22 BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian Tugas Akhir ini dilakukan di kampus Institut Teknologi Sumatera (ITERA) dengan perkiraan periode penelitian dari Agustus 2020-Februari 2021. Pada Tabel 3.1 merupakan jadwal dan tahapan penelitian tugas akhir yang dilakukan.
Tabel 3. 1 Timeline Penelitian Tugas Akhir
Jenis Kegiatan
Agustus -
September Oktober November
- Desember Januari Februari 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 Studi
Literatur Pengolahan
Data Seminar
Proposal Analisis dan
Interpretasi Kesimpulan
dan Evaluasi Uji
Komprehensif Penulisan
Tugas Akhir Sidang Tugas
Akhir
23 3.2 Data Penelitian
Data yang digunakan dalam penelitian ini adalah event gempa dari katalog gempa United States of Geoligical Surveys (USGS). Data gempa bumi yang digunakan merupakan data gempa bumi dengan periode dari tahun 1920-2020 yang memiliki kedalaman maksimum 300 Km. Gempa yang digunakan adalah gempa dengan magnitudo momen (Mw) lebih besar sama dengan 4.5 SR. Format data katalog gempa yang digunakan untuk pengolahan ditampilkan dalam Tabel 3.2 dan data tersebut disimpan dengan format ekstensi *.dat.
Tabel 3. 2 Format Data Katalog Gempa Bumi
Lokasi Waktu Terjadi
Magnitudo Kedalaman
Waktu Terjadi
Lat Lon Tahun Bulan Hari Jam Menit
… … … ... …
… … … ... …
… … … ... …
3.3 Pengolahan Data
Pada penelitian ini dilakukan beberapa tahap pengolahan data. Adapun langkah pengolahan tersebut adalah sebagai berikut:
3.3.1 Input Katalog Gempa
Sebelum melakukan pengolahan data maka diperlukan pengumpulan katalog gempa di Pulau Jawa dari berbagai sumber. Katalog gempa yang dipergunakan merupakan katalog gempa yang terdiri dari event gempa yang terjadi pada periode 1920-2020 di Pulau Jawa.
3.3.2 Konversi Magnitudo
Event gempa dari katalog gempa yang telah dikumpulkan tidak dapat langsung digunakan. Event dari katalog ini memiliki beraneka ragam tipe magnitudo, sehingga perlu dilakukan konversi magnitudo agar dapat dilanjutkan ke pengolahan berikutnya. Pada penelitian ini tipe magnitudo akan dikonversikan ke dalam bentuk magnitudo momen (Mw).
24
Dalam pengolahan data ini, beragam tipe magnitudo yang tersedia diantaranya adalah magnitudo lokal (ML), magnitudo bodi (Mb), magnitudo permukaan (MS), dan magnitudo momen (MW). Oleh karena itu perlu dilakukan konversi magnitudo agar memiliki tipe magnitudo yang seragam. Adapun persamaan konversi magnitudo momen adalah sebagai berikut: [16]
a. Persamaan konversi Mb ke dalam Mw
Mw = 1.0107 Mb + 0.0801 (4.1) b. Persamaan konversi Ms ke dalam Mw
Mw = 0.6016 Ms + 2.476 (4.2) Untuk rentang magnitudo 2.8 ≤ Ms ≤ 6.1
Mw = 0.9239 Ms + 0.5671 (4.3) Untuk rentang magnitudo 6.2 ≤ Ms ≤ 8.7
c. Persamaan konversi ML ke dalam Mw
Mw = 0.7473 ML +1.0651 (4.4) 3.3.3 Pemisahan Gempa Utama (Declustering)
Data gempa yang telah dikonversi masih terdiri atas 3 jenis fase gempa yaitu gempa pendahuluan (foreshock), gempa utama (mainshock), dan gempa susulan (aftershock). Dalam penelitian ini fase gempa yang digunakan hanyalah gempa utama (mainshock) saja. Oleh karena itu perlu dilakukan pemisahan gempa utama atau yang sering disebut juga sebagai declustering.
