Penentuan Modulus Geser Tanah Menggunakan Metode Analisis Multi-channel Gelombang Permukaan

JURNAL ILMIAH SEMESTA TEKNIKA Vol. 12, No. 2, 185-198, November 2009

185

Penentuan Modulus Geser Tanah Menggunakan Metode Analisis Multi-channel Gelombang Permukaan (Soil Shear Modulus Measurement Using Multi-channel Analysis of Surface Wave Method)

SUSY K. ARIESTIANTY, MOHD . RAIHAN TAHA, KHAIRUL ANUAR MOHD. NAYAN, ZAMRI CHIK

ABSTRACT Multi-channel Analysis of Surface Wave (MASW) is one of non-destructive seismic methods that can be used to obtain the soil dynamic parameters, such as the shear wave velocity (VS) and the shear modulus (G). Indirect measurement of soil dynamic parameters can also be estimated by the empirical correlations of VS/G and NSPT values obtained from Standard Penetration Test (SPT). However, borehole test is required for SPT, which is relatively high cost and also may disturb in surrounding environment of investigated sites. Therefore, MASW seismic method then can be performed as alternative options in avoiding these problems. In this study MASW method was used to obtain the VS and G profile at several selected sites in Peninsular of Malaysia, i.e., Universiti Kebangsaan Malaysia Bangi campus, Selangor and Sungai Temala, Terengganu. The Rayleigh wave propagations are recorded using 24 geophones of 4.5 Hz resonant frequency connected to the seismograph. Subsequently, the seismic data is processed and analyzed to generate the VS profile versus depth in one-dimensional (1-D) and two-dimensional (2-D) form. In general, the shear wave velocity from MASW method measurements show reasonable agreements compared to the VS values obtained from empirical correlation of NSPT value. A good relationship between shear modulus from this study compared to empirical correlations of NSPT value from previous researchers. Finally, MASW method can be nondestructively used for identifying and validating subsurface soil condition of the investigated sites. Keywords: shear wave velocity, shear modulus, MASW, NSPT

PENDAHULUAN Kecepatan gelombang geser (VS), modulus geser (G) dan rasio redaman (D) merupakan parameter yang penting dan diperlukan dalam analisis respon dinamik tanah. Penentuan parameter dinamik tanah ini dapat dilakukan dari pengujian lapangan dengan metode seismik seperti cross-hole, down-hole, spectral analysis of surface wave (SASW) dan multichannel analysis of surface wave (MASW). Dua metode terakhir yang disebutkan merupakan metode seismik non-destruktif yang merekam perambatan gelombang permukaan (gelombang Rayleigh). Sifat kekakuan tanah dapat dinilai dari kecepatan gelombang gesernya, dimana keduanya

menunjukkan hubungan yang elastik linier. Semakin besar nilai kecepatan gelombang geser maka akan semakin besar juga nilai kekakuan tanahnya atau semakin keras dan padat. Kecepatan gelombang geser hanya berkaitan dengan kekakuan geser dari struktur tanah sedangkan pengaruh tingkat kejenuhan tanah pada kecepatan gelombang geser lebih terkaitan dengan kepadatan tanah (Stokoe et al., 2004). Semakin rendah tingkat kejenuhan tanah maka akan semakin tinggi nilai VS dan G (Cho & Santamarina, 2001). Parameter dinamik tanah juga dapat ditentukan secara tidak langsung dari hasil pengujian statis di lapangan seperti pengujian penetrasi standar (NSPT, N-standard penetration test). Beberapa peneliti telah membuat korelasi empirik antara VS dan G dengan nilai NSPT, seperti Seed dan Idriss (1981), Imai dan

186

S.K. Ariestianty, et al. / Semesta Teknika, Vol. 12, No. 2, 185-198, November 2009

Tonouchi (1982), Lee (1990), Athanasopoulos (1995), Nayan (1995), Hasancebi dan Ulusay (2006), Suharsono (2006), Dikmen (2009), Rosyidi (2009) untuk kecepatan gelombang geser (Vs), sedangkan untuk modulus geser seperti Ohsaki dan Iwasaki (1973) dan Imai dan Tonouchi (1982), dan Seed et al. (1983). Metode SASW dikembangkan oleh Nazarian dan Stokoe pada tahun 1984. Park et al (1995) dan Foti (2000) mulai mengusulkan metode MASW yang merupakan pengembangan dari metode SASW. Kedua metode ini pada prinsipnya mempunyai teknik analisis yang sama. Perbedaan diantara kedua metode ini adalah pada jumlah geofon yang digunakan. Sepasang geofon dengan beberapa kali konfigurasi geometrik digunakan dalam metode SASW untuk mendapatkan data seismik hingga kedalaman tertentu, sedangkan dalam metode MASW, data seismik direkam sekaligus dalam satu konfigurasi geofon. Dalam makalah ini, disampaikan mengenai hasil pengukuran dan penentuan nilai-nilai parameter dinamik tanah dengan menggunakan metode MASW yang diperoleh pada beberapa daerah kajian yang terpilih di semenanjung Malaysia. Beberapa korelasi antara parameter dinamis dengan nilai kekakuan tanah yang diperoleh dari pengujian SPT juga telah diperoleh dan ditunjukkan dalam kajian ini. METODE PENELITIAN Bahan Penelitian

