GROUND VIBRATION DALAM
KEGIATAN BLASTING
Ground vibration adalah pergerakan
seismik di tanah yang disebabkan oleh peledakan batuan, pemancangan tiang, lalu
lintas, penggalian, getaran akibat pemadatan dan lain-lain, yang merupakan
bentuk transportasi energi melalui tanah, dapat merusak struktur yang
berdekatan ketika getaran mencapai tingkat tertentu. Beberapa jenis energi yang
dilepaskan dari peledakan (blasting) merambat ke segala arah dari lubang ledak sebagai
gelombang seismik dengan frekuensi yang berbeda. Energi dari gelombang seismik
teredam oleh jarak dan gelombang dengan frekuensi tertinggi yang teredam lebih
cepat. Ini berarti bahwa rambatan frekuensi dominan dari suatu ledakan adalah
frekuensi tinggi dalam jarak pendek dan frekuensi lebih rendah pada jarak yang
lebih jauh.
Besaran ground
vibration tergantung atas :
- Kuantitas bahan peledak
- constriction
- Karakteristik batuan
- Jarak dari lokasi peledakan
- Geologi yang terdapat pada lapisan batuan
bumi
Dengan memilih metode peledakan,
pengeboran yang benar dan pola peledakan maka besaran ground vibration dapat
dikendalikan.
Ground
vibration adalah suatu jenis gelombang seismik yang kompleks dan terdiri dari
berbagai jenis gelombang :
* P-wave.
P-wave juga disebut gelombang primer atau kompresi. Ini adalah gelombang paling
cepat merambat melalui tanah. Partikel-partikel dalam gelombang bergerak ke
arah yang sama dengan propagasi gelombang. Kepadatan materi akan berubah ketika
dilewati gelombang.
* S-wave. S-wave juga disebut gelombang sekunder atau shear wave. Bergerak melalui medium pada sudut yang sesuai terhadap propagasi gelombang
tetapi lebih lambat dari P-wave. S-wave merubah bentuk materi tetapi tidak merubah
kepadatannya.
Kedua
gelombang untuk P-wave dan S-wave disebut sebagai body wave.
*
R-wave. R-wave (gelombang Rayleigh)
adalah gelombang permukaan yang memudar cepat sesuai perubahan kedalaman.
Merambat lebih lambat dari gelombang P dan S dan partikel bergerak eliptik
dalam bidang vertikal dan di arah yang sama dengan propagasi.
Pengukuran ground vibration
biasanya dilakukan pada satu atau beberapa titik di permukaan tanah. Untuk analisis
total, prakteknya adalah untuk mengukur dalam tiga arah: vertikal, longitudinal
dan transversal. Biasanya komponen vertikal yang dominan
pada jarak lebih pendek. Oleh karena itu biasanya cukup untuk mengukur dalam
arah vertikal. Untuk analisis getaran dari nilai yang terukur, fenomena getaran
dapat dicatat sebagai fungsi dari riwayat waktu ke waktu. Kemudian displacement,
particle velocity dan acceleration dapat direkam.
Aturan dasarnya adalah
bahwa vibration velocity diukur pada struktur bangunan dll dengan geophone dan acceleration
pada instalasi komputer dll dengan accelerometer. Jika vibration velocity
diukur, acceleration dapat dihitung dan sebaliknya. Parameter yang paling
menarik diperhatikan adalah pada kriteria kerusakan struktur bangunan yang perlu
dilindungi dari getaran.
