Algoritma Indeks Keruntuhan Batuan Berkekar: PADA DISAIN TEROWONGAN, KESTABILAN LERENG DAN STABILITAS BOREHOLE (WELLBORE STABILITY)

dokumen-dokumen yang mirip
REKAYASA GEOTEKNIK DALAM DISAIN DAM TIMBUNAN TANAH

BAB III METODE KAJIAN

STUDI KEKUATAN GESER TERHADAP PENGARUH KEKASARAN PERMUKAAN DIAKLAS BATU GAMPING

Pengaruh Tension Crack (Tegangan Retak) pada Analisis Stabilitas Lereng menggunakan Metode Elemen Hingga

SLOPE STABILITY ANALYSIS BASED ON ROCK MASS CHARACTERIZATION IN OPEN PIT MINE METHOD

Studi Kestabilan Lereng Menggunakan Metode Rock Mass Rating (RMR) pada Lereng Bekas Penambangan di Kecamatan Lhoong, Aceh Besar

BAB IV ANALISIS KINEMATIK

ANALISIS ANGKA KEAMANAN (SF) LERENG SUNGAI CIGEMBOL KARAWANG DENGAN PERKUATAN PILE DAN SHEET PILE SKRIPSI

1) Geometri : Lebar, kekasaran dinding, sketsa lapangan

Mahasiswa, Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Institut Teknologi Nasional 2

BAB II DASAR TEORI. 2.1 Kestabilan Lereng Batuan

BAB IV PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA

ANALISIS ANGKA KEAMANAN DIAFRAGMA WALL MENGGUNAKAN PERMODELAN MOHR COLOUMB DENGAN PARAMETER TOTAL DAN EFEKTIF

PENGARUH BIDANG DISKONTINU TERHADAP KESTABILAN LERENG TAMBANG STUDI KASUS LERENG PB9S4 TAMBANG TERBUKA GRASBERG

BAB IV. METODE PENELITIAN 4.1. TINJAUAN UMUM TAHAPAN PENELITIAN BERBASIS STUDI NUMERIK... 73

BAB III LANDASAN TEORI

Scan Line dan RQD. 1. Pengertian Scan Line

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang 1.2 Tujuan Praktikum

ANALISA KESTABILAN LERENG METODE LOWE-KARAFIATH (STUDI KASUS : GLORY HILL CITRALAND)

TOPIK BAHASAN 8 KEKUATAN GESER TANAH PERTEMUAN 20 21

Pemodelan 3D Pada Stabilitas Lereng Dengan Perkuatan Tiang Menggunakan Metode Elemen Hingga

Kestabilan Geometri Lereng Bukaan Tambang Batubara di PT. Pasifik Global Utama Kabupaten Muara Enim, Provinsi Sumatera Selatan

PERHITUNGAN KESTABILAN DENGAN ANALISIS BALIK PADA RUMAH PEMBANGKIT BAWAH TANAH PROYEK PLTA SINGKARAK SUMATERA BARAT TESIS MAGISTER

STUDI EFEKTIFITAS TIANG PANCANG KELOMPOK MIRING PADA PERKUATAN TANAH LUNAK

ANALISIS STABILITAS LERENG PADA JALAN REL SEPANCAR - GILAS STA 217 MENGGUNAKAN METODE IRISAN BISHOP DAN PERANGKAT LUNAK PLAXIS ABSTRAK

BAB III PROSEDUR ANALISIS

TUGAS AKHIR. Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Menyelesaikan Pendidikan Sarjana di Program Studi Teknik Sipil. Disusun Oleh NIM NIM

Analisa Beban Gempa pada Dinding Besmen dengan Plaxis 2D

ANALISIS ANGKA KEAMANAN (SF) LERENG SUNGAI CIGEMBOL KARAWANG DENGAN PERKUATAN SHEET PILE

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN. penambangan batu bara dengan luas tanah sebesar hektar. Penelitian ini

PENGARUH REMBESAN DAN KEMIRINGAN LERENG TERHADAP KERUNTUHAN LERENG

PREDIKSI SUDUT GESEK INTERNAL TANAH BERDASARKAN SUDUT DILATASI PADA UJI GESER LANGSUNG

DAYA DUKUNG PONDASI MENERUS PADA TANAH LEMPUNG BERLAPIS MENGGUNAKAN METODE "MEYERHOF DAN HANNA" DAN METODE ELEMENT HINGGA (PLAXIS)

APLIKASI PENDEKATAN PROBABILISTIK DALAM ANALISIS KESTABILAN LERENG PADA DAERAH KETIDAKSTABILAN DINDING UTARA DI PT. NEWMONT NUSA TENGGARA

Pengaruh Infiltrasi Hujan dalam Analisis Stabilitas Lereng Kondisi Jenuh Sebagian Menggunakan Metode Elemen Hingga

TUGAS AKHIR. Diajukan sebagai syarat untuk meraih gelar Sarjana Teknik Strata 1 (S-1) Disusun Oleh : Maulana Abidin ( )

