![02005-06-Kriteria Desain Terowongan PDF [PDF]](https://pdfs.asia/img/200x200/02005-06-kriteria-desain-terowongan-pdf.jpg)
4 0 8 MB
TDE – 06 : KRITERIA DESAIN TEROWONGAN
PELATIHAN AHLI DESAIN TEROWONGAN SDA
DEPARTEMEN PEKERJAAN UMUM BADAN PEMBINAAN KONSTRUKSI DAN SUMBER DAYA MANUSIA PUSAT PEMBINAAN KOMPETENSI DAN PELATIHAN KONSTRUKSI
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
KATA PENGANTAR Usaha dibidang Jasa konstruksi merupakan salah satu bidang usaha yang telah berkembang pesat di Indonesia, baik dalam bentuk usaha perorangan maupun sebagai badan usaha skala kecil, menengah dan besar. Untuk itu perlu diimbangi dengan kualitas pelayanannya. Pada kenyataannya saat ini bahwa mutu produk, ketepatan waktu penyelesaian, dan efisiensi pemanfaatan sumber daya relatif masih rendah dari yang diharapkan. Hal ini disebabkan oleh beberapa faktor antara lain adalah ketersediaan tenaga ahli/ terampil dan penguasaan manajemen yang efisien, kecukupan permodalan serta penguasaan teknologi. Masyarakat sebagai pemakai produk jasa konstruksi semakin sadar akan kebutuhan terhadap produk dengan kualitas yang memenuhi standar mutu yang dipersyaratkan. Untuk memenuhi kebutuhan terhadap produk sesuai kualitas standar tersebut, perlu dilakukan berbagai upaya, mulai dari peningkatan kualitas SDM, standar mutu, metode kerja dan lain-lain. Salah satu upaya untuk memperoleh produk konstruksi dengan kualitas yang diinginkan adalah dengan cara meningkatkan kualitas sumber daya manusia yang menggeluti perencanaan baik untuk bidang pekerjaan jalan dan jembatan, pekerjaan sumber daya air maupun untuk pekerjaan dibidang bangunan gedung. Kegiatan inventarisasi dan analisa jabatan kerja dibidang sumber daya air, telah menghasilkan sekitar 130 (seratus Tiga Puluh) Jabatan Kerja, dimana Jabatan Kerja Ahli Desain Terowongan SDA merupakan salah satu jabatan kerja yang diprioritaskan untuk disusun materi pelatihannya mengingat kebutuhan yang sangat mendesak dalam pembinaan tenaga kerja yang berkiprah dalam perencanaan konstruksi bidang sumber daya air. Materi pelatihan pada Jabatan Kerja Ahli Desain Terowongan SDA ini terdiri dari 9 (Sembilan) modul yang merupakan satu kesatuan yang utuh yang diperlukan dalam melatih tenaga kerja yang menggeluti Ahli Desain Terowongan SDA. Namun penulis menyadari bahwa materi pelatihan ini masih banyak kekurangan khususnya untuk modul Kriteria Desain Terowongan pekerjaan konstruksi Sumber Daya Air. Untuk itu dengan segala kerendahan hati, kami mengharapkan kritik, saran dan masukkan guna perbaikan dan penyempurnaan modul ini.
Jakarta,
Desember 2005 Tim Penyusun
i
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
LEMBAR TUJUAN
JUDUL PELATIHAN : AHLI DESAIN TEROWONGAN SDA
TUJUAN PELATIHAN A.
Tujuan Umum Pelatihan Setelah mengikuti pelatihan peserta diharapkan mampu : Melakukan kegiatan Desain Terowongan, memeriksa dan mengarahkan asisten perencanaan dan juru gambar dalam melakukan kegiatan Desain Terowongan sesuai tahapan desain, metode desain dan spesifikasi yang ada dalam kontrak.
B. Tujuan Khusus Pelatihan Setelah mengikuti pelatihan mampu: 1. Menetapkan Rencana Trase Terowongan 2. Mengkaji dan Menerapkan Data Survai dan Investigasi (Primer & Sekunder) 3. Menentukan Bentuk Bahan Konstruksi dan Dimensi Terowongan dan Bangunan Pelengkapnya 4. Menyiapkan Gambar Desain Terowongan yang Mengacu Pada Hasil Uji Model Hidrolis Yang Diperlukan
ii
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
NOMOR MODUL
: TDE. 06
JUDUL MODUL
: KRITERIA DESAIN TEROWONGAN
Kriteria Desain Terowongan
TUJUAN INSTRUKSIONAL UMUM (TIU) Setelah selesai mempelajari modul ini peserta mampu menjelaskan dan menerapkan Tahapan Desain Terowongan dan Kriteria Desain Terowongan
TUJUAN INSTRUKSIONAL KHUSUS (TIK) Setelah modul ini diajarkan peserta mampu : 1. Menerapkan tahapan penentuan lokasi rencana Terowongan. 2. Menerapkan tahapan pra desain terowongan 3. Menerapkan tahapan final desain terowongan 4. Menerapkan Kriteria desain terowongan
iii
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR ...................................................................................................
i
LEMBAR TUJUAN .......................................................................................................
ii
DAFTAR ISI .................................................................................................................
iv
DESKRIPSI SINGKAT PENGEMBANGAN MODUL PELATIHAN AHLI DESAIN TEROWONGAN SDA ..................................................................................................
xii
DAFTAR MODUL ........................................................................................................
xiii
PANDUAN PEMBELAJARAN .....................................................................................
xiv
MATERI SERAHAN ......................................................................................................
xviii
BAB I
PENDAHULUAN ...........................................................................................
1-1
1.1
Tahapan Perencanaan Terowongan ...................................................
1-1
1.2
Kriteria Desain Terowongan ................................................................
1-1
TAHAPAN PERENCANAAN TEROWONGAN ...........................................
2-1
2.1
Umum ...................................................................................................
2-1
2.2
Tahapan Proyek....................................................................................
2-1
2.3
Tahapan Survai, Investigasi dan Desain Terowongan .......................
2-2
2.4
Tahapan Masing-masing Pekerjaan Desain Terowongan ..................
2-4
2.4.1
Tahapan Penentuan Lokasi Rencana Terowongan ...............
2-4
2.4.2
Tahapan Pra Rencana Terowongan .......................................
2-4
2.4.3
Tahapan Final Desain Terowongan ........................................
2-5
KRITERIA DESAIN TEROWONGAN ...........................................................
3-1
3.1
Pendahuluan ........................................................................................
3-1
3.2
Klasifikasi Terowongan ........................................................................
3-2
3.3
Geologi dan Mekanika Batuan ............................................................
3-3
3.3.1
Sifat-sifat Batuan .....................................................................
3-3
3.3.2
Klasifikasi Batuan ....................................................................
3-4
BAB II
BAB III
3.3.3. Pengaruh Dari Struktur Pegunungan Terhadap Pembuatan 3.4
Terowongan .............................................................................
3-6
Teori Tekanan Pada Terowongan Batu ..............................................
3-7
3.4.1
Pratekan Pada Batuan ............................................................
3-7
3.4.2
Tegangan Batu disekeliling Terowongan ................................
3-9
3.4.3
Mekanika Hancurnya Batuan Didalam Rongga / Ruang ........ 3 - 11
3.4.4
Penyebaran Tekanan Air Pada Batuan ................................... 3 - 13
3.4.5
Tegangan Pada Sekitar Terowongan Bertekanan .................. 3 - 17
3.4.6
Kebutuhan Kelebihan Galian Batuan Pada Terowongan iv
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Bertekanan ............................................................................... 3 - 17 3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
Instrumentasi / Peralatan Mekanik Batuan ......................................... 3 - 21 3.5.1
Tujuan Dari Peralatan Mekanik ............................................... 3 - 21
3.5.2
Instrumentasi Untuk Mengukur Perubahan Bentuk ................ 3 - 21
3.5.3
Tekanan Pada Masa Batuan ................................................... 3 - 22
3.5.4
Tegangan Batuan .................................................................... 3 - 26
3.5.5
Modulus Deformasi .................................................................. 3 - 27
3.5.6
Tegangan Penyangga ............................................................. 3 - 33
Desain Pada Peta Pengukuran ........................................................... 3 - 34 3.6.1
Tata Letak (Lay Out)................................................................. 3 - 34
3.6.2
Kemiringan ............................................................................... 3 - 36
3.6.3
Bentuk Potongan Melintang .................................................... 3 - 37
3.6.4
Jarak Antara Terowongan Yang Berdekatan .......................... 3 - 42
3.6.5
Lengkungan / Belokan ............................................................. 3 - 42
Hidrolik Desain ..................................................................................... 3 - 42 3.7.1
Faktor-faktor Yang Bergabung ................................................ 3 - 42
3.7.2
Transisi ..................................................................................... 3 - 44
3.7.3
Kehilangan Akibat Gesekan .................................................... 3 - 45
3.7.4
Kehilangan Tekanan Lain ........................................................ 3 - 48
3.7.5
Terowongan Dengan Aliran Bebas ......................................... 3 - 48
3.7.6
Kecepatan Aliran Yang Dijinkan .............................................. 3 - 48
3.7.7
Terkuncinya Udara .................................................................. 3 - 50
Ukuran Terowongan Yang Ekonomis ................................................. 3 - 51 3.8.1
Ukuran Maksimum Terowongan ............................................. 3 - 51
3.8.2
Terowongan Penghubung ....................................................... 3 - 52
3.8.3
Terowongan Pengelak ............................................................. 3 - 53
3.8.4
Terowongan Tenaga Listrik ..................................................... 3 - 53
3.8.5
Perhitungan Diameter Terowongan yang Ekonomis .............. 3 - 54
Sistem Penyangga Dan Desainnya .................................................... 3 - 58 3.9.1
Tekanan Batuan / Beban Pada Penyangga ............................ 3 - 58
3.9.2
Penyangga Baja Yang Rigid (Kaku) ........................................ 3 - 64
3.9.3
Penyangga Baja Yang Yeilding (Penyesuaian) ...................... 3 - 77
3.9.4
Pengikat Batuan (Rock Blasting) ............................................. 3 - 79
3.9.5
Lining Tanpa Tulang (Shortcrete Lining) .................................. 3 - 88
3.9.6
Dasar Penerapan Sistem Penyangga ..................................... 3 - 96
3.10 Desain Terowongan Lining .................................................................. 3 - 97 3.10.1 Keperluan Lining ...................................................................... 3 - 97 v
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
3.10.2 Tipe Lining ............................................................................... 3 - 98 3.10.3 Pendekatan Desain ................................................................. 3 - 99 3.10.4 Beban-beban Desain ............................................................... 3 - 101 3.10.5 Ketebalan Dan Kualitas Beton Untuk Lining ........................... 3 - 102 3.10.6 Tekanan Batuan ...................................................................... 3 - 103 3.10.7 Tekanan Air Dari Luar ............................................................. 3 - 104 3.10.8 Injeksi Semen (Grouting) ......................................................... 3 - 106 3.10.9 Terowongan Aliran Bebas dan Tanpa Hidrolik ....................... 3 - 108 3.10.10 Terowongan Bertekanan ........................................................ 3 - 109 3.11 Bangunan Pelengkap .......................................................................... 3 - 115 3.11.1 Portal (Pemasukan / Pengeluaran) ......................................... 3 - 115 3.11.2 Plugs (Sumbat / Penutup) ....................................................... 3 - 116 3.12 Saluran Pembawa (Irigasi) .................................................................. 3 - 117 3.13 Kolam Olak .......................................................................................... 3 - 147
LAMPIRAN RANGKUMAN DAFTAR PUSTAKA
vi
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1
Flowchart Penentuan Lokasi Rencana Terowongan ....................
2–5
Gambar 2.2
Flowchart Pra Rencana Terowongan ............................................
2–6
Gambar 2.3
Flowchart Final Desain Terowongan .............................................
2–7
Gambar 3.3.1
Typical Load ...................................................................................
3–5
Gambar 3.3.2
Location of Tunnels in Different Formations (Alter Szechy) .........
3–6
Gambar 3.4.1
Axial Stress Concentration for A circular Hole in A Biaxial Stress Field (After Obert & Onnall) ............................................... 3 – 10
Gambar 3.4.2
Boundary Stress Conditiion for a Circular Hole in Biaxial Stress Filed (After Obert & Duvall) ........................................................... 3 – 11
Gambar 3.4.3
Mohr’s Fracture Envelope (After Obert & Onvall) ......................... 3 – 12
Gambar 3.4.4
Plastic Faxine Circle ...................................................................... 3 – 13
Gambar 3.4.5
Thick Wall Cylinder With Uniform Pressure on Inside and Outside Surface ........................................................................................... 3 – 14
Gambar 3.4.6
Plastic Region & Elastice Region .................................................. 3 – 16
Gambar 3.4.7
Stress Distribution Around Cylinder Tunnel in Elastic Plastic Rock (After Obert & Duvall) ........................................................... 3 – 16
Gambar 3.4.8
Fissured Rock (After Jaeger) ........................................................ 3 – 18
Gambar 3.4.9
Fissured Rock ................................................................................ 3 – 21
Gambar 3.5.1
Determination of Absulte Stress by The over Cooling Prosedure 3 – 23
Gambar 3.5.2
Stress Relieving Bore Hole (After Chechy) ................................... 3 – 24
Gambar 3.5.3
Typical Flat Jack Installation ......................................................... 3 – 25
Gambar 3.5.4
Stress Determination on The Bore of Velocityof Saturn Propagation (Habib & Davance) .................................................... 3 – 26
Gambar 3.5.5
Uniaxial Jacking Test (After Sellers) ............................................. 3 – 28
Gambar 3.5.6
Radial Measuring Feller Management (After Sellers) ................... 3 – 33
Gambar 3.5.7
Cable Stressing Method For Inside Shear Strength ..................... 3 – 27
Gambar 3.5.8
The Radial Jack of The Ving Tiwog .............................................. 3 – 29
Gambar 3.5.9
After Lauffer & Secber ................................................................... 3 – 30
Gambar 3.5.10
Mechanical Reader ........................................................................ 3 – 31
Gambar 3.6.1
Ramganga River Project ............................................................... 3 – 35
Gambar 3.6.2
Circular Section ............................................................................. 3 – 39
Gambar 3.6.3.A
Standar Horse Shoe Section ......................................................... 3 – 40
Gambar 3.6.3.B
Modified Horse Shoe Section ........................................................ 3 – 40
Gambar 3.6.3.C
Horse Shoe (Modified) ................................................................... 3 – 40
Gambar 3.6.4
D Section ....................................................................................... 3 – 41 vii
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Gambar 3.6.5
Quasi Rectangular Section ............................................................ 3 – 41
Gambar 3.6.6
Partly Lined Section ....................................................................... 3 – 41
Gambar 3.7.3
Typical Flow Condition Diversion Tunnels On Usild and Step Slofer (After USBR) ....................................................................... 3 – 43
Gambar 3.8.1
Terowongan Penghubung ............................................................. 3 – 52
Gambar 3.8.2
Grafik Perhitungan Ekonomis Ukuran Terowongan ..................... 3 – 53
Gambar 3.9.1
Schematic of Reciprocal Realtion Ship Between pi, a, t and n/R For Limingo of Different Yiled (After Pacher) ................................ 3 – 64
Gambar 3.9.2
Scehmatic Representation of Stress Around a Circular Lavity With Hidrostatis Present (After Kostner) ............................. 3 – 60
Gambar 3.9.4
Steel Supports ............................................................................... 3 – 65
Gambar 3.9.5
Resolution of Forces at Doer Break Blocking Primer (Steel Supports) (After Proctor & White) .................................................. 3 – 67
Gambar 3.9.6
Action of Forces at Blocking Point 3 (Steel Supports) .................. 3 – 68
Gambar 3.9.7
Steel Supports Design (Grafical Method) ..................................... 3 – 72
Gambar 3.9.8
Circular Steel Support ................................................................... 3 – 74
Gambar 3.9.8.A
Double Beam Wall Plate & Brached Details ................................. 3 – 89
Gambar 3.9.9
The Road Collar Brace & Logging Details .................................... 3 – 76
Gambar 3.9.10.A Mohll’s Bends (After Szechy) ........................................................ 3 – 73 Gambar 3.9.10.B Tonzzaint Hein’zmann Supporting Bentz (Affter Szechy) ............. 3 – 72 Gambar 3.9.11
Admissible Loads on Bolts As af Function of Rock Quality .......... 3 – 78
Gambar 3.9.12
Stability by Rock Bolt ..................................................................... 3 – 85
Gambar 3.9.13.a Natural Rock Aszh Produced By Roof Bolts ................................. 3 – 86 Gambar 3.9.13.b Natural Rock Aszh Produced By Roof Bolts ................................. 3 – 88 Gambar 3.9.14
Types of Rock Bolts ....................................................................... 3 – 80
Gambar 3.9.14.d Perfo Bolts Instalation .................................................................... 3 – 81 Gambar 3.9.15
Mode of Action of Fully Grouted Anchors ..................................... 3 – 87
Gambar 3.9.18
Lining Resistance pi as Function of Y and r/R (After Muller) ........ 3 – 91
Gambar 3.9.19
Stabilishing Effect of Anchoring and Shotcreteing) ....................... 3 – 92
Gambar 3.9.20
Proposed Shotcrete Lining for Yamma Slate II Part I (after Muller) ................................................................................... 3 – 94
Gambar 3.9.21
Swedish Method for Drainage of Shotcreted Rock (After Sandell) ................................................................................ 3 – 96
Gambar 3.10.1
Typical Section Drainage Tunnel Ramganga Dam ....................... 3 – 109
Gambar 3.11.1
Ramganga Project Intake Plug Details ......................................... 3 – 117
Gambar 3.12.1
Parameter potongan melintang ..................................................... 3 – 126
Gambar 3.12.2
Kecepatan-kecepatan dasar untuk tanah koheren (SCS) ............ 3 – 129 viii
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Gambar 3.12.3
Faktor-faktor koreksi terhadap kecepatan dasar (SCS) ............... 3 – 130
Gambar 3.12.4
Tipe-tipe potongan melintang saluran irigasi ................................ 3 – 135
Gambar 3.12.5
Tinggi bangunan sadap tersier yang diperlukan ........................... 3 – 137
Gambar 3.12.6
Grafik perencanaan saluran (dengan garis-garis A dan B) .......... 3 – 140
Gambar 3.12.7
Tipe-tipe pasangan saluran ........................................................... 3 – 143
Gambar 3.13.1
Diagram untuk memperkirakan tipe bangunan yang akan digunakan untuk perencanaan detail (disadur dari Bos, Replogle and Clemmens, 1984) .................................................... 3 – 148
Gambar 3.13.2
Hubungan percobaan antara Fru, y2/y1, dan n/y1 dan n/yu untuk ambang pendek (menurut Foster dan Skrinde, 1950) .................. 3 – 149
Gambar 3.13.3
Dimensi Kolam Olak Tipe IV (USBR, 1973) .................................. 3 – 150
Gambar 3.13.4
Dimensi kolam olak tipe-blok-halang (Bos, Replogle and Clemmens, 1984) .......................................... 3 – 151
Gambar 3.13.5
Karakteristik kolam olak untuk dipakai dengan bilangan Froude di atas 4,5; kolam USBR tipe III (Bradley dan Peterka, 1957) ..... 3 – 151
Gambar 3.13.6
Kolam olak menurut Vlugter ........................................................... 3 – 152
Gambar 3.13.7
Hubungan antara kecepatan rata-rata di atas ambang ujung bangunan dan ukuran butir yang stabil (Bos, 1978) ..................... 3 – 153
Gambar 3.13.8
Contoh filter diantara pasangan batu kosong dan bahan asli (tanah dasar) ................................................................ 3 – 153
ix
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
DAFTAR TABEL
2–2
Tabel 2.3.1
Tahap / Taraf dan Ciri-ciri Utama ........................................................
Tabel 3.5.1
Daftar Alat Pengukur Tekanan ............................................................ 3 – 22
Tabel 3.6.1
Konsentrasi Tekanan Normal t / v .................................................. 3 – 38
Tabel 3.7.1
Value of the Raughness Coefficient n ................................................. 3 – 46
Tabel 3.7.2
Daftar Nilai n ........................................................................................ 3 – 47
Tabel 3.9.1
Daftar Kombinasi diameter Batang Lengan dan Lubang .................... 3 – 82
Tabel 3.9.2
Kekuatan Ikatan Batuan ...................................................................... 3 – 83
Tabel 3.10.1 Modulus Elastisitas Batuan ................................................................. 3 – 113 Tabel 3.10.2 Daftar Tegangan Batas Rata-rata Modulus Elastisitas ....................... 3 – 114 Tabel 3.12.1 Sistem Kebutuhan Air .......................................................................... 3 – 121 Tabel 3.12.2 Harga-harga kekasaran koefesien Strickler (k) untuk saluran saluran irigasi tanah ............................................................................ 3 – 127 Tabel 3.12.3 Kemiringan minimum talud untuk berbagai bahan tanah ................... 3 – 132 Tabel 3.12.4 Kemiringan talud minimum untuk saluran timbunan yang dipadatkan dengan baik ............................................................. 3 – 133 Tabel 3.12.5 Tinggi jagaan minimum untuk saluran tanah ...................................... 3 – 134 Tabel 3.12.6 Lebar minimum tanggul ...................................................................... 3 – 135 Tabel 3.12.7 Harga-harga koefesien tanah rembesan C ......................................... 3 – 141 Tabel 3.12.8 Harga-harga kemiringan talud untuk saluran pasangan ..................... 3 – 146 Tabel 3.12.9 Tinggi jagaan untuk saluran pasangan ............................................... 3 – 147
x
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1
Kriteria Desain Untuk Terowongan Pengelak Proyek Ramganga
(2 Lembar) Lampiran 2
Kriteria desain untuk Terowongan Bertekanan dari Proyek Beas sutley
(3 Lembar)
Link
Lampiran 3
Kriteria desain untuk terowongan Bertekanan dari Jaringan listrik tenaga
(3 Lembar)
air yamuna tahap II.
Lampiran 4
Geolocal Section Of Tunnel No.1.
(1 Lembar)
Ramganga River Project.
Lampiran 5
Diversion Tunnels Drainage & Prouting Details.
(1 Lembar)
Ramganga River Project.
Lampiran 6
Beas Stulej Link Lay-Out
(1 Lembar) Lampiran 7
Kelebihan galian pada beberapa terowongan acxial brown
(1 Lembar) Lampiran 8
Beban batuan yang diambil dalam mendesain penyangga baja
(1 Lembar) Lampiran 9
Beban batuan pada penyangga
(1 Lembar) Lampiran 10
Penyangga menerus
(1 Lembar) Lampiran 11
Penerapan lapangan sistem penyangga modern
(1 Lembar) Lampiran 12
Beberapa terowongan tenaga air besar dengan lining beton
(1 Lembar) Lampiran 13
Hubungan pemakaian penyangga dengan beban batuan
Lampiran 14
Pemilihan bentuk terowongan
xi
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
DESKRIPSI SINGKAT PENGEMBANGAN MODUL PELATIHAN AHLI DESAIN TEROWONGAN SDA
1. Kompetensi kerja yang disyaratkan untuk jabatan kerja Ahli Desain Terowongan SDA (Tunnel Design Engineer) dibakukan dalam Standar Kompetensi Kerja Nasional Indonesia (SKKNI) yang didalamnya telah ditetapkan unit-unit kompetensi, elemen kompetensi, dan kriteria unjuk kerja sehingga dalam Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA unit-unit tersebut menjadi Tujuan Khusus Pelatihan. 2. Standar Latihan Kerja (SLK) disusun berdasarkan analisis dari masing-masing Unit Kompetensi, Elemen Kompetensi dan Kriteria Unjuk Kerja yang menghasilkan kebutuhan pengetahuan, keterampilan dan sikap perilaku dari setiap Elemen Kompetensi yang dituangkan dalam bentuk suatu susunan kurikulum dan silabus pelatihan
yang
diperlukan untuk memenuhi tuntutan kompetensi tersebut. 3. Untuk mendukung tercapainya tujuan khusus pelatihan tersebut, maka berdasarkan Kurikulum dan Silabus yang ditetapkan dalam SLK, disusun seperangkat modul pelatihan (seperti tercantum dalam Daftar Modul) yang harus menjadi bahan pengajaran dalam pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA.
xii
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
DAFTAR MODUL MODUL NOMOR
: TDE. 06
JUDUL
: KRITERIA DESAIN TEROWONGAN
Merupakan salah satu modul dari : NO.
KODE
JUDUL
1.
TDE. 01
Etika Profesi, Etos Kerja, UU Jasa Konstruksi Dan UU SDA
2.
TDE. 02
Sistem Manajemen K3 Dan RKL, RPL
3.
TDE. 03
Pengenalan Survai Dan Investigasi
4.
TDE. 04
Pengenalan Dokumen Tender Dan Dokumen Kontrak
5.
TDE. 05
Pengenalan Manual O & P
6.
TDE. 06
Kriteria Desain Terowongan
7.
TDE. 07
Perhitungan Desain Terowongan
8.
TDE. 08
Metode Menggambar Teknis
9.
TDE. 09
Dasar-Dasar Manajemen Proyek
xiii
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
PANDUAN PEMBELAJARAN PELATIHAN
: AHLI DESAIN TEROWONGAN SDA
JUDUL MODUL : KRITERIA DESAIN TEROWONGAN
KETERANGAN
KODE MODUL : TDE. 06 DESKRIPSI
: Materi ini terutama membahas kriteria desain terowongan pada pekerjaan desain di bidang sumber daya air yang meliputi tahapan proyek, tahapan
survai,
investigasi
dan
desain
terowongan serta tahapan desain terowongan. Serta
kriteria
desain
terowongan
yang
di
dalamnya berisi tentang : - Klasifikasi Terowongan - Geologi Dan Mekanika Batuan - Teori Tekanan Pada Terowongan Batu - Instrumentasi / Peralatan Mekanik Batuan - Desain Pada Peta Pengukuran - Hidrolik Desain - Ukuran Terowongan Yang Ekonomis - Sistem Penyangga Dan Desainnya - Desain Terowongan Lining - Bangunan Pelengkap - Saluran Pembawa Irigasi - Kolam Olak
TEMPAT KEGIATAN
: Dalam
ruang
kelas
lengkap
dengan
fasilitasnya WAKTU KEGIATAN
: 8 jam pelajaran (1 JP = 45 menit)
xiv
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
KEGIATAN INSTRUKTUR
Kriteria Desain Terowongan
KEGIATAN PESERTA
PENDUKUNG
1. CERAMAH : PEMBUKAAN
Menjelaskan Tujuan Instruksional (TIU & TIK)
Merangsang motivasi peserta dengan pertanyaan atau
Mengikuti penjelasan TIU
dan TIK dengan tekun dan aktif Mengajukan pertanyaan apabila kurang jelas
OHT No.4
pengalamannya dalam penerapan tahapan desain terowongan dan kriteria desain terowongan
Waktu : 5 menit Bahan : Lembar tujuan
2. CERAMAH : PENDAHULUAN
Gambaran tahapan desain terowongan dan kriteria desain terowongan
Menjelaskan maksud dari tahapan desain terowongan
Mengikuti penjelasan
OHT No. 6 - 7
instruktur dengan tekun dan aktif Mencatat hal-hal yang perlu Mengajukan pertanyaan bila perlu
Menjelaskan maksud dari kriteria desain terowongan
Waktu : 10 menit Bahan : Materi serahan (bab 1 Pendahuluan)
xv
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
KEGIATAN INSTRUKTUR
Kriteria Desain Terowongan
KEGIATAN PESERTA
3. CERAMAH : Tahapan Desain
OHT No. 8 - 14
terowongan ♦
Tahapan proyek (SIDLACOM)
♦
Tahapan SID proyek
♦
Tahapan desain terowongan
Menjelaskan tahapan proyek (SIDLACOM), SID terowongan Menjelaskan tahapan desain terowongan Menjelaskan tahapan : o Penentuan lokasi rencana terowongan o Pra rencana terowongan o Final desain terowongan
PENDUKUNG
Mengikuti penjelasan
instruktur dengan tekun dan aktif Mencatat hal-hal yang perlu Mengajukan pertanyaan bila perlu
Waktu : 35 menit Bahan : Materi serahan (bab 2 Tahapan Desain terowongan)
4. CERAMAH : Kriteria Desain Terowongan ♦
Pendahuluan
♦
Klasifikasi Terowongan
♦
Geologi dan Mekanika Batuan
Mengikuti penjelasan
OHT No. 15 – 20
instruktur dengan tekun dan aktif Mencatat hal-hal yang perlu Mengajukan pertanyaan bila perlu
Waktu : 40 menit Bahan : Materi serahan (bab 3 Kriteria Desain Terowongan) o
Sub bab 3.1, 3.2, 3.3
xvi
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
KEGIATAN INSTRUKTUR
Kriteria Desain Terowongan
KEGIATAN PESERTA
5. CERAMAH : Kriteria Desain
OHT No. 21 - 111
Terowongan ♦
Teori Tekanan Pada Terowongan Batu
♦
Instrumentasi / Peralatan Mekanika Batuan
♦
Desain Pada Peta Pengukuran
♦
Hidrolik Desain
♦
Ukuran Terowongan Yang
PENDUKUNG
Mengikuti penjelasan
instruktur dengan tekun dan aktif Mencatat hal-hal yang perlu Mengajukan pertanyaan bila perlu
Ekonomis ♦
Sistem Penyangga Dan Desainnya
♦
Desain Terowongan Lining
♦
Bangunan Pelengkap
♦
Saluran Pembawa/ Irigasi
♦
Kolam Olak
Waktu : 270 menit Bahan : Materi serahan o
Sub bab 3.4, 3.5, 3.6, 3.7, 3.8, 3.9, 3.10, 3.11, 3.12, 3.12
xvii
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
MATERI SERAHAN
xviii
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1
Tahapan Perencanaan Terowongan Tahapan Perencanaan Terowongan merupakan bagian dari modul kriteria desain terowongan, dimana tahapan perencanaan terowongan ini dimaksudkan sebagai panduan dalam pelaksanaan perencanaan terowongan. •
Berdasarkan pengalaman pada tahun-tahun yang lalu dan pengaruh kemajuan teknologi pada bidang-bidang lain yang berhubungan dengan pengembangan proyek maka dirasa perlu untuk memperhatikan cara penanganan yang lebih sistematis terarah dan terencana baik.
•
Untuk ini diberikan gambaran urutan penanganan pengembangan proyek terowongan secara sistematis dan mencoba memberikan prosedur (tahapan) secara berurutan kegiatan atau pekerjaan apa yang perlu atau harus dilakukan sebelum kegiatan lain.
1.2
Kriteria Desain Terowongan Kriteria desain terowongan juga merupakan bagian dari modul kriteria desain terowongan, dimana kriteria desain terowongan ini dimaksudkan sebagai dasar atau standar dalam desain terowongan yang dalam hal ini sebagian besar diambil dari Desain Of Tunnels For Water Resources Development oleh Prahlad Das (Profesor Design (Civil) WRDTC) dan sebagian lagi dari Standar Kriteria Perencanaan Irigasi.
1-1
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
BAB II TAHAPAN PERENCANAAN TEROWONGAN 2.1
Umum Berdasarkan pengalaman pada tahun-tahun yang lalu dan dipengaruhi oleh kemajuan teknologi pada bidang-bidang lain yang berhubungan dengan pengembangan proyek maka dirasa perlu untuk memperhatikan cara penanganan yang lebih sistematis, terarah dan terencana baik. Karena semangat membangun yang menyala-nyala kadang-kadang lupa akan sistematika penanganan pembangunan suatu proyek. Hal ini sering mengakibatkan adanya kesulitan, ketidak lancaran dan hambatan dalam pelaksanaan program tersebut (dari over positif menjadi negatif). Sebagai contoh, membangun daerah irigasi langsung digali salurannya dan dibuat bangunanbangunannya berdasarkan pengamatan mata di lapangan, padahal pengukuran belum diadakan. Atau setelah jaringan irigasi dibangun ternyata air yang tersedia tidak mencukupi terhadap kebutuhan daerah irigasi yang direncanakan. Dan banyak contoh lain yang semuanya disebabkan karena kurang sistematisnya pelaksanaan program. Untuk ini diberikan gambaran urutan penanganan pengembangan proyek secara sistematis dan mencoba memberikan prosedur (tahapan) secara berurutan kegiatan atau pekerjaan apa yang perlu atau harus dilakukan sebelum kegiatan lainnya. Prosedur tersebut diberikan terutama pada tahap perencanaan teknis saja. Akan tetapi untuk memberikan gambaran yang bersifat informatif maka diberikan pula kegiatankegiatan sebelum dan sesudahnya secara garis besar.
2.2
Tahapan Proyek Di dalam menangani setiap proyek kita kenal yang disebut SIDLACOM, suatu singkatan dari : S =
Survey (Perencanaan Umum)
I
Investigation (Pengukuran/ Penyelidikan)
=
D =
Design (Perencanaan Teknis)
LA =
Land Acquisition (Pembebasan Tanah)
C =
Construction (Pelaksanaan)
O =
Operation (Exploitasi/ Operasi)
M =
Maintenance (Pemeliharaan)
2-1
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
SIDLACOM inilah yang dipakai sebagai pedoman pelaksanaan pengembangan. Singkatan ini disebut sedemikian rupa sehingga secara garis besar sudah merupakan urutan dari pada kegiatan yang perlu dilakukan. Dikatakan disini perlu dilakukan karena kadang-kadang ada beberapa kegiatan yang ditiadakan berhubung sesuatu hal yang sangat penting misalnya segi politik atau keamanan. SIDLACOM sudah merupakan suatu urutan dari kegiatan, karena misalnya suatu desain baru dilakukan setelah adanya investigasi sebagai data yang dipakai untuk perencanaan teknis (Design). Akan tetapi secara detail, suatu bagian kegiatan yang termasuk dalam salah satu kelompok pekerjaan (misalnya kelompok pekerjaan survai) kadang-kadang dilakukan ditengah-tengah kelompok pekerjaan lain, sehingga terdapat saling seling (intermitten) sebagai contoh dari flowchart. Seperti terlampir dapat dilihat bahwa khususnya mengenai kegiatan survai dan investigasi terdapat saling seling dengan kegiatankegiatan lainnya yang termasuk dalam tahap desain. Hal ini dimungkinkan karena sesuatu investigasi baru dapat dilakukan setelah lokasi ditentukan. Sedangkan penentuan site ini termasuk dalam kegiatan desain. Oleh karena itu, diatas telah disebutkan bahwa SIDLACOM merupakan pedoman secara garis besarnya saja. 2.3
Tahapan Survai, Investigasi dan Desain Terowongan Dengan penjelasan diatas, maka sebagai contoh untuk proyek terowongan pada tahap perencanaan (SID) dibagi menjadi 2 tahap yaitu tahap studi dan tahap perencanaan teknis. Kedua tahap ini diuraikan lagi menjadi taraf, di bawah ini dijelaskan ciri-ciri utama dari tahap / taraf tersebut. Tabel 2.3.1. TAHAP / TARAF DAN CIRI-CIRI UTAMA
TAHAP/ TARAF
CIRI-CIRI UTAMA
1. TAHAP STUDI 1.1 Taraf Studi Awal
- Ide
untuk
membangun
terowongan,
dirumuskan di kantor berdasarkan Rencana Pengelolaan Sumber Daya Air di Wilayah Sungai serta disesuaikan dengan RTRW Nas/ Prop/ Kab/ Kota.
2-2
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
TAHAP/ TARAF 1.2 Taraf Studi Identifikasi
CIRI-CIRI UTAMA - Identifikasi nama
proyek
proyek,
pemberitahuan
dengan
Luas
menentukan
daerah
kepada
proyek,
instansi-instansi
pemerintah yang berwenang serta pihakpihak lain yang akan dilibatkan dalam proyek tersebut. - Pekerjaan-pekerjaan
teknis
dan
perencanaan, dilakukan di kantor dan di lapangan. 1.3 Taraf Studi Pengenalan
- Kelayakan teknis dari proyek yang sedang dipelajari - Komponen
dan
aspek
multisektor
dirumuskan - Penjelasan mengenai aspek-aspek yang belum dapat dipecahkan selama identifikasi - Penentuan ruang lingkup studi yang akan dilakukan lebih lanjut - Pekerjaan lapangan dan kantor oleh tim yang terdiri atas orang-orang dari berbagai disiplin ilmu - Perbandingan proyek-proyek alternatif dilihat dari segi perkiraan biaya dan keuntungan yang dapat diperoleh - Pemilihan alternatif untuk dipelajari lebih lanjut - Penentuan pengukuran dan penyelidikan yang diperlukan 1.4 Taraf Studi Kelayakan
- Analisis kelayakan dari segi teknis dan ekonomis
untuk
proyek
yang
sedang
dirumuskan - Menentukan batasan/ identifikasi proyek dan sekaligus
menetapkan
prasarana
yang
diperlukan - Mengajukan program pelaksanaan
2-3
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
TAHAP/ TARAF
CIRI-CIRI UTAMA - Ketepatan yang disyaratkan untuk aspekaspek
teknis
ketepatan
serupa
yang
dengan
tingkat
disyaratkan
untuk
perencanaan pendahuluan - Studi kelayakan membutuhkan pengukuran topografi, secara
geoteknik ekstensif
dan
kualitas
sebagaimana
tanah untuk
perencanaan pendahuluan 2. TAHAPAN PERENCANAAN 2.1 Taraf Perencanaan Pendahuluan
- Membutuhkan foto udara (kalau ada), peta situasi
hasil
pengukuran,
penyelidikan
geologi dan mekanika tanah. - Pembuatan rencana
tata
letak
terowongan,
terowongan, pra perhitungan
debit
banjir dan debit rencana. - Kegiatan kantor dan pengecekan lapangan dilakukan secara ekstensif 2.2 Taraf Perencanaan Detail Akhir
- Penyiapan prarencana terowongan - Penyelidikan uji model hidrolis - Penyesuaian
prarencana
terowongan
terhadap hasil uji model hidrolis - Pembuatan perencanaan detail akhir
2.4
Tahapan Masing-masing Pekerjaan Desain Terowongan Untuk ahli desain terowongan yang harus diketahui adalah seperti di bawah ini : 2.4.1
Tahapan Penentuan Lokasi Rencana Terowongan Bila dalam paket kontrak ada Penentuan Lokasi Rencana Terowongan maka tahapan/ urutan pekerjaannya dapat dilihat pada (Gambar 2.1 Flowchart Penentuan Lokasi Rencana Terowongan).
2.4.2
Tahapan Pra Rencana Terowongan Bila dalam paket kontrak ada Pra Rencana Terowongan maka tahapan/ urutan pekerjaannya dapat dilihat pada (Gambar 2.2 Flowchart Pra Rencana Terowongan)
2-4
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
2.4.3
Kriteria Desain Terowongan
Tahapan Final Desain Terowongan Bila dalam paket kontrak ada Final Desain Terowongan maka tahapan/ urutan pekerjaannya dapat dilihat pada (Gambar 2.3 Flowchart Final Desain Terowongan)
Start Lokasi Masukan dari Publik dan Instansi Terkait
Lokasi Masukan di Plot Dalam Peta Top Cart
Tidak
Ass/ diskusi Ya
Data RTRW dan RP SDA WS
Lokasi Masukan Disesuaikan dengan RTRW dan RP SDA WS Tidak
Ass/ diskusi Ya
Persiapan Konsultasi Publik dan Cheking Lapangan
Pengumpulan Data Untuk Persyaratan
Cheking Lapangan
Konsultasi Publik dan Lembaga Terkait
Analisa Identifikasi tentang Persyaratan
Tidak
Ass/ diskusi Ya
Peta Lokasi Final Rencana Terowongan
Cetak/ Jilid
Penyerahan hasil Pekerjaan
Keterangan: Start Aktivitas Asistensi/ Diskusi Penyerahan
Gambar 2.1
Flowchart Penentuan Lokasi Rencana Terowongan
2-5
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Start Pengumpulan Data Pra Rencana Lokasi Terowongan Orientasi Lapangan
Cheking : Hidrolik, Sungai, Geologi, Hasil Pengukuran
Diskusi dengan PU/ Petani Pemerintah Setempat
Penentuan Lokasi Terowongan
Inception Report
Diskusi/ Program Kerja
Kriteria Desain(D.C)
Tidak
Ass/ diskusi Ya
Analisa Data Hidrologi, dll
Tidak
Perhitungan Pra
Penggambaran Pra
Rencana Terowongan
Rencana Terowongan
Ass/ diskusi Ya
Final Perhitungan Pra Rencana Terowongan
Tidak
Final Penggambaran Pra Rencana Terowongan
Ass/ diskusi Ya
Cetak/ Jilid Keterangan: Start Aktivitas Asistensi/ Diskusi
Penyerahan hasil Pekerjaan
Penyerahan
Gambar 2. 2 Flowchart Pra Rencana Terowongan
2-6
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Start Pengumpulan Data
Hasil Pra Rencana Terowongan
Hasil Penyelidikan GT/ MT
Hasil Model Test Terowongan
Konsep Final Desain Terowongan
Tidak
Ass/ diskusi Ya
Orientasi Lapangan
Cheking Hasil Pengukuran
Cheking GT/ MT
Penentuan Final Lokasi Terowongan
Diskusi dengan PU, Pemerintah Setempat
Inception Report Diskusi Program Kerja
Kriteria Desain
Tidak
Ass/ diskusi Ya
Perhitungan Hidrologi/ Hidrolik Terowongan
Pemilihan Jenis Konstruksi
Tidak
Perhitungan Stabilitas Terowongan
Penggambaran Final Terowongan
Ass/ diskusi Ya
Perhitungan Volume
Perhitungan RAB
Program Pelaksanaan Spesifikasi Teknis
Draft Report
Tidak
Ass/ diskusi Ya
Cetak/ Jilid Keterangan: Start Aktivitas
Penyerahan hasil Pekerjaan
Asistensi/ Diskusi Penyerahan
Gambar 2.3
Flowchart Final Desain Terowongan
2-7
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
BAB III KRITERIA DESAIN TEROWONGAN 3.1
PENDAHULUAN Terowongan adalah bangunan dibawah permukaan tanah yang dibangun dengan cara menerowong/ menggali lobang dengan cara khusus tanpa menggangu permukaan tanah. Tujuan utama dari pembuatan terowongan secara langsung melengkapi fasilitas transportasi penumpang atau barang melalui rintangan yang nyata. Rintangan bisa berupa gunung/ pegunungan, genangan air, Kota yang padat penduduk dan daerah industri, kemudian terowongan tersebut dibangun melalui bawah gunung/ pegunungan, sungai, selat, bangunan dan jalan raya. Terowongan telah banyak memberikan andil sejak jaman dulu, semula terowongan digunakan untuk tempat berlindung, kuburan, kuil dan tambang. Setelah itu digunakan untuk jalannya aliran air, jalan kereta api, jalan raya dan untuk tujuan khusus seperti membawa surat dikota besar seperti London. Pada abad ke 20 telah dibangun di dasar laut jaringan terowongan untuk melayani tenaga listrik dan suplai air bersih/ minum. Angkatan bersenjata membangun terowongan digunakan untuk bermacam macam keperluan mulai dari menyimpan bahan peledak/ alat perang dan stasiun tenaga listrik dibawah tanah. Teknik yang moderen dalam pembuatan terowongan telah dilakukan sewaktu masa perluasan jaringan kereta api pada abad yang lalu dan mulai abad ke 20. Pembuatan terowongan untuk rencana tenaga air membawa kebutuhan baru, utamanya mengenai pembuatan terowongan dengan cepat, terowongan yang kedap air, terowongan dengan kekuatan batu itu sendiri, cara moderen dalam pengeboran dan peledakan dan mencegah kerusakan pada saat operasi. Pembuatan terowongan pada masa sekarang dapat dilakukan lebih cepat dan lebih ekonomis bila dibandingkan dengan 50 tahun yang lalu. Tekanan grouting dan tekanan udara untuk keamanan pembuatan terowongan diatur melalui tingkat tekanan air. Perbaikan/
peningkatan
mesin
pompa
telah
dilakukan
untuk mempermudah
pelaksanaan pembuatan terowongan.
