BESARAN UNTUK MENGUKUR GEMPA BUMI

Besaran untuk mengukur gempa bumi, pada umumnya dipakai :1. Magnitude, adalah ukuran besar energi yang dilepaskan

oleh fokus atau hypocentre.Skala magnitude dari Richter sering dipakai dan skalaini berguna bagi para ahli seismologi.

2. Intensitas, Adalah besar kecilnya getaran permukaan ditempat konstruksi.Secara kuantitatif intensitas gempa setempat dinyatakandengan percepatan permukaan dengan satuan gal (cm/dt2).Skala ini digunakan bagi para inssinyur untukpengaruhnya pada konstruksi. Skala yang digunakan adalahskala Modified Mercalli Intensity scale. (MMI)

Perkiraan hubungan kesetaraan Richter Mangnitude (M) danModified Mercalli (MM).

Mrichter

MMPercepatan

permukaan maxRadius

pengaruh

345678

II – IIIIV – VVI

VII –VIIIIX

X - XI

0,003 g0,010 g0,030 g0,10 g0,30 g1,000 g

25 km50 km100 km200 km400 km700 km

UKURAN GEMPAAda dua macam ukuran gempa :1. Besar energi yang dilepaskan sebagai gempa2. Besar percepatan maximum permukaan tanah

BESAR ENERGIPelepasan energi pada sumber gempa diukur dengan skalaRICHTER.

1

Log E = 11,4 + 1,5 R

E = Energi yang dilepaskan (erg / dyne–cm)R = Skala Richter

Contoh : Diketahui gempa dengan 6 skala Richter, berarti energi yang dilepaskan pada sumber gempa sebagai berikut :

Log E = 11,4 + 1,5 R= 11,4 + 1,5. 6= 20,4

E = 1020,4 = 2,512. 1020 erg

Berapa energi untuk 7 skala Richter ?

79.4.1020 erg

Berapa peningkatan energi untuk peningkatan 2 skala richter?

Pengaruh gempa dipermukaaan tanah tidak hanya di tentukanoleh besar energi yang dilepaskan, akan tetapi juga olehkedalaman atau jarak sumber gempa (hypocentre).

Hubungan Magnitudo Dan Frekuensi Gempa Yang Tejadi

Menurut Guttenberg-Richter :Log N = A – b . M N = frekuensi kejadian suatu gempa yang skala richternya M untuk 1 tahun

Misal : dalam 1 tahun terjadi gempa dengan skala Richter sbb:

4 ; 5 ; 4 ; 3 ; 5 ; 2 ; 4maka untuk magnitudo 4 pada skala richter jumlah kejadian gempa adalah 3 kali, jadi N = 3A dan b adalah konstanta gempa untuk suatu daerah gempa tertentu. Misal : untuk pulau Jawa : A = 5.37 , b = 0.94

2

Jadi log N = 5.37 – 0.94 MHubungan A dan b dikemukakan oleh Kale dan Naran sbb:A = 6.35 b – 1.41

Catatan : untuk seluruh indonesia log N = 7.30 – 0.94 M, jadi misalkan kita menghitung frekuensi gempa dengan skala richter = 7, berarti :Log N = 7.3 – 0.94 (7) = 0.72 N = 5.2 , ini berarti ada gempa kira-kira 5 kali dalamsetahun dan untuk gempa dengan skala richter diatas 7, frekuensi gempa adalah 2 kali setahun.

PERCEPATAN MAKSIMUM PERMUKAAN TANAHUkuran gempa yang dapat langsung mempengaruhi strukturbangunan ialah insensitas lokal gempa, yaitu besar(insensitas) percepatan permukaan tanah di daerah lokasigempa.

Rumus hubungan besar energi dan percepatan permukaan tanah (a) maksimum.