BAB V PEMBAHASAN 5.1. Data Lapangan Pemetaan Bidang Diskontinu

TEKANAN TANAH LATERAL

Analisis Stabilitas Pada Tanah Timbunan Dengan Perkuatan Geotekstil Dikombinasikan Dengan Dinding Penahan Tanah Di Ruas Jalan Tol Cisumdawu

Untuk mengetahui klasifikasi sesar, maka kita harus mengenal unsur-unsur struktur (Gambar 2.1) sebagai berikut :

Laporan Tugas Akhir Analisis Pondasi Jembatan dengan Permodelan Metoda Elemen Hingga dan Beda Hingga BAB III METODOLOGI

PENENTUAN PENGARUH AIR TERHADAP KOHESI DAN SUDUT GESEK DALAM PADA BATUGAMPING

RANCANGAN GEOMETRI WEB PILAR DAN BARRIER PILAR PADA METODE PENAMBANGAN DENGAN SISTEM AUGER

ANALISA KEKUATAN CRANKSHAFT DUA-SILINDER KAPASITAS 650 CC DENGAN MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA

PERENCANAAN STABILITAS LERENG DENGAN SHEET PILE DAN PERKUATAN GEOGRID MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA. Erin Sebayang 1 dan Rudi Iskandar 2

Analisa Kestabilan Lereng Metode Spencer

PEMODELAN ELEMEN HINGGA KONTAK SLIDING BERULANG ANTARA BOLA DENGAN PERMUKAAN KASAR

BAB I PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang

SOIL BIOENGINEERING SEBAGAI ALTERNATIF METODA STABILISASI LONGSORAN

BAB I PENDAHULUAN. Latar Belakang

LAMPIRAN 1. Langkah Program PLAXIS V.8.2

STUDI PENGARUH TEBAL TANAH LUNAK DAN GEOMETRI TIMBUNAN TERHADAP STABILITAS TIMBUNAN

KAJIAN DAYA DUKUNG PONDASI TIANG BOR PADA TANAH BERBATU KERAS DI JEMBATAN TAYAN. Abstrak

STUDI STABILITAS DINDING PENAHAN TANAH KANTILEVER PADA RUAS JALAN SILAING PADANG - BUKITTINGGI KM ABSTRAK

Gambar 1 Hubungan antara Tegangan Utama Mayor dan Minor pada Kriteria Keruntuhan Hoek-Brown dan Kriteria Keruntuhan Mohr-Coulomb (Wyllie & Mah, 2005)

RENCANA PEMBELAJARAN SEMESTER (RPS) PROGRAM STUDI S1 TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS RIAU

Prosiding Teknik Pertambangan ISSN:

PEMODELAN PARAMETER GEOTEKNIK DALAM MERESPON PERUBAHAN DESAIN TAMBANG BATUBARA DENGAN SISTEM TAMBANG TERBUKA

Cara uji geser langsung batu

Jurusan Teknik Sipil Itenas No.x Vol. Xx Jurnal Online Institut Teknologi Nasional Januari 2016

LAMPIRAN 1 LANGKAH PEMODELAN ANALISA STABILITAS TIMBUNAN PADA PROGRAM PLAXIS 8.6

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

BAB I PENDAHULUAN. Salah satu masalah yang sedang dihadapi masyarakat di Provinsi Sumatera

MEKANIKA TANAH 2. TEKANAN TANAH LATERAL At Rest...Rankine and Coulomb

4 PERHITUNGAN DAN ANALISIS

Gambar 5.20 Bidang gelincir kritis dengan penambahan beban statis lereng keseluruhan Gambar 5.21 Bidang gelincir kritis dengan perubahan kadar

Analisis Konsolidasi dengan Menggunakan Metode Preloading dan Vertical Drain pada Areal Reklamasi Proyek Pengembangan Pelabuhan Belawan Tahap II

ANALISIS KESTABILAN LERENG METODE BISHOP/TRIANGLE (STUDI KASUS : KAWASAN MANADO BYPASS)

1. Dosen Jurusan Teknik Sipil Universitas Hasanuddin, Makassar Mahasiswa Jurusan Teknik Sipil Universitas Hasanuddin, Makassar 90245

BAB I PENDAHULUAN. PT. PACIFIC GLOBAL UTAMA (PT. PGU) bermaksud untuk. membuka tambang batubara baru di Desa Pulau Panggung dan Desa

BAB I PENDAHULUAN 1. 1 LATAR BELAKANG MASALAH

BAB I PENDAHULUAN. terowongan, baik terowongan produksi maupun terowongan pengembangan.

