Seismometer

HANIF IRHAM FATHULLAH 143106141026

SEISMOMETER 1. Sejarah Pada pertengahan abad ke-18, gempa bumi diukur dengan instrumen yang  bernama seismokop seismokop.. Seismokop adalah peralatan perekam gempa yang paling  primitif. Seismokop terdiri dari sebuah kontainer sederhana berisi air atau air raksa. Ketika terjadi gempa, cairan tersebut akan bergerak naik-turun akibat getaran gempa yang terjadi. Terobosan besar untuk pengukuran gempa bumi datang pada tahun 1920, ketika dua ilmuwan Amerika mengembangkan alat yang disebut Wood-Anderson seismograf. Alat ini lebih sensitif dibandingkan seismograf yang ada pada masa itu, sehingga langsung banyak digunakan di seluruh dunia dan menjadi cikal bakal seismograf yang sekarang ada dan berkembang. Saat ini, seismograf banyak digunakan oleh Seismologist dalam mempelajari sesar  sesar dan dan gempa bumi 2. Pengertian 





Seismometer merupakan sensor yang dapat merespon getaran tanah dan menangkap sinyal yang dapat direkam oleh  seismograph.  seismograph. Seismometer memiliki tiga detektor yang dapat mendeteksi getaran tanah (Damarla, 2007). Seismograf adalah alat pencatat parameter gempa yang dirangkai bersama dengan seismometer. Sebuah seismograf dapat mencatat gempa komponen vertical dan komponen horizontal. Ketika peristiwa gempa bumi terjadi, getaran yang pertama direkam seismograf adalah gelombang tubuh (body wave). Gelombang tubuh terbagi lagi menjadi dua, yaitu gelombang primer dan sekunder (Paper : Akuisi Monotoring Seismik) Seismometer adalah instrumen yang mengukur gerakan tanah, termasuk  yang dihasilkan oleh gempa bumi, letusan gunung berapi, gelombang seismik  yang dan sumber gempa lainnya. Rekaman gelombang seismik memungkinkan ahli gempa untuk memetakan bagian dalam bumi & mencari dan mengukur ukuran sumber-sumber yang berbeda (Pintarpandai.com)

3. Teori Cara Kerja Seismometer 

Gelombang Seismik Gelombang seismik adalah gelombang yang menjalar di dalam bumi. Gelombang seismik sering timbul akibat adanya gempa bumi atau ledakan. Gelombang seismik diukur dengan menggunakan seismometer. Gelombang seismik pada keadaan tidak teredam dapat dinyatakan dengan persamaan (Aster, 2011)

: Jika ditinjau sebuah elemen kecil volume dengan tegangannya berada pada dua permukaan yang tegak lurus terhadap sumbu x, maka komponenkomponen tegangannya ditunjukkan pada Gambar

Dalam bentuk tiga dimensi, komponen perpindahan titik P ( x, y, dan z ) ditulis dengan (u, v dan w), sehingga regangan normal tunjukkan oleh persamaan

regangan geser persamaan

sedangkan komponen regangan pada benda yang mengalami perpindahan secara rotasional ditunjukkan oleh persamaan

Perubahan dimensi yang disebabkan oleh  strain normal akan mengakibatkan  perubahan volume. Perubahan volume per satuan volume disebut dilatasi , misal = (Telford, 1992).

Hubungan antara tegangan dan regangan yang menimbulkan pergeseran sederhana disebut modulus Rigiditas dan Hubungan antara konstanta elastik  pada medium homogen isotropik saling terkait, keduanya dapat ditulis dengan  persamaan

Dengan  phi dan miu disebut konstanta Lame, dan miu menyatakan hambatan regangan geser. Persamaan rambat gelombang P dan S dapat diturunkan dari Hukum Hooke yang menyatakan hubungan tegangan (gaya per satuan luas) dan regangan (perubahan dimensi) sebagai

