Pendugaan Kecepatan Gelombang Permukaan (VS30) di Pulau Sulawesi

Berdasarkan Klasifikasi Geomorfologi dan Aplikasinya

Oleh: Cipta Athanasius, Akhmad Solikhin

Abstrak

Kelas tanah adalah salah satu faktor yang mempengaruhi besar-kecilnya percepatan dan intensitas gempabumi Pengukuran sifat fisik tanah secara geofisika untuk daerah yang luas memerlukan waktu lama dan biaya besar. Penentuan kelas tanah untuk skala regional telah dikembangkan di Jepang dengan parameter geologi dan morfologi.

Penentuan kelas tanah didasarkan pada kecepatan gelombang permukaan (vs30). Nilai vs30 ini bergantung pada kondisi fisik batuan sehingga dapat diprediksi berdasarkan parameter geologi dan morfologi. Jenis batuan tersedia pada peta geologi, ketebalan dan besar butir batuan sedimen dapat diprediksi berdasarkan jarak dari sumber dan kemiringan lereng.

Hasil perhitungan vs30 kemudian dikelaskan ke dalam standar NHERP sehingga untuk Sulawesi diperoleh hasil kelas tanah (site class) mulai dari kelas B hingga E. Jika nilai vs30 dikonversi ke amplifikasi (site amplification), didapat nilai maksimum amplifikasi di Sulawesi adalah 5,27.

Abstract

Site class is the given factor that affects ground acceleration. Geophysical technique to measure physical properties of soil can be measured for large area can be developed but it takes time and high cost. Site class prediction for nationwide scale has been developed in Japan regarded to geological and morphological parameters.

Based on shear wave velocity (vs30), site can be classified as NHERP standard. Value of (vs30) depends on physical properties of rock, it can be predicted based on geological and morphological parameters. Rock type is available in geological map whereas sediment thickness can be predicted from distance from sediment sources and slope.

Site class of Sulawesi Island varies from B class to E class whereas maximum amplification factor is 5.27.

Keywords : geomorphology, site class, shear-wave velocity, amplification

Pendahuluan

Bahaya seismik selalu menghantui Indonesia yang terletak di daerah seismik aktif, Salah satu faktor yang menentukan besarnya potensi bahaya seismik adalah sifat fisik batuan. Pengukuran sifat fisik tanah dalam daerah luas memerlukan waktu dan biaya

yang besar oleh sebab itu untuk keperluan pemetaan skala regional perlu dikembangkan metoda yang cepat, murah dan berdaya-guna. Salah satu metoda pendugaan kecepatan gelombang permukaan (vs30), sebagai dasar klasifikasi batuan, telah dikembangkan di Jepang dengan menggunakan klasifikasi geomorfologi sebagai parameter.

Klasifikasi Geomorfologi

Klasifikasi geomorfologi adalah langkah pertama dalam penghitungan nilai vs30. Klasifikasi geomorfologi didasarkan atas parameter geologi dan satuan morfologi seperti yang telah diperkenalkan oleh Wakamatsu dan Matsuoka, dkk. (2006). Penyederhanaan klasifikasi dilakukan oleh penulis karena peta geologi yang tersedia mempunyai skala yang lebih kecil daripada yang digunakan di Jepang (Tabel 1). Kemiringan lereng diolah dari peta DSM SRTM dengan resolusi 90 m.

Klasifikasi geomorfologi ditentukan oleh faktor kelerengan, elevasi, satuan batuan dan umur batuan. Klasifikasi kemiringan lereng dan dikombinasikan dengan elevasi harus dilakukan untuk menetapkan batas-batas pedataran, footslope, bukit dan gunung. Kombinasi antara faktor morfologi dan litologi akan menentukan satuan geomorfologi dan sumber material sedimen. Gunung dan bukit berumur Tersier atau lebih tua ditetapkan sebagai sumber material sedimen. Gunung dan bukit berumur Tersier adalah batuan yang berumur tua dan tahan terhadap pelapukan sehingga dijadikan dasar dalam perhitungan vs30 (Gambar 1).