PENGARUH TINGGI GALIAN TERHADAP STABILITAS LERENG TANAH LUNAK ABSTRAK

MEKANIKA TANAH (CIV -205)

ANALISIS LERENG DENGAN PERKUATAN PONDASI TIANG

ANALISIS PONDASI JEMBATAN DENGAN PERMODELAN METODA ELEMEN HINGGA DAN BEDA HINGGA

Gambar 4.1 Kompas Geologi Brunton 5008

PENGGUNAAN BORED PILE SEBAGAI DINDING PENAHAN TANAH

D3 JURUSAN TEKNIK SIPIL POLBAN BAB II DASAR TEORI

BAB II LANDASAN TEORI

BAB I PENDAHULUAN. 1.1 Umum

BAB IV SIMULASI PENGARUH PERCEPATAN GEMPABUMI TERHADAP KESTABILAN LERENG PADA TANAH RESIDUAL HASIL PELAPUKAN TUF LAPILI

DINDING PENAHAN TANAH

ANALISA KESTABILAN LERENG METODE SLICE (METODE JANBU) (Studi Kasus: Jalan Manado By Pass I)

Prosiding Teknik Pertambangan ISSN:

MEKANIKA TANAH 2 KESTABILAN LERENG. UNIVERSITAS PEMBANGUNAN JAYA Jl. Boulevard Bintaro Sektor 7, Bintaro Jaya Tangerang Selatan 15224

BAB I PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang Penelitian

ANALISA PERBANDINGAN PERHITUNGAN DAN HASIL NILAI STIFFNESS E 50 REF MENGGUNAKAN METODE GRAFIK DAN METODE HIPERBOLIK PADA TANAH BERBUTIR HALUS

BAB I PENDAHULUAN 1.1 UMUM

STUDI STABILITAS SISTEM PONDASI BORED PILE PADA JEMBATAN KERETA API CIREBON KROYA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

GARIS BESAR PROGRAM PEMBELAJARAN (GBPP)

DAFTAR ISI. RINGKASAN... iv ABSTRACT... v KATA PENGANTAR... vi DAFTAR ISI... vii DAFTAR GAMBAR... x DAFTAR TABEL... xii DAFTAR LAMPIRAN...

Kuat Geser Tanah. Mengapa mempelajari kekuatan tanah? Shear Strength of Soils. Dr.Eng. Agus Setyo Muntohar, S.T., M.Eng.Sc.

BAB III PEMODELAN DAN HASIL PEMODELAN

Analisis Kinematik untuk Mengetahui Potensi Ambrukan Baji di Blok Cikoneng PT. CSD Kabupaten Pandeglang Propinsi Banten

Pemodelan Vertical Drain Dengan Menggunakan Model Elemen Hingga Pada Analisis Konsolidasi Di Bendungan Marangkayu Kalimantan Timur

BAB II DASAR TEORI...

UNIVERSITAS BINA NUSANTARA

LEMBAR PENGESAHAN MOTTO

Transkripsi:

Algoritma Indeks Keruntuhan Batuan Berkekar: PADA DISAIN TEROWONGAN, KESTABILAN LERENG DAN STABILITAS BOREHOLE (WELLBORE STABILITY) Oleh Wilham Louhenapessy Kategori: Aplikasi Teknologi, Teknik Mesin, Simulasi, FEM Pendahuluan Pada riset permulaan dari Metode Elemen Hingga Prof. Zienkiewicz (Zienkiewicz 1968) dalam sebuah artikel mengusulkan kriteria batuan sebagai material yang tidak dapat menahan tarik (no-tension material) dan memakai kriteria runtuh Mohr-Coulomb untuk analisa tegangan gesernya. Berdasarkan riset-riset para pakar geologi dan geofisik antara tahun 1960an sampai 1990an, Papaliangas (Papaliangas et.al. 1996) melakukan riset-percobaan kekar batuan (jointed rock) dan mengusulkan suatu terobosan baru dalam rumus dasar keruntuhan batuan tsb. Papaliangas memperhatikan dan mengimplementasikan pengaruh transisi getas-daktail (brittle-ductile transition). Kriteria runtuh lama yang dipergunakan para pakar mekanika batuan (Zienkiewicz et.al. 1968, Locat et. al. 2000) dan ahli-ahli geologi teknik / teknik perminyakan (Hatcher 1995, Aoki et.al. 1993, McLean 1987 and Ramsay & Lisle 2000) tidak memasukan unsur transisi getas-daktail. Berkaitan dengan itu penulis mencoba mengimplementasikan algoritma baru (Louhenapessy 2000, Louhenapessy & Pande 2000) yang pada akhirnya sangat bermanfaat dalam pemecahan problem-problem mekanika batuan: a) perencanaan terowongan (tunneling), b) kestabilan lereng dan c) stabilitas borehole. Beberapa contoh telah ditampilkan dan dibandingkan disini. Pekerjaan-pekerjaan teknik sipil dan teknik pertambangan banyak melibatkan pembuatan terowongan dibatuan, seperti terowongan untuk spillway bendungan, ruang penyimpanan mesin pembangkit listrik pada bendungan, terowongan pada pertambangan dsb. Batuan yang umumnya ditemukan adalah batuan utuh (intact rock) dan batuan berkekar (joint rock). Perencanaan pembangunan proyek terowongan batuan (rock tunnel) melibatkan berbagai bidang ilmu, dan satu diantaranya adalah mekanika batuan. Dan jika mungkin dilakukan pemodelan konstitutip (kriteria runtuh) dari material batuan utuh / berkekar tsb. Komputer dan teknologi informasi telah membawa kita kepada era penyelesaian metode numerik dengan berbagai algoritma perhitungan yang kompleks. Pada riset permulaan dari Metode Elemen Hingga Prof. Zienkiewicz dkk. (Zienkiewicz et.al. 1968) mengusulkan kriteria batuan sebagai material yang tidak dapat menahan tarik (no-tension material) dan memakai kriteria runtuh Mohr-Coulomb untuk tegangan 1

