Bab IV Parameter Dan Besaran Gempa Bumi Rekayasa Gempa1
-
Upload
anakfisika -
Category
Documents
-
view
112 -
download
3
description
Transcript of Bab IV Parameter Dan Besaran Gempa Bumi Rekayasa Gempa1
BAB IV
PARAMETER DAN BESARAN GEMPA BUMI
IV.1. Jenis-Jenis Gelombang Gempa
Pada saat patahan atau pergeseran mendadak terjadi di dalam kerak bumi,
maka suatu energi akan menyebar ke luar sebagai gelombang gempa. Di dalam
setiap gempa bumi, ada beberapa jenis gelombang gempa yang berbeda, yaitu :
1. Gelombang badan (body wave) bergerak melalui bagian dalam bumi
Secara umum, ada dua tipe utama dari gelombang badan (body waves),
yaitu :
a. Gelombang primer, disebut juga gelombang P atau gelombang
Compressional. Kecepatannya ± 1 - 5 mil/detik (16 - 8 kps), tergantung
pada material yang dilalui gelombang pada saat bergerak. Kecepatan ini
adalah lebih besar dari kecepatan dari gelombang lain, maka gelombang
P tiba pertama pada setiap lokasi permukaan. Gelombang tersebut dapat
berjalan sepanjang material padat, cair dan gas, dengan demikian
lintasan sepenuhnya melalui tubuh dari bumi.
Ketika gelombang bergerak sepanjang batu karang, gelombang
menggerakkan partikel-partikel batu karang kecil, bolak-balik dan
mendorong partikel-partikel terpisah dan kemudian kembali bersama-
sama bergerak searah gelombang tersebut pada saat pergi. Gelombang
ini umumnya sampai di permukaan sebagai satu goncangan (dentuman)
yang kasar.
b. Gelombang Sekunder, disebut juga gelombang S atau gelombang Shear,
tertinggal sedikit di balik gelombang P. Seperti gerakan pada gelombang
P, gelombang S memindahkan partikel-partikel batu karang keluar dan
mendorong partikel-partikel tersebut tegak-lurus pada jalur dari
gelombang S. Hal tersebut mengakibatkan periode pertama goncangan
berhubungan dengan gempa bumi. Tidak seperti gelombang P,
gelombang S tidak bergerak lurus melalui bumi. Gelombang tersebut
hanya bergerak sepanjang material padat dan akan dihentikan di lapisan
cairan di dalam inti bumi.
Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB Ria Catur Yulianti ST.MTREKAYASA GEMPA
Gambar IV.1. Gelombang Primer
Gambar IV.2. Gelombang Sekunder
2. Gelombang permukaan (surface wave) bergerak di atas permukaan bumi.
Gelombang permukaan disebut juga long waves atau simply L waves, yaitu
gelombang yang bertanggung jawab atas kebanyakan dari kerusakan
berhubungan dengan gempa bumi, karena gelombang terebut menyebabkan
Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB Ria Catur Yulianti ST.MTREKAYASA GEMPA
vibrasi-vibrasi paling yang kuat. Gelombang permukaan berasal dari
gelombang badan yang mencapai permukaan.
IV.2. Parameter Gempa Bumi
Meskipun gempa bumi merupakan peristiwa geologi, namun dampak yang
diakibatkannya bersifat menyeluruh. Besarnya intensitas atau kekuatan gempa
bumi diukur dengan suatu alat yang dinamakan seismograf dan data hasil
catatan seismograf yang berupa grafik dinamakan seismogram. Besarnya
intensitas tersebut tergantung pada :
1. Jarak episenter
2. Besar energi gempa yang dilepas, biasanya diukur dengan skala Richter
3. Kondisi geologi (batuan intensitasnya lebih kecil dari tanah lunak)
4. Besar derajat kerusakan yang dirasakan manusia, biasanya diukur dengan
skala Modified Mercalli (MM) dalam skala I-XII. Namun aplikasi skala ini
kurang dapat diandalkan karena hanya didasarkan pada hasil pengamatan
terhadap perilaku dan kerusakan obyek-obyek tertentu yang memang tidak
direncanakan dengan baik terhadap beban gempa. Disamping itu, skala
intensitas ini juga tidak menyatakan hubungan langsung dengan karakteristik
getaran gempa. Tanpa adanya sarana lain yang lebih memadai, spektrum
respon percepatan dapat dipakai sebagai suatu tolak ukur sederhana yang
dapat diandalkan untuk memperkirakan intensitas kerusakan struktur pada
suatu wilayah.
Adapun pemodelan proses perambatan gelombang gempa bumi seperti yang
terlihat pada gambar IV.3.
