DINAMIKA TANAH DAN KEGEMPAAN

(1)

KODE MK: 08013152053

TOPIK KE – 2

IDENTIFIKASI SUMBER GEMPA

Disusun oleh:

Yusep Muslih Purwana Prodi Teknik Sipil FT UNS

Lab. Mekanika Tanah FT UNS, Jl Ir Sutami 36 a Surakarta

1

(2)

DEFINISI

Gempa bumi adalah getaran permukaan bumi yang diakibtakan oleh

pelepasan energi secara tiba-tiba dari lapisan lithosphere yang merambat melalui gelombang seismic. Disebut juga tremor atau temblor. ( wikipedia, 2019)

By: Yusep Muslih Purwana

Prodi Teknik Sipil FT UNS

2

(3)

Sumber Gempa Bumi

• Volcanoes activity  7%

• Tectonic  Karena interaksi plat

tektonik (subduksi dan sesar), > 50%

gempa

• Runtuhan  Misalnya pada aktifitas penambangan bawah tanah

• Explosion  misalnya ledakan nuklir, dll

3

(4)

Volcanic Earthquake

4

• Mungkin terjadi akibat

pergerakan magma di bawah lapisan tanah.

• Bisa juga terjadi akibat aktifitas tektonik seperti di Gunung

Kilauea (Hawaii)

• Letusan Gn. St. Helens di USA

menimbulkan gempa M S 5.1

yang mengakibatkan longsoran

lereng besar.

(5)

Model Sumber Gempa Tektonik

1. Subduksi

Merupakan model sumber gempa dari data seismotektonik yang sudah teridentifikasi dengan baik. Parameter dari model ini meliputi lokasi subduksi yang dituangkan dalam koordinat latitude dan longitude, kemiringan bidang subduksi (dip), rate dan b-value dari area subduksi yang bisa didapatkan dari data gempa historis, serta batas kedalaman area subduksi.

2. Fault (sesar)

Merupakan model sumber gempa tiga dimensi. Parameter-parameter yang diperlukan untuk analisis probabilitas dengan model sumber gempa sesar adalah fault trace, mekanisme

pergerakan, slip-rate, dip, panjang dan lebar fault.

3. Background

Model ini memprediksikan bahwa kejadian gempa yang lebih besar kemungkinan dapat terjadi di daerah sekitar gempa-gempa kecil sampai sedang yang telah terjadi sebelumnya. Model sumber gempa background ini sangat sesuai untuk daerah yang data tektoniknya belum teridentifikasi dengan jelas, tapi di daerah tersebut mempunyai sejarah kejadian gempa.

5

(6)

Tectonic Earthquake

Subduction

6

• Ada beberapa bagian dari plat lithosphere yang naik dan ada juga yang turun

• Apabila 2 plat bertabrakan dengan proses disebut subduction. Kejadian seperti ini sering mengakibatkan gempa besar.

• Pada daerah sekitar subduksi ini terkadang terdapat aktifitas vulkanik.

(7)

Megathrust

Megathrust adalah Zona Subduksi yang memiliki sejarah gempa yang memiliki banyak gempa berkekuatan 8,0 hingga 9,0

Contoh megathrust:

1. Sunda Megathrust yang berada di Sumatra yang membentang dari Selat Sunda hingga Kepulauan Nikobar

2. Chile 3. Jepang

7

(8)

Zona Benioff

• Zona Benioff merupakan suatu zona miring yang terentang melalui kerak bumi dan mantel atas sepanjang suatu tepian benua.

• Zone ini merupakan zone subduksi

namun memiliki sudut tukik yang curam dan tajam.

8

(9)

9

Tectonic Earthquake

Sesar/Fault

(10)

Gempa Runtuhan

10

(11)

Ladakan Nuklir

11

(12)

Lokasi Sumber Gempa Bumi

• Data Lokasi Epicenter:

- Latitude - Longitude

• Data Lokasi Hypocenter:

- Latitude - Longitude - Depth

12

(13)

Epicentral/Hypocentral Distance

By: Yusep Muslih Purwana Prodi Teknik Sipil FT

UNS

13

(14)

Kedalaman dan Jarak Sumber Gempa

• Berdasar kedalaman (USGS):

1. Gempa dangkal : < 70 km (paling berbahaya), 2. Gempa sedang : 70 km – 300 km

3. Gempa dalam : > 300 km

• Berdasar jarak epicentrumnya:

1. Gempa setempat: < 1000 km,

2. Gempa jauh: 1000 km – 10.000 km, dan 3. Gempa sangat jauh: > 10.000 km

14

(15)

Gempa Dangkal dan Dalam

15

(16)

Bagaimana memprediksi lokasi epicenter dan focus??

