Handout 1-2 Tgempa D3
PENDAHULUAN • •
•
Gempa merupakan suatu phenomena alam yang terjadi di permukaan tanah, yang berdampak pergerakan tanah secara tibatiba (shaking) atau menimbulkan stunami. Gempa bumi merupakan salah satu bahaya alam, yang dapat menyebabkan kerusakan bangunan diatas permukaan tanah sehingga menimbulkan kerugian harta benda dan bahkan menghilangkan nyawa manusia Indonesia sering dilanda gempa, oleh karena itu para insinyur/ahli teknik harus memberi perhatian serius pada konstruksi suatu Bangunan agar tahan terhadap gempa.
Sebab gempa :
Keruntuhan tanah baik di permukaan tanah (longsoran Tebing tanah) maupun di dalam tanah (keruntuhan gua tanah atau lubang pertambangan)
Tumbukan meteor dengan bumi, getarannya dapat terasa disekitar tempat jatuhannya, dan menimbulkan bekas berlubang di permukaan tanah.
Kawah di Arizona, USA yang terjadi akibat jatuhnya meteor
1
Budi kudwadi
Handout 1-2 Tgempa D3
Tunguska explosion on June 30, 1908 , 5.0 on the Richter scale , selain menimbulkan getaran, juga kebakaran yang meluas 5-10 km (Meteoroid airburst)
Peristiwa vulkanik (akibat gunung meletus), getarannya dapat dirasakan di daerah kawasan gunung tersebut, dari getaran tanah yang kecil sampai agak besar, dan kejadiannya berulang-ulang.
2
Budi kudwadi
Handout 1-2 Tgempa D3
Peristiwa tektonik (earthquake tectonics) , diakibatkan gerakan lempeng / kerak bumi. Gempa ini diakibatkan pelepasan energi yang tiba tiba di lapisan kerak bumi (crust) dan menimbulkan getaran gelombang gempa (seismic waves)
Struktur Bumi :
Lithosphere / lapisan kerak bumi (crust) 5 – 4 km Lapisan mantel + 2900 km Inti bumi jari-jari + 3500 km + 6400
Makin kedalam makin besar berat jenisnya : 2,7 s/d 12,3
3
Budi kudwadi
Handout 1-2 Tgempa D3 Teori plat tektonik : Menganggap Lapisan kerak bumi (crust) terdiri dari beberapa plat kaku (lempengan) yang bergerak satu dengan lainnya.
Lempengan (crust) bergerak
4
Budi kudwadi
Handout 1-2 Tgempa D3 Peta Plat tektonik dan pergerakannya , menurut Eiby (1980)
Gerakan plat tektonik : 1. Subduction ( penujaman) Contoh : - di barat pulau Sumatra, di selatan Pulau Jawa s/d Nusa tenggara
2. Extrusion (pemisahan) Contoh : - di lautan Atlantik
5
Budi kudwadi
Handout 1-2 Tgempa D3 3. Collision ( tumbukan ) Contoh : - di pegunungan Himalaya
4. Transcursion (patahan) Contoh : - di Amerika Barat, pada Air terjun Niagara.
Pelepasan Energi. Gerakan Plat yang bergerak masing-masing dan terhambat oleh gaya gesek pada bidang sentuh antara plat tersebut. Akibatnya terjadi akumulasi (pengumpulan) energi diantara bidang kontaknya, yang lama kelamaan akan melampaui kekuatan geser bidang sentuh sehingga timbul gerakan kembali secara tiba-tiba, dan akan melepaskan enegi yang besar maka timbulah Gempa. GAMBAR PELAT TEKTONIK dengan Arah pergerakannya di Dunia.
6
Budi kudwadi
Handout 1-2 Tgempa D3 GAMBAR PETA SEISMIK di Indonesia, Australia.New Zealand, tanda titik titik tersebut merupakan Lokasi terjadinya Gempa.
TSUNAMI. Istilah tsunami berasal dari bahasa Jepang yang Gelombang panjang (air laut) yang melanda daerah pantai.
artinya
A (besar) A (kecil)
D (kecil) D (besar)
Dasar laut Ditengah lautan
Daerah Pantai
Tsunami timbul setelah kejadian gempa yang diakibatkan oleh adanya patahan ditengah laut.