kampus Univesiti Kebangsaan Malaysia (UKM) Bangi (Selangor) dan daerah Sungai Temala (Terengganu), seperti yang terlihat pada Gambar 1. Lokasi pertama terletak pada daerah rencana pembangunan gedung perkuliahan tambahan pada Fakultas UndangUndang (FUU), lokasi kedua pada daerah rencana pembangunan gedung taman kanakkanak (Pusat Pengajian Umum, PPU) dan lokasi ketiga yaitu pada lokasi proyek pembangunan jembatan Jabatan Kerja Raya (JKR) Malaysia. Data-data sekunder tanah hasil pemboran dan pengujian penetrasi standar (SPT) diperoleh dari kegiatan penyelidikan lapangan awal yang telah dilakukan pada lokasi-lokasi tersebut. Kemudian pengukuran data seismik dengan metode MASW dilakukan pada lintasan yang berdekatan dengan titik-titik pemboran sehingga hasilnya nanti dapat dibandingkan dengan data-data sekunder. Lokasi titik-titik pemboran dan lintasan survai untuk pengambilan data seismik juga dapat dilihat pada Gambar 1. Penyelidikan Tanah Pada lokasi lokasi FUU (UKM), terdapat dua titik pemboran yaitu BH3 dan BH4 yang dilalui oleh lintasan survai MASW. Begitu juga pada lokasi PPU (UKM) yaitu titik-titik pemboran BH2 dan BH3. Kemudian di lokasi terakhir Sungai Temala (Terengganu), terdapat sembilan titik pemboran (BH1- BH9) yang dilalui oleh lintasan survai MASW dan untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 1.

Daerah kajian terletak pada Semenanjung Malaysia, tepatnya yaitu di dalam lingkungan

(a) Tapak UKM

(b) Tapak Terengganu

GAMBAR 1. Peta lokasi daerah kajian dan lokasi titik-titik penyelidikan


Pemboran dilakukan dengan menggunakan mesin bor putar (multi-speed rotary wash boring machine) dan selubung berukuran NW dan BW untuk melindungi lubang bor dari runtuhan tanah. Untuk ketentuan kedalaman dari pemboran adalah maksimal 45 m atau jika nilai NSPT dari pengujian penetrasi standar secara tujuh kali berturut-turut telah mencapai nilai lebih besar daripada 50 (NSPT > 50/300 mm).

konfigurasi lapangan juga perlu diperhatikan dan ditentukan dengan benar. Langkah-langkah dalam pengambilan data seismik dengan metode MASW ini dapat dilihat pada Gambar 3. Terdapat beberapa asumsi umum yang biasa digunakan dan dapat menjadi acuan dalam pemilihan konfigurasi lapangan, seperti yang dianjurkan oleh Penumadu dan Park (2005) dan Park (2006). Untuk kajian ini, jarak antara sumber getaran dengan geofon pertama dipilih sebesar 5 dan 10 m sedangkan untuk spasi antara geofon adalah 1 dan 2 m, dengan waktu perekaman 1000 mili detik serta nilai sampling 1 mili detik.

Pengujian penetrasi standar dilakukan dengan mengacu kepada BS 1377-9:1990. Penentuan nilai uji penetrasi tanah ini menggunakan splitbarrel sampler dan palu dengan berat 63.5+0.5 kg. Pengujian dilakukan dengan interval kedalaman 1 m untuk kedalaman hingga 6 m, kemudian selanjutnya dengan interval kedalaman 1.5 m atau jika terdapat perubahan lapisan tanah.

Satu set rekaman data seismik yang mencatat waktu dan amplitudo energi gelombang terhadap jarak geofon kemudian diperoleh dari satu konfigurasi lapangan. Selanjutnya dalam satu lintasan survei akan direkam beberapa set rekaman data seismik dengan melakukan beberapa kali pergeseran lokasi sumber getaran berikut geofonnya.

