GETARAN & AIRBLAST PELEDAKAN
Dwihandoyo Marmer
BANDUNG 2012
BAB I
GETARAN BUMI (GROUND VIBRATION )
Setiap peledakan akan menghasilkan energi yang menyebabkan terjadinya berbagai jenis gelombang yang merambat di dalam bumi, di permukaan bumi maupun di udara. Salah satu penyebab pecahnya batuan dari bergetarnya bumi karena peledakan adalah adanya rambatan gelombang tersebut.
1.1. ENERGI PELEDAKAN
, Reaksi peledakan tidak saja menghasilkan gelombang energi yang
mampu menghancurkan massa batuan padat, tetapi masih ada tersisa energi yang menghasilkan gelombang dan terus merambat dengan kecepatan yang kian melemah seiring dengan semakin jauh jarak rambatannya dari pusat ledakan. Tetapi dalam kasus yang khusus semakin jauh ternyata getaran yang ditimbulkan ada yang lebih besar (Kaltim).
Energi peledakan akan membentuk gelombang tekan yang menghasilkan deformasi plastis terhadap batuan, sehingga batuan akan pecah atau hancur. Sebagian dari gelombang tersebut terus merambat menembus bumi atau batuan membentuk gelombang tegangan-regangan di dalam batas zona elastis batuan. Gelombang yang menjalar di dalam batas zona elastis batuan disebut pula gelombang seismik yang tidak akan memecahkan batuan tetapi hanya menggetarkannya.
Dari uraian di atas, maka energi yang dihasilkan peledakan dapat dikategorikan ke dalam dua bagian, yaitu: energi terpakai (work energy) dari energi sisa (waste energy). Energi terpakai adalah energi yang menghasilkan tenaga atau daya yang betul-betul digunakan untuk menghancurkan batuan. Energi ini terdiri dari 2 jenis, yaitu energi kejut dan energi gas.
• Energi kejut (shock energy) adalah energi yang memproduksi gelombang tekan disekitar dinding kolom lubang tembak;
• Energi gas adalah energi yang ditimbulkan oleh reaksi kimia bahan peledak yang berubah menjadi gas dalam tempo yang begitu cepat di dalam kolom lubang tembak.
Sedangkan energi sisa adalah tenaga yang tidak berperan langsung dalam penghancuran batuan, tetapi lebih banyak mempengaruhi dan menganggu lingkungan sekitarnya. Jenis-jenis energi sisa antara lain: energi panas, energi suara, energi seismik dan energi sinar atau cahaya. Gambar 2.1.
memperlihatkan skema pembagian energi peledakan.
Gambar 1.1. Skema klasifikasi energi peledakan.
Uraian lebih lanjut akan dititikberatkan pada energi sisa yang berperan cukup besar terhadap terganggunya lingkungan. Diantara empat jenis energi sisa pada Gambar 1.1 mungkin hanya energi penghasil sinar dan panas yang tidak begitu diperhatikan. Pada kenyataannya cahaya yang ditimbulkan tidak mempengaruhi aktifitas masyarakat, apalagi bila peledakan dilakukan siang hari. Demikian pula halnya dengan panas yang dihasilkan peledakan hanya terasa disekitar lubang-lubang tembak saja.
ENERGI PELEDAKAN
ENERGI TERPAKAI ENERGI SISA
ENERGI
KEJUT ENERGI
GAS ENERGI
PANAS ENERGI
SINAR ENERGI
SUARA ENERGI SEISMIK
Energi sisa yang dominan dibicarakan adalah energi seismik dan suara. Energi seismik akan menghasilkan gelombang seismik yang ditransmisikan atau dirambatkan ke dalam bumi atau massa batuan yang solid dan ke permukaan. Gelombang inilah yang menyebabkan getaran peledakan yang dapat dirasakan oleh kita dan dapat merusak struktur bangunan. Peledakan yang diatur dari diperhitungkan dengan seksama dapat mengurangi efek gelombang seismik. Oleh sebab itu sasaran peledakan yang baik tidak saja dikonsentrasikan pada fragmentasi batuan, tetapi juga perlu diasosiasikan dengan suatu cara untuk meminimalkan energi sisa.
Terdapat dua jenis gelombang seismik, yaitu gelombang badan (body waves) dan gelombang permukaan (surface waves). Disebut gelombang badan karena gelombang ini merambat dan menembus ke dalam bumi atau massa batuan. Gelombang badan ada dua jenis, yaitu gelombang kompresi (compressional waves) dan gelombang geser (shear waves) .
¾ Gelombang kompresi disebut juga gelombang primer (P-waves) menghasilkan gerakan tekan-tarik secara bergantian yang menimbulkan kompresi dan dilatasi (pengembangan) serta merambat dan bergetar searah dengan arah perambatan gelombang.
¾ Gelombang geser disebut juga gelombang sekunder (S-waves) adalah gelombang melintang (transversal) menghasilkan getaran partikel naik-turun dengan arah tegak lurus perambatan gelombang.
Gelombang kompresi dan geser merambat dengan kecepatan yang berbeda, di mana gelombang kompresi selalu bergerak lebih cepat.
Gelombang permukaan merambat di luar lapisan atau di permukaan bumi dan tidak menembus bumi atau lapisan batuan. Gelombang ini akan terbentuk apabila gelombang badan menemukan permukaan bebas dan mengalami refleksi. Terdapat dua jenis gelombang permukaan, yaitu:
¾ Gelombang Rayleigh (R-wave), yaitu gerakan partikel yang berputar mundur (retograde circular motion) membuat lintasan eliptis pada bidang vertikal sejajar arah perambatan gelombang.
¾ Gelombang Love (Q-wave) , yaitu gerakan partikel tegak lurus dengan arah perambatan gelombang.
Gelombang permukaan bergetar lebih luas dibanding gelombang badan, tetapi menjalar lebih lambat. Gambar 2.2 memperlihatkan ilustrasi keempat jenis gelombang tersebut di atas.
