RANCANG BANGUN ALAT MONITORING MIKROTREMOR

MENGGUNAKAN SENSOR ACCELEROMETER PADA HANDPHONE

ANDROID UNTUK MENENTUKAN FREKUENSI NATURAL

BANGUNAN DI UPT PERPUSTAKAAN UNS

Disusun oleh :

Rio Riantana

M0212064

SKRIPSI

Diajukan untuk memenuhi sebagian

persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

Juni, 2017

RANCANG BANGUN ALAT MONITORING MIKROTREMOR

MENGGUNAKAN SENSOR ACCELEROMETER PADA HANDPHONE

ANDROID UNTUK MENENTUKAN FREKUENSI NATURAL

BANGUNAN DI UPT PERPUSTAKAAN UNS

Disusun oleh :

Rio Riantana

M0212064

SKRIPSI

Diajukan untuk memenuhi sebagian

persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

Juni, 2017

ii

HALAMAN PERSETUJUAN

SKRIPSI

Rancang Bangun Alat Monitoring Mikrotremor Menggunakan Sensor

Accelerometer Pada Handphone Android Untuk Menentukan Frekuensi Natural

Bangunan Di UPT Perpustakaan UNS

Oleh

Rio Riantana

M0212064

Telah disetujui oleh

Pembimbing 1

Darsono, S.Si M.Si Tanggal ....................................

NIP. 19700727 199702 1 001

Pembimbing 2

Agus Triyono, S.T Tanggal ....................................

NIP 19830830 200604 1 006

iii

HALAMAN PENGESAHAN

Skripsi dengan judul: Rancang Bangun Alat Monitoring Mikrotremor

Menggunakan Sensor Accelerometer Pada

Handphone Android Untuk Menentukan Frekuensi

Natural Bangunan Di UPT Perpustakaan UNS

Yang ditulis oleh :

Nama : Rio Riantana

NIM : M0212064

Telah diuji dan dinyatakan lulus oleh dewan penguji pada

Hari : Senin

Tanggal : 19 Juni 2017

Dewan Penguji:

1. Ketua Penguji

Budi Legowo, S.Si, M.Si

NIP. 19730510 199903 1 002

…..………………

2. Sekretaris Penguji

Mohtar Yunianto

NIP. 19800630 200501 1 001

…..………………

3. Anggota Penguji 1

Darsono, S.Si M.Si

NIP. 197001281999031001

…..………………

4. Anggota Penguji 2

Agus Triyono, S.T

NIP. 198308302006041006

…..………………

Disahkan pada tanggal …………….

Oleh

Kepala Program Studi Fisika

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Sebelas Maret Surakarta

Dr. Fahru Nurosyid, S.Si., M.Si.

NIP. 19721013 200003 1 002

iv

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa isi intelektual Skripsi saya yang berjudul

“Rancang Bangun Alat Monitoring Mikrotremor Menggunakan Sensor

Accelerometer Pada Handphone Android Untuk Menentukan Frekuensi Natural

Bangunan Di UPT Perpustakaan UNS “ adalah hasil kerja saya dan sepengetahuan

saya hingga saat ini Skripsi tidak berisi materi yang telah dipublikasikan atau

ditulis oleh orang lain atau materi yang telah diajukan untuk mendapatkan gelar

kesarjanaan di Universitas Sebelas Maret atau di Perguruan Tinggi lainnya kecuali

telah dituliskan di daftar pustaka Skripsi ini dan segala bentuk bantuan dari semua

pihak telah ditulis di bagian ucapan terimakasih. Isi Skripsi ini boleh dirujuk atau

diperbanyak secara bebas tanpa harus memberitahu penulis.

