Mitigasi Gempa Bumi Menggunakan Detektor Gempa Sederhana Dengan Mengacu Prinsip Struktur Dinamik Tatang Kukuh Wibawa1, Ali Zakariya2, dan Fitrianto3, Tatang Kukuh Wibawa Jln Kyai Sanusi 100 Ngaringan, Kab. Grobogan- JATENG Tel/hp : 085640545586 Email :
[email protected]
Abstrak— Kepulauan Indonesia terletak pada pertemuan tiga lempeng aktif dunia yaitu lempeng Eurasia, Samudera Hindia-Benua Australia dan Samudera Pasifik. Pergerakan lempeng besar dalam bentuk penumpuan dan papasan menimbulkan beberapa zona subduksi serta patah permukaan. pergerakan ini akan membebaskan sejumlah energi yang telah terkumpul sekian lama secara tiba-tiba, di mana proses pelepasan tersebut menimbulkan getaran gempa dengan nilai yang beragam. Ilmuwan Sejauh ini belum ada yang bisa memprediksi terjadinya gempa bumi secara pasti kapan dan dimana terjadinya. Mitigasi bencana digunakan sebagai tindakan untuk mengurangi dampak dari bencana yang dapat dilakukan sebelum bencana terjadi, termasuk kesiapan dan tindakan pengurangan resiko jangka panjang. Mitigasi bencana mencakup baik perencanaan dan pelaksanaan tindakantindakan untuk mengurangi resiko-resiko dan proses perencanaan untuk respon yang efektif terhadap bencanabencana bila terjadi.
Di Pulau Jawa, gempa besar terjadi di Daerah Istimewa Yogyakarta (DIY) pada jam 04.55 WIB tanggal 27 mei 2006. DIY di guncang gempa salama 57 detik dengan kekuatan 5,9 skala richter. Dampak dari gempa terhadap struktur bangunan diketahui bahwa total kerusakan rumah penduduk rata dengan tanah 126.932 rumah, rusak berat 183.398 rumah, Rusak ringan 259.816 rumah. Jumlah korban di DIY dan Jateng adalah 5.743 orang meninggal dan 38.423 orang lukaluka. Akibat gempa tersebut, 126.932 keluarga kehilangan rumah, 183.399 keluarga rumahnya rusak berat, dan 259.816 keluarga rumahnya rusak ringan Berdasarkan data tersebut, jumlah pengungsi di DIY dan Jateng diperkirakan mencapai 330.331 keluarga. [2]
Detektor gempa sederhana digunakan sebagai mitigasi ketika bencana gempa bumi terjadi. Saat gempa bumi terjadi, bandul akan bergetar sejauh perhitungan jarak maksimum (∆x) translasi studi kasus bangunan yang dikenai gaya gempa dan kemudian menyentuh lempengan. Arus listrik yang mengalir diantara sensor, kemudian menghidupkan relai. Relai menyebabkan saklar S1 dan S2 secara automatis menutup. Saklar S1 berfungsi menyuplai arus ke rilai agar relai tetap bekerja. Saklar S2 memberikan suplai arus ke rangkaian alarm. Pada saat inilah rangkaian alarm akan bekerja. Kata kunci: Mitigasi, Gempa bumi, Detektor gempa sederhana
I.
PENDAHULUAN
Kepulauan Indonesia terletak pada pertemuan tiga lempeng aktif dunia yaitu lempeng Eurasia, Lempeng Samudera Hindia-Benua Australia dan Lempeng Samudera Pasifik. Lempeng Samudera Hindia - Benua Australia bergerak relatif kearah Utara relatif terhadap Lempeng Eurasia (7,0 cm/th), Lempeng Pasifik serta Lempeng Philipina di bagian Timur bergerak ke barat keduanya menumpu di bawah pinggiran Lempeng Asia Tenggara (10 cm/th), sebagai bagian dari Lempeng Eurasia. Pergerakan lempeng besar dalam bentuk penumpuan dan papasan menimbulkan beberapa zona subduksi dan patah permukaan. Selain itu pergerakan ini akan membebaskan sejumlah energi yang telah terkumpul sekian lama secara tiba-tiba, di mana proses pelepasan tersebut menimbulkan getaran gempa dengan nilai yang beragam [1].
