Analisis Percepatan Getaran Tanah Maksimum dan Tingkat
Kerentanan Seismik Daerah Ratu Agung Kota Bengkulu
Refrizon, Arif Ismul Hadi, Kurnia Lestari dan Tria Oktari
Fisika FMIPA UNIB Jalan W.R. Supratman Bengkulumrrefrizon@yahoo.com
Abstrak. Bengkulu merupakan daerah aktif gempa bumi yang disebabkan oleh posisinya
secara geografis terletak dekat dengan pertemuan lempeng Indo-Australia dan lempeng Eurasia. Kejadian gempabumi besar 7,3 SR tahun 2000 dan 7,9 SR tahun 2007 menyebabkan kerusakan parah berupa amblasan permukaan tanah di Ratu Agung Bengkulu. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui nilai percepatan getaran tanah maksimum dan kerentanan seismik di daerah sekitar terjadinya amblasan tersebut. Pengambilan data dilakukan pada 3,8036º-3,8057ºLS dan 102,2810º-102,2827ºBT menggunakan seismogram yang dilengkapi sensor DS-4A dan TDL-303 Digital Portable Seismograph untuk mendapatkan frekwensi dominan getaran dan GPS untuk menentukan posisi. Nilai percepatan getaran tanah dihitung dengan persamaan Kanai dan data gempa dari BMKG Kepahiang yaitu data kegempaan Bengkulu selama 41 tahun (1970-2011) dengan Magnitudo ≥5 SR dan kedalaman ≤70 km. Percepatan getaran tanah maksimum di Ratu Agung berkisar 136,95-380,26 gal yang berada pada skala VIII dan IX Modified Mercalli Intensity (MMI). Indeks kerentanan seismik tertinggi 8,677 dengan ketebalan lapisan sedimen 47,99 m serta indeks kerentanan seismik terendah 1,057 dengan ketebalan lapisan sedimen 18,59 m. Titik yang mengalami kerusakan cukup parah yang ditandai terjadi amblasan tersebut memiliki indeks kerentanan seismik yang besar serta bersesuaian dengan ketebalan sedimen dan tingkat kerusakan pada saat terjadi gempabumi.
Kata Kunci. Percepatan Getaran Maksimum, Kerentanan Seismik, Seismometer, Kanai.
PENDAHULUAN
Pulau Sumatera dapat dicirikan oleh tiga sistem tektonik. Ketiga sistem tektonik tersebut adalah zona subduksi oblique dengan sudut penunjaman yang landai, sesar Mentawai dan zona sesar besar Sumatera. Zona subduksi di Pulau Sumatera, sering menimbulkan gempa tektonik. Bengkulu disamping dipengaruhi oleh subduksi juga oleh sumber gempa tektonik di daratan yakni sesar besar Sumatera (patahan semangko). Kondisi ini menyebabkan Bengkulu sangat rawan terhadap bencana gempabumi. Bengkulu sejak tahun 2000 telah digoncang dua kali oleh gempa tektonik berskala besar yaitu pada tahun 2000 dan tahun 2007. Menurut data BMKG, pada tanggal 4 Juni 2000, Bengkulu digoncang gempabumi tektonik dengan kekuatan 7,3 Skala Richter (SR).
Kemudian gempa besar kembali terjadi pada tanggal 12 September 2007 dengan kekuatan 7,9 SR. Gempa utama maupun gempa susulannya telah banyak menelan korban jiwa, harta benda, dan menghancurkan fasilitas umum. Bengkulu sejak dulunya telah sering digoncang gempa besar seperti pada tanggal 24 November 1833 (VIII-IX MMI), 18 Agustus 1938 (VII MMI), 18 Agustus 1871 (VI-VII MMI), 26 Juni 1914 (VII-VIII MMI), 24 Nopember 1933 (VIII- IX MMI) dan 15 Desember 1979 (VIII MMI) [2].
Respon batuan terhadap getaran gelombang seismik yang melewatinya akan berbeda-beda, tergantung pada jenis batuan. Karakter respon batuan tersebut dapat menunjukkan spesifik dari jenis suatu batuan [3]. Berdasarkan fakta empiris, dapat diketahui bahwa antara satu tempat dengan tempat yang lain memiliki
karakteristik dinamik tanah yang berbeda-beda. Adanya variasi ini pada dapat diidentifikasi melalui analisis data mikrotremor.
