Konferensi Nasional Teknik Sipil 11 Universitas Tarumanagara, 26-27 Oktober 2017
GEO - 109
MENAMBAH KUALITAS INVESTIGASI GEOTEKNIK LAPANGAN DENGAN
MENGGUNAKAN METODE GELOMBANG PERMUKAAN
Khaizal Jamaluddin1,2, Banta Chairullah1, Muhazir1, Irwandi2, dan Ibnu Rusydy3
1.Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Syiah Kuala, Banda Aceh
Email: khaizal@unsyiah.ac.id, bantachairullah@yahoo.com, muhazir.sipil@yahoo.com
2.Program Studi Teknik Geofisika, Fakultas Teknik, Universitas Syiah Kuala, Banda Aceh
Email: Irwandi@unsyiah.ac.id
3.Program Studi Geologi, Fakultas Teknik, Universitas Syiah Kuala, Banda Aceh
Email: Ibnu@unsyiah.ac.id
ABSTRAK
Untuk keperluan geoteknik diperlukan investigasi bawah permukaan sebelum mendirikan struktur di atas maupun di dalamnya. Metode investigasi yang sudah lama dikenal seperti lubang bor, N-SPT, qc-CPT. Metode ini memberikan informasi data 1-D dan untuk suatu luasan pengujian diperlukan beberapa titik pengujian sehingga mengakibatkan biaya pengujian menjadi mahal. Untuk masalah investigasi geoteknik ini metode gelombang permukaan 2-D digunakan. Gelombang permukaan untuk interpretasi geoteknik bawah permukaan berdasarkan kecepatan gelombang geser. Di lapangan geophone sebanyak 24 buah, frekwensi 10 Hz dan spasi geophone 1,5 m digunakan. Untuk menghasilkan 2D, palu seberat 7 kg diketuk pada setiap di antara geophone dan offset 10 m dipakai. Hasil image 2D diperlihatkan perbedaan karakteristik lapisan-lapisan tanah berdasarkan parameter kecepatan gelombang geser. Dibandingkan dengan data qc-CPT memperlihatkan kesesuaian di antara keduanya.
Kata kunci: investigasi geoteknik, gelombang permukaan, kecepatan gelombang geser.
1.
PENDAHULUAN
Kegagalan infrastruktur telah banyak dilaporkan, di antara penyebab karena kurangnya informasi geoteknik bawah permukaan. Material geologi (tanah dan batuan) yang terjadi secara alami, bersifat heterogenitis, dan unisotropi baik pada area endapan, residual maupun lapisan batuan. Bagaimanapun untuk keperluan geoteknik diperlukan penyelidikan detail bawah permukaan di area tapak sebelum membangun struktur di atas maupun di dalamnya. Selama ini di dalam geoteknik metode konvensional yang sudah lama digunakan yaitu lubang bor dengan sampel tanah, N-SPT, qc-CPT, vane shear test. Metode investigasi geoteknik yang diberi nama metode konvensional ini walaupun sudah teruji digunakan untuk desain tetapi masih ada kekurangannya di antaranya memberikan informasi data satu dimensi (1-D), pelaksanaan membutuhkan banyak tenaga kerja dan waktu pengujian lama. Untuk pengujian pada area tertentu diperlukan beberapa titik pengujian sehingga mengakibatkan biaya pengujian menjadi mahal kurang efisien. Untuk mengatasi permasalahan geoteknik lapangan ini metode seismik gelombang permukaan dicoba digunakan. Di dalam penelitian ini dispersi gelombang permukaan Rayleigh digunakan. Penelitian ini bertujuan mendeteksi lapisan-lapisan bawah permukaan berdasarkan parameter kecepatan gelombang geser. Metode gelombang permukaan dapat diuji dalam bentuk hasil dua dimensi (2-D) atau image. Dapat diinterpretasi dalam bentuk dua dimensi sehingga menghasilkan cakupan area yang lebih besar. Alat ini tidak banyak memakai tenaga kerja dan pekerjaan dapat dilakukan lebih cepat. Cocok untuk konstruksi yang membutuhkan masa kerja lebih cepat.
2.