Gambar 1. Gambar dampak gempa terhadap bangunan, Yogyakarta 27 Mei 2006 Ilmuwan mencoba meramalkan gempa lewat dua cara, pertama mempelajari sejarah gempa besar di daerah tertentu dan kedua memantau laju penumpukan energi di suatu lokasi. Namun, Lembaga Penelitian Geologi AS (United States Geological Study/ USGS) menilai metode ini tidak selalu akurat, gempa yang multiplikator adalah salah satu penghambatnya. Sejauh ini peneliti belum ada yang bisa memprediksi terjadinya gempa bumi secara pasti. [3] Prinsip dasar konsep tahan gempa adalah bangunan yang dapat bertahan dari keruntuhan akibat getaran gempa, serta memiliki fleksibilitas untuk meredam getaran. Prinsip pada dasarnya ada dua, yaitu kekakuan struktur dan fleksibiltas peredaman. Bangunan juga harus bersifat daktail, sehingga dapat bertahan apabila H-1
Seminar Nasional Aplikasi Prasarana Wilayah 2011
mengalami perubahan bentuk yang diakibatkan oleh gempa. [4] Maka dengan mengacu pada dasar bencana alam khususnya gempa bumi yang tidak dapat diketahui kapan dan dimana terjadinya, oleh sebab itu perlu adanya mitigasi bencana guna mempersiapkan dan mengurangi dampak yang ditimbulkan dari bencana alam gempa tersebut, dalam hal ini punulis menggunakan pendekatan struktur dinamik dan sistem relay untuk detektor gempa.
Gambar 4. Ilustrasi balok tidak kaku
Kekakuan lateral diding terdiri dari kekakuan lentur dan kekakuan geser (pada kolom atau portal kekakuan geser diabaikan)
Tinjauan pustaka Konsep struktur terhadap gaya gempa Kekakuan struktur yang dimodelkan sebagai kekakuan pegas-k, pada bangunan bertingkat yang menahan gaya gempa berasal dari struktur dinding. Kekakuan pegas struktur kolom, atau beberapa kolom yang dihubungkan dengan balok membentuk portal berasal dari kekakuan lentur. Sedangkan kekakuan struktur dinding berasal dari kekauan lentur dan geser. [5] Kekakuan lateral kolom berdiri bebas
Gambar 2. Gambar kekakuan struktur Kekakuan lateral balok jepit jepit atau portal balok kaku
Deformasi lentur
Deformasi geser
Gambar 5. Gambar kekakuan lateral dinding
Dalam bab 4 ketentuan umum tentang wilayah dan spektrum respon. [4]. Indonesia di tetapkan terbagi dalam 6 wilayah gempa dimana wilayah gempa 1 adalah wilayah dengan kegempaan paling rendah dan wilayah gempa 6 dengan kegempaan paling tinggi. Pembagian wilayah gempa ini, didasarkan atas percepatan puncak batuan dasar akibat pengaruh gempa rencana dengan perioda ulang 500 tahun. Namun ditahun 2010 Kementerian Pekerjaan Umum mengeluarkan Peta zonasi gempa yang baru karena dipengaruhi oleh adanya gempa besar beberapa tahun terakhir, sehingga ditetapkan Indonesia terdiri atas 15 zona gempa yang baru.
Gambar 3. Ilustrasi portal balok kaku
Gambar 6. Peta zonasi gempa Indonesia [6]
Kekakuan lateral kolom dengan balok tidak kaku terletak diantara dua kondisi ekstrim, bergantung rasio kekakuan balok dan kekakuan kolom
H-2
Data gempa bumi besar dan berdampak besar berdampak pada kerusakan permanen dalam jumlah besar pada struktur yang tecatat di Indonesia dalam 20 tahun terakhir adalah 10 kali.