Dalam hukum II Newton, gaya adalah perkalian antara massa dan  percepatannya Misal terdapat pergeseran sebagai akibat dari tekanan sepanjang sumbu-x, maka hukum Newton dapat dinyatakan dalam persamaan

Gelombang yang merambat pada suatu media ke segala arah, secara tiga dimensi arah perambatan gelombang dinyatakan dengan sumbu  x,  y, dan  z . sehingga diperoleh persamaan

Dengan menjumlahkan persamaan diatas maka :

 persamaan diatas merupakan persamaan gelombang P dengan kecepatan rambat alfa yang ditunjukkan pada persamaan

Dan Gelombang S yakni persamaannya

 persamaan gelombang S dengan kecepatan rambat beta yang ditunjukkan pada  persamaan



Gelombang Badan Gelombang badan menjalar melalui interior bumi dan efek kerusakannya cukup kecil. Gelombang badan dibagi menjadi dua, yaitu: a. Gelombang P atau gelombang longitudinal atau gelombang kompresi Gelombang P merupakan gelombang yang waktu penjalarannya paling cepat. Kecepatan gelombang P antara 1,5 km/s sampai 8 km/s pada kerak  bumi. Kecepatan penjalaran gelombang P dapat dikemukakan dengan  persamaan (Dentith, 2014):

 b. Gelombang S atau gelombang transversal Waktu penjalaran gelombang S lebih lambat daripada gelombang P. Kecepatan gelombang S biasanya 60% sampai 70% dari kecepatan gelombang P. Kecepatan gelombang S dapat diperlihatkan dengan  persamaan (Dentith, 2014):





Gelombang Permukaan Gelombang permukaan bisa diandaikan seperti gelombang air yang menjalar di atas permukaan bumi. Gelombang permukaan memiliki waktu penjalaran yang lebih lambat daripada gelombang badan. Karena frekuensinya yang rendah, gelombang permukaan lebih berpotensi menimbulkan kerusakan pada  bangunan daripada gelombang badan. Amplitudo gelombang permukaan akan mengecil dengan cepat terhadap kedalaman. Hal ini diakibatkan oleh adanya dispersi pada gelombang permukaan, yaitu penguraian gelombang berdasarkan  panjang gelombangnya sepanjang perambatan gelombang. Mikrotremor Mikrotremor adalah getaran alami dengan amplitudo rendah dari tanah yang ditimbulkan oleh peristiwa alam maupun buatan manusia seperti angin, gelombang laut, atau getaran dari kendaraan, yang dapat menggambarkan kondisi geologis dekat permukaan. Hasil pengukuran mikrotremor dapat menunjukkan sifat getaran dalam berbagai jenis lapisan tanah dan juga dapat ditentukan periode predominannya, pergeseran dan kecepatan dari lapisan tanah yang diselidiki.

4. Prinsip Kerja Seismometer Prinsip kerja dari alat ini yaitu mengembangkan kerja dari bandul sederhana. ketika mendapatkan usikan atau gangguan dari luar seperti gelombang seismik maka  bandul akan bergetar dan merekam datanya seperti grafik. Pada bandul matematis, berat tali diabaikan dan panjang tali jauh lebih besar dari pada ukuran geometris dari bandul. Pada posisi setimbang, bandul berada pada titik A. Sedangkan pada titik B adalah kedudukan pada sudut di simpangan maksimum (θ ). Kalau titik B adalah kedudukan dari simpangan maksimum, maka gerakan bandul dari B ke A lalu ke B’ dan kemudian kembali ke A dan lalu ke B lagi dinamakan satu ayunan. Waktu yang diperlukan untuk melakukan satu ayunan ini disebut periode (T).

Berdasarkan pada rancangannya, seismometer merespon gerakan tanah pada arah vertikal atau gerak horizontal. Beberapa alat elektromagnetik dikonstruksi untuk merekam simultan gerak tiga komponen ortogonal. Kebanyakan rancangan menggunakan variasi pada prinsip pendulum.

