BAB 1 PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Rekayasa gempa berhubungan dengan pengaruh gempa bumi terhadap manusia, lingkungan dan metode yang dapat digunakan untuk mengurangi pengaruhnya. Gempa bumi merupakan fenomena dan problem global di dunia, tidak mungkin melakukan pencegahan terhadap kejadian gempa, namun dimungkinkan untuk memitigasi pengaruhnya terhadap manusia. Penyebab gempa, jenis gelombang dan jenis batuan dasar akan menentukan fungsi atenuasi (perambatan gelombang gempa di batuan dasar) yang digunakan. Dengan analisa probabilitas dapat diperoleh percepatan maksimum gempa di batuan dasar untuk perioda ulang tertentu. Data digitasi gempa dan jenis material tanah akan menentukan perambatan gelombang gempa pada lapisan tanah, sehingga diperoleh percepatan maksimum gempa di permukaan tanah dan faktor amplifikasi. Faktor amplifikasi gempa adalah perbandingan percepatan maksimum gempa di permukaan tanah dengan batuan dasar. Jika tidak diperoleh data digitasi gempa untuk daerah yang akan ditinjau, maka dapat digunakan beberapa data digitasi daerah lain. Kemudian harus dianalisa percepatan maksimum gempa di permukaan tanah yang akan digunakan. Umur rencana bangunan dan resiko gempa yang disyaratkan akan 1
2 menentukan perioda ulang gempa. Gempa itu sebenarnya adalah adanya pergeseran lempengan di dalam bumi, akibat pergeseran lempengan tentu akan menyebabkan getaran ke permukaan bumi. Kapan terjadi pergeseran itu tidak bisa diketahui secara pasti. Tempat terjadinya pergeseran itu disebut juga hypocenter atau focus atau pun pusat gempa, sedangkan proyeksi hypocenter terhadap permukaan bumi disebut juga epicenter (dapat dilihat pada gambar di bawah ini). Pusat gempa di Sumatera terletak di sebelah barat pulau Sumatera termasuk Lautan Hindia. s Epicenter KOTA h Hypocenter / Focus / Pusat Gempa Gambar 1.1 Hypocenter dan Epicenter Ada tiga mekanisme terjadinya patahan yaitu normal fault (sesar turun), reserve fault (sesar naik) dan strike slip (sesar horizontal). Sesar horizontal adalah bergesernya lempeng-lempeng tektonik secara horizontal, sedangkan dua sesar lainnya secara vertikal, dua sesar inilah yang mampu mendeformasikan dasar laut ke arah bawah dan atas.
3 Wegener, Ahli Geologi Bangsa Jerman : dulunya (dua ratus juta tahun yang lalu), bumi hanya satu benua dan sangat luas yang disebut Pangaea. Akibat adanya aktifitas magma dan perputaran bumi itu sendiri, maka lapisan bumi bagian atas pecah menjadi lempeng-lempeng benua dan lempeng samudera. Pergerakan lempeng mangakibatkan daratan terpencar seperti kondisi saat ini. Java Trench Gambar 1.2 Pertemuan 4 Lempeng Tektonik di Wilayah Indonesia, (Sibero, 2004) Kepulauan Indonesia merupakan tempat pertemuan 4 (empat) lempeng yaitu : 1. Lempeng benua eurasia (eropah-asia), pulau sumatera, jawa dan kalimantan, terdapat di lempeng ini. 2. Lempeng pasific, sulawesi, maluku dan irian jaya terdapat pada lempeng ini. 3. Lempeng samudra hindia - australia, terdapat di samudra hindia dan hanya terdapat pada pulau-pulau kecil.
