## ANALISIS NILAI FREKUENSI NATURAL DAN AMPLIFIKASI DESA OLAK ALEN BLITAR MENGGUNAKAN METODE MIKROTREMOR HVSR

## Nomensen Sitorus, Singgih Purwanto, dan Widya Utama
Teknik Geofisika, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember e-mail : nomensen.sitorus@gmail.com
Abstrak. Mikrotremor merupakan vibrasi atau getaran tanah yang dapat disebabkan oleh sumber alam seperti angin dan gelombang laut yang berperioda panjang ataupun gangguan buatan seperti aktivitas lalu lintas,  mesin  pabrik,  dan  sebagainya.  Dalam  mikrotremor  dikenal  metode  HVSR (Horizontal  to  Vertical Spectral  Ratio) .  Metode  HVSR  biasanya  digunakan  pada  seismik  pasif  (mikrotremor)  tiga  komponen. Metode  HVSR  dilakukan  dengan  cara  estimasi  rasio  spektrum  Fourier  komponen  vertikal  terhadap komponen horisontal. Parameter penting yang dihasilkan dari metode HVSR adalah frekuensi natural dan amplifikasi. Kedua paramater ini dapat digunakan untuk karakterisasi geologi setempat karena parameter ini berkaitan erat dengan parameter fisik bawah permukaan. diperoleh nilai frekuensi natural Desa Olak Alen antara 1,70 – 10,39. Sementara itu nilai amplifikasi berkisar antara 1,3 – 6,2. Kemudian berdasarkan persebaran nilainya dapat dilihat bahwa hubungan antara nilai frekuensi natural dan amplifikasi adalah saling independen  atau tidak berkaitan.  Hal  ini  dikarenakan  dalam  nilai amplifikasi  pengaruh  ketebalan lapisan sedimen tidak membemberikan efek yang signifikan.
Kata Kunci: Amplifikasi; frekuensi natural; HVSR; mikrotremor.
Abstract. Mikrotremor is a vibration of the soil that can be caused by natural resources such as wind and sea waves that have long periods or artificial disturbances such as traffic activity, factory machinery, and so on. In microtremor known HVSR method (Horizontal to Vertical Spectral Ratio). The HVSR method is commonly used in passive seismic (microtremor) three components. HVSR method is done by estimating the  ratio  of  fourier  spectrum  of  vertical  component  to  horizontal  component.  Important  parameters resulting from the HVSR method are natural frequency and amplification. Both parameters can be used for  local  geological  characterization  because  these  parameters  are  closely  related  to  the  subsurface physical  parameters.  Obtained  by  natural  frequency  value  of  Olak  Alen  Village  between  1.70  -  10.39. Meanwhile, the amplification value ranges from 1.3 to 6.2. Then based on the spread of value can be seen that the relationship between the value of natural frequency and amplification is mutually independent or not related. This is because in the amplification value the effect of sediment layer thickness does not give significant effect . Keywords: Amplification; natural frequency; HVSR; mikrotremor.

## PENDAHULUAN
Mikrotremor disebut juga vibrasi tanah dengan amplitude displacement sekitar 0,1-1 mikron dengan amplitude  velocity 0,001-0,01  cm/s  (Mirzaoglu  dan Dykmen, 2003). Getaran ini dapat disebabkan oleh gangguan buatan seperti aktivitas lalu lintas, mesin pabrik, dan sebagainya. Dapat juga disebabkan oleh sumber alam seperti angin dan gelombang laut yang berperioda  panjang.  Dalam  mikrotremor  dikenal metode HVSR (Horizontal to Vertical Spectral Ratio) . Metode ini merupakan metode yang efektif, murah dan ramah lingkungan yang dapat digunakan pada wilayah  permukiman  (Warnana  dkk  2011). Metode HVSR biasanya digunakan pada seismik pasif
(mikrotremor) tiga komponen. Nakamura menyebutkan  bahwa  metode  HVSR  untuk  analisis mikrotremor  bisa  digunakan  untuk  memperoleh frekuensi  natural  sedimen  dan  ketebalan  sedimen (Mufida dkk, 2013; Syaifuddin F dkk, 2016) . Teknik HVSR (Horizontal  to  Vertical  Spectral  Ratio) pada analisis  data  mikrotremor  telah  digunakan  secara luas untuk studi efek lokal dan mikrozonasi.
Metode  HVSR  dilakukan  dengan  cara  estimasi rasio spektrum Fourier komponen vertikal terhadap komponen  horisontal.  Frekuensi  natural  setempat merupakan  frekuensi  pada  rasio  HVSR  puncak pertama,  sedangkan  rasio  HVSR  pada  frekuensi natural merupakan nilai amplifikasi geologi setempat
(SESAME, 2004). Parameter penting yang dihasilkan dari  metode  HVSR  adalah  frekuensi  natural  dan amplifikasi. HVSR yang terukur pada tanah bertujuan untuk  karakterisasi  geologi  setempat,  frekuensi natural  dan  amplifikasi  yang  berkaitan  dengan parameter  fisik  bawah  permukaan  (Herak,  2008). Amplifikasi  merupakan  perbesaran  gelombang seismik yang terjadi akibat adanya perbedaan yang signifikan antar lapisan, dengan kata lain gelombang seismik akan mengalami perbesaran, jika merambat pada suatu medium ke medium lain yang lebih lunak dibandingkan dengan medium awal yang dilaluinya. Sementara  itu  frekuensi  natural  sangat  berkaitan erat dengan ketebalan lapisan sedimennya. Karena nilai  amplifikasi  dan  frekuensi  natural  merupakan dua  parameter  penting  yang  dihasilkan  dari  kurva HVSR maka dicari hubungan keduanya. Apakah pada daerah  dengan  nilai  frekuensi  natural  yang  rendah nilai amplifikasinya rendah juga atau sebaliknya.

