perhitungan kestabilan lubang bukaan pada terowongan headrace

PERHITUNGAN KESTABILAN LUBANG BUKAAN PADA
TEROWONGAN HEADRACE PLTA SINGKARAK
MENGGUNAKAN ANALISIS BALIK
TESIS MAGISTER
OLEH :
RUDY SETYAWAN
NIM. 25094040
BIDANG PENGUTAMAAN GEOTEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL
PROGRAM PASCA SARJANA
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
1997
ABSTRAK
Pada pembangunan suatu struktur bawah tanah seperti halnya terowongan tekan, rumah
pembangkit bawah tanah dsb. Pengukuran di lapangan yang dilakukan selama masa konstruksi
sangat penting untuk menilai kestabilan dari konstruksi tersebut disamping untuk perbaikan
parameter desain. Hal ini disebabkan adanya keterbatasan data masukan yang didapat dari hasil
pengujian baik itu di laboratorium maupun di lapangan. Di samping itu tidak mudah untuk melakukan
analisis yang tepat terhadap hasil pengujian yang ada. Kondisi ini juga ditemui pada proyek PLTA
Singkarak di mana untuk terowongan sepanjang 16,5 km hanya terdapat 4 buah titik bor. Sehingga
pengukuran terhadap perpindahan yang terjadi di sepanjang terowongan pada masa konstruksi
perlu dilakukan untuk melakukan perbaikan terhadap parameter desain awal.
Perbaikan desain awal menggunakan hasil pengukuran di lapangan dapat dilakukan menggunakan
analisis balik. Karena dalam melakukan analisis balik akan menggunakan metode elemen hingga
yaitu penggunaan program SAP90, maka pertamatama yang harus dilakukan adalah membangun
model elemen hingga yang menyerupai kondisi sesungguhnya di lapangan baik itu geometri,
karakteristik geomekanik dari material, pembebanan dan juga kondisi batas perpindahan dari model.
Pembebanan yang bekerja pada terowongan didasarkan pada basil yang didapat dari pengujian
hydraulic fracturing di mana pada kondisi tegangan overburden yang konstan untuk model 1
menggunakan tegangan horisontal maksimum sedangkan model 2 menggunakan tegangan
horisuntal minimum. Analisis balik dilakukan dengan cara trial and error yaitu dengan mengubahubah nilai modulus elastisitas sampai didapat perpindahan hasil eksekusi program sama dengan
perpindahan hasil pengukuran.
Hasil analisis balik menunjukkan nilai modulus elastisitas dan ketebalan zona plastis yang didapat
pada kondisi tegangan overburden konstan dipengaruhi oleh besarnya tegangan horisontal yang
bekerja. Jika yang bekerja tegangan horisontal maksimum nilai modulus elastisitas yang didapat
memiliki kecenderungan berada di atas nilai modulus elastisitas kelas menengah dari batuan yang
ada dan zona plastis akan dominan di sisi dinding (sidewall) dari terowongan sebaliknya jika
tegangan horisontal minimum yang bekerja nilai modulus elastisitas yang didapat memiliki
kecenderungan berada di bawah nilai modulus elastisitas kelas menengah dari batuan yang ada dan
zona plastis akan dominan di sisi atas ( crown ) maupun di sisi bawah ( invert) dari terowongan. Nilai
modulus elastisitas di sepanjang titik pengamatan ternyata berbedabeda sehingga penggunaan
penyangga yang sesuai dapat ditentukan. Berdasarkan perilaku elastis maka sistem penyangga
perlu ditambah dari kondisi rock bolt yang hanya setempat menjadi susunan arch building bolting
atau dengan menggunakan steel ribs, karena penggunaan rock bolt yang hanya setempat ternyata
hanya meningkatkan nilai faktor keamanan sedikit saja.
ABSTRACT
During construction of underground structure such as pressure tunnel, power house cavern, etc. Field
measurement should be performed during construction phase for monitoring structure stability and
updating design parameters. The constrains are found during field and laboratory test. In another
hand is difficult to carry a proper analysis for verification a result of field and laboratory test. Such
conditions are found at Singkarak HEPP which is only 4 bore holes for 16.5 km stretch of tunnel.
Therefore displacement measurements should be performed along the tunnel stretch during the
construction for updating the parameter used for initial design.
Improving initial design for elaborated field measurement result adopted back analysis method.
Provided the used of SAP90 for solving finite element analysis, initial step is establishing physical
model for restrain boundary to represent actual field conditions instead of geometry, geomechanic
characteristic of the materials, loading and boundary restraint from the model. Loading at tunnel base
on result of hydraulic fracturing test where for the model 1 the overburden pressures are constant and
the maximum horizontal stress applied, for model 2 the overburden pressures are constant and the
minimum horizontal stress applied. Trial and error should be done during back analysis process by
adjusting modulus elasticity value until displacement program output similar to the field measurement.
The back analysis output showed modulus elasticity value and the plastic zone thickness is defined in
constant overburden pressure affected by horizontal stress. In case maximum horizontal stress
applied modulus elasticity has a tendency above the middle elasticity value present rock. In case
minimum horizontal stress applied modulus elasticity have a tendency below the middle elasticity
value present rock. Most of the sidewall will go in plastic zone if maximum horizontal stress applied
and most of crown and invert will go in plastic zone if minimum horizontal stress applied. Along the
monitoring point modulus elasticity has different value therefore appropriate supporting system should
be choose according to actual condition. Considering elasticity behavior supporting system should be
modified from local rock bolt to arch building bolting or erected steel ribs, because local rock bolt only
improving slightly safety factor value.