Penggunaan Accelerograph SMR-4000

PENGGUNAAN DATA SIGNAL ACCELEROGRAPH SMR-4000
UNTUK MENENTUKAN HARGA PERCEPATAN TANAH
PADA STASIUN GEOFISIKA SANGLAH DENPASAR
Hapsoro Agung Nugroho
Stasiun Geofisika Sanglah Denpasar
[email protected]
Sukendro
Sub Bidang Magnit Bumi dan Listrik Udara
[email protected]
ABSTRAK
Accelerograph SMR-4000 is PMD’s third generation digital recorder which has four channels. All
channels have extensive signal conditioning, with 100 dB of analog and 130 dB of digital anti-alias
filtering. The SMR-4000 is a low power portable, weatherized, fully synchronous multi channels
seismic data acquisition system with 24 bit resolution. Sanglah Geophysical Station has operated on
January 2004, the data analyzed using The DADiSP software to determination Pick Ground
Acceleration. Ground Acceleration using for the concern of engineers to designing earthquakeresisted building construction.
1. PENDAHULUAN
Gempa adalah pergeseran tiba-tiba dari
lapisan tanah di bawah permukaan bumi.
Ketika pergeseran ini terjadi, timbul getaran
yang disebut gelombang seismik. Gelombang
ini menjalar menjauhi fokus gempa ke segala
arah di dalam bumi. Ketika gelombang ini
mencapai permukaan bumi, getarannya bisa
merusak atau tidak tergantung pada kekuatan
sumber dan jarak fokus, disamping itu juga
mutu bangunan dan mutu tanah dimana
bangungan berdiri. Datangnya gempa bumi
tidak dapat ditolak atau dihindari melainkan
resiko bencananya diusahakan untuk dapat
diminimalkan,
salah
satunya
dengan
memperhatikan konstruksi bangunan untuk
perencanaan tata ruang kota di masa depan.
Percepatan tanah yang merupakan turunan
dari getaran gempa sangat penting dalam
merancang bangunan tahan gempa. Besarnya
gaya yang dialami oleh suatu bangunan yang
disebabkan oleh getaran gempa ditentukan
oleh beberapa faktor seperti koefisien seismik,
berat bangunan, dan beberapa faktor koreksi
lainnya. Sementara, koefisien seismik amat
dipengaruhi oleh percepatan tanah maksimum
dan periode predominan tanah.
SMR-4000 mulai dioperasikan BMG pada awal
tahun 2004 di Stasiun Geofisika yaitu
Bandung, Kupang, Gowa, dan Sanglah. Data
yang didapat dari Accelerograph ini adalah
real sesuai dengan keadaan daerah setempat,
saat ini Stasiun geofisika Sanglah Denpasar
telah dapat menentukan harga percepatan
tanah dan analisa spektrumnya dengan
menggunakan program DADiSP dalam
penganalisaannya yang dapat dipergunakan
untuk keperluan engineering.
2. LANDASAN TEORI
Accelerograph
atau
Strong
Motion
Seismograph
adalah
instrument
yang
digunakan
untuk
merekam
guncangan
permukaan tanah yang sangat kuat yang
mengukur percepatan permukaan tanah. Pada
umumnya
peralatan
Accelerograph
ditempatkan pada daerah-daerah perkotaan
yang populasinya lebih padat akan penduduk,
dimana diperuntukkan untuk investigasi variasi
terhadap response guncangan/getaran karena
struktur geologi setempat. Dengan adanya
informasi dari accelerograph terhadap gempagempa kecil dan kuat dapat dicirikan
karakteristik semua jenis permukaan tanah
yang dapat digunakan untuk kontruksi
bangunan. Daerah rawan gempabumi dapat
dirancang konstruksi bangunannya sebelum
gempabumi yang besar terjadi. Rekaman
getaran tanah akan sangat berarti pembuatan
Building code untuk keamanan bangunan.
