KARAKTERISTIK TANAH DI KOTA KALABAHI BERDASARKAN NILAI KECEPATAN GELOMBANG SHEAR (Vs)

Transkripsi

1 JLBG JURNAL LINGKUNGAN DAN BENCANA GEOLOGI Journal of Environment and Geological Hazards ISSN: , e-issn: Akreditasi LIPI No. 692/AU/P2MI-LIPI/07/ KARAKTERISTIK TANAH DI KOTA KALABAHI BERDASARKAN NILAI KECEPATAN GELOMBANG SHEAR (Vs) SOIL CHARACTERISTICS BASED ON SHEAR WAVE VELOCITY (Vs) IN KALABAHI TOWN Cecep Sulaeman Pusat Vulkanologi dan Mitigasi Bencana Geologi, Badan Geologi Jalan Diponegoro No. 57, Bandung - Indonesia Naskah diterima 11 September 2015, selesai direvisi 18 Desember 2015, dan disetujui 01Maret 2016 Korespondensi cecepsula@gmail.com ABSTRAK Kota Kalabahi terletak di Pulau Alor, Propinsi Nusatenggara Timur, merupakan salah satu daerah rawan gempabumi yang dikontrol oleh dua sumber gempabumi, yaitu lajur tunjaman lempeng Samudra Indo-Australia di sebelah selatan dan sesar naik Busur Belakang Flores di sebelah utaranya. Pengukuran kecepatan gelombang S (Vs) dengan metode MASW di Kota Kalabahi telah dilakukan untuk mengetahui kelas situs tanah dan nilai faktor amplifikasi goncangan gempabumi. Pengukuran Vs dilakukan pada 54 titik ukur memakai data loger OYO 24 kanal model McSeis 1109, dengan geophone OYO frekuensi natural 4,5 Hz. Berdasarkan nilai Vs 30, tanah di Kota Kalabahi dapat dibagi menjadi tiga kelas situs: Kelas E (tanah lunak) dengan nilai Vs 30 antara 136 m/det hingga 182 m/det dengan faktor amplifikasi antara 2,76 hingga 3,54, Kelas D (tanah kaku) dengan nilai Vs 30 antara 183 m/det hingga 366 m/det dengan faktor amplifikasi antara 1,52 hingga 2,75, dan Kelas C (tanah sangat padat dan batuan lunak) dengan nilai Vs 30 antara 370 m/det hingga 382 m/det dengan faktor amplifikasi antara 1,47 hingga 1,51. Berdasarkan sebaran nilaivs 30, tanah di Kota Kalabahi didominasi oleh Kelas D. Kata kunci : ampilifikasi, kecepatan gelombang S, kelas situs tanah ABSTRACT Kalabahi Town is located in Alor Island, East Nusatenggara Province. This area is prone to earthquakes due to the existance of two seismic sources, Indo-Australia Subduction zone and Flores Back Arc. Multichannel Analysis of Surface Wave (MASW) was utilized to obtain the (Vs) which was used to classify the site class. A shear wave velocity measurements were carried out at 54 sites in Kalabahi town using data loger OYO 24 channel model McSeis 1109, with geophone OYO and natural frequency of 4.5 Hz. Based on Vs 30 values, soil in Kalabahi can be classified into three site classes. E Class (soft soil) with (Vs) between 136 m/s to 182 m/s and amplification factor between 2.76 to 3.54, D Class (stiff soil) with Vs 30 between 183m/s to 366 m/s and amplification factor between 1.52 to 2.72, and C Class (Very dense soil and soft rock) with Vs 30 between 370 m/s to 382 m/s and amplification factor between 1.47 to According to the distribution of Vs 30 values, the soil in Kalabahi Town is dominated by D Class Site. Keywords : amplification, shear wave velocity, site class 1

