RANCANG BANGUN ALAT MONITORING MIKROTREMOR MENGGUNAKAN SENSOR ACCELEROMETER PADA HANDPHONE
ANDROID UNTUK MENENTUKAN FREKUENSI NATURAL BANGUNAN DI UPT PERPUSTAKAAN UNS
Disusun oleh : Rio Riantana
M0212064
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA Juni, 2017
RANCANG BANGUN ALAT MONITORING MIKROTREMOR MENGGUNAKAN SENSOR ACCELEROMETER PADA HANDPHONE
ANDROID UNTUK MENENTUKAN FREKUENSI NATURAL BANGUNAN DI UPT PERPUSTAKAAN UNS
Disusun oleh : Rio Riantana
M0212064
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA Juni, 2017
ii
HALAMAN PERSETUJUAN SKRIPSI
Rancang Bangun Alat Monitoring Mikrotremor Menggunakan Sensor
Accelerometer Pada Handphone Android Untuk Menentukan Frekuensi Natural
Bangunan Di UPT Perpustakaan UNS
Oleh Rio Riantana
M0212064
Telah disetujui oleh
Pembimbing 1
Darsono, S.Si M.Si Tanggal ... NIP. 19700727 199702 1 001
Pembimbing 2
Agus Triyono, S.T Tanggal ... NIP 19830830 200604 1 006
iii
HALAMAN PENGESAHAN
Skripsi dengan judul: Rancang Bangun Alat Monitoring Mikrotremor Menggunakan Sensor Accelerometer Pada
Handphone Android Untuk Menentukan Frekuensi
Natural Bangunan Di UPT Perpustakaan UNS Yang ditulis oleh :
Nama : Rio Riantana NIM : M0212064
Telah diuji dan dinyatakan lulus oleh dewan penguji pada Hari : Senin
Tanggal : 19 Juni 2017 Dewan Penguji:
1. Ketua Penguji
Budi Legowo, S.Si, M.Si NIP. 19730510 199903 1 002 …..……… 2. Sekretaris Penguji Mohtar Yunianto NIP. 19800630 200501 1 001 …..……… 3. Anggota Penguji 1
Darsono, S.Si M.Si
NIP. 197001281999031001 …..……… 4. Anggota Penguji 2 Agus Triyono, S.T NIP. 198308302006041006 …..………
Disahkan pada tanggal ………. Oleh
Kepala Program Studi Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta
Dr. Fahru Nurosyid, S.Si., M.Si. NIP. 19721013 200003 1 002
iv
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa isi intelektual Skripsi saya yang berjudul “Rancang Bangun Alat Monitoring Mikrotremor Menggunakan Sensor
Accelerometer Pada Handphone Android Untuk Menentukan Frekuensi Natural
Bangunan Di UPT Perpustakaan UNS “ adalah hasil kerja saya dan sepengetahuan saya hingga saat ini Skripsi tidak berisi materi yang telah dipublikasikan atau ditulis oleh orang lain atau materi yang telah diajukan untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di Universitas Sebelas Maret atau di Perguruan Tinggi lainnya kecuali telah dituliskan di daftar pustaka Skripsi ini dan segala bentuk bantuan dari semua pihak telah ditulis di bagian ucapan terimakasih. Isi Skripsi ini boleh dirujuk atau diperbanyak secara bebas tanpa harus memberitahu penulis.
Surakarta, Juni 2017
Rio Riantana NIM. M0212064
v MOTTO
“Bekerjalah untuk kebaikan sesama. Ketika kebaikan tersebut berdampak kepada banyak orang, maka karunia akan menimpamu melalui do’a syukur yang mereka
vi
PERSEMBAHAN
Skripsi ini disusun untuk dipersembahkan kepada: 1. Bapak Joko Purwadi dan Ibu Sri Darwati
2. Bapak Darsono, S.Si M.Si selaku Dosen Pembimbing Utama 3. Bapak Agus Triyono, S.T selaku Dosen Pembimbing Pendamping 4. Teman-teman Laboratorium Komputasi Fisika FMIPA UNS 5. Teman-teman Club Robotika UNS
6. Teman-teman Fisika angkatan 2012 7. Teman-teman Geofisika UNS
8. Semua teman-teman jurusan Fisika FMIPA UNS 9. Semua pembaca
vii
Rancang Bangun Alat Monitoring Mikrotremor Menggunakan Sensor Accelerometer Pada Handphone Android Untuk Menentukan
Frekuensi Natural Bangunan Di UPT Perpustakaan UNS
Rio Riantana
Program Studi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret
ABSTRAK
Rancang bangun alat monitoring mikrotremor menggunakan sensor accelerometer pada handphone android untuk menentukan frekuensi natural bangunan di UPT Perpustakaan UNS telah dilakukan. Sensor utama untuk mencatat aktifitas mikrotremor adalah sensor Accelerometer pada hanphone android. Pencatatan aktifitas mikrotremor dilakukan di setiap lantai bangunan UPT Perpustakaan UNS dan di permukaan tanah luar bangunan. Dari pencatatan aktifitas mikrotremor, data yang terekam dikirimkan ke server secara telemetri. Data yang tersimpan di server selanjutnya ditampilkan dalam grafik pada web monitoring mikrotremor. Data mikrotremor selanjutnya diolah dengan fungsi FFT untuk menentukan dominan frekuensi. Dari dominan frekuensi dapat diketahui rasio resonansi tanah dan bangunan UPT Perpustakaan UNS. Dari perhitungan rasio resonansi didapatkan nilai 69.35 – 94.48 % pada komponen NS dan 70.42 – 98.61% pada komponen EW dengan status resonansi rendah di setiap lantai bangunan.