4 4. Lempeng philiphina dekat dengan kepulauan irian. Lempeng hindia - australia bergerak ke arah utara. Lempeng pasific bergerak ke arah barat dan keduanya menghujam ke arah lempeng eurasia (subduction zone). Fungsi atenuasi yang digunakan untuk menentukan percepatan gempa yang terjadi pada batuan dasar di bawah daerah yang ditinjau adalah fungsi Crouse (1991) dan fungsi Joyner & Boore (1988). Percepatan gempa maksimum pada batuan dasar ditentukan dengan teori probabilitas dengan Model Point Source (Gumbel Tipe I), sedangkan untuk menentukan percepatan gempa maksimum di permukaan tanah pada daerah yang ditinjau, digunakan program SHAKE2000. Program SHAKE2000 yaitu program untuk menghitung respons lapisan horizontal deposit tanah yang semiinfinite dan terletak di atas material half-space yang seragam akibat penjalaran gelombang geser secara vertikal. Wilayah Sumatera Utara sebelah barat merupakan daerah lintasan pertemuan Lempeng Eurasia dan Lempeng Australia. Patahan-patahan (fault) yang terdapat di daerah pantai barat Sumatera Utara, seperti yang diungkapkan oleh Dany Hilman Natawidjaya (Natawidjaya, 2002), adalah patahan Renun, Angkola, Toru, Barumun dan Sianok. Dari data-data pencatatan gempa dan fakta keberadaan berapa patahan yang beraktifitas dapat disimpulkan, bahwa wilayah Sumatera Utara terutama daerah pantai baratnya merupakan daerah dengan potensi gempa yang tinggi. Gempa yang terjadi umumnya adalah gempa dangkal dengan kedalaman berkisar 7 100 km dengan magnitude antara 3.0 8.3 dalam skala Richter.
5 Gambar 1.3 Lokasi Episenter Gempa di Sekitar Sumatera Utara Tahun 1907-2007 (http://neic.usgs.gov /neis/epic/) ) ) Kota Medan Tapteng Taput Nias Sibolga Simalungun P. Siantar Dairi Labuhan Batu Tg. Balai Toba Samosir T. Tinggi Asahan Karo Tapsel Mandailing Natal Langkat Serdang Bedagai Deli Serdang 2 N 1 N 3 N 0 N 4 N 97 E 98 E 99 E 100 E KETERANGAN : Mekanisme gempa subduksi Mekanisme gempa strike slip ) ) Gempa Nias 28 Maret 2005 Radius gempa Nias 300 km
6 Namun demikian ada beberapa kejadian gempa berkategori gempa dalam, dengan magnetude dalam skala Richter antara 4.0 7.0. Mekanisme gempa yang terjadi merupakan mekanisme subduksi, dimana Lempeng Australia menghunjam ke arah Lempeng Eurasia. Sebaran lokasi episenter gempa yang pernah terjadi antara tahun 1907 hingga tahun 2007 di sekitar wilayah Sumatera Utara, dapat dilihat pada Gambar 1.3 diatas. 1.2. Permasalahan Perencanaan suatu bangunan tahan gempa di Indonesia harus berdasarkan rekomendasi yang terdapat pada Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Bangunan Gedung (SNI 03-1726-2003), yang dikeluarkan oleh Badan Standarisasi Nasional (BSN) pada tahun 2003. Tata cara ini secara umum membagi Indonesia menjadi 6 (enam) zona percepatan puncak gempa dan mengklasifikasikan kondisi tanah menjadi 3 (tiga) kategori, yaitu tanah keras, tanah sedang, dan tanah lunak. Hal ini menyebabkan koefisien geser gempa di tanah dasar yang direkomendasikan untuk bangunan, tidak mempertimbangkan kondisi geologi dan seismologi, atenuasi rambatan gelombang gempa di batuan dasar, spesifik time histories percepatan dan kondisi tanah lokal. SNI 03-1726-2003 menetapkan jenis tanah sebagai tanah keras, tanah sedang dan tanah lunak untuk lapisan tanah setebal maksimum 30 m dengan kriteria seperti pada Tabel 1.1.
