BESARAN UNTUK MENGUKUR GEMPA BUMI

BESARAN UNTUK MENGUKUR GEMPA BUMI
Besaran untuk mengukur gempa bumi, pada umumnya dipakai :
1.
Magnitude,     adalah   ukuran   besar   energi   yang   dilepaskan   oleh
fokus atau hypocentre.
Skala magnitude dari Richter sering dipakai dan skala ini berguna
bagi para ahli seismologi.
2.

Intensitas,   Adalah besar  kecilnya  getaran permukaan di tempat
konstruksi.
Secara   kuantitatif   intensitas   gempa   setempat   dinyatakan   dengan
percepatan permukaan dengan satuan gal (cm/dt2).
Skala ini digunakan bagi para inssinyur untuk pengaruhnya pada
konstruksi.   Skala   yang   digunakan   adalah   skala  Modified  Mercalli
Intensity scale. (MMI)

Perkiraan   hubungan   kesetaraan   Richter   Mangnitude   (M)   dan
Modified Mercalli (MM).
M
richter

3
4
5
6
7
8

MM
II – III
IV – V
VI
VII – VIII
IX
X ­ XI

Percepatan
permukaan max
0,003 g
0,010 g
0,030 g

0,10 g
0,30 g
1,000 g

Radius
pengaruh
25 km
50 km
100 km
200 km
400 km
700 km

UKURAN GEMPA
Ada dua macam ukuran gempa :
1. Besar energi yang dilepaskan sebagai gempa
2. Besar percepatan maximum permukaan tanah
BESAR ENERGI
Pelepasan energi pada sumber gempa diukur dengan skala RICHTER.
Log E = 11,4 + 1,5 R

E = Energi yang dilepaskan (erg / dyne–cm)
R = Skala Richter
Contoh : Diketahui gempa dengan 6 skala Richter, berarti energi yang 
dilepaskan pada sumber gempa sebagai berikut :
1

      

Log E = 11,4 + 1,5 R
=  11,4 + 1,5. 6
= 20,4
     E  = 1020,4 = 2,512. 1020 erg
Berapa energi untuk 7 skala Richter ?
79.4.1020 erg
Berapa peningkatan energi untuk peningkatan 2 skala richter?

Pengaruh   gempa   dipermukaaan   tanah   tidak   hanya   di   tentukan   oleh
besar   energi   yang   dilepaskan,   akan   tetapi   juga   oleh   kedalaman   atau
jarak sumber gempa (hypocentre).
Hubungan Magnitudo Dan Frekuensi Gempa Yang Tejadi

Menurut Guttenberg­Richter :
Log N = A – b . M  
N = frekuensi kejadian suatu gempa yang skala richternya M 
untuk 1 tahun
Misal : dalam 1 tahun terjadi gempa dengan skala Richter sbb:
  4 ; 5 ; 4 ; 3 ; 5 ; 2 ; 4
maka untuk magnitudo 4 pada skala richter jumlah kejadian gempa 
adalah 3 kali, jadi N = 3
A dan b adalah konstanta gempa untuk suatu daerah gempa tertentu. 
Misal : untuk pulau Jawa : A = 5.37 ,  b = 0.94
Jadi log N = 5.37 – 0.94 M
Hubungan A dan b dikemukakan oleh Kale dan Naran sbb:
A = 6.35 b – 1.41
Catatan : untuk seluruh indonesia  log N = 7.30 – 0.94 M, jadi misalkan 
kita menghitung frekuensi gempa dengan skala richter = 7, berarti :
Log N = 7.3 – 0.94 (7) = 0.72
      N = 5.2 , ini berarti ada gempa kira­kira 5 kali dalam setahun dan 
untuk gempa dengan skala richter diatas 7, frekuensi gempa adalah 2 
kali setahun.
PERCEPATAN MAKSIMUM PERMUKAAN TANAH

Ukuran gempa yang dapat langsung mempengaruhi struktur bangunan
ialah     insensitas   lokal   gempa,   yaitu   besar   (insensitas)   percepatan
permukaan tanah di daerah lokasi gempa.

