1ANALISIS PERCEPATAN TANAN MAKSIMUM GEMPABUMI TEKTONIKWILAYAH JAWA TIMUR MENGGUNAKAN METODE DONOVAN

Istiqorini Handewi, Sujito, Daeng Achmad SuaidiJurusan Fisika, FMIPA, Universitas Negeri Malang

Email : setiawanyudi903@yahoo.com

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 salahsatu wilayah rawan terhadap gempabumi karena posisinya pada jalur subduksi yang berada di sebelah barat yaitupertemuan antara lempeng Indo-Australia dengan lempeng Eurasia..Percepatan tanah maksimum dipemukaantanah merupakan salah satu parameter penting, karena menggambarkan kekuatan getaran gempa yang pernahterjadi.Oleh karena itu, sangat dibutuhkan pengukuran dan perhitungan percepatan tanah yang diakibatkan olehgempabumi. Dengan mengetahui nilai percepatan tanah maksimum di suatu wilayah, kita dapat mengetahuidaerah mana yang rawan terhadap gempabumi.

Data yang diperoleh pada penelitian ini merupakan data historis gempabumi periode 1973 2013 dariU.S. Geoligical Survey di stasiun BMKG Karangkates, Malang. Sebanyak 867 data gempabumi dihitung nilaipercepatan tanah maksimum dengan metode empiris Donovan. Data yang telah melewati tahap perhitungankemudian diolah ke dalam software arcGis 10.0 dan Surfer 9 sehingga dapat diinterpretrasikan dalam bentuksebaran episenter dan kontur percepatan tanah maksimum gempabumi. Hasil dari interpretasi dibahas sesuaidengan hasil pengolahan arcGis 10.0 dan Surfer 9.

Hasil dari pengolahan data tersebut kemudian diinterpretasikan sehingga dapat diketahui rumus empirisDonovan menghasilkan percepatan tanah maksimum tertinggi 58,9 gal pada koordinat -924LS 112BT danpercepatan tanah maksimum terendah 6,59 gal pada koordinat -742LS - 11415BT.

Kata Kunci : percepatan tanah maksimum, metode donovan, arcGis 10.0, Surfer 9

Pendahuluan

Indonesia merupakan salah satu negaradi dunia yang paling banyak terjadigempabumi. Hal ini disebabkan Indonesiaterletak pada daerah pertemuan tiga lempengtektonik, yaitu : Lempeng Eurasia, Indo-Australia, dan Lempeng Pasifik. Jalurpertemuan lempeng berada di laut sehinggaapabila terjadi gempabumi besar dengankedalaman dangkal maka akan berpotensimenimbulkan tsunami sehingga Indonesia jugadaerah rawantsunami.Aktivitas dari pergerakanlempeng-lempeng tersebut tentunya akanmenimbulkan perubahan struktur geologi padabatas-batas pertemuan lempeng tersebuttergantung dari jenis pertemuan antarlempengnya, bisa berupa gempabumi, gunungapi, pembentukan pegunungan, lipatan danpatahan. Sistem subduksi Pulau Jawa dibentukoleh subduksi lempeng samudra di bawahlempeng benua. Tektonik di jawa berarah baratlaut di depan Sumatra dan berarah timurkepulauan Sunda Lesser. Hal ini menyebabkandaerah Jawa Timur dan sekitarnya merupakan

salah satu wilayah rawan terhadap gempabumikarena posisinya pada jalur subduksi yangberada di sebelah barat yaitu pertemuan antaralempeng Indo-Australia dengan lempengEurasia.

Percepatan tanah maksimumdipemukaan tanah merupakan salah satuparameter penting, karena menggambarkankekuatan getaran gempa yang pernahterjadi. Percepatan tanah maksimum adalahnilai terbesar percepatan tanah pada suatutempat di permukaan bumi akibat getarangempabumidalamperiodetertentu(Heryandoko, Tanpa Tahun). Oleh karena itu, sangatdibutuhkan pengukuran dan perhitunganpercepatan tanah yang diakibatkan olehgempabumi. Dengan mengetahui nilaipercepatan tanah maksimum di suatuwilayah, kita dapat mengetahui daerahmana yang rawan terhadap gempabumi.

Setiap gempa yang terjadi akanmenimbulkan satu nilai percepatan tanah

2pada suatu tempat (site). Nilai Percepatantanah yang akan diperhitungkan padaperencanaan bangunan adalah nilaipercepatan tanah maksimum. Percepatantanah maksimum adalah nilai terbesarpercepatan tanah pada suatu tempat akibatgetaran gempa bumi dalam periode waktutertentu.

