Merancang Terowongan Aman di Formasi Lempung Dalam: Pembelajaran dari Dua Dekade Pemantauan Galeri HADES dan GRD4

Dipublikasikan oleh Dewi Sulistiowati

02 Mei 2025, 15.18

freepik.com

Pengelolaan limbah nuklir jangka panjang menuntut infrastruktur bawah tanah yang stabil selama puluhan hingga ratusan tahun. Salah satu kandidat terbaik untuk penyimpanan geologis adalah formasi lempung dalam, seperti Boom Clay di Belgia dan Callovo-Oxfordian claystone di Prancis. Artikel ini menyajikan hasil analisis 20 tahun pemantauan struktur galeri bawah tanah di kedua lokasi penelitian: Connecting Gallery dari laboratorium HADES (Belgia) dan GRD4 Gallery dari Meuse/Haute-Marne URL (Prancis).

1. Konteks Proyek dan Signifikansinya

Tujuan utama dari studi ini:

  • Menilai stabilitas jangka panjang terowongan di lempung dalam.
  • Mengevaluasi pengaruh perilaku visko-plastik tanah terhadap struktur pelapis (lining).
  • Menyediakan dasar empiris untuk desain repositori limbah radioaktif geologis masa depan.

2. Galeri HADES: 20 Tahun Pemantauan di Boom Clay

Konstruksi Connecting Gallery

  • Lokasi: Mol, Belgia
  • Kedalaman: ±225 meter
  • Panjang: 85 meter
  • Pelapis: 83 cincin beton C75/90, tebal 40 cm, tanpa tulangan
  • Progres: 2–4 meter per hari

Instrumentasi

  • 270 strain gauge dipasang dalam pelapis beton
  • Monitoring sejak 2002, fokus pada 3 cincin utama (ring 15, 30, 50)
  • Tambahan: prisma topografi untuk memantau konvergensi cincin

Hasil Utama

  • Deformasi linier meningkat perlahan tapi konsisten
  • Bentuk cincin berubah menjadi oval horizontal (bentuk telur tidur)
  • Konvergensi:
    • Semi-minor axis berkurang 4 mm
    • Semi-major axis bertambah 8 mm
  • Stres di beton meningkat dari 0 → 30 MPa namun masih jauh di bawah kekuatan ultimate beton

Dampak PRACLAY Heater Test

  • Pada 2014, pemanasan 80°C menyebabkan perubahan pola deformasi akibat perubahan tegangan tanah.

3. Galeri GRD4: Eksperimen di Lempung Batu Prancis

Konstruksi GRD4 Gallery

  • Lokasi: Bure, Prancis
  • Formasi: Callovo-Oxfordian claystone
  • Panjang: 89 meter
  • Pelapis: beton bertulang C60/75, tebal 80 cm
  • Grouting:
    • 36 m grout konvensional
    • 30–40 m grout kompresibel
  • Progres rata-rata: 0.79 meter per hari

Instrumentasi

  • Strain gauge + pressure cell dipasang pada 4 cincin terpilih
  • Segmentasi deformasi disesuaikan berdasarkan jenis grout

Hasil Pemantauan

  • Konvergensi anisotropik:
    • Galeri paralel dengan tegangan horizontal utama: rasio Cv/Ch = 0.5
    • Galeri tegak lurus: rasio Cv/Ch = 4–5
  • Efek grout:
    • Grout kompresibel mengurangi deformasi
    • Grout konvensional menghasilkan regangan lebih besar
  • Perilaku mirip dengan HADES: peningkatan ovalisasi horizontal seiring waktu

4. Perbandingan Perilaku Jangka Panjang

Persamaan:

  • Keduanya menunjukkan perubahan bentuk galeri menjadi oval horizontal
  • Strain meningkat perlahan selama dekade
  • Tegangan meningkat seiring waktu tapi tidak menyebabkan keruntuhan

Perbedaan:

  • Boom Clay: lempung lunak, tanpa tulangan, lining tanpa grout
  • Claystone: batu lempung lebih kaku, pelapis bertulang + grout
  • GRD4 menunjukkan bahwa grout kompresibel mampu meredam tekanan dari konvergensi tanah

5. Analisis Stres: Model dan Validasi

Pendekatan Eurocode2

  • Digunakan untuk mengestimasi stres berdasarkan strain
  • Memperhitungkan creep dan shrinkage jangka panjang
  • Parameter dikalibrasi berdasarkan uji laboratorium selama 1 tahun
  • Stres puncak tetap di bawah ambang kerusakan beton → menunjukkan faktor keamanan memadai

6. Implikasi untuk Repositori Limbah Nuklir

  • Deformasi jangka panjang tidak dapat diabaikan, bahkan setelah 10–20 tahun
  • Desain pelapis harus fleksibel terhadap perubahan bentuk anisotropik
  • Monitoring berkala sangat krusial untuk deteksi dini perubahan perilaku galeri
  • Pemanfaatan grout kompresibel sangat disarankan pada kondisi anisotropi stres tinggi

7. Refleksi & Rekomendasi Praktis

Untuk insinyur dan perencana:

  • Kombinasi data lapangan jangka panjang dan model Eurocode memberikan panduan realistis
  • Perlunya memasukkan visko-plastisitas dan anisotropi dalam perhitungan desain struktur bawah tanah

Untuk kebijakan nuklir nasional:

  • Studi ini memperkuat bukti bahwa penyimpanan di lempung dalam secara teknis layak dan aman
  • Perlu investasi berkelanjutan pada riset in situ dan monitoring berkala

Untuk akademisi:

  • Peluang penelitian lanjutan pada interaksi pelapis–lempung di bawah pemanasan jangka panjang (seperti PRACLAY Heater Test)

Sumber : Dizier, A., Scibetta, M., Armand, G., Zghondi, J., et al. Stability analysis and long-term behaviour of deep tunnels in clay formations. Geological Society, London, Special Publications, 536, 185–204. Published online: May 22, 2023.