5

BAB II TEORI DASAR

TEORI DASAR

2.1 Tektonik Pulau Bali

Bali merupakan bagian dari kepulauan Sunda Kecil yang terbentuk dari

proses subduksi antara lempeng Indo-Australia dan lempeng Eurasia, Lempeng

Indo-Australia cenderung bergerak ke utara dan lempeng Eurasia bergerak ke

selatan. Proses subduksi lempeng Indo-Australia relatif terhadap lempeng Eurasia

yang memiliki kecepatan 7 cm per tahun, yang mengakibatkan adanya sesar aktif

struktur geologi dan aktivitas vulkanik di Bali. Letak Pulau Bali terletak di antara

dua sumber seismik di selatan dan utara, yaitu gempa subduction slab di selatan

dan sesar Flores belakang busur di timur laut Bali (Daryono, 2011).

Menurut McCaffrey dan Nabelek (1987) ujung barat Bali membentang dan

menyatu dengan patahan di Laut Jawa. Pengaruh utama tektonik di Bali adalah

tumbukan antara lempeng Samudera Hindia dan busur Sunda, yang membentang

dari Selat Sunda di barat hingga Pulau Romang di timur. Hamilton (1979)

menemukan patahan busur belakang Wetar dan Flores, yang terletak di sebelah

utara Pulau Alor dan Pulau Pantar di sisi timur busur belakang zona subduksi Jawa.

Patahan tersebut membentang dari Flores hingga Sumbawa. Diperkirakan sesar

busur belakang meluas hingga ke Cekungan Bali di Bali utara. Sesar ini disebut

"Sesar Busur Belakang Flores" (Suarbawa, et al., 2021).

Gambar 2.1 Tectonic setting Pulau Bali (Daryono, 2011).

Sesar naik busur belakang

6

2.2 Geologi Regional

Pulau Bali merupakan salah satu pulau di Indonesia yang terletak di 8°3'40"-

8°50'48" lintang selatan dan 114°25'53" - 115°42'40" bujur timur. Pulau Bali

memiliki relief dan topografi pada bagian tengahnya berupa pegunungan yang

memanjang dari Barat hingga Timur. Bali merupakan salah satu pulau yang

diperkirakan masih tergolong muda karna batuan tertuanya diperkirakan berumur

Miosen Tengah. Secara geografis Pulau Bali dikelilingi oleh perairan dengan batas-

batas, yaitu:

a. Bagian.utara.berbatasan.dengan Laut Bali,

b. Bagian.selatan.berbatasan.dengan.Samudera.Hindia,

c. Bagian.barat.berbatasan.dengan.Selat Bali,

d. Bagian.timur.berbatasan.dengan.Selat Lombok.

Gambar 2.2 Peta geologi lembar Bali, Nusatenggara (Hadiwidjojo, et al., 1998)

2.2.1 Stratigrafi Pulau Bali

Struktur geologi regional Bali diawali dengan aktivitas laut pada masa

Miosen Bawah, menghasilkan breksi yang disisipi batugamping dan lava bantal.

Terdapat endapan kapur di bagian selatan, dan kemudian mengalami pengendapan

7

tersebut membentuk formasi Selatan. Pada bagian utara pengendapan sedimen yang

lebih halus. Pada akhir zaman Pliosen, semua daerah sedimen mengalami.

pengangkatan ke permukaan laut. Ketika terjadi proses pengangkatan, terjadi juga

pergeseran yang menyebabkan terdapatnya beberapa sesar. Masa Pliosen pada

daerah lautan sebelah utara terjadi pengendapan Formasi Asah. Pada daerah barat

laut sebagian dari batuan terangkat ke permukaan laut. Semakin ke barat

pengendapan dari batuan karbonatan lebih dominan, dimana pada masa akhir

Pliosen terangkat dan tersesarkan.

Aktivitas gunung api lebih banyak terjadi di daratan, berjajar dari barat

hingga ke timur yaitu Gunung Merbuk, Gunung Patas, Gunung Batukaru, Gunung

Batur, Gunung Abang, Gunung Agung, Gunung Bisbis, dan Gunung Seraya

(RXerself, 2018). Bali mengalami pergerakan yang menghasilkan pengangkatan

pada bagian utara. Mengakibatkan formasi Palasari terangkat ke permukaan dan

ketidaksimetrisan penampang utara-selatan, dimana pada bagian selatan lebih

landai dibandingkan bagian utara. Secara garis besar batuan di Bali dapat dibedakan

menjadi beberapa satuan, yaitu:

Tabel 2.1 Stratigrafi Pulau Bali

.Kala.Geologi. .Formasi.

Kuarter.

Endapan.aluvium.di.sepanjang.pantai, .tepi.Danau. Buyan, .Bratan, .dan.Batur. . Batuan gunung api dari kerucut subresen Gunung Pohen, Gunung Sangiang, Gunung Lesung. Lava dari.Gunung Pawon. Batuan dari.gunung api.Gunung.Batukaru. Batuan.gunung api.Gunung.Agung. Batuan.gunung.api.Gunung.Batur. Tufa.dari.endapan.lahar.Buyan-Bratan.dan.Batur.

