Universitas Sumatera Utara

Transkripsi

1

2

3

4

5 ABSTRAK Dalam analisa resiko gempa, parameter resiko gempa merupakan faktor yang sangat penting yang digunakan untuk mendeskripsikan adanya aktifitas gempa dalam suatu wilayah atau region tertentu. Suatu model sumber gempa dapat digunakan untuk memprediksikan adanya gempa yang mempunyai potensi untuk terjadi di masa yang akan datang, dalam kaitannya dengan variasi pada jarak, besarnya gempa, frekuensi terjadinya, serta kedalamannya yang ditentukan oleh analisis probabilitas, sehingga diperoleh nilai percepatan gempa di batuan dasar. Percepatan gelombang gempa di batuan dasar dihitung berdasarkan fungsi atenuasi berdasarkan mekanisme gempa yang pernah terjadi. Pengaruh setiap kejadian gempa di batuan dasar pada lokasi yang ditinjau, ditentukan dalam bentuk percepatan menggunakan fungsi atenuasi dengan asumsi masingmasing kejadian gempa independen terhadap titik tersebut. Distribusi pengaruh kejadian gempa tersebut terhadap lokasi yang ditinjau, ditentukan dengan menggunakan teorema probabilitas total dari model Gumbel Tipe I dan fungsi atenuasi dari Crouse (1991) dan Joyner and Boore (1988). Percepatan gelombang gempa di batuan dasar merupakan input bagi program aplikasi Shake2000 guna menentukan percepatan rambat gelombang gempa di lapisan permukaan tanah. Percepatan gelombang gempa pada batuan dasar terdiri dari 325 lokasi yang tersebar di wilayah Sumatera Utara. Hasil perhitungan kemudian digunakan dalam menghasilkan kontur percepatan gelombang gempa batuan dasar di Kota Medan, Sekitar Kota Medan dan di Provinsi Sumatera Utara, yakni akibat dari pra dan pasca gempa Nias. Berdasarkan hasil penelitian dalam tesis ini bahwa kota Medan dan sekitarnya, serta di daerah Sumatera Utara sebagian besar akibat terjadinya gempa Nias, percepatan gelombang gempa pada batuan dasar dan di permukaan tanah bertambah besar. Bila hasil penelitian dalam tesis ini, baik sebelum maupun sesudah gempa Nias dibandingkan menurut SNI , untuk kota Medan dan sekitarnya nilai percepatan gelombang gempa di batuan dasar lebih besar yang diberikan oleh SNI Untuk daerah Sumatera Utara ada beberapa kota yakni Siborongborong, Aek Silubung dan Desa Buntu Buyu hasil penelitian lebih besar nilai Percepatan gelombang gempa di batuan dasar. Sedangkan untuk Kota Tebing Tinggi akibat adanya gempa Nias nilai percepatan gelombang gempa di batuan dasar lebih besar hasil penelitan dari pada SNI Kata Kunci : analisa resiko gempa, percepatan gelombang gempa, mikrozonasi. i

6 ABSTRACT The risk of earthquake parameter is the most important factor to describe the existence of earthquake activities in one area. A model of earthquake source can be used to predict the potential occurrence of earthquake in the future, in relation to distance variation, scale, frequency, and the depth of earthquake which determined by probability analysis, so that the value of earthquake velocity on basement rock can be obtained. The earthquake wave velocity on basement rock is calculated based on attenuation function considering the mechanism of the earthquake. The influence caused by every earthquake on basement rock at the observed location, was determined in velocity form, using attenuation function with assumption of each independent earthquake to the point. Distribution of the earthquake influence to the observed location was determined by using total probability theory of Type I Gumbel model and attenuation function from Crouse (1991) and Joyner and Boore (1988). The earthquake wave velocity on basement rock was the input for Shake 2000 application program to determine the propagation velocity of earthquake on soil layer surface. The earthquake wave velocity of earthquake on basement rock consisted of 325 locations spread out of North Sumatera. The calculation result was then used to produce contour of earthquake wave velocity on basement rock in Medan City, surrounding Medan City area and North Sumatera Province as the result of pre and pasca earthquake of Nias. Based on the research result in this thesis, the earthquake wave velocity on basement rock and soil surface became greater, particularly as the effect of Nias earthquake in Medan City and the surrounding area as well as North Sumatera. If the result of this thesis, either before or after the Nias earthquake, compared to SNI , the value of earthquake wave velocity on basement rock was greater than the SNI itself for Medan city and surrounding area. For North Sumatera area, i.e. Siborong-borong, Aek Silubung and Desa Buntu Buyu, the earthquake wave velocity on basement rock was greater. For Tebing Tinggi City, referred to research result, the value of earthquake wave velocity on basement rock was greater than SNI Key words : earthquake risk analysis, earthquake wave velocity, microzonation. ii

