2.1 Pusat Gempa Titik dalam perut bumi yang merupakan sumber gempa dinamakan hiposenter atau fokus. Titik yang merupakan proyeksi tegak lurus hiposenter ke permukaan bumi ini dinamakan episenter. Atau episenter adalah titik di permukaan bumi yang terlatak langsung di atas hiposenter atau fokus. Bila kedalaman fokus dari permukaan bumi adalah 0-70 km, maka gempa yang terjadi dinamakan gempa dangkal (shallow earthquake). Sedangkan bila kedalamannya fokus 70-700 km, gempa yang terjadi dinamakan gempa dalam (deep earthquake). Rekayasa Gempa - Iwan Rustendi - FT UNWKU Purwokerto
Gambar 18. Letak hiposenter dan episenter Rekayasa Gempa - Iwan Rustendi - FT UNWKU Purwokerto
2.2 Gelombang Gempa Gelombang gempa (seismic wave) merupakan gelombang elastik yang menjalar ke seluruh bagian dalam bumi dan melalui permukaan bumi akibat adanya lapisan batuan yang patah secara tiba -tiba atau adanya ledakan. Gelombang gempa bumi terdiri dari dua tipe yaitu gelombang badan (body wave) dan gelombang permukaan (surface wave). Gelombang badan yaitu gelombang yang merambat dari pusat gempa (hiposenter) ke permukaan bumi. Gelombang permukaan yaitu gelombang yang merambat dari episenter ke sepanjang permukaan bumi. Rekayasa Gempa - Iwan Rustendi - FT UNWKU Purwokerto
Gambar 19. Gelombang gempa Rekayasa Gempa - Iwan Rustendi - FT UNWKU Purwokerto
Gelombang badan ada dua macam yaitu gelombang primer atau gelombang P (primary wave) dan gelombang sekunder atau gelombang S (secondary wave). Gelombang P atau gelombang mampatan (compression wave) adalah gelombang longitudinal yang arah gerakannya sejajar dengan arah perambatan gelombang (persis yang terjadi pada pegas). Gelombang ini melibatkaan pemampatan dan pengembangan lapisan batuan ke segala arah menjauhi pusat gempa. Gelombang ini merupakan gelombang gempa tercepat yang merambat di sela-sela bebatuan, yaitu dengan kecepatan 6-7 km/detik. Gelombang S atau gelombang rincih (shear wave) adalah gelombang transversal yang arah gerakannya tegak lurus dengan arah perambatan gelombang (persis yang terjadi pada tali yang dikibas-kibas). Gelombang ini merambat di sela-sela bebatuan dengan kecepatan sekitar 3,5 km/detik dan merupakan gelombang yang kedua kali diterima oleh seismograf setelah gelombang primer. Rekayasa Gempa - Iwan Rustendi - FT UNWKU Purwokerto
Gelombang permukaan ada dua macam yaitu gelombang Rayleigh dan gelombang Love. Kedua nama gelombang ini diambil dari nama fisikawan Inggris, Lord Rayleigh dan nama geofisikawan Inggris, Augustus Edward Hough Love. Gelombang Rayleigh menimbulkan efek gerakan tanah yang sirkular, sehingga mengakibatkan tanah bergerak naik turun seperti ombak di laut. Sedangkan gelombang Love dapat menimbulkan efek gerakan tanah yang horizontal dan tidak menghasilkan perpindahan vertikal. Rekayasa Gempa - Iwan Rustendi - FT UNWKU Purwokerto
a. Gelombang P dan S b. Gelombang Rayleigh dan Love Gambar 20. Gelombang gempa Rekayasa Gempa - Iwan Rustendi - FT UNWKU Purwokerto
Gambar 20. Lord Rayleigh Gambar 21. Augustus Edward Hough Love
2.3 Istilah-istilah dalam Gempa Bumi Beberapa istilah yang umum dipakai dalam gempa bumi selain episenter dan hiposenter adalah sebagai berikut : Seismologi : ilmu yang mempelajari gempa bumi Seismologist : orang atau ilmuwan yang mempelajari tentang gempa Seismograf : alat pencatat gempa Seismometer : nama lain dari seismograf (alat pencatat gempa) Seismogram : hasil gambaran seimograf yang berupa garis-garis patah Homoseista : garis khayal pada permukaan bumi yang mencatat gelombang gempa primer pada waktu yang sama Pleistoseista : garis khayal yang membatasi sekitar episentrum yang mengalami kerusakan terhebat akibat gempa Isoseista : garis pada peta yang menghubungkan mempunyai kerusakan fisik yang sama tempat-tempat yang Mikroseista : gempa yang terjadi sangat halus/lemah dan dapat diketahui hanya dengan menggunakan alat gempa Makroseista : gempa yang terjadi sangat besar kekuatannya, sehingga tanpa menggunakan alat mengetahui jika terjadi gempa Skala Richter (SR) : skala atau ukuran untuk menggambarkan besarnya (magnitude) gempa Skala Mercalli : skala atau ukuran untuk menggambarkan intensitas gempa atau pengaruhnya terhadap tanah, gedung dan manusia.