1. Donovan (1973) : a = 1080.e 0,5R .(H+25) -1,32

2. Matuschka (1980) : a = 119.e 0,81R . (H+25) -1,15

a = percepatan maksimum permukaan tanah (cm/det2)e = bilangan natural (2,718)R = besar gempa skala RichterH = jarak Hypocentre (km)

Hubungan percepatan permukaan tanah (a) denganintensitas lokal menurut skala MM (Modified Mercalli).

a = cm/det2

I = Skala MM

3

4

Diketahui :Gempa di Flores tanggal 12 Desember 1992Besar gempa = 6,8 skala RichterKedalaman sumber gempa = 36 km dari muka tanahJarak epicenter dari Maumere (pusat pencatatan gempa) = 30 km

Ditanyakan :1. Percepatan maksimum permukaan tanah di Maumere ?2. Besar kerusakan menurut skala MM ?

Penyelesaian :1. Menentukan jarak hypocenter

km

2. Menentukan Percepatan (Donovan) :a = 1080.e0,5R. (H+25)-1,32

= 1080.e0,5.(6,8). (46,861+25)-1,32

= 115 cm/det2

Menentukan Percepatan (Matuscha) :a = 119.e0,81R. (H+25)-1,15

= 119.e0,81. (6,8). (46,851+25)-1,15

= 216 cm/det2

Besar / tingkat kerusakan (MM) berdasarkan percepatan :dari (Donovan)

5

Epicenter

FOCUS (hypocenter)

Jarak hypocenter (H) ?

Maumere /Seismograf

30 km

36 km

maka I = VII - MM

Besar kerusakan (MM) berdasarkan percepatan : dari a (Matuscha)

maka I = 8 MM

Jadi besar kerusakan di Maumere : Menurut percepatan tanah dari Donovan 7 MM Menurut percepatan tanah dari Matuscha 8 MM

GELOMBANG GEMPASaat terjadi gempa, tanah permukaan mengalami gerakan karenapermukaan tanah bergelombang.

Gelombang utama :1. Gelombang Primer (P), merupakan gelombang yang menjalar

longitudinal.

Memampat dan menggembung searah rambatannya. Kecepatanantara 1,4 – 6,4 km/det.

6

2. Gelombang Sekunder (S), merupakan gelombang yangmenjalar tranversal.

Kecepatan ± 2/3 x kecepatan gelombang primer.Kecepatan dari kedua gelombang berbeda, dari hasilrekaman gempa dapat diperkirakan jarak sumber gempaberdasarkan selisih waktu tiba gelombang tersebut.

Perkiraan jarak sumber gempa

Apabila terukur jarak dari 3 tempat maka dapatditentukan lokasi gempa (sumber).

7

. A

. B

. C

8

Dua gelombang yang menjalar hanya dipermukaan tanah saja,1. Gelombang Rayleigh

Butiran tanah bergerak ellips dengan gerak vertikal.

2. Gelombang Love Q

Butiran tanah bergerak tranversal pada bidanghorisontal.

TINGKAT RISIKO GEMPA

P = (1 – e – L/T) x 100% = (1 – e-50/10) x 100% = -99.33%

P = Probabilitas (kemungkinan) bangunan terlanda gempayang lebih besar dari gempa (dalam %)L = umur rencana bangunan (tahun)T = Jangka waktu ulang gempa rencana (tahun)

9

10

INTENSITAS, MANGNITUDE, KECEPATAN DAN ENERGI GEMPA

Insensitas

Mercalli

Mangnitude (SkalaRichter)

Kecepatan

tertinggi rata-rata

(cm/dt)

Perbandingan denganbahanpeledak

Deskripsi

Percepatan

puncakrata-

rata (gadalahgravity= 9,8m/s2)

JumlahGempapertahun didunia

I 0 – 1,9 0,45 TNT Tidak terasa kecualimenggunakan alatbantu pendeteksigempa

Sangatbesar

II 2 – 2,9 50 kg TNT Dirasakan oleh hanyasedikit orang yangberistirahaat,khususnya pada lantaiatas gedung, benda-benda yang bergantungakan terayun.

