Oleh : DAMAR KURNIA 3107100064 Dosen Konsultasi : Tavio, ST., M.T., Ph.D Ir. Iman Wimbadi, M.S
PENDAHULUAN Indonesia merupakan negara kepulauan dengan intensitas gempa yang tinggi hal ini disebabkan karena indonesia terletak pada pertemuan tiga lempeng tektonik yang bergerak satu sama lainnya. Secara sepintas lokasi-lokasi gempa aktif sudah dapat dipastikan berada di perbatasan lempeng tektonik tersebut. Daerah aktif gempa bumi di Indonesia salah satunya adalah Kepulauan Mentawai yang memiliki resiko tinggi terhadap terjadinya gempa bumi. Gempa bumi bisa terjadi kapanpun, dan dampaknya dapat terjadi pada daerah sekitar terutama bangunan-bangunan gedung. Peta percepatan gravitasi gempa maksimum telah mengalami penyempurnaan sejak pertama muncul dalam PPTI-UG (Peraturan Perencanaan Tahan Gempa Indonesia untuk Gedung) 1983 kemudian diperbaharui pada tahun 2002 dengan keluarnya Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Bangunan Gedung SNI 03-1726-2002 yang mengacu pada UBC 1997, dan kemudian pada tahun 2010 tim Revisi Gempa Indonesia menerbitkan peta percepatan gravitasi gempa maksimum Indonesia yang terbaru.
PENDAHULUAN Dalam studi ini akan membahas serta menampilkan proses pencarian percepatan gempa maksimum untuk wilayah Kepulauan Mentawai dengan mempertimbangkan data-data yang diperoleh serta teori dan perumusan statistika. Diharapkan proses evaluasi percepatan gempa ini nantinya dapat membantu pembelajaran dalam proses pengolahan data gempa serta menjelaskan mengenai peta percepatan gempa maksimum di suatu tempat/titik.
PENDAHULUAN Permasalahan Utama : Bagaimana cara melakukan evaluasi percepatan gempa di suatu lokasi yang ditinjau. Permasalahan Detail : Bagaimana cara memperoleh data gempa? Bagaimana cara mengolah serta melakukan analisa terhadap data yang diperoleh? Bagaimana cara memperoleh regresi dari pengolahan data gempa? Bagaimana cara memperoleh percepatan gravitasi maksimum disuatu daerah?
PENDAHULUAN Dari rumusan masalah diatas diharapkan mencapai tujuan sebagai berikut : Dapat memperoleh data gempa. Dapat mengolah data gempa. Mendapatkan regresi dari data gempa. Dapat memperoleh percepatan gravitasi maksimum pada suatu daerah/titik yang ditinjau.
PENDAHULUAN Diberikan suatu batasan masalah sebagai berikut : Data gempa yang diambil adalah data di Kepulauan Mentawai dalam radius 500 km dan kedalaman 200 km. Perhitungan percepatan gempa dilakukan dengan menggunakan perumusan Atenuasi Donovan, Matuscha, Joyner dan Boore, Champbell, Fukushima dan Tanaka. Regresi dilakukan untuk data gempa M > 5 Perhitungan hanya memperoleh nilai percepatan gempa maksimum untuk titik yang ditinjau dengan menggunakan Gumble I dan PSHA.
Manfaat dari tugas akhir ini adalah kita dapat memperoleh percepatan gempa maksimum yang mewakili Kepulauan Mentawai. Kemudian dengan adanya proses evaluasi percepatan gempa di Kepulauan Mentawai dapat memberikan gambaran serta pembelajaran bagaimana cara perolehan percepatan gempa maksimum si suatu tempat.
TINJAUAN PUSTAKA Umum Gempa bumi merupakan getaran yang terjadi di permukaan bumi. Gempa bumi dapat ditimbulkan oleh pengaruh kegiatan tektonik atau biasa disebut dengan gempa tektonik, dan karena pengaruh aktivitas magma didalam bumi atau biasa disebut dengan gempa vulkanik. Gempa bumi telah menimbulkan banyak kerugian mulai dari kerusakan bangunan, memakan korban jiwa, serta membutuhkan biaya yang sangat mahal dalam proses rehabilitasinya (Irsyam 2010). Kejadian gempa bumi berlangsung sangat singkat, dengan kekuatan gempa tertentu, waktu tertentu, dan tidak didugaduga datangnya. Dengan sifat gempa bumi yang demikian maka setiap daerah yang ditinjau akan diperoleh data yang berbeda-beda, baik ditinjau dari segi waktu dan tempatnya. Kekuatan gempa yang dirasakan berupa percepatan gempa di permukaan (Peak Ground Acceleration/PGA).
