STUDI KARAKTERISTIK GETARAN GEMPA DI YOGYAKARTA UNTUK MENGEMBANGKAN KRITERIA DESAIN SEISMIK DI YOGYAKARTA
TUGAS AKHIR SEBAGAI SALAH SATU SYARAT UNTUK MENYELESAIKAN PENDIDIKAN SARJANA TEKNIK DI PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL
Disusun Oleh:
Herland A. Malau NIM 15002155
Pembimbing Ir. I Wayan Sengara, MSCE., MSEM., Ph.D
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008
STUDI KARAKTERISTIK GETARAN GEMPA DI YOGYAKARTA UNTUK MENGEMBANGKAN KRITERIA DESAIN SEISMIK DI YOGYAKARTA
Oleh
Herland A. Malau NIM 15002155
Menyetujui, Bandung, 30 Juni 2008 Pembimbing
Ir. I Wayan Sengara, MSCE., MSEM., Ph.D
Kelompok Kepakaran Geoteknik Koordinator Tugas Akhir
Program Studi Teknik Sipil Ketua
Dr. Ir. Endra Susila
Dr. Ir. Herlien D. Setio
ii
Dalam penulisan tugas akhir ini, dari awal hingga akhir, telah banyak pribadi yang telah mendukung. Penulis sangat berterima kasih sebesar-besarnya kepada Tuhan Yesus Kristus atas kehidupan dan berkatnya hingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini, dan penulis juga mengucapkan terima kasih kepada pribadi-pribadi di bawah ini yang telah sangat berjasa selama studi dan pengerjan tugas akhir ini: a. Kedua orang tua, bapak dan mama yang telah sekuat tenaga untuk mendukung studi saya di tengah segala kekurangan yang ada. Terima kasih pak, ma...atas semua doa dan kebaikan kalian. b. Ketiga adikku Rini, Nita dan Febri yang juga telah memberikan dukungan yang luar biasa dengan tak bosan-bosannya menanyakan kapan lulus. Mudah-mudahan ini akan menginspirasi kalian. c. Seluruh keluarga besar: atas segala dukungan doa dan dana selama proses perkuliahan dan semangat untuk terus berjuang dalam segala keadaan guna mencapai masa depan yang lebih baik. d. Seluruh dosen yang telah menjadi guru dan panutan selama proses kuliah di ITB. Terima kasih atas semua ilmu teknik sipil yang telah kalian berikan. e. Seluruh staff tata usaha prodi, perpustakaan, laboratorium dan semua karyawan di lingkungan Teknik Sipil ITB yang telah membantu semua keperluan penulis selama studi di ITB. f. Mas Nunung, atas semua kebaikannya mengajarkan ilmu gempa dan kesediaanya untuk diganggu selama pengerjan tugas akhir ini. Thanks atas EZ FRISK dan NERA nya... g. Seluruh staff di Laboratorium Geoteknik PPAU ITB: Mas Hendarto (atas EZ FRISKnya) ,mas Aris (atas peta Auto CAD nya), Mas Putu, Pak Made,Uun, Rika, Roy atas semua bantuannya selama pengerjan Tugas Akhir ini. h. Rekan-rekan sipil 2002 terutama yang lulus Juli ini: Gugun, Zaim, Frans dan Toni yang telah saling mengingatkan untuk tetap semangat. Dan juga thanks buat Andar, Reynold, Fajar, Haedar, Eka, Panggih atas
iii
pinjaman-pinjaman catatan kuliahnya. Buat Erikson, partner KP di Batam, duluanlah dulu awak yah... i. Pakcik,
makcik
UKSU’02:
yang
telah
menjadi
teman
dalam
berorganisasi, belajar, dan bercanda mulai sejak PPAB hingga sekarang. Semoga persahabatan kita takkan hilang walaupun kita telah berpisah dari kampus kita. Isseiiii......??? j. Uly
Artha,
atas
sms-sms
dan
teleponnya
yang
telah
banyak
memberikan dukungan dan semangat selama ini. k. Rekan rekan alumni BM’02, yang selalu keep kontact walaupun telah berpisah jauh, yang juga tak bosan-bosanya menanyakan kapan lulus. l. Rekan-rekan di UKSU ITB, KBMSB dan ALBUM, yang selama ini telah menjadi tempat berorganisasi dan beraktifitas di tengah kesibukan kuliah selama ini. m. Paguyuban Alumni ITB’70, atas dukungan dana beasiswa selama ini. Kalian telang mengajarkan makna tentang berbagi. n. PT McDermott Indonesia Batam Base, yang telah memberikan kesempatan untuk KP dan magang. o. Para Gandok’ers: Rudi, Amry, Ryan, Mossar, Irwin, Irvan, Sabar Toni, Wilmar,
Rio,
Kiko
lupa
awak
siapa
lagi...
