Keruntuhan tanah baik di permukaan tanah (longsoran Tebing tanah) maupun di dalam tanah (keruntuhan gua tanah atau lubang pertambangan)

Transkripsi

1 PENDAHULUAN Gempa merupakan suatu phenomena alam yang terjadi di permukaan tanah, yang berdampak pergerakan tanah secara tibatiba (shaking) atau menimbulkan stunami. Gempa bumi merupakan salah satu bahaya alam, yang dapat menyebabkan kerusakan bangunan diatas permukaan tanah sehingga menimbulkan kerugian harta benda dan bahkan menghilangkan nyawa manusia Indonesia sering dilanda gempa, oleh karena itu para insinyur/ahli teknik harus memberi perhatian serius pada konstruksi suatu Bangunan agar tahan terhadap gempa. Sebab gempa : Keruntuhan tanah baik di permukaan tanah (longsoran Tebing tanah) maupun di dalam tanah (keruntuhan gua tanah atau lubang pertambangan) Tumbukan meteor dengan bumi, getarannya dapat terasa disekitar tempat jatuhannya, dan menimbulkan bekas berlubang di permukaan tanah. Kawah di Arizona, USA yang terjadi akibat jatuhnya meteor 1

2 Tunguska explosion on June 30, 1908, 5.0 on the Richter scale, selain menimbulkan getaran, juga kebakaran yang meluas 5-10 km (Meteoroid airburst) Peristiwa vulkanik (akibat gunung meletus), getarannya dapat dirasakan di daerah kawasan gunung tersebut, dari getaran tanah yang kecil sampai agak besar, dan kejadiannya berulang-ulang. 2

3 Peristiwa tektonik (earthquake tectonics), diakibatkan gerakan lempeng / kerak bumi. Gempa ini diakibatkan pelepasan energi yang tiba tiba di lapisan kerak bumi (crust) dan menimbulkan getaran gelombang gempa (seismic waves) Struktur Bumi : Lithosphere / lapisan kerak bumi (crust) 5 4 km Lapisan mantel km Inti bumi jari-jari km Makin kedalam makin besar berat jenisnya : 2,7 s/d 12,3 3

4 Teori plat tektonik : Menganggap Lapisan kerak bumi (crust) terdiri dari beberapa plat kaku (lempengan) yang bergerak satu dengan lainnya. Lempengan (crust) bergerak 4

5 Peta Plat tektonik dan pergerakannya, menurut Eiby (1980) Gerakan plat tektonik : 1. Subduction ( penujaman) Contoh : - di barat pulau Sumatra, di selatan Pulau Jawa s/d Nusa tenggara 2. Extrusion (pemisahan) Contoh : - di lautan Atlantik 5

6 Handout 1-2 Tgempa D3 3. Collision ( tumbukan ) Contoh : - di pegunungan Himalaya 4. Transcursion (patahan) Contoh : - di Amerika Barat, pada Air terjun Niagara. Pelepasan Energi. Gerakan Plat yang bergerak masing-masing dan terhambat oleh gaya gesek pada bidang sentuh antara plat tersebut. Akibatnya terjadi akumulasi (pengumpulan) energi diantara bidang kontaknya, yang lama kelamaan akan melampaui kekuatan geser bidang sentuh sehingga timbul gerakan kembali secara tiba-tiba, dan akan melepaskan enegi yang besar maka timbulah Gempa. GAMBAR PELAT TEKTONIK dengan Arah pergerakannya di Dunia. 6

7 GAMBAR PETA SEISMIK di Indonesia, Australia.New Zealand, tanda titik titik tersebut merupakan Lokasi terjadinya Gempa. TSUNAMI. Istilah tsunami berasal dari bahasa Jepang yang artinya Gelombang panjang (air laut) yang melanda daerah pantai. A (besar) A (kecil) D (besar) D (kecil) Dasar laut Ditengah lautan Daerah Pantai Tsunami timbul setelah kejadian gempa yang diakibatkan oleh adanya patahan ditengah laut. 7

8 Ditengah laut kedalaman laut sangat dalam, kecepatan gelombang nya juga besar, sedang saat mendekati pantai, dengan kedalaman yang kecil, kecepatan yang rendah, tetapi amplitudo (tinggi gelombang) makin membesar. (Hk. Kekelan Energi) v = g D v = kecepatan gelombang g = Gaya gavitasi D = Kedalaman laut SUMBER GEMPA (Focus) Epicentre Stasion Pengamatan Seismographs Jarak hypocentre FOCUS (hypocentre) Epicentre = Lokasi / daerah yang terkena dampak gempa tepat diatas hypocentre Focus atau Hypocetre = Lokasi sumber gempa 8