Kuarter.Bawah.

Formasi.Palasari.: konglomerat, .batu pasir, .batu gamping.terumbu. Batuan.gunung api.Gunung.Sraya, .batuan.gunung. api.Buyan-Bratan.Purba.dan.Batur.Purba. Batuan.gunung.api.Jembrana.: lava,.breksi, dan.tufa dari.Gunung.Klatakan,.Gunung.Merbuk, Gunung Patas.dan.batuan.yang.tergabung

8

.Kala.Geologi. .Formasi.

Pliosen.

Formasi Asah : lava, breksi, tufa batu apung, dengan isian rekahan batu gampingan. Formasi Prapat Agung : batu gamping, batu pasir gampingan, Napal. Batuan gunung api Pulaki : lava dan breksi.

Miosen.- .Pleosen. Formasi.Selatan.: batu.gamping. Miosen.Tengah.- Atas Formasi.Sorga.: tufa,.batu.pasir,.napal. .

Miosen.Bawah.- Atas Formasi.Ulukan.:.breksi.gunung.api, .lava, .tufa. dengan.sisipan.batu.gamping.

2.2.2 Fisiografi Pulau Bali

Bali merupakan daerah dengan pegunungan dan perbukitan di sebagian

besar wilayahnya, dimana memiliki rantai pegunungan dari wilayah barat hingga

timur. Di antara gunung-gunung yang berada di Bali terdapat dua gunung yang

masih aktif hingga saat ini, yaitu Gunung Batur dan Gunung Agung. Pegunungan

di Bali yang berada pada bagian tengah membuat wilayah Bali secara geografis

terbagi menjadi dua wilayah yaitu selatan dan utara. Di wilayah selatan ditandai

dengan dataran rendah yang luas dan landai, sedangkan wilayah utara ditandai

dengan dataran rendah yang sempit di kaki bukit perbukitan dan perbukitan di

sekitarnya.

Dilihat dari kemiringan lereng, sebagian besar wilayah Bali memiliki

kemiringan antara 0-2% sampai dengan 15-40%, dan sisanya merupakan tanah

dengan kemiringan lebih dari 40%. Tanah dengan kemiringan 0-2% dominan di

pantai selatan dan sebagian kecil di pantai utara Bali. Daerah dengan kemiringan 2-

15% berada di wilayah Padang, Tabanan, Gianyar, Burler dan pesisir. Kemiringan

Bali Tengah 15% sampai 40% yang meliputi deretan perbukitan dari barat ke timur.

Daerah dengan kemiringan lebih dari 40% merupakan daerah pegunungan dan

perbukitan.

9

Pulau Bali memiliki kelompok lahan yang ditinjau dari ketinggian

tempatnya sebagai berikut :

x Lahan.dengan.ketinggian.0 - 50 m di. atas. permukaan. laut. mempunyai.

keadaan.permukaan yang cukup landai seluas 77.321,38 ha

x Lahan.dengan.ketinggian.50 - 100 m di.atas.permukaan.laut.mempunyai.

keadaan.permukaan berombak sampai bergelombang seluas 60.620,34 ha

x Lahan.dengan.ketinggian.100 - 500 m di.atas.permukaan.laut.mempunyai.

keadaan.permukaan bergelombang sampai berbukit seluas 211.923,85 ha

x Lahan.dengan.ketinggian.500 - 1.000. m. di. atas. permukaan. laut. seluas.

145.188,61.ha.

x Lahan.dengan.ketinggian.lebih dari 1.000.m.di.atas.permukaan.laut.seluas.

68.231,90.ha.

2.3 Geologi Daerah Penelitian

Lokasi penelitian berada di selatan Pulau Bali yang terletak di kecamatan

Kuta, Bali. Lokasi penelitian berada di Gedung Balai Badan Meteorologi,

Klimatologi dan Geofisika Wilayah III atau 8° 44' 19.7088" lintang selatan dan

115° 10' 43.6614" bujur timur. Pada peta geologi daerah penelitian dapat dilihat

pada gambar 2.3 terdapat 3 formasi yaitu Formasi Batuan Gunung Api kelompok

Buyan-Bratan dan Batu, Formasi Aluvium dan Formasi Selatan. Formasi Batuan

Gunung Api kelompok Buyan-Bratan yang berumur Kuarter atau yang lebih

tepatnya pada zaman Holosen memiliki litologi batuan tuf dan lahar. Pada Formasi

Selatan yang berumur Tersier atau yang lebih tepatnya pada zaman Miosen-Pleosen

yang memiliki litologi batuan berupa batugamping terumbu, setempat napal,

sebagian berlapis, terhablur ulang dan berfosil. Pada lokasi penelitian memiliki

Formasi Aluvium yang berumur Kuarter atau pada zaman Holosen yang memiliki

litologi lempung, lanau, kerikil, kerakal, dan pasir dimana hasil dari endapan pantai,

danau dan sungai.

