BAB II TINJAUAN PUSTAKA

6 BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Kondisi Geologi Kotabaru

Kotabaru merupakan salah satu daerah yang berada di Lampung Selatan. Geologi penyusun Lampung Selatan yaitu Kgdsn adalah granodiorit sulan berupa granodiorit dan tonalit, Kds adalah diorit sekampung terdaunkan berupa diorit dan diorit kuarsa, Qpt adalah formasi terbanggi berupa batupasir dengan sisipan batulempung, Tomh adalah formasi hulusimpang berupa lava andesit basal, tuf dan breksi gunungapi berubah dengan lensa batugamping, Tpv adalah andesit berupa lava andesit dengan kekar lembar, Kgdb adalah granodiorit branti berupa granodiorit dan diorit, QTl adalah formasi Lampung berupa tuf berbatuapung, tuf riolitik, tuf pada tufit, batulempung tufan dan batupasir tufan, Tpot adalah formasi tarahan berupa tuf padu, breksi dengan sisipan rijang, Qa adalah alluvium berupa kerakal, kerikil, pasir, lempung dan gambut, Tmgr adalah batuan granit tak terpisahkan berupa granit dan granodiorit, Qg adalah batugamping koral berupa batugamping koral, Tpeb adalah sumbat basal berupa basal, Tmps adalah formasi surungbatang berupa tufit, breksi tufan, tuf pasiran dan grewake, Tpoc adalah formasi campang berupa bagian bawah terdiri dari perselingan batulempung, serpih, breksi dan tuf padu. Bagian atas terdiri dari breksi aneka bahan dengan sisipan batupasir dan batulanau, Qat adalah alluvium tua berupa konglomerat, kerakal, kerikil dan pasir, Tejg adalah granit jatibaru berupa granit merah jambu.

7

Gambar 2.1 Peta kondisi geologi Kab. Lampung Selatan.

Adapun kondisi geologi daerah Kotabaru, Kecamatan Jati Agung dalam Gambar 2.1 hanya terdapat satu formasi yaitu QTl adalah formasi Lampung berupa tuf berbatuapung, tuf riolitik, tuf pada tufit, batulempung tufan dan batupasir tufan. Formasi Lampung memiliki umur kuarter Plistosen.

8

Gambar 2.2 Peta kondisi geologi Kotabaru. 2.2 Sejarah Gempa di Lampung

Lampung merupakan daerah yang berpotensi mengalami gempabumi dan BMKG mencatat sejarah gempa di Lampung mulai tahun 1990 sampai 2017 terdapat 2 kali gempabumi yang bersifat merusak yaitu pada tahun 1993 dan 1994 yang bersumber di Liwa, Lampung Barat akibat aktivitas Sesar Sumatera [9]. Gempabumi pada tahun 1993 memiliki kekuatan 7,5 SR lalu gempabumi pada tahun 1994 memiliki kekuatan sebesar 7,2 SR dan pusat gempa berada di Sesar Semangko [10].

Dalam 1 tahun terakhir tercatat sudah terjadi 15 kali gempabumi di wilayah Lampung, yaitu di daerah Kabupaten Tanggamus, Kabupaten Pesisir Barat, Kabupaten Lampung Selatan, Kabupaten Lampung Utara, Kabupaten Pesawaran, Kabupaten Lampung Barat dan Kota Bandar Lampung [11].

9

Gambar 2.3 Peta seismisitas wilayah Lampung periode bulan April 2017 [12]. Pada gambar 2.3 menunjukkan persebaran pusat gempabumi yang terjadi di wilayah Lampung pada periode April 2017 dengan jarak radius 400 km dari Stasiun Geofisika Kotabumi. Gempa yang tercatat sebagian besar merupakan gempa dangkal dengan kedalaman kurang dari 60 km.

10 2.3 Gelombang Seismik

Gelombang seismik yaitu gelombang mekanik yang artinya dalam perambatannya gelombang mekanik ini memerlukan suatu medium [13].