## METODOLOGI
Pengukuran  mikrotremor  dilakukan  di  Desa Olak  Alen,  Kecamatan  Selorejo,  Kabupaten  Blitar. Terdapat 55 titik pengukuran yang dilakukan dengan spasi  sekitar  200-300  meter.  Data  lapangan  hasil pengukuran kemudian diolah menggunakan metode HVSR dengan alur seperti pada gambar 1.

## Gambar 1. Hasil olah data menggunakan metode HVSR dengan alur
Pengolahan  ini  bertujuan  untuk  mendapatkan rasio spectrum  horizontal  to  vertical (H/V). Pengolahan  data  dilakukan  menggunakan software EasyHVSR .    Data  mentah  yang  diperoleh  dari pengukuran lapangan berupa tiga komponen sinyal dalam fungsi waktu. Kemudian ketiga sinyal tersebut
dilakukan  proses picking yang  bertujuan  untuk memilih data atau untuk menghilangkan noise yang terekam.  Setelah itu dilakukan transformasi fourier (FFT)  pada  masing-masing  komponen  sinyal  yang telah  di  picking.  Dalam  analisis  HVSR  digunakan minimal 10 window stasioner antara 20-50 detik non- overlapping (Sesame,  2004).  Pada  setiap window dilakukan analisis spektrum fourier untuk mengubah domain waktu pada data mikrotremor awal menjadi domain frekuensi.
Kemudian  dilakukan  proses smoothing atau filtering . Smoothing dilakukan  karena  hasil  dari proses  FFT  masih  berupa  komponen  yang  belum halus. Maka digunakan filter smoothing Konno dan Ohmachi dengan koefisien bandwith 40 dan cosine taper 5%.  Setelah  proses smoothing selesai  maka dilakukan penggabungan komponen horizontal dan vertikal ke dalam analisis HVSR. Selanjutnya rata-rata spektrum HVSR diplot untuk setiap titik pengukuran setelah  diperoleh  spektrum  HVSR  masing-masing window. Dari analisis HVSR akan diperoleh kurva H/V yang  menunjukkan  nilai  frekuensi  natural  (f)  dan amplifikasi  (A).  Sehingga  dapat  dilihat  pola persebaran  nilainya  untuk  mengetahui  hubungan kedua parameter tersebut.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil  pengolahan  data  mikrotremor  dengan metode HVSR ini bersifat subjektif, oleh karena itu untuk menentukan apakah kurva H/V tersebut sudah baik  dan  dapat  benar  benar  diakui  keakuratannya maka digunakan kriteria yang telah ditetapkan oleh SESAME  European  Research  Project. Setelah diperoleh  kurva  H/V  yang  reliable  maka  diperoleh nilai amplifikasi dan frekuensi naturalnya.
A. Faktor Amplifikasi
Faktor  amplifikasi  dipengaruhi  oleh  kecepatan gelombang,  apabila  kecepatan  gelombang  semakin kecil maka faktor amplifikasi semakin besar,  hal ini menunjukkan bahwa faktor amplifikasi berhubungan dengan  tingkat  kepadatan  batuan,  dimana berkurangnya kepadatan batuan akan meningkatkan nilai  faktor  amplifikasi.  Hal  ini  disebabkan  oleh sedimen  lunak  yang  memperlambat  durasi gelombang  yang  menjalar  di  daerah  tersebut, sehingga  terjadi  goncangan  terhadap  bangunan,
begitu  juga  sebaliknya  (Hartati,  2014).  Nilai amplifikasi  di  Desa  Olak  Alen  adalah  1,3  –  6,2. Berdasarkan nilai tersebut kemudian diklasifikasikan berdasarkan nilai tinggi rendahnya seperti pada tabel 1. Tabel 1. Klasifikasi Nilai Amplifikasi (Setiawan, 2009) Zona   Klasifikasi Nilai Faktor Amplifikasi Lokasi 1 Rendah A < 3 TP 1 – TP 6 TP 8 – TP 9 TP 11 TP 13 – TP 26 TP 43 – TP 44 TP 53 TP 55 2 Sedang 3 ≤ A < 6 TP 7 TP 10 TP 12 TP 27 – TP 42 TP 45 – TP 50 TP 52 TP 54 3 Tinggi 6 ≤ A < 9 TP 51 4 Sangat Tinggi A ≥ 9 -
Berdasarkan  nilai  amplifikasi  yang  diperoleh pada  setiap  titik  pengukuran  maka  dibuat  peta persebaran nilai amplifikasi pada gambar 2
Gambar 2. Peta Persebaran nilai amplifikasi Desa Olak Alen