7 KATA PENGANTAR Penyusunan tesis merupakan persyaratan wajib dalam menyelesaikan studi S2, untuk memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan studi pada Program Studi Magister Teknik Sipil Sekolah Pascasarjana (USU), Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang Maha Pengasih lagi Penyayang atas rahmat dan KaruniaNya, penulis dapat menyelesaikan penulisan tesis dengan judul Rekonturing Zona Percepatan Gempa Di Permukaan Tanah Provinsi Sumatera Utara Dengan Program Aplikasi Shake2000. Penyusunan tesis ini tidak terlepas dari bimbingan dan bantuan berbagai pihak, untuk itu pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan hormat dan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Rektor, Bapak Prof, dr Chairuddin P. Lubis, DTM&H, SpA(K) atas kesempatan dan fasilitas yang diberikan kepada penulis untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program Magister pada Sekolah Pascasarjana. 2. Direktur Sekolah Pascasarjana yang di jabat oleh Prof. Dr. Ir. T. Chairun Nisa B, M.Sc. atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk menjadi mahasiswa Program Magister pada Sekolah Pascasarjana. 3. Bapak Dr. Ir. Indra Sati Harahap, MSCE, sebagai Ketua Komisi Pembimbing. 4. Bapak Dr. Ir. Roesyanto, MSCE, selaku Ketua Program Studi Magister Teknik Sipil Sekolah Pascasarjana, sekaligus sebagai iii

8 Anggota Komisi Pembimbing dan Penguji, yang telah memberikan masukan yang berharga dalam penulisan tesis ini. 5. Bapak Ir. Rudi Iskandar, MT, selaku Sekretaris Program Studi Magister Teknik Sipil Sekolah Pascasarjana, sekaligus sebagai Anggota Komisi Pembimbing dan Penguji, yang telah memberikan ilmu dan pemahaman yang sangat diperlukan dalam penulisan tesis ini. 6. Bapak Dr. Ir. Sofyan A. Silalahi, M.Sc, sebagai Penguji yang telah memberikan masukan yang berarti dalam penulisan tesis ini. 7. Bapak Dr. Ir. Fachri Panusunan Nasution, MT, sebagai Penguji. 8. Bapak-bapak Dosen (Staff Pengajar) pada Program Studi Magister Teknik Sipil Sekolah Pascasarjana yang telah membekali penulis dengan ilmu pengetahuan selama menjalani masa perkuliahan. 9. Kedua orang tuaku tercinta, Bapak Nurman Effendi, Ibu Yusnani dan adik-adikku yang telah memberikan dorongan dan pengertiannya selama ini. 10. Secara khusus, penulis mengucapkan terimakasih kepada istri tercinta Budi Aprillisa dan anak tersayang Reflis Marshella, selalu senantiasa menemani penulis dalam penyusunan tesis ini. 11. Seluruh mahasiswa Sekolah Pascasarjana Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara angkatan 2004, khususnya Bapak Ir. Ependi Napitu, MT yang telah memberikan dorongan, semangat dan motivasi sehingga terselesainya tesis ini. 12. Seluruh teman-teman yang tidak dapat disebutkan namanya satu persatu atas bantuannya yang sangat berharga. iv

