KEMENTERIAN DIKTI DAN RISTEKPROGRAM STUDI GEOFISIKA JURUSAN
FISIKAFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAMUNIVERSITAS
GADJAH MADA
PRAKTIKUM METODE ANALISA GEOFISIKA IIRESPONSI METODE
MIKROSEISMIK
DISUSUN OLEH :RIDHOTUL GHIAZ HADHARY12/331068/PA/14435
ASISTEN PRAKTIKUM : FATHUL MUBIN
YOGYAKARTAMEI2015
I. PENDAHULUAN1. Latar BelakangTanah merupakan dasar suatu
struktur atau konstruksi, baik berupa konstruksi bangunan gedung,
jalan, maupun konstruksi lainnya. Tanah memiliki sifat fisis (soil
properties) dan sifat mekanik (Index Properties). Sifat sifat
fisika tanah meliputi ukuran butir tanah, warna, bentuk butiran,
dan kekerasan tanah. Sedangkan sifat sifat mekanis tanah meliputi
sifat kohesi, plasitisitas, dan lainnya. Sifat fisis dan mekanik
tanah ini memiliki pengaruh dalam karakteristik bawah permukaan.
Hal ini nantinya akan dikorelasikan lagi dengan kondisi geologi
wilayah penelitian. Karakteristik bawah permukaan tanah nantinya
akan berhubungan dengan efek gempa bumi. Bahaya gempa bumi dalam
skala local tidak hanya dipengaruhi oleh magnitude, jarak pusat
gempa, dan periode perulangannya, tetapi juga dipengaruhi oleh
geologi dan topografi wilayah penelitian (Towhata, 2008). Efek
gempa bumi dapat berbeda - beda di masing masing tempat. Amplitude
getaran gempa dikontrol oleh tebal lapisan sedimen dari basement.
Lapisan sedimen ini akan mengontrol tinggi rendahnya frekuensi
natural di daerah tersebut.Frekuensi natural memiliki arti
frekuensi dasar suatu tempat dalam menjalarkan getaran atau
gelombang, dalam hal ini getaran gempa bumi yang merambat pada
geologi setempat. Daryono et al (2009) menyebutkan bahwa suatu
daerah yang memiliki karakteristik frekuensi natural rendah, sangat
rentan terhadap bahaya getaran gelombang gempa bumi periode
panjang. Hal ini dapat mengancam kerusakan bangunan yang ada di
atasnya.Sedangkan amplifikasi tanah adalah kontras parameter
perambatan gelombang (densitas dan kecepatan) antara batuan dasar
(bedrock) dan sedimen diatasnya. Nilai amplifikasi perambatan
gelombang akan semakin bertambah apabila perbedaan antara kedua
parameter semakin besar. Efek local, amplifikasi, dan frekuensi
natural merupakan factor penting dalam mitigasi bencana suatu
tempat (Nakamura, 1989). Dari analisa beberapa factor tadi, dapat
diperoleh Peak Ground Acceleration (PGA) yang akan menunjukkan
kerentanan tanah setelah divariasikan gempa yang terjadi dari
berbagai sumber yang dapat dirasakan oleh daerah tersebut.Pada
praktikum yang dilakukan kali ini adalah mencoba untuk menghitung
nilai PGA dan mencari persebaran frekuensi natural dan
amplifikasinya menggunakan metode yang disebut sebagai Metode HVSR
atau Horizontal to Vertical Spectrum Ratio. Untuk menganalisa
tersebut, diperlukan data mikroseismik yang telah diberikan, data
tersebut biasanya diperoleh dari seismometer yang digunakan untuk
mengukur gempa mikro yang berasal dari sumber alam.
2. TujuanBerikut ada beberapa tujuan dari penelitian ini adalah
:1) Mencari frekuensi natural, nilai PGA gempa dan frekuensi
dominan2) Menentukan akibat dari gempa yang ditimbulkan dari
getaran gempa di lokasi penelitian3) Memenuhi tugas akhir /
responsi Praktikum Metode Analisa Geofisika II
3. ManfaatManfaat dari penelitian ini adalah untuk memberikan
informasi berupa gambaran jelas mengenai kerentanan tanah di
sekitar daerah penelitian.