9 JALUR GEMPA (Earthquake Belt) Gambar Peta jalur Gempa : 1. Circum Pasifik Earthquake Belt 2. Alpide Earthquake Belt 3. Mid Atlantic Earthquake Belt Circum Pasifik Earthquake Belt : Dari bagian barat benua Amerika Utara menyebrang pulau-pulau Alentian ke Kamchatka dan meluas keselatan melalui Jepang, Formosa, Filipina, Kep. Maluku, Irian, New Hebrides, Fiji, Samoa, Tonga & New Zealand. Alpide Earthquake Belt : Mulai dari Kep. Azores melalui Pegunungan Alpine di Eropa Mediterania, melalui Asia Kecil, sampai ke Burma sepanjang Peg. Himalaya, satu cabang ke bagian atas laut kuning di Tiongkok, cabang lain menuju selatan melalui Sumatra, Jawa, Kep. Nusa Tenggaa serta Sulawesi. Mid Atlantic Earthquake Belt : di lautan atlantik DAERAH BEBAS GEMPA (DAERAH STABIL) Di Benua Amerika : Dataran Canada, dataran Brazilia, seluruh benua amerika selatan bagian timur dan pegunungan Andes dan bagian Utara sungai plata, kecuali daerah Mendosa. Di Benua Eurasia : Daerah Baltic Eurasia, daerah Anggora di Asia serta daerah pegunungan Ural. 9

10 Di Benua Asia : Daerah Saudi Arabia, Selatan India, Gurun Gobi, sebagaian besar Indochina, Semenanjung Malaya, Kalimantan. Di Benua Afrika : Hampir di seluruh benua Afrika, kecuali sebagian kecil Bagian Utara, Ujung selatan dan daerah Danau di Kenya, Tanganyika. Samudra Pasifik : Kecuali daerah Circum Pasifik adalah stabil, kecuali juga Kep. Hawai. Daerah lainnya : Samudra Atlantik dan bagian dari lautan Arktik, Australia Barat, Somalia Land, Madagaskar, Pasifik selatan, Selatan Kepulauan Galapagos. 10

11 BESARAN UNTUK MENGUKUR GEMPA BUMI Besaran untuk mengukur gempa bumi, pada umumnya dipakai : 1. Magnitude, adalah ukuran besar energi yang dilepaskan oleh fokus atau hypocentre. Skala magnitude dari Richter sering dipakai dan skala ini berguna bagi para ahli seismologi. 2. Intensitas, Adalah besar kecilnya getaran permukaan di tempat konstruksi. Secara kuantitatif intensitas gempa setempat dinyatakan dengan percepatan permukaan dengan satuan gal (cm/dt 2 ). Skala ini digunakan bagi para inssinyur untuk pengaruhnya pada konstruksi. Skala yang digunakan adalah skala Modified Mercalli Intensity scale. (MM) Perkiraan hubungan kesetaraan Richter Mangnitude (M) dan Modified Mercalli (MM). M richter MM II III IV V VI VII VIII IX X - XI Percepatan permukaan max 0,003 g 0,010 g 0,030 g 0,010 g 0,030 g 1,000 g Radius pengaruh 25 km 50 km 100 km 200 km 400 km 700 km UKURAN GEMPA Ada dua macam ukuran gempa : 1. Besar energi yang dilepaskan sebagai gempa 2. Besar percepatan maximum permukaan tanah BESAR ENERGI Pelepasan energi pada sumber gempa diukur dengan skala RICHTER. Log E = 11,4 + 1,5 R E = Energi yang dilepaskan (erg / dyne cm) R = Skala Richter Contoh : Diketahui gempa dengan 6 skala Richter, berarti energi yang dilepaskan pada sumber gempa sebagai berikut : 11

