Home » Academics » METODE SEISMIK EVALUASI JALAN

METODE SEISMIK EVALUASI JALAN

November 2010
M T W T F S S
« Sep   Jan »
1234567
891011121314
15161718192021
22232425262728
2930  

Blog Stats

  • 61,351 hits

Enter your email address to follow this blog and receive notifications of new posts by email.

Join 11 other followers

Top Rated

Sri Atmaja P. Rosyidi, Ph.D.

Universitas Muhammadiyah Yogyakarta, Indonesia

Gelombang Seismik Permukaan “Rayleigh”

Bolt (1976) mengklasifikasikan gelombang mekanik dalam gelombang tubuh utama (primary, P) dan gelombang tubuh sekunder (secondary, S) serta gelombang permukaan yang digolongkan berasaskan bentuk perambatannya yaitu gelombang Love (gelombang L) dan gelombang Rayleigh (gelombang R).  Ketika suatu beban getaran diletakkan di atas permukaan media, perambatan gelombang R yang dihasilkan memiliki 67 % daripada seluruh tenaga mekanik yang dikeluarkan.  Oleh kerana itu, gelombang R merupakan parameter yang berpotensi bagi pengukuran sifat bahan yang menggunakan asas perambatan gelombang.  Energi dari suatu sumber gelombang permukaan Rayleigh akan bergerak sepanjang permukaan dan amplitudonya akan berkurang secara cepat sesuai kedalaman.  Pergerakan gelombang Rayleigh akan berlaku secara menyebar (dispersion) yang merupakan suatu fenomena dari fungsi kecepatan gelombang terhadap panjang gelombang dan frekuensinya.  Sifat penetrasi gelombangnya pada suatu media juga dipengaruhi oleh panjang gelombang dan frekuensi.  Panjang gelombang pendek dengan frekuensi tinggi hanya merambat pada permukaan yang dangkal, sedangkan gelombang yang lebih panjang dengan frekuensi rendah dapat merambat lebih dalam.  Perilaku ini dipelajari pertama kalinya oleh Lord Rayleigh pada 1885, selanjutnya secara lebih terperinci oleh Lamb pada tahun 1904 yang menurunkan persamaan matematik gelombang dari suatu titik sumber gelombang dalam media yang homogen dan elastis.  Penggunaan gelombang permukaan pertama kali untuk pengukuran sifat-sifat tanah dilakukan oleh Germany Society of Soil Mechanic sebelum perang dunia II berlangsung.  Penelitian berkait dengan pengamatan reaksi struktur fondasi terhadap getaran dalam keadaan yang stabil.  Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa terdapat sifat non-linier dalam tanah terhadap getaran yang dibangkitkan.  Selanjutnya perkembangannya dalam bidang geoteknik dimulai oleh Terzaghi (1943) dan Hvorslev (1949) dengan menyatakan prinsip-prinsip kerja gelombang permukaan.  Dalam studinya dilakukan analisis frekuensi dan amplitudo gelombang Rayleigh untuk menentukan ketebalan suatu lapisan tanah. Selanjutnya pada tahun 1946 di Swedia, Bergstrom dan Linderholm melakukan pengujian mengenai penyebaran gelombang Rayleigh pada permukaan tanah yang bersifat homogen. Penelitian dilakukan dengan membandingkan modulus elastis yang diperoleh dari penyebaran gelombang permukaan dengan modulus reaksi tanah dasar. Hasil yang didapat menunjukan adanya korelasi linier di antara kedua modulus yang diuji. Pengujian ini seterusnya dilanjutkan oleh Henkelom dan Klomp (1962) yang melakukan pengujian di atas perkerasan landasan pesawat terbang. Hasil yang diperoleh menunjukan adanya kemampuan perambatan gelombang untuk mendeteksi adanya pengaruh kadar air dalam tanah dasar setelah hujan. Jones (1958) memberikan sumbangan terbesar dalam kajian gelombang secara teoritis dan praktis di atas permukaan suatu media.  Dalam studi Jones (1958) diusulkan suatu konsep pengujian dinamik bahan menggunakan perangkat dinamik dengan sumber gelombang tetap atau disebut sebagai steady state method.  Hasil penelitiannya menunjukkan bahwa analisis gelombang permukaan berpotensi untuk mendeteksi perbedaan nilai material pada perkerasan ataupun profil tanah berlapis.  Prosedur ini selanjutnya digunakan oleh Woods dan Richart (1967) untuk mengkaji pengaruh lubang dalam struktur dengan pemanfaatan gelombang permukaan. Penggunaan analisis spektrum dalam pemanfaatan gelombang permukaan juga digunakan oleh Williams (1981), yang menyimpulkan perlunya menggunakan sumber gelombang yang berbeda untuk mendapatkan variasi nilai frekuensi yang berbeda dalam analisis spektrum. Selanjutnya, penelitian mendalam dilakukan oleh Heisey (1982) dengan menggunakan palu yang dijatuhkan  untuk membangkitkan gelombang sementara (transient) dalam proses untuk mendapatkan kurva penyebaran kecepatan dan panjang gelombang. Hasil yang didapatkan menunjukan bahwa kedalaman yang diperoleh untuk pengukuran analisis spektrum adalah sepertiga (1/3) panjang gelombang Rayleigh. Selanjutnya pengembangan dari studi pemanfaatan karakter perambatan gelombang permukaan ini didapatkan suatu metode yang lebih automatik dengan menganalisis spektrum gelombang permukaan.

