4 PERHITUNGAN DAN ANALISIS

Bab

4 4 PERHITUNGAN DAN ANALISIS 4.1

PENENTUAN PARAMETER TANAH

4.1.1 Parameter Kekuatan Tanah c dan  Langkah awal dari perencanaan pembangunan terowongan adalah dengan melakukan kegiatan penyelidikan tanah. Penyelidikan ini bertujuan untuk mendapatkan informasi atau data-data yang diperlukan bagi analisis penggalian dan desain lining terowongan. Penyelidikan tanah yang dilakukan terdiri dari penyelidikan lapangan dan uji laboratorium. Data-data yang diperoleh dari penyelidikan tanah berupa parameter-parameter tanah dan batuan, jenis dan karakteristik tanah dan batuan, serta kondisi muka air tanah. Informasi ini akan digunakan sebagai input dalam perencanaan terowongan. Dari rencana lintasan yang akan kami bahas, terowongan Irigasi Panti Rao akan melewati dua segmen, yaitu lapisan tanah dan batuan. Berikut ini data tanah hasil uji laboratorium dan lapangan yang ditampilkan dalam bentuk tabel.

Tabel 4. 1 Data Tanah untuk Segmen Tanah  sat (kN/m3) (kN/m3) 18 18.5

PI

CCD

14

10

CD (º) 34

17.5

25

7

30

18

18.5

14

15

34

17

17.5

35

10

28

40 15

CCD (kPa) 6 15

CD (º) 28 32

20

10

31

Kedalaman

Jenis Tanah/Batuan

N

0.00 - 5.00

Gravely Tuff

47

5.00 - 12.27

Gravely Clay

34

17

12.27 - 16.36

Gravelly Tuff

51

16.36 - 25.45

Gravelly Clay

40

Tabel 4. 2 Data Tanah untuk Segmen Batuan  sat (kN/m3) (kN/m3) 17 17.5 18 18.5

Kedalaman

Jenis Tanah/Batuan

N

0.00 - 2.68 2.68 - 5.86

Gravely Clay Gravely Tuff

32 50

5.86 - 13.22

Gravelly Sand

46

18

18.5

13.22 - 23.62

Andesit Lava

100

20

20

Adi Kriswanto Reza Ardiansyah

15003028 15003072

PI

(RQD = 60%)

IV - 1

Karena keterbatasan data yang diperoleh ada beberapa parameter tanah yang belum diketahui sebagai input parameter tanah dalam program PLAXIS 3D seperti modulus elastisitas (E50), Poisson Ratio (), dan K0. Oleh karena itu, untuk menentukan parameterparameter tersebut perlu dilakukan korelasi dari parameter-parameter yang ada. 4.1.2 Koefisien tekanan At-Rest (K0) Dengan mengasumsikan jenis tanah normally consolidated, K0 dapat ditentukan menggunakan rumus berikut: K0 = 1 - sin 

(Jacky, 1946)

4.1.3 Poisson Ratio Adapun hubungan antara nilai K0 dengan angka poisson yang digambarkan dalam persamaan sebagai berikut: K0

=

 1 

atau



=

K0 1 K0

4.1.4 Modulus Elastisitas Dalam menentukan nilai modulus elastisitas suatu tanah undrained dapat dilakukan dengan mengkorelasikan dengan nilai N-SPT. Karena jenis tanah dalam studi kasus ini umumnya tanah gravel dengan nilai N-SPT > 15, maka: E = 600 (N + 6) + 2000

(Mitchel and Gardner, 1975)

Sedangkan untuk tipe material drained diambil nilai 2/3 dari modulus elastisitas undrained. Berikut ini hasil dari korelasi yang didapatkan dan disajikan dalam bentuk tabel. Tabel 4. 3 Hasil Korelasi Parameter Tanah Pada Tanah Kedalaman 0.00 - 5.00 5.00 - 12.27 12.27 - 16.36 16.36 - 25.45

Jenis Tanah/Batuan Gravely Tuff Gravely Clay Gravelly Tuff Gravelly Clay

Es (kPa) 33800 26000 36200 29600

Ko



0.66 0.67 0.64 0.58

0.40 0.40 0.39 0.37

EsCD (kPa) 22533 17333 24133 19733

Ko



0.44 0.50 0.44 0.53

0.31 0.33 0.31 0.35

Ko



0.53 0.47 0.48 -

0.35 0.32 0.33 -

Tabel 4. 4 Hasil Korelasi Parameter Tanah Pada Segmen Batuan Kedalaman 0.00 - 2.68 2.68 - 5.86 5.86 - 13.22 13.22 - 23.62


Jenis Tanah/Batuan Gravely Clay Gravely Tuff Gravelly Sand Andesit Lava

15003028 15003072

EsUU (kPa) 24800 35600 33200 -

Ko



0.74 0.66 0.43 -

0.43 0.40 0.30 -

EsCD (kPa) 16533 23733 22133 -

IV - 2

4.2

PENENTUAN PARAMETER BATUAN

Trase Terowongan Irigasi Panti Rao yang direncanakan akan melewati segmen Batuan Andesit dengan nilai RQD 60% dan nilai intact rock (ci) 50 Mpa. Maka dapat ditentukan: Kualitas batuan adalah Fair mi

= 19

GSI

= 40

mb

 GSI  100  = mi  exp   28  

 40  100  = 19  exp    28  = 2.23 Dengan mi

: konstanta karakteristik batuan, didapat dari Tabel 2.7

GSI

: Geological Strength Index, didapat dari Tabel 2.6

mb

: konstanta Hoek-Brown untuk massa batuan

Untuk input pada PLAXIS 3D parameter yang diperlukan adalah nilai kohesi batuan (c), sudut geser dalam (),modulus elastisitas (E50), Poisson Ratio (), dan K0, maka dilakukan langkah-langkah sebagai berikut: 4.2.1 Parameter Kekuatan Batuan c dan  Untuk mendapatkan nilai parameter c dan  perlu dilakukan langkah-langkah berikut: 1. Menentukan nilai-nilai tegangan vertikal dan tegangan sel dalam triaxial menurut kriteria Hoek-Brown (1980)    1 =  3   ci  mb 3  1   ci 