2

Rumus hubungan besar energi dan percepatan permukaan tanah (a) 
maksimum.
1. Donovan (1973) :     a = 1080.e
 
  0,5R .(H+25)
 
 ­1,32
2.  Matuschka (1980) : a = 119.e  0,81R . (H+25)
 
 ­1,15
a  = percepatan maksimum permukaan tanah (cm/det2)
e  = bilangan natural (2,718)
R = besar gempa skala Richter
H = jarak Hypocentre (km)

Hubungan percepatan permukaan tanah (a) dengan intensitas lokal
menurut skala MM (Modified Mercalli).
1
1
1
1
log a  .I 
atau log a  . I 
3
2
4
4

a = cm/det2
I = Skala MM

3

Diketahui :
Gempa di Flores tanggal 12 Desember 1992

Besar gempa = 6,8 skala Richter
Kedalaman sumber gempa = 36 km dari muka tanah
Jarak epicenter dari Maumere (pusat pencatatan gempa) = 30 km
Ditanyakan :
1.Percepatan maksimum permukaan tanah di Maumere ?
2.Besar kerusakan menurut skala MM ?
Penyelesaian :
1.Menentukan jarak hypocenter 
Epicenter

30 km

Maumere /Seismograf

36 km
Jarak hypocenter (H) ?

FOCUS (hypocenter)
H  36 2  30 2 46,861 km

2. Menentukan Percepatan (Donovan) :
a = 1080.e0,5R. (H+25)­1,32
   = 1080.e0,5.(6,8). (46,861+25)­1,32
   =  115 cm/det2
Menentukan Percepatan (Matuscha) :
a = 119.e0,81R. (H+25)­1,15
   = 119.e0,81. (6,8). (46,851+25)­1,15
   = 216 cm/det2
Besar / tingkat kerusakan (MM) berdasarkan percepatan : dari 
(Donovan)
1
1
1
1
log a  .I 
atau log a  . I 
3
2
4
4

1
1
log 115  .I    I 7,68 MM
3
2
  maka I = VII ­ MM
1
1
log 115  . I    I 7,24 MM
4
4

4

Besar kerusakan (MM) berdasarkan percepatan : dari a (Matuscha)
1
1
1
1
log a  .I 

atau log a  . I 
3
2
4
4
1
1
log 216  .I 
  I 8,50 MM
3
2
  maka I = 8 MM
1
1
log 216  . I    I 8,35 MM
4
4

Jadi besar kerusakan di Maumere :
 Menurut percepatan tanah dari Donovan 7 MM

 Menurut percepatan tanah dari Matuscha 8 MM
GELOMBANG GEMPA
Saat   terjadi   gempa,   tanah   permukaan   mengalami   gerakan   karena
permukaan tanah bergelombang.
Gelombang utama :
1. Gelombang   Primer   (P),   merupakan   gelombang   yang   menjalar
longitudinal.

Memampat   dan   menggembung   searah   rambatannya.  Kecepatan
antara 1,4 – 6,4 km/det.
2. Gelombang   Sekunder   (S),   merupakan   gelombang   yang   menjalar
tranversal.

Kecepatan ± 2/3 x kecepatan gelombang primer.
5

Kecepatan   dari   kedua   gelombang   berbeda,   dari   hasil   rekaman
gempa   dapat   diperkirakan   jarak   sumber   gempa   berdasarkan
selisih waktu tiba gelombang tersebut.

Perkiraan jarak sumber gempa
Apabila terukur jarak dari 3 tempat maka dapat ditentukan lokasi
gempa (sumber).

.A
.C

.B

6

Dua gelombang yang menjalar hanya dipermukaan tanah saja,
1. Gelombang Rayleigh

Butiran tanah bergerak ellips dengan gerak vertikal.
2. Gelombang Love Q

Butiran tanah bergerak tranversal pada bidang horisontal.
TINGKAT RISIKO GEMPA
P = (1 – e – L/T) x 100% = (1 – e­50/10) x 100% = ­99.33%
P = Probabilitas (kemungkinan) bangunan terlanda gempa yang lebih
      besar dari gempa (dalam %)
L = umur rencana bangunan (tahun)
T = Jangka waktu ulang gempa rencana (tahun)

7

8

INTENSITAS, MANGNITUDE, KECEPATAN DAN ENERGI GEMPA
Kecepatan
tertinggi
rata­rata
(cm/dt)

Perbandingan
dengan
bahan
peledak

Insensitas
Mercalli

Mangnitude
(Skala
Richter)