9 Penulis sangat menyadari bahwa tesis ini masih jauh dari sempurna karena keterbatasan pengetahuan dan pengalaman, serta referensi yang penulis miliki. Untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi perbaikan pada masa-masa mendatang. Akhir kata penulis berharap tesis ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Medan, Agustus 2008 R a z a l i v

10 RIWAYAT HIDUP Razali lahir di Medan pada tanggal 1 Desember 1971 dari pasangan Nurman Effendi dan Yusnani, anak pertama dari tujuh bersaudara. Pendidikan akademis untuk pertama kali di peroleh pada Sekolah Dasar pada tahun 1979 di SD Negeri /40 Medan. Setamat Sekolah Dasar pada tahun 1985, penulis melanjutkan pendidikan Sekolah Menengah Pertama di SMP Negeri 2 Medan dari tahun 1985 s.d 1988, kemudian pada tahun 1988 s.d 1991 melanjutkan pendidikan Sekolah Menengah Atas di SMA UISU Medan. Penulis melanjutkan pendidikan komputer selama satu tahun, setelah tamat dari Sekolah Menengah Atas di Yayasan Ani Idrus Eria. Untuk memperoleh pendidikan di perguruan tinggi (S1), penulis berkesempatan menimba ilmu di Universitas Muhammadiyah Sumatera Utara pada tahun 1992 dengan bidang ilmu yang didalami adalah Teknik Sipil. Pendidikan S1 ini ditekuni oleh penulis sampai dengan tahun 1998 dengan memperoleh gelar Sarjana Teknik (ST). Tahun 2004 penulis memperoleh kesempatan untuk dapat melanjutkan pendidikan S2 di Sekolah Pascasarjana pada program studi Magister Teknik Sipil dengan bidang keahlian Geoteknik. Pendidikan S2 ini penulis selesaikan pada bulan Agustus Sejak tahun 1998 sampai dengan saat ini penulis telah mengajar di Universitas Muhammadiyah Sumatera Utara pada jurusan Teknik Sipil. Disamping mengajar penulis juga bekerja di beberapa perusahaan jasa konsultansi bersifat lepas (freelance) yang merupakan perusahaan swasta bergerak di bidang keteknik sipilan. vi

11 DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK... i ABSTRACT... ii KATA PENGANTAR...iii RIWAYAT HIDUP... vi DAFTAR ISI... vii DAFTAR TABEL... xi DAFTAR GAMBAR... xii DAFTAR NOTASI... xv DAFTAR LAMPIRAN... xvii BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Permasalahan Tujuan Penelitian Pembatasan Masalah Sistematika Pembahasan BAB II STUDI PUSTAKA Teori Pergerakan Benua dan Lempeng Tektonik Patahan Bentuk geometri dari patahan Pergerakan menghunjam (dip slip movement) Pergerakan tabrakan (strike-slip movement) vii

12 2.3. Gelombang Gempa Ukuran Gempa Intensitas gempa Magnitude gempa Richter local magnitude Magnitude gelombang permukaan Magnitude gelombang badan Moment magnitude Energi gempa Resiko Gempa Analisa Resiko Gempa Deterministic Seismic Hazard Analysis (DSHA) Probabilistic Seismic Hazard Analysis (PSHA) Model Matematika Probabilitas Resiko Gempa Model USGS (McGuire, 1976) Model gumbel (point sources) Fungsi Atenuasi dan Faktor yang Mempengaruhinya Atenuasi Fukushima dan Tanaka (1990) Atenuasi Crouse (1991) Atenuasi Joyner dan Boore (1981, 1988) Atenuasi Youngs et al. (1997) Spektrum Respon Pengaruh Tanah Terhadap Percepatan Gempa Rambat gelombang satu dimensi Perpindahan harmonik Pergerakan transien Properti dinamik tanah viii