Kata Kunci: Mikrotremor, Android, frekuensi natural bangunan, Accelerometer, UPT Perpustakaan UNS
viii
Design Of Microtremor Monitoring Tools Using Accelerometer Sensor On Android Mobile To Determine The Natural Building Frequency
In Library Unit (UPT Perpustakaan) UNS
Rio Riantana
Physics Department, Faculty of Matehmatics and Natural Sciences, Sebelas Maret University
ABSTRACT
Design of Microtremor monitoring tools using accelerometer sensor on android phone to determine the natural frequency of buildings in UPT Perpustakaan UNS has done. The main sensor for recording microtremor activity is Accelerometer sensor on android phone. Microtremor activity recording is done on every buildings floor of UPT Perpustakaan UNS and on the surface of land outside the building. From microtremor activity recording, the recorded data is sent to the server by telemetry methode. The data stored on the server then displayed in the graph on the microtremor web monitoring. Microtremor data is processed with the FFT function to determine the dominant frequency. From the dominant frequency we find ratio of resonance of soil and building of UPT Perpustakaan UNS. From the calculation the value of resonance ratio is 69.35 - 94.48% in the NS component and 70.42 - 98.61% in the EW component with low resonance status on each floor of the building.
Keyword: Microtremor, Android, buildings natural frequency, Accelerometer, UPT Perpustakaan UNS
ix
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, Allah SWT yang telah melimpahkan rahmatNya sehingga penulis dapat menyelesaikan rangkaian penelitian dan penulisan skripsi yang berjudul “Rancang Bangun Alat Monitoring Mikrotremor Menggunakan Sensor Accelerometer Pada Handphone Android Untuk Menentukan Frekuensi Natural Bangunan di UPT Perpustakaan UNS” ini dengan baik. Skripsi ini disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan guna memperoleh derajat Sarjana Pertanian di Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam (MIPA) Universitas Sebelas Maret (UNS) Surakarta.
Skripsi ini disusun berdasarkan apa yang telah penulis lakukan pada penelitian di Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam (MIPA) Universitas Sebelas Maret (UNS) Surakarta. Dalam penyusunan skripsi ini, penulis banyak mendapatkan bantuan dan masukan dari beberapa pihak. Maka dari itu penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Allah SWT yang telah memberikan kemudahan disetiap langkah.
2. Kedua orang tua saya yang selalu memberikan dukungan moral maupun material, semangat dan doa restunya.
3. Bapak Darsono, S.Si M.Si selaku Dosen Pembimbing Utama yang selalu memberikan dukungan, bimbingan dan arahan dari awal penelitian hingga akhir penulisan skripsi.
4. Bapak Agus Triyono, S.T selaku Dosen Pembimbing Pendamping yang telah memberikan bimbingan serta arahan dari awal penelitian hingga akhir penulisan skripsi.
5. Bapak Dr. Fahru Nur Rosyid S.Si.,M.Si selaku Ketua Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA) Universitas Sebelas Maret (UNS) Surakarta.
6. Ibu Dr. Yofentina Iriani M.Si., S.Si selaku Dosen Ketua Pelaksanaan Skripsi Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA) Universitas Sebelas Maret (UNS) Surakarta yang memberikan arahan dan motivasi.
x
8. Teman-teman pengurus Labkom Fisika atas semua bantuan dan semangatnya.
9. Teman-teman Geofisika UNS atas semua diskusi ilmu dan bantuannya. 10. Teman-Teman Angkatan 2012 yang tidak dapat disebutkan namanya satu
per satu untuk waktu, ilmu dan bantuan selama menjalani aktivitas bersama. 11. Teman-teman Developer DDS yang banyak mengajarkan ilmu-ilmu baru
yang sangat bermanfaat.
12. Semua pihak yang telah membantu dalam kegiatan dan penyelesaian penulisan laporan ini yan tidak bisa disebutkan satu persatu.