Gambar 21. Alat pencatat gempa Gambar 22. Seismogram
2.4 Klasifikasi Gempa Gempa bumi dapat digolongkan meniadi beberapa kategori berdasarkan proses terjadinya, bentuk episentrumnya, kedalaman hiposentrumnya, jaraknya, dan lokasinya. 2.4.1 Menurut proses terjadinya Menurut proses terjadinya, menjadi lima, yaitu : gempa bumi dapat diklasifikasikan a. Gempa tektonik Yaitu yaitu gempa yang disebabkan oleh pergeseran lapisan batuan pada daerah patahan. b. Gempa vulkanik Yaitu gempa yang diakibatkan oleh aktivitas gunung berapi. Oleh karena itu gempa ini hanya dapat dirasakan di sekitar gunung berapi saat akan meletus, saat meletus, dan setelah terjadi letusan. Rekayasa Gempa - Iwan Rustendi - FT UNWKU Purwokerto
c. Gempa runtuhan (gempa guguran, gempa longsoran, gempa terban) Yaitu getaran yang dirasakan di permukaan bumi akibat adanya tanah longsor, atap gua runtuh, atau tanah runtuh di lubang pertambangan. Gempa ini mempunyai dampak yang tidak begitu membahayakan, karena gempa ini hanya dirasakan di sekitar lokasi runtuhan atau bersifat lokal. Namun dampak yang berbahaya justru akibat dari timbunan batuan atau tanah longsor itu sendiri. Rekayasa Gempa - Iwan Rustendi - FT UNWKU Purwokerto
Gambar 21. Tragedi tanah longsor di Dusun Jemblung Banjarnegara 12 Desember 2014
d. Gempa jatuhan (gempa tumbukan) Yaitu gempa yang terjadi akibat adanya benda langit yang jatuh ke bumi, misainya meteor. Meteor yang jatuh ini akan menimbulkan getaran bumi jika massa meteor cukup besar, namun gempa seperti ini jarang sekali terjadi. Gambar 22. Meteor Crater, kawah yang terbentuk akibat jatuhnya meteorit. Letaknya sekitar 43 mil (69 km) sebelah timur Flagstaff, dekat Winslow di gurun utara Arizona Amerika Serikat
e. Gempa buatan Yaitu gempa yang terjadi sebagai akibat dari aktivitas manusia di muka bumi seperti kegiatan pertambangan (gas, minyak, mineral), pembangunan bendungan besar dan lain-lain. Suatu percobaan peledakan nuklir atau dinamit dapat pula menimbulkan getaran bumi yang dapat tercatat oleh seismograf (alat pencatat gempa), namun tergantung dengan kekuatan ledakannya. Gempa bumi buatan pernah terjadi di Cina propinsi Sichuan pada tahun 2008 yang berkekuatan 7,9 skala Richter dan membunuh hampir 80.000 jiwa, sebagai akibat dari pembangunan Bendungan Zipingpu. Bendungan tersebut menampung air sebanyak 12,9 miliar meter kubik dengan berat hampir 320 juta ton, sehingga menurut para ahli (peneliti) beban air tersebut menekan lempeng tektonik dan mampu mematahkannya sehingga terjadilah gempa besar dengan episentrum sekitar 4,8 km dari bendungan.
Gambar 23. Ledakan yang bisa menimbulkan gempa
Gambar 24. Keberadaan Bendungan Zipingpu yang menimbulkan gempa bumi (2008)
Peristiwa gempa juga pernah terjadi pada tahun 2006 di Basel, Switzerland dengan kekuatan 3,4 skala Richter, sebagai akibat dari pembuatan pembangkit tenaga geotermal (panas bumi). Dalam pembangunan pembangkit tenaga geotermal (panas bumi), kegiatan pengeboran perut bumi untuk menemukan uap panas merupakan keharusan. Pada area yang tidak terdapat banyak air, kegiatan pengeboran biasanya diikuti dengan menyuntikkan air bertekanan tinggi, yang akhirnya menyebabkan retakan-retakan kecil. Retakan itulah kemudian membuat permukaan menjadi tidak stabil hingga memudahkan terjadinya gempa. Peristiwa gempa lain yang pernah terjadi yaitu di Newcastle, New South Wales Australia yang berkekuatan 5,6 skala Richter pada 28 Desember 1989, sebagai akibat dari aktivitas pertambangan batu bara. Kejadian itu disebabkan karena pengambilan jutaan ton batu bara dan air (untuk mengekstarnya) dari area tersebut menyebabkan tekanan yang sangat besar sehingga memicu gempa.
2.4.2 Menurut bentuk episentrum Menurut bentuk episentrumnya, gempa dapat dikelompokkan menjadi dua jenis, yaitu : a. Gempa sentral Yaitu gempa yang episentrumnya berbentuk titik. b. Gempa linear Yaitu gempa yang episentrumnya berbentuk garis. 2.4.3 Menurut kedalaman hiposentrum Menurut kedalaman hiposentrumnya, gempa dapat dikelompokkan menjadi tiga jenis, yaitu : a. Gempa bumi dalam Yaitu gempa dengan kedalaman hiposentrum lebih dari 300 km di bawah permukaan bumi. b. Gempa bumi menengah Yaitu gempa dengan kedalaman hiposentrum berada antara 60-300 km di bawah permukaan bumi. c. Gempa bumi dangkal Yaitu gempa dengan kedalaman hiposentrum kurang dari 60 km di bawah permukaan bumi.