II. DASAR TEORIBerdasarkan penyebabnya gempabumi dapat
diklasifikasikan sebagai berikut :1) Gempabumi Vulkanik. Gempabumi
ini bersumber dari tubuh gunungapi aktif, pada umumnya berkekuatan
kecil (maksimum 2 SR) tidak terasa dan hanya dapat dicatat oleh
peralatan saja2) Gempabumi Runtuhan. Gempabumi ini diakibatkan oleh
runtuhan batuan. Runtuhan runtuhan tersebut menimbulkan getaran
tanah. Kekuatan gempabumi ini tergantung dari volume dan jenis
material runtuhan. Biasanya gempa ini hanya dapat dirasakan di
sekitar terjadinya runtuhan dengan kekuatan getaran antara 2 3
SR.3) Gempabumi Tektonik. Gempa ini disebabkan aktifitas tektonik
di zona batas antar lempeng dan patahan mengakibatkan getaran yang
menyebar ke segala arah. Kekuatan gempabumi tektonik dapat mencapai
skala besar 9,0 pada Skala Richter. Salah satu gempabumi tektonik
dalam skala besar yang terjadi di Aceh pada tanggal 26 Desember
2004 menimbulkan Tsunami. Dalam pembahasan selanjutnya Gempabumi
Tektonik akan disebut sebagai gempabumi.Kekuatan gempabumi adalah
cerminan dari besar kecilnya energy gempabumi yang sebanding dengan
dimensi dan perpindahan rata-rata sesar yang teraktifkan.
Intensitas gempabumi adalah cerminan pengaruh goncangan gempabumi
terhadap tingkat kerusakan sarana dan prasarana. Beberapa factor
yang mempengaruhi rusaknya sarana dan prasarana adalah rekayasa
bangunan, jarak dari pusat gempa, dan sifat batuan.Konstruksi
bangunan sangat berpengaruh terhadap kekuatan bangunan dalam
menahan goncangan gempabumi. Apabila kaidah bangunan tahan
gempabumi maka bangunan tersebut akan semakin dapat bertahan
terhadap goncangan gempabumi.Semakin jauh dari pusat gempabumi,
goncangan gempabumi akan semakin lemah, sehingga semakin jauh dari
pusat maka kerusakan pada bangunan akan semakin kecil.Bangunan yang
didirikan di atas lahan yang bersifat kompak dan keras akan lebih
tahan terhadap goncangan gempabumi dibandingkan dengan bangunan
yang didirikan pada lahan dengan batuan yang lebih lunak.Peak
Ground Acceleration (PGA) atau besar percepatan pergeseran tanah
(displacement) pada lokasi tertentu akibat gempabumi tertentu di
wilayah sekitarnya yang terjadi pada kurun waktu tertentu dengan
memperhatikan besar magnitude, hiposenter, dan periode dominan
tanah dimana titik tersebut berada. PGA dipetakan agar bisa
menampilkan efek paling parah yang pernah dialami suatu
lokasi.Percepatan gempa di permukaan dapat dinyatakan dalam g
(percepatan akibat gravitasi bumi, setara dengan gaya gravitasi
bumi dalam presentase), dalam m/s2 (1 g = 9,81 m/s2) atau dalam gal
dimana 1 Gal = 0,01 m/s2 (1 g = 981 Gal).Di Indonesia, khususnya
BMKG dalam melakukan perhitungan Magnitude biasanya menggunakan
perhitungan magnitude local (ML) dan magnitude body (Mb). Sehingga
perlu dilakukan konversi magnitude ke magnitude permukaan (Ms).
Hubungan ketiga magnitude telah dirumuskan oleh Gutenberg;
Sehingga diperoleh hubungan antara ML dan Mb untuk mencari Ms
:
Metode HVSR merupakan metode yang efektif, murah, dan ramah
lingkungan yang dapat digunakan pada wilayah pemukiman. Metode HVSR
biasanya digunakan pada pada seismic pasif (mikrotremor) tiga
komponen. Parameter penting yang dihasilkan dari metode HVSR adalah
frekuensi dominan dan amplifikasi. HVSR yang terukur pada tanah
yang bertujuan untuk karakterisasi geologi setempat, frekuensi
natural dan amplifikasi berkaitan dengan parameter fisik bawah
permukaan (Herak, 2008).Selanjutnya untuk mengkarakteristik tanah
dilakukan perhitungan Indeks Kerentanan Tanah (Funeability Index).
Nakamura (2000) memberikan persamaan indeks kerentanan tanah (Kg)
dan strain seperti pada persamaan berikut :
Dengan Kg adalah indeks kerentanan tanah, Am adalah amplifikasi
tanah dan f0 adalah frekuensi natural. Indeks kerentanan tanah ini
digunakan untuk mengidentifikasi suatu daerah yang rentan terhadap
gerakan tanah yang kuat. Untuk menghitung ketebalan lapisan lapuk
dapat digunakan persamaan sebagai berikut :
Ada beberapa rumus empiris untuk menentukan nilai PGA atau
indeks kerentanan tanah. Metode metode empiris tersebut adalah :1.
