STUDI PERCEPATAN GEMPA MAKSIMUM

PETA GEMPA INDONESIA DI DAERAH

ISTIMEWA YOGYAKARTA

Nama Mahasiswa: Riski Purwana Putra NRP 3108 100 062

PRESENTASI TUGAS AKHIR

Dosen Pembimbing : Tavio, ST., MT., Ph.D.

Iman Wimbadi, Ir., MS. Kurdian Suprapto, Ir., MS.

P E N D A H U L U A N

L a t a r B e l a k a n g

• Indonesia terletak pada pertemuan tiga lempeng aktif dunia

• Salah satu daerah dengan resiko

potensi terjadi gempa besar adalah Propinsi D.I Yogyakarta.

• Dampak dari gempa bumi sangat

terpengaruhi oleh persamaan atenuasi.

• Pada studi Tugas Akhir sebelumnya, perhitungan untuk mencari PGA belum terintegrasi ke dalam sistem perangkat lunak.

P e r u m u s a n M a s a l a h

Permasalahan Utama : • Bagaimana cara melakukan

perhitungan percepatan gempa maksimum di suatu lokasi secara terintegrasi berbasis perangkat lunak?

Permasalahan Rinci : • Bagaimana cara memperoleh data

gempa di suatu daerah?

• Bagaimana cara mengolah serta melakukan analisa terhadap data gempa yang diperoleh?

• Bagaimana cara memperoleh persamaan regresi dari data gempa?

• Bagaimana cara memperoleh percepatan gempa maksimum dengan menggunakan teori probabilitas ?

T u j u a n

Tujuan Utama : • Dapat melakukan perhitungan

percepatan gempa di suatu titik yang ditinjau secara terintegrasi berbasis perangkat lunak.

Tujuan Rinci : • Dapat memperoleh data gempa.

• Dapat mengolah data gempa.

• Mendapatkan persamaan regresi

dari data gempa.

• Mendapatkan percepatan gempa maksimum dengan teori probabilitas.

B a t a s a n M a s a l a h

Untuk mengantisipasi terjadinya penyimpangan terhadap permasalahan yang mungkin meluas dalam Tugas Akhir ini, maka berikut adalah batasan masalah yang telah disepakati:

• Data gempa yang diambil adalah data pada koordinat di Kab.

Bantul, Propinsi D.I Yogyakarta.

• Regresi dilakukan untuk data gempa M > 5

• Perhitungan hanya untuk memperoleh nilai percepatan gempa maksimum menggunakan Metode Distribusi Gumble dan PSHA

• Untuk pengoperasian program perhitungan percepatan gempa maksimum yang berbasis perangkat lunak, penulis menggunakan Bahasa program bantu Microsoft Visual Basic 6.0

T I N J A U A N P U S T A K A

T i n j a u a n P u s t a k a

• Umum Gempa bumi merupakan getaran atau guncangan yang terjadi di

permukaan bumi akibat pelepasan energi dari dalam secara tiba-tiba yang menciptakan gelombang seismik. Gempa bumi biasa disebabkan oleh pergerakan kerak bumi (lempeng bumi).

Percepatan gempa di permukaan dapat dinyatakan dalam “g” (percepatan akibat gravitasi bumi, setara dengan gaya gravitasi bumi) bak sebagai desimal atau prosentase, dalam m/s2 (1 g = 9,81m/s2); atau dalam “gal” , dimana 1 Gal sama dengan 0.01 m/s2 (1g=981 Gal).

T i n j a u a n P u s t a k a

• Studi Gempa untuk Propinsi D.I. Yogyakarta Pengaruh faktor beban rencana dari gempa yang ditinjau dalam

perencanaan struktur. Akibat pengaruh gempa rencana, struktur harus masih bisa berdiri, walaupun sudah berada dalam kondisi di ambang keruntuhan. Gempa rencana ditetapkan dengan periode ulang 500 tahun, agar probabilitas terjadi terbatas pada 10% selama umur bangunan 50 tahun (SNI-03-1726-2002).

