PENGARUH PEMILIHAN TARGET SPEKTRA PADA ANALISIS RESIKO GEMPA BENDUNGAN LEUWIKERIS, PROVINSI JAWA BARAT

Transkripsi

1 Konferensi Nasional Teknik Sipil 11 Universitas Tarumanagara, Oktober 2017 PENGARUH PEMILIHAN TARGET SPEKTRA PADA ANALISIS RESIKO GEMPA BENDUNGAN LEUWIKERIS, PROVINSI JAWA BARAT Fioliza Ariyandi 1 dan Muhammad Riza.H 2 1 Sekolah Pascasarjana Universitas Katolik Parahyangan, Bandung-Indonesia f.ariyandi.81@gmail.com 2 Geotechnical Engineer, PT. Bima Sakti Geotama, Bandung-Indonesia m_riza_h@yahoo.com ABSTRAK Pada kasus kegempaan pemilihan target spektra memberikan hasil yang cukup signifikan terhadap prediksi nilai respon spektra. Pemilihan target spektra terdiri dari metode UHS dan CMS. UHS didefinisikan sebagai tempat kedudukan dari titik-titik dimana nilai spectral acceleration pada setiap periode memiliki probabilitas terlampaui sama dengan probabilitas target, sedangkan CMS dihitung berdasarkan deaggregasi PSHA dengan cara menghitung bobot rata-rata CMS yang telah dinormalisasi pada semua sumber gempa. Analisis resiko gempa (seismic hazard analysis) Bendungan Leuwikeris Kab. Ciamis Provinsi Jawa Barat menggunakan metode probabilistik dengan periode ulang 145 dan tahun digunakan sebagai studi kasus untuk menentukan pengaruh pemilihan target spektra berdasarkan UHS dan CMS terhadap prediksi nilai respon spektra. Hasil dari studi ini akan menampilkan pengaruh pemilihan target spektra yang hanya dibatasi pada grafik ground motion, yang akan digunakan dalam analisis resiko gempa. Kata kunci: bendungan, seismic hazard, target spectra, UHS, CMS 1. PENDAHULUAN Untuk memenuhi kebutuhan air irigasi, pengendalian banjir, penyediaan air baku dan penyedian energi listrik, BBWS Citanduy memandang perlu untuk membangun Bendungan Leuwikeris yang berlokasi di Sungai Citanduy, Desa Ancol, Kecamatan Cineam, Kabupaten Tasikmalaya, Provinsi Jawa Barat. Oleh karena itu untuk mengurangi dampak kerusakan akibat gempa diperlukan suatu kajian berupa analisis resiko gempa (Seismic Hazard Analisis) dilokasi Bendungan Leuwikeris. Didalam kajian analisis resiko gempa tersebut, pengaruh pemilihan target spektra diprediksi akan memberikan hasil yang cukup signifikan terhadap nilai respon spektra (Baker and Cornel, 2006 ; Baker, 2011). Oleh karena itu pada paper ini pengaruh pemilihan target spektra berdasarkan uniform hazard spektrum (UHS) dan Conditional Mean Spectrum (CMS) terhadap nilai respon spektra untuk pembuatan ground motion sintetik dengan periode ulang 145 dan tahun dilakukan pada studi ini. Hasil dari studi ini akan menampilkan pengaruh pemilihan target spektra yang hanya dibatasi pada grafik ground motion. 2. PENGUMPULAN DAN ANALISIS DATA Data gempa yang dikumpulkan pada studi ini adalah data kejadian gempa dalam cakupan area 10 LU hingga 12 LS dan 90 BT hingga 145 BT, dengan minimum magnitude Mw = 5 dan kedalaman maksimum 300 km dalam rentang waktu tahun Data kejadian gempa dikumpulkan dari katalog gempa Badan Meteorologi, Klimatologi dan Geofisika (BMKG) Indonesia, National Earthquake Information Center U.S Geological Survey (NEIC-USGS, PDE), National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) dan Advanced National Seismic System (ANSS). Umumnya data yang berasal dari katalog gempa memiliki magnitude yang tidak seragam, mengandung data gempa utama (main shock) dan data gempa susulan (after shock) serta data kejadian gempagempa kecil yang umumnya tidak lengkap dibandingkan dengan data kejadian gempa-gempa besar. Oleh karena itu sebelum digunakan dalam analisis resiko gempa, data gempa tersebut harus dikoreksi dan diolah terlebih dahulu. Pengolahan data kejadian gempa meliputi; (1) Konversi skala magnitude, (2) Pemisahan gempa utama dan susulan (analisa depedency) dan, (3) Analisa kelengkapan data (completeness). Berdasarkan hasil analisa depedancy yang memisahkan antara gempa utama dengan gempa susulan, dari kejadian gempa yang berhasil dikumpulkan didapat kejadian gempa yang merupakan gempa utama (main shock). GEO - 83

