studi percepatan gempa maksimum dengan

PRESENTASI TUGAS AKHIR
STUDI PERCEPATAN GEMPA MAKSIMUM
PETA GEMPA INDONESIA DI DAERAH
ISTIMEWA YOGYAKARTA
Nama Mahasiswa:
Riski Purwana Putra
NRP 3108 100 062
Dosen Pembimbing :
Tavio, ST., MT., Ph.D.
Iman Wimbadi, Ir., MS.
Kurdian Suprapto, Ir., MS.
PENDAHULUAN
Latar Belakang
•
Indonesia
terletak
pada
pertemuan tiga lempeng aktif
dunia
•
Salah satu daerah dengan resiko
potensi terjadi gempa besar
adalah Propinsi D.I Yogyakarta.
•
Dampak dari gempa bumi sangat
terpengaruhi oleh persamaan
atenuasi.
•
Pada
studi
Tugas
Akhir
sebelumnya, perhitungan untuk
mencari PGA belum terintegrasi
ke dalam sistem perangkat lunak.
Perumusan
Permasalahan Utama :
•
Bagaimana
cara
melakukan
perhitungan percepatan gempa
maksimum di suatu lokasi secara
terintegrasi berbasis perangkat
lunak?
Masalah
Permasalahan Rinci :
•
Bagaimana cara memperoleh data
gempa di suatu daerah?
•
Bagaimana cara mengolah serta
melakukan analisa terhadap data
gempa yang diperoleh?
•
Bagaimana
persamaan
gempa?
•
Bagaimana
cara
memperoleh
percepatan gempa maksimum
dengan
menggunakan
teori
probabilitas ?
cara
memperoleh
regresi dari data
Tujuan
Tujuan Utama :
•
Dapat melakukan perhitungan
percepatan gempa di suatu titik
yang ditinjau secara terintegrasi
berbasis perangkat lunak.
Tujuan Rinci :
•
Dapat memperoleh data gempa.
•
Dapat mengolah data gempa.
•
Mendapatkan persamaan regresi
dari data gempa.
•
Mendapatkan percepatan gempa
maksimum
dengan
teori
probabilitas.
Batasan
Masalah
Untuk mengantisipasi terjadinya penyimpangan terhadap
permasalahan yang mungkin meluas dalam Tugas Akhir ini,
maka berikut adalah batasan masalah yang telah disepakati:
•
Data gempa yang diambil adalah data pada koordinat di Kab.
Bantul, Propinsi D.I Yogyakarta.
•
Regresi dilakukan untuk data gempa M > 5
•
Perhitungan hanya untuk memperoleh nilai percepatan gempa
maksimum menggunakan Metode Distribusi Gumble dan PSHA
•
Untuk pengoperasian program perhitungan percepatan gempa
maksimum yang berbasis perangkat lunak, penulis menggunakan
Bahasa program bantu Microsoft Visual Basic 6.0
TINJAUAN PUSTAKA
Tinjauan
•
Pustaka
Umum
Gempa bumi merupakan getaran atau guncangan yang terjadi di
permukaan bumi akibat pelepasan energi dari dalam secara tibatiba yang menciptakan gelombang seismik. Gempa bumi biasa
disebabkan oleh pergerakan kerak bumi (lempeng bumi).
Percepatan gempa di permukaan dapat dinyatakan dalam “g”
(percepatan akibat gravitasi bumi, setara dengan gaya gravitasi
bumi) bak sebagai desimal atau prosentase, dalam m/s2 (1 g =
9,81m/s2); atau dalam “gal” , dimana 1 Gal sama dengan 0.01
m/s2 (1g=981 Gal).
Tinjauan
•
Pustaka
Studi Gempa untuk Propinsi D.I. Yogyakarta
Pengaruh faktor beban rencana dari gempa yang ditinjau dalam
perencanaan struktur. Akibat pengaruh gempa rencana, struktur
harus masih bisa berdiri, walaupun sudah berada dalam kondisi di
ambang keruntuhan. Gempa rencana ditetapkan dengan periode
ulang 500 tahun, agar probabilitas terjadi terbatas pada 10%
selama umur bangunan 50 tahun (SNI-03-1726-2002).