Rekomendasi Kriteria Kerusakan
Pengalaman hasil
pengukuran selama bertahun-tahun menunjukkan bahwa particle velocity dari ground
vibration yang mempengaruhi pondasi bangunan merupakan parameter terbaik untuk
kriteria risiko kerusakan. Ground vibration merupakan getaran berbentuk
gelombang sinus, particle velocity dapat dihitung dengan rumus berikut :
v =
2∏fA
dimana v = particle velocity (mm/sec)
f = frekuensi (periods/sec)
A = displacement dalam mm
Dari rumus
diatas, acceleration getaran dapat dihitung dengan rumus :
a = 4∏2f2A
dimana a = acceleration dalam g (9.81 m/sec2)
A = displacement dalam mm
Pengendalian particle
velocity penting dilakukan, seperti yang telah dibuktikan berbanding lurus
dengan stres yang diterima bahan bangunan. Hubungan antara particle velocity
dan stres dalam kondisi yang ideal, ketika bidang gelombang kejut melewati
media elastis dapat dinyatakan sebagai berikut:
y = v/c
dimana y = shearing angle (mm/m)
v = particle velocity (mm/sec)
c = propagation velocity
(m/sec)
Untuk
merekomendasikan batasan realistis ground vibration terhadap bangunan, harus
dikonsultasikan dengan ahli yang berpengalaman intensif bidang peledakan batuan
dan evaluasi hasil pengukuran getaran. Pembatasan dalam hal pengurangan tingkat
getaran akan meningkatkan biaya pengeboran dan peledakan yang disarankan. Untuk
alasan tersebut diperlukan untuk memulai semua operasi peledakan di daerah yang
berpenduduk dengan menginspeksi bangunan sekitarnya. Selanjutnya dianalisis
risiko untuk menilai sensitivitas ground vibration terhadap bangunan dan
pondasi.
Parameter
yang paling penting adalah:
- Resistensi
bahan bangunan terhadap getaran.
- Kondisi umum bangunan.
- Durasi dan karakter dari
ground vibration.
- Keterdapatan
peralatan yang peka terhadap ground vibration di dalam gedung.
- Bagaimana
fondasi dibangun.
- Kualitas fondasi.
- Kecepatan dari perambatan gelombang terhadap
batuan, tanah dan bahan bangunan.
Tabel berikut menunjukkan
nilai yang biasanya diperbolehkan dan yang digunakan untuk mengevaluasi potensi
risiko kerusakan melalui ground vibration untuk perumahan standar. Meskipun vibration
velocity dinyatakan sebagai nilai yang diizinkan itu adalah sudut geser yang
menentukan dimensi. Akurasi dari nilai-nilai dalam tabel tersebut telah
dikonfirmasi dalam ratusan hingga ribuan pembacaan selama lebih dari 40 tahun.
Dalam
kondisi bangunan tua berkualitas rendah, biasanya menurunkan vibration velocity
yang diijinkan dari 70 mm/detik menjadi 50 mm/detik, pada gedung-gedung beton
ringan harus turun menjadi 35 mm/detik. Sebaliknya ada kemungkinan dengan
nilai-nilai kecepatan lebih dari 100 mm/detik yang dicapai tanpa merusak
bangunan. Dalam kasus operasi peledakan tersendiri, struktur beton kokoh dapat tahan
dengan nilai melebihi 150 mm/detik.
Jika
nilai-nilai batas pada tabel di atas terkait "no visible cracking"
dipindahkan ke grafik ketiga, kurva akan terlihat seperti pada kurva 3 di
Gambar 4. Namun dalam kurva batas nilai untuk bangunan yang didirikan di atas
batuan telah berkurang dari 70 mm/detik menjadi 50 mm/detik. Kurva 3 dapat
dikatakan mewakili nilai-nilai batas yang direkomendasikan untuk daerah
pemukiman normal. Untuk frekuensi melebihi 40 Hz kecepatan partikel (particle
velocity) menjadi kriteria untuk kerusakan tetapi pada frekuensi yang lebih
rendah displacement merupakan kriteria yang menentukan.
Frekuensi
dominan untuk getaran yang melalui jenis
batuan lunak, moraine, pasir, kerikil, tanah liat dll lebih rendah daripada
granit. Hal ini ditunjukkan pada tabel di atas dan kurva 3 yang mencerminkan
frekuensi yang lebih rendah di mana displacement digunakan sebagai kriteria
menentukan. Kurva 2 pada Gambar 4 merupakan nilai-nilai di mana bangunan
menerima kerusakan langsung. (Langefors dan Kihlstrom, 1967.)
Harus dipahami bahwa kurva
3 hanya menunjukkan nilai batas yang dianjurkan dan penilaian ahli diperlukan
untuk menentukan lebih akurat atas nilai-nilai batas atas yang harus ditetapkan
untuk struktur yang berdekatan dengan operasi peledakan.
