RANCANG BANGUN ALAT MONITORING MIKROTREMOR MENGGUNAKAN SENSOR ACCELEROMETER

Transkripsi

1 RANCANG BANGUN ALAT MONITORING MIKROTREMOR MENGGUNAKAN SENSOR ACCELEROMETER PADA HANDPHONE ANDROID UNTUK MENENTUKAN FREKUENSI NATURAL BANGUNAN DI UPT PERPUSTAKAAN UNS Disusun oleh : Rio Riantana M SKRIPSI Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains PROGRAM STUDI FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA Juni, 2017

2 RANCANG BANGUN ALAT MONITORING MIKROTREMOR MENGGUNAKAN SENSOR ACCELEROMETER PADA HANDPHONE ANDROID UNTUK MENENTUKAN FREKUENSI NATURAL BANGUNAN DI UPT PERPUSTAKAAN UNS Disusun oleh : Rio Riantana M SKRIPSI Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains PROGRAM STUDI FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA Juni, 2017

3 HALAMAN PERSETUJUAN SKRIPSI Rancang Bangun Alat Monitoring Mikrotremor Menggunakan Sensor Accelerometer Pada Handphone Android Untuk Menentukan Frekuensi Natural Bangunan Di UPT Perpustakaan UNS Oleh Rio Riantana M Telah disetujui oleh Pembimbing 1 Darsono, S.Si M.Si Tanggal... NIP Pembimbing 2 Agus Triyono, S.T Tanggal... NIP ii

4 HALAMAN PENGESAHAN Skripsi dengan judul: Rancang Bangun Alat Monitoring Mikrotremor Menggunakan Sensor Accelerometer Pada Handphone Android Untuk Menentukan Frekuensi Natural Bangunan Di UPT Perpustakaan UNS Yang ditulis oleh : Nama : Rio Riantana NIM : M Telah diuji dan dinyatakan lulus oleh dewan penguji pada Hari : Senin Tanggal : 19 Juni 2017 Dewan Penguji: 1. Ketua Penguji Budi Legowo, S.Si, M.Si NIP Sekretaris Penguji Mohtar Yunianto NIP Anggota Penguji 1 Darsono, S.Si M.Si NIP Anggota Penguji 2 Agus Triyono, S.T NIP Disahkan pada tanggal. Oleh Kepala Program Studi Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta Dr. Fahru Nurosyid, S.Si., M.Si. NIP iii

5 PERNYATAAN Dengan ini saya menyatakan bahwa isi intelektual Skripsi saya yang berjudul Rancang Bangun Alat Monitoring Mikrotremor Menggunakan Sensor Accelerometer Pada Handphone Android Untuk Menentukan Frekuensi Natural Bangunan Di UPT Perpustakaan UNS adalah hasil kerja saya dan sepengetahuan saya hingga saat ini Skripsi tidak berisi materi yang telah dipublikasikan atau ditulis oleh orang lain atau materi yang telah diajukan untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di Universitas Sebelas Maret atau di Perguruan Tinggi lainnya kecuali telah dituliskan di daftar pustaka Skripsi ini dan segala bentuk bantuan dari semua pihak telah ditulis di bagian ucapan terimakasih. Isi Skripsi ini boleh dirujuk atau diperbanyak secara bebas tanpa harus memberitahu penulis. Surakarta, Juni 2017 Rio Riantana NIM. M iv

6 MOTTO Bekerjalah untuk kebaikan sesama. Ketika kebaikan tersebut berdampak kepada banyak orang, maka karunia akan menimpamu melalui do a syukur yang mereka panjatkan atas karya yang engkau buat. (Rio Riantana) v

7 PERSEMBAHAN Skripsi ini disusun untuk dipersembahkan kepada: 1. Bapak Joko Purwadi dan Ibu Sri Darwati 2. Bapak Darsono, S.Si M.Si selaku Dosen Pembimbing Utama 3. Bapak Agus Triyono, S.T selaku Dosen Pembimbing Pendamping 4. Teman-teman Laboratorium Komputasi Fisika FMIPA UNS 5. Teman-teman Club Robotika UNS 6. Teman-teman Fisika angkatan Teman-teman Geofisika UNS 8. Semua teman-teman jurusan Fisika FMIPA UNS 9. Semua pembaca vi

