APLIKASI METODE DELAY TIME UNTUK MENENTUKAN PONDASI BANGUNAN GEDUNG TEKNIK GEOFISIKA DI LAPANGAN SOFTBALL UPN VETERAN YOGYAKARTA Kevin Gardo Bangkit ekaristi 115.130.094 Program Studi Teknik Geofisika, Universitas Pembangunan Nasional Veteran Yogyakarta Jalan SWK 104 Condongcatur Yogyakarta kevin.gardo@gmail.com INTISARI Metode Seismik adalah salah satu metode eksplorasi geofisika memanfaatkan sifat gelombang seismik, yaitu bahwa gelombang dapat dibiaskan dan dipantulkan. Metode seismik ini termasuk metode geofisika aktif karena pemancar dihasilkan dengan memberikan gaya kepada permukaan bumi. Setelah pemancar diaktifkan, gelombang akan menjalar di dalam medium (tanah, batuan) dan memenuhi hukum hukum dan asumsi dasar gelombang seismik. Data didapat adalah jarak sebagai fungsi waktu. Dengan ini maka kedalaman dan bentuk struktur bawah permukaan dapat diperkirakan.seismik refraksi atau seismik bias, datanya dihitung berdasarkan waktu penjalaran gelombang melalui medium dari pemancar ke penerima pada jarak tertentu. Metode ini hanya membutuhkan first break atau gelombang pertama mencapai penerima. Metode Plus - Minus adalah turunan dari metode delay time. Metode ini digunakan untuk keadaan bidang perlapisan lebih kompleks. Metode Plus Minus sendiri ada dua macam, yaitu metode plus time untuk menganalisa jarak dan metode minus time untuk menganalisa kecepatan. Metode abc adalah pengembangan dari metode t-x sederhana untuk lingkungan lebih kompleks. Metode abc dilakukan dengan keadaan bidang perlapisan datar dan homogen. Dalam akuisisi metode ABC, penembakan gelombang dilakukan dua kali, bolak balik terhadap satu geofon sama.penelitian ini adalah salah satu dari rangkaian acara laboratorium seismik refraksi program studi teknik geofisika fakultas mineral UPN Veteran Yogyakarta. Penelitian ini dilakukan oleh mahasiswa teknik geofisika UPN Veteran Yogyakarta angkatan 2013 dengan didampingi asisten laboratorium dilaksanakan 25 April 2015 pukul 06.00 sampai dengan 08.00, peralatan digunakan dalam penelitian ini adalah seismograf Oyo Mc Seis. Kata kunci : Seismik refraksi, metode ABC, metode plus-minus, frist break
1. PENDAHULUAN Seismik refraksi adalah salah satu metoda geofisika untuk mengetahui informasi paling cepat dan tepat dalam menghitung kedalaman lapisan dan kekuatan batuan (strengths) di bawah permukaan tanah dan juga material batuan dibutuhkan. Pada umumnya tujuan dari metoda ini adalah memberikan gambaran bawah permukaan bumi dalam kaitannya dengan kedalaman, nilai kecepatan batuan mana berhubungan langsung dengan kekuaatan batuan. Metode ini didasarkan kepada perekaman waktu kedatangan perambatan gelombang seismik Primer (gelombang P) dihasilkan dari suatu sumber gelombang buatan. Setelah mengalami perkembangan teknologi komputer, instrumentasi dan algoritma untuk analisis gelombang, metode pembiasan telah dikembangkan untuk tujuan mengevalusi stratifikasi dan parameter kekakuan dinamik setiap lapisan profil subpermukaan lapisan. Menggunakan salah satu metode delay time yaitu Metode ABC dan plus minus. Metode ABC merupakan perkembangan dati metode T-X untuk lapisan datar dengan mengetahui lapisan dibawah permukaan dengan penembakan bolak balik (forward dan reverse). Metode plus-minus merupakan metode seismik refraksi mengetahui untuk menganalisa kedalaman dan penentuan kecepatan. Dasar pada metode ini ialah terletak pada waktu tempuh gelombang. Maksud dari acara kali ini