ANALISIS PERCEPATAN TANAN MAKSIMUM

ANALISIS PERCEPATAN TANAN MAKSIMUM GEMPABUMI TEKTONIK WILAYAH JAWA TIMUR MENGGUNAKAN METODE DONOVAN

Istiqorini Handewi, Sujito, Daeng Achmad Suaidi Jurusan Fisika, FMIPA, Universitas Negeri Malang Email : [email protected]

ABSTRAK: Indonesia merupakan salah satu negara di dunia yang paling banyak terjadi gempabumi. Hal ini disebabkan Indonesia terletak pada daerah pertemuan tiga lempeng tektonik, yaitu : Lempeng Eurasia, Indo-Australia, dan Lempeng Pasifik. Hal ini menyebabkan daerah Jawa Timur dan sekitarnya merupakan salah satu wilayah rawan terhadap gempabumi karena posisinya pada jalur subduksi yang berada di sebelah barat yaitu pertemuan antara lempeng Indo-Australia dengan lempeng Eurasia..Percepatan tanah maksimum dipemukaan tanah merupakan salah satu parameter penting, karena menggambarkan kekuatan getaran gempa yang pernah terjadi.Oleh karena itu, sangat dibutuhkan pengukuran dan perhitungan percepatan tanah yang diakibatkan oleh gempabumi. Dengan mengetahui nilai percepatan tanah maksimum di suatu wilayah, kita dapat mengetahui daerah mana yang rawan terhadap gempabumi. Data yang diperoleh pada penelitian ini merupakan data historis gempabumi periode 1973 – 2013 dari U.S. Geoligical Survey di stasiun BMKG Karangkates, Malang. Sebanyak 867 data gempabumi dihitung nilai percepatan tanah maksimum dengan metode empiris Donovan. Data yang telah melewati tahap perhitungan kemudian diolah ke dalam software arcGis 10.0 dan Surfer 9 sehingga dapat diinterpretrasikan dalam bentuk sebaran episenter dan kontur percepatan tanah maksimum gempabumi. Hasil dari interpretasi dibahas sesuai dengan hasil pengolahan arcGis 10.0 dan Surfer 9. Hasil dari pengolahan data tersebut kemudian diinterpretasikan sehingga dapat diketahui rumus empiris Donovan menghasilkan percepatan tanah maksimum tertinggi 58,9 gal pada koordinat -9°24’LS – 112°BT dan percepatan tanah maksimum terendah 6,59 gal pada koordinat -7°42’LS - 114°15’BT. Kata Kunci : percepatan tanah maksimum, metode donovan, arcGis 10.0, Surfer 9

salah satu wilayah rawan terhadap gempabumi karena posisinya pada jalur subduksi yang berada di sebelah barat yaitu pertemuan antara lempeng Indo-Australia dengan lempeng Eurasia.

Pendahuluan Indonesia merupakan salah satu negara di dunia yang paling banyak terjadi gempabumi. Hal ini disebabkan Indonesia terletak pada daerah pertemuan tiga lempeng tektonik, yaitu : Lempeng Eurasia, IndoAustralia, dan Lempeng Pasifik. Jalur pertemuan lempeng berada di laut sehingga apabila terjadi gempabumi besar dengan kedalaman dangkal maka akan berpotensi menimbulkan tsunami sehingga Indonesia juga daerah rawantsunami.Aktivitas dari pergerakan lempeng-lempeng tersebut tentunya akan menimbulkan perubahan struktur geologi pada batas-batas pertemuan lempeng tersebut tergantung dari jenis pertemuan antar lempengnya, bisa berupa gempabumi, gunung api, pembentukan pegunungan, lipatan dan patahan. Sistem subduksi Pulau Jawa dibentuk oleh subduksi lempeng samudra di bawah lempeng benua. Tektonik di jawa berarah barat laut di depan Sumatra dan berarah timur kepulauan Sunda Lesser. Hal ini menyebabkan daerah Jawa Timur dan sekitarnya merupakan