3-1
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Mekanik pengeboran tambang telah mempercepat pembuatan terowongan pada batuan lunak dan tanah serta meningkatkan keamanan dan ekonomis. Walaupun pembuatan terowongan selalu mengingatkan akan mahalnya pelaksanaan dan operasinya serta memerlukan kewaspadaan yang tinggi. 3.2
Klasifikasi Terowongan 3.2.1
Tergantung dari fungsi terowongan a) Terowongan lalu lintas Berfungsi untuk lalu lintas kereta api, jalan raya, pejalan kaki, subway dan sebagainya b) Terowongan conveyance/ pengangkut Berfungsi untuk ruangan tenaga listrik, mensuplisi air, menuju ke ruangan tenaga listrik, untuk kabel listrik atau telepon dan sebagainya c) Terowongan penampungan Berfungsi untuk tempat parkir, tempat gardu listrik, tempat perlindungan, rumah toko dan sebagainya
3.2.2
Pada proyek-proyek di lembah sungai Kita tertarik dengan terowongan pada batu keras terutama hidroliknya dimana baik untuk aliran bebas atau aliran bertekanan, dilining atau tidak dilining dan mungkin untuk tujuan sebagai berikut : a) Untuk menghubungkan dari sumber ke pengguna air atau waduk b) Untuk suplisi air irigasi, peternakan, industri dan lain-lain c) Untuk mengelakan air sungai pada saat pembuatan bendungan (diversion tunnel) Ini mungkin ditutup setelah pembangunan atau sebagian atau seluruhnya dipakai untuk terowongan pengeluaran, untuk mengalirkan air irigasi atau untuk terowongan bertekanan untuk menggerakkan turbin di ruang tenaga listrik atau sebagai terowongan pelimpah untuk mengalirkan debit banjir rencana d) Untuk mengalirkan air dari pelimpah (Spillway tunnel) e) Untuk menahan tekanan, melepas tekanan, menahan pukulan air dan lainlain. f)
Membuang air dari ruang tenaga listrik yang ada di bawah tanah
3-2
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
g) Untuk melepaskan tekanan air (Surge Shafts) biasanya dilengkapi dengan bantalan untuk bila ada perubahan tekanan yang tiba-tiba didalam terowongan bertekanan hasil dari perubahan keadaan operasi turbin. Proyek lembah sungai akan juga sering menghadapi beberapa pembuatan terowongan untuk tujuan selain pengangkutan air (conveyance) yaitu untuk drainasi dan untuk pelaksanaan grouting pada terowongan untuk bendungan, terowongan penghubung untuk memfasilitasi pembuatan terowongan utama atau untuk inspeksi dan pemeliharaan, terowongan untuk melewatkan kabel dan ventilasi dan terowongan untuk membuat/ mengangkut peralatan/ mesin keruang tenaga listrik dibawah tanah. 3.3
Geologi dan Mekanika Batuan 3.3.1
Sifat sifat batuan Batuan yang paling baik adalah batuan disamping homogen juga isotropic. Walaupun batuan ada dalam tertekan secara alamiah akibat pembebanan yang lama, sifat-sifatnya dapat dibagi menjadi 2 group/ kelas yaitu : Makro geologi dan Mikro geologi. Didalam makro geologi sifat-sifat batuan harus dicatat data-data tektonik yang terjadi yang berhubungan dengan patahan, retakan/ pecahan dan lipatan, pertambahan dan penyebaran dari retakan dan belahan dengan perhatian khusus pada struktur yang dipikirkan/ direncanakan. Selimut batuan khususnya mempunyai banyak pengaruh penting terhadap elastisitas. Serupa dengan ini ialah pengaruh dari potongan campuran atau perembesan dari masa batuan. Proses kerusakan atau perubahan akibat cuaca adalah penting dan mungkin karakter dari hidrotermal, kimia dan mekanikal. Kegiatan gempa daerah mungkin berarti, begitu juga cuaca yang lalu, sekarang atau yang akan datang. Akhirnya perubahan temperatur dan perubahan geohidrologi setempat juga penting. Diantara sifat sifat mikro geologi yaitu kepadatan, perembesan, kekuatan terhadap tekan, geser dan tarik serta modul elastis, sebagai contoh : mudulus muda (Young's mudulus), mengukur tekanan dilapangan, rasio poisson/ 3-3
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
poisson's ratio, mengukur ratio antara tegangan melintang dan tegangan memanjang. Modulus elastisitas tergantung dari kepadatan dari batuan. Perubahan bentuk meningkat dengan lamanya penekanan batuan, sehingga waktu adalah faktor yang penting dalam mekanika batuan. Setelah melebihi batas limit elastisitas batuan berkelakuan seperti material plastik sampai terjadi rusak atau kegagalan. 3.3.2
Klasifikasi Batuan a) Klasifikasi batuan seperti bahan struktur dengan membuka bagian bawah permukaan tanah bukanlah hal yang mudah sebab batuan yang mempunyai sifat anisotropy khusus physical constans tidak hanya berbeda jurusan tetapi juga labil terhadap perubahan dan ditambah lagi oleh terjadinya belah atau retak dan tanah liat (Clay) pecah-pecah dan sebagainya. b) Klasifikasi secara umum berikut ini adalah setelah terzagki dan umumnya digunakan oleh para ahli kesatuan angkatan bersenjata (Zeni) Amerika. i
Hard and intact rock (Batuan yang keras dan utuh) Batuan ini tidak mempunyai retak-retak maupun retak halus dan pecah pada potongan batuan berat. Biasanya tidak diperlukan penyangga. Batuan ini termasuk batuan yang masif dan kompak.
ii
Moderately jointed rock (Batuan yang sedikit retak-retak). Batuan ini mempunyai retak retak yang tidak terlalu dekat satu sama lain dan kebanyakan masih mengikat. Mungkin masih diperlukan penyangga. Tetapi hanya pada tempattempat tertentu
iii Stratified rock (Batuan sedimen berlapis) Batuan berlapis yang mempunyai permukaan atau lapisan yang relatif mudah lepas atau terpisah disebut. Ledding plans atau bidang selimut tidak diperlukan penyangga atau perlu penyangga ringan termasuk kelas batuan sedimen. iv Blocky and seaing rock (Batuan blok/ bongkahan dan berbuih) Lengkap dengan kimia, bongkahan besar atau kecil relatif tidak stabil dengan tiga atau lebih retak-retak dan berbuih/ berpori. Diperlukan penyangga. v
Crushed rock (Batuan pecah) Batuan pecahan yang jelek dengan perubahan bentuk. Bila dianjurkan berlaku seperti batuan utuh. Bila tidak 3-4
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
dianjurkan berlaku seperti pasir yang dipadatkan dan sangat diperlukan penyangga. vi Schistocs rock (Batuan Schistocs) Batuan mika dengan tempat yang dekat, sepanjang permukaan yang pecah yang mudah terpisah dapat efektif, penyangga diperlukan tergantung dari kekerasan batuan dan penyebarannya. vii Squeezing rock (Batuan tertekan) Batuan terdiri dari mineral lempung yang
cukup
menyebabkan
batuan
menekan atau mengalir
ke
terowongan. Selalu sangat diperlukan penyangga. viii Swelling rock (Batuan Bongkah) Tidak mengalami perluasan tanpa aliran yang disebabkan tekanan mineral lempung (clay) (morillonite) atau anhydsite. Diperlukan penyangga yang berat. ix Popping rock (Batuan Popping) Batuan dengan tekanan kedalam yang berlebihan seperti yang disebabkan ledakan setempat. Biasanya terjadi pada tipe i) dan ii). Diperlukan penyangga yang ringan. Tidak ada batasan yang jelas antara katagori dan sifat-sifat batuan diatas, diantara batuan yang ada mungkin terletak diantara klasifikasi yang satu dengan yang lain. c) Berdasarkan sifat elastisnya tipe batuan dapat diklasifikasikan oleh Delarus dan Mariotti menjadi beberapa group seperti berikut : 1. Hard and solid rock (Batuan keras dan kompak) Batuan tersebut mungkin mengacu kira-kira seperti bahan yang elastis (lihat Gambar 3.3.1.a)
Gambar 3.3.1 Typical Load 3-5
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
2
Kriteria Desain Terowongan
Fissured Massive rock (Batuan kompak terbelah) Batuan mengalami perubahan bentuk yang besar sekali (pada saat pemadatan) pada pembebanan yang pertama tetapi dengan ulangan pembebanan lebih kurang berkelakuan elastis ketika beban diulangi.
3
Soft or plastic Rock (Batuan lunak atau plastis) Batuan didalam bangunan yang dihancurkan melebihi batas beban tertentu dan menimbulkan sisa (yang tidak dapat diubah) perubahan bentuk meningkat jarak setiap perputaran pembebanan secara berturut turut. Klasifikasi dibawah ini juga cocok untuk desain kapasitas seperti perhitungan matematik tiga tipe yang berbeda : a) Tipe batuan dapat digrouting b) Tipe batuan yang dapat diubah c) Tipe batuan digrouting dgn tekanan
Gambar 3.3.2 Location of Tunnels in Different Formations (After Szechy 12) 3.3.3
Pengaruh dari struktur pegunungan terhadap pembuatan terowongan. Pengaruh dari struktur terowongan di pegunungan sama sekali tidak ada pembentukan stratifikasi lebih banyak menguntungkan untuk terowongan dari pada batuan yang terdiri dari beberapa lapisan atau serpih atau masa yang berisi butir butir kecil yang bervariasi tingkat terjadinya batuan tadi. Batuan beku yang kompak sepertinya membuat masalah yang kecil/ sedikit. Batuan keras dan getas (mudah pecah/ tidak elastis) dengan tekanan yang tinggi memberikan masalah popping. Batuan dengan campuran kwarsa didalam hal pengeboran berjalan sangat lambat. Efek yang merugikan dari stratifikasi adalah lebih nyata menetapkan 3-6
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
dan mencairkan yang lebih baik dari lapisan. Arah dan kedalaman dari lapisan terhadap terowongan adalah penting dan juga terhadap jumlah dan posisi dari retakan. Batuan yang dalam dan curam biasanya memberikan masalah jauh lebih sedikit ketika as terowongan normal terhadap garis lurus, kemudian bila kedua garis tersebut sejajar atau mendekati sejajar. Batuan berlapis yang horisontal terkena jatuhan yang berat, bila retakan sejajar as terowongan, tetapi dapat stabil secara tidak terduga bila batuan itu normal walaupun pembentukan lapisan tipis. Pembentukan batuan tidak selalu konstan sifatnya untuk jarak jauh. Pembuatan terowongan dapat tiba tiba menemukan patahan atau lipatan berat dan tidak hanya menemukan bidang lapisan yang sangat luas pada kecenderungannya, tetapi terowongan mungkin melalui sejumlah perbedaan bentuk dengan permasalahannya. Dalam hal lipatan bila terowongan harus mengikuti arah yang lurus, terowongan harus selalu terletak pada antiklin hingga terowongan akan melalui potongan lipatan kemudian menurunkan tekanan, pada hal syklin terowongan akan menampakkan tekanan yang berlebihan dari kedua sisi dan dalam hal penambahan tekanan air akan ada peningkatan bahaya aliran air masuk terowongan. Patahan dengan daerah pecahannya dapat memberikan peningkatan kesulitan yang sangat serius, mungkin masih bekerja dan menyebabkan retak/ patahnya terowongan dalam hal ini mungkin sebaiknya menghindari arah/ jalur tersebut. Mungkin dialami dan masuknya sejumlah air dan mungkin dengan adanya tekanan pada saat konstruksi masalah yang serius, deviasi yang besar sekali dari terowongan mungkin membenarkan dalam usaha memotong securam mungkin dan membatasi masalah kemungkinan pengurangan panjang (sependek mungkin). Adanya lembah tertimbun mungkin mengurangi selimut batuan dibawah pengamanan minimum. 3.4
Teori tekanan pada terowongan batu 3.4.1
Pratekan Pada Batuan. Batuan alami/ asli, khususnya yang terletak jauh dibawah permukaan efektif menerima tekanan dari berat yang ada diatasnya dan dari berat dirinya sendiri. 3-7
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Tegangan sebelum dibangunnya terowongan didalam masa batuan yang disebabkan terkurungnya sisa yang terkunci/ tertimbun. Mereka mungkin menekan lebih lanjut disebabkan tekanan dari gerakan alam. Pratekan pada batuan ini disebut tekanan gunung asli, bila tekanan mencapai harga sangat tinggi jauh pada kelebihan dari titik lapangannya. Segera setelah partikel batuan berubah bergerak (pada pembukaan dari lubang
tekanan
utama
setempat meningkat lebih lanjut disebabkan
penyebaran kembali tekanan) pemindahan terjadi yang menimbulkan bentuk ledakan/ letusan batuan pada sisi dinding atau pada bagian atap/ puncak dan lantai atau aliran plastis atau krip tergantung dari perubahan bentuk karakteristik dari batuan. Pemindahan mungkin hanya pada elastis alam atau elastis limit dari batuan yang tidak melebihi dari pertimbangan tekanan grafitasi yang bekerja pada eleman dari volume pada bidang bulat plastis linier. Phillips memperlihatkan bahwa bagian dari tekanan adalah (komponen vertikal v dan komponen horisontal h). Pada kedalaman yang kecil dibandingkan dengan jari-jari dari bulatan yang diberikan oleh : v = Wr . H
(4.1)
h = K . v = {(u) / (1-u)} . v = {(1)/(m-1)} . v
(4.2)
dimana : Wr
=
Berat jenis batuan
H
=
Kedalaman vertikal
u
=
Poisson's ratio
m
=
1/u = Poisson's number
Hampir semua batuan mempunyai Poisson's ratio diantara 0,2 - 0,33. Jadi h/ v = (dari persamaan diatas didapat diantara 0,25 - 0,5). Hubungan ini tidak selalu cocok untuk batuan yang kita dapatkan dialam/ lapangan, dimana tidak selalu homogen maupun selalu elastis sekali dan mungkin tekanan dari gempa tektonik juga. Heim adalah Profesor geologi dari Zurich yang mendalami mengenai pelaksanaan beberapa terowongan besar di Alpine, mendapatkan hasil/ berkesimpulan bahwa pada kedalaman yang cukup dalam pembagian tekanan adalah tekanan air (hidrostatis) dimana K = 1 Jaeger menyetujui dengan hipotesa dari Heim tentang masa batuan jauh dibawah permukaan. 3-8
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Terzaghi dan Richart menyatakan bahwa harga dari K pada rumus diatas akan tergantung dari sifat-sifat batuan, selimut batuan, sejarah geologi dan sebagainya. Pada lapisan horisontal dari batuan sedimen, bila retakan rambut pada sudut yang benar terhadap selimut yang ada, batuan terhadap tekanan horisontal dan harga K yang mendekati nol. Penyelesaian yang sama diterapkan pada batuan beku karena pemanasan seperti basalt yang terdiri dari retak-retak halus hasil dari penyusutan pada saat proses pendinginan dan batuan beku karena pemanasan yang solid pada proses menengah beberapa batuan granite mestinya pada katagori ini. Bila proses geologi lapisan tidak terganggu dari batuan sedimen kadangkadang menghasilkan kelebihan galian (dari diameter rencana) yang tebal, harga K nya berkisar antara seperti yang dihasilkan rumus diatas dan pendekatan harganya ke satuan. Batuan metamorphic yang dibentuk pada tempat yang dalam dengan proses pengkristalan kembali pada temperatur yang tinggi dan terjadinya lipatan dan patahan oleh tekanan samping dengan arah dan intensitas yang tidak diketahui. Batuan katagori ini mungkin mempunyai harga K yang cocok dengan ketegangan bahan. 3. 4.2
Tegangan Batuan Disekeliling Terowongan Penyelesaian secara pasti untuk tekanan disekeliling lubang lingkaran media plastik pada tekanan biaxial diberikan oleh rumus berikut : r = 1/2(h + v) (1-a2/r2) + 1/2(h-v)(1-4a2/r2 + 3a4/r4).cos 2
(4.3)
o = 1/2(h + v) (1 - a2/r2) + 1/2(h - v)(1 - 3a4/r4).cos 2
(4.4)
ro = 1/2(h + v) (1 + 2a2/r2- 3a4/r4).2 cos
(4.5)
dimana :
r
=
Tegangan Radial
o
=
Tegangan Tangensial ( t )
r
=
Tegangan Geser pada permukaan r -
h
=
Tegangan horisontal = K.v = (u)/(1-u)}v = {1/(m-1)}v
v
=
Tegangan Vertikal = Wr . H
a
=
Jari-jari Lubang
r dan o =
Koordinat Polar
Keliling Lubang ( r = a ) 3-9
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
U
=
1/E[(h + v) a + 2(h + v) a cos 2
(4.6)
U'
=
( 1 - u2)2 . U
(4.7)
dimana : U
=
Perubahan bentuk Radial untuk keadaan tidak ada pengekangan dinding
U'
=
Perubahan bentuk Radial untuk keadaan pengekangan dinding lengkap
E
=
Modulus Elastisitas
u
=
Poisson's Ratio
Rumus diatas terlihat bahwa tegangan disekeliling yang terbuka bebas dari bahan elastis konstan dan (r/a hanya jarak yang cocok dari batas ke lubang) Konsentrasi tekanan sepanjang horisontal dan vertikal as terowongan pada uniaxial (k = 0) dan biaxial horisontal (K = 1) Tegangan dilapangan lihat pada gambar 3.4.1.
Gambar 3.4.1 Axial Stress Cocentration for a Circular Hole in Biaxial Stress Field [After Obert & Duvall (13)] Untuk pembebanan vertikal pada keliling dari Untuk pembebanan vertikal pada keliling dari lubang t = -v (gaya regang/ tarik) pada diameter OY dan
t = 3 v pada diameter OX dan r = 0 Untuk beban hidrostatis t = 2 v (tegangan tekan) dan r = 0 sepanjang keadaan bor. Konsentrasi tegangan secara cepat menurun dari bor dan menjadi dapat diabaikan diluar 2 atau 3 kali dimensi terowongan terbesar sebagai contoh 4a sampai 6a, pada 3 - 10
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Gambar 3.4.2 Boundary-Stress Concentration for a Circular Hole In a Biaxial Stress Field [After Obert & Duvall (13)]. gambar 3.4.2 terlihat tangensial dan pembagian tegangan geser minimum di batas luar. Grafik lengkung antara y mak dan v juga memberikan untuk K = 0 dan K = 1. Gaya geser maksimum terjadi pada arah 450 ke tangen pada setiap titik dibatas luar. 3.4.3
Mekanika Hancurnya Batuan Didalam Rongga/ Ruang. 1) Hancurnya Batuan Rapuh Disebabkan konsentrasi tegangan yang ada pada/ atau dekat permukaan di bawah tanah yang terbuka maka kehancuran/ kegagalan hampir semua seperti dimulai dari tegangan tinggi. Selain itu tekanan pada batas dari permukaan dimana mana disebabkan komponen horisontal dari tekanan asli dilapangan normalnya sebesar lebih dari v / (m-1). Juga tekanan normal ke dan pada permukaan adalah nol. Dibawah batasan ini lebih banyak batuan akan gagal seperti bahan rapuh oleh patahan pecahan yang disebabkan kelelahan ikatan antar molekul, sisa perubahan bentuk prateknya adalah nol. Seperti keadaan kegagalan/ kerusakan digambarkan terbaik oleh teori Mohr.
3 - 11
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Teori ini menetapkan bahwa material akan gagal ketika tegangan geser o pada permukaan yang pecah mencapai harga batas, tergantung dari penekanan tekanan normal o bekerja pada permukaan itu ketika tegangan tarik normal o mencapai harga batas o.
o = f ( o ) o regang / tarik = To Jadi batu akan gagal pada tegangan ketika tekanan tarik melebihi tegangan tarik yang dijinkan o atau pada tegangan geser dimana harga tekanan tekan sama dengan tegangan tekan yang diijinkan untuk batu. Sampul pecah dari mohr’s o = f (o) terlihat sebagai AB atau CD didalam diagram Mohr (Gambar 3.4.3)
Gambar 3.4.3 Mohr’s Fracture Envelope [After Obert & Duvall (13)] Sampul kira-kira berbentuk linier untuk banyak tipe batuan dan grafik lengkung untuk yang lain. Kegagalan disebabkan kelelahan ikatan antara molekul akan terjadi setiap waktu, lingkaran menyinggung sampul Mohr. Pengaruh dari tekanan pori menggantikan lingkaran Mohr dengan sejumlah tekanan pori. Perbedaan tekanan (3 - 1) dan kemiringan sisa sampul tidak diubah. 3 - 12
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
2) Kegagalan Plastik Kegagalan plastik termasuk semua tipe kegagalan yang diambil tanpa merubah volume dan kelelahan ikatan molekul sejenis (aliran, krib, plastik, longsor dan sebagainya) yang disertai oleh teori perubahan bentuk tak terbatas yang besar. Pernyataan
tekanan
pada
titik
didalam
tubuh
batuan
dimana
menghasilkan plastik adalah tentang dimulai dari sistem koordinat dimana saja, oleh karena itu fungsi dari tekanan prinsip adalah f (1, 2, 3 ) = 0 Didapat permukaan sampai tubuh batuan ditekan yang dibagi menjadi 2 daerah yaitu penghasil plastik atau adanya kebiasaan dalam keadaan elastis pada satu sisi dan kebiasaan plastik pada sisi yang lain. Kriteria Tresea tentang penghasil plastik adalah berdasarkan tegangan geser maksimum. Bila 1 > 2 > 3 tegangan geser maksimum adalah 1/2(1-3) dan Kriteria Tresea
1/2 (1-2) = Y dimana : Y adalah perkiraan menjadi
konstan untuk material. Kriteria ini sering digunakan sebab kesederhanaannya, gesekan dalam diabaikan/ dihilangkan dan oleh karena itu memberikan hasil yang pesimis untuk batuan. 3) Kegagalan Disepanjang Permukaan Yang Lemah Perubahan bentuk dan pemindahan disebabkan terjadinya longsor mekanik dimana tekanan timbul pada celah yang ada melampaui gaya gesekan pasif. 3.4.4
Penyebaran Tekanan Air Pada Batuan 1) Untuk hal yang umum dari silinder tebal dari bahan elastis yang sempurna dari jari-jari sebelah dalam a dan jari-jari sebelah luar b dan pokok tekanan kedalam yang seragam pi dan tekanan keluar po (Gambar 3.4.5).
Gambar 3.4.4 Plastis Fairlure Cycrle 3 - 13
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Gambar 3.4.5
Kriteria Desain Terowongan
Thick Wall Cylinder With Uniform Pressures On Inside and Outside Surfaces
Keadaan tekanan dan perubahan bentuk pada titik sejauh r dari pusat . Tegangan Radial = r
a 2 pi b 2 po 1 2 b2 a2
a 2 .b 2 ( po pi 2 2 b a
(4.8)
Tegangan Gelinding =
a 2 pi b 2 po a 2 b 2 ( po pi) 2 2 b2 a2 b a
o atau t
(4.9)
Tegangan Geser Tro = 0 (dimana-mana) Perpindahan Radial
2 1 a 2 b 2 po pi . 1 2 a pi b po . 1 . r (4.10) 2 2 r E (b a )
Terowongan batu dapat dipertimbangkan sebagai silinder tebal jari-jari sebelah dalam a dan jari-jari sebelah luar tak terbatas, kemudian tegangan dan pemindahan radial pada batuan disebabkan oleh tekanan air kedalam p dari rumus diatas menjadi : Tegangan radial r p
a2
2
Tegangan Gelinding t p
a2
2
(Tekan)
(4.11)
(Tarik)
(4.12)
Pemindahan Radial pada = a
3 - 14
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
pa.(1 ) pa m 1 E E m
(4.13)
Rumus diatas akan dipegang baik untuk batuan yang kompak dan keras. Untuk batuan dengan celah-celah radial, tegangan menurun kebalikan dengan r. 2) Dalam hal batuan plastis (pertimbangan St. Venant tentang elastis plastis, bahan yang mempunyai plastis yang sempurna untuk tegangan dibawah batas tertentu dan sebagai plastic yang sempurna, untuk tegangan sama dengan batas tertentu), pemecahan yang lengkap dari tegangan untuk terowongan bulat didalam tekanan hidrostatis telah diberikan oleh Fara dan Wright berdasarkan pada kriteria Tresca’s. a. Hanya Tekanan Batuan Hasil perkiraan tegangan geser merupakan beberapa fungsi tekanan yang diterapkan (penerapan tekanan). y = h’ . p
r" 2.h'.p. log e.
r a
r a
" 2.h'.p.1 log e.
Daerah Plastis C r a
(4.14)
r a
z" h'.p.1 2. log e. h' a 2 r ' p 1 2 .e(1 h' ) / h' h' a 2 ' p 1 2 .e(1 h' ) / h'
Daerah Elastis r a
(4.15)
z' 2.r. p C = a . e (a-h’) / 2.h’
(4.16)
3 - 15
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Gambar 3.4.7 Stress
Distribution
Around
Cylindrical
Tunnel
in
Elastoplastis Rock [After Obert & Duvall (13)]. Grafik dari hasil elastis plastis terlihat pada. Gambar 3.4.7 bersama dengan hasil elastis yang sempurna (h’ = 1.0). Untuk batuan plastis daerah tergangu sangat luas. b. Tekanan air kedalam (Gambar 3.4.6)
Gambar 3.4.6 Plastis Region & Elastic Region 3 - 16
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Untuk hanya tekanan air kedalam (p) rumus diatas menjadi :
r a
r" 2h' p. log .e p r a
" 2h' p.(1 log .e ) p
Daerah Plastis C r a (4.14.a)
r a
z" h' p.(1 2. log .e ) p r ' h' p.
a2
2
' h' p.
.e.(1 h' ) / h'
a2 .e.(1 h' ) / h' r2
Daerah Elastis r C
(4.15.a)
z' 0 Rumus 4.16 sisa yang tidak diganti Bila h’ = 1 (untuk batuan elastis saempurna) C = a Kemudian :
r ' p
a2 r2
r ' p
(Tekan)
a2 r2
dan
(Tarik)
Contoh sama seperti rumus 4.11 dan 4.12 3.4.5
Tegangan sekitar Terowongan Bertekanan Pembagian/ komponen tegangan yang nyata disekeliling batuan adalah tekanan
terowongan
didapat
dengan
menambahkan
tegangan
yang
disebabkan oleh penekanan batuan (sub bab 3.4.2) dan oleh tekanan air (sub bab 3.4.4). Akan terletak bahwa untuk tekanan hidrostatis batuan (Teori Heinz). Bila tekanan air p sama dengan pra tegangan tekan p*, keadaan umum batuan, sebelumnya penggalian dari batuan akan diperbaiki. Untuk keadaan pra-tegangan yang lain posisi akan berbeda. 3.4.6
Kebutuhan kelebihan galian batuan pada terowongan bertekanan. Keadaan p < p* peranan peraturan sangat menonjol untuk kelebihan galian minimum diatas terowongan. H = Fs . h / Ws 3 - 17
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Dimana :
H
Kriteria Desain Terowongan
= Menunjukkan dalamnya kelebihan galian
Ws = Berat jenis batuan h
= tinggi tekanan air dan
Fs = Faktor keamanan Bila Fs = 1 terowongan masih aman, disediakan bahwa batuan berkualitas baik dan geolagi mempunyai lapisan tidak menyerapkan air dari terowongan. Didalam hal yang paling banyak, bila ada keraguan mengenai kwalitas dari batuan dan berbahaya terhadap peresapan, harga dan Fs diantara 2,5 sampai 5, mungkin lebih baik diambil untuk kemanan yang paling tinggi. Kebanyakan tergantung dari garis tinggi dari bawah tanah diatas terowongan dari pada informasi geologi detail. Peraturan yang sangat menonjol adalah hanya berdasarkan pada keamanan dan pada uplift. Diperlukan pengecekan keamanan dari batuan dan juga kerusakan dengan tegangan tarik yang melebihi yang diijinkan. Pertimbangan batuan keras pada kedalamannya (H – x) dibawah permukaan (gambar 3.4.8).
Gambar 3.4.8 Fissured Rock [After Jaeger (12)] 3 - 18
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Tegangan tekan disebabkan karena pra-tekan dari batuan.
v Wr .(H x)
h K.Wr .(H x) dengan K < 1 Selain dari itu pada jarak x dari pusat terowongan, tegangan tarik bundaran/ keliling t disebabkan tekanan air.
t p.(a x ) 2 r Tidak akan ada pecah karena tegangan tarik pada kedalaman (H – x1) bila t < h atau p (a/x1)2 < k Wr (H – x1). Subtitusi :
x1 = H / n p = 1 . w . H dimana w = berat jenis air kemudian 1 < (H/a)² . K.(Wr/w).(n-1)/n3
Perhitungan diatas tegangan tarik yang diijinkan dari batuan f pada kedalaman (H – x1) sudah dihilangkan. Pengaruhnya tidak cukup besar bila H > 100 meter. Untuk kedalaman yang kurang batuan meningkat hasilnya. Bila kekuatan dari batu dipertimbangkan rumus menjadi :
H 2 Wr n 1 f .H 1 K 2 2 a w a3 a n (4.17) Keadaan batuan pada kedalaman (H - x1), batuan tidak meningkat hasilnya.
r p.(a x1) 2 LW 1.(H x1)
(4.18)
Pada batuan yang pecah (gambar 3.4.9) dengan pecahan radial tegangan menurun kebalikan dengan x. Keadaan sekarang dipertimbangkan bahwa pada kedalaman x2 = H/n diatas pecahan garis pusat terowongan yang disebabkan oleh tegangan lingkaran tarik tidak akan terjadi atau :
p
a 2.n 1 K ( H x2).Wr f x2
atau : 3 - 19
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Wr H n 2 f . 2 w a n n.wa
2 K
(4.19)
a .L.Wr .(H x 2) x2
dan untuk keamanan melawan uplift p
(4.20)
Pada kedalaman yang lebih dalam dengan f kecil dan dapat dihilangkan bila dibandingkan dengan p.
1 H 2 n.a Biasanya rumus 4.17 dan 4.19 menentukan lebih keras keadaannya dari pada uplift (Rumus 4.18 dan 4.20). Oleh karena itu pencegahan pecah-pecah pada batu adalah keadaan diluar keputusan keadaan kelebihan galian. Bila terowongan di lining, tekan harus dipertimbangkan runtuhnya dari batu ke lining. Perhitungan serupa dapat dibuat untuk batuan plastis dengan batuan rumus pada sub bab 3.4.4. Menghilangkan tegangan tarik dari batuan dan membuat perkiraan bahwa k = 0,7, berat jenis batu = 2,5 dan n = 3 (keamanan ditentukan pada titik H/3 dari pusat terowongan) kita dengan hasil-hasil berikut : Rasio dari selimut
Rasio yang diijinkan minimum dari tekanan
batuan dan radius
hidrodinamik tinggi kedalam selimut batuan
terowongan (H/a)
batuan keras
batuan pecah
Batuan plastis
5
3,2
1,95
1,88
10
13
3,9
3,4
100
1300
39
8,2
Daftar diatas dengan jelas terlihat sangat penting dari kualitas batuan dan kekuatan batuan. Bila menentukan kebutuhan kelebihan galian untuk mencegah tekanan terowongan. Batu plastis mungkin kokoh kurang aman dari pada batuan pecah. Batuan pecah kurang aman dari pada batuan kompak, yang juga penting yaitu meningkatkan kekuatan batuan dengan jalan grouting.
3 - 20
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Gambar 3.4.9 Fissured Rock 3.5
INSTRUMENTASI / PERALATAN MEKANIK BATUAN 3.5.1
Tujuan dari peralatan mekanik batuan diterowongan ada 2. 1) Menyediakan data dasar untuk desain terowongan dan liningnya serta penyangganya 2) Menyediakan data untuk kontrol keamanan dan ekonomis dari penyangga terowongan selama penggalian Disamping data geologi, informasi yang dibutuhkan untuk mencapai hal tersebut diatas adalah : a. Tekanan pada masa batuan b. Tegangan yang diijinkan untuk masa batuan dan sepanjang permukaan yang lemah c. Mudulus perubahan bentuk dari masa batuan d. Tekanan dan beban pada penyangga dan lining
3.5.2
Instrumentasi/ Peralatan Untuk Mengukur Perubahan Bentuk. Untuk mengukur perubahan bentuk akibat tekanan, digunakan tipe peralatan sebagai berikut : 1) Mesin
pengukur
perubahan
bentuk
(Mechanical
deformeter
atau
Extentionmeters) (Sensing device - Micrometer head, dral gauge) dan sebagainya 2) Linear variable differential transformer, a transducer untuk pemindahan ukuran kecil pada perubahan kecepatan listrik
3 - 21
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
3) Pengukuran tekanan dengan tahanan listrik (Electrical resistance strain gauge) 4) Pengukur tekanan dengan getaran senar atau kawat Vibrating wire or acuistic, strain gauge 5) Optical strain gauge (pengukuran tekanan optik) 6) Photo elastic strain gauge (pengukur tekanan photo elastis) Pengukuran tekanan sangat sensitif tetapi mempunyai beda jarak yang sangat kecil Alat yang biasa digunakan untuk mengukur bermacam-macam tekanan dengan
kesensitipannya,
jarak
dari
pengukur
panjang
dan
panjang
pengukurannya adalah : Tabel : 3.5.1. Daftar Alat Pengukur Tekanan
Tipe Alat
Strain Jarak Jarak Sensitivity Magnific Panjang Pengukur (Micro ation Pengukur (inches) Strain) (inches)
Dial indicator
50
750
-
0,25
Different Transformer
10
-
1/2 - 6
0,05-3,0
Resistan wire (Carlson)
2-6
1/6 - 6
Vibrating wire (Mailock)
1
2000 3000 10000
4
0,00120,12 0,004
Optical (Tackerman)
4
2500
1/4 - 4
0,0045
Photo elastic (Linear)
70
-
1-2
1'' gauge
3.5.3
-
Tekanan Pada Masa Batuan Tekanan pada batuan pada permukaan atau dekat permukaan dan didalam masa batuan dapat diukur dengan cara berikut ini : 1) Cara Santai Tekanan Penuh Prinsip cara penggunaan adalah cara tekanan melalui lobang bor inti (atau cara informasi dari lobang bor) Pada cara ini lobang bor biasanya berdiameter 1,5 inchi dibor dengan menekan batuan setiap jarak diameter terowongan atau lebih.
3 - 22
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Pada lobang ini ditetapkan alat untuk mengukur tekanan yang terjadi ketika alat pengembangan disekeliling terowongan seperti dihubungkan dari tekanan medan. Lobang didapatkan dengan jalan pengeboran lobang yang lebih besar (biasanya 6 inchi = 15 cm) disekeliling pipa bor digunakan berlian yang berdiameter lebih besar (gambar 3.5.1)
Gambar 3.5.1
Determinantion of Absolute Stress By The Over Cooring Prosedure
Ukuran
ketegangan
atau
pengukuran disusun untuk memberikan
ketegangan dalam tiga arah pada 600 dari mana pokok ketegangan dan arahnya dapat ditentukan dengan bantuan rumus 4.6 atau 4.9 tergantung dari sisi yang mendesak (untuk lobang bor normal ke dan pada permukaan rumus 4.6 akan dapat dipakai) dan mengetahui E dan u untuk masa batuan. Dengan mengulangi proses tegangan pada kedalaman yang terdalam dapat ditentukan untuk mengetahui secara lengkap pengukuran tegangan batuan paling tidak biasanya dibutuhkan 2 lobang bor. Dengan pengukuran khusus dan hanya satu lobang bor bebas tegangan didapat secara lengkap. Dengan pengukuran khusus dan lobang bor ukuran terbesar, cara ini telah digunakan untuk menentukan tegangan pada kedalaman hingga 300 feet = 90 m dari permukaan batuan 3 - 23
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
2) Cara Pengendoran Tegangan Sebagian Cara ini cocok untuk mengukur tegangan pada batuan keras, alat pengukuran perpanjangan (extensometers) atau pengukuran tegangan, disini disusun pada susunan delta (gambar 3.5.2)
Gambar 3.5.2 Stress Relieving Borehole [After Czechy (12)] Membebaskan tegangan lobang bor kemudian di bor dibagian tengah. Lobang bor harus cukup kecil dibandingkan dengan pengukuran panjang dari alat untuk hasil pengurangan tegangan tidak melebihi 1/3 dari nilai asli, sehingga penyelidikan sisa daerah adalah elastis lengkap (jadi mendekati ancer-ancer nilai E dan u yang didapat dari contoh batuan). Pada panjang samping hasil yang memuaskan 200 mm telah didapat dengan menggunakan lubang bor 56 mm 3) Cara Perbaikan Tegangan Cara ini tidak dibutuhkan untuk pengetahuan jenis jenis elastis dari batuan dan cara pengukuran tegangan yang nyata a. Cara Dongkrak Datar Atau Celah. Pada cara ini sebagian keringanan tegangan ditetapkan dengan memotong celah (pengeboran garis lobang berlebihan) mendekati ketegangan ukuran perkiraan (gambar 3.5.3)
3 - 24
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Gambar 3.5.3 Typical Flat Jack Installation Keringanan dihapuskan dengan memasukan dongkrak datar (tipe Freysinet) kedalam celah dan peningkatan tekanan Tekanan dongkrak datar pada null diambil sama dengan tekanan normal ke bidang dongkrak yang diadakan pada batuan sebelum celah patah. Panek dan Stock memperlihatkan dengan percobaan bahwa untuk keadaan ini memuaskan untuk dongkrak datar segi empat rasio L/W (gambar 3.6.3) harus lebih kecil dari 1/2. Pada setiap lokasi dongkrak datar menyimpan 3 arah tegak lurus yang menentukan dasar tekanan pada semua arah tersebut. Sebab kesulitan didalam pemotongan celah yang dalam maka caranya dibatasi dalam pemakaian alat pengukuran permulaan. Hal tersebut kurang sensitif terhadap variasi tegangan lokal dan lebih baik mengambil batuan lunak (tidak elastis) b. Cara Dongkrak Bentuk Silinder Cara ini digunakan untuk mengukur tegangan pada kedalaman. Lubang bor 185 mm dibor pertama sampai kedalaman tertentu dengan tegangan yang dibatalkan dan alat pengukur tegangan dikosongkan, dalam posisi pengendoran tenaga sebagian didapat dengan jalan pertama, kemudian merendahkan dongkrak silinder kedalam lubang, pengeboran lubang yang ada berukuran 56 mm. Dan menaikan tekanan mengosongkan pengendoran 3 - 25
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
4) Persiapan Cara Gelombang Suara Pada bahan elastis sempurna, kecepatan persiapan konstan dan bebas dari sebagian tegangan pada bahan ini tidak begitu untuk bahan yang tidak elastis sempurna seperti batuan Kecepatan telah didapat untuk meningkatkan besarnya tekanan yang umum pada batuan.
Gambar 3.5.4 Stress Determination on The Basis of Volocity of Sound Propagation (Habib & Dowance) Habib dan Dowance (gambar 3.5.4) mendapatkan bahwa perubahan kecepatan dalam presen yang kecil dari gelombang suara sesuai dengan perubahan tegangan tekan dari beberapa ratus Kg/cm 2. Demikian hubungan dapat digunakan hanya untuk perkiraan kasar. 3.5.4
Tegangan Batuan Tegangan tarik, tekan dan geser, mudulus elastis dan rasio Poisson dari contoh batuan ditetapkan di laboratorium dengan prosedur seperti untuk beton. Remuk geser pada masa batuan biasanya terletak pada sepanjang bidang yang lebih lemah dan parameter paling penting dari tegangan batuan yang diizinkan, jadi kohesi dari potongan bidang ini dan tahanan geser sepanjang permukaan longsor. Percobaan geser dilapangan dari volume batuan yang besar sangat sulit dilakukan, oleh karena itu biasanya lebih suka melakukan dalam jumlah besar percobaan pada contoh kecil di laboratorium dan mengevaluasi hasil dalam bentuk statistik. 3 - 26
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Cara tegangan kabel telah disarankan oleh Jaeger. Untuk menetapkan tegangan geser triaxial sebelum dan sesudah grouting (gambar 3.5.7).
