BAB 6 DISTRIBUSI TEGANGAN DI SEKITAR TEROWONGAN

BAB 6DISTRIBUSI TEGANGAN DI SEKITAR TEROWONGAN Kelompok 2Vivi Indah PancaraniRizka MutiaraDwi Hariana PaneAhmad Ridho PermanaMendozaNovia AfrizalRizki Aldi SaputraDistribusi Tegangan Di Sekitar TerowonganMacam Tegangan Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Tegangan InsituTopografi PermukaanErosiTegangan SisaInklusiBidang DiskontinuitasDistribusi Tegangan Sebelum Dibuat Terowongan Distribusi Tegangan Di Sekitar Terowongan Kondisi Paling IdealKondisi UmumKondisi Batuan Tidak IsotropKondisi Batuan Berperilaku Plastik Sempurna Kondisi Terowongan Bulat Dan Paling Ideal1.Tegangan Gravitasi2.Tegangan Gravitasi Vertikal3.Tegangan Tektonik4.Tegangan Termal5.Tegangan Insitu Horzintal

Macam Tegangan Macam TeganganTegangan Alamiah/ Tegangan Insitu (Natural Stresses)Tegangan Terinduksi(Induced Stresses)Tegangan Alamiah (Natural Stresses)

1.TEGANGAN GRAVITASITegangan gravitasi adalah tegangan yang terjadi karena ada beban batuan yang ada di atasnya.

Adapun 2 Komponen dalam tegangan gravitasi;Komponen Vertikal : dapat diperkirakan dengan menggunakan persamaan.Komponen Horisontal : jika material diasumsikan elastik dan tidak ada pergerakan secara horisontal,maka komponen ini dapat juga dihitung dengan persamaan.2.Tegangan gravitasi vertikal

3.Tegangan TEKTONIKTegangan Tektonik adalah tegangan yang terjadi akibat geseran-geseran pada kulit bumi yang terjadi pada waktu yang lampau maupun saat ini.

Contoh peristiwa yang menyebabkan tegangan tektonik :sesarperistiwa seismikpergerakan lempengpergerakan karena perbedaan panas antara inti bumi dan kerak

4.TEGANGAN TERMALTegangan Termal terjadi karena pemanasan atau pendinginan batuan dan terjadi di dekat permukaan yang terkena panas matahari atau sebagai hasil pemanasan bagian dalam bumi karena bahan-bahan radioaktif atau proses geologi lainnya.5.TEGANGAN IN-SITU HORIZONTALPengukuran tegangan in situ horisontal pada beberapa tambang dan proyek sipil di seluruh dunia (Brown & Hoek, 1978; Herget, 1988) menunjukkan bahwa:k cenderung tinggi pada kedalaman dangkal,dan menurun dengan bertambahnya ke dalaman.Terzaghi dan Richart (1952) menyatakan bahwa untuk beban gravitasi di mana tidak terjadi regangan dalam arah lateral, nilai k tidak bergantung pada kedalaman tetapi dinyatakan sebagai :

Nb: Teori hanya dapat memberikan perkiraan besaran intensitas dari tegangan yang ada,sedangkan hanya pengukuran tegangan in-situ yang dapat memberikan keterangan mengenai orientasi dan besarnya tegangan pada massa batuan di bawah tanah.

Faktor-faktor yang mempengaruhi tegangan in-situTegangan insitu suatu titik ditentukan oleh beberapa faktor :kondisi pembebanan material yang ada di atasnyaperubahan akibat proses geologiproses kimia : perubahan suhu, leaching, penguapan & rekristalisasi mineralproses mekanik : rekahan, geseran antara bidang rekahan, viskoplastik dalam material akan menghasilkankondisi tegangan yang komplek dan heterogen Beberapa faktor yang mempengaruhi kondisi tegangan insitu menurut Brady dan Brown (1985) Beberapa faktor yang mempengaruhi kondisi tegangan insitu menurut Brady dan Brown (1985)topografi permukaanerosi tegangan sisaInklusiaktivitas tektonikbidang diskontinyu1.Topografi permukaan

Tegangan > 2.EROSIErosi pada permukaan tanah baik oleh air, angin, maupun es akan mengurangi kedalaman batuan pada suatu titik di bawah tanah, sehingga tegangan vertikalnya menjadi lebih kecil.