gesernya. Hampir tiga dekade kemudian, Dr Papaliangas (Papaliangas et.al. 1996) melakukan riset-percobaan kekar batuan dan mengusulkan suatu terobosan baru dalam rumus dasar keruntuhan batuan. Tentu saja Papaliangas didukung riset-riset para pakar Geologi dan Geofisik sebelumnya (Greenwood & Williamson 1966, Byerlee 1978, Scholz.1990). Model konstitutip baru Papaliangas segera disambut dengan pemodelan numerik konstitutip dari batuan utuh dan kekar batuan oleh penulis (Louhenapessy 2000, Papaliangas 1999) Paper ini memperkenalkan algoritma yang diusulkan penulis sebelumnya (Louhenapessy 2000) dan juga memberikan beberapa hasil dari contoh simulasi numerik. Dari studi literatur, kriteria runtuh Mohr-Coulomb yang dipergunakan para pakar mekanika batuan sebelumnya (Zienkiewicz et.al. 1968, Locat et. al. 2000) dan ahli Geologi Teknik / Teknik Permiyakan (Hatcher 1995, Aoki et.al. 1993, McLean 1987 and Ramsay. & Lisle 2000) belum bisa menerapkan fenomena Transisi Getas-Daktail. Umumnya tinjauan dipisahkan dalam masing-masing masalah. Seperti McLean (McLean 1987), hanya meninjau keruntuhan batuan utuh (intact rock) karena umumnya hal itu terjadi dalam problem rekayasa perminyakan yaitu simulasi lubang bor (wellbore stability). Problem wellbore menyangkut kedalaman yang besar, maka umumnya dijumpai keruntuhan pada batuan utuh (intact rock); walaupun keruntuhan kekar (joint rock) juga terjadi. Sedangkan Locat dkk. (Locat et. al. 2000) sudah menyuguhkan grafik keruntuhan batuan utuh dan kekar batuan dalam satu gambar, namun karena masalah yang dihadapi adalah kestabilan lereng dengan kedalaman rendah maka yang dijumpai umumnya keruntuhan pada kekar batuan (joint rock). Berkaitan dengan itu penulis, dalam software Newmo3962_2000 (Louhenapessy & Pande 2000), mencoba mengimplementasikan algoritma baru (Louhenapessy 2000), yang pada akhirnya sangat bermanfaat dalam pemecahan problem-problem mekanika batuan yaitu: - pembuatan terowongan (tunneling), - kestabilan lereng (slope stability) dan - stabilitas borehole (wellbore stability). Beberapa contoh numerik akan ditampilkan dan dibandingkan dalam sub-bab sub-bab berikut ini. Adapun sistematika pembahasan makalah ini dapat digambarkan seperti pada bagan dibawah ini. [Gbr 1. Sistimatika Pembahasan] 2

KRITERIA RUNTUH YANG LAMA Kriteria runtuh Mohr-Coulomb untuk kekar batuan adalah: F = τj + σn tan φ j = 0 (1) Dimana, φj = sudut geser kekar batuan (joint rock friction angle), τj = tegangan geser pada bidang kekar, dan σn = tegangan normal pada permukaan kekar. Pada konperensi mekanika batuan pertama di Lisbon, Patton (1966) mengusulkan implementasi sudut dilasional (dilational) kedalam sudut geser kekar. Hal ini didapatnya dari studi dan evaluasi yang terperinci dari problem-problem kemiringan lereng. Patton menunjukan hubungan langsung antara tegangan geser, τ dan sudut dilasional, i : τj = σn tan (φ r + i) (2a) Dimana, φr = sudut geser yang tersisa (residual) pada kekar batuan, τj = tegangan geser pada bidang kekar, dan σn = tegangan normal pada permukaan kekar. Sehingga kriteria runtuhnya menjadi : F = τj + σn tan (φ r + i) = 0 (2b) Barton dan Choubey (1977) memperbaiki kriteria Patton diatas dengan memperkenalkan ketergantungan tegangan normal, σn pada sudut dilasional, i dalam bentuk persamaan empiris sbb. : i = JRC log10 (JCS JCS/σn) (3) Dengan JRC = Koefisien kekasaran permukaan kekar (Joint Roughness Coefficient), dan JCS = Koefisien kekuatan tekan permukaan kekar (Joint Wall Compressive strength). 3. Kriteria runtuh GETAS-DAKTAIL (PAPALIANGAS) Model kriteria runtuh Getas-Daktail untuk kekar batuan yang diusulkan oleh Papaliangas adalah: F = τj + σn tan (φm+ψ) = 0 (4) Yang mana, (5) dimana σno φm = tegangan normal (normal stress) pada permukaan kekar batuan; = sudut geser dalam pada kekar batuan yang bukan merupakan sudut dilational (independent of normal stress). Lihat Tabel 1 ψ = simbol sudut dilasional pada saat puncak dari tegangan geser; 3

ψo = sudut dilasional puncak (maksimum) pada suatu tegangan normal (σno) yang tidak menyebabkan terjadinya deformasi (asperity), σnt = tegangan normal efektif yang mengakhiri semua sudut dilasional (Gambar 2). 2 Tabel 1 φm, sudut geser dalam pada kekar yang bukan merupakan sudut dilasional (Papaliangas et.al. 1996) Jenis Batuan Range φm, Sandstone Limestone dari 26.2 o sampai 41.6 o ; dari 34.6 o sampai 48.6 o ; Siltstone dari 22.5 o sampai Granite 36.6 o dari 27.7 o sampai 37.3 o (a) Garis Keruntuhan (b) Sudut-sudut geser Gambar 2. Grafik garis runtuh dan sudut-sudut geser dalam (Papaliangas et.al. 1996) 4. Kriteria runtuh BATUAN UTUH (INTACT ROCK) Kriteria runtuh yang dipergunakan untuk batuan utuh adalah Kriteria Mohr-Coulomb: F = τi - Co + σn tan φo = 0 (6) dimana σni = tegangan normal pada bidang keruntuhan daidalam batuan utuh, φo = sudut geser dalam dari batuan utuh, dan Co= kohesi batuan utuh tsb. Agar dapat dicari besarnya dalam gaya-gaya dengan berorientasi pada sumbu lokal, maka diperlukan bentuk persamaan dalam bentuk tegangan-tegangan invariant, maka persamaan (6) menjadi: F = _ σ (cosθ + (sin θ sin φo)/ 3 ) - σm sin φo - Co cos φo = 0 (7) _ dimana σ, θ dan σm adalah komponen-komponen invariant yang akan diberikan di Lampiran B atau lebih lengkapnya lihat Pande et.al. (Pande & Williams 1990). 4

5. CONTOH NUMERIK Terowongan di dalam masa batuan berkekar Dalam contoh ini, sebuah terowongan lingkaran digali pada sebuah kedalaman di dalam massa batuan berkekar (jointed rock mass) yang memiliki satu set kekar (one sets of joints). Hal ini ditampilkan untuk contoh perhitungan Indeks Keruntuhan (Failure Indices). Gambar 3 menunjukan geometri dari persoalan. Tampak batuan berkekar dan arahnya tampak pada foto di Lampiran C. Permukaan tanah NOTES: Point-point 1 s/d 8 ada pada dinding terowongan (misalnya. Point 3 pada atap / roof dari terowongan; Point #1 pada sisi samping kanan -spring level/ pada level spring- dsb..). d adalah diameter terowongan, h adalah kedalaman dan θ adalah sudut arah kekar (orientation of joint). Gambar 3. Geometry Terowongan dan kekar (fabric of rock joint) (pada inset) Tabel 2. Parameter Material Batuan Batuan utuh Batuan berkekar Permukaan tanah (Ground surface) 5

Arah kekar terlihat pada inset dari Gambar 3. Material parameters diassumsikan seperti yang ditunjukan pada Tabel 2. Penyangga terowongan akan dihitung untuk massa batuan dengan satu set kekar dengan arah-arah yang bervariasi. Hasil-hasilnya akan ditunjukan di sub bab berikut ini. Gambar 4 menunjukan betuk typical dari Jaring model Elemen Hingga (FE mesh) yang digunakan dalam analisa ini, yang terdiri dari 736 titik buhul and 224 Elemen Gambar 4. Finite Element mesh Isoparametrik dengan buhul-delapan (eight-noded isoparametric elements). Lereng batuan berkekar Dalam contoh ini, sebuah lereng digali pada massa batuan berkekar (jointed rock mass) yang memiliki satu set kekar (one sets of joints), dengan arah, θ = 15o. Tinggi lereng dari kaki sampai puncaknya 70 m. Sedangkan rasio tegangan lateral in-situ (in-situ stress) yang ada ialah Ko = 0.333. Data properties batuan juga diasumsikan sama dengan Tabel 2. Hal ini juga ditampilkan untuk contoh perhitungan Indeks Keruntuhan (Failure Indices). Stabilitas borhole (Wellbore stability) didalam batuan Properties batuan dan geometri permasalahan untuk contoh ini akan di terangkan lebih jauh pada Section 9. Hal ini juga ditampilkan untuk contoh perhitungan Indeks Keruntuhan (Failure Indices). 6. ALGORITMA INDEKS KERUNTUHAN Telah dianalisa dengan Metode Elemen Hingga: tegangan-tegangan yang terjadi pada sebuah titik dalam massa batuan (jointed rock mass). Tegangan-tegangan ini diakibatkan oleh galian pembuatan terowongan (tunneling), gaya-gaya dari dalam bumi, yaitu tegangan lateral in-situ (in-situ stress) dan kehadiran air dsb. Proses selanjutnya yang termasuk pada algoritma pemilihan jenis keruntuhan, dibuat untuk memutuskan adanya kemungkinan-kemungkinan keruntuhan berikut ini dapat terjadi: (a) keruntuhan batuan utuh (Failure of Intact Rock). Parameter-parameter kuat geser batuan utuh diuji dan diuji pula fungsi runtuhnya: yaitu Persamaan (7), dan (b) keruntuhan kekar-kekar batuan (Failure of Joint Rock): Parameter-parameter kuat geser kekar batuan diuji dan diuji pula fungsi-fungsi runtuhnya: yaitu Persamaan (1), (4) dan (5). Demikian pula, (c) kehadiran tegangan tarik dicek (Failure due to tension). Telah diusulkan sebuah algoritma yang menentukan tempat-tempat dimana 6

keruntuhan terjadi, misalnya apakah keruntuhan terjadi pada batuan utuh atau pada kekar batuan atau juga akibat tarik?. Hal telah diimplementasikan dalam program FEM (FEM Code/Softwre) dan dalam paper ini, hasil-hasil analisa FE secara ringkas ditampilkan dalam Gambar 5, 6 dan 7. (Detailnya pada publikasi lainnya (Louhenapessy 2000, Louhenapessy & Pande 2000, Louhenapessy 2002, Louhenapessy 2000). Prosedur ini diulang lagi sampai semua titik buhul dianalisa. 1. Evaluasi keruntuhan akibat FRICTION (tegangan geser) Memberikan harga INDEKS KERUNTUHAN awal (asumsi) INDEXfail = 0 Proses pengulangan untuk setiap kekar batuan yang ada (joint rock), cek kekuatan TARIK: DO 100 Joint = 1, NoOFjoint - INPUT KEKUATAN TARIK, σtarik TARIK - Hitung tegangan normal yang terjadi pada kekar, σn_j - Perhitungan Fungsi keruntuhan tarik: FT = σn_j n_j - σtarik 100 ENDDO (Akhir dari proses pengulangan nomor 100) Hitung INDEKS KERUNTUHAN Gambar 5 Algoritma tahap-tahap pengambilan keputusan untuk menghasilkan Indeks Keruntuhan Tarik (Louhenapessy 2000) 7

Gambar 6 Algoritma tahap-tahap pengambilan keputusan untuk menghasilkan Indeks Keruntuhan Kekar Batuan / Jointed Rock Masses (Louhenapessy 2000). 8

Gambar 7 Algoritma tahap-tahap pengambilan keputusan untuk menghasilkan Indeks Keruntuhan Global (Louhenapessy 200). 7 KERUNTUHAN DALAM TEROWONGAN BATUAN (Rock Tunnel) Daerah Indeks keruntuhan (Failure Indices+) seperti pada Gambar 8 ini dapat dipergunakan dalam perencanaan disain penyangga terowongan. Gambar 8 menunjukan daerah Indeks keruntuhan di sekitar terowongan untuk bermacam arah kekar, θ = 0 o, 60 o, dan 90 o dengan memakai kriteria runtuh Papaliangas dengan φm = 30 o. Simbol-simbol indeks ini ialah: 0 untuk daerah yang tidak runtuh 1 untuk daerah runtuh akibat kekuatan batuan utuh terlewati, 2 untuk daerah runtuh akibat kekuatan geser kekar batuan dilewati, dan 5 adalah daerah runtuh akibat kekuatan tarik kekar batuan dilewati. Gambar 8a menunjukan Indeks Keruntuhan disekitar dinding terowongan dan terlihat bahwa pada atap (arah kekar batuan, θ=0 o dan tegangan insitu Ko=0.333) tidak terjadi keruntuhan pada hal yang lain, dalam Gambar 8c, keruntuhan tarik terlihat pada atap dari dinding terowongan (untuk arah kekar batuan, θ=90 o dan tegangan insitu Ko= 0.333). Perlu dicatat pula, bahwa umumnya pada dinding permukaan terowongan, keruntuhan terjadi akibat geser pada kekar, tetapi ada juga beberapa kondisi dimana kekar runtuh akibat tarik atau keruntuhan batuan utuh, khususnya diterowongan yang berada pada kedalaman yang besar. + Seperti yang disebut dalam PhD Thesis penulis (Louhenapessy 2000). 9