10

Gambar 2.3 Peta geologi daerah pengukuran

2.4 Teori Mengenai Metode

2.4.1 Seismologi Teknik

Seismologi berasal dari Bahasa Yunani yaitu “seismos” dan “logos”,

dimana seismos memiliki arti goncangan atau getaran dan logos memiliki arti ilmu.

pengetahuan atau risalah. Seismologi merupakan ilmu yang mempelajari

perambatan gelombang elastik di bumi, yang dapat menjelaskan bagaimana bentuk

dan struktur dari bumi. Seismologi adalah ilmu yang mempelajari tentang

propagasi, pembangkit, dan perekaman gelombang elastik di dalam bumi atau pada

benda angkasa lainnya dimana pembangkit yang paling besar dan bersifat merusak

adalah gempa bumi (Afnimar, 2009). Ilmu seismologi merupakan cabang dari fisika

bumi padat atau merupakan cabang ilmu dari geofisika.

Dalam ilmu seismologi pada umumnya mempelajari tentang gempa bumi,

getaran tanah, gelombang seismik dan juga mempelajari tentang pergerakan

lempeng. Pada saat terjadi gempa bumi dari sumber gempa tersebut akan

memancarkan gelombang elastik yang menjalar ke segala arah, ketika gelombang

tersebut terbaca oleh seismograf maka akan dapat mengetahui keadaan fisik di

11

dalam bumi dari gelombang seismik yang tertangkap. Dalam seismologi terdapat

pembagian cabang-cabang ilmunya yaitu:

1. Seismologi observasi,

2. Seismologi fisis,

3. Seismologi eksplorasi,

4. Seismologi teknik.

Cabang ilmu seismologi teknik membahas terkait estimasi bencana seismik dan

risikonya serta perancangan bangunan-bangunan yang tahan gempa.

Gelombang seismik adalah gelombang elastis yang dapat merambat di

dalam atau di seluruh permukaan bumi dan disebabkan oleh gerakan tiba-tiba atau

semburan atau ledakan. Gelombang seismik juga merupakan gelombang yang

merambat melalui bumi karena elastisitas kerak bumi akibat deformasi struktur,

tekanan atau tegangan. Gelombang ini membawa energi dan kemudian merambat

ke segala arah di bumi, dan dapat direkam oleh seismograf (Siswowidjojo, 1996).

Gelombang seismik merambat ke segala arah dan bergerak sangat cepat.

Gelombang seismik terkuat terletak di dekat pusat gempa dan melemah saat

gelombang merambat. Kerusakan yang disebabkan oleh gelombang ini tergantung

pada jenis batuan yang membentuk permukaan yang bergetar (Philip, 2008).

Dalam teori tektonik lempeng, litosfer biasa disebut sebgai lempeng.

Litosfer adalah lapisan terluar bumi dan terbagi menjadi dua jenis: lempeng benua

dan lempeng samudra. Lempeng benua adalah dasar dari tanah tempat kita tinggal,

sedangkan lempeng samudera adalah dasar samudera yang ada di seluruh dunia.

Pergerakan lempeng-lempeng ini disebabkan oleh arus konveksi dari pusat bumi.

Akibatnya, lempeng tektonik akan bertabrakan atau menjauh satu sama lain,

sehingga membentuk garis tektonik lempeng di seluruh dunia, seperti yang

ditunjukkan pada gambar 2.4. Jika gerak lempeng saling berdekatan (konvergen)

maka kedua lempeng akan saling mendorong dan energi akan tersimpan semakin

besar hingga batuan tidak dapat menahan energi tersebut sehingga menyebabkan

batuan akan patah (Purwanto, 2015). Daerah di mana lempeng bertabrakan disebut

juga zona subduksi, yang diwakili oleh adanya palung. Dalam kasus pergerakan

lempeng yang saling menjauh (divergen), material baru akan terbentuk dari dalam

bumi, yang biasa disebut punggung tengah samudera atau mid-ocean ridge. Selain

12

itu, dalam kasus pergerakan lempeng saling bergeser (transform), kedua lempeng

tersebut saling bergerak horizontal satu sama lain atau bergerak secara mendatar

(Kusky, 2008).

Gambar 2.4 Lempeng tektonik dunia yang saling bergerak membentuk jalur tektonik

(garis hitam) dan lingkaran api sebagai gunung berapi aktif (bola merah) (USGS, 1997).

2.4.2 Gelombang Permukaan (Surface Wave)

Gelombang permukaan adalah gelombang yang merambat di permukaan

bumi. Gelombang ini bergerak lebih lambat dari gelombang badan, tetapi

menyebabkan kerusakan yang lebih besar. Pada saat merambat, gelombang

memiliki frekuensi yang lebih rendah tetapi amplitudo yang lebih besar karena efek

permukaan bebas (terdapat perbedaan sifat elastis) (Susilawati, 2008). Gelombang

permukaan dibedakan menjadi dua yaitu gelombang Love dan gelombang Rayleigh.

1. Gelombang Love

Gelombang Love adalah sejenis gelombang yang memiliki arah rambat

partikelnya bergerak melintang terhadap arah penjalarannya secara ilustrasi dapat

dilihat pada gambar 2.5. Gelombang Love merupakan gelombang transversal, dan

kecepatan gelombang di permukaan (VL) adalah ± 2,0 – 4,4 Km/s (Hidayati, 2010).