Daerah Ratu Agung mengalami kerusakan yang paling parah dari dua kali gempa besar di Bengkulu. Berdasarkan pengamatan, khususnya untuk kejadian gempa tahun 2000 dan tahun 2007 diketahui bahwa di daerah ini mengalami kerusakan bangunan yang sangat parah, dibandingkan daerah-daerah lain di Kota Bengkulu. Secara garis besar tingkat kerusakan akibat gempa bergantung dari kekuatan dan kualitas bangunan, kondisi geologi, geotektonik lokasi bangunan, percepatan getaran tanah dan tingkat kerentanan seismik di suatu lokasi gempa bumi [5]. Kerentanan seismik menunjukkan besar kecilnya tingkat kerusakan yang akan ditimbulkan oleh suatu gempabumi. Karakteristik lapisan sedimen dapat diketahui dari pengukuran frekuensi dominan (f0) dan faktor amplifikasi (A),
spektral rasio H/V (horinzontal per vertikal).
Kota Bengkulu tersusun oleh batuan dasar berupa Batu gamping terumbu yang tersusun oleh sisa terumbu karang. Batuan ini bersifat padat atau berongga, kemampuan meloloskan airnya beragam tergantung dari banyaknya rongga. Batu gamping terumbu ini memiliki daya dukung terhadap pondasi tergolong kurang baik, sehingga konstruksi bangunan harus kokoh dan kuat. Tanah hasil pelapukannya bertekstur lempung.
Penelitian ini bertujuan untuk membuat peta percepatan getaran tanah maksimum (PGA) dan kerentanan seismik (K) di kota Bengkulu, khususnya sekitar daerah rawan kerusakan yang parah oleh bencana gempa bumi. Gelombang yang dirambatkan dari sumber gempa bumi berupa gelombang badan dan gelombang permukaan. Gelombang badan yaitu gelombang P yang lebih cepat dari gelombang S. Gelobang permukaan (Rayleigh dan Love) lebih
lambat, tetapi memiliki amplitudo yang besar sehingga amat merusak. Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan metode HVSR dengan merekam ambient noise atau getaran alami yang timbul dari alam. Konsep HVSR dikembangkan berdasarkan kenyataan bahwa mikrotremor didominasi oleh gelombang geser. Gelombang mikrotremor tersusun atas gelombang Rayleigh dan Love dengan proporsi tertentu. HVSR ini dianggap sama dengan fungsi transfer antara getaran gelombang pada sedimen dan bedrock. Amplitudo dan frekuensi merepresentasikan amplifikasi dan frekuensi setempat.
METODE PENELITIAN
Daerah penelitian difokuskan pada daerah Ratu Agung Bengkulu yang medapatkan dampak kerusakan lebih parah akibat gempa bumi tahun 2000 dan 2007 (Gambar1). Titik-titik stasiun pengambilan data ditentukan posisinya dengan GPS (Global Positioning System) dan dilakukan langkah-langkah untuk mendapatkan frekwensi dominan. Pengambilan data ini menggunakan Seismometer Portable short period tipe TDL 303S (3 komponen), yang digunakan untuk merekam getaran.
Data hasil pengukuran lapangan merupakan data getaran tanah dalam fungsi waktu. Data tersebut tersusun atas 3 komponen, yaitu komponen vertikal (up and down), horizontal (North-South dan East-West). Selanjutnya data numerik dari rekaman gelombang yang terukur dapat digunakan untuk mendapatkan frekwensi dominan. Untuk itu dipakai beberapa software pendukung yaitu Datapro dan Geopsy untuk menentukan nilai frekuensi dominan. Berdasarkan nilai frekwensi dominan yang diperoleh kemudian dihitung PGA setiap stasiun pengukuran serta ketebalan lapisan penutup.
Gambar 1. Lokasi penelitian
Perhitungan nilai PGA menggunakan persamaan Kanai, yaitu:
√
( ) ( ) (13)
Dengan adalah percepatan getaran, T periode dominan, Ms magnitude gelombang
permukaan, R jarak stasiun pengukuran dengan sumber gempa. Data gempa yang digunakan dalam perhitungan PGA adalah gempa yang terjadi disekitar Bengkulu. Gempa tersebut yang memiliki magnitudo ≥ 5 SR dalam tahun 1970-2011 dari BMKG Kepahiyang Bengkulu. Dari pengolahan rekaman data getaran 3 komponen (horizontal 2 komponen dan vertical 1 komponen) serta menguraikan spectrum gelombang untuk mendapatkan perbandingan spectrum horizontal terhadap vertical (Horinzontal to Vertikal Spectral Ratio, HVSR). Pendekatan analisis gelombang badan untuk mendapatkan frekuensi dasar lebih tepat daripada gelombang permukaan, sehingga diperoleh frekwensi dominan (f) dan faktor amplifikasi (A). Dari hubungan keduanya dapat diketahui kerentanan seismiknya (K), seperti persamaan berikut [11]:
(2)
Amplifikasi adalah peningkatan amplitudo gelombang komponen horizontal dibandingkan dengan amplitude gelombang komponen vertikal. Lapisan rapuh atau lunak menguatkan komponen horizontal, tetapi tidak menguatkan komponen vertical. Ketebalan lapisan lunak di permukaan dapat dihitung dengan persamaan:
(3)
Dengan Vs adalah kecepatan gelombang
sekunder pada kedalaman 30 meter dan f adalah frekwensi pada amplifikasi maksimum.
