Gelombang Energi Gempa

1.

1. GEGELOLOMBMBANANG ENEG ENERGRGI GEI GEMPMPAA

Sebelum terjadi gempa, pada daerah pusat gempa/fokus terjadi akumulasi Sebelum terjadi gempa, pada daerah pusat gempa/fokus terjadi akumulasi energi/tegangan yang besar sebagai akibat dari adanya kopel gaya. Oleh karena energi/tegangan yang besar sebagai akibat dari adanya kopel gaya. Oleh karena itu, pada saat terjadinya gempa atau saat patah/pecahnya massa batuan, akan itu, pada saat terjadinya gempa atau saat patah/pecahnya massa batuan, akan terjadi pelepasan energi (

terjadi pelepasan energi (released energyreleased energy) yang sangat besar karena peristiwa) yang sangat besar karena peristiwa me

mekakaninik k (d(desaesak, k, gegeserser, , tataririk)k), , yayang ng kekemumudiadian n diditratransnsfefer r memenjnjadadi i enenerergigi gelombang. Kemudian dari pusat gempa/fokus, gelombang gempa akan merambat gelombang. Kemudian dari pusat gempa/fokus, gelombang gempa akan merambat ke

ke sesegalgala a ararah ah yayang ng sasalah lah sasatu tu araarahnhnya ya adadalalah ah memencncapapai ai pepermrmukukaaaan n tatananah.h. Sebelum mencapai alat pencatat, gelombang gempa akan melewati bermacam Sebelum mencapai alat pencatat, gelombang gempa akan melewati bermacam macam kondisi lapisan tanah, sebagian gelombang akan dipantulkan, dibiaskan, macam kondisi lapisan tanah, sebagian gelombang akan dipantulkan, dibiaskan, dan ada pula yang bergerak sepanjang permukaan tanah.

dan ada pula yang bergerak sepanjang permukaan tanah.

!elombang bergerak dari satu tempat ke tempat yang lain dengan karakter !elombang bergerak dari satu tempat ke tempat yang lain dengan karakter karakter pokok. Karakterkarakter yang dimaksud adalah jenis gelombang, arah karakter pokok. Karakterkarakter yang dimaksud adalah jenis gelombang, arah ra

rambmbatatan an gegelolombmbanang g ((wavepropagationwavepropagation), ), adadanyanya a kemkemunungkgkininan an peperbrbededaaaann int

intensensitaitas s gelgelombombang ang padpada a arah arah yanyang g berberbedbeda a ((directivitydirectivity), ), adaadanynya a keckecepaepatantan gelombang dan adanya gerakan partikel (

gelombang dan adanya gerakan partikel ( particel motion particel motion).). 1.

1.11 InIntetensnsititas as GeGempmpa, a, IsIsososeieismsmal al (( Isoseismic  Isoseismic LinesLines_{) ) ddaann}  Isoseismic Isoseismic  Attenuation

 Attenuation

"ntensitas gempa adalah derajat kerusakan bangunan, kerusakan muka tanah "ntensitas gempa adalah derajat kerusakan bangunan, kerusakan muka tanah dan reaksi orangorang atas goncangan gempa untuk menentukan seberapa besar  dan reaksi orangorang atas goncangan gempa untuk menentukan seberapa besar  gempa terjadi. Konsep intensitas gempa didasarkan atas kejadian langsung di gempa terjadi. Konsep intensitas gempa didasarkan atas kejadian langsung di tempat kejadian. #engukuran intensitas gempa dengan skala $$" didasarkan atas tempat kejadian. #engukuran intensitas gempa dengan skala $$" didasarkan atas data dari empat parameter pokok, yaitu%

data dari empat parameter pokok, yaitu% &.

&. #er#erasaaasaan oran orangngoraorang sang saat terat terjadjadi gemi gempapa '.

'. esespon spon suatuatu obju objek akiek akibat gobat goncancangangan gemn gempapa .

. KerKerusausakan bakan bangungunan dnan di lapani lapangan akgan akibaibat gempt gempaa *.