Perkembangan Metode Analisis Spektrum Gelombang Permukaan (SASW)

Prinsip metode seismik, analisis gelombang permukaan adalah memanfaatkan karakteristik perambatan gelombang permukaan dari sumber mekanik buatan untuk menilai kecepatan gelombang geser yang merupakan representasi dari nilai kekakuan (stiffness) dinamik suatu bahan struktur.  Terdapat tiga jenis pengujuan berdasarkan analisis gelombang permukaan yaitu Spectral Analysis of Surface Waves (SASW), Multi-channel Analysis of Surface Waves (MASW) dan Countinous Source Analysis of Surface Waves (CSW). Ketiga pengujian tersebut memiliki konsep yang sama, namun memiliki konfigurasi yang berbeda dalam perekaman dan analisis gelombang permukaan.  Secara umumnya, ketiga pengujian tersebut memiliki keunggulan yaitu sifat pengujiannya yang tidak memberikan sebarang kerusakan pada struktur, metode ini murah dalam pelaksanaannya dan cepat untuk proses analisis hasilnya.  Metode SASW telah dikembangkan sejak tahun 1980 di University of Texas at Austin, Amerika Serikat.  Perkembangan metode SASW meliputi sejumlah pengujian dan riset yang telah dijalankan untuk berbagai jenis infrastruktur dan penggunaan teknik analisis yang diautomasi sepenuhnya.

Aplikasinya yang pertama telah dilakukan oleh Nazarian (1984) dan Nazarian & Stokoe (1984) yang menjelaskan penggunaan SASW kepada analisis kekakuan tanah dan struktur timbunan jalan pada beberapa lokasi jalan di Texas, USA.  Dalam studinya, hasil pengukuran SASW telah dibandingkan dengan pengujian lubang silang (cross hole) dan mendapati hasil pengujian SASW memiliki ketepatan yang tinggi.  Meskipun demikian, teknikk SASW yang dikembangkan masih menggunakan algoritma analisis yang sederhana sehingga proses inversi profil kekakuan bahan masih sederhana yang belum merepresentasikan profil kedalaman yang detail.  Pengujian yang sama selanjutnya dilakukan oleh Hiltunen & Woods (1988) yang menghasilkan korelasi yang memuaskan dari kedua metode pengujian tersebut.

Penelitian lain mengenai penggunaan teknik SASW telah didapati berhasil untuk beberapa pengujian empris lapangan, seperti studi karateristik berbagai fondasi bangunan yang dilakukan oleh Madshus & Westerdhal (1990) dan Stokoe et al. (1994).  Penelitian yang dilakukan menghasilkan korelasi-korelasi empiris parameter dinamik gelombang dengan berbagai variasi kekuatan fondasi.  Studi ini dilanjutkan oleh Matthews et al. (1996) dengan melakukan pengukuran lapangan dan perbandingan nilai kekakuan tanah meliputi modulus geser dan modulus elastisitas tanah menggunakan metode SASW dan metode seismik lainnya.  Hasil studi menunjukkan nilai korelasi perbandingan yang baik.  Penilaian nilai modulus dinamik struktur beton menggunakan metode SASW dilakukan oleh Rix et al. (1990) dan Cho (2002), dan dilanjutkan dengan studi pengembangan dengan pendeteksian tebal dan parameter dinamis lapisan pada struktur motar semen oleh Cho et al. (2001).  Kim et al. (2001) melakukan studi pengukuran kepadatan tanah menggunakan penganalisis spektrum.  Studi yang dilakukan menerbitkan suatu korelasi empiris antara kecepatan gelombang geser (VS) dan kepadatan kering tanah (dry density) dengan koefisien determinasi yang baik.  Studi penggunaan spektrum gelombang permukaan pada struktur fondasi (ballast) jalan kereta api dilakukan oleh Zagyapan et al. (2002). Hasil yang didapat menunjukkan bahwa profil distribusi modulus agregat lapisan balas sehingga lapisan tanah dasar dapat diobservasi dengan baik.  Pada perkembangannya, penggunaan analisis spektrum gelombang permukaan telah diperluas untuk mendeteksi  anomali pada berbagai struktur sub-permukaan, diantaranya oleh Haupt (1977), Dravinsky (1983), Curro (1983) dan Gucunski et al. (1996, 2000).  Gucunski et al. (2000) melakukan pengamatan ketidakhomogenan struktur menggunakan metode analisis spektrum gelombang permukaan.

