Bab
3 3 METODOLOGI Adapun langkah-langkah metodologi dalam menyelesaikan tugas akhir ini dapat dilihat pada flow chart sebagai berikut.
Mulai
Pemilihan tema
Pengumpulan data
Studi literatur
Menentukan parameter tanah
Analisis Stabilitas Terowongan
Metoda konvensional
Program PLAXIS
Output/Hasil
Desain Linning
Selesai
Gambar 3.1 Langkah Pengerjaan
Adi Kriswanto Reza Ardiansyah
15003028 15003072
III - 1
3.1
PENGUMPULAN DATA
Data-data tanah dan geoteknik yang menunjang tugas akhir ini diperoleh dari hasil pencarian di konsultan dan pelaksana Proyek Terowongan Irigasi Panti Rao di Sumatera Barat. Adapun data-data yang dibutuhkan antara lain: a. Data tanah, meliputi profil lapisan tanah beserta parameter-parameter tanah yang didapat dari lapangan maupun dari tes laboratorium, dan tinggi muka air tanah.
N = 32
Garvely Clay kN/m 2 sat kN/m 2 N = 47
N = 50
N = 46
Garvely Tuff kN/m 2 sat kN/m 2
Garvely Tuff kN/m 2 sat kN/m 2
Garvely Sand 18 kN/m 2 sat 18.5 kN/m 2
N = 34
Garvely Clay kN/m 2 sat kN/m 2
N = 51
Garvely Tuff kN/m2 sat kN/m2
MAT
Andesit Lava 2 kN/m 2 sat kN/m RQD = 60% N = 100
Center Line Of Tunnel
N = 40
Garvely Clay =kN/m 2 sat =kN/m2
Gambar 3.2
Adi Kriswanto Reza Ardiansyah
15003028 15003072
Data Lapangan dan Laboratorium
III - 2
b. Data terowongan, meliputi dimensi terowongan (potongan melintang), kedalaman terowongan dan material perkuatan yang digunakan untuk terowongan.
Gambar 3.3
Typical Potongan Melintang Terowongan
Adapun material perkuatan yang digunakan ada dua macam: 1. Untuk desain perkuatan sementara digunakan shotcrete yang memiliki densitas 2200 kg/m3, modulus elastisitas 30 x 109 Pa, dan poisson ratio 0,25. 2. Untuk desain perkuatan permanen digunakan beton bertulang yang memiliki densitas 2400 kg/m3, modulus elastisitas 10,5 x 109 Pa, dan poisson ratio 0,25.
3.2
ANALISIS STABILITAS TEROWONGAN
Dalam Tugas Akhir ini analisis stabilitas terowongan dilakukan dengan 3 metode, yaitu metode konvensional, PLAXIS 2D dan PLAXIS 3D.
Adi Kriswanto Reza Ardiansyah
15003028 15003072
III - 3
3.2.1
Metoda Konvensional Single Tunnel
Metode konvensional yang digunakan adalah dengan cara membagi terowongan kedalam tiga bagian (crown, dinding, dan invert). Dan perhitungan gaya dalamnya dilakukan dengan cara menggunakan teori mekanika biasa (statika biasa). Langkahlangkah yang dilakukan dalam perhitungan metode konvensional adalah: 1. Menghitung v, dan w Berdasarkan data properties tanah, letak sumbu terowongan, letak m.a.t, maka dihitung tegangan overburden (v), dan tekanan air (w), dengan persamaan berikut. v = *kedalaman sumbu terowongan w = w.*kedalaman sumbu terowongan 2.
Menghitung h, av dan 0 berdasarkan data K o
3.
Perhitungan gaya dalam dengan menggunakan teori mekanika
3.2.2
Langkah-langkah Pemodelan PLAXIS 2D Untuk Penggalian Single Tunnel
Setelah mendapat output dari metoda konvensional kemudian dilakukan pemodelan dengan PLAXIS 2D melalui langkah-langkah sbb: 1. Model geometri tanah dibuat dengan lebar 20 meter dan kedalaman 30 meter. 2. Membuat model geometri terowongan.
Gambar 3.4 Model Geometeri Terowongan
Adi Kriswanto Reza Ardiansyah
15003028 15003072
III - 4
3. Berikan kondisi batas (boundary condition) terhadap lapisan tanah gunakan standard fixities. Maksud dari standard fixities adalah :
Batas kiri dan kanan bersifat horizontally fixed, artinya pada bagian ini lapisan tanah tidak mengalami displacement dalam arah horizontal tetapi dalam arah vertikal saja.
