7
Bab II
Tinjauan Pustaka
Dalam kajian pustaka ini akan dibahas geologi regional daerah penelitian, struktur sesar aktif, pengaruh sesar terhadap wilayah sekitarnya, pengertian gempa, periode predominan, faktor amplifikasi dan percepatan getaran tanah. Dalam bab ini juga akan dibahas mengenai analisis keputusan multikriteria, yang merupakan metoda yang digunakan dalam penelitian ini.
II.1
Geologi Daerah Yogyakarta dan Sekitarnya
Geologi daerah Yogyakarta dan sekitarnya terdapat pada Gambar 2.1., menurut Rahardjo et. al. 1995 meliputi dua hal pokok yang mendasar yakni batuan dan struktur geologi. II.1.1. Batuan Batuan yang menyusun daerah penelitian terdiri atas dua kelompok batuan, yakni kelompok batuan praKuarter dan Kuarter (Soehaimi et. al., 2007). Kelompok batuan praKuarter terdiri atas Formasi Nanggulan, Kebo Butak, Semilir, Nglanggran, Sambipitu, Jonggrangan, Sentolo, Wonosari dan Kepek. Pada formasi-formasi tersebut dijumpai batuan sedimen laut di bagian bawah (tua) sedangkan bagian atas (muda) terdiri atas perselingan antara sedimen laut dan sedimen gunung api. Kelompok Kuarter terdiri atas endapan gunungapi Merapi, Merbabu dan Sumbing, produk gunung Merapi sekarang, endapan sungai, dan endapan beting pantai.
Selain batuan tersebut di atas, di daerah ini dijumpai juga batuan terobosan berupa dasit, andesit dan diorit yang berumur Miosen. Daerah kerusakan gempabumi Yogyakarta umumnya terkonsentrasi pada daerah-daerah yang disusun oleh sedimen gunungapi Merapi yang berumur Kuarter. Selain itu daerah kerusakan dapat pula dijumpai di daerah-daerah yang disusun oleh batuan Holosen berupa endapan sungai dan gosong pantai. Daerah-daerah kerusakan yang terletak pada batuan praKuarter umumnya selain dikontrol oleh sifat fisik batuan yang telah lapuk, juga dikontrol oleh adanya sesar-sesar gempa.
8
Gambar 2.1. Peta geologi Yogyakarta dan sekitarnya (Rahardjo et. al., 1995)
9
II.1.2 Struktur geologi Ada tiga jenis struktur geologi akibat pergerakan kerak bumi yaitu, sesar, kekar dan lipatan. Sesar adalah retakan planar yang memotong dan menggeser batuan; sedangkan arah pergeserannya pada umumnya sejajar terhadap bidang retakan. Anderson (1951) berdasarkan atas arah gaya utamanya, membagi sesar menjadi tiga yaitu sesar normal (normal fault), sesar naik (thrust fault) dan sesar mendatar (strike slip fault). Sesar normal terbentuk jika arah gaya utama terbesar vertikal, sedangkan arah gaya utama menengah dan terkecil mendatar, sesar naik terjadi jika gaya utama terbesar dan menengah nisbi mendatar, sedangkan gaya utama terkecil vertikal, sedangkan sesar mendatar terbentuk jika gaya utama terbesar dan terkecil nisbi horizontal, serta gaya utama menengah nisbi vertikal.
Gambar 2.2. Jenis sesar berdasarkan arah gayanya Ciri sesar dalam keadaan topografi adalah : Adanya pemisahan pada suatu bentuk yang menerus. Adanya lapisan yang hilang. Adanya pergeseran vertikal yang mengakibatkan adanya perpindahan secara vertikal yang ditandai oleh pelurusan sungai, faset segitiga, terputusnya kesinambungan pada bentuk-bentuk geologi, misalnya bentuk bentang alam yang sangat berlainan, perbedaan vegetasi dan lain-lain. Sedangkan pembelokan sungai secara tiba-tiba dapat menunjukkan arah pergeseran.
10
Sesar aktif adalah sesar yang aktif (bergerak sepanjang waktu) dalam waktu Kuarter (1,8 juta tahun). Sesar yang memotong batuan, pergerakannya diredam oleh gaya friksi batuan tersebut. Apabila gaya tersebut sudah melampaui kekuatan batuan, gaya tersebut akan dilepas dan dapat menimbulkan gempabumi. Sesar yang melalui batuan yang berumur lebih tua dari 1,8 juta tahun dan tidak menimbulkan adanya gempabumi disebut abandoned. Di lain fihak sesar yang memotong batuan yang berumur Holosen merupakan sesar paling aktif dan sesar paling berbahaya, karena dapat menimbulkan gempabumi yang besar.
