RANCANG BANGUN ALAT MONITORING MIKROTREMOR MENGGUNAKAN SENSOR ACCELEROMETER PADA HANDPHONE ANDROID UNTUK MENENTUKAN FREKUENSI NATURAL BANGUNAN DI UPT PERPUSTAKAAN UNS

  

RANCANG BANGUN ALAT MONITORING MIKROTREMOR

MENGGUNAKAN SENSOR ACCELEROMETER PADA HANDPHONE

ANDROID UNTUK MENENTUKAN FREKUENSI NATURAL

BANGUNAN DI UPT PERPUSTAKAAN UNS

Disusun oleh :

Rio Riantana

  

M0212064

SKRIPSI

Diajukan untuk memenuhi sebagian

persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains

  

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

Juni, 2017

  

RANCANG BANGUN ALAT MONITORING MIKROTREMOR

MENGGUNAKAN SENSOR ACCELEROMETER PADA HANDPHONE

ANDROID UNTUK MENENTUKAN FREKUENSI NATURAL

BANGUNAN DI UPT PERPUSTAKAAN UNS

Disusun oleh :

Rio Riantana

  

M0212064

SKRIPSI

Diajukan untuk memenuhi sebagian

persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains

  

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

Juni, 2017

  

HALAMAN PERSETUJUAN

SKRIPSI

  Rancang Bangun Alat Monitoring Mikrotremor Menggunakan Sensor

  

Accelerometer Pada Handphone Android Untuk Menentukan Frekuensi Natural

  Bangunan Di UPT Perpustakaan UNS Oleh

  Rio Riantana M0212064

  Telah disetujui oleh Pembimbing 1 Darsono, S.Si M.Si Tanggal ....................................

  NIP. 19700727 199702 1 001 Pembimbing 2 Agus Triyono, S.T Tanggal ....................................

  NIP 19830830 200604 1 006

  

HALAMAN PENGESAHAN

  Skripsi dengan judul: Rancang Bangun Alat Monitoring Mikrotremor Menggunakan Sensor Accelerometer Pada

  Handphone Android Untuk Menentukan Frekuensi

  Natural Bangunan Di UPT Perpustakaan UNS Yang ditulis oleh :

  Nama : Rio Riantana NIM : M0212064

  Telah diuji dan dinyatakan lulus oleh dewan penguji pada Hari : Senin Tanggal : 19 Juni 2017

  Dewan Penguji: 1.

  Ketua Penguji

  Budi Legowo, S.Si, M.Si

  …..………………

  NIP. 19730510 199903 1 002 2.

  Sekretaris Penguji

  Mohtar Yunianto

  …..………………

  NIP. 19800630 200501 1 001 3.

  Anggota Penguji 1

  Darsono, S.Si M.Si

  …..………………

  NIP. 197001281999031001 4.

  Anggota Penguji 2

  Agus Triyono, S.T

  …..………………

  NIP. 198308302006041006

  Disahkan pada tanggal …………….

  Oleh Kepala Program Studi Fisika

  Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta Dr. Fahru Nurosyid, S.Si., M.Si.

  NIP. 19721013 200003 1 002

  

PERNYATAAN

  Dengan ini saya menyatakan bahwa isi intelektual Skripsi saya yang berjudul “Rancang Bangun Alat Monitoring Mikrotremor Menggunakan Sensor

  

Accelerometer Pada Handphone Android Untuk Menentukan Frekuensi Natural

  Bangunan Di UPT Perpustakaan UNS “ adalah hasil kerja saya dan sepengetahuan saya hingga saat ini Skripsi tidak berisi materi yang telah dipublikasikan atau ditulis oleh orang lain atau materi yang telah diajukan untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di Universitas Sebelas Maret atau di Perguruan Tinggi lainnya kecuali telah dituliskan di daftar pustaka Skripsi ini dan segala bentuk bantuan dari semua pihak telah ditulis di bagian ucapan terimakasih. Isi Skripsi ini boleh dirujuk atau diperbanyak secara bebas tanpa harus memberitahu penulis.