Gambar 1.2. Skema bentuk gelombang yang dihasilkan Energi Sisa
1.2. PARAMETER GELOMBANG
Prinsip getaran batuan atau bumi di dalam batas zona elastis akibat rambatan gelombang karena adanya pergerakan partikel batuan. Besar gerakan tersebut tergantung pada intensitas dari frekuensi gelombang yang bentuknya mengikuti fungsi sinus. Gerakan gelombang harmonis sederhana
terlihat pada Gambar 2.3 dari persamaannya sbb:
y = A sin (ωt) (2.1)
di mana: y = perpindahan setiap waktu t, diukur dari garis nol atau sumbu waktu
t = waktu
A = amplitudo atau harga y maksimum ω = 2π ƒ
ƒ = jumlah siklus getaran atau osciniations per detik dari satuannya Hertz (Hz)
Periode atau waktu satu putaran penuh (osciniations), T, kebalikan dari frekuensi, f, jadi nilainya adalah:
F = 1/T atau T= 1/f (2.2) Panjang gelombang L adalah jarak dari suatu titik awal pada gelombang ke posisi titik yang sama pada siklus gelombang berikutnya. Untuk mempermudah pengukuran biasanya diukur antara dua titik batas-atas (crest) atau dua titik batas-bawah (trough) dari gelombang. Panjang gelombang L besarnya sama dengan periode T dikalikan kecepatan propagasi υ, jadi:
L=υT (2.3)
Gambar 1.3. Paramater dari gerakan gelombang harmonis
1.3. PARAMETER GETARAN (VIBRASI)
Getaran terjadi karena adanya pergerakan partikel dan, tolok ukurnya adalah intensitas dari frekuensi. Intensitas getaran merupakan karakter gerakan bumi atau massa batuan yang meliputi perpindahan atau simpangan (displacement), kecepatan ( velocity) dan percepatan (acceleration). Ketika bumi bergetar karena terlewati gelombang seismik, partikel batuan bergerak atau berpindah dari posisi yang sebelumnya seimbang. Peristiwa inilah yang disebut perpindahan. Seberapa cepat partikel bergerak, inilah yang disebut kecepatan. Gerakan ini pun menggunakan tenaga yang besarnya sebanding dengan percepatan partikel atau laju perubahan kecepatan. Parameter dasar dari getaran didefinisikan sbb:
¾ Perpindahanlsimpangan yaitu jarak gerakan partikel batuan dari posisi yang sebelumnya seimbang ke suatu titik yang dikehendaki dalam waktu tertentu, biasanya diukur dalam satuan inci atau mm.
¾ Kecepatan yaitu gerakan partikel batuan ketika meninggalkan tempat dari kondisi semula diam, biasanya diukur dengan satuan inci/sec atau mm/det.
¾ Percepatan adalah laju pada saat terjadi perubahan kecepatan partikel.
Tenaga yang dipakai oleh partikel yang bergetar adalah sebanding dengan percepatan partikel tersebut. Percepatan gravitasi (g) besarnya adalah 32,2 ft/sec2 atau 9,82 m/det2.
Dalam mengevaluasi getaran yang harus diperhalikan adalah kondisi maksimum dari ketiga parameter di atas yang secara matematis terlihat pada persamaan (2.4), (2.5) dari (2.6).
Parameter Standar Maksimum
Perpindahan y = A sin (ωt) y=A (2.4)
Kecepatan
υ
= A ω cos (ωt) υ = A ω (2.5) Percepatan α = - A ω2 sin (ωt) α=- A ω2 (2.6)Pada prakteknya, dengan mengetahui dua parameter yang mana saja diantara tiga parameter gelombang di atas, maka parameter ketiga dapat dihitung menggunakan persamaan tersebut. Atau dapat pula menggunakan nomogram seperti pada Gambar 1.4.
Contoh penggunaan nomogram di atas; misalnya untuk f = 100 c/s (cycles/sec) dari A = 0,025 mm, maka kecepatan vibrasi, v, sekitar 15 mm/s dari percepatan, a, adalah 1 g (= 1 gravitasi bumi = 9,82 m/sec2).
Untuk mempermudah interpretasi, dapat digunakan Gambar 1.5 sebagai contohnya. Gambar 1.5.a memperlihatkan gelombang sinus yang menghasilkan batas-atas (crest) dan batas-bawah (trough) yang sempurna;
sedangkan Gambar 1.5.b mempunyai amplitudo yang berbeda, sehingga bukan merupakan gelombang sinus.
Gambar 1.4. Nomogram hubungan antara frekuensi, percepatan, kecepatan osilasi dari amplitudo (Langefors and. Kihlstrom)
Tiap divisi skala vertikal bernilai 0,02 inci, sedangkan divisi skala horisontal bernilai 0,02 seconds. Frekuensi dan periode gelombang pada Gambar 2.5.a dihitung sebagai berikut:
T = 4 x 0,02 T= 0,08 sec karena f = 1/T, maka :
f= 1/0,08 f= 12,5 Hz
Frekuensi dari periode dari gelombang pada Gambar 2.5.b harus dihitung secara bertahap dengan mempertimbangkan bentuk crest dan trough yang relatif sama. Interpretasi ini memang riskan dan benar-benar membutuhkan pengalaman serta pengamatan yang teliti. Pertama lihat dan hitunglah mulai dari batas-bawah A menuju batas-atas B. Alur gelombang ini adalah setengah periode dengan jarak 3,3 divisi, sehingga hasilnya adalah:
T/2 = 3,3 x 0,02 T/2 = 0,066 T = 0,132 sec selanjutnya f adalah:
f = l/T f = 1/0,132 f = 7,6 Hz
Kemudian estimasi alur gelombang setengah periode dari batas-atas C sampai batas-bawah E yang berjarak 4,8 divisi sebagai beriku :
T/2 = 4,8 x 0,02 = 0,096 T = 0,192 sec
f = 5,2 Hz
Terakhir hitung dengan eara yang sama alur gelombang dari B sarnpai D yang melintasi garis datar nol dengan jarak 5,2 divisi, hasilnya sebagai berikut:
T/2 = 5,2 x 0,02 = 0,104 T = 0,208 sec
f = 4,8 Hz
Telah diperoleh tiga harga frekuensi yang berbeda, yaitu. 7,6 Hz, 5,2 Hz dari 4,8 Hz. Sebaiknya diambil harga frekuensi yang melintasi garis nol 4,8 Hz karena dibanding yang lainnya gelombang dengan frekuensi tersebut lebih membahayakan.