2 Jurnal Lingkungan dan Bencana Geologi, Vol. 7 No. 1, April 2016: 1-8 PENDAHULUAN Kota Kalabahi merupakan ibu kota Kabuapten Alor di Provinsi Nusa Tenggara Timur merupakan salah satu wilayah rawan bencana gempabumi. Gempabumi yang berpotensi melanda Kota Kalabahi dapat bersumber dari aktivitas tunjaman lempeng Indo-Australia terhadap lempeng Eropa-Asia di sebelah selatan, sesar naik Busur Belakang Flores di sebelah utara, serta sesar di daratan Pulau Alor dan sekitarnya. Ketika terjadi gempabumi, gelombang seismik menjalar sampai di permukaan tanah dan akan menimbulkan goncangan beberapa detik sampai beberapa menit. Kuat dan lamanya goncangan yang ditimbulkan gempabumi selain bergantung pada kekuatan dan jarak pusat gempabumi juga bergantung pada karakteristik tanah (Kramer, 1996). Salah satu karakteristik tanah tersebut dapat dipelajari dari nilai kecepatan gelombang shear (Vs). Amplifikasi goncangan gempabumi sebanding Tataan Tektonik dan Sejarah Kegempaan Tektonik daerah Nusa Tenggara Timur terkait dengan dinamika tumbukan lempeng Samudra Indo-Australia dengan lempeng Benua Eropa- Asia berupa lajur tunjaman di sebelah selatannya. Tumbukan tersebut mengakibatkan terbentuknya struktur geologi berupa jalur magmatik, sesar naik Busur Belakang Flores, lipatan, sesar, dan kelurusan di Pulau Alor dan sekitarnya. Kota Kalabahi tersusun oleh batuan Formasi Laka berupa tuf gampingan, dan tuf pasiran bersisipan breksi halus dan konglomerat, setempat dijumpai bersisipan napal dan batu gamping (Koesoemadinata dan Noya, 1997). Pulau Alor pernah terlanda gempabumi sedikitnya empat kali sejak tahun Intensitas gempabumi yang melanda Pulau Alor cukup tinggi, yaitu pada skala VIII- IX MMI (Modified Mercally Intensity). Kejadian terakhir tercatat pada 12 Nopember 2004 yang mengkibatkan 33 orang meninggal dunia dan 128 luka-luka (Tabel 2). dengan, dengan Vs adalah kecepatan gelombang geser dan ρ adalah densitas tanah (Aki dan Richards 1980 dalam Kanli drr., 2006). National Earthquaake Hazards Reduction Program (NEHRP) telah merekomendasikan kelas situs tanah (site class) berdasarkan nilai kecepatan gelombang shear (Vs) rata-rata sampai kedalaman 30 m dari permukaan (Vs 30) seperti pada Tabel 1. Nilai faktor amplifikasi goncangan gempabumi dapat dihitung secara empiris berdasarkan nilaivs 30 memakai Persamaan 1 (Wakamatsu drr., 2006), log Amplifikasi = 2,367-0,852 logvs 30± 0,166 (1) Dalam studi ini dibahas hasil pengukuran Vs 30 memakai metode Multichannel Analysis of Shear Wave (MASW) di Kota Kalabahi. NilaiVs 30 merupakan salah satu faktor yang diperhitungkan dalam penyusunan peta kawasan rawan bencana gempabumi. Tabel 1. Kelas Situs Tanah Berdasarkan nilai Vs 30 (BSSC, 2000) METODE PENELITIAN Pemanfaatan gelombang seismik untuk mempelajari permukaan bumi telah banyak dilakukan. Gelombang seismik dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu gelombang badan (gelombang Primer/ compression wave dan gelombang Sekunder/shear wave), dan gelombang permukaan (gelombang Rayleigh dan gelombang Love). Apabila suatu energi mekanik diberikan di atas permukaan suatu medium, kedua jenis gelombang akan menyebar dengan besaran energi tertentu, berupa perpindahan partikel gelombang dan arah perambatan yang berbeda antara satu dengan lainnya. Bila sumber gelombang kompresional digunakan dalam survei seismik permukaan, maka lebih dari dua pertiga jumlah energi seismik yang dihasilkan dikonversi ke gelombang Rayleigh, yang merupakan komponen Site Class Soil Profile Name Average Properties in Top 100 feet (as per 2000 IBC section ) Soil Shear Wave Velocity, Vs (Meters/second) A Hard Rock Vs > 1524 B Rock 762 <Vs< 1524 C Very dense soil and soft rock 366 < Vs< 762 D Stiff soil profile 183 < Vs< 366 E Soft soil profile Vs < 183 2