  Surakarta, Juni 2017 Rio Riantana NIM. M0212064

  

MOTTO

“Bekerjalah untuk kebaikan sesama. Ketika kebaikan tersebut berdampak kepada

banyak orang, maka karunia akan menimpamu melalui do’a syukur yang mereka panjatkan atas karya yang engkau buat.

  ” (Rio Riantana)

  PERSEMBAHAN

  Skripsi ini disusun untuk dipersembahkan kepada: 1. Bapak Joko Purwadi dan Ibu Sri Darwati 2.

  Bapak Darsono, S.Si M.Si selaku Dosen Pembimbing Utama 3. Bapak Agus Triyono, S.T selaku Dosen Pembimbing Pendamping 4. Teman-teman Laboratorium Komputasi Fisika FMIPA UNS 5. Teman-teman Club Robotika UNS 6. Teman-teman Fisika angkatan 2012 7. Teman-teman Geofisika UNS 8. Semua teman-teman jurusan Fisika FMIPA UNS 9. Semua pembaca

  

Rancang Bangun Alat Monitoring Mikrotremor Menggunakan Sensor

Accelerometer Pada Handphone Android Untuk Menentukan

  

Frekuensi Natural Bangunan Di UPT Perpustakaan UNS

  Rio Riantana Program Studi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,

  Universitas Sebelas Maret

  

ABSTRAK

  Rancang bangun alat monitoring mikrotremor menggunakan sensor accelerometer pada handphone android untuk menentukan frekuensi natural bangunan di UPT Perpustakaan UNS telah dilakukan. Sensor utama untuk mencatat aktifitas mikrotremor adalah sensor Accelerometer pada hanphone android. Pencatatan aktifitas mikrotremor dilakukan di setiap lantai bangunan UPT Perpustakaan UNS dan di permukaan tanah luar bangunan. Dari pencatatan aktifitas mikrotremor, data yang terekam dikirimkan ke server secara telemetri. Data yang tersimpan di server selanjutnya ditampilkan dalam grafik pada web monitoring mikrotremor. Data mikrotremor selanjutnya diolah dengan fungsi FFT untuk menentukan dominan frekuensi. Dari dominan frekuensi dapat diketahui rasio resonansi tanah dan bangunan UPT Perpustakaan UNS. Dari perhitungan rasio resonansi didapatkan nilai 69.35

• – 94.48 % pada komponen NS dan 70.42 – 98.61% pada komponen EW dengan status resonansi rendah di setiap lantai bangunan. Kata Kunci: Mikrotremor, Android, frekuensi natural bangunan, Accelerometer,

  UPT Perpustakaan UNS

  

Design Of Microtremor Monitoring Tools Using Accelerometer Sensor On

Android Mobile To Determine The Natural Building Frequency

In Library Unit (UPT Perpustakaan) UNS

  Rio Riantana Physics Department, Faculty of Matehmatics and Natural Sciences,

  Sebelas Maret University

  

ABSTRACT

  Design of Microtremor monitoring tools using accelerometer sensor on android phone to determine the natural frequency of buildings in UPT Perpustakaan UNS has done. The main sensor for recording microtremor activity is Accelerometer sensor on android phone. Microtremor activity recording is done on every buildings floor of UPT Perpustakaan UNS and on the surface of land outside the building. From microtremor activity recording, the recorded data is sent to the server by telemetry methode. The data stored on the server then displayed in the graph on the microtremor web monitoring. Microtremor data is processed with the FFT function to determine the dominant frequency. From the dominant frequency we find ratio of resonance of soil and building of UPT Perpustakaan UNS. From the calculation the value of resonance ratio is 69.35 - 94.48% in the NS component and 70.42 - 98.61% in the EW component with low resonance status on each floor of the building.