0.5

Dengan memasukan 3 berturut-turut dari nol hingga setengah nilai ci didapat: 3 = 0

1 = 50

3 = 3

1 = 56.24

3 = 9

1 = 68.19

3 = 12

1 = 73.95

3 = 15

1 = 79.59


15003028 15003072

IV - 3

1

90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

y = 1.9735x + 50.199

0

5

10

15

20

3

Gambar 4. 1

Grafik 3 vs 1

2. Menentukan parameter kekuatan batuan dengan korelasi Dari grafik diatas didapat persamaan garis y = 1.9735x + 50.199, atau 1 = k3 + m maka didapat nilai: k

= 1.97

m

= 50.199 Mpa

sin 

=

k 1 k 1

=

1.97  1 1.97  1

c

=

 cm 1  sin   2 cos 

=

50.1991  0.33 2 cos 19

= 23.16 Mpa

= 0.33



= 19

4.2.2 Poisson Ratio Menurut Hoek-Brown, kisaran nilai poisson’s ratio untuk Fair Rock adalah 0,25. Sedangkan perhitungan koefisien tekanan at rest dilakukan dengan cara yang sama dengan tanah. 4.2.3 Modulus Elastisitas Menurut persamaan yang telah dimodifikasi oleh Serafim dan Pereira (1983) nilai modulus elastisitas untuk ci < 100 dapat diperhitungkan dengan menggunakan persamaan:


15003028 15003072

IV - 4

Em

=

=

 ci 100

10

 GSI 10     40 

 4010   40 

50  10 100

= 3.68 Gpa = 3680 Mpa

4.3

PERHITUNGAN KEKUATAN TEROWONGAN TUNGGAL DENGAN METODE ANALITIS 0

G0 e0

e0

S

S e1

e1 Gambar 4. 2

Gaya-gaya pada terowongan

Beban: g0

= h sampai di puncak terowongan = 318.44

G0

= 1 d  0,5d 3 = 45.74

Q

= 1 d  t   c 2 = 59.72

S

= Tahanan friksi antara dinding terowongan dengan tanah

g1

=  ' h sampai di tengah terowongan = 274.61


15003028 15003072

IV - 5

Untuk f/l sebesar 0,5 nilai parameter  yang didapat dari tabel adalah sebagai berikut.

M spring

= 0.02688

H spring

= 0.01161

Gaya pada Spring Gaya lateral akibat tanah

Pv

e0

=  ' h  K a  2c K a = 87.64 kN/m

e

e1

Mspring

Hspring

= 93.13 kN/m Gaya lateral akibat air

Vspring

w0

= g0 

G0  Q d

= 345.07 Mv

w1

Gaya merata lateral

=  M  Pv  l 2

e

Nv

Ph

e0  e1 w0  w1  2 2

= e 1 d 2 = 315.13 kN/m

= 1  l  Pv 2 = 683.24 kN/m

=

= 159.15 kN/m/m

=  H  Pv  l = 15.86 kN/m

Vv

=  w 20  12 = 78.48 kN/m

= 144.37 kNm/m Hv

=  w 18.02  12 = 59.06 kN/m

Gaya vertikal Pv

= g1  K a  2c K a

Mh

=  M  Ph  l 2 = 131.84 kNm/m

= -683.24 kN/m Hh

=   M  Ph  l = -14.49 kN/m

Maka gaya total pada spring Mspring = Mv + Mh = 276.22 kNm/m Nspring = Nv + Nh = -683.24 kN/m Adi Kriswanto Reza Ardiansyah

15003028 15003072

IV - 6

Gaya pada Invert S

Vinvert Hinvert

= 2 N SPT  1.908  2 = 358.32 kN/m

Pv‘

Minvert

= g0 

G0  2 S l

= 149.02 kN/m Mv

P'v

= 1  Pv 'l 2 12 = 194.74 kNm/m

Gaya pada Wall Gaya lateral akibat tanah e0

=  ' h  K a  2c K a = 93.13 kN/m

e e1

= g1  K a  2c K a = 98.43 kN/m

Mwall

Gaya lateral akibat air w0

Vwall

=  w 18.02  12 = 78.48 kN/m

w1

=  w 20  12 = 97.20 kN/m

Gaya merata lateral e

=

e0  e1 w0  w1  2 2

= 183.62 kN/m/m Mwall = M Vspring  M Hspring  M Mspring  M Vinvert  M Minvert  M lateral  M gwall = Vspring  0,2  H spring 1,908  M Mspring  Pv '0,4  1 e 1,908 2  M invert   c 1,908  0,40,2 2 = 330.84 kNm/m Nwall

= NVspring = -683.24 kN/m


15003028 15003072

IV - 7

a. Terowongan 1 (segmen tanah) SPRING Depth

sat

Tebal 5 12 12.27 16.36 18.02

5 7 0.27 4.09 1.66

tebal lining d luar Ka

0.4 3.96 0.361

f/l M spring H spring

0.5 0.02668 0.01161

Akibat gaya vertikal go 318.44 Go 45.74 Q Pv Mv spring Hv spring Vv spring Nv

INVERT S Pv' M invert

59.72 345.07 144.37 15.86 683.24 -683.24


' 18 17 17 18 17

'h 8.69 7.69 7.69 8.69 7.69

h 90.00 119.00 2.08 35.54 12.77 259.38

90 119 4.725 75.665 29.05 318.44

Akibat gaya horizontal g1 274.61 e0 oke 87.64 e1 oke 93.13 e 159.15 Ph 315.13 Mh spring 131.84 Hh spring -14.49 Vh spring 0.00 Nh 0.00