Terima
kasih
atas
pengalamannya selama ini, kapan kita futsal lagi?? p. Semua pihak yang tak dapat disebutkan satu persatu yang juga telah memberikan kontribusi secara tidak langsung. Aku ucapkan terima kasih sebesar-besarnya.
iv
KATA PENGANTAR
Puji syukur saya panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas karunia pertolongan dan pengharapan dari-Nya, sehingga saya dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik. Tugas akhir merupakan syarat untuk kelulusan bagi tingkat pendidikan sarjana di Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan. Tugas Akhir yang berjudul “Studi Karakteristik Getaran Gempa di Yogyakarta untuk Mengembangkan Kriteria Desain Seismik di Yogyakarta” ini bertujuan untuk menghitung percepatan gempa di batuan dasar kota Yogyakarta dan mengetahui respon dinamik tanah yang mempengaruhinya serta membuat respon spektra desain untuk beberapa site tanah. Dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, saya selaku penulis, mendapatkan banyak bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu, penulis mengucapkan banyak terima kasih, terutama kepada: 1. Ir. I Wayan Sengara, MSCE., MSEM., Ph.D, selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan dan mengarahkan penulis selama pengerjaan tugas akhir ini. 2. Dr. Ir. Bigman M. Hutapea, selaku penguji atas saran dan masukan-masukan yang telah diberikan selama penulisan tugas akhir ini. 3. Dr. Ir.Hasbullah Nawir, selaku penguji atas saran dan masukan-masukan yang telah diberikan selama penulisan tugas akhir ini. 4. Ir. Engkon Kertapati, yang telah memberikan penjelasan tentang patahan Opak dan sumber-sumber gempa lainnya. Penulis mengetahui bahwa laoran Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan dan masih banyak kekurangannya.Untuk itu saya terbuka atas saran dan kritik yang mungkin dapat berguna untuk kebaikannya. Harapan saya Laporan Tugas Akhir ini dapat berguna bagi kemajuan dunia pertekniksipilan khususnya rekayasa kegempaan. Bandung, Juni 2008 Penulis
v
ABSTRAK STUDI KARAKTERISTIK GETARAN GEMPA DI YOGYAKARTA UNTUK MENGEMBANGKAN KRITERIA DESAIN SEISMIK DI YOGYAKARTA
Oleh: Herland A. Malau NIM 15002155 Studi ini menampilkan analisis hazard gempa di kota Yogyakarta untuk menghitung besar percepatan maksimum di batuan dasar (PBA) pada periode ulang 500 tahun serta analisis respon dinamik tanah untuk menghitung percepatan di permukaan tanah. Studi ini dilakukan juga untuk melihat pengaruh yang ditimbulkan oleh patahan Opak terhadap hasil perhitungan PBA. Analisis hazard dilakukan dengan metode Probabilistic Seismic Hazard Analysis (PSHA) dengan menggunakan program komputer EZ FRISK. Sumber gempa yang digunakan adalah gempa-gempa terbaru dengan kedalaman kurang atau sama dengan 200 km dan dalam radius 500 km dari kota Yogyakarta. Sumbersumber gempa tersebut dimodelkan sebagai zona gempa subduksi dan shallow