2.4.4 Menurut jarak episentrum Menurut jarak episentrumnya, kelompok yaitu : gempa dapat dibagi menjadi tiga a. Gempa sangat jauh Yaitu gempa yang jarak episentrumnya lebih dari 10.000 km. b. Gempa jauh Yaitu gempa yang jarak episentrumnya sekitar 10.000 km. c. Gempa lokal Yaitu gempa yang jarak episentrumnya kuran g dari 10.000 km. 2.4.5 Menurut lokasi episentrum Menurut lokasi episentrumnya, gempa dapat dikelompokkan menjadi dua yaitu : a. Gempa daratan Yaitu gempa yang lokasi episentrumnya berada di daratan. b. Gempa lautan Yaitu gempa yang lokasi episentrumnya berada di dasar laut, dan gempa jenis ini yang dapat berpotensi menimbulkan tsunami.
2.5 Cara Menenfukan Letak Epicenter Ada beberapa metode dalam menentukan letak episenter, salah satunya yaitu metode episentral. Episentral adalah jarak episenter atau pusat gempa ke stasiun pencatat gempa. Untuk menentukan letak episenter dengan menggunakan metode episentral diperlukan minimal tiga stasiuan pencatat gempa, dan dalam perhitungannya digunakan rumus Hukum Laska. Rumus Hukum Laska, = {(S P) 1 } x 1000 km dengan, = jarak episentrum dengan stasiun pencatat gempa S = gelombang sekunder gempa P = gelombang primer gempa 1 = 1 menit
Contoh kasus : Diketahui pada suatu daerah terjadi gempa, dan berdasarkan tiga buah stasiun pencatat gempa (stasiun A, B, dan C) tercatat getaran gempa sebagai berikut : Stasiun A : Gelombang primer (P) pertama tercatat pukul 2.28.25 Gelombang sekunder (S) pertama tercatat pukul 2.30.40 Stasiun B : Gelombang primer (P) pertama tercatat pukul 2.30.15 Gelombang sekunder (S) pertama tercatat pukul 2.33.45 Stasiun C : Gelombang primer (P) pertama tercatat pukul 2.32.15 Gelombang sekunder (S) pertama tercatat pukul 2.36.15 Dimana letak episenternya apabila ditentukan dengan metode episentral?
Soal : Dalam satu kejadian gempa, tercatat waktu getaran gelombang primer dan sekunder dari tiga stasiun pengamat A, B dan C sebagai berikut ini. Stasiun A : gelombang P pertama pukul 19:17.15 WIB dan gelombang S pertama pukul 19:19.30 WIB Stasiun B : gelombang P pertama pukul 19:25.12 WIB dan gelombang S pertama pukul 19:28.42 WIB Stasiun C : gelombang P pertama pukul 19:40.15 WIB dan gelombang S pertama pukul 19:43.15 WIB Hitung letak episenternya apabila ditentukan dengan metode episentral?
2.6 Skala Kekuatan Gempa Besarnya kekuatan gempa bumi biasanya diukur dengan menggunakan 3 skala, yaitu: 1. Berdasarkan energi yang dilepaskan dari pusat gempa 2. Berdasarkan tingkat kerusakan yang diakibatkan oleh gempa (efek yang terekam di lapangan) 3. Berdasarkan percepatan batuan dasar maksimum atau Peak Ground Acceleration (PGA) 2.6.1 Berdasarkan energi yang dilepaskan di pusat gempa Kekuatan gempa berdasarkan energi yang dilepaskan dari pusat gempa (hiposenter) disebut magnitudo (magnitude) dan merupakan skala kuantitatif. Ada beberapa jenis magnitudo gempa, tapi magnitudo yang paling populer adalah magnitudo skala Richter (SR). Skala Richter (SR) pertama kali dikembangkan pada tahun 1935 oleh seorang seismologist asal Institut Teknologi California Amerika Serikat bernama Charles F. Richter yang dibantu koleganya Beno Guttenberg dalam rangka mengukur kekuatan gempa di California. Skala Richter atau SR didefinisikan sebagai logaritma (basis 10) dari amplitudo maksimum, yang diukur dalam satuan mikrometer ( m), dari rekaman gempa oleh instrumen pengukur gempa (seismograf atau seismometer) Wood-Anderson, pada jarak 100 km dari pusat gempanya. Sebagai contoh, misalnya kita mempunyai rekaman gempa bumi (seismogram) dari seismograf yang terpasang sejauh 100 km dari pusat gempanya. Jika amplitudo maksimumnya sebesar 1 mm, maka kekuatan gempa tersebut adalah log 10 3 m atau sama dengan 3,0 skala Richter. (Catatan : 1 mm = 10 3 m).
Skala Richter merupakan skala logaritmik, bukan skala aritmatik. Jadi misalnya ada dua buah gempa, yang satu gempa X berkekuatan 4 skala Richter, dan yang satu lagi gempa Y berkekuatan 2 skala Richter, maka gempa yang berkekuatan 4 skala Richter (gempa X) kekuatannya bukan 2 kali dari gempa yang berkekuatan 2 skala Richter (gempa Y) tapi, Gempa X berkekuatan 4 skala Richter, dan gempa Y berkekuatan 2 skala Richter, maka: log X= 4, maka X= 10 4 = 10000 log Y= 2 maka Y= 10 2 = 100 Sehingga kekuatan gempa X adalah 10000/100 = 100 kali kekuatan gempa Y. Skala Richter pada mulanya hanya dibuat untuk gempa-gempa yang terjadi di daerah California Selatan saja, amun dalam perkembangannya skala ini banyak diadopsi untuk gempa-gempa yang terjadi di tempat lainnya. Skala Richter hanya cocok dipakai untuk gempa-gempa yang dekat, dengan magnitudo gempa di bawah 6,0, di atas magnitudo itu perhitungan menjadi tidak representatif lagi.