T i n j a u a n P u s t a k a

• Katalog Gempa Dalam membuat model statistik probabilitas dari suatu sumber

gempa diperlukan katalog gempa dan data seimogenic. Data kejadian gempa historik yang pernah terjadi di wilayah Indonesia dan sekitarnya dikumpulkan dari U.S. Geological Survey (NEIC-USGS), dan dilengkapi oleh program bantu dalam menetapkan lokasi dan titik tinjau.

M E T O D E P E N E L I T I A N

D i a g r a m A l i r

OK

METODOLOGI TUGAS AKHIR :

FINISH

OK A

Not OK

Error

Kesimpulan dan Saran

B

Running program

Pengumpulan Data Data gempa dari USGS

START

Studi Literatur dan Tinjauan Pustaka

Pengolahan Data Gempa

Pembuatan Alur Program

Pembuatan program berdasarkan : metode Gumble

metode PSHA

Kontrol Perhitungan

B

A

M e t o d e G u m b l e

Menghitung hubungan antara periode ulang (T) dan percepatan (a)

START

Konversi Satuan magnitude gempa untuk diolah selanjutnya menggunakan metode

Gumble

Pengambilan Data Gempa

Menghitung koeifisen A,B,α,β, dari regresi persamaan atenuasi Matuscha

Menghitung persamaan atenuasi dengan data gempa yang telah disortir dengan M>5

Grafik hubungan T dan a

FINISH (Gumble)

M e t o d e P S H A START

Clustering data gempa dengan M >5

Pengambilan Data Gempa

Menghitung persamaan Guttenberg-Richter untuk mendapatkan regresi perolehan b-line

Menghitung nilai fungsi probabilitas kerapatan magnitude gempa

Membuat hubungan pertambahan nilai resiko kemungkinan pencapaian PGA setiap 0.05 g

Grafik Hazard Curve

FINISH

P E N G E N A L A N P R O G R A M B A N T U

U m u m

Dalam Tugas Akhir ini, Program bantu yang digunakan untuk menganalisa dan mengintegrasikan perhitungan percepatan gempa maksimum dbeberapa metode, seperti metode Gumble; dan Probabilistic Seismic Hazard Analysis (PSHA) adalah sistem perangkat lunak yang menggunakan bahasa program Visual Basic 6.0. Program analisa percepatan gempa maksimum ini diberi nama VBE (Visual Basic for Earthquake).

S T U D I K A S U S

P e n g a m b i l a n D a t a G e m p a

Data yang diambil merupakan data yang di sajikan dari National

Earthquake Information Center U.S. Geological Survey (NEIC-

USGS), yang diunduh dari alamat web: http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eqarchives/epic/epic_circ.php

P e n g a m b i l a n D a t a G e m p a

Berikut adalah proses pengambilan data gempa dari katalog USGS

untuk Daerah Istimewa Yogyakarta: Radius gempa ditinjau : 500 KM (metode pengambilan data circural area) Rentang waktu : 01/01/1900 s/d 12/31/2010 Kekuatan gempa : 1 – 9,9 SR Kedalam gempa : 1 – 200 KM Koordinat titik tinjau : 7.96o LS dan 110o BT.

P e n g a m b i l a n D a t a G e m p a

• Konversi skala magnitude

Pada output data gempa baris pertama ditampilkan skala gempa dengan satuan sebesar 4.9 mbGs. Untuk menyeragamkan satuan magnitude gempa, maka perlu dilakukan perhitungan konversi kejadian gempa seperti contoh berikut: Mw = 0.114mb

2 – 0.556mb + 5.560 = 0.114(4.9)2-0.556(4.9)+ 5.560 = 5.57 Mw Jadi 4.9 mbgs = 5.57 Mw Hal ini menunjukkan hasil perhitungan program VBE dalam kasus menyamakan satuan gempa adalah sama dengan perhitungan secara manual seperti yang tercantum diatas.