Percepatan tanah maksimum dipemukaan tanah merupakan salah satu parameter penting, karena menggambarkan kekuatan getaran gempa yang pernah terjadi. Percepatan tanah maksimum adalah nilai terbesar percepatan tanah pada suatu tempat di permukaan bumi akibat getaran gempabumidalamperiodetertentu(Heryand oko, Tanpa Tahun). Oleh karena itu, sangat dibutuhkan pengukuran dan perhitungan percepatan tanah yang diakibatkan oleh gempabumi. Dengan mengetahui nilai percepatan tanah maksimum di suatu wilayah, kita dapat mengetahui daerah mana yang rawan terhadap gempabumi. Setiap gempa yang terjadi akan menimbulkan satu nilai percepatan tanah 1

pada suatu tempat (site). Nilai Percepatan tanah yang akan diperhitungkan pada perencanaan bangunan adalah nilai percepatan tanah maksimum. Percepatan tanah maksimum adalah nilai terbesar percepatan tanah pada suatu tempat akibat getaran gempa bumi dalam periode waktu tertentu.

Australia dan lempeng tektonik Eurasia dimana lempeng oceanik Indo-Australia bergerak relatif ke utara menyusup dibawah lempeng benua Eurasia. Pergerakan ini menimbulkan pergeseran lempeng tektonik sehingga pada batas tumbukan lempeng tektonik tersebut mengakibatkan terjadinya medan stress dan tegangan-tegangan yang dapat menimbulkan pelepasan energi atau stress secara tiba-tiba yang disebut gempabumi. Gempabumi tektonik pada wilayah Jawa Timur dapat terjadi pada batas pembentukan lempeng samudera, pada batas pertemuan antara dua lempeng (daerah subduksi) dan pada daerah sesar aktif pada lempeng benua.

Keadaan Geologi Jawa Timur Struktur geologi Jawa Timur didonimasi oleh aluvial dan bentukan hasil gunung api kwarter muda, keduanya meliputi 44,5% dari luas wilayah darat, sedangkan batuan yang relative juga agak luas persebarannya adalah miosen sekitar 12,23% dan hasil gunung api kwarter tua sekitar 9,78% dari luas total wilayah daratan. Sementara itu batuan lain hanya mempunyai proporsi antara 0-7%.

Percepatan Tanah Maksimum Setiap gempa yang terjadi akan menimbulkan satu nilai percepatan tanah pada suatu tempat (site). Nilai Percepatan tanah yang akan diperhitungkan pada perencanaan bangunan adalah nilai percepatan tanah maksimum. Percepatan tanah maksimum adalah nilai terbesar percepatan tanah pada suatu tempat akibat getaran gempa bumi dalam periode waktu tertentu. Semakin besar nilai PGA yang pernah terjadi disuatu tempat, semakin besar risiko gempabumi yang mungkin terjadi. Nilai percepatan tanah yang akan diperhitungkan adalah nilai percepatan tanah maksimum. Pengukuran percepatan tanah dengan cara empiris dapat dilakukan dengan pendekatan dari beberapa rumus yang diturunkan dari magnitude gempa atau dan data intensitas. Perumusan ini tidak selalu benar, bahkan dari satu metode ke metode lainnya tidak selalu sama, namun cukup memberikan gambaran umum tentang percepatan tanah maksimum atau Peak Ground Acceleration (PGA).

Batuan sedimen alluvial tersebar di sepanjang sungai Brantas dan Bengawan Solo yang merupakan daerah subur. Batuan hasil gunung api kwarter muda tersebar di bagian tengah wilayah Jawa Timur membujur ke arah timur yang merupakan daerah relatif subur. Batuan miosen tersebar di sebelah setelah dan utara Jawa Timur membujur ke arah timur yang merupakan daerah kurang subur. Selain sangat dipengaruhi oleh mekanisme kejadian gempa (source mechanism), maka rekaman percepatan tanah akibat gempa juga sangat dipengaruhi oleh kondisi tanah. Suatu energi yng datang dari tempat yang sama, jarak yang sama yang direkam di atas tanah batu dan tanah endapan akan mempunyai karakter rekaman percepatan tanah yang berbeda. Kondisi Tektonik Jawa Timur Secara alamiah, kawasan Jawa Timur memiliki tingkat kerawanan gempabumi yang cukup tinggi, karena wilayah Jawa Timur secara umum dipengaruhi aktifitas dua buah lempeng tektonik utama dunia yang saling bertumbukan di lepas pantai selatan Jawa Timur yaitu lempeng tektonik Indo-