Terdapat 2 jenis gelombang seismik yaitu body wave dan surface wave. Gelombang seismik bersumber dari batuan yang pecah atau patah secara tiba-tiba di dalam bumi yang akan menghasilkan gempabumi, ledakan nuklir atau kimia, longsoran sebagai sumber getaran, erupsi gunungapi atau magma yang dari dalam mencoba untuk keluar, badai, dan sebagainya. [14].

2.3.1 Gelombang badan (body wave)

Gelombang badan adalah gelombang yang arah rambatnya ke seluruh bagian dalam bumi. Terdapat 2 jenis gelombang badan yaitu gelombang P dan gelombang S.

Gelombang P ini arah penghantaran gelombang nya sejajar dengan arah perambatannya. Kecepatan gelombang P ditulis dengan persamaan 2.1.

4 3 p k V   + = (2.1)

dimana V merupakan kecepatan gelombang P (m/s), _p  merupakan modulus geser

(Pa),  merupakan densitas (Kg/m3_{), dan k adalah modulus Bulk (Pa) [15].}

11

Gelombang S ini arah rambatannya tegak lurus dengan arah gelombangnya. Kecepatan gelombang S ditulis dengan persamaan 2.2.

s

V 



= (2.2)

Dengan V merupakan kecepatan gelombang S (m/s), _s  merupakan modulus geser

(Pa) dan  merupakan densitas (Kg/m3_{) [16].}

Gambar 2.5 Gelombang S [15]. 2.3.2 Gelombang permukaan

Selain gelombang badan terdapat gelombang permukaan. Gelombang ini merambat di permukaan bumi. Untuk mengkarakterisasi Vs sebagai fungsi kedalaman atau kecepatan gelombang geser, gelombang permukaan menjadi yang paling dicari karena untuk hazard assessment bangunan apabila terjadi gempabumi [14]. Gelombang permukaan dibagi menjadi dua jenis yaitu gelombang Rayleigh dan gelombang Love.

Gelombang Rayleigh ini penjalarannya ke kanan maka particle motion nya akan berputar [17]. Kecepatan gelombang Rayleigh ditulis pada persamaan 2.3

0,92

R s

12

Gambar 2.6 Gelombang Rayleigh [15].

Gelombang Love ini penjalarannya ke kanan maka particle motion nya tegak lurus dengan arah penjalarannya [18].

Gambar 2.7 Gelombang Love [15]. 2.4 Mikrotremor

Mikrotremor merupakan metode seismik pasif yang menggunakan sumber berupa gelombang-gelombang yang ada di alam [19]. Mikrotremor adalah getaran tanah yang disebabkan oleh getaran mikro di bawah permukaan tanah secara terus-menerus dengan amplitudo yang rendah [20].

Pengukuran mikrotremor direkam menggunakan seismometer yang memiliki tiga komponen yang terekam yaitu komponen NS (north-south), EW (east-west) dan komponen vertikal (up-down) [22]. Hasil pengukuran mikrotremor berupa spektral

13

resonansi lapisan sedimen yang berkaitan erat dengan ketebalan lapisan sedimen dan

Vs [23].

Dari pengukuran mikrotremor dapat menggambarkan kondisi alamiah dari sifat batuan yang ada di bumi [24]. Sehingga dari pengukuran mikrotremor bisa mendapatkan frekuensi alamiah tanah, dapat menggambarkan adanya periode alamiah dari tanah dan dapat menggambarkan adanya faktor amplifikasi [6]. Dari frekuensi alamiah, periode alamiah dan faktor amplifikasi dapat digunakan untuk menghindari adanya resonansi jika terjadi adanya gerakan tanah atau gempabumi.

Pada bangunan yang strategis, penelitian yang menghasilkan parameter frekuensi alamiah, periode alamiah dan faktor ampifikasi menjadi penelitian yang penting karena untuk menghindari bangunan yang dibangun mempunyai frekuensi yang sama dengan tanah yang akan ditempati untuk bangunan tersebut, jika frekuensi bangunan sama dengan frekuensi tanah maka apabila terjadi gempa akan terjadi amplifikasi yang seharusnya tidak terlalu besar tetapi karena adanya resonansi bisa menjadi berlipat -lipat [17].

