JURNAL TEKNOLOGI INFORMASI & PENDIDIKAN ISSN : VOL. 4 NO. 1 SEPTEMBER 2011

Transkripsi

1 PETA LOKAL WILAYAH GEMPA UNTUK DAERAH PADANG Yoszi Mingsi Anaperta 1 ABSTRACT Padang is an earthquake -prone areas. This is due to topographical conditions of the area encircled by the Bukit Barisan mountain range active and horizontal movement of the Sumatra active fault which extends from Aceh to Lampung North to South which coincide with the active Bukit Barisan mountains. Analysis of seismic wave propagation and amplification factors the region has been carried out. The analysis was developed based on the possibility of an earthquake in 50 years, which indicates that the base -rock peak acceleration is 180 gal and 360 gal for the possibility of 10% and 2 %, respectively. The influence of local soil conditions are shown in the form of wave propagation analysis of base -rock to the ground surface. This analysis is done by considering a variety of dynamic properties of soil. The nature of the soil was obtained by collecting soil research report on several areas in the city of Padang. Analysis of wave propagation is shown using SHAKE2000 program. Various input earthquake motion is taken by scaling of strong earthquake motion records are available and considered suitable for the Padang area. The results of this analysis are shown in the form of graphics acceleration time history and peak acceleration of each of these regions are then processed into a map of the earthquake the city of Padang. Key world : wave propagation, amplification factors, peak acceleration, dynamic properties of soil, time history INTISARI Padang merupakan daerah yang rawan terjadi gempa. Hal ini disebabkan kondisi topografi daerahnya dikelilingi oleh deretan pegunungan aktif Bukit Barisan serta pergerakan mendatar dari sesar aktif Sumatera yang memanjang dari Aceh Utara sampai ke Lampung Selatan yang berhimpit dengan pegunungan aktif Bukit Barisan. Analisa mengenai perambatan gelombang gempa serta faktor pengerasan pada wilayah tersebut telah dikembangkan berdasarkan kemungkinan terjadi gempa dalam jangka waktu 50 tahun, yang menunjukkan bahwa percepatan puncak baserock adalah 180 gal dan 360 gal untuk kemungkinan 10% dan 2%, secara berturutturut. Pengaruh dari keadaan tanah setempat diperlihatkan dalam bentuk analisa perambatan gelombang dari base-rock sampai ke ground surface. Analisa ini dilakukan dengan mempertimbangkan berbagai variasi dari sifat-sifat dinamis tanah. Sifat dari tanah tersebut diperoleh dengan mengumpulkan laporan penelitian tanah pada beberapa daerah di kota Padang. 1 Dosen Teknik Tambang Elektro Fakultas Teknik Universitas Negeri Padang 91

2 Analisa mengenai perambatan gelombang ini adalah dengan menggunakan program SHAKE2000. Bermacam input gerakan gempa diambil dengan melakukan penskalaan terhadap rekaman gerakan gempa kuat yang ada dan dipertimbangkan cocok untuk daerah Padang. Hasil dari analisa ini diperlihatkan dalam bentuk grafik percepatan time history serta percepatan puncak dari masing-masing daerah tersebut yang kemudian diolah menjadi suatu peta gempa kota Padang. Kata Kunci : perambatan gelombang, faktor pengerasan, percepatan puncak, sifat dinamis tanah, time history 92