Skala Intensitas Gempa Bersifat lebih subyektif. Intensitas gempabumi merupakan skala kedua yang dipakai dalam menyatakan sebuah gempabumi. Skala intensitas menunjukan tingkat kerusakan di permukaan bumi. 2

Skala ini dikembangkan oleh Mercally (1902), seorang ahli seimologi dari italia dan sekarang lebih dikenal dengan skala Mercally yang dimodifikasi, digunakan untuk menggambarkan intensitas pengaruh gempabumi terhadap manusia (Fulki, 2011). Skala MMI (Modified Mercally Intensity) digunakan untuk mengukur seberapa besar kerusakan yang ditimbulkan oleh gempa. Pembagian zona tingkat bahaya gempabumi pada umumnya didasarkan pada pengamatan peta kontur nilai percepatan tanah maksimum dan intensitas maksimum. Pembagian zona tersebut dimaksudkan untuk mempermudah penggunaan peta dalam mengamati tingkat bahaya gempabumi pada suatu wilayah. Makin tinggi nilai percepatan tanah maksimum pada suatu wilayah makin tinggi juga tingkat bahayanya. Pembagian daerah aktif gempa bisa juga ditinjau dari data makro atau intensitas gempa yang pernah dirasakan. Pembagian zona seismik di Indonesia berdasarkan data historis kegempaan periode sebelum tujuh puluhan.

Zona 1: Zona 2: Zona 3: Zona 4: Zona 5: Zona 6:

Percepatan tanah maksimum (Gal) >323.4

Intensitas (MMI)

245 - 323.4

VII – IX

196 - 245

VII – VIII

127.4 – 196

VI – VII

39.2 – 127.4

V – VI

IX

Pengertian Skala MMI sebagai berikut. No

1.

Pengertian dalam skala MMI 3

Getaran tidak dirasakan kecuali dalam keadaan luar biasa oleh beberapa orang. Getaran dirasakan oleh beberapa orang, bendabenda ringan yang di gantung bergoyang. Getaran dirasakan nyata di dalam rumah. Terasa getaran seakan-akan ada truk berlalu. Pada siang hari dirasakan oleh orang banyak di dalam rumah, di luar oleh beberapa orang, gerabah pecah, jendela/pintu bergerincing dan dinding berbunyi. Getaran dirasakan oleh hampir semua penduduk, orang banyak terbangun, gerabah pecah, jendela dan sebagainya pecah, barang-barang terpelanting, tiang-tiang dan barang besar tampak bergoyang, bandul lonceng dapat berhenti. Getaran dirasakan oleh semua penduduk. Kebanyakan semua terkejut dan berlari ke luar, plaster dinding jatuh dan cerobong asap pada pabrik rusak, kerusakan ringan. Setiap orang keluar rumah. Kerusakan ringan pada rumahrumah dengan bangunan dan konstruksi yang baik. Sedangkan pada bangunan dengan konstruksi yang kurang

8.

9.

10.

11.

12.

VIII

IX

X

XI

XII

Metode Penelitian

baik terjadi retak-retak bahkan hancur, cerobong asap pecah. Terasa oleh orang yang naik kendaraan. Kerusakan ringan pada bangunan dengan konstruksi yang kuat. Retak-retak pada bangunan dengan konstruksi yang kurang baik, dinding dapat lepas dari rangka rumah, cerobong asap pabrik dan monumenmonumen roboh, air menjadi keruh. Kerusakan pada bangunan yang kuat, rangka-rangka rumah menjadi tidak lurus, banyak retak-retak. Rumah tampak berpindah dari pondasinya. Pipa-pipa di dalam rumah putus. Bangunan dari kayu yang kuat rusak, rangka rumah lepas dari pondasinya, tanah terbelah, rel melengkung, tanah longsor di tiap-tiap sungai di tanahtanah yang curam. Bangunan-bangunan hanya sedikit yang berdiri. Jembatan rusak, terjadi lembah. Pipa di dalam tanah tidak bisa dipakai sama sekali, tanah terbelah, rel melengkung sekali. Hancur sama sekali. Gelombang tampak pada permukaan tanah. Pemandangan menjadi gelap. Benda-benda terlempar ke udara.