Garnbar 1.5. Pengukuran periode dari frekuensi getaran
Berdasarkan hasil interpretasi data di atas dapat dievaluasi parameter-parameter vibrasi maksimum, yaitu perpindahan, kecepatan dan percepatan, dengan memasukannya ke dalam persamaan (2.4), (2.5) dan (2.6). Hasil perhitungannya sebagai berikut:
¾ Perpindahan maks. ( Ym) = A = 4,1 x 0,02 = 0,082 inci
¾ Kecepatan maks. ( vm) = 2 1t I A = 21t x 4,8 x 0,082 = 2,47 ips
¾ Percepatan maks. ( am) = - (2 1t 1)2 A = -(2 1t x 4,8)2 x 0,082 = 74,58 inci/sec2
Hasil pengukuran seismograf menampilkan tiga jenis gelombang, yaitu: gelombang vertikal (V), longitudinal atau radial (L) dan transversal (T). Ketiga komponen gelombang tersebut dianggap mewakili tiga dimensi arah pergerakan gelombang di dalam bumi atau massa batuan. Masing- masing gelombang dapat diartikan sebagai berikut:
¾ gelombang vertikal (V) adalah ekspresi gerakan partikel naik-turun;
¾ gelombang longitudinal (L) adalah gerakan partikel maju dan mundur pada arah sesuai dengan arah rambatan gelombang yang biasanya bergerak dari sumber ledak ke arah alat perekam;
¾ gelombang transversal (T) adalah gerakan partikel ke kiri dan kanan atau tegak lurus arah rambatan gelombang.
Alat seismograf yang modern dapat merekam resultan (S) dari ketiga gerakan gelombang tersebut yang besarnya dihitung secara vektoris menggunakan persamaan (2.7) sebagai berikut:
S = (V2 + L2 + T2)0,5 (2.7) Perhitungan gerakan partikel pada setiap titik dilakukan terus menerus secara elektronis dan menghasilkan ketelitian yang cukup tinggi. Hasilnya adalah resultan (S) yang merupakan sebuah rekomposisi vektor dari gerakan bumi atau massa batuan dalam waktu yang penuh. Contoh grafik hasil pengukuran secara lengkap terdapat di gambar 1.6.
Gambar 1.6. Grafik hasil pengukuran
1.4. HUBUNGAN JARAK DENGAN JUMLAH BAHAN PELEDAK
Besar getaran pada suatu lokasi akan tergantung pada jarak lokasi tersebut dari pusat peledakan dari jumlah bahan peledak yang dipakai per periode (delay). Peneliti dari U.S. Bureau of Mines untuk pertama kali mengembangkan model matematis yang disebut the propagation law yang berkaitan dengan kecepatan partikel puncak (peak particle velocity, PPV).
Laporannya ditulis pada Buletin U. S. Bureau of Mines No.656 tahun 1971 dari bentuk perSamaannya sebagai berikut:
v = H (D /wa ) b (2.8) di mana:
v = Kecepatan partikel terprediksi, in. f sec w = Isian bahan peledak maks. per delay, lb
D = Jarak dari peledakan ke sensor yang dihitung per 100 ft (Contoh bila jaraknya 500 ft, D = 5)
H, a dari b adalah konstanta yang tergantung pada kondisi batuan di lokasi peledakan
Menurut rumus empiris U. S. Bureau of Mines di alas harga H, a dari b ditentukan oleh masing-masing gerakan gelombang longitudinal, vertical dari transversal. Harga ketiga parameter tersebut sedikit berbeda yang hasilnya seperti pada persamaan terlihat di bawah ini:
VLong = 0052 (D/WO.512)1.63
VVert = 0,071 (D/W0,421)-1.74 VTran = 0,035 (D/W0,521)-1,28
Melihat bahwa harga ketiga gelombang tersebut tidak jauh berbeda, maka pangkat parameter W dari b masing-masing diasumsikan 0,5 dari -1,6.
Kemudian untuk harga H tidak lagi dihitung jarak dibagi seratus, namun langsung berharga 100, sehingga persamaan umumnya menjadi:
v = 100 (d/WO,5)-1.6
Hubungan antara jarak dari (d) dari jumlah bahan peledak (WO'5) dinarnakan Scaled Distance (SD) yang merupakan inti dari the Propagation Law. Harga SD yang besar akan lebih aman dibanding yang kecil. Hal ini serupa dengan jarak, makin jauh akan lebih aman dibanding yang dekat.
Tolok ukur yang dipakai adalah SD = 50. Bila SD>50 menandakan kondisi vibrasi yang kecil, sebaliknya bila SD<50 kemungkinan terjadi kerusakan cukup besar. Di beberapa negara ada yang menerapkan tolok ukur aman apabila SD>60. Hal ini tergantung pada peraturan yang berlaku pada negara tersebut.
Peramalan peak partikel velocity (PPV) yang umum, seperti pada persamaan (2.8) dapat ditulis ulang sebagai berikut:
Vmaks= K m W
d ⎟
⎠
⎜ ⎞
⎝
⎛
5 .
0 (2.8.a)
atau
PPV= K (SD)m (2.8.b)
Seperti diungkapkan di atas bahwa komponen K dari m tergantung faktor- faktor di lapangan. Harga K dipengaruhi oleh sifat-sifat bahan peledak dari impedansi daripada batuan disekitar peledakan. Impedansi adalah ekspresi dari berat jenis dari kecepatan rarnbat gelombang longitudinal dari batuan.
Secara umum harga K dipengaruhi oleh sifat sifat (tipe) bahan peledak dari karakteristik geologi setempat. Harga m tergantung pada sifat batuan antara lokasi peledakan dengan alat pemantau (seismograf). Keberadaan rekahan pada batuan akan menghasilkan kecepatan gelombang longitudinal dari modulus elastisitas yang rendah, sehingga getaran bumi pun menjadi lemah. Untuk memperoleh harga K dan m dapat digunakan plot data PPV versus SD pada kertas grafik logaritma ganda (log-log). Komponen m = -1,6 dapat diterima sebagai pegangan awal. Sedangkan komponen K
sangat bervariasi, namun U.S. Bureau of Mines, 1971 menetapkan K = 100, DuPont de Nemours & Co., 1977 (produsen bahan peledak) menetapkan K
= 160 dari Canada Centre for Mineral and Energy (CANMET), 1982 menetapkan K antara 160 - 750 atau rata-rata 490. Gambar 2.9 memperlihatkan contoh grafik Square Rood Scaled Distance versi Peac Particle Velocity (PPV), hasil analisis software BlastWare III.
Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa intensitas getaran (vibrasi) bumi tergantung pada faktor-faktor -sebagai berikut:
(a). Tipe bahan peledak
(b). Jumlah isian bahan peledak/delay sama
(c). Pola dan initiasi lubang ledak (d). Jarak dari peledakan (e). Arah perambatan energi
(f). Struktur batuan.
Gambar 2.9. Grafik Scaled Distance versi PPV
1.5. A I R B L A S T
Airblast adalah istilah yang dipakai untuk peristiwa bergetar nya udara sebagai akibat dari adanya proses ledakan. Setiap ledakan mula-mula akan menimbulkan suatu front gelombang kejut (shock wave) yang segera menurun intensitasnya ketingkat bunyi yang merambat melalui udara sebagai gelombang bunyi dengan kecepatan 345 m/s.
Sebab utama terjadihya airblast pada peledakan adalah dengan terlepasnya gas-gas ke atmosfer dan adanya pergerakan massa batuan .
Bunyi dapat dinyatakan dengan dua macam besaran (unit) yaitu tekanan dan decibel (dB). Bila dinyatakan dengan unit tekanan maka disebut "over pressure" atau tekanan diatas tekanan normal atmosfer. Bila dinyatakan dengan unit decibel, maka di sebut "Sound pressure level (SPL)".
Definisi SPL :
SPL (dB) = 20 loglO ⎟
⎠
⎜ ⎞
⎝
⎛ Po
P
Dimana : P = Overpressure yang diukur, Pa
Po = Tekanan referensi yang ditetapkan yaitu :
20 x 10-6 Pa.
Suara adalah bagian dari spektrum getaran yang dapat di deteksi oleh telinga manusia yaitu diantara 20 Hz sampai dengan 20.000 Hz. Bagian spektrum dibawah 20 Hz disebut gegaran (concussion). Suara dan gegaran menyusut amplitudonya dengan jarak. Karena frekwensi yang tinggi lebih cepat mengalami penyusutan, pada jarak jauh ada kemungkinan intensitas suara sudah lemah sekali, tetapi gegaran masih kuat yang menyebabkan ba ngunan bergoyang atau bergetar. Suara bising akan terdengar apabila ledakan langsung berhubungan dengan udara seperti dari sumbu ledak yang tidak ditimbun atau ditutup.
Kolom stemming yang terlalu pendek atau ukuran burden terlalu kecil juga
merupakan sumber timbulnya suara. Lobang tembak pada baris depan adalah sumber utama dari airblast. Lobang tembak pada baris kedua dan seterusnya tidak merupakan sumber utama kecuali jika stemmingnya keluar secara premature. Intensitas suara diarah depan selalu lebih tinggi dibanding arah belakang pola peledakan.
Perambatan suara dari daerah peledakan dengan mudah dapat dipengaruhi oleh keadaan cuaca. Keadaan normal bilamana suhu udara dan kecepatan suara menurun dengan ketinggian.
Pada kondisi ini gelombang suara akan berbelok ke atas menjauhi permukaan bumi (ke arah daerah dimana kecepatan lebih kecil). Dengan demikian intensitas suara pada permukaan bumi dengan cepat menurun dengan jarak.
Inversi suhu terjadi bilamana suhu udara semakin tinggi dengan naiknya ketinggian . Dalam kondisi ini gelombang suara akan dibelokkan kembali ke permukaan bumi dan mengakibatkan intensitas suara menjadi naik, kadang- kadang menjadi dua sampai tiga kali lebih besar (6 dB sampai 10 dB).
Inversi suhu sering terjadi pada waktu pagi setelah pada malam harinya keadaan cuaca terang dan kecepatan angin rendah.
Peledakan yang dilakukan pada pagi hari biasanya menghasilkan intensitas airblast yang tinggi. Inversi suhu akan hilang bilamana sinar matahari telah memanasi permukaan bumi dan udara sekitarnya. Ini akan terjadi pada menjelang tengah hari dimana peledakan sangat ideal dilakukan. Adanya suatu lapisan awan yang tebal adalah petunjuk adanya inversi suhu yang tidak sampai mencapai permukaan bumi.
Pengaruh angin akan selalu searah dengan arah angin dimana intensitas akan lebih tinggi di sebelah hilir. Keluhan akan berkurang bilamana peledakan dilakukan pada waktu arah angin menjauhi daerah pemukiman.
Kondisi yang ideal untuk-melaksanakan peledakan adalah bilamana langit cerah disertai angin berkecepatan sedang dan keadaan suhu menaik sejak dari pagi hari sampai ke waktu peledakan.
Udara berawan yang disertai dengan arah angin yang ber-ubah2 dengan cepat dan hujan yang singkat adalah juga kondisi yang baik untuk peledakan.
Ciri-ciri cuaca yang tidak baik untuk peledakan :
1. Kabut dari asap yang kelihatan pada waktu tidak ada angin. Kondisi ini adalah petunjuk adanya inversi suhu
2. Angin kencang disertai gerakan awan ke arah daerah pemukiman 3. Temperatur udara pada permukaan bumi sangat rendah
4. Lapisan awan yang rendah terutama bila tidak ada angin.
Kadang-kadang airblast dapat secara langsung mengakibatkan kerusakan pada bangunan, Hal yang umum terjadi adalah timbulnya getaran yang berfrekwensi lebih tinggi yang menghasilkan suara dari jendela, pintu, dan benda-banda yang tergantung di dalarn rurnah.
Hasil-hasil penelitian menunjukkan bahwa kaca jendela adalah bagian dari bangunan yang sangat kritis terhadap airblast.
Berdasarkan ini dibuatlah kriteria yang mengambil kerusakan kaca jendela sebagai pedoman. Tabel 3.1 menunjukkan hasil-hasil penelitian akibat dari airblast.
Perilaku bangunan/rumah tinggal terhadap eksitasi airblast di tentukan oleh resonansi antara frekwensi struktur dengan frekwensi airblast. Frekwensi natural daripada bangunan adalah sekitar 5 Hz, sedang dinding dan lantai frekwensinya antara 10 dan 20 Hz. Energi airblast biasanya terpusat pada frekwansi dbawah 5 Hz. Suatu gerakan daripada dinding dapat mengakibatkan suara berderak yang menimbulkan perasaan kaget kepada penghuni. pengaruh airblast terhadap masyarakat sekitar peledakan masih lebih banyak ditentukan oleh penilaian secara subyetif.