3 Karakteristik Tanah di Kota Kalabahi Berdasarkan Nilai Kecepatan Gelombang Shear (Vs) Tabel 2. Catatan Gempa Merusak Di Pulau Alor (Supartoyo dan Surono, 2008) No Nama Gempa Tanggal Pusat Gempa Kedalaman (km) Magnitudo MMI Dampak 1 Pulau Timor 18/04/ VII-VIII Bencana terjadi hingga Pulau Alor, 250 orang meninggal, perumahan penduduk rusak. 2 Alor 15/7/1989 7,3 LS 124,8 BT 10 6,4 SR VIII Kerusakan di Alor Timur, 7 orang luka berat, 29 rumah roboh, 66 rumah, 13 kantor, 3 gereja rusak berat. 3 Alor 4/7/ ,23 LS 126,36 BT 33 6,7 SR VIII-IX 22 orang meninggal, 181 orang luka-luka, bangunan rusak berat dan ringan orang kehilangan tempat tinggal. Terjadi liquefaksi. 4 Alor 12/11/2004 5:26:43 WITA 08,137 LS 124,79 BT 10 7,5 Mw VIII-IX 33 orang meninggal, 128 orang luka-luka, 300 gedung pemerintah rusak berat, 200 sekolah rusak berat, rumah penduduk rusak di Pulau Alor. Daerah kerusakan terparah : Feng Afui, Air Mancur, Pantar, Bukapiting. Liquefaksi di Air Mancur. Retakan tanah berarah N 165 E dengan lebar ± cm panjang ± 50 m di jalan KalabahiSibone, Lembur Barat, Limbu, Bukapiting, Baumi. Longsoran di jalan Bone-Bukapiting utama ground roll (Richart drr., 1970 dalam Park drr., 1999). Gelombang Rayleigh merupakan gelombang seismik permukaan yang dihasilkan dari penggabungan antara gelombang Primer dan gelombang shear polarisasi vertikal (SV) di dekat permukaan. Kecepatan gelombang Rayleigh lebih rendah daripada gelombang shear (S). Dalam penjalaran gelombang Rayleigh, bentuk gerakan partikel bergerak mundur dan membentuk elips dengan sumbu mayor vertikal dan sumbu kecil ke arah penjalaran gelombang. Gelombang Rayleigh juga disebut ground roll dalam eksplorasi seismologi (Maztner, 2001 dalam Afif, 2010). Gelombang permukaan Rayleigh bergerak di sepanjang permukaan, dan amplitudonya akan berkurang secara cepat terhadap kedalaman perambatan. Pergerakan gelombang Rayleigh berlaku secara dispersi yang merupakan suatu fenomena natural fungsi kecepatan terhadap panjang gelombang dan frekuensinya. Sifat penetrasi gelombangnya pada suatu media juga dipengaruhi oleh panjang gelombang dan frekuensi. Dalam metode Multichannel Analysis of Shear Wave (MASW), sifat dispersi gelombang permukaan tersebut dimanfaatkan untuk mencari kecepatan gelombang S (shear) melalui kurva dispersi. Kurva dispersi diperoleh dengan mentransformasi sinyal seismik dalam kawasan waktu ke kawasan frekuensi menggunakan transformasi Fourier, yaitu: iwt f (ω) = f ( t) e dt (2) f (w) adalah sinyal dalam domain frekuensi dan f (t) adalah sinyal transient dalam domain waktu. Jika ada dua gelombang f (t) dan g (t), maka terdapat beda fase φ( ω) = φ ( ω) φ ( ω) (3a) dan kecepatan fasenya, f g c ( w) = x. ω / φ( ω) (3b) x adalah jarak dari masing-masing geophone. Dalam metode Multichannel, untuk memperoleh kurva dispersi dilakukan transformasi dari kawasan waktu f (x, t) ke kawasan frekuensi f (x, w) memakai transformasi Fourier, dan ke kawasan kecepatan fase memakai transformasi integral (Oyo Corporation, 2010 dalam Afif, 2010), seperti diperlihatkan pada 3