Pada daerah penelitian struktur kekar umumnya dapat dijumpai pada batu-batuan yang telah mengalami pensesaran, sedangkan struktur lipatan dijumpai berarah hampir barat laut - tenggara. Pada umumnya sistem lipatan ini bersifat miring ke arah utara. Struktur sesar di daerah ini mempunyai dua arah utama, yakni barat daya - timur laut dan barat laut – tenggara. Dari kedua sistem sesar tersebut, struktur sesar yang terus berkembang dan dinyatakan aktif umumnya berarah barat daya - timur laut, sedangkan struktur sesar yang berarah barat laut - tenggara merupakan sesar utama yang berusia relatif lebih tua dibandingkan sesar-sesar yang berarah barat daya - timur laut (Soehaimi et. al., 2007). Sesar-sesar tersebut dijumpai berupa sesar naik pada mulanya dan kemudian berkembang menjadi sesar geser turun, dan bagian-bagian blok turun dapat diamati dari bentang alam di sekitar lajur sesar. Sesar utama yang berarah barat daya - timur laut merupakan sesar mendatar mengiri dan blok sebelah barat bergerak keselatan sedangkan blok sebelah timur bergerak ke utara. Sesar-sesar dengan mekanisme serupa dapat dijumpai di tempat di daerah ini, yakni sesar Opak, sesar Progo, sesar Sentolo dan sesar Bukit Manoreh. Lebih lanjut sesar utama (barat daya - timur laut) disebut sebagai sesar Opak yang terdiri atas empat cabang dan setiap cabangnya di kontrol oleh sistem bentang alam tektonik sesar dan kontak tektonik sesar.
II.2
Seismisitas
Zona sumber gempabumi Busur Sunda membentang sepanjang 5.600 km mulai dari Andaman di baratlaut sampai ke Busur Banda di timur. Kemudian zona tersebut menerus ke Maluku dan akhirnya sampai ke Sulawesi Utara, dengan
11
penamaan yang berbeda-beda. Aktifnya gempabumi dalam lajur ini disebabkan daerahnya merupakan tempat penunjaman dan benturan dari berbagai lempeng kerakbumi samudera dan benua yang berbeda jenis dan kecepatannya (Kertapati, 2006).
Di daerah Jawa Barat dan Jawa Timur penunjaman lempeng Samudera Hindia – Australia relatif tegak lurus terhadap sumbu pulau Jawa, sehingga di Jawa berkembang pola sesar-sesar normal dan naik yang sejajar dengan busur pulau. Magnitudo gempabumi maksimum dari sistem mencapai
penunjaman di daerah ini
Mmax= 8,0 dengan perioda ulang sekitar 181 tahun (Haresh & Boen,
1996 dalam Kertapati, 2006). II.3
Periode Predominan
Kondisi tanah setempat secara substansional mempengaruhi karakteristik gelombang gempa selama gempabumi terjadi. Endapan tanah lunak akan memperbesar frekuensi getaran tanah dan memperpanjang durasinya, sehingga akan menambah efek kerusakan yang ditimbulkannya. Gelombang seismik saat menjalar, terjebak dalam lapisan tanah lunak dan fenomena multi refleksi terjadi, menghasilkan getaran tanah yang sama dengan periode predominan. Periode tersebut dinamakan periode predominan tanah. Untuk menentukan periode predominan getaran tanah setempat dapat digunakan pengukuran mikrotremor (Nakamura, 1989).
Dalam pengolahan data mikrotremor, penghitungan spektrum Fouriernya menggunakan algoritma Transformasi Fourier Cepat (Fast Fourier Transform FFT). Metoda Nakamura, 1989, menerapkan rasio amplitudo
fourier dari dua
spektrum fourier horisontal dan satu vertikal dalam persamaan sebagai berikut:
(2.1)
Keterangan:
12
r(f) adalah rasio spektrum horisontal - vertikal (H/V), FNS, FEW and FUD adalah spektrum amplitudo fourier dalam arah Utara-Selatan, Timur-Barat dan vertikal.