a) θ = 0 o a) θ = 60 o a) θ = 90 o Gambar 8. Identifikasi jenis keruntuhan untuk massa batuan dengan satu set kekar dan berbagai orientasi (arah) kekar. 8 STABILITAS LERENG Daerah Indeks keruntuhan (Failure Indices) seperti pada Gambar 9 ini dapat dipergunakan dalam perencanaan / solusi disain Kestabilan Lereng. 0 untuk daerah yang tidak runtuh 1 untuk daerah runtuh akibat kekuatan batuan utuh terlewati, 2 untuk daerah runtuh akibat kekuatan geser kekar batuan dilewati, dan 10

5 adalah daerah runtuh akibat kekuatan tarik kekar batuan dilewati. Lereng ini memiliki arah kekar, θ = 15 o dan rasio tegangan in-situ, Ko = 0.333 Gambar 9. Identifikasi jenis keruntuhan untuk massa batuan dengan satu set kekar dan arahnya, θ = 15 o. a) Kontur Indeks Keruntuhan, b) Indeks Keruntuhan dalam angka. Gambar 9 menunjukan Indeks Keruntuhan disekitar lereng. Tampak pada kaki lereng, keruntuhan yang diakibatkan keruntuhan tarik (simbol Indeks Keruntuhan = 5) mendominasinya walaupun ada lokasi- disekitarnya yang terjadi keruntuhan akibat geser (simbol Indeks Keruntuhan = 2). Pada permukaan miring lereng dan juga beberapa meter didalamnya terjadi keruntuhan akibat keruntuhan batuan utuh terlewati (simbol Indeks Keruntuhan = 1). 9 STABILITAS BOREHOLE (WELLBORE STABILITY) Dalam contoh well-bore stability, Indeks Keruntuhan memegang peranan penting juga. Well-bore stability adalah analisa kestabilan lubang bor pada pekerjaan pengeboran 11

minyak di batuan. Dalam hal ini penulis memakai contoh yang sama dengan contoh numerik dari referensi Aoki dkk. (1993), tetapi mempergunakan software yang berbeda: yaitu Newmo3962_2000 (Louhenapessy & Pande 2000). Tabel 3 menunjukan data-data borehole tsb. Tabel 3 Data-data lubang bor untuk analisa wellbore stability Kasus Tegangan In-situ In-situ Tegangan σv σh σh (MPa) (MPa) (MPa) Pore Pressure (MPa) Lumpur / Mud Pressure (MPa) Horizontal 72 72 54 30 33 Pemodelan numerik dengan metode elemen hingga dapat dilihat pada FE Mesh pada Gambar 10 dan juga terlihat gaya-gaya luar yang bekerja pada sistim borehole tsb. Hasil-hasil analisa dapat dilihat pada Gambar 11. Di sini terlihat keruntuhan yang terjadi dan jenisnya. Hal tsb. dibandingkan dengan output dari Aoki et.al. (1993). Pada Gambar 11a., tampak daerah dengan indeks 2 (keruntuhan pada kekar batuan = 2) yang diantisipasi akan terjadi oleh Newmo3962_2000. Hasil analisa ini, sama dengan hasi dari Aoki (Gambar 11b), yaitu tertulis keruntuhan pada Bedding Plane Failure. Terlihat disini Algoritma runtuh yang diusulkan mendekati dengan analisa wellbore dari Aoki et.al. (1993). Gambar 10. Mesh Elemen Hingga untuk analisa wellbore stability. 12

a) b) Gambar 11. Hasil-hasil perhitungan analisa wellbore stability. a) Hasil dari Newmo3962_2000 (Louhenapessy& Pande 2000) b) Hasil dari Aoki et.al (1993). Penutup / Kesimpulan Penjelasan mengenai teori-teori criteria runtuh Papaliangas (transisi getas-daktail), algoritma indeks keruntuhan, indeks keruntuhan pada terowongan dengan berbagai arah orientasi kekar pada batuan, jenis-jenis keruntuhan pada analisa kestabilan lereng serta kestablian wellbore dalam rekayasa perminyakan telah disajikan. Penyerdehanaan penampilan jenis dan daerah / zone keruntuhan dalam bentuk angka-angka indeks ( 0, 1, 2 dan 5 ) memungkinkan analisis dan disain masalah-masalah geoteknik dengan lebih pasti. Pemodelan kriteria runtuh dengan transisi getas-dektail lebih presisi dibandingkan Mohr-Coulomb atau Modifikasi dari Patton dan Barton. Penggunaan metode elemen hingga memungkinkan penyajian yang menarik bagi zone dan type runtuh material dan juga fleksibilitas dalam pemodelan kriteria runtuh. Referensi 1. Aoki, T, Tan, C.P. and Bamford, W.E. (1993) Effects of Deformation and Strength Anisotropy on Borehole Failures in Saturated Shales Int. J. Rock Mech. Min. Sci. & Geomech. Abst., Vol 30, No. 7, pp. 1031-1034. Pergamon Press.Ltd. Great Britain. 2. Barton, N. dan Choubey, V. (1977) The shear strength of rock joints in theory and practice. Rock Mechanics Vol. 10, pp. 1-54. 3. Bowden, F.P. and Tabor, D. (1950) The friction and lubrication of solids. Clerendon Press, Oxford. 4. Byerlee, J. (1978) Friction of Rocks Pure and Appl. Geophys. Vol. 116, pp. 615-626. 5. Greenwood, J.A. & Williamson, J.B.P (1966) Contact of nominally flat surfaces. Proc. 13