Tabel 3.1. Pengaruh Tingkat Air Blast dB Psi 180
170 160 150 140 130 120 110 100 90 80
3.0 0.95 0.30 0.095 0.030 0.0095 0.0030 0.00095 0.00030 0.000095 0.000030
Structural damage Most windows break Some windows break
OSHA maximum for impulsive sound USBM TPR 78 maximum
USBM TPR 78 safe level
Threshold of pain for continuous sound Complaints likely
OSHA maximum for 15 minutes OSHA maximum for 8 minutes
Tingkat gangguan peledakan terhadap masyarakat disekitarnya sangat tergantung kepada sikap daripada perusahaan terhadap masyarakat sekitarnya. Faktor-faktor yang menentukan sikap dan tanggapan masyarakat adalah :
- Nilai sosial daripada usaha;
- Hubungan antara pengusaha dengan lingkungan masyarakat;
- Kegiatan penerangan (hums atau public relations);
- Damak lingkungan lain yang diakibatkan oleh usaha tersebut.
Banyak parameter peledakan yang berpengaruh terhadap intensitas airblast Beberapa diantaranya dapat dirobah dalam rangka pengendalian tingkat airblast. pengaruh daripada variabel peledakan terhadap airblast dapat diperlihatkan sbb :
Variabel Pengaruh Charge per delay
Interval delay Burden dan spacing
panjang dan tipe stemming Panjang dan diameter charge Sudut lobang tembak
Arah initiasi
Jumlah charge per blast Kedalaman charge Posisi sumbu ledak
Besar Besar Besar Besar Kecil Kecil Besar Kecil Besar Besar
Peramalan intensitas airblast pada umumnya dilakukan secara empiris.
Rumus empiris yang dipakai adalah : OP = K
2 . 1
3 1
−
⎟⎟
⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎜
⎝
⎛ W
D
Dimana: OP = Overpressure, kPa.
D = Jarak dari peledakan, m.
W = Berat maksimum charge per delay, kg.
K = konstanta yang harganya tergantung kepada rosedur peledakan yang dipakai, bervariasi antara :
30 (Confined charge) sampai 185 (Unconfined charge)
⎟⎟
⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎜
⎝
⎛
3 1
W D =
Disebut "cube root scaled distance" atau jarak dalam meter dibagi dengan akar tiga berat charge per delay dalam kg. Jadi satuannya adalah m/kg1/3.
Peralatan yang digunakan untuk mengukur airblast ada 2 macam, yaitu : 1. Microphone (Peak Sound Pressure Level) merupakan kelengkapan
dari BlastMate III
2. Integrating Sound Level Meter Digital (Sound Pro Dlx) (Gambar 3.1)
BAB II SEISMOGRAF
Seismograf adalah alat mendeteksi dan merekam gerakan bumi (ground motion/ vibration) dan tekanan udara ( air pressure) yang disebabkan perambatan gelombang seismik dan gelombang tekanan udara (air pressure wave atau air blast).
2.1. PRINSIP KERJA SEISMOGRAF
Prinsip kerja seismograf adalah mengubah masukan (input) yang merupakan gerakan bumi atau tekanan udara menjadi gaya pegas atau sinyal listrik, tergantung jenis seismograf yang dipakai, sehingga diperoleh keluaran (output) berupa seismogram ataupun angka-angka. Pada jenis seismograf pegas, energi gerakan bumi diubah menjadi energi getaran pegas. Getaran ini kemudian dicatat pada gulungan kertas yang hasilnya disebut seismogram. Pada seismograf yang menggunakan transducer dan mikrofon, gerakan bumi dan tekanan udara diubah menjadi sinyal-sinyal listrik. Sinyal tersebut kemudian diproses dan keluarannya berupa angka- angka atau seismogram. Secara umum terdapat 2 jenis seismograf, yaitu seismograf analog dan digital (lihat Gambar 2.1). Keduanya berbeda dalam hal perekaman data masukan dan interpretasi keluarannya.
2.2. Seismograf Analog
Seismograf analog terdiri dari massa yang ditopang oleh pegas secara vertical dan horizontal (lihat Gambar 2.7a). Data masukan yang dibaca dapat berupa perpindahan maupun percepatan partikel, tergantung fungsi alat. Jika fungsi alat sebagai vibrometer (pembaca perpindahan getaran) masukan berupa perpindahan. Sedangkan jika berfungsi sebagai accelerometer (pembaca percepatan) , maka masukan berupa percepatan.
Fungsi di atas ditentukan oleh nilai f/fn, di mana f adalah frekuensi getaran dan fn adalah frekuensi diri (frekuensi alami).
Alat berfungsi sebagai vibrometer atau accelerometer, jika :
¾ f/fn besar: alat berfungsi sebagai vibrometer, di mana pegas yang digunakan berupa pegas lunak (konstanta pegas kecil)
¾ f/fn kecil: alat berfungsi sebagai accelerator, di mana pegas yang digunakan berupa pegas keras (konstanta pegas besar) Seismograf ini membaca data masukan dari merekam keluarannya secara kontinyu, sehingga didapat data yang lengkap.
Kelebihan seismograf analog terletak pada kelengkapan data, murah dari tidak memerlukan perawatan serta pengoperasian yang rumit. Adapun kekurangannya adalah keluaran hanya berupa seismogram yang memerlukan interpretasi secara manual, sehingga meningkatkan kemungkinan terjadinya kesalahan.
Gambar 2.1. Bagan seismograf analog dan digital
2.3. Seismograf Digital
Seismograf digital umumnya terdiri dari transducer suara, transducer kecepatan, kabel, perekam, penguat sinyal, printer atau osiloskop '(lihat Gambar 2.7b). Perekaman data masukan dilakukan secara sampling dengan jumlah tertentu tiap detik. Masukan yang berupa gerak mekanis boleh transducer diubah menjadi sinyal-sinyal listrik yang dialirkan ke perekam.
Perekam yang berupa pita magnetic menyimpan data secara diskret. Untuk menampilkan keluaran dalam osiloskop ataupun cetakan, sinyal-sinyal diperkuat lebih dahulu oleh amplifier.
