Bab I Pendahuluan I.1 Latar Belakang Selama peradaban manusia, gempa bumi telah dikenal sebagai fenomena alam yang menimbulkan efek bencana yang terbesar, baik secara moril maupun materiil. Suatu gempa besar dapat mengakibatkan kehancuran total pada bangunan-bangunan pentingl dan sarana infrastruktur serta menimbulkan korban jiwa yang tidak sedikit. Salah satu gempa besar yang pernah terjadi di wilayah Sumatera tercatat pada tanggal 26 Desember 2004 berkekuatan 9,3 SR dengan lokasi episenter di Samudera Hindia, lepas pantai barat Aceh menimbulkan kerugian moril korban tewas mencapai 230.000 jiwa serta kerusakan total pada seluruh sarana infrastruktur dan pemukiman penduduk (Aceh Media Center, 2005). Priyono (2007) menyebutkan kerusakan yang ditimbulkan oleh gempa bumi tidak hanya sebagai akibat langsung berupa patahan pada tanah (ground faulting) dan goncangan tanah (ground shaking), tetapi juga sebagai akibat pengaruh sekunder seperti kelongsoran, likuifaksi, dan gelombang tsunami seperti terlihat dalam Gambar I-1. Gambar I-1 Kerusakan yang ditimbulkan oleh fenomena akibat gempa bumi (dimodifikasi dari Wikipedia.org, 2007) I-1
Wilayah Sumatera merupakan daerah dengan tingkat seismisitas yang tinggi. Hal ini dibuktikan dengan aktifitas gempa yang sering terjadi, baik gempa yang disebabkan oleh aktifitas tektonik maupun vulkanik. Berdasarkan data historis kejadian gempa dalam lima tahun terakhir telah terjadi gempa besar (M 6,5) sebanyak 16 kali (Tabel I-1) disamping gempa-gempa kecil dengan intensitas yang lebih sering. Tabel I-1 Gempa-gempa besar di Sumatera dan sekitarnya dalam lima tahun terakhir, tahun 2002-2007 (USGS, 2007) No Tanggal Bulan Tahun Lokasi Magnitude Korban Jiwa 1 26 12 2004 Sumatra-Andaman 9,1 283.106 2 28 3 2005 Sumatera Bagian Utara 8,6 1.313 3 12 9 2007 Sumatera Bagian Selatan 8,4 25 4 12 9 2007 Kepulauan Mentawai 7,9-5 4 6 2000 Sumatera Bagian Selatan 7,9 103 6 2 11 2002 Sumatera Bagian Utara 7,4 3 7 25 7 2004 Sumatera Bagian Selatan 7,3-8 19 5 2005 P.Nias dan Sekitarnya 6,9-9 26 2 2005 P.Simeulue 6,8-10 16 5 2006 P.Nias dan Sekitarnya 6,8-11 5 7 2005 P.Nias dan Sekitarnya 6,7-12 10 4 2005 Kepulauan Mentawai 6,7-13 14 5 2005 P.Nias dan Sekitarnya 6,7-14 1 1 2005 Lepas Pantai Barat Sumatera Bagian Utara 6,7-15 20 9 2007 Kepulauan Mentawai 6,6-16 19 11 2005 P.Simeulue 6,5 - * urutan berdasarkan magnitude Dengan melihat fenomena yang diakibatkan oleh suatu kejadian gempa, konsep perencanaan bangunan harus memperhitungkan tingkat bahaya gempa secara kuantitatif dengan mempertimbangkan aspek-aspek terkait seperti aspek seismologi, aspek geologi, aspek geoteknik serta aspek struktur. Saat ini perencanaan bangunan tahan gempa di Indonesia (termasuk Sumatera dan sekitarnya) diatur dalam Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Bangunan Gedung (SNI 03-1726-2002). Peraturan ini disusun berdasarkan hasil analisis seismic hazard dengan metode probabilistik (Probabilistic Seismic Hazard Analysis/PSHA) menggunakan Teori Probabilitas Total dari McGuire (1976). Teori ini dikembangkan untuk model sumber gempa dua dimensi. I-2
Pengembangan terhadap peraturan kegempaan tersebut perlu dilakukan untuk menyesuaikan kondisi kegempaan yang terjadi saat ini dimana dalam kurun waktu lima tahun terakhir telah terjadi gempa-gempa signifikan. Selain itu analisis seismic hazard perlu mempertimbangkan penggunaan model sumber gempa tiga dimensi. Salah satu komponen utama dalam penyusunan peraturan kegempaan adalah tersedianya data ground motion di batuan dasar. Namun untuk wilayah Indonesia, khususnya wilayah Sumatera, data ini tidak tersedia secara lengkap sehingga perlu dibuat suatu ground motion desain yang sesuai dengan karakteristik kegempaan di wilayah Sumatera dan sekitarnya. Studi ini berisi pembahasan mengenai metode pembuatan ground motion yang diusulkan untuk 4 kota utama di Pulau Sumatera.yang