perancangan dan pelaksanaan terowongan pada media...

Perancangan dan Pelaksanaan Terowongan padaMedia Campuran Tanah Batuan

Fahmi Aldiamar

Desyanti

Balai Geoteknik Jalan, Puslitbang Jalan dan Jembatan

STUDI RUTE

HAMBATAN FISIK

SUNGAI atau LAUT PEGUNUNGAN atau PERBUKITANKETERBATASAN LAHAN DI

PERKOTAAN

Terowongan di bawah air (immersed tunnel)

Terowongan Perisai(shield tunnel)

Terowongan pegunungan(mountain tunnel)

Lintas bawah (underpass)

BATUAN(ROCK)

CAMPURAN TANAH DAN BATUAN (MIX FACE)

TANAH LUNAK (SOFT GROUND)KLASIFIKASI TANAH/BATUAN

Catatan:· Tebal lapisan penutup > 1,5 kali

diameter terowongan· Penampang efektif untuk 2 lajur

kendaraan atau untuk multi purpose tunnel


diameter terowongan · Penampang efektif hingga 3 lajur

kendaraan

Catatan:· Tebal lapisan penutup umumnya

< 15m· Penampang efektif hingga 4 lajur

kendaraan


diameter terowongan· Penampang efektif untuk 2 lajur

kendaraan atau untuk multi purpose tunnel

Supply and demand

Fasilitas terowongan

Evaluasi kondisi geologi, geoteknik dan hidrogeologiEvaluasi pengaruh pada daerah sekitar

Perencanaan portal

Penentuan metode penggalian dan sistem perkuatan

Dinding terowongan

Penentuan rute dan

alinemen

1

2

3

4 5

6

7

Picture source: FHWA (2009), JSCE (2007) and Awaji (2013)

Supply and demand

Opsi teknologi untuk jalan di pegunungan

Jalan menyusuri

kontur pegunungan

VS

Terowongan

Supply and demand

KONTRADIKSI PERENCANAAN GALIAN DALAM DAN TEROWONGAN

GALIAN DALAM TEROWONGAN

• Berusaha menghindari semaksimal

mungkin tanah keras atau batuan

• Alinemen horizontal menyesuaikan

kontur permukaan (berkelok kelok

mengitari bukit)

• Berusaha diletakkan pada ruang yang

bertanah keras/batuan keras

• Alinemen horizontal diusahakan

selurus mungkin dengan capaian

selisih elevasi yang kecil dari satu titik

ke titik yang lain (menembus bukit)

Penentuan rute dan alinemen

Persyaratan geometeri terowongan jalan (Permen PU no 19 tahun 2011):

• Tipikal potongan melintang jalan tidak banyak berbeda untuk semua persyaratan

dimensi pada jalan biasa yang berada di bawah struktur lain.

• Ruang bebas vertikal pada semua lajur yang dilewati lalulintas harus 5,10 meter

• Jumlah lajur dalam 1 jalur adalah 2 lajur dilengkapi bahu dalam dan bahu luar

sebagaimana disyaratkan. Perbedaan adalah adanya semacam sidewalk atau akses

darurat di kedua sisi yang tidak terdapat pada jalan bukan terowongan

• Bentuk terowongan diintegrasikan dengan kebutuhan dimensi kebutuhan jalur

lalullintas berbentuk oval-bulat-ellipsoid sesuai kestabilan struktur terowongan

tetapi memenuhi dimensi kebutuhan jalur lalulintas.

• Satu superelevasi: diharapkan satu kemiringan dan satu superelevasi sepanjang

terowongan. Kemiringan ke dalam atau ke luar untuk efisiensi drainase dan

kemudahan pelaksanaan.

• Standar kelandaian memanjang jalan normal antara 2-4 persen. Dan pada keadaan

tertentu dapat mencapai 5-6 persen. Angka 3 persen merupakan angka tertinggi

untuk standar geometrik terowongan (standar Jepang menerapkan hal ini).

• Secara teknis penerapan kelandaian memanjang sampai 5-6 persen dimungkinkan

tetapi kelandaian ini akan menuntut adanya climbing lane yang artinya pelebaran

terowongan dari 2 lajur menjadi 3 lajur biaya jadi sangat tinggi.

• Di luar daripada ini, kelandaian yang tinggi pada terowongan “terbalik” dengan

konsep dasar terowongan yang justru dibuat untuk mengatasi kelandaian yang

berlebihan.

Mengatasi permasalahan keterbatasan lahan dan pembebasanlahan serta kemacetan lalu lintas di permukaan

INTERGRASI

SUBWAY, JALAN DAN

INFRASTRUKTUR

GEDUNG

Supply and demand

Opsi teknologi untuk melewati sungai/laut

Perumusan garis besar rencana kegiatan serta perumusan tiap alternatif

konstruksi didasarkan pada pertimbangan teknis dan ekonomi, dan

kelayakan lingkungan melalui proses kajian-awal lingkungan.

Sustainability demand

Evaluasi alternatif masing-masing tipe terowongan

Aspek-aspek yang harus diperhatikan:1. Studi rute Peningkatan waktu dan jarak tempuh

2. Studi finansial Analisis biaya siklus umur rencana

3. Tipe konstruksi Kemampuan untuk dilaksanakan

4. Penyelidikan geoteknik Identifikasi potensi masalah dan

penentuan tipe konstruksi

5. Aspek lingkungan dan kemasyarakatan meningkatkan kualitas

udara, mengurangi kebisingan dan dampak terhadap peningkatan

ekonomi

6. Pengoperasian Pengendalian lalu lintas, ventilasi,

pencahayaan, sistem penunjang keselamatan pengguna jalan,

peralatan pemeliharaan, pembersihan rutin, dll.

7. Keberlanjutan (sustainabilily) Peluang untuk pengembangan

tanah dan perumahan, fasilitas komersil atau hiburan di sekitar

dan sepanjang trase jalan.

MULTI DISIPLIN BIDANG KEAHLIAN DIPERLUKAN

Supply and demand

Standar dan Pedoman Teknis yang Tersedia

Evaluasi kondisi geologi, geoteknik dan hidrogeologi

Permasalahan ketidakstabilan pada terowongan

MEDIA CAMPURAN TANAH-BATUAN

Media campuran dapat berupa:

• Permukaan tanah berlapis atau terikat yang

terbentuk dari perlapisan batuan, intrusi vertikal (dyke), patahan

atau daerah pergeserannya,

• Bidang kontak (interface) tanah dan batuan, biasanya material lapuk di atas batuan dasar,

• Media campuran dengan bongkahan bulat yang tertanam pada lapisan batuan (corestones) yang bercampur dengan tanah.

Media:

jenis material yang dilalui oleh

terowongan

Tanah

Batuan

Campuran Tanah-Batuan

MEDIA CAMPURAN keberadaan dua atau lebih jenis media pada

permukaan galian terowongan secara bersamaan

dengan sifat yang berbeda secara signifikan &

mempengaruhi pekerjaan penggalian

PERMASALAHAN PEMBANGUNAN TEROWONGAN PADA MEDIA CAMPURAN TANAH-BATUAN

Masalah ketidakstabilan yang disebabkan oleh kurangnya stand-up time

Ground loss yang mengakibatkan kerusakan pada sistem perkuatan

Adanya aliran air karena adanya perbedaan sifat permeabilitas material

Pada muka bidang galian terowongan Di sekitar lubang terowongan

Jatuhnya material pada muka bidang

galian terowongan

Jatuhnya material di sekitar lubang

terowongan

Spalling

Tekanan lateral mendorong muka

bidang galian

Tekanan tanah bekerja di sekitar

lubang terowongan

Keruntuhan muka bidang galian

terowongan

Keruntuhan di sekitar lubang

terowongan

Ketidakstabilan terjadi pada:

PERENCANAAN METODE PENGGALIAN &

PERKUATAN TEROWONGAN

Pengeboran

Pengujian Lapangan

(insitu)

Uji Geofisika

Uji Laboratorium

PENYELIDIKAN LAPANGAN & LABORATORIUM

TUJUANProfil bawah permukaan (perlapisan, struktur

geologi dan tipe batuan/tanah)

Sifat-sifat material tanah dan batuan serta karakteristik massa tanah dan batuan

Anomali geologi dan zona patahan

Kondisi hidrogeologi (muka air tanah, akuifer, tekanan hidrostatis, dll.)

Potensi risiko konstruksi

CARA & Metode Penyelidikan harus konsisten dengan:

Ruang Lingkup Proyek, yaitu: lokasi, ukuran, &

anggaran;

Tujuan Proyek, yaitu: toleransi risiko, kinerja jangka

panjang;

Kendala Proyek, yaitu: geometri, kemampuan untuk

dilaksanakan (constructability), dampak pada pihak ketiga,

estetika, dan dampak lingkungan


Jenis pengujianParameter yang

didapatkanStandar pengujian

· Uji kuat tekan bebas tanah

· Uji kuat tekan bebas batuan

Kuat tekan bebas

batuan/tanah, qu (kN/m2)

· SNI 3638:2012

· SNI 2825:2008

Uji berat isi tanah Berat isi, (kN/m3) · SNI 03-3637-1994

Penyelidikan geofisika:

· Uji seismik refraksi

· Uji crosshole

· Uji downhole

· Uji seismik refleksi

Kecepatan gelombang

elastis batuan/tanah, Vp

(km/detik)

· ASTM D5777 - 2011

· ASTM D4428 / D4428M-14

· ASTM D7400 - 08

· ASTM D7128 – 05(2010)

Uji laboratorium cepat rambat

ultrasonik dan konstanta elastik

Kecepatan gelombang

ultrasonik contoh uji, up

(km/detik)

· SNI 06-2485-1991

Pengambilan contoh batuan inti dan

Penamaan Mutu Batu, PMB (Rock

Quality Designation, RQD)PMB/RQD SNI 2436:2008

PENDEKATAN EMPIRIS


PENDEKATAN ANALITIS

Metode Tipe tanah yang sesuai Parameter yang didapatkan Standar pengujian

Electric cone

penetrometer (CPT)

Lanau, pasir, lempung dan gambut ·Pendugaan tipe tanah dan perlapisan tanah

·Pasir: ’, Dr, ho’

·Lempung: su, p’

SNI 2827:2008

Piezocone

penetrometer (CPTu)

Lanau, pasir, lempung dan gambut ·Pendugaan tipe tanah dan perlapisan tanah

·Pasir: ’, Dr, ho’, u0 dan muka air tanah

·Lempung: su, p’, ch, kh, OCR

ASTM D5778-12

Flat Plate

Dilatometer (DMT)

Lanau, pasir, lempung dan gambut ·Pendugaan tipe tanah dan perlapisan tanah,

berat isi tanah

·Pasir: ’, E, Dr, mv

·Lempung: su, p’, Ko, mv, E, ch, kh

ASTM D6635- 1(2007)

Pre-bored

pressuremeter (PMT)

Lempung, lanau, gambut, beberapa

jenis pasir dan kerikil

E, G, mv, su ASTM D4719 – 07

Catatan:

’ : sudut geser efektif Gmax : modulus geser regangan kecil

Dr : densitas relatif G : modulus geser

ho’ : tekanan efektif horisontal insitu Emax : modulus young regangan kecil

Su : kuat geser niralir E : modulus young

p’ : tekansan pre-konsolidasi tot : total densitas

ch : koefisien konsolidasi horisontal eo : rasio rongga insitu

kh : konduktivitas hidrolik horisontal mv : koefisien kompresibilitas volumetrik

OCR : rasio konsolidasi berlebih Ko : koefisien tekanan tanah saat diam

Vs : kecepatan gelombang geser St : sensivitas

Sumber: FHWA (2009)

PENYELIDIKAN LAPANGAN & LABORATORIUM PENDEKATAN ANALITIS

Metode pengujian Parameter yang didapatkan Standar pengujian

Hydraulic fracturing

Tegangan lapangan (in situ stress)