Metode Seismik MASW Dalam kajian ini, perambatan gelombang permukaan direkam oleh seismograf (Seistronix RAS 24) yang dihubungkan pada 24 geofon (geophone) dengan kopeling paku (spike coupling) yang ditanamkan kedalam tanah sepanjang lintasan survai (Gambar 2). Geofon yang digunakan adalah geofon berfrekuensi rendah yaitu 4.5 Hz, sehingga dapat merekam gelombang Rayleigh dengan baik. Sedangkan sumber getaran yang digunakan untuk menghasilkan gelombang, berasal dari sebuah palu besar yang mempunyai berat sekitar 20 lb atau 9 kg. Untuk memperoleh data seismik yang berkualitas baik, selain peralatan yang memadai, beberapa parameter dalam

Rekaman data seismik kemudian diproses dan dianalisis sehingga diperoleh profil kecepatan gelombang geser terhadapn kedalaman. Profil kecepatan gelombang geser satu dimensi (1-D) diperoleh dari satu set rekaman data seismik dan kemudian profil dua dimensi (2-D) kecepatan gelombang geser dapat dihasilkan dari beberapa set rakaman data seismik, seperti diperlihatkan dalam Gambar 4. Dalam kajian ini, pemprosesan data seismik dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak SurfSeis versi 2.01 yang telah dikembangkan oleh Kansas Geological Survey, Texas, Amerika.

palu (9 kg)

seismograf geofon 4.5 Hz

plat aluminium

sinyal dari geofon

kotak konektor

kabel konektor

kabel konektor

GAMBAR 2. Peralatan yang digunakan untuk merekam data seismik dengan metode MASW

187


188

PENGAMBILAN DATA SEISMIK DENGAN METOD E MASW

Penentuan Lintasan Survei PERALATAN: Sumber getaran (palu besi), geofon (4.5 Hz), seismograf, laptop

Penentuan Peralatan & Konfigurasi Lapangan untuk Perekaman D ata Seismik

    

D  Zmax  max dx  Z min  min x1 = 20%D T  1 – 2 detik dt  0.5 – 1 milidetik

Pengambilan & Perekaman Gelombang Seismik Puk ulan 1 Tidak Baik

Rekaman Data Seismik

REKAMA N D ATA SEISMIK Pukulan-n

Baik Perpindahan Lokasi Titik Permulaan Sumber Getaran & Geofon

GAMBAR 3. Prosedur dalam pengambilan data seismik di lapangan dengan Metode MASW 1 set rekaman data seismik

X1 Pukulan 1

1 set rekaman data seismik

X2

X3

Pukulan 2

Pukulan 3

m , n a

250

500

750

Kecepatan Gelombang Geser (Vs), m/s

Kecepatan Gelombang Geser (Vs), m/s

Kecepatan Gelombang Geser (Vs), m/s 0

1 set rekaman data seismik

0

1000

250

500

750

0

1000

0

0

0

2

2

2

4

4

4

6

6 8

8

10

10

12

,m 12 th p e D 14

m , n a

m la a d 14 e K

m la a d 14 e K

16

16

16

18

18

18

20

20

20

22

22

24 26

Profil Vs 1-D

24

500

750

1000

6

8 10 12

250

22

Profil Vs 1-D

26

24 26

Profil Vs 1-D

Profil Vs 2-D

Lokasi profil Vs 1-D yang digunakan

GAMBAR 4. Rekaman data seismik dan profil VS 1-D dan 2-D yang diperoleh dari satu lintasan survei

Langkah-langkah dalam pemprosesan dan analisis data seismik dapat dilihat pada Gambar 5. Tahap pertama adalah melakukan

konversi dan pengkodean data seismik sesuai dengan format yang digunakan oleh perangkat lunak.

189


PEMPROSESAN DATA SEISMIK

Konversi Data Seimik (SEG  KGS)

Pengkodean Konfigurasi Lapangan (Encoding Field Geometry) (SEG  KGS) Proses FFT & Penormalan Data Seismik

Transformasi Data Seismik

Analisis & Perhitungan Total Amplitudo Energi Gelombang pada setiap Frekuensi

Pembentukan Kurva Dispersi

Proses Inversi

Profil Vs 1-D

Penentuan Model Lapisan Tanah (Vs, Vp, , h, z) Pembentukan Kurva Dispersi Teori Pencocokan Kurva Dispersi