METODE PENELITIAN
Deskripsi site dan geologi lokal
Aplikasi penelitian ini dilakukan pada studi penyelidikan geoteknik bawah permukaan untuk perancangan pondasi jembatan. Penyelidikan geoteknik untuk jembatan Singgah Mata KM 27 Jalan BabahRot Kabupaten Aceh Barat Daya – Trangon Kabupaten Gayo Lues. Area penelitian masuk dalam taman nasional gunung Leuser Provinsi Aceh. Vegetasi sekitar lokasi penelitian berupa hutan tropis.
Area penelitian masuk dalam formasi BabahRot di mana berupa batuan serpih (Shale). Dari data pengamatan lapangan permukaan berupa batuan yang sudah lapuk. Tingkat pelapukan batuan permukaan terlihat bervariasi. Pengujian gelombang permukaan dilakukan dua line masing-masing pada lokasi rencana perletakan abutment. Sketsa peta lokasi dan letak line diperlihatkan pada Gambar 1.
GEO - 110 HUTAN HUTAN K e G ay o l u es Dar i A bdya SUNGAI SUNGAI North L 1 MULAI L 2 MULAI LINE SEISMIK HUTAN TITIK SONDIR
Gambar 1. Sketsa situasi pengujian gelombang permukaan line 1 dan line 2. Titik awal line sesuai dengan arah panah.
Gelombang permukaan
Gelombang permukaan adalah gelombang yang merambat pada permukaan suatu media. Gelombang ini terdiri dari dua jenis: gelombang Rayleigh dan Love. Gelombang Rayleigh berperilaku geser vertikal dan Love berperilaku geser horizontal. Sebanyak 67 % dari energi gelombang diserap kedalam gelombang permukaan (Huda 2009). Oleh karena itu efektif digunakan untuk karakterisasi material. Penelitian ini menggunakan bangkitan gelombang aktif sehingga dalam analisis dispersinya, phase velocity yang berlaku. Dispersi adalah perubahan sifat gelombang ketika melewati material yang berbeda elastisitasnya. Oleh karena itu walaupun lapisan tipis dapat dideteksi oleh gelombang ini. Sehingga sangat efektif digunakan untuk investigasi geoteknik bawah permukaan. Pengujian gelombang permukaan menggunakan multi geofon atau multichannel analisis diperkenalkan oleh Park dan kawan-kawan (1999). Pekerjaan Park ini merupakan lanjutan dari kerja Nazarian dan Stokoe (1984) yang merupakan permulaan dari analisis gelombang permukaan dengan hanya dua channel geofon.
Penelitian seismik menggunakan gelombang permukaan Rayleigh telah dilakukan. Sebanyak 24 geofon vertikal dengan frekuensi 10 Hz telah digunakan. Spasi geofon telah digunakan dengan jarak 2 m. Palu untuk bangkitan energi gelombang seberat 7 Kg telah digunakan. Palu dipukul pada plat dengan ukuran 10 cm persegi. Stacking per shoot dilakukan 3 kali. Jarak kedua offset digunakan masing-masing 20 m. Pengujian seismik menghasilkan 2-D, ketukan palu dilakukan pada kedua offset dan pada setiap di antara geofon. Seismometer yang digunakan merk PASI 16S-24P Italy dan dua gulungan kabel seismik PASI telah digunakan. Peralatan lainnya berupa battery 12 volt untuk power supply, satu gulungan trigger kabel, measuring tape 50 m dan Global Positioning System. Record gelombang seismik dilakukan dengan travel time 1250 msecond dan sampling time 250 mikrosecond. Gelombang seismik yang didapatkan dalam parameter waktu kemudian ditransformasikan ke dalam frekwensi atau panjang gelombang. Proses transformasi mengunakan metode fast fourier transform. Tahap pengubahan dari waktu ke frekwensi diberi nama proses dispersi menghasilkan kurva dispersi di mana hubungan frekwensi terhadap phase velocity. Kurva dispersi kemudian dihitung kembali sehingga menghasilkan grafik kecepatan geser (shear velocity) terhadap kedalaman lapisan. Perubahan ini diberi nama proses inversi (inversion proses). Kurva inversi dapat menggambarkan perbedaan lapisan dan kecepatan gesernya. Perbedaan ini menggambarkan karakteristik masing-masing lapisan. Semua tahap perhitungan yang dilakukan dalam penelitian menggunakan SeisImager program. Gambar 2 diperlihatkan susunan peralatan pada waktu akuisisi data seismik.
