Rayleigh Wave

Rayleigh wave adalah gelombang permukaan yang paling dominan dalam gempa dangkal dan sering menjadi penyebab kerusakan utama pada struktur. Memahami karakteristik Rayleigh wave—amplitudo besar di permukaan, periode panjang, amplifikasi pada tanah lunak, dan dispersi kecepatan—adalah kunci untuk menentukan respons spektrum desain yang akurat dan menghindari underestimate hazard gempa lokal Anda.

Gelombang Rayleigh atau groundroll adalah gelombang yang menjalar di permukaan bumi dengan pergerakan partikelnya menyerupai ellip. Karena menjalar di permukaan, amplitudo gelombang rayleigh akan berkurang dengan bertambahaya kedalaman. Didalam rekaman seismik, gelombang Rayleigh dicirikan dengan amplitudonya yang besar dan dicirikan dengan frekuensi rendah.

Gelombang Rayleigh menjalar sepanjang permukaan bebas dari bumi atau lapisan batas diskontinuitas antara kerak dan mantel bumi. Amplitudo gelombang Rayleigh adalah yang terbesar pada permukaan dan mengecil secara eksponensial terhadap kedalaman. Dengan demikian pada gempa‐gempa dangkal amplitudo gelombang permukaan akan mendominasi.

Implikasi amplitudo di permukaan: Amplitudo Rayleigh yang besar di permukaan berarti gaya inersial horizontal dan vertikal yang bekerja pada fondasi struktur akan signifikan. Gerak partikel elips menyebabkan kombinasi gerakan vertikal dan horizontal secara bersamaan, menciptakan torsi dan momen pada struktur. Struktur yang didesain hanya untuk beban lateral horizontal (tanpa mempertimbangkan gerakan vertikal simultan) akan mengalami kerusakan uang tidak terduga. Jika struktur Anda berlokasi di atas tanah aluvial atau lembek, amplifikasi Rayleigh dapat mencapai 3-5 kali, meningkatkan risiko kerusakan jauh melebihi estimasi standar SNI 1726.

Dari hasil pengamatan gelombang permukaan ini diperoleh dua ketentuan utama baru yang menunjukkan bahwa bagian bumi berlapis-lapis dan tidak homogen. Ditemukan juga adanya perubahan dispersi kecepatan (velocity dispersion). Fakta menyebutkan bahwa gelombang L (gelombang permukaan) tidak dapat menjalar pada permukaan suatu media yang kecepatannya naik terhadap kedalaman. Oleh karena itu, gelombang L (Love) dan R (Rayleigh) tidak datang bersama‐sama pada suatu stasiun, tetapi gelombang yang mempunyai periode lebih panjang akan datang lebih dahulu. Dengan kata lain gelombang yang panjang periodenya mempunyai kecepatan yang tinggi.

Karakteristik dispersi—kontrol durasi dan risiko: Dispersi kecepatan berarti gelombang Rayleigh dengan periode pendek dan panjang tiba pada waktu berbeda, memperpanjang durasi gempa di lokasi Anda. Gempa yang sama dapat menyebabkan getaran Rayleigh selama 15 detik di satu lokasi atau 40 detik di lokasi lain tergantung kondisi geologi. Durasi getaran yang lebih panjang mengakumulasi energi lebih banyak ke struktur dan meningkatkan risiko fatigue (kelelahan material). Jika struktur Anda didesain untuk durasi standar SNI (misalnya 10 detik), tapi durasi aktual Rayleigh lokal mencapai 35 detik, struktur Anda berisiko accumulative damage melebihi kapasitas.