Seluruh hasil pengkuran dan perhitungan pada setiap stasiun pengukuran selanjutnya dapat dibuat peta PGA, kedalaman lapisan penutup di permukaan, serta kerentanan seismik dengan Software Surfer. Kecepatan gelombang S (Vs) pada basement (batuan dasar) untuk semua titik pengukuran digunakan 340 m/s yang didapatkan dari data USGS.
HASIL DAN PEMBAHASAN Berdasarkan hasil pengukuran frekwensi dominan di setiap stasiun pengukuran dan perhitungan nilai percepatan getaran dengan menggunakan persamaan (1) diperoleh hasilnya seperti Gambar 2. Daerah yang berwarna merah memiliki nilai PGA paling besar yaitu 330-380 gal.
Berdasarkan nilai PGA yang diperoleh serta dengan meninjau kondisi batuan secara geologi di daerah sekitar titik pengukuran (local site effect) nilai PGA bervariasi walaupun batuan dasar tersusun oleh Batu Gamping terumbu. Variasi nilai PGA dipengaruhi juga oleh ketebalan lapisan penutup, kekerasan dan kontras fisis antara lapisan penutup dan batuan dasar. Batuan dasar di daerah penelitian adalah jenis batu gamping terumbu yang terdiri dari kerikil, lanau, lempung dan pasir bersifat lepas hingga agak padat, kemampuan meloloskan airnya rendah hingga sedang dan daya dukung pondasinya sedang.
Indeks kerentanan seismik (Kg) merupakan indeks yang menunjukkan tingkat kerentanan suatu lapisan tanah yang mengalami deformasi. Oleh karenanya indeks ini berguna untuk mendeteksi daerah yang merupakan zona lemah (uncoslidated sediment) pada saat terjadi gempa. Dari pengolahan data hasil pengukuran amplitude getaran dalam arah horizontal dan vertikal diperoleh faktor amplifikasi. Selanjutnya dilakukan perhitungan nilai indeks kerentanan seismik dengan menggunakan persamaan (2) dan perhitungan ketebalan sedimen dengan menggunakan persamaan (3). Nilai indeks kerentanan seismik dan ketebalan sedimen kemudian dipetakan sesuai dengan posisi stasiun pengukuran, seperti pada gambar 3 dan gambar 4.
Gambar 3. Kerentanan seismik Ratu Agung
Gambar 4. Ketebalan sedimen
Indeks kerentanan seismik menggambarkan tingkat kerentanan lapisan permukaan terhadap deformasi saat terjadi gempabumi. Persamaan ini merepresentasikan karakteristik dinamis lapisan sedimen. Nilai indeks kerentanan seismik di setiap titik pengamatan dapat bervariasi walaupun pada geologi yang sama. Berdasarkan peta sebaran indeks kerentanan seismik (Gambar 4), nilai K terbesar pada koordinat 3,804o LS dan 102,277o BT yaitu sebesar 8,677. Nilai K terkecil pada posisi koordinat 3,809o LS dan 102,228o BT yaitu sebesar 1,057. Berdasarkan peta sebaran ketabalan sedimen (Gambar 4) yang diperoleh dari persamaan (3), ketebalan sedimen yang paling tebal pada posisi koordinat 3,804o LS dan 102,278o BT yaitu sebesar 126,67 m dan ketebalan sedimen yang paling tipis pada posisi koordinat 3,805o LS dan 102,278o BT yaitu sebesar 16,86 m. Penelitian ini mempunyai indeks kerentan seismik yang bervariasi. Kerentanan seismik tinggi yaitu > 6, indeks kerentanan sedang 3 – 6, dan indeks kerentanan kecil 3.Merujuk kepada akibat gempa bumi tahun 2000 dan tahun 2007, daerah yang mengalami kerusakan paling parah memiliki indeks kerentanan sesimik sedang sampai tinggi. Pada titik ke 6 dan 11 mempunyai ketebalan sedimen yang relatif tinggi (126,67 dan 109,96 m) tetapi mempunyai nilai kerentanan yang sedang (4,358 dan 3,962). Hal ini disebabkan oleh batuan dasarnya (badrock) memiliki sifat yang hampir sama dengan sedimen yang di atasnya. Pengamatan di lapangan,
permukaan disusun oleh lapisan lempung yang lama terendapkan dan kokoh. Hal ini bersesuaian dengan kenyataan bahwa kerusakan bangunan akibat gempa terjadi pada sedimen lapuk yang tebal atau sedimen lapuk yang terdapat diatas batuan keras.