Perkembangan Metode Multi-channel analysis of surface waves (MASW)

Teknik Multi-channel analysis of surface waves (MASW) dikembangkan dari metode SASW dengan menggunakan satu set sensor gelombang yang biasanaya terdiri dari 12 atau lebih sensor (Park et al., 1999a).  Teknik MASW ini masih relatif baru dan dikembangkan pertama kali oleh Park et al. (1999a,b,c) dari Kansas Geological Survey (KGS).  Penggunaannya dalam investigasi geoteknik telah dilakukan oleh beberapa penelitian seperti  Miller et al (1999) untuk pemetaan batuan bawah tanah (bedrock), Xia et al. (1999a) untuk mengestimasi profil sub-permukaan dengan inversi gelombang Rayleigh, Xia et al. (1999b) untuk menginvestigasi sedimen tak terkonsolidasi, Foti (2004) untuk menentukan rasio pelemahan (damping ratio) tanah,  Ryden et al. (2004) untuk menentukan profil tidak beraturan misalnya pada jalan, Kaufmann et al. (2005) untuk menginvestigasi stratifikasi dasar perairan laut yang dangkal, dan Xia et al. (2006) untuk menentukan gelombang permukaan berfrekuensi tinggi dalam analisis spektrum profil tak beratur.   Metode lain dari teknik gelombang permukaan adalah metode countinuous sources analysis of surface wave (CSW).  Perbedaan khusus CSW terhadap SASW dan MASW adalah terletak pada sumber gelombangnya.  CSW menggunakan sumber gelombang mekanik menerus yang dideteksi menggunakan dua sensor. Teknik CSW sangat berguna apabila diimplementasi pada lokasi tanah yang sangat lunak (kapasitas daya dukung sangat rendah) misalnya lempung laut (marine clay).