Pada gambar 2.8 diketahui perbedaan getaran tremor dan gempabumi. Getaran tremor merupakan getaran yang terjadi secara terus menerus sedangkan getaran gempabumi merupakan getaran yang besar dan muncul secara tiba-tiba.

14

Gambar 2.8 Perbedaan getaran tremor dan gempabumi [25]. 2.5 Horizontal to Vertical Spectral Ratio (HVSR)

Konsep dasar metode ini adalah melakukan perbandingan pada spektrum komponen horizontal dan spektrum komponen vertikal suatu gelombang [22]. Gelombang

Rayleigh menjadi sumber energi mikrotremor yang menempati setengah dari cekungan bedrock yang melibatkan S_HS dan S_HB [26]. T dan _H T merupakan penguatan tanah _V

yang bersentuhan langsung dengan bedrock [24]. Asumsi tersebut ditunjukkan pada Gambar 2.9.

15

Gambar 2.9 Model setengah dari cekungan batuan dasar (digambar ulang oleh penulis).

Besarnya amplifikasi gerakan tanah T adalah: _H

HS H HB S T S = (2.4)

dimana S_HS merupakan lingkup gerak horizontal di permukaan tanah dan S_HB adalah gerak horizontal di bedrock.

Adapun asumsi yang digunakan pada metode HVSR yaitu [28]:

1. Rekaman mikrotremor terdiri dari banyak gelombang, namun diutamakan yaitu gelombang Rayleigh.

2. Tidak ada pengaruh gelombang Rayleigh pada S dan hanya ada pada _VB S_VS. 3. Tidak mengalami penguatan dan besarnya pengaruh gelombang Rayleigh yaitu:

VS V VB S T S = (2.5) 4. Rasio spektrum komponen vertikal dan horizontal di bedrock mendekati nilai satu.

1

HB

VB

S

S  (2.6)

Dikarenakan perbandingan spektrum komponen vertikal dan horizontal di bedrock mendekati satu sehingga dihilangkannya noise rekaman akibat gelombang

16

Rayleigh dan yang tersisa hanya karena pengaruh akibat site effect (T_SITE) yang

ditentukan dengan perbandingan antara T dan _H T . _V T_SITE merupakan penguatan di suatu wilayah [27]. Dari persamaan (2.4), (2.5), dan (2.6) didapatkan T_SITE yaitu:

H HS SITE V VS S T T T S = = (2.7) Terdapat dua arah spektrum komponen gerak horizontal (S_HS) yaitu East-West dan

North-South, sehingga resultan komponen horizontal dicari dengan persamaan:

(

S_{North South−}

) (

2+ S_{East West−}

)

2 Kemudian

(

) (

2

)

2

North South East West

SITE VS S S HVSR T S − −  ₊      = = (2.8)

17 2.6 Frekuensi Dominan

Frekuensi dominan merupakan frekuensi alamiah tanah dan dijadikan frekuensi batuan yang menunjukkan jenis dan karakteristik batuan di bawahnya [29]. Tabel 2.1 merupakan tabel klasifikasi tanah berdasarkan nilai frekuensi dominan mikrotremor.

Tabel 2.1 Klasifikasi tanah berdasarkan nilai frekuensi dominan mikrotremor [30]. Klasifikasi

Tanah

Frekuensi Dominan

(Hz)

Deskripsi Klasifikasi Kanai Karakter Tipe Jenis

IV

I 6,66 - 20,00

Ketebalan sedimen permukaannya sangat tipis yang didominasi oleh batuan keras.

Batuan tersier atau lebih tua. Terdiri dari batuan Hard sandy gravel. Keras II 4,00 - 6,66 Ketebalan sedimen permukaan masuk dalam kategori menengah 5-10 meter. Batuan alluvial dengan ketebalan 5 meter. Terdiri dari sandy-gravel,

sandy hard clay, loam, dll. Sedang III III 2,50 - 4,00 Ketebalan sedimen permukaan masuk dalam kategori tebal 10-30 meter. Batuan alluvial hampir sama dengan jenis II, hanya dibedakan oleh adanya formasi bluff. Lunak II IV 1,00 - 2,50 Ketebalan sedimen permukaannya sangat tebal. Batuan alluvial yang terbentuk dari sedimentasi delta, top soil, lumpur, dll. Dengan kedalaman 30 meter atau lebih.