Kategori gempa, efek gempa dan rata-rata kejadian per tahun berdasarkan kekuatan pada skala Richter dirangkum dalam Tabel 1 di bawah. Tabel 1. Kategori, efek dan rata-rata kejadian gempa berdasarkan kekuatan pada Skala Richter (Sumber: dokumen US Geological Survey) Kategori Skala Richter Dampak yang dirasakan atau ditimbulkan Rata-rata kejadian per tahun Mikro < 2,0 Nyaris tak terasakan. 700.000 Very minor (sangat lemah) 2,0 2,9 Pada umumnya tidak terasa, tapi tercatat. 300.000 Minor (lemah) 3,0 3,9 Terasa, tapi jarang menimbulkan kerusakan. 49.000 Light (ringan) 4,0 4,9 Moderate (sedang) 5,0 5,9 Membuat goyang barang-barang di dalam ruangan, menimbulkan bunyi derak. Dapat menyebabkan kerusakan bangunan pada area yang kecil. Kerusakan sedikit terjadi pada bangunan yang dirancang tahan gempa. Strong (kuat) 6,0 6,9 Dapat menimbulkan kerusakan pada radius sekitar 160 km. 120 Major (besar) 7,0 7,9 Great (hebat) 8,0 Dapat menyebabkan kerusakan yang serius pada daerah yang lebih luas. Dapat menyebabkan kerusakan serius di area lebih dari beberapa ratus km. 6.200 800 18 1
Dampak yang dirasakan atau tingkat kerusakan yang lebih spesifik akibat gempa bumi sesuai kekuatan gempa pada skala Richter bisa dilihat pada Tabel 2. Tabel 2. Dampak yang dirasakan atau tingkat kerusakan sesuai kekuatan gempa pada skala Richter Skala Richter Dampak yang dirasakan atau tingkat kerusakan SR 1 SR 2 SR 3 SR 4 SR 5 SR 6 Tidak terasa Terasa oleh orang dalam keadaan istirahat, terutama jika berada di tingkat atas atau tempat tinggi. Terasa di dalam rumah, tetapi banyak yang tidak menyangka kalau ada gempa bumi. Getaran terasa seperti ada truk kecil lewat. Terasa di dalam rumah seperti ada truk berat lewat atau terasa seperti ada barang berat menabrak dinding rumah. Barang-barang yang tergantung bergoyang-goyang dan barang-barang yang berdiri bergerak. Pintu-pintu berderak dan gelas-gelas gemerincing. Dinding-dinding rumah dan rangka rumah berbunyi. Dapat dirasakan di luar rumah. Orang tidur terbangun. Cairan tampak bergoyang-goyang dan dapat tumpah sedikit. Barang perhiasan rumah yang kecil bergerak atau jatuh. Pintu-pintu terbuka-tertutup. Pigura-pigura dan dinding bergerak. Jarum jam (jam bandul) ukuran besar akan mati atau tidak cocok lagi. terasa oleh semua orang. Banyak yang lari keluar karena terkejut dan takut. Pejalan kaki terganggu. Kaca jendela, barang pecah-belah akan pecah. Barang-barang kecil dan buku-buku jatuh dari tempatnya. Gambar-gambar jatuh dari dinding. Mebel-mebel bergerak dan berputar. Plesteran dinding yang lemah akan pecah atau retak.
Tabel 2. Dampak yang dirasakan atau tingkat kerusakan sesuai kekuatan gempa pada skala Richter Skala Richter SR 7 SR 8 SR 9 SR 10 SR 11 SR 12 Dampak yang dirasakan atau tingkat kerusakan Dapat dirasakan oleh supir yang sedang mengendarai kendaraan. Orang-orang yang berjalan kaki susah untuk berjalan dengan baik. Cerobong asap atau menara yang lemah akan runtuh. Terjadi pergeseran dan lekukan pada tumpukan pasir dan kerikil. Air jadi keruh dan saluran air rusak. Pengemudi mobil terganggu. Bangunan-bangunan yang kuat menderita kerusakan dan ada bagian-bagian yang runtuh. Terjadi kerusakan pada dinding yang dibuat tahan terhadap getarangetaran horisontal. Beberapa bagian dari dinding runtuh. cerobong asap, menara, dan tangki air berputar atau jatuh. Cabang-cabang pohon patah dan tanah basah juga lereng-lereng yang curam terbelah. Terjadi kepanikan umum. Bangunan-bangunan yang tidak kuat hancur dan mengalami kerusakan berat. Terjadi kerusakan pada pondasi dan rangka-rangka rumah. Pipa-pipa di dalam tanah putus dan lumpur serta pasir keluar dari tanah. Pada umumnya semua tembok dan rangka rumah rusak, bangunan kayu dan jembatan-jembatan yang kuat rusak. Tanggul dan bendungan serta tambak jebol, terjadi tanah longsor yang besar. Air kolam, danau dan sungai meluap. Jalan-jalan dan rel kereta api bengkok. Pipa-pipa di dalam tanah rusak total. Rel kereta api bengkok. Seluruh bangunan mengalami kehancuran. Batu-batu, barang-barang besar berpindah. Barangbarang terlempar ke udara.