Proses Tomografi

Proses Iterasi

Gambar Spektral Dispersi

Penyaringan Data Seismik

Ya Eksperimental & Teori (Curve Matching) Tidak

Profil Vs 2-D

GAMBAR 5. Prosedur dalam pemprosesan dan analisis data seismik

Selanjutnya dilakukan proses transformasi sehingga dihasilkan gambar spektral dispersi gelombang dari setiap frekuensi terhadap kecepatan fasanya. Proses transformasi dilakukan dengan menggunakan metode pergantian fasa yang telah dikembangkan oleh Park et al. (1998). Dalam gambar spektral dispersi, gelombang Rayleigh mempunyai energi gelombang yang dominan dan biasa disebut sebagai mode fundamen/dasar. Namun jika dalam satu frekuensi terdapat dua energi gelombang yang dominan dengan kecepatan fasa yang berbeda, maka gelombang dengan kecepatan fasa yang lebih tinggi disebut sebagai gelombang Rayleigh mode tinggi. Mode tinggi, umumnya terdapat dan terkadang mempunyai energi yang lebih dominan pada frekuensi tinggi. Adanya mode tinggi ini, dapat menjadi indikasi adanya lapisan tanah lunak diantara lapisan-lapisan tanah yang lebih keras atau medium tanah bersifat dispersi terbalik (Tokimatsu 1992, Foti 2000). Kurva dispersi kemudian dibentuk dengan membuat sebuah garis sepanjang mode fundamen yang mempunyai nilai amplitudo tertinggi. Kemudian proses selanjutnya adalah proses inversi, dimana dilakukan pencocokan antara kurva dispersi teori dan kurva dispersi hasil pengukuran. Proses pencocokan kurva ini (curve matching) dilakukan melalui proses

iterasi (Xia et al, 1999). Proses iterasi akan berhenti setelah diperoleh kurva dispersi dan profil Vs yang mempunyai nilai root mean square error (RMSE) minimum. Setelah profil VS 1-D diperoleh, dilakukan proses tomografi untuk membentuk profil VS 2D. Proses tomografi dilakukan dengan mengkorelasikan beberapa profil VS 1-D menggunakan teknik grid kontur (contouring grid). HASIL DAN PEMBAHASAN Jika dilihat dari kondisi geologinya, daerah kajian yang berada di dalam kawasan kampus Universiti Kebangsaan Malaysia (UKM) pada umumnya tersusun atas batuan metasedimen dari perselingan batupasir dengan serpih yang mengalami proses metamorfosa berderajat rendah dan termasuk ke dalam Formasi Bukit Kenny. Proses metamorfosa yang terjadi pada serpih menghasilkan batuan metamorf berjenis filit. Formasi ini berumur Silur Atas – Devon (Mohamed, 2010a,b). Daerah kajian yang berada di kawasan sungai Temala (Terengganu) tersusun atas batuan sedimen (termasuk metasedimen) dan batuan beku berumur Paleozoik Atas hingga Jura/Kapur

190


(Mohamed, 2010c). Dan jenis batuan beku yang dominan dikawasan ini adalah granit. Secara geografis, kondisi daerah penelitian terletak pada daerah beriklim tropik dimana proses pelapukan merupakan suatu proses yang terjadi dan berlangsung dengan aktif. Oleh karena itu, batuan di daerah ini pada umumnya telah mengalami pelapukan dan berubah menjadi tanah. Dari hasil pemboran dan pengujian penetrasi tanah (SPT), secara umum daerah kajian di lokasi FUU (UKM) dominan disusun oleh lapisan lanau dengan diselingi oleh lapisan lanau pasiran, lanau kerikilan dan lempung pasiran. Berdasarkan hasil pengujian SPT, nilai maksimum NSPT > 50, terdapat pada kedalaman sekitar 12 m pada BH3 dan sekitar 16 m pada BH4. Pada lokasi PPU (UKM), daerah ini dominan tersusun oleh lapisan lanau pasiran dimana juga terdapat lapisan-lapisan tipis lempung pasiran dan pasir lanauan pada lapisan bagian atas (BH2) dengan ketebalan sekitar 1 m. Dan nilai NSPT maksimum dijumpai pada kedalaman sekitar 12 m. Profil stratifkasi dengan nilai konsistensi tanah dari masing-masing lokasi dapat dilihat dalam Gambar 6. Pada lokasi Sungai Temala (Terengganu), pemboran dan pengujian SPT telah dilakukan

masing-masing di abutmen A, pilar B, pilar C dan abutmen D. Stratifikasi tanah untuk masing-masing lokasi tersebut ditunjukkan pada Gambar 7. Lapisan lempung lanauan menyusun lapisan atas pada abutmen A dan lapisan serpih dan granit pada bagian bawahnya, sedangkan di bagian tengah terdapat lapisan lanau kerikilan, lempung pasiran dan pasir lanauan. Untuk nilai konsistensi tanah maksimum (NSPT > 50) diperoleh pada kedalaman 7,5 m. Lokasi pilar B, dominan disusun oleh lapisan lanau dan lanau lempungan dengan ketebalan maksimum 10,2 m dan 20 m. Nilai konsistensi tanah maksimum diperoleh pada kedalaman yang bervariasi yaitu dari 10,5 m hingga 24 m. Untuk lokasi pilar C, lapisan bagian atas disusun oleh lempung dengan disisipi oleh pasir lempungan, sedangkan pada bagian tengah terdapat lapisan lanau yang cukup tebal dan kemudian pada bagian bawah dilapisi oleh batuan granit. Nilai konsistensi tanah mencapai nilai maksimum (NSPT > 50) yaitu pada kedalaman 27 m. Lokasi abutmen D dominan tersusun oleh lapisan lanau dengan sisipan lapisan lempung dan pasir pada bagian tengah. Batuan granit ditemukan mendasari perlapisan tanah di lokasi ini. Nilai konsistensi tanah maksimum didapati pada kedalaman 13,5 m dan 21 m.

