## ANALISIS PEAK GROUND ACCELARATION WILAYAH SUMATERA UTARA MENGGUNAKAN METODE MC.GUIRRE R.K DAN METODE CAMPBELL
Saza Amiroh * , Lailatul Husna Lubis,  Ratni Sirait
Program Studi Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Islam Negeri Sumatera Utara Medan, Jl. Lap Golf. Kp. Tengah. Pancur Batu, Medan, 20353, Indonesia *email: saza030499@gmail.com

## ABSTRAK
Sumatera  Utara  merupakan  wilayah  yang  rentan  akan  bencana  gempa  bumi,  karena  berada  pada  zona  subduksi  antar  lempeng  Indo- Australia yang menunjam miring ke dalam lempeng Eurasia. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui nilai percepatan gerakan tanah maksimum  dan  untuk  mengetahui  pemetaan  percepatan  gerakan  tanah  maksimum  agar  dapat  mengetahui  daerah  yang  rawan  akan kerusakan akibat gempa bumi di wilayah Sumatera Utara. Penelitian ini menggunakan dua rumusan empiris dengan metode Mc.Guirre R.K  dan  metode  Campbell  untuk  mencari  nilai  percepatan  gerakan  tanah  maksimum  di  wilayah  Sumatera  Utara.  Hasil  dari  nilai percepatan gerakan tanah maksimum yang tertinggi untuk metode Mc.Guirre R.K sebesar 127,8771116 gal, dan hasil percepatan gerakan tanah maksimum yang tertinggi menggunakan metode Campbell sebesar 112,573716 gal. Dari hasil percepatan gerakan tanah maksimum dari  kedua  metode  menghasilkan  posisi  percepatan  gerakan  tanah  maksimum  yang  sama,  yaitu  di  kota  Sibolga  yang  terletak  di  kaki pegunungan  Bukit  Barisan  yang  membentang  di  sepanjang  Pantai  Barat  Sumatera  Utara  dengan  kekuatan  5,796666667  Ms  dan kedalaman gempa 19,3 Km.
Kata Kunci: Campbell; Gempa Bumi; Mc.Guirre R.K; Percepatan Gerakan Tanah Maksimum; Sumatera Utara

## ABSTRACT
[Title: Analysis Of Peak Ground Accelaration Using The Mc.Guirre R.K Method And Campbell Method In North Sumatera Region] North Sumatra is an area that is prone to earthquake disasters, because it is located in the collision zone between the Indo-Australian  plate  which  slopes  downward  into  the  Eurasian  plate..  This  study  aims  to  determine  the  value  of  the  peak  ground acceleration and to determine the mapping of the peak ground acceleration in order to identify areas that are prone to earthquake damage in the North Sumatra region. This study uses two empirical formulations with the Mc.Guire R.K method and the Campbell method to find the peak ground acceleration value in the North Sumatra region. The result of the highest peak ground acceleration value for the Mc.Guirre R.K method is 127.8771116 gal, and the highest peak ground acceleration using the Campbell method is 112.573716 gal. From the results of the peak ground acceleration of the two methods, the position of the peak ground acceleration is the same, namely in the city of Sibolga which is located at the foot of the Bukit Barisan mountain range which stretches along the West Coast of North Sumatra with a strength of 5.796666667 Ms and an earthquake depth of 19.3 Km.
Keywords: Campbell; Earthquake; Mc.Guirre R.K; Peak Ground Acceleration; North Sumatra

## PENDAHULUAN
Wilayah Sumatera Utara secara geologi cukup sering terjadi bencana gempa bumi, karena Sumatera Utara berada pada pertemuan antara lempeng Indo- Australia yang menunjam miring ke lempeng Eurasia (Andriana,  2017).  Dari  pertemuan  kedua  lempeng tersebut menyebabkan terbentuknya sesar Semangko yang  memanjang  kurang  lebih  390  km  yang menyebabkan  setiap  daerah  yang  dilalui  oleh  sesar ini  rawan  bencana  gempa  bumi  (Puspa,  2017). Sebaran  gempa  bumi  Sumatera  Utara  dapat  dilihat pada peta seismisitas Sumatera Utara pada gambar 1.
Gambar 1. Peta Seismisitas Sumatera Utara (ArcViewGIS 10.8)
Berdasarkan  pada  gambar  1,  dapat  dilihat bahwa wilayah Sumatera Utara cukup rentan terjadi bencana  gempa  bumi,  karena  dipengaruhi  oleh  dua lempeng yang saling bertumbukan dan juga dilewati oleh  jalur  patahan  semangko  sehingga  membuat wilayah  Sumatera  Utara  rawan  bencana  gempa bumi.
Gempa  bumi  ialah  fenomena  dimana  massa batuan  di  kerak  bumi  pecah  dan  energi  dilepaskan dengan  cepat,  yang  menyebabkan  permukaan  bumi bergetar (Ardiansyah, 2014). Semakin banyak energi yang  dikeluarkan,  maka  semakin  kuat  gempa  yang terjadi.  Energi  yang  dilepaskan  ialah  energi  yang tersimpan  di  wilayah  tersebut  yang  mana  tegangan maksimum  akibat  patahan  batuan,  sehingga melepaskan  sebagian  energi  yang  sudah  terkumpul. Sumber energi yang dilepaskan  dapat  j u g a   berasal dari  hasil  tumbukan  lempeng,  d a n   letusan  gunung api.  Gempa  bumi  belum  dapat  diketahui  kapan terjadi,  dimana  dan  berapa  kekuatan  gempa  yang dikeluarkan  meskipun  saat  ini  teknologi  semakin canggih  (Rais,  2021).  Manusia  hanya  dapat menentukan  kekuatan  gempa  dengan  bantuan  alat seismograph (Bahri,  2019).  Efek  langsung  yang diakibatkan oleh gempa bumi ialah merusak struktur bangunan,  perumahan  umum,  fasilitas  umum  dan infrastruktur  lainnya.  Secara  umum  besarnya kerusakan  tergantung  dari  kekuatan  dan  kualitas bangunan  serta  kondisi  geologi  daerah  tersebut (Fahlia, 2019).
Kerusakan yang disebabkan oleh gempa bumi dapat ditentukan oleh parameter gempa menggunakan pendekatan percepatan gerakan tanah maksimum  atau Peak  Ground  Acceleration (PGA). PGA ialah nilai maksimum percepatan gerakan tanah sebagai  indeks  untuk  mengkaji  kerusakan  tanah akibat  gerakan  gempa  di  permukaan  tanah.  PGA dapat ditentukan dengan dua cara, yaitu pengukuran gerakan tanah dengan alat accelerograph ialah dengan cara dipasang di lokasi pengamatan untuk mengukur percepatan  tanah  akibat  gempa  di  sekitar  lokasi (Kusumawardani,  2020).  Namun, accelerograph di Indonesia masih belum efektif dan jumlahnya masih sangat  sedikit  dibandingkan  dengan  negara  lain. Pengukuran  PGA  dilakukan  secara  empiris  dengan menggunakan  berbagai  pendekatan  dari  beberapa rumus  yang  diturunkan  dari  magnitudo  gempa  dan jarak  hiposenter  gempa  bumi  (Kapojos,  2015). Pendekatan empiris ialah metode yang dipakai untuk menghitung percepatan tanah yang di buat oleh para ahli.
Dalam  penelitian  ini,  menggunakan  dua rumusan  empiris  dengan  metode  Mc.Guirre  R.K dan  metode  Campbell  untuk  penentuan  PGA  di wilayah  Sumatera  Utara,  karena  telah  digunakan
sebelumnya  di  Pulau  Sumatera  yaitu  di  Provinsi Aceh  dalam  menentukan  PGA.  Selain  itu  metode Mc.Guirre  R.K  ini  diterapkan  pertama  kali berdasarkan  gempa  bumi  di  California  Selatan  di sepanjang patahan San Andreas. Patahan San Andreas ialah  patahan mendatar yang terlihat di daratan sama halnya  seperti  sesar  Sumatera.  Sesar  (patahan)  ini membentuk  batas  tektonik  antara  lempeng  Pasifik dan  lempeng  Amerika  Utara  di  California,  AS, dengan panjang 1.300 km (Lia, 2020). Dan metode Campbell berdasarkan studi percepatan tanah akibat gempa dangkal yang utamanya terjadi di pantai barat USA,  dengan  kondisi  gempa  yang  terjadi  di sepanjang  daerah  subduksi.  Yang menjadikan kedua rumusan  ini  cocok  dengan  karakteristik  Sumatera Utara  dan  diuji  dalam  penelitian  ini  (Lia,  2020). Maka perhitungan secara empiris dari kedua metode tersebut ialah :
1. Rumusan Mc.Guirre R.K (Robin,1977)
α  =  472,3 ×10 ,,-./ 01 ×(R ×25) 67,8,7 (1) Dimana : 𝛼 = PGA (gal)
M = Magnitudo Permukaan (Ms) R  = Jarak hiposenter (Km) 2. Rumusan Campbell (Kenneth,1981)
𝛼  =  0,0185. exp (1,28M)[(R  + 0,147 exp (0,732M )] 67,.C (2) Dimana : 𝛼 = PGA (g)
1 g = 981 gal
M = Magnitudo Permukaan (Ms)
R  = Jarak hiposenter (Km) PGA  biasanya  dihitung  berdasarkan magnitudo  dan  kedalaman  gempa.  Semakin  tinggi PGA  yang  dihasilkan  oleh  gempa  bumi  di  suatu tempat,  maka  semakin  besar  pula  resiko  gempa bumi yang terjadi. Satuan percepatan gerakan tanah dinyatakan dalam gal (cm/s 2 ) (Kapojos, 2015).

## METODE
Penelitian ini menggunakan data gempa bumi di Sumatera Utara dari 07 Juli 1986 sampai 07 Juli 2021  yang  diperoleh  dari  katalog  IRIS  dan  USGS dengan  magnitudo  5–10  (Mb,  Mw)  dan  kedalaman 0-70 Km.  Difokuskan pada titik koordinat Sumatera Utara 1 ° - 4 ° LU dan 98 ° -100 ° BT. Pengolahan data menggunakan  Ms.Excel  dan  pembuatan  peta menggunakan software ArcViewGIS 10.8.
Data yang sudah terkumpul, diproses dengan cara sebagai berikut :
a. Data gempa yang sudah didapatkan dari katalog IRIS  dan  USGS  disusun  sesuai  batasan  wilayah Sumatera  Utara  1 ° -  4 ° LU  dan  98 ° -100 ° BT. Dengan  kejadian  gempa  periode  1986  –  2021
dengan  magnitude  5  -  10    (Mb,  Mw)  dan kedalaman gempa bumi 0 – 70 km.
b. Setelah data gempa bumi disusun sesuai batasan penelitian,  perlu  dilakukan  konversi  terlebih dahulu  karena  data  yang  terunduh  dari  katalog IRIS dan USGS masih memakai skala gempa yang berbeda,  seperti  skala  magnitudo  momen  (Mw), magnitudo body (Mb), dan magnitudo surface (Ms). Oleh sebab itu dilakukan konversi  skala (Mw) dan (Mb)  menjadi  (Ms)  agar  dapat  dihitung  nilai percepatan gerakan tanah maksimum nya.
1. Hubungan  magnitudo  permukaan  (Ms) dengan  magnitudo  gelombang  badan (Mb),  berdasarkan  persamaan  3  (Lia,
2020).
𝑀𝑏 =  0,63 Ms  +  2,5
(3)
2. Hubungan  magnitudo  momen  (Mw) dengan  magnitudo  seismik  (Mo), berdasarkan persamaan 4 (Lia, 2020). Mw  =   (log Mo/1,5) –  10,73 (4) 3. Hubungan  magnitudo  permukaan  (Ms) dengan momen seismik (Mo),
berdasarkan persamaan 5 (Lia, 2020). Log Mo  =  1,5 Ms  +  16,1 (5) c. Lalu untuk mempermudah dalam mencari nilai episenter  (titik  gempa  di  permukaan  bumi), membagi  wilayah  Sumatera  Utara  menjadi beberapa titik grid, masing-masing dengan ukuran grid  0,5 ° × 0,5 ° ,  lalu  mengambil  data  gempa dengan magnitudo terbesar dan terdekat dari titik grid.
d. Setelah  data  grid  di  dapatkan,  dilanjutkan dengan  menghitung  jarak  episenter  di  Mc.Excel berdasarkan persamaan 6 (Lia, 2020).
∆ - =   (𝑥 - − 𝑥 7 )2  +   (𝑦 - − 𝑦 7 )2 (6) e. Kemudian  menghitung  jarak  hiposenter  di Mc.Excel berdasarkan persamaan 7 (Lia, 2020).
𝑅 - =   ∆ - + ℎ - (7) f. Selanjutnya menghitung PGA ( 𝛼 ) menggunakan metode Mc.Guirre R.K dan metode Campbell.
g. Tahap  terakhir    membuat  peta  PGA  dengan menggunakan perangkat lunak ArcViewGIS 10.8.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil  pemetaan  percepatan  gerakan  tanah maksimum  dari  metode  Mc.Guirre  R.K menggunakan  data  kejadian  gempa  bumi    tahun 1986-2021 di wilayah Sumatera Utara ditunjukkan pada  gambar  2,  bahwa  wilayah  Sumatera  Utara memang  rentan  terjadi  bencana  gempa  bumi, karena  dipengaruhi  oleh  aktivitas  antara  dua lempeng yang saling bertumbukan dan dipengaruhi juga  oleh  sesar  semangko  (Rahayu,  2020).  Dan
dibuktikan  dengan  nilai  percepatan  gerakan  tanah yang  didapatkan  sebesar  102,918  –  127.877  gal. Juga dapat dilihat peta seismisitas pada gambar 1, yang menampilkan beberapa kejadian gempa bumi periode  1986-2021  dengan  kekuatan  gempa  yang paling merusak dengan nilai (5,49 – 6,39 Ms).
Gambar  2. Hasil  Pemetaan  PGA  Menggunakan Metode  Mc.Guirre  R.K  di  Wilayah Sumatera Utara.
Hasil  pemetaan  percepatan  gerakan  tanah maksimum  menggunakan  data  gempa  bumi  tahun 1986  –  2021  menggunakan  metode  Campbell ditunjukkan  pada  gambar  3.  Diperoleh  nilai percepatan  gerakan  tanah  maksimum  yang  paling merusak  di  tunjukkan  pada  peta  yang  berwarna merah dengan nilai  103,408 – 112,573 gal.
Gambar  3. Hasil  Pemetaan  PGA  Menggunakan Metode  Campbell  di  Wilayah Sumatera Utara
Dari  pemetaan  percepatan  gerakan  tanah maksimum  di  wilayah  Sumatera  Utara  yang  di akibatkan  oleh  gempa  bumi  periode  1986  –  2021 dari  kedua  rumusan  empiris  dengan  metode  Mc. Guirre R.K  dan metode Campbell, diperoleh nilai percepatan  gerakan  tanah  maksimum  yang  paling tinggi  untuk  metode  Mc.Guirre  R.K  sebesar
127,8771116  gal,  untuk  nilai  percepatan  gerakan tanah  maksimum  yang  paling  tinggi  menggunakan metode  Campbell  sebesar  112,573716  gal.  Nilai PGA  di  setiap  wilayah  dipengaruhi  oleh  struktur geologi,  magnitude  dan  kedalaman  gempa  bumi. PGA yang dihasilkan di suatu lokasi gempa menjadi penting  untuk  mendeskripsikan  tingkat  bahaya gempa bumi di suatu lokasi (Asna, 2017).