16

(17)

Rambatan gelombang gempa dibedakan:

1. Gelombang badan (body wave): gelombang yang merambat di dalam lapisan bumi.

Yang termasuk gelombang ini adalah P (Primary) wave dan S (Secondary) wave.

Gelombang P ini bersifat compression, sedangkan gelombang S bersifat shear (geser) 2. Gelombang Permukaan: gelombang yang merambat di permukaan bumi; dibedakan

menjadi Rayleigh wave (R) dan Love wave (L)

17

Perambatan Gelombang Gempa Bumi

(18)

Patterns of seismic wave propagation through Earth’s mantle and core. S-waves do not travel through the liquid outer core, so they leave a shadow on Earth’s far side. P-waves do travel through the core, but because the waves that enter the core are refracted, there are also P-wave shadow zones. [SE]

18

Perambatan Gelombang Gempa Bumi

(19)

Depiction of seismic waves emanating from an earthquake (red star). Some waves travel through the crust to the seismic station (at about 6 km/s), while others go down into the mantle (where they travel at around 8 km/s) and are bent upward toward the surface, reaching the station before the ones that travelled only through the crust.

19

Perambatan Gelombang Gempa Bumi

(20)

20

Perambatan Gelombang Gempa Bumi

(21)

P, S, R, L Waves

21

(22)

Vs dan Vp

22

(23)

Vp dan Vs

23

(24)

Body Wave Behavior

Type Particle motion Typical velocity Other

P wave

Compression, Primary, Longitudinal

Berubah-ubah: dorong (compression) dan Tarik (dilation). Arah gerakan searah dengan perambatan gelombang

Vp = 5 -7 km/s in crust Vp > 8 km/s in mantle and core

Vp = 1.5 km/s in water Vp = 0.3 km/s in water Typical value: 6 km/s Kecepatan naik seiring dengan kedalaman, mengapa?

Secara umum: Vp = 3 x Vs

Merambat paling cepat

S wave, Shear, Secondary, Transverse

Tegak lurus perambatan gelombang, gerakan naik turun,

V

S

= 3 -4 km/s in crust V

_S

> 4.5 km/s in mantle V

_S

= 2.5- 3 km/s in soild (inner core)

Typical value: 4 km/s Kecepatan naik seiring dengan kedalaman, mengapa?

Tidak merambat di fluida, di air, di udara, dan magma cair.

24

(25)

Surface Wave Behavior

Type Particle motion Typical velocity Other

L Love wave Long wave

Transfersal, horizontal, tegal lurus perambatam

gelombang, parallel permukaan bumi.

V

_L

= 2 -4.4 km/s in earth, sedikit lebih cepat dari Rayleigh wave.

Besar di permukaan dan mengecil di

kedalaman, dispersive.

Semakin dalam,

amplitude semakin kecil.

Semakin rendah frekuensi, merambat semakin dalam.

R wave,

Rayleigh, Long wave, ground roll.

Searah dan tegak lurus perambatan gelombang, lintasan eliptik

V

_R

= 2 -4.2 km/s in earth,

depending of frequency Dispersive, amplitude berkurang di kedalaman.

Mirip gelombang air.

Semakin rendah frekuensi, merambat semakin dalam

25

(26)

Modulus Young dan Modulus geser

26

(27)

Poisson Ratio

27

(28)

Kecepatan Gelombang Vs di Media

28

(29)

Surface Wave

29

 V R = 90 % V S

 Panjang gelombang dan periode lebih panjang

 Dapat menjangkau daerah yang jauh di permukaan bumi

 Kebanyakan keruskan yang besar akibat gempa bumi adalah

karena Long wave

(30)

Penentuan Letak Epicenter

• Diperlukan paling tidak 3 stasiun pengamatan di tempat berbeda

• Dapatkan data seismogram utk memperoleh lag time (beda waktu antara P wave dan S wave)

• Dihitung masing-masing jarak epicenter, gunakan metode baji

• Buat lingkaran dari stasiun pengamatan dengan jari2 jarak epicenter

• Lakukan terhadap 3 stasiun pengamatan

• Pertemuan ketiga lingkaran adalah letak epicenter

30

(31)

31

(32)

Earthquake Recording dengan Satelit

32

(33)

By: Yusep Muslih Purwana Prodi Teknik Sipil

FT UNS

33

(34)

Penentuan Letak Epicenter

• Diperlukan paling tidak 3 stasiun pengamatan di tempat berbeda

• Dapatkan data seismogram utk memperoleh lag time (beda waktu antara P wave dan S wave)