## B. Frekuensi Natural
Frekuensi natural  atau  frekuensi  dominan merepresentasikan  banyaknya  gelombang  yang terjadi  dalam  satuan  waktu.  Frekuensi  natural dipengaruhi  oleh  besarnya  kecepatan rata-rata dan
ketebalan  sedimen  bawah  permukaan.  Frekuensi natural  berbanding  terbalik  dengan  ketebalan sedimen  ( bedrock )  dan  berbanding  lurus  dengan kecepatan  rata-rata.  Nilai  frekuensi  natural  suatu daerah dipengaruhi oleh ketebalan lapisan lapuk (H) dan kecepatan bawah permukaan (Vs) (Mucciarelli et al,  2008).  Sehingga  pada  daerah  yang  memiliki lapisan  sedimen  yang  lebih  tebal  akan  cenderung memiliki nilai frekuensi natural yang semakin  kecil. Nilai  frekuensi  natural  diperoleh  dari  sumbu horizontal  puncak  kurva  H/V.  Berdasarkan  hasil pengolahan  data  diperoleh  nilai  frekuensi  natural Desa  Olak  Alen  antara  1,70  –  10,39.  Maka  dapat diklasifikasikan berdasarkan klasifikasi Kanai sebagai berikut:
Klasifikasi Tanah Fn (Hz) Lokasi Deskripsi Tipe IV 6,6 - 20 - - Tipe III 4 - 10 TP 10 TP 12 Ketebalan sedimen permukaan kategori menengah  5 – 10 meter Tipe II 2,5 – 4 TP 2 – TP 9 TP 11, TP 13 TP 14, TP 17 TP 18, TP 28 TP 31
TP 39 – TP 42
TP54 – TP 55 Ketebalan sedimen permukaan kategori tebal, sekitar 10 – 30 meter Tipe I < 2,5 TP 1 TP 15 – TP 16 TP 19 – TP 27 TP 21 – TP 30
TP 32 – TP 38 TP 43 – TP 53 Ketebalan sedimen permukaan sangat  tebal  >
30 meter
Dengan demikian dapat dilihat bahwa Desa Olak Alen  didominasi  oleh  klasifikasi  tanah  tipe  I  yang berarti  bahwa  ketebalan  sedimen  permukaan  di Desa  Olak  Alen  sangat  tebal  >  30  meter.  Hal  ini didukung  oleh  hasil  pengambilan  data  bor  pada  2 titik  di  desa  olak  alen  hingga  kedalaman  30  meter dan  22  meter  yang  berupa  pasir  kelanauan. Berdasarkan  nilai  frekuensi  natural  yang  diperoleh pada  tiap  titik  pengukuran  kemudian  dibuat  peta persebaran  nilai  frekuensi  natural  seperti  pada gambar 3.
Gambar. 3. Peta Persebaran Nilai Frekuensi Natural Desa Olak Alen.
C. Hubungan  Nilai  Amplifikasi  dan  Frekuensi Natural
Berdasarkan  persebaran  nilai  amplifikasi (gambar.  2)  dan  nilai  frekuensi  natural  (gambar  3) Desa  Olak  Alen  dapat  dilihat  bahwa  hubungan keduanya cenderung berbanding terbalik. Di sebelah utara  nilai  amplifikasi  cenderung  lebih  rendah sementara  nilai  frekuensi  naturalnya  cenderung lebih tinggi. Dan sebaliknya, di sebelah selatan nilai amplifikasi  cenderung  lebih  tinggi  dengan  nilai frekuensi  natural  yang  lebih  rendah.  Akan  tetapi apabila diperhatikan lebih detail pada setiap titiknya ternyata  hubungan  keduanya  tidak  menentu  atau dapat dikatakan saling independen.  Hubungan nilai amplifikasi  dan  frekuensi  natural  pada  setiap  titik secara  jelas  dapat  dilihat  pada  gambar  4.  Dapat dilihat  persebaran  nilainya  yang  sangat  acak.  Saat frekuensi  natural  rendah  nilai  amplifikasi  ada  yang rendah dan ada yang  tinggi begitu  juga sebaliknya. Ketidak  saling  terkaitan  kedua parameter  ini  dapat disebabkan oleh nilai ketebalan sedimen yang tidak terlalu  berpengaruh  pada  nilai  amplifikasi. Sementara  untuk  nilai  frekuensi  natural  parameter ini  merupakan  salah  satu  faktor  yang  sangat berpengaruh.
Gambar 4. Hubungan Nilai Amplifikasi dan Frekuensi Natural Desa Olak Alen.

