PENGUKURAN FREKUENSI NATURAL PADA GEDUNG BERTINGKAT MENGGUNAKAN ACCELEROMETER GPL-6A3P
Ayusari Wahyuni
Jurusan Fisika Fak. Sains dan Teknologi UIN Alauddin Makassar Email: ai_geophysics@yahoo.com
Abstract: This research has been carried out in multi-storey buildings by  measuring  natural  frequencies  on  the  building  and  its  basic  land. The recorded vibration data were analyzed with the H / V technique to get its natural frequency value. The measurement results of building floor  vibrations  using  the  GPL-6A3P  accelerometer  show  that  the natural frequency on the 3rd floor and 2nd floor is 2 Hz, while on the 1st floor is 0.6 Hz and on the subgrade of the building is 0.4 Hz.
Keywords: natural frequency, accelerometer, and microtremor

## 1. PENDAHULUAN
Dalam  perencanaan  bangunan  tahan  gempa  perlu  diperhatikan  kualitas sebuah bangunan, salah satunya adalah mengetahui nilai frekuensi natural yang dimilikinya,  dimana  bangunan  akan  mengalami  kerusakan  berat  jika  frekuensi natural  sebuah  bangunan  dan  frekuensi  gempa  memiliki  nilai  yang  sama  atau berdekatan, sehingga akan terjadi resonansi.
Salah  satu  usaha  dalam  perencanaan  bangunan  tahan  gempa  sebaiknya melakukan  pemeriksaan  frekuensi  natural  gedung  dan  tanah  dasar  gedung tersebut,  dengan  melakukan  pengukuran mikrotremor .  Selain  itu  percepatan tanah  maksimumnya  PGA  ( Peak  Ground  Acceleration )  perlu  diperhatikan  agar bangunan  dapat  menahan  percepatan  tanah  dasarnya  sesuai  desain  yang disyaratkan dalam SNI-1726-2002 dalam perencanaan bangunan tahan gempa. Hal  inilah  yang  mendasari  perlunya  penelitian  di  Gedung  Jurusan  Fisika, Fakultas  Matematika  dan  Ilmu  Pegetahuan  Alam  (FMIPA)  Universitas  Gadjah Mada Yogyakarta yang  merupakan salah satu bangunan publik.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA Frekuensi Natural
Setiap  benda  memiliki  frekuensi  natural  yang  besarnya  tergantung  dari komposisi,  ukuran  dan  bentuknya.  Jika  frekuensi  natural  suatu  benda  sama dengan frekuensi sumber bunyi lain maka akan terjadi resonansi atau penguatan amplitudo gelombang, dan benda dikatakan resonan terhadap frekuensi sumber bunyi (Sears dan Zemansky, 1994).
Apabila frekuensi bangunan sama dengan frekuensi gempa yang sampai di permukaan,  maka  akan  terjadi  resonansi  dan  interferensi  getaran  sehingga meningkatkan  intensitas  kerusakan  akibat  gempa.  Berdasarkan  hal  tersebut maka  dalam  pembangunan  gedung  harus  mempertimbangkan  kemungkinan terjadinya resonansi getaran (Subardjo, 2008). Hal ini sama dengan prinsip teori yang  digunakan  pada  suatu  sistem  teredam  yang  digerakkan  oleh  suatu  gaya eksternal  yang  berubah  secara  sinusiodal  terhadap  waktu,  sistem  berosilasi
sesuai  dengan  frekuensi  paksa  dan  amplitudo  yang  bergantung  pada  frekuensi gaya  paksa.  Jika  frekuensi  gaya  paksa  (frekuensi  gempa)  sama  dengan  atau mendekati  frekuensi  natural  sistem  (frekuensi  natural  pada  bangunan),  maka sistem  akan  berosilasi  dengan  amplitudo  yang  jauh  lebih  besar  daripada amplitudo gaya paksa, fenomena ini disebut resonansi (Tipler, 1991).
Ketika  sebuah  bangunan  diguncang  oleh  gempa,  frekuensi  getaran  tanah dan  gempa  akan  merambat  secara  bersamaan.  Respon  bangunan  sangat bergantung  pada  frekuensi  natural  dan  frekuensi  gempa.  Misalkan  sebuah bangunan  berlantai  10  dengan  frekuensi  natural  1  Hertz  akan  dipengaruhi  oleh getaran tanah dengan frekuensi yang sama. Tetapi pengaruhnya akan lebih kecil jika  frekuensi  dari  getaran  tanah  memiliki  nilai  yang  lebih  besar  atau  lebih  kecil (Gambar 3).
Gambar 1 .  Diagram respon bangunan 10 lantai (Coburn dan Spence, 2002)