1
Informasinya
juga
dapat
dijadikan
masukan/input terhadap pengambil keputusan
dalam rencana pengembangan kota.
Faktor pengaruh gempabumi terhadap
bangunan :
1. Kekuatan gempa bumi (Mekanisme)
2. Hyposenter
3. Jarak dan medium yang dilalui
gelombang gempa
4. Faktor perbesaran getaran tanah oleh
lapisan tanah setempat
5. Orientasi bangunan
6. Resonansi
antara
tanah
dan
bangunan
7. Durasi gelombang seismik
8. Konstruksi dan material bangunan
3.2 Import data
Data SMR-4000 dapat dipindahkan tanpa
harus
mematikan
alat,
yaitu
dengan
menggunakan LAN yang dihubungkan ke PC
Analis atau laptop untuk kepentingan
observasi di lapangan. Data dapat dicopy atau
dipindahkan ke Hardisk pada PC Desktop
Analis atau Laptop secara langsung dengan
direktori DATA (D):\DATA\DATA-1 untuk
keseluruhan signal. Selain itu juga dapat
dilakukan dengan cara manual menggunakan
Flash card dan dengan menggunakan modem
(dial up) melalui saluran telepon.
4. ANALISA
4.1 Program DADiSP
Accelerograph SMR-4000 adalah generasi ke3 PMD digital recorder yang menggunakan 4
channel dan memiliki signal ektensif (tinggi)
100 dB analog dan 130 dB anti-alias filter.
Recorder ini dapat bekerja sendiri atau berada
di dalam jaringan, serta dapat dikonfigurasikan
untuk menerima input dari satu sensor atau
sensor yang berbeda-beda. SMR-4000 sangat
portable yang membutuhkan power supply
yang cukup kecil, mudah beradaptasi dengan
keadaan cuaca, sistem resolusi 24 bit yang
dapat disinkronkan dengan data seismik.
PC Desktop Analis yang berisi
program
DADiSP dibuka untuk menganalisa data yang
sudah disimpan di Hard disk, dengan langkahlangkah :
1. Buka program DADiSP
2. Pilih Run in Browser Mode, klik OK
3. Akan muncul tampilan Program
DADiSP yang terdiri dari Datasets dan
Worksheet, Datasets berisi satu atau
lebih file data yang disebut series dan
Worksheet untuk menampilkan dan
menganalisa data.
3. DATA
3.1 Format data
Data yang terekam Accelerograph SMR-4000
dalam format CSS Ver. 2.8 dan SEED yang
dapat dikonversikan ke dalam format lain yang
lebih umum seperti SAC, dll. Dalam format
CSS
setiap
filenya
berbentuk
:
YDDDHHMMCCC
y
: tahun, satu angka dari
belakang.
Contoh 4 = tahun 2004
ddd
: tanggal / hari ke.... tiga
angka.
Contoh 288 = tanggal 14 Oktober
hh
: jam, dua angka.
Contoh 04 = jam 04 GMT
mm
: menit, dua angka.
Contoh 09 = jam 04.09 GMT
ccc
: signal komponen,
untuk vertical, N-S, atau E-W. Untuk
komponen vertikal = ACZ, komponen
E-W = ACE, komponen N-S = ACN
Gambar 3.1 Program DADiSP
4.2 Data Pindahan
Data pindahan dari SMR-4000 ke PC
Desktop Analis yang disimpan dalam suatu
folder ( mis : nama folder DATA SMR )kita
impor ke program DADiSP dengan langkahlangkah :
1. Pada tampilan Program DADiSP, pilih
Data pada toolbars, pilih Import.
2. Pilihlah Folder tempat menyimpan
data.
3. Akan muncul file data dengan format
ydddhhmmccc
2
4. Jika file data tidak muncul pilih files of
type, kemudian pilih All files, klik
Open.
Vertical unit
Pilih satuan unit untuk
sumbu-y, satuan unit
bermacam-macam seperti
Amp, sec, meters, joule,
hertz, dll.