Kelebihan seismograf digital adalah dalam hal interpretasi keluarannya yang selain dapat dilakukan secara manual dapat juga dilakukan dengan bantuan komputer, sehingga memungkinkan diperoleh hasil analisa yang lebih teliti. Adapun kekurangannya adalah harganya mahal, memerlukan perawatan dan keahlian khusus.
Seiring dengan kemajuan teknologi, sebuah alat seismograf mampu merekam getaran bumi dan tekanan udara dalam waktu yang bersamaan.
Hasil rekamannya disamping dapat dicetak di lapangan, dapat pula dianalisis lebih lanjut menggunakan komputer di ruang kerja. Seluruh data dari lapangan dan hasil analisis di kantor dapat dicetak menggunakan printer biasa, sehingga hasilnya akan lebih jelas dari mudah dibaca. Getaran bumi direkam dari dihitung secara otomatis oleh seismograf yang menghasilkan Peak Particle Velocity (PPV), frekuensi, waktu osilasi, percepatan dari perpindahan. Perubahan partikel pembentuk gelombang transversal, vertical dari longitudinal diplot pada kertas yang tersedia pada alat seismograf tersebut dari resultan ketiga vektor gelombang (rumus 2.7) dicantumkan dalam bentuk Peak Vector Sum (PVS). Data tekanan udara (air blast) dari suara direkam dari dihitung oleh seismograf yang sama akan menghasilkan Peak Sound Pressure Level (PSPL). Gambar 2.2 contoh hasil analisis gelombang getaran bumi dari tekanan udara di lapangan.
Gambar 2.2. Interpretasi gelombang suara (overpressure) dan gelombang vibrasi hasil peledakan
BAB III
PENGUKURAN GETARAN DAN AIRBLAST
Untuk mengetahui besar getaran dan kebisingan (air blast) akibat peledakan, maka harus diukur dengan alat ukur getaran (seismograf). Sedangkan untuk mengetahui pengaruh getaran peledakan terhadap lingkungan maka hasil pengukuran dibandingkan dengan baku tingkat getaran baik internasional maupun nasional.
Beberapa seismograf yang sering digunakan antara lain BlastMate III buatan Instantel Canada, Sinco buatan USA, Nomisc buatan Canada, Texcel buatan Australia.
Seismograf BlastMate III terdiri dari sebuah geophone dan sebuah sound level meter (microphone).
3.1. MEKANISME PENGUKURAN
Mekanisme pengukuran getaran adalah sebagai berikut (gambar 2.10) :
• Getaran dan kebisingan peledakan (getaran mekanis) di rekam oleh geophone dan microphone, diubah menjadi getaran elektris lalu disimpan di memori
• Hasil pengukuran (dalam memori) di download ke komputer dengan menggunakan program BlastWare
• Hasil akhir berupa seismogram yang dapat menampilkan angka-angka besar getaran dan kebisingan serta grafik
• Untuk mengetahui besar getaran apakah masih didalam atau melebihi ambang batas , dapat memilih grafik baku tingkat getaran dari 13 negara yang ada di dalam program
• Untuk membuat grafik scaled distance versi PPV diperlukan data pengukuran minimal 9 (sembilan buah) dengan variable jarak maupun jumlah muatan/delay yang sama
3.2. CARA PEMASANGAN GEOPHONE & MICROPHONE
Agar diperoleh hasil pengukuran getaran & kebisingan yang akurat maka harus diperhatikan hal-hal sebagai berikut:
Pemasangan Geophone
− Pengukuran yang dilakukan pada batuan masif geophone cukup diletakkan mendatar (level), atau ditutup dengan pemberat (sand bag) agar tidak bergerak akibat getaran
− Pengukuran pada batuan yang lepas geophone harus dipasang 3 (tiga) buah paku berulir kemudian ditancapkan sampai geophone tidak bergerak, atau ditanam sedalam 50 cm.
− Arah panah harus menuju titik peledakan
Pemasangan microphone
− Microphone yang digunakan harus tipe ”A” karena dapat mengukuran kebisingan yang aktual (kebisingan Ambien), sedangkan microphone tipe
”L” (Linier) angka kebisingan yang didapat lebih besar dari kebisingan ambien
− Arah microphone harus menuju titik peledakan
3.3. Setting parameter (Lihat SOP Minimate Plus)
Untuk mendapatkan hasil yang benar maka setting parameter harus benar sesuai dengan petunjuk prosedur operasi (manual) yang ada, terutama hal- hal sebagai berikut :
• Record Mode harus dipilih Continuous
• Sensor check harus dipilih Before monitoring
• Direct Baud Rate harus dipilih 38400
Gambar 2.10. Mekanisme Pengukuran Getaran & Kebisingan
Microphone
Geophone
BlastMate III
Print Out Grafik Hasil Monitoring
Komputer ( Software Blastware)
nov1395m.mpeg
Rambatan Suara
Rambatan Getaran Blasting
IV
BAKU TINGKAT GETARAN & KEBISINGAN 4.1. Baku Tingkat Getaran International
Sampai saat ini belum ada standar yang disepakati secara internasional tentang batas-batas keamanan PPV terhadap berbagai tipe bangunan. Setiap negara membuat baku tingkat getaran berdasarkan hasil penelitian pada kondisi batuan di negara masing-masing, antara lain :
Tabel 4.1. Rekomendasi batas getaran peledakan yang aman
PPV, Frequency, Country
mm/s Hz Type of structure Remarks
3 10 Sensitive structure 3-8 10 - 50 Domestic houses
Germany
8 - 10 50 - 100 Industrial structural
10 - Densely built-ap areas In tunnel blasting 25 - Sparesly built-up areas
U. K.
12 < 12 All buildings In surface coal mining 13 <40 Older houses
19 <40 Modern houses U.S.A.