Kriteria
untuk kerusakan dan rekomendasi:
Kurva 1: Batas
atas yang direkomendasikan untuk instalasi komputer dengan durasi getaran kurang dari 5 detik.
Kurva 2:
kerusakan langsung dari getaran bangunan selama peledakan.
Kurva 3:
Direkomendasikan batas atas untuk peledakan.
Kurva 4: Getaran mengganggu
manusia.
Sehubungan
dengan operasi peledakan dekat dengan stasiun telepon dan stasiun relay atau
bangunan yang berisi peralatan yang sensitif lainnya seperti komputer,
mikroskop elektron, turbin dll pertimbangan harus diberikan atas acceleration
untuk menghindari gangguan.
Rekomendasi
besaran ground vibration yang dekat dengan peralatan adalah :
- - Telephone-relay
stations
V
= 50mm/sec. and a = 0.1-3.0 g depending on type of station.
- TV-stations
V
= 35 mm/sec. and a = 3.0 g.
- Axe-electronic switch boards
V
= 20 mm/sec.
- Computers
A = 0.25 g. (For certain parts of the
computer.)
Peledakan dekat dengan
instalasi komputer (bukan komputer mikro atau PC: s), di mana produsen
menetapkan acceleration maksimum 0,25 g. Nitro Consult AB, anak perusahaan dari
Dyno Industries, Norwegia, telah mengembangkan metode khusus untuk meredam getaran
terhadap instalasi ini, sehingga mengurangi getaran yang masuk ke peralatan. Proses
peredaman yang terjadi harus selalu diikuti dengan pengukuran getaran.
Besaran ground
vibration tergantung pada:
- Jumlah
total charge
- Jumlah
lubang ledak
- Karakteristik
batuan
- Jarak
dari lokasi peledakan
- Geologi
daerah sekitarnya
Untuk
perencanaan operasi peledakan di mana masalah ground vibration muncul, adalah
penting untuk menyadari hubungan antara jarak, charge dan ground vibration.
Untuk
menentukan tingkat pengisian charge terkait kecepatan getaran bisa dihitung
menggunakan rumus Langefors.
Charge level = Q/R3/2
di
mana Q menunjukkan charge dalam satu lubang dalam kg atau sejumlah charge instantaneously
fired dalam jarak (R) yang sama dalam meter.
Vibration velocity:
V = K √(Q/R3/2)
Q
= instantaneously detonating charge (instantaneously) (kg)
R
= jarak (m)
V
= vibration (particle) velocity (mm / detik)
K
= transmission factor, nilai konstan tergantung pada homogenitas batuan dan
adanya patahan dan retakan. Untuk granit keras jenis Swedia kira-kira 400
tetapi umumnya lebih rendah.
Hubungan antara charge/jarak
dan ground vibration dapat digunakan untuk membuat tabel sederhana yang dapat
berfungsi sebagai acuan untuk perencanaan operasi peledakan.
Hubungan
charge/jarak dan vibration velocity juga dapat dinyatakan secara grafis:
Tabel
jarak dan charge yang didasarkan pada rock transmission factor K harus
digunakan dengan hati-hati jika dekat dengan bangunan di mana fondasi bangunan
tidak diketahui konstruksinya misalnya bangunan dibangun sebagian di atas batuan
dan sebagian diatas tanah dan bangunan yang didirikan di atas tumpukan kayu di
tanah liat dll nilai rock transmission factor K juga akan berubah tergantung
pada karakteristik tanah dan jarak. Material lepas seperti moraine dan tanah
liat memiliki nilai K lebih rendah dari batuan keras yang homogen. Rock
transmission factor K juga lebih rendah dalam batuan lapuk dan pecah-pecah.
Nilai
aktual dari faktor K terbaik ditentukan dengan uji peledakan di lokasi dan dilaksanakan
pengukuran getaran secara teliti.
Untuk
mengevaluasi hasil uji peledakan, ledakan harus dipertimbangkan misalnya jika dari
lubang uji menghasilkan penghancuran batuan atau jika hanya meretakan batuan
atau jika tidak ada pengaruh terhadap batuan sama sekali. Untuk mengevaluasi hasil
uji ledakan dengan benar diperlukan pengalaman uji peledakan dan pengetahuan
bidang ground vibration.
Ketika rock transmission
factor K ditentukan, grafik pada Gambar 7 dapat disesuaikan dan hubungan yang
realistis antara charge/jarak dan vibration velocity disesuaikan dengan kondisi
setempat.
Perbandingan
dari dua grafik dengan rock transmission factors K = 400 dan K = 100
masing-masing menunjukkan bahwa efek peredaman lebih tinggi pada batuan lebih
lunak (K = 100) dan vibration velocity lebih rendah jika hubungan charge/jarak diatur
sebaik mungkin.
Pengaruh Ground Vibration
Terhadap Faktor Geologi
Tanah dan batuan merupakan
material berpori dengan massa dasar yang relatif rigid. Pori-pori terisi oleh
air atau udara. Tanah merupakan massa yang terdiri atas butiran mineral yang memiliki
friksi dan kohesif antar material. Dalam batuan sedimen butiran mineral tersementasi
bersama-sama dan dalam batuan magma dan batuan metamorphous mineral telah
mengkristal dalam massa batuan yang biasanya berisi celah air dan joint. Dalam
prakteknya mungkin sulit untuk menilai propagation velocity yang akurat
gelombang seismik dalam tanah dan batuan yang berbeda.
Propagation
velocities gelombang Rayleigh tergantung pada frekuensi yang lebih rendah dibandingkan
frekuensi untuk gelombang shear.
Setiap lingkungan geologi
memiliki karakteristik masing-masing ground vibration yang mempengaruhi
perambatan gelombang vibration. Karakteristik ground vibration tergantung pada
sifat berikut :
- Elastic
constants tanah (elastic dan shearing moduli) yang menentukan kecepatan
propagasi gelombang.
- Jenis
dan kedalaman tanah yang menentukan rentang dominan frekuensi dan jenis
gelombang.
- Kelembaban
tanah dan water level air tanah.
- Topografi
dan morfologi, yang dapat mefokuskan gelombang seismik.
- Karakteristik
peredaman dari tanah.
Contoh faktor-faktor
geologi yang mempengaruhi operasi peledakan batuan adalah perbedaan dalam charge
yang diijinkan dalam jarak yang berbeda di Swedia dan U. S.A.
Di
U.S.A. vibration velocity tertinggi yang diijinkan adalah 50 mm/detik dan skala
jarak aman telah disusun untuk digunakan di lapangan. Persamaan untuk desain
ledakan adalah:
D/√W
≥ 50 ft/lb1/2 = S.D. (1)
D/√W ≥ 20 ft/lb1/2 =
S.D. (2)
Dimana D adalah jarak dalam feet dari lokasi
peledakan hingga struktur bangunan yang bersangkutan
W adalah berat charge maksimum dalam
pound per delay
S.D. adalah skala jarak
Persamaan
#1 direkomendasikan untuk lokasi di mana tidak ada instrument pengukuran,
persamaan dibuat dengan faktor keamanan yang cukup tinggi. Persamaan #2 hanya
direkomendasikan untuk lokasi di mana instrument perekaman ledakan dibuat.
Skala
jarak dari atau lebih akan melindungi terhadap getaran lebih besar dari 50 mm/detik.
Seperti dapat dilihat dalam Grafik 10, skala jarak persamaan #1 memberikan nilai-nilai lebih konservatif, terutama pada
jarak pendek, misalnya pada jarak 10 m, 0,2 kg per delay diperbolehkan menurut
persamaan skala jarak di U.S.A. sementara 0,5 kg diperbolehkan untuk peledakan instan di Swedia. (Yang bisa dua kali lipat
atau tiga kali lipat per delay jika MS menggunakan detonator) Di sisi lain,
Grafik 10 juga menunjukkan bahwa, bila menggunakan persamaan #2, tingkat charge
dapat meningkat pesat, misalnya pada jarak 10 m 1,0 kg bisa diledakan secara
bersamaan. Namun, persamaan #2 hanya direkomendasikan untuk lokasi di mana
getaran diukur dan puncak particle velocities 50 mm/detik atau kurang. Jika
blaster ingin menggunakan jarak berskala kecil, yaitu dia ingin menggunakan
bahan peledak per delay, maka konsultan dan/atau diperlukan izin dari pihak
berwenang.