Hasil  percepatan  gerakan  tanah  maksimum yang  didapatkan  dari  Metode  Mc.Guirre  R.K  dan metode  Campbell  menghasilkan  posisi  percepatan gerakan tanah maksimum yang sama, yaitu berada di Sibolga  dengan  kekuatan  5,796666667  Ms  dan kedalaman  gempa  19,3  Km.  Sibolga  berada  dekat dengan  zona  subduksi  dan  sesar  Semangko  yang membagi  Sumatera  Utara  melintasi  Kabupaten Karo,  Samosir,  Dairi,  Pak  –  Pak  Barat,  Tapanuli Tengah,  Tapanuli  Utara,  Tapanuli  Selatan, Mandailing  Natal  termasuk  juga  kota  Sibolga  yang menyebabkan  daerah  yang  di  lalui  oleh  patahan tersebut akan rawan bencana gempa bumi.
Sibolga  terletak  di  kaki  pegunungan  Bukit Barisan, yang membentang di sepanjang Pantai Barat Sumatera  Utara  menghadap  ke  Teluk  Tapian  Nauli dengan  ketinggian  1  -  50  meter  diatas  permukaan laut.  Kondisi  batuan  di  Sibolga  terdapat  tuf  yang lapuk  dan  sudah  melunak  dan  juga  disusun  oleh batupasir  lempungan  berwarna  coklat  terang  yang berbutir  sangat  halus  sampai  kasar  yang menyebabkan batuan-batuan tersebut  sangat rentan terhadap  pergerakan  tanah  (Saruksuk,  2006). Berdasarkan  dari  hasil  data  yang  didapatkan,  dapat dilihat  bahwa  dari  kedua  metode  Mc.Guirre  R.K dan  metode  Campbell  memiliki  kemiripan,  terlihat dari  wilayah  kejadian  gempa,  magnitudo,  dan kedalaman gempanya.

## KESIMPULAN DAN SARAN
Hasil perhitungan PGA dari kedua metode di wilayah  Sumatera  Utara  dengan  pengambilan  data gempa  periode  1986  –  2021,  diperoleh  nilai percepatan  gerakan  tanah  maksimum  menggunakan metode  Mc.Guirre  R.K  sebesar  127,8771116  gal. Untuk  hasil  perhitungan  nilai  percepatan  gerakan tanah  maksimum  menggunakan  metode  Campbell Sebesar 112,573716 gal. Hasil pemetaan percepatan gerakan  tanah  maksimum  dari  kedua  metode memiliki  posisi  yang  sama  yaitu  berada  di  kota Sibolga  yang  terletak  di  kaki  pegunungan  Bukit Barisan yang membentang di sepanjang Pantai Barat Sumatera  Utara  dan  menghadap  ke  Teluk  Tapian Nauli  dengan  ketinggian  1-50  meter  diatas permukaan laut, dengan kekuatan 5,796666667 Ms dan  kedalaman  gempa  19,3  Km.  Dari  hasil percepatan  gerakan  tanah  maksimum  yang  di
dapatkan  cukup  memberikan  gambaran  tentang daerah  yang  rentan  akan  bencana  gempa  bumi,  dan diharapkan  dapat  dijadikan  sebagai  mitigasi  bagi pemerintah  dalam  bahaya  kegempaan  di  wilayah Sumatera  Utara  sehingga  dapat  meminimalisir kerusakan dan kerugian akibat bencana gempa bumi.

