IDENTIFIKASI KERENTANAN DINDING BENDUNGAN DENGAN MENGGUNAKAN METODE MIKROSEISMIK (STUDI KASUS BENDUNGAN JATIBARANG, SEMARANG) Skripsi disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains Program Studi Fisika oleh Koen Dian Pancawati 4211412053 JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG 2016 i
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
IDENTIFIKASI KERENTANAN DINDING BENDUNGAN
DENGAN MENGGUNAKAN METODE MIKROSEISMIK
(STUDI KASUS BENDUNGAN JATIBARANG, SEMARANG)
Skripsi
disusun sebagai salah satu syarat
untuk memperoleh gelar Sarjana Sains
Program Studi Fisika
oleh
Koen Dian Pancawati
4211412053
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG
2016
i
ii
iii
iv
MOTTO DAN PERSEMBAHAN
MOTTO
▪ Success is not a final, only an achievement and Intelligence is not the
measurement, but intelligence support all
▪ You can if you think you can, Tak ada yang tidak mungkin. Semuanya adalah
proses, Cukup lakukanlah yang terbaik
PERSEMBAHAN
Untuk Bapak, Mama, Guru-guru, Kakak
Adik, Keluarga, Rekan, dan Sahabat
v
PRAKATA
Puji syukur senantiasa tercurahkan kehadirat Allah SWT atas limpahan
rahmat dan hidayah-Nya, sehingga skripsi yang berjudul “Identifikasi Kerentanan
Dinding Bendungan dengan Metode Mikroseismik (Studi Kasus Bendungan
Jatibarang, Semarang)” ini dapat terselesaikan dengan baik, dan tepat waktu.
Ucapan terima kasih tak lupa penulis sampaikan kepada:
1. Prof. Dr. Fathur Rokhman, M.Hum., selaku Rektor Universitas Negeri
Semarang;
2. Prof. Dr. Zaenuri, S.E, M.Si, Akt., selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Semarang;
3. Dr. Suharto Linuwih, M.Si., selaku Ketua Jurusan Fisika, Fakultas Matematika
dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Semarang;
4. Dr. Mahardika Prasetya Aji, M.Si., selaku Ketua Program Studi Fisika, Jurusan
Fisika Universitas Negeri Semarang;
5. Prof. Dr. Supriyadi, M.Si., selaku dosen pembimbing 1 yang telah meluangkan
waktu untuk memberikan bimbingan, arahan, saran dan motivasi dalam
penyusunan skripsi maupun pelaksanaan penelitian;
6. Dr. Khumaedi, M.Si., selaku selaku dosen pembimbing 2 yang telah
meluangkan waktu untuk memberikan bimbingan, arahan, saran dan motivasi
dalam penyusunan skripsi;
7. Drs. Ngurah Made Dharma Putra, M. Si., Ph. D., selaku dosen wali yang telah
banyak memberikan arahan, semangat dan motivasi, serta seluruh dosen
Jurusan Fisika Universitas Negeri Semarang yang telah memberikan bekal ilmu
kepada penulis selama menempuh studi;
8. Sekretaris dan TU Jurusan Fisika maupun Fakultas Matematika dan Ilmu
vi
Pengetahuan Alam yang telah membantu kelancaran dalam administrasi
penyusunan skripsi.
9. Bapak, Ibu, kakak dan adik tercinta atas doa dan dukungannya.
10. Teteh, Aang, Om, tante, segenap keluarga besar yang selalu ada didalm duka dan
suka, serta senantiasa menyemangati dan mendoakan penulis setiap waktu.
11. Teman Aipot, Teman Ex-kyu, serta Teman seperjuangan Fisika 2012, atas
semangat dan dukungannya.
12. Kakak angkatan serta adik angkatan untuk semangat, kebersamaan, dan pelajaran
yang telah diberikan.
13. M. Ahganiya Naufal yang selalu memberikan semangat, pendapat dan pikiran serta
2015 dan 2016 yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu atas semangat dan
bantuannya.
15. Semua pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi, yang
tidak dapat disebutkan satu per satu.
Semoga hasil yang ada dapat bermanfaat.
Akhirnya, penulis menyadari bahwa masih terdapat banyak kesalahan baik dalam
pelaksanaan penelitian maupun dalam penulisan skripsi ini. Oleh karena itu, kritik dan saran
senantiasa penulis nantikan untuk perbaikan karya-karya yang selanjutnya.