SNI 13-4180-1996

Overcoring ASTM D4623 – 08

Flat Jack test ASTM D4729 – 08

Plate bearing test

Modulus deformasi

ASTM D1195 / D1195M – 09

Borehole dilatometer test SNI 13-6664-2002

Flat Jack test ASTM D4729 – 08

Radial jacking test ASTM D4506 - 13e1

Pressuremeter Pd T-03.2-2005-A

Dynamic measurementASTM D4395 – 08

ASTM D4971 – 08

Acoustic televiewing Pencitraan dan ketidakseragaman

(discontinuities)

ASTM D5753 - 05(2010)

ASTM D6167 – 11

Borehole video televiewing ASTM D5753 - 05(2010)

Slug test

Permeabilitas

ASTM D4044 - 96(2008)

Packer test SNI 2411:2008

Pumping test SNI 03-6453-2000

Sumber: FHWA (2009)


Metode pengujian Informasi yang didapatkan Standar pengujian

Seismik refraksi · Perlapisan tanah atau batuan

· Kedalaman batuan dasar

· Kedalaman muka air tanah

· Topografi batuan dasar

· Perubahan litologi lateral tanah atau batuan

ASTM D5777 - 2011

· Resistiviti elektrik dengan

metode Wenner

· Resistiviti elektrik dengan

metode Schlumberger



· Lokasi batuan dengan rekahan tinggi atau zona patahan

· Rongga

· Sisipan pasir, bongkah atau material organik

· Batuan dan tanah yang memiliki kelulusan air (permeable rock)

· Perubahan litologi lateral tanah atau batuan

SNI 2528:2012

SNI 2818:2012

Ground penetrating radar · Kedalaman batuan dasar


· Rongga

ASTM D6432 – 11

Propagasi gelombang seismik

(Seismic wave propagation): cross-

hole, up-hole atau down-hole dan

parallel seismic.

· Perlapisan tanah atau batuan


· Sisipan pasir, bongkah atau material organik

· Batuan dan tanah yang memiliki kelulusan air (permeable rock)

Pd T-03.2-2005-A

Sumber: FHWA (2009)


Metode pengujianParameter yang


Densitas

a. Tanah

b. Batuan

Sifat-sifat indeks

a. SNI 03-3637-1994

b. SNI 03-2437-1991

Porositas SNI 03-2437-1991

Kadar air SNI 1965:2008

Slake durability SNI 3406:2011

Swelling index SNI 6424:2008

Point load index SNI 03-2814-1992

Konsistensi (hardness)

a. Tanah

b. Batuan

a. SNI 1966:2008, SNI

1967:2008, SNI 3422:2008

b. SNI 13-6581-2001

AbrasivityASTM D7625 – 10

SNI 2417:2008

Kuat tekan uniaksial

a. Tanah

b. Batuan

Kekuatan

a. SNI 3638:2012

b. SNI 2825:2008

Kuat tekan triaksial

a. Tanah

b. Batuan

a. SNI 03-2455-1991, SNI 03-

4813-1998

b. SNI 2815:2011

Kuat tarik SNI 2486:2011

Kuat geser

a. Tanah

b. Batuan

Kuat geser

a. SNI 03-3420-1994, SNI

2813:2008

b. SNI 2824:2011

Metode pengujianParameter yang


Modulus elastisitas

a. Tanah

b. BatuanKemampuan

berdeformasi

a. SNI 03-2455-1991, SNI 03-

4813-1998

b. SNI 2826:2008

Rasio Poisson

a. Tanah

b. Batuan

a. SNI 03-2455-1991, SNI 03-

4813-1998

b. SNI 2826:2008

Permeabilitas

a. Tanah

b. Batuan

Koefisien

permeabilitas atau

kelulusan air

a. SNI 2435:2008

b. ASTM D4525 - 13e1

Analisis petrografi (thin-

sections analysis)Mineralogi dan

ukuran butir

SNI 7573:2010

Differential thermal

analysisASTM E794-06(2012)

X-ray diffraction SNI 13-6584-2001

Sumber: FHWA (2009)

Penentuan kategori tanah/batuan

PEMILIHAN METODE PENGGALIAN & SISTEM PERKUATAN

PENDEKATAN EMPIRIS


PENDEKATAN EMPIRIS

Penampang Melintang Tipikal

Pola Perkuatan & Dinding Terowongan

Penampang Memanjang Tipikal

Pola Perkuatan & Dinding Terowongan

SKEMA TIPIKAL POLA PERKUATAN DAN DINDING SERTA DEFORMASI IZIN

METODE PENGGALIAN & SISTEM PERKUATAN

METODE PENGGALIAN

DAMPAK PADA STRUKTUR & LINGKUNGAN

SEKITAR

METODE PENEROWONG

AN YANG DIGUNAKAN

BENTUK & UKURAN

PENAMPANG PENGGALIAN

KONDISI TANAH/BATUAN

SKEMA METODE PENGGALIAN

mahkota

Jalan akses

Bagian bawah

Lantai

Bagian bawah

METODE PENGGALIAN & SISTEM PERKUATAN

Bagian mahkota/atap terowongan

Bagian bawah

CONTOH & ILLUSTRASI PELAKSANAAN PENGGALIAN

Metode penggalian terowongan

Road header

Roadheader dapat digunakan pada media batuan sedang dan batuan dengan

retakan/kekar dengan Rock Mass Rating (RMR) antara 30-60.

Metode penggalian terowongan

Metode penggalian mekanis lainnya

Ripper

Excavator dapat digunakan pada terowongan di media batuan lunak

atau batuan dengan retakan/kekar (RMR <30) atau tanah.

Evaluasi numerik

Full face method with auxiliary bench cut Multiple bench cut method


PENDEKATAN EMPIRIS


METODE TAMBAHAN (JSCE, 2007)

Mekanisme keruntuhan

• Untuk kondisi media campuran tanah-batuan, pemodelan menggunakan pendekatan persamaan sederhana tidak dapat mengakomodasi kompleksitas kondisi geologi dan geoteknik.

• Diperlukan model numerik, untuk melihat mekanisme ketidakstabilan akibat besarnya deformasi yang terjadi pada muka bidang galian.

Mekanisme tegangan yang bekerja

saat terjadi penggalian terowongan

Ilustrasi perilaku deformasi pada

penggalian terowongan

Mekanisme ketidakstabilan muka bidang galian

1. Desakan pada muka bidang

galian

2. Gerakan dan keruntuhan pada

muka galian

Steel pipe

forepiling

Steel pipe

forepiling

+

Bolting to face

Contoh model numerik

Long forepiling

Long facebolts

A) Perkuatan muka bidang galian

Long forepiling(dolIing)

Long facebolts (dolIing)

Mencegah terjadinya keruntuhan pada kondisi batuan/tanah yang

tidak stabil

Long

facebolts

Long

forepiling

・Long forepiling untuk kestabilan atap terowongan

・long facebolts kestabilan muka galian

B) Perkuatan kaki galian

Mencegah terjadinya penyempitan akibat desakan pada bagian kaki

・Penggunaan invert dan mini bench cut method untuk stabilisasi bagian kaki

Bench L=3m

SL

Long facebolts

Long forepiling

Supports of Invert (Shotcrete + Steel support)

SL

Bottom section

Bench L=3m

Invert

Upper sectionUpper section

Bottom section

Support of Invert

Invert

Backfill

Support of Invert

Upper section

Bottom section

Invert

Penggalian

terowongan

Metode tambahan

a. Penggalian

b. Pembuangan material galian

c. Pemasangan penyangga

a. Pemasangan forepiling

b. Injeksi mortar/grouting

Laju penggalian = 2.25 m / hari ≒ 50 m /bulan

Contoh waktu siklus penggalian terowongan menggunakanmetode tambahan

Steel pipe forepiling

& face bolting (12.5m)

9m

Konstruksi metode tambahan

dengan overlap tiap 9m

Steel pipe forepilling(L=12.5m)

9m

Face Bolting (L=12.5m)

1.75m/ hari

/ 1 siklus

0.25m/ hari

/ 1 siklus

setelah 9 siklus (= 2.25 hari) 9 m/

4 hari

perancangan dan pelaksanaan terowongan pada media...

Documents