7
Budi kudwadi
Handout 1-2 Tgempa D3 Ditengah laut kedalaman laut sangat dalam, kecepatan gelombang nya juga besar, sedang saat mendekati pantai, dengan kedalaman yang kecil, kecepatan yang rendah, tetapi amplitudo (tinggi gelombang) makin membesar. (Hk. Kekelan Energi)
v =
g D
v = kecepatan gelombang g = Gaya gavitasi D = Kedalaman laut SUMBER GEMPA (Focus) Stasion Pengamatan Seismographs
Epicentre
Jarak hypocentre
FOCUS (hypocentre)
Epicentre = Lokasi / daerah yang terkena dampak gempa tepat diatas hypocentre Focus atau Hypocetre = Lokasi sumber gempa
8
Budi kudwadi
Handout 1-2 Tgempa D3 JALUR GEMPA (Earthquake Belt) Gambar Peta jalur Gempa :
1. Circum Pasifik Earthquake Belt 2. Alpide Earthquake Belt 3. Mid Atlantic Earthquake Belt Circum Pasifik Earthquake Belt : Dari bagian barat benua Amerika Utara menyebrang pulau-pulau Alentian ke Kamchatka dan meluas keselatan melalui Jepang, Formosa, Filipina, Kep. Maluku, Irian, New Hebrides, Fiji, Samoa, Tonga & New Zealand. Alpide Earthquake Belt : Mulai dari Kep. Azores melalui Pegunungan Alpine di Eropa Mediterania, melalui Asia Kecil, sampai ke Burma sepanjang Peg. Himalaya, satu cabang ke bagian atas laut kuning di Tiongkok, cabang lain menuju selatan melalui Sumatra, Jawa, Kep. Nusa Tenggaa serta Sulawesi. Mid Atlantic Earthquake Belt : di lautan atlantik DAERAH BEBAS GEMPA (DAERAH STABIL) Di Benua Amerika : Dataran Canada, dataran Brazilia, seluruh benua amerika selatan bagian timur dan pegunungan Andes dan bagian Utara sungai plata, kecuali daerah Mendosa. Di Benua Eurasia : Daerah Baltic Eurasia, daerah Anggora di Asia serta daerah pegunungan Ural. 9
Budi kudwadi
Handout 1-2 Tgempa D3
Di Benua Asia
: Daerah Saudi Arabia, Selatan India, Gurun Gobi, sebagaian besar Indochina, Semenanjung Malaya, Kalimantan.
Di Benua Afrika
: Hampir di seluruh benua Afrika, kecuali sebagian kecil Bagian Utara, Ujung selatan dan daerah Danau di Kenya, Tanganyika.
Samudra Pasifik : Kecuali daerah Circum Pasifik adalah stabil, kecuali juga Kep. Hawai. Daerah lainnya
: Samudra Atlantik dan bagian dari lautan Arktik, Australia Barat, Somalia Land, Madagaskar, Pasifik selatan, Selatan Kepulauan Galapagos.