Keadaan Geologi Jawa TimurStruktur geologi Jawa Timur

didonimasi oleh aluvial dan bentukan hasilgunung api kwarter muda, keduanyameliputi 44,5% dari luas wilayah darat,sedangkan batuan yang relative juga agakluas persebarannya adalah miosen sekitar12,23% dan hasil gunung api kwarter tuasekitar 9,78% dari luas total wilayahdaratan. Sementara itu batuan lain hanyamempunyai proporsi antara 0-7%.

Batuan sedimen alluvial tersebar disepanjang sungai Brantas dan BengawanSolo yang merupakan daerah subur. Batuanhasil gunung api kwarter muda tersebar dibagian tengah wilayah Jawa Timurmembujur ke arah timur yang merupakandaerah relatif subur. Batuan miosentersebar di sebelah setelah dan utara JawaTimur membujur ke arah timur yangmerupakan daerah kurang subur.

Selain sangat dipengaruhi olehmekanisme kejadian gempa (sourcemechanism), maka rekaman percepatantanah akibat gempa juga sangat dipengaruhioleh kondisi tanah. Suatu energi yng datangdari tempat yang sama, jarak yang samayang direkam di atas tanah batu dan tanahendapan akan mempunyai karakterrekaman percepatan tanah yang berbeda.

Kondisi Tektonik Jawa TimurSecara alamiah, kawasan Jawa

Timur memiliki tingkat kerawanangempabumi yang cukup tinggi,karena wilayah Jawa Timur secara umumdipengaruhi aktifitas dua buah lempengtektonik utama dunia yang salingbertumbukan di lepas pantai selatan JawaTimur yaitu lempeng tektonik Indo-

Australia dan lempeng tektonik Eurasiadimana lempeng oceanik Indo-Australiabergerak relatif ke utara menyusup dibawahlempeng benua Eurasia. Pergerakan inimenimbulkan pergeseran lempeng tektoniksehingga pada batas tumbukan lempengtektonik tersebut mengakibatkan terjadinyamedan stress dan tegangan-tegangan yangdapat menimbulkan pelepasan energi ataustress secara tiba-tiba yang disebutgempabumi. Gempabumi tektonik padawilayah Jawa Timur dapat terjadi padabatas pembentukan lempeng samudera,pada batas pertemuan antara dua lempeng(daerah subduksi) dan pada daerah sesaraktif pada lempeng benua.

Percepatan Tanah Maksimum

Setiap gempa yang terjadi akanmenimbulkan satu nilai percepatan tanahpada suatu tempat (site). Nilai Percepatantanah yang akan diperhitungkan padaperencanaan bangunan adalah nilaipercepatan tanah maksimum. Percepatantanah maksimum adalah nilai terbesarpercepatan tanah pada suatu tempat akibatgetaran gempa bumi dalam periode waktutertentu. Semakin besar nilai PGA yangpernah terjadi disuatu tempat, semakinbesar risiko gempabumi yang mungkinterjadi. Nilai percepatan tanah yang akandiperhitungkan adalah nilai percepatantanah maksimum. Pengukuran percepatantanah dengan cara empiris dapat dilakukandengan pendekatan dari beberapa rumusyang diturunkan dari magnitude gempa ataudan data intensitas. Perumusan ini tidakselalu benar, bahkan dari satu metode kemetode lainnya tidak selalu sama, namuncukup memberikan gambaran umumtentang percepatan tanah maksimum atauPeak Ground Acceleration (PGA).Skala Intensitas Gempa

Bersifat lebih subyektif. Intensitasgempabumi merupakan skala kedua yangdipakai dalam menyatakan sebuahgempabumi. Skala intensitas menunjukantingkat kerusakan di permukaan bumi.

3Skala ini dikembangkan oleh Mercally(1902), seorang ahli seimologi dari italiadan sekarang lebih dikenal dengan skalaMercally yang dimodifikasi, digunakanuntuk menggambarkan intensitas pengaruhgempabumi terhadap manusia (Fulki,2011). Skala MMI (Modified MercallyIntensity) digunakan untuk mengukurseberapa besar kerusakan yang ditimbulkanoleh gempa.

Pembagian zona tingkat bahayagempabumi pada umumnya didasarkanpada pengamatan peta kontur nilaipercepatan tanah maksimum dan intensitasmaksimum. Pembagian zona tersebutdimaksudkan untuk mempermudahpenggunaan peta dalam mengamati tingkatbahaya gempabumi pada suatu wilayah.Makin tinggi nilai percepatan tanahmaksimum pada suatu wilayah makintinggi juga tingkat bahayanya.