Surakarta, Juni 2017

Rio Riantana

NIM. M0212064

v

MOTTO

“Bekerjalah untuk kebaikan sesama. Ketika kebaikan tersebut berdampak kepada

banyak orang, maka karunia akan menimpamu melalui do’a syukur yang mereka

panjatkan atas karya yang engkau buat.” (Rio Riantana)

vi

PERSEMBAHAN

Skripsi ini disusun untuk dipersembahkan kepada:

1. Bapak Joko Purwadi dan Ibu Sri Darwati

2. Bapak Darsono, S.Si M.Si selaku Dosen Pembimbing Utama

3. Bapak Agus Triyono, S.T selaku Dosen Pembimbing Pendamping

4. Teman-teman Laboratorium Komputasi Fisika FMIPA UNS

5. Teman-teman Club Robotika UNS

6. Teman-teman Fisika angkatan 2012

7. Teman-teman Geofisika UNS

8. Semua teman-teman jurusan Fisika FMIPA UNS

9. Semua pembaca

vii

Rancang Bangun Alat Monitoring Mikrotremor Menggunakan Sensor

Accelerometer Pada Handphone Android Untuk Menentukan

Frekuensi Natural Bangunan Di UPT Perpustakaan UNS

Rio Riantana

Program Studi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,

Universitas Sebelas Maret

ABSTRAK

Rancang bangun alat monitoring mikrotremor menggunakan sensor accelerometer

pada handphone android untuk menentukan frekuensi natural bangunan di UPT

Perpustakaan UNS telah dilakukan. Sensor utama untuk mencatat aktifitas

mikrotremor adalah sensor Accelerometer pada hanphone android. Pencatatan

aktifitas mikrotremor dilakukan di setiap lantai bangunan UPT Perpustakaan UNS

dan di permukaan tanah luar bangunan. Dari pencatatan aktifitas mikrotremor,

data yang terekam dikirimkan ke server secara telemetri. Data yang tersimpan di

server selanjutnya ditampilkan dalam grafik pada web monitoring mikrotremor.

Data mikrotremor selanjutnya diolah dengan fungsi FFT untuk menentukan

dominan frekuensi. Dari dominan frekuensi dapat diketahui rasio resonansi tanah

dan bangunan UPT Perpustakaan UNS. Dari perhitungan rasio resonansi

didapatkan nilai 69.35 – 94.48 % pada komponen NS dan 70.42 – 98.61% pada

komponen EW dengan status resonansi rendah di setiap lantai bangunan.

Kata Kunci: Mikrotremor, Android, frekuensi natural bangunan, Accelerometer,

UPT Perpustakaan UNS

viii

Design Of Microtremor Monitoring Tools Using Accelerometer Sensor On

Android Mobile To Determine The Natural Building Frequency

In Library Unit (UPT Perpustakaan) UNS

Rio Riantana

Physics Department, Faculty of Matehmatics and Natural Sciences,

Sebelas Maret University

ABSTRACT

Design of Microtremor monitoring tools using accelerometer sensor on android

phone to determine the natural frequency of buildings in UPT Perpustakaan UNS

has done. The main sensor for recording microtremor activity is Accelerometer

sensor on android phone. Microtremor activity recording is done on every

buildings floor of UPT Perpustakaan UNS and on the surface of land outside the

building. From microtremor activity recording, the recorded data is sent to the

server by telemetry methode. The data stored on the server then displayed in the

graph on the microtremor web monitoring. Microtremor data is processed with the

FFT function to determine the dominant frequency. From the dominant frequency

we find ratio of resonance of soil and building of UPT Perpustakaan UNS. From

the calculation the value of resonance ratio is 69.35 - 94.48% in the NS

component and 70.42 - 98.61% in the EW component with low resonance status

on each floor of the building.

Keyword: Microtremor, Android, buildings natural frequency, Accelerometer,

UPT Perpustakaan UNS

ix

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, Allah SWT

yang telah melimpahkan rahmatNya sehingga penulis dapat menyelesaikan

rangkaian penelitian dan penulisan skripsi yang berjudul “Rancang Bangun Alat

Monitoring Mikrotremor Menggunakan Sensor Accelerometer Pada Handphone

Android Untuk Menentukan Frekuensi Natural Bangunan di UPT Perpustakaan

UNS” ini dengan baik. Skripsi ini disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan

guna memperoleh derajat Sarjana Pertanian di Fakultas Matematika Dan Ilmu

Pengetahuan Alam (MIPA) Universitas Sebelas Maret (UNS) Surakarta.

Skripsi ini disusun berdasarkan apa yang telah penulis lakukan pada

penelitian di Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam (MIPA)

Universitas Sebelas Maret (UNS) Surakarta. Dalam penyusunan skripsi ini,

penulis banyak mendapatkan bantuan dan masukan dari beberapa pihak. Maka

dari itu penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Allah SWT yang telah memberikan kemudahan disetiap langkah.