• Dihitung masing-masing jarak epicenter, gunakan metode baji

• Buat lingkaran dari stasiun pengamatan dengan jari2 jarak epicenter

• Lakukan terhadap 3 stasiun pengamatan

• Pertemuan ketiga lingkaran adalah letak epicenter

34

(35)

Jarak Epicenter

• Ambil data dari satu seismogram

• Tentukan waktu kedatangan P wave dan S wave

• Tentukan lag time (S-P time interval)

• Plot lag time pada kurva utk mendapatkan distance

• Misalnya P wave datang pada 9.08, dan S wave pada 9.15, maka lag time

= 7 menit  (S-P interval)

• Tarik tinggi 7 menit ke S-P interval, lanjutkan sampai berpotongan sumbu jarak  hasinya: 5400 km, ini adalah ja rak episenter

• Contoh lain: Pada gambar kanan utk 13.7 min – 7.4 min = 6.3 min

diperoleh epicenter 4000 km

35

Catatan: Jarak episenter D dapat diestimasi dengan formula:

1) D = 1000 x t – 1500  untuk far distance, (t dlm menit; D dlm km)

2) D = 8 t  untuk local earthquake (t dlm detik; D dlm km)

(36)

Contoh:

Misalnya hasil analisis data dari 3 buah seismograph sbb:

- Jarak epicenter seismograph 1 = 2000 km - Jarak epicenter seismograph 2 = 4000 km - Jarak epicenter seismograph 3 = 6000 km Hasil plot dari ke 3 data tsb seperti Gambar.

Dari data seismograph 1 baru diketahui perkiraan radius sebarang lokasi.

Jika ditambah dengan data seismograph 2 diperoleh 2 kemungkinan lokasi.

Setelah dilengkapi dengan data ke 3, prediksi lokasi secara tepat bias lebih bagus.

36

(37)

(Video)

37

(38)

Seismograph

38

Ancient Seismograph

Modern seismograph

(39)

Seismogram

By: Yusep Muslih Purwana Prodi

Teknik Sipil FT UNS 39

(40)

Seismic Record

40

(41)

Penentuan Focus

- Penentuan lokasi hypocenter cukup rumit karena menyangkut karakteristik gelombang serta perambatannya melalui media lapisan tanah. Analisis hitungannya menggunakan formulasi regresi linear meliputi 4 variable; koordinat lokasi hypocenter (x, y, z) dan penghitungan kedatangan gelombang P dan S menggunakan forward ray tracing algorithm.

- Karena ada ketidaktentuan dalam fenomena gelombang gempa ini, maka focal depth ini sulit utk ditentuka secara eksak.

- Metode yang paling akurat adalah dengan membaca kedalaman fase dari data seismogram. Menggunakan travel-time curves atau table.

- Apabila gelombang pP dan sP dapat diidentifikasi dari seismogram, maka kedalaman focus baru bisa diprediksi.

41

(42)

Elastic Rebound Theory

42

(43)

Model Sumber Gempa

43

(44)

Interkasi Plat Tektonik

Pertemuan plat tektonik berinterkasi di dengan 3 cara:

1. Divergent

2. Convergent  Subduksi, misalnya sepanjang pantai Pasifik dari

Amrerika Selatan dan Tengah;

Busur Karibia. Biasanya plat yang lebih muda kalah dan tenggelam 3. Horisontal, misalnya sesar San

Andreas di California (antara plat Amerika Utara dan Pasifik), dan sesar North Anatolian di Turki (Plat Anatolian dan Eurasian)

44

(45)

Interaksi antar Plat

45

(46)

DIP, SLIP, STRIKE

46

(47)

Orientasi Bidang

Strike (S), Dip (y), Dip Direction (D)

47

Dari gambar sebelah:

•Strike adalah garis pada bidang horizontal yang merupakan perpotongan bedding plane dengan horizontal plane

•Arah strike: N30E, artinya membentuk sudut 30

^o

daru utara ke timur. Simbol ini memiliki arti yang sama dengan S30W, membentuk 30

^o

dari selatan ke barat.

•Garis OA disebut juga garis Dip, dan garis ini selalu tegaklurus strike.

•Bidang vertical OBA memotong bidang horizontal.

Perpotongan ini membentuk sudut a terhadap arah Utara.

Sudut ini disebut Dip direction = dip azimuth. Pembacaan dimulai dari utara searah jarum jam.

•Terkait dengan arah dip, biasa dipakai symbol misalnya

40/210, maksudnya kemiringan dip = 20

^o

dengan arah 210

^o

(48)

Terima Kasih

48