Comments
komentar atau pesan pada
setiap series.
Gambar 3.2 Mengimport data
5. Akan muncul Kotak Dialog Data Impor
yang
berisi
parameter-parameter
pilihan sebelum menganalisa seperti :
Gambar 3.2 Kotak Dialog Import Data
File type
Dataset name
Version
number
Berisi pilihan tipe-tioe data
seperti ASCII, BYTE,
DOUBLE, INTEGER,
LONG, dll. Tergantung kita
untuk memilih sesuai
kebutuhan, disini kita
memakai file type LONG.
Memberikan nama file data
yang kita import
Membedakan file data
dengan memberikan nomor,
disini kita gunakan ACE = 1,
ACN = 2, ACZ = 3.
Series name
Memberikan nama series
pada file data, disini kita
gunakan series name ACE =
komponen E-W, ACN =
komponen N-S, ACZ =
komponen vertikal.
Sample rate
Rata-rata data yang telah
menjadi sample (jumlah
sample per horizontal unit),
Date acquired
Bulan, tanggal, tahun kita
mengimpor file data
Jam, menit, detik kita
mengimpor file data
Time acquired
Horizontal
unit
Pilih satuan unit untuk
sumbu-x, satuan unit
bermacam-macam seperti
Amp, sec, meters, joule,
hertz, dll.
6. Klik OK.
7. Pada tampilan Pogram DADiSP,
tempatkan kursor pada Worksheet 1
(W1) yaitu bila warna pada kotak W1
terlihat terang.
8. Kemudian klik kanan, pilih Series, pilih
Open Series atau tekan F8.
9. Muncul kotak Select a Datasets, pilih
file data yang telah kita beri nama, klik
OK
Gambar 3.3 Kotak Dialog Open Series
10. Muncul kotak Open series, pilih series
name, klik OK
11. Pada W1 akan muncul signal dari data
yang kita impor tadi.
3
pada toolbars, pilih Peak and
Valleys, pilih Display min and max,
pada Value akan terlihat harga
maksimum dan minimumnya dan
untuk
memperlihatkan
serta
memberi tanda maksimum dan
minimumnya pada signal, pilih
Mark, pilih Show Numerical Value,
pilih Mark Max, pilih Mark Min, klik
OK.
6. Tekan F6 untuk menampilkan grid
Gambar 3.4 Signal data pada W1
Dengan langkah yang sama kita bisa juga
mengimpor komponen yang lain untuk
ditampilkan pada worksheet.
4.3 ANALISA DATA
Data signal yang telah ditampilkan pada W1
dapat dianalisa sesuai kebutuhan kita,
biasanya data ini dianalisa untuk mendapatkan
harga Peak Ground Acceleration (gal) dan
spektrum untuk mendapatkan frekuensi
dominannya (Hz). Pertama merubah satuan
counts pada sumbu-y menjadi gal, sekaligus
mencari harga a. Untuk merubahnya
digunakan scale factor yaitu sensitivitas
sensor. Scale factor ini bermacam-macam
tergantung dari no. seri pada sensor x,y,dan z
pada accelerograph, di Stasiun Geofisika
Sanglah Denpasar mempunyai scale factor :
SENSOR
KOMPONEN
V/G
SCALE
FACTOR
x
E-W
5.020
2,37469E-07
y
N-S
4.985
2,39136E-07
Z
VERTIKAL
4.960
2,40341E-07
Untuk merubah ke dalam satuan gal
gunakan worksheet 2 (W2) :
1. Tempatkan kursor pada W2, yaitu
bila warna kotak pada W2 terlihat
terang.
2. Ketik formulanya pada kolom W2:
((W1-MEAN(W1))*conversion
factor)*1000 .
3. Akan muncul di W2 signal hasil
konversi ke satuan gal.
4. Tekan F5 untuk menampilkan
satuan pada sumbu-x dan y, untuk
merubah satuan menjadi gal klik
kanan pilih Properties, pilih Label,
kemudian ganti Vertical Labels
menjadi gal, klik Apply, klik OK.