Gelombang ini dibentuk oleh interferensi gelombang yang dipantulkan pada

gelombang sekunder horizontal (SH) pada lapisan di dekat permukaan bumi. Gerak

partikel medium saat melewati gelombang Love dan gelombang SH akan sama,

tetapi amplitudo akan berkurang dengan bertambahnya kedalaman. Gelombang ini

13

memiliki efek pada bangunan seperti goyangan atau guncangan secara mendatar

pada dasarnya, sehingga memiliki potensi untuk membuat bangunan mengalami

kerusakan (Pawirodikromo, 2012).

Gambar 2.5 Pergerakan partikel pada gelombang Love (Bolt, 1976).

2. Gelombang Rayleigh

Gelombang Rayleigh merupakan salah satu dari gelombang permukaan yang

bergerak merupakan gelombang yang memiliki arah rambat partikelnya bergerak

tegak lurus terhadap arah rambat dan searah bidang datar, ilustrasi penjalaran

gelombang dapat dilihat pada gambar 2.6. Gelombang Rayleigh memiliki

kecepatan di dalam bumi (VR) adalah ± 2,0 – 4,2 Km/s (Hidayati, 2010).

Gelombang ini terbentuk dari interferensi gelombang pantul pada gelombang

Primer dan gelombang Sekunder Vertikal (SV) yang sudut datangnya lebih besar

dari sudut kritis, gelombang ini dapat menjalar pada medium cair. Pengaruh dari

gelombang ini akan berkurang secara cepat menurut kedalaman lapisan tanah.

Gelombang ini menyebabkan gerakan tanah melingkar sehingga menyebabkan

daratan bergerak seperti gelombang di laut (Pawirodikromo, 2012)

Gambar 2.6 Pergerakan partikel pada gelombang Rayleigh (Bolt, 1976).

2.4.3 Mikrotremor

Mikrotremor biasanya disebut juga sebagai ambient noise, alami noise atau

ambient vibration dimana yang berarti getaran dari tanah dengan amplitudo

14

tertentu, yang dapat menggambarkan kondisi geologi daerah penelitian yang

disebabkan oleh peristiwa alam atau buatan manusia (seperti angin, getaran

kendaraan, aktivitas manusia atau gelombang laut) (Haerudin, et al., 2019).

Mikrotremor juga dapat diartikan memiliki periode getaran yang singkat, yaitu

akumulasi gelombang, angin, tumbuhan dan atmosfer sebagai hasil interaksi

(Toiba, et al., n.d.).

Sumber seismic noise dibedakan menjadi dua yang pertama yang berasal

dari alam atau alami noise dimana disebabkan oleh adanya gempa bumi tektonik,

gempa bumi vulkanik, guguran batuan, gelombang ombak laut dan lain sebagainya

yang berasal dari alam. Yang kedua yaitu berasal dari aktivitas manusia atau yang

biasanya disebut noise lingkungan dimana biasanya disebabkan oleh aktivitas

kendaraan, aktivitas pertambangan, aktivitas industri, pengeboran dan lain

sebagainya yang disebabkan oleh manusia.

Nilai dari amplitudo ambient vibration seismik tidak besar tetapi terjadi

secara terus menerus. Sumber mikrotremor yang berasal dari alam memiliki rentang

frekuensi yang rendah yaitu di bawah 1 Hz. Aktivitas dari gelombang laut memiliki

rentang frekuensi berkisar 0,2 Hz sedangkan interaksi dari gelombang laut dan

pantai memiliki rentang frekuensi berkisar 0,5 Hz. Pada frekuensi lebih dari 1 Hz

bisa ditimbulkan oleh angin dan aliran air, sedangkan sumber utama yang

menghasilkan frekuensi yang tinggi disebabkan oleh aktivitas manusia (Peterson,

1993).

Secara umum untuk merekam mikrotremor memerlukan seismometer

dengan tiga komponen yaitu NS (north-south), EW (east-west), dan vertikal (up-

down) atau dapat juga menggunakan accelerometer dengan 3 komponen. Pada saat

melakukan perekaman mikrotremor dilakukan pengukuran secara langsung karena

yang direkam yaitu gelombang yang berasal dari alam, sehingga tidak memerlukan

sumber buatan. Mikrotremor memiliki frekuensi yang lebih tinggi dibandingkan

dengan gempa bumi, dimana gempa bumi periodenya secara umum 0,05 – 2 detik

atau kurang dari 0,1 detik sedangkan mikrotremor memiliki panjang periode dapat

mencapai 5 detik, sedangkan untuk amplitudonya berkisar 0,1 – 1,0 mikron

(Mirzaoglu & Dýkmen, 2003). Pada tabel 2.2 merupakan sumber-sumber

15

mikrotremor berdasarkan nilai frekuensi menurut Gutenberg (1958) dan Asten

(1978)

Tabel 2.2 Sumber-sumber.mikrotremor.berdasarkan.nilai.frekuensi. (Gutenberg, 1958).

dan. (Asten, 1978).