## PENUTUP Simpulan
Nilai  amplifikasi  Desa  Olak  Alen  berkisar  antara 1,3 – 6,2 dengan nilai frekuensi natural 1,70 – 10,39. Ketebalan  sedimen  tidak  memberikan  pengaruh yang  signifikan  terhadap  nilai  amplifikasi  sehingga hubungan  antara  nilai  amplifikasi  dan  frekuensi natural saling independen.

## Saran
Dapat dilakukan pengukuran kembali saat musim kemarau karena nilai fisis lapisan tanah yang dapat berubah dengan kondisi saat musim penghujan saat pengambilan data ini.

## DAFTAR PUSTAKA
Hartati,  Lidia.  2014. Pemetaan  Tingkat  Resiko Gempabumi Daerah Liwa dan Sekitarnya Berdasarkan Pengukuran Mikrotremor . Thesis. Yogyakarta : UGM.
Herak,  M.  2008. ModelHVSR:  a  Matlab  tool  to  model horizontal-to-vertical spectral ratio of ambient noise .
Computers and Geosciences 34, 1514–1526
Mirzaoglu,  M.  and  Dykmen,  U.  2003. Application  of Microtremor  to  Seismic  Microzoning  Procedure , Journal of The Balkan Geophysical Society, Vol.6 No.3.
Mufida, A., Santosa, B. J., & Warnana, D. D. 2013. Inversi Mikrotremor  Spektrum  H/V  untuk  Profilling Kecepatan  Gelombang  Geser  (Vs)  Lapisan  Bawah Permukaan  dan  Mikrozonasi  Wilayah  Surabaya. Teknik POMITS, 1-8.
SESAME.  2004.  Guidelines  For  The  Implementation  Of The  H/V  Spectral  Ratio  Technique  on  Ambient Vibrations.  Europe:  SESAME  Europen  research project.
Setiawan  J.R.  2009.  Mikrozonasi  Seismitas  Daerah Yogyakarta  Dan  Sekitarnya.  Tesis.  Bandung:  Institut Teknologi Bandung. Syaifuddin F, Bahri A S, Lestari W and Pandu J 2016 Microtremor study of Gunung Anyar mud  volcano,  Surabaya,  East  Java  AIP  Conference Proceedings 1730 050004 2016
Syaifuddin  F,  Bahri  A  S,  Lestari  W  and  Pandu  J  2016 Microtremor  study  of  Gunung  Anyar  mud  volcano, Surabaya, East Java AIP Conference Proceedings 1730 050004 2016
Warnana,  D.D.,  Triwulan,  S.  and  Utama,  W.  (2011), “Assessment  to  the  soil-structure  resonance  using microtremor  analysis  on  pare-east  Java,  Indonesia”, Asian Tran. Eng., 1(4), 6-12.
------------------- 0 5 10 0 5 10 15 Am pl ifi ka si Frekuensi