Tabel 1. Klasifikasi Geomorfologi

SLOPE(deg) ELEV (m)

LITHOLOGY GEOMORPHOLOGICAL UNIT

(Matsuokaet al., 2006) NOTES

>15

>700 Tertiary rock Tertiary Mountain

Pre-tertiary rock Pre-tertiary Mountain

<700 Tertiary products Hill

Volcanic (Q) Volcanic Hill Volcanic product

5-15

Mountain footslope

Volcanic (Q) Volcanic footslope Volcanic product

≤5

Alluvium, colluviums, fluvial etc.

Valley bottom lowland

Alluvial fan

Back marsh

Abandoned river channel

Delta and coastal lowland

Marine sand and gravel bars

Colluviums Fluvial

Active volcano

Volcano

Terrace

Rocky strath terrace

Gravelly terrace

Brecciated, geological structure

Alluvium, geologicalstructure

Gambar 1. Peta Kemiringan Lereng P. Sulawesi (kiri) dan Peta Geomorfologi P. Sulawesi (kanan).

Volcano

Volcanic footslope

Rocky terrace

Gravelly terace

Valley

Natural levee

Back marsh, lake

Hill

Mountain footslope

Mountain (Tertiary)

Mountain (pre-Tertiary)

Abandoned river channel

Marine sand, gravel bars

Delta and coastal lowland

Volcanic ash Terrace covered by volcanic ash soil Volcanic ash

5-15 Sand (Q) Sand dune Sand

Reclaimed land

Filled land

Natural levee

Engineered

Engineered

Natural barrier parallel to river/coast, sand bar, flood plain

Peta geomorfologi Pulau Sulawesi dengan resolusi 0.01o (1.1 km) telah dibuat dengan mengaplikasikan klasifikasi gemorfologi (Tabel 1). Pulau Sulawesi dapat dibagi ke dalam 14 satuan geomorfologi (Gambar 1).

Penghitungan Kecepatan Gelombang Permukaan (vs30)

Setiap titik grid pada setiap satuan geomorfologi mempunyai koefisien regresi yang berbeda-beda sesuai dengan satuan geomorfologi, jarak titik terhadap bukit atau gunung berumur Tersier atau lebih tua dan kemiringan lereng. Matsuoka, dkk. (2006) telah memperkenalkan koefisien regresi untuk setiap satuan geomorfologi (Tabel 2).

Elevasi atau ketinggian berhubungan erat dengan kekerasan batuan. Pelapukan berlangsung secara intensif pada puncak bukit sedangkan sedimentasi berada pada tingat yang paling rendah. Sebaliknya pada suatu cekungan, pelapukan berada pada tingkat paling rendah dan pengendapan atau sedimentasi mencapai tingkat maksimum. Secara sederhana dapat dikatakan bahwa batuan yang berada di puncak bukit merupakan batuan yang keras dan tahan terhadap pelapukan, sedangkan cekungan yang berada di daerah yang lebih rendah merupakan endapan muda yang lunak.

Gunung dan bukit berumur tersier atau lebih tua berperan sebagai sumber material sedimen.

Kemiringan lereng (slope) dapat mengindikasikan ketebalan lapisan sedimen. Material hasil pelapukan akan diendapkan lebih tebal pada bagian yang mempunyai kemiringan lereng lebih kecil. Material sedimen di lereng akan jauh lebih tipis dibandingan dengan endapan sedimen dalam suatu cekungan.