Gambar 3.5.7
Cable Stressing Method For Inside Shear Srtength [After Jacger (2)]
Dengan kabel angker bertegangan ke batuan pada kedalaman yang cukup (Untuk minimum P = 1000 ton, kedalaman angker harus 16 m untuk tidak ada campur tangan angker lain) Pada lubang bor tegangan aksial P1 dapat diteruskan ke batuan dengan arah sejajar kabel. Tegangan P2 dengan arah tegak lurus kabel disebabkan oleh dongkrak radial yang terletak di lobang bor dekat puncak Kegagalan batuan dapat disebabkan oleh memburuknya peningkatan tekanan pada dongkrak. Mohr envelope dapat diplot dengan bervariasi rasio P2/ P1. Percobaan
dapat
dilakukan pada kedalaman yang berbeda dengan
merendahkan balok baja dan dongkrak berbentuk silinder. 3.5.5
Modulus Deformasi Modulus deformasi masa batuan dapat ditetapkan dengan cara berikut ini : 1) Percobaan Dongkrak Uniaxial Tipikal diperlihatkan pada gambar 3.5.5
3 - 27
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Gambar 3.5.5 Uniaxial Jacking Test [After Sellers (23)] Pada cara ini penerapan beban dikonsentrasikan pada daerah batuan yang sempit dan beberapa percobaan dibutuhkan orientasi yang bervariasi. Perubahan bentuk batuan diukur dengan extensometer. Cara ini cocok hanya untuk kontrol relatif 2) Percobaan Dongkrak Radial a. Peralatan USBR Perlengkapan terdiri dari 16 dongkrak datar dengan jarak yang sama disekeliling lingkaran terowongan diatas jarak perkiraan 8 feet = 200 cm dan ketegangan nya dengan struktur bingkai yang kaku didalam. Dongkrak dibebani dengan tekanan sampai 1400 Psi menghasilkan pemindahan radial dari batuan. Perpindahan diukur dengan cara memutar alat extensometer angker pada batuan dengan jarak interval yang sama antara masing masing dongkrak datar. 3 - 28
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
b. Tekanan Radial Tiwag Bagian lingkaran terowongan dengan lebar dalam 2,5 m, penggalian selama bagian atas te rowongan normal dan dilining dengan tebal lining kira kira 15 cm, panjang lebih dari 2 m untuk mempercepat pelayanan bagian pengukuran. Beban diterapkan pada ke 16 dongkrak datar panjang 1,90 m dan lebar 0,38 m, diletakan pada lingkaran dan disangga bagian dalamnya dengan papan kayu keras yang kuat dan penyangga lingkaran dari baja dengan kekerasan yang tinggi (gambar 3.5.8)
Gambar 3.5.8 The Radial Jack of The King Tiwag Dongkrak datar terbuat dari baja yang diizinkan. Menaikan tegangan bantalan kira kira 100 atm. Menetapkan bahwa batuan tetap / tak bergerak. Kemudian batuan dibebani dengan 10000 ton. Peningkatan diameter dapat diukur hanya didalam percobaan tekanan ruang normal. Dengan peralatan ini pusat pipa angker diluar kegiatan pembebanan yang terus menerus pas pada poros yang direkomendasikan. Sehingga
pada
setiap
penampang
melintang
perpindahan
radial
maksimum 16 titik di sekeliling terowongan dapat diukur. 3 - 29
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Angker batuan digunakan sebagai pengukur titik yang disisipkan melalui ruang antara penyangga lingkaran, dan dongkrak datar kedalam lobang bor. Kepala angker dibuat bentuk yang sama pada silinder dengan jari jari 1,40 m (cara penggalian harus sekasar seperti pelaksanaan kenyataan, penetapan yang benar dan diizinkan di pengaruhi oleh daerah yang dilonggarkan) Perpindahan diukur dengan per/ pegas kawat yang dibebani dan memutar alat secara normal, yang dapat dipakai dengan baik selama beroperasinya pengukuran. Pada masa batuan anisotropic perubahan bentuk tidak akan sama pada semua arah dan hal tersebut sebaiknya mempertimbangkan pengukuran perubahan bentuk maksimum. Selain itu disebabkan panjang pembebanan hanya 0,8 kali diameter bagian dalam, perubahan bentuk harus hanya 74 % dari perubahan bentuk untuk panjang terbatas dari beban untuk batuan elastis ideal, tetapi pengamatan
sebenarnya
menyatakan
sekitar
90
%
disebabkan
pelonggaran daerah (gambar 3.5.9)
Gambar 3.5.9 (After Lauffer & Seeber 24) Pengaruh perpanjangan beban pendek dapat
dihapuskan dengan
mengukur perubahan bentuk tidak hanya dalam pengukuran penampang D tetapi juga penampang melintang A dan O. Perubahan bentuk D + A + O akan memberikan perubahan bentuk untuk 3 lipatan perpanjangan beban yang mendekati harga untuk perpanjangan terbatas. Kemudian dari persamaan 4.13 E1 = {( pa ) / ( u )} . {( m+1 ) / ( m )
3 - 30
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Bagaimanapun penyebab retakan radial pada daerah pelonggaran, persamaan ini telah memberikan modulus dari batuan melebihai daerah longgar E2 dengan benar. Bila c dalam daerah yang dilonggarkan (diukur dari pusat) kemudian E2 diberikan dengan persamaan : E2 = =
{(pa) / (u)} . {(m+1) / (m) + (loge c/a)} E1 { 1 + {(m) / (m+1)} loge c/a
Perkiraan harga c dapat ditentukan oleh gempa atau cara ledakan tinggi (ultrasonic)
atau
menggunakan
MPBX
multiple
point
bore
hole
extensiometer atau perubahan titik lobang bor yang dibor dari terowongan. Setiap angker diikat kawat erat erat pada kepala alat dimulut lobang bor, kawat ditegangkan oleh ujung pegas/ per, perubahan dapat diukur dengan menggunakan alat putar atau transducers electric (gambar 3.5.10).
Gambar 3.5.10 Mechanical Reader Dalam hal ini diukur perluasan daerah batuan antar angker dengan angker lainnya. Antar angker terjadi perpanjangan didaerah pelonggaran. 3) Ruang Tekanan (Pressure Chambers) Percobaan dapat dilakukan digalian khusus galeri atau bagian dari galeri yang ada, yang dilining atau yang tidak dilining. Metode terdiri dari penutupan sebagian terowongan dengan beton plug dengan tulangan baja dan dengan memasang pipa untuk memompa air kedalam sebagian terowongan yang tertutup tadi dan memasang alat perubahan tekanan/ manometer. 3 - 31
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Pipa dibagian bawah penutup terowongan (plug) digunakan untuk mengosongkan bagian terowongan percobaan. Air dipompakan kedalam bagian terowongan percobaan, tekanan air naik selama percobaan. Perobahan bentuk elastis pada tiga atau empat tempat, diameter diukur pada beberapa penampang melintang. Diambil tindakan pencegahan yang diperlukan untuk menghapuskan pengaruh dari bervariasi temperatur (air dingin pada terowongan yang hangat). Percobaan tekanan ruangan harus dilakukan pada bagian terowongan yang dilining dengan baja atau pada bagian terowongan dilengkapi dengan pelindung kertas timah atau karet. Tekanan ruangan tanpa lining atau dengan lining beton tanpa tulangan pratekan, hasilnya pada laporan kurang dipercaya karena kemungkinan tidak dikontrolnya tekanan air batuan dibelakang lining 4) Dialtometer Pengoperasian alat ini pada prinsipnya sama dengan percobaan dongkrak radial tetapi tekanan radial digunakan pada dinding dari lubang yang dilobangi dengan berlian dan hasil hanya karakteristik bahan batuan dan tidak dari masa batuan. Contoh dari tipe ini adalah alat US Bureau dari tekanan sel silinder tambang (Mines Cylindrical Pressure Cell) Dialation diukur dari lobang bor dibawah tekanan radial dengan mengukur volume cairan hidrolik yang dimasukkan kedalam sel. 5) Cara Geophysical atau Dynamic Tabrakan dinamis bekerja pada media/ perantara menghasilkan 2 macam gelombang gempa dari kecepatan yang berbeda, tekanan/ gelombang memanjang dan melintang (pemeratan gelombang yang diberikan dengan persamaan) : V1 = [{(Eg) / (Wr)}.{(1-u) / (1+u)(1-2u)}]1/2 Vt = [{(Eg) / (Wr)}.{(1) / 2(1+u)}]1/2 Dimana : (Wr) / (g) =
(berat jenis dlm kg/cm3) / (gravitasi dalam cm/dt2)
u
(1) / (m) ( rasio Poisson )
=
3 - 32
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Diketahui berat jenis dan dengan mengukur kecepatan dari kedua gelombang, E dan u dapat ditentukan. Harga yang didapat dengan cara dinamis lebih tinggi dari pada cara statis konvensional. Cara ini bagaimanapun lebih cepat dan dapat digunakan untuk mengetahui harga relatif hingga beberapa koreksi antara harga dengan dua tipe cara / metode dapat ditetapkan. 3.5.6
Tegangan Penyangga 1) Untuk mengukur tegangan yang bekerja pada lining beton yang sudah selesai
dapat
dilakukan
dari
batang
pengukur
perpanjangan
(extensiometers) yang dipasang dengan cara radial (gambar 3.5.6) atau tekanan sel dapat dipasang diantara batuan dan lining atau alat pengukur tegangan listrik (electrical strain gauge) dapat dihitung langsung pada lining.
Gambar 3.5.6
Radial Measuring Feeler Arrangement [After Sellers (23)].
Dapat juga dibuat dari variasi mesin lainnya dan peralatan akustik / bunyi. Tekanan meter Carlson. Biasanya digunakan untuk mengukur tegangan pada beton. Kesatuan dasar adalah dongkrak datar yang diisi mercuri (dilekatkan pada beton selama dialirkan) dan tekanan didalam sel dioperasikan sepiral berlawanan. Pergerakan diamati dengan meluruskan alat ukur tegangan. Tekanan meter Photoelastic (dibangun oleh Roberts dan Hawkis) Alat ukur yang sangat praktis untuk mengukur perubahan tegangan lokal pada batuan atau beton. Ini adalah alat ukur pemasukan yang kaku cocok untuk batuan yang mempunyai tegangan kurang dari 3 x 106 Psi.
3 - 33
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Alat ukur disemen dalam lubang bor. Pada tipe alat ini ada hubungan yang konstan antara tekanan yang dimasukan dan tekanan pada plat yang bebas dari harga E Itu adalah alat ukur biaxial dan dapat menunjukan arah dan besarnya kedua tegangan dasar pada bidang datar yang tegak lurus sumbu lubang bor. 2) Beban pada penyangga baja dan pengikat batu. a. Beban sel untuk penyangga Tipe yang paling umum adalah tegangan cincin baja diukur pada silinder dan pembebanan antara dua tutup baja. Biasanya terletak dibawah kaki penyangga langsing b. Pengikat Batu Dynameters. Ini digunakan untuk penyelidikan perubahan beban pengikat dengan waktu untuk keperluan penentuan program mempererat kembali atau menentukan pengikat tambahan. Ini dapat menjerat beban sel berlobang antara kepala pengikat dan plat pengikat batuan. 3.6
DESAIN PADA PETA PENGUKURAN 3.6.1
Tata Letak (Lay Out) Sebelum ditentukan tata letak dan jalur terowongan, diperlukan penyelidikan geologi yang mendalam (geophysical surveys, test borings, test pit dan shafts, drifts dan sebagainya) yang biasa disebut penyelidikan geologi dan geoteknik. Dan pengukuran dan pemetaan dengan petunjuk dari ahli geologi. Profil geologi disepanjang jalur terowongan juga harus dibuat agar dapat menggambarkan tipe batuan dan keadaan batuan (retakan, kekerasan dan sebagainya), stratifikasi daerah patahan dan lipatan, keadaan hidrologi, sifat tegangan dan sebagainya. Profil geologi untuk terowongan tenaga listrik pada proyek listrik tenaga air Yamuna (India) tahap II dapat dilihat pada gambar 3.6.1.
3 - 34
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Gambar 3.6.1 Ramganga River Project Tata letak dan lokasi terowongan harus pada batuan keras dengan stratifikasi yang baik (telah dijelaskan pada sub bab 3.3.3). Sejauh mungkin harus cukup menjamin perlindungan bagian atas dan bagian samping dan harus mengambil rute/ jalan yang terpendek untuk mencapai tujuan, karena setiap foot atau kaki penggalian bawah tanah sangat mahal. Mungkin perlu diperhatikan terjadinya penyimpangan terowongan dari
garis
lurus yang direncanakan, dalam hal kemampuan mempertahankan semua titik titik
jalur
terowongan
rencana,
untuk
menghindari adanya patahan,
pemotongan sabuk, tekanan air atau memotongnya sedekat mungkin pada sudut yang benar. Terowongan pembawa utama Yamuna (India) pada tahap II bagian II diperlukan pengalihan jalur dari jalur yang lurus, untuk mengurangi sekecil mungkin terowongan yang berada di daerah patahan (gambar 3.6.1).
3 - 35
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Gambar 3.6.1 Ramganga River Project Mungkin lebih ekonomis membelokan dari garis lurus yang bertujuan mencapai jarak yang layak, menambah titik yang ada untuk membelokan atau manambah jalur. Dalam memilih letak portal harus sangat hati hati, yang mana bila mungkin titik dimana terdapat sedikit pelebaran galian atau dimana batuan bawah tanah bersudut curam dan geologinya baik. Bila pemotongan atau penggalian tanah tidak dapat dihindari dalamnya galian tidak boleh melebihi 20 - 25 meter. Pada keadaan geologi yang tidak baik konstruksi portal membutuhkan biaya yang mahal. 3.6.2
Kemiringan Pada terowongan dengan aliran bebas kemiringan harus cukup untuk mengalirkan debit tanpa menyebabkan kecepatan yang berlebihan, atau kehilangan energi yang berlebihan atau tanpa menambah tekanan pada terowongan.
3 - 36
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Kemiringan dasar terowongan harus seperti itu sehingga tidak ada hal yang dapat
menghasilkan
kehilangan
tekanan
akibat
gesekan
dan
pada
pemasukan, selama tidak ditutupnya ujung terowongan. Terowongan
harus
menyisakan
tekanan
positif
disepanjang
lobang
berapapun debitnya. Bila nantinya ada ada perluasan jaringan tenag atau kenaikan debit harus dipertimbangkan. Posisi dan besarnya dari surge tank (tangki sentakan) memberikan petunjuk kedua bagaimana memilih kemiringan terowongan. Dengan kemiringan berapapun sentakan pada surge tank maka tangki sentakan harus tidak pernah menjadi tertutup. Kemiringan harus diambil serendah mungkin dalam rangka menurunkan beban hidrolis pada terowongan dan biaya pelaksanaan. Terowongan bertekanan mungkin harus dikosongkan dan dikeringkan untuk inspeksi dan pemeliharaan, untuk alasan ini diberikan kemiringan positif (sekitar 1/500) pada arah ke power house (rumah turbin/ generator). Aturan untuk pelebaran galian (overburden), minimum harus diselidiki dan diamati. Kadang kadang terowongan bertekanan diperpanjang melampaui surge tank atau sampai mencapai penstok atau pipa saluran. Tekanan negatif yang timbul pada bagian ini bahaya bagi sistem hidrolik berupa ombak pukulan air negatif yang mengakibatkan terkikisnya lining, untuk ini kemiringan terowongan bagian bawah harus dipilih sehingga tidak ada tekanan negatif yang membahayakan keamanan terowongan. 3.6.3
Bentuk Potongan Melintang Pembagian tekanan kapasitas
disekeliling lingkaran terowongan telah
diperiksa pada sub bab 3.4.2 ; 3.4.4 dan 3.4.5. Berdasarkan teori elastisitas tabel berikut ini memberikan pembagian tekanan di sekeliling terowongan bentuk elip horisontal, lingkaran dan elip vertikal untuk keadaan beban batuan yang berbeda.
3 - 37
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Tabel 3.6.1. Konsentrasi Tekanan Normal t / v h/v =k
lokasi
Konsentrasi tekanan normal t/v untuk rasio sumbu yang berbeda 2a/2b 2 1/2 1 elip elip bulat as besar horisont as besar vertikal
0
dinding puncak
6 -1
3 -1
2 -1
1/3
dinding puncak
4.33 0.33
2.66 -
1.66 -
2/3
dinding puncak
4.17 0.17
2.33 1
1 2
1
dinding puncak
4 0
2 2
4
Hal tersebut pertimbangan dari struktur saat menerima hanya beban batuan pada bentuk elip dengan as besar vertikal diinginkan untuk beban vertikal yang relatif besar, bentuk elip dengan as besar horisontal untuk beban horisontal yang relatif besar dan bentuk bulat untuk beban horisontal atau yang dekat hidrostatis. Tekanan hidrostatis kedalam membuat kondisi lebih baik untuk bentuk bulat (lihat sub bab 3.4.5). Faktor yang menentukan bentuk potongan melintang terowongan disamping pertimbangan geologi dan struktur yaitu hidrolis dan kebutuhan yang praktis dan mudah dilaksanakan. Bentuk elip tidak cocok untuk penggunaan yang praktis. Bentuk yang umum digunakan biasanya bentuk tapal kuda bentuk D dan bentuk bulat. Banyak bentuk geofisik yang untuk diperkenankan, kebanyakan untuk terowongan bebas sering hanya sebagian dilining. Bentuk ini cocok untuk batuan batuan yang keras disebabkan oleh tekanan air dari dalam dan oleh tekanan batuan asli. Bila batuan cenderung bergerak/ timbul pelan-pelan atau menekan menjepit, maka potongan melintang bulat akan stabil sendiri. Tetapi terowongan bentuk bulat sangat sulit dalam pelaksanaannya terutama bila ukurannya kecil . Untuk dasar yang lebih lebar tipe tambahan lain yang cocok untuk galian dan pembebanan
adalah
bentuk
D,
Tapal
kuda atau bentuk tipe lain
diperkenankan dimana memungkinkan. 3 - 38
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Bentuk bulat (gambar 3.6.2) biasanya diperkenankan untuk terowongan yang sepertinya dapat menekan tekanan radial masuk dan keluar yang berat.
Gambar 3.6.2 Circular Section Batuan yang jelek atau yang menjepit, bentuk bulat adalah tipe yang diperkenankan untuk terowongan aliran bebas dan bertekanan, bentuk bulat adalah bentuk yang sangat cocok untuk terowongan yang bertekanan yang tinggi apalagi kalau batuannya baik atau mempunyai selimut batuan yang cukup. Barangkali bentuk paling umum yang digunakan untuk terowongan aliran bebas dan tekanan rendah pada batuan yang lebih baik adalah tapal kuda yang mempunyai atap semi bulat dengan dinding dan dasar agak melengkung. Bentuk ini memberi keuntungan dasar yang lebih datar dan lebih lebar untuk memudahkan dalam pelaksanaan tanpa mengorbankan efisiensi hidrolik yang tetap sama seperti luas potongan melintang bentuk bulat. Bila bentuk terowongan ini di lining, itu jelas kuat menahan beban dari luar. Bila keperluan struktur membutuhkan penyelesaian lining bentuk bulat, tetapi dasar yang lebih lebar dan lebih datar dibutuhkan untuk operasi pelaksanaan penyiapan bentuk tapal kuda untuk pengalian adalah jawaban yang paling baik, hal tersebut dapat dilining bentuk bulat dengan tambahan biaya yang minimum. Bermacam macam tipe bentuk tapal kuda yang digunakan dapat dilihat pada gambar 3.6,3.(a), 3.6.3.(b) dan 3.6.3.(c).
3 - 39
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Gambar 3.6.3 (A) STANDAR HORSE SHOE SECTION
Gambar 3.6.3 (B) MODIFIED HORSE SHOE SECTION
Gambar 3.6.3 (C) HORSE SHOE SECTION (MODIFIED)
Bentuk tapal kuda yang dimodifikasi pada gambar 3.6.3.(b) lebih cocok bila diperlukan penyelidikan lining dengan bentuk bulat, dan pada gambar 3.6.3 (c) bila kebutuhan pelaksanaan memerlukan dasar yang lebih datar dan lebih lebar dari pada yang disediakan oleh bentuk tapal kuda standar. Pada terowongan aliran bebas dengan batuan yang baik dan terowongan pembantu/ penolong (biasanya ukuran kecil), dimana resiko kegagalan yang disebabkan tekanan dari luar dari dari air atau batu kelining ringan adalah baik sekali digunakan bentuk D (gambar 3.6.4) dengan dinding vertikal dan dasar relatif datar.
3 - 40
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Gambar 3.6.4 D SECTION
Bentuk ini dasarnya lebih besar dan lebih datar & lebar dari pada tipe tapal kuda dan akibatnya menjadi lebih mudah dalam pelaksanaannya. Bila geologi bagian atas seperti pecah pecah alam dalam bentuk datar lebih mendekati segi empat (gambar 3.6.5) dapat digunakan.
Gambar 3.6.5 Quasi Rectangular Section Lebih baik menyiapkan potongan pada ujung sudut dengan sudut yang benar dari potongan serupa. Untuk terowongan dengan aliran bebas pada batuan yang baik penampang dilining sebagian (gambar 3.6.6) mungkin dibolehkan.
Gambar 3.6.6 Quasi Rectangular Section 3 - 41
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
3.6.4
Kriteria Desain Terowongan
Jarak Antara Terowongan Yang Berdekatan Kita telah lihat pada sub bab 3.4.2 bahwa pembagian tekanan sekeliling yang terbuka tidak cukup besar dipengaruhi oleh adanya lobang terbuka lainnya atau permukaan, bila tidak dipisahkan antara mereka dengan jarak sama dengan kira kira dua kali ukuran maksimum dari lobang terbuka. Ralyfe menyelidiki dilapangan, bahwa lebar terowongan ke dinding buttress rasio ketebalan 1 : 3 disarankan oleh Stini pada batuan keras dan dibagi atas tingkatan tingkatan yang baik dapat dikurangi menjadi 1 : 2 Untuk Proyek Ramganga, terowongan pengelak pada batuan lunak rasio minimum 1 : 2 telah dibolehkan.
3.6.5
Lengkungan Lengkungan pada jalur terowongan sejauh mungkin dihindari. Walaupun demikian dimana lengkung sangat diperlukan untuk memudahkan dalam pelaksanaan dan untuk menghindari keadaan aliran yang tak dapat dielakan dan kehilangan yang berlebihan. Panjang jari jari (dari lengkung ke pusat) harus paling sedikit 2,5 kali diameter terowongan dan lebih disukai tidak kurang dari lima kali diameter terowongan. Walaupun begitu pasti hal kesulitan pelaksanaan seperti memindahkan penutup yang panjang dan peluncur atau lengkung mungkin dibutuhkan titik pusat lengkung atau jari jari meningkat menjadi 10 kali diameter terowongan.
3.7
Hidrolik Desain 3.7.1
Faktor-faktor yang bergabung dalam perhitungan aliran alam diterowongan termasuk variabel seperti kemiringan, ukuran, bentuk, panjang dan kekasaran permukaan dari terowongan serta bentuk dan tinggi pemasukan dan pengeluaran. Pengaruh gabungan dari faktor faktor ini penentuan lokasi dari kontrol yang dalam hal ini adalah penentuan karakteristik dari debit yang mengalir di terowongan (gambar 3.7.3).
3 - 42
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Gambar 3.7.3
Kriteria Desain Terowongan
Typical Flow Conditions Diversion Tunnels on Mild and Step Slopes (After USBR 21).
Pertimbangan
pembentukan
hidrolik
terowongan.
Kemiringan
telah
didiskusikan dan dibahas pada sub bab 3.6.2. Pembentukan kriteria lain tentang mendesain hidrolik adalah : 1) Penampang harus didesain bahwa bila keadaan bergetar akan terjadi erosi 2) Luas penampang melintang harus cukup untuk membawa aliran maksimum pada ketinggian energi yang ada.
3 - 43
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Hal tersebut harus cukup besar, tidak diletakan pada terowongan dengan aliran bebas bertekanan dimana saja dan tidak menyebabkan timbulnya kehilangan tinggi energi atau mengganggu perputaran mesin (turbin dan generator) dalam hal terowongan bertekanan. 3) Dalam hal mendesain profil terowongan bertekanan. Tekanan pada terowongan harus diambil serendah mungkin dan panjang terowongan yang bertekanan tinggi sependek mungkin, dalam hal puncak/ atap dari sisanya terowongan dari panjang seluruh, terletak dibawah hidrolik gradien paling sedikit 3 meter. Dalam hal mencegah terjadinya vakum dan kemungkinan terjadinya turbulen, kavitasi dan kemungkinan kerusakan terowongan. 4) Bila profil terowongan termasuk penampang melintang mempunyai alat pengukur kemiringan, sadel lanjutan harus disiapkan dengan pintu dan terowongan pengering, sementara garis puncak gorong gorong mungkin memerlukan perlengkapan pengeluaran udara dan lobang pertukaran udara. 3.7.2
Transisi (Penghubung) Transisi dari suatu bentuk ke bentuk yang lain dibutuhkan baik oleh pertimbangan
praktek
ataupun
pertimbangan
struktur
pintu
sorong,
pemasukan dan pengeluaran ataupun pertimbangan geologi setempat dimana keadaan bawah tanah jelek mungkin mengakibatkan perubahan bentuk menjadi penampang bulat. Dalam hal memperkecil kehilangan tinggi energi/ tekan dan mencegah terjadinya kavitasi transisi harus didesain menurut standar kriteria (Small Dam bab IX atau I.S . 4860 Part III - 1968). Pada struktur bangunan yang besar transisi harus didesain final setelah uji model. Bila transisi dari profil yang tinggi dan sempit keprofil yang rendah dan lebar, mengakibatan penyempitan pada permukaan dinding dan pelebaran pada dasar yang rata, panjang transisi akan dihitung dengan sudut atau pelebaran dasar. Pada semua hal lebih baik profil-profil transisi pemasukan berjalan mulus tanpa hambatan yang berarti untuk mencegah timbulnya lubang-lubang bocoran.
3 - 44
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
3.7.3
Kriteria Desain Terowongan
Kehilangan Akibat Gesekan (untuk aliran bertekanan) 1) Dua rumus berikut adalah umum digunakan untuk mengevaluasi aliran diterowongan. Rumus Manning (aliran bebas atau bertekanan) V = ( 1 ) / ( n ) . R2/3 . S1/2
(m/dt)
V = ( 1,486 ) / ( n ) . R2/3 . S1/2
(feet/dt)
Rumus Darcy - Weisbach (hanya untuk aliran bertekanan) hf = {( f.L ) / ( D )} . {(V2) / (2g)} dimana :
(8g ) /( f ) = {(1,486) / (n)} . { R1/6 }
(f.ps)
(8g ) /( f ) = {(1) / (n)} . { R1/6 }
(meter)
Kedua rumus diatas dicatat sebagai kecepatan air diterowongan, D adalah diameter terowongan, R = Hidrolik radius (luas profil / panjang penampang basah), g = grafitasi, S = kemiringan garis energi pada terowongan bertekanan dan atau terowongan aliran bebas ; n = koefisien kekasaran dan f = kehilangan akibat gesekan. L = panjang terowongan, kehilangan tinggi energi hf = S.L Rumus Darcy mempunyai keuntungan -
Mempunyai faktor gesekan f tanpa dimensi dan cocok untuk tipe aliran semua benda cair atau gas
-
Juga kepada pokok rumus adalah perhitungan tanpa satuan ukuran
-
Russel menunjukkan bahwa factor gesekan dapat dihitung sebagai :
f p.C.Rc ( a1 2 ) dimana :
f = faktor gesekan p = konstanta Re = Reynolds number a1 = merely a number
C terdiri dari hasil pengukuran kekasaran relatif gorong-gorong dan konstanta tergantung dari sistem satuan pekerjaan Faktor kekasaran f adalah fungsi dari Reynold number dan kekasaran relatif K / D. -
Dimana K adalah kekasaran gorong-gorong rata-rata tidak uniform (semacam). 3 - 45
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
-
Kriteria Desain Terowongan
USBR lebih suka menggunakan rumus ini karena dapat menghasilkan hasil yang akurat.
-
I.S 2951 (Dam 1) - 1965 juga menganjurkan menggunakan rumus tersebut dan membuat urutan pekerjaan.
-
Urutan pekerjaan juga ada di USBR Engineering Monograph No.7 faktor gesekan untuk gorong-gorong besar dengan aliran gesek.
Untuk Terowongan dengan linning beton, nilai n pada rumus Manning dibuat tabel antara 0,010 dan 0,015. Nilai n lebih kecil untuk terowongan lebih besar. Dengan menggunakan permukaan dari beton yang membusuk nilai n meningkat. Faktor-faktor ini harus selalu diingat selama menentukan nilai n. Nilai dari n = 0,013 umumnya dibolehkan untuk terowongan lining beton yang diselesaikan dengan baik Jaeger menganjurkan n = 0,012 untuk nilai rata-rata yang baik. Untuk proses terowongan ramganga dan beas nilai dari n = 0,014 telah dipakai. Kehilangan energi untuk terowongan bentuk, bulat, tapal kuda dan bentuk D dengan nilai n = 0,013 dapat dengan mudah dibaca dari tabel 3.7.1.
Gambar 3.7.1 Values Of The Roughness Coefficient n. 3 - 46
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
2) Nilai n untuk terowongan yang tidak lining. Tergantung dari kualitas dari penyelesaian pekerjaan galian batu dan distribusi dari tebal kelebihan galian. Harus
diperkirakan
bahwa
cara
pengeboran
Swedish
dengan
menggunakan peralatan yang ringan akan menghasilkan permukaan yang lebih halus dari pada pengeboran dengan alat Amerika. Perkiraan nilai n dapat diambil seperti dibawah ini : Tabel 3.7.2. Daftar Nilai n. Permukaan Terowongan Permukaan batuan sangat keras
n 0,04 - 0,06
Terowongan batu, permukaan diselesaikan
0,025 - 0,036
Terowongan batu, diselesaikan dan permukaaan dilining
0,020 - 0,030
Kekasaran dan sejumlah terowongan tanpa lining telah dilakukan percobaan ditentukan dengan mengukur debit dan kehilangan tekanan akibat gesekan dengan ilmu dinamik udara. Tabel diatas adalah hasil yang diberikan pada beberapa percobaan diatas. Percobaan hampir sama dengan usulan granite yang kehilangan tekanan akibat gesekan mungkin diperkirakan dengan mengukur luas penampang melintang pada interval dan dihitung nilai f dengan rumus berikut ini :
f 0.002578 dimana :
Agg A.1 x100 A1
Agg dan A1 adalah luas sesuai dengan frekuensi 99 Pc dan 1Pc (atas dan bawah 1Pc akan diabaikan) 3) Jenis hidrolik pada terowongan dilining dengan beton mungkin dihitung dari permukaan beton atau bata Persamaan untuk perhitungan nilai n yang disesuaikan adalah seperti dibawah ini :
ne na pr pc nr n pr pe
3
2
1
3
3 - 47
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Dimana : nr = koefisien kekasaran untuk permukaan batu ne = koefisien kekasaran untuk permukaan beton pr = Panjang parameter batuan pc = Panjang parameter beton 3.7.4
Kehilangan Tekanan Lain Kehilangan tekanan pada sambungan, belokan transisi dan sebagainya, harus dihitung dan untuk dicatat / dijumlah. Kehilangan tekanan ini biasanya dijelaskan dalam bentuk persamaan =
V2 2g
Nilai kehilangan tekanan ini dianjurkan oleh USBR diberikan dalam desain of small dan pada outlet works (chapter IX) dan ini dianjurkan oleh PSI pada IS 4880 (Part III - 1968) 3.7.5
Terowongan Dengan Aliran Bebas Rumus Manning biasanya digunakan untuk terowongan dengan aliran bebas. Aliran maksimum untuk penampang bulat terjadi bila (H/D) ratio dari kedalaman terhadap diameter adalah 0,93. Untuk H/d = 0,80 Aliran sama seperti penuh H/d = 0,80 sering digunakan untuk menentukan tinggi bebas minim. Untuk penampang tapal kuda standar H/d ratio kedalaman diambil 0.94 dan 0.82 Bila desain kedalaman air terowongan hanya sedikit lebih kecil dari keadaan aliran maksimum, terjadi sedikit pemisahan aliran dan getaran yang akan mempengaruhi aliran. Kemudian tinggi jagaan yang cukup diperlukan Didalam Design Of Small Dam (App.B) memberikan jenis-jenis hidrolik untuk dalamnya aliran yang berbeda terowongan bulat dan tapal kuda yang dapat digunakan untuk memfasilitasi.
3.7.6
Kecepatan Aliran Yang diijinkan. Kecepatan Aliran maksimum yang dijinkan pada terowongan tergantung dari pada tujuan untuk apa terowongan tersebut digunakan. 3 - 48
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Permukaannya dan sedimen yang dikandung di air isi menganjurkan kecepatan yang diijinkan rata-rata pada terowongan yang dilining beton adalah 4,50 m/dt, yang mungkin berkurang menjadi 3,50 m/dt. Bila air membawa material yang dapat menggerus dasar terowongan. H. Prost menyarankan kecepatan berikut ini untuk terowongan tenaga air : Bentuk Permukaan
Kecepatan
Keterangan
(m/dt)
1. Permukaan Batuan yang Sangat Kasar
1,0 – 2,0
2. Permukaan Batuan yang dihaluskan
1,5 – 3,0
3. Permukaan Beton
2,0 – 4,0
4. Lining Baja
2,5 – 7,0
Harga
yg
lebih
kecil
dibolehkan Bila air membawa banyak fosil yang berarti
Disamping itu terowonganyang dilining yang membawa air yang bersih telah didesain dengan kecepatan maksimum hingga 5,5 - 6,0 m/dt (18 - 20 feet per detik). Terowongan ini dilindungi dengan cara pemakaian beton untuk lining dengan hati-hati dan yang mempunyai kekuatan yang cukup tinggi. Sering terjadi studi ekonomis dari terowongan yang sangat besar yang dilindungi mengambil harga kecepatan mendekat batas atas yaitu 6 m/det (Charles Joeger). Biasanya studi ekonomis akan menunjukkan pengaman batas kecepatan yang lebih tinggi, tinggi tekan lebih tinggi selama terjadi hentakan harga tinggi tekan dapat menjadi 2 kali lipat. Hal tersebut juga harus diingat bahwa kecepatan yang terlalu tinggi pada terowongan bertekan menyebabkan getaran pada pintu dan pipa dan hingga merusak jalannya turbin. Batasan atas tidak diterapkan pada terowongan pengelak dan pelimpah dimana kecepatan tergantung dari pada tinggi dari bangunan pelindung/ sementara atau terjunan. Diterowongan pengelak ronganga kecepatan mencapai 75 feet / detik atau 22,5 m/det.
3 - 49
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Pelimpah terowongan dari bendungan urugan batu mencapai kecepatan 75 feet/det atau 52,5 m/dt. 3.7.7
Terkuncinya Udara. 1. Adanya udara diterowongan bertekanan dapat menimbulkan masalah yang serius seperti dibawah ini : a. Penempatan tertentu kantong udara pada titik yang tertinggi pada terowongan atau perubahan kemiringan menandakan kehilangan tinggi tekanan dan pengurangan debit. b. berhentinya kantong udara pada terowongan dan pengeluaran udara dengan cepat oleh pentilasi udara dapat menyebabkan pukulan air. Akibat terjadinya tabrakan antara 2 kolom air. c. Supplai / pemberian air yang tidak teratur ke turbin mempengaruhi operasinya
dengan
turunnya
pengeluaran
dan
efisiensi,
jadi
mempengaruhi operasi generator. Timbulnya udara dinozel pelton dapat menyebabkan getaran pukulan air. Masuknya udara ke pompa dapat kesempatan menghilangkan cat dasar. d. Bila kecepatan melebihi batas yang telah ditentukan menyebabkan bagian terbesar udara akan masuk. 2. Udara dapat masuk dan tertimbul di gorong-gorong dengan cara seperti berikut ini : a. Selama mengisi udara dapat terperangkap sepanjang puncak goronggorong pada titik tertinggi atau pada perubahan ukuran atau bentuk penampang. b. Udara mungkin masuk ke permukaan baik oleh gerakan pusaran atau dengan cara loncatan air terkumpul dengan adanya pembukaan pintu sebagian. c. Udara larut didalam aliran air mungkin keluar sebagai hasil dari turunnya tekanan disepanjang gorong-gorong. 3. Pencegahan berikut ini akan diambil untuk mencegah masuknya udara kedalam gorong-gorong. a. Pusaran yang mengancam pemberian udara kegorong-gorong harus dihindari dan bila pada permukaan sebelum terowongan terjadi 3 - 50
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
pusaran, pusaran harus dihilangkan dengan bangunan pemecah energi terlebih dahulu. b. Permukaan pintu, bagian yang menghasilkan loncatan air harus dihindari c. Perangkap udara atau kantong-kantong udara disepanjang puncak terowongan harus dihindari. Bila terowongan kosong harus diisi secara perlahan-lahan. d. Harus dikontrol secara rutin, bahwa tidak ada tekanan negatif dititik pada sistim gorong-gorong atau terowongan yang ditimbulkan dari kecepatan aliran baik konstan maupun meningkat pada akhir pengeluaran. e. Bila beberapa udara masuk pada saluran pembawa, kemudian mensuplai air ke gorong-gorong/ terowongan utama, agar tidak terjadi masuknya udara, harus disediakan kolam yang membesar. Sehingga tidak ada udara yang masuk ke gorong-gorong (seperti kolam penenang) 3.8
Ukuran Terowongan Yang Ekonomis 3.8.1
Ukuran terowongan maksimum pada prakteknya akan dibentuk oleh masalah bentuk konstruksi penyangga selama dan sesudah pelaksanaan dan hal tersebut akan tergantung dari sifatnya batuan. Beberapa terowongan dari terowongan tenaga air dengan ukuran besar yaitu : Terowongan Sir A dan Beck (Niagara) yang terbuat dari beton, dengan ukuran luas penampang 146,6 meter² Terowongan Harspranget, Tail race (Swedia) terowongan tenaga air, tanpa beton dengan luas penampang 190 meter² Terowongan Stornorrfors tail race (Swedia) tanpa beton dengan luas penampang 390 meter². Ukuran
terowongan minimum
pada prakteknya tergantung pada cara
pengerjaan dalam pelaksanaan dan apakah penggalian dan pembuatan lining dilakukan secara bersamaan ukuran minimum terowongan pendek pada prakteknya kira-kira 1,50 x 1,20 meter dapat digali dengan tenaga manusia, bila digali dengan mesin penggali ukuran minimum untuk bentuk bulat diameter 1,20 meter, dan untuk segi empat 2,00 x 1,60 meter. Pada prateknya kebanyakan menggunakan peralatan walaupun dengan alat bor yang lebih besar Dalam hal
3 - 51
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
terowongan yang dilining ukuran ketebalan lining tidak akan meningkat terhadap meningkatnya diameter. Kecepatan aliran rata tidak boleh keluar dari batasan yang telah ditentukan pada sub bab 3.7.6 Dalam hal batasan yang tersebut diatas ukuran dari terowongan ditentukan berdasarkan analisa ekonomi. Analisa ekonomi dari terowongan air akan tergantung dari untuk tujuan apa terowongan tersebut digunakan. Pertimbangan ini akan berbeda untuk terowongan penghubung seperti terowongan pengelak atau terowongan ruang tenaga. Bila kemiringan tersedia berlebihan dan dari nilai kecil, terowongan mungkin dibuat terjal dan kecil untuk menghemat biaya. Menaikkan air dengan kemiring sering kali mahal Dengan tinggi energi yang cukup mungkin mempunyai nilai untuk memproduksi tenaga atau tujuan lain. Dalam hal demikian mendesain secara ekonomis diperlukan keseimbangan antara biaya terowongan dan harga atau nilai dari tinggi energi. 3.8.2
Terowongan Penghubung. Ini meliputi pelaksanaan bendungan pada sungai untuk mengalirkan debit tertentu melalui terowongan pada elevasi yang tertentu pada elevasi waduk terendah. Lihat gambar 3.8.1
Gambar 3.8.1 Terowongan Penghubung. Bila elevasi terendah dari waduk dan panjangnya terowongan ditentukan, itu jelas bahwa dua variabel yang berhubungan yaitu tinggi bendungan dan diameter terowongan. Jadi biaya kombinasi dari bendungan dan terowongan akan dihitung sistem ekonomisnya. Penyelesaian secara grafik untuk mendapatkan biaya dijelaskan pada gambar 3.8.2.
3 - 52
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Gambar 3.8.2 Grafik Perhitungan Ekonomis Ukuran Terowongan Lengkung CE mewakili biaya dari terowongan, untuk diameter yang cocok EF biaya kombinasi dari terowongan dan bendungan. Diameter ekonomis adalah kecocokan dari titik terendah G pada lengkung biaya kombinasi. Hal tersebut jelas bahwa kemiringan untuk lengkung kedua harga pada H dan J harus sama berurutan tetapi berlawanan arah, sebaliknya tangen pada G tidak akan horisontal. 3.8.3
Terowongan Pengelak Bila terowongan pengelak murni, perlu direnungkan selama pelaksananaan cofferdam, kemudian kriteria sama seperti yang telah dijelaskan diatas dapat digunakan. Tinggi cofferdam dan harganya akan berhubungan dengan diameter terowongan dan studi biaya dari bendungan dan terowongan (termasuk biaya peralatan penutupan akhir yaitu pintu plug dan sebagainya) akan memberikan ukuran yang ekonomis dari terowongan dan tinggi dari bendungan.