(b) PPU (UKM)

(a) FUU (UKM) GAMBAR 6. Profil penampang tanah lokasi ukm dari hasil pemboran dan nilai NSPT


(a) Abutmen A

(c) Pilar C

(b) Pilar B

(d) Abutmen D GAMBAR 7. Profil penampang tanah lokasi Sungai Temala (Terengganu) dari hasil pemboran dan nilai NSPT

191

192


Kemudian dari hasil pengukuran dan analisis dengan menggunakan metode MASW, beberapa profil VS satu dimensi (1-D) dan dua dimensi (2-D) setiap lintasan pada masingmasing lokasi telah diperoleh. Profil-profil Vs 1-D yang terletak berdekatan dengan titik-titik pemboran dapat dilihat pada Gambar 8 dan Gambar 9, sedangkan penampang Vs 2-D dari salah satu lintasan di lokasi UKM dan Sungai Temala (Terengganu) dapat dilihat pada Gambar 10. Nilai VS yang diperoleh secara tidak langsung dari korelasi empiris nilai NSPT juga ditampilkan pada profil-profil tersebut, untuk melihat perbedaan kisaran nilai VS dari kedua

metode itu. Beberapa korelasi empiris yang digunakan untuk mendapatkan nilai kecepatan gelombang geser tersebut diuraikan pada Tabel 1. Secara umum, pada profil-profil tersebut terlihat bahwa nilai kecepatangelombang geser tanah yang diperoleh dari metode MASW, mempunyai nilai yang cukup bersesuaian dengan nilai dari korelasi NSPT. Grafik nilai NSPT pada umumnya memperlihatkan kecenderungan arah (trend) yang sesuai dengan profil VS, dimana adanya perubahan jenis lapisan dan nilai konsistensi tanah ditandai pula oleh peningkatan atau penurunan nilai VS .

(a) Lokasi FUU

(b) Lokasi PPU

GAMBAR 8. Profil tanah dan VS pada lokasi pengujian di UKM

Abutmen A

Pilar B GAMBAR 9. Bersambung ...


Pilar C

Abutmen D

GAMBAR 9. Profil tanah dan VS pada lokasi kajian di Sungai Temala (Terengganu)

BH2 L1_1 Lapisan tanah atas lanau pasiran: 107 – 272 m/s Lempung pasiran teguh: 199 – 272 m/s Pasir lanauan lepas: 159 - 272 m/s

Lanau pasiran kenyal - keras: > 272 m/s

Kecepatan gelombang geser, Vs (m/s)

(a). Lintasan 1 pengujian MASW di lokasi FUU, UKM GAMBAR 10. Bersambung ...

193


194

BH3 L2_1 Lapisan tanah atas lanau: 182 - 257 m/s

Lempung pasiran lunak: 154 - 257 m/s Lanau teguh: 154 - 363 m/s Lanau lunak: 183 - 393 m/s Lanau keras: 183 - 393 m/s Lanau pasiran keras: 294 – 393 Lanau sangat m/s kenyal: 294 – 495 m/s

Lanau sangat kenyal – keras: > 307 m/s


(b). Lintasan 2 pengujian MASW di lokasi FUU, UKM

BH8/L1_4 Lempung lanauan kenyal: 152 – 230 m/s Lanau kerikilan kenyal: 151 – 192 m/s Lempung pasiran lunak: 151 -192 m/s Pasir lanauan sangat lepas: 192 – 333 Serpih sedang - keras: 332 – 361 m/s Serpih & granit sedang - keras: > 361 m/s


(c). Lintasan 1 pengujian MASW di lokasi Sungai Temala GAMBAR 10. Profil VS 2-D hasil analisis MASW di lokasi pengujian

Parameter dinamis tanah yang lain seperti modulus geser kemudian dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut ini: Gmax = .Vs 2

(1)

dimana Gmax adalah modulus geser,  adalah kerapatan massa dan VS adalah kecepatan gelombang geser. Berdasarkan persamaan tersebut di atas dan dengan menggunakan nilai VS yang diperoleh dari metode MASW, nilai G untuk masingmasing lokasi dapat ditentukan. Profil G untuk setiap lokasi kajian ini disajikan dalam Gambar 11 – Gambar 13.