20 >40 All structures Czechoslovakia 10 -
8 10 - 60 Sensitive structures Switzerland
8 -13 60-90
18 - Insand, gravel, clay
35 - In slate, moraine, soft
limestone Sweden
70 - In granite, hard limestone
2 - Historical buildings and monuments
10 - Houses and low-rise residential buildings Australia
25 -
Commercial and industrial buildings or structures of reinforced conctrete or steel construction
PPV is the vector sum of three velocity components measured at the same instant
Tabel 4.2. Kerusakan akibat getaran bumi
Peak Particle Velocity,
mm/s Jenis Kerusakan
190 50 % kemungkinan terjadi kerusakan berat pada plesteran
110 – 170 Kerusakan kecil: Keretakan halus setebal rambut pada plesteran dan melebarnya retakan lama
50 Kriteria keamanan untuk rumah (USBM) 0.50 Batas minimum untuk dapat dirasakan manusia
Tabel 4.3. Acuan Kriteria Kerusakan
Acuan Standar Jenis Bangunan PPV
(ips) Kerusakan
< 2.0 Na Damage 2.0 – 4.0 Plaster Cracking 4.0 – 7.0 Minor Damage
USBM Gedung/Perumah
an
> 7.0 Major Damage to Structure 2.8 No Noticeable Damage 4.3 Fine Cracks & Fall Plaster
6.3 Cracking of Plaster and Masonary Wall
Langefors, Kihlstorm dan
Westerberg (1957)
Gedung/Perumah an
9.1 Serious Cracking
< 2.0 Safe, No Damage 2.0 – 4.0 Caution
Edwards dan Northwood
(1959) > 4.0 Damage
< 2.0 Safe, No Damage Nicholl, Johnson dan
Duval (1971) > 2.0 Damage
Tabel 4.4. Limit values for vertical particle velocity v (in mm/s) for building damage (Langefors and Kihlstrom 1963)
Ground material beneath buildings
Sand, gravel, clay
Moraine, slate, soft limestone
Granit, gneiss, hard limestone,
quartzite sandstone,
diabas
Result in normal residential area
(mm/s) (mm/s) (mm/s)
18 35 70 No noticeable cracking
30 55 110 Fine cracks, and fall of palster (threshold value)
40 80 160 Cracking
60 115 230 Serius cracking
(“Rock Blasting and Explosives Engineering”, Per-Anders Persson, Roger Holmberg, Jaimin Lee, CRC Press, Boca Raton, Ann Arbor, London, Tokyo)
Tabel 4.5. Recommended peak particle velocity in Germany according to DIN 4150 (1975)
Building class
Maximum resultant of the particle
velocity, vr
Estimated maximum vertical particle velocity, vz
I.
Residential buildings, offices and others similary built in the conventional way and being in normal condition
8 4.8 – 8
II. Stable buildings in normal condition 30 18 – 30 III. Other buildings and historical
monuments 4 2.4 – 4.4
(“Rock Blasting and Explosives Engineering”, Per-Anders Persson, Roger Holmberg, Jaimin Lee, CRC Press, Boca Raton, Ann Arbor, London, Tokyo)
4.2. Baku Tingkat Getaran di Blastware sebelum 1 April 2010 (31 buah)
Baku Tingkat Getaran & Kebisingan di Indonesia
4.3.1. Baku Tingkat Getaran :Kep-49/MENLH/11/1996
A) BAKU TINGKAT GETARAN UNTUK KENYAMANAN DAN KESEHATAN (LAMP I)
B) BAKU TINGKAT GETARAN MEKANIK BERDASARKAN DAMPAK KERUSAKAN (Lamp II)
c) BAKU TINGKAT GETARAN MEKANIK BERDASARKAN JENIS BANGUNAN (lamp III)
Kecepatan Getaran (mm/detik) Pada Fondasi
Pada Bidang Datar di Lantai
Atas Frekuensi
Kelas Tipe Bangunan
<10 Hz 10-50 Hz 50 - 100 Hz
Campuran Frekuensi 1
Bangunan untuk keperluan niaga, bangunan industri dan bangunan sejenis
< 10 20 - 40 40 – 50 40
2 Perumahan dan bangunan dengan
rancangan dan kegunaan sejenis 5 5 – 15 15 – 20 15
3
Struktur yang karena sifatnya peka terhadap getaran, tidak seperti tersebut pada no. 1 dan 2, dan mempunyai nilai budaya tinggi seperti bangunan yang dilestarikan
3 3 – 8 8 – 10 8,5
d) BAKU TINGKAT GETARAN KEJUT (lamp IV)
Kelas Jenis Bangunan
Kecepatan Getaran Maksimum (mm/detik) 1 Peruntukan dan bangunan kuno yang mempunyai nilai sejarah
yang tinggi 2
2 Bangunan dengan kerusakan yang sudah ada, tampak
keretakan-keretakan pada tembok 5
3 Bangunan untuk dalam kondisi teknis yang baik, ada
kerusakan-kerusakan kecil seperti : plesteran yang retak 10 4 Bangunan “kuat” (misalnya: bangunan industri terbuat dari
beton atau baja) 10 - 40
4.3.2. Baku Tingkat Getaran Peledakan pada Kegiatan tambang terbuka terhadap bangunan SNI 7571: 2010 (Februari 2010)
Note : 1 April 2010 SNI 7571 : 2010 telah diterima menjadi salah satu International Standard ke 32 (di Blastware) menjadi “Indonesian Standard SNI 7571:2010”
4.3.3. Baku Tingkat Kebisingan :Kep-48/MENLH/11/1996
4.3.4. Baku Tingkat Kebisingan SNI 7570: 2010 (Februari 2010)
4.3.5 Acuan Standar Getaran Peledakan Tambang Bawah Tanah (Internasional)
Acuan Standard PPV (mmps) Kerusakan
<254 Tidak ada kerusakan 254 - 635 Timbulnya regangan kecil
635 - 2540 Regangan besar dan timbulnya rekahan radial Bauer dan Calder
(1970)
>2540 Dapat menghancurkan massa batuan sekitar 305 Runtuhan batu di dinding terowongan yang tidak
disemen Langefors dan
Kilshtrom (1973)
610 Timbulnya rekahan-rekahan baru Oriard (1982) >635 Kerusakan massa batuan
<400 Nilai batas getaran untuk batuan lunak 700-800 Nilai batas getaran untuk batuan sedang Holmberg et al
(1984)
>1000 Nilai batas getaran untuk batuan keras 250 Tidak mengganggu kegiatan penambangan 500 Minor scabbing
1000 Kemungkinan timbulnya rekahan rekahan baru 1200 Moderate scabbing
Yu dan Croxall (1985)
1800 Major scabbing
120 Kestabilan lubang bukaan maksimal 10 tahun Fadeev et al
(1987) 480 Kestabilan lubang bukaan maksimal 3 tahun
<52 Tidak ada kerusakan
52 - 195 Timbulnya rekahan-rekahan baru Adhikari et al
(1994)
195 - 297 Jatuhnya batuan kecil di dinding terowongan
297 - 557 Rekahan lama berkembangng, dan munculnya rekahan baru
>557 Kerusakan yang sangat berarti 500 Kerusakan kecil
900 Kerusakan sedang Tunstal (1997)
2000 Kerusakan yang sangat besar 50 - 400 Kerusakan kecil
200-700 Kerusakan sedang Singh (2001)
600-2000 Kerusakan yang sangat berat Data-data yang diperlukan adalah :
1) Peak particle velocity (PPV) dari hasil pengukuran dengan menggunakan seismograf
2) Rock mass rating (RMR) dari data geoteknik
Penentuan baku tingkat getaran dengan memplot PPV dan RMR kedalam graik Kriteria Singh, P.K (2002), sehingga akan diketahui kondisi ; safe, minor damage dan mayor damage.