Tinjauan
•
Pustaka
Katalog Gempa
Dalam membuat model statistik probabilitas dari suatu sumber
gempa diperlukan katalog gempa dan data seimogenic. Data
kejadian gempa historik yang pernah terjadi di wilayah Indonesia
dan sekitarnya dikumpulkan dari U.S. Geological Survey (NEICUSGS), dan dilengkapi oleh program bantu dalam menetapkan
lokasi dan titik tinjau.
METODE
PENELITIAN
Diagram
Alir
METODOLOGI TUGAS AKHIR :
START
Running program
Studi Literatur dan Tinjauan
Pustaka
Pengumpulan Data
Data gempa dari USGS
Pengolahan Data Gempa
Pembuatan Alur Program
Pembuatan program berdasarkan :
 metode Gumble
 metode PSHA
Error
A
B
A
Not OK
B
OK
Kontrol Perhitungan
Kesimpulan dan Saran
OK
FINISH
Metode
Gumble
START
Pengambilan Data Gempa
Konversi Satuan magnitude gempa untuk
diolah selanjutnya menggunakan metode
Gumble
Menghitung persamaan atenuasi dengan data
gempa yang telah disortir dengan M>5
Menghitung koeifisen A,B,α,β, dari regresi
persamaan atenuasi Matuscha
Menghitung hubungan antara periode ulang
(T) dan percepatan (a)
Grafik hubungan T dan a
FINISH
(Gumble)
Metode
PSHA
START
Pengambilan Data Gempa
Clustering data gempa dengan M >5
Menghitung persamaan Guttenberg-Richter
untuk mendapatkan regresi perolehan b-line
Menghitung nilai fungsi probabilitas kerapatan
magnitude gempa
Membuat hubungan pertambahan nilai resiko
kemungkinan pencapaian PGA setiap 0.05 g
Grafik Hazard Curve
FINISH
PENGENALAN
PROGRAM BANTU
Umum
Dalam Tugas Akhir ini, Program bantu yang digunakan untuk
menganalisa dan mengintegrasikan perhitungan percepatan gempa
maksimum dbeberapa metode, seperti metode Gumble; dan
Probabilistic Seismic Hazard Analysis (PSHA) adalah sistem
perangkat lunak yang menggunakan bahasa program Visual Basic
6.0. Program analisa percepatan gempa maksimum ini diberi nama
VBE (Visual Basic for Earthquake).
STUDI
KASUS
Pengambilan Data Gempa
Data yang diambil merupakan data yang di sajikan dari National
Earthquake Information Center U.S. Geological Survey (NEICUSGS), yang diunduh dari alamat web:
http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eqarchives/epic/epic_circ.php
Pengambilan Data Gempa
Berikut adalah proses pengambilan data gempa dari katalog USGS
untuk Daerah Istimewa Yogyakarta:
Radius gempa ditinjau
Rentang waktu
Kekuatan gempa
Kedalam gempa
Koordinat titik tinjau
: 500 KM (metode pengambilan data
circural area)
: 01/01/1900 s/d 12/31/2010
: 1 – 9,9 SR
: 1 – 200 KM
: 7.96o LS dan 110o BT.
Pengambilan Data Gempa
• Konversi skala magnitude
Pada output data gempa baris pertama ditampilkan skala gempa dengan
satuan sebesar 4.9 mbGs. Untuk menyeragamkan satuan magnitude gempa,
maka perlu dilakukan perhitungan konversi kejadian gempa seperti contoh
berikut:
Mw
= 0.114mb2 – 0.556mb + 5.560
= 0.114(4.9)2-0.556(4.9)+ 5.560
= 5.57 Mw
Jadi 4.9 mbgs
= 5.57 Mw
Hal ini menunjukkan hasil perhitungan program VBE dalam kasus
menyamakan satuan gempa adalah sama dengan perhitungan secara manual
seperti yang tercantum diatas.