10
Budi kudwadi
Handout 1-2 Tgempa D3 BESARAN UNTUK MENGUKUR GEMPA BUMI Besaran untuk mengukur gempa bumi, pada umumnya dipakai : 1. Magnitude, adalah ukuran besar energi yang dilepaskan oleh fokus atau hypocentre. Skala magnitude dari Richter sering dipakai dan skala ini berguna bagi para ahli seismologi. 2. Intensitas, Adalah besar kecilnya getaran permukaan di tempat konstruksi. Secara kuantitatif intensitas gempa setempat dinyatakan dengan percepatan permukaan dengan satuan gal (cm/dt2). Skala ini digunakan bagi para inssinyur untuk pengaruhnya pada konstruksi. Skala yang digunakan adalah skala Modified Mercalli Intensity scale. (MM) Perkiraan hubungan Modified Mercalli (MM). M richter 3 4 5 6 7 8
MM II – III IV – V VI VII – VIII IX X - XI
kesetaraan
Richter
Percepatan permukaan max 0,003 g 0,010 g 0,030 g 0,010 g 0,030 g 1,000 g
Mangnitude
(M)
dan
Radius pengaruh 25 km 50 km 100 km 200 km 400 km 700 km
UKURAN GEMPA Ada dua macam ukuran gempa : 1. Besar energi yang dilepaskan sebagai gempa 2. Besar percepatan maximum permukaan tanah BESAR ENERGI Pelepasan energi pada sumber gempa diukur dengan skala RICHTER. Log E = 11,4 + 1,5 R E = Energi yang dilepaskan (erg / dyne–cm) R = Skala Richter Contoh : Diketahui gempa dengan 6 skala Richter, berarti energi yang dilepaskan pada sumber gempa sebagai berikut :
11
Budi kudwadi
Handout 1-2 Tgempa D3 Log E = 11,4 + 1,5 R = 11,4 + 1,5. 6 = 20,4 E = 1020,4 = 2,512. 1020 erg •
Berapa energi untuk 7 skala Richter ? 79.4.1020 erg
•
Berapa peningkatan energi untuk peningkatan 2 skala richter?
Pengaruh gempa dipermukaaan tanah tidak hanya di tentukan oleh besar energi yang dilepaskan, akan tetapi juga oleh kedalaman atau jarak sumber gempa (hypocentre). Hubungan Magnitudo Dan Frekuensi Gempa Yang Tejadi Menurut Guttenberg-Richter : Log N = A – b . M N = frekuensi kejadian suatu gempa yang skala richternya M untuk 1 tahun Misal : dalam 1 tahun terjadi gempa dengan skala Richter sbb: 4;5;4;3;5;2;4 maka untuk magnitudo 4 pada skala richter jumlah kejadian gempa adalah 3 kali, jadi N = 3 A dan b adalah konstanta gempa untuk suatu daerah gempa tertentu. Misal : untuk pulau Jawa : A = 5.37 , b = 0.94 Jadi log N = 5.37 – 0.94 M Hubungan A dan b dikemukakan oleh Kale dan Naran sbb: A = 6.35 b – 1.41 Catatan : untuk seluruh indonesia log N = 7.30 – 0.94 M, jadi misalkan kita menghitung frekuensi gempa dengan skala richter = 7, berarti : Log N = 7.3 – 0.94 (7) = 0.72 N = 5.2 , ini berarti ada gempa kira-kira 5 kali dalam setahun dan untuk gempa dengan skala richter diatas 7, frekuensi gempa adalah 2 kali setahun. PERCEPATAN MAKSIMUM PERMUKAAN TANAH Ukuran gempa yang dapat langsung mempengaruhi struktur bangunan ialah insensitas lokal gempa, yaitu besar (insensitas) percepatan permukaan tanah di daerah lokasi gempa. Rumus hubungan besar energi dan percepatan permukaan tanah (a) maksimum.
12
Budi kudwadi
Handout 1-2 Tgempa D3
1. Donovan (1973) :
a = 1080.e0,5R.(H+25)-1,32
2. Matuschka (1980) : a = 119.e0,81R. (H+25)-1,15 a = percepatan maksimum permukaan tanah (cm/det2) e = bilangan natural (2,718) R = besar gempa skala Richter H = jarak Hypocentre (km) Hubungan percepatan permukaan tanah (a) dengan intensitas lokal menurut skala MM (Modified Mercalli).
1 1 1 1 log a = .I − atau log a = . I + 3 2 4 4 a = cm/det2 I = Skala MM
13
Budi kudwadi
Handout 1-2 Tgempa D3 Diketahui : Gempa di Flores tanggal 12 Desember 1992 Besar gempa = 6,8 skala Richter Kedalaman sumber gempa = 36 km dari muka tanah Jarak epicenter dari Maumere (pusat pencatatan gempa) = 30 km Ditanyakan : 1. Percepatan maksimum permukaan tanah di Maumere ? 2. Besar kerusakan menurut skala MM ? Penyelesaian : 1. Menentukan jarak hypocenter Epicenter
30 km
Maumere /Seismograf
36 km Jarak hypocenter (H) ?