Beberapa peneliti telah mengembangkan suatu korelasi empiris untuk mendapatkan nilai G secara tidak langsung berdasarkan nilai NSPT, diantaranya adalah Ohsaki dan Iwasaki (1973) dan Imai dan Tonouchi (1982) yang telah melakukan penyelidikan untuk tanah lempung dan pasir di Jepang, juga Seed et al. (1983) untuk tanah pasir di Amerika. Nilai G yang diperoleh berdasarkan nilai VS dari metode MASW, jika dibandingkan dengan yang diperoleh dari korelasi empirik beberapa peneliti terdahulu umumnya menunjukkan nilai yang bersesuaian.

195


TABEL 1. Korelasi empiris VS dan NSPT dari beberapa peneliti terdahulu

Peneliti

Jenis Tanah Semua jenis tanah Semua jenis tanah Lanau Semua jenis tanah Tanah residual Granit Semua jenis tanah Tanah & batuan Lanau Tanah residual sedimen Tanah pasiran

Seed & Idriss (1981) Imai & Tonouchi (1982) Lee (1990) Athanasopoulos (1995) Nayan (1995) Hasancebi & Ulusay (2006) Suharsono (2006) Dikmen (2009) Rosyidi (2009)

Vs = 61.4N0.5

500

1000

1500

Vs = 105.64N

r = 0,73

Yunani

Vs = 2.89N + 167.84

r = 0,88

Malaysia

Vs = 90N0.309

r = 0,73

Turki

Vs = 4.4431N + 213.84 Vs = 60N0.36

r = 0,55 r = 0,71

Malaysia Turki

Vs = 188N0.18

r = 0,81

Malaysia & Indonesia

0.30

Vs= 80.65N

500

1000

r = 0,66

1500

Modulus Geser (G), MPa 2000

0

2

6

Ohsaki & Iwasaki (1973): lempung & pasir Imai &Tonouchi (1982): lempung & pasir Seed et al (1983): pasir

8

8

Lokasi FUU (L2)

10

10

10

12

12

12

14

14

14

16

16

16

18

18

18

20

20

20

22

22

22

24

24

24

26

26

26

6

4

Lokasi FUU (L1)

500

1000

1500

2000

0

2


4

Kedalaman, m

Vs = 107.6N

0

2

Jepang

-

0.36

Modulus Geser (G), MPa

0

USA

r = 0,86 0.32

0

2000

Lokasi

-

Vs = 97N0.314

Modulus Geser (G), MPa 0

Koefisien Korelasi

Korelasi Empiris


4 6

Lokasi FUU (L3)

8

GAMBAR 11. Profil modulus geser (G) di Lokasi FUU (UKM)

Modulus Geser (G), MPa 0 0 2 4

500

1000

1500


Modulus Geser (G), MPa 2000 0

500

1000

1500

2000 0

500

1000

1500


500

1000

1500

500

1000

1500

2000

Lokasi PPU: L1

Lokasi PPU: L2

Lokasi PPU: L3

Lokasi PPU: L4

Lokasi PPU: L5


Ohsaki & Iwasaki (1973): lempung & pasir Imai &Tonouchi (1982): lempung & pasir



Ohsaki & Iwasaki (1973): lempung & pasir

Seed et al (1983): pasir

6

Kedalaman, m


8 10 12 14 16 18 20

GAMBAR 12. Profil modulus geser (G) di lokasi PPU (UKM)

Imai &Tonouchi (1982): lempung & pasir Seed et al (1983): pasir


196

Modulus Geser (G), Mpa 0

200

400

0

5

Kedalaman, m

10

600

1000 0

200

400

600

1000 0

800

200

400

600

1000 0

800

Sgi Temala: abutmen A

Sgi Temala: pilar B

Sgi Temala: pilar C




Nayan (1995): tanah residual granit


15

20

Modulus Geser (G), Mpa



800

200

400

600

800

1000

Sgi Temala: abutmen D Ohsaki & Iwasaki (1973) Imai &Tonouchi (1982) Seed et al (1983) Nayan (1995): tanah residual granit


25

30

35

40

GAMBAR 13. Profil modulus geser (G) di lokasi Sungai Temala (Terengganu)

Beberapa peneliti telah mengembangkan suatu korelasi empiris untuk mendapatkan nilai G secara tidak langsung berdasarkan nilai NSPT, diantaranya adalah Ohsaki dan Iwasaki (1973) dan Imai dan Tonouchi (1982) yang telah melakukan penyelidikan untuk tanah lempung dan pasir di Jepang, juga Seed et al. (1983) untuk tanah pasir di Amerika. Nilai G yang diperoleh berdasarkan nilai VS dari metode MASW, jika dibandingkan dengan yang diperoleh dari korelasi empirik beberapa peneliti terdahulu umumnya menunjukkan nilai yang bersesuaian.