2 Gambar 1. Distribusi kejadian gempa utama dalam radius 500 km dari wilayah studi Sementara hasil analisis completeness (analisis kelengkapan) menunjukkan hasil yang ditampilkan pada Gambar 2. Gambar 2. Hasil analisa completeness terhadap data kejadian gempa Umumnya katalog gempa yang diambil dari berbagai sumber, lengkap hanya pada kejadian-kejadian gempa dengan magnitude besar saja. Sedangkan untuk magnitude kecil umumnya tidak lengkap. Ketidaklengkapan data gempa akan mengakibatkan parameter resiko gempa yang dihasilkan menjadi overestimate atau underestimate. Berdasarkan prosedur yang dikemukakan oleh Stepp (1973), Kelengkapan data pada suatu perioda waktu tertentu dapat dilihat dari gradien kecenderungan data yang berubah. Rentang waktu dimana standar deviasi menunjukkan perubahan dan menjadi lebih curam menunjukkan data gempa yang tidak lengkap. Berdasarkan data yang telah dikumpulkan dapat diketahui bahwa untuk rentang magnitude 5.0 < M w 6.0 terlihat bahwa data gempa lengkap selama 47 tahun, rentang magnitude 6.1 < M w 7.0 terlihat bahwa data gempa lengkap selama 56 tahun, rentang magnitude 7.1 < M w 8.0 terlihat bahwa data gempa lengkap selama 106 tahun, dan rentang magnitude M w > 8.0 terlihat bahwa data gempa lengkap selama 111 tahun. GEO - 84

3 3. PEMODELAN SUMBER GEMPA Pemodelan seismotektonik atau pemodelan zona sumber gempa diperlukan sebagai penghubung antara data kejadian gempa dengan model perhitungan yang digunakan dalam menentukan tingkat resiko gempa. Zona sumber gempa didefinisikan sebagai area yang mempunyai derajat gempa yang sama, dimana setiap titik dalam zona tersebut mempunyai kemungkinan yang sama akan terjadinya gempa dimasa yang akan datang. Data utama yang diperlukan dalam membuat model sumber gempa adalah seismogenic zones, local mechanisms dan katalog gempa. Kondisi seismogenic ini termasuk geometri atau geomorfologi lempeng tektonik seperti fault dan zona subduksi. Berdasarkan tatanan tektonik disekitar wilayah studi, umumnya zona sumber gempa yang mempengaruhi daerah studi berada pada radius 500 km dari lokasi studi dan dapat dibagi menjadi 3 (tiga) zona sumber gempa : sumber gempa fault, sumber gempa subduksi, dan sumber gempa background. Kejadian gempa yang lebih jauh dari radius 500 km umumnya tidak menyebabkan kerusakan terhadap lokasi studi. Tatanan seismotektonik di lokasi studi khususnya diambil berdasarkan hasil publikasi terkini yang telah dievaluasi secara rinci oleh beberapa peneliti dan telah dipakai sebagai acuan untuk pembuatan model sumber gempa dan input parameter seismic hazard untuk wilayah Indonesia. Tatanan seismotektonik di lokasi studi khususnya dapat dilihat pada Gambar FUNGSI ATTENUASI Gambar 3. Tatanan seismotektonik di sekitar wilayah studi Fungsi atenuasi merupakan persamaan matematika sederhana yang menghubungkan antara parameter kegempaan di lokasi sumber gempa (Magnituda M dan jarak R) dengan parameter pergerakan tanah (spektra percepatan) di lokasi yang ditinjau (Campbell, 2001). Fungsi atenuasi cenderung spesifik untuk setiap wilayah dan untuk suatu tipe sumber gempa Salah satu data yang digunakan untuk menurunkan fungsi tersebut adalah data time histories yang didapatkan dari hasil pencatatan alat accelerograph saat berlangsungnya kejadian gempa. Karena minimnya data pencatatan time histories untuk keperluan pembuatan fungsi atenuasi di Indonesia, maka pemakaian fungsi atenuasi yang diturunkan dari negara lain tidak dapat dihindari. Pemilihan fungsi atenuasi didasarkan pada kesamaan kondisi geologi dan tektonik dari wilayah dimana rumus atenuasi itu dibuat. Dalam studi ini, fungsi attenuasi yang digunakan adalah sebagai berikut. GEO - 85

