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 skala ini berguna bagi para ahli seismologi.

2. Intensitas, Adalah besar kecilnya getaran permukaan di tempat konstruksi.Secara kuantitatif intensitas gempa setempat dinyatakan dengan percepatan permukaan dengan satuan gal (cm/dt2).Skala ini digunakan bagi para inssinyur untuk pengaruhnya pada konstruksi. Skala yang digunakan adalah skala Modified Mercalli Intensity scale. (MMI)

Perkiraan hubungan kesetaraan Richter Mangnitude (M) dan Modified Mercalli (MM).

Mrichte

rMM

Percepatan permukaan max

Radius pengaruh

345678

II – IIIIV – V

VIVII – VIII

IXX - XI

0,003 g0,010 g0,030 g0,010 g0,030 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 skala RICHTER.

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 :

1

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 tentukan oleh besar energi yang dilepaskan, akan tetapi juga oleh kedalaman 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 ; 4

maka 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 = 0.94Jadi 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 dalam setahun dan untuk gempa dengan skala richter diatas 7, frekuensi gempa adalah 2 kali setahun.

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

2

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) dengan intensitas lokal menurut skala MM (Modified Mercalli).

a = cm/det2

I = Skala MM

3

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)

maka I = VII - MM

4

Epicenter

FOCUS (hypocenter)

Jarak hypocenter (H) ?

Maumere /Seismograf30 km

36 km

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 karena permukaan tanah bergelombang.

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

longitudinal.

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

2. Gelombang Sekunder (S), merupakan gelombang yang menjalar tranversal.

Kecepatan ± 2/3 x kecepatan gelombang primer.

5

Kecepatan dari kedua gelombang berbeda, dari hasil rekaman gempa dapat diperkirakan jarak sumber gempa berdasarkan selisih waktu tiba gelombang tersebut.

Perkiraan jarak sumber gempa

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

6

. A

. B. C

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 bidang horisontal.

TINGKAT RISIKO GEMPA

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

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

7

INTENSITAS, MANGNITUDE, KECEPATAN DAN ENERGI GEMPA

Insensitas Mercalli

Mangnitude (Skala Richter)

Kecepatan

tertinggi rata-rata (cm/dt)

Perbandingan dengan

bahan peledak

Deskripsi

Percepatan puncak rata-rata (g adalah gravity = 9,8 m/s2)

Jumlah Gempa pertahu

n di dunia

I 0 – 1,9 0,45 TNT Tidak terasa kecuali menggunakan alat bantu pendeteksi gempa

Sangat besar

II 2 – 2,9 50 kg TNT Dirasakan oleh hanya sedikit orang yang beristirahaat, khususnya pada lantai atas gedung, benda-benda yang bergantung akan terayun.

300,00

III 3 – 3,9 Mulai dirasakan sebagaian orang, khususnya pada lantai atas gedung, tapi banyak orang yang tidak menyadari akan adanya gempa tersebut. Getarannya seperti truk yang sedang lewat.

49,00

IV 4 – 4,4 1 – 2 2.107 kg TNT (bom atom

kecil)

Pada siang hari dirasakan banyak orang dalam ruangan dan sedikit orang diluar ruangan. Pada malam hari beberapa orang akan terjaga dari tidurnya. Pintu dan jendela mulai berbunyi; dinding mulai menimbulkan suara. Ada getaran seperti truk besar lewat dibawah gedung. Mobil yang sedang parkir dapat berpindah.

0,015g – 0,03g

4,00

V 4,5 – 4,9 2 – 5 Dirasakan oleh hampir semua orang, bnyak orang terbangun dari tidurnya. Kaca jendela mulai pecah, terjadi keretakan dibeberapa plesteran semen, benda tidak stabil akan terguling. Kerusakan pada pohon, tiang-tiang listrik, dan objek tinggi lainnya. Bandul jam mungkin berhenti.

0,03g – 0,05g

1,20

VI 5 – 5,9 5 – 8 Dirasakan oleh semua orang, banyak yang ketakutan dan lari keluar ruangan. Beberapa furniture berat akan bergerak. Plesteran akan mulai runtuh, cerobong mulai retak.