Proses declustering pada penelitian ini menggunakan metode Gardner dan Knopoff (1974) karena metode ini merupakan metode yang menghasilkan pemisahan gempa yang cukup baik untuk penelitian di Indonesia. Proses declustering dilakukan agar dapat meningkatkan hasil dan analisis resiko gempa bumi.
3.3.4 Peta Seismisitas
Pembuatan peta seismisitas dilakukan dengan membuat persebaran gempa yang telah dilakukan pemisahan foreshock dan aftershock. Persebaran gempa yang dimasukkan ke dalam peta merupakan gempa yang berupa mainshock saja.
25 3.3.5 Magnitude Completeness (Mc)
Menentukan nilai Magnitudo Completeness (MC) sebagai magnitudo terendah atau batas bawah magnitudo dimana 100 % gempa yang terjadi pada suatu daerah dan periode tertentu telah terdeteksi atau terekam oleh stasiun gempa. Dimana estimasi dari nilai Magnitudo Completeness (Mc) tersebut akan sangat berpengaruh pada penentuan nilai-b.
3.3.6 Perhitungan b-Value
Dalam menentukan nilai a-value dan b-value dapat dilakukan dengan menggunakan metode Maximum Likelihood, yang menghasilkan kurva persebaran magnitudo terhadap frekuensi. Adapun rumus empiris yang digunakan untuk menyatakan hubungan antara frekuensi, magnitudo, dan b-value adalah sebagai berikut:
Log N = a – bM (4.5)
dimana:
N = frekuensi gempa (jumlah kejadian gempa bumi) M = magnitudo gempa (Mw)
a dan b = konstanta real
Berdasarkan metode Maximum Likelihood, akan didapatkan penaksiran b- value berdasarkan hubungan antara frekuensi dengan magnitudo.
3.3.7 Peta Distribusi Spasial b-value
Setelah didapatkan nilai b-value dengan menggunakan metode Maximum Likelihood, lalu nilai b-value diinterpolasikan ke seluruh area penelitian sehingga didapatkan peta sebaran b-value secara spasial.
3.3.8 Identifikasi dan Pemodelan Sumber Gempa
Dalam menganalisis seismic hazard menggunakan metode Probabilistic Seismic Hazard Analysis (PSHA) perlu dilakukan identifikasi dan pemodelan sumber gempa, dimana setiap sumber gempa dianggap memiliki kemungkinan yang sama terhadap gempa yang akan datang. Sumber gempa yang digunakan dalam penelitian ini dibatasi:
26
1. Kedalaman maksimum sumber gempa yang digunakan adalah 300 km 2. Jarak lokasi sumber gempa ke lokasi yang akan ditinjau dibatasi hingga
500 km, kecuali untuk gempa akibat subduksi dimana jarak maksimumnya sampai 1000 Km.
3. Fungsi atenuasi yang digunakan adalah fungsi atenuasi dari daerah yang paling mendekati secara kondisi geologi dan tektonik wilayah Indonesia.
Dalam analisis karakterisasi gempa, terdapat beberapa model sumber gempa yang digunakan dalam penelitian ini diantaranya adalah sebagai berikut:
1. Sumber Gempa Background
Dalam penelitian ini gempa background dipisahkan berdasarkan kedalaman hiposenter dimana sumber gempa shallow background, yaitu gempa dengan kedalaman hiposenter 0-50 km sedangkan gempa deep background, yaitu gempa dengan kedalaman hiposenter 50-300 km.
2. Sumber Gempa Fault
Sumber gempa fault adalah sumber gempa yang terjadi akibat adanya sesar atau patahan. Model sumber gempa fault ini juga disebut sebagai sumber tiga dimensi karena dalam perhitungan probabilitas jarak, yang dilibatkan adalah jarak dari site ke hiposenter gempa. Jarak ini memerlukan data dip dari sesar yang akan dipakai sebagai perhitungan probabilitas tersebut. Informasi model sumber gempa yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 3.1 dimana gambar tersebut menunjukkan sumber gempa patahan yang ada di Indonesia.
