4 Analisis Bahaya Goncangan Tanah (Ground-motion hazard Analysis)
4.4 Pemetaan Dengan Metoda Skenario Gempa (Deterministik)
Metoda ini memakai input data skenario gempabumi dari satu sumber patahan gempa bumi yang paling berpotensial untuk menimbulkan bencana di wilayah yang bersangkutan. Di Jepang metoda ini disebut juga sebagai Peta Goncangan Gempa Berdasarkan Sumber Patahan Gempa Tertentu ( ”Seismic Hazard Map for Specified Source Fault”). Cara ini terutama baik dilakukan untuk wilayah yang kebetulan dilintasi atau berada pada jarak cukup dekat dari suatu patahan gempa utama sehingga diperkirakan akan mengalami kerusakan yang signifikan apabila gempa besar terjadi pada patahan tersebut. Selain itu pembangunan infrastruktur besar dan wilayah kota besar juga sering memakai metoda determiistik ini, khususnya yang cara detil seperti akan diuraikan di bawah.
Metoda deterministik atau berdasarkan skenario gempa pada satu patahan tertentu ini dapat dilakukan dengan dua cara:
1. Metoda standar/konvensional: memakai fomula empiris untuk model goncangan gempanya
2. Metoda Detil: memakai metoda ”Stochastic - Green’s Function” untuk simulasi numerik dari sumber gempa dan penjalaran gelombangnya.
4.4.1 Metoda Deterministik Konvensional
Prinsip memperkirakan besar goncangan dengan metoda deterministik standar adalah dengan memakai rumus-rumus empiris atau formula hubungan antara besar kekuatan dan tipe sumber gempa dengan dampak kerusakan berdasarkan data-data kerusakan gempabumi di dunia. Kekurangan metoda ini adalah karena sampai saat ini belum ada rumus-rumus empiris yang khusus dikembangkan untuk wilayah Indonesia. Oleh karena itu terpaksa harus mengambil rumus-rumus empiris yang dikembangkan berdasarkan data-data dari luar Indonesia, sehingga belum tentu cocok. Keuntungannya, metoda ini jauh lebih mudah daripada metoda detil.
Gambar 4.4. Diagram cara membuat peta bahaya goncangan berdasarkan metoda deterministik standar (Diadposi dari ”Seismic Hazard Manual Guide”, National Research Institute for Earth
Science and Disaster Prevention – Japan, 2008)
Contoh Analisis Goncangan Gempa dengan Metoda Deterministik Konvensional
Dalam analisis deterministik faktor probabilitas atau berapa besar kemungkinan terjadinya suatu gempa besar di suatu wilayah tertentu tidak dipentingkan. Yang dihitung adalah berapa besar goncangan yang mungkin terjadi di wilayah tersebut apabila gempa besar yang terjadi pada salah satu sumber gempa disekitarnya terjadi. Jadi besar goncangan yang terjadi adalah akibat dari satu kejadian gempa. Biasanya diambil besar magnitudo maximum (”worst-case”).
Secara sederhana model besar goncangan gempa dapat dihitung sebagai berikut: Akselerasi gempa ~( sebanding dengan)~ Besar kekeuatan/ magnitudo sumber gempa /(berbanding terbalik dengan) jarak sumber ke lokasi * peredaman gelombang gempa Jadi besar goncangan gempa berbanding lurus dengan besar sumber gempa (magnitudo) dan berbanding terbalik dengan jarak gempa (makin jauh/besar akan makin kecil) dan faktor peredaman gelombang.
Pada contoh studi ini akan dihitung perkiraan potensi bahaya goncangan gempa dari Segmen Renun dari Patahan Sumatra di Wilayah Danau Toba. Patahan aktif ini dipetakan berdasarkan foto udara skala 1:100.000 dan peta topografi skala 1:50.000. Peta patahan aktif ini sudah cukup besar skalanya untuk bisa melakukan segmentasi patahan. Dari analisis segmentasi, diketahui bahwa panjang segmen patahan aktif Renun sekitar 170 km. Berdasarkan panjang patahannya maka dari formula empiris didapat perkiraan besar magnitudo gempa maximum (MCE=Maximum Credible Earthquake) nya adalah Mw 7.6.