P e n g o l a h a n D a t a G e m p a

• Perhitungan jarak Epicenter dan Hyposenter

P e r h i t u n g a n M e t o d e G u m b l e

Pada program VBE ini, rekapitulasi data yang tersimpan dalam file

notepad sebelumnya, akan dilakukan pengelompokan data dengan menyaring paling tidak satu kejadian gempa magnitude maksimum per tahunnya.

P e r h i t u n g a n M e t o d e G u m b l e

Setelah data dikelompokkan dengan kejadian magnitude M>5 seperti langkah sebelumnya, program VBE akan memasukkan hasil data gempa yang telah disortir ke dalam sebuah persamaan regresi Matuscha untuk kemudian menghitung konstanta perumusan distribusi Gumble seperti nilai A, B, α, dan β.

P e r h i t u n g a n M e t o d e G u m b l e

Menurut Kurnia, 2011, dalm studi Tugas Akhirnya yang berjudul “Evaluasi Percepatan Gempa Untuk Peta Gempa Indonesia Di Kepulauan Mentawai”, dapat dilihat bahwasanya kurva yang dihasilkan oleh persamaan Matuscha tampak lebih stabil dibanding yang lain. .

P e r h i t u n g a n M e t o d e G u m b l e

Maka, setelah mendapatkan konstanta A,B, α, dan β, proses selanjutnya adalah perhitungan korelasi antara periode ulang T dan percepatan a seperti yang tercantum dalam rumus berikut: a ,dimana:

a

P e r h i t u n g a n M e t o d e P S H A

Metode PSHA terus berkembang dan yang terakhir dikembangkan oleh EERI Committee on Seismic Risk (EERI,1989) dimana teori ini mengasumsikan magnitude gempa M dan jarak R sebagai variable acak independent yang menerus. Dalam bentuk umum teori probabilitas total ini dapat dinyatakan dalam bentuk sebagai berikut: Dimana v adalah annual exeedence rate (dengan nilai lebih tinggi dari nilai batas Mo) pada sumber gempa I, f (M) dan f(R) berturut-turut adalah fungsi kepadatan probabilitas magnitude dan jarak. P[ PGA> acc│EQ] adalah probabilitas sebuah gempa dengan magnitude M pada jarak R yang memberikan percepatan maksimum PGA di lokasi tinjauan dengan nilai yang lebih besar dari acc.

a

R M

RRfMMfRMEQaccPGAPEQaccPGAP ).(.).(.),:|()|(

P e r h i t u n g a n M e t o d e P S H A

Dari data gempa yang telah dilakukan proses declustering diatas dan diambil data gempa dengan magnituda m> 5, kemudian dilakukan perhitungan statistika untuk data-data gempa. berikut merupakan penyajian hasil pengolahan data untuk memperoleh b-line.

a

P e r h i t u n g a n M e t o d e P S H A

Pada metode PSHA, program VBE akan memulai analisa perhitungan dengan terlebih dahulu menghitung persamaan Gutterburg-Richter untuk mendapatkan persamaan regresi b-line. Program VBE juga akan menampilkan persamaan regresi Gutterburg Richter untuk mendapatkan nilai-β seperti pada gambar berikut ini:

a

P e r h i t u n g a n M e t o d e P S H A

Dari Gambar 5.14. dapat dihitung juga melalui program VBE konstanta-konstanta regresinya seperti yang terlihat pada gambar berikut ini: Dari data diatas diperoleh nilai = 3.28. Dari nilai tersebut kemudian dilakukan perhitungan menggunakan rumus fungsi dari magnitude:

a

)( 0)( mM

m ecMf

)( 0max1

1mM

ec

1.000131

1)( 0max

mMe

c

)5(611.1)( 3.028)( 0 MmM

m eecMf

P e r h i t u n g a n M e t o d e P S H A

Dari perhitungan diatas dapat dilihat dalam tabel 5.12 dengan selang kemunculan ΔM = 0.5

