KAJIAN AWAL BAHAYA GEOTEKNIK PONDASI PLTN:
STUDI KASUS PADA CALON TAPAK DI PULAU BANGKA
Basuki Wibowo, Imam Hamzah, Eko Rudi I, Bansyah Kironi Pusat Pengembangan Energi Nuklir-BATAN
Jl. Kuningan Barat, Mampang Prapatan, Jakarta 12710 Email: basuki_wibowo@yahoo.com dan basukiwibowo@batan.go.id
ABSTRAK
KAJIAN AWAL BAHAYA GEOTEKNIK PONDASI PLTN: STUDI KASUS PADA CALON TAPAK DI PULAU BANGKA. Telah dilakukan kajian awal geoteknik pondasi PLTN pada dua tapak di Pulau Bangka. Tapak tersebut terletak di Bangka Barat dan Bangka Selatan. Aspek geoteknik tersebut meliputi daya dukung tanah, kestabilan lereng, dan setelmen pondasi. Sebagaimana diketahui, bobot mati fasilitas PLTN berkisar 300.000 ton dengan luasan 4.900 m2, oleh karena itu
diperlukan daya dukung pondasi yang memadai yang berkisar 600 kPa. Dengan kondisi geologi granit dominan di Pulau Bangka pada dua tapak tersebut, maka diperkirakan nilai daya dukung, kesetabilan lereng, dan setelmen pondasi di tempat tersebut akan memenuhi syarat. Metodologi yang digunakan ialah melalui pengumpulan data sekunder kondisi geologi, geoteknik berdasarkan nilai N SPT yang secara langsung dapat dikonversikan ke dalam nilai geoteknik pondasi. Asesmen dilakukan berdasarkan persyaratan keselamatan pondasi yang dianjurkan IAEA (International Atomic Energy Agency). Berdasarkan kondisi geologi granit di Pulau Bangka diperkirakan nilai N SPT berkisar 50 sampai dengan 200. Berdasarkan parameter tersebut diperoleh nilai daya dukung pondasi pada kisaran 4000 kPa, sampai dengan 15000 kPa, kesetabilan pondasi di atas 1,5 serta potensi setelmen yang berada di bawah 1,5 cm. Berdasarkan kriteria tersebut tapak PLTN di Pulau Bangka telah memenuhi persyaratan aspek geoteknik sesuai dengan panduan keselamatan IAEA.
Kata Kunci : bahaya geoteknik, kesetabilan lereng, setelmen
ABSTRACT
INITIAL ASSESSMENT OF GEOTECHNICAL HAZARDS TO NPP FONDATION: CASE STUDY ON BANGKA ISLAND NPP SITE. Preliminary assessment on the geotechnical aspect of nuclear power plants at two site on the island of Bangka was conducted. The site was located in the West and South Bangka Bangka. As is known that the deadweight 300,000 ton range nuclear facilities with an area of 4900 m2, so it needs an adequate foundation bearing capacity that ranges from 600 kPa. With granite dominant geological conditions on the island of Bangka on two site, the estimated value of the geotechnical parameter of the foundation in place will qualify. The methodology used is through secondary data collection geological conditions, geotechnical based on SPT N values which are directly converted into the value of geotechnical parameter. Based on the foundation of the recommended safety requirements IAEA (International Atomic Energy Agency) in the range of 3, then the criteria used is the minimum value of soil bearing capacity of foundation on the value of 1800 kPa. The criteria for FS of slope stability is around 1,5 and the maximum value settlement is about less than 2,5 cm. Based on geological conditions of granite on the island of Bangka, the SPT N values ranging from 50, up to 200. Result on these parameters obtained by the foundation bearing capacity in the range of 4000 kPa, up to 15000 kPa with site at the Western Bangka Regency has a better geotechnical conditions. In same way result on slope stability and foundation settlement are about more 1,5 for FS of slope and less than 2,5 cm for settlement. Based on those result and IAEA criteria requirement, the conclusion of assessment recommended the NPP site at Bangka Island are suitable on geotechnical aspect.
1.