KESIMPULAN
Nilai percepatan getaran maksimum terbesar terletak berdekatan dengan daerah yang parah kerusakannya yaitu sebesar 380 gal. Daerah yang memiliki nilai percepatan getaran tanah lebih kecil tidak terlalu parah dampak kerusakan bangunannya, nilai terkecil 136,95 gal. Nilai indeks kerentanan seismik Ratu Agung berkisar 1,1 – 8,7 dengan ketebalan sedimen 16,8 – 126,7 m. Nilai indeks kerentanan seismik bersesuaian dengan ketebalan sedimen, kekerasan sedimen dan batuan dasar terhadap tingkat kerusakan pada saat terjadi gempabumi.
UCAPAN TERIMA KASIH Terimakasih dan penghargaan disampaikan kepada Kepala dan seluruh staf BMKG Kepahiyang Propinsi Bengkulu, atas kerjasama yang telah diberikan baik dalam pengambilan data lapangan maupun telah diberikannya seluruh data gempa yang diperlukan untuk penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA
Natawidjaja,D.H. 2005. Menyimak Gempabumi Dan Tsunami Aceh 26 Desember 2004 Untuk Rekontruksi Aceh dan Mitigasi Bencana Di Sumatera Dan Daerah Lainya. Makalah Potensi Gempa Dan Tsunami. IAGI. Bandung. Badan Meteorologi dan Geofisika, 2007,
Database Gempa BMKG Kepahiang. BMKG Kephayang, Bengkulu.
Advances in Seismology with Impact on Earthquake, International Handbook of Earthq. and Engineering Seismology, Volume 81.
Nakamura Y. 1989. A Method for Dynamic Characteristic Estimation of SubSurface using Microtremor on the Ground Surface .Q.R. of R.T.I. 30-1, pp. 25. Edwiza, D dan Novita, 2008, Pemetaan
Percepatan Tanah Maksimum dan Intensitas Seismik Kota Padang Panjang Menggunakan Metode Kanai. Teknik A No. 29 Vol.2: UNAND.
Gafoer, T.C dan Pardede R. 1992. Geology of the Bengkulu Quadrangle, Sumatera. Geological Research and Development Center: Indonesia
Kramer, S.L. 1996. Geotechnical Earthquake Engineering. Prentice Hall Inc. New Jersey.
Bonnefoy-Claudet, S, Cotton, F., Bard, P.Y. 2006. The nature of noise wavefield and its applications for site effects studies,
Earth-Science Reviews.
doi:10.1016/j.earscirev.2006.07.004 Konno, K., and Ohmachi, T. (1998).
Ground-Motion Characteristics Estimated from Spectral Ratio between Horizontal and Vertical Components of Microtremor. Bulletin of the Seismological Society of America, vol. 88, No. 1, pp 228-241.
Dal Moro, G.(2010). Some Thorny Aspects about Surface Wave and HVSR Analyses: an Overview. Bollettino di Geofisica Teorica e Applicata, special issue, submitted.
Nakamura. Y, 2000., Clear Identification of Fundamental Idea of Nakamura‘s Technique and Its Application. Proc XII World Conf. Earthquake Engineering. New Zealand, 2526.
Lermo, J dan Chavez-Garcia F.J. 1994. ―Are Microtremors Usefull in Site
Respons Evaluation. Bull-seism. Soc. Am. 84. pp. 1350-1364.
Daryono. 2009. Efek Tapak Lokal (Local Site Effect) di Graben Bantul Berdasarkan Pengukuran Mikrotremor. Internasional Confrence EarthScience and Technology : Yogjakarta
Songkono dan Santosa, B.J. 2011. Karakteristik Kurva Horizontal to Vertikal Spectral Ratio: Kajian Literatur dan Pemodelan. Jurnal Neutrio.Vol. 4, No.1