12 Log E = 11,4 + 1,5 R = 11,4 + 1,5. 6 = 20,4 E = 10 20,4 = 2, erg Berapa energi untuk 7 skala Richter? erg Berapa peningkatan energi untuk peningkatan 2 skala richter? Pengaruh gempa dipermukaaan tanah tidak hanya di tentukan oleh besar energi yang dilepaskan, akan tetapi juga oleh kedalaman atau jarak sumber gempa (hypocentre). Hubungan Magnitudo Dan Frekuensi Gempa Yang Tejadi Menurut Guttenberg-Richter : Log N = A b. M N = frekuensi kejadian suatu gempa yang skala richternya M untuk 1 tahun Misal : dalam 1 tahun terjadi gempa dengan skala Richter sbb: 4 ; 5 ; 4 ; 3 ; 5 ; 2 ; 4 maka untuk magnitudo 4 pada skala richter jumlah kejadian gempa adalah 3 kali, jadi N = 3 A dan b adalah konstanta gempa untuk suatu daerah gempa tertentu. Misal : untuk pulau Jawa : A = 5.37, b = 0.94 Jadi log N = M Hubungan A dan b dikemukakan oleh Kale dan Naran sbb: A = 6.35 b 1.41 Catatan : untuk seluruh indonesia log N = M, jadi misalkan kita menghitung frekuensi gempa dengan skala richter = 7, berarti : Log N = (7) = 0.72 N = 5.2, ini berarti ada gempa kira-kira 5 kali dalam setahun dan untuk gempa dengan skala richter diatas 7, frekuensi gempa adalah 2 kali setahun. PERCEPATAN MAKSIMUM PERMUKAAN TANAH Ukuran gempa yang dapat langsung mempengaruhi struktur bangunan ialah insensitas lokal gempa, yaitu besar (insensitas) percepatan permukaan tanah di daerah lokasi gempa. Rumus hubungan besar energi dan percepatan permukaan tanah (a) maksimum. 12

13 1. Donovan (1973) : a = 1080.e 0,5R.(H+25) -1,32 2. Matuschka (1980) : a = 119.e 0,81R. (H+25) -1,15 a = percepatan maksimum permukaan tanah (cm/det 2 ) e = bilangan natural (2,718) R = besar gempa skala Richter H = jarak Hypocentre (km) Hubungan percepatan permukaan tanah (a) dengan intensitas lokal menurut skala MM (Modified Mercalli) log a =. I atau log a =. I a = cm/det 2 I = Skala MM

14 Diketahui : Gempa di Flores tanggal 12 Desember 1992 Besar gempa = 6,8 skala Richter Kedalaman sumber gempa = 36 km dari muka tanah Jarak epicenter dari Maumere (pusat pencatatan gempa) = 30 km Ditanyakan : 1. Percepatan maksimum permukaan tanah di Maumere? 2. Besar kerusakan menurut skala MM? Penyelesaian : 1. Menentukan jarak hypocenter Epicenter 30 km Maumere /Seismograf 36 km Jarak hypocenter (H)? FOCUS (hypocenter) H = = 46,861km 2. Menentukan Percepatan (Donovan) : a = 1080.e 0,5R. (H+25) -1,32 = 1080.e 0,5.(6,8). (46,861+25) -1,32 = 115 cm/det 2 Menentukan Percepatan (Matuscha) : a = 119.e 0,81R. (H+25) -1,15 = 119.e 0,81. (6,8). (46,851+25) -1,15 = 216 cm/det 2 Besar / tingkat kerusakan (MM) berdasarkan percepatan : dari (Donovan) log a =. I atau log a =. I log 115 =. I I = 7,68 MM 3 2 maka I = VII - MM 1 1 log 115 =. I + I = 7,24 MM

15 Besar kerusakan (MM) berdasarkan percepatan : dari a (Matuscha) log a =. I atau log a =. I log 216 =. I I = 8,50 MM 3 2 maka I = 8 MM 1 1 log 216 =. I + I = 8,35 MM 4 4 Jadi besar kerusakan di Maumere : Menurut percepatan tanah dari Donovan 7 MM Menurut percepatan tanah dari Matuscha 8 MM GELOMBANG GEMPA Saat terjadi gempa, tanah permukaan mengalami gerakan karena permukaan tanah bergelombang. Gelombang utama : 1. Gelombang Primer (P), merupakan gelombang yang menjalar longitudinal. Memampat dan menggembung searah rambatannya. Kecepatan antara 1,4 6,4 km/det. 2. Gelombang Sekunder (S), merupakan gelombang yang menjalar tranversal. Kecepatan ± 2 / 3 x kecepatan gelombang primer. 15

16 Kecepatan dari kedua gelombang berbeda, dari hasil rekaman gempa dapat diperkirakan jarak sumber gempa berdasarkan selisih waktu tiba gelombang tersebut. Perkiraan jarak sumber gempa Apabila terukur jarak dari 3 tempat maka dapat ditentukan lokasi gempa (sumber).. A. C. B 16