1.Data Data historis gempabumi dari U.S. Geological Survey dari periode data 40 tahun yaitu dari tahun 1973 sampai dengan tahun 2006 yang meliputi wilayah Jawa Timur dengan magnitudo permukaan > 5 SR dengan kedalaman < 642 km serta di batasi wilayah 6051’ – 10015’ LS dan 1120 – 114015’ BT, 2.Perhitungan R Gempabumi Epicenter adalah titik pada permukaan bumi yang ditarik tegak lurus dari titik pusat terjadinya gempabumi(hypocenter).Dalam perhitungan intensitas dan percepatana tanah digunakan parameter jarak antara epicenter sampai pada titik pengamatan (observasi). Dengan anggapan bahwa bumi itu bulat, jarak epicenter dan jarak hypocenter dapat dicari dengan persamaan: Xs = rCosøCosθ Ys = rCosøSinθ Zs = rSinø Dimana: Ø = øs x π/180(rad) Θ = θs x π/180(rad) r = jari-jari bumi (6.378km) øs = lintang pengamat (derajat) θs = bujur pengamat (derajat) (Xs, Ys, Zs) = koordinat pengamat Sehingga posisi kedalaman sumber gempa dapat dituliskan sebagai berikut. Xh = (r - h)CosøCosθ Yh = (r - h)CosøSinθ Zh = (r - h)Sinø Dimana: 4

Ø = øh x π/180(rad)

Dimana a adalah percepatan, M adalah magnitude dan r adalah jarak hiposenter dalam satuan km. Hasil dan Pembahasan Peta sebaran gempabumi wilayah JawaTimur

Θ = θh x π/180(rad) θh = bujur episenter (derajat) (Xh, Yh, Zh) = koordinat episenter Sehingga jarak hyposenter (R) dapat dihitung dengan.

Dari data perhitungan diatas kemudian diinterpretasikan menggunakan program ArcGis 10.0 sehingga dapat dilihat pola penyebaran hiposenter dan episenter gempabumi yang telah terjadi pada rentang tahun 1973 – 2013 wilayah Jawa Timur.

R  (Xh Xs)2  (YhYs)2  (Zh Zs)2 (km).

Dengan menggunakan rumus dari IISEE (Tokyo,1992), jarak episenter dapat dihitung dengan persamaan. Cos   AeAs  BeBs  CeCs .

Dimana: Ae  CoseCose As  CossCos s Be  Cos eSin e Bs  Cos sSin s Ce  SineSin e Gambar Peta sebaran Gempabumi tahun 1973 2013 didaerah Jawa Timur

Cs  SinsSin s

Propinsi Jawa Timur merupakan salah satu propinsi yang terletak di sepanjang pantai selatan Jawa yang dekat dengan pertemuan antara lempeng tektonik Eurasia dengan lempeng Indo-Australia. Selain itu, Jawa Timur merupakan propinsi yang memiliki jumlah penduduk cukup padat serta kondisi infrastruktur yang terus meningkat. Hal ini mengakibatkan Jawa Timur menjadi daerah yang rawan terhadap bencana gempabumi.

3.Konversi magnitudo Energi gempa (magnitudo) adalah suatu besaran gempabumi yang menyatakan besarnya energi yang dilepaskan oleh suatu gempa (ledakan) di pusatnya. Dalam proses perhitungan percepatan tanah pada permukaan digunakan magnitudo surface wave (Ms) dikonversi ke magnitudo body (mb). Adapun besarnya nilai mb dikonversikan dengan cara sebagai berikut. Ms = 1,59mb – 3,97 Dimana: Ms = magnitudo gelombang permukaan (surface wave). mb = magnitudo gelombang badan (body wave).