memiliki sejarah kegempaan aktif, yaitu kota Banda Aceh, kota Padang, kota Bengkulu, dan kota Bandar Lampung. Pemilihan kota dalam studi ini didasarkan pada beberapa hal, yaitu sejarah kegempaan aktif dan populasi penduduk yang padat dan sarana infrastruktur yang memadai. I.2 Tujuan Penelitian Studi ini bertujuan untuk mendapatkan ground motion desain di batuan dasar untuk periode ulang gempa 500 tahun di 4 kota utama di Pulau Sumatera yang dihasilkan melalui analisis seismic hazard berdasarkan data sumber gempa terkini dan model sumber gempa tiga dimensi. Selanjuntya ground motion desain yang dihasilkan ini dapat digunakan sebagai dasar dalam studi lebih lanjut penyusunan peraturan kegempaan. Kota-kota yang termasuk dalam lokasi studi ini meliputi kota Banda Aceh, kota Padang, kota Bengkulu, dan kota Bandar Lampung. Pemilihan kota-kota tersebut didasarkan pada beberapa hal, yaitu sejarah kegempaan, populasi penduduk yang padat dan sarana infrastruktur yang lengkap, serta pengalaman buruk pada I-3
kerusakan dan kerugian yang terjadi di kota-kota tersebut saat gempa besar terjadi. I.3 Lingkup Penelitian Studi yang dilakukan mencakup lingkup penelitian sebagai berikut : Penentuan lokasi studi, yaitu 4 kota utama di Pulau Sumatera meliputi kota Banda Aceh, kota Padang, kota Bengkulu, dan kota Bandar Lampung. Pengumpulan dan pengolahan data gempa berupa data-data kejadian gempa historis yang pernah terjadi di Pulau Sumatera. Review kondisi geologi, geofisik, dan seismologi wilayah Indonesia. Studi model sumber gempa berdasarkan pengembangan terhadap model yang telah ada untuk Pulau Sumatera dan sekitarnya. Perhitungan parameter seismik yang meliputi recurrence rate dan b-value, magnitude maksimum dan slip rate untuk analisis seismic hazard probabilistik (PSHA). Analisis seismic hazard probabilistik (PSHA) berdasarkan Teori Probabilitas Total (McGuire, 1976) yang telah dimodifikasi untuk model sumber gempa tiga dimensi dengan bantuan program komputer EZ-FRISK TM Version 7.20 dari Risk Engineering Inc. Pembuatan ground motion berdasarkan hasil analisis seismic hazard probabilistik dengan bantuan program komputer EZ-FRISK TM Version 7.20 dari Risk Engineering Inc. I.4 Metodologi Penelitian Guna mencapai tujuan penelitian, studi dilakukan berdasarkan tahapan metodologi sebagai berikut : I-4
Tahap 1 : Penentuan Lokasi Studi Lokasi studi berada pada kota-kota utama di Pulau Sumatera yang memiliki sejarah kegempaan aktif dengan populasi penduduk yang padat dan memiliki sarana infrastruktur yang lengkap. Kota-kota tersebut adalah Banda Aceh, Padang, Bengkulu, dan Bandar Lampung. Tahap 2 : Pengumpulan dan Pengolahan Data Gempa Data gempa yang digunakan adalah data kejadian gempa historis yang pernah terjadi di Pulau Sumatera dan sekitarnya yang dikumpulkan oleh berbagai lembaga nasional/internasional seperti Badan Meteorologi dan Geofisika Indonesia (BMG) dan United States Geological Survey (USGS). Selanjutnya datadata yang terkumpul diolah sesuai prosedur sebagai berikut : a. Konversi skala magnitude gempa menjadi momen magnitude (Mw). Hal ini dilakukan karena data-data yang terkumpul umumnya memiliki skala magnitude yang berbeda-beda. b. Pemilahan data gempa, dimana untuk penentuan parameter seismik data gempa yang digunakan adalah kejadian-kejadian gempa dengan magnitude Mw 5,0 dan kedalaman 250 km. c. Penentuan gempa-gempa independen dengan melakukan pemilahan gempa utama (main shock) dengan gempa ikutan (foreshock/aftershock) menggunakan kriteria time window dan distance window. d. Analisis kelengkapan data gempa menggunakan kriteria Stepp (1973). Tahap 3 : Identifikasi Sumber-sumber Gempa Pulau Sumatera dan Sekitarnya Identifikasi sumber gempa dilakukan berdasarkan kondisi geologi, seismologi dan geofisika Pulau Sumatera dan sekitarnya. Sumber gempa aktif diidentifikasi melalui pergerakan relatif antar lempeng, kondisi seismisitas sumber gempa yang diketahui melalui data historis kejadian gempa serta mekanisme sumber gempa. Selanjutnya sumber gempa dapat diklasifisikan ke dalam dua zona sumber gempa, I-5