## Respon Bangunan Terhadap Getaran Tanah
Menurut  UN-Habitat  (2006),  selama  terjadi  gempabumi,  fondasi  bangunan dan  tanah  dasar  bangunan  bergerak  mengikuti  gaya  seismik  (gaya  gempa). Sebelum terjadi gempabumi, seluruh elemen bangunan akan berada pada posisi awalnya.  Saat  terjadi  gempabumi,  tanah  dasar  bangunan  dan  lantai  satu  pada bangunan  akan  bergerak  mengikuti  arah  gaya  seismik.  Misalnya,  ketika  terjadi gempabumi,  tanah  bergerak  ke  kanan,  maka  bangunan  akan  bergerak  ke  arah yang  berlawanan  dengan  arah  gerakan  tanah  (Gambar  2).  Dan  setelah gempabumi  terjadi,  sebagian  elemen  bangunan  yang  memilki  konstruksi  lemah akan mengalami kerusakan yang disebabkan bangunan memilki daya tahan dan penyerapan energi yang rendah.
Gambar 2 .  Respon bangunan saat terjadi gempa (UN-Habitat, 2006)
Menurut  Coburn  dan  Spence  (2002),  penyebab  utama  terjadinya kerusakan  pada  bangunan  adalah  getaran  pada  tanah  dasar  bangunan.  Ketika sebuah  bangunan  digerakkan  oleh  sebuah  gaya  inersia  yang  bekerja  pada
bangunan tersebut, maka percepatan getaran bangunan akan meningkat. Faktor yang  sangat  menentukan  respon  dinamik  bangunan  terhadap  getaran  adalah frekuensi alami bangunan ( natural frequency ).

## Mikrotremor
Mikrotremor  adalah  getaran  tanah  yang  pada  umumnya  mempunyai  sifat continiu, memilki magnitudo yang  kecil,  dan bersifat stasioner.  Mikrotremor bisa berupa  getaran  akibat  aktivitas  manusia  maupun  aktivitas  lain,  seperti  getaran akibat  orang  berjalan,  getaran  dari  kendaran,  getaran  mesin-mesin  pabrik, getaran angin, gelombang laut, atau getaran alamiah lainnya. Mikrotremor dapat digunakan  dalam  perancangan  bangunan  tahan  gempa,  yakni  dengan mengetahui  periode  natural  dari  tanah  setempat  untuk  menghindari  terjadinya resonansi.  Mikrotremor  juga  dapat  digunakan  untuk  mengetahui  jenis  tanah berdasarkan  tingkat  kekerasannya  (Subardjo,  2008),  dimana    semakin  kecil periode  dominan  tanah,  maka  tingkat  kekerasannya  semakin  besar  atau  tanah yang  mempunyai  periode  dominan  semakin  besar  semakin  lunak  atau  lembek sifatnya.