Gelombang seismik akan menjalar lebih cepat pada lapisan yang mempunyai nilai kecepatan lebih besar. Perbedaan lapisan bisa ditentukan juga dengan struktur batuan. Struktur batuan sungai (aluvial) atau cenderung lembek mempunyai tingkat amplifikasi gelombang
permukaan cukup tinggi sehingga akan menimbulkan dampak getaran lebih kuat sekalipun lokasi kerusakan cukup jauh dari sumber gempa. [2]

Amplifikasi aluvial—risiko lokal tinggi: Tanah aluvial mengamplifikasi Rayleigh wave hingga 5 kali lipat, berarti struktur di daerah aluvial mengalami getaran 5 kali lebih kuat dari PGA yang diprediksi SNI 1726 standar. Lebih berbahaya lagi, amplifikasi ini terjadi di daerah yang jauh dari epicenter. Gempa magnitudo 7 di Sumatra dapat mengamplifikasi Rayleigh wave di Jakarta (daerah aluvial) hingga mencapai level kerusakan moderat-berat, meskipun Jakarta berjarak ratusan km dari epicenter. Konsekuensi: jika struktur Anda di daerah aluvial (DKI Jakarta, Surabaya, Medan, dll) hanya didesain berdasarkan data gempa regional, struktur Anda pasti underdesign. Investigasi amplifikasi lokal menjadi wajib dalam penentuan parameter desain.

Ilustrasi dampak permbatan gelombang gempa rayleigh

Kesimpulan dan implikasi untuk desain terintegrasi: Rayleigh wave (artikel #10) adalah gelombang permukaan kedua dalam series, sebelum Love wave (artikel #11). Pemahaman lengkap tentang Rayleigh wave—amplitudo besar, dispersi kecepatan, amplifikasi aluvial—melengkapi pemahaman Anda tentang semua tipe gelombang gempa. Dari artikel #8 (P-wave), #9 (S-wave), #10 (Rayleigh), hingga #11 (Love), Anda sekarang memahami mengapa desain struktur tahan gempa tidak bisa menggunakan parameter standar universal. Setiap lokasi memiliki karakteristik gelombang lokal yang unik (amplifikasi berbeda, durasi berbeda, frekuensi dominan berbeda). Keputusan desain struktur harus berbasis investigasi hazard gempa lokal yang komprehensif, bukan hanya kepatuhan norma SNI 1726 secara mekanis.

REFERENSI
[1] Ettwein.V and Maslin.M. 2011. Physical Geography: Fundamentals Of The Physical Environment. London : University of London International Programmes
[2] Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika, 2012. Gempabumi Edisi Populer

Penulis : Dr. Ir. Heri Khoeri, MT.

Untuk memperdalam pemahaman tentang Rayleigh wave dan desain struktur tahan gempa, ikuti daftar artikel lengkap dalam series berikut:

Daftar Tulisan Selengkapnya:

Konsultasi Analisis Amplifikasi Rayleigh Wave dan Durasi Getaran Lokal

Rayleigh wave dapat diamplifikasi hingga 5 kali lipat pada tanah aluvial, dan durasi getaran dapat mencapai 40+ detik tergantung dispersi kecepatan lokal. Jika struktur Anda berlokasi di daerah aluvial atau dekat sumber gempa, desain berbasis parameter SNI 1726 standar saja tidak cukup—Anda memerlukan analisis amplifikasi Rayleigh wave lokal dan durasi getaran aktual untuk menghindari underdesign. Tim struktur kami dapat melakukan investigasi geologi, analisis dispersi gelombang Rayleigh, estimasi faktor amplifikasi tanah, dan penentuan durasi getaran yang terkalibasi dengan kondisi lokal Anda.

Konsultasi mencakup: survei geologi dan geoteknik lokal, pembuatan model propagasi Rayleigh wave di profil stratigrafi Anda, analisis amplifikasi tanah per frekuensi, estimasi durasi getaran, dan rekomendasi parameter desain yang mengakomodasi karakteristik Rayleigh wave lokal.

PT Hesa Laras Cemerlang

Komplek Rukan Mutiara Faza RB 1
Jl. Condet Raya No. 27, Pasar Rebo, Jakarta Timur, Indonesia

✉️ Email: kontak@hesa.co.id
☎️ Telepon: (021) 8404531
📱 Hotline: 081291442210 / 08118889409

📱 Konsultasi Amplifikasi Rayleigh Wave Lokal