a

Nilai fungsi probabilitas kerapatan

magnitude gempa Grafik nilai fungsi probabilitas kerapatan

magnitude gempa

P e r h i t u n g a n M e t o d e P S H A

Sehingga, dapat diperhitungan tingkat kejadian (exceedence rate) yang diperoleh menggunakan Program VBE adalah sebagai berikut: Dari data diperoleh data jarak gempa dengan membaginya pada empat perolehan jarak dengan yang merupakan rata-rata dari setiap kemungkinan jarak untuk setiap kejadian gempa. data jarak yang diambil adalah : 73,53 ; 189,78 ; 320,84 ; 446,27. Kemudian dari kemungkinan jarak yang terjadi dilakukan analisa percepatan gempa dengan menggunakan atenuasi Matuscha.

a

P e r h i t u n g a n M e t o d e P S H A

Nilai percepatan gempa untuk kejadian dengan probabilitas kekuatan dan jarak tertentu

Dari data dalam tabel diatas kemudian dilakukan perhutingan probabilitas kejadian gempa terlampaui lebih besar dari x, dimana x adalah > 0,05 g.

a

)log(

)log()log(1),:|(PGA

PGAaccMREQaccPGAP

P e r h i t u n g a n M e t o d e P S H A

Dimana nilai dari standart deviasi untuk kejadian beruntun menurut (Nishenko dan Buland 1987) adalah = 0.205 Berikut adalah penyajian data peningkatan probabilitas tiap-tiap percepatan gempa dalam tabel yang tercantum di bawah ini.

a

0.3832826205.0

)0.0435log()05.0log(1)25.5,53.73:|05.0(

MREQaccPGAP

s/d

P e r h i t u n g a n M e t o d e P S H A

Dari keseluruhan nilai resiko diatas dapat digabungkan menjadi satu untuk kemudian dapat dilihat peningkatan nilai resikonya. Dalam tabel 5.21 berikut ini akan disajikan data peningkatan resiko dari setiap nilai percepatan x > 0,05 g.

a

P e r h i t u n g a n M e t o d e P S H A

Kurva resiko percepatan gempa usia bangunan 50 tahun

dan periode ulang 475 tahun .

a

P e r h i t u n g a n M e t o d e P S H A

Kurva resiko percepatan gempa usia bangunan 50 tahun

dan periode ulang 2475 tahun .

a

P e r h i t u n g a n M e t o d e P S H A

Dari kurva sebelumnya yang dihitung menggunakan Program VBE diperoleh bahwa untuk kemunculan gempa dengan P 10% dalam 50 tahun yaitu periode ulang gempa 475 tahun di peroleh nilai PGA 0.16 g, sedangkan untuk periode ulang 2475 tahun yaitu kemunculan gempa dengan P 2% dalam 50 tahun diperoleh nilai PGA 0.25 g.

Dari hasil perhitungan diatas didapati sebagai berikut:

a

(t) usia

bangunan

(tahun)

RN (%) (T) Periode

ulang

a

(g)

50 2 500 0.16

50 10 2500 0.25

P E N U T U P

K e s i m p u l a n

Dari hasil analisa pada data gempa di Propinsi DIY yang telah dilakukan dalam pengerjaan Tugas Akhir ini, maka dapat diperoleh sejumlah kesimpulan sebagai berikut : 1. Hasil perhitungan untuk percepatan gempa maksimum dengan

menggunakan metode Gumble dipilih hasil dari persamaan Matuscha dengan hasil 0,105 g untuk periode ulang 475 tahun, dan 0,128 g untuk periode ulang 2475 tahun.

2. Hasil perhitungan untuk percepatan gempa maksimum menggunakan PSHA dengan data percepatan menggunakan atenuasi Matuscha diperoleh hasil 0,160 g untuk periode ulang 475 tahun, dan 0,250 g untuk periode ulang 2475 tahun.