crustal. Untuk mengatasi ketidakpastian digunakan model logic tree. Parameter seismisitas dihitung dengan menggunakan metode least square, Weichert (1980), serta Kijko & Sellevoll (1989). Untuk menghitung besar ground motion digunakan 4 fungsi atenuasi yaitu, fungsi atenuasi Youngs (1997) untuk zona gempa subduksi, sementara fungsi atenuasi Boore et al. (1997), Sadigh (1997) dan Idriss (2004) digunakan untuk zona gempa shallow crustal. Hasil Analisis menunjukkan bahwa PBA kota Yogyakarta untuk periode ulang 500 tahun adalah 0.300 g. Analisis respon dinamik tanah dilakukan untuk mengetahui pengaruh kondisi tanah lokal akibat ground motion di batuan dasar dengan menggunakan analisis perambatan gelombang satu dimensi menggunakan program komputer NERA. Input motion sintetik yang digunakan yaitu hasil analisis spectral matching dari berbagai motion gempa dari daerah lain berdasarkan target spektra yang diperoleh. Hasil analisis ini dibandingkan dengan respon spektra desain dari peraturan gempa standar yaitu UBC. Kata kunci: ground motion, hazard, patahan Opak, respon spektra
vi
ABSTRACT EARTHQUAKE CHARACTERISTIC STUDY OF YOGYAKARTA TO DEVELOP SEISMIC DESIGN CRITERIA IN YOGYAKARTA
Oleh: Herland A. Malau NIM 15002155 This study presents seismic hazard analysis in Yogyakarta city to estimate peak baserock acceleration (PBA) for 500 year return period and soil dynamic response to estimate acceleration in surface. This study also used to look the effect of Opak fault in PBA estimating Seismic hazard analysis is acted with Probabilistic Seismic Hazard Analysis (PSHA) method using EZ FRISK computer program. Seismic source considered are the latest earthquake to a depth of 200 km within radius 500 km from Yogyakarta. These seismic sources are modeled as subduction and shallow crustal zone. To cover uncertainties, logic tree model is utilized. Seismic parameters are calculated by the method of least square, Weichert(1980) and Kijko & Sellevol (1989). 4 atenuation models are chosen such as, Youngs (1997) atenuation models for subduction zone, then Boore et. Al.(1997), Sadigh (1997) and Idriss (2004) are choosen for shallow crustal zone. The result of the analysis shows that the PBA og Yogyakarta city is 0.300 g for 500 year return period. Ground response analysis is conducted to know the response of local soil condition to the motion of the of the bedrock using one dimensional shear wave propagation using NERA computer program. Sintetik input motion used in this analysis is from spectral matching from other eathquuake motion in other countries. This result of site response analysis is compared to the UBC standard code. Key word: ground motion, hazard, patahan Opak, respon spektra
vii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL LEMBAR PENGESAHAN KATA PENGANTAR ABSTRAK ABSTRACT DAFTAR ISI DAFTAR GAMBAR DAFTAR TABEL I PENDAHULUAN
II.
III.