Sampai radius berapa efek yang bisa dirasakan berdasarkan kekuatan gempa pada skala Richter dapat dilihat pada tabel 3. Tabel 3. Radius pengaruh gempa berdasarkan kekuatan pada skala Richter Skala Richter Radius pengaruh gempa (km) SR 1 25 SR 2 50 SR 3 100 SR 4 200 SR 5 400 SR 6 700
Soal : Gempa di perairan Sumatra 2004 yang mengakibatkan tsunami besar di berbagai negara Asia yang berkekuatan 9,2 pada skala Richter, dan gempa bumi San Francisco di Amerika Serikat tahun 1989 berkekuatan 7,1 pada skala Richter. Hitung berapa kali kekuatan gempa bumi Sumatra dari gempa bumi San Francisco. Penyelesaian : Misalkan gempa di Sumatra kita misalkan X, dan gempa di San Francisco kita misalkan Y maka, log X = 9,2, maka X = 10 9,2 = 1,58 x 10 9 log Y = 7,1 maka Y = 10 7,1 = 1,26 x 10 7 Sehingga kekuatan gempa Sumatra adalah (1,58 x 10 9 ) : (1,26 x 10 7 ) = 125,9 126 kali kekuatan gempa San Francisco.
Gambar 25. Charles F. Richter
2.6.2 Berdasarkan tingkat kerusakan yang diakibatkan oleh gempa Kekuatan gempa berdasarkan tingkat kerusakan yang diakibatkan oleh gempa (efek yang terekam di lapangan) disebut intensitas dan merupakan skala kualitatif. Intensitas gempa yang paling populer adalah yang diperkenalkan oleh seorang Vulkanolog Italia bernama Giuseppe Mercalli (1850-1914) pada tahun 1902 yang selanjutnya dikenal dengan nama skala Mercalli. Dasar penentuan skala Mercalli adalah pengamatan (observasi) langsung terhadap tingkat kerusakan dampak gempa kemudian membandingkannya serta menggali informasi dari orangorang yang selamat dari gempa tersebut. Karena sifatnya yang kualitatif, skala intensitas sangat subjektif dan sangat tergantung pada kondisi lokasi di mana gempa terjadi, sehingga skala Mercalli dianggap banyak kekurangannya. Gempa dengan magnitudo yang sama, namun terjadi di dua tempat yang berbeda mungkin akan memberikan nilai intensitas yang berbeda. Pada tahun 1931 seorang ilmuwan dari Amerika yang bernama Harry Wood dan Frank Neumann menyempurnakan skala Mercalli menjadi skala Modified Mercalli Intensity (MMI).
Gambar 26. Giuseppe Mercalli (1850-1914)
Skala intensitas Mercalli membagi intensitas gempa menajdi skala I sampai XII seperti tampak pada Tabel 4. Tabel 4. Deskripsi skala MMI Skala Skala I Skala II Skala III Skala IV Skala V Keterangan Jarang sekali sampai dirasakan orang. Gempa sangat ringan (very minor) ini tergolong jarang terjadi. Hanya dirasakan di dalam rumah oleh orang dalam keadaan tenang atau sedang beristirahat. Barang-barang yang tergantung kemungkinan akan terayun sedikit. Dirasakan di dalam rumah oleh beberapa orang, namun terkadang tidak dikenali sebagai suatu gempa. Getaran yang dirasakan seperti kalau ada truk ringan yang lewat. Barang yang tergantung mungkin akan terayun. Di dalam rumah akan dirasakan lebih banyak orang, sedangkan di luar hanya terasa oleh sedikit orang saja. Barang yang tergantung akan terayun. Getarannya setara dengan truk besar yang lewat. Mobil yang diparkir bergoyang, jendela atau pintu bergetar. Dinding kayu bisa retak. Orang yang sedang tidur bisa terbangun. Benda-benda kecil tergeser atau terbalik dan beberapa barang pecah belah akan pecah. Pendulum jam akan terhenti atau kecepatan ayunnya menjadi berubah. Pepohonan atau tiang-tiang yang tinggi terkadang terlihat terayun.
Tabel 4. Deskripsi skala MMI Skala Keterangan Skala VI Dirasakan oleh semua orang, namun kerusakannya ringan. Banyak orang ketakutan dan lari ke luar rumah. Orang berjalan terhuyung-huyung, barangberang pecah, kaca termasuk pada jendela pecah. Perabotan rumah tergeser atau terbalik, dan plasteran dinding yang kurang kuat akan retak. Skala VII Skala VIII Skala IX Skala X Orang akan kesulitan berdiri. Kerusakan pada bangunan yang dirancang dan dibangun dengan baik tidaklah berarti. Namun pada bangunan yang jelek rancangan maupun konstruksinya, kerusakannya cukup besar. Plesteran dinding dan genteng dapat epas, juga bata yang tidak tersemen. Orang-orang ketakutan. Kerusakan masih terbilang kecil untuk bangunan dengan rancangan dan konstruksi khusus, sedangkan pada bangunan biasa, cukup besar. Cerobong asap, monumen, menara dan sebagainya dapat patah atau ambruk. Cabang-cabang pohon pun dapat patah. Timbul kepanikan umum. Bangunan yang dirancang dan dibangun secara khusus pun dapat rusak cukup berat, sementara bangunan lainnya akan rusak lebih parah, bahkan dapat ambruk. Pondasi-pondasi bangunan akan rusak, dan bangunan di atasnya yang tidak mempunyai sistem sambungan yang cukup akan terlepas. Kebanyakan bangunan tembok dan berstruktur kayu akan hancur. Kerusakan serius akan terjadi pada bendungan, tanggul, dan tepian-tepian lainnya. Tanah longsor terjadi cukup besar, dan air akan menghantam tepian sungai, danau maupun kanal-kanal. Rel kereta api sedikit melengkung.