Metode empiris Mc. Guirre
Dimana : : Percepatan tanahR: jarak hiposenterMs: Magnitude
surfaceMb: Magnitude body
2. Metode empiris Donovan
Dengan mempertimbangkan porsi data dan diperoleh magnitude yang
cenderung bertambah dengan bertambahnya jarak dari sumber dan
semakin kecil akselerasi menambah perubahan magnitude. Magnitude
dan jarak tersebut tidak dapat ditentukan oleh variabel bebas.
3. Metode empiris Esteva (1970)
Biasanya direkam dari tanah sebanding dengan stiff clay atau
konglomerat padat. Dan direkam dari gempa dengan durasi yang
menengah.
Skala Mercalli adalah satuan untuk mengukur kekuatan gempa bumi.
Satuan ini diciptakan oleh seorang vulkanologis dari Italia yang
bernama Giuseppe Mercalli pada tahun 1902. Skala Mercalli terbaagi
menjadi 12 pecahan berdasarkan informasi dari orang-orang yang
selamat dari gempa tersebutdan juga dengan melihat dan
membandingkan tingkat kerusakan akibat gempa bumi tersebut. Oleh
itu skala Mercalli adalah sangat subjektif dan kurang tepat
dibanding dengan perhitungan magnitudo gempa yang lain.
III. METODOLOGIPertama kali yang perlu dipersiapkan adalah data
microtremor yang merupakan data seismic pasif 3 komponen dalam
format, N (utara-selatan), E (timur-barat), dan Z (atas-bawah)
dalam format (*.msd). Kemudian, pengolahan data dilakukan
menggunakan software Geopsy, yaitu yang dilakukan adalah mengimport
sinyal terlebih dulu sebagai input data satu persatu untuk diolah
pada proses selanjutnya. Setelah itu adalah windowing secara manual
dengan meng-klik H/V toolbox. Pada tab windowing dipilih add untuk
menambahkan window lalu pilih langsung pada graphic window yang
diinginkan. Pada tab Processing digunakan sebagai proses smoothing
menggunakan filter tipe Konno-Omachi dengan konstanta koefisien
sebesar 40 dan horizontal component-nya dipilih squared-average.
Setelah semua proses pemilihan window dan pengaturan parameter
selesai maka dapat dilanjutkan dengan klik tombol start. Untuk
memproses data dengan metode HVSR agar mendapatkan frekuensi
natural dan amplifikasinya. Kemudian setelah frekuensi natural dan
amplifikasi diperoleh selanjutnya adalah pengolahan menggunakan
software Mc.Excel untuk mencari nilai PGA, yang memanfaatkan
beberapa rumus empiris yang telah dijelaskan sebelumnya.
IV. HASIL DAN PEMBAHASANData yang diperoleh dengan rekaman
seismometer memiliki 3 komponen, yang kemudian ketiganya diinputkan
ke dalam software Geopsy. Kemudian data di filter menggunakan
bandpass filter dengan frekuensi antara 0,5 50 Hz. Setelah itu
sinyal dipotong untuk mencari sinyal yang sedikit noise atau S/N
nya tinggi, dengan menggunakan File > Cut > kemudian pilih
rentang waktu yang menandakan panjang sinyal yang akan diolah.
Selanjutnya dengan menggunakan tool H/V untuk mendapatkan grafik
HVSR yang kemudian diperoleh nilai frekuensi natural dan
amplifikasinya pada persamaan yang terdapat pada grafik HVSR
setelah dilakukan proses windowing.