Gambar 3. 1 Magnitudo maksimum dan slip-rate dari sumber-sumber gempa sesar di Jawa [14]
27
Dalam penelitian ini menggunakan sumber gempa patahan di Pulau Jawa yang dianggap memberikan dampak/pengaruh terhadap hazard di Pulau Jawa. Adapun sumber gempa patahan yang digunakan dalam penelitian ini dapat dilihat pada Tabel 3.3.
Tabel 3. 3 Sumber Gempa Fault
Fault Name Slip-Rate Sense
Mechanism Dip Top Bottom L
(km) Mmax mm/yr Weight
Cimandiri 0.55 1 Reverse-slip 45S 3 18 23 6.7 Cimandiri
Nyalindung 0.4 1
Reverse-slip 45S 3 18 30 6.5 Cimandiri
Rajamandala 0.1 1
Reverse-slip 90 3 18 45 6.6
Lembang 2 1 Reverse-slip 90 3 18 29.5 6.8
Subang 0.1 1 Reverse-slip 45S 3 18 33 6.5
Cirebon-1 0.1 1 Reverse-slip 45S 3 18 15 6.5
Cirebon-2 0.1 1 Reverse-slip 45S 3 18 18 6.5
Brebes 0.1 1 Reverse-slip 45S 3 18 22 6.5
Tegal 0.1 1 Reverse-slip 45S 3 18 15 6.5
Pekalongan 0.1 1 Reverse-slip 45S 3 18 16 6.5
Semarang 0.1 1 Reverse-slip 45S 3 18 34 6.5
Rawapening 0.1 1 Reverse-slip 45S 3 18 18 6.5
Purwodadi 0.1 1 Reverse-slip 45S 3 18 38 6.5
Cepu 0.1 1 Reverse-slip 45S 3 18 100 6.5
Waru 0.05 1 Reverse-slip 45S 3 18 64 6.5
Surabaya 0.05 1 Reverse-slip 45S 3 18 25 6.5
Blumbang 0.05 1 Reverse-slip 45S 3 18 31 6.6
Ciremai 0.1 1 Strike-slip 90 3 18 20 6.5
Ajibarang 0.1 1 Strike-slip 90 3 18 20 6.5
Opak 0.75 1 Strike-slip 60E 3 18 45 6.6
Merapi
Merbabu 0.1 1
Strike-slip 90 3 18 28 6.6
Pati Thrust 0.1 1 Strike-slip 90 3 18 69 6.5
Seperti yang dapat dilihat pada Tabel 3.3 adapun parameter - parameter yang diperlukan untuk analisis probabilitas dengan model sumber gempa sesar adalah fault trace, mekanisme pergerakan sesar, slip-rate, dip, panjang sesar, dan lebar sesar.
28 3. Sumber Gempa Subduksi
Sumber gempa subduksi adalah model yang didapat dari data seismotektonik yang sudah teridentifikasi dengan baik. Dalam penelitian ini penulis menggunakan 4 sumber gempa subduksi yaitu megathrust Selat Sunda, megathrust West-Central Java, megathrust East Java, dan megathrust Sumba seperti yang dapat dilihat pada Gambar 3.2
Gambar 3. 2 Sumber Gempa Subduksi Jawa
Dalam penelitian ini menggunakan sumber gempa subduksi di Pulau Jawa yang dianggap memberikan dampak/pengaruh terhadap hazard di Pulau Jawa. Adapun sumber gempa subduksi yang digunakan dalam penelitian ini dapat dilihat pada Tabel 3.4.