Tabel 4. Deskripsi skala MMI Skala Skala XI Skala XII Keterangan Hanya sedikit struktur bangunan tembok yang tetap berdiri, lainnya runtuh. Jembatan juga mengalami ambruk, dan tanah longsor terjadi di mana-mana. Pipapipa di bawah tanah benar-benar hancur dan tidak akan berfungsi lagi. Rel kereta api umumnya akan bengkok. Kehancuran praktis menyeluruh dan total. Gelombang-gelombang gempa terlihat muncul di permukaan tanah. Batu-batu besar beralih tempat, sementara bendabenda lain terlempar ke atas. Garis dan tingkat pandangan pun menjadi kacau, sampai terdistorsi akibat hebatnya goncangan. Skala MMI mempunyai nilai besar pada daerah pusat gempa dan mengecil pada jarak semakin jauh dari pusat gempa seperti terlihat pada Gambar 27.
Gambar 27. Ilustrasi skala MMI (Modified Mercalli lntensity)
Perbandingan skala Richter dan skala MMI dirangkum pada Tabel 4 dan Gambar 28. Tabel 4. Perbandingan skala Richter dan MMI Skala Richter Skala MMI Keterangan 2 SR I - II Biasanya dideteksi hanya dengan instrumen 3 SR III Terasa dalam ruangan 4 SR IV V Dirasakan oleh kebanyakan orang; sedikit kerusakan 5 SR VI - VII Dirasakan oleh semua orang; orang ketakutan dan lari ke luar rumah; keruasakan kecil sampai sedang 6 SR VII - VIII Semua orang berlari ke luar ruangan; kerusakan sedang sampai besar 7 SR IX - X Kerusakan besar 8 SR X - XI Kerusakan total dan besar
Gambar 28. Perbandingan skala Richter dan skala MMI
Selain skala MMI ada beberapa skala intensitas gempa yang lain, seperti: 1. Japan Meteorological Agency (JMA), ditemukan tahun 1951, dan hingga kini masih digunakan untuk mengukur kekuatan gempa di Jepang. 2. Medvedev, Sponheuer, Karnik (MSK), ditemukan tahun 1960-an. 3. European Microseismic Scale (EMS), ditemukan tahun 1990-an. Struktur Baja I - Iwan Rustendi - FT UNWKU Purwokert
2.6.3 Berdasarkan percepatan batuan dasar maksimum atau Peak Ground Acceleration (PGA) Peak Ground Acceleration (PGA) menggambarkan bagaimana permukaan bumi bergetar (accelerated) di suatu daerah tertentu. Atau secara umum Peak Ground Acceleration (PGA) ini dapat diartikan sebagai akselerasi tanah maksimum yang terjadi pada saat gempa. Satuan Peak Ground Acceleration (PGA) dinyatakan dalam g (percepatan gravitasi bumi) atau dalam Gal. 1 g = 9,81 m/s 2 sedangkan 1 Gal = 0,01 m/s² sehingga 1 g = 981 Gal. Skala PGA mempunyai nilai besar pada daerah pusat gempa, dan mengecil pada jarak semakin jauh dari pusat gempa serta menggambarkan tingkat kerusakan struktur yang diakibatkan gempa (Gambar 29).
Gambar 29. Bahaya gempa untuk Ontario timur dan Quebec selatan dinyatakan sebagai percepatan tanah maksimum untuk probabilitas tahunan 0,0021 (1 di 475 tahun) Sumber : https://petequinnramblings.wordpress.com
Nilai PGA dapat dihitung dengan mempergunakan fungsi atenuasi, yaitu suatu fungsi yang menggambarkan korelasi antara intensitas gerakan tanah setempat, magnitudo gempa, serta jarak dari suatu titik dalam daerah sumber gempa. Beberapa formula atenuasi untuk menghitung nilai PGA diantaranya : 1) Formula Murphy O Brein : PGA = 10 (0,14 I + 0,24 M) 0,68 (log d + 0,7) dengan, PGA = Peak Ground Acceleration I = Intensitas standar MMI M = Magnitude gempa bumi d = jarak antara lokasi dengan sumber gempa bumi
2) Formula Guttenberg dan Richter log a = (I/3) 0,5 dengan, a = percepatan tanah (gal) I = intensitas gempa (MMI) 3) Formula Donovan (1973) PGA = 1080. e (0.5R). (H+25) -1.32 dengan, PGA = Peak Ground Acceleration (gal) R = magnetudo gempa (Richter) H = jarak hypocenter (km) e = 2,718281828... 4) Formula Matuschka (1980) PGA = 119. e (0.81R). (H+25) -1.15 dengan, PGA = Peak Ground Acceleration (gal) R = magnetudo gempa (Richter) H = jarak hypocenter (km) e = 2,718281828...