0 50 100 150 200 250 300 350
0 20 40 60 80 100
RMR
PPV mm/s
Major Dam age
Minor Dam age
Safe
Gambar 4.1 Grafik Kriteria Singh, P.K. (2002)
V
TEKNIK-TEKNIK MENGURANGI INTENSITAS GETARAN &
KEBISINGAN
5.1. Teknik menekan intensitas getaran bumi:
1. Gunakan ANFO sebanyak mungkin bila memungkinkan. Tekanan detonasi dari tekanan gas yang lebih rendah dari ANFO akan menghasilkan intensitas getaran bumi yang lebih rendah. Dinamit, slurry dan hampir semua bahan peledak berbentuk.dodol (cartridge) memiliki energi yang lebih besar dari ANFO;
2. Tentukan ukuran burden efektif yang moderat. Angka yang dipakai sebagai pegangan berkisar antara 20 kali diameter lubang bor yang berukuran 75 mm sampai dengan 16 kali untuk yang berdiameter 310 mm;
3. Gunakan sistem tunda (delay) yang mempunyai peluang berbeda dari harga nominalnya. Misalnya detonator listrik daripada menggunakan sambungan relay;
4. Gunakan urutan initiasi dari interval delay yang memungkinkan baris kedua dan seterusnya dengan bebas bergerak dari blok peledakan;
5. Usahakan agar panjang subgrade sesuai dengan kebutuhan saja.
Panjang subgrade drilling jangan sampai melebihi sepertiga burden atau 8 - 12 kali diameter lubang;
6. Buatlah blok peledakan agar fase sejajar dengan bidang-bidang retakan
5.2. Teknik menurunkan intensitas airblast dan kebisingan :
1. Timbun/tutuplah sumbu ledak yang terletak dipermukaan dengan kerikil atau pasir setebal 30 cm.
2. Gunakan sumbu ledak dengan energi kecil pada permukaan (diluar lobang tembak).
3. Usahakan agar ukuran burden dan panjang stemming tidak terlalu kecil.
4. Pilihlah urutan initiasi dan interval delay sedemikian sehingga jumlah lobang tembak dalam setiap delay sedikit mungkin dengan interval delay yang maximum. Hindari agar arah nyala sumbu ledak tidak menuju daerah pemukiman.
5. Pada peledakan bongkahan ( secondarry blasting) gunakan sistim
"popping" dan jangan gunakan sistim "plastering" .
Pertimbangan-pertimhangan lain yang dapat mengurangi keluhan dari masyarakat terhadap gangguan dari airblast dan kebisingan adalah :
1. Peledakan skala besar tetapi jarang daripada peledakan kecil-kecilan tetapi sering sekali;
2. Lakukan peledakan kalau keadaan,cuaca menguntungkan
3. Lakukan peledakan bilamana ada suara bising yang berasal dari sumber lain (background noise);
4. Jangan melakukan peledakan pada hari-hari libur 5. Catat dan simpanlah semua data peledakan.
FLYING ROCK
•
Muatan bahan peledak berlebih (baca: bukan hanya memecah, 16%energi BP digunakan untuk melempar batuan)
•
Batu 3 ton terlempar sejauh 300 m (tambang terbuka LKAB Svappavaara;lubang tembak diameter 194 mm, BP TNT-slurry, PF 1,1 kg/m3)
•
Dampak negatif flyrock: manusia, bangunan, dan peralatanPERKIRAAN JARAK LEMPARAN
Jarak lemparan merupakan fungsi dari diameter lubang ledak (in) dan diameter batuan yang terlempar (m)
Jarak Lemparan merupakan fungsi dari Specific charge (kg/m3) dan diameter lubang ledak (in), terutama untuk hard rock
Cara mengurangi jarak lemparan : 1. Perkecil specific charge
2. Panjang stemming harus tepat
3. Primer diletakkan di bagian dasar lubang ledak
• R max = 260 d 2/3 951,8 m unt 5,5 inch
»
1228,5 m unt 7,825 inch– R: Jarak (m)
– D: Diameter lubang tembak (inch)
DAFTAR REFERENSI
1. “Blast Vibration Monitoring and Control“ Charles H. Dowding, Northwestern University, Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, NJ.07632., 1985.
2. “Environmental Engineering in Mines“ V.S. Vutukuri , Univerity of New South Wales, Australia and R. D. Lama, Kembla Coal and Coke Pty Ltd, Australia, Cambridge Univeristy Press 1986.
3. “Blasting Guidance Manual“ Michael F. Rosenthal and Gregory L.Morlock, Office of Surface Mining Reclamation and Enforcement. United States Department of Interior, March 1987.
4. “SoundPro DLX”, Owner’s Manual, Hand Held Sound Level Meter & Real- Time Frequency Analyzer, United States registered trademarks of Quest Technologies, Inc, August 29, 2004
5. “BlastMate III Operator Manual”, Instantel Inc, Canada, Printed in Canada, August, 2003.
6. “Blastware Operator Manual”, Instantel Inc, Canada, Printed in Canada, August, 2003.
7. “Diklat Supervisory Teknik Peledakan Angkatan IV, Prampus, Kalimantan Timur”, Kerjasama Tim Pengelola IWPL Pertambangan Umum dengan Lembaga Pengabdian pada Masyarakat – ITB dan Jurusan Teknik Pertambangan FTM – ITB, 1992