Gaya total pada Spring M spring 276.22 H spring 1.38

e0

87.64

h0

59.06

e1

93.13

h1

78.48

V spring N spring

683.24 -683.24

358.32 149.02 194.74

WALL Gaya lateral akibat tanah e0 93.13 e1 98.43 e

dry 18.5 17.5 17.5 18.5 17.5

183.62

15003028 15003072

Gaya lateral akibat air h0 78.48 h1 97.20

MVspring

136.65

MHspring

-2.63

MMspring

-276.22

MVinvert

-59.61

MMinvert

194.74

Mlateral

334.23

Mgwall M wall N wall

3.66 330.84 -683.24

IV - 8

b. Terowongan 2 (segmen batuan) SPRING Depth

sat

Tebal 2.68 5.86 12 13.22 18.02

2.68 3.18 6.14 1.22 4.8

tebal lining d luar Ka

0.4 3.96 0.507

f/l M spring H spring

0.5 0.02668 0.01161

Akibat gaya vertikal go 0.00 Go 0.00 Q Pv Mv spring Hv spring Vv spring Nv

INVERT S Pv M invert

59.72 15.08 6.31 0.69 29.86 -29.87

dry 17.5 18.5 18.5 18.5 20

' 17 18 18 18 20

h 17 18 18 8.69 10.19

h 45.56 57.24 110.52 10.6018 48.912 272.83

45.56 57.24 110.52 22.57 96 331.89

331.89 52.272

Akibat gaya horizontal g1 293.01 e0 oke 0 e1 oke 0 e 0 Ph 0.00 Mh spring 0 Hh spring 0 Vh spring 0 Nh 0

Gaya Total pada Spring M spring 6.31 H spring 0.69

e0

-16476.58

h0

59.06

e1

-16328.05

h1

78.48

V spring N spring

29.86 -29.87

13246.48 0.00 0.00

WALL Va Ha Ma Vb Mb W M wall N wall

5.97 -1.32 -6.31 0.00 0.00 3.66 2.00 -29.87


15003028 15003072

IV - 9

4.4

PERMODELAN TEROWONGAN TUNGGAL DENGAN PLAXIS 3D

4.4.1 Hasil Permodelan PLAXIS 3D untuk Terowongan 1 (Segmen Tanah) 4.4.1.1 Jangka Pendek (Tipe Material Undrained) Beberapa hasil perhitungan PLAXIS 3D pada tahap pertengahan dan tahap akhir adalah

Gambar 4. 3

Penggalian Terowongan di Kedalaman 10 meter pada Segmen Tanah

Gambar 4. 4

Penggalian Terowongan di Kedalaman 20 meter pada Segmen Tanah


15003028 15003072

IV - 10

Gambar 4. 5

Gaya Normal pada Lining untuk Penggalian 20 meter pada Segmen Tanah

Gambar 4. 6


Momen pada Lining untuk Penggalian 20 meter pada Segmen Tanah

15003028 15003072

IV - 11

Hasil output PLAXIS 3D untuk tiap meter kedalaman galian disajikan dalam tabel berikut: Tabel 4. 5 Nilai Nmax dan Mmax untuk Tiap Kedalaman Galian pada Segmen Tanah Kedalaman

Nmax

Mmax

2

-48.98

-7.79

4

-1170

-308.13

6

-1100

-317.23

8

-1100

-323.25

10

-1100

-325.76

12

-1100

-328.91

14

-1100

-332.33

16

-1120

-336.38

18

-1140

-340.69

20

-1160

-343.84

Dari tabel di atas terlihat bahwa terjadi perubahan tegangan pada terowongan. Makin dalam galian, makin besar gaya normal dan momen yang terjadi. Pada saat pemasangan lining awal nilai gaya normal dan momen kecil. Hal ini diakibatkan karena pada saat penggalian pertama selesai, struktur tanah cukup kuat untuk menyangga dirinya sendiri. Sehingga momen yang bekerja cukup kecil. Namun ketika dilakukan penggalian kedua, stabilitas tanah pada bagian yang telah terpasang lining sebelumnya terganggu. Sehingga gaya-gaya yang bekerja lebih besar dari gaya yang dialami sebelumnya. Demikian juga dengan proses penggalian berikutnya. 4.4.1.2 Jangka Panjang (Tipe Material Drained)

Gambar 4. 7


Deformasi yang Terjadi untuk Kondisi Long Term pada Segmen Tanah

15003028 15003072

IV - 12

Gambar 4. 8

Gaya Normal pada Lining untuk Kondisi Long Term pada Segmen Tanah

Gambar 4. 9

Momen pada Lining untuk Kondisi Long Term pada Segmen Tanah

Untuk kondisi long term gaya normal maksimum adalah 766,20 kN/m, yang terjadi pada dinding terowongan. Sedangkan momen maksimum yang diterima lining terowongan sebesar 381,66 kNm/m, terjadi pada bagian tengah invert.