Perbandingan skala PGA dan skala MMI, bagaimana dampak yang dirasakan dan potensi kerusakan dirangkum pada Tabel 5. Tabel 5. Perbandingan skala PGA dan MMI Skala MMI Percepatan (g) Kecepatan (cm/s) Dampak yang dirasakan Potensi kerusakan I < 0.0017 < 0.1 Tidak terasa Tidak ada II-III 0.0017-0.014 0.1-1.1 Lemah Tidak ada IV 0.014-0.039 1.1-3.4 Ringan Tidak ada V 0.039-0.092 3.4-8.1 Sedang Sangat ringan VI 0.092-0.18 8.1-16 Kuat Ringan VII 0.18-0.34 16-31 Sangat kuat Sedang VIII 0.34-0.65 31-60 Parah Sedang ke berat IX 0.65-1.24 60-116 Hebat Berat X+ > 1.24 > 116 Ekstrim/hebat sekali Sangat berat
Dari hasil pengolahan data dengan persamaan atenuasi dapat diperoleh data percepatan gempa yang dapat dipetakan ke dalam peta percepatan gempa maksimum. Peta percepatan gempa berisikan seluruh kejadian gempa yang telah diolah dan diperoleh percepatan maksimum gempanya. Peta percepatan gempa maksimum Indonesia yang pertama tertuang dalam PPTIUG (Peraturan Perencanaan Tahan Gempa Indonesia untuk Gedung) 1983. Kemudian diperbaharui pada tahun 2002 dengan keluarnya SNI 03-1726-2002 tentang Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Bangunan Gedung yang mengacu pada UBC (Uniform Building Code) 1997. Kemudian pada tahun 2010 tim Revisi Gempa Indonesia mengusulkan pembaharuan lagi sehingga keluar SNI 1726 : 2012 tentang Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung.
Gambar 30. Peta percepatan gempa maksimum Indonesia dalam PPTI-UG 1983.
Gambar 31. Peta percepatan gempa maksimum di batuan dasar Indonesia dalam SNI 03-1726-2002
2.6.3 Skala kekuatan moment Skala kekuatan moment diperkenalkan pada tahun 1979 oleh Tom Hanks dan Hiroo Kanamori sebagai pengganti skala Richter dan digunakan oleh seismologis untuk membandingkan energi yang dilepas oleh sebuah gempa bumi. Kekuatan moment adalah sebuah angka tanpa dimensi yang didenifinisikan sebagai berikut, di mana, M 0 = moment seismik (menggunakan satuan newton meter, Nm sebagai moment) Sebuah peningkatan satu tahap dalam skala logaritmik ini berarti sebuah peningkatan 10 1,5 = 31,6 kali dari jumlah energi yang dilepas, dan sebuah peningkatan 2 tahap berarti sebuah peningkatan 10 3 = 1000 kali kekuatan awal.
2.7 Alat Pencatat Gempa Untuk mengetahui kekuatan gempa bumi digunakan alat yang disebut seismometer. Seismometer berasal dari bahasa Yunani yaitu seismos berarti gempa bumi dan metero yang berarti mengukur. Seismometer yang dirangkai dengan alat yang mencatat parameter gempa disebut seismograf, dan hasil rekamannya disebut seismogram. Seismogram salah satunya untuk menentukan magnitudo gempa, selain itu dari beberapa seismogram yang direkam ditempat lain, dapat digunakan untuk menentukan pusat gempa atau posisi dimana gempa tersebut terjadi.
Gambar 32. Seismograf dan seismogram
2.7.1 Sejarah Seismometer Pada pertengahan abad ke-18, gempa bumi diukur dengan alat (instrumen) yang bernama seismokop, sehingga seismokop merupakan peralatan perekam gempa yang paling primitif. Seismokop terdiri dari sebuah kotak sederhana berisi air atau air raksa, di mana ketika terjadi gempa cairan tersebut akan bergerak naik-turun akibat getaran gempa yang terjadi. Terobosan besar terhadap alat pengukur gempa bumi terjadi pada tahun 1920, ketika dua ilmuwan Amerika mengembangkan alat yang disebut Wood-Anderson seismograf. Alat ini lebih sensitif dibandingkan seismograf yang ada pada masa itu, sehingga langsung banyak digunakan di seluruh dunia dan menjadi cikal bakal seismograf yang ada pada saat ini.
2.7.2 Bagian-bagian pokok seismograph Seismograph adalah alat yang dapat mencatat gerakan tanah secara terus menerus. Bagian penting dari sebuah seismograf yang beroperasi dan sampai menghasilkan catatan (seismogram) sebenarnya terdiri dari : 1. Seismometer Yaitu alat yang merubah energi gerak (mekanik) menjadi energi listrik, dan bagian ini sering disebut sensor atau tranduser. 2. Amplifier/penguat Yaitu alat yang dapat memperbesar daya masukan (input) sehingga menghasilkan daya keluaran (output) yang besarnya sesuai dengan pembesaran yang di inginkan. 3. Jam Merupakan bagian yang memberi tanda waktu untuk setiap catatan, disamping itu juga mengendalikan frekuensi pencatatan alat yaitu kecepatan motor penggerak drum yang terdapat pada bagian recoder.