dari 10 m, kisaran nilai G yang dihasilkan mulai menunjukkan nilai yang cukup berbeda. Untuk lebih jelasnya hubungan antara nilai G dan nilai NSPT dalam kajian ini, untuk masingmasing lokasi disajikan dalam Gambar 14. Secara keseluruhan nilai G yang diperoleh dari metode MASW dalam kajian ini, berada dalam kisaran nilai dari ketiga korelasi empiris peneliti terdahulu. Nilai korelasi empiris yang dihasilkan dari metode MASW dalam kajian ini untuk nilai NSPT < 100 mempunyai nilai yang paling dekat dengan nilai korelasi dari Seed et al. (1983), sedangkan untuk nilai NSPT>100 cenderung mempunyai nilai yang lebih dekat dengan nilai korelasi dari Ohsaki dan Iwasaki (1973) dan Imai dan Tonouchi (1982), seperti terlihat dalam Gambar 15.

Pada umumnya nilai G dari ketiga korelasi empiris yang telah diajukan oleh penelitipeneliti terdahulu menghasilkan kisaran nilai G yang hampir sama hingga kedalaman +10 m. Meskipun demikian, untuk kedalaman lebih

900

Lokasi Sgi Temala

Lokasi PPU

Ohsaki & Iwasaki (1973): lempung & pasir Imai & Tonouchi (1982): lempung & pasir Seed et al (1983): pasir

700 600 500

Vs = 66.36N0.393 R² = 0.746

400 300

800


1000


800


1200

Tapak FUU

900

Imai & Tonouchi (1982): lempung & pasir

800

G = 19.34N0.869 R² = 0.727


600

400


1000


700

Imai & Tonouchi (1982): lempung & pasir

600


500

Nayan (1995): tanah baki granit

Vs = 37.06N0.473 R² = 0.735

400 300 200

200 200

100

100 0

0

0

0

50

100

150

N SPT

200

250

300

0

20

40

60

80

100

120

0

NSPT

GAMBAR 14. Hubungan nilai G dan NSPT untuk setiap Lokasi

20

40

60

80

N SPT

100

120

140


1000

Ohsaki & Iwasaki (1973): lempung & pasir Imai & Tonouchi (1982): lempung & pasir Seed et al (1983): pasir

900 800

G = 56.29N0.457 R² = 0.680


Daerah Kajian

700 600 500 400 300 200 100 0 0

50

100

150

200

250

300

NSPT

GAMBAR 15. Hubungan nilai G dan NSPT dari seluruh lokasi kajian

KESIMPULAN DAN SARAN Berdasarkan hasil yang telah diperoleh dari kajian ini, metode seismik MASW (multichannel analysis of surface wave) dapat menghasilkan profil VS 1-D dan 2-D yang dapat memberikan gambaran mengenai kondisi perlapisan tanah bawah permukaan secara vertikal dan lateral. Teknik pemprosesan dan analisis data untuk memperoleh profil-profil ini tidak memerlukan waktu yang lama dan sederhana. Hasil pengukuran nilai VS menunjukkan nilai yang bersesuaian dengan nilai VS dari hasil korelasi empiris NSPT. Sifat dinamis tanah yaitu modulus geser (G), juga dapat ditentukan berdasarkan nilai VS yang diperoleh dengan metode MASW ini. Hasil pengukuran menunjukkan bahwa nilai yang bersesuaian dengan nilai G yang dihasilkan dari korelasi empiris NSPT. Pengukuran langsung nilai VS dan G dengan metode ini masih perlu dilakukan pada daerahdaerah kajian yang lebih luas lagi untuk memvalidasi hasil korelasi empiris yang lebih umum. Metode MASW diharapkan dapat menjadi salah satu metode seismik nondestruktif alternatif yang efektif, efisien dan ramah lingkungan untuk mengukur secara langsung nilai VS di lapangan dan nilai G. DAFTAR PUSTAKA Athanasopoulos, G.A. (1995). Empirical correlations VS-NSPT for soils of Greece: A comparative study of