15003028 15003072

IV - 13

4.4.1.3 Deformasi di Permukaan Dari PLAXIS 3D juga didapatkan besarnya penurunan di permukaan pada segmen tanah. Program menghitung penurunan pada tiap titik elemen. Penomoran pada bidang y-z (potongan memanjang terowongan) ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Gambar 4. 10

Penomoran Model pada Segmen Tanah (Potongan Memanjang)

Besar penurunan pada tiap titik tersebut ditampilkan dalam tabel dan grafik berikut: Tabel 4. 6 Deformasi Permukaan Segmen Batuan pada Potongan Memanjang Titik (m) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11


Penggalian 2m U (10-6m) 6636 6547 6298 5928 5494 5051 4643 4302 4050 3895 3843

15003028 15003072

Penggalian 10m U (10-6m) 11963 11871 11599 11165 10605 9951 9277 8655 8149 7823 7710

Penggalian 20m U (10-6m) 16981 17026 17159 17377 17669 18012 18387 18752 19060 19274 19350

IV - 14

Titik 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

0 penggalian 2m

Deformasi (mm)

5 10 penggalian 10m 15 20 penggalian 20m 25

Gambar 4. 11

Profil Permukaan pada Segmen Tanah (Potongan Memanjang)

Kurva diatas menggambarkan deformasi vertikal yang terjadi pada permukaan tanah yang berada tepat diatas center line terowongan. Dapat dilihat bahwa semakin dalam galian terowongan maka semakin besar deformasi yang terjadi di permukaan tanah. Deformasi terbesar terjadi pada titik yang berada tepat di atas muka terowongan. Sedangkan untuk bidang x-y (potongan melintang terowongan) ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Gambar 4. 12


Penomoran Model pada Segmen Tanah (Potongan Melintang)

15003028 15003072

IV - 15

Besar penurunan pada tiap titik tersebut ditampilkan dalam tabel dan grafik berikut: Tabel 4. 7 Deformasi Permukaan Segmen Tanah pada Potongan Melintang Titik 1 2 3 4 5 6 7 8 9

U (10-6m) 16981 16603 15405 13784 11988 10311 9009 8144 7890

Gambar 4. 13

Profil Permukaan pada Segmen Tanah (Potongan Melintang)

Kurva diatas menggambarkan deformasi vertikal yang terjadi pada permukaan tanah yang berada tepat diatas muka galian terowongan pada bidang x-y (potongan melintang terowongan). Dapat dilihat bahwa semakin jauh jarak horizontal suatu titik terhadap terowongan maka semakin kecil deformasi yang terjadi. Deformasi terbesar terjadi pada permukaan tanah yang berada tepat di atas center line terowongan.


15003028 15003072

IV - 16

4.4.2 Hasil Permodelan PLAXIS 3D untuk Terowongan 2 (Segmen Batuan) Dari program PLAXIS 2D didapatkan hasil untuk masing-masing model sebagai berikut: 4.4.2.1 Jangka Pendek (Tipe Material Undrained) Beberapa hasil perhitungan PLAXIS 3D pada tahap pertengahan dan tahap akhir adalah

Gambar 4. 14

Penggalian Trowongan di Kedalaman 10 meter pada Segmen Batuan

Gambar 4. 15

Penggalian Terowongan di Kedalaman 20 meter pada Segmen Batuan


15003028 15003072

IV - 17

Gambar 4. 16 Gaya Normal pada Lining untuk Penggalian 20 meter pada Segmen Batuan

Gambar 4. 17


Momen pada Lining untuk Penggalian 20 meter pada Segmen Batuan

15003028 15003072

IV - 18

Hasil output PLAXIS 3D untuk tiap meter kedalaman galian disajikan dalam tabel berikut: Tabel 4. 8 Nilai Nmax dan Mmax untuk Tiap Galian pada Segmen Tanah Kedalaman

Nmax

Mmax

2

-3.78

-0.077

4

-88.30

-4.77

6

-91.06

-5.24

8

-99.45

-5.69

10

-101.43

-5.85

12

-103.18

-5.95

14

-104.64

-6.00

16

-105.34

-6.03

18

-105.74

-6.04

20

-105.95

-6.05

Tegangan pada terowongan juga berbanding lurus dengan kedalaman galian. Gaya normal terbesar terjadi di bagian dinding, dan momen terbesar terjadi pada sudut bagian bawah terowongan. 4.4.2.2 Jangka Panjang (Tipe Material Drained)

Gambar 4. 18 Adi Kriswanto Reza Ardiansyah

Deformasi yang Terjadi untuk Kondisi Long Term pada Segmen Batuan 15003028 15003072

IV - 19

Gambar 4. 19 Gaya Normal pada Lining untuk Kondisi Long Term pada Segmen Batuan

Gambar 4. 20

Momen pada Lining untuk Kondisi Long Term pada Segmen Batuan

Untuk kondisi long term gaya normal maksimum adalah 179,72 kN/m, yang terjadi pada dinding terowongan. Sedangkan momen maksimum yang diterima lining terowongan sebesar 12,23 kNm/m, terjadi pada sudut terowongan bagian bawah.


15003028 15003072

IV - 20

4.4.2.3 Deformasi di Permukaan Dari PLAXIS 3D juga didapatkan besarnya penurunan di permukaan pada segmen tanah. Program menghitung penurunan pada tiap titik elemen. Penomoran pada bidang y-z (potongan memanjang terowongan) ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Gambar 4. 21

Penomoran Model pada Segmen Batuan (Potongan Memanjang)

Besar penurunan pada tiap titik tersebut ditampilkan dalam tabel dan grafik berikut: Tabel 4. 9 Deformasi Permukaan Segmen Batuan pada Potongan Memanjang Titik 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11


Penggalian 2m U (10-9m) 1512 1485 1421 1333 1228 1128 1040 968 917 886 876

15003028 15003072

Penggalian 10m U (10-9m) 7205 7104 6816 6364 5808 5200 4611 4104 3710 3467 3384

Penggalian 20m U (10-9m) 10874 10872 10868 10863 10857 10853 10851 10851 10852 10855 10855

IV - 21

Titik 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

0

Deformasi (mm)

0.002 penggalian 2m

0.004 0.006

penggalian 10m

0.008 0.01 0.012

penggalian 20m

0.014

Gambar 4. 22

Profil Permukaan pada Segmen Batuan (Potongan Memanjang)

