ANALYSIS OF GROUND MOTION BASED ON H/V RATIO FROM MICROTREMOR CHARACTERISTICS AND BORE-HOLES DATA IN THE EASTERN PART OF YOGYAKARTA CITY, INDONESIA

ZAW LIN KYAW, Prof. Dr. Ir. Subagyo Pramumijoyo, DEA.

2015 | Disertasi | S3 Teknik Geologi

Struktur geologi bawah permukaan sangat mempengaruhi bagi terjadinya gerakan tanah yang kuat dari aktivitas seismik. Daerah penelitian terletak di pusat depresi Yogyakarta. Daerah ini dihuni oleh populasi yang tumbuh dengan cepat serta memiliki risiko gempa yang signifikan pada litologi penyusun permukaannya yang berupa endapan vulkanik Merapi muda. Pada tanggal 27 Mei 2006, gempa Yogyakarta dengan kekuatan 6,3 Mw menyebabkan lebih dari 6,500 korban jiwa dan lebih dari 36,000 korban luka-luka, serta kerugian ekonomi yang diperkirakan lebih dari tiga miliar dolar. Penelitian ini difokuskan pada penentuan struktur bawah permukaan dan karakteristik pergerakan tanah di bagian timur kota Yogyakarta, Indonesia melalui pengamatan mikrotremor tunggal pada 274 situs dan data dari dua belas lubang bor yang telah ada sebelumnya. Metode yang digunakan pada penelitian ini ialah metode Nakamura. Metode ini merupakan metode yang paling banyak digunakan untuk mengevaluasi pengamatan di titik-titik pengambilan data mikrotremor tunggal. Metode tersebut menghitung rasio H/V dari faktor amplifikasi spektral serta menghitung periode dominan menggunakan nilai maksimum rata-rata rasio H/V dan periode yang terukur pada nilai tersebut. Struktur kecepatan gelombang geser (shear wave) yang digunakan dalam klasifikasi tanah bawah permukaan geologi ditentukan dari SNI-1726-2012. Selain itu, gerakan tanah (ground motion) juga dianalisis dengan menggunakan metode fungsi Green empiris (Empirical Green’ F nction / EGF) untuk memahami gempa berskala menengah di daerah depresi Yogyakarta. Metode ini berfungsi untuk mensimulasikan gerakan tanah dengan menambahkan rekaman subevent untuk mengikuti source scaling dengan penurunan tekanan yang berbeda dan model ω-2. Program BIDO versi 2,0 yang digagas oleh I. Chopada tahun 2010 digunakan untuk mengetahui perbandingan H/V dari Transformasi Fourier Cepat (Fast Fourier Transform / FFT). Selain itu, juga digunakan program EQSIM untuk teknik EGF dalam simulasi gerakan tanah kuat berdasarkan struktur sesar Opak dan data seismik yang terukur. Struktur kecepatan gelombang geser dan informasi mengenai ketebalan sedimen dievaluasi berdasarkan data periode dominan panjang dari pengamatan mikrotremor tunggal, data sumur bor, serta hasil SPT. Analisis respon seismik dilakukan berdasarkan struktur kecepatan gelombang-S, sifat endapan, data kedalaman, serta gerakan gempa pada batuan dasar. Khusus bagi rasio spektral H/V (HVSR); peta dari periode dominan pendek dan panjang, ketebalan sedimen, faktor amplifikasi, frekuensi dasar, percepatan tanah maksimum (Peak Ground Acceleration / PGA), kecepatan tanah maksimum (Peak Ground Velocity / PGV), intensitas seismik, indeks kerentanan seismik, regangan geser efektif, serta bentuk 3-dimensi dari perkiraan struktur bawah permukaan merupakan hasil utama dari penelitian ini. Pada akhirnya, dilakukan perhitungan percepatan sintetik, kecepatan dan perpindahan dari urutan waktu dengan frekuensi dari spektrum Fourier untuk memperkirakan gempa kuat dalam jangkauan frekuensi yang luas berdasarkan model source scaling seismik dan teknik EGF tersebut. Faktor amplifikasi umumnya berkisar antara 0,70 hingga 5,56 menurut hasil yang diperoleh dari analisis respon seismik. Hal ini menunjukkan dengan jelas bahwa ketebalan sedimen lokal memiliki pengaruh besar pada karakteristik amplifikasi. Periode dominan pendek umumnya berkisar antara 0,20 detik hingga 1,00 detik, sedangkan periode dominan panjang berkisar antara 0,20 detik hingga 4,00 detik. Zona amplifikasi tinggi ditentukan melalui distribusi periode dominan panjang dari rasio H/V. Hasil yang diperoleh mengindikasikan bahwa nilai-nilai PGA di lokasi penelitian bervariasi dari 140 gals hingga 380 gals. Nilai tersebut lebih rendah dibandingkan nilai PGA maksimum yang tercantum pada SNI-1726- 2012. Validasi atau pencocokan antara peta PGA yang dihasilkan dengan peta bahaya seismik lainnya dan peta mikrozonasi seismik menunjukkan kesesuaian satu sama lain. Nilai PGV dihitung berdasarkan kecepatan gelombang-S dan berkisar antara 15 cm/s dan 24 cm/s, sedangkan MMI dari intensitas seismik diperoleh dari diperoleh dari PGA yang terhitung dan memiliki nilai bervariasi antara 6,0 - 8,0. Indeks kerentanan seismik yang dihasilkan bernilai antara 0,6 hingga 51,3; sedangkan nilai regangan geser efektif berkisar antara 3,0 x 10-4 sampai 2,5 x 10-2. Kedua nilai tersebut berkaitan erat dengan faktor amplifikasi dan frekuensi alami. Kata kunci: Gerakan tanah, Pengamatan mikrotremor tunggal, Rasio H/V, Lubang bor, Kecepatan gelombang-S, Bagian timur kota Yogyakarta