4 1. Sumber gempa shallow crustal, mencakup sumber gempa fault dan shallow background : a. Boore Atkinson NGA (Boore dan atkinson, 2008) b. Campbell-Bozorgnia NGA (Campbell dan Bozorgnia, 2008) c. Chiou-Young NGA (Chiou dan Young, 2008) 2. Sumber gempa subduksi interface (Megathrust), untuk model sumber gempa subduksi : a. Geomatrix subduction (Young et al., SRL, 1997) b. Atkinson-Boore BC (atkinson dan Boore, 2003) c. Zhao et al (Zhao et al., 2006) 3. Sumber gempa Benioff (deep intraslab), untuk model sumber gempa intraslab : a. Atkinson-Boor (Atkinson-Boore, Cascadia, 2003) b. Geomatrix slab seismicity rock (Young et al., 1997) c. Atkinson-Boore (Atkinson-Boore, Worldwide, 2003) 5. UNIFORM HAZARD SPECTRUM (UHS) Umumnya analisis probabilistik resiko gempa bertujuan untuk mengetahui respon spektra disain yang akan digunakan pada analisis struktur maupun geoteknik. Respon spektra disain didapat melalui pendekatan yang dilakukan dengan cara menghitung uniform hazard spektrum (UHS). Spektra tersebut didapat dengan melakukan perhitungan probabilistic seismic hazard analysis (PSHA) dan menghasilkan percepatan pada periode tertentu. Lalu nilai percepatan pada target annual rate of exceedance yang diinginkan, diambil untuk periode yang telah ditentukan. Gambar 4. Pembuatan kurva UHS (An Introduction to Probabilistic Seismic Hazard Analysis, Jack W. Baker 2008) Meskipun berasal dari percepatan spektra yang memiliki periode (t) berbeda dan masing-masing mungkin berasal dari kejadian gempa yang berbeda, namun karena nilai percepatan spektra pada setiap periode memiliki tingkat probabilitas terlampaui yang sama, sehingga spektra ini disebut uniform hazard spektrum (UHS). Seiring dengan berkembangnya penelitian-penelitian dibidang seismik, banyak ditemukan beberapa kelemahan dalam penggunaan UHS sebagai target spektra. Spektra UHS dianggap tidak mewakili spektra tunggal hasil pencatatan gempa yang terjadi dilokasi. Pada spektra UHS, bagian frekuensi tinggi seringkali didominasi oleh gempa-gempa dengan magnitude kecil dan jarak yang dekat, sementara bagian frekuensi rendah seringkali didominasi oleh gempa-gempa dengan magnitude besar dan jarak yang jauh. Akibatnya, tidak ada gempa tunggal yang akan menghasilkan respon GEO - 86