Penggunaan Metode SASW untuk Evaluasi Jalan

Kajian mengenai potensi penggunaan teknik SASW untuk evaluasi kualitas jalan telah dimulai sejak tahun 1984 (Nazarian, 1984; Nazarian & Stokoe, 1984). Meskipun demikian, hasil penelitian tersebut masih menemui beberapa kendala yaitu pada analisis kecepatan kelompok (group velocity) dan kecepatan fase (phase velocity) yang belum dapat dibedakan secara jelas, permasalahan interposisi mode gelombang yang belum diselesaikan dan algoritma inversi yang masih sederhana sehingga belum bisa mendapatkan profil perkerasan jalan dengan baik. Seterusnya, Gucunski (1991) mengkaji reaksi impuls yang diukur oleh penganalisis spektrum akibat pengaruh variasi bentuk beban pada media tanah berlapis.  Hasil penelitiannya memberikan kontribusi dengan ditemukannya superposisi mode gelombang yang dipengaruhi oleh gelombang mekanik tubuh (Primer dan Sekunder) pada media yang berlapis.  Berbagai pengaruh gelombang ini selanjutnya diselesaikan dengan pendekatan model perambatan gelombang mekanik 2 D dan 3 D dengan menggunakan persamaan kekakuan dinamik untuk meida berlapis yang direkomendasikan oleh Kausel & Röesset (1981).  Penelitian mengenai pengaruh mode gelombang dan pendekatannya melalui model 2 D dan 3 D ini selanjutnya diteruskan oleh Mera et al. (1991) dan Al Syahea (1994).  Hasil penelitiannya menunjukkan bahwa pengaruh pencampuran gelombang mekanik dapat didekati dengan pemodelan 3 D, dimana model ini dianalisis lebih nyata dibandingkan pendekatan 2 D.  Penelitian lanjutan penggunaan SASW untuk manajemen perkerasan jalan dilakukan oleh Rosyidi et al. (2002, 2003, 2004a,b, 2005, 2006, 2007), Rosyidi dan Ikhsan (2005) dan Rosyidi (2004, 2006, 2007) dengan melakukan pengujian empiris terhadap model 2 D dan 3 D pada berbagai tipe jalan di Malaysia dan Indonesia.  Hasil kajiannya menunjukkan bahwa untuk kajian SASW pada profil berlapis dengan perbedaan nilai kekakuan yang tidak ekstrim, model inversi sederhana (Richart et al., 1970) dan model perambatan gelombang 2 D masih digunakan untuk membangun kurva penyebaran gelombang fase terhadap frekuensi dengan baik (representatif) sedangkan untuk profil yang lebih kompleks, penggunaan model 3 D adalah sangat dianjurkan.  Di sisi lain, Rosyidi (2004) menemukan bahwa untuk menjalankan pengujian SASW di perkerasan jalan masih terdapat berbagai kesulitan terutama memastikan mode perambatan gelombang Rayleigh yang sesungguhnya sehingga rekomendasi yang diberikan oleh Rosyidi (2004) adalah diperlukannya studi lanjutan berupa simulasi pemodelan dan penyempurnaan perumusan algoritma bagi memperoleh bentuk-bentuk mode perambatan gelombang yang nyata, dengan demikian dapat membantu dalam proses analisis data seismik.  Kekeliruan dalam intepretasi mode gelombang R yang bergerak di suatu profil uji akan berpengaruh pada tingkat keberhasilan pada proses inversi (inversion process) kurva dispersi kecepatan gelombang geser.  Proses tersebut bertumpu pada intepretasi dan pemisahan kecepatan gelombang fase kelompok (group velocity) menjadi kelompok gelombang fase (phase velocity) yang mewakili gelombang Rayleigh.  Tambah lagi, Rosyidi (2004) mengemukakan bahwa  faktor penentu lain dalam keberhasilan analisis SASW adalah pemilihan bentuk dan frekuensi gelombang yang diperlukan dalam analisis.  Kekeliruan ini akan berpengaruh pada hasil akhir berupa dispersi kecepatan gelombang geser.  Secara analitik dan numerik, Rosyidi et al. (2008a), Rosyidi et al. (2009) telah mengusulkan metode wavelet untuk menyelesaikan permasalahan teknik analisis mode gelombang dalam metode SASW.

Dalam perkembangannya, Rosyidi et al. (2007a,b, 2008b) mengusulkan suatu teknik integrated-SASW untuk penilaian jalan.  Teknik pengembangan ini memiliki keunggulan mampu menganalisis kekuatan bahan jalan  dan rasio pelemahan struktur jalan secara simultan.  Rosyidi et al. (2007) dalam mengembangkan teknik tersebut menggunakan skala model fisik perkerasan jalan untuk jenis perkerasan AC dan ATB.  Berdasarkan kajian terbaru yang dilakukan oleh Rosyidi et al. (2007b), merekomendasikan untuk mengembangkan sistem dan teknik yang lebih baik multi-sensor gelombang permukaan untuk evaluasi bahan struktur jalan.

Artikel terkait:

  1. Laporan Penelitian: http://atmaja.staff.umy.ac.id/2007/12/24/laporan-penelitian-publikasi/
  2. Laporan Eksklusif Penelitian: http://atmaja.staff.umy.ac.id/2007/12/24/laporan-eksklusif-penelitian-rampung-tahap-1-th2007/
  3. Modul SASW: http://atmaja.staff.umy.ac.id/2007/11/28/modul-prosedur-pengujian-sasw-pada-perkerasan-jalan-edisi-1/
  4. Laporan Pengujian Lapangan: https://labtransportumy.files.wordpress.com/2007/09/laporan-pengujian-lapangan-pu.pdf
  5. Sinopsis Tomography Surface Wave Analysis: http://atmaja.staff.umy.ac.id/2007/08/13/synopsis-development-of-tomography-surface-wave-analysis-for-engineering-assessment-of-geotechnical-structures/
  6. Penelitian SASW-Hibah Bersaing: http://atmaja.staff.umy.ac.id/2007/07/25/research-project-pengembangan-metode-integrated-spectral-analysis-of-surface-wave-sasw-untuk-evaluasi-nilai-modulus-elastisitas-struktur-perkerasan-jalan-di-indonesia/
  7. Prosedur SASW untuk Investigasi Geoteknik: http://atmaja.staff.umy.ac.id/2007/07/26/field-procedures-of-sasw-method-for-geotechincal-investigation/

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: