BAB IV

PARAMETER DAN BESARAN GEMPA BUMI

IV.1. Jenis-Jenis Gelombang Gempa

Pada saat patahan atau pergeseran mendadak terjadi di dalam kerak bumi,

maka suatu energi akan menyebar ke luar sebagai gelombang gempa. Di dalam

setiap gempa bumi, ada beberapa jenis gelombang gempa yang berbeda, yaitu :

1. Gelombang badan (body wave) bergerak melalui bagian dalam bumi

Secara umum, ada dua tipe utama dari gelombang badan (body waves),

yaitu :

a. Gelombang primer, disebut juga gelombang P atau gelombang

Compressional. Kecepatannya ± 1 - 5 mil/detik (16 - 8 kps), tergantung

pada material yang dilalui gelombang pada saat bergerak. Kecepatan ini

adalah lebih besar dari kecepatan dari gelombang lain, maka gelombang

P tiba pertama pada setiap lokasi permukaan. Gelombang tersebut dapat

berjalan sepanjang material padat, cair dan gas, dengan demikian

lintasan sepenuhnya melalui tubuh dari bumi.

Ketika gelombang bergerak sepanjang batu karang, gelombang

menggerakkan partikel-partikel batu karang kecil, bolak-balik dan

mendorong partikel-partikel terpisah dan kemudian kembali bersama-

sama bergerak searah gelombang tersebut pada saat pergi. Gelombang

ini umumnya sampai di permukaan sebagai satu goncangan (dentuman)

yang kasar.

b. Gelombang Sekunder, disebut juga gelombang S atau gelombang Shear,

tertinggal sedikit di balik gelombang P. Seperti gerakan pada gelombang

P, gelombang S memindahkan partikel-partikel batu karang keluar dan

mendorong partikel-partikel tersebut tegak-lurus pada jalur dari

gelombang S. Hal tersebut mengakibatkan periode pertama goncangan

berhubungan dengan gempa bumi. Tidak seperti gelombang P,

gelombang S tidak bergerak lurus melalui bumi. Gelombang tersebut

hanya bergerak sepanjang material padat dan akan dihentikan di lapisan

cairan di dalam inti bumi.

Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB Ria Catur Yulianti ST.MTREKAYASA GEMPA

Gambar IV.1. Gelombang Primer

Gambar IV.2. Gelombang Sekunder

2. Gelombang permukaan (surface wave) bergerak di atas permukaan bumi.

Gelombang permukaan disebut juga long waves atau simply L waves, yaitu

gelombang yang bertanggung jawab atas kebanyakan dari kerusakan

berhubungan dengan gempa bumi, karena gelombang terebut menyebabkan

Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB Ria Catur Yulianti ST.MTREKAYASA GEMPA

vibrasi-vibrasi paling yang kuat. Gelombang permukaan berasal dari

gelombang badan yang mencapai permukaan.

IV.2. Parameter Gempa Bumi

Meskipun gempa bumi merupakan peristiwa geologi, namun dampak yang

diakibatkannya bersifat menyeluruh. Besarnya intensitas atau kekuatan gempa

bumi diukur dengan suatu alat yang dinamakan seismograf dan data hasil

catatan seismograf yang berupa grafik dinamakan seismogram. Besarnya

intensitas tersebut tergantung pada :

1. Jarak episenter

2. Besar energi gempa yang dilepas, biasanya diukur dengan skala Richter

3. Kondisi geologi (batuan intensitasnya lebih kecil dari tanah lunak)

4. Besar derajat kerusakan yang dirasakan manusia, biasanya diukur dengan

skala Modified Mercalli (MM) dalam skala I-XII. Namun aplikasi skala ini

kurang dapat diandalkan karena hanya didasarkan pada hasil pengamatan

terhadap perilaku dan kerusakan obyek-obyek tertentu yang memang tidak

direncanakan dengan baik terhadap beban gempa. Disamping itu, skala

intensitas ini juga tidak menyatakan hubungan langsung dengan karakteristik

getaran gempa. Tanpa adanya sarana lain yang lebih memadai, spektrum

respon percepatan dapat dipakai sebagai suatu tolak ukur sederhana yang

dapat diandalkan untuk memperkirakan intensitas kerusakan struktur pada

suatu wilayah.

Adapun pemodelan proses perambatan gelombang gempa bumi seperti yang

terlihat pada gambar IV.3.