ISBN : 978-979-18342-3-0
Tabel 1. Jumlah gempa bumi skala intensitas terbesar di Indonesia selama 20 th terakhir .[7] Tahun Jumlah (kali) 2010 1 (awal) 2 2009 4 3 2007 2 4 2006 1 5 2004 2 6 1992 1 Total 11 Berdasarkan data tersebut, gempa bumi di Indonesia selama 20 tahun terjadi 11 gempa besar. Asumsi kejadian gempa dimodelkan dengan Proses Poisson [7], didapat Probabilitas terjadi 5 kali atau lebih gempa 20 tahun kedepan di Indonsia:
perencanaan untuk respon yang efektif terhadap bencana-bencana yang benar-benar terjadi. [8]
No 1
P(Xt≥5) = 1 −
4
∑ x =0
e −11 (11) x x!
= 1 - 0,0000167 - 0,000184 - 0,001 - 0,0037 0,01019 = 0,9831 ≈ 1 Potensi Besarnya kejadian terulang gempa ini sangatlah besar yang mengakibatkan besarnya dampak meninggalnya nyawa, runtuhnya bangunan rumah,gedung maupun prasarana sosial dan penggunaan Alat detektor gempa sederhana dapat digunakan sebagai alternatif untuk solusi mitigasi mengurangi terjadinya korban.
II.
METODE
Penelitian ini dilakukan kegiatan guna ketercaiannya melalui metode: 1. Melakukan pengujian / assesmen contoh gedung yang diteliti dengan mengacu pada Standar SNI [4] untuk menentukan gaya lateral gempa per strory atau per lantai. 2. Tahap berikutnya adalah evaluasi dengan program SAP 2000 Versi 11, untuk mencari simpangan getar/translasi bangunan terhadap gaya gempa. 3. Tahap kegiatan akhir melakukan input nilai data simpangan struktur/translasi bagunan dalam satuan jarak ke dalam alat detektor gempa sederhana yang sudah dirakit dengan komponen relay.
III.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Penetuan Simpangan Masksimun Elemen Struktur untuk Jarak Maks (∆x) pada perangkat relay Peraturan yang digunakan mengacu : 1. Pedoman Perencanaan Pembebanan Untuk Rumah Dan Gedung (SNI 03-1727-1989). [9] 2. Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Bangunan Gedung (SNI 03-1726-2002). [4] 3. Tata Cara Perhitungan Struktur Beton Untuk Bangunan Gedung (SNI 03-2847-2002). [10]
Contoh studi kasus gedung dibawah ini:
Daktilitas struktur Beban gempa nilainya ditentukan oleh, (1) besarnya probabilitas beban gempa itu dilampaui dalam kurun waktu tertentu, (2) tingkat daktilitas struktur yang mengalaminya, dan (3) kekuatan lebih yang terkandung didalam struktur tersebut. Daktilitas adalah kemampuan suatu struktur gedung untuk mengalami simpangan pasca-elastik yang besar secasra berulang kali dan bolak-balik akibat beban gempa di atas beban gempa yang menyebabkan terjadinya pelelehan pertama, sambil mempertahankan kekuatan dan kekakuan yang cukup, sehingga struktur gedung tersebut tetap berdiri, walaupun sudah berada dalam kondisi di ambang keruntuhan. [4]
Gambar 7. Contoh studi kasus gedung 5 lantai
Mitigasi gempa Mitigasi bencana adalah istilah yang digunakan untuk menunjuk pada semua tindakan untuk mengurangi dampak dari satu bencana yang dapat dilakukan sebelum bencana itu terjadi, termasuk kesiapan dan tindakantindakan pengurangan resiko jangka panjang. Mitigasi bencana mencakup baik perencanaan dan pelaksanaan tindakan-tindakan untuk mengurangi resiko-resiko yang terkait dengan bahaya-bahaya karena ulah manusia dan bahaya alam yang sudah diketahui, dan proses H-3 Seminar Nasional Aplikasi Prasarana Wilayah 2011
Tahap-tahap perhitungan simpangan maksimum studi khasus gedung 5 lantai yaitu:
C=
3
T = 0,0731H 4
1. Menghitung berat struktur perlantai.
3
T = 0,0731* 22 4
Tabel 2. Contoh berat struktur per lantai
T = 0,7426
hi
Wi
Wi x hi
(m')
(t)
(t.m)
6
22,0
1.682,06
37.005,28
5
18,5
2.994,17
55.392,15
4
15,0
2.995,17
44.927,55
3
11,5
2.996,17
34.455,96
2
8,0
2.997,17
23.977,36
1
4,5
3.385,25
15.233,62
17.049,99
210.991,90
Tingkat
Jumlah
0,33 T
2. Mengetahui data seismik gedung tersebut. Contoh data Seismik:
Tc= 0,6 Karena T > Tc, maka dipakai rumus
Gambar 9. Grafik respon spektra dengan C=0,44
Lokasi gedung di wilayah gempa :3 Percepatan puncak batuan dasar : 0,15 Percepatan puncak muka tanah, A0 : 0,22 (Tabel 5. Pasal 4.7.2 SNI 1726-2002). Tc : 0,6 Am = 2,5 A0 : 0,55 Ar = Am x Tc : 0,33
Ar T Ar = Am.Tc
C=
Ar = 0,55 x0,6 Ar = 0,33 0,33 C= = 0,44 0,7426
(Tabel 6. Pasal 4.7.6 SNI 1726 -2002). Gedung digunakan untuk perkantoran, Faktor Keutamaan Struktur, I :1 (Tabel 1. Pasal 4.1.2 SNI 1726 -2002). Faktor Reduksi Gempa, R : 8,5
Gaya geser horisontal total akibat gempa ( V )
Vx , y =
C.I.Wt R
Gaya Lateral Equivalent 3. Menghitung gaya lateral equivalent dan gaya geser per lantai. Periode Alami wilayah gempa 3
Fxy =
(vxy ).Wxy.hxy ∑Wxy.hxy
Tabel 3. Contoh gaya lateral equivalent dan gaya geser per lantai
Gambar 8. Grafik respon spektra wilayah 3
Lantai
Hx (m)
Wx (kN)
WxHx (kNm)
F Lateral Fx (kN)
V Story Vx (kN)
6
22,0
1.682,06
37005,3
156,68
156,68
5
18,5
2.994,17
55392,1
234,53
391,22
4
15,0
2.995,17
44927,6
190,23
581,45
3
11,5
2.996,17
34456
145,89
727,33
2
8,0
2.997,17
23977,4
101,52
828,86
1
4,5
3.385,25
15233,6
64,50
893,36
17050
210992
∑
H-4
ISBN : 978-979-18342-3-0
Maka tahap selanjutnya yaitu memasukkan input pembebanan termasuk gaya lateral equivalent dan gaya geser gempa dengan bantuan SAP 2000 V.10 lalu diproses sehingga didapat besarnya translasi (∆x) 11 cm, untuk langkah selanjutnya mengaplikasikan translasi (∆x) ke simpangan maksimum alat detektor gempa.
Gambar 10. Gambar perhitungan struktur yang dikenai gaya gempa dan hasilnya Detektor Gempa Sederhana Sistem Relay Perangkat Relay Relai adalah suatu perangkat elektronika yang bisa menghubungkan saklar secara otomatis. Rilai terdiri dari beberapa bagian, diantaranya: kumparan, sumber tegangan (batere), pegas, dan saklar. Berdasarkan pada prinsip dasar cara kerjanya, relay dapat bekerja karena adanya medan magnet yang digunakan untuk menggerakkan saklar. Saat kumparan diberikan tegangan sebesar tegangan kerja relay maka akan timbul medan magnet pada kumparan karena adanya arus yang mengalir pada lilitan kawat. Kumparan yang bersifat sebagai elektromagnet ini kemudian akan menarik saklar S 2 sehingga rangkaian menjadi tertutup dan aruspun mengalir. Jika tegangan pada kumparan dimatikan maka medan magnet pada kumparan akan hilang sehingga pegas akan menarik saklar S 2 sehingga rangkaian listrik kembali terputus.