Gempa Gempa bumi merupakan getaran yang terjadi di permukaan bumi. Gempa yang banyak dikenal terdiri atas 2 tipe, yaitu gempa tektonik dan gempa vulkanik. Beberapa gempa bumi juga dapat terjadi karena pergerakan magma didalam gunung berapi yang disebut juga sebagai gempa vulkanik. Gempa bumi seringkali diakibatkan oleh pergeseran kerak bumi (lempeng bumi) yang biasa disebut sebagai gempa tektonik. Kejadian gempa tektonik adalah suatu peristiwa pelepasan energi pada suatu tempat di perbatasan lempenglempeng tektonik.
Sejarah Kegempaan Indonesia Tingginya aktivitas kegempaan ini terlihat dari hasil pencatatan dimana dalam rentang waktu 1897-2009 terdapat lebih dari 14.000 kejadian gempa dengan magnituda M > 5.0. Kejadian gempa-gempa utama (main shocks) dalam rentang waktu tersebut dapat dilihat dalam Gambar berikut.
Data episenter di Indonesia untuk magnituda, M > 5.0 1879-2010. (Peta Hazard Gempa Indonesia 2010 Sebagai Acuan Dasar Perencanaaan dan Perancangan Infrastruktur Tahan Gempa)
Sejarah Kegempaan di Sekitar Kepulauan Mentawai 26 Desember 2004 gempa tercatat dengan kekuatan 8,8 Skala Richter dan menimbulkan Tsunami. 28 Maret 2005 terjadi gempa dengan kekuata 8,2 Skala Ricter 12 dan 13 September 2007 gempa besar dengan kekuatan 7,9 Skala Richter terjadi di sekitar Kepulauan Mentawai. 30 September, dan 1 Oktober 2009 terjadi gempa dengan kekuatan 7,7 dan 6,8 Skala Richter dengan sumber di patahan Mentawai, dan gempa kedua terjadi di patahan Semangko. 25 Oktober 2010 terjadi gempa di area Sumatera Barat dengan kekuatan 7,7 Skala Richter
START Studi Literatur Buku serta peraturan-peraturan yang berkaitan Pengumpulan Data 1Data gempa dari USGS 2Data gempa dari ISC Pengolahan Data Gempa Perhitungan Percepatan Gempa Dengan Persamaan Atenuasi untuk setiap kejadian gempa pengolahan data kejadian gempa untuk mendapatkan perkiraan percepatan gempa maksimum untuk periode ulang tertentu Not OK Kontrol Perhitungan OK Kesimpulan dan Saran FINISH
Katalog Gempa Data kejadian gempa historik yang pernah terjadi di wilayah Indonesia dan sekitarnya dikumpulkan dari berbagai sumber, yaitu International Seimological Center (ISC) dan dari Nasional Earthquake Information Center U.S. Geological Survey (NEIC- USGS), dimana data ini merupakan gabungan dari katalog gempa yang dikeluarkan oleh The Bureau Central International de Seismologie (BCIS), International Seimological Summeries (ISS), International Seimological Center (ISC), Preliminary Determination of Epicenter (PDE), beberapa katalog perorangan, seperti Abe, Abe dan Noguchi, serta Gutenberg & Richter, Badan Meteorologi, Klimatologi dan Geofisika (BMKG). catalog diambil dari tahun 1909-2010 di kepulauan mentawai dengan koordinat 2 o 12`00`` Lintang Selatan dan 99 o 38`12`` Bujur Timur.
METODOLOGI Mengumpulkan Data-data Gempa Input data data gempa Titik yang ditinjau : Latitude : 2,2 LS ; Bujur : 99,638 BT (Kepulauan Mentawai) Radius gempa ditinjau : 500 KM (Metode pengambilan data circural area) Rentang waktu : 01/01/1900 s/d 21/10/2010 Kekuatan gempa : 1 9,9 SR Kedalam gempa : 1 200 KM Pengambilan data diatas diperoleh dari (united State Geological Survey (USGS), dan The International Seismological Center (ISC).
