. 3. Penjalaran gelombang seismik yang bersumber di P pada medium

homogen setengah bola (Lowrie, 2007). ............................................................... 9

Gambar 2. 4. Pergerakan partikel gelombang P (Reynold, 1997). ............................... 9

Gambar 2. 5. Pergerakan partikel gelombang S (Reynold, 1997). ............................. 10

Gambar 2. 6. Pergerakan partikel gelombang Rayleigh (Reynold, 1997). ................. 11

Gambar 2. 7. Pergerakan partikel gelombang Love (Reynold, 1997). ....................... 11

Gambar 2. 8. Penjalaran gelombang berdasarkan prinsip Huygens (Reynold, 1997). 15

Gambar 2. 9. Skema penjalaran gelombang berdasarkan prinsip Fermat (Pedrotti &

Pedrotti, 1993) ..................................................................................................... 16

Gambar 2. 10. Pemantulan dan pembiasan gelombang pada batas permukaan dengan

kontras impedansi (Kearey et al, 2002)............................................................... 17

Gambar 2. 11. Difraksi yang disebabkan oleh patahan (Kearey et al, 2002). ............ 18

Gambar 2. 12. (a) Interferensi konstruktif dan (b) interferensi destruktif (King, 2009).

............................................................................................................................. 18

Gambar 2. 13. Penjalaran paket gelombang (periode panjang) dengan kecepatan grup

U dan gelombang (frekuensi tinggi) dengan kecepatan fasa c (Stein

&Wysession, 2003). ............................................................................................ 20

Gambar 2. 14. Perubahan paket gelombang karena normal dispersi (Lowrie, 2007). 20

Gambar 3. 1. Peta geologi Surakarta beserta lokasi titik penelitian yang telah

dimodifikasi (Koesuma et al., 2017). .................................................................. 23

Gambar 3. 2. Peralatan yang digunakan untuk pengambilan data. ............................. 25

Gambar 3. 3. Skema pengambilan data MASW. ........................................................ 27

Gambar 3. 4. Geometri shot point pada pengambilan data MASW............................ 28

Gambar 3. 5. Trace seismic pada perekaman gelombang permukaan (MASW). ....... 30

Gambar 3. 6. Geometry editing. .................................................................................. 30

Gambar 3. 7. Trace seismic perekaman gelombang yang telah filter. ........................ 31

Gambar 3. 8. Kurva dispersi saat picking (fundamental mode). ................................. 31

Gambar 3. 9. Kurva dispersi setelah picking............................................................... 32

Gambar 3. 10. Profil Vs terhadap kedalaman. ............................................................. 32

Gambar 3. 11. Skema penelitian ................................................................................. 33

Gambar 3. 12. Skema pengolahan data. ...................................................................... 35

Gambar 4. 1. Kurva dispersi setelah dilakukan transformasi ke domain frekuensi ......36

xv

Gambar 4. 2. Kurva dispersi setelah picking dan kualitas kurvanya (modul WaveEq).

............................................................................................................................. 37

Gambar 4. 3. (a) kurva dispersi, (b) profil 1D Vs, dan (c) rasio Poisson pada site A1.

............................................................................................................................. 40


............................................................................................................................. 42


............................................................................................................................. 44


............................................................................................................................. 46


............................................................................................................................. 48

Gambar 4. 8. (a) kurva dispersi, (b) profil 1D Vs, dan (c) rasio Poisson pada site B1.

............................................................................................................................. 50


............................................................................................................................. 52


............................................................................................................................. 54


............................................................................................................................. 56


............................................................................................................................. 58

Gambar 4. 13. (a) kurva dispersi, (b) profil 1D Vs, dan (c) rasio Poisson pada site C1.

............................................................................................................................. 60


............................................................................................................................. 62


............................................................................................................................. 64


............................................................................................................................. 67

Gambar 4. 17. (a) kurva dispersi, (b) profil 1D Vs, dan (c) rasio Poisson pada site C.

............................................................................................................................. 69

Gambar 4. 18. Topografi Kota Surakarta .................................................................... 71

Gambar 4. 19. Litologi terhadap ketinggian dari masing - masing site. .................... 71

Gambar 4. 20. Pemodelan 3D Vs menggunakan software .RockWorks15................. 72

Gambar 4. 21. Visualisasi 3D lapisan dengan Vs ≥ 𝟑𝟔𝟎 𝒎/𝒔. .................................. 73

Gambar 4. 22. Sayatan A – A’ dan B – B’. ................................................................. 73

xvi

Gambar 4. 23. Korelasi litologi penampang A- A’. .................................................... 74

Gambar 4. 24. Penampang melintang (cross section) A – A’. .................................... 74

Gambar 4. 25. Korelasi litologi penampang B – B’. ................................................... 75

Gambar 4. 26. Penampang melintang (cross section) B – B’. .................................... 75

Gambar 4. 27. Peta distribusi Vs30 Kota Surakarta. ................................................... 77

Gambar 4. 28. Peta distribusi klasifikasi tanah berdasarkan NEHRP......................... 77

xvii

DAFTAR TABEL

Tabel 2. 1. Perubahan koordinat setelah persegi PQRS setelah dikenai stress. ............ 6

Tabel 2. 2. Rasio Poisson beberapa material............................................................... 15

Tabel 2. 3. Klasifikasi site berdasarkan NEHRP. ...................................................... 22

Tabel 3. 1. Indentitas setiap site pada penelitian ini…..................................................24

Tabel 3. 2. Parameter perekaman gelombang. ............................................................ 29

Tabel 4. 1. Hasil penelitian….......................................................................................38

Tabel 4. 2. Nilai Vs30 dan klasifikasi setiap site . ........................................................ 70

xviii

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan Satuan

𝜎 Stress 𝑁/𝑚2

휀 Strain meter

𝛿 Sudut putar o

∆ Dilatasi meter

𝐸 Modulus Young 𝑁/𝑚2

𝜏 Rasio Poisson -

K Modulus Bulk 𝑁/𝑚2

𝜇 Modulus geser 𝑁/𝑚2

𝜆′ Konstanta Lame 𝑁/𝑚2

𝜆 Panjang gelombang meter

𝑉 Kecepatan m/s

𝑣 Frekuensi Hz

F Gaya Newton

M Massa Kg

a Percepatan m/s2

𝜌 Massa jenis kg/m3

t Waktu sekon

𝛼/ 𝑉𝑝 Kecepatan gelombang P m/s

𝛽/ 𝑉𝑠 Kecepatan gelombang S m/s

𝜃 Sudut o

𝜓 Fungsi Persamaan

gelombang

-

𝜔 Frekuensi sudut radian

𝑘 Bilangan gelombang -

𝑈 Kecepatan grup m/s

𝑐 Kecepatan fasa m/s

h Ketebalan meter

ANALISA KECEPATAN GELOMBANG GESER KOTA … · vertikal) dan palu (4 kg) ... Institut Teknologi...

Documents

Transcript of ANALISA KECEPATAN GELOMBANG GESER KOTA … · vertikal) dan palu (4 kg) ... Institut Teknologi...