yaitu 1) Zona Subduksi, dimana gempa subduksi terjadi sebagai akibat penunjaman salah satu lempeng terhadap lempeng lainnya dan 2) Zona Transformasi, zona terdapat sesar-sesar aktif dimana terjadi mekanisme pergerakan lempeng strike-slip. Tahap 4 : Pembuatan Model Zona Sumber Gempa Pulau Sumatera dan Sekitarnya Selanjutnya dengan mengacu kepada hasil identifikasi sumber gempa pada Tahap 2 di atas, maka dapat dibuat model zona sumber gempa. Model ini diperlukan sebagai idealisasi yang menghubungkan data kejadian gempa dengan metode perhitungan yang digunakan dalam penentuan tingkat resiko gempa. Dalam studi ini, sumber gempa dimodelkan menggunakan referensi pemodelan dari berbagai penelitian. Tahap 5 : Perhitungan Parameter Seismik untuk Tiap Zona Sumber Gempa Karakteristik dan aktifitas kegempan suatu daerah umumnya digambarkan oleh parameter seismik yang digunakan dalam analisis seismic hazard. Parameter seismik ini meliputi recurrence rate dan b-value, magnitude maksimum dan slip rate serta fungsi atenuasi. Tahap 6 : Logic Tree Ketidakpastian yang terjadi dalam penentuan parameter-parameter seismik diperhitungkan dengan metode logic tree. Dengan metode ini kebebasan dalam menggunakan berbagai model lebih terkontrol tingkat keakuratannya karena logic tree memberikan faktor bobot yang berbeda-beda untuk masing-masing model sehingga antara satu model dengan model lainnya dapat dilakukan komparasi akurasi. Tahap 7 : Analisis Seismic Hazard Tahapan selanjutnya setelah diperoleh model sumber gempa yang tepat dan parameter input yang akurat, maka dilakukan analisis seismic hazard menggunakan Teori Probabilitas Total (McGuire, 1976). Analisis dilakukan I-6
dengan bantuan program komputer EZ-FRISK TM Engineering Inc. Version 7.20 dari Risk Tahap 8 : Pembuatan Ground Motion Ground motion desain untuk kota Banda Aceh, kota Padang, kota Bengkulu, dan kota Bandar Lampung dibuat berdasarkan hasil analisis seismic hazard menggunakan metode spectral matching. Pembuatan ground motion di kota-kota tersebut dilakukan dengan bantuan program komputer EZ-FRISK TM Version 7.20 dari Risk Engineering Inc. I.5 Sistematika Penulisan Hasil studi ini disajikan dalam bentuk laporan dengan sistematika pembahasan materi sebagai berikut : Bab I Pendahuluan Berisi masalah yang melatar belakangi serta tujuan akhir dari studi ini. Pada bab ini dijabarkan pula lingkup penelitian yang terkait dengan pencapaian tujuan studi. Selanjutnya prosedur penelitian dijelaskan melalui metodologi penelitian dan disajikan mengikuti sistematika pembahasan. Bab II Tinjauan Pustaka Berisi teori teori dan referensi dari literatur dan penelitian sebelumnya yang dijadikan dasar penulisan studi ini termasuk penjabaran terhadap metode analisis seismic hazard dan pembuatan ground motion. Bab III Kondisi Tektonik Wilayah Indonesia-Pulau Sumatera dan Sekitarnya Berisi pembahasan dalam kajian geologi, seismologi, dan geofisika mengenai sumber-sumber gempa yang mendasari pembuatan model sumber gempa yang digunakan dalam analisis sesimic hazard. I-7
Bab IV Parameter Seismik Berisi penjelasan mengenai metode-metode penentuan parameter seismik yang digunakan dalam analisis seismic hazard. Bab V Hasil Analisis Seismic Hazard dan Ground Motion Desain Berisi penjabaran hasil analisis seismic hazard dan hasil ground motion desain di batuan dasar yang diusulkan untuk kota Banda Aceh, kota Padang, kota Bengkulu, dan kota Bandar Lampung. Bab VI Kesimpulan dan Saran Berisi gambaran garis besar hasil studi yang telah dilakukan, tercakup di dalamnya kendala-kendala yang dihadapi serta saran-saran secara teknis yang kiranya diperlukan untuk pengembangan lebih lanjut studi ini. I-8