3 PENDAHULUAN Daerah Sumatera Barat khususnya Padang termasuk daerah rawan gempa yang akan terus mengalami perkembangan pembangunan. Salah satu aspek penting dalam perencanaan pembangunan khususnya pembangunan dibidang struktur adalah analisa mengenai bahaya gempa. Untuk dapat merencanakan suatu bangunan struktur tahan gempa serta analisa mengenai pengaruh gempa, perlu terlebih dahulu diketahui frekuensi dan percepatan puncak gempa pada daerah perencanaan. Gempa merupakan suatu fenomena alam yang terjadi akibat pelepasan energi dalam bentuk rambatan gelombang yang dihasilkan dari pembenturan lempeng-lempeng yang ada di perut bumi. Rambatan gelombang ini bila sampai kepermukaan bumi akan menimbulkan kerusakan struktur dan dampak negatif lain yang dikenainya. Dalam kondisi sekarang ini, perencanaan bangunan tahan gempa serta perencanaan dibidang sipil lainnya masih menggunakan spektrum respon percepatan gempa secara global (macro) untuk masing-masing wilayah gempa di Indonesia. Oleh karena itu untuk analisa pengaruh gempa terhadap permukaan tanah serta penaksiran bahaya gempa terhadap struktur dan kehidupan yang lebih tepat, diperlukan spektrum respon percepatan secara lokal (micro) untuk wilayah gempa yang lebih sempit, dalam hal ini dilakukan untuk kota Padang. Tujuan penelitian ini adalah 1. Membuat suatu peta kontur gempa secara lokal untuk kota Padang. 2. Mengembangkan peta kontur faktor pengerasan (amplification factors) untuk kota Padang. 3. Memperlihatkan percepatan puncak gempa pada lapisan permukaan dari beberapa gempa kuat untuk beberapa daerah di kota Padang. 4. Memperlihatkan bentuk perambatan gelombang gempa dari base-rock sampai ke ground surface. Dari gambaran wilayah kota Padang yang ditampilkan dalam bentuk peta kontur gempa secara lokal, dapat digunakan untuk menaksir bahaya terhadap gempa secara lebih tepat untuk bangunan serta kehidupan. Dengan mendapatkan nilai-nilai puncak dari pergerakan gelombang dalam tanah untuk lapisan permukaan akibat gempa pada suatu daerah, resiko terhadap keruntuhan bangunan serta dampak negatif yang ditimbulkannya dapat dianalisa dengan mempertimbangkan faktorfaktor kekuatan bangunan berupa pondasi, jenis pondasi atau tipe struktur bangunan. Adapun batasan masalah dalam penelitian ini adalah : 1. Sifat-sifat dinamis dari lapisan tanah diperkirakan dengan menggunakan hubungan empiris dari N-SPT yang diperoleh dari data boring tanah. 2. Input data dianalisa berdasarkan nilai SPT sedangkan output berupa percepatan puncak untuk lapisan permukaan diperoleh dan di analisa dengan menggunakan program komputer SHAKE Karena terbatasnya data, maka data yang dianalisa hanyalah datadata yang berhasil diperoleh, sedangkan data-data lain yang tidak termasuk dianggap telah diwakili oleh data-data yang ada. 93

4 PENDEKATAN PEMECAHAN MASALAH Beberapa metoda telah dilakukan untuk mengevaluasi pengaruh dari kondisi tanah pada suatu daerah terhadap respon dasar selama gempa berlangsung. Kebanyakan dari metoda tersebut berdasarkan asumsi bahwa biasanya respon dari lapisan tanah disebabkan perambatan keatas oleh gelombang geser dari formasi dasar tanah keras. Prosedur analitis yang berdasarkan kepada konsep ini menggabungkan perilaku tanah nonlinear dan telah dikembangkan untuk memberikan hasil yang sesuai dengan observasi lapangan dalam beberapa kasus. Analisa Perambatan Gelombang 1. Pergerakan Gempa a. Prosedur Analitis Beberapa metoda telah dilakukan untuk mengevaluasi pengaruh dari kondisi tanah pada suatu daerah terhadap respon dasar selama gempa berlangsung. Kebanyakan dari metoda tersebut berdasarkan asumsi bahwa biasanya respon dari lapisan tanah disebabkan perambatan keatas oleh gelombang geser dari formasi dasar tanah keras. Prosedur analitis yang berdasarkan kepada konsep ini menggabungkan perilaku tanah nonlinear dan telah dikembangkan untuk memberikan hasil yang sesuai dengan observasi lapangan dalam beberapa kasus. b. Sistem Satu-Dimensi Teori ini menyangkut hubungan respon dengan perambatan secara vertikal dari gelombang geser melalui suatu sistem viskoelastis linear seperti terlihat pada gambar 1. Sistem/susunan ini terdari dari N lapisan-lapisan secara horizontal sampai tak hingga dalam arah horizontal dan mempunyai halfspace sebagai lapisan paling bawah. Tiap lapisannya adalah homogen dan isotropik serta karakteristiknya dinyatakan dalam ketebalan, h, massa jenis,, modulus geser, G, dan faktor damping,. 94