Seismic Noise Source Gutenberg

(1958)

Asten

(1978,1984)

Oceanic waves 0.05 – 0.1 Hz 0.5 – 1.2 Hz

Monsoon or large-scale meteorological

perturbations. 0.1 – 0.25 Hz 0.16 – 0.5 Hz

Cyclones over the oceans. 0.3 – 1.0 Hz 0.5 – 3.0 Hz

Local scale meteorological conditions. 1.4 – 5.0 Hz -

Volcanic tremor. 2 – 10 Hz -

Urban. 1 – 100 Hz 1.1 – 30.0 Hz

Mikrotremor dapat digunakan dalam menentukan properti elastik lapisan

atau endapan tanah, regangan-geser tanah, dll (Pawirodikromo, 2012). Mikrotremor

juga dapat digunakan pada bidang perancangan bangunan tahan gempa, dimana

digunakan untuk menyelidiki struktur bangunan dan mendapatkan nilai alami

frekuensi dari bangunan untuk mencegah terjadinya resonansi yang dapat

memperbesar amplifikasi getaran bila terjadi bencana alam seperti gempa bumi atau

angin kencang.

2.4.4 Mikrotremor Pada Bangunan

Mikrotremor pada bangunan dilakukan untuk menganalisis frekuensi alami

pada bangunan dan amplitudo dominan pada bangunan, di mana hasilnya dapat

digunakan untuk mengidentifikasi nilai resonansi pada setiap lantai bangunan dan

dapat juga menganalisis indeks kerentanan pada bangunan. Pengolahan

mikrotremor pada bangunan menggunakan data dari seismometer atau

accelerometer dengan tiga komponen yaitu komponen north-south, east-west dan

vertical. Alat ukur diletakkan di dekat dinding gedung, dan waktu pengukuran

biasanya 10-15 menit (SESAME, 2004). Usahakan agar jarak pengukuran

16

mikrotremor bangunan dan jarak pengukuran struktur tanah dekat dan memiliki

kondisi geologi yang sama.

Pengolahan nilai frekuensi alami gedung dan amplitudo dominan pada

gedung menggunakan metode floor spectral ratio (FSR) yang direkomendasikan

oleh Gosar (2010). Hasil pengukuran mikroseismik bangunan juga dapat digunakan

untuk memperkirakan struktur dari parameter fungsi perpindahan untuk

mengidentifikasi kerusakan bangunan. Indeks kerentanan juga dapat berguna untuk

menganalisis kerusakan bangunan bila suatu saat terjadi gempa (Sato, et al., 2008).

2.4.5 Fast Fourier Transform (FFT)

Fast fourier transform adalah metode atau algoritm untuk mengubah

bentuk sinyal dari domain waktu ke domain frekuensi yang menghasilkan spektrum

kompleks dan dapat menyajikan banyak komponen frekuensi yang terdapat di

dalam sinyal. Mengukur tingkat daya spektrum dan fase sinyal dari rentan frekuensi

nol sampai setengah frekuensi yang disampel. Fast fourier transform merupakan

pengembangan dari fourier transform yang memiliki prinsip membagi sebuah

sinyal menjadi frekuensi yang berbeda-beda dalam fungsi eksponensial. Cara

kerjanya yaitu membagi sinyal hasil pencuplikan menjadi beberapa bagian lalu

disetiap bagian diselesaikan dengan algoritma yang sama dan hasilnya

dikumpulkan menjadi satu, berikut persamaan FFT yaitu

𝑋(𝜔) =

1𝑁

∑ 𝑥(𝑡)𝑒2𝑗𝜔𝑡

𝑁

𝑁=1

𝑡=0

(2.1)

Dimana 𝑋(𝜔) adalah fungsi dalam domain frekuensi dengan frekuensi radial

antara 0 - 2Sf atau Z = 2Sf.

2.4.6 Horizontal to Vertical Spectra Ratio (HVSR)

Horizontal to vertical spectra ratio (HVSR) adalah metode yang

diperkenalkan oleh Nogoshi dan Irigashi (1971) yang selanjutnya ditingkatkan oleh

Nakamura (1989). Metode ini digunakan untuk menghitung rasio spektral antara

total komponen horizontal dan vertikal. Penggunaan mikrotremor banyak dilakukan

untuk mengidentifikasi resonansi frekuensi dasar bangunan dan struktur tanah yang

ada dibawahnya. Frekuensi alami dan amplifikasi merupakan parameter yang dida-

17

patkan dari metode HVSR. HVSR yang terukur pada tanah bertujuan untuk

karakterisasi geologi setempat, frekuensi alami dan amplifikasi yang berkaitan

dengan parameter fisik pada bawah permukaan. Sedangkan HVSR yang terukur

pada bangunan berkaitan dengan kekuatan bangunan (Nakamura, 2000).