  Keyword: Microtremor, Android, buildings natural frequency, Accelerometer, UPT Perpustakaan UNS

KATA PENGANTAR

  Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, Allah SWT yang telah melimpahkan rahmatNya sehingga penulis dapat menyelesaikan rangkaian penelitian dan penulisan skripsi yang berjudul “Rancang Bangun Alat Monitoring Mikrotremor Menggunakan Sensor Accelerometer Pada Handphone Android Untuk Menentukan Frekuensi Natural Bangunan di UPT Perpustakaan UNS

  ” ini dengan baik. Skripsi ini disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan guna memperoleh derajat Sarjana Pertanian di Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam (MIPA) Universitas Sebelas Maret (UNS) Surakarta.

  Skripsi ini disusun berdasarkan apa yang telah penulis lakukan pada penelitian di Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam (MIPA) Universitas Sebelas Maret (UNS) Surakarta. Dalam penyusunan skripsi ini, penulis banyak mendapatkan bantuan dan masukan dari beberapa pihak. Maka dari itu penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1.

  Allah SWT yang telah memberikan kemudahan disetiap langkah.

2. Kedua orang tua saya yang selalu memberikan dukungan moral maupun material, semangat dan doa restunya.

  3. Bapak Darsono, S.Si M.Si selaku Dosen Pembimbing Utama yang selalu memberikan dukungan, bimbingan dan arahan dari awal penelitian hingga akhir penulisan skripsi.

  4. Bapak Agus Triyono, S.T selaku Dosen Pembimbing Pendamping yang telah memberikan bimbingan serta arahan dari awal penelitian hingga akhir penulisan skripsi.

5. Bapak Dr. Fahru Nur Rosyid S.Si.,M.Si selaku Ketua Jurusan Fisika

  Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA) Universitas Sebelas Maret (UNS) Surakarta.

6. Ibu Dr. Yofentina Iriani M.Si., S.Si selaku Dosen Ketua Pelaksanaan Skripsi

  Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA) Universitas Sebelas Maret (UNS) Surakarta yang memberikan arahan dan motivasi.

7. Teman-teman Grup Robotik yang menjadi bagian dari keluarga yang baru.

  8. Teman-teman pengurus Labkom Fisika atas semua bantuan dan semangatnya.

  9. Teman-teman Geofisika UNS atas semua diskusi ilmu dan bantuannya.

  10. Teman-Teman Angkatan 2012 yang tidak dapat disebutkan namanya satu per satu untuk waktu, ilmu dan bantuan selama menjalani aktivitas bersama.

  11. Teman-teman Developer DDS yang banyak mengajarkan ilmu-ilmu baru yang sangat bermanfaat.

  12. Semua pihak yang telah membantu dalam kegiatan dan penyelesaian penulisan laporan ini yan tidak bisa disebutkan satu persatu.

  Penulis menyadari bahwa dalam penulisan laporan ini penulis masih sangat jauh dari kata sempurna karena keterbatasan ilmu yang dimiliki oleh penulis. Maka dari itu, penulis mohon kritik dan saran yang bersifat membangun. Dan semoga laporan ini bermanfaat bagi pembaca.

  Surakarta, Juni 2017 Penulis

  

PUBLIKASI

  Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul “Rancang Bangun

  Alat Monitoring Mikrotremor Menggunakan Sensor Accelerometer Pada

  

Handphone Android Untuk Menentukan Frekuensi Natural Bangunan Di UPT

  Perpustakaan UNS ” telah dipublikasikan pada:

  Jurnal Fisika dan Aplikasinya. Volume 11, Nomor 3 Oktober 2015. Aplikasi Sensor Accelerometer Pada Handphone Android Sebagai Pencatat Getaran Gempa Bumi Secara Online.

  8th International Conference on Physics and its Applications (ICOPIA). Journal of Physics: Conference Series, Volume 776, Number 1. Calibrating Accelerometer Censor on Android Phone with Accelerograph TDL 303 QS for Earthquake Online Recorder.