13 Modulus geser Damping rasio untuk pasir Damping rasio untuk lempung Kondisi Umum Geologi Wilayah Sumatera Utara BAB III PEMILIHAN LOKASI STUDI Pendahuluan Kondisi Seismisitasi Sumatera Utara Kondisi Geologi Sumatera Utara Topografi Kota Medan Kondisi geologi Kota Brastagi Kondisi geologi daerah Tebing Tinggi Kondisi geologi daerah Tapanuli Selatan Gempa Nias dan Gempa Aceh Gempa Nias Gempa Aceh BAB IV METODOLOGI PENELITIAN Umum Identifikasi Episenter dan Sumber-sumber Gempa Fungsi Atenuasi Gerakan Tanah Percepatan Gempa di Batuan Dasar Model Matematika Probabilistik Resiko Gempa pada Distribusi Gumbel Pengaruh Magnitude dan Jarak Terhadap Intensitas Gerakan Tanah Data Digitasi Yang Dipilih Efek Skala Percepatan Gempa Di Permukaan Tanah ix

14 BAB V ANALISA HASIL DAN PEMBAHASAN Tinjauan Umum Percepatan Maksimum di Batuan Dasar Percepatan gempa di batuan dasar pada Kota Medan Percepatan gempa di batuan dasar pada Provinsi Sumatera Utara Percepatan Maksimum di Permukaan Tanah Percepatan gempa di permukaan tanah pada Kota Medan Percepatan gempa di permukaan tanah pada Provinsi Sumatera Utara Pembahasan dan Diskusi BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran Saran DAFTAR PUSTAKA x

15 DAFTAR TABEL Nomor Judul Halaman 1.1 Jenis - jenis Tanah Berdasarkan SNI Percepatan Puncak Batuan Dasar dan Percepatan Puncak Muka Tanah Untuk Masing-masing Wilayah Gempa Indonesia, (SNI ) Perbandingan Beberapa Skala Intensitas Terhadap Modified Mercalli Intensity (MMI), (Chen & Scawthorn, 2003) Hubungan Antara Resiko Gempa Untuk Periode Ulang Tertentu Terhadap Masa Layan Bangunan, (Sibero, 2004) Perbandingan Penentuan Perioda Ulang Gempa, (Sibero, 2004) Skala Horizontal, Vertikal dan Magnitude Gempa, (Perhitungan, 2008) Perbandingan Percepatan Gempa di Batuan Dasar dengan SNI dan Kenaikan Percepatan Gempa Akibat Gempa Nias pada Kota Medan dan Sekitarnya, (Perhitungan, 2008) Perbandingan Percepatan Gempa di Batuan Dasar dengan SNI dan Kenaikan Percepatan Gempa Akibat Gempa Nias pada Provinsi Sumatera Utara, (Perhitungan, 2008) Perbandingan Percepatan Gempa di Permukaan Tanah Kota Medan dan Sekitarnya dengan SNI , (Perhitungan, 2008) Perbandingan Percepatan Gempa di Permukaan Tanah Provinsi Sumatera Utara dengan SNI xi

16 DAFTAR GAMBAR Nomor Judul Halaman 1.1 Hypocenter dan Epicenter Pertemuan 4 Lempeng Tektonik di Wilayah Indonesia, (Sibero, 2004) Lokasi Episenter Gempa di Sekitar Sumatera Utara Tahun , ( /neis/epic/) Wilayah Gempa di Provinsi Sumatera Utara, (SNI ) Lempeng Tektonik Utama, Bubungan Tengah Lautan dan Transformasi Patahan dari Bumi, (Kramer, 1996) Interrelasi di Antara Bubungan Melebar, Zona Subduksi dan Batas Patahan Lempeng, (Kramer, 1996) Notasi Geometri Untuk Pendeskripsian dari Orientasi Bidang Patahan, (Kramer, 1996) Pematahan Normal, (Kramer, 1996) Pematahan Terbalik, (Kramer, 1996) Pematahan Strike-Slip Lateral Arah ke Kiri, (Kramer, 1996) Deformasi yang Diakibatkan Oleh Gelombang Badan; (a) P-Waves dan (b) SV-Waves, (Kramer, 1996) Deformasi Yang Diakibatkan Oleh Gelombang Permukaan (a) Gelombang Rayleigh dan (b) Gelombang Love, (Kramer, 1996) Empat Tahapan Analisa Resiko Gempa dengan Metode Deterministic Seismic Hazard Analysis (DSHA), (Kramer, 1996) Empat Tahapan Analisa Resiko Gempa dengan Metode Probabilistic Seismic Hazard Analysis (PSHA), (Kramer, 1996) xii