Pengolahan Data Gempa
• Perhitungan jarak Epicenter dan Hyposenter
Perhitungan Metode Gumble
Pada program VBE ini, rekapitulasi data yang tersimpan dalam file
notepad sebelumnya, akan dilakukan pengelompokan data dengan
menyaring paling tidak satu kejadian gempa magnitude maksimum
per tahunnya.
Perhitungan Metode Gumble
Setelah data dikelompokkan dengan kejadian magnitude M>5 seperti
langkah sebelumnya, program VBE akan memasukkan hasil data
gempa yang telah disortir ke dalam sebuah persamaan regresi
Matuscha untuk kemudian menghitung konstanta perumusan
distribusi Gumble seperti nilai A, B, α, dan β.
Perhitungan Metode Gumble
Menurut Kurnia, 2011, dalm studi Tugas Akhirnya yang berjudul
“Evaluasi Percepatan Gempa Untuk Peta Gempa Indonesia Di
Kepulauan Mentawai”, dapat dilihat bahwasanya kurva yang
dihasilkan oleh persamaan Matuscha tampak lebih stabil dibanding
yang lain.
.
a
Perhitungan Metode Gumble
Maka, setelah mendapatkan konstanta A,B, α, dan β, proses
selanjutnya adalah perhitungan korelasi antara periode ulang T dan
percepatan a seperti yang tercantum dalam rumus berikut:
a
,dimana:
a
Perhitungan Metode PSHA
Metode PSHA terus berkembang dan yang terakhir dikembangkan
oleh EERI Committee on Seismic Risk (EERI,1989) dimana teori ini
mengasumsikan magnitude gempa M dan jarak R sebagai variable
acak independent yang menerus. Dalam bentuk umum teori
probabilitas total ini dapat dinyatakan dalam bentuk sebagai berikut:
P( PGA  acc | EQ )   P( PGA  acc | EQ : M , R). f ( M ).M . f ( R).R
R
M
Dimana v adalah annual exeedence rate (dengan nilai lebih tinggi
dari nilai batas Mo) pada sumber gempa I, f (M) dan f(R) berturutturut adalah fungsi kepadatan probabilitas magnitude dan jarak.
P[ PGA> acc│EQ] adalah probabilitas sebuah gempa dengan
magnitude M pada jarak R yang memberikan percepatan maksimum
PGA di lokasi tinjauan dengan nilai yang lebih besar dari acc.
a
Perhitungan Metode PSHA
Dari data gempa yang telah dilakukan proses declustering diatas dan
diambil data gempa dengan magnituda m> 5, kemudian dilakukan
perhitungan statistika untuk data-data gempa. berikut merupakan
penyajian hasil pengolahan data untuk memperoleh b-line.
a
Perhitungan Metode PSHA
Pada metode PSHA, program VBE akan memulai analisa
perhitungan dengan terlebih dahulu menghitung persamaan
Gutterburg-Richter untuk mendapatkan persamaan regresi b-line.
Program VBE juga akan menampilkan persamaan regresi Gutterburg
Richter untuk mendapatkan nilai-β seperti pada gambar berikut ini:
a
Perhitungan Metode PSHA
Dari Gambar 5.14. dapat dihitung juga melalui program VBE
konstanta-konstanta regresinya seperti yang terlihat pada gambar
berikut ini:
Dari data diatas diperoleh nilai = 3.28. Dari nilai tersebut kemudian
dilakukan perhitungan menggunakan rumus fungsi dari magnitude:
f m (M )  ce  ( M m0 )
f m (M )  ce
  ( M  m0 )
c
 3.028e
1.611( M 5)
1
1  e  ( M max m0 )
c
1
1 e
  ( M max  m0 )
 1.00013
a
Perhitungan Metode PSHA
Dari perhitungan diatas dapat dilihat dalam tabel 5.12 dengan selang
kemunculan ΔM = 0.5
Nilai fungsi probabilitas
kerapatan
magnitude gempa
Grafik nilai fungsi probabilitas kerapatan
magnitude gempa
a
Perhitungan Metode PSHA
Sehingga, dapat diperhitungan tingkat kejadian (exceedence rate)
yang diperoleh menggunakan Program VBE adalah sebagai berikut:
Dari data diperoleh data jarak gempa dengan membaginya pada
empat perolehan jarak dengan yang merupakan rata-rata dari setiap
kemungkinan jarak untuk setiap kejadian gempa. data jarak yang
diambil adalah : 73,53 ; 189,78 ; 320,84 ; 446,27. Kemudian dari
kemungkinan jarak yang terjadi dilakukan analisa percepatan gempa
dengan menggunakan atenuasi Matuscha.