  

DAFTAR ISI

  2.4. Jaringan Nirkabel ........................................................................................ 6

  2.10. Amplifikasi ................................................................................................ 13

  2.9. Mikrotremor .............................................................................................. 12

  2.8.1.2. Gelombang Permukaan ............................................................... 11

  2.8.1.1. Gelombang Badan ........................................................................ 10

  2.8.1. Jenis Gelombang Seismik ............................................................... 10

  2.8. Gelombang Seismik .................................................................................... 9

  2.7. Magnitudo ................................................................................................... 8

  2.6. Accelerograph TDL 303 QS ....................................................................... 7

  2.5. Seismometer dan Akselerometer ................................................................. 7

  2.3. Data Akselerograf ....................................................................................... 6

  Halaman HALAMAN JUDUL .................................................................................................

  2.2. Sensor Pada Android ................................................................................... 5

  2.1. Android ........................................................................................................ 5

  BAB II TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................. 5

  1.5. Manfaat Penelitian ....................................................................................... 3

  1.4. Batasan Masalah .......................................................................................... 3

  1.3. Tujuan Penelitian ......................................................................................... 3

  1.2. Rumusan Masalah ....................................................................................... 2

  1.1. Latar Belakang Masalah .............................................................................. 1

  BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 1

  2.11. Analisis HVSR .......................................................................................... 14

  2.12. Fast Fourier Transform (FFT) ................................................................... 15

  2.13. Analisis Frekuensi Dominan ..................................................................... 15

  2.14. Resonansi Tanah dan Bangunan ............................................................... 16

  BAB III METODOLOGI PENELITIAN.............................................................. 17

  3.1. Waktu dan Tempat Penelitian ................................................................... 17

  3.2. Alat dan Bahan .......................................................................................... 17

  3.3. Prosedur Penelitian .................................................................................... 18

  3.3.1. Proses pembuatan program pada handphone Android dan program penerima getaran tanah pada server .............................................. 19

  3.3.2. Proses kalibrasi sensor Accelerometer pada Handphone Android dengan Accelerograph TDL 303 QS ............................................. 22

  3.3.3. Proses pengambilan data getaran natural tanah dan getaran bangunan di lingkungan Gedung Perpustakaan UNS ................... 24

  3.3.4. Teknik Analisa Data ...................................................................... 25

  BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .............................................................. 27

  4.1. Aplikasi Pencatat Mikrotremor ................................................................. 27

  4.2. Kalibrasi sensor Accelerometer pada Handphone Android dengan Accelerograph TDL 303 QS ..................................................................... 31

  4.3. Data getaran natural tanah dan getaran bangunan di lingkungan Gedung Perpustakaan UNS ..................................................................................... 35

  4.4. Analisa hasil data mikrotremor ................................................................. 38

  BAB V PENUTUP ................................................................................................ 41

  5.1. Kesimpulan ................................................................................................ 41

  5.2. Saran .......................................................................................................... 42 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 43 LAMPIRAN .......................................................................................................... 46

  

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 4.1. Table dalam database monitoring mikrotremor ................................... 31Tabel 4.2. Perbandingan amplitude maksimal pada handphone android sebelum dikalibrasikan dengan Accelerograph TDL 303 QS .......................... 32Tabel 4.3. Perbandingan amplitudo maksimum dari kedua perangkat setelah proses kalibrasi ................................................................................... 34Tabel 4.4. Hasil frekuensi dominan dari proses FFT dengan Matlab ................... 36Tabel 4.5. Nilai FSR pada setiap lantai bangunan UPT Perpustakaan UNS ........ 37Tabel 4.6. Nilai Rasio Resonansi Bangunan UPT Perpustakaan UNS ................. 38

  