I

0 – 1,9

0,45 TNT

II

2 – 2,9

50 kg TNT

III

3 – 3,9

IV

4 – 4,4

1 – 2

V

4,5 – 4,9

2 – 5

VI

5 – 5,9

5 – 8

VII

6 – 6,3

8 – 20

Deskripsi

Tidak   terasa   kecuali
menggunakan   alat   bantu
pendeteksi gempa
Dirasakan   oleh   hanya
sedikit   orang   yang
beristirahaat,   khususnya
pada   lantai   atas   gedung,
benda­benda
 
yang
bergantung akan terayun.
Mulai
 
dirasakan
sebagaian
 
orang,
khususnya   pada   lantai
atas   gedung,   tapi   banyak
orang   yang   tidak
menyadari   akan   adanya
gempa
 
tersebut.
Getarannya   seperti   truk
yang sedang lewat.
Pada siang hari dirasakan
banyak   orang   dalam
ruangan dan sedikit orang
diluar   ruangan.   Pada
malam   hari   beberapa
orang   akan   terjaga   dari
tidurnya.   Pintu   dan
jendela   mulai   berbunyi;
dinding
 
mulai
menimbulkan   suara.   Ada
getaran seperti truk besar
lewat   dibawah   gedung.
Mobil   yang   sedang   parkir
dapat berpindah.
Dirasakan   oleh   hampir
semua orang, bnyak orang
terbangun   dari   tidurnya.
Kaca jendela mulai pecah,
terjadi
 
keretakan
dibeberapa   plesteran
semen, benda tidak stabil
akan terguling. Kerusakan
pada   pohon,   tiang­tiang
listrik,   dan   objek   tinggi
lainnya.   Bandul   jam
mungkin berhenti.
Dirasakan   oleh   semua
orang,   banyak   yang
ketakutan   dan  lari  keluar
ruangan.
 
Beberapa
furniture   berat   akan
bergerak.   Plesteran   akan
mulai   runtuh,   cerobong
mulai retak.
Semua   orang   lari   keluar
ruangan. Dirasakan orang
yang   mengendarai   mobil,

2.107 kg TNT
(bom atom
kecil)

1.109 kg TNT
(1 bom
hydrogen)

9

Percepatan
puncak
rata­rata
(g adalah
gravity =
9,8 m/s2)

Jumlah
Gempa
pertahun
di dunia
Sangat
besar
300,00

49,00

0,015g –
0,03g

4,00

0,03g –
0,05g

1,20

0,05g –
0,07g

800

0,07g –
0,15g

65

VIII

6,4 – 6,6

20 – 30

IX

6,7 – 6,9

30 – 60

X

7 – 7,5

Lebih dari
60

XI

7,6 – 7,9

XII

8 ­ 8,6

1011kg TNT
(100 bom
hydrogen)

6 x 1013kg
TNT (60.000
bom
hydrogen)

bangunan
 
yang
konstruksinya   kurang
baik   akan   runtuh,
cerobong akan runtuh.
Kerusakan   mulai   terjadi
pada   bangunan   dengan
desain   baik.   Beberapa
bangunan   akan   runtuh
sebagian.   Panel   dinding
akan   keluar   dari   rangka
strukturnya.   Cerobong
tumbang,
  tumpukan
material   pabrik   akan
runtuh,   dinding,   kolom,
dinding,
 
monumen
runtuh.   Furniture   berat
akan   tumbang.   Pasir   dan
lumpur
 
terlempar
sebagian.
 
Terjadi
perubahan   dalam   air
sumur.   Pengendara   mobil
akan tergangu. 
Kerusakan   akan   terjadi
pada   bangunan   dengan
desain   baik,   struktur
rangka   akan   miring,
sebagian
 
bangunan
runtuh, perubahan terjadi
pula   pada   pondasi.
Keretakan   tanah   terjadi,
pipa bawah tanah rusak
Bangunan   konstruksi
kayu   mulai   rusak,
sebagaian besar pasangan
batu   rusak,   dan   struktur
rangka   dan   pondasinya
rusak. Tanah akan terjadi
retakan   besar,   rel   kereta
bengkok,   kelongsoran
akar terjadi di tepi sungai
dan   tebing­tebing   tanah.
Pasir   dan   lumpur   sungai
akan   bercampur.   Air
berombak berdeburan.
Sangat   sedikit   bangunan
yang   masih   berdiri.
Jembatan   hancur.   Terjadi
retakan­retajkan   besar   di
tanah   dan   jalan   aspal,
pipa­pipa   bawah   tanah
total   tidak   berfungsi.
Terjadi   longsior   di
sebagian besar tebing. Rel
kereta melengkung parah.
Kerusakan
 
total.
Gelombang   terlihat   pada
permukaan tanah.  Benda­
benda terlempar ke udara.

0,15g –
0,30g

35

0,30g –
0,60g

20

Lebih dari
0,60 g

14

4

0,2 (satu
dalam
lima
tahun)

Tabel ini adalah perkiraan dari korelasi antara pengukuran mangnitude
gempa, efek gempa dan energi yang dihaslkan, berikut dengan frekwensi
gempa yang pernah terjadi.

10

Diambil dari “Introduction  to  Seismology” IISEE (2001) dan “Earthquake
Mangnitude Comparisons” (2001).