Gambar Distribusi gempa di Kepulauan Mentawai tahun 1909-2010 (sumber : ISC map maker)
Gambar Distribusi gempa di Kepulauan Mentawai tahun 1909-2010 (sumber : USGS)
Jarak Episenter Gempa Jarak episenter gempa adalah jarak episenter dengan lokasi dimana titik gempa yang ditinjau (D), sedangkan episenter atau yang juga dikenal dengan kata episentrum adalah titik di permukaan bumi yang berada tepat di atas kejadian lokal yang mempengaruhi permukaan bumi.
Perhitungan jarak episenter Dimana : R= Jarak hiposenter D= Jarak dari episenter ke titik lokasi yang ditinjau H= kedalaman Titik tinjau D episenter R H Sumber gempa (hiposenter)
Konversi Data Gempa untuk kejadian gempa yang terjadi di Indonesia, Irsyam dkk. (2010) memberikan korelasi konversi antara bebera-pa sekala magnitudo untuk wilayah Indonesia : Korelasi Konversi Mw = 0.143M s2 1.051M s + 7.285 Mw = 0.114m b2 0.556m b + 5.560 Mw = 0.787M E 1.537 mb = 0.125M L 2 0.389M L 3.513 M L = 0.717M D + 1.003
Fungsi Atenuasi Fungsi atenuasi merupakan suatu fungsi yang menggambarkan korelasi antara intensitas gerakan tanah, dan magnitude, serta jarak dari suatu titik dalam daerah radius sumber gempa. Secara umum fungsi atenuasi tergantung pada faktor-faktor berikut: tipe mekanisme sumber gempa daerah yang ditinjau, jarak episenter, kondisi lapisan kulit bumi yang dilintasi oleh gelombang gempa, dan kondisi tanah lokal di sekitar lokasi
Persamaan Donovan (1973) : a = 1080.e 0.5.M.(H+25) -1.32 Persamaan Matuscha (1980) : a = 119.e 0.81.M.(H+25) -1.15 Persamaan Joyner & Boore (1981) : a = 10 (0.249.M-log D-0.00255.D-1.02). 980 ; (D=E 2 +7.3 2 ) 0.5 Persamaan Campbell (198) : a = 0.0185.e (1.28.M). D (-1.75).(H+25) -1.15.980 ; (D=E+0.147.e (0.732.M) ) Persamaan Fukushima & Tanaka (1990): a = (10 (0.41.M-log(R+0.032.10^(0.41.M)) - 0.0034.R+1.30)) Keterangan : a = percepatan gempa (cm/dt 2 ) e = bilangan natural M = besar gempa menurut skala Ritcher H = jarak hyposenter (km)
Pada studi ini gempa dipisahkan antara gempa utama dan gempa susulan dengan menggunakan metode berdasarkan kriteria waktu dan jarak yaitu metode Uhrhammer (1986). Gambar kriteria waktu Uhrhammer
Gambar Kriteria jarak Uhrhammer Data gempa dipisahkan dengan memplotkan data gempa yang ada pada grafik diatas. Dalam memisahan gempa utama (main events) dengan gempa awalan (foreshocks) dan gempa susulan (aftershocks) akan dibantu ndengan program zmap yaitu melalui proses declustering.