mengaplikasikan salah satu metode seismik refraksi yaitu metode ABC dan Plus-Minus dengan bantuan software Microsoft Excel dalam bantuan pengolahan data sederhana namun sebagai dasar dalam menemukan informasi bawah permukaan. Tujuan dari pembelajaran metode ini adalah mampu mengolah dan menginterpretasikan data dalam mencari kecepatan, menemukan informasi lapisan permukaan dan peta kedalaman. bawah 2. DASAR TEORI 2.1. Seismik Refraksi Studi seismik refraksi ditujukan untuk memetakan karakteristik lapisan dekat permukaan (near surface) seperti kedalaman lapisan lapuk (weathering),bed rocks, pemetaan air tanah, lingkungan, dll. Informasi geofisika diperoleh dari studi ini adalah model kecepatan serta kedalaman lapisan bawah permukaan. Informasi tersebut diturunkan dari first break serta geometri sumber-penerima. Halhal menjadi dasar pada pemantulan dan pembiasan gelombang adalah : Asas Fermat Gelombang menjalar dari satu titik ke titik lain melalui jalan tersingkat waktu penjalarannya. Prinsip Huygens Titik-titik dilewati gelombang akan menjadi sumber gelombang baru. Sudut Kritis merupakan Sudut datang menghasilkan gelombang bias sejajar bidang batas (r = 90o). Gambar 2.1 Prinsip Huygens HukumSnellius
Gambar 2.2 Hukum Snellius Gelombang akan dipantulkan atau dibiaskan pada bidang batas antara dua medium, menurut persamaan : (1) di mana: I : Sudut datang R : Sudut bias V1 : Kecepatan gelombang medium 1 V2 : Kecepatan gelombang medium 2 Asumsi dasar dipakai untuk penjalaran gelombang seismik adalah : 1. Medum bumi berlapis 2. Semakin dalam batuan semain kompak. 3. Panjang gelombang seismik << ketebalan lapisan bumi. 4. Pada bidang batas antar lapisan, gelombang seismik menjalar dengan kecepatan gelombang pada lapisan dibawahnya. 5. Kecepatan gelombang bertambah dengan bertambahnya kedalaman. 2.2 Metode Delay Time Metode Delay Time digunakan pada bidang batas lapisan dangkal dengan kontras kecepatan besar (untuk mencari ketebalan lapisan lapuk). Disebut waktu tunda karena terdapat perbedaan waktu diperlukan untuk perambatan pulsa gelombang ke arah atas atau ke arah bawah melalui lapisan atas terhadap waktu digunakan untuk merambat di permukaan lapisan kedua (pembias) sepanjang proyeksi lintasan normal tersebut pada bidang batas. Delay time (waktu tunda) adalah waktu penjalaran gelombang dari AB pada V1 ke BC pada V2 (waktu tunda pada source) ataudari DE pada V1 ke DF pada V2 (waktu tunda pada geophone). 2.3. Metode ABC Metode ABC merupakan perkembangan dari metode T X lapisan datar dengan menggunakan pola pertembakan bolak balik (forward dan reverse shot) dengan asumsi bahwa : Lapisan pertama adalah homogen Variasi kedalaman relatif tidak begitu kasar (bidang batas beerundulasi) Kontras kecepatan cukup besar (V2 >>V1) Kemiringan lapisan kecil Gambar II.3 Ilustrasi penembakan bolak balik menggunakan metode ABC Pada gambar di atas, A dan B = source ; C = geophone V2>>V1. Lintasan gelombang refraksi dari A ke C dan B ke C. Sedangkan Waktu penjalaran gelombang A ke C (A-D-E-C) dinotasikan dengan tac (data waktu penembakan forward) B ke C (B-G-F-C) dinotasikan dengan tbc (data waktu penembakan reverse) dan waktu total penjalaran gelombang dari A ke B (A-D-E-F-G-B) dinotasikan dengan tab. Tab dapat dicari dengan persamaan : (II.2) Sehingga,ketiga waktu penjalaran diatas dapat dihubungkan dengan persaman berikut: (II.3) (II.4) Maka, kedalaman di bawah geophone (hc) dapat dicari dengan :