Tabel 3. 4 Parameter Sumber Gempa Subduksi
Index Structure
Name Segment L (km)
W (km)
a- value
b- value
Sliprate
(cm/yr) Mmax
M7
Sunda- Strait Megathrust
Selat Sunda Banten (SSB)
280 200 5.99 1.15 4 8.8
M8 Java
Megathrust
Jabar
(JB) 320 200 5.55 1.08 4 8.8
M9 Java
Megathrust
Jateng
(JJ) 440 200 5.63 1.08 4 8.9
29 M10 Java
Megathrust Bali 500 200 5.63 1.11 4 9
Seperti yang dapat dilihat pada Tabel 3.4 adapun parameter - parameter dari model ini meliputi lokasi subduksi yang dituangkan dalam koordinat latitude dan longitude, kemiringan bidang subduksi (dip), rate, dan b- value dari areal subduksi yang bisa didapatkan dari data gempa historis, serta batas kedalaman area subduksi.
3.3.9 Pemilihan Fungsi Atenuasi
Dengan tidak tersedianya data untuk menurunkan fungsi atenuasi di wilayah Indonesia, sehingga penulis menggunakan fungsi atenuasi yang diturunkan dari wilayah lain. Pemilihan fungsi atenuasi ini didasarkan pada kemiripan kondisi geologi maupun kondisi tektonik dari area yang fungsi atenuasinya akan digunakan.
Dalam analisis studi ini, rumus atenuasi yang digunakan dapat dilihat pada Tabel 3.5.
Tabel 3. 5 Fungsi Atenuasi pada masing-masing Model Sumber Gempa
NO Model Sumber Gempa Bumi Rumus Atenuasi
1 Shallow Background
1. Boore and Atkinson, 2008 2. Campbell & Bozorgnia, 2008 3. Chiou and Youngs, 2008 2 Deep Background
1. Atkinson and Boore, 1995 2. Youngs et al, 1997
3. Atkinson and Boore, 2006
3 Sesar
1. Youngs et al, 1997
2. Campbell & Bozorgnia, 2006 3. Chiou and Youngs, 2006
4 Subduksi
1. Youngs et al, 1997 2. Atkinson & Boore, 2003
3. Zhao et al, 2006 dengan variabel Vs30
Fungsi atenuasi yang digunakan sebagian besar sudah menggunakan Next Generation Attenuation (NGA), dimana atenuasi ini dalam pembuatannya sudah menggunakan data gempa global (worldwide data).
30 3.3.10 Analisis Seismic Hazard
Analisis seismic hazard atau bahaya seismik pada penelitian ini dilakukan dengan menggabungkan semua faktor ketidakpastian seperti jarak sumber, lokasi, frekuensi kejadian gempa bumi dan parameter gempa berdasarkan teori probabilitas dengan menggunakan metode Probabilistic Seismic Hazard Analysis (PSHA).
3.3.11 Peak Ground Acceleration
Setelah didapatkan nilai percepatan tanah maksimum atau Peak Ground Acceleration berdasarkan perhitungan dengan metode Probabilistic Seismic Hazard Analysis (PSHA), maka hasilnya akan diplot dan diinterpolasi untuk mengetahui sebaran nilai Peak Ground Acceleration (PGA) di daerah penelitian dan menghasilkan peta Peak Ground Acceleration (PGA) yang dapat merepresentasikan tingkat seismic hazard pada daerah penelitian.
Percepatan tanah yang dipilih untuk dapat menentukan tingkat kerusakan yang paling parah di suatu wilayah akibat terjadinya gempa bumi adalah percepatan tanah maksimum atau Peak Ground Acceleration (PGA). Nilai PGA ini bervariasi di setiap kejadian gempa bumi. Hal ini tergantung pada banyak faktor yaitu panjang fault, kedalaman gempa bumi, jarak dari durasi pusat gempa bumi, dan geologi tanah (subsurface).
31 3.4 Diagram Alir Penelitian
Gambar 3. 3 Diagram Alir Penelitian