3. Dari hasil perhitungan probabilitas dari metode Gumble dan PSHA didapati bahwasanya percepatan gempa maksimum yang dihasilkan dalam perhitungan Gumble lebih kecil ± 50% dari perhitungan PSHA.

a

K e s i m p u l a n

4. Percepatan gempa maksimum yang dihasilkan oleh metode PSHA lebih akurat karena hasil yang diperoleh dari perhitungan PSHA sudah memperhatikan jumlah kejadian gempa, kekuatan magnituda, serta jarak kejadian gempa.

5. Hasil dari PSHA masih lebih kecil dari nilai peta gempa 2010 yang terbaru.

6. Penggunaan perangkat lunak seperti dalam tugas akhir ini, yaitu Program Visual Basic for Earthquake (VBE) sangat membantu kemudahan perhitungan percepatan gempa, dan lebih terintegrasi sehingga mudah untuk menelusuri kesalahan nantinya.

a

S a r a n

Data dan analisa dalam Tugas Akhir ini barulah sebatas perhitungan dan analisa awalan saja. Oleh karena itu untuk memperoleh hasil yang lebih akurat dalam perolehan percepatan gempa maksimum maka disarankan : 1. Perlu dilakukan update data setiap tahunnya, sehingga apabila terdapat

kejadian gempa yang cukup besar dikemudian hari dapat terhitung dalam analisa.

2. Perlu dilakukan pengembangan lebih lanjut tentang perhitungan yang yang lebih rinci ke dalam sistem perangkat lunak ini.

3. Penulis berharap nantinya pada studi selanjutnya dapat menggunakan persamaan atenuasi NGA (next generation attenuation) yang lebih akurat karena telah memasukkan nilai faktor jenis tanah.

a

Daftar Pustaka

1. Departemen Pekerjaan Umum. 2010. Peta Hazard Gempa Indonesia 2010 Sebagai Acuan Dasar Perencanaaan dan Perancangan Infrastruktur Tahan Gempa. Jakarta : DPU.

2. http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eqarchives/epic/epic_circ.php 3. Elnashai, Amr.S.; Kim, Jig Sung.; Yun, Gun Jin; Sidarta, Djoni. 2006. The

Yogyakarta Earthquake of May 27,2006. Chicago: Mid-America Earthquake Center.

4. Irsyam. M. Pengantar Rekayasa Gempa. Bandung : ITB 5. Irsyam.M.; Sengara, I.W.; Fahmi, A.; Sri, W.; Wahyu, T., Danny, H.;

Engkon, K.; Irwan, M.; Suhardjono.; M. Asrurifak.; M. Ridwan. 2010. Ringkasan Hasil Studi Tim Revisi Peta Gempa Indonesia. Workshop Paparan dan Tinjauan Teknis Peta Gempa Indonesia Terbaru 2010, Bandung 19 Juli 2010.

6. Kurnia, Damar. 2011. Evaluasi Percepatan Gempa Untuk Peta Gempa Indonesia di Kepulauan Mentawai. Surabaya: Jurusan Teknik Sipil ITS – FTSP.

a

Daftar Pustaka

7. Nezamabadi, F.M.; Vageyan, F.Y.; dan Mahmood, H. 2004 Seismic Hazard

Analysis and Developing The Uniform Hazard Spectra For Vulnerability

Analysis Of An Existing Building. 13th World Conference On Earthquake Engineering. Vancouver, B.C., Canada, 8–9 August 2004. Paper No. 2378

8. Tjokrodimuljo, K. 1995. Buku Ajar Teknik Gempa. Yogyakarta : Jurusan Teknik Sipil FTSP – Universitas Gajah Mada.

9. USGS, NEIC. 2008, Seismic Hazard of Western Indonesia, Map prepare by United State of Geology Survey, URL http://earthquake.usgs.gov/research/hazmap/product_data/

10. Wahjudi, D.I. 2008, The Application of Seismic Hazard Analysis to Define

Earthquake Design Loading on Building Structures. International Seminar, Civil Engineering XI 2008 Postgraduete Building UPN “Vetern” Jatim, Surabaya, 8–9 juli 2008.

a

SEKIAN

TERIMAKASIH