Gambar IV.3. Proses Perambatan Gelombang Gempa Bumi
1. Hiposentrum
Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB Ria Catur Yulianti ST.MTREKAYASA GEMPA
Focus Gempa
JarakEpisenter
Lokasi
Jarak Hiposenter
Hiposentrum (hypocentre) adalah pusat gempa bumi, yaitu tempat terjadinya
perubahan lapisan batuan atau dislokasi di dalam bumi sehingga
menimbulkan gempa bumi. Howell (1969) telah membagi jenis-jenis gempa
bumi berdasarkan kedalaman hiposentrumnya, yaitu :
a. gempa bumi dangkal (normal), pusatnya < 70 km
b. gempa bumi sedang (intermedier), pusatnya 70 - 300 km
c. gempa bumi dalam, pusatnya 300 - 700 km
Kebanyakan gempa bumi yang terjadi, pusatnya terletak dekat permukaan
bumi pada kedalaman rata-rata 25 km, dan berangsur ke bawah tidak lebih
dari 700 km. Gempa bumi dangkal cenderung lebih kuat dari pada gempa
bumi dalam, oleh sebab itu gempa bumi dangkal lebih banyak menyebabkan
kerusakan.
Apabila hiposentrum terletak di dasar laut maka getaran gempa bumi yang
terjadi dapat menimbulkan gelombang air pasang yang sangat besar dengan
ketinggian mencapai puluhan meter. Gelombang air laut yang besar seperti
ini dinamakan tsunami, bersifat sangat merusak dan dapat memporak-
porandakan segala suatu yang diterjangnya di tepi pantai.
2. Epicentrum
Epicentrum (epicentre) adalah tempat di permukaan bumi yang letaknya
terdekat terhadap hiposentrum. Letak epicentrum tegak lurus terhadap
hiposentrum, dan sekitar daerah ini pada umumnya merupakan wilayah yang
paling besar merasakan getaran gempa bumi.
IV.3. Magnitudo Gempa Bumi
Magnitudo gempa adalah parameter gempa yang berhubungan dengan
besarnya kekuatan gempa di sumbernya. Jadi pengukuran magnitudo yang
dilakukan di tempat yang berbeda, harus menghasilkan harga yang sama
walaupun gempa yang dirasakan di tempat-tempat tersebut tentu berbeda.
Richter pada tahun 1930-an memperkenalkan konsep magnitudo untuk ukuran
kekuatan gempa di sumbernya. Satuan yang dipakai adalah skala Richter
(Richter Scale), yang bersifat logaritmik. Pada umumnya magnitudo diukur
Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB Ria Catur Yulianti ST.MTREKAYASA GEMPA
berdasarkan amplitudo dan periode fase gelombang tertentu. Rumus untuk
menentukan magnitudo gempa yang umum dipakai pada saat ini adalah:
………………… (IV-1)
dimana :
M : magnitudo,
a : amplitudo gerakan tanah (dalam mikron),
T : periode gelombang,
Δ : jarak pusat gempa atau episenter,
h : kedalaman gempa,
CS : koreksi stasiun oleh struktur lokal (sama dengan 0 untuk kondisi tertentu)
CR : koreksi regional yang berbeda untuk setiap daerah gempa.
Ada beberapa jenis magnitudo yang pernah diperkenalkan dan dipakai sampai
saat ini, yaitu :
1. Magnitudo lokal (ML)
Magnitudo lokal diperkenalkan oleh Richter untuk mengukur magnitudo
gempa-gempa lokal, khususnya di California Selatan, yang menggunakan
fase gelombang-P. Nilai amplitudo yang digunakan untuk menghitung
magnitudo lokal adalah amplitudo maximum gerakan tanah (dalam mikron)
yang tercatat oleh seismograph torsi (torsion seismograph) Wood-Anderson,
yang mempunyai periode natural : 0,8 sekon, magnifikasi (perbesaran) : 2800
dan faktor redaman : 0,8. Jadi formula untuk menghitung magnitudo lokal
tidak dapat diterapkan di luar California dan data amplitudo yang dipakai
harus yang tercatat oleh jenis seismograph di atas.
2. Magnitudo gelombang permukaan (MS)
Magnitudo gelombang permukaan diperkenalkan oleh Guttenberg. Magnitudo
ini menggunakan fase gelombang permukaan terutama gelombang R
(Rayleigh) seperti yang terlihat pada gambar IV.4, yang diukur berdasarkan
amplitudo gelombang permukaan. Secara praktis (di USA), amplitudo
gerakan tanah yang dipakai adalah amplitudo maksimum gelombang
permukaan yaitu gelombang Rayleigh (dalam mikron), seismogram periode
panjang, komponen vertikal, periode 20±3 sekon) dan periodenya diukur
pada gelombang dengan amplitudo maksimum tersebut.
Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB Ria Catur Yulianti ST.MTREKAYASA GEMPA
Gambar IV.4. Gelombang Rayleigh
3. Magnitudo Gelombang Badan (Body Waves Magnitudo, Mb)
Magnitudo Gelombang Badan adalah Magnitudo gempa yang diperoleh
berdasar amplitudo gelombang badan, baik P maupun S. Dalam prakteknya
(di USA), amplitudo yang dipakai adalah amplitudo gerakan tanah maksimum
(dalam mikron) yang diukur pada 3 gelombang yang pertama dari gelombang
P (seismogram periode pendek, komponen vertikal), dan periodenya adalah
periode gelombang yang mempunyai amplitudo maksimum tersebut. Sudah
tentu rumus yang dipakai untuk menghitung Mb ini dapat digunakan disemua
tempat (universal). Tapi perlu dicatat bahwa faktor koreksi untuk setiap
tempat (stasiun gempa) akan berbeda satu sama lain.
IV.4. Hubungan Antar Magnitudo
Dalam menentukan magnitudo, tidak ada keseragaman materi yang dipakai
kecuali persamaan umumnya, yaitu seperti persamaan IV.1. Untuk menentukan
Mb misalnya, orang dapat memakai data amplitudo gelombang badan (P dan S)
dari sembarang fase seperti P, S, PP, SS, pP, sS (yang tercetak pada
seismogram). Seismogram yang dipakai juga dapat dipilih dari komponen vertikal
atau horisontal, tetapi harus konsisten. Demikian juga dalam penentuan
magnitudo gelombang permukaan (MS). Oleh karena itu, kiranya dapat
Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB Ria Catur Yulianti ST.MTREKAYASA GEMPA
dimengerti bahwa magnitudo yang ditentukan oleh institusi yang berbeda akan
bervariasi, walaupun mestinya tidak boleh terlalu besar. Namun demikian, secara
empiris terdapat hubungan langsung antara Mb dan MS, yaitu :
Mb = 0.56MS + 2,9 ...................................(IV-2)
IV.5. Energi Gempa
Kekuatan gempa disumbernya dapat juga diukur dari energi total yang
dilepaskan oleh gempa tersebut. Energi yang dilepaskan oleh gempa biasanya
dihitung dengan mengintegralkan energi gelombang, misal gelombang badan
dan seluruh luasan yang dilewati gelombang, dimana bola untuk gelombang
badan dan silinder untuk gelombang permukaan. Sehingga secara tidak
langsung, perhitungan energi yang dilepaskan gempa, berarti mengintegralkan
energi keseluruhan ruang dan waktu. Berdasarkan perhitungan energi dan
magnitudo yang telah dilakukan, ternyata terdapat relasi persamaan antara
magnitudo dan energi, yaitu sebagai berikut :
log E = 11.8 + 1.5 M …………………… (IV-3)
dimana M adalah kekuatan, yang didefinisikan sebagai logaritma dari amplitudo
maksimum yang diukur dalam mikrometer (10-6 m) dari catatan gempa bumi yang
diperoleh dengan seismograf Wood-Anderson, yang dikoreksi terhadap jarak
sebesar 100 km.
Berdasar persamaan IV-3, kenaikan magnitudo gempa sebesar 1 skala richter,
akan berkaitan dengan kenaikan amplitudo yang dirasakan di suatu tempat
sebesar 10 kali dan kenaikan energi sebesar 25 sampai 30 kali.
Akibat besarnya energi gempa yang dipancarkan setiap magnitude, maka
diperlukan informasi-informasi agar dapat menentukan secara tepat tingkat
resiko gempa pada suatu wilayah tertentu :
1. Frekuensi terjadinya gempa-gempa dangkal yang bersifat merusak dengan
pusat gempa < 70 km.
Hubungan antara besar energi gempa (M) dan frekuensi gempa (N) diberikan
oleh persamaan Gutenberg & Richter sebagai berikut :
Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB Ria Catur Yulianti ST.MTREKAYASA GEMPA
Log N = a – bM ........................ (IV-4)
dimana :
a : Konstanta yang menunjukkan tingkat aktivitas gempa
M : Magnitude gempa dalam skala Richter
N : Jumlah gempa dengan magnitude ≥ M desain pertahun
b : Konstanta yang menentukan perbedaan frekuensi terjadinya gempa
kecil dan gempa kuat.
Nilai konstanta a dan b untuk tiap daerah mempunyai nilai-nilai tertentu.
Berikut merupakan diagram hubungan antara log N dengan M.
Gambar IV.5. Hubungan Log N – M
2. Pola kelemahan (attenuation) pengaruh gempa-gempa tersebut.
Tingkat resiko gempa pada suatu wilayah tidak dapat ditentukan hanya
berdasarkan peta frekuensi gempa. Hal ini disebabkan karena tingkat resiko
diukur dari intensitas kerusakan struktur pada suatu lokasi, yang tidak hanya
tergantung pada besarnya gempa tetapi juga jarak episenter dan kondisi
tanah pada lokasi tersebut.
Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB Ria Catur Yulianti ST.MTREKAYASA GEMPA
M
Log N = a - bM
Log N