Kurva diatas menggambarkan deformasi vertikal yang terjadi pada permukaan tanah yang berada tepat diatas center line terowongan. Dapat dilihat bahwa semakin dalam galian terowongan maka semakin besar deformasi yang terjadi di permukaan tanah. Deformasi terbesar terjadi pada titik yang tepat berada di atas muka terowongan. Sedangkan untuk bidang x-y (potongan melintang terowongan) ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Gambar 4. 23


Penomoran Model pada Segmen Batuan (Potongan Melintang)

15003028 15003072

IV - 22

Besar penurunan pada tiap titik tersebut ditampilkan dalam tabel dan grafik berikut: Tabel 4. 10 Deformasi Permukaan Segmen Batuan pada Potongan Melintang Titik 1 2 3 4 5 6 7 8 9

U (10-9m) 10874 10202 8792 7190 6068 5790 5829 5985 6052

Gambar 4. 24

Profil Permukaan pada Segmen Batuan (Potongan Melintang)

Kurva diatas menggambarkan deformasi vertikal yang terjadi pada permukaan tanah yang berada tepat diatas muka galian terowongan pada bidang x-y (potongan melintang terowongan). Dapat dilihat bahwa semakin jauh jarak horizontal suatu titik terhadap terowongan maka semakin kecil deformasi yang terjadi. Deformasi terbesar terjadi pada permukaan tanah yang berada tepat di atas muka terowongan.


15003028 15003072

IV - 23

4.4.3 Analisis Hasil Permodelan PLAXIS 3D Telah dilakukan permodelan terhadap terowongan yang melalui segmen tanah dan batuan, pada kondisi undrained dan kondisi drained, menggunakan PLAXIS 3D. Dari perhitungan program tersebut didapatkan hasil sebagai berikut: 1. Gaya-gaya yang terjadi pada terowongan segmen tanah lebih besar daripada terowongan segmen batuan. Hal ini disebabkan batuan memiliki nilai kohesi yang jauh lebih tinggi daripada tanah. Dengan demikian batuan memiliki kekuatan yang cukup untuk untuk menahan stabilitas dirinya sendiri apabila dilakukan penggalian. 2. Pada umumnya besar momen yang bekarja pada lining pada kondisi drained memberikan nilai yang lebih besar dibandingkan momen yang bekerja pada kondisi undrained. Ini menunjukkan bahwa terowongan berada pada kondisi paling kritis pada kondisi jangka panjang (longterm). 3. Terowongan pada segmen batuan memiliki deformasi di permukaan lebih kecil dibandingkan terowongan pada segmen tanah.

Tabel 4. 11 Perbandingan Kondisi Undrained dan Draned Undrained

Kondisi Drained

Segmen Nmax

Mmax

Nmax

Mmax

Tanah

-1160.00

-343.84

-766.20

-381.66

Batuan

-105.95

-6.05

-179.72

-12.23

* Gaya aksial yang bekerja pada dinding terowongan, bernilai negatif untuk tekan. ** Momen yang bekerja pada sudut bawah lining,bernilai negatif jika serat luar tertarik

4.5

PERMODELAN TEROWONGAN TUNGGAL DENGAN PLAXIS 2D

Parameter yang telah didapatkan digunakan sebagai input untuk PLAXIS 2D. PLAXIS 2D ini tidak dapat merepresentasikan tahap-tahap penggalian. Hal ini disebabkan karena program ini hanya memperhitungkan tegangan-tegangan pada sumbu x dan y saja, sedangkan penggalian sendiri bergerak pada sumbu z. Sehingga tahapan konstruksi penggalian terowongan yang dimodelkan adalah penggalian dan pemasangan lining secara plane strain. 4.5.1 Hasil Permodelan PLAXIS 2D untuk Terowongan 1 (Segmen Tanah) Dari program PLAXIS 2D didapatkan hasil sebagai berikut:


15003028 15003072

IV - 24

Gambar 4. 25 Gaya Normal dan Momen pada Lining Segmen Tanah dengan PLAXIS 2D Gaya normal maksimum adalah 20,97 kN/m, yang terjadi pada dinding terowongan. Sedangkan momen maksimum yang diterima lining terowongan sebesar 6,21 kNm/m, terjadi pada tengah invert. 4.5.2 Hasil Permodelan PLAXIS 2D untuk Terowongan 2 (Segmen Batuan) Dari program PLAXIS 2D didapatkan hasil sebagai berikut:

Gambar 4. 26 Gaya Normal dan Momen pada Lining Segmen Batuan dengan PLAXIS 2D


15003028 15003072

IV - 25

Gaya normal maksimum adalah 4,70 kN/m, yang terjadi pada dinding terowongan. Sedangkan momen maksimum yang diterima lining terowongan sebesar 0,266 kNm/m, terjadi pada sudut terowongan bagian bawah.

4.6

PERBANDINGAN PLAXIS 3D DENGAN PLAXIS 2D

Telah dilakukan analisis terhadap dua segmen terowongan yaitu segmen tanah dan batuan. Dengan tiga metode yaitu, menggunakan PLAXIS 2D, PLAXIS 3D, dan perhitungan manual. Dari analisis yang dilakukan didapatkan hasil sebagai berikut:

Gambar 4. 27 Diagram Gaya Normal dari Output PLAXIS 3D dan 2D Segmen Tanah

Gambar 4. 28 Diagram Gaya Normal dari Output PLAXIS 3D dan 2D Segmen Batuan


15003028 15003072

IV - 26

Gambar 4. 29 Diagram Momen dari Output PLAXIS 3D dan 2D pada Segmen Tanah

Gambar 4. 30 Diagram Momen dari Output PLAXIS 3D dan 2D pada Segmen Batuan Tabel 4. 12 Perbandingan Metode Perhitungan Segmen Tanah