Gambar 11. Skema relai, (a) rangkaian terbuka, (b) rangkaian tertutup setelah di beri arus listrik. Perangkat Alarm Rangkaian Alarm adalah sesuatu rangkaian elektronik yang digunakan untuk memberi peringatan kepada orang dengan cepat untuk mengetahui adanya sesuatu. [11] Tanda peringatan yang biasanya dihasilkan oleh rangkaian alarm berupa bunyi yang keras. Skema rangkaian alarm yang akan digunakan adalah seperti dibawah ini :
Gambar 12. Rangkaian Alarm Sensor Sensor adalah sesuatu yang digunakan untuk mendeteksi adanya perubahan lingkungan fisik atau kimia. Sensos fisika mendeteksi besaran suatu besaran berdasarkan hukum-hukum fisika. Contoh sensor fisika adalah sensor cahaya, sensor suara, sensor gaya, sensor tekanan, sensor getaran/vibrasi, sensor gerakan, sensor kecepatan,sensor percepatan, sensor gravitasi, sensor suhu, sensor kelembaban udara, sensor medan listrik/magnit, dll. Sensor yang digunakan adalah berupa sensor grafitasi. Sensor sederhana ini terdiri bandul dan lempengan berupa lingkaran. Bandul berbahan logam H-5 Seminar Nasional Aplikasi Prasarana Wilayah 2011
yang dapat mengalirkan arus listrik, berfungsi sebagai penangkap getaran yang dihasilkan dari gempa bumi. Saat gempa bumi dengan kekuatan tertentu terjadi, bandul akan bergetar dan kemudian menyentuh lempengan berbentuk lingkaran.
Bandul Gambar 14. Skema cara kerja detektor gempa sederhana sistem relay
(∆x)
Detail Visualisasi Alat
Lempengan Translasi (∆x) cm Maksimum yang harus dipenuhi, di hitung dari perhitungan data sebelumnya.
(∆x) Maks
Gambar 13. Sensor berupa bandul Prinsip Kerja Alat Saat gempa bumi dengan kekuatan tertentu terjadi, bandul akan bergetar dan kemudian menyentuh lempengan berbentuk lingkaran. Arus listrik yang mengalir diantara sensor dan kemudian menghidupkan relai. Relai ini menyebabkan saklar S1 dan S2 secara automatis menutup. Saklar S1 berfungsi menyuplai arus ke rilai agar relai tetap bekerja. Saklar S2 memberikan suplai arus ke rangkaian alarm. Pada saat inilah rangkaian alarm akan berbunyi.
Gambar 15. detektor gempa sederhana sistem relay IV.