## DAFTAR PUSTAKA
Ambarwati,  Lia.  2020.  Pemetaan  dan  Analisa  PGA Maksimum  Gempabumi  Pada  Provinsi Aceh Periode 2012 – 2017 dengan Metode Atenuasi. Skripsi .  UIN  Syarif  Hidayatullah Jakarta.
Andriani,  F.  D.,  Iryanti,  M.,  &  Sari,  I.  L.  2017. Analisis  Pola  Waktu  Mula  Anomali Polarisasi  Sinyal  Sebelum  Gempa  Bumi  di Wilayah Aceh dan Sumatera Utara. Wahana Fisika , 2(2), 118-128.
Ardiansyah, S. 2014. Energi Potensial Gempa Bumi di  Kawasan  Segmen  Mentawai-Sumatera Barat. Physics Student Journal Vol. 2 No. 1.
Asna.  2017.  Pemetaan  Daerah  Rawan  Bencana Gempabumi di Wilayah Sulawesi Tenggara Berdasarkan  Nilai  Percepatan  Tanah Maksimum  Dengan  Menggunakan  Metode Mc.  Guirre  R.K. Skripsi .  UIN  Alauddin Makassar.
Bahri, Zulkifli dkk. 2019. Penggunaan SCR Sebagai Alarm  Peringatan  Dini  Pada  Saat  Terjadi Gempa Bumi. Jurnal of Electrical Technology, Vol. 4 No. 3.
Campbell,  Kenneth  w.  1981.  Near-Source
Attenuation of Peak Horizontal
Acceleration . Bulletin  of  the  Seismological
Society of America . Vol. 71 No. 6.
Fahlia,  dkk.  2019.  Analisis  Dampak  Perubahan Perilaku  Sosial  Ekonomi  Masyarakat  Desa Mapin  Rea  Pasca  Bencana  Gempa  Bumi. Jurnal Ekonomi dan Bisnis Indonesia . Vol. 04, no. 01 pp. 51-55.
Kapojos,  Cloudya  dkk.  2015.  Analisis  Percepatan Tanah  Maksimum  dengan  Menggunakan Rumusan  Esteva  dan  Donovan. Jurnal Ilmiah Sains . Vol. 15 No. 2.
Kusumawardani, B. N., Didik, L. A., & Bahtiar, B. 2020.  Analisis  PGA  (Peak  Ground Accelaration) Pulau Lombok Menggunakan Metode  Pendekatan  Empiris. JFA  (Jurnal Fisika dan Aplikasinya) . 16(3), 122-127.
McGuire,  R.  K.  1977.  Effects  of  Uncertainty  In Seismicity On Estimates of Seismic Hazard
For  the  East  Coast  of  the  United  States. Bulletin of the Seismological Society Of America . 67 (3) 827-848. Puspa,  M.  S.  2015.  Studi  Hubungan  Posisi  Jarak Bumi  Terhadap  Bulan  dengan  Kejadian
Gempa Bumi dan Pola Sebaran
Episenternya  di  Wilayah  Sumatera  Utara. Inovasi Fisika Indonesia . 4(3). Rahayu,  Teguh  dkk.  2020. Wajah  Tektonik  Sumatera Bagian Utara . Yayasan Kita Menulis.
Rais,  Iqbal  luthfi  nur.  2021.  Analisis  Bencana Gempa  Bumi  dan  Mitigasi  Bencana  di Daerah  Kertasari. Jurnal  Kajian  Ilmu  dan Pendidikan Geografi. Vol.4 No.2. Saruksuk, Johannes Hanzen. 2006. Konsep Jaringan Jalan  Pada  Kota  Yang  Rawan  Bencana Gempa  dan  Tsunami  (Studi  Kasus  Kota Sibolga). Thesis .  Universitas  Diponegoro Semarang.