Pembagian daerah aktif gempa bisajuga ditinjau dari data makro atau intensitasgempa yang pernah dirasakan.Pembagian zona seismik di Indonesiaberdasarkan data historis kegempaanperiode sebelum tujuh puluhan.

Percepatantanahmaksimum(Gal)

Intensitas(MMI)

Zona1:

>323.4 >IX

Zona2:

245 - 323.4 VII IX

Zona3:

196 - 245 VII VIII

Zona4:

127.4 196 VI VII

Zona5:

39.2 127.4 V VI

Zona6:

4baik terjadi retak-retakbahkan hancur,cerobong asap pecah.Terasa oleh orang yangnaik kendaraan.

8. VIII Kerusakan ringan padabangunan dengankonstruksi yang kuat.Retak-retak padabangunan dengankonstruksi yang kurangbaik, dinding dapat lepasdari rangka rumah,cerobong asap pabrikdan monumen-monumen roboh, airmenjadi keruh.

9. IX Kerusakan padabangunan yang kuat,rangka-rangka rumahmenjadi tidak lurus,banyak retak-retak.Rumah tampakberpindah daripondasinya. Pipa-pipa didalam rumah putus.

10. X Bangunan dari kayuyang kuat rusak, rangkarumah lepas daripondasinya, tanahterbelah, relmelengkung, tanahlongsor di tiap-tiapsungai di tanahtanahyang curam.

11. XI Bangunan-bangunanhanya sedikit yangberdiri. Jembatan rusak,terjadi lembah. Pipa didalam tanah tidak bisadipakai sama sekali,tanah terbelah, relmelengkung sekali.

12. XII Hancur sama sekali.Gelombang tampak padapermukaan tanah.Pemandangan menjadigelap. Benda-bendaterlempar ke udara.

Metode Penelitian

1.Data

Data historis gempabumi dari U.S.Geological Survey dari periode data 40tahun yaitu dari tahun 1973 sampai dengantahun 2006 yang meliputi wilayah JawaTimur dengan magnitudo permukaan > 5SR dengan kedalaman < 642 km serta dibatasi wilayah 6051 10015 LS dan 1120 114015 BT,

2.Perhitungan R Gempabumi

Epicenter adalah titik padapermukaan bumi yang ditarik tegaklurus dari titik pusat terjadinyagempabumi(hypocenter).Dalamperhitungan intensitas dan percepatanatanah digunakan parameter jarak antaraepicenter sampai pada titik pengamatan(observasi). Dengan anggapan bahwabumi itu bulat, jarak epicenter dan jarakhypocenter dapat dicari denganpersamaan:

Xs = rCosCos

Ys = rCosSin

Zs = rSin

Dimana:

= s x /180(rad) = s x /180(rad)

r = jari-jari bumi (6.378km)s = lintang pengamat (derajat)s = bujur pengamat (derajat)

(Xs, Ys, Zs) = koordinat pengamatSehingga posisi kedalaman sumbergempa dapat dituliskan sebagaiberikut.

Xh = (r - h)CosCosYh = (r - h)CosSinZh = (r - h)SinDimana:

5 = h x /180(rad) = h x /180(rad)

h = bujur episenter (derajat)

(Xh, Yh, Zh) = koordinat episenterSehingga jarak hyposenter (R) dapatdihitung dengan.

222 )()()( ZsZhYsYhXsXhR (km).Dengan menggunakan rumus dariIISEE (Tokyo,1992), jarak episenterdapat dihitung dengan persamaan.

CeCsBeBsAeAsCos .Dimana:

eeCosCosAe ssCosCosAs eeSinCosBe ssSinCosBs eeSinSinCe ssSinSinCs

3.Konversi magnitudoEnergi gempa (magnitudo) adalah

suatu besaran gempabumi yangmenyatakan besarnya energi yangdilepaskan oleh suatu gempa (ledakan) dipusatnya. Dalam proses perhitunganpercepatan tanah pada permukaandigunakan magnitudo surface wave (Ms)dikonversi ke magnitudo body (mb).Adapun besarnya nilai mb dikonversikandengan cara sebagai berikut.Ms = 1,59mb 3,97Dimana:Ms = magnitudo gelombang permukaan(surface wave).mb = magnitudo gelombang badan (bodywave).