Proses ini akan membawa pada suatu kondisi tegangan dengan nisbah tegangan horisontal dan vertikal yang tinggi, khususnya di tempat-tempat yang dangkal.3. Tegangan SisaAdalah tegangan yang masih tersisa, walaupun penyebab tegangan tersebut sudah hilang yg berupa panas atau pembengkakan di kulit bumi.

(a) menggambarkan kondisi tegangan pada saat bidang lemah belum bergerak. (b) menyatakan kondisi tegangan sisa setelah terjadi proses pergerakan bidang lemah tersebutIlustrasi Terjadinya Tegangan Sisa & Hubungan Nisbah Tegangan vs. Sesar (Herget, 1988)

4. InklusiInklusi dalam massa batuan adalah bagian yang secara litologi membuat umur batuan lebih muda dari formasi batuan induknya. Biasanya inklusi merupakan intrusi seperti dykes dan sill, serta veins seperti mineral kuarsa dan fluor. Keberadaan inklusi secara vertikal mempengaruhi kondisi tegangan dengan dua cara. 1. jika inklusi berada di bawah kondisi tekanan yang berlawanan dengan kondisi horisontal batuan di sekitarnya, maka komponen tegangan yang tinggi akan terjadi tegak lurus bidang inklusinya. 2. adanya perubahan tegangan efektif dalam batuan induk atau adanya perpindahan karena aktivitas tektonik dapat menyebabkan perubahan tegangan dalam inklusi menjadi relatif lebih rendah atau lebih tinggi dibandingkan batuan induknya. Inklusi yang relatif kaku (stiff) akan menyebabkan tegangan dalam inklusi menjadi lebih tinggi, begitu pula sebaliknya.Perbedaan modulus deformasi antara inklusi dan batuan induk akan membuat gradien tegangan dalam batuan induk di sekitar inklusi menjadi tinggi. Dan sebaliknya jika modulus deformasi inklusi relatif rendah, maka gradien tegangan dalam batuan induk di sekitar inklusi menjadi lebih kecil sehingga kondisi tegangannya relatif homogen (Savin, 1961) 5. Aktivitas TektonikTegangan insitu mungkin juga berasal dari aktivitas tektonik yang berkerja pada skala regional dan bisa dihubungkan dengan kondisi struktur geologi daerah tersebut seperti sesar dan lipatan.

Elemen batuan bereaksi secara viskoplastik terhadap tegangan yang bekerja. Semakin kuat aktivitas tektonik cenderung menyebabkan komponen tegangan subhorisontal lebih besar daripada tegangan vertikal dan tegangan horisontal lainnya. Hal ini mungkin karena aktivitasnya terjadi jauh di bawah permukaan.6. Bidang DiskontinyuKeberadaan bidang diskontinyu di dalam massa batuan akan mengganggu kesetimbangan tegangan dan dapat menyebabkan tegangan tersebut terdistribusi kembali untuk mencari kese,timbangan barunya.Price (1966) menyatakan bahwa satu kelompok bidang diskontinyu dalam massa batuan yang mempunyai orientasi, formasi dan perilaku yang sesuai dengan compressive failure erat kaitannya dengan sifat-sifat tegangan yang dapat menyebabkan perkembangan bidang diskontinyu. Kondisi tegangan yang heterogen merupakan akibat alami dari adanya proses perlipatan, pergeseran atau lucuran yang terjadi pada bidang-bidang perlapisan batuanTegangan induksiJika sebuah lubang bukaan bawah tanah dibuat pada massa batuan:batuan yang tidak tergali menerima beban lebih besar daripada saat sebelum digali karena bagian yang harus menerima beban tersebut telah hilang kondisi. sehingga tegangan awal secara lokal akan berubah menjadi tegangan terinduksi.distribusi tegangan di dinding terowongan berbeda dari tegangan sebelum batuan digali.

Sebelum penggalian dilakukan, massa batuan berada dalam kondisi setimbang, dan setelah penggalian dilakukan, kesetimbangan tersebut menjadi terganggu dan dapat mengubah distribusi tegangan awal. Untuk mengetahui distribusi tegangan di sekitar terowongan dapat digunakan persamaan Kirsch (1898)

Distribusi Tegangan Sebelum Dibuat Terowongan Dibuatnya sebuah atau beberapa terowongan di bawah tanah bisa mengakibatkan perubahan distribusi tegangan (stress distribution) di bawah tanah, terutama didekat terowongan-terowongan tersebut. Sebelum terowongan dibuat, pada titik-titik didalam massa batuan bekerja tegangan awal (initial stress)dan tegangan awal ini sukar diketahui secara tepat, baik besar maupun arahnya.