17 2.11 Penyebaran Magnitude Gempa pada Suatu Daerah Konsep Spektrum Respon Model Struktur dan Freebody Fungsi Percepatan yang Mempengaruhi Struktur pada Gerak Bolak-balik dari Suatu Sistem Berderajad Kebebasan Tunggal Rambat Gelombang Sistem Satu Dimensi, (Schanabel Et, al, 1972) (a) Penentuan Gsec dan Gmax dari Hubungan Tegangan-Regangan (b) Grafik Reduksi Modulus Patahan di Wilayah Daratan dan Laut Sumatera Utara Selain Patahan Antara Lempeng Australia dan Lempeng Eurasia, (Natawidjaja, 2002) Peta Lokasi Pengeboran Bagan Alir Perhitungan Percepatan Gempa di Suatu Lokasi Parameter dan Tahapan Dalam Menganalisa Resiko Gempa pada Suatu Lokasi Nilai Predominant Period Untuk Berbagai Percepatan Maksimum (Kramer, 1996) Kontur Percepatan Gempa di Batuan Dasar Pra Gempa Nias pada Kota Medan, (Perhitungan, 2008) Kontur Percepatan Gempa di Batuan Dasar Pasca Gempa Nias pada Kota Medan, (Perhitungan, 2008) Kontur Percepatan Gempa di Batuan Dasar Pasca Gempa Nias dengan SNI pada Kota Medan dan Sekitarnya Kontur Percepatan Gempa di Batuan Dasar Pra Gempa Nias pada Provinsi Sumatera Utara, (Perhitungan, 2008) Kontur Percepatan Gempa di Batuan Dasar Pra Gempa Nias pada Provinsi Sumatera Utara dengan SNI (Perhitungan, 2008) Kontur Percepatan Gempa di Batuan Dasar Pasca Gempa Nias pada Provinsi Sumatera Utara, (Perhitungan, 2008) xiii

18 5.7 Kontur Percepatan Gempa di Batuan Dasar Pasca Gempa Nias pada Provinsi Sumatera Utara dengan SNI , (Perhitungan, 2008) Kontur Percepatan Gempa di Batuan Dasar Pra Gempa Nias pada Provinsi Sumatera Utara yang Kurang Aman dengan SNI (Perhitungan, 2008) Kontur Percepatan Gempa di Batuan Dasar Pasca Gempa Nias pada Provinsi Sumatera Utara yang Kurang Aman dengan SNI , (Perhitungan, 2008) Kontur Percepatan Gempa di Permukaan Tanah Pra Gempa Nias pada Kota Medan, (Perhitungan, 2008) Kontur Percepatan Gempa di Permukaan Tanah Pasca Gempa Nias pada Kota Medan (Perhitungan, 2008) Kontur Percepatan Gempa di Permukaan Tanah Pasca Gempa Nias pada Kota Medan dengan SNI , (Perhitungan, 2008) Kontur Percepatan Gempa di Permukaan Tanah Pra Gempa Nias pada Provinsi Sumatera Utara, (Perhitungan, 2008) Peta Kontur Percepatan Gempa di Permukaan Tanah Pasca Gempa Nias pada Provinsi Sumatera Utara, (Perhitungan, 2008) xiv