a
Perhitungan Metode PSHA
Nilai percepatan gempa untuk kejadian dengan probabilitas kekuatan
dan jarak tertentu
Dari data dalam tabel diatas kemudian dilakukan perhutingan
probabilitas kejadian gempa terlampaui lebih besar dari x, dimana x
adalah > 0,05 g.
 log( acc )  log( PGA) 

P( PGA  acc | EQ : R, M )  1   



log(PGA )


a
Perhitungan Metode PSHA
Dimana nilai dari standart deviasi untuk kejadian beruntun menurut
(Nishenko dan Buland 1987) adalah = 0.205
 log( 0.05)  log( 0.0435) 
P( PGA  acc  0.05 | EQ : R  73.53, M  5.25)  1   

0
.
205


 0.3832826
Berikut adalah penyajian data peningkatan probabilitas tiap-tiap
percepatan gempa dalam tabel yang tercantum di bawah ini.
s/d
a
Perhitungan Metode PSHA
Dari keseluruhan nilai resiko diatas dapat digabungkan menjadi satu
untuk kemudian dapat dilihat peningkatan nilai resikonya. Dalam
tabel 5.21 berikut ini akan disajikan data peningkatan resiko dari
setiap nilai percepatan x > 0,05 g.
a
Perhitungan Metode PSHA
Kurva resiko percepatan gempa usia bangunan 50 tahun
dan periode ulang 475 tahun .
a
Perhitungan Metode PSHA
Kurva resiko percepatan gempa usia bangunan 50 tahun
dan periode ulang 2475 tahun .
a
Perhitungan Metode PSHA
Dari kurva sebelumnya yang dihitung menggunakan Program VBE
diperoleh bahwa untuk kemunculan gempa dengan P 10% dalam 50
tahun yaitu periode ulang gempa 475 tahun di peroleh nilai PGA 0.16
g, sedangkan untuk periode ulang 2475 tahun yaitu kemunculan
gempa dengan P 2% dalam 50 tahun diperoleh nilai PGA 0.25 g.
Dari hasil perhitungan diatas didapati sebagai berikut:
(t) usia
bangunan
RN (%)
(tahun)
(T) Periode
a
ulang
(g)
50
2
500
0.16
50
10
2500
0.25
PENUTUP
a
Kesimpulan
Dari hasil analisa pada data gempa di Propinsi DIY yang telah dilakukan dalam
pengerjaan Tugas Akhir ini, maka dapat diperoleh sejumlah kesimpulan sebagai
berikut :
1.
2.
3.
Hasil perhitungan untuk percepatan gempa maksimum dengan
menggunakan metode Gumble dipilih hasil dari persamaan Matuscha
dengan hasil 0,105 g untuk periode ulang 475 tahun, dan 0,128 g untuk
periode ulang 2475 tahun.
Hasil perhitungan untuk percepatan gempa maksimum menggunakan PSHA
dengan data percepatan menggunakan atenuasi Matuscha diperoleh hasil
0,160 g untuk periode ulang 475 tahun, dan 0,250 g untuk periode ulang
2475 tahun.
Dari hasil perhitungan probabilitas dari metode Gumble dan PSHA didapati
bahwasanya percepatan gempa maksimum yang dihasilkan dalam
perhitungan Gumble lebih kecil ± 50% dari perhitungan PSHA.
a
Kesimpulan
4.