*. KerKerusausakan likan lingkngkungungan akian akibat kebat kejadijadian geman gempapa +erdas

+erdasarkan paramarkan parameter tersebuteter tersebut, , maka pada umummaka pada umumnya akan terdapanya akan terdapat titikt titik ti

titik tik yayang ng memempmpununyayai i inintetensnsititas as gegempmpa a yayang ng sasamama/d/dekekat. at. SeSenanada da dedengnganan  pembuatan

 pembuatan kontur, maka kontur, maka titiktitik titiktitik yang yang mempunyai mempunyai nilai nilai intensitas intensitas gempa gempa yangyang sam

sama a kemkemudiudian an dihdihubuubungkngkan an dan dan akhakhirnirnya ya akaakan n terbterbententuk uk gargaris is kekesamasamaanan intensitas (

Secara matematis, isoseismic attenuation  atau atenuasi pergerakan tanah adalah hubungan antara suatu parameter gempa (percepatan, kecepatan, intensitas gempa, ukuran gempa) dengan jarak ke lokasi pencatat gempa (jarak episenter,  jarak hiposenter). tenuasi intensitas gempa berbedabeda antara daerah satu

dengan daerah yang lain, hal itu akibat dari pengaruh media tanah yang dilewati oleh gelombang gempa. $enurut ilmu fisika bahwa kemampuan suatu material untuk menyerap energi akan berbanding terbalik dengan panjang gelombang. Oleh karena itu, gelombang frekuensi tinggi relatif mudah diserap energinya oleh media yang dilalui oleh gelombang. $aka pada tanah keras, intensitas gempa akan beratenuasi relatif lebih cepat (berkurang denga rate lebih besar) dibanding dengan tanah lunak.

1.2 Magnitudo gempa

$agnitudo gempa merupakan bentuk kuantifikasi atas kejadian gempa agar  masyarakat dapat mengetahui/membayangkan besar - kecilnya gempa. erdapat dua isrilah yaitu  size/magitude dan strength suatu gempa. Size/magitude  gempa dihitung berdasarkan amplitude of earthquake wave ataupun properti dan dimensi  patahan ( fault ), sedangkan earthquake strength dihitung berdasarkan released 

energy. enis instrumentasi pencatat gempa secara spesifik dikategorikan menjadi dua kelompok keperluan, yaitu%

&. Seismologist  % instrumen pencatat gempa yang diperlukan dalam rangka keperluan seismologi yaitu untuk menentukan lokasi gempa, kedalaman gempa, saat terjadinya dan mekanisme gempa.

'.  Engineers %instrumen pencatat gempa yang diperlukan untuk  mengetahui akibat dari gempa (percepatan tanah, dll), karakteristik  getaran tanah, halhal yang mempengaruhi dan akibatnya yang terjadi  pada bangunan.

0ara menentukan magnitudo gempa melalui% &. mplitudo rekaman gelombang

dalah amplitudo gelombang yang diperoleh dari rekaman gempa dalam bentuk akselerogram. ekaman gelombang gempa terdiri atas%

a. dengan memakai Nomogram Richter 

'. !eometri patahan dan propertu batuan

dalah bahwa magitudo gempa akan dipengaruhi oleh dimensi fisik   patahan meliputi panjang dan dislokasi patahan serta properti fisik   batuan.

2. REAMAN GEMPA

#ada umumnya, pengertian gerakan tanah akibat gempa lebih banyak  ditujukan pada percepatan tanah, sekaligus menjadi parameter utama. 1erner  (&234) mengatakan bahwa representasi terbaik atas gerakan tanah akibat gempa adalah riwayat percepatan tanah ( ground acceleration time history). #ercepatan tanah akibat gempa direkam secara lengkap menurut fungsi waktu, artinya direkam selama terjadinya gerakan tanah. ekaman gempa dapat diperoleh dari hasil pengukuran alat pencatat gempa, yaitu%

&. Seismograph

Seismometer adalah alat atau sensor getaran, yang biasanya dipergunakan untuk mendeteksi gempa bumi atau getaran pada  permukaan tanah (kecepatan tanah). 5asil rekaman alat ini disebut seismogram. Seismograph menggunakan dua klasifikasi yang berbeda untuk mengukur gelombang seismik yang dihasilkan gempa, yaitu  besaran gempa (skala Richter ) dan intensitas gempa (skala Mercalli). '.  ccelerograph

 ccelerograph atau Strong Motion Seismograph adalah instrumen yang digunakan untuk merekam guncangan permukaan tanah yang sangat kuat yang mengukur percepatan permukaan tanah.

#ada saat menentukan letak episentrum, sekurangkurangnya diperlukan dua seismograph yang berbeda untuk gempa yang sama. !ambar & menunjukkan

contoh rekaman

gempa yang tercatat

 pada

 seismograph. arak  

awal

 permulaan gelombang # dan awal mula gelombang S menunjukkan berapa detik  gelombang tersebut terpisah.

!ambar &. ekaman !empa yang ercatat pada Seismograph

Sumber% ekayasa !empa, 6ndip

5asil ini dapat digunakan untuk memperkirakan jarak dari Seismograph ke  pusat gempa, dimana untuk menentukan jarak episentrum dan magnitudo gempa

dapat dilakukan dengan menggunakan grafik pada gambar '.

!ambar '. !rafik untuk $enentukan arak 7pisentrum dan $agnitudo !empa

#rosedur untuk menentukan jarak episentrum dan magnitudo gempa adalah sebagai berikut%

&. $engukur jarak antara awal gelombang # dan gelombang S, dimana dalam hal ini awal gelombang # dan S adalah terpisah '* detik. #lot '* detik ini pada grafik skala S#, akan didapatkan jarak pusat gempa adalah '&8 kilometer (!ambar ').

'. 6kur amplitudo maksimum dari gelombang gempa yang terekam pada  seismograph. #ada rekaman seismograph di dapat amplitudo maksimum

adalah ' mm (!ambar ').

. #lot ' mm ini pada grafik skala mplitudo yang sudah tersedia (!ambar ').

*. arik garik lurus melalui dua yaitu titik '* detik dan ' mm, sehingga memotong grafik skala $agnitudo dimana dengan membaca titik potong titik pada grafik skala $agnitudo didapatkan besarnya magnitudo gempa adalah $ 9 8 pada skala Richter .

2.1 a!a"te! #mum Re"aman Pe!$epatan %ana& A"i'at Gempa

Karakter yang dimaksud dikelompokkan dalam enam hal utama, yaitu%

&. Karakter yang didasarkan atas nilainilai maksimum (percepatan, kecepatan, simpangan)

'. Karakter yang ditentukan berdasarkan durasi gempa (durasi total, durasi efektif)

. Karakter yang ditentukan berdasarkan respons spektrum *. Karakter yang ditentukan berdasarkan kandungan frekuensi 8. Karakter yang ditentukan berdasarkan energi gempa

4. Karakter yang ditentukan berdasarkan dayarusak 

!ambar a dan b adalah suatu contoh rekaman percepatan tanah akibat gempa. Secara umum, riwayat percepatan tersebut dapat dibagi menjadi bagian yaitu%

&. ahap initial weak part  '. ahap strong part 

ahap ini ada yang relatif singkat durasinya, namun juga ada yang relatif   panjang sebagaimana tampang pada gambar b. :urasi tahap  strong 

 part  ini diantaranya dipengaruhi oleh mekanisme kejadian gempa, magnitudo gempa, jarak episenter dan orientasi site terhadap patahan. . ahap final weak part 

!ambar . +agian+agian #enting ekaman !empa

Sumber% 1idodo #awirodikromo, ';&'

+erdasarkan hasil penelitian para peneliti, bahwa rekaman gerakan tanah akibat gempa diantaranya dipengaruhi oleh beberapa hal yang secara skematis, adalah sebagai beriku%

&. $ekanisme kejadian gempa

$ekanisme yang dimaksud adalah cara gempa itu terjadi, apakah gempa tersebut akibat akti<asi lempeng di daerah subduksi ataupun akibat  patahan ( fault ).

'. $agnitudo gempa

Semakin besar magnitudo gempa itu berarti bahwa energi yang dilepas semakin besar, akibatnya getaran/gerakan tanah juga akan semakin besar. . Kedalaman gempa

Semain dalam pusat gempa, maka energi yang sampai di permukaan akan semakin kecil karena energi telah merambat secara tiga dimensi atau secara <olume.

