B-1 MITIGASI GEMPA BUMI MENGGUNAKAN DETEKTOR GEMPA SEDERHANA SISTEM RELAY DENGAN MENGACU PRINSIP STRUKTUR DINAMIK

B-1

MITIGASI GEMPA BUMI MENGGUNAKAN DETEKTOR GEMPA

SEDERHANA SISTEM RELAY DENGAN MENGACU PRINSIP

STRUKTUR DINAMIK

Tatang Kukuh Wibawa

1

, Ali Zakariya

2

, dan Fitrianto

3

,

1

Jurusan Teknik Sipil Fak. Teknik , Universitas Sebelas Maret Tatang_kukuh@yahoo.com (085640545586)

2 _{Jurusan Teknik Sipil Fak. Teknik , Universitas Sebelas Maret} 3

Jurusan Teknik Mesin Fak. Teknik , Universitas Sebelas Maret

Abstrak

Kepulauan Indonesia terletak pada pertemuan tiga lempeng aktif dunia yaitu lempeng Eurasia, Lempeng Samudera Hindia-Benua Australia dan Lempeng Samudera Pasifik. 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. Ilmuwan Sejauh ini belum ada yang bisa memprediksi terjadinya gempa bumi secara pasti kapan dan dimana terjadinya.

Mitigasi bencana digunakan untuk menunjuk pada semua tindakan untuk mengurangi dampak dari satu bencana yang dapat dilakukan sebelum bencana itu terjadi, termasuk kesiapan dan tindakan- tindakan pengurangan resiko jangka panjang. Mitigasi bencana mencakup baik perencanaan dan pelaksanaan tindakan-tindakan untuk mengurangi resiko-resiko dan proses perencanaan untuk respon yang efektif terhadap bencana-bencana bila terjadi.

Detektor gempa sederhana sistem relai digunakan sebagai mitigasi (pemberi peringatan) ketika bencana gempa bumi terjadi. Saat gempa bumi dengan kekuatan tertentu 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 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.

Kata Kunci : Mitigasi, Gempa bumi, Detektor gempa sederhana

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 (Kertapati, 2004)

B-2 DIY dan Jateng adalah 5.743 orang

meninggal dan 38.423 orang luka-luka. 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. (Akhmad Muktaf Haifani, 2008).

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.

mitigasi bencana guna mempersiapkan dan mengurangi dampak yang ditimbulkan dari bencana alam gempa tersebut, dalam hal ini punulis menggunakan pendekatan sistem

relay untuk detektor gempa.

KAJIAN 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. (Sri Murni 2009)

Kekakuan lateral kolom berdiri bebas

3

= ∆

Gambar 2. Gambar

kekakuan struktur

Kekakuan lateral balok jepit jepit atau portal balok kaku

12 ( + ) =

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 mengalami perubahan bentuk yang diakibatkan oleh gempa.

Maka dengan mengacu pada dasar bencana alam khususnya gempa bumi yang tidak dapat diketahui kapan dan dimana terjadinya, oleh sebab itu perlu adanya

Gambar 3. Ilustrasi portal balok kaku

Kekakuan lateral kolom dengan balok tidak kaku terletak diantara dua kondisi ekstrim, bergantung rasio kekakuan balok dan kekakuan kolom

Gambar 4. Ilustrasi balok

B-3 No Tahun Jumlah (kali)

1 2010

(awal)

1

2 2009 4

3 2007 2

4 2006 1

5 2004 2

6 1992 1

Total 11

∑

3 ( + ₎

≤ ≤

12 ( + )

(Sumber: Kementrian PU, 2010) Gambar 6. Peta zonasi gempa Indonesia Kekakuan lateral diding terdiri dari

kekakuan lentur dan kekakuan geser (pada kolom atau portal kekakuan geser diabaikan)

Deformasi lentur Deformasi geser

Gambar 5. Gambar kekakuan lateral dinding

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.

Tabel 1. Jumlah gempa bumi skala intensitas di Indonesia selama 20 th terakhir (Tatang, 2010)

3 =

∆ + ∆

Dalam bab 4 ketentuan umum tentang wilayah dan spektrum respon (SNI 03-1726-2002 tata cara perencanaan ketahanan gempa untuk bangunan gedung)

Berdasarkan data tersebut, gempa bumi di Indonesia selama 20 tahun terjadi 11 gempa besar. Asumsi kejadian gempa dimodelkan dengan Proses Poisson (tatang, 2010), didapat Probabilitas terjadi 5 kali atau lebih gempa 20 tahun kedepan di Indonsia: Indonesia di tetapkan terbagi dalam 6

wilayah gempa dimana wilayah gempa 1 _P(X

t≥5) =

1

4

e

11

(11)

x

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.

x 0

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.

Daktilitas struktur

B-4 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

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 tindakan-tindakan 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 perencanaan untuk 1,0 ≤ = ≤

respon yang efektif terhadap bencana- bencana yang benar-benar terjadi.