300,00

III 3 – 3,9 Mulai dirasakansebagaian orang,khususnya pada lantaiatas gedung, tapibanyak orang yangtidak menyadari akanadanya gempatersebut. Getarannyaseperti truk yangsedang lewat.

49,00

IV 4 – 4,4 1 – 2 2.107 kgTNT (bom

atom kecil)

Pada siang haridirasakan banyakorang dalam ruangandan sedikit orangdiluar ruangan. Padamalam hari beberapaorang akan terjagadari tidurnya. Pintudan jendela mulaiberbunyi; dindingmulai menimbulkansuara. Ada getaranseperti truk besarlewat dibawah gedung.Mobil yang sedangparkir dapatberpindah.

0,015g –0,03g

4,00

V 4,5 – 4,9 2 – 5 Dirasakan oleh hampirsemua orang, bnyakorang terbangun daritidurnya. Kacajendela mulai pecah,terjadi keretakandibeberapa plesteran

0,03g –0,05g

1,20

11

semen, benda tidakstabil akanterguling. Kerusakanpada pohon, tiang-tiang listrik, danobjek tinggi lainnya.Bandul jam mungkinberhenti.

VI 5 – 5,9 5 – 8 Dirasakan oleh semuaorang, banyak yangketakutan dan larikeluar ruangan.Beberapa furnitureberat akan bergerak.Plesteran akan mulairuntuh, cerobongmulai retak.

0,05g –0,07g

800

VII 6 – 6,3 8 – 20 1.109 kgTNT (1 bomhydrogen)

Semua orang larikeluar ruangan.Dirasakan orang yangmengendarai mobil,bangunan yangkonstruksinya kurangbaik akan runtuh,cerobong akan runtuh.

0,07g –0,15g

65

VIII 6,4 – 6,6 20 – 30 Kerusakan mulaiterjadi pada bangunandengan desain baik.Beberapa bangunanakan runtuh sebagian.Panel dinding akankeluar dari rangkastrukturnya. Cerobongtumbang, tumpukanmaterial pabrik akanruntuh, dinding,kolom, dinding,monumen runtuh.Furniture berat akantumbang. Pasir danlumpur terlemparsebagian. Terjadiperubahan dalam airsumur. Pengendaramobil akan tergangu.

0,15g –0,30g

35

IX 6,7 – 6,9 30 – 60 Kerusakan akanterjadi pada bangunandengan desain baik,struktur rangka akanmiring, sebagianbangunan runtuh,perubahan terjadipula pada pondasi.Keretakan tanahterjadi, pipa bawahtanah rusak

0,30g –0,60g

20

X 7 – 7,5 Lebihdari 60

1011kg TNT(100 bomhydrogen)

Bangunan konstruksikayu mulai rusak,sebagaian besar

Lebihdari

0,60 g

14

12

pasangan batu rusak,dan struktur rangkadan pondasinya rusak.Tanah akan terjadiretakan besar, relkereta bengkok,kelongsoran akarterjadi di tepisungai dan tebing-tebing tanah. Pasirdan lumpur sungaiakan bercampur. Airberombak berdeburan.

XI 7,6 – 7,9 Sangat sedikitbangunan yang masihberdiri. Jembatanhancur. Terjadiretakan-retajkanbesar di tanah danjalan aspal, pipa-pipa bawah tanahtotal tidakberfungsi. Terjadilongsior di sebagianbesar tebing. Relkereta melengkungparah.

4

XII 8 - 8,6 6 x 1013kgTNT (60.000

bomhydrogen)

Kerusakan total.Gelombang terlihatpada permukaan tanah.Benda-benda terlemparke udara.

0,2(satudalamlima

tahun)

Tabel ini adalah perkiraan dari korelasi antara pengukuranmangnitude gempa, efek gempa dan energi yang dihaslkan,berikut dengan frekwensi gempa yang pernah terjadi.Diambil dari “Introduction to Seismology” IISEE (2001) dan“Earthquake Mangnitude Comparisons” (2001).