Batas bawah bersifat horizontally fixed dan vertically fixed, artinya pada bagian ini tanah tidak mengalami deformasi vertical maupun horizontal
Batas atas bersifat free, artinya pada bagian ini dapat mengalami deformasi vertikal maupun horizontal.
4. Input parameter tanah. Parameter tanah yang dimasukkan adalah parameter tanah drained, karena stabilitas terowongan memilik nilai kritis pada saat kondisi drained. Karena data yang dimiliki hanya data parameter tanah undrained maka perlu dilakukan perhitungan dan korelasi untuk mendapatkan parameter drained (c’, ’, dan E’). 5. Input parameter lining. Dalam PLAXIS lining akan dimodelkan sebagai plate dengan Parameter lining yang perlu dimasukan adalah nilai EI, EA, dan nilai Poisson ratio. Lining yang dimodelkan ada dua yaitu:
Shotcrete Shotcrete yang dimodelkan memiliki ketebalan 15 cm dengan nilai EA adalah 2953.125 kN/m dan nilai EI adalah 1.575 x 106 kNm2/m.
Inner Lining Inner lining yang dimodelkan memiliki ketebalan 40 cm dengan nilai EA adalah 1.600 x 105 kN/m dan nilai EI adalah 1.200 x 107 kNm2/m.
6. Membentuk mesh lapisan tanah (mesh generation). Mesh Generated merupakan pembagian struktur menjadi elemen-elemen cluster dan titik-titik nodal elemen (nodes). Untuk tanah yang berada di sekitar terowongan dilakukan rifine cluster dan refine line dengan tujuan membentuk mesh yang lebih rapat agar analisis yang dilakukan dapat lebih akurat. Kegunaan mesh ini adalah untuk melakukan perhitungan dalam metode elemen hingga. Mesh lapisan tanah dapat dilihat pada Gambar 3.5. 7. Menentukan tinggi muka air tanah 12 meter dibawah permukaan tanah ( groundwater condition). 8. Menghitung tegangan-tegangan awal (initial stress). Tegangan efektif dan tekanan air pori pada kondisi awal dihitung dahulu. Dalam kasus ini berat air diambil 10 kN/m3. Tegangan air bersifat fully hidrostatic. Permukaan air tanah dimodelkan dengan phreatic line.
Adi Kriswanto Reza Ardiansyah
15003028 15003072
III - 5
Gambar 3.5 Generated Mesh 2D PLAXIS 2D
9. Selanjutnya proses perhitungan dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut:
Tahap ke-1 dengan menonaktifkan cluster material tanah dan water pressure yang berada di dalam terowongan, untuk menggambarkan proses penggalian. Ilustrasi tahap pertama ditunjukkan pada Gambar 3.6 bagian kiri.
Tahap ke-2 mengaktifkan dinding terowongan yang menggambarkan pemasangan lining. Ilustrasi tahap pertama ditunjukkan pada Gambar 3.6 bagian kanan.
Gambar 3.6 Stage Construction Tahap Pertama dan Tahap Kedua pada PLAXIS 2D
Adi Kriswanto Reza Ardiansyah
15003028 15003072
III - 6
3.2.3
Langkah-langkah Permodelan PLAXIS 3D Untuk Penggalian Single Tunnel
Adapun permodelan yang dilakukan dengan menggunakan PLAXIS 3D dengan langkahlangkah sebagai berikut: 1. Dalam melakukan analisis menggunakan PLAXIS 3D pada proses penggalian terowongan tunggal permodelan tanah dan geometri terowongan dilakukan cara yang sama dengan PLAXIS 2D. Hanya saja dalam PLAXIS 3D dilakukan mesh 3D (mesh lapisan tanah dalam arah sumbu-z) ditunjukkan dalam Gambar 3.7 Mesh dalam arah sumbu-z dibuat model sepanjang 20 meter yang dibagi menjadi 10 slice (bagian), dimana setiap slice menggambarkan proses penggalian tunnel sedalam 2 meter.
Gambar 3.7 Generated Mesh 3D PLAXIS 3D
2. Menentukan tinggi muka air tanah 12 meter dibawah permukaan tanah ( groundwater condition). 3. Menghitung tegangan-tegangan awal (initial stress). Tegangan efektif dan tekanan air pori pada kondisi awal dihitung dahulu. Dalam kasus ini berat air diambil 10 kN/m3. Tegangan air bersifat fully hidrostatic. Permukaan air tanah dimodelkan dengan phreatic line.