Jarak titik pengendapan terhadap sumber material sedimen berperan penting dalam besar butir sedimen yang diendapkan. Makin jauh jarak titik dari sumber akan makin halus material sedimen yang diendapkan, demikian juga sebaliknya. Besar butir sedimen berpengaruh terhadap kekerasan batuan sedimen, makin halus material sedimen, makin lunak endapan sedimen

Tabel 2. Klasifikasi Geomorfologi dan Koefisien Regresi

Nilai vs30 dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (Matsuoka, dkk., 2006)

��� ���30 = � + � ��� �� + � ��� �� + � ��� �� ± � (1)

Peta kelas tanah dibuat berdasarkan atas nilai vs30 sesuai dengan standar NHERP (Tabel 3)

Tabel 3. Site class berdasarkan standar NHERP (Hunter, 2007)。

kelas deskripsi umum vs30 (m/s) A Hard rock >1500 B Rock 760 ≤ vs30 ≤ 1500 C Very dense soil and soft rock 360 ≤ vs30 ≤ 760 D Stiff soil 180 ≤ vs30 ≤ 360 E Soil profile with soft clay >180

Gambar 2. Peta Kelas Tanah P. Sulawesi, konversi dari vs30 berdasarkan klasifikasi geomorfologi (kiri) dan konversi vs30 USGS (kanan)

F Site specific geotechnical

USGS telah melakukan pendugaan nilai vs30 dengan parameter kemiringan lereng saja yang diperoleh melalui citra satelit. Kemiringan lereng mencerminkan kekerasan batuan dan ketebalan sedimen, sifat fisik batuan yang menentukan kecepatan gelombang permukaan.

Wilayah Indonesia merupakan daerah aktif volkanik sehingga pengendapan material gunungapi berlangsung secara terus-menerus dan berubah secara cepat sehingga diperlukan parameter lain yang lebih spesifik yaitu jenis batuan.

Jika dibandingkan, maka peta kelas tanah hasil konversi dari vs30 yang dibuat dengan mempertimbangkan kelas geomorfologi memiliki perbedaan yang jelas pada daerah yang disusun oleh sedimen lunak berumur Kuarter. Pada peta kelas tanah yang dibuat berdasarkan vs30 USGS, tidak tampak adanya kelas tanah E yang sangat lunak. Sebaliknya, tanpa memperhitungkan geomorfologi, daerah yang termasuk ke dalam kelas B semakin luas (Gambar 2)

Peta Amplifikasi Tanah

Amplifikasi tanah dapat dihitung berdasarkan nilai vs30 seperti yang diungkapkan Wakamatsu, dkk. (2006) dengan persamaan.

��� ��� = 2.367 + 0.852��� ���30 ± 0.166 (2)

Gambar 3. Peta Amplifikasi Tanah P. Sulawesi

Beberapa daerah di P. Sulawesi amplifikasi tanah ≥ 4, terutama daerah pantai yang disusun oleh endapan pantai serta lembah yang terbentuk akibat sesar (Lembah Palu), cekungan antar gunung di Sulawesi Selatan serta daerah aliran sungai yang disusun oleh endapan alluvium.

Daerah gunungapi aktif dan daerah yang disusun oleh endapan hasil letusan gunungapi memiliki amplifikasi ≥ 2 hingga 4. Daerah pebukitan yang disusun oleh batuan Tersier

dan Pra-Tersier memiliki amplifikasi 1 atau kurang.

Bahaya Seismik

Kelas tanah menjadi parameter penting dalam simulasi seismic hazard assessment, baik probabilistic maupun deterministik. Setiap jenis kelas tanah memiliki respons yang berbeda terhadap gelombang seismic yang melaluinya, bias memperbesar amplitude atau hanya meneruskan gelombang saja. Pada kelas tanah A (hard rock) atau B (rock), gelombang hanya diteruskan saja sedangkan pada kelas tanah C atau lebih rendah, gelombang seismik menjalar dengan kecepatan yang rendah namun amplitude lebih tinggi. Pemetaan kelas tanah secara detil dapat meningkatkan akurasi peta bahaya seismik secara signifikan.