## 3. METODOLOGI PENELITIAN Lokasi Penelitian
Lokasi  penelitian  bertempat  di  gedung  Jurusan  Fisika,  Fakultas  MIPA UGM,  desa  Caturtunggal,  wilayah/kecamatan  Depok,  kota  Sleman,  Yogyakarta (Gambar  3).  Gedung  berlantai  tiga  yang merupakan  salah  satu  tempat  aktivitas pembelajaran mahasiswa fisika berdiri di atas tanah seluas 4.962 m 2 .
Gambar  3 .  Peta  lokasi  penelitian  (a)  Peta  Kepulauan  Indonesia,  (b)  Peta Yogyakarta, (c) Peta Kampus UGM (www.google.com, 2011)

## Perekaman Getaran Gedung dan Tanah Dasarnya
Penelitian  ini  diawali  dengan  survey  lokasi.  Bangunan  yang  dipilih  adalah bangunan bertingkat yang terdiri lebih dari 3 lantai. Langkah selanjutnya mencari literatur  mengenai  bangunan  gedung  jurusan  Fisika  FMIPA  meliputi  luas bangunan,  tahun  bangunan  didirikan,  dan  jenis  tanah  tempat  bangunan  berdiri (peta geologi). Selanjutnya  melakukan pengukuran microtremor atau mikrogetaran  yang  terjadi  pada  gedung  dan  tanah  dasar  dengan menggunakan alat accelerometer GPL-6A3P. Titik pengukuran dapat terlihat pada Gambar 4.
Gambar 4. Posisi pengukuran (kiri) dan proses perekaman (kanan)
Gambar 5. Frekuensi gedung dan tanah dasar gedung bagian Utara
Gambar  6. Frekuensi  gedung  dan  tanah  dasar  gedung  bagian  Tengah  (Timur- Barat)
Gambar 7. Frekuensi gedung dan tanah dasar gedung bagian Selatan

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari  hasil  analisis  data  rekaman  getaran  lantai  gedung  diperoleh frekuensi  sekitar  2  Hz.  Dengan  menggunakan  teknik  pengolah  H/V,  yakni membandingkan  sinyal  frekuensi  horisontal  dan  vertikal,  terlihat  nilai  frekuensi alami  pada  lantai  gedung  mendekati/sama  dengan  nilai  frekuensi  gempa  yang sering  terjadi  di  Yogyakarta.  Pada  lantai  3  dan  lantai  2  nilai  frekuensi  alami diperoleh  2  Hz  di  setiap  lokasi  titik  pengukuran,  namun  pada  lantai  1  diperoleh nilai frekuensi alami yang berbeda di setiap titik pengukuruan. Dimana titik F1.1 memilki  nilai  frekuensi  alami  pada  lantai  0,3  Hz,  di  titik  F1.2  memilki  nilai frekuensi  alami  pada  lantai  0,7  Hz  dan  pada  titik  F1.3  memilki  nilai  frekuensi alami  pada  lantai  0,7  Hz.  Sehingga  jika  nilai  ketiga  titik  tersebut  dirata-ratakan akan diperoleh nilai  frekuensi alami pada  lantai 1 adalah 0,6 Hz. Nilai frekuensi alami  pada  lantai  1  memilki  nilai  yang  berdekatan/hampir  sama  dengan  nilai frekuensi alami pada tanah dasar gedung.
Pada tanah dasar bangunan diperoleh frekuensi alami yang berbeda pula di setiap  lokasi titik pengukuran. Dimana titik T1 diperoleh frekuensi alami pada tanah dasar 0,2 Hz, pada titik T2 diperoleh nilai frekuensi alami 0,3 Hz, pada titik T3 diperoleh frekensi alami pada tanah dasar bangunan 0,7 Hz, dan pada titik T4 diperoleh frekuensi alami pada tanah dasar bangunan 0,2 Hz. Jika keempat nilai frekuensi alami tersebut dirata-ratakan, maka diperoleh nilai frekuensi alami pada tanah dasar gedung adalah 0,4 Hz.
Berdasarkan  hasil  penelitian  Hariyadi  (2009)  untuk  mendapatkan hubungan konfigurasi bangunan dengan ketahanan bangunan dan daya dukung tanah  sehingga  dapat  digunakan  sebagai guideline dalam  membangun  rumah hunian  dilakukan  analisis  ketahanan  tanah  dan  bangunan  dengan  mengukur frekuensi  alami  tanah  dasar  dan  bangunannya.  Hasil  pengukuran  menunjukkan rumah  hunian  di  lokasi  penelitian  dapat  dibedakan  menjadi  3  kategori  yaitu: aman, rawan, dan bahaya.
Rumah  hunian  dikatakan  aman,  jika    bangunan memiliki  frekuensi  alami lebih tinggi dibandingkan dengan frekuensi alami tanah dasarnya. Rumah hunian dikatakan rawan, jika bangunan memiliki frekuensi alami sama dengan frekuensi alami tanah dasarnya. Dan bahaya, jika bangunan memiliki frekuensi  alami lebih rendah dari frekuensi alami tanah dasarnya.
Selain  itu,  frekuensi  alami  pada  tanah  dasar  gedung  juga  dapat diperbandingkan  kesesuaiannya  dengan  frekuensi  alami  yang  diperbolehkan dalam  standar  perencanaan  ketahanan  gempa  untuk  bangunan  gedung  (SNI- 1726-2002). Dalam SNI frekuensi alami  yang diperbolehkan untuk zona wilayah gempa 4 untuk wilayah Yogyakarta adalah 3,4 Hz. Hal ini menunjukkan gedung Jurusan Fisika memenuhi ketentuan SNI.