FOCUS (hypocenter)
H = 36 2 + 30 2 = 46,861 km
2. Menentukan Percepatan (Donovan) : a = 1080.e0,5R. (H+25)-1,32 = 1080.e0,5.(6,8). (46,861+25)-1,32 = 115 cm/det2 Menentukan Percepatan (Matuscha) : a = 119.e0,81R. (H+25)-1,15 = 119.e0,81. (6,8). (46,851+25)-1,15 = 216 cm/det2 Besar / tingkat kerusakan (MM) berdasarkan percepatan : dari (Donovan) 1 1 1 1 log a = .I − atau log a = . I + 3 2 4 4 1 1 log 115 = .I − ⎯ ⎯→ I = 7,68 MM 3 2 maka I = VII - MM 1 1 log 115 = . I + ⎯ ⎯→ I = 7,24 MM 4 4
14
Budi kudwadi
Handout 1-2 Tgempa D3
Besar kerusakan (MM) berdasarkan percepatan : dari a (Matuscha) 1 1 1 1 log a = .I − atau log a = . I + 3 2 4 4 1 1 log 216 = .I − ⎯ ⎯→ I = 8,50 MM 3 2 maka I = 8 MM 1 1 log 216 = . I + ⎯ ⎯→ I = 8,35 MM 4 4 Jadi besar kerusakan di Maumere : • Menurut percepatan tanah dari Donovan 7 MM • Menurut percepatan tanah dari Matuscha 8 MM GELOMBANG GEMPA Saat terjadi gempa, tanah permukaan mengalami gerakan karena permukaan tanah bergelombang. Gelombang utama : 1. Gelombang Primer (P), merupakan gelombang yang menjalar longitudinal.
Memampat dan menggembung searah rambatannya. Kecepatan antara 1,4 – 6,4 km/det. 2. Gelombang Sekunder (S), merupakan gelombang yang menjalar tranversal.
Kecepatan ± 2/3 x kecepatan gelombang primer.
15
Budi kudwadi
Handout 1-2 Tgempa D3 Kecepatan dari kedua gelombang berbeda, dari hasil rekaman gempa dapat diperkirakan jarak sumber gempa berdasarkan selisih waktu tiba gelombang tersebut.
Perkiraan jarak sumber gempa Apabila terukur jarak dari 3 tempat maka dapat ditentukan lokasi gempa (sumber).
.A .C
.B
16
Budi kudwadi
Handout 1-2 Tgempa D3 Dua gelombang yang menjalar hanya dipermukaan tanah saja, 1. Gelombang Rayleigh
Butiran tanah bergerak ellips dengan gerak vertikal. 2. Gelombang Love Q
Butiran tanah bergerak tranversal pada bidang horisontal. TINGKAT RISIKO GEMPA P = (1 – e
– L/T)
x 100% = (1 – e-50/10) x 100% = -99.33%
P = Probabilitas (kemungkinan) bangunan terlanda gempa yang lebih besar dari gempa (dalam %) L = umur rencana bangunan (tahun) T = Jangka waktu ulang gempa rencana (tahun)
17
Budi kudwadi
Handout 1-2 Tgempa D3
INTENSITAS, MANGNITUDE, KECEPATAN DAN ENERGI GEMPA Kecepatan tertinggi rata-rata (cm/dt)
Perbandingan dengan bahan peledak
Insensitas Mercalli
Mangnitude (Skala Richter)
I
0 – 1,9
0,45 TNT
II
2 – 2,9
50 kg TNT
III
3 – 3,9
IV
4 – 4,4
1–2
V
4,5 – 4,9
2–5
VI
5 – 5,9
5–8
VII
6 – 6,3
8 – 20
2.107 kg TNT (bom atom kecil)
1.109 kg TNT (1 bom hydrogen)
18
Deskripsi
Tidak terasa kecuali menggunakan alat bantu pendeteksi gempa Dirasakan oleh hanya sedikit orang yang beristirahaat, khususnya pada lantai atas gedung, benda-benda yang bergantung akan terayun. Mulai dirasakan sebagaian orang, khususnya pada lantai atas gedung, tapi banyak orang yang tidak menyadari akan adanya gempa tersebut. Getarannya seperti truk yang sedang lewat. Pada siang hari dirasakan banyak orang dalam ruangan dan sedikit orang diluar ruangan. Pada malam hari beberapa orang akan terjaga dari tidurnya. Pintu dan jendela mulai