(II.5) Metode Plus-Minus Metode digunakan dalam perangkat lunak tersebut untuk menetapkan ketebalan lapisan pertama adalah plus minus metode Hagedorn (1959), meliputi analisis Plus waktu untuk kedalaman analisa dan waktu analisis minus untuk penentuan kecepatan. Dasar dari metode plus-minus terletak pada timbal balik tempuh, yaitu tempuh dari gelombang seismik antara dua lokasi di satu arah adalah sama dengan tempuh dalam arah berlawanan. Analisis waktu Plus menggunakan konsep keterlambatan waktu analisis diperkenalkan oleh Gardner (1939, 1967) dan selanjutnya dikembangkan oleh Hawkins (1961) dan Barry (1967). Analisis waktu Plus terdiri dari kombinasi dua keterlambatan analisis waktu dalam arah berlawanan. Bahkan, Plus Sisa nilai pada penerima dalam waktu Plus-Minus analisis jendela sesuai dengan penjumlahan kiri dan hak menunda kali pada penerima. Untuk dapat menggunakan analisis time Plus, data tersebar timbal balik penting sehingga kedatangan penyebaran meluas ke depan setidaknya posisi sumber reverse (Sr) dan sebaliknya kedatangan menyebar ke posisi sumber maju (Sf). Kemudian waktu analisis metode plusminus didefinisikan oleh dua titik crossover (forward menyebar (XF) dan reverse menyebar (Xr)), menentukan batas antara lapisan pertama kedatangan dan kedatangan lapisan kedua. Metode plus-minus merupakan turunan dari metode delay time untuk kasus lebih kompleks seperti : Bidang batas lapisan tidak rata. Mencari tebal lapisan lapuk. Untuk menghitng static correction pada data seismik refleksi. Pada metode plus-minus ini juga menggunakan beberapa asumsi untuk konfigurasi bawah permukaan bumi, yaitu sebagai berikut : Bidang batas lapisan C-F adalah lurus. Kemiringan dari refraktor tidak terlalu besar atau <100. Dan juga menggunakan dua jenis analisis yaitu : Analisis plus time dimana untuk menganalisa kedalaman (depth). Analisa minus time digunakan untuk determinasi kecepatan gelombang. Gambar II.4 Analisis plus berdasarkan metode plus-minus time Plus Time adalah jumlah waktu rambatan gelombang dari geophone pada sumber dan forward dan geophone dari sumber reverse dikurangi dengan travel time antara sumber keduanya. Tujuannya : untuk analisa kedalaman (depth). Plus time dapat dirumuskan sebagai berikut : (II.6) Masing-masing waktu tempuh raypath dapat digantikan dengan waktu tempuh lebih kecil dari raypath (II.8)
(II.9) Kecepatan lapisan pertama dapat ditemukan dengan menggunakan kemiringan kebalikan dari lapisan pertama datang. Dari pendatang lapisan kedua (setelah XF untuk menyebar ke depan dan setelah Xr untuk penyebaran sebaliknya), kecepatan lapisan kedua dapat diturunkan menggunakan analisis Minus waktu. Gambar II.5 Analisa minus time pada metode plus minus Definisi Waktu Minus di penerima (TD) adalah pengurangan dari waktu tempuh di penerima dari sumber reverse (THD) dari waktu tempuh pada penerima dari sumber maju (TAD), dikurangi waktu tempuh antara dua sumber (TAH). Kecepatan lapisan kedua (V2) sama dengan dua kali kemiringan invers fit terbaik line melalui variasi waktu minus (DT-D) dihitung untuk setiap penerima dalam analisis time pada metode PlusMinus. 3. METODOLOGI Tempat dan Waktu Pelaksanaan Pengambilan data lapangan dilakukan pada hari Sabtu 25 April 2015 dan Minggu 26 April, pada pukul 06.00 WIB sampai pada pukul 16.00 WIB dengan kedaan cuaca agak cerah dan mendung. Pengambilan alat menggunakan isntrumen seismik refrask yaitu OYOMcSeis berlokasi di lapangan softball barat gedung rektorat UPN Veteran Yogykarta beralamat di Jl. SWK 104 Condongcatur, Depok, Sleman, Yogyakarta. Gambar 3.1 Design Survey 3.2 Peralatan dan Perlengkapan