Percepatan gempa maksimum yang dihasilkan oleh metode PSHA lebih
akurat karena hasil yang diperoleh dari perhitungan PSHA sudah
memperhatikan jumlah kejadian gempa, kekuatan magnituda, serta jarak
kejadian gempa.
5.
Hasil dari PSHA masih lebih kecil dari nilai peta gempa 2010 yang terbaru.
6.
Penggunaan perangkat lunak seperti dalam tugas akhir ini, yaitu Program
Visual Basic for Earthquake (VBE) sangat membantu kemudahan
perhitungan percepatan gempa, dan lebih terintegrasi sehingga mudah untuk
menelusuri kesalahan nantinya.
a
Saran
Data dan analisa dalam Tugas Akhir ini barulah sebatas perhitungan dan analisa
awalan saja. Oleh karena itu untuk memperoleh hasil yang lebih akurat dalam
perolehan percepatan gempa maksimum maka disarankan
:
1.
2.
3.
Perlu dilakukan update data setiap tahunnya, sehingga apabila terdapat
kejadian gempa yang cukup besar dikemudian hari dapat terhitung dalam
analisa.
Perlu dilakukan pengembangan lebih lanjut tentang perhitungan yang yang
lebih rinci ke dalam sistem perangkat lunak ini.
Penulis berharap nantinya pada studi selanjutnya dapat menggunakan
persamaan atenuasi NGA (next generation attenuation) yang lebih akurat
karena telah memasukkan nilai faktor jenis tanah.
a
Daftar Pustaka
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Departemen Pekerjaan Umum. 2010. Peta Hazard Gempa Indonesia 2010
Sebagai Acuan Dasar Perencanaaan dan Perancangan Infrastruktur
Tahan Gempa. Jakarta : DPU.
http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eqarchives/epic/epic_circ.php
Elnashai, Amr.S.; Kim, Jig Sung.; Yun, Gun Jin; Sidarta, Djoni. 2006. The
Yogyakarta Earthquake of May 27,2006. Chicago: Mid-America
Earthquake Center.
Irsyam. M. Pengantar Rekayasa Gempa. Bandung : ITB
Irsyam.M.; Sengara, I.W.; Fahmi, A.; Sri, W.; Wahyu, T., Danny, H.;
Engkon, K.; Irwan, M.; Suhardjono.; M. Asrurifak.; M. Ridwan. 2010.
Ringkasan Hasil Studi Tim Revisi Peta Gempa Indonesia. Workshop
Paparan dan Tinjauan Teknis Peta Gempa Indonesia Terbaru 2010, Bandung
19 Juli 2010.
Kurnia, Damar. 2011. Evaluasi Percepatan Gempa Untuk Peta Gempa
Indonesia di Kepulauan Mentawai. Surabaya: Jurusan Teknik Sipil ITS
– FTSP.
a
Daftar Pustaka
7.
Nezamabadi, F.M.; Vageyan, F.Y.; dan Mahmood, H. 2004 Seismic Hazard
Analysis and Developing The Uniform Hazard Spectra For Vulnerability
Analysis Of An Existing Building. 13th World Conference On Earthquake
Engineering. Vancouver, B.C., Canada, 8–9 August 2004. Paper No. 2378
8. Tjokrodimuljo, K. 1995. Buku Ajar Teknik Gempa. Yogyakarta : Jurusan
Teknik Sipil FTSP – Universitas Gajah Mada.
9. USGS, NEIC. 2008, Seismic Hazard of Western Indonesia, Map prepare
by United State of Geology Survey, URL
http://earthquake.usgs.gov/research/hazmap/product_data/
10. Wahjudi, D.I. 2008, The Application of Seismic Hazard Analysis to Define
Earthquake Design Loading on Building Structures. International
Seminar, Civil Engineering XI 2008 Postgraduete Building UPN “Vetern”
Jatim, Surabaya, 8–9 juli 2008.
SEKIAN
TERIMAKASIH