II.4
Faktor Amplifikasi
Gelombang seismik (gempa) yang menjalar dari batuandasar (bedrock) ke permukaan bumi, kandungan frekuensi dan amplitudonya berubah saat melewati endapan tanah. Proses ini dapat menghasilkan percepatan yang besar terhadap struktur dan menimbulkan kerusakan yang parah, terutama saat frekuensi gelombang seismik sama dengan resonansi frekuensi struktur bangunan buatan manusia. Analisis respon tanah setempat membantu dalam penentuan efek kondisi tanah setempat pada amplifikasi gelombang seismik. Respon endapan tanah tergantung frekuensi, geometri dan sifat material lapisan tanah di atas batuandasar. Sehingga analisis respon tanah setempat merupakan bagian dasar dalam kajian bencana seismik dalam daerah tertentu. Diantara metoda empiris, rasio spektrum H/V merupakan metode yang paling populer. Analisis perkiraan respon setempat dengan rasio spektrum H/V dan metode lain telah dibandingkan dan dievaluasi oleh Field dan Jacob (1995), seperti persamaan (2.1) di atas. II.5
Percepatan Getaran Tanah Maksimum
Suatu partikel dalam bumi saat terjadi gempabumi akan bergerak secara acak (tidak regular). Pergerakan ini dapat digambarkan perubahan posisi, kecepatan dan percepatannya sebagai fungsi waktu. Percepatan getaran tanah sangat berkaitan dengan gaya yang menahan struktur buatan manusia tetap kokoh berdiri saat terjadi gempa. Percepatan getaran tanah maksimum adalah percepatan maksimum yang terjadi pada partikel selama kejadian gerakan gempabumi. Dengan kata lain percepatan getaran tanah maksimum adalah nilai percepatan getaran tanah yang terbesar yang pernah terjadi di suatu tempat diakibatkan oleh gempabumi (Sri Brotopuspito et. al., 2006). Nilai percepatan getaran tanah maksimum dihitung berdasarkan magnitudo gempabumi yang pernah terjadi dan
13
jarak sumber gempabumi terhadap titik pengamatan, serta nilai periode predominan tanah di daerah tersebut. Salah satu metode perhitungan nilai percepatan getaran tanah maksimum adalah metode Kanai (1966, dalam Sri Brotopuspito, 2006) yang dirumuskan sebagai:
(2.2)
keterangan: a
= nilai percepatan getaran tanah titik pengamatan (gal)
Tg
= periode predominan tanah titik pengamatan (detik)
M
= magnitudo gempa (SR)
x
= jarak hiposenter (km)
II.6
Analisis Keputusan Multikriteria
Multi obyek pada dasarnya merupakan sistem riil yang sering terjadi. Seringkali multi obyek berbenturan dengan obyek yang lainnya (seperti satu obyek memperbaiki, yang lainnya mungkin memburuk). Analisis dimensional dapat membantu para pembuat keputusan agar dapat mengambil keputusan yang lebih baik pada kondisi tersebut (Malczewski, 1999).
Analisis keputusan multikriteria spasial dapat dipikirkan sebagai proses yang menggabungkan dan mentransformasikan data (input) spasial dan aspasial kedalam
keputusan
resultan
(output).
Hukum
keputusan
multikriteria
didefinisikan sebagai hubungan antara peta masukan dan keluaran. Kerangka kerja dari analisis keputusan multikriteria spasial dapat diklasifikasikan ke dalam 3 fase (intelijen, desain dan pilihan) seperti terlihat pada gambar 2.3.
14
Gambar 2.3 Kerangka kerja analisis keputusan multikriteria spasial (Malczewski, 1999). Keputusan multikriteria menyediakan metodologi sebagai petunjuk pembuat keputusan melalui proses klarifikasi evaluasi kriteria (atribut dan/atau obyek) dan pendefinisian nilainya relevan terhadap situasi keputusan. Pembuatan keputusan spasial umumnya terdiri dari sejumlah besar evaluasi alternatif dalam basis multikriteria dan konflik, sehingga diperlukan metode identifikasi alternatif terbaik yang sistematis (klasifikasi atau ranking alternatif). Elemen utama analisis keputusan multikriteria spasial adalah sebagai berikut:
Definisi masalah: Definisi masalah adalah situasi dimana individu atau group merasa ada perbedaan antara kondisi yang ada dan yang diinginkan. Evaluasi kriteria: Tahapannya terdiri dari: - Susunan objek secara konprehensif yang menggambarkan semua aspek yang relevan dengan masalah keputusan.