Perhitungan percepatan gempa maksimum (Gumble) Ln Y = Ln A + B Ln N Keterangan : Y = percepatan gravitasi N = Annual Exceedance Rate dengan magnitude > m (m = 5 SR) A & B = Konstanta yang diperoleh dari data statistic (regressi linear) Koeffisien regressi dihitung sebagai berikut : A = B = Hubungan antara periode ulang (T) dengan percepatan (a) α = dimana : α=e A dan β= - B Keterangan : xj = perjcepatan gempa ke j j = nomor urut kejadian gempa yang disusun dari a terkecil. Harga untuk a terbesar = N N = selang waktu pengamatan yj =
Dari regresidiperoleh nilai : A = 0,711 α = 2,035 B = -0.034β = 0.034 Dimana : Rn= Probabilitas terjadinya gempa T = Return periode of struktur N = Usia bangunan (t) usia bangunan (tahun) R N (%) (T) Periode ulang a (cm/dt 2 ) a/980 50 63.6 50 135.867 0.139 50 39.5 100 156.239 0.159 50 10 475 202.034 0.206 50 2 2475 250.549 0.256 (g)
Dari regresi diperoleh nilai : A = 0,773 α = 2,166 B = -0,022β = 0,022 Dimana : Rn= Probabilitas terjadinya gempa T = Return periode of struktur N = Usia bangunan (t) usia bangunan (tahun) R N (%) (T) Periode ulang a (cm/dt 2 ) a/980 50 63.6 50 216.112 0.221 50 39.5 100 248.087 0.253 50 10 475 319.966 0.326 50 2 2475 396.113 0.404 (g)
Dari regresi diperoleh nilai : A = 0,217 α = 1,242 B = -0.041β = 0.041 Dimana : Rn= Probabilitas terjadinya gempa T = Return periode of struktur N = Usia bangunan (t) usia bangunan (tahun) R N (%) (T) Periode ulang a (cm/dt 2 ) a/980 50 63.6 50 216.112 0.221 50 39.5 100 248.087 0.253 50 10 475 319.966 0.326 50 2 2475 396.113 0.404 (g)
Dari regresi diperoleh nilai : A = 0,262 α = 1,299 B = -0,037β = 0,037 Dimana : Rn= Probabilitas terjadinya gempa T = Return periode of struktur N = Usia bangunan (t) usia bangunan (tahun) R N (%) (T) Periode ulang a (cm/dt 2 ) a/980 50 63.6 50 99.737 0.102 50 39.5 100 116.482 0.119 50 10 475 154.124 0.157 50 2 2475 194.001 0.198 (g)
Dalam Studi ini diambil hasil dari persamaan Atenuasi Matuscha karena dianggap memiliki hasil yang dapat mewakili untuk Kepulauan Mentawai, yaitu dengan hasil 0.326 g dengan periode ulang 475 tahun dan 0.404 g untuk periode ulang 2475 tahun.
Teori ini mengasumsikan magnitude gempa M dan jarak R sebagai variable acak independent yang menerus. Dalam bentuk umum teori probabilitas total ini dapat dinyatakan dalam bentuk sebagai berikut : P( PGA acc EQ) R M P( PGA acc EQ : M, R). f ( M ). M. f ( R). R dimana v adalah annual exeedence rate (dengan nilai lebih tinggi dari nilai batas Mo) pada sumber gempa I, f (M) dan f(r) berturut-turut adalah fungsi kepadatan probabilitas magnitude dan jarak.
Disamping adalah data gempa dengan M>5 yang telah dilakukan declustering. Gutenburg-Richter β-line Data Magnitude N N pertahun Ln N pertahun M 5 372 3.647 1.29 M 5.5 143 1.402 0.34 M 6 32 0.314-1.16 M 6.5 12 0.118-2.14 M 7 8 0.078-2.55 M 7.5 5 0.049-3.02 M 8 3 0.029-3.53 Pengelompokan data dan perhitungan untuk pembuatan β-line
Dari data diatas diperoleh nilai β= 1.611 Dari nilai tersebut kemudian dilakukan perhitungan menggunakan rumus fungsi dari magnitude : f m ( M) c e c 1 e 1 ( M m0 ) ( M m0 ) max Nilai v merupakan exceedence rate N(5) e N(8) e 1.611*5 8.9351 1.611*8 8.9351 2.41114 0.01919 N( 5) N(8) 2.39194 Mmid 5.25 5.75 6.25 6.75 7.25 7.75 8.25 ) f(mmid F(Mmid)* M 1.081 0.540 0.483 0.241 0.216 0.108 0.096 0.048 0.043 0.022 0.019 0.010 0.009 0.004