Sangat Lunak

18 2.7 Periode Dominan

Periode dominan adalah periode gelombang saat merambat pada lapisan sedimen. Dari nilai periode dominan diketahui karakter lapisan batuan [31].

Tabel 2.2 Klasifikasi tanah Kanai-Omote-Nakajima [31]. Klasifikasi Tanah Periode (T) (s) Keterangan Karakter Kanai Omote-Nakajima Jenis I Jenis A 0,05 – 0,15

Batuan tersier atau lebih tua. Terdiri dari batuan hardy

sandy, gravel, dll.

Keras

Jenis II 0,15 – 0,25

Batuan alluvial, dengan ketebalan 5 cm. terdiri dari

sandy gravel, sandy hardy, clay, loam, dll.

Sedang

Jenis III Jenis B 0,25 – 0,40

Batuan alluvial, hampir sama dengan jenis II, hanya dibedakan oleh adanya formasi bluff.

Lunak

Jenis IV Jenis C > 0,40

Batuan alluvial, yang terbentuk dari pengendapan material delta, top soil, lumpur, dll. Pada kedalaman 30 km atau lebih.

Sangat Lunak

Nilai periode dominan dicari menggunakan persamaan 2.9.

0 1/ 0

T = f (2.9)

19 2.8 Amplifikasi

Amplifikasi adalah penguatan gelombang seismik yang disebabkan oleh perbedaan yang besar antar lapisan, semakin besar perbedaan antar lapisan maka semakin besar perbesaran yang dialami oleh gelombang seismik [32]. Rasio perbesaran sebanding dengan H/V. Nilai amplifikasi tanah meningkat pada batuan yang mengalami perubahan sifat fisik suatu batuan [33].

Berikut adalah persamaan amplifikasi yang dihubungkan dengan persamaan gelombang Vs: 0 . . b b s s v A v     =    0 b b b s s s A             =       0 b s A     =    (2.10)

Dari persamaan diatas dibuktikan bahwa nilai amplifikasi tanah dipengaruhi oleh koefisien geser bedrock ( ) dan koefisien geser batuan sedimen (_b  ). _s

Hubungan antara frekuensi dominan bangunan dan frekuensi dominan lapisan tanah di bawahnya menjadi parameter untuk memperkirakan respon tanah terhadap getaran saat terjadi gempabumi. Sehingga dapat diketahui nilai resonansi bangunan tersebut dan dapat digunakan untuk memperkirakan kerentanan bangunan terhadap gelombang gempa [34].

2.9 Indeks Kerentanan Seismik

Indeks kerentanan seismik adalah nilai untuk menjelaskan derajat perubahan tanah selama gempabumi. Indeks kerentanan seismik digunakan untuk memprediksi daerah lemah ketika terjadi gempabumi. k dari pengukuran mikrotremor digunakan untuk g

20

memperkirakan daerah rawan likuifaksi dan rekahan tanah akibat gempabumi [37]. Persamaan 2.11 digunakan untuk menghitung k . _g

2 0 0 g A k f = (2.11) dimana: g

k = Indeks kerentanan seismik (s2_/cm)

0

A = Amplifikasi tanah

0

f = Frekuensi dominan (Hz)

Daerah yang mempunyai nilai k lebih dari 10_g s2_{/cm akan berisiko mengalami}

kerusakan besar akibat gempabumi, sedangkan daerah yang mempunyai nilai k _g

kurang dari atau sama dengan 10 s2_{/cm akan minim mengalami kerusakan akibat}

gempabumi [32].