Subsurface geological structures strongly affect on seismic strong ground motion exist. The study area is located in the center of Yogyakarta depression. It is a quickly growing population center and likely to be subjected by significant earthquake risk on the young volcanic deposits sediment of Merapi volcano. On 27th May 2006, Mw 6.3 of Yogyakarta earthquake caused more than 6,500 casualties while the injury list exceeds 36,000. The total published economic losses were estimated to be over $3 billion. This research mainly addressed the results of the single microtremor observations at 274 sites and data from the twelve existing boreholes, for determination of subsurface soil structure and ground motion characteristics in the eastern part of Yogyakarta city, Indonesia. This study focused on the Nakamura’s method which is the most widely utilized method to evaluate the single site microtremor observations. The 274 of the single microtremor observations were performed stability and reliability during measurements. It was calculated that the H/V ratio of the spectral amplification factor and the predominant soil period are conducted from the maximum value of the average H/V ratios and the corresponding period. To evaluate the shear wave velocity structure for subsurface geological soil classification, it was determined from the SNI-1726- 2012. On the other hand, it was analyzed the ground motion for the intermediate earthquakes in Yogyakarta depression area, using the empirical Green’s function method. The method is for simulating the ground motion by adding up the subevent records to follow the source scaling with different stress drop. The EQSIM program for EGF technique was also used to simulate the strong ground motion based on the Opak River Fault and calculated seismic data. In addition, the average shear wave velocity was calculated from the standard penetration test of the twelve existing boreholes stations. The shear wave velocity structures and information about sediment thickness were evaluated depending on data from long predominant period at all the single microtremor observations, boreholes data and SPT results. These seismic response analyses were mainly performed based on S-wave velocity structures, sediment properties, depth information and earthquake motion at engineering bedrock. The H/V spectral ratio (HVSR) especially, the maps of the short and long predominant periods, the sediment thickness, amplification factors, fundamental frequency, peak ground acceleration (PGA), peak ground velocity (PGV), the seismic intensity, the seismic vulnerability index, the effective shear strain and 3- dimensional shape of the estimated subsurface structure in studied area were resulted by prime contributions. Finally, the synthetic acceleration, velocity and displacement of the time histories with their frequency of the Fourier spectrums were conducted to estimate the strong ground motion in broad-frequency band based on a seismic source scaling model and an empirical Green’s function technique (EGF). The amplification factor is generally ranging between 0.70 and 5.56 according to results derived from response analysis. It is obviously observed that the thickness of local sediments has great influence on amplification characteristics. The short predominant period is generally from 0.20 sec to 1.00 sec and the long predominant period is 0.20 sec to 4.00 sec and the high amplification zones are related distribution of the long predominant period of the H/V ratio. The results clearly indicated that the PGA values vary from 140 gals to 380 gals which is lower than the maximum value PGA of Indonesia code of SNI- 1726-2012. The PGA map indicated that the validation with other seismic hazard maps and seismic microzonation maps shows more or less good agreement. Similarly, the PGV value is ranging between 15 cm/s and 24 cm/s derived from the S-wave velocity and the MMI of the seismic intensity is varying from 6.0 to 8.0 obtained from the calculated PGA. Both the seismic vulnerability index and the effective shear strain are ranging from 0.6 to 51.3 and from 3.0 x10-4 to 2.5 x10-2 which is related to the amplification factors and natural frequencies. Key words: Ground motion, Single microtremor observations, H/V ratio, Boreholes, S-wave velocity, The eastern part of Yogyakarta city

Kata Kunci : Gerakan tanah, Pengamatan mikrotremor tunggal, Rasio H/V, Lubang bor, Kecepatan gelombang-S, Bagian timur kota Yogyakarta; Ground motion, Single microtremor observations, H/V ratio, Boreholes, S-wave velocity, The eastern part of Yogyakarta city