SKALA INTENSITAS “ MODIFIED MERCALLI”
Skala
MM
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII

Deskripsi
Tidak terasa orang, tercatat pada pencatat gempa.
Terasa   oleh   orang   yang   istirahat,   terutama   di
lantai dua.
Benda­benda tergantung goyang,bergetar ringan.
Getaran   truck   lewat,   jendela,   pintu   dan   barang
pecah belah beradu dan berbunyian.
Terasa   oleh   orang   diluar   gedung,   orang   tidur
terbangun , benda diatasnya bisa jatuh.
Terasa   oleh   semuanya,   bahkan   ketakutan   dan
keluar rumah, plesteran tembok retak (mutu D).
Sulit   berdiri,   terasa   oleh   pengendara   kendaraan,
tembok­tembok   rusak,   plesteran   lepas,   genteng
jatuh, rawa dan kolam bergelombang.
Tembok Mutu C rusak, runtuh, menara air rusak
gedung portal bergerak, tanah basah retak (mutu
C)
Semua   orang   panik,   gedung   runtuh,   pipa­pipa
dalam tanah rusak.
Bangunan   kayu   rusak,   jembatan   rusak,   tanah
longsor, air sungai/kolam gelombang tepi.
Rel kereta api rusak.
Kerusakan   total,   batuan­batuan   besar   pindah
tempat.

11

PENENTUAN LETAK EPICENTRUM
Metoda Kontur dan Extrapolasi
Kontur 

:   Penandaan   daerah   gempa   yang   mempunyai   amplitude
sama

Extrapolasi :   Perhitungan   linier   dari   suatu   titik   diluar   dua   titik   yang
menjadi acuan
 
6,84

a

7,76

c = f(x)

b

z
x

C = f (x) = a + (b – a) 

x
z

Contoh  : Data rekaman beberapa seismograf sebagai berikut :
Seismograf
A
B
C
D
E
F
G

Lokasi
absis
(km)
40
60
90
30
110
10
110

Ordinat Amplitudo
(km)
max (cm)
70
40
80
30
100
80
50

6,84
7,74
7,17
5,00
4,34
3,68
5,87

Tentukan  : koordinat dan amplitude maksimum dari epicenterum

12

Jawab 

: 

Plot   koordinat   dan   amplitude   tiap­tiap   seismograf   buat   segitiga   lokasi
epicentrum yang amplitudonya tertinggi.
(A, B, C)  Extrapolasi di titik (70, 60)
Rumus : f (x) = a + (b – a) 

x
z

6,324
 = 10
3,162
5,656
Extrapolasi EC ;  f (x) = 4,34 + (7,17 – 4,34) 
 = 10
2,828

Extrapolasi FA ;

f (x) = 3,68 + (6,84 – 3,68) 

Extrapolasi DB pada segitiga tidak dilakukan karena diluar segitiga.  
(6,84 – 3,68)

Contoh : FA

y

 
F

3,68

A

6,84

P
70

40

10

y'

z
x
y  6,84  3,68
(6,84  3,68).60
6,32

 ;   y 
30
x
z

y’ = y + 3,68 = 6,32 + 3,68 =10
(7,17 – 4,34)

Contoh lain : EC 

y
E

4,34

C

7,17

P
70

90

110
z

x

13

y'

y  7,17  4,34
(7,17  4,34)
x 40 5,66

 ;   y 
20
x
20

y’ = 5,66 + 4,34 =10

TINGKAT RISIKO GEMPA
Rumus pendekata untuk probabilitas bangunan terlanda gempa yuang 
lebih besar dari gempa rencana (%).
P = (1 – e –L/T ) x 100%
L = Umur rencana bangunan (th)
T = Jangka waktu ulang gempa rencana (tahun)
Misalkan Bangunan A :
L = 50 th
T = 120 th 
P = (1 – e –50/120 ) x 100%
   = 34,08%

Tugas LATIHAN : 
1.  Gempa di Padang tanggal 17 Desember 2009
Besar gempa = 7.2 skala Richter
Kedalaman sumber gempa = 30 km dari muka tanah
Jarak epicenter dari Bukit tinggi (pusat pencatatan gempa) = 45 km
Ditanyakan :
1. Percepatan maksimum permukaan tanah Bukit tinggi ?
2. Besar kerusakan menurut skala MM ?
2.
Seismograf
A

Absis Ordinat Amplitudo
(km)
(km)
Maks (cm)
110
60
9,17

14

B
C
D
E
F

100
60
130
110
30

110
60
40
140
40

8,84
8,39
6,34
5,68
4,74

Tentukan koordinat dan Amplitudo maksimum dari epicentrum ?

15