Mulai Membentangkan Meteran, Azimuth, Koordinat Mempersiapkan alat : bantalan seismik, palu, Oyo McSeis, kabel penguhubung dan geophone Memukul palu pada bantalan seismik Gambar 3.2 Peralatan Seismik Refraksi Gambar diatas merupakan peralatan digunakan dalam penelitian, peralatan tersebut terdiri dari: 1. Oyo Mc Seis : Instrumen akuisisi seismik refraksi membaca kecepatan gelombang diterima oleh geophone. 2. GPS : Untuk mengetahui letak lintasan dengan koordinat terbaca pada GPS 3. Kompas Geologi : Untuk mengetahui arah lintasan dengan pengukuran azimuth pada lintasan pengukuran 4. Meteran : Sebagai pengukur panjang lintasan dan mengukur panjang bentangan untuk penanaman geophone. 5. Palu : Memiliki fungsi sebagai pembuat sumber gelombang berupa getaran 6. Bantalan : Merupakan medium dari sumber untuk mengalirkan gaya. 7. Trigger : Merupakan media untuk menyalurkan gelombang tertangkap oleh geophone ke OYO McSeis 8. Geophone : Benda berfungsi mengangkap gelombang terbiaskan oleh sebuah medium mencapai ke permukaan 9. Tabel Data : Tempat mencatat hasil akuisisi data lapangan Diagram Alir Pengambilan Data Pengambilan data Pengukuran forward dan reverse Selesa i Gambar 3.3 Diagram Alir Pengambilan Data Langkah akuisisi data lapangan, berikut: Menentukan lintasan dengan pembentangan lintasan tujuannya adalah sebagai lintasan geophone. Melakukan penembakan azimuth dari lintasan nantinya akan dipasang geophone sebagai titik titik akusisi data. Mensentring alat akan digunakan untuk akusisi data berupa instrumen seismik refraksi yaitu OYO McSeis, geophone, palu, bantalan dan kabel penghubung antara geohone dan OYO McSeis. Langkah berikutnya melakukan akuisisi data, pertama melakukan permbuatan sumber geombang dipukulkan oleh palu ke bantalan dan terekam gelombang oleh geophone. Mencatat data akuisisi berupa waktu fisrt break tercatat oleh geophone, dan melakukan akuisisi dengan pengukuran forward dan reverse. Diagram Alir Pengolahan Data
4. HASIL DAN PEMBAHASAN Gambar 4.1 Grafik T-X CDM Gambar 3.4 Diagram Alir Pengolahan Data Pada pengolahan data akuisisi dilapangan, berikut pembahasannya : Data didapat setelah akuisisi lapangan dilakukan pengolahan menggunakan metode seismik refraksi yaitu metode ABC dan plus-minus dalam menemukan informasi bawah permukaan. Dilakukan pemodelan dengan grafik TX untuk metode ABC, V2 untuk metode ABC, T-X untuk metode plusminus, V2 untuk metode plus-minus. Langkah berikutnya melakukan pemodelan profil kedalaman dengan menggunakan Corel Draw. Pembahasan hasil pengolahan dan informasi bawah permukaan didapat Kesimpulan menjawab tujuan dari akusisi data lapangan. Grafik di atas adalah grafik T-X dari data lapangan telah diolah dengan menggunakan metode ABC. Terlihat peristiwa refraksi pada gelombang forward pada offset 1 meter dengan waktu tempuh 9,92 ms. Peristiwa refraksi pada gelombang reverse terjadi pada offset 31 meter dengan waktu tempuh 11,2 ms. Gambar 4.2 Grafik T-X ITM Grafik di atas adalah grafik hasil dari pengolahan data lapangan menggunakan metode Plus-Minus. Tidak terlihat perbedaan dengan grafik metode ABC. Gelombang forward terrefraksikan pada offset 1 meter dengan waktu 9,92 ms. Sedangkan gelombang reverse terrefraksikan pada offset 31 meter dengan waktu 11,52 ms.