PENDAHULUAN
Kajian geoteknik pondasi pada tapak PLTN adalah sangat diperlukan untuk dapat menentukan apakah suatu tapak layak untuk dibangun fasilitas tersebut. Kapasitas suatu geoteknik adalah merupakan suatu kemampuan menerima beban pada tanah tersebut dari suatu struktur bangunan fasilitas secara aman tanpa menyebabkan terjadinya penurunan pondasi melampui batas keselamatan yang ditentukan. Aspek yang tidak kalah penting dalam kajian geoteknik ini adalah faktor kestabilan lereng, dan setelmen. Secara umum nilai parameter geoteknik suatu wilayah sangat ditentukan oleh karakteristik bawah permukaan yang meliputi nilai N SPT, kohesi dan lain sebaginya. Sebagaimana diketahui bahwa beban mati (dead load) suatu fasilitas PLTN adalah berkisar 300000 ton pada luasan 4900 m2. Oleh karena itu rapat beban minimal dari suatu fasilitas PLTN adalah berkisar 600 kPa. Sedangkan pada tapak PLTN di Pulau Bangka yang terletak di Kabupaten Bangka Barat, dan kabupaten Bangka Selatan diperkirakan mempunyai rapat beban yang melampaui 600 kPa, dengan faktor lereng yang cukup stabil serta aspek penurunan tanah yang sangat rendah.
Sebagaimana diketahui, formasi utama di Pulau Bangka adalah Formasi Tanjung Genting yang didominasi oleh sedimentasi batuan clastic (sandstone) yang berumur triasic yang terendapkan di laut dangkal dan Formasi Klabat yang didominasi oleh intrusi granit berumur Triasic. Sementara Formasi di Pulau Belitung adalah Formasi Kelapakampit yang didominasi oleh batuan metamorf yang berumur karbon akhir dan Formasi Tanjung Pandan yang didominasi oleh batuan Granit yang berumur Triasic (Gambar 1).
Gambar 1. Peta Geologi Bangka Belitung
Pada kajian geoteknik pondasi PLTN di tapak Pulau Bangka digunakan basis data sekunder kondisi bawah permukaan di kedua tapak tersebut, yaitu tapak Bangka Barat, dan Bangka Selatan. Parameter yang akan dihitung adalah geoteknik pondasi (bearing capacity), potensi penurunan tanah (settlement), dan kesetabilan lereng pondasi dengan parameter masukan nilai N SPT, kohesi, dan asumsi sudut geser.
2.
METODOLOGI
Berbasis data sekunder kondisi geologi, dan bawah permukaan Pulau Bangka, akan dihitung parameter geoteknik pondasi (bearing capacity), potensi penurunan tanah (setlement
), dan kesetabilan lereng pondasi dengan parameter masukan nilai N SPT, kohesi, dan asumsi sudut geser.
2.1. Menentukan Kapasitas Daya Dukung Pondasi
Dalam menentukan kapasitas geoteknik pondasi dangkal dapat digunakan rumus kapasitas dukung tanah Tergazhi sebagai berikut [1]:
qult=CNc+q'Nq+0,5γB Ng (1) Nc=(Nq-1)Cot(Φ) (2) q'=Dγ (3) Nq=a2/(2Cos2(45+Φ/2)) (4) a=e((0,75Π-Φ/2)tan(Φ)) (5) Ng=tan(Φ/2).((Kpy/cos2(Φ))-1) (6) dimana:
qult : kapasitas geoteknik maksimum (kPa); C: kohesi tanah/batuan (kPa); Nc , Nq, Ng : geoteknik parameter; q': overburden pressure (kPa); Φ : sudut friksi internal; γ :
unit weight tanah (kN / m3);
D : kedalaman pondasi (m); B :dimensi lateral pondasi (m) Kpy : mengikuti Tabel berikut,
Tabel 1. Nilai Kpy terhadap Φ
Φ 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Kpy 10,8 12,2 14,7 18,6 25 35 52 82 141 298 Setelah menentukan kapasitas daya dukung maksimum tanah pondasi, kemudian dapat ditentukan kapasitas yang diperbolehkan sesuai dengan kriteria keselamatan yang ditentukan:
qa = qult/ FS(bc) (7)
dimana:
qa : kapasitas geoteknik yang diperbolehkan (kPa); qult: kapasitas geoteknik maksimum (kPa);
Kriteria yang digunakan dalam keberterimaan geoteknik PLTN adalah pada nilai FS di kisaran 3 dengan rapat beban minimum pada nilai 700kPa. Dalam hal adanya ketidak seragaman faktor geoteknik pondasi secara lateral, perlu digunakan koreksi rapat beban sesuai formula berikut [2][3]:
(7a) (7b)
dimana:
q’ : rapat bebat maksimum akibat faktor eksentrisitas (kPa); Q : rapat beban linier
(kN/m); q’’ : rapat beban minimum akibat faktor eksentrisitas; B : dimensi pondasi (m);
e : faktor eksentrisitas (m); dan
e/B : koefisien eksentrisitas 2.2. Kesetabilan Lereng Fondasi
Dalam perancangan pondasi, juga harus dipertimbangkan faktor kesetabilan lereng berdasarkan formula sebagai berikut [4]:
FS(slope)=(C+σtanφ)/τ (8)
dimana:
C : kohesi tanah (kPa); σ:over burden pressure (kPa); τ:tegangan normal (kPa); φ: sudut internal friksi.