2.10 Inversi Kurva Horizontal to Vertical Spectral Ratio (HVSR)

Software model HVSR yang diperkenalkan oleh Herak (2008) digunakan untuk

menginversikan kurva HVSR dan didapatkan Vs. Seperti yang sudah dijelaskan oleh Herak (2008) saat mengembangkan software model HVSR, diperlukan 6 parameter antara lain Vp, Vs, Qp, Qs, ρ dan h. Parameter-parameter tersebut saling mempengaruhi hal yang berbeda. Vp dan ρ dapat mempengaruhi nilai amplifikasi karena berbanding lurus dengan amplifikasi. Vs dan h dapat mempengaruhi nilai frekuensi dominan dan amplifikasi. Semakin kecil nilai Vs maka nilai amplifikasi semakin besar. Ini disebabkan karena Vs mempengaruhi nilai kekakuan dan massa jenis lapisan sedimen dan bedrock. Daerah yang tersusun dari sedimen lunak berada diatas lapisan tanah sedangkan pada bedrock akan berpotensi mengalami kerusakan besar akibat getaran gempabumi. Qp berbanding terbalik dengan Qs. Yang mempunyai pengaruh yang kecil terhadap kurva HVSR dan redaman gelombang yaitu Qp, sedangkan Qs mempunyai pengaruh terhadap amplifikasi [7].

Software model HVSR membandingkan kurva HVSR hasil pengukuran dengan kurva HVSR hasil perhitungan (teoritis). Dengan mengubah parameter-parameter masukan

21

awal maka kurva HVSR hasil perhitungan akan berubah. Dilakukannya iterasi pada software model HVSR akan mendapakan kurva HVSR dengan ketidaksesuaian (misfit) terkecil dari kurva HVSR hasil pengukuran dan hasil perhitungan. Kurva HVSR dirumuskan sebagai berikut:

( )

( )



obs i THE i



i 2 i

m=



_ HVSR f −HVSR f W_ (2.12) Dengan m merupakan hasil pemodelan algoritma Monte Carlo, HVSR_obs merupakan kurva HVSR hasil pengukuran, HVSR_THE merupakan kurva HVSR hasil perhitungan, dan W adalah pembobotan yang dirumuskan sebagai berikut:

( )

E, 0

i obs i

W =_HVSR f _ E (2.13)

Metode ellipticity curve digunakan untuk pemodelan inversi. Metode ellipticity curve atau inverse modeling adalah metode untuk memodelkan struktur bawah permukaan tanah [36]. Nilai kecepatan gelombang geser (Vs) didapatkan dari hasil inversi kurva HVSR [37]. Selanjutnya nilai Vs digunakan untuk mengestimasikan nilai Vs [4]₃₀ . 2.11 Kecepatan Gelombang Geser (Vs)

Vs merupakan parameter dalam penentuan jenis dinamik tanah. Gelombang S

diperlukan untuk menganalisis dan mengevaluasi site effect, terutama di lapisan sedimen yang berada diatas batuan dasar. Nilai kecepatan gelombang geser dapat merepresentasikan karakteristik geser struktur tanah [38].

Metode geofisika dan metode geoteknik yaitu salah satu metode yang digunakan dalam menghitung Vs. Salah satu teknik untuk mencari nilai kecepatan gelombang geser yaitu dengan N-SPT. Imai dan Tonouchi (1982) yaitu salah satu peneliti yang mengusulkan rumusan Vs dengan N-SPT yaitu [39]:

0.314

96.9 (untuk semua jenis tanah)

s

22

dimana Vs merupakan kecepatan gelombang geser (m/s) dan N merupakan jumlah pukulan.

Tabel 2.3 Klasifikasi tanah menurut SNI-1726-2012 [40]. Kelas Situs

s

v (m/detik) N (pukulan/0,3 m) s (kPa) _u

SA (batuan keras) ₁₅₀₀ s v  N/A N/A SB (batuan) _{750 1500} s v   N/A N/A SC (tanah keras, sangat padat dan batuan lunak 350 v_s 750 N 50 s _u 100 SD (tanah sedang) _{175 350} s v   15 N 50 50 s_u 100 SE (tanah lunak) ₁₇₅ s v  N 15 s _u 50