8 Rancang Bangun Alat Monitoring Mikrotremor Menggunakan Sensor Accelerometer Pada Handphone Android Untuk Menentukan Frekuensi Natural Bangunan Di UPT Perpustakaan UNS Rio Riantana Program Studi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret ABSTRAK Rancang bangun alat monitoring mikrotremor menggunakan sensor accelerometer pada handphone android untuk menentukan frekuensi natural bangunan di UPT Perpustakaan UNS telah dilakukan. Sensor utama untuk mencatat aktifitas mikrotremor adalah sensor Accelerometer pada hanphone android. Pencatatan aktifitas mikrotremor dilakukan di setiap lantai bangunan UPT Perpustakaan UNS dan di permukaan tanah luar bangunan. Dari pencatatan aktifitas mikrotremor, data yang terekam dikirimkan ke server secara telemetri. Data yang tersimpan di server selanjutnya ditampilkan dalam grafik pada web monitoring mikrotremor. Data mikrotremor selanjutnya diolah dengan fungsi FFT untuk menentukan dominan frekuensi. Dari dominan frekuensi dapat diketahui rasio resonansi tanah dan bangunan UPT Perpustakaan UNS. Dari perhitungan rasio resonansi didapatkan nilai % pada komponen NS dan % pada komponen EW dengan status resonansi rendah di setiap lantai bangunan. Kata Kunci: Mikrotremor, Android, frekuensi natural bangunan, Accelerometer, UPT Perpustakaan UNS vii

9 Design Of Microtremor Monitoring Tools Using Accelerometer Sensor On Android Mobile To Determine The Natural Building Frequency In Library Unit (UPT Perpustakaan) UNS Rio Riantana Physics Department, Faculty of Matehmatics and Natural Sciences, Sebelas Maret University ABSTRACT Design of Microtremor monitoring tools using accelerometer sensor on android phone to determine the natural frequency of buildings in UPT Perpustakaan UNS has done. The main sensor for recording microtremor activity is Accelerometer sensor on android phone. Microtremor activity recording is done on every buildings floor of UPT Perpustakaan UNS and on the surface of land outside the building. From microtremor activity recording, the recorded data is sent to the server by telemetry methode. The data stored on the server then displayed in the graph on the microtremor web monitoring. Microtremor data is processed with the FFT function to determine the dominant frequency. From the dominant frequency we find ratio of resonance of soil and building of UPT Perpustakaan UNS. From the calculation the value of resonance ratio is % in the NS component and % in the EW component with low resonance status on each floor of the building. Keyword: Microtremor, Android, buildings natural frequency, Accelerometer, UPT Perpustakaan UNS viii

10 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, Allah SWT yang telah melimpahkan rahmatnya sehingga penulis dapat menyelesaikan rangkaian penelitian dan penulisan skripsi yang berjudul Rancang Bangun Alat Monitoring Mikrotremor Menggunakan Sensor Accelerometer Pada Handphone Android Untuk Menentukan Frekuensi Natural Bangunan di UPT Perpustakaan UNS ini dengan baik. Skripsi ini disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan guna memperoleh derajat Sarjana Pertanian di Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam (MIPA) Universitas Sebelas Maret (UNS) Surakarta. Skripsi ini disusun berdasarkan apa yang telah penulis lakukan pada penelitian di Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam (MIPA) Universitas Sebelas Maret (UNS) Surakarta. Dalam penyusunan skripsi ini, penulis banyak mendapatkan bantuan dan masukan dari beberapa pihak. Maka dari itu penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Allah SWT yang telah memberikan kemudahan disetiap langkah. 2. Kedua orang tua saya yang selalu memberikan dukungan moral maupun material, semangat dan doa restunya. 3. Bapak Darsono, S.Si M.Si selaku Dosen Pembimbing Utama yang selalu memberikan dukungan, bimbingan dan arahan dari awal penelitian hingga akhir penulisan skripsi. 4. Bapak Agus Triyono, S.T selaku Dosen Pembimbing Pendamping yang telah memberikan bimbingan serta arahan dari awal penelitian hingga akhir penulisan skripsi. 5. Bapak Dr. Fahru Nur Rosyid S.Si.,M.Si selaku Ketua Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA) Universitas Sebelas Maret (UNS) Surakarta. 6. Ibu Dr. Yofentina Iriani M.Si., S.Si selaku Dosen Ketua Pelaksanaan Skripsi Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA) Universitas Sebelas Maret (UNS) Surakarta yang memberikan arahan dan motivasi. 7. Teman-teman Grup Robotik yang menjadi bagian dari keluarga yang baru. ix