15
- Mengukur untuk mencapai objek tersebut, atau biasa disebut sebagai atribut. Atribut
berhubungan
dengan
entitas
geografi
sehingga
dapat
direpresentasikan dalam bentuk peta-peta. Alternatif dan Pembatas Alternatif keputusan adalah alternatif tindakan yang harus dipilih oleh pembuat keputusan. Masing-masing alternatif keputusan spasial terdiri paling sedikit dua elemen dasar yaitu: aksi dan lokasi. Alternatif secara lengkap ditetapkan dengan menentukan nilai variabel keputusan. Bobot Kriteria Perbedaan kepentingan dalam keputusan multikriteria memerlukan informasi mengenai kepentingan relatif masing-masing kriteria. Biasanya dicapai dengan menentukan bobot masing-masing kriteria yang menunjukkan kepentingan relatif kriteria terhadap kriteria lain. Dalam kasus kriteria sebanyak n, susunan bobot didapatkan dengan cara sebagai berikut:
W= (w1, w2, ....., wn) dimana wi = 0 and S wi = 1 Prosedur yang paling populer meliputi ranking, rating dan perbandingan berpasangan (Malczewski, 1999). Metoda Ranking Metoda ranking memiliki prosedur yang paling sederhana, setiap kriteria diranking sesuai pilihan pembuat keputusan seperti: -
Ranking lurus (paling penting=1, penting kedua=2, ......) atau
-
Ranking terbalik (paling tidak penting=1, setelah paling tidak penting=2, ....)
Keuntungan metoda ranking adalah penerapannya sederhana, dan kerugiannya pada saat jumlah kriteria yang digunakan lebih besar metoda menjadi kurang tepat. Metoda Rating
16
Metoda rating memerlukan pembuat keputusan memperkirakan bobot pada dasar penentuan skala yaitu skala 0 s/d 100. Metoda ini dimodifikasi kedalam bentuk prosedur perkiraan rasio sebagai berikut: Nilai 100 ditentukan untuk kriteria yang paling penting. Secara proposional bobot yang lebih kecil diberikan terhadap kriteria yang lebih rendah. Nilai masing-masing kriteria dibagi dengan nilai yang paling rendah. Rasio ini menggambarkan keinginan relatif perubahan dari tingkat yang rendah. Metoda perbandingan berpasangan Metoda ini terdiri dari perbandingan berpasangan dalam bentuk matrik dan menempatkan perbandingan berpasangan sebagai input dan hasil bobot relatif sebagai output. Bobot ditentukan dengan normalisasi vektor eigen pada nilai eigen maksimum rasio matrik. Metoda ini terdiri dari 3 langkah: -
Membentuk matrik perbandingan
-
Menghitung bobot
-
Memperkirakan rasio konsistensi
Aturan Keputusan Aturan keputusan membantu dalam menentukan alternatif yang dipilih. Aturan tersebut mengintegrasikan data dan informasi dalam alternatif dan pembuat keputusan kedalam keseluruhan kajian alternatif. Permasalahan pembuatan keputusan spasial terdiri dari susunan obyek dan atribut, atau keduanya. Terdapat sejumlah aturan keputusan yang dapat digunakan untuk menyelesaiakan masalah multikriteria. Tiga metoda multikriteria yang populer adalah metoda SAW, pendekatan fungsi nilai, dan AHP (Malczewski, 1999). Rekomendasi Akhir dari proses pembuatan keputusan adalah rekomendasi. Rekomendasi harus berdasarkan ranking alternatif dan analisis sensitifitas, termasuk didalamnya adalah alternatif terbaik, atau group alternatif.
17
II.6.1 Metoda SAW Metoda ini berdasarkan konsep pembobotan rata-rata. Pembuat keputusan secara langsung menentukan bobot “kepentingan relatif” pada masing-masing peta tematik. Total nilai masing-masing alternatif didapatkan dengan mengalikan bobot yang ditentukan untuk masing-masing atribut dan menjumlahkan hasil atributatribut tersebut. Saat skor keseluruhan semua alternatif dihitung, alternatif dengan nilai tertinggi akan dipilih (Thill, 1999, dalam Malczewski, 1999). Evaluasi aturan keputusan masing-masing alternatif, Ai, seperti rumus sebagai berikut: Ai =Sj wj xij
(2.3)
Dimana xij adalah nilai alternatif ke i pada atribut ke j, dan bobot wj adalah normalisasi bobot (wj = 1). Bobot-bobot tersebut menunjukkan pentingnya atribut secara relatif. Alternatif yang paling dipilih diseleksi dengan mengidentifikasi nilai Ai maksimum Ai (i=1,2,...,m). Langkah metoda SAW berbasis SIG dapat dirangkum seperti diagram gambar 2.4. Metoda ini dapat dioperasikan menggunakan sistem SIG. Teknik tumpang susun memberikan evaluasi atribut pada peta kriteria (peta masukan) yang dijumlahkan untuk menentukan atribut peta gabungan (peta keluaran).