3.8.4
Terowongan Tenaga Listrik Pada studi proyek tenaga air untuk listrik, penentuan diameter yang paling ekonomis dari terowongan berarti penentuan diameter untuk pengembalian tahunan menjadi maksimum pada pemberian skedul operasi dan pemberian nilai KWH energi. Hal tersebut jelas bahwa pengembalian tahunan akan maksimum bila biaya pengeluaran tahunan minimum. Biaya pengeluaran tahunan total (Total annual cost) terdiri dari Biaya keseluruhan (Overall cost / Fixed cost) dikali (interes+depresiasi) dan biaya operasi & pemeliharaan serta nilai kehilangan
3 - 53
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
tenaga akibat dari gesekan pada terowongan. Setiap komponen diatas tergantung dari diameter terowongan. Oleh karena itu secara singkat : Biaya pengeluarn tahunan total (Total annual cost) = f (D) dapat diselesaikan kemudian didapat secara grafik atau secara analisis sesuai yang diinginkan. Penjelasan rumus dan penyelesai diberikan pada lampiran A Studi diatas harus dipertimbangkan terhadap : a. Ongkos pelebaran galian (Over break allowance). Total pelebaran galian untuk beberapa terowongan pada batuan yang baik diberikan pada tabel 1 diperlihatkan sebagai persentase dari luas penampang terowongan, tebal galian pelebaran sangat bermacam-macam, persentasenya semakin kecil untuk ukuran yang lebih besar. Tetapi diperlihatkan pada gambar jarak dari garis yang dibayar kegaris ratarata tebal pelebaran galian benar-benar konstan. Pada 50 terowongan dari bermacam-macam ukuran terhadap ukuran tebal pelebaran galian antara 25 cm sampai 30 cm. b. Penggunaan debit yang tersedia untuk mendapatkan kehilangan tinggi energi. Debit yang tersedia didefinisikan sebagai debit yang konstan yang akan mengalir melalui terowongan untuk satu tahun akan menyebabkan kehilangan tenaga yang sama seperti kenyataan kehilangan menurut penentuan sekedul operasi. 3.8.5
Perhitungan Diameter Terowongan Yang Ekonomis (Untuk Terowongan Tenaga Listrik) 1. Pengeluaran tahunan terdiri dari total biaya konstruksi (Fixed Cost), Biaya, operasi dan pemeliharaan dan Nilai kehilangan (Value of losses). Secara singkat bahwa dengan fungsi (D) akan didapat diameter yang minimum dan ekonimis 2. Simbol sumbol yang digunakan adalah sebagai berikut : D =
Diameter terowongan dalam meter
d
Ketebalan rata rata lining termasuk kelebihan penggalian (over
=
break) dalam meter
3 - 54
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
E =
Harga
Kriteria Desain Terowongan
satuan
rata-rata
pengalian
terowongan
(termasuk
penyangga) dalam Rp/ m 3 L
=
Harga satuan rata-rata lining concrete (termasuk penulangannya) dalam Rp/ m 3
G =
Harga satuan rata-rata grouting (sekeliling terowongan) dalam Rp/m 3
A =
Total biaya (Total Cost) untuk terowongan per meter panjang
c
=
Contingensi (terhadap total biaya pekerjaan) dalam %
s
=
Biaya supervisi termasuk biaya tak terduga dalam %
o
=
Biaya Operasi dan Pemeliharaan dalam %
Y =
Masa berfungsi terowongan (proyek) dalam tahun
P =
Faktor deprisiasi (sama dengan 1/Y cara St Line)
N =
Faktor interes (Rate of interest) dalam %
n
Koefisien kekasaran Manning
=
R =
Jari jari hidrolis rata rata dalam meter
Q =
Debit efektif dalam m 3/dt
T =
Waktu operasi per tahun dalam jam
u
=
Harga satuan listrik per kwh dalam Rp/kwh
e
=
Efisiensi keseluruhan rencana dalam %
3. Biaya Konstruksi dan Total biaya konstruksi (Fixed Cost) per meter a) Biaya Penggalian Terowongan = 22/7 (E/4 (D + 2d) 2 b) Biaya Lining termasuk penyangga = 22/7 (L/4 (D + 2d)2 - D2) c) Biaya grouting sekeliling terowongan = 22/7 . G . (D + 2d) d) Biaya Total = A = Biaya penggalian + Biaya lining + Biaya grouting A = 22/7 ( ED2/4 + D (Ed + Ld + G) + Ed2 + Ld2 +2Gd) Biaya Keseluruan meningkat oleh adanya C = contingensi dan oleh adanya S = Biaya supervisi e) Biaya Keseluruhan (Overall Cost / Fixed cost ) = A (1+c) (1+s) Hal tersebut diatas dengan anggapan harga terowongan sudah termasuk semua variasinya seperti plug, pintu dan sebagainya, dalam hal ini tidak dimunculkan karena biaya sangat kecil bila dibandingkan dengan biaya terowongan. f)
Pengeluaran tahunan (Overall charge) = A (1 + C) (1 + S) (P + N)
4. Biaya Operasi Dan Pemeliharaan (O) Biaya O & P Tahunan = O 3 - 55
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Dapat diambil sebagai persentase dari biaya keseluruhan (Overall Cost) Jadi Biaya O & P Tahunan = O = A (1+C) (1+S) (o) (per meter panjang) 5
Nilai/ Harga Kehilangan Tahunan Kehilangan yang utama adalah kehilangan akibat gesekan yang dapat dihitung dengan rumus Manning sebagai fungsi dari D Sebelumnya kita mencari harga debit efektif. Waktu kehilangan tenaga adalah sebanding dengan produk yang dihasilkan dari debit, kehilangan penggunaan dan durasi waktu untuk variasi kehilangan tekanan pada diameter khusus sebagai bujur sangkar dari kecepatan aliran dan debit. Jadi variasi kehilangan tenaga sebagai kubik dari debit dikalikan dengan waktu. Bila Q1, Q2, Q3 dan seterusnya adalah debit yang mengalir untuk waktu T1, T2, T3 dan seterusnya secara berurutan Jadi Q3.T = Q13.T1 + Q23.T2 + Q33.T3 + dst dari persamaan ini Q dapat dihitung Sekarang kehilangan tekanan disebabkan gesekan permeter panjang = h h = { (nV) / (R2/3) }2 = (n2.v2) / (R4/3) = (n2.Q2) / [{(m.D2)/(4)}2.(D/4)4/3] h = 10,2 . D-16/3 . n2.Q2 Kehilangan tenaga = 9,8 . Q . h . Eff KW Bila T = jumlah jam operasi per tahun Kehilangan tenaga tahunan = 9,8 .Q . h . T . e ( kwh/ meter panjang ) Kehilangan tenaga tahunan = 9,8 . e . Q . T . (10,2 . D-16/3 . n2 . Q2) Biaya kehilangan tenaga tahunan = 100 . e . n2 . Q3 . T . u . D-16/3
6
Perhitungan Diameter Yang Ekonomis Biaya pengeluaran tahunan total (Total Annual Cost) = f (D) = Biaya pengeluaran tahunan (Annual Charges) + Biaya O&P Tahunan (Annual O&M Cost) + Biaya Kehilangan Tenaga Tahunan (Cost of Annual Power Losses) f (D) = A(1+c)(1+s)(P+N) + A(1+c)(1+s)(o) + 100.e.n2.Q3.T.u.D-16/3 Secara singkat biasanya biaya O&P dapat dihilangkan karena nilai D dalam biaya O&P sangat kecil pengaruhnya sehingga dapat dihilangkan. 3 - 56
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Penyelesaian dengan grafik dari persamaan tersebut dapat dibuat garis lengkung antara absis D dan ordinat Biaya pengeluaran tahunan total. Dari lengkung tersebut didapat biaya pengeluaran tahunan total yang terkecil sehingga D yang ekonomis didapat. Penyelesaian secara analisis dapat dilakukan dengan mendeferensial persamaan diatas dan menyamakan dengan 0. f (D) = A(1+c).(1+s).(P+N) + A(1+c).(1+s).(o) + 100.e.n2.Q3.T.u.D-16/3 Diferensial dari persamaan diatas adalah [1/2(E.n.D)+(nd)(E+L)+(nG)].(1+c).(1+s).(P+N) = 1/3(100x16).n2.Q3.T.e.D-19/3
atau
[(2x1000)/(3xn)].(e.n2.Q3).[(T.u)/{E(1+c)(1+s)(P+N)}].D -19/3 = D+[2{d(E+L)+G}]/E Yang dapat ditulis seperti berikut : m . D-19/3 = D + K atau log e (m . D-19/3 ) = log e (D + K) atau log e (m) - 19/3 log e (D) = log e (D + K) Cukup akurat bila disubtitusi dengan logaritma seperti dibawah ini : log e (D) = {2.(D-1)} / (D+1) log e (D + K) = log e (k) + (2D)/(2k+D) Maka persamaan menjadi seperti dibawah ini : (2D)/(2k+D) + (19/3).{2.(D-1)} / (D+1) = log e (m) + log e (k) Kemudian dikali dengan (2k+D) (D+1) kita dapatkan sepert dibawah ini : 2D (D+1) + (38/3).(2k+D)(D-1) - (2k+D)(D+1){log e (m) + log e (k)} = 0 Persamaan ini adalah cara pemecahan kedua dan dapat diselesaikan dengan mudah Pada subsitusi diatas harga D yang paling kecil mendapatkan akurasi yang terbesar. Jadi untuk diameter yang besar akan lebih baik memakai persamaan dengan bentuk D/2 atau D/4
3 - 57
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
3.9
Kriteria Desain Terowongan
Sistem Penyangga dan Desainnya 3.9.1
Tekanan / Beban Batuan Pada Penyangga 1. Tipe Beban Batuan Bila lobang batuan digali pada batuan harus disangga dicek gangguan dan masa batuan, dalam rangka memelihara lobang, beban bekerja pada system penyangga dikembalikan sebagai tekanan atau beban batuan yang termasuk tekanan dinding dan tekanan dasar juga. Taksiran dari besarnya tekanan batuan menyulitkan tidak hanya oleh kesulitan yang melekat pada ramalan keadaan tekanan. Umumnya di bagian-bagian dalam dari masa batuan yang tidak uniform/ sejenis dan tegangannya (tekanan beban) jenis tetapi juga oleh kenyataan bahwa batuan dibentuk oleh variasi dari faktor lain dihubungkan dengan ukurannya dan cara penggalian dan penyangga. Tekanan batuan pada penyangga dapat diklasifikasikan menjadi tiga katagori utama berikut ini : (a) Tekanan regang disebabkan oleh kelonggaran dan sobekan masa batuan mendesak beban pada penyangga. (b) Tekanan yang disebabkan oleh bera dari masa batuan dan tekanan gempa. (c) Tekanan
membengkak
/
mengembang
yang
disebabkan
oleh
pembesaran volume dari masa batuan yang disebabkan oleh kegiatan fisik dan kimia dan tekanan gempa. Tipe-tipe dari perlawanan tekanan batuan akan tergantung dari yang utama kualitas batuan dan dalamnya terowongan 2. Teori Umum Mekanik Batuan Bila rongga/ lobang dibuka oleh proses penggalian terowongan disekitar batuan cenderung bergerak maju pada daerah yang paling lemah dari semua sisi. Konsebtrasi tekanan terjadi disekeliling yang terbuka dengan batuan tipe stabil kompak, tegangan tekan uniaxcial yang keluar meningkatnya tekanan batas tangensial selama proses menyusun kembali tekanan, keseimbangan akan terjadi pada waktu yang pendek tanpa menggunakan tambahan yang berarti dari pencegahan dan dengan perubahan bentuk yang kecil. Beban tadinya diangkat oleh penggalian bawah tanah, sekarang diangkat dengan lengkung bawah tanah sehingga pembentukan sekeliling lubang. 3 - 58
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Selain dari pada itu dengan batuan jenis fisik bagian dalam, tegangan batuan mungkin melebihi hasil kegagalan elastis atau plastis menyertai perubahan atau kegagalan disepanjang permukaan yang lemah seperti kegagalan dapat dicegah dengan menyiapkan lining atau penyangga lain. Masa batuan mempunyai tekanan radial yang cukup (pi) tidak semua tekanan batuan melebihi kelainan disekeliling batuan mempunyai beban hidrostatis yang diberikan oleh rumus berikut ini dari Fermer-TolabreKonstner 2 sin
r 1sin pi Cot C cot poa 1 sin R Pada persamaan ini pi = r dibutuhkan sisa tekanan radial C = Cohesion
= Sudut gesekan kedalam
Po = Pratekan hidrostatis pada batuan dan r dan jari-jari lobang dan daerah pencegahan secara berturut (lihat gambar 3.9.1). Lihat hal. 3-64. Batas tekanan didaerah yang dilindungi sekitar lubang menurun tetapi R meningkat dan radius bergerak maju kelubang tanpa halangan sampai kelining atau penyangga mengadakan perlawanan tegangan yang cukup pi disebut perlawanan sulit, dan terlihat akhirnya berhenti bergerak. Gesekan didalam batuan yang kecil, lining dan atau penyangga harus dekat lingkaran luar lubang dengan membalikkan dalam rangka penyelesaian tujuan. Grafik pada gambar 3.9.2 terlihat bagaimana bedanya Nilai berpengaruh seperti fungsi dari waktu T. Dengan memberi tegangan primer keadaan Po.
3 - 59
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Gambar 3.9.2 Schematic Representation of Stress Around a Circular Cavity With Hidrostatis Pressure (After Kostner). Tekanan membengkak/ mengembang yang disebabkan oleh pembesaran volume dari masa batuan yang disebab oleh kegiatan fisik dan kimia dan tekanan gempa. Tipe–tipe dari perlawanan tekanan batuan akan tergantung dari yang utama kualitas batuan dan dalamnya terowongan. 3. Sumbangan Faktor dan Beban Batuan Perkiraan bahwa terowongan mempunyai selimut yang cukup (bila selimut batuan 1,5 kali dari gabungan lebar dan tinggi atau 2,5 kali diameter lubang atau lebih, beban batuan biasanya/ katanya, bebas atau beban lebih). Pembangunan beban batuan bekerja pada penyangga berfungsi sebagai berikut : (i)
Tipe batuan dari jenis melekul-melekulnya
(ii)
Tipe pra tekan pada batuan
(iii)
Keadaan Batuan
(iv)
Bentuk dan Ukuran Lubang
(v)
Tipe
Penggalian
dan
Sistem
Penyangga
dari
Keterlambatan
Pemasangan Penyangga. Lipatan yang intensip menjadi lepas dari kehilangan tegangan atau masa batuan menghasilkan beban batuan yang lebih tinggi. Derajat yang tinggi 3 - 60
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
dari pemisahan dari liputan yang intensif pengaruh pelepasan dan kehilangan tegangan, terbukanya lipatan dan hasil timbunan bahan yang terbuka dalam pengurangan tegangan dan naiknya beban batuan. Tegangan batuan sendiri bukanlah bahan kecuali batuan yang sangat jelek. Pra-tekan pada masa batuan meningkat cenderung untuk lepas dan menimbulkan beban bila bekerja searan areal; pada kebalikan mereka mengurangi pelepasan dari beban, bila gabungan dari tekanan adalah triamerial utama. Air batuan dapat dipelihara dengan memberi minyak pada lipatan dan akhirnya menyebabkan meningkatnya beban batuan. Bentuk yang tidak cocok dari lubang dapat menyebabkan konsentrasi tekanan sudut secara teori tekanan didistribusikan ke sekeliling bukaan dari bentuk yang diberikan adalah beban ukurannya. Peningkatan ketidak stabilan dari bukaan dengan peningkatan hasil dimensinya dari kenyataan bahwa dimensi ini meningkat, kemungkinan menahan kerusakan mekanika batuan meningkat dengan harapan meningkat dalam ketidak stabilan dan beban batuan pada penyangga yang mempengaruhi terdiri dari 3 faktor : a.
Macamnya peledakan berpengaruh terhadap kelakuan masa batuan disekeliling galian lebih besar harga dan lebih besar dalam lubang peledakan menghasilkan perluasan daerah pelepasan batuan dan beban batuan lebih tinggi, mengembangnya beban batuan dalam minimum dengan pengeboran kecil.
b.
Selang waktu antara peledakan dan pemasangan penyangga adalah faktor yang sangat penting. Sebab mengembangnya beban batuan disebabkan lepasnya dan rencana kembali tekanan adalah tergantung waktu (lihat diagram lauffer untuk jarak waktu kestabilan gambar 3.9.6).
3 - 61
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Gambar 3.9.6 Action of Forces at Blocking Point 3 (Stell Support). c.
Sistem penyangga-penyangga baja, shotcrete (Pneumatically Applied Concrete - beton diterapkan dengan tekanan) dari masa batuan dan perbedaan kebutuhan waktu untuk penyiapan penyangga. Sistem penyangga baja tidak disangga secara merata / kontinu. Titik yang disangga adalah pada bagian yang lepas oleh peledakan dan diperlukan perlawanan desakan dan perlawanan yang efektif dan penyangga bekerja pada perubahan bentuk belokan disamping itu pengaruh waktu sangat besar. Sistim ini kemudian tidak mengabaikan kehilangan yang banyak dari tegangan dan timbulnya beban batuan. Dalam hal PAC. Batuan disangga dengan ceoat dan dengan menerus dan tidak dapat dipisahkan dihubungkan dengan shotcrete untuk mencegah pelepasan bahan campuran berpengaruh timbulnya daerah yang luas dari batuan didekatnya dipindahkan bersatu dengan kulit shotcrete. Itu tipis dan fleksibel dan dapat memberikan hasil kebutuhan untuk kebutuhan perlawanan penyangga minimum. Batu-batuan dimana didapat efektif juga memberikan penyangga yang cepat dan murah dan pada waktu yang sama menyebabkan tegangan selama pada batuan yang dicek secara efektif pelepasannya dan memperbaiki
tegangan
batuan yang diijinkan, tetapi menekan
beberapa batu kepada hasil.
3 - 62
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
4. Keadaan Penyebab Tegangan Batuan Sangat Berat Tekanan gamming genuine disebabkan ketika tekanan batuan sekunder bekerja pada dinding sisi menyebabkan perubahan bentuk plastis, mendesak tekanan langsung pada struktur penyangga. Perubahan bentuk yang
terakhir
untuk
beberapa
bulan
hingga
daerah
perlindungan
berkembang dengan penuh. Pada terowongan yang dalam, tekanan ini dapat mencapai harga yang sangat tinggi untuk mana tidak ada penyangga kaku yang dapat didesain. Hanya dengan cara mengizinkan daerah lindungan berkembang dengan penuh dengan menyiapkan penyangga yang fleksible dan setelah itu hanya menyiapkan lining kaku. Tekanan bengkok ditekankan pada tanah liat tertentu, pada batuan tanah liat yang busuk atau pada batuan dicampur dengan lapisan tanah liat menurut Teozaghi, sejak batuan mulai membengkak pada cara yang sama, kepada tanah liat yang disebabkan oleh tidak sama bentuk keringanan tekanan yang diproses secara intensif oleh gizi pori dihilangkan dari batuan yang berdekatan mempunyai beban lebih tinggi yang intensif. Tekanan membengkok dapat ekstrim besar dan periodenya membangun mungkin bervariasi dari beberapa minggu sampai beberapa bulan. Cara menyangga semen ini harus tidak membatasi membengkak dan linning kalau harus disiapkan hanya setelah membengkak mencapai batas tertentu. 5. Beban Desain Untuk Penyangga Dalam menaksir beban untuk desain semua penyangga, faktor-faktor yang didiskusikan diatas harus dipertimbangkan yang paling dipercaya dan namun digunakan cara hari yang ada, dilakukan pengukuran dilapangan untuk menentukan keadaan tekanan dan tegangan yang diizinkan dan karakteristik perubahan bentuk dari batuan dan beban pada penyangga didalam penyelidikan penyimpangan sebelum permulaan dari selama konstruksi/ pelaksanaan. Pada keadaan yang sulit penyimpangan kadang-kadang perjalanan kedepan permukaan terowongan untuk melakukan pengukuran dilapangan. Pengukuran beban pada penyangga yang telah di pasang juga sangat berguna. Untuk diskusi pendahuluan data dari terowongan berjalan pada waktu yang lalu. Keadaan batuan yang sama dapat dilayani seperti pedoman yang sangat berguna ketika selimut batuan kurang dari 2,5 kali
3 - 63
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
lebar dan dari lubang penuh, untuk berat dari pembebanan harus diambil untuk perhitungan.
Gambar 3.9.1 Schematic of Reciprocal Realations Between PI, Ar, t and r/R for Linings of Different Yield (After Pacher) 3.9.2
Penyangga Baja yang Rigid (kaku) 1. Beban Batuan Beban batuan untuk formasi batuan yang berbeda dianjurkan oleh terzaghi pada bagian I. Terowongan batuan dengan penyangga baja oleh proctor dan white (1946), mesmberikan pada tabel 2 (Lampiran 8). Ini dapat digunakan dengan modifikasi yang cocok sesuai kebutuhan hasil pembacaaan peralatan dilokasi. Setelah penyangga bagian atas dipasang dan peningkatan pengelompokan dengan erat beban batuan (pada penentuan harga) dengan selisih 15%. Beban batuan yang menyelimuti tidak cukup, beban penuh yang telah membebani harus ikut diperhitungkan. 2. Tipe penyangga baja Tipe sistem penyangga baja kaku berikut ini telah dibangun di Amerika. Continuous Rip (Penyangga menerus) Rib and post (penyangga dan tonggak) Full Circle Rib (penyangga lingkaran penuh) Rib and Wall Plate (Penyangga dan Pelat Dinding) Rib, Wall Plate and Post (Penyangga pelat dinding dan tonggak) Continuos Rib With Invert Stint (Penyangga menerus-dengan topangan) 3 - 64
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Bentuk Penyangga ini dipergirakan pada gambar 3.9.4 setiap penyangga terdiri dari dua atau lebih elemen yang berbeda.
Gambar 3.9.4 Stell Support Setiap penyangga melayani fungsi yang berbeda. Beberapa elemen ini termasuk bingkai, tonggak plat dinding, bingkai penunjang dan balok, merupakan bagian dari model penyangga lainnya, termasuk penyokong puncak dan papan penopang, penyokong sementara untuk menyangga batuan ketika penyangga terowongan sedang ditegakkan. Kepada elemen ini harus ditambah balok kayu atau pengepakan sebelah belakang yang meneruskan beban batuan ke penyangga terowongan dan juga barangbarang dari besi seperti baut dan mur dan bermacam-macam alat pembantu yang
digunakan
seperti
penolong
selama
menegakkan penyangga
terowongan.
3 - 65
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Ketika memilih sistem penyangga harus mempertimbangkan faktor-faktor berikut : Cara memecahkan Kelakuan batuan dan Ukuran dan bentuk terowongan (pada potongan melintang) Kepada faktor-faktor ini harus ditambah batasan yang membebani ukuran perangkat penyangga dengan kapasitas
rata-rata yang ada, untuk
mengangkut perangkat penyangga dari pabrik ketempat kerja dengan ruang cukup/ ada diterowongan untuk menggerakkan perangkat penyangga pada posisi finalnya. 3. Desain Penyangga Beban batuan diteruskan kebingkai penyangga pada titik balok pengganjal. Setiap titik balok pengganjal dianggap mempunyai beban masa batuan yang dibatasi oleh empat bidang. Bidang mengganjal melalui ditengah-tengah titik antara blok, bidang penerus melalui ditengah-tengah titik antara bingkai penyangga dan tinggi yang sama dengan beban batuan. Proctor dan white didalam bukunya ”Rock Tunnelling With Steel Supports”, menyarankan cara untuk mendesain bingkai penyangga. Pada cara ini setiap titik blok dianggap bertahan pada keseimbangan dengan gaya yang bekerja pada titik yang tepat, cara yang sama seperti titik bidang didalam terowongan. Diagram pembebanan digambarkan dan kemudian poligon gaya panggilan ataupun perlawanan pasif dari batuan diperlukan setiap titik blok untuk menentukan keseimbangan. Gaya tolak didapat didalam batang penyangga bila hal tersebut menerus dan tetap pada kedua ujung trac, BM, terjadi pada setiap perkiraan titik blok, sama dengan 0,67 Th, bila engsel pada puncak, momen maksimum terjadi pada titik blok bergabung engsel. Momen ini (M) kira-kira sama dengan 0,86 Th Dimana :
T = Gaya Tolak h = Peningkatan busur antara titik blok
3 - 66
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Gaya tolak bekerja sama bentuknya diatas penampang melintang dari bingkai yang diproduksi sama bentuknya, membagi tegangan tekan dan eksentrisitanya dari gaya tolak dengan rekomendasi dari kenaikan antara titik blok menghasilkan bending momen dan tekanan lentur. Tekanan serat didalam bingkai = Dimana :
T M A Z
A = Luas netto dari bingkai Z = Modulus potongan dari bingkai
Analisis diatas dengan alat yang tepat seperti anggapan bahwa bingkai tidak membelok dan pada tekanan diatas seluruh potongan batuan bekerja pada blok pada garis galian akhir. Titik pusat pertemuan antara blok dan batuan akan disebut titik blok pada galian akhir. Blok-blok titik dapat meneruskan tekanan tangensial (sebab mereka mempunyai perlawanan yang sangat kecil kepada perubahan bentuk geser) mereka dapat mengambil tindakan seperti peniti dihubungkan dengan mata rantai antara batuan dan bingkai (Lihat gambar 3.9.5)
Gambar 3.9.5
Resolution of Forces at Over Break Blocking Points (Steel Supports) (After Proctor & White 18)
Ditaksir pada vertikal W pada setiap titik blok dipecah menjadi 2 komponen, gaya beban radial F dan gaya komponen Ft bekerja pada sudut kemiringan dari tangen (seperti batuan tidak dapat mensuplai gaya garis dari tenaga yang terletak diluar batuan, sudut dibatasi hingga 250 terhadap horisontal) Ft menyebabkan sama dan gaya lawan / sebaliknya. Fp pada batuan untuk keseimbangan dan diabaikan gaya bingkai Fr, mendesak melalui blok. 3 - 67
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Didalam menghitung gaya yang bekerja pada bingkai ditaksir bahwa bingkai terdiri dari pin (join) yang menghubungkan bagian 2 bingkai dan bending momen pada titik blok adalah nol. Setiap titik blok harus netral oleh karena itu bekerja pada gaya S. Gaya beban normal F datang dari batuan melalui blok dan dua gaya tolak + datang dari titik-titik blok yang berdekatan sepanjang arah dari tali penghubung, titik blok arsir netral (lihat gambar 3.9.6)
Gambar 3.9.6 Action of Forces at Blocking Points 3 (Steel Support). Untuk keseimbangan resultan dari gaya tolak antara lain gaya desak oleh bingkai Fr harus sama dan berlawanan kepada F. Bila F tidak cukup untuk memelihara keseimbangan, tambahan tertindih batuan gaya pasif oleh perubahan arah dan besarnya Fp sehingga resultan Fp dan W sama dengan Fr. Seperti peraturan umum pada setiap beban bingkai pada rangkaian titik blok, gaya tolak maksimum akan disebabkan oleh gaya beban F pada beberapa titik dan bingkai akan didesain untuk mensimpilkan ini. 1. Penyelesaian Analisis. Untuk lengkungan bingkai busur bulat dan seragam dan blok simetris tentang axcis vertikal, penyelesaian analisis adalah mudah : R adalah radius dari bingkai sepanjang axcis netral H adalah tinggi dari beban batuan Wr adalah berat jenis batuan dan S adalah jarak antara bingkai-bingkai jarak blok. 3 - 68
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
sudut dekat puncak dan lainnya adalah sudut jarak blok. (Lihat gambar 3.9.5)
Gambar 3.9.5 Resolution of Forces at Over Break Blocking Points (Steel Supports) (After Proctor & White 18) a. Mengingat titik blok 3 dan menggunakan s = s + r, kita mempunyai beban batuan vertikal W3 W3 =
1
2
Wr .SH R sin R sin 3
W3 = Wr .SHR sin x cos Memecahkan tekanan tangensial pada titik blok 3 (T dan T’ adalah gaya tolak dari kedua sisi). Kita mempunyai :
T 1 cos / 2 W 3 sin T cos
2
atau
T 1 T W 3 sin / cos / 2, (karena ituT T " Memecahkan tekanan radial, kita mempunyai W3 cos = T sin
2
T 1 sin
2
= sin [(T T W 3 sin ) /(cos. 2 )]
2
2T sin 2 cos 2 W 3(cos x. cos 2 sin x. sin 2) T W 3 cos( 2) / sin Wr .SHR. cos( ).cos( 2) Rumus ini akan maksimum untuk = 0 (blok pada puncak) Tmak (titik blok 3) = Wr . SHR . cos. cos./2
(A) 3 - 69
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
b. Mengingat titik blok 4 kita mempunyai beban batuan vertikal = W4 W4 = Wr . SH [Rsin() – ½. (Rsin (+ ) + Rsin ()] = ½. Wr.SHR.(sin (+ ) + sin () = Wr.SHR.sin {(+ ()} .cos () Memecahkan tekanan Tangensial T’cos. + W4 sin = T cos /2 T’ = T (cos./2) / cos cos (/2) T > T’ Memecahkan tekanan radial. W4 cos = T’sin + T sin /2 =
T cos 2 sin W 4 sin ² T sin 2 cos cos
=
T (cos 2 sin sin 2 cos ) cos W 4 sin ² / cos
Tsin (+ /2)
= W4 (cos² + sin²) = Wr. SHR.sin(-/2) . cos(/2)
Tmak (titik blok 4) = Wr. SHR. Cos /2 Rumus (B) menjadi lebih besar dari pada Rumus (A) Gaya tolak maksimum terjadi dari pada titik blok dekat puncak tidak tergantung dari (antara O dan /2), dan mempunyai harga maksimum. Tmak = Wr. SHR. cos /2 Untuk penyangga menerus (=0) Tmak = Wr. SHR Maksimum. BM = 0,86 . Th Dimana : h = peningkatan maksimum dari busur berdekatan titik blok dan adalah = R (1 – cos /2) 2. Penyelesaian dengan grafik Bila blok tidak seragam atau lingkungan lain dari pada busur bulat, cara grafik dapat dipakai : 3 - 70
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
A. Diagram pembebanan disiapkan pertama (lihat gambar 3.9.5) dan kemudian poligon gaya panggilan apapun perlawanan. Pasif dibutuhkan pada setiap titik blok untuk menentukan keseimbangan dan menutup poligon. Tekanan Fv akan lebih kecil dari beban vertikal Total Rvt pada 1 ½ dari lengkungan seperti hanya komponen dari beban vertikal dibawa atau lengkungan. Seperti hanya yang pasti tidak diketahui poligon coba-coba adalah yang pertama diambil Fv = 0,8 Rvt. Poligon f2, f3 dan seterusnya pada poligon, kemudian dibandingkan dengan f2, f3 dan seterusnya pada diagram beban. Semua gaya F yang keluar sesuai dengan poligon coba-coba gaya f diteruskan ke poligon dan poligon baru disiapkan yang sesuai poligon gaya yang sebenarnya. Bingkai didesain untuk harga maksimum dari gaya tolak T. seperti dibentuk terdahulu bending momen M = 0,86 . Th Peningkatan busur antara titik blok h diambil untuk titik bending momen maksimum (yang diambil Fc terjadi pada titik blok yang pertama jarak dari blok sambungan puncak ditetapkan jarak antara titik-titik blok disamping itu maksimum) antara lain titik 5 pada gambar 3.9.7.
3 - 71
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Gambar 3.9.7 Steel Support Design (Grafical Method) B. Kaki lurus pada bingkai menerus mewakili tiang kolom ramping bekerja pada gaya radial axcial vertikal sama dengan gaya tolak pada lengkungan dan oleh bending momen disebabkan kontinuitas antara kaki dan lengkungan. Seperti peraturan yang umum profil yang cocok untuk lengkungan akan memuaskan untuk kaki tekanan dinding ringan kaki haris dikunci dan penopang terbalik disiapkan. Tetapi bila tekanan dinding berat bingkai bulat penuh harus digunakan. Lentur dingin dari peningkatan bingkai hingga batas elastis dari baja structure biasa dan titik hasil adalah praktek yang terbatas. Setelah bekerja dingin batas elastis bervariasi dengan jumlah perubahan bentuk plastis dialami selama proses lentur. Untuk bingkai bulat dengan pembengkokan dingin dari awal hingga akhir tekanan serat yang diijinkan dapat ditingkatkan. 3 - 72
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Untuk bingkai bulat yang dikerjakan dengan cara dingin dari baja yang mempunyai tegangan yang diijinkan batas akhir 4200 kg/cm² (60.000 Psi), tegangan yang diijinkan 1690 kg/cm² (24.000 Psi), dapat dengan layak diijinkan lebar flen dan balok baja I yang disukai adalah boleh baja I dengan flen lebar 3 (Practor dan White) dapat digunakan untuk lengkung sesuai bulat. Tabel balok baja I tersebut memberikan beban vertikal yang diijinkan dalam Lbs/ft dari bingkai diperhitungkan arah horisontal bila diterapkan kepada bingkai pada jarak blok seperti yang dinyatakan. Jarak bingkai jarak melebihi 4 feets (120 cm) Bila penggalian dengan cara terbuka penuh tidak mungkin dilakukan dengan dilas kebingkai
bulat dan dinding
balok baja I disiapkan
seperti terlihat pada gambar 3.9.10.a.
Gambar 3.9.10.a Moll’s Benths (After Szhechy 12) 4. Lipatan. Jumlah lipatan pada bingkai harus dipertahankan minimum, tergantung dari cara penggalian, kapasitas perlakuan, dibuang dalam pembuatan lipatan biasanya lebih suka menyambung lipatan pada pekerjaan terowongan sebab : a. Waktu
mendirikan
dan
biaya
hanya
sedikit
dibutuhkan
untuk
menyambung lipatan. b. Tidak ada pengurangan kapasitas bingkai yang disebabkan lobanglobang. c. Efektif penuh bila dibuat dimana seperti menyambung lipatan tergelincir efektif. Selama penggalian terowongan, bingkai baja bekerja seperti penyangga untuk atap terowongan dan dinding terowongan.
3 - 73
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Bending momen tidak banyak potongan penuh tekanan dan gaya ialah diteruskan dari satu sisi lipatan kelainnya melalui ujung plat. Tambahan pula gaya tolak ada geser radial dan baut harus dicoba untuk kesamaan. F adalah gaya radial pada lokasi lipatan dan n adalah jumlah baut setiap baut mempunyai luas dukung a”. Tegangan geser setiap baut =
F na
Ini harus lebih kecil dari tegangan geser yang aman pada baut. Penjelasan antara ujung plat dan bingkai potongan adalah juga didasarkan pada gaya geser diatas bagian dan harus dicek untuk hal tersebut. Ukuran ujung pelat ditentukan oleh potongan bingkai dan baut jarak ruangan. Ketebalannya harus aman dalam ketahanannya dan patokan untuk gaya geser pada baut. Bekerja cepat membuat jalur baut mungkin dipilih waktu yang aman dalam mendirikan bingkai bila bingkai digunakan beton batterey, lipatan dilas dengan final dengan pelat sambungan dan didesain sehingga sekuat pada bingkai (Gambar 3.9.8).
Gambar 3.9.8 Circular Steel Support Joints Details 3 - 74
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Tipe lain dari lipatan yang dapat disiapkan menggunakan bingkai seperti beton bertulang. a. Tegangan tarik dengan baut baja disiapkan mengambil tegangan, jumlah baut dan ukuran dari ujung pelat diuraikan. Mungkin perlu tegangan yang diijinkan ujung pelat. Penjelasan antara bingkai dan ujung pelat harus didesain sehingga seperti efektif seperti baut dan tegangan. b. Ujung pelat dilas dengan menyiapkan satu ujung pelat dari ukuran besar. Pada kesiapan ini juga penjelasan antara bingkai dan ujung pelat harus didesain untuk tegangan tarik penuh. 5. Logging (Papan Penyangga) Dengan logging dimaksudkan untuk mengatasi ruang atau jarak antara bingkai penyangga utama yang satu dengan lainnya. Dalam hal tidak disiapkan logging batuan antara bingkai dapat runtuh dan membentuk lengkungan rongga kecil, logging tersebut diperlukan hanya untuk mendukung beban batuan dari lengkungan dan bersandarnya beban batuan akan diteruskan langsung ke bingkai pada titik blok. Beban dianggap berbentuk segitiga dan logging didesain untuk beban masa batuan dibatasi sampai segitiga sama sisi dengan jarak bingkai sebagai dasar dan jarak logging seperti lebarnya logging disiapkan untuk mencegah dari jatuhnya batuan, logging menerima beban dan meneruskan beban ke bingkai penyangga dan menyiapkan sebaik-baiknya pada blok. Logging dapat dibuat dari kayu atau baja. Logging dari kayu terdiri dari papan kayu keras dengan ukuran tebal (3-4) inch atau (7,5-10) cm dan lebar (6-10) inch atau (15-25)cm. Logging dari baja canal [ atau I dengan flens kecil. Logging diletakkan diluar flen dari bingkai penyangga dan biasanya pelaksanaanya bersama-sama dengan pemasangan blok. Kebutuhan minimum logging harus dipasang semua blok, cribbing dan logging harus diletakkan atau dipasang dan tidak boleh menempati lebih dari 1/3 dari luas geser break dan sisanya 2/3 disediakan untuk beton. Lihat gambar 3.9.9. 3 - 75
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Gambar 3.9.9 Tie Road, Collar Brace & Lagging Details Dalam mengisi logging kokoh dasar dari plat mistar disiapkan. Plat dipasang antara jaringan bingkai untuk membuat erat logging atau mungkin dibaut bersama-sama diluar bingkai untuk membuat kulit baja menerus disangga oleh bingkai melalui jaringan. Ruang antara batuan dan logging kokoh biasanya diisi dengan pecahan koral melalui lubang injeksi untuk menyiapkan lapisan. Beton pembungkus digunakan dalam meratakan dasar dan memberikan kekuatan dan kekakuan kepada bingkai penyangga. 6. Balok dan bingka penunjang Alat penguat / bingkai penunjang yang membujur disiapkan untuk mengecek teknik bingkai tentang axis kecil / besar. Mereka juga menjaga bingkai pada posisi yang benar dan mencegah perpindahan tempatnya yang disebabkan peledakan. Type yang umum dipakai dari alat penguat adalah (tierods dan coller biaces) yang terlihat pada gambar 3.9.9.
Gambar 3.9.9 Tie Road, Collar Brace & Lagging Details
3 - 76
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Panjang alat penguat / bingkai penunjang kayu sama dengan jarak bingkai dikurangi ketebalan jaringan mereka diletakkan diantara bingkai tierods diletakkan dan diikat erat dengan mur. Bingkai penunjang kayu (collar braces) mengecek pergerakan kedalam dari bingkai penyangga dan batang pengikat (tie-rods) mencegah pergerakan keluar, jadi terlebih dahulu bekerja dengan gaya tekan dan kemudian dengan gaya tarik bingkai penunjang kayu harus dipindahkan sebelum pembetonan, sedangkan batang pengikat dibiarkan pada posisinya dan ditimbun dengan beton batang pengikat biasanya 16 mm, batang disisipkan pada setiap ujung dan dilengkapi dengan mur panjangnya kira-kira 100 mm, lebih panjang dari jarak bingkai penyangga. Batang pengikat adalah biasanya adalah batang pengikat dekat akhir dari setiap anggota dari pengikat dekat akhir dari setiap anggota dari perangkat dan batang pengikat selanjutnya berjarak 1,2 - 1,5 meter setiap pasang. Lubang untuk batang pengikat dilubangin sepanjang 75 mm - 100 mm setiap pasang satu batang pengikat dibaut pada satu sisi dari bingkai dari lubang ini. Beban batuan disangga oleh plat mistar baja dibaut melalui jaringan dari bingkai / penyangga dimana dibutuhkan bingkai penunjang. 3.9.3
Penyangga Baja yang Yeilding (Penyesuaian) Penyangga baja penyesuaian banyak digunakan di Eropa. Penyangga ini mempunyai keuntungan dapat menyetel sendiri dengan mengangkat beban yang meningkat. Penyangga ini dapat dibagi menjadi 3 tipe dasar seperti berikut ini : 1. Penyangga gesek luncur yang menopang sesuai bentuknya selama mendapatkan yang terpendek dengan meluncurkan penyangga, sehingga menghasilkan penyangga beban yang tinggi melawan bending momen dan relatif rendah melawan gaya aksial. 2. Penyangga disambung atau diengsel yang tidak memelihara bentuknya, bebannya meningkat jadi sumbangan relatif rendah melawan bending momen (pengaruh peraturan) dan gaya aksial yang tinggi. 3. Penyangga kombinasi adalah gabungan ciri-ciri dan karakteristik.
3 - 77
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Penyangga menggeser bila beban aksial melebihi batas tertentu dan membelok bila bending momen melebihi harga yang diberikan penyangga tipe ini sangat membutuhkan pastisipasi dengan batuan didekatnya. Penyangga Ponssaint Heinzmann (gambar 3.9.10) adalah penyangga tipe gesek luncurs dengan potongan berikat pinggang. Potongan digabungkan dengan dijepit baut gesek. Hubungan permukaannya dapat digeser pada masing-masing penyangga dibawah beban yang meningkatkan, melebihi beban secara proposional dan pemindahan ini dapat diatur dengan mengencangkan atau melonggarkan baut penjepit. Pengertian bingkai penyangga harus efektif sebelum timbul beban batuan yang berlebihan sehingga menghilangkan perubahan bentuk plastis dari bingkai penyangga. Tipe
penyangga tersambung diwakili oleh bingkai penyangga Moll
digunakan terutama pada batuan padat. Bingkai ini terdiri dari Rel dan atau pipa tua dengan bentuk cambung menunjang sepatu dilas keujungnya (gambar 3.9.11).
Gambar 3.9.11 Admissible Loads On Bolts As A Function of Rock Quality (After Rabcewice). Sambungkan struktur didapat dengan menempatkan balok kayu antara sepatu pada sambungan pada batuan plastis putaran dan tekukan pada bingkai penyangga hampir tidak dapat dihindarkan.