*. Kondisi geologi rambatan gelombang gempa

!elombang energi gempa akan merambat dari fokus ke situs ( site). Selama merambat, gelombang energi gempa akan melalui berbagai macam kondisi  batuan atau bahkan patahan, kondisi batuan seperti itu akan beroengaruh

terhadap penyerapan energi gempa. 8. arak episenter 

arak episenter ke situs juga berpengaruh terhadap rekaman gempa. #ada  jarak yang semakin jauh, maka energi gempa akan diserap oleh media  batuan untuk waktu yang semakin lama.

Situs dimana alat perekam berada, dapat berada di atas tanah batu ataupun tanah biasa. Selain itu, mungkin terdapat tanah endapan yang luas dan tebal, hal ini akan berpengaruh terhadap amplifikasi percepatan tanah. 2.2 andungan !e"uensi Gempa

Kandungan frekuensi pada gempa bumi dinyatakan dalam rasio antara  percepatan tanah maksimum  dengan kecepatan maksimum = sehingga menjadi istilah /= rasio. iga kelompok /= rasio dengan masingmasing &8 data gempa  per kelompok dipakai sebagai input/beban gempa, diantaranya adalah sebagai  berikut%

&. /= rasio tinggi apabila mempunyai /= > &,' g/m/dt

'. /= rasio menengah apabila &,'; g/m/dt > /= > ;,?; g/m/dt . /= rasio rendah apabila /= @ ;,?; g/m/dt

so dkk (&22') menyatakan bahwa sebagaimana sifat rambatan gelombang gempa, percepatan tanah beratenuasi (hubungannya dengan ukuran gempa dan  jarak episenter) lebih cepat dibanding percepatan tanah. Oleh karena itu, gempa dengan frekuensi tinggi (dekat dengan episenter) cenderung mempunyai /= tinggi (= rendah) dan gempa dengan frekuensi rendah (jauh dari episenter) cenderung mempunyai /= rasio rendah (= masih relatif tinggi).

!empagempa dengan kandungan frekuensi rendah cenderung mengakibatkan kerusakan besar pada bangunan bertingkat banyak  (fleksibel/frekuensi rendah). 5al tersebut terjadi karena gempa dengan frekuensi relatif rendah membebani struktur yang mempunyai frekuensi yang rendah juga. Kesamaan atau kedekatan frekuensi antara frekuensi beban dan frekuensi struktur  akan cenderung mengakibatkan resonansi yang akan mengakibatkan respon struktur menjadi sangat besar.

2. E*e" +enis %ana& %e!a&adap Peak Ground Acceleration_(PGA)

Kondisi atau jenis tanah telah berpengaruh terhadap percepatan tanah akibatn gempa. Selain jenis, maka jarak situs/ site terhadap sumber gempa juga telah berpengaruh baik terhadap kandungan frekuensi, respon tanah, disipasi

energi dan durasi efektif getaran gempa, dimana hal ini dapat dijelaskan sebagai  berikut%

&. #ada #! yang tinggi, maka hal tersebut berasosiasi dengan gempa  jarak dekat yang mana batuan akan bergetar dengan kandungan frekuensi tinggi, hanya tanah keraslah yang dapat bergetar dengan frekuensi tinggi, oleh karenanya #! tanah keras lebih besar daripada tanah lunak. Konsekuensi yang lain adalah bahwa pada #! yang tinggi, respon tanah dapat mencapai inelastik sehingga redaman material menjadi relatif tinggi. kibat yang timbul adalah percepatan di  permukaan tanah tidak dapat menjadi sangat besar, sehingga amplifikasi

yang terjadi relatif kecil.

'. #ada #! yang kecil, maka hal tersebut berasosiasi dengan gempa jarak   jauh atau memang gempa relatif kecil. !empa jarak jauh cenderung

mempunyai kandungan frekuensi rendah, sedangkan tanah lunak juga  bergetar dengan frekuensi rendah, tanah keras tidak dapat bergetar 

dengan frekuensi rendah. Oleh karena itu, pada kondisi tersebut  percepatan di tanah lunak lebih besar daripada percepatan di tanah keras. Kebalikan dari kondisi sebaliknya, karena percepatan tanah relatif kecil maka respon tanah masih bersifat elastil, akibatnya redaman material tanah masih relatif kecil. Sebagai konsekuensinya adalah percepatan di  permukaan tanah relatif jauh lebih besar daripada percepatan di !ase

rock , sehingga amplifikasi menjadi relatif besar.