Metode HVSR pada umumnya menggunakan data seismik pasif

(mikrotremor) tiga komponen. Periode dominan suatu lokasi dapat diperoleh dari

periode puncak perbandingan H/V mikrotremor, proses pengolahan HVSR secara

garis besar dapat dilihat pada gambar 2.8. Secara matematis horizontal to vertical

spectra ratio dinyatakan dalam persamaan (2.2) (Nakamura, 1989).

𝑅(𝑓) = √𝐻𝐸𝑊

2(𝑓) + 𝐻𝑁𝑆2(𝑓)

𝑉𝑈𝐷(𝑓) (2.2)

Keterangan:

R(f) = spektrum rasio HVSR.

𝐻𝐸𝑊(f) = spektrum komponen horizontal barat-timur.

𝐻𝑁𝑆(f) = spektrum komponen horizontal utara-selatan.

𝑉𝑈𝐷(𝑓) = spektrum komponen vertikal.

Metode HVSR biasanya digunakan untuk karakterisasi suatu wilayah

dengan menggunakan analisis mikrotremor, berikut beberapa asumsi yang

digunakan pada metode ini:

1. Mikrotremor sebagai besar terdiri dari gelombang geser,

2. Komponen vertikal gelombang tidak mengalami amplifikasi lapisan sedimen

dan hanya komponen horizontal yang teramplifikasi,

3. Tidak ada amplitudo yang berlalu dengan arah yang spesifik pada bedrock

dengan getaran ke segala arah,

4. Gelombang Rayleigh diasumsikan sebagai noise mikrotremor dan diusulkan

metode untuk mengeliminasi efek gelombang Rayleigh.

18

Gambar 2.7 Deskripsi pengolahan data H/V secara keseluruhan (Wathelet, 2008)

Mikrotremor dengan periode pendek sebagian besar terdiri dari gelombang

geser dan gelombang permukaan, yang dianggap sebagai noise. Hasil analisis data

seismik menunjukkan bahwa nilai maksimum rasio getaran horizontal terhadap

getaran vertikal pada setiap pengamatan berkaitan dengan kondisi tanah dan

19

mendekati nilai ekuivalen satuan kekuatan tanah yang bergetar ke segala arah.

Tingkat kerusakan bangunan berbanding lurus dengan indeks kerentanan tanah

(Kg). Secara matematis rumus indeks kerentanan tanah dapat dirumuskan dalam

persamaan (2.3) (Nakamura, 2000).

𝐾𝑔 =

𝐴𝑚2

𝑓𝑡 (2.3)

Keterangan:

Kg = Indeks kerentanan tanah.

𝐴𝑚 = Puncak spektrum HVSR.

𝑓0 = Nilai frekuensi dominan.

Nilai dari indeks kerentanan tanah diklasifikasikan untuk menentukan

tingkat rawan kerusakan yang dapat terjadi akibat gempa.

Tabel 2.3 Klasifikasi.nilai.indeks.kerentanan.tanah.(Refrizon, 2013)

Zona Nilai Kg

Rendah <3

Sedang 3-6

Tinggi >6

2.4.7 Floor Spectra Ratio (FSR)

Metode floor spectra ratio (FSR) merupakan metode untuk menentukan

frekuensi alami bangunan dan nilai dari resonansi bangunan yang dapat

menggambarkan karakteristik dari bangunan ketika terjadinya gempa bumi.

Penentuan frekuensi alami dan resonansi bangunan dapat dilakukan dengan

merekam data ambient noise. Menurut Gosar (2010) floor spectra ratio atau FSR

merupakan metode standar untuk menilai kekuatan bangunan yang diakibatkan

oleh getaran seismik, dan karakteristik bangunan dapat dilengkapi dengan

pencatatan rekaman mikroseismik. Menggunakan metode HVSR tidak disarankan

untuk melakukan analisis frekuensi pada bangunan dikarenakan tidak ada landasan

teori dalam penerapannya, sehingga tidak dapat diasumsikan tidak ada perbedaan

antara spektrum vertikal dan spektrum horizontal pada bagian bawah tanah (Gosar,

20

2007). Floor spectra ratio (FSR) dikenal juga sebagai fungsi transfer struktur, telah

diperkirakan dari rasio spektral struktur terhadap spektrum tanah atau spektrum

bidang bebas (Ayi & Bahri, 2012). Metode ini dilakukan pada tahapan awalnya

yaitu analisis spektrum Fourier dimana mengubah data mikroseismik yang terekam

dalam domain waktu menjadi domain frekuensi (spektrum) pada masing-masing

komponen (NS dan EW) pengukuran mikroseismik. Proses pengolahan FSR secara

umum dapat dilihat pada gambar 2.8.

Gambar 2.8 Skema.model.metode.FSR.

Keterangan :

𝐻(𝜔) = amplifikasi bangunan atau karakter bangunan.

𝑆𝑋𝑋 = respons getaran bangunan setelah terjadi getaran seismik.

𝑆𝑞𝑞 = respon getaran dari bangunan.

Pada metode FSR karakteristik bangunan yang dapat diperoleh selain

frekuensi alami adalah indeks resonansi bangunan dan indeks kerentanan bangunan

(Prastowo & Prabowo, 2017). Menurut Allaby (2008) resonansi memiliki arti suatu

kondisi dimana benda atau suatu sistem mengalami gaya osilasi dimana nilai

frekuensinya mendekati frekuensi alami benda tersebut. Nilai dari resonansi

bangunan ditentukan berdasarkan spektrum pada setiap komponen (NS dan EW).