Batuan

N*

M**

PLAXIS 2D

-20.97

-6.21

PLAXIS 3D

-23.51

-5.51

PLAXIS 2D

-4.70

-0.266

PLAXIS 3D

-4.99

-0.163

Metode Analisis

* Gaya aksial yang bekerja pada dinding terowongan, bernilai negatif untuk tekan. ** Momen yang bekerja pada sudut bawah lining,bernilai negatif jika serat luar tertarik


15003028 15003072

IV - 27

PLAXIS 2D menganggap tahap penggalian tanah dilakukan secara plane strain (menerus), artinya penggalian dilakukan bersamaan seluruhnya dengan panjang galian tak hingga. Untuk memodelkan tahap penggalian yang serupa dengan permodelan pada PLAXIS 2D tersebut, maka dilakukan penggalian secara bersamaan dengan kedalaman galian 20 meter pada PLAXIS 3D. Dari gambar dan tabel di atas dapat dilihat bahwa perhitungan gayagaya yang bekerja pada lining di tengah bentang terowongan dengan menggunakan PLAXIS 2D dan PLAXIS 3D memberikan hasil yang tidak jauh berbeda dimana keduaduanya dimodelkan secara plane strain. Namun proses penggalian secara plane strain tidak bisa diterapkan untuk menganalisis tahapan konstruksi sebenarnya. Karena besarnya gaya-gaya yang bekarja pada lining lebih kecil jika di bandingkan dengan hasil yang didapat pada penggalian setiap 2 meter dengan menggunakan PLAXIS 3D. Dapat dilihat pada Tabel 4.5 besarnya momen pada akhir penggalian sebesar -343,84 kNm yang nilainya lebih besar dari hasil permodelan penggalian secara plane strain dengan momen yang bekerja sebesar -6,21. sehingga dapat disimpulkan PLAXIS 2D tidak dapat menganalisis dan memodelkan penggalian secara bertahap. 4.7

ANALISIS TEROWONGAN KEMBAR BERSEBELAHAN

Dalam tugas akhir ini akan dimodelkan terowongan kembar dengan menggunakan parameter material yang sama dengan permodelan terowongan tunggal pada segmen tanah. Terowongan dimodelkan pada dua jarak yang berbeda, yaitu pada jarak 15 meter dan 23 meter, yang dihitung dari masing-masing pusat terowongan. Setiap model akan dianalisis dengan menggunakan dua metode konstruksi. Konstruksi bertahap dan bersamaan. 4.7.1 Terowongan Kembar Berjarak 15 meter 4.7.1.1 Pembangunan Terowongan Secara Bertahap Untuk mengetahui pengaruh pembangunan terowongan kiri terhadap terowongan kanan, dilakukan perbandingan besar momen maksimum yang terjadi pada titik yang sama, yaitu pada potongan melintang terowongan kiri di kedalaman galian 2 meter (bagian muka terowongan). Besar momen di titik tersebut berubah sesuai dengan tahapan konstruksi yang dilakukan, ditunjukkan pada tabel 4.13 . Nilai momen-momen tersebut kemudian diplot ke dalam grafik. Momen pada terowongan kiri akibat pada saat pembangunan terowongan kanan ditunjukkan oleh garis biru pada grafik, dan momen pada terowongan kiri pada saat pembangunan terowongan kanan (yang dilakukan setelah terowongan kanan selesai dibangun) ditunjukkan oleh garis merah pada grafik.


15003028 15003072

IV - 28

Tabel 4. 13 Momen Akibat Pembangunan Terowongan Secara Bertahap No

Tahapan

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Lining 2 m Terowongan Kiri Lining 4 m Terowongan Kiri Lining 6 m Terowongan Kiri Lining 8 m Terowongan Kiri Lining 10m Terowongan Kiri Lining 12 m Terowongan Kiri Lining 14 m Terowongan Kiri Lining1 6 m Terowongan Kiri Lining 18 m Terowongan Kiri Lining 20m Terowongan Kiri Lining 2 m Terowongan Kanan Lining 4 m Terowongan Kanan Lining 6 m Terowongan Kanan Lining 8 m Terowongan Kanan Lining 10m Terowongan Kanan Lining 12 m Terowongan Kanan Lining 14 m Terowongan Kanan Lining 16 m Terowongan Kanan Lining 18 m Terowongan Kanan Lining 20m Terowongan Kanan

Momen (kNm) Tunnel Kiri Tunnel Kanan -5.07 -250.73 -258.70 -262.86 -264.81 -266.65 -267.94 -269.18 -270.40 -271.28 -278.60 -4.33 -282.29 -260.74 -285.68 -272.26 -288.70 -278.07 -291.37 -279.94 -293.71 -280.99 -295.79 -281.61 -297.84 -282.26 -299.91 -283.02 -301.18 -283.80

-350.00 sesudah tunnel kanan digali

Momen tunnel kiri (kNm)

-300.00

-250.00

sebelum tunnel kanan digali

-200.00

-150.00

-100.00

-50.00

0.00 0

5

10

15

20

25

Kedalam an Galian Arah Z (m )