7 Tabel 1.1 Jenis - jenis Tanah Berdasarkan SNI 03-1726-2003 Jenis Tanah Kecepatan Rambat Gelombang Geser Rata-rata, V s (m/det) Nilai Hasil Test Penetrasi Standar Rata-rata, N Kuat Geser Niralir Rata-rata S u (kpa) Tanah Keras V s 350 N 50 S u 100 Tanah Sedang 175 V s < 350 15 N < 50 50 S u < 100 Tanah Lunak Tanah Khusus V s < 175 N < 15 S u < 50 atau, setiap jenis tanah lempung lunak dengan total tebal lebih dari 3 m dengan Indeks Plastis > 20, kadar air alami tanah (wn) 40 % dan kuat geser niralir (Su) < 25 kpa Diperlukan evaluasi khusus disetiap lokasi Tata cara ini juga menerapkan aturan, apabila lapisan tanah di atas batuan dasar tidak memenuhi syarat seperti pada Tabel 1.1, maka pengaruh gempa rencana di permukaan tanah harus ditentukan dari hasil analisis perambatan gelombang gempa dari kedalaman batuan dasar ke permukaan tanah, menggunakan gerakan gempa masukan dengan percepatan puncak untuk batuan dasar menurut Tabel 1.2. Akselerogram gempa masukan yang ditinjau dalam analisis ini, harus diambil dari rekaman gerakan tanah akibat gempa yang didapat di suatu lokasi, yang mirip kondisi geologi, topografi dan seismotektoniknya dengan lokasi yang ditinjau tempat struktur bangunan berada. Untuk mengurangi ketidakpastian mengenai kondisi lokasi tersebut, paling sedikit harus ditinjau 4 (empat) akselerogram dari 4 (empat) gempa berbeda, salah satunya harus diambil gempa El-Centro N-S yang telah direkam pada tanggal 15 Mei 1940. Menurut SNI 03-1726-2003, wilayah Provinsi Sumatera Utara, berdasarkan pembagian wilayah gempa di Indonesia, adalah seperti pada Gambar 1.4 dibawah ini.
8 98 E 99 E KETERANGAN : 100 E Wil. 1 : 0.03 g 4 N Wil. 2 : 0,10 g Langkat Kota Medan Deli Serdang Serdang Bedagai T. Tinggi Wil. 3 : 0,15 g Wil. 4 : 0,20 g Wil. 5 : 0,25 g Wil. 6 : 0,30 g 3 N Karo Simalungun P. Siantar Tg. Balai Dairi Asahan 2 N Taput Toba Samosir Labuhan Batu Tapteng Sibolga Tapsel 1 N Nias Mandailing Natal 0 N Gambar 1.4 Wilayah Gempa di Provinsi Sumatera Utara, (SNI 03-1726-2003)
9 Tabel 1.2 Percepatan Puncak Batuan Dasar dan Percepatan Puncak Muka Tanah Untuk Masing-masing Wilayah Gempa Indonesia, (SNI 03-1726-2003) Wilayah Gempa Percepatan Puncak Batuan Dasar (g) Tanah Keras Percepatan Puncak Muka Tanah Ao (g) Tanah Sedang Tanah Lunak Tanah Khusus 1 0.03 0.03 0.04 0.08 2 0.10 0.12 0.15 0.23 3 0.15 0.18 0.22 0.30 4 0.20 0.24 0.28 0.34 5 0.25 0.29 0.33 0.36 6 0.30 0.33 0.36 0.36 Diperlukan evaluasi khusus di setiap lokasi Sehingga, berdasarkan hal tersebut di atas, perlu kiranya diupayakan suatu analisa potensi gempa yang terdapat di daerah Sumatera Utara, terutama dalam hal akselerasi gelombang permukaan yang muncul akibat terjadinya gempa dengan kondisi tanah geologi setempat. Mengingat wilayahnya yang luas, maka dibutuhkan program Shake2000 yang dapat memprediksi kemungkinan besarnya akselerasi gelombang permukaan dan respon spektrum desain pada suatu lokasi di wilayah Sumatera Utara berdasarkan data-data gempa yang ada dan kondisi geologi setempat. 1.3. Tujuan Penelitian Tujuan yang diharapkan dari penulisan tesis ini adalah untuk : 1. Menentukan Percepatan gempa di batuan dasar dan di permukaan tanah. 2. Membuat peta kontur mikrozonasi percepatan gempa di batuan dasar dan