5. Untuk mendapatkan harga Pick
Ground Acceleration, pilih Analysis
Gambar 3.4 Signal data dengan harga PGA
Data yang telah diubah ke dalam satuan gal,
selanjutnya dianalisa dalam bentuk spektrum,
untuk mendapatkan frekuensi dominannya.
Untuk menganalisa gunakan worksheet 3 (W3)
:
1. Tempatkan kursor pada W3 yaitu
bila warna kotak pada W3 terlihat
terang.
2. Pilih Analysis pada toolbars, pilih
FFT/Spectral, pilih Spectrum.
3. Muncul kotak dialog spectrum,
pilih W3 untuk Input series, dan
W3 untuk Destination. Klik OK.
4. Akan muncul pada kolom W3
Spectrum dari signal W2.
5. Untuk merubah satuan menjadi
gal klik kanan pilih Properties, pilih
Label, kemudian ganti Vertical
Label menjadi Amp, klik Apply, klik
OK
6. Kemudian ubah sumbu-x menjadi
logaritmik dengan cara, klik kanan,
pilih Properties, pilih Axes, pilih
Log pada x-scale, klik Apply, klik
OK.
7. Tekan F6 untuk menampilkan grid.
4
3. Data percepatan tanah diharapkan
dapat berguna bagi keperluan
engineering dalam perencanaan
tata ruang kota dan konstruksi
bangunan tahan gempa.
6. DAFTAR ACUAN
Merdijanto, Untung.1999. Utilizing JISNET
Digital Data for Geophysical Station. Bulletin
BMG No.2 Juni 1999, Jakarta, hal : 20-26.
Gambar 3. Spektrum Signal
Dari ketiga data signal dapat dicari harga
percepatan tanahnya namun harga yang
diambil yaitu dari komponen horizontal dari
nilai yang terbesar antara komponen E-W atau
N-S.
5. KESIMPULAN
1. Dengan adanya Accelerograph
SMR-4000, Stasiun Geofisika
Sanglah
Denpasar
pada
khususnya dan
BMG
pada
umumnya sekarang memiliki data
percepatan tanah yang real
dengan akses data trigered event
dan akses data yang cepat, tidak
seperti
sebelumnya
hanya
menggunakan rumus empiris.
2. BMG diharapkan lebih banyak lagi
memasang
Accelerograph,
terutama di daerah-daerah rawan
gempa untuk keperluan lain
seperti mendukung hasil jaringan
seismograph
dan
indikator
terjadinya tsunami.
Lampiran 1. Accelerograph SMR-4000
_______________, Portable Multi Channel
Strong Motion Data Acquisition System
Instruction
Manual,
PMD
Scientific,
Inc/eentec, St.Louis MO.
TM
_______________,
The
DADiSP
Worksheet Data Analysis and Display
Software User Manual, DSP Development
Corporation, 1998.
Prayitno, Bambang S. 2004, Accelerograph,
Badan meteorologi Dan Geofisika, Jakarta.
Sarwidi,
2001.
Perlunya
Membangun
Bangunan Tahan Gempa Pelajaran Dari
Bencana Gempa Majalengka 2001 dan
Gempa-gempa Merusak Lainnya, Jurnal
BMG Vol.2 No.3 Jul-Sep 2001, Jakarta, Hal
48-65.
Subardjo, 2001. Intensitas Seismik dan
Percepatan Tanah Untuk Beberapa Kota di
Indonesia, Jurnal BMG Vol.2 No.3 Jul-Sep
2001, Jakarta, Hal 37-41.
Lampiran 2. Display dan LAN Accelerograph
5
Lampiran 3. Hasil Pengolahan Signal Accelerograph SMR-4000
Gempa tanggal 25 Nopember 2005
PGA : 3.43 gal
signal asli
Harga PGA
Spektrum signal
6
7