5 spektra setinggi respon spektra UHS pada disepanjang frekuensi yang dipertimbangkan, karena tinggi rendahnya frekuensi berasal dari kejadian gempa yang berbeda. Pada kriteria disain dengan tingkat probabilitas tahunan yang rendah (periode ulang yang panjang), spektra UHS hampir selalu lebih tinggi dibandingkan rata-rata spektra untuk kejadian gempa pada suatu lokasi. Bahkan bila ditemukan nilai percepatan spektra dari hasil pencatatan setinggi percepatan spektra UHS, nilai percepatan tersebut tidak mungkin akan selalu berdekatan atau sama tingginya dengan nilai percepatan spektra UHS pada seluruh periode (t). 6. CONDITIONAL MEAN SPECTRUM (CMS) Conditional Mean Spectrum (CMS) dihitung berdasarkan deaggregasi PSHA dengan cara menghitung bobot ratarata CMS yang telah dinormalisasi pada semua sumber gempa. Bobot pada setiap sumber gempa diperoleh berdasarkan kontribusinya terhadap deaggregasi. Bobot rata-rata CMS yang telah dinormalisasi, sehingga nilainya sama persis dengan amplitudo yang digunakan untuk deaggregasi pada periode spektra yang diinginkan. Umumnya rata-rata epsilon, jarak dan magnitude untuk sumber tertentu dapat sangat berbeda dengan rata-rata epsilon, jarak dan magnitude hasil deaggregasi. Perata-rataan amplitudo CMS dilakukan berdasarkan rata-rata aritmatika dan bukan berdasarkan rata-rata geometrik. 7. PEMILIHAN GROUND MOTION DI BATUAN DASAR Berdasarkan ketentuan ASCE/SEI 7-10 (ASCE, 2005, 2010), pemilihan jumlah input ground motion yang akan digunakan pada analisis dinamik time history minimal diperlukan 3 (tiga) rekaman data ground motion. Jika sekurang-kurangnya ada 7 rekaman ground motion yang dianalisis, disain value dari engineering demand parameters (EDPs) diambil sebagai nilai rata-rata dari EDPs. Sedangkan jika kurang dari 7 rekaman ground motion yang dianalisis, maka disain value dari EDPs diambil sebagai nilai maksimum dari EDPs. Hasil analisa deagreasi dilakukan dilokasi rencana Bendungan Leuwikeris untuk memperlihatkan nilai kisaran jarak (R) dan magnitude (M) rata-rata yang memberikan kontribusi terbesar dari sumber gempa tertentu pada lokasi studi. Nilai kisaran jarak dan magnitude ini yang kemudian akan menjadi landasan dalam mencari input accelerometer yang memiliki karaktertistik yang mendekati kondisi yang diinginkan dan kemudian digunakan sebagai salah satu input dalam analisa spectral matching. Tabel 1. Rangkuman hasil deagregasi GEO - 87

6 Gambar 5. Kurva deagregasi Adapun karakteristik input motion yang akan digunakan pada analisa spectra matching untuk mendapatkan ground motion sintetik dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2. Karakteristik ground motion yang digunakan dalam analisa spectral matching Perbandingan antara target spectra UHS, CMS dan spectra ground motion individual untuk periode ulang dapat dilihat sebagai berikut : GEO - 88

7 Gambar 6. Perbandingan target respon spectra UHS, CMS dan individual spectra Berdasarkan kurva diatas dapat dilihat bahwa bentuk spectra UHS (garis merah) untuk annual exceedance probability (AEP) 1: akan sangat berbeda jika dibandingkan dengan bentuk mean spectra dari ground motion hasil pencatatan yang sebenarnya (garis hijau). Hampir seluruh hasil pencatatan ground motion dilapangan akibat gempa berada dibawah spectra UHS. Hal ini mengindikasikan bahwa penggunaan spectra UHS sebagai target spectra untuk menentukan ground motion disain akan memberikan beban disain gempa yang over-conservative untuk seluruh periode disain. Hal ini juga akan mengakibatkan prediksi berlebih terhadap prilaku respons dinamik bendungan. Bentuk mean spectra hasil pencatatan ground motion dilapangan dipandang lebih mendekati bentuk target spectra CMS. Sehingga penggunaan spectra CMS sebagai target spectra akan memberikan pendekatan yang lebih realistis dibandingkan spectra UHS. GEO - 89

8 Gambar 7. Perbandingan usulan ground motion sintetik utk AEP 1: 145 antara UHS dan CMS Gambar 8. Perbandingan usulan ground motion sintetik utk AEP 1: antara UHS dan CMS GEO - 90