10 permukaan tanah untuk Kota Medan, sekitar Kota Medan dan Provinsi Sumatera Utara. 1.4. Pembatasan Masalah Penulis membatasi hanya menganalisa percepatan gempa di permukaan tanah (dengan menggunakan aplikasi program SHAKE2000) di Provinsi Sumatera Utara, yang hasil analisisnya ditampilkan dalam bentuk peta kontur mikrozonasi, untuk menampilkan percepatan gempa di permukaan tanah pada lokasi tersebut. Untuk menganalisa percepatan gempa di permukaan batuan dasar, ditetapkan dengan : 1. Fungsi atenuasi yang digunakan adalah fungsi atenuasi dari Crouse (1991), untuk data gempa dengan mekanisme subduction (Hypocenter gempa di Laut) dan fungsi atenuasi dari Joyner and Boore (1988) untuk data gempa dengan mekanisme strike slip (hypocenter gempa di darat). 2. Pemodelan matematika untuk probabilitas resiko gempa dari episenter ke batuan dasar menggunakan model Distribusi Gumbel Tipe I (Point Souce Method), tanpa mempertimbangkan model dari Metode USGS dari McGuire. 3. Perioda ulang gempa yang diambil 500 tahun dengan data digitasi El Centro. 4. Kontur mikrozonasi pada tesis ini tidak mencakup seluruh Sumatera Utara, karena penulis kesulitan memperoleh data lapisan tanah. 5. Data-data kejadian gempa di wilayah Sumatera Utara diambil pada rentang antara
11 tahun 1907 sampai 2007 di sekitar wilayah Sumatera Utara, yang diperoleh dari situs internet USGS Earthquake Hazard Programs (http//neic.usgs.gov/neis/epic). 6. Data-data pada lapisan tanah diambil dari tesis Jupriah Sarifah 2004 Mikrozonasi Percepatan Gempa Sumatera Utara dan Joyke Sibero 2004 Program Komputasi Analisa Resiko Gempa Pada Daerah Sumatera Utara, serta berdasarkan data hasil penyelidikan tanah di wilayah Sumatera Utara. 1.5. Sistematika Pembahasan BAB I : PENDAHULUAN Berisi tentang latar belakang, permasalahan, tujuan penelitian, dan pembatasan masalah. BAB II : STUDI PUSTAKA Berisi tentang teori sebab terjadinya gempa, gelombang gempa, ukuran gempa, uraian tentang resiko dan analisa resiko gempa. Bab ini juga menguraikan tentang parameter gerakan tanah pada batuan dasar, pengaruh tanah terhadap percepatan gempa, spektrum respon gelombang gempa dan kondisi umum geologi wilayah Sumatera Utara. BAB III : PEMILIHAN LOKASI STUDI Berisi tentang menentukan lokasi studi penelitian daerah Sumatera Utara, kondisi patahan-patahan yang terdapat dan zona wilayah kegempaan di
12 sekitar Sumatera Utara, kondisi geologi Sumatera Utara, ciri khas kerusakan bangunan akibat gempa Nias dan gempa Aceh. BAB IV : METODOLOGI PENELITIAN Berisi tentang langkah-langkah yang dilakukan dalam penelitian, mengindentifikasi episenter dan sumber-sumber gempa, fungsi atenuasi gerakan tanah yang menggambarkan korelasi antara intensitas gerakan tanah setempat (i) dan magnitude (M) serta jarak (R) dari suatu sumber titik dalam daerah sumber gempa. BAB V : ANALISA HASIL DAN PEMBAHASAN Berisikan tentang besar percepatan gempa batuan dasar dan permukaan tanah sebelum dan sesudah gempa Nias, pembahasan dan diskusi hasil perhitungan percepatan gempa di Kota Medan, sekitar Kota Medan dan Provinsi Sumatera Utara. BAB VI : KESIMPULAN DAN SARAN, Pada akhir penulisan tesis ini berisikan tentang kesimpulan dan saran dari hasil penelitian yang dilakukan, yang merupakan bahan pertimbangan dalam menggunakan SNI 03-1726-2003 untuk Provinsi Sumatera Utara.