3 - 78
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Penyangga konstruksi dua tipe adalah bingkai LORENZ penyangga ini dapat dengan mudah dirubah menjadi baja kaku, elemen tulangan pada lining terowongan permanen. 3.9.4
Pengikat Batu (Rock Bolting). 1. Tujuan Tujuan pengikat batu tergantung dari tipe batuan, pengikat batuan dapat dikerjakan dalam dua cara yang berbeda : a. Pencegahan lokal dengan pengikatan Batu yang lepas diikat dengan baut dan atau mur dikencangkan terhadap masa batuan b. Sistem angker, menyediakan angker radial pada jarak tertentu dari batuan yang terganggu terutama pada bagian atas. 2. Keuntungan Keuntungan berikut ini mungkin melengkapi pengikatan bagian atas : a. Menyebabkan tidak ada gangguan pada pembukaan terowongan dan mengurangi penggunaan balok kayu b. Memperpanjang masa penggunaan terowongan permukaan terbuka penuh pada batuan dengan tegangan yang diijinkan lebih rendah c. Dapat dipasang dengan cepat dalam periode kegiatan mempertemukan pada hampir semua batuan. d. Baut dapat dipasang dekat permukaan yang ada sedikit bekerja kerusakan oleh peledakan atau operasi tambang lainnya. e. Ekonomis dalam pemasangan dan murah dalam pemeliharaan f.
Keadaan tekanan pada batuan baik disebabkan pratekan.
g. Cocok untuk hampir semua batuan (bila perlu penghubung diberi shotcrete) kecuali desakan itu sangat tinggi tekanan tanah hampir segera. 3. Tipe Baut Pengikat Batuan (Rock Bolts) Mengikat batuan dengan baut dapat dilakukan dengan menarik baut didalam batuan keras dengan bahan kimia atau dengan angker yang ditanam dalam campuran semen didalam batuan lunak. Mereka semua mempunyai elemen sebagai berikut : batang baja, angker, plat penghubung dan peralatan untuk memasang baut dalam keadaan tarik.
3 - 79
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Bermacam-macam tipe baut ditarik yang umum digunakan lihat pada gambar 3.9.14 (a,b,c) dan mungkin salah satu dari tipe lubang dan baji / pasak atau tipe selongsong memanjang atau tipe baji / pasak gesek.
Gambar 3.9.14.(a,b,c) Types of Rock Bolts. Lubang dan baut baji adalah baut yang paling umum diusulkan, karena sederhana, murah kuat dan yang paling kurang tergelincir. Baut selongsong memanjang, khususnya baik dipakai secara rutin pada baut pengikat batuan dipertimbangkan. Walupun kurang kuat dan angker lebih mudah tergelincir dari pada tipe lubang dan baut baji. Umumnya campuran semen ditimbun pada baut ini disebut perfobolt (gambar 3.9.14. d)
3 - 80
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Gambar 3.9.14.d Perfo Bolt Installation Sistem perfo terdiri dari baji berlubang setengah lengan diisi dengan campuran semen, kemudian dikencangkan bersama-sama dan dimasukkan campuran semen kedalam lubang yang dibor. Batang baji yang mungkin dari batang tulangan beton, batang kadus atau batang bergalur atau berukir kemudian ditarik melalui lengan, menekan campuran semen melalui lubang-lubang kecil pengisian penyesuaian keseluruh lubang-lubang yang dibor. Sistem perfo menyediakan angker dibagi bagikan keseluruh panjang lubang dengan membuat memungkinkan memperoleh angker dibatuan lunak. Prosedur ini akan mengadakan pemasangan tanpa ditarik, bila pemasukan baut dibutuhkan batang berukir dapat ditarik untuk lengan yang pendek dari lengan perfo diletakkan dibelakang lubang yang dibor atau disepanjang keseluruhannya. Baut ditarik setelah campuran semen mengeras. Lengan perfo mempunyai 2 ukuran 1 ¼ inchi dan 1 1/6 inchi. I D dan panjang sampai 20 kaki. Tabel dibawah ini memberikan kombinasi ukuran lengan, diameter batang dan lubang. 3 - 81
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Tabel 3.9.1. Daftar kombinasi diameter batang, lengan lubang Diameter
Lubang Bor
Lengan Perfo
(Inchi)
(Inchi)
3/4
1 1/4
1 1/6
7/8
1 3/8
1 1/16
1
1 1/2
1 1/4
Batang (Inchi)
Sistem perfo cocok untuk pemasangan yang jangka panjang terutama pada batuan lunak yang tidak menyediakan angker normal untuk baut yang biasa atau lebih keras tetapi batuan lipatan atau retak dimana angker panjangnya melebihi dari lubang yang diinginkan baut injeksi semen dapat dilihat pada gambar 3.9.14.e
Gambar 3.9.14.e Williams Groutable Rock Bolt Baut pengikat batuan dipasang dan sebelah kiri tidak dilindungi untuk berhenti panjang harus efektif penuh dengan mengurangi penampak efektifnya yang disebabkan berkarat dan dengan kehilangan tegangan tarik yang disebabkan hasil. Pada penampang yang tidak diling baut pengikat batuan harus diinjeksi semen permanen. 3 - 82
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Walaupun terowongan shotcrete atau lining beton dimana baut pengikat batuan diperlukan sisa efektif penuh walaupun setelah pembetonan dan penginjeksian baut mungkin dibutuhkan. 4. Angker dan Tekanan Yang Diijinkan Panjang dari angker didalam masa batuan yang kompak ditentukan oleh keperluan angker mesin atau tegangan ikatan antara injeksi semen dan batuan dan dapat ditetapkan oleh kekakuan percobaan tarikan Dalam hubungan ini hasil berikut dari EMPA (Swiss Federal Laboratori for the testing of Material) Laporan percobaan No. 70632 tanggal 7 maret 1961 untuk ikatan antara tipe dari batuan injeksi semen akan mendapat perhatian. Tabel 3.9.2. Kekuatan Ikatan Batuan No. 1.
Slight
Bahan Alam
Kekuatan Ikatan
(Batuan)
kg/cm²
wathered
mainly testing
6,50
Fine grained, slightly weathe red,
11,20
sand stone 2.
testing sand stone 3.
Fine grained, testing sand stone
41,90
4.
Testing limestone
28,30
5.
Chalky sand stone
28,90
6.
Granity guiness with biotite
24,80
Hasil pengikatan batuan dengan waktu proses ini agak cepat pada awalnya dan termin menjadi pelan secara berangsur-angsur. Awalnya kehilangan tekanan dapat dikoreksi dengan penarikan kembali. Peningkatan keringanan tekanan dari baut tergantung dari kualitas dari batuan menjadi lebih besar untuk batuan yang lebih lunak akan muncul dari gambar 3.9.11 yang memeperlihatkan hasil percobaan dilakukan oleh Robcewics, pada diameter 22 cm angker baut baja tegangan tarik yang tinggi dengan perluasan kulit.
3 - 83
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Gambar 3.9.11 Admissible Loads On Bolts As A Function of Rock Quality (After Rabcewice) Tarik yang diijinkan pada baut biasanya diambil sekitar 50% - 75% dari hasil tegangannya tergantung dari percobaan tarik dan elastisitas dan macam / jenis tegangan dari batuan. 5. Pengikatan penjagaan lokal Peningkatan penjagaan setempat mungkin dibutuhkan untuk mengecek kegagalan sepanjang retakan atau bidang lain dari kelemahan, dimana tegangan timbul bidang retakan melampui gaya geser pasif. Itu juga dibutuhkan mengencangkan masa batuan lokal (cenderung bergerak) ke badan batuan. Tergantung dari susunan dari bidang kelemahan dan bentuk lipatan, baut didesain untuk pengaruh penggantungan (beban berat mati) atau untuk kekakuannya pengaruh gantungan dan gesekan. Pengaruh gesekan pada batuan retakan dan lipatan bertambah besar. Untuk mendapatkan keuntungan dari pengaruh gesekan baut harus ditarik pada waktu pemasangan dan sedekat mungkin kepekerjaan permukaan. Tahapan desain menyebabkan penentuan dari besarnya dasar arah dari gaya dinetralkan gaya angker dibutuhkan dan hampir semuanya cocok arahnya dari permintaan dan ukuran dan jarak dari baut. Bagian yang kompleks dari tegangan dan kekurangan kesamaan dalam batuan retakan dan lipatan seperti membuat kesulitan dalam menganalisis matematik setepat tepatnya. 3 - 84
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Baut lokal semat-mata didesain untuk beban berat mati. Pengikatan mencegah kegagalan sepanjang bidang kelemahan didesain untuk pengaruh gesekan dan gantungan. W adalah berat masa batuan longsor dan kemiringan permukaan longsor terhadap horisontal. T = Gaya tekan total, baut dapat mengamankan pengambilan = sudut peletakan relatif kepermulaan longsor = sudut geser kedalam (tangen = koefisien geser) dan c = perlawanan kohesi hubungan ke gambar-gambar 3.9.12
Gambar 3.9.12 Stability By Rock Bolt gaya longsor = W sin . gaya perlawanan = tan . (Wcos + Tsin ) + Tcos Ambil F sebagai faktor keamanan dan c dihilangkan, kemudian
T
F W sin W tan . cos tan sin cos
(9.3)
Faktor keamanan F = 1,25 biasanya mendapatkan hasil yang cukup baik. Yang akan muncul dari rumus 9.3 dengan harga T akan maksimum bila =900 tetapi kemudian panjang baut menjadi minimum seperti dikurangi, T menurun tetapi panjang dari baut meningkat. Harga yang optimal dari sudut bervariasi tetapi biasanya disekitar 600. Mengetahui tegangan setiap baut banyaknya dan arahnya dapat ditentukan. Analisis ini dapat juga dikerjakan dengan mempertimbangkan tekanan pada masa batuan. 3 - 85
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Mengerjakan komponennya sepanjang dan normal ke bidang kelemahan dan menyiapkan keperluan penyangga untuk mencegah kegagalan. 6. Sistem Angker Prinsip dan prosedur desain berikut ini adalah dari Talbore. a. Luas dan dimensi dari pengikatan atap tergantung dari kebiasaan dari batuan pengikatan atap pada pembentukan batuan yang kurang harus berjarak lebih dekat dan harus juga lebih panjang Tanah yang plastis secara keseluruhan tidak cocok untuk pengikatan. b. Ketebalan dari beban hubungan lengkung (W) dibentuk harus ada lawan dan membawa beban yang diharapkan (lihat gambar 3.9.13.a)
Gambar 3.9.13.a Natural Rock Arch Produced By Roof Bolts c. Panjang dari baut (L) harus paling sedikit sama dengan tebal ketebalan lengkung batuan yang dibutuhkan ditambah jarak rata-rata antara baut yang berdekatan (menurut Rebeewics, panjangnya harus tidak kurang dari pada duakali dalamnya daerah yang terganggu). d. Jarak dari baut pengikat batuan harus sebentuk mungkin. Biasanya panjang baut untuk penyangga terowongan bervariasi dari 2 m - 3 m dan jaraknya biasanya sama dengan setengah panjang baut. Batuan yang lebih jelek baut lebih panjang dan jarak lebih kecil. Dari lengkung karakteristik batuan (Mohr’s Amplolope) bila garis melintang penyangga tekanan dibutuhkan untuk O - T untuk tidak terjadi kegagalan
pi A ( pi A dapat ditentukan kurang lebih dari rumus (9.1) kemudian :
pi A
A.Fs .t
(9.4)
3 - 86
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Rumus (9.4) memberikan penampang melintang luas baut (A) jarak x t dan tegangan tarik Fs (Talborre menganjurkan Fs = ½ batas elastis atau kurang untuk batuan yang lebih buruk) yang lain dibutuhkan. Rabeewiez menganjurkan penggunaan baut perfo ditarik diinjeksi seluruh panjangnya untuk sistem angker. Dalam hal baut membawa pengaruh hasil utama dari ikatan antara injeksi dan batuan. Ikatan terdiri dari hampir semua gesekan disebabkan oleh tekanan tangensial pada sekitar batuan disamping beberapa adheksi. Tekanan tarik pada baut naik dari nol pada akhir sampai maksimum pada pelat dan setiap tekanan batas radial 0 - 1/t, mungkin sisanya ditambahkan dibawa kebaut oleh pelat. Pergerakan batuan masa lubang merintangi dan pengaruh lengkungan ditimbulkan pada batuan antara baut (lihat gambar 3.9.15).
Gambar 3.9.15 Mode of Action of Fully Grouted Anchors Membawa kapasitas pi A memberikan kira-kira dengan rumus berikutnya :
pi A .Ld .(C tg..
m 1 B Ats t R
(9.4.a)
dimana : d = diameter lubang c = adehesi antara injeksi dan batuan = sudut geser antara injeksi dan batuan
.
m rata 2 x tekanan tan gensial diatas panjang dari baut t
B = Luas efektif dari pelat (yang dapat mempunyai harga s/d x t)
3 - 87
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Dalam praktek bagaimana pun membawa kapasitas dihitung dengan percobaan tarik. Walaupun demikian membawa kapasitas dari baut perpanjang dan baut perfo sama dan dibatasi oleh tegangan tarik baja. Pengaruh stabilitas dari baut perfo adalah lebih besar. Pengikatan atap dapat juga dapat dikerjakan dengan baik pada atap terowongan rata. Dalam hal ini komposisi kegunaan dari lapisan batuan masing-masing dijamin hanya dengan hubungan gesekan besarnya dapat sungguhsungguh dinaikkan oleh besarnya atap bila diterapkan seperti yang terlihat pada gambar 3.9.13.b.
Gambar 3.9.13.b. Natural Rock Arch Produced By Roof Bolts. Bila mereka akan melawan dengan efektif tekanan tarik secara prinsip disebabkan oleh tegangan geser sama dengan bengkoknya batang tulangan pada balok beton. 3.9.5
Linning Tanpa Tulangan (Shotcrete Lining) 1. Gambaran Pengalaman. Campuran yang banyak untuk shotcrete adalah cara yang terbaik untuk usaha menyangga bagian atas terowongan yang membuat menjadi ekonomis cepat dan efektif untuk menyangga terowongan gambaran khususnya adalah : a. Hal tersebut dapat dilakukan dengan penyemprotan campuran semen pasir pada permukaan terowongan pada jarak yang dekat. Setelah peledakan atau sebelum batuan tersebut rusak dengan membebaskan (½ jam atau kurang ½ jam setelah peledakan) dan diteruskan dan memasang penyangga pada tempat-tempat yang
3 - 88
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
penting,
Kriteria Desain Terowongan
lapisan
concrete
biasanya setempat secepat mungkin
diselesaikan dengan melengkapi pipa dan campuran semen. b. Pertambahan tegangan dengan cepat dan pencampuran tegangan regang/ tarik - lentur yang tinggi dari 20% - 30% dari tegangan tekan dalam waktu 12 sampai 48 jam. Sementara
pertambahan
tegangan
yang
diijinkan
menunjukkan
bergerak tinggi disebabkan adanya perubahan bentuk tanpa disebabkan tegangan momen. Harganya bergerak menurun dengan waktu dan tegangan yang dijinkan meningkat kontinu setelah hasil batuan dihentikan ini dikontrol dari hasil informasi, daerah yang dilindungi (lengkungan bawah tanah). Untuk kebutuhan penyangga kecil. c. Pameran ikatan erat dengan batuan disebabkan tabrakan ketat penempatan,
memasukkan
sambungan/
retakan,
belahan
dan
sebagainya, Jadi mencegah pelepasan/ pelonggaran dari batuan yang lebih berat walaupun oleh pelaksanaan. Tindakan
menghasilkan
bahan
campuran
dengan batasan dan
menggerakkan tegangannya. Jadi mencegah perkembangan keadaan tegangan unidetail dan memperkenalkan sejumlah pratekan. d. Mencegah keteledoran udara dan batuan dan rembesan dari bahan pengisian pada retakan yang mempunyai bocoran air. e. Cocok untuk menggunakan hubungan air dan batuan f.
Bergunanya untuk keadaan batuan bila digabungkan dengan kegiatan pengikatan batuan untuk batuan mendesak bawah permukaan yang berat/ tekanan membengkak/ besar.
g. Pada prakteknya mencegah pelonggaran batas penggalian profil akan mengurangi biaya penggalian. h. Kulit dilaksanakan tipis mencegah terjadinya momen dan bila perlu, tulangan dengan baja ringan, lubang kawat dan pengikat batuan i.
Mudah memperbaiki dan memperkuat seperti dapat diterapkan pada bagian dan pada lapisan yang ada serangan pada daerah galian.
j.
Tidak bertindak hanya seperti penyangga sementara tetapi dapat digunakan seperti lining yang sudah final (selesai) dengan melengkapi tambahan pipa dari beton atau beton dengan ketebalan minimum/ praktis setelah perubahan bentuk pada praktinya dihentikan untuk keperluan hidrolik dan struktur dan meningkatkan faktor kebocoran. 3 - 89
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
2. Prinsip dan Prosedur Desain Menurut penyelidikan / penelitian dari Rabcewicy dan perhitungan matematika yang dibuat oleh Sattler, lapisan shctcrete yang tipis (disepanjang keliling batu luar) menganut bahwa batuan dapat rusak hanya oleh gaya geser dan tidak oleh momen. Kegagalan terjadi pada sepanjang permukaan pada sudut yang kecil (20 0300) terhadap garis vertikal dari lining Disebabkan oleh beban vertikal yang dominan bagian atas dan invlet approach mau tidak mau saling menguncikan dan dimensinya bagian dinding ditekan oleh batuan. Momen dibentuk pada batuan dikedua sisi dari ruang tegak lurus terhadap arah utama dari arah tujuan dan setelah mempunyai Lining dapat dengan mudah didesain dari rumus berikut yang dikeluarkan oleh
suttler
dengan
perhitungan
yang
sederhana
dimana
beban
menyebabkan timbul gaya gesek. Bila pi adalah tekan radial yang bekerja pada lining
c adalah tegangan geser pada shotcrete d tebal dari lining
= sudut bidang pecah terhadap garis sumbu vertikal dan b = tinggi pipa geser
b d pi. ds.c .c 2 sin Oleh karena itu pi =
d .c sin b 2
(9.5)
c dapat diambil 0,23 kali tegangan tekan kubus (28) seperti yang disarankan oleh Graph. Tegangan tekan kubus dari beton (Shotcrete) (dilapangan) lebih kurang 300 kg/cm². d/(sin), biasanya lebih besar dari 2.5.d dan < 2306’. Untuk kapasitas keliling b/2 = r cos pi ditentukan dengan pengukuran. Untuk pendekatan perhitungan rumus (9.1) dapat digunakan setelah menghilangkan c. Bila
2 sin berkurang bentuk simpel berikut ini : 1 sin 3 - 90
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
pi po1 sin R .
Kriteria Desain Terowongan
2 sin x npo 1 sin
Gambar 3.9.18 memberikan harga n untuk
R
yang berbeda dari harga R
dapat dihitung dengan pengukuran kecepatan suara dilubang bor.
Gambar 3.9.18 Lining Resistance Pi As Function of y and r/R (After Muller). Bila kawat nt atau perkuatan/ tulangan digunakan dengan beton (shotcrete). Tegangan gesernya dapat digunakan hanya dampak sebagian dari tekan yang cocok dengan perubahan bentuk pada momen kegagalan dari beton :
s
c.Es Ec
k.c
k = ratio modulus Meningkatnya tekanan radial yang dapat dipikul oleh tulangan baja
pi s
As.k 1.c As k 1.c sin b 2 sin b 2
(9.6)
Rumus atau persamaan 9.5 akan memberikan pic . Tekanan radial yang dipikul oleh beton / lining. Penyangga beton total menjadi : Pic = pic + pis Bila angker (batuan atau lubang baut) juga digunakan (3.9.19) tekanan radial piA dipikul oleh angker dapat dihitung dengan rumus (9.4) Tekanan lateral total r adalah : pi r pi e pi s pi A
3 - 91
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Untuk tekanan menahan radial ini (tekanan lateral) r, tekanan normal n dapat diketahui dari lengkung karakteristik (Mohr’s Envelope) dari batuan (gambar 3.9.19)
Gambar 3.9.19 Stabilishing Effect of Anchoring and Shotering (After Rabcewiez 40). Seperti juga hanya yang cocok dari tegangan geser dari batuan r dan sudut geser ’ didapat mendapatkan kapasitas dari batuan langsing adalah :
pi R
S . R .Cos S n Sin b/2 b/2
(9.7)
Dimana S adalah panjang bidang geser = sudut kombinasi rata-rata dan
n = Tekanan momen pada gedang geser Daya tekan dari angker melawan gerakan geseran maju kapasitas batuan adalah :
pi A'
a. A. fs cos c.t.(b / 2)
(9.8)
Dimana : A = Luas dari baut
= Sudut inklinasi rata-rata fs = Tegangan tarik yang diijinkan pada baut. Kapasitas yang dipikul total dari lengkungan adalah :
pi W pi L pi R pi A' pi min
(9.9)
3 - 92
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
3. NATM juga disebut cara pembuatan terowongan Austria baru (New Austria Tunneling Method) tidak hanya ekonomis terhadap pembetonan dan penggalian tetapi juga berbagai hal. Hal tersebut dapat digunakan dengan pembuatan terowongan dan pelaksanaan perubahan profil dan cabang. Dengan cara ini dalam pengerjaan pada batuan dengan kesetabilan rendah, mempunyai keuntungan lebih cepat. Setelah pencegahan bagian luar (menstabilkan) lingkaran telah selesai dan keadaan stabil telah diperbaiki dan bagian dalam lengkungan beton semprot atau beton tanpa tulangan biasanya disiapkan untuk meningkatkan faktor keamanan dan atau dari pertimbangan Hidrolik kelengkungan / kebiasaan dari penyangga pencegahan dan perawatan batuan, proses memperkirakan kembali dibutuhkan. Dikontrol dengan program peralatan yang berpengalaman untuk mengukur perubahan bentuk dan tekanan radial dan tekanan tangensial. Sistem penyangga adalah ketegangan atau membuat pengangkutan seperti yang dicantumkan. Pada pekerjaan yang lalu dalam keadaan batuan yang sama ini juga diijinkan memperkuat dari penyangga yang ada sebelum terjadi kegagalan pengukuran penampang dipilih dari keadaan geologi dan pertimbangan kerusakan batuan lain perubahan bentuk dengan waktu, diukur dengan pertolongan ertentiometer dan dengan memonitor titik pengukuran atap dan lantai. Untuk mengukur tegangan sepanjang pertemuan daerah dari batu dan shotcrete dan pada batuan bingkai penyangga dipasang alat, stress meters dan load sells. Bila pekerjaan dihambat peralatan dikerjakan pada lokasi yang cocok arah sepanjang jalur terowongan. Penampang shotcrete selesai untuk jaringan tenaga listrik Yamuna tahap II yang dianjurkan oleh Dr. Leopold Muller diperlihatkan pada gambar 3.9.20 yang tidak dapat dipakai untuk keinginan dari ahli pengetahuan teknik dari penyelesaian shotcrete yang licin / lancar.
3 - 93
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Gambar 3.9.20 Proposed Shotcrete Lining for Yamuna State II Part 1 Project (After Muller). Walupun 3 inchi (7,5 cm) shotcrete pada bagian separah atas dari terowongan (dengan pembuatan lubang dari baut penyikat batuan dimana diperlukan). Telah digunakan penyangga selama konstruksi (setelah beberapa
bulan)
dengan
lapisan
beton
tanpa
tulangan oleh ahli
pengetahuan teknik terowongan hidrolik, dapat diselesaikan dengan shotcrete dengan derajat kehalusan yang sama seperti lapisan beton yang ditutup dengan baja. NATM sangat populer di Eropa dan hal tersebut juga digunakan di USA dan di negara lain sedang meningkat. 4. Pelaksanaan Dengan Beton Semprot (Shotcrete). Dua proses digunakan pada saat sekarang, proses basah dan proses kering. Syarat proses basah digunakan bila semua material dicampur dengan air Hidrasi sesuai kebutuhan. Sebelum udara atau pompa dikirim ke titik penerapan.
3 - 94
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Campuran ini yang telah dimasukkan sebanyak 2 slump kemudian ditiup kesatu tempat dengan tekanan udara melalui Nozzle. Proses kering terdiri dari mencampur semua material termasuk percepatan pada tahap pelembaban sebelum dengan tekanan udara dikirim ketitik penerapan. Penambahan air ditambahkan pada penyemprot. Proses kering biasa digunakan campuran / agregrat dibuat kira-kira satu bagian semen dari 2 bagian setiap pasir dan agregrat. Pasir dan agregrat standar untuk penempatan angin dengan tekanan. Agregrat kerikil digunakan ukuran 20 mm, Proposi campuran ini dilaboratorium, menghasilkan untuk bentuk kubus tegangannya lebih besar dari 400 kg/cm². Penerapan
yang
sangat
sukses
dari
schotcrete
tergantung
dari
observasinya sangat teliti dari peraturan-peraturan yang pasti. Permukaan batuan harus sepenuhnya dibersihkan dari semua bahan yang lepas, debu dsb, dan permulaan dipertahankan selalu lembab (tidak basah) seterusnya hingga shotcrete diterapkan/ dilakukan. Jarak antara Nozzle (mata penyemprot) dan titik penerapan shotcrete biasanya kritis antara 0,9-1,2 m tetapi bila permukaan batuan basah dikurangi hingga 0,6 m. Shotcrete menabrak dengan kecepatan 100-150 m/det. Didalam menjamin pantulan, batas yang diperkenankan sekitar 15% sebaiknya dipertahankan sudut pantulan normal ke permukaan. Ketebalan shotcrete 7,5 cm biasanya didapat dalam 3 lapisan yang dapat diikuti dalam waktu dekat untuk setiap lapisan. Drainase dari tekanan air batuan dibutuhkan untuk peningkatan ikatan batuan dan shotcrete dan kesetabilan dari terowongan yang sudah selesai/ komplit. Daerah yang paling umum dilubangi/ dibor pada rata 2 dugaan air yang paling berat dan dimasukkan pipa plastik pada sabuk dari lubang pengeboran yang memproduksi banyak air. Pelaksanaan shotcrete kemudian dapat dilakukan disekeliling pipa drainase plastik. 3 - 95
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Uraian dari daerah drainase diperlihatkan pada gambar 3.9.21
Gambar 3.9.21 Swedish Method for Drainage of Shotcrete Rock (After Sandel) 3.9.6
Dasar Penerapan Sistem Penyangga Kebaikan dan kejelekan serta kecocokan yang umum dari bermacam-macam sistem penyangga pada keadaan batuan yang berbeda telah didiskusikan. Tabel 4. Rekombinasi diberikan oleh Lauffer berkenaan dengan dicocokkannya sistem penyangga modern untuk klasifikasi batuan yang berbeda berdasarkan waktu berdirinya (gambar 3.9.3).
Gambar 3.9.3 Rock Classification Based on Stand up time (After Loffer). 3 - 96
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
3.10 Desain Terowongan Lining 3.10.1 Kebutuhan Untuk Lining Setelah terowongan digali dan disangga, lining mungkin dibutuhkan untuk memenuhi satu atau lebih fungsi berikut, tergantung dari keadaan kebutuhan yang diinginkan. 1)
Memperbaiki stabilitas masa batuan
2)
Pencegahan pengikisan batuan oleh cuaca atau kecepatan aliran pada terowongan pengelak atau terowongan spillway.
3)
Menyediakan keadaan hidrolik yang memuaskan untuk kecepatan aliran yang tinggi (terowongan spillway).
4)
Pengamanan terowongan dengan tekanan tinggi untuk melawan tekanana kedalam bila penutup/ selimut batuan cukup tinggi.
5)
Untuk menghindari ketidak stabilan dari tebing oleh bocoran / sumber air melalui retakan dri terowongan hidrolis terutama sedang ada tekanan.
6)
Pengurangan kehilangan air akibat bocoran dan kehilangan tekanan / tinggi tekan akibat gesekan yang berlebihan di terowongan hidrolis dan pertimbangan ekonomis.
7)
Pertimbangan keamanan khusus seperti menyetop butir batuan kecil yang akan menggesek atau merusak mesin.
Mengecek bahaya rembesan atau kehilangan tegangan batuan pada drainasi dan injeksi semen/ grouting terowongan pada pondasi bendungan atau tumpuan, penyimpanan kabel bebas dari kelembaban dan sebagainya. Dari pertimbangan keamanan bila selimut cukup tinggi dan batuan baik serta ada sedikit resiko dari jatuhnya batuan, walaupun setelah batuan terbuka dari air dan udara terowongan dapat tidak dilining, termasuk terowongan yang bertekanan walaupun mencapai 175 m tinggi tekan pada batuan yang baik (biasanya granite atau gneiss). Dimana batuan tersebut retak-retak berat atau berlapis-lapis atau dimana batuan tersebut menyerupai/ seperti mempburuk pada keadaan terbulasi dari air dan udara terowongan harus dilining secara permanen. Dalam hal terowogan pembantu pembuatan lining akan tergantung dari tujuan terowongan pembantu tersebut dan resiko yang berbelit-belit. Terowongan gabungan telah diperkanankan dimana hanya bagian atas/ atap ujung dilining untuk alasam struktur. 3 - 97
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Dimana lining dibutuhkan untuk alasan ekonomi dan hidrolis, biaya dari lining diberikan alasan dalam hal harga/ nilai dari pengaman air dari kehilangan karena bocoran atau melakukan usaha penghematan biaya akibat menurunnya potongan bor yang dibutuhkan. Untuk kehilangan tekanan akibat gesekan atau penghematan nilai dari kehilangan energi akibat gesekan. Pada sistem terowongan yang panjang dengan mendapatkan titik perantara, mungkin mendapatkan mengambilkan standar penyebaran struktur lining yang cocok pada batuan yang baik, dalam rangka mempermudah penggalian terowongan yang tepat. Kemudian meningkatkan kapasitas debit dengan mencapai terowongan yang lebih rendah dengan meningkatkan kembali lining secara proposional. Banyak yang harus dibicarakan untuk lining paling sedikit dasar dari terowongan, seperti fasilitas inspeksi yang banyak dan pergerakan alamiah dan buatan dari jatuhnya sedikit runtuhan lining. Pada terowongan spillway dan terowongan pengelak mempunyai kecepatan aliran yang tinggi, lining membutuhkan keadaan hidrolis yang cukup baik. Hampir semua terowongan bertekanan dan banyak terowongan aliran bebas dilining. Bagaimanapun kecenderungan modern tidak pada bentuk terowongan pada batuan keras. Teknik ini digunakan tersebar luas diswedia untuk terowongan trailrace pada batuan granit dan sekarang digunakan untuk terowongan aliran bebas dan terowongan pembawa bertekanan. Terowongan bertekanan kemano dicanada hampir semua tidak dilining, tetapi terjadi jatuhnya batuan dan pada bulan juni 1961. Rencana alumunium telah ditutup. Biaya perbaikan diperlukan $ 2 juta 3.10.2 Tipe Lining Tipe lining yang biasa digunakan adalah : 1. Lining Pasangan (batu / bata) Biasanya dipakai batu sebagai pasangan. Ini biasa digunakan untuk terowongan aliran bebas dan non hidrolik pada batuan yang cukup baik, tetapi sekarang jarang digunakan 3 - 98
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
2. Lining Beton Lining beton tanpa tulangan, biasanya cukup untuk semua terowongan non hidrolik dan aliran bebas kecuali pada keadaan batu khusus yang sangat jelek atau selimut batuan (tinggi batuan diatas terowongan) yang tidak cukup tinggi, hal ini diperlunakan lining beton dengan tulangan. Lining beton tanpa tulangan juga dipergunakan untuk terowongan dengan tekanan rendah dan tinggi yang mempunyai selimut batuan yang cukup tinggi. Penggunaan tulangan tergantung dari kualits batuan. Tekanan harus ditahan dan aliran terowongan bila selimut batuan tidak cukup lining beton dengan tulangan hanya dapat digunakan dan juga untuk tinggi tekan yang rendah. 3. Lining shotcrete tanpa tulangan atau dengan tulangan seperti untuk (2) diatas tetapi hanya untuk keadaan selimut batuan yang cukup. Lining shotcrete digunakan untuk terowongan hidrolik membutuhkan permukaan yang halus dibatasi dengan segera tetapi meningkat cepat. Lining shotcrete cocok untuk kecepatan aliran yang sangat tinggi seperti pada terowongan, spillway dan untuk terowongan pengelak. 4. Plat baja dibelakang beton digunakan bila terowongan harus dilining. (2)
dan
(3)
tidak
mempertimbangkan
keamanan
atau
tidak
mempertimbangkan segi ekonomis yang disebabkan tinggi tekanan dari dalam yang sangat besar, keadaan batuan yang buruk atau tidak cukup selimut batuan (tebal batuan diatas terowongan kecil). Juga menyediakan terowongan lining yang kedap air adalah pertimbangan bentang. 5. Lining beton pratekan dari elemen precast. Kadang-kadang digunakan untuk tinggi tekanan yang tinggi dimana kedapa air menjadi pertimbangan penting. 3.10.3 Pendekatan Desain Ada dua pendekatan untuk mendesain lining : 1. Memperbaiki lining sebagai satu kesatuan struktur yang berdiri sendiri/ bebas terhadap beban kedalam dan keluar.
3 - 99
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
2. Mengambil batuan semaksimal mungkin dari sekeliling masa batuan dengan perbaikan dan lining sebagai bagian dari anggota struktur tebal dan menyatu (setelah menyiapkan perbaikan yang cocok dan diperlukan menjamin kebiasaan bergabung) dan dengan mobilisasi yang menyeluruh kapasitas sebagai beban batuan untuk keadaan tekanan dari dalam dengan peningkatan batuan dengan injeksi tekanan tinggi. Pendekatan kedua bila diterima meloncat keperanan penting dari pertimbangan ekonomi, pendekatan ini sangat dianjurkan oleh banyak orang terkenal dibenua (terutama eropa) ahli terowongan seperti Rabcewiez Sattlerm Muller dan lainnya. Untuk alasan berikut (berdasarkan pada observasi mereka dilapangan, uji model dan analisis matematika). 1. Dengan cara terowongan modern selalu ada ikatan yang sangat dekat antara batuan dan beton baik dengan pemasangan langsung beton shotcrete pada permukaan terowongan secara lain dari biasa atau bila menggunakan elemen beton precast atau lining beton inplace cast (pembalut permukaan) dengan injeksi campuran semen antara beton dan batuan. Gaya tangensial bekerja pada permukaan antara beton dan batuan dicegah agar tidak berubah masing-masing berdiri sendiri. Kelakuan mereka adalah seperti strutur yang menyatu. 2. Untuk struktur gabungan perpanjangan lining keliling seluruh lubang terowongan. Cara kritis dari kegagalan pada keadaan beban dari luar bukan hydrostatis bukan oleh tekuk tetapi oleh geser sepanjang bidang Mohr’s pada sudut kecil dari 200 – 300 terhadap vertikal aksis dari lining. Retak tekuk walaupun mereka muncul tidak mempengaruhi kapasitas beban dari luar. Rangkaian / sesi dari patah tekuk sekeliling lining sama dengan struktur lengkungan engsel lipat yang mengatur sendiri memainkan gaya aktif dan gaya pasif pada proses perencanaan kembali menentukan kegagalan dengan hanya terjadinya geser pada beban yang sangat tinggi adalah kebebasan yang bertentangan dari titik dimana patah tekuk dibentuk.
3 - 100
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
3. Tekanan radial pada lining yang disebabkan beban batuan adalah fungsi dari kekokohan dari lining yang mengecil untuk lining fleksibel yang lebih tipis. Dengan tipe lining kokoh tidak diperlukan tekanan radial yang tinggi sebab retakan tarik walaupun dengan beban yang relatif kecil. Sejak bagian sisa dibawa dari penampang, berkurang dalam cara ini ke pecahan dari ketebalan aslinya struktur permanen masih cukup stabil. Ketebalan rata-rata lining hanya pemborosan radial dan konsekuensinya tidak ekonomis sama sekali. 4. Pada lining shotcrete yang tipis perpanjangan disekitar lingkaran tidak ada olah tarik yang disebabkan beban batuan telah diberitahukan dimana-mana. 5. Pada terowongan bentuk tapal kuda ketik lining telah diketahui berhubungan dengan batuan tidak perlu untuk meningkatkan ketebalan lining pada dinding maupun dasar terowongan. Pendekatan kedua ini mendapatkan peningkatkan hal yang dapat diterima diantara ahli terowongan untuk terowongan pada batuan dan akan diambil. 3.10.4 Beban-beban Desain Tergantung dari keadaan geologi dan gempa dari keadaan lokasi dan layanan, satu atau lebih dari beban berikut dapat terjadi pada lining : 1. Tekanan batuan 2. Tekanan air keluar 3. Tekanan injeksi / grout. 4. Beban bergerak dan tambahan Ini dapat terjadi disebabkan beban struktur ke permukaan batuan terlalu membebani atau operasi peralatan bila selimut batuan tidak cukup tinggi 5. Tekanan air kedalam 6. Berat air dan lining. Ini biasanya dihilangkan karena kecil. 7. Tekanan gempa pengaruh dari gempa Pada bangunan dibawah tanah yang rendah tidak signifikan. Jadi beban gempa biasanya diabaikan kecuali bila jalur terowongan melintasi daerah patahan aktif tidak dapat diabaikan. Yang paling bahaya adalah seperti kombinasi dari beban-beban pada keadaan operasi yang berbeda harus dipertimbangkan (Maksimum operasi, norml 3 - 101
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
operasi, dalam keadaan kosong dan sebagainya) setelah keadaan tersebut. Lining selalu dikontrol / dicek. 3.10.5 Ketebalan dan Kualitas Beton untuk lining Ketebalan lining tergantung dari pertimbangan beban diatas dan ukuran dan bentuk terowongan peraturan yang benar untuk tebal lining beton, digunakan untuk waktu yang lama ialah inchi per foot dari parameter terowongan setelah atau dengan USBR, Prachice (pada 234 Design of small Dam) telah di tebal lining ¾” - 1” per-kaki pada tanah yang cukup stabil (ketebalan ini dimana perangkat baja digunakan penyangga diukur dari bagian dalam fleno atau 2” sebelah dalamnya). Praktek tua ini sekarang dengan cepat dari lining tipis yang fleksibel. Ketebalan
lining
beton
penutup
minimum
ditentukan
dengan
praktis
pertimbangan dari pembetonan. Hal ini jarang diambil kurang dari 6 inchi dan biasa diperkenankan minimum 8 inchi. Untuk lining beton dengan tulangan dengan 2 lapis dari ketebalan minimum beton bertulang 12” mungkin diinginkan. Ketebalan minimum dari lining shotcrete permanen biasanya disetujui 20 cm. Tabel 5 memperlihatkan ketebalan lining beton diberikan pada beberapa terowongan tenaga air yang besar. Dengan jelas menunjukkan masa ini memilih lining yang lebih tipis. Beton yang digunakan pada lining terowongan hidrolis harus dari kualitas yang baik. Harus cukup luas dan padat untuk melawan serangan kimia dan kikisan mekanika dan pada terowongan bertekanan mencegah kehilangan air dengan meresapkan air kesekitar batuan. Kecepatan yang tinggi dan aliran terbuka mengakibatkan keausan atau kikisan dari lining dan pengaruhi mempertinggi kotoran dengan hadirnya benda padat dalam penyekoresan dalam air. Keadaan luar biasa air kotor atau air yang mengandung mineral kotoran biasanya akan berpengaruh menghancurkan pada kulit beton, peningkatan hal tersebut, kemungkinan membuat pengikisan yang sering dan konsekuensinya meningkatnya koefisien kekasaran. Tindakan pencegahan yang plaing baik untuk melawan kesusahan adalah menjamin tidak hanya beton diaduk dengan baik dan cukup lama. Tetapi juga pemadatan dengan sepenuhnya pada posisi dan keadaan permulaan yang keras dan halus. 3 - 102
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Tindakan pencegahan ini mungkin tidak cukup efektif untuk melawan kegiatan kimia
dan
ini
kadang-kadang
sebaiknya
masih
mempertimbangkan
perlindungan lebih lanjut dengan mengecat permukaan dengan cat batu bata yang harus hanya diterapkan pada permukaan sepenuhnya kering. Pada terowongan Ramganga dan Yamuna beton grade M-250 (beton harus dilapangan selama 28 hari mempunyai tegangan 250 kg/cm²). Ukuran agregrat maksimum 1 ½ ” dipadatkan sepenuhnya pada tempat yang telah digunakan. Pembetonan dari lapisan biasanya dikerjakan pada monolit sekitar 12 meter. Beberapa kali kembali juga ditempatkan terpisah. Pelaksanaan sambungan harus diberihkan dan dibuat kasar dengan hati-hati. Tidak biasa mengambil pengukuran khusus melawan penciutan/ penyempitan. Keadaan udara yang lembab dan temperatur yang biasa dalam perawatan dengan pengeringan alamiah dan meminimumkan pencintaan dan penyusutan. Pembersihan permukaan secara kasar melawan penempatan beton juga mengontrol pengembangan celah sambungan. Walaupun begitu diperlukan pertimbangan penyediaan tebal 3/16”, lebar 8” plat baja untuk kedap air pada sambungan dalam pelaksanaan pembetonan dan hubungan antara lengkungan dan dasar terowongan. Penyetop rembesan air disatukan dalam bentuk diaprahma kedap air yang menerus. Penyetop rembesan air yang setengah terbuka harus ditanam berikutnya dicat dengan cat aspal sebelum pembetonan, hanya dalam hal sambungan garis melintang. Disebabkan batuan yang jelek dan disekitar bendungan dilengkapi dengan penyetop rembesan air pada terowongan bertekanan proyek tenaga air tahap II tidak memakai penyetop remesan air. 3.10.6 Tekanan Batuan Biasanya mengerjakan injeksi semen dibelakang lining untuk menutup semua penyusunan celah dan menjamin ikatan yang tepat antara batuan dan beton. Bila perangkat baja digunakan penyangga dalam waktu yang cukup (satu tahun atau lebih) selalu lewat antara penggalian dan pembetonan untuk mendapatkan kestabilan tegangan di batuan.