GEO - 111
Gambar 2. Konfigurasi pengujian seismik gelombang permukaan (Rusdy dan kawan-kawan, 2016)
3.
HASIL DAN DISKUSI
Penelitian ini dilakukan dua line gelombang permukaan: line 1 dan line 2 seperti pada Gambar 1. Di samping pengujian gelombang permukaan, dilakukan juga pengujian sondir sebagai perbandingan terhadap hasil dari parameter kecepatan gelombang geser per kedalaman.
Line 1
Hasil image line 1 memperlihatkan tiga lapisan. Lapisan permukaan dengan kedalaman sampai 6 m dimana dikatergorikan ke dalam tanah kepadatan sedang. Menurut SNI (1726:2012) kepadatan sedang memiliki rentang kecepatan gelombang geser (Vs) di antara 175 – 350 m/detik. Jika dikorelasikan dengan nilai N-SPT di antara 15 – 50. Nilai di bawahnya merupakan tanah lunak dan di atasnya tanah keras. Pada Gambar 3 juga diperlihatkan lapisan peralihan dari padat sedang ke padat keras. Lapisan ini padatnya di antara sedang dan keras. Sementara pada lapisan ke tiga padat keras sampai sangat keras di kategorikan batuan dalam istilah geoteknik.
Gambar 3. Image hasil pengujian pada line 1
Line 2
Image line 2 memperlihatkan tiga karakteristik lapisan yaitu padat lunak, padat sedang, dan keras. Berbeda
GEO - 112
juga terlihat bagian-bagian singkapan tanah yang agak lunak, singkapan ini disebabkan proses pelapukan. Lapisan tanah keras sebagai batuan terlihat lebih dalam dibandingkan line 1. Pada image terlihat jelas lapisan-lapisan yang menggambarkan derajat pelapukan batuan. Pelapukan lebih kecil pada kedalaman yang lebih dalam dari permukaan. Perbedaan karakter lapisan pada arah horizontal juga dapat dilihat secara jelas di mana perbedaan ini juga menggambarkan tingkat pelapukan batuan. Karakteristik lapisan menurut arah horizontal sulit diperoleh dari metode konvensional seperti lubang bor. Gelombang permukaan dapat diuji menurut arah horizontal dengan jarak yang lebih jauh. Sehingga didapatkan informasi bawah permukaan dengan cakupan yang lebih besar. Dengan biaya pengujian yang relatif murah sehingga sangat sesuai untuk diaplikasikan untuk geoteknik.
Gambar 4. Image hasil pengujian pada line 2
Data dari hasil bor, N-SPT maupun qc-CPT hanya memberikan data berupa satu dimensi. Untuk mendapatkan gambaran bawah permukaan lebih detail diperlukan jumlah titik-titik pengujian yang lebih banyak. Jumlah titik bor maupun sondir lebih banyak baru dapat menggambarkan pendekatan dua dimensi atau tiga dimensi. Metode gelombang permukaan ini menawarkan kemudahan dalam interpretasi bawah permukaan. Dalam pengujiannya dapat menghasilkan satu dimensi seperti bor dan sondir dan dua dimensi secara cepat dan efektif. Bahkan jika pengujian lebih banyak line dapat menggambarkan informasi bawah permukaan dengan pendekatan tiga dimensi. Seperti diperlihatkan pada image line 1 dan 2. Dalam investigasi geoteknik bawah permukaan umumnya jika pengujian gelombang permukaan diikutsertakan maka akan menambah kualitas inverstigasi. Di mana dalam hal ini data interpretasi bawah permukaan saling melengkapi satu sama lain. Untuk suatu luasan pengujian yang lebih besar dapat mengurangi jumlah pengujian titik bor, N-SPT maupun sondir. Sehingga menghasilkan data lebih detail, waktu pengujian lebih efektif dan biaya pengujian dapat direduksi. Untuk melihat keandalan data hasil gelombang permukaan yang diuji pada permukaan tanah, Xia dan kawan-kawan (2002) telah membandingkannya dengan uji seismik di dalam lubang bor didapatkan tingkat keandalan hingga 85 sampai 90 persen. Gambar 5 diperlihatkan perbandingan hasil antara pengujian qc-CPT dengan kecepatan gelombang geser menunjukan kesesuaian kepadatan tanah antara keduanya. Pada sondir terlihat tanah padat sedang sedangkan pada pengujian gelombang permukaan tanah padat sedang. Hal ini menunjukan metode gelombang permukaan bersesuaian dengan metode konvensional secara kualitatif maupun kuantitatif. Untuk penelitian selanjutnya perlu juga dilakukan perbandingan dengan pengujian N-SPT khususnya untuk tanah di Indonesia. Sehingga dapat diambil sebuah ukuran bahwa metode gelombang permukaan ini dapat diterapkan secara lebih luas. Penggunaan metode gelombang permukaan pada pekerjaan ini berawal dari pihak kontraktor yang ingin mengetahui informasi bawah permukaan pada batuan yang sudah lapuk. Dalam geoteknik diberi nama tanah residu yang umum dijumpai di Indonesia umumnya daerah tropis.