2. Kedua orang tua saya yang selalu memberikan dukungan moral maupun

material, semangat dan doa restunya.

3. Bapak Darsono, S.Si M.Si selaku Dosen Pembimbing Utama yang selalu

memberikan dukungan, bimbingan dan arahan dari awal penelitian hingga

akhir penulisan skripsi.

4. Bapak Agus Triyono, S.T selaku Dosen Pembimbing Pendamping yang

telah memberikan bimbingan serta arahan dari awal penelitian hingga akhir

penulisan skripsi.

5. Bapak Dr. Fahru Nur Rosyid S.Si.,M.Si selaku Ketua Jurusan Fisika

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA) Universitas

Sebelas Maret (UNS) Surakarta.

6. Ibu Dr. Yofentina Iriani M.Si., S.Si selaku Dosen Ketua Pelaksanaan Skripsi

Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA)

Universitas Sebelas Maret (UNS) Surakarta yang memberikan arahan dan

motivasi.

7. Teman-teman Grup Robotik yang menjadi bagian dari keluarga yang baru.

x

8. Teman-teman pengurus Labkom Fisika atas semua bantuan dan

semangatnya.

9. Teman-teman Geofisika UNS atas semua diskusi ilmu dan bantuannya.

10. Teman-Teman Angkatan 2012 yang tidak dapat disebutkan namanya satu

per satu untuk waktu, ilmu dan bantuan selama menjalani aktivitas bersama.

11. Teman-teman Developer DDS yang banyak mengajarkan ilmu-ilmu baru

yang sangat bermanfaat.

12. Semua pihak yang telah membantu dalam kegiatan dan penyelesaian

penulisan laporan ini yan tidak bisa disebutkan satu persatu.

Penulis menyadari bahwa dalam penulisan laporan ini penulis masih

sangat jauh dari kata sempurna karena keterbatasan ilmu yang dimiliki oleh

penulis. Maka dari itu, penulis mohon kritik dan saran yang bersifat membangun.

Dan semoga laporan ini bermanfaat bagi pembaca.

Surakarta, Juni 2017

Penulis

xi

PUBLIKASI

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul “Rancang Bangun

Alat Monitoring Mikrotremor Menggunakan Sensor Accelerometer Pada

Handphone Android Untuk Menentukan Frekuensi Natural Bangunan Di UPT

Perpustakaan UNS” telah dipublikasikan pada:

Jurnal Fisika dan Aplikasinya. Volume 11, Nomor 3 Oktober 2015. Aplikasi

Sensor Accelerometer Pada Handphone Android Sebagai Pencatat Getaran

Gempa Bumi Secara Online.

8th International Conference on Physics and its Applications (ICOPIA). Journal

of Physics: Conference Series, Volume 776, Number 1. Calibrating

Accelerometer Censor on Android Phone with Accelerograph TDL 303 QS for

Earthquake Online Recorder.

xii

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL .................................................................................................

HALAMAN PERSETUJUAN ................................................................................. i

HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................ iii

HALAMAN PERNYATAAN ............................................................................... iv

HALAMAN MOTTO ............................................................................................. v

HALAMAN PERSEMBAHAN ............................................................................ vi

HALAMAN ABSTRAK ....................................................................................... vii

HALAMAN ABSTRACT ................................................................................... viii

KATA PENGANTAR ........................................................................................... ix

PUBLIKASI ........................................................................................................... xi

DAFTAR ISI ......................................................................................................... xii

DAFTAR TABEL ................................................................................................ xiv

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ xv

DAFTAR SIMBOL .............................................................................................. xvi

DAFTAR LAMPIRAN ...................................................................................... xviii

BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 1

1.1. Latar Belakang Masalah .............................................................................. 1

1.2. Rumusan Masalah ....................................................................................... 2

1.3. Tujuan Penelitian ......................................................................................... 3

1.4. Batasan Masalah .......................................................................................... 3

1.5. Manfaat Penelitian ....................................................................................... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................. 5