i ii v vi vii viii x xiii 1
I. 1. LATAR BELAKANG I. 2. MAKSUD DAN TUJUAN I. 3. RUANG LINGKUP I. 4. SISTEMATIKA PENULISAN STUDI PUSTAKA DAN TINJAUAN SEISMOTEKTONIK YOGYAKARTA II. 1. UMUM II. 2. BESARAN GEMPA 2.2.1 Intensitas Gempa 2.2.2 Magnitude Gempa 2.2.3 Energi Gempa II.3 MEKANISME GEMPA 2.3.1 Pergerakan Lempeng 2.3.2 Patahan II.4 RESIKO GEMPA II.5 KONDISI TEKTONIK WILAYAH JAWA II.6 SEJARAH KEGEMPAAN II.7 STUDI PATAHAN OPAK 2.7.1 Peristiwa Gempa Sebelum 27 Mei 2006 2.7.2 Karakteristik Patahan II.8 KONDISI UMUM GEOLOGI YOGYAKARTA METODOLOGI III. 1. PENGUMPULAN DATA GEMPA III. 2. PENGOLAHAN DATA GEMPA 3.2.1 Konversi Magnitude 3.2.3 Pemisahan Gempa Utama dan Ikutan
viii
1 2 2 3 4 4 5 5 6 9 9 9 12 13 14 17 24 24 25 28 31 31 31 31 31
3.2.2 Kelengkapan Data Gempa III. 3. PEMODELAN SUMBER GEMPA III. 4. FUNGSI ATENUASI 3.4.1 Boore, Joyner, Fumal (1997) 3.4.2 Sadigh (1997) 3.4.3 Youngs et al (1997) III. 5. PERHITUNGAN HAZARD GEMPA DENGAN PSHA 3.5.1 Model Probabilistik 3.5.2 Parameter Hazard Gempa 3.5.1 Metode Least Square 3.5.2 Metode Weichert (1980) 3.5.3 Metode Kijko & Sellevoll (1989) 3.5.3 Magnitude Maksimum III. 6. LOGIC TREE IV. HASIL PSHA DAN PEMBAHASAN 4.1 HASIL ANALISIS HAZARD GEMPA YOGYAKARTA DAN DIY 4.2 TARGET RESPON SPEKTRA 4.2.1 Target Respon Spektra akibat Sumber Gempa Subduksi Java Benioff II 4.2.2 Target Respon Spektra akibat Sumber Gempa Opak fault IV. 1. INPUT MOTION SINTETIK DI BATUAN DASAR V. ANALISIS RESPON DINAMIK TANAH DAN RESPON SPEKTRA DESAIN V. 1. KONDISI BATUAN DASAR V. 2. INPUT MOTION V. 3. PARAMETER DINAMIK TANAH V. 4 KONDISI TANAH LOKAL V. 5 ANALISIS PERAMBATAN GELOMBANG GEMPA DARI BATUAN DASAR KE PERMUKAAN V. 6 RESPON SPEKTRA 5.6.1 Respon Spektra Permukaan 5.6.2 Perbandingan Respon Spektra yang Dihasilkan dengan Beberapa Respon Spektra VI. KESIMPULAN DAN SARAN VI.1 KESIMPULAN VI.2 SARAN DAFTAR PUSTAKA
ix
32 34 38 41 43 44 45 45 47 47 48 49 50 51 53 53 60 60 61 62 66 67 67 68 68 70 71 72 74 76 76 76 78
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Gambar 2.2
Gambar 2.11 Gambar 2.12 Gambar 3.1 Gambar 3.2 Gambar 3.3 Gambar 3.4 Gambar 3.5 Gambar 3.6 Gambar 3.7 Gambar 3.8 Gambar 3.9 Gambar 3.10 Gambar 3.11 Gambar 4.1
Ilustrasi Pusat Gempa Dalam Tanah Atau Batuan Hubungan antara Momen Magnitude dan Skala Magnitude Lainnya. Batas-batas Lempeng Tektonik dan Ilustrasi Pergerakannya Lokasi Gempa Bumi Dunia Tipe-tipe Interaksi Lempeng Tektonik Jenis-jenis Patahan Skema Elemen-elemen Tektonik dalam Pertemuan Lempeng Berupa Zona Subduksi Zona Subduksi di Selatan Jawa sejauh 250 km dari Pantai Selatan Pulau Jawa Seismisitas di Sekitar Pulau Jawa Sejarah Kegempaan di Sekitar Jawa yang Mempengaruhi Yogyakarta Sebaran Gempa Susulan Geologi Daerah Sekitar Patahan Opak Kriteria Time and Distance Windows dari Beberapa Peneliti Hasil Analisis Kelengkapan Data Pemodelan Sumber Gempa Indonesia Sumber Gempa Utama Pemodelan Sumber Gempa Profil Hiposenter Sub Zona I-1 Profil Hiposenter Sub Zona I-2 Profil Hiposenter Sub Zona I-3 Tahapan Analisa Hazard Gempa Dengan Metoda PSHA Hubungan Linear antara Jumlah Kejadian Gempa dan Magnitude Model Logic Tree UHS untuk Beberapa Periode Ulang