4 Jurnal Lingkungan dan Bencana Geologi, Vol. 7 No. 1, April 2016: 1-8 Gambar 1. Setelah diperoleh kurva dispersi lalu diinversi, maka akan diperoleh profil kecepatan gelombang S (Vs). Fungsi analisis inversinya adalah: (4) obs dengan f = kecepatan fase hasil observasi = kecepatan gelombang S perhitungan di lapisan pertama, lapisan ke dua, dan lapisan ke M., dengan N= jumlah observasi Penyelesaian persamaan tersebut memakai matriks turunan parsial yang dapat dipelajari di dalam operation manual SeisImager (OYO Corporation, 2010). Survei MASW di Kota Kalabahi memakai sumber getaran dengan memukulkan palu ke permukaan tanah. Alat yang dipakai dalam survei ini yaitu data loger OYO 24 kanal model McSeis 1109, geophone OYO dengan frekuensi 4,5 Hz (12 buah), dan palu seberat 5 kg. Jarak sumber ke geophone pertama dipilih 2 m. Sementara jarak antar-geophone ditetapkan 2 m. Perekaman data dan pengolahannya memakai perangkat lunak McSeis Versi yang dibuat oleh Geometrics Inc. tahun Jumlah titik ukur sebanyak 54 titik dengan jarak antara 250 m hingga 2000 m yang tersebar di Kota Kalabahi (Gambar 2). Gambar 1. Ilustrasi transformasi dari kawasan waktu ke kawsan kecepatan fase (modifikasi dari OYO Corporation, 2010). 4

5 Karakteristik Tanah di Kota Kalabahi Berdasarkan Nilai Kecepatan Gelombang Shear (Vs) Gambar 2. Sebaran titik ukur MASW di Kota Kalabahi. HASIL DAN PEMBAHASAN Contoh dan hasil pengolahan data untuk titik ukur 42 diperlihatkan pada Gambar 3. Data berupa rekaman ground roll dalam kawasan waktu (gambar atas), dan data tersebut ditranformasi ke dalam kawasan kecepatan fase (gambar tengah). Selanjutnya, kurva dispersi diinversi yang menghasilkan profil kecepatan gelombang S (gambar bawah). Kecepatan rata-rata gelombang S sampai kedalaman 30 m (Vs 30) untuk profil kecepatan tersebut adalah 271,1 m/det. Nilai Vs 30 dari 54 titik ukur di Kota Kalabahi ini berkisar antara 136 m/det sampai dengan 382 m/det (Gambar 4). Hasil penentuan nilai Vs 30 tersebut kemudian diklasifikasi ke dalam kelas situs tanah menurut Kelas Situs Tanah NEHRP menjadi tiga (Gambar 5), yaitu Kelas E (tanah lunak) dengan nilai Vs 30 antara 136 m/det hingga 182 m/det, Kelas D (tanah kaku) dengan nilai Vs 30 antara 183 m/ det hingga 366 m/det, Kelas C (tanah sangat padat dan batuan lunak) dengan nilai Vs 30 antara 370 m/ det hingga 382 m/det. Dalam Gambar 5 tersebut terlihat sebaran Kelas D paling luas di Kota Kalabahi, sementara sebaran Kelas E hanya di beberapa tempat, di antaranya di dekat pantai. Sebaran Kelas C hanya berada di utara yang merupakan daerah berelevasi di atas 400 m di atas permukaan laut. Nilai amplifikasi tanah di Kota Kalabahi ditentukan menurut Persamaan 2, yaitu Kelas E antara 2,76 hingga 3,54; Kelas D antara 1,52 hingga 2,75; dan nilai amplifikasi Kelas C antara 1,47 hingga 151. KESIMPULAN Tanah di Kota Kalabahi memiliki nilai Vs 30 berkisar antara 136 m/det. hingga 382 m/det, dan diklasifikasi menjadi tiga kelas, yaitu, Kelas E (tanah lunak) dengan nilai Vs 30 antara 136 m/det hingga 182 m/det dengan faktor amplifikasi antara 2,76 hingga 3,54. Kelas D (tanah kaku) dengan nilai Vs 30 antara 183m/det hingga 366 m/det dengan faktor amplifikasi antara 1,52 hingga 2,75. Kelas C (tanah sangat padat dan batuan lunak) dengan nilai Vs 30 antara 370 m/det hingga 382 m/det dengan faktor amplifikasi antara 1,47 hingga 1,51. Sebaran Kelas D 5