HASIL DAN ANALISIS

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)

2. Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Bangunan Gedung (SNI 03-1726-2002)

3. Tata Cara Perhitungan Struktur Beton Untuk Bangunan Gedung (SNI 03-2847-2002)

Contoh studi kasus gedung dibawah ini:

B-5 Tahap-tahap perhitungan simpangan maksimum studi khasus gedung 3 lantai yaitu:

1. Menghitung berat struktur perlantai.

Tabel 2. Contoh berat struktur per lantai

Tingkat 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

Jumlah 17.049,99 210.991,90

2. Mengetahui data seismik gedung tersebut. Contoh data Seismik:

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

(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

3. Menghitung gaya lateral equivalent dan gaya geser per lantai.

Periode Alami wilayah gempa 3

C

0,33

T

3

T

0,0731

H

4

3

Gambar 8. Grafik respon spektra wilayah 3

T

0,0731* 22

4

B-6 t

Tc= 0,6 Karena T > Tc, maka dipakai rumus

C

Ar

T

Ar Am

.

Tc

Ar

0,55

x

0,6

Ar

0,33

C

0,33

0,7426

0,44

Gambar 9. Grafik respon spektra dengan C=0,44

Gaya geser horisontal total akibat gempa ( V )

Vx, y

C.I.Wt

R

Gaya Lateral Equivale

Fxy

(

vxy

).

Wxy

.

hxy

∑

Wxy

.

hxy

Tabel 3. Contoh gaya lateral equivalent dan gaya geser per lantai

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

B-7 Gambar 10. Gambar perhitungan struktur yang dikenai gaya gempa dan hasilnya

Detektor Gempa Sederhana Sistem Relay

Perangkat Relay

B-8 (b)

Gambar 11. Skema relai, (a) rangkaian terbuka, (b) rangkaian tertutup setelah di

beri arus listrik.

Perangkat Alarm

adalah berupa sensor grafitasi. Sensor sederhana ini terdiri bandul dan lempengan berupa lingkaran. Bandul berbahan logam 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

Rangkaian Alarm adalah sesuatu rangkaian elektronik yang digunakan untuk memberi peringatan kepada orang dengan cepat untuk mengetahui adanya sesuatu. Tanda peringatan yang biasanya dihasilkan oleh rangkaian alarm berupa bunyi yang keras. Skema rangkaian alarm yang akan

Lempengan

Δx

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

translasi (∆x) cm Maksimumum yang harus dipenuhi, di hitung dari perhitungan data

sebelumnya.

Δx Maks

Gambar 13. Sensor berupa bandul

Prinsip Kerja Alat

B-9 diantara sensor dan kemudian singkat dan biasanya terjadi dimalam hari

menghidupkan relai. Relai ini menyebabkan saklar S1 dan S2 secara automatis menutup.

serta belum adanya detektor gempa yang dipasang di masing-masing bangunan, perlu Saklar S1 berfungsi menyuplai arus ke rilai adanya sebuah alat yang dapat membantu agar relai tetap bekerja. Saklar S2

memberikan suplai arus ke rangkaian alarm. Pada saat inilah rangkaian alarm akan berbunyi.

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 sehingga terciptalah alat yang mudah dalam pembuatan dan penggunaannya, efisien dalam pemakaian

Gambar 14. Skema cara kerja detektor gempa sederhana sistem relay

Detail Visualisasi Alat

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

Gambar 15. detektor gempa sederhana sistem relay

didapat harga produksi yang murah sehingga dapat menjangkau seluruh lapisan masyarakat.

5. Membantu Pemerintah dalam upaya mengurangi dampak primer yang ditimbulkan oleh gempa bumi.

KESIMPULAN

B-10

DAFTAR PUSTAKA

A.W Coburn, Spence. 1994.

Mitigasi

Bencana

. Program bembangunan

perserikatan

bangsa-bangsa

dengan

kontor

koordinasi

bantuan bencana PBB.

Benny Kusuma dan Tavio. 2009

Desain

sistem rangka pemikul momen

dan

dinding struktur beton

bertulang

tahan

gempa

.

Surabaya. ITSPress.

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

Hasto Widodo. 2010. SIRINE POLISI

.

http

://www.rangkaianelektronik.c

o.cc/2009/07/cilis.html,

20

September 2010.

Kementrian Pekerjaan Umum (PU).

2010.

Peta gempa indonesia

.

Jakarta : PU.

Kementrian Pekerjaan Umum (PU).

2001.

SNI-1726-2001(Tata Cara

Perencanaan Ketahanan Gempa

Untuk Bangunan Gedung)

.

Jakarta : PU.

Kementrian Pekerjaan Umum (PU).

1989.

SNI

03-1727-1989

(Pedoman

Perencanaan

Pembebanan Untuk Rumah Dan

Gedung)

. Jakarta : PU.

Kementrian Pekerjaan Umum (PU).

1989.

SNI 03-2847-2002 (Tata

Cara Perhitungan Struktur Beton

Untuk

Bangunan

Gedung).

Jakarta : PU.

Kertapati,

E.

K.,

Januari

2004;

”

Aktivitas Gempabumi

di

Indonesia, Pusat Penelitian dan

Pengembangan Geologi

”

, Badan

Penelitian dan Pengembangan,

Departemen Energi dan Sumber

Daya Mineral.

Majalah

Technokonstruksi,

edisi

Oktober 2009.

Atropatena

. Hal 6-

18. Jakarta: PT Multikarya Subur

Abadi

Sri Murni Dewi.2009.

Teknik Gempa,

untuk

Teknik

Sipil

.

Malang:BargieMedia Press

Syafi

’

i.

2009.

Pengantar

kuliah

Probabilitas untuk Teknik Sipil.

Solo : UNS.

Tatang K.W.

Mitigasi dan Menejemaen

Gempa Bumi

. Didalam makalah

lomba mahasiswa

berprestasi