Gambar 4. 31


Perubahan Momen Tunnel Kanan Akibat Penggalian Tunnel Kiri

15003028 15003072

IV - 29

Dari grafik di atas terlihat bahwa besar momen pada terowongan kiri mengalami kenaikan akibat penggalian terowongan kanan. Hal ini disebabkan karena pada saat penggalian terowongan kanan, tanah mengalami deformasi dan menyebabkan stabilitas tanah di sekitar terowongan kanan terganggu dan mendorong lining yang telah dipasang Sedangkan untuk perbandingan besar momen pada terowongan kanan dan kiri, dari tabel terlihat bahwa momen pada terowongan kiri akan lebih besar daripada terowongan kanan. Hal ini disebabkan karena momen di sebelah kiri membesar saat penggalian terowongan kanan berlangsung. Artinya penggalian terowongan kanan mempengaruhi besarnya momen pada lining yang telah dipasang pada terowongan kiri. Sedangkan pada saat penggalian dan pemasangan lining pada terowongan kanan, terowongan kiri sudah berdiri terlebih dahulu dan tidak ada tahapan konstruksi pada terowongan kiri yang mempengaruhi besarnya momen yang terjadi pada terowongan kanan. 4.7.1.2 Pembangunan Terowongan Secara Bersamaan Besarnya momen setiap tahapan konstruksi ditampilkan dalam tabel sebagai berikut:

Tabel 4. 14 Momen Akibat Pembangunan Terowongan Secara Bersamaan No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tahapan Lining 2 meter Lining 4 meter Lining 6 meter Lining 8 meter Lining 10 meter Lining 12 meter Lining 14 meter Lining 16 meter Lining 18 meter Lining 20 meter

Momen (kNm) Tunnel kiri Tunnel Kanan -5.69 -5.00 -260.48 -292.6 -272.64 -277.45 -280.01 -285.53 -284.56 -289.59 -288.46 -263.58 -291.79 -295.08 -294.98 -297.60 -298.19 -300.27 -300.29 -302.17

Besar momen tersebut berbeda untuk konstruksi yang dilakukan secara bertahap (ditunjukkan oleh garis cokelat pada grafik), dengan konstruksi yang dilakukan secara bersamaan (ditunjukkan oleh garis hijau pada grafik).


15003028 15003072

IV - 30

-350.00 akibat penggalian bertahap -300.00 akibat penggalian bersamaan Momen tunnel kiri (kNm)

-250.00

-200.00

-150.00

-100.00

-50.00

0.00 0

2

4

6

8

10

12

Kedalam an Penggalian Arah Z (m )

Gambar 4. 32

Perbandingan Momen Tunnel Kiri untuk Dua Kondisi Konstruksi

Dari grafik di atas terlihat bahwa momen yang terjadi akan lebih besar apabila konstruksi terowongan dilakukan secara bertahap. Namun pada akhir konstriksi kedua-duanya memiliki besar momen yang hampir sama. Sehingga tahapan penggalian terowongan kembar bersebelahan yang berjarak 15 meter sebaiknya dilakukan secara bersamaan sehingga perkuatan sementara yang digunakan akan lebih ekonomis jika di bandingkan dengan penggalian yang dilakukan secara bertahap. 4.7.2 Terowongan Kembar Berjarak 23 meter 4.7.2.1 Pembangunan Terowongan Secara Bertahap Dilakukan juga perbandingan besar momen maksimum yang terjadi pada titik yang sama, yaitu pada potongan melintang terowongan kanan di kedalaman galian 2 meter (bagian muka terowongan). Besar momen di titik tersebut berubah sesuai dengan tahapan konstruksi yang dilakukan, ditunjukkan pada tabel 4.13. Nilai momen-momen tersebut kemudian diplot ke dalam grafik. Momen pada terowongan kiri akibat pada saat pembangunan terowongan kanan ditunjukkan oleh garis biru pada grafik, dan momen pada terowongan kiri pada saat pembangunan terowongan kanan (yang dilakukan setelah terowongan kanan selesai dibangun) ditunjukkan oleh garis merah pada grafik.


15003028 15003072

IV - 31

Tabel 4. 15 Momen Akibat Pembangunan Terowongan Secara Bertahap No

Tahapan

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Lining 2 m Terowongan Kiri Lining 4 m Terowongan Kiri Lining 6 m Terowongan Kiri Lining 8 m Terowongan Kiri Lining 10m Terowongan Kiri Lining 12 m Terowongan Kiri Lining 14 m Terowongan Kiri Lining1 6 m Terowongan Kiri Lining 18 m Terowongan Kiri Lining 20m Terowongan Kiri Lining 2 m Terowongan Kanan Lining 4 m Terowongan Kanan Lining 6 m Terowongan Kanan Lining 8 m Terowongan Kanan Lining 10m Terowongan Kanan Lining 12 m Terowongan Kanan Lining 14 m Terowongan Kanan Lining 16 m Terowongan Kanan Lining 18 m Terowongan Kanan Lining 20m Terowongan Kanan

Momen (kNm) Tunnel Kiri Tunnel Kanan -3.90 -243.50 -247.95 -253.56 -255.74 -257.04 -259.00 -260.28 -261.44 -262.31 -264.67 -4.70 -265.92 -251.14 -267.26 -256.51 -268.54 -259.43 -269.81 -260.09 -271.62 -260.72 -272.18 -261.06 -273.44 -261.64 -275.47 -262.95 -275.69 -262.34

-350.00


-300.00

sesudah tunnel kanan digali

-250.00 sebelum tunnel kanan digali -200.00

-150.00

-100.00

-50.00

0.00 0

5

10

15

20

25

Kedalam an Galian Arah Z (m )

Gambar 4. 33


Perubahan Momen Tunnel Kanan Akibat Penggalian Tunnel Kiri

15003028 15003072

IV - 32

Dari grafik di atas terlihat bahwa besar momen pada terowongan kanan mengalami sedikit kenaikan akibat penggalian terowongan kiri. Sedangkan untuk perbandingan besar momen pada terowongan kanan dan kiri, seperti terlihat di tabel, momen pada terowongan kanan juga hanya sedikit lebih besar daripada terowongan kiri. Hal ini disebabkan karena jarak antar terowongan cukup jauh sehingga deformasi akibat penggalian terowongan kiri tidak banyak mempengaruhi stabilitas terowongan sebelah kanan. 4.7.2.2 Pembangunan Terowongan Secara Bersamaan Besarnya momen setiap tahapan konstruksi ditampilkan dalam tabel sebagai berikut:

Tabel 4. 16 Momen Akibat Pembangunan Terowongan Secara Bersamaan No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tahapan Linning 2 meter Linning 4 meter Linning 6 meter Linning 8 meter Linning 10 meter Linning 12 meter Linning 14 meter Linning 16 meter Linning 18 meter Linning 20 meter

Momen (kNm) Tunnel kiri Tunnel Kanan -2.45 -4.64 -244.94 -251.62 -252.57 -257.48 -258.19 -261.83 -261.61 -263.57 -264.56 -265.12 -266.53 -260.83 -269.50 -268.23 -271.87 -270.06 -273.53 -271.37

Besar momen tersebut berbeda untuk konstruksi yang dilakukan secara bertahap (ditunjukkan oleh garis cokelat pada grafik), dengan konstruksi yang dilakukan secara bersamaan (ditunjukkan oleh garis hijau pada grafik).


15003028 15003072

IV - 33

-350.00

-300.00

akibat penggalian bertahap


-250.00 akibat penggalian bersamaan -200.00

-150.00

-100.00

-50.00

0.00 0

2

4

6

8

10

12

Kedalam an Penggalian Arah Z (m )

Gambar 4. 34

Perbandingan Momen Tunnel Kiri untuk Dua Kondisi Konstruksi

Dari grafik di atas terlihat bahwa momen yang terjadi akan lebih besar apabila konstruksi terowongan dilakukan secara bertahap. Namun pada akhir konstruksi kedua-duanya memiliki besar momen yang hampir sama. 4.7.3 Perbandingan Terowongan Kembar Berjarak 15 meter dengan 23 meter 1. Penggalian bertahap Pada terowongan kembar yang berjarak 15 meter besarnya momen pada terowongan kiri meningkat sebesar 11,02% akibat penggalian pada terowongan kanan, sedangkan pada terowongan kembar yang berjarak 23 meter besarnya momen pada terowongan kiri meningkat sebesar 5,10% akibat penggalian pada terowongan kanan. 2. penggalian bersamaan Pada terowongan kembar yang berjarak 15 meter besarnya momen pada terowongan kiri dan kanan meningkat sekitar 10,69%, sedangkan pada terowongan kembar yang berjarak 23 meter besarnya momen pada terowongan kiri dan kanan meningkat sebesar 4,28%.


15003028 15003072

IV - 34

Dari hasil analisis diatas dapat disimpulkan bahwa untuk terowongan kembar yang berjarak 15 meter, besarnya momen yang terjadi pada masing-masing lining terowongan menglami kenaikan yang cukup besar. Sedangkan pada terowongan yang berjarak 23 meter, besarnya kenakan momen pada masing-masing terowongan mengalami kenaikan sangat kecil dan hampir tidak saling mempengaruhi. Dan dengan membandingkan penggalian bertahap dan bersamaan pada terowongan kembar dengan jarak 15 meter dan 23 meter, dapat disimpukan bahwa penggalian terowongan secara bersamaan lebih disarankan karena kenaikan momen yang dialami lebih kecil dibandingkan dengan penggalian terowongan secara bertahap. Sehingga perkuatan sementara yang digunakan akan lebih ekonomis jika di bandingkan dengan penggalian yang dilakukan secara bertahap.

4.8

PERENCANAAN KEKUATAN STRUKTUR LINING

Dari perhitungan gaya dalam sebelumnya, didapatkan momen maksimum dan gaya normal maksimum. Gaya dalam tersebut selanjutnya akan digunakan untuk mendesain lining. Dengan menggunakan program PCACOL, lining dimodelkan sebagai kolom. Desain dilakukan dengan menentukan dimensi, kekuatan material, dan konfigurasi tulangan yang paling efisien untuk menahan gaya normal dan momen. Asumsi digunakan tulangan D25 (Ab = 491 mm2) Ast

=   Ag

SNI 12.9.1 mensyaratkan besarnya ρ adalah 0.01  ρ  0.08  Untuk ρ = 0.01 Ast = 0.01  400  1000 = 4000 mm2 Maka jumlah minimum tulangan =

Ast 4000   8.1  9 buah Ab 491

 Untuk ρ = 0.08 Ast = 0.08  400  1000 = 32000 mm2 Maka jumlah maximum tulangan =


15003028 15003072

Ast 32000   65.2  66 buah Ab 491

IV - 35

1. Segmen Tanah Mmax = 360 kNm Nmax

= 766.23 kN

Dengan menggunakan program PCACOL dan metode coba-coba memasukan jumlah tulangan antara 9 - 66 buah maka didapat jumlah dan kombinasi yang paling efisien dan optimum, yaitu tulangan 12D25 (12 buah tulangan yang berdiameter 25 mm) dengan posisi tulangan 6 buah di sisi luar lining terowongan dan 6 buah di sisi dalam lining terowongan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.23. 2. Segmen Batuan Mmax = 116 kNm Nmax

= 465.04 kN

Dengan menggunakan program PCACOL dan metode coba-coba memasukan jumlah tulangan antara 9 - 66 buah maka didapat jumlah dan kombinasi yang paling efisien dan optimum, yaitu tulangan 9D25 (9 buah tulangan yang berdiameter 25 mm) dengan posisi tulangan 4 buah di sisi luar lining terowongan dan 9 buah di sisi dalam lining terowongan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.24.


15003028 15003072

IV - 36


15003028 15003072

Desain lining terowongan pada segmen tanah IV - 37


15003028 15003072

Desain lining terowongan pada segmen batuan IV - 38


15003028 15003072

IV - 39

4 PERHITUNGAN DAN ANALISIS

Recommend Documents