Distribusi Tegangan Di Sekitar Terowongan Kondisi Umum

Kondisi Paling IdealDari persamaan Kirsch (1898) dapat disederhanakan lagi untuk keadaan yang paling ideal dengan asumsi dan distribusi tegangan Asumsi asumsi yang digunakan terdiri dari 3 pokok utama, sebagai berikut:Geometri dari terowonganPenampang terowongan merupakan sebuah lingkaran dengan jari-jari R.Terowongan berada pada bidang horisontal.Terowongan terletak pada kedalaman H>>R(H>20R).Terowongan sangat panjang, sehingga dapat digunakan hipotesa regangan bidang (plane strain).

Keadaan BatuanKontinuHomogenIsotrop, sehingga Keadaan tegangan mula-mula (initial stress) hidrostatik maka ( = specific weight batuan, H = kedalaman)

Symmetrical revolution di sekeliling 0z

Dengan kondisi ideal maka penentuan nilai tegangan tangensial dan tegangan radial mengikuti persamaan berikut.

Tegangan awal hidrostatik:sv = sh = s0

Kondisi Batuan Tidak Isotrop (Orthotrop)Dalam hal elalustik orthotrop dimana ada dua modulus yang tegak lurus E1 dan E2, untuk sistem pembebanan monoaxial, distribusi tegangan tidak dipengaruhi, hanya deformasinya. Jadi distribusi yang didapat dari perhitungan sebelumnya tetap berlaku.Ketidak isotropan dari batuan sangat mempengaruhi kekuatan dari batuan tersebut. Misalnya kuat tekan dari batuan yang terlapis (seksis) dapat bervariasi dari 1 sampai 10 kali lipat atau lebih dan merupakan fungsi dari arah perlapisan.Sebuah lubang bukaan dengan penampang berbentuk lingkaran dibuat didalam massa batuan yang berlapis, dimana kekuatan batuan tersebut digambarkan seperti gambar 6.17 yang mengalami tegangan hidrostatik.Runtuh timbul pada kontur bagian tengah dimana sudut perlapisan dengan kontur 40 samai 70 (kuat tekan batuan rendah).Fenomena ini akan diperburuk oleh major principal stress yang tegak lurus pada arah perlapisan. Daerah tarikan pada sebuah lubang bukaan (tegangan adalah monoaksial) mempunyai pengaruh yang berbeda posisinya terhadap perlapisan.Evolusi dari kontur terowongan dalam dengan penampangan berbentuk bulat pada batuan schist diperlihatkan pada gambar 6.18.Tahap 1 : Runtuhan geseran timbul disekitar titik A dimana kuat tekannya paling kecil, kemudian berkembang sampai berbentuk profil BCD.Tahap 2 : Terbentuknya span yang tinggi CC dari lapisan batuan memungkinkan terbentuknya rekahan pada dinding.Tahap 3 : lengkungan dari lapisan yang dinyatakan oleh deformasi sudut CEC dengan bukaan yang membentuk baji (wedge) di E. Sesudah batuan yang hancur dibersihkan, maka kontur akhir CFC lebih stabil dari kontur semula (CEC).Kondisi Batuan Berperilaku Plastik SempurnaMisalkan kurva intrinsik ( lihat buku pada gambar 6.19, hal 338) memotong lingkaran MOHR yang menggambarkan tegangan pada kontur lubang bukaan dan perilaku batuan sesudah kuat tekannya dilampaui dicirikan oleh deformasi tak terhingga (perilaky plastik sempurna, (lihat buku gambar 6.20, hal 338). Daerah elastik dibatasi oleh lingkaran yang berjari-jari R. Jari-jari R dapat dihitung dengan membuat beberapa hipotesa (dihitung oleh Katsner, untuk sebuah kurva intrinsik yang linier (Duffaut,1981)

Keterangan : R = jari-jari daerah plastikR = jari-jari lubang bukaan= sudut gesek dalam

K =

Lihat persamaan, bahwa

Kondisi Terowongan Tidak Bulat Dan Paling Ideal(lihat buku pada Tabel 6.1, hal 340) memperlihatkan distribusi tegangan pada garis keliling terowongan dengan berbagai bentuk penampang terowongan dan berbagai keadaan tegangan mula-mula untuk keadaan yang paling ideal. Tabel ini diambil dari simposium mekanika batuan di jepang tahun 1964 dengan judul Study on Internal Stress of Rock Stratum Around Tunnel

Thankyou RR