Data dengan berbagai probabilitas jarak untuk probabilitas jarak 0.25 PGA Mmid 5.25 5.75 6.25 6.75 7.25 7.75 8.25 R 73.53 189.78 320.84 446.27 0.0435 0.0177 0.0103 0.0072 0.0652 0.0266 0.0154 0.0108 0.0977 0.0399 0.0231 0.0162 0.1465 0.0598 0.0346 0.0242 0.2196 0.0896 0.0518 0.0363 0.3293 0.1344 0.0777 0.0544 0.4937 0.2015 0.1165 0.0816
log( acc) log( PGA) P( PGA acc EQ : R, M ) 1 log( PGA ) Dimana nilai dari standart deviasi untuk kejadian beruntun menurut (Nishenko dan Buland 1987) adalan = 0.205 PGA P(PGA>acc EQ) aprox. P(PGA>ACC) P(PGA>ACC) 0.05 0.184207679 0.440614059 0.356358934 0.1 0.055632914 0.133070696 0.124596797 0.15 0.023748064 0.056803989 0.055220762 0.2 0.012505927 0.029913451 0.029470472 0.25 0.007444082 0.017805811 0.017648225 0.3 0.004785109 0.011445703 0.01138045 0.35 0.003237945 0.007744975 0.00771506 0.4 0.002271043 0.005432202 0.005417474 0.45 0.001634769 0.003910272 0.003902637 0.5 0.001199794 0.002869838 0.002865724 0.55 0.000893788 0.002137889 0.002135606 0.6 0.000673742 0.001611552 0.001610254 0.65 0.000512785 0.001226551 0.001225799 0.7 0.000393439 0.000941084 0.000940642 0.75 0.000303966 0.00072707 0.000726805 0.8 0.00023627 0.000565144 0.000564984 0.85 0.000184649 0.000441669 0.000441572 0.9 0.000145019 0.000346876 0.000346816 0.95 0.000114412 0.000273666 0.000273628 1 9.06455E-05 0.000216819 0.000216795 1.05 7.21007E-05 0.000172461 0.000172446 1.1 5.75647E-05 0.000137691 0.000137682 1.15 4.61226E-05 0.000110322 0.000110316 1.2 3.70802E-05 8.86936E-05 8.86897E-05 1.25 2.99074E-05 7.15368E-05 7.15343E-05 1.3 2.41974E-05 5.78789E-05 5.78772E-05 1.35 1.96364E-05 4.69692E-05 4.69681E-05 1.4 1.59813E-05 3.82264E-05 3.82257E-05
P(10% in 50 Years ) P(2% in 50 Years )
Kesimpulan Dari hasil analisa pada data gempa di Kepulauan Mentawai yang telah dilakukan dalam pengerjaan Tugas Akhir ini, maka dapat diperoleh sejumlah kesimpulan sebagai berikut : Data gempa yang digunakan adalah data gempa yang dikombinasi dari sejumlah catalog gempa. semakin lengkap data gempa, maka akan semakin akurat hasil PGA yang diperoleh nantinya. Data gempa yang sudah diperoleh haruslah dikonversikan dalam satu satuan (Mw) momen magnitude, dan juga dilakukan pengecekan terhadap jarak dari point source. Data gempa harus dipisahkan terhadap gempa awalan dan gempa susulan. Hasil perhitungan percepatan gempa untuk setiap atenuasi memiliki perbedaan, tergantung pada site (tempat) penelitian. Hasil perhitungan untuk percepatan gempa maksimum dengan menggunakan metode Gumble I dipilih hasil dari persamaan Matuscha dengan hasil 0,326 g untuk periode ulang 475 tahun, dan 0,404 g untuk periode ulang 2475 tahun. Hasil perhitungan untuk percepatan gempa maksimum menggunakan PSHA dengan data percepatan menggunakan atenuasi Matuscha diperoleh hasil 0,58 g untuk periode ulang 475 tahun, dan 0,86 g untuk periode ulang 2475 tahun. Dari hasil perhitungan probabilitas dari metode Gumble I dan PSHA didapati bahwasanya percepatan gempa maksimum yang dihasilkan dalam perhitungan Gumble lebih kecil ± 50% dari perhitungan PSHA. Percepatan gempa maksimum yang dihasilkan oleh metode PSHA lebih akurat karena hasil yang diperoleh dari perhitungan PSHA sudah memperhatikan jumlah kejadian gempa, kekuatan magnituda serta jarak kejadian gempa.