2.1. Android ........................................................................................................ 5

2.2. Sensor Pada Android ................................................................................... 5

2.3. Data Akselerograf ....................................................................................... 6

2.4. Jaringan Nirkabel ........................................................................................ 6

2.5. Seismometer dan Akselerometer ................................................................. 7

2.6. Accelerograph TDL 303 QS ....................................................................... 7

2.7. Magnitudo ................................................................................................... 8

2.8. Gelombang Seismik .................................................................................... 9

2.8.1. Jenis Gelombang Seismik ............................................................... 10

2.8.1.1. Gelombang Badan ........................................................................ 10

2.8.1.2. Gelombang Permukaan ............................................................... 11

2.9. Mikrotremor .............................................................................................. 12

2.10. Amplifikasi ................................................................................................ 13

2.11. Analisis HVSR .......................................................................................... 14

xiii

2.12. Fast Fourier Transform (FFT) ................................................................... 15

2.13. Analisis Frekuensi Dominan ..................................................................... 15

2.14. Resonansi Tanah dan Bangunan ............................................................... 16

BAB III METODOLOGI PENELITIAN.............................................................. 17

3.1. Waktu dan Tempat Penelitian ................................................................... 17

3.2. Alat dan Bahan .......................................................................................... 17

3.3. Prosedur Penelitian .................................................................................... 18

3.3.1. Proses pembuatan program pada handphone Android dan program

penerima getaran tanah pada server .............................................. 19

3.3.2. Proses kalibrasi sensor Accelerometer pada Handphone Android

dengan Accelerograph TDL 303 QS ............................................. 22

3.3.3. Proses pengambilan data getaran natural tanah dan getaran

bangunan di lingkungan Gedung Perpustakaan UNS ................... 24

3.3.4. Teknik Analisa Data ...................................................................... 25

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .............................................................. 27

4.1. Aplikasi Pencatat Mikrotremor ................................................................. 27

4.2. Kalibrasi sensor Accelerometer pada Handphone Android dengan

Accelerograph TDL 303 QS ..................................................................... 31

4.3. Data getaran natural tanah dan getaran bangunan di lingkungan Gedung

Perpustakaan UNS ..................................................................................... 35

4.4. Analisa hasil data mikrotremor ................................................................. 38

BAB V PENUTUP ................................................................................................ 41

5.1. Kesimpulan ................................................................................................ 41

5.2. Saran .......................................................................................................... 42

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 43

LAMPIRAN .......................................................................................................... 46

xiv

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 4.1. Table dalam database monitoring mikrotremor ................................... 31

Tabel 4.2. Perbandingan amplitude maksimal pada handphone android sebelum

dikalibrasikan dengan Accelerograph TDL 303 QS .......................... 32

Tabel 4.3. Perbandingan amplitudo maksimum dari kedua perangkat setelah

proses kalibrasi ................................................................................... 34

Tabel 4.4. Hasil frekuensi dominan dari proses FFT dengan Matlab ................... 36

Tabel 4.5. Nilai FSR pada setiap lantai bangunan UPT Perpustakaan UNS ........ 37

Tabel 4.6. Nilai Rasio Resonansi Bangunan UPT Perpustakaan UNS ................. 38

xv

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1. Perbandingan Protokol dan Nirkabel ................................................. 7

Gambar 2.2. Accelerograph TDL 303 QS .............................................................. 8

Gambar 2.3. Gelombang-P .................................................................................... 11

Gambar 2.4. Gelombang-S .................................................................................... 11

Gambar 2.5. Gelombang Reyligh ......................................................................... 12

Gambar 2.6. Gelombang Love .............................................................................. 12

Gambar 3.1. Flowchart kerja sistem ..................................................................... 18

Gambar 3.2. Ilustrasi arah orientasi getaran pada handphone Android ................ 20

Gambar 3.3. Menaknisme jaringan dalam proses pengiriman data getaran ......... 21

Gambar 3.4. Leveling pada Android Xiaomi Redmi 2 ......................................... 22

Gambar 3.5. Flowchart proses kalibrasi handphone Android Xiaomi Redmi 2 ... 23

Gambar 3.6. Flowchart proses pengambilan dan pengolahan data mikrotremor .. 24

Gambar 3.7. Model pengambilan data mikrotremor pada Gedung UPT Perpustakaan

UNS .................................................................................................................................. 25