4.Metode Empiris DonovanRumus Donovana = 1080 (exp 0.5M) / (r + 25)1.32

Dimana a adalah percepatan, M adalahmagnitude dan r adalah jarak hiposenterdalam satuan km.Hasil dan PembahasanPeta sebaran gempabumi wilayahJawaTimur

Dari data perhitungan diataskemudian diinterpretasikan menggunakanprogram ArcGis 10.0 sehingga dapatdilihat pola penyebaran hiposenter danepisenter gempabumi yang telah terjadipada rentang tahun 1973 2013 wilayahJawa Timur.

Gambar Peta sebaran Gempabumi tahun 1973 -2013 didaerah Jawa Timur

Propinsi Jawa Timur merupakansalah satu propinsi yang terletak disepanjang pantai selatan Jawa yang dekatdengan pertemuan antara lempeng tektonikEurasia dengan lempeng Indo-Australia.Selain itu, Jawa Timur merupakan propinsiyang memiliki jumlah penduduk cukuppadat serta kondisi infrastruktur yang terusmeningkat. Hal ini mengakibatkan JawaTimur menjadi daerah yang rawan terhadapbencana gempabumi.

Dari gambar sebaran untuk daerahJawa Timur gempabumi dengan magnitude3.1 SR - 4.2 SR dengan porsentasi lebihkecil dibandingkan dengan magnitude 4.2SR 4.8 SR. Hampir semua terjadi padaLaut. Data yang di gunakan merupakanrekaman gempabumi dari tahun 1973 -2013 pada daerah -60-110 LS 1120-1150BT.

6Peta sebaran episenter hasilanalisa gempabumi di Jawa Timur tahun1973 2013 diketahui bahwa,gempabumi yang terjadi pada rentangwaktu 40 tahun tersebut secara tinjauangeologisnya pulau Jawa yang terbentukoleh geoantlikin yaitu pengangkatandaratan yang disebabkan oleh adanyasubduksi lempeng bumi. Diketahui bahwasebaran episenter Jawa Timur denganbatasan magnitudo yaitu.

Magnitudo 3,1 SR 4,2 SRditandai dengan bulatan warnakuning.

Magnitudo 4,2 SR 4,8 SRditandai dengan bulatan warnabiru.

Magnitudo 4,8 SR 6,7 SRditandai dengan bulatan warnamerah.

Dari setiap kejadian gempadihitung nilai percepatan tananhnya padasetiap grid yang diplot pada lintang 6051 10015 LS dan 1120 114015 BT.Kemudian pada setiap grid diambil hargamaksimumnya sehingga didapat hargamaksimum pada tempat tersebut padaperiode 40 tahun. Pengukuran dilakukandengan metode donovan tersebut hanyamenggunakan parameter magnitudo.

Percepatan Tanah MaksimumGempabumi Wilayah Jawa Timur

Daerah pengamatan yang meliputiLaut Indonesia dan Pulau Jawa di bagimenjadi tiga daerah hasil yaitu Jawa Barat,Jawa Tengah dan Jawa Timur. Hal inidilakukan untuk mendapatkan hasil yanglebih baik tentang percepatan tanahmaksimum, karena masing masing daerahternyata mempunyai struktur lapisan tanahyang berbeda.

Perhitungan Peak GroundAcceleration dengan rumus empirisDonovan, mengacu pada peta SeismicHazard of Western Indonesia USGS (2008)yang dianggap nilai percepatan tanah yangbenar.

Gambar Peta Seismic Hazard of Western IndonesiaUSGS 2008

Dari gambar diatas diketahui bahwanilai percepatan tanah maksimum JawaTimur berkisar antara 40 %g sampaidengan 60%g. Hal ini bukan merupakansuatu kepastian, namun cukup untukmenjadi acuan nilai percepatan tanahmaksimum Jawa Timur. Dari hasilperhitungan, didapatkan hasil nilaipercepatan tanah yang cocok mendekatinilai percepatan pada gambar diatas yaitudengan menggunakan rumus empirisDonovan.

7Metode Donovan

Gambar Peta Percepatan Tanah Maksimumdengan Metode Donovan

Rumus empirisdonovan menghasilkanpercepatan tanah maksimum tertinggi 58,9gal pada koordinat -924LS 112BT danpercepatan tanah maksimum terendah 6,59gal pada koordinat -742LS - 11415BT.