9 8. KESIMPULAN Berdasarkan kajian diatas tentang pengaruh pemilihan target spektra pada analisis resiko gempa Bendungan Leuwikeris, Provinsi Jawa Barat dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut : 1. Pada studi ini telah diberikan 3 (tiga) sintetik ground motion dari berbagai periode ulang dan sumber gempa. Hal ini telah mengacu kepada ketentuan ASCE/SEI 7-10 (ASCE, 2010) dimana dalam pemilihan input ground motion digunakan minimal 3(tiga) rekaman data ground motion yang diperoleh dari rekaman kejadian gempa yang memiliki magnitude, jarak dan mekanisme sumber gempa yang sesuai. Sehingga disain value dari engineering demand parameters (EDPs) diambil sebagai nilai maksimum dari EDPs. 2. Hampir seluruh hasil pencatatan ground motion dilapangan akibat gempa berada dibawah spectra UHS. Hal ini mengindikasikan bahwa penggunaan spectra UHS sebagai target spectra untuk menentukan ground motion disain akan memberikan beban disain gempa yang over-conservative untuk seluruh periode disain. Hal ini juga akan mengakibatkan prediksi berlebih terhadap prilaku respons dinamik bendungan 3. Bentuk mean spectra hasil pencatatan ground motion dilapangan dipandang lebih mendekati bentuk target spectra CMS. Sehingga penggunaan spectra CMS sebagai target spectra akan memberikan pendekatan yang lebih realistis dibandingkan spectra UHS. 4. Pemilihan ground motion sintetik yang paling mewakili merupakan hal yang sangat penting untuk memperoleh hasil analisis dinamik bendungan yang menggambarkan prilaku bendungan sesuai dengan kondisi disain resiko gempa dilokasi studi. Untuk kasus rencana Bendungan Leuwikeris, pemilihan input ground motion untuk pendekatan probabilistik seismic hazard direkomendasikan menggunakan target spectra CMS. DAFTAR PUSTAKA American Society Of Civil Engineers (ASCE), ASCE/SEI 7-10 Minimum Design Load For Buildings and Other Structures, Reston, VA. Baker, W. Jack., (2011), Conditional Mean Spectrum; Tool For Ground Motion Selection, Journal of Structural Engineering, 137(3) Baker, W. Jack., Cornel, A. C., (2006), Spectral Shape, Epsilon and Record Selection, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 35(9), Haselton, B. C., Whittaker, S. A., Hortascu, A., Baker, W. J., Bray, J., Grant, N. D., (2012), Selecting and Scalling Earthquake Ground Motions for Performing response-history Analyses, 15 th World Conference on Earthquake Engineering, Lisboa. Hull, A., Augello, A., Erdik, M., (2004), Seismic Hazard Assessment For Phase-I Design, Hakkari Dam, Turkey, 13 th World Conference on Earthquake Engineering, Vancouver, Canada. International Committee on Large Dams, Selecting Seismic Paramete of Large Dams, ICOLD Buletin 72, 2010 Revision Jitno, H., Effect of Earthquake Design Ground Motions on The Seismic Response of Upstream-raised Tailing Dams, IPENZ Proceedings of Technical Groups 39 (LD). Kramer, L, Steven. (1996), Geotechnical Earthquake Engineering, Prentice Hall, Inc. Lopez, J. F., Chopra, K. A., (2012), Response-History Analysis of the Moondarra Intake Tower: A Novel Approach Based on New Methodologies and Performance Requirements, International Symposium on Dams For A Changing World, Kyoto, Japan. Parashar, K. Ashish., Atmapoojya, S., Rathore, S. S., (2015), Seismic Hazard Analysis of Sondur Dam Site of Chhattisgarh State, European Scientific Journal vol 11, No 6 ISSN: Wieland, M., (2012), Seismic Design and Safety Aspects of Bottom Outlets, Spillway and Intake Structure of Large Storage Dams, 15 th World Conference on Earthquake Engineering, Lisboa Lisboa. Yildiz, E., Guner, R., (2012), Seismic Hazard Assessment For Cetin Dam, 15 th World Conference on Earthquake Engineering, Lisboa GEO - 91

10 GEO - 92