3 - 103
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Dalam hal PAC (Peneumatically Apllied Concrete) dan penyangga pengikatan batuan, pengembangan lebih Lanjut dari beban batuan dicek dengan memuaskan. Oleh karena itu taksiran natural bahwa lining tidak akan dibutuhkan untuk mengambil beban batuan. Walaupun begitu didalam pemanfaatan dan peregangan batuan tersebut. Perubahan bentuk mungkin berjalan terus sepanjang jangka waktu yang ditaksir dengan pengeplotan lengkung waktu dan perubahan bentuk dilapangan dan tambahan tekanan batuan diantisipasi dihitung untuk mendesain lining. Tambahan tekanan batuan seperti mengembangkan berikut melaksanakan terowongan disebabkan oleh penyebab lain juga perlu dipertimbangkan. 3.10.7 Tekanan Air Dari Luar Tekanan air dari luar mungkin mendesak lining disebabkan muka air tanah alam, disebabkan kedap air dari batuan diperkirakan tampungan air atau tambahan dari muka air batuan oleh bocoran melalui retakan lining beton pada terowongan bertekanan. Jarang terjadi kegagalan lining akibat tekanan air dari luar Tidak ada celah yang kontinu antara batuan dan lining pada saat disalurkan injeksi semen. Konsekuensinya
tekanan
air
bekerja hanya pada sebagian lingkaran,
tergantung dari derajat pemisahan dari sistem sambungan. Pada terowongan bertekanan dimana masa batuan tekanan, tekanan air tanah mungkin hampir semua bekerja dibelakang masa batuan yang diinjeksi. Terowongan dengan aliran bebas dilengkapi dengan drainasi dan kemudian tidak ada tekanan air dari luar biasanya dipakai dalam perencanaan teknis lining. Dalam hal terowongan pengeluaran pada tumpuan bendungan (USBR para 234 Design of Small Dam), ditaksir / dianggap tekanan air dari luar bekerja arah jarijari berubah-ubah dari tinggi air waduk penuh pada bagian hulu dari terowongan sampai nol pada titik dimana berubah menjadi terowongan dengan aliran bebas dan dilengkapi lubang drainase. Lubang drainase biasanya dibedakan pada jarak 20 feet (6 m).
3 - 104
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Pada terowongan bertekanan pada batuan yang cukup baik dengan lingkaran masa batuan yang diinjeksi, tekanan air dari luar biasanya diabaikan dan drainase disiapkan dimana menghadapi tekanan air tanah tinggi. Pada pertemuan ini kutipan berikut dari Show Montetain Hydro Electric And Thority Tehnical Memo CD 206 (Kriteria Desain Terowongan) mengenai kriteria untuk tekanan air dari luar akan diperhatikan. Lining tidak dibutuhkan untuk mengambil tekanan air dari luar. Didaerah dimana fakta-fakta dari air mengalir bebas diselidiki selama konstruksi (walaupun bila sesuatu aliran pada selang waktu yang pendek) lubang drainase air tanah harus disediakan. Mereka harus terdiri dari bagian pengeboran setiap 10” (300 cm) dimeter lubang 1 ½ ” dan panjang 10 foot = 300 cm setiap jarak 10” (300 cm) dari garis sumber. Didalam penambahan yang telah dijelaskan diatas lubang drainase air tanah, lubang tetesan harus disiapkan pada dasar terowongan tanpa memperhatikan masuknya aliran air. Mereka harus dibor kurang lebih 6 feet (1,8 m) dari garis tengah terowongan melalui lining beton sampai bahan bebas pengeringan. Jarak yang dibutuhkan kurang lebih 20 ft (6 m) dan mereka harus diatur memberikan jarak memanjang efektif kurang lebih 18” (3 m). Pada semua penampang penyangga dengan bingkai baja penyangga, lubang drainase air tanah harus dibor tanpa memperhatikan masuknya aliran air selama konstruksi. Mereka harus dibor sepanjang garis sumber pada jarak interval kurang lebih 10” (3 m) dan umumnya tidak melebihi panjang 5 ft (1,5 m) Kriteria diambil untuk terowongan bertekanan jaringan tenaga listrik Yamma tahap II didesain ketebalan lining beton tanpa tulangan untuk tekanan air dari luar sama dengan tekanan air dari dalam bekerja arah jari-jari pada seluruh lingkaran diambil 33% lebih tinggi dari tegangan tekan yang diijinkan normal pada beton. Hanya dimana tekanan air dari luar kelebihan dari tekanan air dari dalam dikwatirkan (diukur dengan batuan alat ukur manometer pada lubang drainasi dibor pada batuan selama konstruksi). Lubang drainase dibor kedalam batuan (melebihi daerah injeksi) pada diameter horisontal dipaskan dengan dasar pintu valve harus disediakan pada lining. 3 - 105
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
3.10.8 Injeksi Semen (Grouting) Tujuan Injeksi Semen adalah : a. Menutup celah antara beton dan batuan dan retak-retak yang ada pada batuan dilekatkan dengan tujuan jaminan pengiriman gaya antara beton dan batuan dan menciptakan sistem campuran b. Penggabungan dari batuan dengan tujuan mendapatkan pengambilan oleh bagian cukup dari tekanan dari dalam pada terowongan. c. Pengenalan derajat tertentu dari pratekan pada lining sebaik pada sistem campuran dari beton dan batuan menghilangkan atau paling tidak mengurangi tegangan tarik pada beton d. Mengurangi kesulitan pengeringan air selama penggalian terowongan dan penempatan beton. 1. Injeksi pengisian kembali (hubungan antara beton dan batuan) Pengisian kembali dibutuhkan sebab celah antara beton dan batuan seperti ada retak-retak pada batuan itu sendiri terbuka oleh penyusutan dari beton, oleh pada celah dan sambungan. Injeksi hubungan beton dan batuan dapat dibatasi kebagian atas dari penampang melintang, pada bagian bawah hubungan antara beton dan batuan cukup memuaskan. Bila lining PAG diterapkan tidak ada celah dibagian antara beton dan batuan sebab hubungan yang sangat mendalam, sepenuhnya beberapa retakan dapat terbuka dibelakang baris pertama dari elemen batuan memerlukan injeksi semen. Biasanya injeksi dikerjakan dengan mengebor lubang sekitar dalam 1 kaki (30 cm) kedalam batuan, satu setiap sisi dari lengkung puncak 20 feet (6 m) setiap bagian diatur bergiliran pada rencana ada lubang setiap 10 feet (3 m). Tekanan injeksi yang digunakan antara 30 - 60 psi (2 - 4 kg/cm²). Tekanan injeksi pengisian kembali menjadi rendah biasanya dihilangkan dalam desain lining. 2. Injeksi gabungan Injeksi gabungan dari biasa batuan disekitar terowongan bertekanan adalah sangat penting. 3 - 106
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Hal tersebut mengurangi perubahan bentuk yang tidak bisa diubah dan meningkatkan modulus elastisitas seperti tegangan dari masa batuan dimungkinkan pembagian beban lebih besar. Oleh batuan penutup retakretak dan mengurangi resapan pada sekeliling batuan menyetop atau mengurangi bocoran air secara efektif dari terowongan bertekanan kebatuan dan perembesan air dalam keadaan bertekanan pada batuan ke terowongan terutama sekali bila itu dikosongkan, mengurangi kebutuhan selimut batuan dan ketebalan lining untuk kemanan melawan tekanan air dari luar. Memperkenalkan pratekan (tekanan) pada lining beton dan sekeliling masa batuan yang membantu mengurangi tekanan tarik disebabkan oleh tekanan air didalam dan retak-retak pada beton dan sekeliling masa batuan. Tekanan injeksi p’ pada pokoknya lebih dari tekanan dinamis dari dalam p adalah kebutuhan untuk menghilangkan retak-retak. Walaupun begitu hal tersebut tidak harus begitu besar seperti disebabkan penghancuran beton atau mengangkat batuan. Untuk tekanan air p lebih tinggi dari 150 m (15 kg/cm² atau 310 lbs/sqm). Ketebalan lining beton dibutuhkan untuk mempertahankan batas tekanan injeksi pratekan, kecuali kalau beton kuat khusus digunakan, ada kecenderungan mengambil p’ = 2 p. Tekanan injeksi yang harus digunakan adalah dipastikan menurut tujuan yang akan dicapai. Untuk dua terowongan Manvoisin di Switzerland, tekanan injeksi sangat tinggi digunakan digunakan 40 atmospir (p = 20.4 atmospir) tanpa ada kerusakan kelining beton, sekalipun lebih dulu tegangan tekan pada beton mungkin kelebihan setengah tegangan penghancuran beton. Keamanan melawan uplift dapat dihitung dengan menggunakan rumus 4.18 atau 4.20 sub bab 3.4.6, ditaksir untuk jari-jari terowongan ditambah kedalaman lubang bor. Injeksi dengan bertahap mengatur dengan pantas sebaiknya tekanan injeksi kedalam lubang bor. Kedalaman lubang injeksi diambil dari 3 - 8 m tergantung dari tekanan dari dalam, tipe dari batuan dan tekanan injeksi.
3 - 107
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Jumlah lubang disekeliling terowongan 4 - 6 tergantung dari ukuran terowongan dan antara lingkaran satu dan lingkaran lainnya berjarak 6 m lubang pada lingkaran pengganti diatur bergiliran. 3.10.9 Terowongan Aliran Bebas dab Non Hidrolik Desain lining dikerjakan sesuai dengan prinsip secara garis besar diatas. Lining beton biasanya tanpa dilengkapi dengan tulangan bila selimut batuan tidak cukup tinggi (kurang dari 1,5 kali dari kombinasi antara tinggi dan lebar terowongan) terutama dekat portal atau pemasukkan/ pengeluaran harus dilengkapi dengan tulangan. Beton bertulang biasanya dibuat pada batuan yang jelek. Ketebalan lining harus ditentukan dengan kebutuhan minimum praktis, kebutuhan tebal untuk keadaan pembebanan dari luar dan keputusannya. Dalam keadaan batuan normal untuk mencapai selimut batuan yang cukup, tidak ada pengembangan bahan/ material selanjutnya beban batuan dapat diharapkan seperti lining biasanya dikerjakan dengan cukup panjang setelah penggalian bila keadaan stabil telah telah dipulihkan. Tekanan air dari dalam (disebabkan ketetapan untuk pengeringan) dan tekanan injeksi (lemah) juga tidak untuk dipenuhi. Lining beton tanpa tulangan ketebalan minimum dalam praktek (sekitar 20 cm) oleh karena itu biasanya ditetapkan. Ketebalan mungkin harus dinaikkan pada keadaan aliran kecepatan tinggi. Bila sistem penyangga adalah dari shotcrete, lapisan lain shotcrete dipasang untuk meningkatkan faktor keamanan atau ditutup lining beton dari ketebalan minimum dalam praktek, disediakan dari hidrolik atau pertimbangan lain. Didalam pemampatan dan peregangan batuan atau pada keadaan batuan yang sangat buruk dimana pengembangan batuan atau pada keadaan batuan yang sangat buruk dimana pengembangan tekanan batuan berjalan terus sepanjang jangka waktu, lining didesain untuk tambahan tekanan diharapkan. Pada keadaan batuan seperti itu penampang terowongan akan normal tekanan keliling dan dari luar lebih atau kurang hidrostatis. Ketebalan lining yang dibutuhkan dapat dengan mudah dihitung dengan mempertimbangkan hal tersebut, seperti tebal dinding pipa dan penggunaan
3 - 108
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
rumus (tekanan maksimum yang diharapkan terjadi pada permukaan bagian dalam)
p
c.(b 2 a 2 ) 2.b 2
dimana :
p = Tekanan Hidrostatis c = Tegangan yang diijinkan beton (tekanan langsung) a = Jari-jar idari dalam b = Jari-jar idari luar
Terowongan drainasi terowongan kabel dan seterusnya juga didesain serupa. Biasanya mereka diberi bentuk D dan tebal lining 20 cm dari beton tanpa tulangan. Detail terowongan drainase pada bendungan Ramganga pada batuan lunak diperlihatkan pada gambar 3.10.1
Gambar 3.10.1 Typical Section of Drainage Tunnel Ramganga Dam 3.10.10 Terowongan Bertekanan Lining terowongan dan injeksi semen pada masa batuan adalah mungkin seperti hal pelaksanaan campuran yang menyerap tekanan air dari dalam atau dari luar melebihi tekanan air batuan. Untuk desain ekonomis kegiatan penyangga batuan harus digunakan luas maksimum.
3 - 109
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Tahapan desain sederhana berikut ini untuk pekerjaan tersebut diatas setelah Laupper dan Sceber. Pembagian tekanan dari dalam p pada biasa batuan dan lining didasarkan pada keadaan batas bahwa lining dan masa batuan harus mempunyai perubahan bentuk jari-jari yang sama pada permukaan hubungan mereka (lining dan batuan). Dianggap masa batuan isotropis homogen dan kelakuan elastis penuh dari biasa batuan dan lining, kemudian dari rumus 4.13 (sub bab 3.4.4) perubahan bentuk relatif u/a dari hubungan permukaan diberikan oleh :
u Er.mr a mr 1
r .
dimana :
pr dan pc
(10-2) =
bagian tekanan dari dalam diambil oleh berturutturut batuan dan lining
Er dan Ec
=
Modulus elastistas dari batuan dan lining
mr dan mc =
Poisson’s Number dari batuan dan lining
a
Jari-jari bagian dalam terowongan
=
Lining pokok ke tekanan p dari bagian dalam dan reaksi batuan pr dari bagian luar. Untuk lining elastis dinding tipis u/a hanya tergantung dari tegangan t dan diberikan oleh rumus :
/a
t mc ² Ec. mc ² 1
(10.3)
Sejak perubahan bentuk relatif dari batuan dan lining harus sama :
Er mr 1 r t mc ² Ec. mc ² 1 Er.
(10.4)
Oleh karena itu pada lining dinding tipis bagian dari tekanan dari dalam pr dibagi oleh masa batuan hanya tergantung pada tekanan lingkaran pada lining dari rasio modul tetapi tidak tergantung pada diameter (jadi hubungan antara pr dan u/a untuk percobaan terowongan ukuran kecil dapat digunakan tidak dirubah untuk prototipe).
3 - 110
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Dengan mengambil t sama dengan tegangan tarik yang diijinkan untuk bahan dari lining, rumus 10.4 akan memberikan sisa maksimum diberikan oleh masa batuan. Dalam hal lining beton dinding tebal, itu harus dipertimbangkan bahwa tekanan lingkaran yang nyata sepanjang tepi bagian dalam lebih tinggi pada rasio.
2.b² (b² a ²) (b² a ²) mc Sehingga st pada rumus (10.4) telah diturunkan dengan ketentuan bila b jarijari bagian luar dari lining beton, rumus (10.4) menjadi :
mr mr 1 x (b² a ²) (b² a ²) / mc pr t. mc ² 2.b ² Ec. mc ² 1 Er.
(10.5)
Tekanan dari dalam harus ditahan oleh lining pc akan terjadi : Pc = p – pr
(10.6)
Kemudian lining dapat didesain dengan rumus :
pc pc
t.t a
t.(b² a ²) (b² a ²)
Untuk lining silinder tipis
(10.7)
Untuk lining silinder tebal
(10.8)
Dengan menaksir harga t tegangan taril beton yang diijinkan. Kapasitas sisa dibawah tekanan dari dalam hanya meningkat sedikit dengan tulangan baja ekonomis tegangan tarik beton yang diijinkan dihitung diambil oleh tulangan :
t 1 t.
t (m 1).Ast t
(10.9)
dimana : t = tebal beton dalam cm m = Poisson’s number Es/Ec = modulus ratio baja / modulus ratio beton Ast = Luas penam[ang baja (cm²/cm atau m²/m) t’ = Tegangan tarik yang diijinkan (kg/cm²)
Ast
pc x a st 3 - 111
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
dimana : st = tegangan tarik baja yang diijinkan (kg/cm²) Dalam hal beton tulangan gelinding minimum dari batang biasa untuk struktur pemakaian air (IS.3370 part II – 1965) harus 0,3% dari luas beton untuk tebal 10 cm penampang linier dikurangi 0,2% untuk semua ketebalan melebihi 45 cm. Dengan batang yang berubah bentuk/ cacat dapat dikurangi 20%, penampang memanjang beton bertulang harus diambil sama seperti beton bertulang gelinding minimum yang tercantum diatas. Batuan normal adalah batuan homogen bahan pula isotropic. Bagian dari ini batuan disekitar terowongan selama penggalian telah diganggu. Rumus diatas kemudian dapat digunakan untuk menghitung kegiatan penyangga dari batuan hanya bila En diambil seperti modulus dilapangan dari perubahan bentuk batuan (V2) cocok ke modulus elastisitas dari batuan elastis ideal yang diberikan keadaan beban, memberi perubahan bentuk total serupa seperti masa batuan dilapangan. Lauffer menyarankan penggunaan tiwag radial press untuk menentukan Er. Kapasitas perlawanan beban dari lining beton normal untuk tekanan dari dalam sangat terbatas, dalam penghitung ductility rendah dari beton. Anggapan penurunan temperatur dari beton kira-kira (100 – 150 C), kapasitas perlawanan prakteknya menurun hingga nol, sebab hasil pendinginan tegangan tarik sama dengan tegangan tarik yang diijinkan beton. Tekanan injeksi pada masa batuan yang bervariasi dikerjakan pada terowongan bertekanan dan terowongan pemindaian menyebabkan tegangan tekan pada lining beton dan batuan yang lebih dari menetralkan tegangan tarik, temperatur dan tekanan penyusutan yang dapat dihilangkan kecuali pratekan yang disebabkan injeksi kalau tidak diharapkan diperhitungkan dalam desain normalnya setelah injeksi dengan tekanan tinggi pada rata-rata batuan dengan selimut batuan yang cukup, lining beton dengan tulangan akan didapat cukup. Ketebalan lining akan ditentukan dengan ketebalan minimum yang dibutuhkan dari pertimbangan praktek dan kebutuhan untuk hidrostatis dari luar atau tekanan injeksi sangat mengurangi tekanan air dari luar sangat mengurangi tekanan air dari luar dan seperti pada lokasi yang bertekanan tinggi air batuan 3 - 112
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
harus disiapkan lubang drainasi dan seperti pratekan yang disebabkan oleh injeksi tidak lebih dari ½ atau 1/3 dari tekanan injeksi, tekanan air dan tekanan injeksi tidak akan dipertimbangkan terhadap tindakan secara serempak. Untuk mengecek perlawanan tekanan air dari luar yang 0% sampai 50% lebih tinggi, tekanan yang melebihi tegangan tekan yang diijinkan normal tekanan langsung biasanya dibolehkan. Untuk pengecekan tekanan injeksi 50% dari tegangan kubus penghabisan biasanya diijinkan ketebalan juga harus cukup untuk tekanan air dari dalam diambil oleh lining tanpa penyebab retakan berlebihan menjamin ini tekanan tarik yang diijinkan dari beton biasanya terbatas antara (1/4 – 1/3) dari tekanan tekan langsung yang diijinkan normal. Lauffer menyarankan 10 – 20 kg/cm² untuk lining beton dengan tidak ada sambungan pada penampang memanjang, batas maksimum dapat dipakai untuk lining beton dengan tulangan rasio prisma untuk batuan bervariasi antara 0,10 – 0,30 dan harga umum rata-ratanya adalah 0,20. Hal tersebut telah didapat bervariasi antara 0,15 – 0,24 untuk granite, 0,16 – 0,23 untuk limestone 0,08 – 0,20 untuk schist 0,25 – 0,30 untuk murble sandstone (Yamma tahap II part II) 0,11 – 0,19, sandrock (Ramganga Dam) 0,15 – 0,24. Modulus elastisitas untuk beberapa bentuk batuan diberikan dibawah ini : Tabel 3.10.1 Modulus Elastisitas Batuan Granite
(0,8 8,3)
x 106 psi
Quarnite
(5,7 8,3)
x 106 psi
Sand Stone
(0,8 3,2)
x 106 psi
Limestone
(1,0 5,5)
x 106 psi
Marble
(7,1 11,0)
x 106 psi
Schist
(0,27 2,8)
x 106 psi
Harga dilapangan dapat direndahkan tergantung dari kualitas batuan. Rasio poisson’s untuk beton bervariasi antara 0,11 - 0,21 (biasanya 0,15 0,20) dengan mengukur ketegangan harga dengan cara dinamis lebih tinggi memberikan harga rata-rata 0,24. Tidak ada data direndahkan tersedia menurut bervariasinya dengan tegangan tetapi itu dipercaya lebih rendah untuk tegangan yanglebih tinggi. 3 - 113
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Modulus elastisitas untuk beton meningkat kira-kira dengan akar kuadrat dari tegangannya. Harga untuk tegangan beton yang berbeda diberikan dibawah ini : Tabel 3.10.2 Daftar Tegangan Kubus Rata-rata dan Modulus Elastisitas Tegangan kubus
Modulus
rata-rata
Elastisitas
(lbs/in²)
(lb/in²)
4000
4,0 x 106
5000
4,5 x 106
6000
5,0 x 106
8000
6,0 x 106
Bilamana selimut batuan tidak cukup atau batuan berkualitas jelek, akan diperlukan tulangan pada lining. Bila selimut batuan cukup, bersama-sama menanggung tekanan dari dalam oleh batuan diperhitungkan dan tulangan baja disediakan sesuai dengan kode normal dari praktek untuk struktur beton untuk lebih tinggi tegangan tarik pada lining beton dengan tulangan bila dibandingkan dengan lining tanpa tulangan mungkin diijinkan sebab dalam menghitung pengaruh pembagian tulangan, tekanan dari dalam menyebabkan banyak retak rambut halus, malahan retak lebih lebar dan memuncak, yang seperti tertutup oleh bahan lumpur atau oleh perbaikan (Lauffer). Bila batuan sangat jelek dan disiapkan penyangga yang kecil mungkin dihilangkan dan kemudian sampai 80% dari hasil tekanan keadaan normal berhenti sementara dan sampai 100% hasil tekanan dalam keadaan ekstrim berhenti mungkin diijinkan oleh baja. Dimana selimut tidak cukup, penyangga batuan mungkin dihilangkan dan normal tekanan yang diperkenankan diijinkan dalam keadaan berhenti dan 33% lebih tinggi tekanan pada baja dalam keadaan ekstrim berhenti. Batuan yang sangat jelek keadaannya atau selimut yang ekstrim rendah mungkin diperlukan ketentuan mistar baja. Ketebalan lining akan perlu dicek untuk keadaan terowongan kosong untuk pembebanan dari luar yang disebabkan beban batuan (bila ada) tekanan air
3 - 114
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
dari luar dan tekanan injeksi untuk terowongan bulat dengan beban hidrostatis rumus untuk tebal dinding pipa dari sub bab 3.10.9 dapat digunakan. Transisi dari terowongan bertekanan sampai terowongan aliran bebas harus disediakan tulangan khusus untuk menjaga retak-retak yang berlebihan yang akan mengijinkan bocoran dari tekanan bagian terowongan masuk ke belakang lining dari bagian aliran bebas. Beton bertulangan untuk bagian tekanan untuk jarak hulu dari persimpangan sama ke. 5 kali diameter dari terowongan harus berdasarkan pada tinggi hidrostatis dari dalam penuh dengan tidak diberikan untuk pengendalian dari sekitar batuan. Bagian aliran bebas dari terowongan harus tulangan untuk jarak hilir dari persimpangan sama dengan 2 kali diameter terowongan, penaksiran tinggi hidrostatis sama dengan tinggi tekan dari dalam dekat persimpangan sebelah hulu. Kriteria desain untuk desain terowongan diambil untuk Proyek Ramganga, jaringan listrik tenaga air Yamma tahap II dari proyek Beas Suttlei link diberikan pada lampiran B, C, D berturut-turut. 3.11 Bangunan Pelengkap 3.11.1 Portals (Pemasukan/ Pengeluaran) Biasanya dibutuhkan sebagian penggalian untuk membuat penampakan permukaan batuan dengan membuang penutup batuan (diameter portal sebaiknya lebih dari 1,5 kali diameter terowongan) Bangungan pemasukan/ pengeluaran (portals) dibutuhkan untuk menyediakan tempat yang stabil/ aman untuk penggalian permukaan batuan untuk terowongan. Bila batuannya baik, mungkin dengan pengikatan batuan dan penumpukan karung pasir dibagian luar, sudah cukup untuk membuat stabil permukaan. Bila batuannya jelek mungkin dibutuhkan dinding buttres dari beton bagian hulu terowongan pada saat penyelesaian pekerjaan terowongan diperlukan penutup terowongan berupa balok sekat dari beton yang cocok/ cukup kuat, alur tempat meletakan balok sekat tadi dan tempat untuk bekerjanya mobile crane untuk mengangkat/ memasang balok sekat tadi pada saat penutupan terowongan.
3 - 115
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Tempat bekerjanya mobile crane berupa platform harus ditempatkan pada lokasi yang cocok dan kuat menahan beban mobile crane serta balok sekat yang diangkat. 3.11.2 Plug (Penutup Terowongan) Plug dibutuhkan untuk menutup terowongan pengelak bila terowongan tersebut tidak digunakan lagi sebagai pengelak. Bila terowongan tersebut setelah itu digunakan untuk tenaga listrik irigasi atau spillway,
plug
diletakkan
diujung
hulu
terowongan,
sedangkan
untuk
mengalirkan air ke terowongan diperlukan terowongan penghubung. Plug pada terowongan didesain dengan tinggi energi/ tekan yang tertinggi. Pada batuan yang jelek biasanya dilengkapi denganplug yang lebih baik yaitu yang disebut Wedge Shaped Keys
.
Panjang dari plug ditentukan oleh besarnya tegangan geser yang aman pada sekeliling bidang kontak batuan antara plug dan lining. Disebabkan pembagian beban segitiga ketidak sempurnaan injeksi semen (grouting) dan sebagainya, harga rendah, dan tegangan geser rata rata diperkenankan dapat diambil 1,4 kg/cm² untuk beton dan batuan. Beton pada terowongan yang dilining menyumbangkan jaminan ikatan yang pantas antara beton yang tua / lama dan yang baru. Kedalaman kunci pada batuan den beton ditentukan dengan memperkirakan tegangan tekan rata rata pada daerah proyek dan kunci (diambil 10 kg/cm 2 untuk batuan dan 20 kg/cm 2 untuk beton). Untuk injeksi semen (grouting) pada bidang kontak antara beton plug dan lining terowongan bertujuan untuk melekatkan dapat pula dilengkapi pada lining terowongan atau pada beton plug sebaik mungkin. Pipa baja berdiameter (12''-18'') ditanam pada beton plug untuk mengalirkan bocoran dari portal atau balok sekat beton selama pembetonan. Setelah penempatan pipa kemudian ditimbun dengan beton. Untuk membuat plug kedap air digunakan beton yang didinginkan atau beton didinginkan setelah penempatan menggunakan gulungan pengikat. Injeksi semen secara konstan biasanya dilakukan sampai tekanan 100 psi. Batuan disekitar plug diinjeksi semen dengan tekanan sampai kedalaman sekitar 50 feet atau 15 meter setelah selesai injeksi semen pada bidang kontak. 3 - 116
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Detail plug yang dibuat untuk intake bendungan Ramganga dapat dilihat pada gambar 3.11.1.
Gambar 3.11.1 Ramganga Project Intake Plug Details 3.12 Saluran Pembawa (Irigasi) A. Data yang dibutuhkan : 1. Peta topografi skala 1 : 5000 beserta hasil lay out peta petak (lengkap) 2. Peta topografi skala 1 : 25.000 beserta hasil lay out peta petak 3. Skema irigasi dan pembuang 4. Data sawah tertinggi dan terjauh terhadap intake, serta perkiraaan elevasi muka air pada intake dan bangunan bagi sadap. 5. Peta trase saluran skala 1 : 2000 6. Potongan memanjang dan melintang 7. Hasil perhitungan luas petak dan debit setiap ruas saluran irigasi 8. Hasil penyelidikan geoteknik 9. Hasil penyelidikan sedimen 3 - 117
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Penggunaan peta foto udara dan foto yang dilengkapi dengan garis ketinggian (ortofoto) akan sangat besar artinya untuk perencanaan tata letak dan trase saluran pembawa. Data-data pengukuran topografi dan saluran yang disebutkan di atas merupakan data akhir untuk perencanaan detail saluran. Letak trase saluran sering baru dapat ditetapkan setelah membanding-bandingkan berbagai alternatif, informasi yang diperoleh dari pengukuran trase saluran dapat dipakai untuk peninjauan trase pendahuluan, misalnya pemindahan as saluran atau perubahan tikungan saluran. Letak as saluran pada silangan dengan saluran pembuang (alamiah) sering sulit ditentukan secara tepat dengan menggunakan peta topografi, sebelum diadakan pengukuran saluran. Letak akhir bangunan utama dan bangunan silang tersebut hanya dapat ditentukan berdasarkan survai lapangan (dengan skala 1 : 200 atau 1 : 500) Lokasi trase saluran garis tinggi akan lebih banyak dipengaruhi oleh keadaan topografi setempat daripada saluran yang mengikuti punggung medan. Saluran-saluran sekunder sering mengikuti punggung medan. Pengukuran trase untuk saluran tipe ini dapat dibatasi sampai pada lebar 75 m yang memungkinkan penempatan as saluran dan perencanaan potongan melintang dengan baik. Untuk saluran garis tinggi, lebar profil yang serupa cukup untuk memberikan perencanaan detail. Akan tetapi, karena menentukan as saluran dari sebuah peta topografi sebelum pengukuran saluran lebih sulit, pengukuran peta trase umumnya ditentukan dengan as saluran yang ditentukan di lapangan. Data geoteknik diperlukan untuk perencanaan saluran pembawa (irigasi). Hal utama yang harus diperhatikan dalam perencanaan saluran adalah stabilitas tanggul, kemiringan talud galian serta rembesan ke dan dari saluran. Data tanah yang diperoleh dari hasil penyelidikan tanah pertanian akan memberikan pertunjuk umum mengenai sifat-sifat tanah di daerah trase saluran yang direncanakan. Perhatian khusus harus diberikan kepada daerah-daerah yang mengandung: -
Batu singkapan
-
Lempung tak stabil yang plastisitasnya tinggi
-
Tanah gambut dan bahan-bahan organik
-
Pasir dan kerikil
-
Bahan (tanah) timbunan yang cocok
-
Muka air tanah
3 - 118
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Pengujian gradasi dan batas cair terhadap bahan-bahan sampel pada umumnya akan menghasilkan klasifikasi yang memadai untuk perencanaan talud galian dan timbunan. Untuk talud yang tinggi (lebih dari 5 m) diperlukan analisis yang mendetail mengenai sifat-sifat tanah. Klasifikasi menurut Unified Soil Classification USBR akan memberikan data-data yang diperlukan untuk perencanaan saluran. Sumuran uji untuk pengambilkan sample dengan bor tangan, yang digali sampai kedalaman tertentu di bawah ketinggian dasar saluran, harus dibuat dengan interval 1 km. Interval ini harus dikurangi jika tanah pada trase itu sangat bervariasi. Pemeriksaan visual dan tes kelulusan juga harus dilakukan, jika memang perlu. Persyaratan teknis untuk penyelidikan Geoteknik (PT-03) memberikan uraian yang lebih terinci tentang hal ini, dan harus dipakai untuk menentukan data yang akan dikumpulkan di lapangan. Pengujian tanah di lokasi bangunan saluran pada umumnya akan menambah informasi mengenai sifat-sifat tanah di dalam trase saluran Data sedimen terutama diperlukan untuk perencanaan jaringan pengambilan di sungai dan kantong lumpur. Bangunan pengambilan dan kantong lumpur akan direncanakan agar mampu mencegah masuknya sediment kasar (> 0,06 - 0,07 cm) ke dalam jaringan saluran. Untuk perencanaan saluran irigasi yang mantap kita harus mengetahui konsentrasi sedimen dan pembagian (distribusi)
ukuran butirnya. Data-data ini akan
menentukan faktor-faktor untuk perencanaan kemiringan saluran dan potongan melintang yang mantap, dimana sedimentasi dan erosi harus tetap berimbang dan terbatas. Faktor yang menyulitkan adalah keanekaragaman dalam hal waktu dan jumlah di sungai. Selama aliran rendah konsentrasi kecil, dan selama debit puncak konsentrasi meninggi. Perubahan-perubahan ini tidak dihubungkan dengan variasi dalam kebutuhan air irigasi. Pola yang dominan tidak dapat diramalkan. Lebih-lebih lagi, data sedimen untuk kebanyakan sungai hampir tidak tersedia, atau hanya meliputi data-data hasil pengamatan yang diadakan secara insidentil. Selanjutnya pemilihan kondisi rencana hanya merupakan taksiran dari kondisi yang sebenarnya.
3 - 119
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
B. Debit rencana Debit rencana sebuah saluran dihitung dengan rumus umum berikut :
Q
c NFR A e
dimana : Q
=
debit rencana, l/dt
c
=
koefesien pengurangan karena adanya system golongan (lihat point E)
NFR =
kebutuhan bersih (netto) air sawah, m.l/det.ha
A
=
luas daerah yang diairi, ha
e
=
efisiensi irigasi secara keseluruhan
Jika air yang dialirkan oleh jaringan saluran juga untuk keperluan selain irigasi, maka debit rencana harus ditambah dengan jumlah yang dibutuhkan untuk keperluan itu, dengan memperhitungkan efisiensi pengaliran. “Lengkung Kapasitas Tegal“ yang dipakai sejak tahun 1891, tidak lagi digunakan untuk perencanaan kapasitas saluran irigasi. Alasannya adalah : -
Sekarang telah ada metode perhitungan kebutuhan air di sawah yang secara lebih tepat memberikan kapasitas bangunan sadap tersier, jika dipakai bersama-sama dengan angka-angka efisiensi di tingkat tersier.
-
Pengurangan kapasitas saluran yang harus mengairi areal seluas lebih dari 142 ha, sekarang digabungkan dalam efisiensi pengaliran. Pengurangan kapasitas yang diasumsikan oleh Lengkung Tegal adalah 20% untuk areal yang ditanami tebu dan 5% untuk daerah yang tidak ditanami tebu. Persentase pengurangan ini dapat dicapai jika saluran mengairi daerah seluas 710 ha atau lebih. Untuk areal seluas antara 710 ha dan 142 ha keofesien pengurangan akan turun secara linier sampai 0.
C. Kebutuhan air di sawah Kebutuhan air di sawah untuk padi ditentukan oleh faktor-faktor berikut : a. Cara penyiapan lahan b. Kebutuhan air untuk tanaman c. Perkolasi dan rembesan d. Pergantian lapisan air, dan e. Curah hujan efektif Kebutuhan total air di sawah (GFR) mencakup faktor a sampai d. kebutuhan bersih (netto) air di sawah (NFR) juga memperhitungkan curah hujan efektif. 3 - 120
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Besarnya kebutuhan air di sawah bervariasi menurut tahap pertumbuhan tanaman dan bergantung kepada cara pengolahan lahan. Besarnya kebutuhan air di sawah dinyatakan dalam mm/hari. Besarnya kebutuhan air di sawah untuk tanaman ladang dihitung seperti pada perhitungan kebutuhan air untuk padi. Ada berbagai harga yang dapat diterapkan untuk kelima faktor di atas. D. Efisiensi Untuk tujuan-tujuan perencanaan, dianggap bahwa seperempat sampai sepertiga dari jumlah air yang diambil akan hilang sebelum air sampai di sawah. Kehilangan ini disebabkan oleh kegiatan eksploitasi, evaporasi dan perembesan. Kehilangan akibat evaporasi dan perembesan umumnya kecil saja jika dibandingkan dengan jumlah kehilangan akibat kegiatan eksploitasi. Penghitungan rembesan hanya dilakukan apabila kelulusan tanah cukup tinggi. Pada umumnya kehilangan air di jaringan irigasi dapat dibagi-bagi sebagai berikut :
15 – 22,5 % di petak tersier, antara bangunan sadap tersier dan sawah
7,5 – 12,5 % di saluran sekunder
7,5 – 12,5 % di saluran utama
Efisiensi secara keseluruhan (total) dihitung sebagai berikut : Efisiensi jaringan tersier (et ) x efisiensi jaringan sekunder (es ) x efisiensi jaringan primer (ep), dan antara 0,59 - 0,73. oleh karena itu, kebutuhan bersih air sawah (NFR) harus dibagi e untuk memperoleh jumlah air yang dibutuhkan di bangunan pengambilan dari sungai. Faktor-faktor efisiensi yang diterapkan untuk perhitungan saluran disajikan pada tabel 3.12.1. Tabel 3.12.1 Sistem Kebutuhan Air Tingkat Sawah Petak tersier
Kebutuhan Air NFR (kebutuhan bersih air di sawah) TOR (kebutuhan air di bangunan sadap tersier) (NFR x luas daerah) x
Petak sekunder
(l/dt/ha) (l/dt)
SOR (kebutuhan air di bangunan sadap sekunder) TOR x
Petak primer
1 et
Satuan
1 es
(l/dt atau 3/dt)
MOR (kebutuhan air di bangunan sadap primer) TORmc1)) x
1 ep
(l/dt atau m 3/dt) 3 - 121
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Bendung
DR (kebutuhan diversi) MOR sisi kiri dan MOR sisi kanan
Kriteria Desain Terowongan
(m 3/dt)
Keterangan : TOR-mc : kebutuhan air di bangunan sadap tersier untuk petak-petak tersier di sepanjang saluran primer. Kehilangan yang sebenarnya di dalam jaringan bisa jauh lebih tinggi, dan efisiensi yang sebenarnya yang berkisar antara 30 sampai 40% kadang-kadang lebih realistis, apalagi pada waktu-waktu kebutuhan air rendah. Walaupun demikian, tidak disarankan untuk merencanakan jaringan saluran dengan efisiensi yang rendah itu. Setelah beberapa tahun diharapkan efisiensi akan dapat dicapai. Keseluruhan efisiensi irigasi yang disebutkan di atas, dapat dipakai pada proyekproyek irigasi yang sumber airnya terbatas dengan luas daerah yang diairi sampai 10.000 ha. Harga-harga efisiensi yang lebih tinggi (sampai maksimum 75%) dapat diambil untuk proyek-proyek irigasi yang sangat kecil atau proyek irigasi yang airnya diambil dari waduk yang dikelola dengan baik. Di daerah yang baru dikembangkan, yang sebelumnya tidak ditanami padi, dalam tempo 3 - 4 tahun pertama kebutuhan air di sawah akan lebih tinggi daripada kebutuhan air di masa-masa sesudah itu. Kebutuhan air di sawah bisa menjadi 3 sampai 4 kali lebih tinggi daripada yang direncana. Ini untuk menstabilkan keadaan tanah itu. Dalam hal-hal seperti ini, kapasitas rencana saluran harus didasarkan pada kebutuhan air maksimum dan pelaksanaan proyek itu harus dilakukan secara bertahap. Oleh sebab itu, luas daerah irigasi harus didasarkan pada kapasitas jaringan saluran dan akan diperluas setelah kebutuhan air di sawah berkurang. Untuk daerah irigasi yang besar, kehilangan-kehilangan air akibat perembesan dan evaporasi sebaiknya dihitung secara terpisah dan kehilangan-kehilangan lain harus diperkirakan. E. Rotasi Teknis (Sistem golongan) Keuntungan-keuntungan yang dapat diperoleh dari sistem golongan teknis adalah :
berkurangnya kebutuhan pengambilan puncak (koefesien pengurangan rotasi)
3 - 122
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
kebutuhan pengambilan bertambah secara berangsur-angsur pada awal waktu pemberian air irigasi (pada periode penyiapan lahan), sering dengan makin bertambahnya debit sungai; kebutuhan pengambilan puncak dapat ditunda.
Sedangkan hal-hal yang tidak menguntungkan adalah :
timbulnya komplikasi sosial
eksploitasi lebih rumit
kehilangan air akibat eksploitasi sedikit lebih tinggi, dan
jangka waktu irigasi untuk tanaman pertama lebih lama, akibat lebih sedikit waktu tersedia untuk tanaman kedua.
Agar kebutuhan pengambilan puncak dapat dikurangi, maka areal irigasi harus dibagi-bagi menjadi sekurang-kurangnya tiga atau empat golongan dan tidak lebih dari 5 atau 6 golongan. Dengan sendirinya hal ini agak mempersulit eksploitasi jaringan irigasi. Lagi pula usaha pengurangan debit puncak mengharuskan diperkenalkannya sistem rotasi. Karena alasan-alasan di atas, biasanya untuk proyek irigasi tertentu yang mencakup daerah yang bisa diairi seluas 10.000 ha dan mengambil air langsung dari sungai, tidak ada pengurangan debit rencana (koefesien pengurangan c = 1). Pada jaringan yang telah ada, faktor pengurangan c < 1 mungkin dipakai sesuai dengan pengalaman E & P. F. Saluran tanah tanpa pasangan 1. Perencanaan saluran yang stabil Untuk pengaliran air irigasi, saluran berpenampang trapesium tanpa pasangan adalag bangunan pembawa yang paling umum dipakai dan ekonomis. Perencanaan saluran harus memberikan penyelesaian biaya pelaksanaan dan pemeliharaan yang paling rendah. Erosi dan sedimentasi di setiap potongan melintang harus minimal dan berimbang sepanjang tahun. Ruas-ruas saluran harus mantap. Sedimentasi (pengendapan) di dalam saluran dapat terjadi apabila kapasitas angkut sedimennya berkurang. Dengan menurunnya kapasitas debit bagian hilir dari jaringan saluran, adalah penting untuk menjaga agar kapasitas angkutan sedimen per satuan debit (kapasitas angkutan sedimen relatif) tetap sama atau sedikit lebih besar. Sedimen yang memasuki jaringan saluran biasanya hanya mengandung partikel-partikel lempung dan lanau melayang saja (lempung dan lanau dengan 3 - 123
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
d < 0,06 – 0,07 mm). Partikel-partikel yang lebih besar, kalau terdapat di dalam air irigasi, akan tertangkap di kantong lumpur di bangunan utama. Kantong lumpur harus dibuat jika jumlah sedimen yang masuk ke dalam jaringan saluran dalam setahun yang tidak terangkut ke sawah (partikel yang lebih besar dari 0,06 - 0,07 mm), lebih dari 5% dari kedalaman air di seluruh jaringan saluran. Jadi, volume sedimen adalah 5% dari kedalaman air kali lebar dasar saluran kali panjang total saluran. Gaya erosi diukur dengan gaya geser yang ditimbulkan oleh air di dasar dan lereng saluran. Untuk mencegah terjadinya erosi pada potongan melintang gaya geser ini harus tetap di bawah batas kritis. Dalam Kriteria Perencanaan ini, dipakai kecepatan aliran dengan harga-harga maksimum yang diizinkan, bukan gaya geser, sebagai parameter untuk gaya erosi. Untuk perencanaan hidrolis sebuah saluran, ada dua parameter pokok yang harus ditentukan apabila kapasitas rencana yang diperlukan sudah diketahui, yaitu : ▪
Perbandingan kedalaman air dengan lebar dasar
▪
Kemiringan memanjang
Rumus aliran hidrolis menentukan hubungan antara potongan melintang dan kemiringan memanjang. Sebagai tambahan, perencanaan harus mengikuti kriteria angkutan sedimen dan erosi. Persyaratan untuk angkutan sedimen dan air membatasi kebebasan untuk memilih parameter-parameter di atas. Ruas saluran di dekat bangunan utama menentukan persyaratan pengangkutan sedimen ruas-ruas saluran lebih jauh ke hilir pada jaringan itu. Untuk mencegah sedimentasi, ruas saluran hilir harus direncana dengan kapasitas angkutan sedimen relatif yang, paling tidak, sama dengan ruas hulu. Di lain pihak gaya erosi harus tetap di bawah batas kritis untuk semua ruas saluran di jaringan tersebut. Untuk perencanaan saluran, ada tiga keadaan yang harus dibedakan sehubungan dengan terdapatnya sedimen dalam air irigasi dan bahan tanggul. a. Air irigasi tanpa sedimen di saluran tanah Keadaan ini akan terjadi bila air diambil dari waduk secara langsung. Perencanaan saluran sekarang banyak dipengaruhi oleh kriteria erosi dan dengan demikian oleh kecepatan maksimum aliran yang diizinkan. Besarnya kecepatan ini bergantung kepada bahan permukaan saluran.