6 Jurnal Lingkungan dan Bencana Geologi, Vol. 7 No. 1, April 2016: 1-8 Gambar 3. Contoh data dan hasilnya untuk Titik Ukur 42. Ground roll (atas), kurva dispersi (tengah), dan Profil Vs30 (bawah). Gambar 4. Kontur nilai kecepatan gelombang S rata-rata sampai kedalaman 30 m ( Vs 30 (Satuan dalam m/det.) ) di Kota Kalabahi. 6

7 Karakteristik Tanah di Kota Kalabahi Berdasarkan Nilai Kecepatan Gelombang Shear (Vs) Gambar 5. Peta kelas situs tanah Kota Kalabahi. adalah yang paling luas di Kota Kalabahi, sementara sebaran Kelas E hanya terdapat di dekat pantai, dan Kelas C terdapat di sebelah utaranya. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada Kepala Pusat Vulkanologi dan Mitigasi Bencana Geologi, Kepala Bidang Mitigasi Gempabumi dan Gerakan Tanah, Kepala Subbidang Gempabumi, dan Pejabat Pembuat Komitmen atas persetujuannya pada penyelidikan ini. Terima kasih disampaikan pula kepada rekan-rekan dan semua pihak yang telah membantu dalam penyelidikan ini. DAFTAR PUSTAKA Afif, H., Pemetaan Kecepatan Gelombang shear (Vs) di Area STIEKERS dengan menggunakan CMPCC MASW, Skripsi S1, Program Studi Geofisika FMIPA, Universitas Gajah Mada, Yogyakarta. Building Seismic Safety Council (BSSC), The 2000 NEHRP Recommended Provisions for New Buildings and Other Structures, Part I (Provisions) and Part II (Commentary), FEMA 368/369, Washington DC. Kanlı, A. I., Pe ter Tildy, Zsolt Pro nay, Ali Pınar, dan La szl o Hermann, VS30 mapping and soil classification for seismic site effect evaluation in Dinar region, SW Turkey, Geophys. J. Int. 165, Koesoemadinata, S. dan Noya, Y., Geologi Lembar Lomblem, Pusat Penelitian dan Pengembangan Geologi. Kramer, S.L., Geotechnical Earthquake Enginering, prentice -Hall, Inc., hal.1-2. OYO Corporation, Operation Manual Model 7

8 Jurnal Lingkungan dan Bencana Geologi, Vol. 7 No. 1, April 2016: Mcseis, SeisImager. Park, Choon B., Miller, Richard, D., dan Xia, Jianghai, Multichannel analysis of surface waves, GEOPHYSICS, VOL. 64, NO. 3 (MAY-JUNE 1999); P , 7 FIGS. Supartoyo dan Surono, Katalog Gempabumi Merusak di Indonesia Tahun , Pusat Vulkanologi dan Mitigasi Bencana Geologi. Wakamatsu, K., Matsuoka, M., dan Hasegawa, K., Gis Based Nation Wide Hazard Zoning Using The Japan Engineering Geomorphologic Classification Map, Proceedings of the 8th U.S. National Conference on Earthquake Engineering April 18-22,2006, San Francisco, California, USA. 8