17 Dua gelombang yang menjalar hanya dipermukaan tanah saja, 1. Gelombang Rayleigh Butiran tanah bergerak ellips dengan gerak vertikal. 2. Gelombang Love Q Butiran tanah bergerak tranversal pada bidang horisontal. TINGKAT RISIKO GEMPA P = (1 e L/T ) x 100% = (1 e -50/10 ) x 100% = % P = Probabilitas (kemungkinan) bangunan terlanda gempa yang lebih besar dari gempa (dalam %) L = umur rencana bangunan (tahun) T = Jangka waktu ulang gempa rencana (tahun) 17

18 INTENSITAS, MANGNITUDE, KECEPATAN DAN ENERGI GEMPA Insensitas Mercalli Mangnitude (Skala Richter) Kecepatan tertinggi rata-rata (cm/dt) Perbandingan dengan bahan peledak Deskripsi I 0 1,9 0,45 TNT Tidak terasa kecuali menggunakan alat bantu pendeteksi gempa II 2 2,9 50 kg TNT Dirasakan oleh hanya sedikit orang yang beristirahaat, khususnya pada lantai atas gedung, benda-benda yang bergantung akan terayun. III 3 3,9 Mulai dirasakan sebagaian orang, khususnya pada lantai atas gedung, tapi banyak orang yang tidak menyadari akan adanya gempa tersebut. Getarannya seperti truk yang sedang lewat. IV 4 4, kg TNT (bom atom kecil) Pada siang hari dirasakan banyak orang dalam ruangan dan sedikit orang diluar ruangan. Pada malam hari beberapa orang akan terjaga dari tidurnya. Pintu dan jendela mulai berbunyi; dinding mulai menimbulkan suara. Ada getaran seperti truk besar lewat dibawah gedung. Mobil yang sedang parkir dapat berpindah. V 4,5 4,9 2 5 Dirasakan oleh hampir semua orang, bnyak orang terbangun dari tidurnya. Kaca jendela mulai pecah, terjadi keretakan dibeberapa plesteran semen, benda tidak stabil akan terguling. Kerusakan pada pohon, tiang-tiang listrik, dan objek tinggi lainnya. Bandul jam mungkin berhenti. VI 5 5,9 5 8 Dirasakan oleh semua orang, banyak yang ketakutan dan lari keluar ruangan. Beberapa furniture berat akan bergerak. Plesteran akan mulai runtuh, cerobong mulai retak. VII 6 6, kg TNT (1 bom hydrogen) Semua orang lari keluar ruangan. Dirasakan orang yang mengendarai mobil, bangunan yang konstruksinya kurang baik akan runtuh, Percepatan puncak rata-rata (g adalah gravity = 9,8 m/s 2 ) 0,015g 0,03g 0,03g 0,05g 0,05g 0,07g 0,07g 0,15g Jumlah Gempa pertahun di dunia Sangat besar 300,00 49,00 4,00 1,

19 cerobong akan runtuh. VIII 6,4 6, Kerusakan mulai terjadi pada bangunan dengan desain baik. Beberapa bangunan akan runtuh sebagian. Panel dinding akan keluar dari rangka strukturnya. Cerobong tumbang, tumpukan material pabrik akan runtuh, dinding, kolom, dinding, monumen runtuh. Furniture berat akan tumbang. Pasir dan lumpur terlempar sebagian. Terjadi perubahan dalam air sumur. Pengendara mobil akan tergangu. IX 6,7 6, Kerusakan akan terjadi pada bangunan dengan desain baik, struktur rangka akan miring, sebagian bangunan runtuh, perubahan terjadi pula pada pondasi. Keretakan tanah terjadi, pipa bawah tanah rusak X 7 7,5 Lebih dari kg TNT Bangunan konstruksi 60 (100 bom kayu mulai rusak, hydrogen) sebagaian besar pasangan batu rusak, dan struktur rangka dan pondasinya rusak. Tanah akan terjadi retakan besar, rel kereta bengkok, kelongsoran akar terjadi di tepi sungai dan tebing-tebing tanah. Pasir dan lumpur sungai akan bercampur. Air berombak berdeburan. XI 7,6 7,9 Sangat sedikit bangunan yang masih berdiri. Jembatan hancur. Terjadi retakan-retajkan besar di tanah dan jalan aspal, pipa-pipa bawah tanah total tidak berfungsi. Terjadi longsior di sebagian besar tebing. Rel kereta melengkung parah. XII 8-8,6 6 x kg TNT ( bom hydrogen) Kerusakan total. Gelombang terlihat pada permukaan tanah. Bendabenda terlempar ke udara. 0,15g 0,30g 0,30g 0,60g Lebih dari 0,60 g ,2 (satu dalam lima tahun) Tabel ini adalah perkiraan dari korelasi antara pengukuran mangnitude gempa, efek gempa dan energi yang dihaslkan, berikut dengan frekwensi gempa yang pernah terjadi. Diambil dari Introduction to Seismology IISEE (2001) dan Earthquake Mangnitude Comparisons (2001). 19