. REPON PE%R#M

$enurut teori dinamika struktur, salah satu cara untuk   menghitung/menentukan simpangan, gayagaya dinamik pada struktur derajat kebebasan banyak ( Multi "egree of #reedom$ M"%# ) adalah dengan memakai metode espon Spektruk. Selain itu, respon spektrum juga dapat dimanfaatkan untuk keperluan praktis yaitu untuk menentukan A strenght demand B dalam bentuk  gaya horiContal akibat gempa dengan cara pendekatan. #endekatan yang

dimaksud adalah beban gempa yang awalnya merupakan beban dinamik  kemudian disederhanakan menjadi beban eki<alen statik.

espon spektrum adalah suatu spektrum yang disajikan dalam bentuk  garfik/plot antara periode getar struktur , lawan responrespon maksimumnya untuk suatu rasio redaman dan beban gempa tertentu sehingga suatu spektrum maksimum suatu gempa tertentu kadangkadang dinyatakan dalam fungsi%

S:(D,.,E,S) S=(D,.,E,S) S(D,.,E,S) :imana % D 9 rasio redaman  9 periode getar   E 9 daktilitas struktur  S 9 jenis tanah

espon spektrum suatu struktur S:OF akan bergantung pada beban gempa, rasio redaman, periode getar, daktilitas struktur dan jenis tanah setempat dimana umumnya beban gempa, rasio redaman, daktilitas dan jenis tanah sudah dijadikan suatu <ariabel kontrol sehingga grafik yang ada tinggal di plot antara  periode getar  lawan nilai simpangan, kecepatan atau percepatan maksimum.

.1 a"to!-a"to! ang Mempenga!u&i Bentu"/Nilai pe"t!um

erdapat beberapa hal/faktor yang akan mempengaruhi bentuk/nilai spektrum, diantaranya adalah%

&. Kandungan frekuensi

Kandungan frekuensi yang berbeda berarti bentuk spektrum akan  berbedabeda untuk gempa yang berbeda, untuk gempa bumi dengan kandungan frekuensi tinggi maupun rendah akan mempunyai  bentuk/nilai yang sangat berbeda dengan gempa yang mempunyai

kandungan frekuensi menengah. '. #engaruh rasio redaman

Semakin besar redaman struktur, maka respon struktur akan semakin kecil.

.2 Ampli*i"asi pe"t!um %e!&adap Ge!a"an %ana&

!erakan tanah akibat gempa dapat berupa rekaman riwayat percepatan tanah. #ercepatan tanah tersebut dapat dilakukan integrasi sehingga diperoleh riwayat kecepatan dan simpangan tanah akibat gempa. pabila dipandang suatu struktur S:OF sangat kaku sehingga seolaholah menyatu dengan tanah, maka apabila terjadi gempa, percepatan massa struktur akan sama dengan percepatan tanah (prinsip rigid !ody motions). pabila struktur S:OF mempunyai kekakuan yang sangat kecil/sangat fleksibel, maka massa hampir tidak bergerak walaupun tanah dasarnya bergerak karena gempa. 5al ini terjadi karena kekakuan struktur  demikian lemah sehingga tidak mampu mentransfer gaya/kekuatan yang ditimbulkan oleh gerakan tanah untuk menggerakkan massa. #ada kondisi seperti ini, maka simpangan massa hampir sama atau sama dengan simpangan tanah akibat gempa. :ua kondisi ini akan menjadi karakter penting pada respon spektrum.

Kondisi yang terjadi pada struktur yang sangat kaku yaitu percepatan massa sama dengan percepatan tanah pada umumnya disebut equal acceleration. Kondisi yang kedua yaitu simpangan massa sama dengan simpangan tanah umumnya disebut equal displacement . 6mumnya, respon massa akan lebih besar  daripada percepatan di tanah keras (!ase rock ). asio antara respon massa (percepatan, kecepatan dan simpangan) terhadap gerakan tanah keras (!ase rock )  juga disebut dengan amplifikasi, yaitu amplifikasi spektrum.