Gambar 4.1. Halaman awal aplikasi android pengindra mikrotremor .................. 27

Gambar 4.2. Halaman pengindra getaran mikrotremor pada aplikasi android ..... 28

Gambar 4.3. Halaman login sistem monitoring mikrotremor ............................... 29

Gambar 4.4. Halaman utama (dashboard) sistem monitoring mikrotremor ......... 29

Gambar 4.5. Halaman peta informasi lokasi handphone android ......................... 30

Gambar 4.6. Grafik Realtime Monitoring Mikrotremor ....................................... 31

Gambar 4.7. Grafik hasil pengambilan data pada handphone android Xiaomi

Redmi 2 sebelum dikalibrasi ............................................................ 33

Gambar 4.8. Perbandingan grafik getaran sumbu X pada perangkat Android dan

Accelerograph TDL 303 QS ............................................................ 34

Gambar 4.9. Cuplikan grafik mikrotremor lantai 4............................................... 36

Gambar 4.10. Grafik frekuensi dominan............................................................... 37

Gambar 4.11. Foto udara kondisi lingkungan di sekitar bangunan UPT

Perpustakaan UNS ......................................................................... 39

xvi

DAFTAR SIMBOL

Satuan

𝑀 = Magnitude 𝑀𝑀𝐼

𝐴 = Amplitudo m

𝜋 = Phi

𝑓 = frekuensi Hz

𝑇 = Periode s

ℎ = Kedalaman gempa 𝑚

𝜎 = Tegangan 𝑁/𝑚

𝑒 = Renggangan 𝑁/𝑚

𝐶 = Koefisien elastic

𝑉𝑝 = Kecepatan gelombang P 𝑚/𝑠

𝑡 = Waktu Sekon

𝜆 = Panjang gelombang 𝑚

𝜌 = Densitas 𝐾𝑔/𝑚3

𝑉𝑠 = Kecepatan gelombang S 𝑚/𝑠

𝑉𝑟 = Kecepatan gelombang Reyleigh 𝑚/𝑠

𝐴𝑜 = Amplifikasi

𝜌𝑏 = Densitas batuan dasar 𝑔𝑟/𝑚𝑙

𝑣𝑏 = Cepat rambat gelombang pada batuan

dasar 𝑚/𝑠

𝑣𝑠 = Cepat rambat gelombang pada batuan

lunak m/s

𝜌𝑠 = Densitas batuan lunak gr/ml

SE (w) = Penguatan gelombang pada komponen

horizontal

𝐻𝑆(𝑤) = Spektrum mikrotremor komponen

horizontal di permukaan

xvii

𝐻𝐵(𝑤) = Spektrum mikrotremor komponen

horizontal di batuan dasar 𝑁/𝑚2

𝐴𝑆 (𝑤) = Rasio spektrum komponen vertikal

VS(w) = Spektrum mikrotremor komponen

vertikal di permukaan

VB(w) = Spektrum mikrotremor komponen

vertikal di batuan dasar

SM (w) = Fungsi transfer untuk lapisan soil

𝑅 = Rasio resonansi tanah dan bangunan

𝑓𝑡 = Frekuensi tanah 𝐻𝑧

𝑓𝑏 = Frekuensi bangunan Hz

𝑋(𝑓) = Fungsi sinyal pada domain frekuensi Hz

𝑥(𝑡) = Fungsi sinyal pada domain waktu

𝑋(𝑓)𝐸𝑊 = Fungsi sinyal pada domain frekuensi

komponen arah EW 𝐻𝑧

𝑋(𝑓)𝑁𝑆 = Fungsi sinyal pada domain frekuensi

komponen arah NS 𝐻𝑧

𝑋(𝑓)𝑈𝐷 = Fungsi sinyal pada domain frekuensi

komponen arah UD 𝐻𝑧

𝐻𝑉𝑆𝑅 = Rasio getaran komponen Horizontal dan

Vertikal

𝐹𝑆𝑅 = Rasio spectrum lantai bangunan

xviii

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1. Grafik frekuensi dominan dan grafik getaran tiap sumbu

pada tiap lantai gedung UPT Perpustakaan

UNS.................................................................................... 46

Lampiran 2. Script program penentuan frekuensi

dominan.............................................................................. 55