Persamaan seismometer :

Untuk slow movements, percepatan dan kelajuan dapat diabaikan, seismometer merekam percepatan tanah. Dan sebaliknya untuk fast movement seismometer merekam perpindahan pergerakan tanah. Efek redaman:

Gerak tanah disebabkan oleh gelombang seismik yang mengandung spektrum broad dari frekuensi. Nilai lamda =1 berhubungan dengan redaman kritis sehingga disebut karena melukiskan dua jenis berbeda dalam respon seismometer terhadap ketiadaan gaya getaran. Lamda kurang dari 1, redaman seismometer bebas merespon gangguan

dengan ayunan periodik dengan menurunkan amplitudo sekitar posisi diamnya. Jika lamda lebih besar atau sama dengan 1, seismometer terganggu menjadi aperiodik, gerakan mulus kembali ke posisi diamnya. Jika redaman terlalu keras ( lamda jauh lebih dari 1), alat kelebihan redaman dan seluruh frekuensi dalam gerak tanah tertahan. 5. Mekanisme Sensor Sensor dari seismometer mendeteksi adanya gerakan atau gelombang yang timbul karena pergeseran atau pergerakan lapisan bumi. Sensor tersebut merupakan suatu massa yang bergerak ke atas dan kebawah untuk  perasa gelombang longitudinal ataupun ke kanan kekiri untuk perasa gelombang transversal. Tranduser merupakan pengubah gaya phisik menjadi gaya listrik merupakan rangkaian yang berupa gulungan kawat atau koil. Tranduser ini menggunakan konsep  prinsip elektromagnetik dimana pergerakan massa akan menimbulkan medan magnet sedangkan pada massa tersebut dikelilingi dengan kumparan yang dikenal sebagai koil dimana kumparan tersebut akan menghasilkan arus listrik oleh karena adanya medan magnet yang timbul karena pergerakan massa. Sensor dan tranduser pada dasarnya mengukur gerakan tanah yang menghasilkan keluaran berupa sinyal analog dengan ukuran Vs/m yang kemudian akan diproses  pada pengkondisian sinyal. Pada saat terjadi gempa bumi yang disebabkan aktivitas gerakan lapisan bumi maka massa sensor akan bergerak naik turun pada sensor vertikal atau bergerak ke kanan kiri pada sensor horizontal. Gerakan tersebut akan mengakibatkan plat tembaga yang berhubungan dengan dengan massa dan terhubung langsung dengan magnet  permanen bergerak dan menimbulkan arus lisrik pada kumparan utama yang kemudian menjadi arus masukan pada rangkaian elektronik pengondisi sinya getaran  bumi. 6. Pemeroses Sinyal Digital Pemeroses sinyal digital menampung data-data dari seismometer dan tanda waktu yang diterima GPS untuk proses pengamatan aktual atau dapat ditambah dengan data-data masukkan dari titik pengukuran lain yang kemudian digabungkan untuk selanjutnya dikirimkan melalui serial port atau network port. 7. Penerima Sinyal Satelit Sistem penerima sinyal satelit memberikan tiga informasi yang dipakai dalam Digital Signal Processor yaitu : o Status penerimaan GPS yang diindikasikan dengan lingkaran berwarna o Lintang dan Bujur dimana alat diletakkan Tanda waktu aktual o 8. Sistem Perekam Data Keluaran dan proses sinyal digital (DSP) selain disimpan pada CF Card juga dapat disimpan pada memory computer melaui serial port dan network port. Data-data seismik sudah tersimpan dalam memory computer atau dalam media penyimpanan yang lain untuk selanjutnya dapat diproses seusai dengan aplikasi yang tersedia . 9. Tipe-tipe dari seismometer adalah sebagai berikut: A. Long Period Seismometer