Royal Society, A. 295, pp. 300-319. 6. Guenot, A. (1989), Borehole breakout and stress field in practice for a petroleum engineer. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 7. Hatcher, R.D. (1995) Structural Geology: Principles Concepts and Problems (2nd Edition) Prentince Hall, New York. 8. Locat, Leroueil and Picarelli, (2000), Some Considerations on the Role of Geological History on Slope Stability and the Estimation of the Minimum Apparent Cohesion of a Rock Mass. In Proceedings of the 8th International Symposium on Landslides. Held in Wales. Thomas Telford Ltd. Great Britain. 9. Louhenapessy, W. G. (2000) Analysis of Tunnel Supports using the Finite Element Method, Ph.D. thesis. Univ. of Wales Swansea, Swansea, UK. 10. Louhenapessy, W. & Pande, G.N. (2000). Newmo3962_2000: User's Instruction Manual, Rep No.CR/1022/00. Civil Eng. Dept., Univ.of Wales Swansea, Swansea. 11. Louhenapessy, W. (2002). Finite Element Analysis in Rock Tunnel Engineering Jurnal Teknik Sipil (Civil Eng. Journal), ISSN:0853-5272, Tahun ke VIII (No. 3), p. 353-371. 12. Louhenapessy, W.G. (1998) A Rational Finite Element Analysis Based Procedure for The Analysis of Pressure on Tunnel Supports. In Proc. Canadian Soc. Mech. Eng. FORUM 1998, Vol 2, p. 236-243, Ryerson Polytechnic Univ., Toronto. 13. McLean (1987) Numerical Analysis of Wellbore Instability. PhD Thesis Univ. of London. 14. Pande, G.N., dan Williams, J.R. (1990). Numerical Methods in Rock Mechanics. John Willey, Chichester. 15. Patton, F.D. (1966) Multiple modes of shar failure in rock. In Proc. 1st Congress ISRM, Vol. 1. Int. Society of Rock Mechanics, Lisbon. 16. Papaliangas, T.T. (1999), Personal Communications. 17. Papaliangas, T.T., Lumsden, A. & Hencher, S. (1996), Prediction of in situ shear strength of rock joints. In EUROC 96, Barla (ed.), p.143-149, A.A.Balkema, Rotterdam. 18. Ramsay, J. & Lisle, R.J. (2000), The Techniques of Modern Structural Geology, Vol 3 Academic Press. London 19. Scholz, C.H. (1990), The Mechanics of Earthquake and Faulting, Cambridge University Press, Cambridge. 20. Zienkiewicz, O.C., & Pande, G.N. (1977), Time dependent multi-laminate model of rocks - a numerical study of deformation and failure of rock masses. Int. J. Numerical and Analytical Meth. in Geomech, Vol 1, No. 1, p. 219-247. 21. Zienkiewicz, O.C., Valliapan, S. & King, I.P. (1968), Stress Analysis of Rock as a 'no-tension' Material Geotechnique Vol. 18, 56-66, 14

Profil Penulis: Dilahirkan di Ujung Pandang, 5 Juni 1966. Menamatkan pendidikan Sarjana Teknik dari Institut Teknologi Bandung dengan Gelar Ir (Insinyur) pada tahun 1991, MSc dari University of Wales Swansea pada tahun 1995 dan gelar terakhir, PhD juga dari University of Wales Swansea pada tahun 2000. Saat ini bekerja sebagai konsultan swasta bidang geoteknik di Jakarta. Bidang keahlian khususnya adalah Computational Method in Engineering Mechanics dengan pengalaman kerjanya (aplikasi) pemodelan dengan Finite Element dibidang/contoh: - Geomechanics (Soil and Rock Mechanics), - Soil-Pile-Structure-Interaction pada Jembatan Layang (dalam hal ini pemodelan DED Jembatan Layang Non Tol Kampung Melayu Tanah Abang yang kini sedang dibangun di Jakarta). - Propose New Tunnel Support Method (Usulan Metode Penyangga Terowongan Baru) - Connecting Rod - CAD/CAM (Presentasi di Balai Industri di Bandung 2002) Penulis dapat dihubungi di infometrikuser@infometrik.com atau wilham.george@gmail.com 15