11 8. Teman-teman pengurus Labkom Fisika atas semua bantuan dan semangatnya. 9. Teman-teman Geofisika UNS atas semua diskusi ilmu dan bantuannya. 10. Teman-Teman Angkatan 2012 yang tidak dapat disebutkan namanya satu per satu untuk waktu, ilmu dan bantuan selama menjalani aktivitas bersama. 11. Teman-teman Developer DDS yang banyak mengajarkan ilmu-ilmu baru yang sangat bermanfaat. 12. Semua pihak yang telah membantu dalam kegiatan dan penyelesaian penulisan laporan ini yan tidak bisa disebutkan satu persatu. Penulis menyadari bahwa dalam penulisan laporan ini penulis masih sangat jauh dari kata sempurna karena keterbatasan ilmu yang dimiliki oleh penulis. Maka dari itu, penulis mohon kritik dan saran yang bersifat membangun. Dan semoga laporan ini bermanfaat bagi pembaca. Surakarta, Juni 2017 Penulis x

12 PUBLIKASI Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul Rancang Bangun Alat Monitoring Mikrotremor Menggunakan Sensor Accelerometer Pada Handphone Android Untuk Menentukan Frekuensi Natural Bangunan Di UPT Perpustakaan UNS telah dipublikasikan pada: Jurnal Fisika dan Aplikasinya. Volume 11, Nomor 3 Oktober Aplikasi Sensor Accelerometer Pada Handphone Android Sebagai Pencatat Getaran Gempa Bumi Secara Online. 8th International Conference on Physics and its Applications (ICOPIA). Journal of Physics: Conference Series, Volume 776, Number 1. Calibrating Accelerometer Censor on Android Phone with Accelerograph TDL 303 QS for Earthquake Online Recorder. xi

13 DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL... HALAMAN PERSETUJUAN... i HALAMAN PENGESAHAN... iii HALAMAN PERNYATAAN... iv HALAMAN MOTTO... v HALAMAN PERSEMBAHAN... vi HALAMAN ABSTRAK... vii HALAMAN ABSTRACT... viii KATA PENGANTAR... ix PUBLIKASI... xi DAFTAR ISI... xii DAFTAR TABEL... xiv DAFTAR GAMBAR... xv DAFTAR SIMBOL... xvi DAFTAR LAMPIRAN... xviii BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah Rumusan Masalah Tujuan Penelitian Batasan Masalah Manfaat Penelitian... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Android Sensor Pada Android Data Akselerograf Jaringan Nirkabel Seismometer dan Akselerometer Accelerograph TDL 303 QS Magnitudo Gelombang Seismik Jenis Gelombang Seismik Gelombang Badan Gelombang Permukaan Mikrotremor Amplifikasi Analisis HVSR xii

14 2.12. Fast Fourier Transform (FFT) Analisis Frekuensi Dominan Resonansi Tanah dan Bangunan BAB III METODOLOGI PENELITIAN Waktu dan Tempat Penelitian Alat dan Bahan Prosedur Penelitian Proses pembuatan program pada handphone Android dan program penerima getaran tanah pada server Proses kalibrasi sensor Accelerometer pada Handphone Android dengan Accelerograph TDL 303 QS Proses pengambilan data getaran natural tanah dan getaran bangunan di lingkungan Gedung Perpustakaan UNS Teknik Analisa Data BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Aplikasi Pencatat Mikrotremor Kalibrasi sensor Accelerometer pada Handphone Android dengan Accelerograph TDL 303 QS Data getaran natural tanah dan getaran bangunan di lingkungan Gedung Perpustakaan UNS Analisa hasil data mikrotremor BAB V PENUTUP Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xiii