GEO - 113
Qc Kg/Cm²
0 1 1.5 2 2.5 3 3.5 50 100 150 200 250 300 4 4.5 5 0 1 1.5 2 2.5 3 3.5 50 100 150 200 250 4 4.5 5Vs (m/s)
K
ed
al
am
an
(m
)
Tanah Sedang
Tanah Sedang
Gambar 5. Perbandingan kepadatan tanah di antara pengujian gelombang permukaan dengan qc-CPT.
4.
KESIMPULAN
Image hasil pengujian gelombang permukaan memperlihatkan kesesuaian dengan kondisi lapangan. Geologi
lapangan menunjukkan batuan permukaan telah mengalami pelapukan. Semakin dekat dengan permukaan tingkat pelapukan semakin tinggi dan sebaliknya semakin dalam pelapukan semakin kurang. Untuk persoalan geoteknik kecepatan gelombang geser dikaitkan dengan kepadatan tanah lunak, sedang, keras dan sangat keras. Dari interpretasi ini maka parameter kecepatan gelombang dapat mengetahui karakteristik geoteknik bawah permukaan. Metode konvensional memberikan data satu dimensi sedangkan metode ini dapat dua dimensi. Sehingga dapat mengcover area yang lebih luas dibandingkan metode konvensional. Akhirnya biaya untuk inversitigasi dapat diefektifkan dan waktu yang dibutuhkan lebih efisien.
UCAPAN TERIMAKASIH
Peneltian ini telah selesai, penulis mengucapkan terimakasih kepada PPTK Perencanaan, Dinas Bina Marga Provinsi Aceh yang telah memberikan dana penelitian. Laboratorium Near surface Geophysics, Program Studi Teknik Geofisika Universitas Syiah Kuala yang telah memberi izin penggunaan alat seismik. Penulis juga berterimakasih kepada Professor Taksiah Majid, School of Civil Engineering, Universiti Sains Malaysia yang telah memberikan penggunaan software SeisImager. Dan juga mahasiswa geoteknik Jurusan Teknik Sipil Universitas Syiah Kuala yang telah membantu akuisisi data seismik di lapangan.
DAFTAR PUSTAKA
Huda, H dan Santosa, B.J., 2009. Pencitraan struktur permukaan bawah tanah dengan menggunakan analisa kurva dispersi, studi kasus: kampus geomatika FTSP ITS Surabaya, Seminar nasional pascasarjana.
Nazarian, S. and Stokoe, K.H. II, 1984. In situ shear wave velocities from spectral analysis of surface waves: In: Proceedings of the 8th Conference on Earthquake Engineering, San Francisco, 3, 31–38.
Park, C.H., Miller, R.D. and Xia, J., 1999. Multichannel analysis of surface waves, Geophysics, 64, 800–808. Rusydy, I., Jamaluddin, K., Fatimah, E., Syafrizal, dan Andika, F. (2016). Studi awal: analisa kecepatan gelombang
geser (Vs) pada cekungan Takengon dalam upaya mitigasi gempa bumi. Jurnal Teknik Sipil Universitas Syiah Kuala, 1-12.
SNI (1726:2012), Tata cara perencanaan ketahanan gempa untuk struktur bangunan gedung dan non gedung. Jakarta. Badan Standarisasi Nasional.
Xia, J., Miller, R.D., Park, C.B., Hunter, J.A., Harris, J.B. and Ivanov, J., 2002. Comparing shear-wave velocity profiles inverted from multichannel surface wave with borehole measurements, Soil Dynamic Earthquake Engineering. 22, 181–190.