Adi Kriswanto Reza Ardiansyah
15003028 15003072
III - 7
4. Proses perhitungan pada PLAXIS 3D dibagi menjadi dua, yaitu: a. Yang pertama adalah memodelkan proses penggalian secara bertahap setiap 2 meter. Proses perhitungan dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut:
Tahap ke-1 dengan menonaktifkan cluster material tanah dan water pressure yang berada di dalam terowongan pada slice 1. Hal ini menggambarkan bahwa proses penggalian dilakukan sedalam 2 meter dalam kondisi kering.
Tahap ke-2 mengaktifkan dinding terowongan pada slice 1 yang menggambarkan pemasangan lining dilakukan setelah penggalian 2 meter dilakukan.
Tahap ke-3 dengan menonaktifkan cluster material tanah dan water pressure yang berada di dalam terowongan pada slice 2. Hal ini menggambarkan bahwa proses penggalian dilakukan sedalam 4 meter dalam kondisi kering.
Tahap ke-4 mengaktifkan dinding terowongan pada slice 2 yang menggambarkan pemasangan lining dilakukan setelah penggalian 4 meter dilakukan.
Tahap selanjutnya dilakukan seperti pada tahap ke-1 dan tahap ke-2 sampai kedalaman 20 meter.
Gambar 3.8 Stage Construction Tahap ke-2 dan Tahap ke-11 pada PLAXIS 3D
b. Yang kedua adalah memodelkan proses penggalian secara langsung 20 meter. Proses penggalian ini dimaksudkan untuk membandingkan hasilnya pada proses penggalian dengan menggunakan PLAXIS 2D secara planstrain.
Adi Kriswanto Reza Ardiansyah
15003028 15003072
III - 8
Proses perhitungan dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut:
Tahap ke-1 dengan menonaktifkan cluster material tanah dan water pressure yang berada di dalam terowongan pada slice 1 sampai slice 10. Hal ini menggambarkan bahwa proses penggalian dilakukan sedalam 20 meter dalam kondisi kering.
Tahap ke-2 mengaktifkan dinding terowongan pada slice 1 sampai slice 10 yang menggambarkan pemasangan lining dilakukan setelah penggalian 20 meter dilakukan.
Gambar 3.9 Stage Construction Penggalian Langsung 20 meter pada PLAXIS 3D
3.2.4
Langkah-langkah Permodelan PLAXIS 3D Untuk Penggalian Double Tunnel
Adapun permodelan yang dilakukan dengan menggunakan PLAXIS 3D dengan langkahlangkah sebagai berikut: 1. Modelkan geometri tanah dengan lebar 80 meter dan kedalaman 40 meter dengan jarak antar terowongan 15 meter dan 23 meter. 2. Membuat model geometri terowongan. 3. Berikan kondisi batas (boundary condition) terhadap lapisan tanah gunakan standard fixities. 4. Membentuk mesh 2D lapisan tanah (mesh generation). Mesh Generated merupakan pembagian struktur menjadi elemen-elemen cluster dan titik-titik nodal elemen (nodes). Untuk tanah yang berada di sekitar terowongan dilakukan rifine cluster dan
Adi Kriswanto Reza Ardiansyah
15003028 15003072
III - 9
refine line dengan tujuan membentuk mesh yang lebih rapat agar analisis yang dilakukan dapat lebih akurat. Kegunaan mesh ini adalah untuk melakukan perhitungan dalam metode elemen hingga.
Gambar 3.10 Generated Mesh 2D untuk Double Tunnel pada PLAXIS 3D
5. Membentuk Mesh 3D (mesh lapisan tanah dalam arah sumbu-z) ditunjukkan dalam Gambar 3.11 Mesh dalam arah sumbu-z dibuat model sepanjang 20 meter yang dibagi menjadi 10 slice (bagian), dimana setiap slice menggambarkan proses penggalian tunnel sedalam 2 meter.
Gambar 3.11 Generated Mesh 3D untuk Double Tunnel pada PLAXIS 3D
Adi Kriswanto Reza Ardiansyah
15003028 15003072
III - 10
6. Menentukan tinggi muka air tanah 12 meter dibawah permukaan tanah ( groundwater condition). 7. Menghitung tegangan-tegangan awal (initial stress). Tegangan efektif dan tekanan air pori pada kondisi awal dihitung dahulu. Dalam kasus ini berat air diambil 10 kN/m3. Tegangan air bersifat fully hidrostatic. Permukaan air tanah dimodelkan dengan phreatic line. 8. Proses perhitungan pada PLAXIS 3D dibagi menjadi dua, yaitu: a. Yang pertama adalah memodelkan proses penggalian secara bertahap setiap 2 meter, yang diselesaikan satu sisi terlebih dahulu (sisi kiri). Proses perhitungan dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut:
Tahap ke-1 dengan menonaktifkan cluster material tanah dan water pressure yang berada di dalam terowongan sisi kiri pada slice 1. Hal ini menggambarkan bahwa proses penggalian pada terowongan sisi kiri dilakukan sedalam 2 meter dalam kondisi kering.