berbunyi; dinding mulai menimbulkan suara. Ada getaran seperti truk besar lewat dibawah gedung. Mobil yang sedang parkir dapat berpindah. Dirasakan oleh hampir semua orang, bnyak orang terbangun dari tidurnya. Kaca jendela mulai pecah, terjadi keretakan dibeberapa plesteran semen, benda tidak stabil akan terguling. Kerusakan pada pohon, tiang-tiang listrik, dan objek tinggi lainnya. Bandul jam mungkin berhenti. Dirasakan oleh semua orang, banyak yang ketakutan dan lari keluar ruangan. Beberapa furniture berat akan bergerak. Plesteran akan mulai runtuh, cerobong mulai retak. Semua orang lari keluar ruangan. Dirasakan orang yang mengendarai mobil, bangunan yang konstruksinya kurang baik akan runtuh,
Percepatan puncak rata-rata (g adalah gravity = 9,8 m/s2)
Jumlah Gempa pertahun di dunia Sangat besar 300,00
49,00
0,015g – 0,03g
4,00
0,03g – 0,05g
1,20
0,05g – 0,07g
800
0,07g – 0,15g
65
Budi kudwadi
Handout 1-2 Tgempa D3
VIII
6,4 – 6,6
20 – 30
IX
6,7 – 6,9
30 – 60
X
7 – 7,5
Lebih dari 60
XI
7,6 – 7,9
XII
8 - 8,6
1011kg TNT (100 bom hydrogen)
6 x 1013kg TNT (60.000 bom hydrogen)
cerobong akan runtuh. Kerusakan mulai terjadi pada bangunan dengan desain baik. Beberapa bangunan akan runtuh sebagian. Panel dinding akan keluar dari rangka strukturnya. Cerobong tumbang, tumpukan material pabrik akan runtuh, dinding, kolom, dinding, monumen runtuh. Furniture berat akan tumbang. Pasir dan lumpur terlempar sebagian. Terjadi perubahan dalam air sumur. Pengendara mobil akan tergangu. Kerusakan akan terjadi pada bangunan dengan desain baik, struktur rangka akan miring, sebagian bangunan runtuh, perubahan terjadi pula pada pondasi. Keretakan tanah terjadi, pipa bawah tanah rusak Bangunan konstruksi kayu mulai rusak, sebagaian besar pasangan batu rusak, dan struktur rangka dan pondasinya rusak. Tanah akan terjadi retakan besar, rel kereta bengkok, kelongsoran akar terjadi di tepi sungai dan tebing-tebing tanah. Pasir dan lumpur sungai akan bercampur. Air berombak berdeburan. Sangat sedikit bangunan yang masih berdiri. Jembatan hancur. Terjadi retakan-retajkan besar di tanah dan jalan aspal, pipa-pipa bawah tanah total tidak berfungsi. Terjadi longsior di sebagian besar tebing. Rel kereta melengkung parah. Kerusakan total. Gelombang terlihat pada permukaan tanah. Bendabenda terlempar ke udara.
0,15g – 0,30g
35
0,30g – 0,60g
20
Lebih dari 0,60 g
14
4
0,2 (satu dalam lima tahun)
Tabel ini adalah perkiraan dari korelasi antara pengukuran mangnitude gempa, efek gempa dan energi yang dihaslkan, berikut dengan frekwensi gempa yang pernah terjadi. Diambil dari “Introduction to Seismology” IISEE (2001) dan “Earthquake Mangnitude Comparisons” (2001).
19
Budi kudwadi
Handout 1-2 Tgempa D3
SKALA INTENSITAS “ MODIFIED MERCALLI” Skala MM I
Deskripsi Tidak terasa orang, tercatat pada pencatat gempa.
II
Terasa oleh orang yang istirahat, terutama di lantai dua.
III
Benda-benda tergantung goyang,bergetar ringan.
IV
Getaran truck lewat, jendela, pintu dan barang pecah belah beradu dan berbunyian.