Penulis menyadari bahwa dalam penulisan laporan ini penulis masih sangat jauh dari kata sempurna karena keterbatasan ilmu yang dimiliki oleh penulis. Maka dari itu, penulis mohon kritik dan saran yang bersifat membangun. Dan semoga laporan ini bermanfaat bagi pembaca.
Surakarta, Juni 2017
xi PUBLIKASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul “Rancang Bangun Alat Monitoring Mikrotremor Menggunakan Sensor Accelerometer Pada
Handphone Android Untuk Menentukan Frekuensi Natural Bangunan Di UPT
Perpustakaan UNS” telah dipublikasikan pada:
Jurnal Fisika dan Aplikasinya. Volume 11, Nomor 3 Oktober 2015. Aplikasi Sensor Accelerometer Pada Handphone Android Sebagai Pencatat Getaran Gempa Bumi Secara Online.
8th International Conference on Physics and its Applications (ICOPIA). Journal of Physics: Conference Series, Volume 776, Number 1. Calibrating Accelerometer Censor on Android Phone with Accelerograph TDL 303 QS for Earthquake Online Recorder.
xii DAFTAR ISI
Halaman HALAMAN JUDUL ...
HALAMAN PERSETUJUAN ... i
HALAMAN PENGESAHAN ... iii
HALAMAN PERNYATAAN ... iv
HALAMAN MOTTO ... v
HALAMAN PERSEMBAHAN ... vi
HALAMAN ABSTRAK ... vii
HALAMANABSTRACT ... viii
KATA PENGANTAR ... ix
PUBLIKASI ... xi
DAFTAR ISI ... xii
DAFTAR TABEL ... xiv
DAFTAR GAMBAR ... xv
DAFTAR SIMBOL ... xvi
DAFTAR LAMPIRAN ... xviii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1. Latar Belakang Masalah ... 1
1.2. Rumusan Masalah ... 2
1.3. Tujuan Penelitian ... 3
1.4. Batasan Masalah ... 3
1.5. Manfaat Penelitian ... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 5
2.1. Android ... 5
2.2. Sensor Pada Android ... 5
2.3. Data Akselerograf ... 6
2.4. Jaringan Nirkabel ... 6
2.5. Seismometer dan Akselerometer ... 7
2.6. Accelerograph TDL 303 QS ... 7
2.7. Magnitudo ... 8
2.8. Gelombang Seismik ... 9
2.8.1. Jenis Gelombang Seismik ... 10
2.8.1.1. Gelombang Badan ... 10
2.8.1.2. Gelombang Permukaan ... 11
2.9. Mikrotremor ... 12
2.10. Amplifikasi ... 13
xiii
2.12. Fast Fourier Transform (FFT) ... 15
2.13. Analisis Frekuensi Dominan ... 15
2.14. Resonansi Tanah dan Bangunan ... 16
BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 17
3.1. Waktu dan Tempat Penelitian ... 17
3.2. Alat dan Bahan ... 17
3.3. Prosedur Penelitian ... 18
3.3.1. Proses pembuatan program pada handphone Android dan program penerima getaran tanah pada server ... 19
3.3.2. Proses kalibrasi sensor Accelerometer pada Handphone Android dengan Accelerograph TDL 303 QS ... 22
3.3.3. Proses pengambilan data getaran natural tanah dan getaran bangunan di lingkungan Gedung Perpustakaan UNS ... 24
3.3.4. Teknik Analisa Data ... 25
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 27
4.1. Aplikasi Pencatat Mikrotremor ... 27
4.2. Kalibrasi sensor Accelerometer pada Handphone Android dengan Accelerograph TDL 303 QS ... 31
4.3. Data getaran natural tanah dan getaran bangunan di lingkungan Gedung Perpustakaan UNS ... 35
4.4. Analisa hasil data mikrotremor ... 38
BAB V PENUTUP ... 41
5.1. Kesimpulan ... 41
5.2. Saran ... 42
DAFTAR PUSTAKA ... 43
xiv
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 4.1. Table dalam database monitoring mikrotremor ... 31
Tabel 4.2. Perbandingan amplitude maksimal pada handphone android sebelum dikalibrasikan dengan Accelerograph TDL 303 QS ... 32
Tabel 4.3. Perbandingan amplitudo maksimum dari kedua perangkat setelah proses kalibrasi ... 34
