ANALISA KECEPATAN GELOMBANG GESER KOTA SURAKARTA MENGGUNAKAN METODE MULTICHANNEL ANALYSIS OF SURFACE WAVES SEBAGAI KAJIAN GEOTEKNIK

  

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

  

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

HALAMAN PERSETUJUAN SKRIPSI

  HALAMAN PENGESAHAN

  

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

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).

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.

  

Analisa Kecepatan Gelombang Geser Kota Surakarta Menggunakan Metode

Multichannel Analysis of Surface Waves Sebagai Kajian Geoteknik

  Muhammad Fachrul Rozi Kurniawan 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

  30

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

  30

  sebaran Vs Kota Surakarta sebesar 250

• – 450 m/s. Berdasarkan klasifikasi National (NEHRP) jenis tanah di Surakarta termasuk

  Earthquake Hazard Reduction Program

  klasifikasi C dan D. Nilai Vs

  30 tertinggi terdapat pada bagian barat daya (Kecamatan

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

  C. Sedangkan, Vs

  30 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.

  

Analysis of Shear Waves Velocity in Surakarta City Using Multichannel

Analysis of Surface Waves Method for Geotechnic Study

  Muhammad Fachrul Rozi Kurniawan 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 Vs

  30 . From this

  30 research, distribution of the Vs 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 Vs

  30 in the

  southwest part (Laweyan sites) and the northern part (Banjarsari sites) classified soil C class. Meanwhile, the lowest Vs

  30 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.

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,

  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.

  

PUBLIKASI

  Sebagian skrips i 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.

  

DAFTAR ISI

  

  

  

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

  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

  

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

  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 Gambar 4. 4. (a) kurva dispersi, (b) profil 1D Vs, dan (c) rasio Poisson pada site A2. ............................................................................................................................. 42 Gambar 4. 5. (a) kurva dispersi, (b) profil 1D Vs, dan (c) rasio Poisson pada site A3. ............................................................................................................................. 44 Gambar 4. 6. (a) kurva dispersi, (b) profil 1D Vs, dan (c) rasio Poisson pada site A4. ............................................................................................................................. 46 Gambar 4. 7. (a) kurva dispersi, (b) profil 1D Vs, dan (c) rasio Poisson pada site A5. ............................................................................................................................. 48 Gambar 4. 8. (a) kurva dispersi, (b) profil 1D Vs, dan (c) rasio Poisson pada site B1. ............................................................................................................................. 50 Gambar 4. 9. (a) kurva dispersi, (b) profil 1D Vs, dan (c) rasio Poisson pada site B2. ............................................................................................................................. 52 Gambar 4. 10. (a) kurva dispersi, (b) profil 1D Vs, dan (c) rasio Poisson pada site B3. ............................................................................................................................. 54 Gambar 4. 11. (a) kurva dispersi, (b) profil 1D Vs, dan (c) rasio Poisson pada site B4. ............................................................................................................................. 56 Gambar 4. 12. (a) kurva dispersi, (b) profil 1D Vs, dan (c) rasio Poisson pada site B5. ............................................................................................................................. 58 Gambar 4. 13. (a) kurva dispersi, (b) profil 1D Vs, dan (c) rasio Poisson pada site C1. ............................................................................................................................. 60 Gambar 4. 14. (a) kurva dispersi, (b) profil 1D Vs, dan (c) rasio Poisson pada site C2. ............................................................................................................................. 62 Gambar 4. 15. (a) kurva dispersi, (b) profil 1D Vs, dan (c) rasio Poisson pada site C3. ............................................................................................................................. 64 Gambar 4. 16. (a) kurva dispersi, (b) profil 1D Vs, dan (c) rasio Poisson pada site C4. ............................................................................................................................. 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

  ≥ / . .................................. 73 Gambar 4. 22. Sayatan A

• – A’ dan B – B’. ................................................................. 73

  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

  30 Gambar 4. 27. Peta distribusi Vs Kota Surakarta. ................................................... 77

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

  

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 Vs

  30 dan klasifikasi setiap site . ........................................................ 70

  h Ketebalan meter

  Kecepatan m/s Frekuensi Hz

  Kecepatan fasa m/s

  Bilangan gelombang - Kecepatan grup m/s

  radian

  Fungsi Persamaan gelombang

  Kecepatan gelombang S m/s Sudut o

  Kecepatan gelombang P m/s /

  t Waktu sekon /

  3

  2 Massa jenis kg/m

  M Massa Kg a Percepatan m/s

  Newton

  F Gaya

  2 Panjang gelombang meter

  DAFTAR SIMBOL Simbol Keterangan Satuan Stress

  /

  ′ Konstanta Lame

  2

  /

  2 Modulus geser

  K Modulus Bulk /

  2 Rasio Poisson -

  /

  Dilatasi meter Modulus Young

  Sudut putar o ∆

  2 Strain meter

  /

• - Frekuensi sudut