Resonansi dapat digunakan untuk menentukan kemungkinan sebuah bangunan

beresonansi dalam gempa bumi (Gosar, et al., 2010). Terdapat beberapa klasifikasi,

yaitu :

1. Resonansi tingkat rendah (R > 25%)

2. Resonansi tingkat sedang (15% < R < 25%)

3. Resonansi tingkat tinggi (R < 15%)

21

Untuk menghitung indeks resonansi bangunan menggunakan persamaan

seperti berikut.

𝑅 = |

𝑓𝑏 − 𝑓𝑡

𝑓𝑡| × 100% (2.4)

Keterangan:

𝑓𝑏 = frekuensi alami bangunan.

𝑓𝑡 = frekuensi alami tanah.

2.4.8 Frekuensi Alami Tanah (ft)

Frekuensi alami atau frekuensi dominan merepresentasikan jumlah

gelombang yang terjadi dalam suatu rentang waktu tertentu, dan jumlah gelombang

tersebut dipengaruhi oleh kecepatan dari rata-rata dan ketebalan sedimen dibawah

permukaan. Frekuensi alami tanah adalah nilai frekuensi alami yang sering muncul

sehingga dianggap sebagai nilai frekuensi dari lapisan batuan. Nilai frekuensi alami

tanah juga dapat menunjukkan karakteristik batuan tersebut. Nilai dari frekuensi

tanah dapat dipengaruhi dari tebal tidaknya lapisan sedimen. Jika nilai frekuensi

alami tanah semakin rendah maka lapisan sedimen pada daerah tersebut akan

semakin tebal, begitu juga sebaliknya semakin tinggi nilai frekuensi alami tanah

yang didapat maka lapisan sedimen pada daerah tersebut akan semakin tipis. Ini

juga dapat menunjukkan kedalaman dari batuan keras atau batuan dasar. Tabel 2.4 Klasifikasi tanah berdasarkan nilai frekuensi alami (Arifin.et al., 2013)

Klasifikasi Tanah

Frekuensi Alami (Hz)

Klasifikasi Kanai

Ketebalan

Sedimen

Permukaan

Jenis I

6,667 - 20

Batuan tersier atau lebih tua yang

terbentuk dari batuan hard sandy, gravel, dll.

Didominasi oleh

batuan keras,

sangat tipis

Jenis

II 10 – 4

Batuan aluvial dengan ketebalan 5m.

Terbentuk dari sandy-gravel, sandy

hard clay, dll.

Menengah

(5-10m)

22

Klasifikasi Tanah

Frekuensi Alami (Hz)

Klasifikasi Kanai Ketebalan

Sedimen

Permukaan

Jenis

III 2,5 - 4

Batuan aluvial dengan ketebalan >5m. Terbentuk dari sandy gravel,

sandy hard clay, dll.

Tebal

(10-30m)

Jenis

IV <2,5

Batuan aluvial yang terbentuk dari

sedimentasi delta, topsoil, lumpur,

dll.

Sangat tebal

(>30m)

2.4.9 Frekuensi Alami Bangunan (f0)

Frekuensi alami adalah frekuensi alami yang terdapat di wilayah tersebut.

Jika terjadi gempa bumi atau gangguan berupa getaran yang di akibatkan aktivitas

manusia atau aktivitas alam dengan frekuensi mendekati frekuensi alam, maka akan

terjadi resonansi yang mengakibatkan penguatan gelombang seismik di wilayah

tersebut. Jika frekuensi alami bangunan (f0) sama dengan frekuensi alami tanah (ft)

akan beresonansi saat terjadi gempa bumi. Efek yang akan terjadi yaitu resonansi

dimana akan memperkuat getaran seismik yang menyebabkan bangunan tersebut

runtuh. Hal tersebut juga berlaku bila alami frekuensi bangunan memiliki nilai yang

sama dengan frekuensi angin.

Jenis dari batuan yang terdapat di bawah bangunan penting untuk dilakukan

analisis, dikarenakan bila suatu bangunan tinggi yang memiliki ciri long period

dibangun pada batuan dasar yang merupakan jenis batuan sedimen maka bangunan

tersebut akan mengalami resonansi. Bila suatu gedung tinggi terkena gelombang

gempa bumi maka akan memperkuat gelombang gempa dan terjadi resonansi. Oleh

sebab itu bangunan tinggi lebih baik dibangun pada jenis batuan dasar yang keras

dikarenakan memiliki ciri short period, maka potensi terjadinya resonansi akan

semakin kecil. Namun bila bangunan berlantai rendah dibangun pada batuan

dasarnya batuan sedimen maka potensi terjadinya resonansi akan semakin kecil

(Earth Sciences Animated, 2015).