20 28 29 32 33 35 36 36 37 38 38 46 48 52 53
Gambar 4.2
Hazard untuk Masing-masing Sumber Gempa
54
Gambar 4.3 Gambar 4.4
Deagregasi yang Mempengaruhi Kota Semarang pada T=0 Nilai PBA di DIY pada T = 0 detik Periode Ulang 500 Tahun
54 55
Gambar 4.5
Nilai PBA di DIY pada T = 0,2 detik Periode Ulang 500 Tahun
56
Gambar 2.3 Gambar 2.4 Gambar 2.5 Gambar 2.6 Gambar 2.7 Gambar 2.8 Gambar 2.9 Gambar 2.10
x
5 9 10 11 12 13 15 15 17
Gambar 4.6
Nilai PBA di DIY pada T = 1 detik Periode Ulang 500 Tahun
56
Gambar 4.7
Nilai PBA di DIY pada T = 0 detik Periode Ulang 1000 Tahun
57
Gambar 4.8
Nilai PBA di DIY pada T = 0,2 detik Periode Ulang 1000 Tahun
57
Gambar 4.9
Nilai PBA di DIY pada T = 1 detik Periode Ulang 1000 Tahun
58
Gambar 4.10
Nilai PBA di DIY pada T = 0 detik Periode Ulang 2500 Tahun
58
Gambar 4.11
Nilai PBA di DIY pada T = 0,2 detik Periode Ulang 2500 Tahun
59
Gambar 4.12
Nilai PBA di DIY pada T = 1 detik Periode Ulang 2500 Tahun
59
Gambar 4.13
UHS Kota Yogyakarta Untuk Periode Ulang 475 Tahun
60
Gambar 4.14
Target Respon Spektra Akibat Sumber Gempa Subduksi Benioff Segmen Java II Diskalakan Pada T=0.2 detik
61
Target Respon Spektra Akibat Sumber Gempa Subduksi Benioff Segmen Java II Diskalakan Pada T=1 detik
61
Gambar 4.15 Gambar 4.16 Gambar 4.17 Gambar 4.18
Gambar 4.19
Gambar 4.20
Gambar 4.21
Gambar 4.22 Gambar 4.23 Gambar 4.24
Target Respon Spektra Akibat Sumber Gempa Opak Fault Diskalakan Pada T=0.2 detik Target Respon Spektra Akibat Sumber Gempa Opak Fault Diskalakan Pada T=1 detik Input Motion Sintetik Berdasarkan Target Spektra Shallow Crustal dengan input motion Parkfield-1966 CO805 diskalakan pada T=0,2 detik Input Motion Sintetik Berdasarkan Target Spektra Shallow Crustal dengan input motion Imperial Valley-1940 I-ELC 180 diskalakan pada T=0,2 detik Input Motion Sintetik Berdasarkan Target Spektra Shallow Crustal dengan input motion Mammoth Lakes-1980 I-CVK 180 diskalakan pada T=1 detik Input Motion Sintetik Berdasarkan Target Spektra Shallow Crustal dengan input motion Imperial Valley-1940 I-ELC 180 diskalakan pada T=1 detik Input Motion Sintetik Berdasarkan Target Subduksi dengan input motion Chi-chi-1999 TCU 089-N diskalakan pada T=0,2 detik Input Motion Sintetik Berdasarkan Target Subduksi dengan input motion Chi-chi-1999 TCU 089-N diskalakan pada T=0,2 detik Input Motion Sintetik Berdasarkan Target Subduksi dengan input