SKALA INTENSITAS “ MODIFIED MERCALLI”

SkalaMM Deskripsi

I Tidak terasa orang, tercatat padapencatat gempa.

II Terasa oleh orang yang istirahat,terutama di lantai dua.

13

III Benda-benda tergantung goyang,bergetarringan.

IV Getaran truck lewat, jendela, pintu danbarang pecah belah beradu dan berbunyian.

V Terasa oleh orang diluar gedung, orangtidur terbangun , benda diatasnya bisajatuh.

VI Terasa oleh semuanya, bahkan ketakutandan keluar rumah, plesteran tembok retak(mutu D).

VII Sulit berdiri, terasa oleh pengendarakendaraan, tembok-tembok rusak, plesteranlepas, genteng jatuh, rawa dan kolambergelombang.

VIII Tembok Mutu C rusak, runtuh, menara airrusak gedung portal bergerak, tanah basahretak (mutu C)

IX Semua orang panik, gedung runtuh, pipa-pipa dalam tanah rusak.

X Bangunan kayu rusak, jembatan rusak,tanah longsor, air sungai/kolam gelombangtepi.

XI Rel kereta api rusak.

XII Kerusakan total, batuan-batuan besarpindah tempat.

14

c = f(x) a6,8

4

xz

PENENTUAN LETAK EPICENTRUM

Metoda Kontur dan Extrapolasi

Kontur : Penandaan daerah gempa yang mempunyai amplitudesama

Extrapolasi : Perhitungan linier dari suatu titik diluar duatitik yang menjadi acuan

C = f (x) = a + (b – a)

Contoh : Data rekaman beberapa seismograf sebagai berikut :

Seismograf

Lokasiabsis(km)

Ordinat

(km)

Amplitudo max(cm)

ABCDEFG

4060903011010110

704080301008050

6,847,747,175,004,343,685,87

Tentukan : koordinat dan amplitude maksimum dari epicenterum

15

7,76

b

P 3,68F

xz

y'

10 40

y

(6,84 –3,68)

4,34E

y

(7,17 –4,34)

70

Jawab :

Plot koordinat dan amplitude tiap-tiap seismograf buatsegitiga lokasi epicentrum yang amplitudonya tertinggi.

(A, B, C) Extrapolasi di titik (70, 60)

Rumus : f (x) = a + (b – a)

Extrapolasi FA ; f (x) = 3,68 + (6,84 – 3,68) =

10

Extrapolasi EC ; f (x) = 4,34 + (7,17 – 4,34) =

10

Extrapolasi DB pada segitiga tidak dilakukan karena diluarsegitiga.

Contoh : FA

;

y’ = y + 3,68 = 6,32 + 3,68 =10

Contoh lain : EC

16

A 6,84

C 7,17

P

xz

y'

110

90 70

;

y’ = 5,66 + 4,34 =10

TINGKAT RISIKO GEMPA

Rumus pendekata untuk probabilitas bangunan terlanda gempa yuang lebih besar dari gempa rencana (%).

P = (1 – e –L/T ) x 100%

L = Umur rencana bangunan (th)T = Jangka waktu ulang gempa rencana (tahun)

Misalkan Bangunan A :

L = 50 thT = 120 th

P = (1 – e –50/120 ) x 100% = 34,08%

Tugas LATIHAN :

1. Gempa di Padang tanggal 17 Desember 2009Besar gempa = 7.2 skala RichterKedalaman sumber gempa = 30 km dari muka tanah

17

Jarak epicenter dari Bukit tinggi (pusat pencatatan gempa) = 45 km

Ditanyakan :1. Percepatan maksimum permukaan tanah Bukit tinggi ?2. Besar kerusakan menurut skala MM ?

2.

Seismograf

Absis

(km)

Ordinat (km)

Amplitudo Maks(cm)

ABCDEF

1101006013011030

60110604014040

9,178,848,396,345,684,74

Tentukan koordinat dan Amplitudo maksimum dari epicentrum?

18