Gambar IV.3. Proses Perambatan Gelombang Gempa Bumi

1. Hiposentrum

Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB Ria Catur Yulianti ST.MTREKAYASA GEMPA

Focus Gempa

JarakEpisenter

Lokasi

Jarak Hiposenter

Hiposentrum (hypocentre) adalah pusat gempa bumi, yaitu tempat terjadinya

perubahan lapisan batuan atau dislokasi di dalam bumi sehingga

menimbulkan gempa bumi. Howell (1969) telah membagi jenis-jenis gempa

bumi berdasarkan kedalaman hiposentrumnya, yaitu :

a. gempa bumi dangkal (normal), pusatnya < 70 km

b. gempa bumi sedang (intermedier), pusatnya 70 - 300 km

c. gempa bumi dalam, pusatnya 300 - 700 km

Kebanyakan gempa bumi yang terjadi, pusatnya terletak dekat permukaan

bumi pada kedalaman rata-rata 25 km, dan berangsur ke bawah tidak lebih

dari 700 km. Gempa bumi dangkal cenderung lebih kuat dari pada gempa

bumi dalam, oleh sebab itu gempa bumi dangkal lebih banyak menyebabkan

kerusakan.

Apabila hiposentrum terletak di dasar laut maka getaran gempa bumi yang

terjadi dapat menimbulkan gelombang air pasang yang sangat besar dengan

ketinggian mencapai puluhan meter. Gelombang air laut yang besar seperti

ini dinamakan tsunami, bersifat sangat merusak dan dapat memporak-

porandakan segala suatu yang diterjangnya di tepi pantai.

2. Epicentrum

Epicentrum (epicentre) adalah tempat di permukaan bumi yang letaknya

terdekat terhadap hiposentrum. Letak epicentrum tegak lurus terhadap

hiposentrum, dan sekitar daerah ini pada umumnya merupakan wilayah yang

paling besar merasakan getaran gempa bumi.

IV.3. Magnitudo Gempa Bumi

Magnitudo gempa adalah parameter gempa yang berhubungan dengan

besarnya kekuatan gempa di sumbernya. Jadi pengukuran magnitudo yang

dilakukan di tempat yang berbeda, harus menghasilkan harga yang sama

walaupun gempa yang dirasakan di tempat-tempat tersebut tentu berbeda.

Richter pada tahun 1930-an memperkenalkan konsep magnitudo untuk ukuran

kekuatan gempa di sumbernya. Satuan yang dipakai adalah skala Richter

(Richter Scale), yang bersifat logaritmik. Pada umumnya magnitudo diukur

Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB Ria Catur Yulianti ST.MTREKAYASA GEMPA

berdasarkan amplitudo dan periode fase gelombang tertentu. Rumus untuk

menentukan magnitudo gempa yang umum dipakai pada saat ini adalah:

………………… (IV-1)

dimana :

M : magnitudo,

a : amplitudo gerakan tanah (dalam mikron),

T : periode gelombang,

Δ : jarak pusat gempa atau episenter,

h : kedalaman gempa,

CS : koreksi stasiun oleh struktur lokal (sama dengan 0 untuk kondisi tertentu)

CR : koreksi regional yang berbeda untuk setiap daerah gempa.

Ada beberapa jenis magnitudo yang pernah diperkenalkan dan dipakai sampai

saat ini, yaitu :

1. Magnitudo lokal (ML)

Magnitudo lokal diperkenalkan oleh Richter untuk mengukur magnitudo

gempa-gempa lokal, khususnya di California Selatan, yang menggunakan

fase gelombang-P. Nilai amplitudo yang digunakan untuk menghitung

magnitudo lokal adalah amplitudo maximum gerakan tanah (dalam mikron)

yang tercatat oleh seismograph torsi (torsion seismograph) Wood-Anderson,

yang mempunyai periode natural : 0,8 sekon, magnifikasi (perbesaran) : 2800

dan faktor redaman : 0,8. Jadi formula untuk menghitung magnitudo lokal

tidak dapat diterapkan di luar California dan data amplitudo yang dipakai

harus yang tercatat oleh jenis seismograph di atas.

2. Magnitudo gelombang permukaan (MS)

Magnitudo gelombang permukaan diperkenalkan oleh Guttenberg. Magnitudo

ini menggunakan fase gelombang permukaan terutama gelombang R

(Rayleigh) seperti yang terlihat pada gambar IV.4, yang diukur berdasarkan

amplitudo gelombang permukaan. Secara praktis (di USA), amplitudo

gerakan tanah yang dipakai adalah amplitudo maksimum gelombang

permukaan yaitu gelombang Rayleigh (dalam mikron), seismogram periode

panjang, komponen vertikal, periode 20±3 sekon) dan periodenya diukur

pada gelombang dengan amplitudo maksimum tersebut.

Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB Ria Catur Yulianti ST.MTREKAYASA GEMPA

Gambar IV.4. Gelombang Rayleigh

3. Magnitudo Gelombang Badan (Body Waves Magnitudo, Mb)

Magnitudo Gelombang Badan adalah Magnitudo gempa yang diperoleh

berdasar amplitudo gelombang badan, baik P maupun S. Dalam prakteknya

(di USA), amplitudo yang dipakai adalah amplitudo gerakan tanah maksimum

(dalam mikron) yang diukur pada 3 gelombang yang pertama dari gelombang

P (seismogram periode pendek, komponen vertikal), dan periodenya adalah

periode gelombang yang mempunyai amplitudo maksimum tersebut. Sudah

tentu rumus yang dipakai untuk menghitung Mb ini dapat digunakan disemua

tempat (universal). Tapi perlu dicatat bahwa faktor koreksi untuk setiap

tempat (stasiun gempa) akan berbeda satu sama lain.

IV.4. Hubungan Antar Magnitudo

Dalam menentukan magnitudo, tidak ada keseragaman materi yang dipakai

kecuali persamaan umumnya, yaitu seperti persamaan IV.1. Untuk menentukan

Mb misalnya, orang dapat memakai data amplitudo gelombang badan (P dan S)

dari sembarang fase seperti P, S, PP, SS, pP, sS (yang tercetak pada

seismogram). Seismogram yang dipakai juga dapat dipilih dari komponen vertikal

atau horisontal, tetapi harus konsisten. Demikian juga dalam penentuan

magnitudo gelombang permukaan (MS). Oleh karena itu, kiranya dapat

Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB Ria Catur Yulianti ST.MTREKAYASA GEMPA

dimengerti bahwa magnitudo yang ditentukan oleh institusi yang berbeda akan

bervariasi, walaupun mestinya tidak boleh terlalu besar. Namun demikian, secara

empiris terdapat hubungan langsung antara Mb dan MS, yaitu :

Mb = 0.56MS + 2,9 ...................................(IV-2)

IV.5. Energi Gempa

Kekuatan gempa disumbernya dapat juga diukur dari energi total yang

dilepaskan oleh gempa tersebut. Energi yang dilepaskan oleh gempa biasanya

dihitung dengan mengintegralkan energi gelombang, misal gelombang badan

dan seluruh luasan yang dilewati gelombang, dimana bola untuk gelombang

badan dan silinder untuk gelombang permukaan. Sehingga secara tidak

langsung, perhitungan energi yang dilepaskan gempa, berarti mengintegralkan

energi keseluruhan ruang dan waktu. Berdasarkan perhitungan energi dan

magnitudo yang telah dilakukan, ternyata terdapat relasi persamaan antara

magnitudo dan energi, yaitu sebagai berikut :

log E = 11.8 + 1.5 M …………………… (IV-3)

dimana M adalah kekuatan, yang didefinisikan sebagai logaritma dari amplitudo

maksimum yang diukur dalam mikrometer (10-6 m) dari catatan gempa bumi yang

diperoleh dengan seismograf Wood-Anderson, yang dikoreksi terhadap jarak

sebesar 100 km.

Berdasar persamaan IV-3, kenaikan magnitudo gempa sebesar 1 skala richter,

akan berkaitan dengan kenaikan amplitudo yang dirasakan di suatu tempat

sebesar 10 kali dan kenaikan energi sebesar 25 sampai 30 kali.

Akibat besarnya energi gempa yang dipancarkan setiap magnitude, maka

diperlukan informasi-informasi agar dapat menentukan secara tepat tingkat

resiko gempa pada suatu wilayah tertentu :

1. Frekuensi terjadinya gempa-gempa dangkal yang bersifat merusak dengan

pusat gempa < 70 km.

Hubungan antara besar energi gempa (M) dan frekuensi gempa (N) diberikan

oleh persamaan Gutenberg & Richter sebagai berikut :

Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB Ria Catur Yulianti ST.MTREKAYASA GEMPA

Log N = a – bM ........................ (IV-4)

dimana :

a : Konstanta yang menunjukkan tingkat aktivitas gempa

M : Magnitude gempa dalam skala Richter

N : Jumlah gempa dengan magnitude ≥ M desain pertahun

b : Konstanta yang menentukan perbedaan frekuensi terjadinya gempa

kecil dan gempa kuat.

Nilai konstanta a dan b untuk tiap daerah mempunyai nilai-nilai tertentu.

Berikut merupakan diagram hubungan antara log N dengan M.

Gambar IV.5. Hubungan Log N – M

2. Pola kelemahan (attenuation) pengaruh gempa-gempa tersebut.

Tingkat resiko gempa pada suatu wilayah tidak dapat ditentukan hanya

berdasarkan peta frekuensi gempa. Hal ini disebabkan karena tingkat resiko

diukur dari intensitas kerusakan struktur pada suatu lokasi, yang tidak hanya

tergantung pada besarnya gempa tetapi juga jarak episenter dan kondisi

tanah pada lokasi tersebut.

Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB Ria Catur Yulianti ST.MTREKAYASA GEMPA

M

Log N = a - bM

Log N