Didesain untuk merekam sinyal seismik dengan frekuensi 0,01 Hz hingga 0,1 Hz dimana digunakan periode 100 detik hingga 10 detik. B. Short Period Seismometer Didesain untuk merekam sinyal seismik dengan frekuensi 1 Hz hingga 10 Hz dimana digunakan periode 1 detik hingga 0,1 detik. C. Broadband Seismometer Didesain untuk merekam sinyal seismik dengan frekuensi 0,1 Hz hingga 1 Hz dimana digunakan periode 10 detik hingga 1 detik. Dari kejadian gempa bumi parameter-parameter gempa dapat berupa simpangan kecepatan (velocity), displacement (simpangan) dan percepatan (acceleration). Perpindahan materi dalam perjalaran gelombang seismik biasa disebut displacement. Jika kita lihat waktu yang diperlukan untuk perpindahan tersebut, maka kita bisa tahu kecepatan materi tersebut. Sedangkan percepatan adalah parameter yang menyatakan  perubahan kecepatan mulai dari keadaan diam sampai pada kecepatan tertentu. Untuk harga percepatan terbagi menjadi dua bagian yaitu percepatan tanah maksimum dan  percepatan tanah sesaat. Percepatan tanah maksimum adalah suatu harga yang dihitung di titik amat / titik penelitian pada permukaan bumi dari riwayat gempa dengan harga perhitungan dipilih yang terbesar. Sedangkan untuk harga percepatan tanah sesaat adalah merupakan harga percepatan tanah pada saat gempa terjadi. Nilai  percepatan tanah yang akan diperhitungkan sebagai salah satu bagian dalam  perencanaan bangunan tahan gempa adalah nilai percepatan tanah maksimum. Titik –   titik penelitian/titik amat pada permukaan bumi adalah tempat atau daerah yang akan diteliti berapa besar nilai percepatan tanah maksimum dari seluruh riwayat gempa, selanjutnya dari titik amat untuk kepentingan perencanaan bangunan dibuat kontur percepatan tanah maksimum, hal ini diperlukan untuk menyesuaikan dengan kekuatan bangunan yang akan dibangun di daerah tersebut.  Nilai percepatan tanah dapat dihitung langsung dengan alat seismograph khusus yang disebut strong motion seismograph atau accelerograph. Tetapi karena keterbatasan peralatan jaringan accelerograph yang tidak lengkap dari segi periode waktu maupun tempatnya maka perhitungan empiris dengan cara pendekatan dari data histories gempa Sangat perlu dibuat. Dan jika sudah ada alat accelerographnya perlu dilakukan kajian rumus pendekatan mana yang paling sesuai untuk daerah tersebut

10. Pemantauan Kegempaan

Untuk pemantauan kegempaan umumnya dipakai sistem telemetri gelombang radio yang terdiri dari dua subsistem yaitu sistem pencatatan gempa di lapangan dan sistem  penerima. a. Sistem Pencatat

Subsistem pencatat terdiri dari : 1. Seismometer (4) Seismometer yang dipakai biasanya jenis sensor kecepatan tipe short period namun saat ini seismometer broadband juga banyak digunakan 2. Amplifier (5) Berguna untuk menguatkan sinyal keluaran dari se nsor 3. VCO ( Voltage Controlled Oscilator) (5) Sinyal tegangan dari amplifier diubah ke bentuk frekuensi oleh VCO 4. Radio Transmitter Antenna (6) Sinyal dikirim oleh radio transmitter yang mempunyai frekuensi pembawa antara 160 –  170 MHz, dengan daya pancar 100 mWatt 5. System Catu Daya Lapangan Terdiri dari solar panel (1) dan regulator (2) untuk memutus dan menyambung arus dari aki (3) kesolar panel. b. Sistem Penerima Subsistem penerima terdiri dari : 1. Radio Penerima Menerima sinyal dari radio transmitter pengirim. 2. Diskriminator Menyalurkan sinyal ke seismograph. 3. Perekam (Recorder) Umumnya memakai seismograph (analog), namun sekarang juga telah menggunakan komputer (digital) dengan bantuan ADC (Analog to Digital Converter).