5 Gambar 1. Sistem Satu-Dimensi [1] 2. Nilai Khusus Untuk Konstanta Tanah Sejumlah data dari nilai konstanta tanah telah diambil. Faktorfaktor yang mempengaruhi konstanta tanah tersebut telah dijabarkan serta persamaan yang berkaitan dengan konstanta itu juga dikembangkan berikut faktor yang mempengaruhinya. Dibawah ini dikemukakan beberapa perkiraan konstanta tanah untuk nilai G max yang digunakan untuk analisa [2]: G max = 65 N dimana : G max = modulus geser maksimum, dalam tsf N = jumlah pukulan N dari tes SPT Variabel : N Referensi : Seed, H.B.; Idriss, I.M.; and Arango, I. (1983). Evaluation of Liquefaction Potensial Using Field Performance Data. Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol. 109, No. GT3, pp Metode Penskalaan Penskalaan ini dilakukan dengan cara membagi nilai percepatan maksimum gempa suatu daerah dengan percepatan maksimum gempa yang terjadi di daerah lain. Sebagai contohnya dilakukan penskalaan untuk gempa El Centro terhadap daerah Padang. 95

6 Depth (ft) Acceleration (g) JURNAL TEKNOLOGI INFORMASI & PENDIDIKAN ISSN : IMPERIAL VALLEY EARTHQUAKE, EL CENTRO RECORD 05/18/40; M: Time (sec) Gambar 2. Percepatan Time History Gempa El Centro Gambar 2. memperlihatkan time history untuk gempa El Centro dimana terlihat percepatan maksimumnya untuk base rock adalah 0,21g sedangkan untuk daerah Padang 0 Peak Acceleration (g) adalah 0,18g yaitu untuk kemungkinan terjadi gempa 10% dalam 50 tahun. Maka faktor penskalaannya adalah 0,18g/0,21g = 0, Gambar 3. Percepatan SHAKE2000 Maksimum Site Sebelum Diskalakan 96

7 Depth (ft) JURNAL TEKNOLOGI INFORMASI & PENDIDIKAN ISSN : Peak Acceleration (g) SHAKE2000 Site Gambar 4. Percepatan Maksimum Sesudah Diskalakan Dari perbandingan percepatan maksimum yang diperlihatkan gambar 3 dan 4 terlihat percepatan maksimum untuk base rock terjadi penskalaan dari 0,21g menjadi 0,18g. Dimana contoh ini diambil dari salah satu keadaan tanah di kota Padang. Pada gambar 3 dan 4 juga terlihat perambatan gelombang dari dasar menuju lapisan permukaan. Disini terjadi pengerasan perambatan gelombang yang tergantung dari kondisi tanah pada daerah tersebut. Untuk kondisi tanah ini faktor pengerasannya (amplification factor) adalah 0,274g/0,18g = 1,52. HASIL DAN PEMBAHASAN Dalam pembuatan peta gempa ini hanya dikhususkan untuk wilayah kota Padang saja. Dimana peta gempa ini menampilkan kontur nilai peak ground surface acceleration (nilai percepatan puncak pada permukaan tanah) serta kontur untuk amplification factors (faktor pengerasan). Analisa mengenai perambatan gelombang ini diproses dengan menggunakan program SHAKE2000. Data masukan dapat berupa input gerakan gempa yang telah diskalakan serta sifat dinamis tanah dari beberapa daerah di kota Padang. Sedangkan data keluaran ditampilkan dalam bentuk grafik percepatan time history serta percepatan puncak dari masingmasing daerah tersebut yang kemudian diolah menjadi suatu peta gempa kota Padang. Input Data 1. Sifat Dinamis Tanah Data masukan berupa sifat dinamis dari lapisan tanah, diperkirakan dengan menggunakan hubungan empiris dari N-SPT yang ada serta informasi dari sifat tanah lainnya. Data nilai N-SPT ini diperoleh dari beberapa sumber. Data N-SPT ini ditampilkan dalam bentuk Boring Log yang diperlihatkan pada gambar 5. Dari beberapa daerah di kota Padang, didapatkan sebanyak 14 buah titik bor yang menggambarkan sifat dinamis dari lapisan tanah pada masingmasing daerah. Titik-titik bor tersebut menyebar pada beberapa lokasi di kota Padang seperti diperlihatkan pada gambar 6. Karena sulitnya mendapatkan data tanah tersebut maka data yang ada, dianggap sudah mewakili beberapa wilayah di kota Padang.Karena sulitnya mendapatkan data tanah tersebut maka data yang ada, dianggap sudah mewakili beberapa wilayah di kota Padang. 97

8 (Lubuk Buaya) (Tunggul Hitam) Gambar 5. Kondisi Tanah Berdasarkan Data Pengujian Lapangan 98

9 Data tanah tersebut di analisa dengan membagi lapisan tanah menjadi beberapa lapisan tertentu. Dimana pembagian lapisan ini berdasarkan kepada nilai N-SPT atau N-Value. Klasifikasi tanah pada analisa tersebut dibagi menjadi dua Gambar 6. Peta Lokasi Titik Bor jenis tanah secara umum yaitu tanah berbutir halus, seperti lempung dan lanau serta tanah berbutir kasar, seperti pasir dan kerikil. Hubungan nilai SPT dengan konsistensi tanah diperlihatkan pada tabel 1. 99