II.6.2 Metoda AHP AHP adalah metoda yang dikembangkan untuk menghasilkan ranking keputusan alternatif dengan struktur matematik. Ide awal adalah untuk mendapatkan bobot melalui perbandingan berpasangan alternatif masing-masing atribut. Tujuan metoda ini untuk mendapatkan bobot kuantitatif dari pernyataan kualitatif pada kepentingan kriteria relatif yang didapatkan dari perbandingan dari semua pasangan kriteria.
18
Mendefinisikan atribut dan alternatif
Menentukan nilai bobot atribut
Menentukan nilai ranking alternatif
Normalisasi bobot
Standardisasi ranking
Ai =Sj wj xij
Mengevaluasi alternatif berdasarkan skor keseluruhan
Gambar 2.4. Diagram alir metoda SAW AHP merupakan teori pengukuran yang menitikberatkan pada prioritas dominan perbandingan berpasangan elemen-elemen homogen yang sering disebut sebagai kriteria atau atribut. Metoda ini dikembangkan oleh Saaty pada tahun 1980, berdasarkan 3 prinsip: penguraian (decomposition), penilaian perbandingan (comparative judment), dan perpaduan prioritas-prioritas (Synthesis of Priorities). Prinsip penguraian menyatakan bahwa masalah keputusan diuraikan kedalam sebuah hirarki yang menangkap unsur awal permasalahan. Prinsip dari penilaian komparatip melakukan penilaian perbandingan-perbandingan menurut pasangan dari unsurunsur di dalam struktur hirarkis, berkenaan dengan induknya di dalam tingkat berikutnya yang lebih tinggi. Prinsip perpaduan prioritas-prioritas, mengambil masing-masing skala rasio prioritas-prioritas lokal di dalam berbagai tingkat
19
hirarki dan membangun sebuah gabungan susunan prioritas-prioritas untuk unsurunsur pada tingkat hirarki terendah (alternatif-alternatif) (Malczewski, 1999).
Prosedur AHP meliputi 3 tahapan utama: mengembangkan hirarki AHP, membandingkan unsur keputusan pada basis berpasangan, dan membangun penilaian prioritas keseluruhan. Mengembangkan hirarki AHP: dalam pengembangan hirarki, tingkat yang paling tinggi adalah merupakan tujuan utama (goal) keputusan. Alternatifalternatif digambarkan dalam basis data SIG. Masing-masing layer mengandung nilai atribut yang ditentukan pada alternatif, dan masing-masing alternatif dihubungkan dengan atribut tingkatan yang lebih tinggi. Membandingkan unsur-unsur keputusan pada basis berpasangan: perbandingan berpasangan adalah alat perhitungan dasar dalam prosedur AHP. Prosedur tersebut terdiri dari 3 tahap: -
Pengembangan matrik berpasangan masing-masing tingkatan hirarki,
-
Penghitungan bobot masing-masing unsur,
-
Perkiraan rasio konsistensi
Dalam perhitungan bobot, penggunaan vektor eigen (eigen vector) sangat disarankan. Prinsip vektor eigen merupakan gambaran penting prioritas yang didapatkan dari matrik penilaian perbandingan berpasangan (Saaty, 2003). Membangun penilaian prioritas keseluruhan: tahap akhir adalah menjumlah bobot relatif tingkatan yang didapatkan dalam tahap kedua untuk menghasilkan bobot penguraian. Nilai keseluruhan Ri alternatif ke i adalah jumlah total penilaian pada masingmasing tingkatan dan menghitung dengan persamaan berikut: Ri =Sk wk rik
(2.4)
Keterangan: wk adalah vektor prioritas unsur ke k struktur hirarkis kriteria, S wk = 1; dan rik adalah vektor prioritas yang didapatkan dari perbandingan alternatif pada
20
masing-masing kriteria. Alternatif yang paling disukai yaitu Ri (i=1, 2, 3, ....m) dengan nilai maksimum. Menyusun hirarki
Menyusun matrik perbandingan berpasangan pada atribut
Menyusun matrik perbandingan berpasangan pada atribut
Menentukan nilai bobot atribut
Menentukan nilai ranking alternatif
Menentukan nilai bobot keseluruhan
Menentukan nilai ranking keseluruhan
Menentukan rasio konsistensi
tidak Konsisten? ya Ri = Sk wk xik
Mengevaluasi alternatif berdasarkan skor keseluruhan
Gambar 2.5. Diagram alir metoda AHP
ditolak