xi
62 62
63
63
63
64 64 64
Gambar 4.25 Gambar 5.1 Gambar 5.2 Gambar 5.3 Gambar 5.4 Gambar 5.5 Gambar 5.6 Gambar 5.7 Gambar 5.8 Gambar 5.9 Gambar 5.10
motion Chi-chi-1999 TCU 049-W diskalakan pada T=1 detik Input Motion Sintetik Berdasarkan Target Subduksi dengan input motion Chi-chi-1999 TCU 089-W diskalakan pada T=1 detik Hubungan antara Percepatan Maksimum di Batuan Dasar dan Permukaan dengan Kondisi Tanah Lokal Respon Spektra yang Telah Dinormalisasikan untuk Kondisi Tanah Lokal yang Berbeda Analisis Perambatan Gelombang dengan Menggunakan Program Komputer NERA Program Komputer NERA Respon Spektra untuk Tanah Tipe C Respon Spektra untuk Tanah Tipe D Respon Spektra untuk Tanah Tipe E Perbandingan Respon Spektra untuk Tanah Tipe E Perbandingan Respons Spektra untuk Tanah Tipe D Perbandingan Respon Spektra untuk Tanah Tipe C
xii
65 65 67 67 70 71 72 73 73 74 75 75
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
Tabel 3.11 Tabel 3.12 Tabel 3.13 Tabel 3.14 Tabel 4.1
Perbandingan Skala MMI dan Skala Lainnya (Wai-Fah Chen,2003) Hubungan antara Resiko Gempa untuk Periode Ulang Tertentu terhadap Masa Layan Bangunan Sesar-sesar di Pulau Jawa yang Mempengaruhi Kegempaan di Sekitar Yogyakarta Sejarah Kegempaan di Wilayah Jawa Catatan Gempa Historis di sekitar DIY dan Jawa Tengah Pola Retak akibat Gempa Yogyakarta Hasil Analisis Kelengkapan Data Gempa Periode 1903-2006 Fungsi Atenuasi yang Dibandingkan LAPI ITB (Purwana,2001) Standar Error Fungsi Atenuasi untuk Mekanisme Reverse Slip Standar Error Fungsi Atenuasi untuk Mekanisme Strike Slip Standar Error Fungsi Atenuasi untuk Mekanisme Subduksi Nilai-nilai Konstanta Fungsi Atenuasi Boore Rekomendasi Nilai Kecepatan Geser Rata-rata untuk Digunakan dalam Persamaan Boore et al. Koefisien yang Digunakan dalam Fungsi Atenuasi Sadigh (1997) untuk Menghitung Pseudo Acceleration Response dengan 5% Damping untuk Rock Site (M ≤ 6.5) Koefisien yang Digunakan dalam Fungsi Atenuasi Sadigh (1997) untuk Menghitung Pseudo Acceleration Response dengan 5% Damping untuk Rock Site (M > 6.5) Koefisien yang Digunakan dalam Fungsi Atenuasi Youngs (1997) untuk Menghitung Pseudo Acceleration Response dengan 5% Damping untuk Rock Site Parameter Seismisitas Gempa Subduksi Parameter Seismisitas Gempa Shallow Crustal Magnitude Maksimun dan Slip Rate Zona Subduksi Magnitude Maksimun dan Slip Rate Zona Shallow Crustal Nilai PBA Kota Yogyakarta untuk Beberapa Periode
Tabel 5.1
Klasifikasi Tanah Menurut SNI-1726-2002
Tabel 2.2 Tabel 2.3 Tabel 2.4 Tabel 2.5 Tabel 2.6 Tabel 3.1 Tabel 3.2 Tabel 3.3 Tabel 3.4 Tabel 3.5 Tabel 3.6 Tabel 3.7 Tabel 3.8
Tabel 3.9
Tabel 3.10
xiii
6 14 16 18 20 25 34 39 40 40 40 42 42
43
44
44 50 50 51 51 53 68
