## ANALISA KOMPARATIF PERCEPATAN TANAH MAKSIMUM AKIBAT GEMPABUMI M6.3 DI SELAT MENTAWAI BERDASARKAN RUMUSAN EMPIRIS GROUND MOTION PREDICTION EQUATION (GMPE)
Fitri Anggriani 1 , Akmam 2 , Syafriani 2
1) 1Mahasiswa Jurusan Fisika, FMIPA Universitas Negeri Padang
2) Staf Pengajar Jurusan Fisika, FMIPA Universitas Negeri Padang fitri.anggri4ni@gmail.com , akmamdatuk@gmail.com , syafriani05@yahoo.com

## ABSTRACT
The ground motion intensity caused by an M 6.3 earthquake that struck Mentawai Strait on September 1st, 2017 with epicenter -1.24 N and 99.75 E and depth 58 km were recorded on BMKG’s seismic and intensity network, the intensity was about III - IV intensity scale (MMI) and the acceleration was 2.8 g. The earthquake intensity calculation in Indonesia can also be calculate by using Ground Motion Prediction Equation (GMPE) such as  Si and  Midorikawa  (1999),  Mc  Guire  (1963),  Donovan  (1973)  and  Wu  et  al  (2003)  empirical  equations.  We conducted a research to compare the peak ground acceleration calculation between using empirical equation and by  using  data  observed  on BMKG’s  intensity  networks.  The  PGA    result  on  every  district  of  Sumatera  Barat Province that shown on BMKG’s shakemap has a significant different comparing with the calculation using the equations. The PGA values by using the empirial equations were decayed through the hipocenter distance of the earthquake in every district of Sumatera Barat Province. Meanwhile base on the observed one, we found some anomalies of PGA value on some BMKG’s accelerograph station networks i.e. PDSI in Padang and PAPA in Padang Panjang with 14.35 g and 5.07 g respectively. But these anomalies were not impacted to the result of the intensity,  because  they  have  some  filters  that  can  elimunate  these  kind  of  anomalies  to  conduct  an  accurate result.
Keywords : Earthquake, GMPE, Strong ground motion, Peak Ground Acceleration, Intensity, BMKG

## PENDAHULUAN
Gempabumi  merupakan  fenomena  alam  akibat pelepasan  energi  dari  inti  bumi  yang  getarannya dirasakan hingga permukaan tanah. Pelepasan energi ini  terjadi  dikarenakan  lapisan  kerak  bumi  sudah tidak  lagi  mampu  menahan  energi  tekanan  dan tarikan  dari  arus  konveksi  yang  bersumber  dari  inti bumi.  Energi  yang  dilepaskan  merupakan  energi seismik  yang  menjalar  ke  segala  arah  hingga  ke permukaan  bumi.  Energi  seismik  inilah  yang menggerakkan lapisan kerak bumi dan menyebabkan terbentuknya  lempengan  kerak  bumi  dan  patahan atau  sesar.  Energi  ini  juga  bisa  menimbulkan terbentuknya  daerah  perbukitan  dan  pegunungan akibat  dari  pergerakan  lempeng  tektonik  yang  saling bertumbukan.
Besarnya  kuat  guncangan  atau  getaran  akan dipengaruhi  oleh  banyak  faktor  diantaranya  adalah besarnya  magnitudo,  kedalaman  dan  jarak  dari episenter  gempa.  Selain  itu  kuat  getar  atau guncangan  juga  disebabkan  oleh  kondisi  batuan setempat,  di  mana  pada  batuan  lunak,  energi  gempa dapat  mengalami  amplifikasi  atau  penguatan  energi gempa  sebagai  akibat  porositas  batuan  yang  besar
atau memiliki densitas bantuan yang rendah. Berbeda pada  batuan  dengan  densitas  tinggi  atau  memiliki porositas  yang  kecil,  maka  tidak  terjadi  proses penguatan  energi  gelombang  gempa  pada  daerah tersebut.
Salah  satu  efek  dari  gempabumi  pada  suatu wilayah  adalah  adanya  percepatan  tanah  maksimum di permukaan. Kramer (1996) mengemukakan bahwa rekaman    pergerakan    tanah    menunjukkan  kekuatan dan lamanya durasi guncangan yang bergantung pada ukuran  dan  lokasi  sumber  gempa  serta  karakteristik dari lokasi setempat (site) .
Percepatan  getaran  tanah  maksimum  atau Peak Ground  Acceleration (PGA)  adalah  percepatan getaran  tanah  maksimum  yang  terjadi  pada  suatu tempat  yang  dipengaruhi  oleh  besarnya  magnitudo gempa,  jarak  hiposenter,  dan  kondisi  geologis setempat  (Kirbani,  2012).  Percepatan  getaran  tanah dapat  diukur  secara  langsung  dengan  menggunakan accelerometer maupun intensitimeter yang  dipasang pada  suatu  tempat,maupun  secara  tidak  langsung menggunakan pendekatan prediksi dengan menggunakan  rumusan  empiris  atau Ground  Motion Prediction Equation (GMPE).
Walaupun  Indonesia  belum  memiliki  rumusan empiris  tersendiri,  ada  banyak  peneliti  yang  telah melakukan studi mengenai PGA dengan menggunakan  berbagai  model  empiris  dari  negara lain  yang  memiliki  kondisi  wilayah  yang  hampir sama  dengan  Indonesia  seperti  model  empiris McGuire (1963), Donovan (1973), Si and Midorikawa  (1999),  model  empiris  Wu  et  al  (2006) dan  sebagainya.  Sehingga  muncul  berbagai  estimasi nilai PGA berdasarkan model empiris yang dianggap sesuai untuk daerah studi.
Penggunaan perhitungan secara empiris percepatan  tanah,  merupakan  salah  satu  alternatif untuk mengetahui tingkat bahaya guncangan gempabumi  pada  suatu  lokasi.  Dikarenakan  dalam beberapa  dekade  terakhir  banyak  terjadi  gempa- gempa  besar,  sehingga  dibutuhkan  perhitungan  nilai percepatan tanah maksimum (PGA) guna mengetahui tingkat guncangan akibat gempabumi yang berpotensi  menimbulkan  kerusakan  di  daerah  yang dekat dengan sumber gempa.
Pada  tanggal  1  September  2017,  tepatnya  pada pukul 00:06:57 WIB gempabumi kembali mengguncang  wilayah  Sumatera  Barat  pada  lokasi 1.24 LS dan 99.75 BT dengan M 6.3 pada kedalaman 58 km, di mana pusat gempa berada di sekitar 72 km Timurlaut  Muara  Siberut  di  Kabupaten  Kepulauan Mentawai.  Hasil  monitoring  yang  dilakukan  oleh Badan  Meteorologi  Klimatologi  dan  Geofisika menyebutkan  bahwa  gempa  tersebut  dirasakan dengan  intensitas  maksimum  sekitar  IV  MMI  di wilayah  Padang  dengan  nilai  PGA  sekitar  2.8  gal. Nilai ini didasarkan dari hasil sistem monitoring yang dimiliki oleh BMKG dengan menggunakan persamaan Worden et.al (2011)

## METODE PENELITIAN
Studi  ini  mencoba  membandingkan  antara hasil  perhitungan  nilai  PGA  dengan  menggunakan rumusan  empiris  dari  McGuire  (1963),  Donovan (1973),  Si  and  Midorikawa  (1999),  model  empiris Wu  et  al  (2006)  dengan  hasil  rekaman  intensitas gempabumi  yang  tercatat  pada  jaringan  sistem intensitas gempabumi yang dimiliki BMKG.
Perhitungan jarak hiposenter  di tiap kabupaten dan kota di Sumbar  akan  menentukan  sebaran  nilai PGA  di  tiap  kabupaten  dan  kota  yang  akan digunakan  dalam    rumusan-rumusan  empiris sebagai berikut:
1. McGuirre R.K (1963)
301 , 1 278 , 0 ) 25 ( 10 3 , 472      R M 
Di  mana  adalah  percepatan  tanah maksimum  (gal),  M  adalah  magnitudo  gempa,  R adalah  jarak  hiposenter  gempabumi  (km)  dimana
2 2 h R    ,   dengan  = Jarak episenter (km) , h = kedalaman sumber gempa (km)
2. Si and Midorikawa (1999) log A=0,5Mw+0,0036D+    d i S i - log X eq -0,003X eq +e+ε dimana 𝐴 merupakan  percepatan  tanah  (gal), 𝑀𝑤 adalah  momen  magnitudo  gempabumi, X eq adalah jarak  hiposenter  (km), d yaitu    jarak  dari  pusat gempabumi  ke  lokasi  ( crust =  0,00  ; inter–plate = 0,09 ; intra – plate = 0,28), 𝑆 adalah variabel dummy untuk  tipe/jenis  patahan  (S=1), 𝑒 merupakan koefisien  regresi  (0,6)  dan 𝜀 adalah  standar  deviasi (0,24).