Tahap ke-2 mengaktifkan dinding terowongan sisi kiri pada slice 1 sampai kedalaman 2 meter , yang menggambarkan pemasangan lining dilakukan setelah penggalian 2 meter selesai.
Tahap ke-3 dengan menonaktifkan cluster material tanah dan water pressure yang berada di dalam terowongan sisi kiri pada slice 2. Hal ini menggambarkan bahwa proses penggalian pada terowongan sisi kiri dilakukan sedalam 4 meter dalam kondisi kering.
Tahap ke-4 mengaktifkan dinding terowongan sisi kiri pada slice 2 sampai kedalaman 4 meter yang menggambarkan pemasangan lining dilakukan setelah penggalian 4 meter dilakukan.
Kemudian tahap ke-5 sampai fase ke-10 dilakukan seperti pada tahap ke-1 dan tahap ke-2 sampai kedalaman 20 meter untuk terowongan sisi kiri.
Tahap ke-11 dengan menonaktifkan cluster material tanah dan water pressure yang berada di dalam terowongan sisi kanan pada slice 1. Hal ini menggambarkan bahwa proses penggalian pada terowongan sisi kanan dilakukan sedalam 2 meter dalam kondisi kering.
Tahap ke-12 mengaktifkan dinding terowongan sisi kanan pada slice 2 sampai kedalaman 2 meter yang menggambarkan pemasangan lining dilakukan setelah penggalian 2 meter dilakukan.
Adi Kriswanto Reza Ardiansyah
15003028 15003072
III - 11
Tahap ke-13 dengan menonaktifkan cluster material tanah dan water pressure yang berada di dalam terowongan sisi kanan pada slice 2. Hal ini menggambarkan bahwa proses penggalian pada terowongan sisi kanan dilakukan sedalam 4 meter dalam kondisi kering.
Tahap ke-14 mengaktifkan dinding terowongan sisi kanan pada slice 2 sampai kedalaman 4 meter yang menggambarkan pemasangan lining dilakukan setelah penggalian 4 meter dilakukan.
Gambar 3.12 Stage Construction Terowongan Secara Bertahap (Tahap ke-12)
b. Yang kedua adalah memodelkan proses penggalian secara bersamaan setiap kedalaman 2 meter yang diselesaikan bersamaan pada terowongan sisi kiri maupun terowongan sisi kanan. Proses perhitungan dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut:
Tahap ke-1 dengan menonaktifkan cluster material tanah dan water pressure yang berada di dalam terowongan sisi kiri dan terowongan sisi kanan pada slice 1. Hal ini menggambarkan bahwa proses penggalian pada terowongan sisi kiri dan terowongan sisi kanan dilakukan sedalam 2 meter secara bersamaan dalam kondisi kering.
Tahap ke-2 mengaktifkan dinding terowongan sisi kiri dan terowongan sisi kanan pada slice 1 sampai kedalaman 2 meter , yang menggambarkan pemasangan lining dilakukan setelah penggalian 2 meter selesai.
Adi Kriswanto Reza Ardiansyah
15003028 15003072
III - 12
Tahap ke-3 dengan menonaktifkan cluster material tanah dan water pressure yang berada di dalam terowongan sisi kiri dan terowongan sisi kanan pada slice 2. Hal ini menggambarkan bahwa proses penggalian pada terowongan sisi kiri dan terowongan sisi kanan dilakukan sedalam 4 meter secara bersamaan dalam kondisi kering.
Tahap ke-4 mengaktifkan dinding terowongan sisi kiri dan terowongan sisi kanan pada slice 2 sampai kedalaman 2 meter , yang menggambarkan pemasangan lining dilakukan setelah penggalian 2 meter selesai.
Kemudian tahap ke-5 sampai fase ke-10 dilakukan seperti pada tahap ke-1 dan tahap ke-2 sampai kedalaman 20 meter.
Gambar 3.13 Stage Construction Terowongan Secara Bersamaan
3.3
PERENCANAAN PERKUATAN STRUKTUR LINING
Dalam mendesain struktur lining digunakan bantuan Program PCACOL dimana lining terowongan akan di modelkan sebagai kolom yang menerima beban aksial dan momen. Adapun parameter-parameter yang dimasukan dalam Program PCACOL adalah: 1. Momen ultimit 2. Beban aksial ultimit 3. Konfigurasi tulangan 4. Dimensi kolom
Adi Kriswanto Reza Ardiansyah
15003028 15003072
III - 13