Tabel 4.4. Hasil frekuensi dominan dari proses FFT dengan Matlab ... 36
Tabel 4.5. Nilai FSR pada setiap lantai bangunan UPT Perpustakaan UNS ... 37
xv
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Perbandingan Protokol dan Nirkabel ... 7
Gambar 2.2. Accelerograph TDL 303 QS ... 8
Gambar 2.3. Gelombang-P ... 11
Gambar 2.4. Gelombang-S ... 11
Gambar 2.5. Gelombang Reyligh ... 12
Gambar 2.6. Gelombang Love ... 12
Gambar 3.1. Flowchart kerja sistem ... 18
Gambar 3.2. Ilustrasi arah orientasi getaran pada handphone Android ... 20
Gambar 3.3. Menaknisme jaringan dalam proses pengiriman data getaran ... 21
Gambar 3.4. Leveling pada Android Xiaomi Redmi 2 ... 22
Gambar 3.5. Flowchart proses kalibrasi handphone Android Xiaomi Redmi 2 ... 23
Gambar 3.6. Flowchart proses pengambilan dan pengolahan data mikrotremor .. 24
Gambar 3.7. Model pengambilan data mikrotremor pada Gedung UPT Perpustakaan UNS ... 25
Gambar 4.1. Halaman awal aplikasi android pengindra mikrotremor ... 27
Gambar 4.2. Halaman pengindra getaran mikrotremor pada aplikasi android ... 28
Gambar 4.3. Halaman login sistem monitoring mikrotremor ... 29
Gambar 4.4. Halaman utama (dashboard) sistem monitoring mikrotremor ... 29
Gambar 4.5. Halaman peta informasi lokasi handphone android ... 30
Gambar 4.6. Grafik Realtime Monitoring Mikrotremor ... 31
Gambar 4.7. Grafik hasil pengambilan data pada handphone android Xiaomi Redmi 2 sebelum dikalibrasi ... 33
Gambar 4.8. Perbandingan grafik getaran sumbu X pada perangkat Android dan Accelerograph TDL 303 QS ... 34
Gambar 4.9. Cuplikan grafik mikrotremor lantai 4... 36
Gambar 4.10. Grafik frekuensi dominan... 37
Gambar 4.11. Foto udara kondisi lingkungan di sekitar bangunan UPT Perpustakaan UNS ... 39
xvi DAFTAR SIMBOL Satuan 𝑀 = Magnitude 𝑀𝑀𝐼 𝐴 = Amplitudo m 𝜋 = Phi 𝑓 = frekuensi Hz 𝑇 = Periode s ℎ = Kedalaman gempa 𝑚
𝜎
= Tegangan 𝑁/𝑚 𝑒 = Renggangan 𝑁/𝑚 𝐶 = Koefisien elastic 𝑉𝑝 = Kecepatan gelombang P 𝑚/𝑠 𝑡 = Waktu Sekon 𝜆 = Panjang gelombang 𝑚 𝜌 = Densitas 𝐾𝑔/𝑚3 𝑉𝑠 = Kecepatan gelombang S 𝑚/𝑠𝑉𝑟 = Kecepatan gelombang Reyleigh 𝑚/𝑠
𝐴𝑜
= Amplifikasi𝜌𝑏
= Densitas batuan dasar 𝑔𝑟/𝑚𝑙𝑣𝑏 = Cepat rambat gelombang pada batuan
dasar 𝑚/𝑠
𝑣𝑠 = Cepat rambat gelombang pada batuan
lunak m/s
𝜌𝑠
= Densitas batuan lunak gr/mlSE (w) = Penguatan gelombang pada komponen
horizontal
𝐻𝑆(𝑤) = Spektrum mikrotremor komponen horizontal di permukaan
xvii
𝐻𝐵(𝑤) = Spektrum mikrotremor komponen
horizontal di batuan dasar 𝑁/𝑚
2
𝐴𝑆 (𝑤) = Rasio spektrum komponen vertikal VS(w) = Spektrum mikrotremor komponen
vertikal di permukaan
VB(w) = Spektrum mikrotremor komponen vertikal di batuan dasar
SM (w) = Fungsi transfer untuk lapisan soil
𝑅 = Rasio resonansi tanah dan bangunan
𝑓𝑡 = Frekuensi tanah 𝐻𝑧
𝑓𝑏 = Frekuensi bangunan Hz
𝑋(𝑓) = Fungsi sinyal pada domain frekuensi Hz
𝑥(𝑡) = Fungsi sinyal pada domain waktu
𝑋(𝑓)𝐸𝑊 = Fungsi sinyal pada domain frekuensi
komponen arah EW 𝐻𝑧
𝑋(𝑓)𝑁𝑆 = Fungsi sinyal pada domain frekuensi
komponen arah NS 𝐻𝑧
𝑋(𝑓)𝑈𝐷 = Fungsi sinyal pada domain frekuensi
komponen arah UD 𝐻𝑧
𝐻𝑉𝑆𝑅 = Rasio getaran komponen Horizontal dan Vertikal
xviii
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman Lampiran 1. Grafik frekuensi dominan dan grafik getaran tiap sumbu
pada tiap lantai gedung UPT Perpustakaan
UNS... 46 Lampiran 2. Script program penentuan frekuensi