3. Donovan (1973)
a = 1080*(exp 0.5M) / (R + 25)*1.32
Dimana  a  adalah  percepatan,  M  adalah magnitudo  dan  R  adalah  jarak  hiposenter  dalam satuan km.
R = jarak hiposenter (km)
2 2 h R      jarak episenter (km)
h = kedalaman sumber gempa (km)
4. Wu et al (2003)
𝛼 = 𝑒𝑥𝑝 𝐼−0.7 2 , 𝐼 = 𝐼 𝑜 𝑒 −𝑏∆ (12)
𝐼 𝑜 = 1,5 * (M - 0,5)
di mana ; α = percepatan tanah maksimum (gal) M = Magnitudo gempumi R = jarak episenter (km) 𝐼 𝑜 = Intensitas Sumber gempa bumi I= Intensitas pada jarak episenter (tercatat pada stasiun pengamat) b = 0.00051  dan ∆ = jarak episenter (km)
Douglas, (2017) menjelaskan bahwa terdapat  432  persamaan  GMPE  di  dunia  yang didasarkan  pada  data  gempabumi  dan  kondisi tektonik  masing-masing  lokasi  penelitian.  Di mana  masing-masing  persamaan  memiliki karakteristik data yang digunakan, di antaranya:
a. Jumlah data gempabumi yang digunakan dalam penelitian;
b. Besaran magnitudo yang digunakan
c. Jarak hiposenter dan episenter gempabumi
d. Kondisi tektonik  wilayah data penelitian yang digunakan
e. Metode  regresi  yang  dipakai  dalam pembuatan model empiris
f. Mekanisme Sumber gempabumi
Selanjutnya  rumusan-rumusan  ini  akan  digunakan untuk  menghitung  nilai  sebaran  PGA  di  tiap kabupaten  dan  kota  di  Sumatera  Barat  yang  akan dibandingkan dengan hasil peta guncangan ( shakemap )  hasil  observasi  jaringan  intensitimeter yang dimiliki BMKG

## HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
1. Hasil Penelitian
Sebaran hasil nilai percepatan tanah berdasarkan  peta  guncangan  yang  dikeluarkan BMKG dan hasil perhitungan berdasarkan rumusan empiris adalah sebagai berikut:
Gambar  4.1  adalah  peta  guncangan  akibat gempabumi  (shakemap)  tanggal  1  September  2017 dengan  M  6.3  pada  kedalaman  58  di  Selat Mentawai.  Terlihat  bahwa  sebaran  intensitasnya relatif  hampir  sama  di  tiap  daerah  di  wilayah Sumatera Barat dengan nilai intensitas sekira III-IV MMI atau sekira 2.8 g.
Gambar  4.4  Peta  sebaran  nilai  PGA  dari persamaan  empiris  dari  McGuire  (1963),  Donovan (1973),  Si  and  Midorikawa  (1999),  dan  Wu  et  al (2006) di tiap kabupaten dan kota di Sumatera Barat
Sedangkan  hasil  perhitungan  sebaran  nilai  PGA  di tiap  kabupaten  dan  kota  di  Sumatera  Barat  dengan menggunakan  rumusan  empiris  memiliki  sebaran
yang beragam sesuai dengan jarak hiposenter di tiap kabupaten dan kota.