2.3. Setelmen Pondasi
Penentuan nilai setelmen didasarkan pada formula sebagai berikut [5]:
(9)
dimana:
Sc : nilai perubahan settlement; Cc : indeks kompresi;
Ho : kedalaman (m); σ'vo : tegangan efektif (kPa); Δσv : beban PLTN (kPa)
3.
DATA, HASIL, DAN PEMBAHASAN
3.1. Data
Berdasarkan kondisi geologi lapangan berbasis batuan granit terlapukan, dan sedikit terlapukkan di Bangka Selatan, dan kondisi berbasis batuan granit sedikit terlapukkan, dan tidak terlapukkan, maka diperoleh data geoteknik seperti pada Tabel 1.
Tabel 1. Data Geoteknik Pulau Bangka
Lokasi N SPT Granit C (kPa) γ (kN/m3)
Bangka Barat 100; 200 600;1200 25
Bangka Selatan 50; 100 300; 600 23
3.2. Hasil dan Pembahasan
Sebagaimana dapat dilihat pada Tabel 2 diperoleh hasil perhitungan geoteknik pondasi PLTN pada tapak di Pulau Banngka dengan menggunakan rumus Tergazhi berdasarkan persamaan 1 sampai dengan 7. Dari hasil perhitungan tersebut dapat diketahui bahwa geoteknik pondasi melampaui nilai kriteria pada tataran 700 kPa, baik untuk tapak di Bangka Barat maupun Selatan. Jika dilihat dari profil kohesi versus safe bearing capacity di tapak Pulau Bangka sebagaimana pada Gambar 3a. dapat dilihat bahwa rehabilitasi geoteknik akan diperlukan jika nilai kohesi ada dibawah 200 kPa. Selanjutnya jika faktor eksentrisitas e/B diperhitungkan dalam kestabilan pondasi, maka berdasarkan Gambar 3b. menunjukkan nilai e/B tidak boleh lebih dari 0,1 karena akan menurunkan faktor FS menjadi kurang dari 2.
Tabel 2. Hasil Perhitungan Geoteknik Tapak PLTN di Pulau Bangka Lokasi N SPT
C (kPa)
γ (kN/m3) qult (kPa) qa (kPa)Bangka Selatan 50 300 23 2776 941 100 600 23 5294 1780 Bangka Barat 100 600 25 5331 1794 200 1200 25 10367 3472 Y = 2,8114 X + 99,0530 R = 1 0 1000 2000 3000 4000 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Kohesi (kPa) S a fe b e a r in g c a p a c ity (k P a )
Gambar 3b. Koefisien e/B Vs. FS Pondasi Pada Tapak di Pulau Bangka Begitu pula berdasarkan persamaan 8, diperoleh hasil perhitungan kesetabilan lereng pondasi PLTN pada tapak di Pulau Bangka yang menunjukkan nilai FS yang berada diatas 1,5. Hal tersebut menunjukkan bahwa tapak di Bangka Barat maupun Selatan mempunyai kesetabilan lereng yang memenuhi syarat. Jika dilihat dari profil kohesi versus kesetabilan lereng FS di tapak Pulau Bangka sebagaimana pada Gambar 4. dapat dilihat bahwa rehabilitasi lereng akan diperlukan jika nilai kohesi ada dibawah 150 kPa.