Peta Kedalaman ABC Gambar 4.3. Peta Kedalaman ABC Peta di atas adalah peta kedalaman lapisan pada daerah penelitian dengan menggunakan metode ABC. Terlihat bahwa terdapat kedalaman cukup bervariasi. Kedalaman dengan rentang nilai rendah ditandai dengan kontras warna ungu hingga biru pada nilai -3,3 meter hingga -3,1 meter. Kedalaman sedang ditandai dengan kontras warna hijau dengan nilai antara -3,1 meter hingga -2,8 meter. Dan nilai kedalaman tinggi berada pada rentang nilai -2,8 meter hingga -2,6 meter ditandai dengan warna merah. Agar saat membangun sebuah pondasi bangunan tidak rapuh, pada peta kedalaman ini memberikan penjelasan penggunaan survey seismik refraksi diimplementasikan dalam perencanaan pembuatan pondasi bangunan khususnya untuk menentukan daya dukung tanah berdasarkan perambatan gelombang seismik, ketebalan lapisan tanah ada dan jenis tanah. Peta Kedalaman Plus-Minus Gambar 4.4 Peta Kedalaman Plus-Minus Peta di atas adalah peta kedalaman lapisan pada daerah penelitian dengan menggunakan metode Plus-Minus. Terlihat perbedaan dengan peta kedalaman lapisan dengan menggunakan metode ABC. Perbedaan tersebut berada pada pola kontur dan nilai pada skala warna. Pada peta di atas, kedalaman dalam ditandai dengan kontras warna biru dengan rentang nilai antara -0,8 meter hingga -0,4 meter. Kedalaman sedang ditandai dengan warna hijau dengan rentang nilai -0,4 meter hingga -0,3 meter. Sedangkan nilai kedalaman dangkal ditandai dengan warna merah dengan rentang nilai -0,3 meter hingga 0,1 meter. Agar saat membangun sebuah pondasi bangunan tidak rapuh, pada peta kedalaman ini memberikan penjelasan penggunaan survey seismik refraksi diimplementasikan dalam perencanaan pembuatan pondasi bangunan khususnya untuk menentukan daya dukung tanah berdasarkan perambatan gelombang seismik, ketebalan lapisan tanah ada dan jenis tanah. 5.KESIMPULAN Setelah dilakukan analisa terhadap data lapangan dengan menggunakan dua metode, ABC dan Plus-Minus, dapat ditarik beberapa kesimpulan : Nilai kecepatan pada lapisan pertama (v1) sebesar 93,806 m/s dan nilai
kecepatan pada bidang batas perlapisan (v2) sebesar 748.7159 m/s berdasarkan metode Plus-Minus dan (v2) sebesar 342.779 m/s. Antara kedua metode sama. Pada pengolahan metode PlusMinus, didapatkan nilai v2 bervariasi. Ini menunjukkan adanya perbedaan litologi secara lateral. Hal ini dapat digunakan untuk analisis lingkungan pengendapan. Nilai kedalaman didapatkan nilai berbeda dari kedua metode. Pada metode Plus-Minus, kedalaman lapisan agak lebih dangkal dari pada nilai kedalaman dari hasil metode ABC. Pada metode ABC, kedalaman terdangkal adalah 1,5 cm dan kedalaman terdalam adalah 39,79 cm. Sedangkan pada metode Plus-Minus, nilai kedalaman terdangkal adalah 1,48 cm dan nilai kedalaman terdalam adalah 12 cm. Berdasarkan hasil analisis terhadap data pengolahan kedua metode, disimpulkan bahwa pada daerah penelitian kurang cocok untuk tempat penanaman pondasi gedung teknik geofisika. Hal ini dikarenakan adanya lapisan lapuk pada daerah tersebut. Kecuali penanaman pondasi dilakukan pada kedalaman jauh lebih dalam dari data diperoleh. DAFTAR PUSTAKA Staff Asisten Praktikum Seismik Refraksi. 2015. Buku Panduan Praktikum Seismik Refraksi. Laboratorium Geofisika Eksplorasi, Fakultas Teknologi Mineral, UPN Veteran Yogyakarta. Weatherby, B.B and L.Y Faust. 1936.Bull.Amer.Assoc.Petrol.Geologist s.