V
Terasa oleh orang diluar gedung, orang tidur terbangun , benda diatasnya bisa jatuh.
VI
Terasa oleh semuanya, bahkan ketakutan dan keluar rumah, plesteran tembok retak (mutu D).
VII
Sulit berdiri, terasa oleh pengendara kendaraan, tembok-tembok rusak, plesteran lepas, genteng jatuh, rawa dan kolam bergelombang. Tembok c rusak, runtuh, menara air rusak gedung portal bergerak, tanah basah retak (mutu C)
VIII IX
Semua orang panik, gedung runtuh, pipa-pipa dalam tanah rusak.
X
Bangunan kayu rusak, jembatan rusak, tanah longsor, air sungai/kolam gelombang tepi.
XI
Rel kereta api rusak.
XII
Kerusakan total, batuan-batuan besar pindah tempat.
20
Budi kudwadi
Handout 1-2 Tgempa D3
PENENTUAN LETAK EPICENTRUM Metoda Kontur dan Extrapolasi Kontur
: Penandaan daerah gempa yang mempunyai amplitude sama
Extrapolasi : Perhitungan linier dari suatu titik diluar dua titik yang menjadi acuan
6,84
a
7,76
c = f(x)
b
z x
C = f (x) = a + (b – a) Contoh
x z
: Data rekaman beberapa seismograf sebagai berikut : Seismograf A B C D E F G
Lokasi absis (km) 40 60 90 30 110 10 110
Ordinat Amplitudo (km) max (cm) 70 40 80 30 100 80 50
6,84 7,74 7,17 5,00 4,34 3,68 5,87
Tentukan
: koordinat dan amplitude maksimum dari epicenterum
Jawab
:
Plot koordinat dan amplitude tiap-tiap seismograf buat segitiga lokasi epicentrum yang amplitudonya tertinggi. (A, B, C) Extrapolasi di titik (70, 60)
21
Budi kudwadi
Handout 1-2 Tgempa D3
Rumus : f (x) = a + (b – a) Extrapolasi FA ; Extrapolasi EC ;
x z
6,324 = 10 3,162 5,656 f (x) = 4,34 + (7,17 – 4,34) = 10 2,828
f (x) = 3,68 + (6,84 – 3,68)
Extrapolasi DB pada segitiga tidak dilakukan karena diluar segitiga. Contoh : FA
(6,84 – 3,68) y
F
3,68
A
6,84
P 70
40
10
y'
z x y (6,84 − 3,68) (6,84 − 3,68).60 = ; y= = 6,32 30 x z y’ = y + 3,68 = 6,32 + 3,68 =10 Contoh lain : EC
(7,17 – 4,34) y
E
4,34
C
7,17
P 70
90
110
y'
z x y (7,17 − 4,34) (7,17 − 4,34) ; y= x 40 = 5,66 = 20 x 20 y’ = 5,66 + 4,34 =10
22
Budi kudwadi
Handout 1-2 Tgempa D3
TINGKAT RISIKO GEMPA Rumus pendekata untuk probabilitas bangunan terlanda gempa yuang lebih besar dari gempa rencana (%). P = (1 – e
–L/T
) x 100%
L = Umur rencana bangunan (th) T = Jangka waktu ulang gempa rencana (tahun) Misalkan Bangunan A : L = 50 th T = 120 th P = (1 – e –50/120 ) x 100% = 34,08% Tugas LATIHAN : 1. Gempa di Padang tanggal 17 Desember 2009 Besar gempa = 7.2 skala Richter Kedalaman sumber gempa = 30 km dari muka tanah Jarak epicenter dari Bukit tinggi (pusat pencatatan gempa) = 45 km Ditanyakan : 1. Percepatan maksimum permukaan tanah Bukit tinggi ? 2. Besar kerusakan menurut skala MM ? 2. Seismograf A B C D E F
Absis Ordinat Amplitudo (km) (km) Maks (cm) 110 60 9,17 100 110 8,84 60 60 8,39 130 40 6,34 110 140 5,68 30 40 4,74
Tentukan koordinat dan Amplitudo maksimum dari epicentrum ?
23
Budi kudwadi