Tabel 3. Hasil Perhitungan Kesetabilan Lereng Pondasi Tapak PLTN di Pulau Bangka Lokasi C (kPa) γ (kN/m3) Overburden
Pressure σ (kPa) Sudut Geser φ FS(slope) Bangka Selatan 300 23 115 10 2,79 600 23 115 10 4,97 Bangka Barat 600 25 125 10 5,39 1200 25 125 10 9,77
Kohesi Vs. FS Lereng
y = 0.0083x R2 = 0.9894 0 2 4 6 8 10 12 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Kohesi (kPa) FS Le re ngGambar 4. Profil Kohesi Vs. FS Lereng Pada Tapak PLTN di Pulau Bangka
Dari Tabel 4 yang diperoleh berdasarkan rumus persamaan 9 hasil yang memadai, dimana nilai setelmen masih berada dibawah 2,5 cm. Hal tersebut menunjukkan bahwa
setelmen di Pulau Bangka jika dibangun PLTN dengan rapat beban 700 kPa tidak akan menimbulkan masalah. Jika dilihat dari profil N SPT versus setelmen di tapak Pulau Bangka sebagaimana pada Gambar 5. dapat dilihat bahwa rehabilitasi geoteknik akan diperlukan jika nilai kohesi ada dibawah 150 kPa. Selanjutnya jika dilihat pada Gambar 6. yang memperlihatkan profil setelmen Vs. kedalaman, dapat dilihat nilai setelmen akan mendekat 0 jika pondasi mempunyai kedalaman lebih dari 5 m.
Tabel 4. Hasil Perhitungan Setelmen Pondasi Tapak PLTN di Pulau Bangka Lokasi N SPT qc (kPa) Beban
qPLTN(kPa) γ (kN/m3) Setelmen (cm) Bangka Selatan 50 13350 700 23 1,87 100 26700 700 23 0,9 Bangka Barat 100 26700 700 25 0,9 200 53400 700 25 0,45 N SPT Vs. Setelmen y = 103.47x-1.0275 R2 = 0.9998 0 0.5 1 1.5 2 0 50 100 150 200 250 N SPT S e te lm e n (c m )
Gambar 5. Profil N SPT Vs. Setelmen Pada Tapak PLTN di Pulau Bangka
4.
KESIMPULAN
Berdasarkan data sekunder diperoleh kondisi geologi tapak yang bersifat batuan Granit dengan variasi N SPT dari 50 sampai dengan 200.
Telah dilakukan analisis geoteknik tapak PLTN di Pulau Bangka pada aspek geoteknik pondasi, kesetabilan lereng pondasi, dan setelmen.
Hasil analisis geoteknik pondasi tapak Pulau Bangka menunjukkan nilai (2700 sampai dengan 11000 kPa) yang memenuhi syarat keselamatan geoteknik IAEA pada faktor FS sama dengan 3, dan rapat beban yang melampaui 7,5 kg/cm2 atau pada kisaran 700 kPa.
Hasil analisis kestabilan lereng pondasi menunjukkan nilai 2,5 sampai dengan 7 yang memenuhi syarat keselamatan geoteknik IAEA pada faktor FS lereng > 1,5.
Hasil analisis setelmen pada pondasi tapak di Pulau Bangka pada pembebanan PLTN tidak melebihi 2,5 cm untuk jangka waktu 40 tahun yaitu pada kisaran 0,4 sampai dengan 1,9 cm.
Analisis geoteknik tersebut menunjukkan adanya kesesuaian dengan kriteria keselamatan pondasi IAEA.
DAFTAR PUSTAKA
[1] TERZAGHI, K., PECK, R.B., and MESRI, G. Soil Mechanics in EngineeringPractice. 3rd Edd., John Wiley & Sons, Inc. ISBN 0-471-08658-4, 1996.
[2] DAS, BRAJA, Theoretical Foundation Engineering (2nd ed.), J. Ross Publishing, 2007. [3] CODUTO, DONALD, Foundation Design, Prentice-Hall, ISBN 0-13-589706-8, 2001. [4] DAS, BRAJA, Principles of Foundation Engineering (6th ed.), Cengage Publisher, 2007. [5] DAS, BRAJA, Bearing Capacity and Settlement, CRC Press LLC, 1999.