Dari gambar sebaran untuk daerah Jawa Timur gempabumi dengan magnitude 3.1 SR - 4.2 SR dengan porsentasi lebih kecil dibandingkan dengan magnitude 4.2 SR – 4.8 SR. Hampir semua terjadi pada Laut. Data yang di gunakan merupakan rekaman gempabumi dari tahun 1973 2013 pada daerah -60-110 LS – 11201150BT.

4.Metode Empiris Donovan Rumus Donovan a = 1080 (exp 0.5M) / (r + 25)1.32

5

Peta sebaran episenter hasil analisa gempabumi di Jawa Timur tahun 1973 – 2013 diketahui bahwa, gempabumi yang terjadi pada rentang waktu 40 tahun tersebut secara tinjauan geologisnya pulau Jawa yang terbentuk oleh geoantlikin yaitu pengangkatan daratan yang disebabkan oleh adanya subduksi lempeng bumi. Diketahui bahwa sebaran episenter Jawa Timur dengan batasan magnitudo yaitu.   

Magnitudo 3,1 SR – 4,2 SR ditandai dengan bulatan warna kuning. Magnitudo 4,2 SR – 4,8 SR ditandai dengan bulatan warna biru. Magnitudo 4,8 SR – 6,7 SR ditandai dengan bulatan warna merah.

Gambar Peta Seismic Hazard of Western Indonesia USGS 2008

Dari gambar diatas diketahui bahwa nilai percepatan tanah maksimum Jawa Timur berkisar antara 40 %g sampai dengan 60%g. Hal ini bukan merupakan suatu kepastian, namun cukup untuk menjadi acuan nilai percepatan tanah maksimum Jawa Timur. Dari hasil perhitungan, didapatkan hasil nilai percepatan tanah yang cocok mendekati nilai percepatan pada gambar diatas yaitu dengan menggunakan rumus empiris Donovan.

Dari setiap kejadian gempa dihitung nilai percepatan tananhnya pada setiap grid yang diplot pada lintang 6051’ – 10015’ LS dan 1120 – 114015’ BT. Kemudian pada setiap grid diambil harga maksimumnya sehingga didapat harga maksimum pada tempat tersebut pada periode 40 tahun. Pengukuran dilakukan dengan metode donovan tersebut hanya menggunakan parameter magnitudo. Percepatan Tanah Maksimum Gempabumi Wilayah Jawa Timur Daerah pengamatan yang meliputi Laut Indonesia dan Pulau Jawa di bagi menjadi tiga daerah hasil yaitu Jawa Barat, Jawa Tengah dan Jawa Timur. Hal ini dilakukan untuk mendapatkan hasil yang lebih baik tentang percepatan tanah maksimum, karena masing – masing daerah ternyata mempunyai struktur lapisan tanah yang berbeda. Perhitungan Peak Ground Acceleration dengan rumus empiris Donovan, mengacu pada peta Seismic Hazard of Western Indonesia USGS (2008) yang dianggap nilai percepatan tanah yang benar. 6

– VII MMI yang memiliki magnitudo gempa sebesar 4,8 – 6,7 SR. Sedangkan untuk nilai percepatan tanah maksimum terendah sebesar 6,59 gal di sekitar daerah Situbondo, Bondowoso, Banyuwangi dengan resiko sangat kecil dan intensitas dari < V. Sedangkan terdapat nilai percepatan tanah maksimum tertinggi yang terjadi pada daratan yaitu sebesar 44,1 gal pada koordinat -6°51’LS - 113°3’BT di sekitar daerah Sampang, Madura.

Metode Donovan

Kesimpulan dan Saran Sebaran episenter untuk daerah Jawa Timur gempabumi dengan magnitude 3.1 SR - 4.2 SR dengan porsentasi lebih kecil dibandingkan dengan magnitude 4.2 SR – 4.8 SR. Hampir semua terjadi pada Laut. Data yang di gunakan merupakan rekaman gempabumi dari tahun 1973 2013 pada daerah -6051’-10015’ LS – 11201140 15’BT.

Gambar Peta Percepatan Tanah Maksimum dengan Metode Donovan

Rumus empirisdonovan menghasilkan percepatan tanah maksimum tertinggi 58,9 gal pada koordinat -9°24’LS – 112°BT dan percepatan tanah maksimum terendah 6,59 gal pada koordinat -7°42’LS - 114°15’BT.

