Upload
phamkiet
View
264
Download
4
Embed Size (px)
Citation preview
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
Catatan:· Tebal lapisan penutup > 1,5 kali
diameter terowongan · Penampang efektif hingga 3 lajur
kendaraan
Catatan:· Tebal lapisan penutup umumnya
< 15m· Penampang efektif hingga 4 lajur
kendaraan
Catatan:· Tebal lapisan penutup > 1,5 kali
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
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:
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
PENYELIDIKAN LAPANGAN & LABORATORIUM
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
PENYELIDIKAN LAPANGAN & LABORATORIUM
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)
PENYELIDIKAN LAPANGAN & LABORATORIUM PENDEKATAN ANALITIS
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
· Kedalaman batuan dasar
· Kedalaman muka air tanah
· 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
· Kedalaman muka air tanah
· Rongga
ASTM D6432 – 11
Propagasi gelombang seismik
(Seismic wave propagation): cross-
hole, up-hole atau down-hole dan
parallel seismic.
· Perlapisan tanah atau batuan
· Kedalaman batuan dasar
· Sisipan pasir, bongkah atau material organik
· Batuan dan tanah yang memiliki kelulusan air (permeable rock)
Pd T-03.2-2005-A
Sumber: FHWA (2009)
PENYELIDIKAN LAPANGAN & LABORATORIUM PENDEKATAN ANALITIS
Metode pengujianParameter yang
didapatkanStandar pengujian
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
didapatkanStandar pengujian
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)
PEMILIHAN METODE PENGGALIAN & SISTEM PERKUATAN
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.
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
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