Semarang,
Penulis vii
Agustus 2016
ABSTRAK Pancawati, K. D. 2016. Identifikasi Kerentanan Dinding Bendungan dengan Menggunakan Metode Mikroseismik (Studi Kasus Bendungan Jatibarang, Semarang). Skripsi, Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Semarang. Pembimbing Utama Prof. Dr. Supriyadi, M.Si. dan Pembimbing Pendamping Dr. Khumaedi, M.Si. Kata kunci: Kerentanan, Bendungan, Mikroseismik, HVSR, Ground Shear Strain
Peristiwa jebolnya waduk Situ Gintung pada tahun 2009 menunjukkan bahwa
kurangnya kajian mengenai kerentanan dinding bendungan. Salah satu metode
yang mampu mengestimasi kerentanan dinding bendungan untuk mitigasi
bencana adalah metode mikroseismik. Penelitian ini dilakukan di Bendungan
Jatibarang dengan menggunakan metode mikroseismik teknik HVSR dan durasi
perekaman selama 30 menit. Data lapangan tersebut diolah menggunakan
software Geopsy dan dianalisis. Berdasarkan hasil pengolahan data didapatkan
bahwa pada B1 dan A3 nilai frekuensi natural dan percepatan getaran tanah
maksimum bernilai tinggi, sedangkan nilai indeks kerentanan seismik, ketebalan
lapisan lapuk dan ground shear strain bernilai rendah. Pada titik B4 dan A6 nilai
frekuensi natural dan ground shear strain bernilai rendah, sedangkan nilai
percepatan getaran tanah maksimum, indeks kerentanan seismik dan ketebalan
lapisan lapuk bernilai sedang. Pada titik B2, B3, A4 dan A5 nilai frekuensi natural
dan percepatan getaran tanah maksimum bernilai tinggi, sedangkan nilai indeks
kerentanan seismik, ketebalan lapisan lapuk dan ground shear strain bernilai
tinggi. Jadi dapat disimpulkan bahwa pada titik B1 dan A3 memiliki resiko
tingkat kerawanan yang rendah pada titik B4 dan A6 memiliki resiko tingkat
kerawanan yang sedang namun dimungkinkan adanya rekahan atau penurunan
tanah, serta pada titik B2, B3, A4 dan A5 memiliki resiko tingkat kerawanan yang
tinggi.
viii
DAFTAR ISI
Halaman HALAMAN SAMPUL.............................................................................................i HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN ........................................................... ii HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................iv HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN .....................................................v PRAKATA .............................................................................................................vi ABSTRAK........................................................................................................... viii DAFTAR ISI ....................................................................................................... viii DAFTAR TABEL ................................................................................................ xii DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xiii DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................xiv
BAB 1 PENDAHULUAN A. Latar Belakang ....................................................................................................1 B. Rumusan Masalah ...............................................................................................4 C. Batasan Masalah .................................................................................................4 D. Tujuan .................................................................................................................4 E. Manfaat Penelitian ..............................................................................................4
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA A. Tinjauan Geologi Daerah Penelitian ...................................................................7 B. Gempa Bumi .......................................................................................................8 B.1. Mekanisme Gempa Bumi ................................................................................9 B.2. Jenis Gempa Bumi ...........................................................................................9 C. Gelombang ........................................................................................................12 C.1. Gelombang Seismik .......................................................................................12 C.1.A. Gelombang Badan ......................................................................................12 C.1.B. Gelombang Permukaan ..............................................................................15 D. Mikroseismik ....................................................................................................17 D.1. Mikroseismik pada Tanah..............................................................................18 D.2 Horizontal to Vertical Spectral Ratio (HVSR) ...............................................19
ix
E. Amplifikasi ........................................................................................................23 F. Analisis HVSR ..................................................................................................24 G. Analisis Frekuensi Domain...............................................................................27 H. Analisis Periode Dominan ................................................................................28 I. Indeks Kerentanan Seismik ................................................................................30 J. Ground Shear Strain ...........................................................................................31 K. Peak Ground Acceleration ................................................................................32