3 - 124
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
b. Air irigasi bersedimen di saluran pasangan Perencanaan saluran dipengaruhi oleh persyaratan pengangkutan sedimen melalui
jaringan
dan
dengan
demikian
kriteria
angkutan
sedimen
mempengaruhi perencanaan. c. Air irigasi bersedimen di saluran tanah Masalah sedimen dan saluran tanah adalah situasi yang paling umum dijumpai pelaksanaan irigasi di Indonesia. Kini perencanaan irigasi sangat dipengaruhi oleh kriteria erosi dan angkutan sedimen. Biasanya sedimentasi memainkan peranan penting dalam perencanaan saluran primer. Saluran ini sering direncana sebagai saluran garis tinggi dengan kemiringan dasar yang terbatas. Saluran sekunder yang dicabangkan dari saluran primer dan mengikuti punggung sering mempunyai kemiringan dasar sedang dan dengan demikian kapasitas angkutan sedimen relatif lebih tinggi, sehingga kriteria erosi bisa menjadi faktor pembatas. 2. Rumus dan kriteria hidrolis a. Rumus aliran Untuk perencanaan ruas, aliran saluran dianggap sebagai aliran tetap, dan untuk itu diterapkan rumus Strickler. V =
k R2/3 I1/2
R
A P
A =
(b + mh) h
P
b 2h m2 1
Q VA ;
b nh
dimana : Q =
debit saluran, m 3.dt
v
kecepatan aliran, m/dt
=
A =
potongan melintang aliran, m 2
R =
jari-jari hidrolis,m
P =
keliling basah,m
b
=
lebar dasar, m
h
=
tinggi air, m
I
=
kemiringan energi (kemiringan saluran)
k
=
koefesien kekasaran Strickler, m 1/3/dt
m =
kemiringan talud (1 vert : m hor) 3 - 125
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Gambar 3.12.1 Parameter potongan melintang Rumus aliran di atas juga dikenal sebagai rumus manning, koefesien kekasaran Manning (“n“) mempunyai harga bilangan 1 dibagi dengan k. b. Koefesien kekasaran Strickler Koefesien kekasaran bergantung kepada faktor-faktor berikut : ➢ Kekasaran permukaan saluran ➢ Ketidakteraturan permukaan saluran ➢ Trase saluran (tikungan) ➢ Vegetasi (tumbuhan), dan ➢ Sedimen Bentuk dan besar/ kecilnya partikel di permukaan saluran merupakan ukuran kekasaran. Akan tetapi, untuk saluran tanah hanya merupakan bagian kecil saja dari kekasaran total. Pada saluran irigasi, ketidak teraturan permukaan yang menyebabkan perubahan dalam keliling basah dan potongan melintang mempunyai pengaruh yang lebih penting pada koefesien kekasaran saluran daripada kekasaran permukaan. Perubahan-perubahan memperbesar
mendadak
keofesien
pada
permukaan
saluran
akan
kekasaran. Perubahan-perubahan ini dapat
disebabkan oleh penyelesaian konstruksi saluran yang jelek atau karena erosi pada talud saluran. Terjadinya riak-riak di dasar saluran akibat interaksi aliran di perbatasannya juga berpengaruh terhadap kekasaran saluran. Pengaruh vegetasi terhadap resistensi sudah jelas; panjang dankerapatan vegetasi adalah faktor-faktor yang menentukan. Akan tetapi tinggi air dan kecepatan aliran sangat membatasi pertumbuhan vegetasi. Vegetasi diandaikan minimal untuk harga-harga k yang dipilih dan dipakai dalam perencanaan saluran.
3 - 126
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Pengaruh trase saluran terhadap koefesien kekasaran dapat diabaikan, karena dalam perencanaan saluran tanpa pasangan akan dipakai tikungan berjari-jari besar. Pengaruh faktor-faktor di atas terhadap koefesien kekasaran saluran akan bervariasi menurut ukuran saluran. Ketidakteraturan pada permukaan akan menyebabkan perubahan kecil di daerah potongan melintang di saluran yang besar ketimbang di saluran kecil. Koefesien-koefesien kekasaran untuk perencanaan saluran irigasi disajikan pada tabel 3.4. Apakah harga-harga itu akan merupakan harga-harga fisik yang sebenarnya selama kegiatan eksploitasi, hal ini sangat tergantung pada kondisi pemeliharaan saluran. Penghalusan permukaan saluran dan menjaga agar saluran bebas dari vegetasi lewat pemeliharaan rutin akan sangat berpengaruh pada koefesien kekasaran dan kapasitas debit saluran. Tabel 3.12.2 Harga-harga kekasaran koefesien Strickler (k) untuk saluransaluran irigasi tanah Debit rencana (m3/dt) Q > 10 5 < Q < 10
k (m1/3/dt) 45 42,5
1< Q < 5
40
Q < 1 dan saluran tersier
35
c. Sedimentasi Kecepatan minimum yang diizinkan adalah kecepatan terendah yang tidak akan menyebabkan pengendapan partikel dengan diameter maksimum yang diizinkan (0,06 – 0,07 mm) Tetapi secara kuantitas baru sedikit yang diketahui mengenai hubungan antara karakteristik aliran dan sedimen yang ada. Untuk perencanaan saluran irigasi yang mengangkut sedimen, aturan perencanaan yang terbaik adalah menjaga agar kapasitas angkutan sedimen per satuan debit masing ruas saluran di sebelah hilir setidak-tidaknya konstan. Dengan menunjukkan pada rumus angkutan sedimen Einstein-Brown dan Englund-Hansen, maka kriteria ini akan mengacu kepada I√h yang konstan.
3 - 127
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Karena rumus-rumus ini dihubungkan dengan saluran yang relatif lebar dianjurkan
agar
harga
I√h
bertambah
besar
ke arah hilir
guna
mengkompensasi pengaruh yang ditimbulkan oleh kemiringan talud saluran. Ini menghasilkan kriteria bahwa I√R adalah konstan atau makin besar ke arah hilir. Profil saluran yang didasarkan pada rumus Haringhuizen (yang disadur dari teori regim sungai) kurang lebih mengikuti kriteria I√R konstan. Jika diikuti kriteria I√R konstan, sedimentasi terutama akan terjadi pada ruas hulu jaringan saluran. Biasanya jaringan saluran akan direncana dengan kantong lumpur di dekat bangunan pengambilan di sungai. Jika semua persyaratan dipenuhi, bangunan ini akan memberikan harga I√R untuk jaringan saluran hilir. d. Erosi Kecepatan maksimum yang diizinkan adalah kecepatan aliran (rata-rata) maksimum yang tidak akan menyebabkan erosi di permukaan saluran. Konsep itu didasarkan pada hasil riset yang diadakan oleh US Soil Conservation Service (USDA - SCS, Design of Open Channels, 1977) dan hanya memerlukan sedikit saja data lapangan seperti klasifikasi tanah (Unified System), indeks plastisitas dan angka pori. Kecepatan maksimum yang diizinkan ditentukan dalam dua langkah : ➢ Penetapan kecepatan dasar (vb) untuk saluran lurus dengan ketinggian air 1 m seperti pada gambar 3.12.2; vb adalah 0,6 m/dt untuk hargaharga PI yang lebih rendah dari 10 ➢ Penentuan faktor koreksi pada vb untuk lengkung saluran, berbagai ketinggian air dan angka pori seperti tampak pada gambar 3.12.3. vmaks
=
vb x A x B x C
dimana : vmaks
=
kecepatan maksimum yang diizinkan, m/dt
vb
=
kecepatan dasar, m/dt
A
=
faktor koreksi untuk angka pori permukaan saluran
B
=
faktor koreksi untuk kedalaman air
C
=
faktor koreksi untuk lengkung
dan kecepatan dasar yang diijinkan vba = vb x A
3 - 128
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Kecepatan dasar dipengaruhi oleh konsentrasi bahan layang di dalam air. Pada gambar 3.12.2 dibedakan adanya dua keadaan :
Gambar 3.12.2 Kecepatan-kecepatan dasar untuk tanah koheren (SCS) ➢ Air bebas sedimen dengan konsentrasi kurang dari 1.000 ppm sedimen layang. Konsentrasi bahan-bahan yang melayang dianggap sangat rendah sehingga tidak berpengaruh terhadap stabilitas saluran. ➢ Air bersedimen dengan konsentrasi lebih dari 20.000 ppm sedimen layang. Konsentrasi yang tinggi ini akan menambah kemantapan batas akibat tergantinya bahan yang terkikis atau tertutupnya saluran. Harga-harga vb diperlihatkan pada gambar 3.12.2 untuk bahanbahan tanah yang diklasifikasi oleh “Unified Soil Classification System“.
3 - 129
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Kecepatan dasar untuk muatan sedimen antara 1000 dan 20.000 ppm dapat diketemukan dengan interpolasi dari gambar 3.12.2. Akan tetapi, perlu dicatat bahwa pada umumnya air irigasi digolongkan dalam “aliran bebas sedimen“ dalam klasifikasi yang dipakai di sini. Faktor-faktor koreksi saluran adalah :
Gambar 3.12.3 Faktor-faktor koreksi terhadap kecepatan dasar (SCS) ➢ Faktor koreksi tinggi air B pada gambar 3.12.3 yang menunjukkan bahwa saluran yang lebih dalam menyebabkan kecepatan yang relatif lebih rendah di sepanjang batas saluran. ➢ Faktor koreksi lengkung C pada gambar 3.12.3 yang merupakan kompensasi untuk gaya erosi aliran melingkar (spiral flow) yang disebabkan oleh lengkung-lengkung pada alur. Untuk saluran dengan lengkung-lengkung yang tajam, pemberian pasangan pada tanggul luar bisa lebih ekonomis daripada menurunkan kecepatan rata-rata. 3. Potongan melintang saluran a. Geometri Untuk mengalirkan air dengan penampang basah sekecil mungkin, potongan melintang yang berbentuk setengah lingkaran adalah yang terbaik. 3 - 130
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Usaha untuk mendapatkan bentuk yang ideal dari segi hidrolis dengan saluran tanah berbentuk trapesium, akan cenderung menghasilkan potongan melintang yang terlalu dalam atau sempit. Hanya pada saluran dengan debit rencana sampai dengan 0,5 m 3/dt saja yang potongan melintangnya dapat mendekati bentuk setengah lingkaran. Saluran dengan debit rencana yang tinggi pada umumnya lebar dan dangkal dengan perbandingan b/h (n) sampai 10 atau lebih. Harga n yang tinggi untuk debit-debit yang lebih besar adalah perlu, sebab jika tidak, kecepatan rencana akan melebihi batas kecepatan maksimum yang diizinkan. Lebih-lebih lagi, saluran yang lebih lebar mempunyai variasi muka air
sedikit saja dengan
debit yang berubah-ubah, dan ini
mempermudah pembagian air. Pada saluran yang lebar, efek erosi atau pengikisan talud saluran tidak terlalu berakibat serius terhadap kapasitas debit. Dan karena ketinggian air yang terbatas, kestabilan talud dapat diperoleh tanpa memerlukan bahu (berm) tambahan. Kerugian utama dari saluran yang lebar dan dangkal adalah persyaratan pembebasan tanah dan penggaliannya lebih tinggi, dan dengan demikian biaya pelaksanaannya secara umum lebih mahal. b. Kemiringan saluran Untuk menekan biaya pembebasan tanah dan penggalian, talud saluran direncana securam mungkin. Bahan tanah, kedalaman saluran dan terjadinya rembesan akan menentukan kemiringan maksimum untuk talud yang stabil. Kemiringan galian minimum untuk berbagai bahan tanah disajikan pada tabel 3.12.3. Harga-harga kemiringan minimum untuk saluran tanah yang dibuat dengan bahan-bahan kohesif yang dipadatkan dengan baik diberikan pada tabel 3.12.4 dan gambar 3.12.2.
3 - 131
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Gambar 3.12.2 Kecepatan-kecepatan dasar untuk tanah koheren (SCS) Tabel 3.12.3 Kemiringan minimum talud untuk berbagai bahan tanah Bahan Tanah
Simbol
Batu
Kisaran kemiringan < 0,25
Pt
1–2
CL, CH, MH
1–2
SC, SM
1,5 – 2,5
Pasir lanauan
SM
2–3
Gambut lunak
Pt
3–4
Gambut kenyal Lempung kenyal, geluh *), Tanah luas Lempung pasiran, tanah pasiran Kohesif
*) Geluh : (loam) adalah campuran pasir, lempung dan lumpur yang kira-kira sama banyaknya
3 - 132
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Tabel 3.12.4 Kemiringan talud minimum untuk saluran timbunan yang dipadatkan dengan baik Kedalaman air + tinggi jagaan D (m) D 1,0
Kemiringan minimum talud 1:1
1,0 < D 2,0
1 : 1,5
D > 2,0
1:2
Talud yang lebih landai daripada yang telah disebutkan dalam tabel di atas harus dipakai apabila diperkirakan akan terjadi rembesan ke dalam saluran. Untuk tanggul yang tingginya lebih dari 3 m lebar bahu (berm) tanggul harus dibuat sekurang-kurangnya 1 m (setiap 3 m). Bahu tanggul harus dibuat setinggi muka air rencana di saluran. Untuk kemiringan luar, bahu tanggul (jika perlu) harus terletak di tengah-tengah antara bagian atas dan pangkal tanggul. c. Lengkung saluran Lengkung yang diizinkan untuk saluran tanah bergantung kepada : ➢ Ukuran dan kapasitas saluran ➢ Jenis tanah ➢ Kecepatan aliran Jari-jari minimum lengkung seperti yang diukur pada as harus diambil sekurang-kurangnya 8 kali lebar atas pada lebar permukaan air rencana. Jika lengkung saluran diberi pasangan, maka jari-jari minimumnya dapat dikurangi. Pasangan semacam ini sebaiknya dipertimbangkan apabila jarijari lengkung saluran tanpa pasangan terlalu besar untuk keadaan topografi setempat. Panjang pasangan harus dibuat paling sedikit 4 kali kedalaman air pada tikungan saluran. Jari-jari minimum untuk lengkung saluran yang diberi pasangan harus seperti berikut : ➢ 3 kali lebar permukaan air untuk saluran-saluran kecil (< 0,6 m 3/dt), dan sampai dengan ➢ 7 kali lebar permukaan air untuk saluran-saluran yang besar (> 10 m 3/dt) d. Tinggi jagaan Tinggi jagaan berguna untuk : ➢ Menaikkan muka air di atas tinggi muka air maksimum ➢ Mencegah kerusakan tanggul saluran 3 - 133
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Meningginya muka air sampai di atas tinggi yang telah direncana bisa disebabkan olah penutupan pintu secara tiba-tiba di sebelah hilir, variasi ini akan bertambah dengan membesarnya debit. Meningginya muka air dapat pula diakibatkan oleh pengaliran air buangan ke dalam saluran. Tinggi jagaan minimum yang diberikan pada saluran primer dan sekunder dikaitkan dengan debit rencana saluran seperti yang diperlihatkan dalam tabel 3.7 dan gambar 3.12.4. Tabel 3.12.5 Tinggi jagaan minimum untuk saluran tanah Q (m3/dt) < 0,5
Tinggi Jagaan (m) 0,40
0,5 – 1,5
0,50
1,5 – 5,0
0,60
5,0 – 10,0
0,75
10,0 – 15,0
0,85
> 15,0
1,00
e. Lebar tanggul Untuk tujuan-tujuan eksploitasi, pemeliharaan dan inspeksi akan diperlukan tanggul di sepanjang saluran dengan lebar minimum seperti yang disajikan pada tabel 3.8. contoh-contoh potongan melintang diberikan pada gambar 3.12.4.
3 - 134
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Gambar 3.12.4 Tipe-tipe potongan melintang saluran irigasi Tabel 3.12.6 Lebar minimum tanggul Debit rencana (m3/dt)
Tanpa jalan inspeksi (m) 1,00
3,00
1 15,0
1,00
0,50
3.13 Kolam Olak 1. Umum Tipe kolam olak yang akan direncanakan di sebelah hilir bangunan bergantung pada energi air yang masuk, yang dinyatakan dengan bilangan Froude, dan pada bahan konstruksi kolam olak. Berdasarkan bilangan Froude, dapat dibuat pengelompokan-pengelompokan berikut dalam perencanaan kolam: a). Untuk Fru 1,7 tidak diperlukan kolam olak; pada saluran tanah, bagian hilir harus dilindungi dari bahaya erosi; saluran pasangan batu atau beton tidak memerlukan lindungan khusus. b). Bila 1,7 < Fru < 2,5
maka kolam olak diperlukan untuk meredam energi
secara efektif. Pada umumnya kolam olak dengan ambang ujung mampu bekerja dengan baik. Untuk penurunan muka air Z < 1,5 m dapat dipakai bangunan terjun tegak. c). Jika 2,5 < Fru 4,5 maka akan timbul situasi yang paling sulit dalam memilih kolam olak yang tepat. Loncatan air tidak terbentuk dengan baik dan menimbulkan gelombang sampai jarak yang jauh di saluran. Cara mengatasinya adalah mengusahakan agar kolam olak untuk bilangan Froude ini mampu menimbulkan olakan (turbulensi) yang tinggi dengan balok halangnya atau menambah intensitas pusaran dengan pemasangan blok depan kolam. Blok ini harus berukuran besar (USBR tipe IV). Tetapi pada prakteknya akan lebih baik untuk tidak merencanakan kolam olak jika 2,5 < Fru < 4,5. Sebaiknya geometrinya diubah untuk memperbesar atau memperkecil bilangan Froude dan memakai kolam dari kategori lain.
3 - 147
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
d). Kalau Fru 4,5 ini akan merupakan kolam yang paling ekonomis, karena kolam ini pendek. Tipe ini termasuk kolam olak USBR tipe III yang dilengkapi dengan blok depan dan blok halang. Kolam loncat air yang sama dengan tangga di bagian ujungnya akan jauh lebih panjang dan mungkin harus digunakan dengan pasangan batu. Gambar 3.13.1 menyajikan diagram untuk pemilihan bangunan peredam energi di saluran.
Gambar 3.13.1
Diagram untuk memperkirakan tipe bangunan yang akan digunakan untuk
perencanaan
detail (disadur
dari Bos, Replogle and
Clemmens, 1984). 2. Kolam loncat air Panjang kolam loncat air di sebelah hilir potongan U (gambar 3.13.3 dan 3.13.4) kurang dari panjang loncatan tersebut akibat pemakaian ambang ujung (end sill). Ambang pemantap aliran ini ditempatkan pada jarak : Lj = 5 (n + y2) Di sebelah hilir potongan U. tinggi yang diperlukan untuk ambang ujung ini sebagai fungsi bilangan Froude (Fru), kedalaman air masuk (yu), dan fungsi kedalaman air hilir, dapat ditentukan dari gambar 3.13.2.
3 - 148
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Gambar 3.13.2 Hubungan percobaan antara Fru, y2/y1, dan n/y1 dan n/yu untuk ambang pendek (menurut Foster dan Skrinde, 1950) Pada waktu mengukur kolam, adalah penting untuk menyadari bahwa kedalaman air hilir, y2, disebabkan bukannya oleh bangunan terjun, tetapi oleh karakteristik aliran saluran hilir. Apabila karakteristik ini sedemikian sehingga dihasilkan y2 yang diperlukan, maka akan terjadi loncatan di dalam kolam jika tidak langkah-langkah tambahan, seperti misalnya menurunkan lantai kolam dan meninggikan ambang ujung, harus diambil untuk menjamin peredaman energi secara memadai. 3. Kolam olak untuk bilangan Froude antara 2,5 dan 4,5 Pendekatan yang dianjurkan dalam merencanakan kolam olak untuk besaran bilangan Froude di atas adalah menambah atau mengurangi (tetapi lebih baik menambah) bilangan Froude hingga melebihi besarnya besaran tersebut. Dari rumusnya, bilangan Froude dapat ditambah dengan cara sebagai berikut :
Fr
v gy
q gy 3
Dengan menambah kecepatan v atau mengurangi kedalaman air, y. Keduanya dihubungkan lewat debit per satuan lebar q, yang bisa ditambah dengan cara mengurangi lebar bangunan (q = Q/B). Bila pendekatan di atas tidak mungkin, maka ada dua tipe kolam olak yang dapat dipakai, yaitu : a). Bila kolam olak USBR tipe IV, dilengkapi dengan blok muka yang besar yang membantu memperkuat pusaran. Tipe kolam ini bersama-sama dengan dimensinya ditunjukkan pada gambar 3.13.3. 3 - 149
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Panjang kolam, L, dapat diketemukan dari : 2 L 2 v u 1 8 Fru 1
Kedalaman minimum air hilir adalah 1,1 kali yd :y2 + n 1,1 yd menurut ISBR, 1973.
Gambar 3.13.3 Dimensi Kolam Olak Tipe IV (USBR, 1973) b). Kolam olak tipe-blok-halang (baffle-block-type basin (Donnelly and Blaisdell, 1954), yang ukurannya ditunjukkan pada gambar 3.13.4. Kelemahan besar kolam ini adalah bahwa pada bangunan ini semua benda yang mengapung dan melayang dapat tersangkut. Hal ini menyebabkan meluapnya kolam dan rusaknya blok-blok halang. Juga, pembuatan blok halang memerlukan beton tulangan.
3 - 150
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Gambar 3.13.4 Dimensi kolam olak tipe-blok-halang (Bos, Replogle and Clemmens, 1984) 4. Kolam olak untuk bilangan Froude > 4,5 Untuk bilangan-bilangan Froude di atas 4,5 loncatan airnya bisa mantap dan peredaman energi dapat dicapai dengan baik. Kolam olak USBR tipe III khusus dikembangkan untuk bilangan-bilangan itu. Pada gambar 3.13.5 ditunjukkan dimensi-dimensi dasar kolam olak USBR tipe III. Apabila penggunaan blok halang dan blok muka tidak layak (karena bangunan itu dibuat dari pasangan batu) kolam harus direncana sebagai kolam loncat air dengan ambang ujung. Kolam ini akan menjadi panjang tetapi dangkal.
Gambar 3.13.5 Karakteristik kolam olak untuk dipakai dengan bilangan Froude di atas 4,5; kolam USBR tipe III (Bradley dan Peterka, 1957) 3 - 151
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
5. Kolam Vlugter Kolam olak pada gambar 3.13.6 khusus dikembangkan untuk bangunan terjun di saluran irigasi. Batas-batas yang diberikan untuk z/hc 0,5; 0,2 dan 15,0 dihubungkan dengan bilangan Froude 1,0; 2,8 dan 12,8. Bilangan-bilangan Froude itu diambil pada kedalaman z di bawah tinggi energi hulu, bukan pada lantai kolam seperti untuk kolam loncat air. Gambar 3.13.6 memberikan data-data perencanaan yang diperlukan untuk kolam Vlugter. Kolam Vlugter bisa dipakai sampai beda tinggi energi z tidak lebih dari 4,50 m
Gambar 3.13.6 Kolam olak menurut Vlugter 6. Lindungan dari pasangan batu kosong Untuk mencegah terjadinya penggerusan saluran di sebelah hilir bangunan peredam energi, saluran sebaiknya dilindungi dengan pasangan batu kosong atau lining. Panjang lindungan harus dibuat sebagai berikut : a). Tidak kurang dari 4 kali kedalaman normal maksimum di saluran hilir, b). Tidak lebih pendek dari peralihan tanah yang terletak antara bangunan dan saluran c). Tidak kurang dari 1,50 m Jika dipakai pasangan batu kosong, maka diameter batu yang akan dipakai untuk pasangan ini dapat ditentukan dengan menggunakan gambar 3.13.7 gambar ini dapat dimasukkan dengan kecepatan rata-rata di atas ambang kolam. Jika kolam olak tidak diperlukan karena Fru 1,7, maka gambar 3.13.7 harus menggunakan kecepatan benturan (impact velocity) vu :
v u 2g Z 3 - 152
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Gambar 3.13.7 memberikan ukuran d40 campuran pasangan batu kosong. Ini berarti bahwa 60% dari pasangan batu tersebut harus terdiri campuran dari batubatu yang berukuran sama, atau lebih besar.
Gambar 3.13.7
Hubungan antara kecepatan rata-rata di atas ambang ujung bangunan dan ukuran butir yang stabil (Bos, 1978)
a). Perencanaan filter Semua pasangan batu kosong harus ditempatkan pada filter untuk mencegah hilangnya bahan dasar yang halus. Filter terdiri dari lapisan-lapisan bahan khusus seperti ditunjukkan pada gambar 3.13.8, atau dapat juga dibuat dari ijuk atau kain sintetis.
Gambar 3.13.8 Contoh filter diantara pasangan batu kosong dan bahan asli (tanah dasar)
3 - 153
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Lapisan-lapisan filter sebaiknya direncana menurut aturan-aturan berikut : 1). Permeabilitas (USBR, 1973)
d15 lapisan 3 d lapisan 2 d15 lapisan 1 dan 15 dan = 5 sampai 40 d15 lapisan 1 d15 tan ah dasar d15 lapisan 2 Nilai banding 5-40 dapat dirinci lagi menjadi (Bendegom, 1969):
Butir bulat homogen (kerikil)
5 – 10
Butir bersudut runcing (pecahan kerikil, batu)
6 – 20
Butir halus
12 – 40
Untuk mencegah tersumbatnya saringan, d5 0,75 mm 2). Kemantapan/ stabilitas, nilai banding d15/ d85 (Bertram, 1940)
d15 lapisan 3 d lapisan 2 d15 lapisan 1 dan 15 dan 5 d 85 lapisan 2 d 85 lapisan 1 d 85 tan ah dasar Kemantapan, nilai banding d50/d50 (US Army Corps of Engineers, 1955)
d 50 lapisan 3 d lapisan 2 d 50 lapisan 1 dan 50 dan = 5 sampai 10 d 50 lapisan 2 d 50 lapisan 1 d 50 tan ah dasar dengan
Butir bulat homogen (kerikil)
Butir bersudut runcing homogen
5 – 10
(pecahan kerikil, batu)
10 – 30
Butir halus
12 – 60
Untuk mencegah agar filter tidak tersumbat, d5 0,75 mm untuk semua lapisan filter. Ketebalan-ketebalan berikut harus dianggap minimum untuk sebuah konstruksi filter yang dibuat pada kondisi kering :
Pasir, kerikil halus
0,05 sampai 0,10 m
Kerikil
0,10 sampai 0,20 m
Batu
1,5 sampai 2 kali diameter batu yang besar.
3 - 154
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Lampiran 1. Kriteria Desain Untuk Terowongan Pengelak Proyek Ramganga 1. Tata letak Pada tumpuan sebelah kanan bendungan dibawah saluran miring pelimpah. Diameter selesai 31 feet. Awalnya digunakan untuk pengelak sungai akhirnya terowongan no. 1 (dekat bendungan) digunakan sebagai terowongan tenaga dan no.2 sebagai pembantu pengecoran selimut batuan tidak cukup untuk terowongan tinggi tekan dari dalam (lihat gambar) 2. Tipe Batuan Tipe batuan terdiri dari peta pengganti dari batuan pasir dan serpihan tanah liat termasuk Siwales sedang (lihat gambar B-2) batuan pasir lembek hampir semua masih atau lipatan kasar dan jenuh dengan air, serpihan tanah liat adalah juga lembek tetapi kebanyakan kering dan tidak mengembang. 3. Penyangga cukup besar kejenuhan Seperangkat baja bulat berukuran (300 mm x 140 mm) berat 44,2 kg/m. Didesain untuk beban batuan berikut : Serpihan tanah liat – 0,7 . B
(B = kaliber penggalian)
Batuan pasir – 1,0 . B 4. Lining Beton Tebal lining 30” diukur dari luar (sisi batuan) penyangga baja flen. Beton mempunyai tegangan tekan silinder 3000 psi atau tegangan tekan kubus 3750 psi (klas beton secara kasar 155 M250) A. Terowongan No. 1 i.
Daerah hulu dan intake / pemasukan permanen. Seperangkat penyangga baja bulat dari baja dibutuhkan pada jarak 2 - 4 feet (0,60 – 1,20 m) Lining tidak dibutuhkan tulangan retak pada beton tidak akan mempengaruhi keamanan terowongan
ii. Daerah antara pemasukan dan 50 hulu as bendungan Seperangkat penyangga bulat dari baja pada jarak 2 feet (0,60 m), disiapkan baja gelinding hanya untuk petunjuk statis ketidak seimbangan dari dalam, diijinkan 80% dari hasil tekanan pada baja. Memanjang baja 0,5% dari luas beton dibagikan kedua permukaan
I-1
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
iii. Daerah hitungan permulaan dari penstok baja – 50 hulu as bendungan dan 20 hilir as bendungan. Seperangkat baja bulat pada jarak 1 ft (30 cm) dibagian hilir as bendungan. Disiapkan baja gelinding untuk tekanan dari dalam penuh dengan tekanan normal pada baja. Kontrol untuk tinggi hidrostatis dari luar penuh 35% lebih tinggi tekanan pada beton. iv. Daerah hilir dari daerah diatas iii. Seperangkat baja bulat pada jarak 2 ft (60 cm) lining tanpa tulangan disiapkan penstok baja dibawah as bendungan ; Pembatalan jarak antara penstok dan lining harus diisi dengan beton Penstok harus didesain untuk tekanan dari dalam penuh tanpa penyangga dari beton dan batuan. B. Terowongan No.2 Seperangkat baja bulat pada jarak (2 – 4) ft seperti yang dibutuhkan. Pada daerah 3D hulu dan 3D hilir dari garis pusat dari penutup terowongan (plug), perangkat mungkin pada 2 ft dari pusat. Lining harus tanpa tulangan kecuali dekat pengeluaran dan bila selimut batuan tidak cukup. Bila digunakan tulangan akan terdiri dari sati cincin dari batang gelinding 1 ½ ” pada permukaan bagian dalam pada 12” dari pusat. Tulangan memanjang mungkin 0,5% dari luas beton dibagi sama pada kedua permukaan dibuat penutup terowongan (plug) harus didesain seperti daerah iii untuk terowongan No.1. C. Tekanan injeksi tidak diperlukan dipertimbangkan pada desain D. Seperangkat baja bulat digunakan seperti tulangan sambungan baja penyangga harus dilas untuk memberikan tegangan penuh dari penampang efisiensi sambungan diambil 80% 5. Injeksi dan Drainase Harus dikerjakan seperti terlihat pada gambar B-3.
I-2
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
LAMPIRAN 2. Kriteria desain untuk Terowongan Bertekanan dari Proyek Beas sutley Link 1. Ciri – ciri penting : Terowongan
Terowongan
Pandoh Baggi
Suder Nagar Sutlej
9000 m 3/det
7500 m 3/det
Diameter selesai
25 Feet (7,5 m)
25 Feet (7,5 m)
Kemiringan dasar
0,0015
0,005
180 Feet
283 Feet
(Normal)
(54 m)
(84,9 m)
Panjang
8,18 mill
7,6 mill
Kecepatan maksimum
18,3 Ft/Sec
12,2 Ft/Sec
Rencana tenaga
4 x 165 MW
Debit
Tinggi tekan maksimum
2. Tipe Batuan Terdiri dari phylites, quartzites, granites dan sebagainya. Memerlukan penyangga atap hampir disetiap tempat. 3. Ketebalan Linning Linning dibuat dari beton tanpa tilangan dimana selimut batuan cukup. Ketebalan lining tidak kurang dari 10˝diukur disebelah luar sistem penyangga. Linning dilengkapi dengan tulangan pada tempat dimana selimut batuan tidak cukup bila 2 baris batang tulangan dipasang ketebalan linning meningkat menjadi 15˝. 4. Desain Linning Linning akan didesain untuk beban seperti berikut : i)
Beban Batuan : Beban batuan akan dianggap ditahan oleh system penyangga dan tidak oleh linning kecuali dekat portal (pemasukan dan pengeluaran) dan daerah khusus lainnya.
ii)
Tekanan Lir ke luar Linning harus dicek untuk : a. Keadaan terowongan kosong – tinggi tekan air dari luar sama dengan perbedaan elevasi antara hidrolik gradient dan perbedaan elebasi dasar terowongan ( sama dengan tekanan air normal dari dalam). II - 1
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
b. Keadaan Operasi – Pertimbangan keadaan normal dan keadaan berhenti sebentar (beban meningkat dari 80 % ke 100 % dari kapasitas pembangkit) dan keadaan berhenti sebentar yang ekstrim( berjalan pada beban penuh). Mengambil tekanan ke luar sama dengan perbedaan elevasi antara hidro statio gradiant dan sentakan bawah maksimum. Ketebalan linning didesain dengan mengambil tegangan tekan pada beton yang diijinkan berikut ini. Terowongan kosong 0,45 Fe΄ Berhenti normal 0,225 Fe΄ Berhenti ekstrim 0,35 Fe΄ Fe΄ = Tegangan pada 28 hari ultimate iii)
Tekanan Air ke dalam Tidak ada beton bertulang pada linning dimana selimut batuan cukup (I. H untuk arah vertikal dan 2 H untuk arah Horisontal, dimana H = tinggi tekan air maksimum kedalam, pada keadaan normal) Bila batuan jelek sekali, desain linning untuk tekanan ke dalam penuh dengan tidak ada tahanan batuan. Tegangan yang diijinkan pada baja 90% dari hasil. Bila selimut batuan tidak cukup Linning harus diberi tulangan dan didesain untuk keadaan normal, keadaan berhenti sebentar normal dan keadaan berhenti sebentar ekstrim. Tegangan pada baja berikut ini diijinkan dan tahanan batuan dihilangkan (lalu gambar C – 2) Selimut
arah
vertikal
dalam Tegangan
Hubungan Tinggi tekan kedalam (H)
yang
diijinkan
baja
(tegangan yang bekerja normal =
(Selimut arah Horisontal diambil 20.000 Psi) setengah dari arah vertikal) Kurang dari 0,1 H
12.000 Psi
0,1 H – 0,3 H
12.000 – 15.000 Psi (Peningkatan serupa)
0,3 H – 0,5 H
15.000 – 20.000 Psi
0,5 H – 0,75 H
20.000 – 34.000 Psi
0,75 H – 1 H
Pengulangan Tulangan Beton
II - 2
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Seragam penampang
hingga beton
0,005 dan
dari
tulangan
nominal menerus untuk panjang 3 D lebih 5. Injeksi Semen Injeksi untuk pengisian rongga antara beton dan batuan harus dikerjakan pada tekanan 30 Psi. Tekanan tinggi untuk injeksi penggabungan juga harus dikerjakan pada seluruh panjang. Tekanan injeksi harus konsisten dengan tegangan linning, keamanan melawan pukulan keluar dan kehilangan injeksi ke permukaan. 6. Drainasi Menyiapkan dua. 1 ½ ˝ diameter lubang drainasi , dalam 10 – 15 feet pada setiap jarak 10 feet. Dimana aliran air tanah besar dihadapi.
II - 3
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Lampiran 3. Kriteria desain untuk terowongan Bertekanan dari Jaringan listrik tenaga air yamuna tahap II. 1. Ciri – ciri Penting Bagian I
Bagian II
Terowongan Bertekanan
7,0 m
7,5 m
Diameter
6,2 m
5,9 km
Panjang
235 m3/dt
235 m3/dt
6,1 m/dt
5,3 m/dt
1 dalam 150
1 dalam 600
(perkiraan)
(perkiraan)
Bawah tanah
Batas Tanah
110 m
56 m
4 x 60 MW
4 x 30 MW
Debit maksimum Kelas Rumah tenaga (Power House) Tinggi Tekan Kapasitas Instalasi
2. Tipe Batuan dan Penyangga Proyek terletak didaerah himalaya ,keadaan geologi banyak terganggu, tipe batuan umumnya ditemui quartzitie slates, limestone, sandstone dan claystone. Bagian I terowongan dipotong oleh patahan dan Bagian II memotong daerah pegunungan hancur keras berdasarkan. Batuan dilipatan dan diperlukan penyangga hampir sepanjang terowongan Penampang geologi sepanjang jalur terowongan terlihat pada gambar Penyangga misalkan menggunakan shotcrete dan perfobols (baut dengan semen) bila mungkin dan penyangga baja pada daerah yang jelek. Bila batuan hancur dan terjepit ditemui pada sekeliling terowongan harus digunakan penyangga baja. Baja penyangga dapat berupa penampang I 250 x 125 mm atau penampang H 152 x 152 mm. 3. Ketebalan lining Beton harus sesuai dengan ISS kelas M-250. Lining harus dengan tulangan (beton bertulang) dimana selimut batuan cukup.
III - 1
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Tergantung dari tekanan air keluar tebalanya beton (diukur dari permukaan batuan ke penyangga) harus 20 cm, 30 cm, atau 40 cm (60 cm pada daerah dimana batuan hancur). Tetapi ketebalan diukur dari permukaan dalam dari penyangga tidak kurang dari 20 cm. Lining harus dengan tulangan bila selimut batuan tidak cukup (kurang dari H untuk arah vertikal dan kurang dari 2 H untuk arah horisontal, dimana H = tinggi tekan air kedalam atau batuan sangat jelek). 4. Desain Lining. Lining harus didesain untuk beban berikut : i.
Beban Batuan Umumnya tidak ada beban batuan yang harus dipertimbangkan untuk desain lining pada batuan yang sangat jelek lengkung perubahan bentuk dan waktu harus diplat dan beban batuan yang diijinkan bila perlu.
ii. Tekanan air keluar Tekanan air keluar akan diambil sama dengan tekanan air kedalam. Drainase akan disediakan bila muka air batuan lebih tinggi dari terowongan dan tambahan ketebalan dari injeksi semen bertekanan harus disiapkan lining akan dicek untuk keadaan operasi normal dan keadaan terowongan kosong, ambil tegangan tekan yang diijinkan pada beton berikut : Keadaan Keadaan
Tegangan
operasi Tegangan
normal atau keadaan normal diam Keadaan
yang diijinkan pada
tekanan
langsung fc = 60 kg/cm² terowongan 1,33 x fc
kosong
iii. Tekanan air kedalam Lining akan didesain untuk keadaan operasi berikut : a. Keadaan diam atau operasi normal b. Keadaan berhenti sebentar normal (generator bekerja dengan beban penuh tibatiba salah satu generator berhenti) c. Keadaan terhenti sebentar ekstrim (keadaan yang paling buruk) keadaan operasi penuh secara bersama-sama berhenti. III - 2
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Pembagian beban oleh batuan harus diperhitungkan untuk cara Lauffer’s. Tidak ada tulangan akan disediakan pada daerah lain dari terowongan tidak mempunyai selimut yang cukup atau batuan yang sangat jelek. Dalam hal daerah khusus batuan yang menahan akan dihilangkan dan tulangan akan disediakan, ambil hanya tegangan yang diijinkan berikut ini : •
Tegangan tarik yang diijinkan pada beton 18 kg/cm²
•
Tulangan baja Keadaan berhenti sebentar normal. 80% x hasil Keadaan berhenti sebentar ekstrem. 100% x hasil
Bingkai keliling penuh akan dipertimbangkan sebagai tulangan beton. Pembagian tulangan beton harus sekitar 0,2% dari luas beton. 5. Injeksi. Injeksi semen untuk pengisian harus dikerjakan pada seluruh panjang terowongan pada tekanan yang tidak lebih dari 4 kg/cm² (56 Psi). Injeksi semen untuk penghubung harus dilakukan pada seluruh daerah pada tekanan sama dengan 2p. Akan ada empat lubang dengan kedalaman 3 m pada setiap lingkaran, jarak lingkaran dengan lingkaran berikutnya 3 m. Lubang pada lingkaran harus berselang seling pada daerah dimana tekanan air keluar melebihi tekanan air kedalam akan dilakukan tambahan injeksi dengan tekanan 3 p sampai 4 p dan kedalaman 2 m diluar lingkaran. Lining akan diuji untuk tekanan injeksi (tekanan air keluar titik akan diambil tindakan dengan pengujian) Ambil tegangan pada beton berikut : 50% tekana injeksi - 1,33 fc tekanan injeksi penuh – f’c 250 kg/cm² (tegangan 28 hari ultimate) 6. Drainasi Lubang drainasi dengan penutup valve diberikan diluar daerah batuan yang diinjeksi akan disiapkan didaerah dimana tekanan air keluar melebihi tekanan air kedalam lubanglubang akan diperluas diluar daerah batuan yang diinjeksi.