KESIMPULAN
Gempa bumi tidak dapat diketahui kapan dan dimana terjadinya sehingga sulit untuk meminimalisir dampak primer yang ditumbulkan akibat bencana tersebut, hal ini disebabkan gempa bumi terjadi dalam waktu singkat dan biasanya terjadi dimalam hari serta belum adanya detektor gempa yang dipasang di masingmasing bangunan, perlu adanya sebuah alat yang dapat membantu mitigasi bencana guna mempersiapkan dan mengurangi dampak yang ditimbulkan dari bencana alam gempa bumi tersebut. Alat detektor gempa sederhana sistem relay ini dapat digunakan sebagai mitigasi/peringatan dini terjadinya gempa. Prinsip Stuktur dinamik pada perlakuan gempa terhadap bangunan (translasi) dapat dimanfaatkan dalam pengembangan sistem alat tersebut
H-6
ISBN : 978-979-18342-3-0
sehingga terciptalah alat yang mudah dalam pembuatan dan penggunaannya, efisien dalam pemakaian komponen dan energi listrik, dan murah dalam pembuatannya sehingga terjangkau bagi semua elemen masyarakat terutama masyarakat menengah kebawah. Prediksi hasil dan fungsi dari alat detektor gempa sederhana sistem relay ini yaitu: 1. Sebagai peringatan dini terhadap gempa bumi. 2. Menambah kewaspadaan masyarakat terhadap bahaya gempa bumi. 3. Memudahkan mitigasi bila terjadi gempa bumi 4. Dengan alat yang sederhana maka didapat harga produksi yang murah sehingga dapat menjangkau seluruh lapisan masyarakat. 5. Membantu Pemerintah dalam upaya mengurangi dampak primer yang ditimbulkan oleh gempa bumi.
DAFTAR PUSTAKA
[1]
[2]
[3]
[4]
[5] [6]
UCAPAN TERIMA KASIH Terima kasih kepada : 1. Alloh SWT yang senantiasa meberikan kekuatan dan kesepatan serta nikmat kepda penulis yang senantisa tak kenal lelah untuk berprestasi. 2. Rosululloh yang senantias memberikan teladan kepada penulis dan semoga menjadi golongan nya di akhir zaman 3. Ibu, Ayah Penulis yang senantisa memberi dorongan untuk berkarya dan berprestasi 4. Dosen2 dan Civitas Akademika UNS-SOLO 5. UKM SIM UNS, yang menanamkan jiwa berprestasi untuk keilmiahan dan implementasi Salah satu misi nya tahun 2011 yaitu UNS Berprestasi.
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
Kertapati, E. K., Januari 2004; ”Aktivitas Gempabumi di Indonesia, Pusat Penelitian dan Pengembangan Geologi”, Badan Penelitian dan Pengembangan, Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral. Haifani, Achmad Muktaf. Manajemen resiko bencana gempa bumi. Di dalam: Prosiding Seminar Nasional IV SDM TEKNOLOGI NUKLIR : STTN- BATAN, 25-26 AGUSTUS 2008. Yogyakarta. 285. ISSN 1978-0176 Majalah Technokonstruksi, edisi Oktober 2009. Atropatena. Hal 6-18. Jakarta: PT Multikarya Subur Abadi Kementrian Pekerjaan Umum (PU). 2001. SNI1726-2001(Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Bangunan Gedung) . Jakarta : PU. Sri Murni Dewi.2009. Teknik Gempa, untuk Teknik Sipil. Malang:BargieMedia Press Kementrian Pekerjaan Umum (PU). 2010. Peta gempa indonesia. Jakarta : PU. Tatang K.W. Mitigasi dan Menejemaen Gempa Bumi. Didalam makalah lomba mahasiswa berprestasi fakultas teknik. FT UNS. 10 Februari 2010. Surakarta A.W Coburn, Spence. 1994. Mitigasi Bencana. Program bembangunan perserikatan bangsa-bangsa dengan kontor koordinasi bantuan bencana PBB. Kementrian Pekerjaan Umum (PU). 1989. SNI 031727-1989 (Pedoman Perencanaan Pembebanan Untuk Rumah Dan Gedung). Jakarta : PU. Kementrian Pekerjaan Umum (PU). 1989. SNI 032847-2002 (Tata Cara Perhitungan Struktur Beton Untuk Bangunan Gedung). Jakarta : PU. HastoWidodo. 2010. SIRINE POLISI. http://www.rangkaianelektronik.co.cc/2009/07/cilis. html, 20 September 2010.
H-7 Seminar Nasional Aplikasi Prasarana Wilayah 2011
Halaman ini sengaja dikosongkan
H-8
ISBN : 978-979-18342-3-0