Gambar 4. Peta Patahan Sumatra di wilayah Danau Toba. Patahan aktif ini dipetakan dari foto udara 1:100.000 dan topografi skala 1:50.000. (Sieh dan Natawidjaja, 2000). Segmen patahan aktif Renun panjangnya ~170km. Di bagian utaranya di batasi oleh diskontinuitas jalur patahan berupa struktur ”extensional step-over” Lembah Alas. Di bagian selatannya dipisahkan dari segmen patahan Toru oleh perubahan arah jalur gempanya dan ”compressional step-over”.
Untuk model goncangan gempa dipakai formula empiris dari attenuasi gempa oleh Fukushima dan Tanaka [1990], sbb:
1.30 R 0.0034 -) 0.032.10 (R log -0.41M A log 0.41Mw 10 w
10 = + + [Fukushima and Tanaka, 1990]
dimana, A = rata-rata ground peak acceleration-PGA (cm.sec-2); R = jarak terdekat dari lokasi ke sumber gempa (km); Mw = skala magnitudo momen.
Berdasarkan input data patahan aktif Segmen Renun pada Gamber 4.5 dan formula atenuasi gelombang di atas maka didapt perkiraan besar goncangan gempa (dalam satuan PGA=peak ground acceleration – g = m/detik2) seperti terlihat pada Gambar 4.6. di bawah.
Gambar 4.6. Peta bahaya goncangan gempabumi (pada batuan dasar) berdasarkan analsisis deterministik-konvensional dari Patahan Sumatra segmen Renun di wilayah Toba (MCE=Mw7.6) dengan memakai formula empiris atenuasi gelombang dari Fukushima dan Tanaka (1990).
Pada Gambar 4.5 terlihat bahwa pola goncangan gempabuminya simetris. Artinya dalam pemodelan ini tidak diperhitungkan faktor variasi arah propagasi dari perekahan patahan gempa dan juga kondisi tanah/batuan disekelilingnya diasumsikan homogen. Pada kenyataannya besar goncangan gempa dipengaruhi oleh banyak faktor, seperti kondisi geologi dan tanah di dekat permukaan, konfigurasi struktur bawah permukaan dan lain lain.
4.4.2 Metoda Deterministik Detil (Stochastic)
Cara lebih canggih, metoda deterministik detil, memerlukan tingkat keahlian yang lebih tinggi dalam bidang seismic hazard. Kelebihan dari metoda ini adalah bisa memperhitukan berbagai skenario kemungkinan proses gempabumi pada satu patahan aktif yang sama tapi bisa menghasilkan pola efek goncangan yang berbeda-beda,
tergantung dari asumsi dan parameter patahan gempa yang diterapkan. Metoda ini mensimulasikan secara numerik gelombang gempabumi mulai dari pembentukan di sumber gempanya kemudian menjalar ke sekelilingnya melewati lapisan-lapisan tanah dan struktur bawah permukaan yang di-model-kan berdasarkan data geologi bawah permukaan. Data karakteristik fisik material tanah di permukaan juga dapat dimasukkan sebagai input datanya untuk mendapat variasi goncangan gempa sesuai dengan perkiraan efek amplifikasi di berbagai titik-titik target. Hasil dari metoda detil ini tidak hanya peta intensitas gempabumi seperti pada metoda deterministik standar, tapi juga mendapatkan data seri-waktu (”time-series”) dari gelombang seismik/gempa (sintetis) untuk semua lokasi. Seismogram sintesis untuk memprediksi karakteristik seri-waktu gelombang penting untuk men-desain struktur bangunan tahan gempabumi.
Gambar 4.7. Diagram cara membuat peta bahaya goncangan berdasarkan metoda deterministik detil (Diadposi dari ”Seismic Hazard Manual Guide”, National Research Institute for Earth
Science and Disaster Prevention – Japan, 2008)