III - 3
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Lampiran 4.
IV - 1
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Lampiran 5.
V- 1
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Lampiran 6.
VI - 1
10
1 2 3 4 5 6 7 8 9
NO
TIPE BATUAN
ALPTA Granite - Gnetos Jarpstiommen Upper silurian slate horisontal stiafiield Krangede I Granit - Syienite With Diabase Veinus NISSASTRON Granite - Gneis POR / US I Granite - Gneis POR / US II Granite - Gneis Seisfors Black Slate With Granite Intiusions Silitre Vein - Gneis Summerstaholan Granite - Gneis Torpshammer Gerliss - granite with some diabose Dihitung dari penyelidikan panjang terowongan, luas efektif and radius Hidrolik dan tinggi gesekan APA LACHIA Arkose Sanostone Dihitung dari panjang terowongan dari luas nyata dari terowongan dan radius Hidrolik
NAMA TEROWONGAN
KENYATAAN
30 105 116 30 50 50 70 5 30 60 28.7 38.4
1.46 2.74 2.81 1.47 1.85 1.85 2.24 0.59 1.45 2 1.85 1.68
33.8 114.3 138 36.6 57.4 61.5 80.5 6.6 35.9 64 34.9 40.1
1.54 2.88 3.12 1.63 2.09 2.16 2.42 0.71 1.62 0 1.64 1.74
RICKS JARI-JARI LUAS JARI-JARI HIDROLIK A1L HIDROLIK At Rt (m) Rc (m) (m2) (m2)
TEORI
TABEL .1 KELEBIHAN GALIAN PADA BEBERAPA TEROWONGAN GUTRIEL BROWN
1.128 1.088 1.19 1.22 1.15 1.23 1.15 1.32 1.2 1.07 1.21 1.13
AL / At
12.7 8.9 19 22 14.8 23 15.1 32 19.6 6.6 0 0
% VOLUME
0.0354 0.0292 0 0 0.0343 0.03 0.0437 0.0339 0.0384 0.207 0.038 0.038
n*
* * * * * * * * * * * **
KELEBIHAN GALIAN MURNING'S
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA Kriteria Desain Terowongan
Lampiran 7.
VII - 1
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Lampiran 8. TABEL 2. BEBAN BATUAN YANG DIAMBIL DALAM MENDESAIN PENYANGGA BAJA Beban batuan Hp dalam Feet dari batuan diatap dari penyangga terowongan dengan lebar B (H) dan tinggi Ht (ft) pada kedalaman lebih dari pada 1,5 (B + Ht) (Terzaghi)
No
Keadaan Batuan
Beban Batuan
Keterangan
Hp (ft) 1
Keras dan utuh
2
Keras, bertingkat atau schiltore
(0 - 0,5) . B
Penyangga ringan
3
Menyatu secara besar, lipatan sedang
(0 - 0.25) . B
Beban mungkin lembab
4
Berblok-blok dan buruk.
0.25B --> 0
Blocky & Seemy sedang
0.35 (B + Ht)
Sangat :
0.35-->1.10 x
5
Blocky & Seemy sedang
0
Lining ringan dibutuhkan tanpa bila terjadi spalling aliran popping
Tidak ada tekanan sisi/ dinding
Tidak ada/ sedikit tekan sisi
(B + Ht)
Berblok-blok dan buruk. 6
Pecah menyeluruh :
1.10 x (B + Ht)
Tekanan dinding (sisi) banyak sekali rembesan kebawah kecil dari kebutuhan terowongan Maupun penyangga menerus untuk penyangga paling bawah dari penyangga bulat
Tetapi secara semua utuh
7
Batuan tertekan kedalaman sedang
1.10 - 2.10 (B+Ht)
Tekanan dinding yang berat dibutuhan topangan terbalik penyangga bulat disarankan
8
Batuan tertekan sangat dalam
1.10 - 4.50 (B+Ht)
-
9
Batuan Bongkah
Hingga 250 H Dibutuhkan penyangga bulat. Dalam hal khusus dengan digunakan penyangga Yielding mengabaikan harga (B+Ht)
Catatan : 1 Atap dari terowongan dianggap / ditaksir terletak dibawah air Bila hal tersebut terletak permanen diatas muka air, harga yang diberikan pada tipe no.4 dan 6 dapat dikurangi 50% 2
Beberapa dari terowongan batuan yang umum terdiri dari lapis dari serpih Pada bagian yang tidak keras, serpih yang nyata tidak lebih bentuk dari batuan bertingkat lain. Walaupun demikian bentuk serpih sering diterapkan pada pemadatan sedimen tanah liat, dengan sungguhsungguh yang belum dibentukkan sifat-sifat batuan. Disebut serpih mungkin diterowongan
3
Bila bentuk / formasi batuan terdiri dari rangkaian lapisan horisontal dari batuan pasir atau batuan kapur dan serpih belum matang. Penggalian terowongan biasanya yang meningkat secara teratur dari batuan pada kedua Melibatkan gerakan menurun dan perbatasan antara serpih dan batuan sepertinya kapasitasnya sangat menurun dari batuan yang terletak diatas atap kedua penyangga seperti formasi batuan tekanan atap mungkin seberat
VIII - 1
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Lampiran 9. TABEL 2.A Beban batuan pada penyangga Menurut Protodyakonon (IS 4860). 1971 Menurut cara praktis dari rusia, beban batuan tergantung dari derajat pembentukan batuan beban batuan diambil seperti untuk luas batuan tertutup dengan parabola mulai dari titik persinmpangan dari bidang perpecahan dengan panjang horisontal berakhir dipuncak potongan terowongan. B h = B/2.f f = Faktor tegangan = Sudut repoce
h
m
Catatan :
b Beban batuan untuk desain ditaksir / dianggap sam dengan pembagian beban yang merata diatas lebar terowongan. Dianggap beban batuan pada lubang = 0
Kategori
Derajat Tegangan
I
Paling tinggi tertinggi
Catatan batuan
Berat jenis
Tegangan pecah
Faktor tegangan
(Tanah)
(kg/m3)
(kg/m2)
(f)
2800 3000
2000
20
Kokoh padat, quartisete Basalt dan batuan kokoh lainnya yang tegangan sangat tinggi
II
Sangat tinggi
granite kokoh, quartz porphyer silida shake sands stone & limes perperekonomian dengan tinggi
2600 2700
1500
15
III
Tinggi
granite kokoh, quartz porphyer silida shake sands stone & limes perperekonomian dengan
2500 2600
1000
15
IV
Agak kuat
Batuan pasir stone normal
2400
600
6
IV.a
Agak kuat
Serpih-serpih batuan pasir
2300
500
5
V
Sedang
Serpih-serpih lempung, batuan 2400 - 2600 pasir dan lempungan konglomeratyang lebih kecil
400
4
V.a
Sedang
Bermacam-macam serpih dan 2400 - 2600 slates mark padat
300
3
VI
Agak Lepas
200 - 150
2
VI.a
Agak Lepas
-
1.5
VII
Lepas
Dense Clay, Chohesive ballast 2000 - 2200 clayey ground
-
1
VII.a
Lepas
Loose loan, loose gravel
1800 - 2000
-
0.8
VIII
Tanah
Vegetation sail with peat
1600 - 1800
-
0.6
IX
Granular sails (Tanah Berbutir)
Sand fine gravel up fiel
1400 - 1600
-
0.5
X
Plastic sands
0
-
0.3
manual
sand
Shale lepas dari limestone yang sangat lepas, gypsum frozen ground common mark blocky sandstone comented gravel dan boulders hancy ground
2200 - 2600
gravelly ground blocky and 2200 - 2400 tissuried shale, compressed boulders and gravel hard clay
Silty gravel, modified loeeses and other, soil, air liqmit condition
IX - 1
Berat per (kg)
7.7 13.0 10.0 16.0 18.9 12.5 17.3 12.0 16.0 15.5 20.0 25.0 15.3 18.4 23.0 15.0 34.3 17.0 20.0 24.0 28.0 31.0 35.0 40.0 48.0 58.0 67.0 25.0 35.0 21.0 25.0 33.0 39.0 45.0 49.0 54.0 66.0 45.0 53.0 65.0
Minimal Dalam flens lebar & type
4" I 4"x4" H 5" I 5" x 5" Stanchion 5" x 5" H 6" I 6" I 6" x 4" Light beam 6" x 4" Light beam 6" x 6" Stanchion 6" x 6" H 6" x 6" H 7" I 8" I 8" I 8" x 4" Light beam 8" x 8" H 8" x 51/4" WF 8" x 51/4" WF 8" x 81/2" WF 8" x 81/2" WF 8" x 8" WF 8" x 8" WF 8" x 8" WF 8" x 8" WF 8" x 8" WF 8" x 8" WT 10" I 10" I 10" x 53/4" WT 10" x 53/4" WT 10" x 8" WT 10" x 8" WT 10" x 8" WT 10" x 10" WT 10" x 10" WT 10" x 10" WT 12" x 8" WT 12" x 10" WT 12" x 12" WT
BALOK / TIANG BAJA
2470 4310 3620 6220 7060 5030 6380 4940 6760 6670 8560 10570
42''
40''
2750 4780 4030 6920 7860 5590 7100 5510 7540 7450 9550 11800
16'
14'
3910 3280 5630 6390 4540 5770 4460 6110 6030 7740 2570 5990 7640 9100 6320 14950 7310 8730 10600 12450 13820 15640 17870
44''
18'
3570 2990 5130 5820 4130 5260 4060 5510 5490 7050 2710 5450 6950 8290 5750 13610 6630 7950 9650 11260 12590 14250 16270 19640
46''
20'
3790 4830 3730 5100 5030 6460 7980 4990 6370 7600 5270 12460 6120 7250 8830 10310 11530 13110 14890 17990 21700 25100 9610 12520 8220 9870 13130 15630 18100
48''
22'
4710 4650 5960 7360 4610 5880 7010 4860 11500 5650 6710 8150 9520 10640 12040 13750 16600 20030 23190 8860 11540 7580 9120 12080 14420 18290 20200 24950
4450
50''
24'
9250 5400 6560 7650 8560 9690 11050 13360 16110 18650 7130 9290 6090 7340 9740 11590 13420 14730 16270 19870 14170 16870 20780
9920 5780 7020 8200 9160 10370 11840 14290 17240 19970 7630 9940 6520 7860 10430 12410 14370 15770 17410 21280
10570 5240 6230 7560 8830 9860 11160 12740 15390 18560 21500 8210 10740 7020 8450 11210 13360 15450 16970 18750 22900
5640
6040
6500
5930
56''
30'
5140 6850
54''
28'
5530 6830
52''
26'
6150 7170 8020 9070 10360 12510 15110 17470 6680 8700 5710 6880 9130 10870 12580 13820 15260 18630 13280 15820 19500
8670
5280
58''
32'
5770 6740 7530 8530 9740 11760 14210 16420 6280 8170 5370 6470 8580 10210 11830 12990 14340 17520 12490 14880 18330
8150
4960
60''
34'
LEBAR TEROWONGAN SAMPAI LUAR RENCANA LINING BETON
TABEL 3. PENYANGGA MENERUS
5640 6360 7100 8040 9180 11090 13400 15480 5920 7710 5060 6100 8090 9640 11160 12250 13530 16520 11790 14040 17290
7680
4570
62''
36'
5150 6020 6720 7600 8680 10390 12660 14650 5600 7290 4790 5790 7650 9120 10550 11580 12790 15620 11150 13280 16370
7270
64''
38'
4880 5700 6360 7200 8220 9840 12000 13880 5340 6900 4530 5490 7250 8640 10000 10980 12130 14810 10570 12600 15530
6880
66''
40'
6040 6830 7800 9340 11390 13160 3040 6550 4310 5210 6890 8210 9500 10430 11520 14070 10050 11960 14750
6530
68''
42'
5750 6500 74200 8890 10830 12540 4800 6230 4100 4960 6560 7810 9040 9930 10960 13390 9560 11400 14050
6210
70''
44'
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA Kriteria Desain Terowongan
Lampiran 10.
X- 1
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Lampiran 11. TABEL 4 PENERAPAN LAPANGAN SISTEM PENYANGGA MODERN (LAUFFER) Kelas tanah & kelas Waktu Shot Crete penyangga yang biasa bridging dan Semprot) diterapkan jarak galian A
Tetap
B
Lepas setiap (perlindungan atas)
C
20 tahun 4.0 m waktu bagian
(Beton Rock balting batuan)
Tidak diperlukan
(Pengikat
Tidak diperlukan
Penyangga baja ditanam didalam lining permanen Tidak diperlukan
6 bulan 4.0 m
2 - 3 cm hanya pada Setiap jarak 1.5 - 2 m dan bagian lengkungan menggunakan karbon tetapi hanya pada bagian lingkungan
tidak ekonomis
Sedikit fiaxible (Penyangga atap)
1 minggu 3.0 m
Setiap jarak 1.0 - 1.5 m hany 3 - 5 cm hanya pada diterapkan pada bagian bagian lengkungan lengkungan dan menggunakan kawat berikut shot crete tebal 2 cm
tidak ekonomis
D
Fiable / daya lepas (seperangkat penyangga berat)
5 jam 1.5 m
E
Amat fiable (seperangkat penyangga berat)
20 menit 0.8 m
F
Segera mendesak tekanan tanah (penyelidikan kedepan tanpa menggunakan penyangga permukaan)
2 menit 0.4 m
15 -20 cm, disemprotkan pada kawat, disangga dengan lengkungan baja
Tidak sesuai / cocok
G
Segera mendesak tekanan tanah berat (penyelidikan kedepan dan permukaan disangga)
10 detik 0.15 m
tidak cocok
Tidak sesuai / cocok
5 - 7 cm disemprotkan Kadang-kadang dengan Setiap jarak 0.7 - 1.0 m pada kawat cara yang sama seperti terutama pada bagian diutamakan dibagian pada E dibawah ini lengkungan dengan kawat dan lengkungan shot crete tebal 3 cm 7 - 15 cm disemprotkan pada kawat berlubang
Rangkaian batuan setiap jarak lengkungan baja dengan 0.5 - 1.5 m berikut shotcrete balok kayu tebal 3 -5 cm Seperangkat penopang baja dengan balok kayu keluar shotcrete
Seperangkat penopang baja dengan balok kayu dan segera dishotcrete
XI - 1
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Lampiran 12. TABEL 5 BEBERAPA TEROWONGAN TENAGA AIR BESAR DENGAN LINING BETON NO NAMA TEROWONGAN
LOKASI
TAHUN KONSTRUKSI
DIAMETER SELESAI (m)
TEBAL LINING BETON (cm)
0.54
8.2 3 3.5 4.7 7.9 - 8.8 7.25 7.5 5.7 6 10.7 9 9.3
30 - 60 20.3 25 12.7 83 - 90 75 75 52 75 60 75 75
25.3
7.6 - 8.5
25
PANJANG (km)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Ala Glenn shira Quorich LP Long sloy Gavrison dam Oche dam Trinity dam Navagio dam Saslhatechwan dam Oroville dam Beas dam Ramgangga dam
13
Beas suttley lark
Itali 1953 Skotlandia 1953 Skotlandia 1958 Skotlandia 1950 USA 1950 USA 1962 USA 1962 USA 1962 Canada 1965 USA 1968 Itali Under konstruksi Itali Under konstruksi Itali
Under konstruksi
9.2 5.9 3.9 3
KETERANGAN
Ketebalan minimum diukur diluar
(Un-Reinforced) 38
Penyangga baja / kira-kira 15 cm
(Reinforced) 14
Ismuna state II
Itali
Under konstruksi
12.1
7.0 - 7.5
20 - 40 60 (Reinforced) 20 25 (Reinforced) 2 x 25 (Reinforced with salty layer)
Ketebalan minimum diukur diluar Penyangga baja 20 cm
XII - 1
H5
H3
H2
H4
H5
H5
H3
H2
H4
H5
LOCA LITY
Q = 0,08
SHOTCRETE AND MESH PLUG MEDIUM
STEEL RIBS AT 0,7 M CLOSED INVERT
AMA = 15
0,6 M CENTRES WITH LAGGING
ROD 90
EXCELLENT
SHOTCRETE AND MESH
TENSIONED BOLTS AT 1 M PLUGS 50 -75 MM
SHOTCRETE ONLY 75 - 100 MM THICK OR
MESH
BOLTS AT 1 M, 20 - 30 MM SHOTCRETE AND
SHOTCRETE ONLY 25 - 75 MM THICK OR
1,6 M ; LENGTH 2,8 ; AND MESH
SYSTEMATIC GROUTED BOLTS SPACED
SPACED 1 M - 2 M ; AND MESH
SYSTEMATIC GROUTED BOLTS (20 MM DIA.)
SPOT BOLTING ONLY
SUPPORT
AUSTRIAN, RABCEWITZPACKER 1974
ROCK
0,7 - 1M, LENGTH 3,5 M 150 - 200 MM
ROD CLASSIFICATION (DEER 1908)
EXIPETELY
SYSTEMATIC GROUTED BOLT SPACED
V
FOOR ROCK
POOR
Q = 1,5
1,50 MM SHOTCRETE (RBS AT 1,5 M)
FOOR ROCK
AMA = 29
SYSTEMATIC GROUTED BOLT SPACED
IV
Q = 8,6
FAIR ROCK
1,5 - 2 M, LENGTH 3 M MESH PULG
1,00 MM THCIK SHOTCRETE
Q = 12,5
GOOD ROCK
Q = 33,0
GOOD ROCK
CLASS
NO CLASSIFICATION : Q SYSTEM (BARTON 1974)
FOOR ROCK
1,5 - 2 M, LENGTH 3 M PULG MESH AND
AMA = 52
SYSTEMATIC GROUTED BOLT SPACED
III
FAIR ROCK
SPACED 2 - 2,5 M, LENGTH 2,5 M PLUG
MESH SHOTCRETE 50 MM THICK IF PEG.
AMA = 83
LOCALLY GROUTED BOLTS (20 MM DIA.)
OCCASIONAL SPOT BOLTING
SUPPORT
VERY GOOD ROCK
II
AMA = 83
VERY GOOD ROCK
I
CLASS
GEOMECHANIC CLASSIFICATION (BERNAWSIC 1973)
N/A
SHOTCRETE OR RIBS 5 - 20 AT 1,2 M
BOLTS SPACED 1 M AND 75 MM
SHOTCRETE OR RIBS 5 - 20 AT 1,7 M
BOLTS SPACED 1,2 M AND 50 MM
35 - 45 OR MEDIUM RIBS AT 2 M
BOLTS SPACED 1,4 M SHOTCRETE
(LENGTH NOT GIVEN)
BOLT 25 MM DIA. AT 2 M
SUPPORT
E
D
C
B
A
CLOSED INVERT
STEEL RIBS AT 1,2 M
AND 3 M BOLTS AT 1,7 M
240 MM SHOTCRETE WITH MESH
STEEL RIBS
AND 3 M BOLTS AT 2 M AND
210 MM SHOTCRETE WITH MESH
AND 3 M BOLTS AT 2,5 M
150 MM SHOTCRETE WITH MESH
AND 3 M BOLTS AT 2,8
100 MM SHOTCRETE WITH MESH
LONG BOLTS AT 3,1 M
50 MM SHOTCRETE OR 3 M
FRENCH CLASSIFICATION (LOUS 1974)
RSR = 52
RSR = 52
RSR = 57
RSR = 50
RSR = 56
CLASS
FOR CLASSIFICATION : Q SYSTEM (BARTON 1974)
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA Kriteria Desain Terowongan
Lampiran 13.
TABEL 6. HUBUNGAN ANTARA PEMAKAIAN PENYANGGA DENGAN KELAS BATUAN.
XIII - 1
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Lampiran 14. PEMILIHAN BENTUK TEROWONGAN BENTUK TEROWONGAN
KETERANGAN - Baik
untuk
terowongan
bertekanan tinggi - Tekanan
hidrolis
kedalam
membuat kondisi lebih baik
BENTUK BULAT
- Sulit
dalam
pelaksanaan
(terutama ukuran kecil) - Cocok untuk beban batuan yang cenderung bergerak. - Cocok
untuk
dasar
yang
lebar - Penggalian
BENTUK D
terowongan
mudah dilakukan - Biasanya
dipakai
untuk
terowongan berukuran kecil - Pelaksanaan
lebih
mudah
dibandingkan bentuk bulat TAPAL KUDA
D
D
STANDAR
- Sering digunakan untuk aliran bebas
D
D
Faktor yang menentukan bentuk terowongan disamping pertimbangan geologi dan struktur yaitu pertimbangan hidrolis, kebutuhan praktis dam mudah dilaksanakan. Bentuk terowongan yang umum digunakan adalah bentuk tapal kuda dan bentuk bulat.
XIV - 1
LAMPIRAN C Kriteria desain untuk Terowongan Bertekanan dari Proyek Beas sutley Link 1. Ciri – ciri penting : Terowongan
Terowongan
Pandoh Baggi
Suder Nagar Sutlej
9000 m 3/det
7500 m 3/det
Diameter selesai
25 Feet (7,5 m)
25 Feet (7,5
Kemiringan dasar
0,0015
m)
180 Feet
0,005
(Normal)
(54 m)
283 Feet
Panjang
8,18 mill
(84,9 m)
Kecepatan maksimum
18,3 Ft/Sec
7,6 mill
Rencana tenaga
4 x 165 MW
12,2 Ft/Sec
Debit
Tinggi tekan maksimum
2. Tipe Batuan Terdiri dari phylites, quartzites, granites dan sebagainya. Memerlukan penyangga atap hampir disetiap tempat. 3. Ketebalan Linning Linning dibuat dari beton tanpa tilangan dimana selimut batuan cukup. Ketebalan lining tidak kurang dari 10˝diukur disebelah luar sistem penyangga. Linning dilengkapi dengan tulangan pada tempat dimana selimut batuan tidak cukup bila 2 baris batang tulangan dipasang ketebalan linning meningkat menjadi 15˝. 4. Desain Linning Linning akan didesain untuk beban seperti berikut : i)
Beban Batuan : Beban batuan akan dianggap ditahan oleh system penyangga dan tidak oleh linning kecuali dekat portal (pemasukan dan pengeluaran) dan daerah khusus lainnya.
ii)
Tekanan Lir ke luar
Linning harus dicek untuk : a. Keadaan terowongan kosong – tinggi tekan air dari luar sama dengan perbedaan elevasi antara hidrolik gradient dan perbedaan elebasi dasar terowongan ( sama dengan tekanan air normal dari dalam). b. Keadaan Operasi – Pertimbangan keadaan normal dan keadaan berhenti sebentar (beban meningkat dari 80 % ke 100 % dari kapasitas pembangkit) dan keadaan berhenti sebentar yang ekstrim( berjalan pada beban penuh). Mengambil tekanan ke luar sama dengan perbedaan elevasi antara hidro statio gradiant dan sentakan bawah maksimum. Ketebalan linning didesain dengan mengambil tegangan tekan pada beton yang diijinkan berikut ini. Terowongan kosong 0,45 Fe΄ Berhenti normal 0,225 Fe΄ Berhenti ekstrim 0,35 Fe΄ Fe΄ = Tegangan pada 28 hari ultimate iii)
Tekanan Air ke dalam Tidak ada beton bertulang pada linning dimana selimut batuan cukup (I. H untuk arah vertikal dan 2 H untuk arah Horisontal, dimana H = tinggi tekan air maksimum kedalam, pada keadaan normal) Bila batuan jelek sekali, desain linning untuk tekanan ke dalam penuh dengan tidak ada tahanan batuan. Tegangan yang diijinkan pada baja 90% dari hasil. Bila selimut batuan tidak cukup Linning harus diberi tulangan dan didesain untuk keadaan normal, keadaan berhenti sebentar normal dan keadaan berhenti sebentar ekstrim. Tegangan pada baja berikut ini diijinkan dan tahanan batuan dihilangkan (lalu gambar C – 2)
Selimut
arah
vertikal
dalam Tegangan
Hubungan Tinggi tekan kedalam (H)
yang
diijinkan
baja
(tegangan yang bekerja normal =
(Selimut arah Horisontal diambil 20.000 Psi) setengah dari arah vertikal) Kurang dari 0,1 H
12.000 Psi
0,1 H – 0,3 H
12.000 – 15.000 Psi
(Peningkatan serupa) 0,3 H – 0,5 H
15.000 – 20.000 Psi
0,5 H – 0,75 H
20.000 – 34.000 Psi
0,75 H – 1 H
Pengulangan Tulangan Beton Seragam penampang
hingga beton
0,005 dan
dari
tulangan
nominal menerus untuk panjang 3 D lebih 5. Injeksi Semen Injeksi utnuk pengisian rongga antara beton dan batuan harus dikerjakan pada tekanan 30 Psi. Tekanan tinggi untuk injeksi penggabungan juga harus dikerjakan pada seluruh panjang. Tekanan injeksi harus konsisten dengan tegangan linning, keamanan melawan pukulan keluar dan kehilangan injeksi ke permukaan. 6. Drainasi Menyiapkan dua. 1 ½ ˝ diameter lubang drainasi , dalam 10 – 15 feet pada setiap jarak 10 feet. Dimana aliran air tanah besar dihadapi.
Lampiran D Kriteria desain untuk terowongan Bertekanan dari Jaringan listrik tenaga air yamuna tahap II. 1. Ciri – ciri Penting Bagian I
Bagian II
Terowongan Bertekanan
7,0 m
7,5 m
Diameter
6,2 m
5,9 km
Panjang
235 m3/dt
235 m3/dt
6,1 m/dt
5,3 m/dt
1 dalam 150
1 dalam 600
(perkiraan)
(perkiraan)
Bawah tanah
Batas Tanah
110 m
56 m
4 x 60 MW
4 x 30 MW
Debit maksimum Kelas
Rumah tenaga (Power House) Tinggi Tekan Kapasitas Instalasi
2. Tipe Batuan dan Penyangga Proyek terletak didaerah himalaya ,keadaan geologi banyak terganggu, tipe batuan umumnya ditemui quartzitie slates, limestone, sandstone dan claystone. Bagian I terowongan dipotong oleh patahan dan Bagian II memotong daerah pegunungan hancur keras berdasarkan. Batuan dilipatan dan diperlukan penyangga hampir sepanjang terowongan Penampang geologi sepanjang jalur terowongan terlihat pada gambar Penyangga misalkan menggunakan shotcrete dan perfobols (baut dengan semen) bila mungkin dan penyangga baja pada daerah yang jelek. Bila batuan hancur dan terjepit ditemui pada sekeliling terowongan harus digunakan penyangga baja. Baja penyangga dapat berupa penampang I 250 x 125 mm atau penampang H 152 x 152 mm. 3. Ketebalan lining Beton harus sesuai dengan ISS kelas M-250. Lining harus dengan tulangan (beton bertulang) dimana selimut batuan cukup.
Tergantung dari tekanan air keluar tebalanya beton (diukur dari permukaan batuan ke penyangga) harus 20 cm, 30 cm, atau 40 cm (60 cm pada daerah dimana batuan hancur). Tetapi ketebalan diukur dari permukaan dalam dari penyangga tidak kurang dari 20 cm. Lining harus dengan tulangan bila selimut batuan tidak cukup (kurang dari H untuk arah vertikal dan kurang dari 2 H untuk arah horisontal, dimana H = tinggi tekan air kedalam atau batuan sangat jelek). 4. Desain Lining. Lining harus didesain untuk beban berikut : i.
Beban Batuan Umumnya tidak ada beban batuan yang harus dipertimbangkan untuk desain lining pada batuan yang sangat jelek lengkung perubahan bentuk dan waktu harus diplat dan beban batuan yang diijinkan bila perlu.
ii. Tekanan air keluar Tekanan air keluar akan diambil sama dengan tekanan air kedalam. Drainase akan disediakan bila muka air batuan lebih tinggi dari terowongan dan tambahan ketebalan dari injeksi semen bertekanan harus disiapkan lining akan dicek untuk keadaan operasi normal dan keadaan terowongan kosong, ambil tegangan tekan yang diijinkan pada beton berikut : Keadaan Keadaan
Tegangan
operasi Tegangan
normal atau keadaan normal diam Keadaan
yang diijinkan pada
tekanan
langsung fc = 60 kg/cm² terowongan 1,33 x fc
kosong iii. Tekanan air kedalam Lining akan didesain untuk keadaan operasi berikut : a. Keadaan diam atau operasi normal b. Keadaan berhenti sebentar normal (generator bekerja dengan beban penuh tiba-tiba salah satu generator berhenti)
c. Keadaan terhenti sebentar ekstrim (keadaan yang paling buruk) keadaan operasi penuh secara bersama-sama berhenti. Pembagian beban oleh batuan harus diperhitungkan untuk cara Lauffer’s. Tidak ada tulangan akan disediakan pada daerah lain dari terowongan tidak mempunyai selimut yang cukup atau batuan yang sangat jelek. Dalam hal daerah khusus batuan yang menahan akan dihilangkan dan tulangan akan disediakan, ambil hanya tegangan yang diijinkan berikut ini : •
Tegangan tarik yang diijinkan pada beton 18 kg/cm²
•
Tulangan baja Keadaan berhenti sebentar normal. 80% x hasil Keadaan berhenti sebentar ekstrem. 100% x hasil
Bingkai keliling penuh akan dipertimbangkan sebagai tulangan beton. Pembagian tulangan beton harus sekitar 0,2% dari luas beton. 5. Injeksi. Injeksi semen untuk pengisian harus dikerjakan pada seluruh panjang terowongan pada tekanan yang tidak lebih dari 4 kg/cm² (56 Psi). Injeksi semen untuk penghubung harus dilakukan pada seluruh daerah pada tekanan sama dengan 2p. Akan ada empat lubang dengan kedalaman 3 m pada setiap lingkaran, jarak lingkaran dengan lingkaran berikutnya 3 m. Lubang pada lingkaran harus berselang seling pada daerah dimana tekanan air keluar melebihi tekanan air kedalam akan dilakukan tambahan injeksi dengan tekanan 3 p sampai 4 p dan kedalaman 2 m diluar lingkaran. Lining akan diuji untuk tekanan injeksi (tekanan air keluar titik akan diambil tindakan dengan pengujian) Ambil tegangan pada beton berikut : 50% tekana injeksi - 1,33 fc tekanan injeksi penuh – f’c 250 kg/cm² (tegangan 28 hari ultimate) 6. Drainasi Lubang drainasi dengan penutup valve diberikan diluar daerah batuan yang diinjeksi akan disiapkan didaerah dimana tekanan air keluar melebihi tekanan air kedalam lubang-lubang akan diperluas diluar daerah batuan yang diinjeksi.
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
DAFTAR PUSTAKA
1. Sub Dit Perencanaan Teknis, Direktorat
Irigasi I, Direktorat Jenderal Pengairan
Departemen Pekerjaan Umum dibantu oleh DHV. Consulting Engineering bekerja sama dengan PT. Indah Karya, Standar Perencanaan Irigasi, CV. Galang Persada Bandung 1986. 2. Prahlad Das (Profesor Design Civil), Design of Tunnels For Water Resources Development (WRDTC) 1975.
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
RANGKUMAN MODUL : KRITERIA DESAIN TEROWONGAN BAB I.
-
Untuk memberikan gambaran urutan pengembangan proyek / pekerjaan perencanaan terowongan secara sistematis
dan mencoba memberikan
prosedur (tahapan) secara berurutan kegiatan atau pekerjaan apa yang perlu atau harus dilakukan sebelum kegiatan lain. -
Kriteria desain terowongan dalam hal ini dimaksudkan sebagai pedoman atau penyeragaman bagi ahli desain terowongan dalam mendesain terowongan.
BAB II.
-
Untuk penanganan proyek terowongan secara sistematis perlu dibuat prosedur atau tahapan secara urutan kegiatan atau pekerjaan apa yang perlu atau harus dilakukan sebelum kegiatan lainnya.
-
Tahapan proyek SIDLACOM (Survey, Investigation, Design, Land Acquisition, Construction, Operation, Maintenance).
-
SID dibagi 2 tahap : 1. Tahap Studi (studi awal, identifikasi, pengenalan dan kelayakan) 2. Tahap Perencanaan (Perencanaan pendahuluan dan perencanaan detail).
-
Perencanaan
terowongan
ada
3
tahapan
(Penentuan lokasi rencana
terowongan, pra desain terowongan dan final desain terowongan). -
Terowongan adalah bangunan dibawah permukaan tanah yang dibangun dengan cara penggalian lubang dengan cara khusus tanpa mengganggu permukaan tanah.
BAB III. -
Fungsi terowongan untuk lalu lintas, pengangkut air dan penampungan. Makro geologi yaitu membahas masalah data-data tektonik yang terjadi yang berhubungan dengan patahan, retakan / pecahan dan lipatan, pertambahan dan penyebaran retakan dan belahan.
-
Mikro geologi yaitu membahas masalah kepadatan batuan, perembesan, kekuatan terhadap tekan geser dan tarik serta modulus elastisitas.
-
Klasifikasi batuan berdasarkan sifat elastis ada 3 (batuan keras dan kompak, batuan kompak terbelah dan batuan lunak atau plastis)
-
Tegangan vertikal (v) = berat jenis batuan (Wr) x Tinggi selimut batuan pada terowongan (H). Tegangan horisontal (h) = koefisien (k) x tegangan vertikal (v).
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
-
Kriteria Desain Terowongan
Tujuan penggunaan peralatan mekanika batuan adalah untuk menyediakan data dasar
untuk desain, menyediakan data kontrol keamanan untuk
pelaksanaan. -
Sebelum ditentukan tata letak dan jalur terowongan diperlukan penyelidikan geologi dan geoteknik yang lebih mendalam serta pengukuran dan pemetaan sesuai petunjuk ahli geologi serta profil geologi sepanjang jalur terowongan.
-
Kemiringan terowongan pada aliran bebas harus cukup untuk mengalirkan debit, tanpa menyebabkan kecepatan yang berlebihan atau kehilangan energi yang berlebihan atau tanpa menambah tekanan pada terowongan.
-
Faktor yang menentukan bentuk potongan melintang terowongan disamping pertimbangan geologi dan struktur, juga pertimbangan hidrolis dan kebutuhan praktis dan mudah dilaksanakan.
-
Jarak antara dua terowongan bertekanan yang sejajar lebih besar dua kali diameter terbesar / lebar terbesar.
-
Lengkungan sebaiknya dihindari, bila terpaksa jari-jari lengkungan harus lebih besar dari lima kali lebar terowongan.
-
Faktor-faktor yang berhubungan dalam perhitungan hidrolik adalah kemiringan, ukuran, bentuk, panjang dan kekasaran permukaan terowongan serta bentuk dan tinggi pemasukkan dan pengeluaran.
-
Untuk memperkecil kehilangan tinggi tekan dan mencegah terjadinya gravitasi, transisi harus didesain menurut standar kriteria (Design of Small Dam Bab IX). Untuk bangunan yang besar transisi harus dimodel uji.
-
Rumus Manning : Kecepatan
1 V . R 2 / 3 . I 1/ 2 n
Rumus Darcy – Weisbach
hf
Rumus Russel : (Faktor Gesekan)
f p . C . Re ( a12)
f .t V 2 x D 2. g
Adanya udara didalam terowongan bertekanan dapat menimbulkan : kehilangan tekanan, pengurangan debit, pukulan air, getaran pada Nozel Pelton, hilangnya cat dasar pada pompa.
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
-
Kriteria Desain Terowongan
Masuknya udara dengan cara : selama mengisi udara dapat terperangkap, adanya perubahan ukuran terowongan, adanya pusaran air, loncatan air, kecepatan yang berlebihan, udara yang larut dalam air.
-
Cara mencegah masuknya udara : pusaran sebelum masuk dipecahkan dulu, permukaan yang menghasilkan loncatan dihilangkan, cara mengisi terowongan perlahan-lahan, permukaan yang menimbulkan tekanan negatif diuji lebih dulu, dibuat kolam penenang sebelum masuk terowongan.
-
Ukuran terowongan yang ekonomis dapat dicari dengan analisis dan grafis dengan variabel : diameter terowongan dan tinggi cofferdam (untuk pengelak), diameter terowongan dan tinggi bendungan (untuk terowongan penghubung), diameter terowongan dan pengeluaran tahunan (untuk terowongan tenaga listrik). Rumus perhitungan diameter ekonomis untuk terowonganPLTA :
f ( D) A.(1 c).(1 s).(P n) A.(1 c).(1 s).(0) 100.e.n 2 .Q 3 .T .U .D 16 / 3 -
Tipe beban batuan adalah tekanan berat masa batuan dan tekanan mengembang
-
Teori umum mekanika batuan : bila lubang digali batuan sekitar terowongan cenderung bergerak maju pada daerah yang lemah. Beban tadi bergerak perlahan-lahan semakin membesar oleh karena itu secepatnya setelah penggalian langsung dipasang penyangga besi (bila batuan jelek) dan shotcrete (untuk batuan yang baik atau keras).
-
Beban batuan pada terowongan bila tidak cepat disangga dengan penyangga semakin lama semakin berat, karena batuan yang tadinya dimampatkan sekarang tidak, sehingga batuan mengembang ditambah adanya gravitasi.
-
Untuk pembebanan batuan pada terowongan dengan selimut batuan kurang dari 2,5 kali lebar dan tinggi lubang, tanah diatasnya harus diperhitungkan.
-
Bila selimut batuan lebih dari 2,5 kali lebar dan tinggi lubang beban batuan dihitung dengan cara Terzaghi atau Protodyakonov.
-
Beban batuan diteruskan kebingkai penyangga melalui titik balok pengganjal.
-
Pengikat batuan mempunyai keuntungan : mengurangi penggunaan balok kayu, memperpanjang waktu permukaan terbuka, dapat dipasang secara cepat, baut dapat dipasang dekat permukaan, ekonomis dalam pemasangan, murah dalam pemeliharaan, cocok untuk semua batuan.
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
-
Kriteria Desain Terowongan
Prinsip dan prosedur desain angker terowongan, luas dan dimensi dari pengikatan atap tergantung dari kelakuan batuan, pengikatan tanah yang plastis tidak cocok untuk pengikatan, ketebalan dari beban yang diikat (W) harus ada yang menahan, panjang dari baut (L) harus paling sedikit sama dengan ketebalan lengkung batuan yang dibutuhkan (L > 2 x dalam daerah terganggu). Jarak pengikatan harus sebentuk (Panjang bervariasi 2 m – 3 m). Jarak = setengah panjang baut.
-
Shotcrete adalah hasil penyemprotan campuran semen kebagian atas dan dinding terowongan pada jarak dekat, disemprotkan < ½ jamsetelah peledakan, diteruskan dengan penyanggaan dan pembetonan, dapat menambah tegangan tarik dan lentur (20% - 30%) dalam waktu 12 – 24 jam, membuat ikatan erat batuan yang telah retak / pecah, cocok untuk terowongan yang berhubungan dengan air, berguna bagi batuan yang diikat, mudah diperbaiki, tidak hanya sebagai penyangga tapi juga sebagai beton yang sudah selesai.
-
Prinsip dan prosedur desain shotcrete : batuan akan rusak terhadap gaya geser (bukan oleh momen). Dasar perhitungan dimana beban batuan menimbulkan gaya geser.
Pi
d .c sin . . b2
Pi Po. 1 sin . . R 1sin x1,3 2. sin
Pi = Gaya tekan radial
c = Tegangan geser pada shotcrete = 0,23 x 300 kg/cm² = Sudut bidang pecah terhadap garis sumbu vertikal ( 23 0 61 ) d = tebal lining b = tinggi pipa geser Po = W. H = 300 / R = 1/3 Gaya yang dapat ditahan oleh lining = Pi L
Pi L Pi c Pi s Gaya yang dapat ditahan oleh beton
Pi c
d .c sin b / 2
Pelatihan Ahli Desain Terowongan SDA
Kriteria Desain Terowongan
Gaya yang dapat ditahan oleh tulangan
Pi s
As.(k 1).c sin b / 2
Gaya yang dapat ditahan oleh batuan
Pi R
S R cos S n sin b/2 b/2
Gaya yang dapat ditahan oleh angker
Pi A
a. A. fs. cos et.(b / 2)
Gaya tolak yang dapat ditahan oleh bagian atas terowongan
PiW Pi L Pi R Pi A -
Setelah terowongan digali dan disangga, lining diperlukan untuk memenuhi satu atau lebih fungsi dibawah ini : memperbaiki stabilitas lining, pencegahan pengikisan batuan oleh cuaca atau kecepatan aliran, menyediakan keadaan Hidrolik yang memuaskan, penggunaan terowongan dari tekanan yang tinggi, menghindari ketidakstabilan oleh bocoran, mengurangi kehilangan tinggi tekan / energi yang berlebihan akibat gesekan, pertimbangan keamanan khusus.
-
Tipe lining : pasangan batu / bata, beton tanpa tulangan beton dengan tulangan, shotcrete, plat baja, beton pratekan.
-
Tebal beton tanpa tulangan minimum 20 cm. Tebal beton bertulang minimum 30 cm. Beton yang biasa dipakai K-250 tegangan yang diijinkan 250 kg/cm².
-
Bila digunakan penyangga baja untuk mendapatkan kestabilan tegangan batuan biasanya diperlukan waktu yang cukup (lebih dari satu tahun), antara penggalian dan pembetonan dalam hal ini dianggap bahwa lining tidak menerima beban batuan jadi cukup dengan shotcrete (PAC) tanpa tulangan.
-
Tujuan injeksi semen (grouting) : menutup celah beton, celah batuan dan retakretak batuan, penggabungan beton dan batuan, pengenalan derajat tertentu dari pratekan pada lining, mengurangi kesulitan pengeringan.
-
Bangunan pelengkap pada bangunan terowongan biasanya terdiri dari portal pemasukan / pengeluaran dan bangunan penutup (Plugs).
-
Masalah utama yang harus diperhatikan dalam perencanaan saluran selain dimensi saluran yaitu stabilitas tanggul kemiringan talud galian serta rembesan disaluran.
