3. Terowongan adalah bangunan dibawah permukaan tanah yang
dibangun dengan cara menerowong/ menggali lobang dengan
cara khusus tanpa menggangu permukaan tanah.
Defenisi terowongan
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.
4. Fungsi terowongan
Fungsi terowongan untuk :
• jalannya aliran air
• jalan kereta api
• jalan raya
Adapaun 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
5. Klasifikasi terowongan
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
Pada proyek-proyek di lembah sungai
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 Pelatihan
Ahli Desain Terowongan SDA Kriteria Desain Terowongan 3 - 3
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.
6. Geologi dan mekanika
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.
Sifat sifat batuan
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.
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/ 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.
7. Klasifikasi Batuan
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.
Klasifikasi secara umum berikut ini adalah setelah terzagki dan
umumnya digunakan oleh para ahli kesatuan angkatan bersenjata
(Zeni) Amerika.
Hard and intact rock (Batuan yang keras dan utuh)
Moderately jointed rock (Batuan yang sedikit retak-retak).
Stratified rock (Batuan sedimen berlapis)
Blocky and seaing rock (Batuan blok/ bongkahan dan berbuih)
Crushed rock (Batuan pecah)
Schistocs rock (Batuan Schistocs)
Squeezing rock (Batuan tertekan)
Swelling rock (Batuan Bongkah)
Popping rock (Batuan Popping)
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.
8. 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
9. 2. 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
10. 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 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.
11. 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.
12. Teori tekanan pada terowongan batu
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.
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).
13. 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
h = K . v = {(u) / (1-u)} . v = {(1)/(m-1)} . v
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).
14. 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-a 2 /r2 ) + 1/2( h- v)(1-4a2 /r2 + 3a4 /r 4 ).cos 2
o = 1/2( h + v) (1 - a 2 /r2 ) + 1/2( h - v)(1 - 3a4 /r 4 ).cos 2
ro = 1/2( h + v) (1 + 2a2 /r2 - 3a4 /r 4 ).2 cos
dimana :
r = Tegangan Radial
o = Tegangan Tangensial ( t )
𝜏r = 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
15. Keliling Lubang ( r = a )
U = 1/E[( h + v) a + 2( h + v) a cos 2
U' = ( 1 – 𝑈2)2 . U
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
16. DESAIN PADA PETA PENGUKURAN
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.
17. Tata letak dan lokasi terowongan harus pada batuan keras dengan stratifikasi yang baik. 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
18. Bentuk bulat biasanya diperkenankan untuk terowongan yang
sepertinya dapat menekan tekanan radial masuk dan keluar
yang berat.
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.
19. 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
20. bila kebutuhan pelaksanaan memerlukan dasar yang lebih datar
dan lebih lebar dari pada yang disediakan oleh bentuk tapal
kuda standar.