Nilai percepetan tanah maksimum dari metode Donovan sebesar donovan menghasilkan percepatan tanah maksimum tertinggi 58,9 gal pada koordinat -9°24’LS – 112°BT dan percepatan tanah maksimum terendah 6,59 gal pada koordinat -7°42’LS - 114°15’BT.

Dari hasil perhitungan percepatan tanah maksimum periode 1973 – 2013, untuk rumus empiris Metode Donovan nilainya bervariasi namun trendnya sama dan selalu konsisten. Untuk rumus empiris Donovan memiliki nilai percepatan tanah maksimum yang sesuai dengan sejarah gempabumi wilayah Jawa Timur. Sehingga dapat di ambil keputusan bahwa rumusan Donovan dapat digunakan untuk menghitung nilai percepatan tanah maksimum di wilayah Jawa Timur.

Dalam penelitian selanjutnya, Harus bisa mengetahui dimana nilai tertinggi percepatan tanah maksimum di tempat wilayah tersebut, untuk manfaat bangunan tahan gempa. Daftar Pustaka Badan Meteorologi, Klimatologi, dan Geofisika.2014. Alat-Alat Yang Digunakan Di Satsiun Geofisika Karangkates (Online), http://bmkgkarangkates.blogspot.com, diakses 24 April 2014)

Nilai percepatan tanah maksimum untuk rumusan Donovan tertinggi sekitar 58,9 gal yaitu di selatan pantai Jawa Timur dimana banyak terjadi gempabumi karena pertemuan jalur subduksi di bawah lempeng benua sehingga banyak sumber gempa terjadi dengan melihat sebaran episenter wilayah Jawa Timur dari data historis U.S. Geoligical survey periode 1973 – 2013 dengan intensitas lebih dari V

Douglas, Jhon 2011 “Ground-motion Predication Equations 1964-2010”, Pacific Earthquake Engineering Reasearch Center College of

7

Engineering University of California, Berkeley.

Noviyanti,Ana Budi. 2012.Perbandingan Nilai Percepatan Tanah Berdasarkan Rumus Empiris Dengan Data Accelograph Untuk Jawa Timur. pdf file.

Diyanti, Mentari Fildayen, 2010. Penentuan Formula Empiris Percepatan Tanah Di Zona Gempa Tasikmalaya Tanggal 2 September 2009.pdf file

Pawirodikromo,Widodo 2012. Seismologi Teknik & Rekayasa Kegempaan. Yogyakarta : Universitas Islam Indonesia. Pustaka Pelajar.

Fulki, Ahmad. Analisis Parameter Gempa, b Value dan PGA di Daerah Papua(Online), (http://www.google.com.pdf, diakses 10 Mei 2014). Hendaryoko, Nova Perhitungan Intensitas dan Percepatan Tanah Maksimum Pada Struktur Permukaan Di Daerah Jawa Tengah Dan Daerah Istimewa Yogyakarta pdf.file. Mahsyur Irsyam, Donny T. Dangkua, Hedriyawan, R. Bambang Boediono, Dyah Kusumastuti, Engkon K. Kertapati.2008.”Proposed SiteSpesific Response Spectra for Surabaya-Madura Bridge”. Civil Engineering Dimension, Vol. 10, No. 2, September 2008, 70-81 (online) (http://go.galegroup.com/ps/i.do?ty= bs&v=2.1&u=ptn058&it=search&s=DASORT&p=GPS&dblist=SPJ.SP02_SPJ.SP0 1_SPJ.SP03_&qt=KE_ST~earthquake%2 0in%20indonesia&sw=w&source=gale)

Michael R. Dupuis, Tyler D.D. Best, Kenneth J. Elwood, and Donald L. Anderson, 2014 “ Seismic Performance of Shear Wall Buildings with Gravity Induced Lateral Demands”.(online) (http://search.proquest.com/docview /213599580/fulltextPDF/E15F42FF336 84320PQ/4?accountid=38628 diakses pada 5 juni 2014). Pdf file

8