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1. Perbandingan Protokol dan Nirkabel ................................................. 7Gambar 2.2. Accelerograph TDL 303 QS .............................................................. 8Gambar 2.3. Gelombang-P .................................................................................... 11Gambar 2.4. Gelombang-S .................................................................................... 11Gambar 2.5. Gelombang Reyligh ......................................................................... 12Gambar 2.6. Gelombang Love .............................................................................. 12Gambar 3.1. Flowchart kerja sistem ..................................................................... 18Gambar 3.2. Ilustrasi arah orientasi getaran pada handphone Android ................ 20Gambar 3.3. Menaknisme jaringan dalam proses pengiriman data getaran ......... 21Gambar 3.4. Leveling pada Android Xiaomi Redmi 2 ......................................... 22Gambar 3.5. Flowchart proses kalibrasi handphone Android Xiaomi Redmi 2 ... 23Gambar 3.6. Flowchart proses pengambilan dan pengolahan data mikrotremor .. 24

  Model pengambilan data mikrotremor pada Gedung UPT Perpustakaan Gambar 3.7.

UNS .................................................................................................................................. 25

Gambar 4.1. Halaman awal aplikasi android pengindra mikrotremor .................. 27Gambar 4.2. Halaman pengindra getaran mikrotremor pada aplikasi android ..... 28Gambar 4.3. Halaman login sistem monitoring mikrotremor ............................... 29Gambar 4.4. Halaman utama (dashboard) sistem monitoring mikrotremor ......... 29Gambar 4.5. Halaman peta informasi lokasi handphone android ......................... 30Gambar 4.6. Grafik Realtime Monitoring Mikrotremor ....................................... 31Gambar 4.7. Grafik hasil pengambilan data pada handphone android Xiaomi

  Redmi 2 sebelum dikalibrasi ............................................................ 33

Gambar 4.8. Perbandingan grafik getaran sumbu X pada perangkat Android dan

  Accelerograph TDL 303 QS ............................................................ 34

Gambar 4.9. Cuplikan grafik mikrotremor lantai 4............................................... 36Gambar 4.10. Grafik frekuensi dominan............................................................... 37Gambar 4.11. Foto udara kondisi lingkungan di sekitar bangunan UPT

  Perpustakaan UNS ......................................................................... 39

DAFTAR SIMBOL

  Satuan

  = Magnitude = Amplitudo m

  = Phi = frekuensi

  Hz

   s

  = Periode = Kedalaman gempa

  ℎ = Tegangan

  / = Renggangan

  / = Koefisien elastic = Kecepatan gelombang P

  / = Waktu

  Sekon = Panjang gelombang

  3

  = Densitas /

  = Kecepatan gelombang S /

  = Kecepatan gelombang Reyleigh /

  = Amplifikasi = Densitas batuan dasar

  / Cepat rambat gelombang pada batuan

  = / dasar

  Cepat rambat gelombang pada batuan = m/s lunak

  = Densitas batuan lunak gr/ml Penguatan gelombang pada komponen

  S E (w) =

  horizontal Spektrum mikrotremor komponen

  = ( ) horizontal di permukaan

  ( ) =

  ( ) = Fungsi sinyal pada domain waktu

  Rasio getaran komponen Horizontal dan Vertikal

  Fungsi sinyal pada domain frekuensi komponen arah UD =

  ( ) =

  = Fungsi sinyal pada domain frekuensi komponen arah NS

  Fungsi sinyal pada domain frekuensi komponen arah EW ( )

  ( ) =

  ( ) = Fungsi sinyal pada domain frekuensi Hz

  Spektrum mikrotremor komponen horizontal di batuan dasar /

  S M (w) = Fungsi transfer untuk lapisan soil = Rasio resonansi tanah dan bangunan = Frekuensi tanah = Frekuensi bangunan Hz

  V B (w) = Spektrum mikrotremor komponen vertikal di batuan dasar

  Spektrum mikrotremor komponen vertikal di permukaan

  V S (w) =

  ( ) = Rasio spektrum komponen vertikal

  2

  = Rasio spectrum lantai bangunan