Respon suatu bangunan terhadap getaran bergantung pada frekuensi alami

bangunan tersebut, yaitu getaran yang terjadi pada bangunan tersebut di setiap

detiknya. Nilai frekuensi alami pada bangunan bervariasi dan sangat bergantung

23

pada ketinggian bangunan. Getaran alami pada bangunan yang lebih tinggi lebih

lambat dibandingkan pada bangunan yang lebih rendah (Tipler, 1991). Nilai

frekuensi alami gedung diperoleh dengan menggunakan analisa FSR, dimana hasil

dari analisisa spektrum frekuensi dari setiap lantai terhadap tanah di bawahnya

untuk mendapatkan nilai frekuensi alami bangunan. Menggunakan persamaan (2.5)

dan (2.6) untuk melakukan proses penghitungan untuk menentukan nilai frekuensi

natural bangunan (Prakosa, et al., 2014).

𝑓0(𝐹𝑆𝑅) =

𝑓𝑏𝑁𝑆𝑓𝑡𝑁𝑆

(2.5)

𝑓0(𝐹𝑆𝑅) =

𝑓𝑏𝐸𝑊𝑓𝑡𝐸𝑊

(2.6)

Keterangan:

𝑓𝑏 = nilai dari frekuensi bangunan.

𝑓𝑡 = nilai dari frekuensi tanah.

NS dan EW = komponen dari data.

2.4.10 Indeks Kerentanan Bangunan (𝑲𝑻𝒊)

Indeks kerentanan suatu bangunan dapat diestimasi berdasarkan deformasi

struktur yang terkait dengan pergerakan seismik pada tanah dan karakteristik

dinamik dari permukaan dan strukturnya untuk memperkirakan kemungkinan

terjadinya kerusakan pada bangunan tersebut di masa yang akan datang. Nilai

indeks kerentanan bangunan 𝐾𝑇𝑖 ditentukan berdasarkan persamaan (2.12) yang

ditemukan oleh (Sato, et al., 2008) sebagai berikut

Gambar 2.9 Skema bentuk model struktur lantai ke-i

24

Perpindahan horizontal pada lantai ke-i atau 𝛿𝑖 dapat ditulis pada persamaan (2.7)

𝛿𝑖 = 𝛼𝑠𝑖

(2𝜋𝐹𝑠)2 (2.7)

Sedangkan untuk menghitung sudut drift pada lantai ke-i menggunakan persamaan

seperti berikut,

𝛾𝑖 =

𝛿𝑖 − 𝛿𝑖−1

ℎ𝑖=

𝛼𝑠𝑖 − 𝛼𝑠𝑖−1

4𝜋2𝐹𝑠2ℎ𝑖

(2.8)

𝛼𝑠𝑖 = 𝐴𝑠𝑖 ∙ 𝛼𝑔

= 𝐴𝑠𝑖 ∙ 𝐴𝑔 ∙ 𝛼𝑏

= 𝐴𝑠𝑔𝑖 ∙ 𝛼𝑏

(2.9)

Keterangan:

Fs = Frekuensi alami struktur.

𝛼𝑠𝑖 = Percepatan horizontal lantai ke-i.

𝐴𝑔 = Faktor amplifikasi tanah.

𝐴𝑠𝑖 = Struktur lantai ke-i.

𝑆𝑠𝑖 = Spektrum horizontal lantai ke-i.

𝑆𝑠ℎ= Spektrum horizontal lantai dasar.

𝛼𝑏=Percepatan horizontal lantai bawah.

𝛼𝑔= Percepatan horizontal lantai tanah.

Satuan dari sudut drift 𝛾𝑖 adalah 10-6, hi adalah satuan meter dan percepatan seismik

diukur dalam satuan Gal (cm/sec2). Pada persamaan (2.8) ditulis kembali

berdasarkan perbandingan penyesuaian satuan tersebut menjadi,

𝛾𝑖 = 104 ∙

𝐴𝑠𝑔𝑖 − 𝐴𝑠𝑔𝑖−1

4𝜋2𝑓02 ∙ ℎ𝑖

∙ 𝛼𝑏 (2.10)

Dengan 𝐾𝑇𝑔𝑖 mewakili indeks kerentanan bangunan untuk tanah dan bangunan

ditunjukan pada persamaan berikut

𝐾𝑇𝑔𝑖 = 104 ∙

𝐴𝑠𝑔𝑖 − 𝐴𝑠𝑔𝑖−1

4𝜋2𝐹02 ∙ ℎ𝑖

(2.11)

Satuan K berubah menjadi 1/Gal. Berdasarkan persamaan (2.11) maka persamaan

untuk indeks kerentanan bangunan menjadi,

𝐾𝑇𝑖 = 104 ∙𝐴𝑠𝑖 − 𝐴𝑠𝑖−1

4𝜋2𝐹02 ∙ ℎ𝑖

(2.12)

25

Keterangan:

𝐾𝑇𝑖 = Indeks kerentanan bangunan.

𝐴𝑠𝑖 = Faktor amplifikasi untuk tanah dan struktur lantai ke-i.

𝐹0 = Frekuensi alami struktur atau bangunan.

ℎ𝑖 = Ketinggian bangunan pada lantai ke-i.