10 Tabel 1. Hubungan SPT dengan konsistensi tanah Untuk tanah berbutir halus Klasifikasi N-SPT Very Soft 0 2 Soft 3 5 Medium 6 9 Stiff Very Stiff Hard > 30 Untuk tanah berbutir kasar Klasifikasi N-SPT Very loose 1 2 Loose 3 6 Medium 7 15 Dense Very Dense > 30 Selanjutnya untuk input data SHAKE2000, jenis tanah dari tiap lapisan tersebut diklasifikasikan lagi dalam 3 jenis tanah yaitu clay, sand, dan gravel berikut dengan sifat 2. Rekaman Gempa Kuat Hal yang sulit dihadapi dalam menganalisa respon setempat adalah karena tidak adanya rekaman gerakan gempa kuat yang tersedia untuk kota Padang. Untuk itu cara yang mudah dan konvesional adalah dengan menskalakan rekaman gerakan yang ada (multiplication factors). Dalam studi ini diambil 5 rekaman gempa kuat yang sesuai dengan kondisi tanah setempat. Dimana kelima gempa tersebut diskalakan berdasarkan kemungkinan terjadinya gempa seperti pada tabel berikut. Tabel 2. Analisa Resiko Gempa Kemungkinan Terjadi Gempa Dalam 50 Tahun Peak Base Rock Acceleration (gal) 10% 180 2% 360 Rekaman gempa kuat yang tersedia dan telah diskalakan untuk analisa ini terdiri dari [3] : 1. Chile Earthquake, Vina Del Mar Record 03/03/85; 290 Degrees - Long Duration Soil Peak Base Rock Acceleration = 0,214g dinamis tanah berupa N-Value dan berat volume tanah dari 14 lokasi di kota Padang, 0,180g = 0,842 0,360g = 1, Imperial Valley Earthquake, El Centro Record 05/18/40; M: Comp S90W Peak Base Rock Acceleration = 0,210g 0,180g = 0,857 0,360g = 1, Kern County, California Earthquake, 7/21/52; M: Taft Lincoln School Tunnel; Comp S69E Peak Base Rock Acceleration = 0,176g 0,180g = 1,020 0,360g = 2, Kobe Earthquake, JMA Record 01/17/95 - Component: UD - Near Fault Rock Peak Base Rock Acceleration = 0,335g 0,180g = 0,

11 Acceleration (g) Acceleration (g) JURNAL TEKNOLOGI INFORMASI & PENDIDIKAN ISSN : ,360g = 1, Sac Steel Project; Near Field; Loma Prieta, 1989, Lex. Dam; M: 7 Peak Base Rock Acceleration = 0,367g 0,180g = 0,491 0,360g = 0,982 Output Data Dengan menggunakan SHAKE2000 data masukan berupa sifat dinamis dari tiap lapisan tanah di analisa dengan membandingkan beberapa input gerakan yang berbeda. Output dari SHAKE2000 dapat berupa grafik yang memperlihatkan time history dan percepatan puncak masing-masing daerah dengan gempa yang berbeda. Pada gambar 7 diperlihatkan pengaruh keadaan dan karakteristik lapisan tanah pada lokasi berbeda dengan memberikan satu gempa yang sama, yaitu gempa El Centro dengan kemungkinan terjadi gempa 10% dalam 50 tahun. Sedangkan perbandingan dari pengaruh gempa berbeda untuk lokasi yang sama ditampilkan pada gambar 8. Pada grafik tersebut diperlihatkan bentuk perambatan gelombang benda pada lapisan tanah. Dari analisa grafik tersebut maka diperoleh nilai percepatan puncak pada permukaan tanah serta faktor pengerasan dari lima jenis gempa berbeda pada 14 buah lokasi di kota Padang. Dimana data tersebut dikembangkan untuk membuat peta kontur gempa kota Padang. SHAKE2000 Site Time (sec) (Lubuk Buaya) SHAKE2000 Site Time (sec) (Tunggul Hitam) Gambar 7. Percepatan Time History Gempa El Centro pada Lapisan Permukaan 101