0,05g – 0,07g

800

VII 6 – 6,3 8 – 20 1.109 kg TNT (1 bom

Semua orang lari keluar ruangan. Dirasakan

0,07g – 0,15g

65

8

hydrogen) orang yang mengendarai mobil, bangunan yang konstruksinya kurang baik akan runtuh, cerobong akan runtuh.

VIII 6,4 – 6,6 20 – 30 Kerusakan mulai terjadi pada bangunan dengan desain baik. Beberapa bangunan akan runtuh sebagian. Panel dinding akan keluar dari rangka strukturnya. Cerobong tumbang, tumpukan material pabrik akan runtuh, dinding, kolom, dinding, monumen runtuh. Furniture berat akan tumbang. Pasir dan lumpur terlempar sebagian. Terjadi perubahan dalam air sumur. Pengendara mobil akan tergangu.

0,15g – 0,30g

35

IX 6,7 – 6,9 30 – 60 Kerusakan akan terjadi pada bangunan dengan desain baik, struktur rangka akan miring, sebagian bangunan runtuh, perubahan terjadi pula pada pondasi. Keretakan tanah terjadi, pipa bawah tanah rusak

0,30g – 0,60g

20

X 7 – 7,5 Lebih dari 60

1011kg TNT (100 bom hydrogen)

Bangunan konstruksi kayu mulai rusak, sebagaian besar pasangan batu rusak, dan struktur rangka dan pondasinya rusak. Tanah akan terjadi retakan besar, rel kereta bengkok, kelongsoran akar terjadi di tepi sungai dan tebing-tebing tanah. Pasir dan lumpur sungai akan bercampur. Air berombak berdeburan.

Lebih dari 0,60 g

14

XI 7,6 – 7,9 Sangat sedikit bangunan yang masih berdiri. Jembatan hancur. Terjadi retakan-retajkan besar di tanah dan jalan aspal, pipa-pipa bawah tanah total tidak berfungsi. Terjadi longsior di sebagian besar tebing. Rel kereta melengkung parah.

4

XII 8 - 8,6 6 x 1013kg TNT (60.000

bom hydrogen)

Kerusakan total. Gelombang terlihat pada permukaan tanah. Benda-benda terlempar ke udara.

0,2 (satu dalam lima

tahun)

9

Tabel ini adalah perkiraan dari korelasi antara pengukuran mangnitude 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”

Skala MM

Deskripsi

I Tidak terasa orang, tercatat pada pencatat gempa.

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

III Benda-benda tergantung goyang,bergetar ringan.

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

V Terasa oleh orang diluar gedung, orang tidur terbangun , benda diatasnya bisa jatuh.

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

VII Sulit berdiri, terasa oleh pengendara kendaraan, tembok-tembok rusak, plesteran lepas, genteng jatuh, rawa dan kolam bergelombang.

VIII Tembok Mutu C rusak, runtuh, menara air rusak gedung portal bergerak, tanah basah retak (mutu C)

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

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

XI Rel kereta api rusak.

XII Kerusakan total, batuan-batuan besar pindah tempat.

10

c = f(x) a6,84

xz

PENENTUAN LETAK EPICENTRUM

Metoda Kontur dan Extrapolasi

Kontur : Penandaan daerah gempa yang mempunyai amplitude sama

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

C = f (x) = a + (b – a)

Contoh : Data rekaman beberapa seismograf sebagai berikut :

Seismograf

Lokasi absis(km)

Ordinat(km)

Amplitudo max (cm)

ABCDEFG

40609030

11010

110

70408030

1008050

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

Tentukan : koordinat dan amplitude maksimum dari epicenterum

11

7,76 b

P 3,68F

xz

y'

10 40

y

(6,84 – 3,68)

P 4,34E

xz

y'

110 90

y

(7,17 – 4,34)

70

70

Jawab :

Plot koordinat dan amplitude tiap-tiap seismograf buat segitiga 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 diluar segitiga.

Contoh : FA

;

y’ = y + 3,68 = 6,32 + 3,68 =10

Contoh lain : EC

12

A 6,84

C 7,17

;

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 tanahJarak 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)

ABCDE

11010060130110

601106040

140

9,178,848,396,345,68

13

F 30 40 4,74

Tentukan koordinat dan Amplitudo maksimum dari epicentrum ?

14