BAB 3 METODE PENELITIAN A. Tempat Penelitian .............................................................................................33 B. Peralatan ............................................................................................................33 C. Prosedur Pengukuran ........................................................................................34 D. Diagram Alir Penelitian ....................................................................................35 D.1. Diagram Alir Pelaksanaan Penelitian ............................................................35 D.2. Pengambilan data di Lapangan ......................................................................37 E. Pengolahan Data ................................................................................................38
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN A. Hasil Pengolahan data mentah rekaman mikroseismik daerah penelitian ........40
A.1. Frekuensi Dominan Tanah (f0) ......................................................................41
A.6. Ground Shear Strain ( ).................................................................................47 B. Pembahasan rekaman data mikroseismik daerah penelitian .............................48
B.1. Nilai Frekuensi Dominan Tanah (f0) .............................................................48
B.2. Nilai Amplifikasi (A0) ...................................................................................49 B.3. Nilai Ketebalan Lapisan Lapuk (H) ...............................................................50
B.4. Nilai Indeks Kerentanan Seismik (Kg) ..........................................................51 B.5. Nilai Percepatan Getaran Tanah Maksimum (PGA) .....................................51
B.6. Nilai Ground Shear Strain ( ) ........................................................................52
C. Pembahasan data antara Hubungan F0, A0, Kg, H, PGA dan GSS ..................53 x
BAB 5 PENUTUP A. Simpulan ...........................................................................................................56 B. Saran .................................................................................................................56
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................57 LAMPIRAN
xi
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman Tabel 2.1 Data Tabel Klasifikasi Tanah Berdasarkan Nilai Frekuensi Domain Mikroseismik pada Tanah .........................................................................................28 Tabel 2.2 Data Tabel Klasifikasi Tanah Kanai- Omote Nkajima ..............................29 Tabel 2.3 Tabel Lapisan Berdasarkan Indeks Kerentanan Seismik ..........................31
Tabel 2.4 Tabel Hubungan antara dengan Sifat Dinamik Tanah .........................32 Tabel 2.5 Rentang skala Percepatan Getaran Tanah Maksimum ..............................32 Tabel 3.1 Tabel Pengambilan Data di Lapangan .......................................................37
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman Gambar 2.1 Gelombang P .........................................................................................13 Gambar 2.2 Gelombang S .........................................................................................14 Gambar 2.3 Gelombang Love ...................................................................................16 Gambar 2.4 Gelombang Rayleigh .............................................................................17 Gambar 2.5 Deskripsi Komputasi Metode HVSR.....................................................21 Gambar 2.6 Daerah dengan Lapisan Tanah Berbeda ................................................30 Gambar 2.7 Deformasi Regangan Pada Permukaan Tanah .......................................31 Gambar 3.1 Peta Lokasi Penelitian ............................................................................33 Gambar 3.2 Diagram Alir Pelaksanaan Penelitian ....................................................36 Gambar 4.1 Peta Persebaran Nilai Frekuensi Dominan Tanah .................................41 Gambar 4.2 Peta Persebaran Nilai Frekuensi Amplifikasi ........................................42 Gambar 4.3 Peta Persebaran Nilai Ketebalan Lapisan Lapuk ...................................44 Gambar 4.4 Peta Persebaran Nilai Indeks Kerentanan Seismik ................................44 Gambar 4.5 Peta Persebaran Nilai Peak Ground Acceleration .................................46 Gambar 4.6 Peta Persebaran Nilai Ground Shear Strain ...........................................47
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran Halaman Lampiran 1 Data Pengukuran di Lapangan ...............................................................59 Lampiran 2 Data Hasil Penelitian secara Perhitungan ..............................................60 Lampiran 3 Dokumentasi Hasil Pengolahan .............................................................61 Lampiran 4 Dokumentasi di Lapangan .....................................................................63 Lampiran 5 SK Pembimbing .....................................................................................64
xiv
1
BAB 1
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Indonesia secara geografis berada di garis khatulistiwa, hal ini
menyebabkan Indonesia memiliki dua musim yaitu musim kemarau dan
musim penghujan. Pada musim kemarau sebagian besar wilayah Indonesia
mengalami kekeringan. Sebaliknya pada saat musim hujan kondisi aliran
sungai mempunyai debit yang sangat besar. Kesenjangan akibat
perubahan musim tersebut perlu dilakukan pengkajian, supaya besaran
debit yang terjadi bisa dimanfaatkan dan tidak menimbulkan masalah.