19 DAFTAR NOTASI α : Jumlah terjadinya gempa rata-rata per tahun αm : Complex impedance ratio, rasio impendansi kompleks % β Δ : Parameter hubungan antara distribusi gempa dengan magnetude : Jarak episentral terhadap seismometer o D : Damping ratio, rasio redaman tanah % Dmax : Maximum damping ratio, rasio redaman tanah maksimum % E : Energi yang dilepaskan selama berlangsungnya gempa ergs e φ f M f R : Angka pori lapisan tanah : Sudut geser dalam lapisan tanah : Density function dari suatu kekuatan gempa : Density function dari jarak hiposenter gempa γ : Berat isi tanah gr/cm 3 γdry : Berat isi tanah kering gr/cm 3 γsat : Berat isi tanah jenuh gr/cm 3 G : Modulus geser tanah kn/m 2 Gmax : Modulus geser tanah maksimum kn/m 2 K 0 : Koefisien tekanan tanah pasif LL : Liquid limit, batas cair dari suatu lapisan tanah % xv

20 M Ms : Magnitude atau kekuatan gempa : Magnitude gelombang permukaan gempa Mw : Moment magnetude gempa dyne-cm mb N : Magnitude gelombang badan gempa : Nilai hasil test penetrasi standar rata-rata pada tanah OCR : Over consolidated ratio, rasio tanah terkonsolidasi lebih PBA : Peak baserock acceleration, percepatan puncak gempa di batuan dasar g PGA : Peak ground acceleration, percepatan puncak gempa di permukaan tanah g PI : Plasticity Index, indeks plastis dari suatu lapisan tanah (LL PL) % PL : Plastic limit, batas plastis dari suatu lapisan tanah % ρ : Rapat massa tanah kg/m 3 R A : Resiko tahunan dari suatu intensitas gempa % R N : Resiko gempa dengan suatu masa layan dan intensitas tertentu % σ 0 : Tegangan effektif tanah kn/m 2 σ v : Tegangan effektif vertikal tanah kn/m 2 S u : Kuat geser niralir rata-rata pada tanah kpa T : Perioda ulang rata-rata gempa detik V s : Kecepatan rambat gelombang geser rata-rata pada tanah m/detik xvi

21 DAFTAR LAMPIRAN Nomor Judul Halaman 1 Data Kejadian Gempa Dengan Hiposenter di Laut Sekitar Pulau Sumatera ( /neis/epic/) Data Kejadian Gempa Dengan Hiposenter di Darat Sekitar Pulau Sumatera ( /neis/epic/) Data tanah Jln. SM. Raja (Kantor PT. Astra Graphia) Data tanah Jln. Gandhi Data tanah Jln. Maulana Lbs Data tanah Jln. Setia Budi (Kampus UMI) Data tanah Jln. Yos Sudarso (PT. Berlian Eka Sakti) Data tanah KIM (Mabar) Data tanah Jln. Jamin Ginting / Perumahan Ciputra (Pancur Batu) Data tanah Tanjung Morawa Data tanah Percut Sei Tuan Data tanah Namoranbe Data tanah Kuala Namu Data tanah Pangkalan Susu Data tanah Siborong-Borong (Kab. Tapanuli Utara) Data tanah Batang Lenggunai (Kab. Tapanuli Selatan) Data tanah Besitang Data tanah Aek Silubung (Kab. Tapanuli Utara) xvii

22 19 Data tanah Brastagi (Kab. Tanah Karo) Data tanah Sibolga (Kab. Tapanuli Tengah) Data tanah Aek Tabuyung Data tanah Aek Kun-Kun Data tanah Tebing Tinggi Data tanah Sei Berumun Data tanah Tanjung Tiram Data tanah Gunung Sitoli (Kab. Nias) Data tanah Rantau Prapat Data tanah Jln. Imam Bonjol (Kab. Sibolga) Data tanah Desa Buntu Buyu (Kab. Simalungun) Data tanah Perdagangan Data tanah Negeri Lama (Kab. Labuhan Batu) Data tanah Torgamba (Kab. Labuhan Batu) Data tanah Huta Harapan Tiurindu Data tanah Patogu Janji (Kab. Tapanuli Selatan) Data tanah Manduamas Percepatan Gempa di Batuan Dasar Metode Crouse 1991 dan Joyner Boore 1988, (Perhitungan, 2008) xviii