Peta percepatan dengan menganggap semua batuan homogen memperihatkan

bahwa percepatan hanya dipengaruhi oleh parameter sumber gempabumi (lokasi, kedalaman, magnitude, strike, dip) saja. Daerah yang lebih dekat dengan rupture area akan memiliki nilai PGA yang lebih besar daripada daerah yang lebih jauh dari rupture area. Pada peta percepatan dengan mempertimbangkan kelas tanah Nampak bahwa daerah yang lebih dekat dengan rupture area mungkin memiliki percepatan yang lebih rendah, bergantung pada kekerasan batuan. Daerah yang lebih jauh mungkin mengalami dampak yang lebih parah daripada daerah yang lebih dekat pada rupture area, hal ini dipengaruhi oleh besarnya amplifikasi tanah yang dipengaruhi kekerasan batuan (Gambar 4).

Gambar 4. Peta percepatan (PGA) pada batuan dasar, batuan dianggap homogen (kiri) dan peta percepatan dengan mempertimbangkan kelas tanah (kanan)

Gambar 5. Peta intensitas gempabumi

Peta intensitas (MMI) diolah dari peta percepatan pada spectral 1.0 detik seperti yang disarankan oleh Atkinson dan Kaka (2007). Dapat dilihat bahwa daerah yang lebih jauh dari sumber gempabumi memiliki intensitas yang lebih besar daripada daerah yang lebih dekat. Berdasarkan hasil pemeriksaan lapangan, kerusakan pada umumnya terjadi pada daerah yang

berwarna kuning dan oranye, Daerah yang berwarna oranye merupakan daerah yang disusun oleh endapan rawa atau daerah rawa yang ditimbun. Endapan rawa dan tanah timbunan adalah daerah yang memiliki struktur tanah yang lunak karena disusun oleh material halus yang berumur muda sehingga belum terkompaksi dengan baik.

Kesimpulan

Bahaya seismik dapat diprediksi secara lebih detail dan akurat dengan memasukkan kelas tanah sebagai parameter dalam simulasi. Secara regional penentuan kelas tanah dapat dilakukan dengan mengunakan parameter geomorfologi, memanfaatkan peta geologi yang tersedia dan peta topografi digital yang dapat diperoleh secara gratis. Perlu dilakukan pemodelan untuk membuat satuan geomorfologi yang cocok untuk Indonesia berdasarkan ketersediaan data geologi dan morfologi Indonesia.

Pengukuran vs30 untuk menentukan kelas tanah sangat diperlukan untuk membuat peta bahaya seismik dalam skala besar untuk daerah terbatas.

Referensi

Atkinson, Gail M. dan SannLinn I. Kaka, 2007, Relationships between Felt Intensity and Instrumental Ground Motion in the Central United States and California, Bulletin of the Seismological Society of America, Vol. 97, No. 2, pp. 497–510

Hunter, J.A., R.A. Burns, R.L. Good, J.M. Aylsworth, S.E. Pullan, D. Perret and M. Douna, 2007, Borehole Shear-wave Velocity Measuments of Champlain Sea Sediments in the Ottawa-Montreal Region, Geological Survey of Canada, Open File 5345, Ottawa, Ontario, Canada

Matsuoka, Masashi, Kazue Wakamatsu Kazuo Fujimoto dan Saburoh Midorikawa, 2006, Average Shear-wave Velocity Mapping Using Japan Engineering Geomorphologic Classification Map, Structural Eng./Earthquake Eng., JSCE, Vol.23, No.1, 57s-68s, 2006, Tokyo, Japan

Wakamatsu, K. Matsuoka M, K. Hasegawa, 2006, GIS-based Nationwide Hazard Zoning Using the Japan Engineering Geomorphologic Classification Map, Proceedings of the 8th U.S. National Conference on Earthquake Engineering, Paper No. 849, California, USA>

Wakamatsu, Kazue dan Masashi Matsuoka, 2006, Development of the 7.5-arc-second Engineering Geomorphologic Classification Database and Its Application to Seismic

Microzoning, Bulletin Earthquake Research Institute, University of Tokyo, Vol. 81, 2006, pp. 317-324, Tokyo. Japan

View publication statsView publication stats