12 Depth (ft) Depth (ft) JURNAL TEKNOLOGI INFORMASI & PENDIDIKAN ISSN : Peak Acceleration (g) Peak Acceleration (g) (Lubuk Buaya) Gempa 1 Gempa Gempa 3 Gempa 4 Gempa Gempa 1 Gempa 2 Gempa 3 Gempa 4 (Tunggul Hitam) Gambar 8. Hubungan Percepatan dengan Kedalaman Gempa 5 Analisa Respon Setempat Analisa respon setempat dalam bentuk rambatan gelombang dari base rock menuju ground surface diperlihatkan dengan menggunakan program SHAKE2000. hasil dari analisa perambatan gelombang ini pada beberapa lokasi di kota Padang menunjukkan perbedaan percepatan puncak pada lapisan permukaan yang beragam. Hal ini disebabkan kondisi tanah yang berbeda dari masingmasing daerah, dimana daerah yang mempunyai lapisan tanah lunak cendrung mempunyai pengerasan yang besar besar dari pada daerah dengan lapisan tanah keras, begitu juga bergantung kepada keadaan butir dari tanah tersebut. Tanah berbutir halus seperti lempung dan lanau cenderung akan memberikan nilai pengerasan yang lebih besar dibandingkan dengan tanah berbutir kasar seperti pasir dan gravel. Dimana keadaan butiran tanah ini akan mempengaruhi keras atau lunaknya lapisan tanah. Selain itu pengerasan dari perambatan gelombang gempa juga bergantung kepada berat volume ( ) dari tanah. Disini diperlihatkan bahwa berat volume tanah berbanding terbalik dengan faktor pengerasan Selain dari pengaruh keadaan dan sifat dinamis dari tanah faktor pengerasan ini juga dapat dipengaruhi oleh bentuk dan jenis gempa yang terjadi pada suatu daerah. Gempa yang mempunyai durasi atau time history yang relatif cepat dan rapat akan memberikan faktor pengerasan yang besar serta daya rusak yangtinggi. Untuk memberikan gambaran tentang faktor pengerasan (amplification factors) ini maka peta lokal wilayah (microzonation map) dikembangkan dengan menambahkan peta untuk faktor pengerasan, yaitu untuk kemungkinan terjadinya gempa 10% dan 5% dalam kurun waktu

13 tahun dengan memberikan nilai peak base rock acceleration 180 gal dan 360 gal seperti pada gambar 9, 10, 11, 12 Gambar 9. Peta Lokal Wilayah Gempa untuk Kota Padang (Peak Base Rock Acceleration 0,180g) 103

14 Gambar 10. Peta Kontur Faktor Pengerasan untuk Kota Padang (Peak Base Rock Acceleration 0,180g) 104

15 Gambar 11. Peta Lokal Wilayah Gempa untuk Kota Padang (Peak Base Rock Acceleration 0,360g) 105

16 Gambar 12. Peta Kontur Faktor Pengerasan untuk Kota Padang (Peak Base Rock Acceleration 0,360g) KESIMPULAN 1. Pengembangan Peta Lokal Wilayah Gempa dan Peta Kontur Faktor Pengerasan dibuat berdasarkan kemungkinan terjadi gempa dalam kurun waktu 50 tahun di kota Padang. 2. Untuk kemungkinan terjadi gempa 10% dalam 50 tahun menunjukkan peak base-rock acceleration adalah 180 gal sedangkan untuk 2% dalam 50 tahun adalah 360 gal. 3. Perambatan gelombang gempa menuju kearah permukaan tanah berbeda-beda pada setiap lokasi di muka bumi. 4. Faktor pengerasan (amplification factors) tersebut tergantung dari kondisi dan keadaan dari lapisan tanah pada daerah tersebut, dimana tergantung dari kedalaman lapisan tanah keras, klasifikasi tanah dan berat volumenya.. 5. Karakteristik dan jenis gempa yang terjadi juga dapat mempengaruhi pengerasan perambatan gempa kepermukaan bumi, yang ditunjukkan dengan semakin cepat dan rapatnya durasi atau time history dari gempa tersebut. DAFTAR KEPUSTAKAAN [1] Schnabel, Per B., Lysmer, J., Bolton Seed, H. (2000). User Manual for SHAKE2000 A Computer Program for Earthquake 106

17 Response Analysis of Horizontally Layered Sites, Berkeley University of California. [2] Imai, T. and Tonouchi, K. (1982). Correlation of N-value with s-wave velocity and shear modulus. Proceeding, 2 nd European Symposium on Penetration Testing, Amsterdam. [3] Kramer, S.L. (1996). Geotechnical Earthquake Engineering. Prentice Hall, Inc., Upper Saddle River. 107