Pada jarak yang lebih besar
S.D. 50 tidak begitu konservatif, di 100 m 20 kg per delay mungkin dibandingkan
charge dengan 15 kg di Swedia, tapi pada S.D. 20 memperbolehkan 100 kg per
delay. Tingkat charge yang jauh lebih tinggi di U.S.A. terutama pada jarak yang
lebih besar. Alasan untuk itu adalah bahwa karakteristik batuan di U.S.A.
berbeda dengan di Swedia. Batuan umumnya lebih lunak dan lebih lapuk dengan
kecepatan propagasi gelombang getaran lebih rendah. Sehingga getaran yang diredam
lebih cepat dan vibration velocity diperlemah.
Perencanaan Operasi
Peledakan
Pada
tahap perencanaan operasi peledakan, perhatian harus diutamakan pada
karakteristik geologi dari batuan. Zona batuan lapuk dan pecah-pecah diantara lokasi
peledakan dan objek yang sensitif terhadap getaran akan menghasilkan efek
redaman ground vibration. Jika karakteristik geologi batuan berubah dimana
batuan lebih homogen dapat meningkatkan ground vibration. Mungkin diperlukan
untuk mengurangi charge untuk menghindari kerusakan bangunan.
Oleh
karena itu uji peledakan harus diukur untuk membuat profil seismik di mana
gelombang seismik diukur pada berbagai titik yang memberikan informasi tentang
bagaimana karakteristik batuan bervariasi.
Perencanaan dan pelaksanaan
operasi peledakan, sangat perlu untuk mengatur sebaik mungkin sebagai akibat
keterbatasan area dengan diminimalkan menggunakan pola yang benar dalam pengeboran dan peledakan.
Vibration
velocity juga tergantung pada kemiringan lubang. Lubang curam atau kondisi lain
kecenderungannya meningkatkan constriction ledakan (misfires dll) yang dapat
menyebabkan peningkatan yang cukup besar vibration velocity.
Ground vibration juga akan
meningkat jika ledakan itu gagal memecahkan batuan mencapai ke tingkat yang
diinginkan.
Putaran
pertama peledakan dilokasi kerja harus dianggap sebagai uji peledakan dan
pengukuran getaran harus digunakan sebagai pedoman untuk perencanaan operasi
peledakan yang optimal. Hasil dari pengukuran getaran harus digunakan untuk
semua operasi peledakan agar tercapai pola
pengeboran dan pola peledakan yang paling ekonomis. Namun margin tertentu untuk
vibration velocity yang diijinkan harus selalu dipertahankan yang mungkin saja ground
vibration meningkat tajam jika peledakan tidak berjalan sesuai rencana. Ini
bisa menyulitkan dalam situasi ketika titik bor jumlahnya jauh lebih cepat dibor
dibandingkan operasi peledakan, tetapi menggunakan hasil analisis risiko awal
dan tindak lanjut menyeluruh selama operasi peledakan dimana pola pengeboran
dapat dipilih sedemikian rupa sehingga charge dapat digunakan dengan berbagai
cara jika nilai vibration velocity masih terlalu tinggi.
Penyelidikan
menunjukkan bahwa masyarakat pada umumnya bereaksi terhadap nilai-nilai vibrasi
jauh di bawah ambang batas untuk kerusakan pada bangunan. Ini juga telah
menunjukkan bahwa operasi peledakan yang dieksekusi dalam waktu singkat lebih dapat
diterima oleh masyarakat dibandingkan operasi peledakan yang berlangsung untuk
waktu yang lama bahkan jika ada jeda waktu yang panjang antar ledakan.
Cara terbaik untuk mencegah
keluhan adalah jika mereka yang bertanggung jawab atas operasi peledakan
memberikan informasi yang komprehensif kepada masyarakat yang terkena dampak.