Dari hasil perhitungan percepatantanah maksimum periode 1973 2013,untuk rumus empiris Metode Donovannilainya bervariasi namun trendnya samadan selalu konsisten. Untuk rumus empirisDonovan memiliki nilai percepatan tanahmaksimum yang sesuai dengan sejarahgempabumi wilayah Jawa Timur. Sehinggadapat di ambil keputusan bahwa rumusanDonovan dapat digunakan untukmenghitung nilai percepatan tanahmaksimum di wilayah Jawa Timur.

Nilai percepatan tanah maksimumuntuk rumusan Donovan tertinggi sekitar58,9 gal yaitu di selatan pantai Jawa Timurdimana banyak terjadi gempabumi karenapertemuan jalur subduksi di bawahlempeng benua sehingga banyak sumbergempa terjadi dengan melihat sebaranepisenter wilayah Jawa Timur dari datahistoris U.S. Geoligical survey periode1973 2013 dengan intensitas lebih dari V

VII MMI yang memiliki magnitudogempa sebesar 4,8 6,7 SR. Sedangkanuntuk nilai percepatan tanah maksimumterendah sebesar 6,59 gal di sekitar daerahSitubondo, Bondowoso, Banyuwangidengan resiko sangat kecil dan intensitasdari < V. Sedangkan terdapat nilaipercepatan tanah maksimum tertinggi yangterjadi pada daratan yaitu sebesar 44,1 galpada koordinat -651LS - 1133BT disekitar daerah Sampang, Madura.

Kesimpulan dan Saran

Sebaran episenter untuk daerahJawa Timur gempabumi dengan magnitude3.1 SR - 4.2 SR dengan porsentasi lebihkecil dibandingkan dengan magnitude 4.2SR 4.8 SR. Hampir semua terjadi padaLaut. Data yang di gunakan merupakanrekaman gempabumi dari tahun 1973 -2013 pada daerah -6051-10015 LS 1120-1140 15BT.

Nilai percepetan tanah maksimumdari metode Donovan sebesar donovanmenghasilkan percepatan tanah maksimumtertinggi 58,9 gal pada koordinat -924LS 112BT dan percepatan tanah maksimumterendah 6,59 gal pada koordinat -742LS- 11415BT.

Dalam penelitian selanjutnya,Harus bisa mengetahui dimana nilaitertinggi percepatan tanah maksimum ditempat wilayah tersebut, untuk manfaatbangunan tahan gempa.

Daftar Pustaka

Badan Meteorologi, Klimatologi, danGeofisika.2014. Alat-Alat YangDigunakan Di Satsiun GeofisikaKarangkates (Online),http://bmkgkarangkates.blogspot.com,diakses 24 April 2014)

Douglas, Jhon 2011 Ground-motionPredication Equations 1964-2010,Pacific Earthquake EngineeringReasearch Center College of

8Engineering University ofCalifornia, Berkeley.

Diyanti, Mentari Fildayen, 2010.Penentuan Formula EmpirisPercepatan Tanah Di Zona GempaTasikmalaya Tanggal 2 September2009.pdf file

Fulki, Ahmad. Analisis Parameter Gempa,b Value dan PGA di DaerahPapua(Online),(http://www.google.com.pdf, diakses10 Mei 2014).

Hendaryoko, Nova Perhitungan Intensitasdan Percepatan Tanah MaksimumPada Struktur Permukaan DiDaerah Jawa Tengah Dan DaerahIstimewa Yogyakarta pdf.file.

Mahsyur Irsyam, Donny T. Dangkua,Hedriyawan, R. Bambang Boediono,Dyah Kusumastuti, Engkon K.Kertapati.2008.Proposed Site-Spesific Response Spectra forSurabaya-Madura Bridge. CivilEngineering 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=DA-SORT&p=GPS&dblist=SPJ.SP02_SPJ.SP01_SPJ.SP03_&qt=KE_ST~earthquake%20in%20indonesia&sw=w&source=gale)

Michael R. Dupuis, Tyler D.D. Best,Kenneth J. Elwood, and Donald L.Anderson, 2014 Seismic Performance ofShear Wall Buildings with Gravity InducedLateral Demands.(online)

(http://search.proquest.com/docview/213599580/fulltextPDF/E15F42FF33684320PQ/4?accountid=38628 diaksespada 5 juni 2014). Pdf file

Noviyanti,Ana Budi. 2012.PerbandinganNilai Percepatan TanahBerdasarkan Rumus EmpirisDengan Data Accelograph UntukJawa Timur. pdf file.

Pawirodikromo,Widodo 2012. SeismologiTeknik & Rekayasa Kegempaan.Yogyakarta : Universitas IslamIndonesia. Pustaka Pelajar.