reliability. Proceeding of 7th International Conference on Soil Dynamics and Earthquake Engineering, Computational Mechanics, Southampton, 19–36. Dikmen, U. (2008). Statistical correlations of shear wave velocity and penetration resistance soils. J. Geophys. Eng., 6, 61–72. Hasancebi, N. & Ulusay, R. (2006). Empirical correlations between shear wave velocity and penetration resistance for ground shaking assessments. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 66, 203–13. Imai, T., Tonouchi, K. (1982). Correlation of N-value with S-wavevelocity and shear modulus. Proceeding of the 2nd European Symposium of Penetration Testing, Amsterdam, 57–72. Lee, SH. (1990). Regression models of shear wave velocities. J. Chin. Inst. Eng., 13, 519–532. Mohamed, K.R. (2010a). Stratigrafi Semenanjung Malaysia: Pengenalan. Diakses 5 Juni 2010 dari http://pkukmweb.ukm.my/~kamal/geol ogi-malaysia/ kuliah 1 - pengenalan. pdf. Mohamed, K.R. (2010b). Stratigrafi Semenanjung Malaysia: Geologi Kuala Lumpur. Diakses 5 Juni 2010 dari http://pkukmweb.ukm.my/~kamal/

197

198


geologi-malaysia/ kuliah 6 - kuala lumpur - selangor.pdf.

Disertasi Doktor, Kebangsaan Malaysia.

Universiti

Mohamed, K.R. (2010c). Stratigrafi Semenanjung Malaysia: Geologi Terengganu. Diakses 5 Juni 2010 dari http://pkukmweb.ukm.my/~kamal/geol ogi-malaysia/kuliah 12 terengganu.pdf

Seed, H.B. & Idriss, I.M. (1981). Evaluation of liquefaction potential sand deposits based on observation of performance in previous earthquakes. ASCE National Convention, Missouri, 81– 544.

Nayan, K.A.M. (1995). Pencirian tanah baki granit menggunakan kaedah pengukuran halaju P dan S. Tesis Master, Universiti Kebangsaan Malaysia.

Seed H B, Idriss, I.M. & Arango, I. (1983). Evaluation of liquefaction potential using field performance data. J. Geotech. Engg., 109, 458–482.

Nazarian, S. (1984). In-situ determination of elastic moduli of soil deposits and pavement systems by Spectral Analysis of Surface Waves Method. Ph.D. Dissertation, The University of Texas at Austin. Ohsaki Y & Iwasaki R. (1973). Dynamic shear moduli and Poisson’s ratio of soil deposits. Soils and Foundation, 13, 61–73. Park, C.B. Miller, R.D. & Xia, J. (1998). Imaging dispersion curves of surface waves on multi-channel record. Soc. Explor. Geophys., 1377-1380. Park, C.B., Miller, R.D. & Xia, J. (1999). Multi-channel Analysis of Surface Waves (MASW). Geophysics, 64(3), 800-808. Park, C.B., Miller, R.D. & Xia, J. (2001). Offset and resolution of dispersion curve in Multichannel Analysis of Surface Waves (MSW). Proceedings of the SAGEEP 2001, Denver, Colorado, SSM-4. Park, C.B., Miller, R.D. & Miura, H. (2002). Optimum field parameters of an MASW survey. Soc. Explor. Geophys –Japan, Tokyo. Penumadu, D. & C.B. Park. (2005). Multichannel Analysis of Surface Wave (MASW) method for geotechnical site characterization. Proceedings of the Geo-Frontiers Conference, Austin, Texas. Rosyidi, S.A. (2009). Analisis anak gelombang bagi gelombang permukaan bagi penilaian sifat dinamik tanah.

Suharsono. (2006). Penggunaan kaedah analisis spektral gelombang permukaan sebagai teknik baru untuk pengelasan jasad batuan dalam geologi kejuruteraan. Disertasi Doktor, Universiti Kebangsaan Malaysia. Xia, J., Miller, R.D., Park, C.B. & Ivanov, J. (2000). Construction of 2-D vertical shear-wave velocity field by the multichannel analysis of surface wave technique. Proceedings of the Symposium on the Application of Geophysics to Engineering and Environmental Problems (SAGEEP 2000), Arlington, VA, 1197-1206. Xia, J., Miller, R.D., dan Park, C.B. (1999). Estimation of near-surface shear-wave velocity by inversion of Rayleigh waves. Geophysics, v. 64, no. 3, p. 691-700. PENULIS:

Susy K. Ariestianty Pusat Penelitian dan Pengembangan Jalan dan Jembatan, Bintek, Kementerian Pekerjaan Umum, Bandung. Mohd. Raihan Taha, Zamri Chik, Khairul Anuar Mohd.Nayan Department of Civil & Structural Engineering, Faculty of Engineering & Built Environment, Universiti Kebangsaan Malaysia, 43600 Bangi, Selangor Malaysia 

E-mail: [email protected]

Diskusi untuk makalah ini dibuka hingga tanggal 1 Oktober 2010 dan akan diterbitkan dalam jurnal edisi November 2010

Penentuan Modulus Geser Tanah Menggunakan Metode Analisis Multi-channel Gelombang Permukaan

Recommend Documents