Berdasakan  rumusan  empiris  McGuire  (1963), didapat  nilai  percepatan  tanah  maksimum  berada  di Pulau  Siberut  kabupaten  Kepulauan  Mentawai dengan nilai PGA 0,057 g dan nilai PGA  minimum berada di Kabupaten Darmasraya dengan nilai PGA sekitar 0,021 g. Hasil perhitungan nilai PGA dengan rumusan Donovan (1973) menghassilkan nilai PGA maksimum  berada  di  Pulau  Siberut  dengan  nilai PGA 0,049 g dan nilai PGA minimumnya berada di Dharmasraya,  yaitu  0.018  g.  Rumusan  empiris  Si and  Midorikawa  menghasilkan  nilai  PGA  tertinggi berada  di  Pulau  Siberut  dengan  nilai  PGA  0.097  g dan minimumnya berada di Kabupaten Dharmasraya , yaitu 0.016 g. Sementara rumusan Wu et al (2006) menghasilkan  nilai  PGA  terbesar  di  Pulau  Siberut dengan nilai PGA 0.046 g dan minumnya berada di Dharmasraya dengan PGA sekira
2 . P embahasan
1. Perbandingan hasil nilai PGA berdasarkan rumusan empiris
Hasil  yang  diperoleh  dari  perhitungan  nilai  PGA berdasarkan  rumusan  empiris  pada  grafik  4.4  dapat diketahui  bahwa  masing-masing  rumusan  empiris yang  digunakan  memiliki  hasil  yang  berbeda-beda. Di  mana  pada  persamaan  Si  and  Midorikawa(1999) memikki  nilai  PGA  yang  paling  besar  hingga  pada jarak  hiposenter  <136  km,  yaitu  sebesar  0,08  %g pada  jarak  hiposenter  sekira    99  km  dari  pusat gempa,  sementara  untuk  jarak  episenter  yang  sangat jauh,  rumusan  empiris  Si  and  Midorikawa(1999) menghasilkan  nilai  PGA  yang  paling  rendah dibandingkan  ketiga  rumusan  empiris  lainnya,  yaitu sebesar 0,02 %g pada jarak hiposenter sekira 219 km. Hal ini dapat disimpulkan bahwa rumusan empiris ini memerlukan  komponen  lain  selain  magnitudo,  jarak hiposenter  dan  kedalaman  gempa.  Sesuai  dengan persamaan  Si  and  Midorikawa,  di  mana  pada persamaan tersebut terdapat faktor bidang sesar yang terbentuk sebagai pembangkit terjadinya gempabumi
tektonik.  Sehingga  diperlukan  kehati-hatian  dalam memastikan  bidang  sesar  yang  terbentuk  guna memasukkan  variabel  tersebut  ke  dalam  persamaan Si and Midorikawa.
Nilai  PGA  hasil  persamaan  empiris  Wu  et  al  (2006) pada  parameter  gempa  1  September  2017  nampak relatif  agak  konsisten  dengan  perubahan  jarak hiposenternya,  padahal  teorinya  energi  gempabumi akan  mengalami  penurunan  mengikuti  pertambahan jarak hiposenter dan efek batuan setempat.
Sementara persamaan Donovan (1973) dan Mc Guire (1963) nampak pada grafik 4.4 terlihat menghasilkan nilai  percepatan  tanah  yang  relatif  baik.  Namun demikian  kesemua  hasil  perhitungan  empiris  di  atas harus  diuji  ketepatannya  dengan  menggunakan  alat intensitas yang terpasang di wilayah Sumatera Barat.
Grafik 4.5. Perbandingan hasil perhitungan PGA antara rekaman alat dengan hasil perhitungan
rumusan empiris
Grafik 4.5 memberikan gambaran bahwa terdapat perbedaan  nilai  PGA  antara  hasil  rumusan  empiris yang  digunakan  (SI  and  Midorikawa,  McGuire, Donovan dan Wu et al)  dengan hasil pengukuran alat intensitimter  yang  sangat  signifikan.  Nilai  PGA signifikan  tercatat  oleh  stasiun  PDSI  dengan  nilai PGA  14,35  g  dan  PAPA  dengan  nilai  PGA  5,07  g, hal  ini  kemungkinan  karena  adanya  kesalahan  alat yang  memerlukan  kalibrasi  guna  mendapatkan  nilai PGA yang mendekati sebenarnya.
Hasil  perhitungan  nilai  PGA  dengan  menggunakan rumusan  empiris  jauh  lebih  kecil  dibandingkan dengan  hasil  perhitungan  rekaman  alat.  Hal  ini  bisa disebabkan  oleh  banyak  faktor,  di  antaranya    latar belakang  data  yang  diggunakan  dalam  membuat persamaan  tersebut.  Umumnya  persamaan  empiris memiliki latar belakang data dengan batas magnitudo dan  jarak  hiposenter  tertentu  dalam  membuat  model persamaan  empiris.  Kondisi  geologi  dari  data  model yang  berbeda  juga  bisa  mengakibatkan  perbedaan perhitungan  nilai  PGA.  Kualitas  rekaman  sinyal
gempa  atau  kualitas  rekaman  alat  intensitimeter  ikut menenuan kualitas nilai PGA yang akan dihasilkan.

## KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian ini dapat diperoleh kesimpulan sebagai berikut:
a. Gempabumi  merupakan  guncangan  atau  getaran di  permukaan  tanah  yang  diakibatkan  oleh pelepasan  energi  seismik  secara  tiba-tiba  sebagai akibat  dari  ketidakmampuan  lapisan  kerak  bumi dalam  menahan  akumulasi  energi  tekanan  dan tarikan yang yang berasal dari inti bumi.
b. Perhitungan  besarnya  nilai  intensitas  guncangan akibat  gempabumi  dapat  dilakukan  dengan menggunakan  alat  intensitimeter  atau  dengan menggunakan rumusan persamaan empiris.
c. BMKG  telah  mencatat  intensitas  guncangan akibat  gempabumi  pada  tanggal  1  September 2017  M  6.3    lokasi  1.24  LS  dan  99.75  BT  pada kedalaman 58 km di Selat Mentawai.
d. Nilai  PGA  hasil  perhitungan  persamaan  empiris memiliki  perbedaan  yang  sangat  signifikan dibandingkan  dengan  hasil  rekaman  jaringan intensitimeter  yang  dimiliki  BMKG.  Hal  ini kemungkinan  disebabkan  oleh  beberapa  faktor, diantaranya  adanya  anomali  atau  kerusakan  alat pada stasiun PDSI dan PAPA yang mencatat nila PGA berturut-turut 14, 35 g dan 5,07 g
e. Latar  belakang  data  model  persamaan  empiris dapat  mempengaruhi  perhitungan  nilai  PGA  di daerah lain khususnya di wilayah Sumatera Barat.

## Saran
Dari uraian penilitian ini, penulis ingin memerikan saran sebagai berikut:
1. Perlu  adanya  pemeliharaan  yang  intensif jaringan  intensitimeter  yang  dimiliki  BMKG, khususnya  di  wilayah  Sumatera  Barat  guna mendapatkan  hasil  nilai  intensitas  guncangan akibat  gempa  dengan    mendekati    nilai  yang sebenarnya.
2. Kajian  tentang  persamaan  empiris  dalam menghitung nilai PGA perlu dilakukan dengan mempertimbangkan latar belakang data model yang  digunakan  sehingga  akan  didapat  nilai PGA yang mendekati nilai yang sebenarnya.
3. Perlu upaya penelitian lebih lanjut terkait dengan pembuatan persamaan empiris
wilayah Sumatera Barat guna mendapatkan nilai PGA yang baik akibat guncangan gempa di wilayah ini.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Destrayanti, I (2017). Studi Korelasi antara Intensitas Observasi dan Nilai Gerakan Tanah Kuat untuk Gempabumi Signifikan di Indonesia (PeriodeTahun 2008-2017), Skripsi, Program Sarjana Terapan STMKG
[2] Douglas,  J.  (2017), Ground  Motion  Prediction Equation  (1964-2017), Departement  of  Civil and  Invironment  Engineering  University  of Strathclyde, United Kingdom
[3] Edwiza, D. ( 2008) Analisis Terhadap Intensitas
Dan  Percepatan  Tanah  Maksimum  Gempa Sumbar. Jurnal Teknis Sipil Universitas Andalas, No. 29 Vol.1 Thn.XVApril 2008
[4] Elnashai,  Amr  S,.dan  Luigi  Di  Sarno.  (2008) . Fundamentals  of  Earthquake  Engineering. United Kingdom: Wiley.
[5] Elviana,  M.  (2017) Estimasi  Nilai  Percepatan Tanah  Maksimum  Wilayah  Sumatera  Barat
Berdasarkan skenario Gempabumi
Menggunakan  Rumusan  Empiris  Mc.  Guire (1963) dan Donovan (1973), Universitas Negeri Padang, Padang
[6] Gabriella, Cloudya, K. (2015) Analisis Percepatan Tanah Maksimum Dengan Menggunakan  Rumusan  Esteva  Dan  Donovan (Studi  Kasus  Pada  Semenanjung  Utara  Pulau Sulawesi). Jurnal Ilmiah Sains Vol. 15 No. 2.
[7] Hadi, Arifismul., Muhammad Farid, dan Yulian Fauzi.  (2012). Pemetaan  Percepatan  Getaran Tanah  dan  Indeks  Kerentanan  Seismik  Akibat Gempabumi  untuk  Mendukung  Rencana  Tata Ruang  dan  Wilayah  (RTRW)  Kota  Bengkulu . Bengkulu: Ilmu Fisika Universitas Bengkulu
[8] http://www.earthobservatory.sg/project/sumatra n-tectonic-geodesy-sugar,  diakses  tanggal  31 Oktober 2017
[9] http://peexamonline.com/2016/01/07/seismic- waves/ diunduh tanggal 14 Januari 2018