Atau profil tanah yang mengandung ketebalan total lapisan lempung lunak lebih dari 3 m dengan karakteristik sebagai berikut:

1. Indeks plastisitas, PI > 20, 2. Kadar air, w40 %, dan 3. Kuat geser niralir s _u 25 kPa

SE (tanah khusus,

yang membutuhkan investasi geoteknik spesifik dan analisis respons spesifik-situs (Site-Specific

Response Analysis))

Setiap profil lapisan tanah yang memiliki satu atau lebih dari karakteristik berikut:

- Lempung sangat organik dan/atau gambut (ketebalan H > 3 m) - Rawan dan berpotensi gagal atau runtuh akibat beban gempa

seperti mudah likuifaksi, lempung sangat sensitif, tanah tersementasi lemah

- Lapisan lempung lunak/setengah teguh dengan ketebalan H > 35m,

dengan s _u 50 kPa

- Lempung berplastisitas sangat tinggi (ketebalan H > 7,5 m dengan Indeks Plastisitas PI > 75)

23

2.12 Kecepatan Gelombang Geser pada Kedalaman 30 Meter (Vs ) ₃₀

Setiap jenis batuan akan mengalami respon yang berbeda-beda terhadap getaran gelombang seismik. Dari respon batuan tersebut dapat diketahui jenis dari suatu batuan [41]. Nilai Vs mewakili parameter jenis tanah [42]. Nilai ₃₀ Vs digunakan dalam ₃₀

geoteknik untuk pembangunan infrastruktur. Nilai Vs juga digunakan dalam ₃₀

perancangan bangunan tahan gempa dan sebagai pengklasifikasi batuan berdasarkan kekuatan getaran gempabumi [4].

Lokasi dan kondisi batuan menjadi faktor yang mempengaruhi proses perencanaan struktur bangunan tahan gempa. Pada batuan lunak getaran akibat gempabumi akan cenderung lebih besar dibandingkan dengan batuan keras. Dari data batuan pada kedalaman 30 meter dapat diklasifikasikan jenis batuan [43]. Lapisan batuan sampai 30 meter yang menunjukkan perbesaran gempa[44].

Ketebalan lapisan sedimen diperkirakan menggunakan rasio spektral H/V. Metode HVSR didasarkan pada getaran Vs yang terperangkap pada medium sedimen di atas batuan dasar [6]. Selanjutnya dilakukan inversi kurva HVSR yang akan didapatkan nilai Vs dan akan didapatkan nilai Vs₃₀ yang dicari menggunakan persamaan 2.15.

30 1 30 N i i i Vs h V = =



(2.15)

Dimana hi menunjukkan ketebalan lapisan tanah (dalam meter), Vi menunjukkan kecepatan gelombang geser setiap lapisan ke-i, dan N menunjukkan jumlah lapisan di atas kedalaman 30 meter.

Dari pengukuran kecepatan gelombang geser pada kedalaman 30 meter dapat diketahui karakteristik suatu batuan, kekakuan batuan dan kuat geser tanah. Klasifikasi jenis batuan berdasarkan nilai Vs dapat dilihat pada tabel 2.4. ₃₀

24

Tabel 2.4 Klasifikasi jenis batuan berdasarkan uniform building code (UBC) [43].

Tipe Batuan Jenis Batuan Vs 30

A Hard Rock (batuan keras) > 1500 m/s

B Rock (batuan) 760 – 1500 m/s

C Very dense soil and soft rock

(tanah keras dan batuan lunak) 360 – 760 m/s

D Stiff soil (tanah sedang) 180 – 360 m/s

E Soft soil (tanah lunak) < 180 m/s

Dari hasil analisis Vs dapat melihat kemungkinan kerusakan apabila terjadi gempabumi. Kerusakan akibat gempabumi di suatu daerah tidak hanya didasarkan pada besar kekuatan gempa dan jarak gempa dari pusat gempa saja tetapi bisa kondisi daerah setempat juga. Dengan memetakan nilai kecepatan gelombang geser pada kedalaman 30 meter (Vs ) dapat mengetahui kondisi daerah setempat. Goncangan gempabumi ₃₀