1. Gambar untuk data titik D1
2. Gambar untuk data titik D2
3. Gambar untuk data titik D3
4. Gambar untuk data titik D4
5. Gambar untuk data titik D5
6. Gambar untuk data titik D6
7. Gambar untuk data titik D7
8. Gambar untuk data titik D8
9. Gambar untuk data titik D9
10. Gambar untuk data titik D10
11. Gambar untuk data titik D11
Gempa Jogja 2006xyMagnitudeDepth (km)Vs (m/s)
44026691198646.335314Mc Guirre
PembilangPenyebutHasil
NoTitikFrekuensi Dominan (Fo)Amplifikasi Maksimum (Ao)Indeks
Kerentanan Gempa (SVI)Ketebalan Lapisan Lapuk (H)XYDXDYJarak
EpisenterJarak Hiposenter ( R )472.3*10^0.278Ms(R+25)^1.301PGA
(gal)
1D119.56012.437850.30383864.013271943896091450441306-2518025213.84643136.27326645.1361072155.12.4851942
2D246.02994.664940.47277241.70541324399609145044306-2518025181.85943117.58426645.1361071551.12.4865949
3D31.193712.934967.216149865.7613664409609145044-694-2518025189.56243122.08326645.1361071696.52.4862576
4D437.02882.909290.2285782.11997154419609145044-1694-2518025236.91843149.76326645.1361072591.12.484184
5D545.856811.78553.02895121.71185084429609145044-2694-2518025323.70543200.57926645.1361074233.82.4803852
6D60.7234811.469282.9838845108.503194439609145044-3694-2518025449.51943274.4526645.1361076622.82.4748813
7D732.59283.132080.30098442.40850744449609145044-4694-2518025613.78643371.25826645.1361079755.52.4677009
8D832.24454.296920.57260992.43452374459609145044-5694-2518025815.77143490.8526645.1361083628.42.4588814
9D938.28274.156040.45118732.05053464469609145044-6694-2518026054.59743633.03826645.1361088237.22.4484678
10D105.900914.638773.646587913.3030334479609145044-7694-2518026329.26243797.60326645.1361093576.92.4365124
11D110.9054462.651397.763984786.6976054489609145044-8694-2518026638.65743984.29326645.1361099641.82.4230741
Setelah diperoleh frekuensi natural dan amplifikasi dapat dicari
Indeks Kerentanan Gempa (SVI) dan Ketebalan lapisan lapuk (H) yang
dapat ditampilkan pada tabel dan grafik sebagai berikut :
Untuk mencari nilai PGA atau peak ground acceleration, yaitu
mengikatnya pada data gempa yang terjadi paling dekat di daerah
penelitian. Yang digunakan pada praktikum kali ini adalah data
gempa Jogja 2006 dengan rincian sebagai berikut :Koordinat: 440266,
9119864Magnitude: 6.3 SRKedalaman: 35 kmVs: 314 m/sDengan
menggunakan data diatas, akan diperoleh jarak titik dengan pusat
gempa, yang berupa jarak episenter dan jarak hiposenter. Yang
selanjutnya dapat digunakan untuk mencari nilai PGA dengan berbagai
macam metode empiris.Berikut ini adalah hasil dari nilai PGA dengan
menggunakan rumus empiris dari Mc Guirre yaitu :
Dari dasar teori diketahui bahwa lapisan sedimen mengontrol
tinggi rendahnya nilai PGA, yang mengatakan bahwa daerah tinggian
yang memiliki lapisan sedimen yang lebih tebal akan lebih rentan
terhadap gempabumi yang berarti memiliki nilai PGA yang lebih besar
dibandingkan dengan daerah yang lebih rendah serta memiliki lapisan
sedimen tipis. Diketahui bahwa pada titik D1 sampai pada titik D11
Nilai PGA semakin mengecil, yang artinya bahwa kerentanan tanah
seharusnya semakin kecil pula. Namun pada pengolahan ini tidak
diperoleh hasil yang demikian, seperti yang dapat dilihat pada
grafik indeks kerentanan gempa, dimana nilai PGA pada titik D11
makin yang paling kecil, sedangkan pada indeks kerentanan gempa
nilainya yang paling besar. Dan yang dapat dilihat adalah nilai
indeks kerentanan gempa dan ketebalan lapisan lapuk berfluktuasi
dengan factor factor pengaruh tertentu.Berdasarkan informasi
geologi, daerah Yogyakarta terdapat sesar aktif opak yang
litologinya sebagian besar terdiri dari batuan vulkanik dan
sebagian kars pegunungan Gunung Kidul. Hal ini memicu persebaran
fluktuasi dari nilai indeks kerentanan gempa.
V. KESIMPULANKesimpulan yang diperoleh dari pengolahan data dan
analisa Peak Ground Acceleration (PGA) dalam acara response
praktikum Metode Analisa Geofisika II adalah sebagai berikut :1.
Titik dengan kerentanan gempa paling tinggi adalah D112. Nilai
indeks kerentanan gempa bernilai variatif dan fluktuatif yang
kemungkinan disebabkan oleh keberadaan sesar aktif opak yang
terdapat di daerah Yogyakarta3. Sedangkan nilai PGA tiap titik
mulai dari titik D1 hingga D11 semakin menurun
VI. DAFTAR PUSTAKAWifayanti, Eka J., Sungkono, M.Si, 2013.
Estimasi Indeks Kerentanan Tanah menggunakan Metode HVSR. Jurnal
Sains dan Seni POMITS. Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam. ITS