4. Radio Yaitu pesawat penerima siaran tanda waktu yang di siarkan oleh radio-radio khusus yang menyiarkan tanda waktu (Inggris, Australia, Jepang), di mana digunakan untuk mengoreksi keadaan jam agar selalu sama dengan jam acuan yang dipakai secara international yaitu G.M.T ( Greenwich Mean Time). 5. Rekoder/pencatat Rekoder terdiri dari dua komponen yaitu : PMA (Pen Motor Aplifier), yaitu bagian/alat yang merubah energy listrik menjadi energi gerak. Drum, yaitu tempat catatan seismogram di pasang. 6. Power Supply Yaitu sumber tegangan DC dari setiap bagian rangkaian pada seismograf.
2.7.3 Prinsip kerja seismograf Seismograf umumnya merupakan sebuah seismometer dengan alat perekamnya sebagai satu unit alat. Seismometer terdiri dari massa yang melekat pada dasar di mana selama gempa bumi terjadi, dasar tersebut bergerak dan massa tidak. Gerakan dasar terhadap massa diubah menjadi tegangan listrik, dan tegangan listrik tersebut dicatat atau direkam di atas kertas, pita magnetik, atau media rekaman lain. Ketika terjadi gempa, getaran gempa yang terekam lebih dulu adalah gelombang primer karena kecepatan rambatnya paling tinggi, lalu diikuti oleh rekaman gelombang sekunder yang memiliki kecepatan rambat lebih rendah dari gelombang primer. Gelombang permukaan datang paling akhir karena memiliki kecepatan rambat paling rendah. Karena seismograf memiliki instrumen sensitif sehingga dapat mendeteksi semua gelombang seismik yang dihasilkan oleh gempa bumi, dan mencatatnya dalam bentuk garis bergelombang pada seismogram. Seismologist mengukur garis-garis ini dalam menghitung besaran gempa, seperti menentukan lokasi dan intensitas gempa bumi.
2.7.4 Macam-macam seismograf Ada dua macam seismograf yaitu : 1. Seismograf horisontal Seismograf horisontal yaitu seismograf yang mencatat getaran bumi pada arah horizontal. Seismometer ini menggunakan bola pendulum, yang bagian bawahnya dilengkapi alat seperti pena. Ketika terjadi getaran yang arah geraknya horizontal, maka bola pendulum akan bergerak kesamping dan penanya akan menggambarkan grafik getaran yang terjadi pada sebuah kertas. Penggunaan pendulum yang sederhana ini belum dapat untuk merekam dengan bagus getaran dengan frekwensi rendah. Untuk mengatasinya, digunakan inverted pendulum yang berupa pegas dan diletakan pada kedua sisi bola pendulum. Ketika bergetar, maka salah satu pegas akan meredam getaran dan pegas yang lain memberikan tambahan gaya kepada pendulum sehingga pendulum dapat berosilasi dengan frekwensi yang kecil sehingga getaran berfrekwensi rendahpun dapat direkam pada kertas
2. Seismometer vertikal Seismograf vertikal yaitu seismograf yang mencatat getaran bumi pada arah vertikal. Seismometer ini menggunakan sebuah beban, pegas dan sebuah pena, di mana beban digantungkan pada sebuah pegas dengan ujung pegas yang lain tergantung pada sebuah tempat. Ketika terjadi getaran atau gempa, maka pegas akan segera meregang atau memendek dan beban akan bergerak karena mempertahankan inersia (kelembaman) akibat pergerakan pegas tersebut. Di bagian bawah beban ada alat seperti pena untuk menggambarkan grafik getaran yang terjadi pada sebuah kertas.
Dahulu, seismograf hanya dapat mendeteksi gerakan horisontal, tetapi saat ini seismograf sudah dapat merekam gerakan-gerakan horisontal dan vertikal. Untuk menghasilkan seismogram yang valid, seismograf horisontal biasanya dipasang dua buah, yaitu yang dipasang berarah utara-selatan dan yang dipasang berarah timur-barat, sehingga dari rasultan kedua seismogramnya dapat ditentukan arah episentrum gempanya. Dan dengan dilengkapi seismogram vertikal dapat diketahui letak episentrum gempanya. Pada gempa yang dasyat, kadang seimograf tidak bisa menghasilkan seismogram, karena tangkai alat pencatat terpelanting keluar dari silinder pencatat. Sedangkan untuk bisa mendeteksi gempa yang sangat lemah diperlukan seismograf yang lebih peka.
2.7.5 Membaca seismogram Bila terjadi gempa, getaran seismic pertama yang ditangkap adalah gelombang primer (P) karena kecepatan rambatnya lebih tinggi. Beberapa saat kemudian datang gelombang sekunder (S) yang memiliki kecepatan rambat lebih rendah dan yang terakhir adalah gelombang pangjang (L) atau gelombang permukaan karena kecepatan rambatnya paling rendah. Pada seismogram, ketiga getaran ini dapat dibedakan dengan mudah karena ketiganya memiliki ciri atau karakteristik yang berlainan.
THE END
Struktur Baja I - Iwan Rustendi - FT UNWKU Purwokert