15 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 4.1. Table dalam database monitoring mikrotremor Tabel 4.2. Perbandingan amplitude maksimal pada handphone android sebelum dikalibrasikan dengan Accelerograph TDL 303 QS Tabel 4.3. Perbandingan amplitudo maksimum dari kedua perangkat setelah proses kalibrasi Tabel 4.4. Hasil frekuensi dominan dari proses FFT dengan Matlab Tabel 4.5. Nilai FSR pada setiap lantai bangunan UPT Perpustakaan UNS Tabel 4.6. Nilai Rasio Resonansi Bangunan UPT Perpustakaan UNS xiv

16 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1. Perbandingan Protokol dan Nirkabel... 7 Gambar 2.2. Accelerograph TDL 303 QS... 8 Gambar 2.3. Gelombang-P Gambar 2.4. Gelombang-S Gambar 2.5. Gelombang Reyligh Gambar 2.6. Gelombang Love Gambar 3.1. Flowchart kerja sistem Gambar 3.2. Ilustrasi arah orientasi getaran pada handphone Android Gambar 3.3. Menaknisme jaringan dalam proses pengiriman data getaran Gambar 3.4. Leveling pada Android Xiaomi Redmi Gambar 3.5. Flowchart proses kalibrasi handphone Android Xiaomi Redmi Gambar 3.6. Flowchart proses pengambilan dan pengolahan data mikrotremor.. 24 Gambar 3.7. Model pengambilan data mikrotremor pada Gedung UPT Perpustakaan UNS Gambar 4.1. Halaman awal aplikasi android pengindra mikrotremor Gambar 4.2. Halaman pengindra getaran mikrotremor pada aplikasi android Gambar 4.3. Halaman login sistem monitoring mikrotremor Gambar 4.4. Halaman utama (dashboard) sistem monitoring mikrotremor Gambar 4.5. Halaman peta informasi lokasi handphone android Gambar 4.6. Grafik Realtime Monitoring Mikrotremor Gambar 4.7. Grafik hasil pengambilan data pada handphone android Xiaomi Redmi 2 sebelum dikalibrasi Gambar 4.8. Perbandingan grafik getaran sumbu X pada perangkat Android dan Accelerograph TDL 303 QS Gambar 4.9. Cuplikan grafik mikrotremor lantai Gambar Grafik frekuensi dominan Gambar Foto udara kondisi lingkungan di sekitar bangunan UPT Perpustakaan UNS xv

17 DAFTAR SIMBOL Satuan M = Magnitude MMI A = Amplitudo m π = Phi f = frekuensi Hz T = Periode s h = Kedalaman gempa m σ = Tegangan N/m e = Renggangan N/m C = Koefisien elastic Vp = Kecepatan gelombang P m/s t = Waktu Sekon λ = Panjang gelombang m ρ = Densitas Kg/m 3 Vs = Kecepatan gelombang S m/s Vr = Kecepatan gelombang Reyleigh m/s Ao = Amplifikasi ρb = Densitas batuan dasar gr/ml vb = vs = Cepat rambat gelombang pada batuan dasar Cepat rambat gelombang pada batuan lunak m/s m/s ρs = Densitas batuan lunak gr/ml SE (w) = HS(w) = Penguatan gelombang pada komponen horizontal Spektrum mikrotremor komponen horizontal di permukaan xvi

18 HB(w) = Spektrum mikrotremor komponen horizontal di batuan dasar N/m 2 AS (w) = Rasio spektrum komponen vertikal VS(w) = VB(w) = Spektrum mikrotremor komponen vertikal di permukaan Spektrum mikrotremor komponen vertikal di batuan dasar SM (w) R = Fungsi transfer untuk lapisan soil = Rasio resonansi tanah dan bangunan ft = Frekuensi tanah Hz fb = Frekuensi bangunan Hz X(f) = Fungsi sinyal pada domain frekuensi Hz x(t) = Fungsi sinyal pada domain waktu X(f) EW = X(f) NS = X(f) UD = HVSR = Fungsi sinyal pada domain frekuensi komponen arah EW Fungsi sinyal pada domain frekuensi komponen arah NS Fungsi sinyal pada domain frekuensi komponen arah UD Rasio getaran komponen Horizontal dan Vertikal Hz Hz Hz FSR = Rasio spectrum lantai bangunan xvii

19 DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran Lampiran 1. Grafik frekuensi dominan dan grafik getaran tiap sumbu pada tiap lantai gedung UPT Perpustakaan UNS Script program penentuan frekuensi dominan xviii