Salah satu pemecahan masalah ini perlu dibuat sebuah penampung air di
alur sungai yaitu bendungan atau waduk. Dinding bendungan yang kokoh
mampu menahan volume air yang banyak. Namun, tekanan volume air
dan material lain yang bertumbukan dengan dinding bendungan
menyebabkan dinding bendungan mengalami pengikisan.
Gejala geologi yang mempengaruhi kerentanan dinding bendungan
salah satunya adalah gempa bumi. Gempa bumi menyebabkan getaran
pada permukaan tanah. Salah satu akibat yang ditimbulkan oleh gempa
bumi adalah kerusakan struktur pada dinding bendungan. Kerusakan pada
dinding bendungan disebabkan oleh kekuatan dan kualitas bangunan,
kondisi geologi dan geotektonik suatu daerah terhadap akibat gempa bumi
(Dewi, 2013). Kerentanan suatu bangunan perlu diketahui untuk
2
menganalisis dampak gempa bumi terhadap suatu bangunan. Salah satu
metode yang dapat mengetahui kerentanan suatu bangunan adalah metode
mikroseismik.
Menurut Susilo dan Wiyono (2012), Mikroseismik adalah getaran
tanah yang disebabkan oleh faktor alam maupun buatan seperti angin,
ombak atau aktivitas kendaraan sehingga menyebabkan kondisi geologi
pada permukaan. Mikroseismik merupakan salah satu metode geofisika
pasif. Metode mikroseismik pada dasarnya merekam getaran tanah alami
yang merefleksikan kondisi geologi suatu daerah.
Salah satu teknik dalam mikroseismik adalah teknik HVSR
(Horizontal to Vertical Spectral Ratio). Teknik HVSR pertama kali
diperkenalkan oleh Noghosi dan Igarashi dan disebarkan oleh Nakamura,
sehingga metode ini biasa dikenal juga dengan teknik Nakamura. Teknik
HVSR didasarkan pada perbandingan spektral amplitudo komponen
horizontal terhadap komponen vertikal. Parameter penting yang dihasilkan
dari teknik HVSR adalah frekuensi natural (f0) dan amplifikasi (A0).
Parameter tersebut digunakan sebagai karakterisasi geologi setempat.
Menurut Warnana et al., (2001). Teknik HVSR secara luas dapat
digunakan untuk studi efek lokal dan mikrozonasi. Selain sederhana dan
bisa dilakukan kapan dan dimana saja, Nakamura (2000) menyebutkan
bahwa teknik HVSR untuk analisis mikroseismik bisa digunakan untuk
memperoleh frekuensi natural sedimen. Penggunaan mikroseismik sendiri
telah banyak dilakukan untuk mengidentifikasi resonansi frekuensi dasar
3
bangunan dan struktur tanah di bawahnya. Kemampuan teknik HVSR bisa
memberikan informasi yang bisa diandalkan dan diasosiasikan dengan
efek lokal yang ditunjukkan secara cepat yang dikorelasikan dengan
parameter HVSR yang dicirikan oleh frekuensi natural rendah (periode
tinggi) dan amplifikasi tinggi.
Peristiwa jebolnya waduk Situ Gintung pada tahun 2009
(www.nasional.kompas.com) menunjukkan bahwa kurangnya kajian
mengenai kerentanan dinding bendungan. Hal ini dikarenakan tidak
adanya informasi tentang estimasi kerentanan dinding bendungan yang
mampu dijadikan acuan untuk meminimalisir jatuhnya korban jiwa pada
saat dinding bendungan tidak mampu lagi menahan volume air yang
banyak. Salah satu metode yang mampu mengestimasi kerentanan dinding
bendungan adalah metode mikroseismik. Pada metode mikroseismik
terdapat teknik HVSR yang mampu mengestimasi frekuensi resonansi
secara langsung tanpa harus mengetahui struktur kecepatan gelombang
geser dan kondisi geologi bawah permukaan lebih dahulu (Warnana et al.,
2001). Dari frekuensi resonansi tersebut dapat dilakukan kajian mengenai
indeks kerentanan suatu dinding bendungan sebagai langkah awal mitigasi
bencana.
B. Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah yang dipaparkan di atas maka
dapat dirumuskan permasalahan, bagaimanakah estimasi kerentanan tubuh