20 SKALA INTENSITAS MODIFIED MERCALLI Skala MM I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Deskripsi Tidak terasa orang, tercatat pada pencatat gempa. Terasa oleh orang yang istirahat, terutama di lantai dua. Benda-benda tergantung goyang,bergetar ringan. Getaran truck lewat, jendela, pintu dan barang pecah belah beradu dan berbunyian. Terasa oleh orang diluar gedung, orang tidur terbangun, benda diatasnya bisa jatuh. Terasa oleh semuanya, bahkan ketakutan dan keluar rumah, plesteran tembok retak (mutu D). Sulit berdiri, terasa oleh pengendara kendaraan, tembok-tembok rusak, plesteran lepas, genteng jatuh, rawa dan kolam bergelombang. Tembok c rusak, runtuh, menara air rusak gedung portal bergerak, tanah basah retak (mutu C) Semua orang panik, gedung runtuh, pipa-pipa dalam tanah rusak. Bangunan kayu rusak, jembatan rusak, tanah longsor, air sungai/kolam gelombang tepi. Rel kereta api rusak. Kerusakan total, batuan-batuan besar pindah tempat. 20

21 PENENTUAN LETAK EPICENTRUM Metoda Kontur dan Extrapolasi Kontur : Penandaan daerah gempa yang mempunyai amplitude sama Extrapolasi : Perhitungan linier dari suatu titik diluar dua titik yang menjadi acuan 6,84 a 7,76 b c = f(x) z x C = f (x) = a + (b a) z x Contoh : Data rekaman beberapa seismograf sebagai berikut : Seismograf A B C D E F G Lokasi absis (km) Ordinat (km) Amplitudo max (cm) 6,84 7,74 7,17 5,00 4,34 3,68 5,87 Tentukan : koordinat dan amplitude maksimum dari epicenterum Jawab : Plot koordinat dan amplitude tiap-tiap seismograf buat segitiga lokasi epicentrum yang amplitudonya tertinggi. (A, B, C) Extrapolasi di titik (70, 60) 21

22 Rumus : f (x) = a + (b a) z x Extrapolasi FA ; f (x) = 3,68 + (6,84 3,68) Extrapolasi EC ; f (x) = 4,34 + (7,17 4,34) 6,324 3,162 5,656 2,828 = 10 = 10 Extrapolasi DB pada segitiga tidak dilakukan karena diluar segitiga. Contoh : FA (6,84 3,68) y F 3,68 A 6, P y' z x ( 6,84 3, ) y 68 (6,84 3,68).60 = ; y = = 6, 32 x z 30 y = y + 3,68 = 6,32 + 3,68 =10 Contoh lain : EC (7,17 4,34) y E 4,34 C 7, P y' z x y x = ( 7,17 4,34) 20 (7,17 4,34) ; y = x40 = 5, y = 5,66 + 4,34 =10 22

23 TINGKAT RISIKO GEMPA Rumus pendekata untuk probabilitas bangunan terlanda gempa yuang lebih besar dari gempa rencana (%). P = (1 e L/T ) x 100% L = Umur rencana bangunan (th) T = Jangka waktu ulang gempa rencana (tahun) Misalkan Bangunan A : L = 50 th T = 120 th P = (1 e 50/120 ) x 100% = 34,08% Tugas LATIHAN : 1. Gempa di Padang tanggal 17 Desember 2009 Besar gempa = 7.2 skala Richter Kedalaman sumber gempa = 30 km dari muka tanah Jarak epicenter dari Bukit tinggi (pusat pencatatan gempa) = 45 km Ditanyakan : 1. Percepatan maksimum permukaan tanah Bukit tinggi? 2. Besar kerusakan menurut skala MM? 2. Seismograf Absis (km) A 110 B 100 C 60 D 130 E 110 F 30 Ordinat (km) Amplitudo Maks (cm) 9,17 8,84 8,39 6,34 5,68 4,74 Tentukan koordinat dan Amplitudo maksimum dari epicentrum? 23