## 5. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil kajian yang telah dijabarkan sebelumnya, dan mengacu pada tujuan penelitian, dapat ditarik kesimpulan :
a.  Dari hasil pengukuran getaran lantai gedung, diperoleh frekuensi natural pada lantai 3 dan lantai 2 adalah 2 Hz, frekuensi natural pada lantai 1 adalah 0,6 Hz dan frekuensi natural pada tanah dasar gedung adalah 0,4 Hz.
b.  Rumah hunian dikatakan aman, jika  bangunan memiliki frekuensi alami lebih tinggi  dibandingkan  dengan  frekuensi  alami  tanah  dasarnya.  Rumah  hunian dikatakan  rawan,  jika  bangunan  memiliki  frekuensi  alami  sama  dengan frekuensi  alami  tanah  dasarnya.  Dan  bahaya,  jika  bangunan  memiliki frekuensi alami lebih rendah dari frekuensi alami tanah dasarnya.

## DAFTAR PUSTAKA
BMKG  Stasiun  Yogyakarta. Data  spasial  kompilasi  kejadian  gempabumi  di Daerah Istimewa Yogyakarta dan sekitarnya . Tidak dipublikasikan. 2011. Coburn, A. and Spence, R., Earthquake Protection . 2nd ed. John Wiley & Sons. Cambridge. 2002.
Haifani,  A.M. GIS  Application  on  Macro-Seismic  Hazard  Analysis  in  Yogyakarta Province . MSc Thesis.UGM-ITC. Yogyakarta. 2008. Hariyadi.A. Studi  Konfigurasi  Bangunan  Pada  Rumah  Hunian  Pasca  Gemap  Di Bantul  Yogyakarta  Menggunakan  Alat  Accelerometer  GPL-6A3P. Tesis. Program  Studi  Teknik  Arsitektur.  Jurusan  Teknik  Arsitektur  dan Perencanaan. Yogyakarta: UGM. 2009.
Sears,  W.F.  and  Zemansky,  W.M. Fisika  Untuk  Universitas .  Jakarta:  Binacipta. 1994.
Standar  Nasional  Indonesia. Tata  Cara  perencanaan  Ketahanan  Bangunan Gempa  Untuk  Gedung  (SNI  03-1726-2002). Badan  Standarisasi  Nasional. 2002.
Subardjo. Parameter Gempabumi . Materi Diklat Teknis. BMG. Jakarta. 2008. Tipler.P. Fisika Untuk Sains dan Teknik. Jakarta: Erlangga. 1991. UN-Habitat. Guidelines for Earthquake Resistant Construction of Non-Engineered Rural  and  Suburban  Masonry  Uses  in  Cement  Sand  Mortar  in  Earthquake Affected Areas. Draft version. 2006.