PERMASALAHAN DAN ALTERNATIF PENANGANAN PERKERASAN JALAN PADA TANAH EKSPANSIF

PERMASALAHAN DAN ALTERNATIF PENANGANAN PERKERASAN JALAN PADA TANAH EKSPANSIF

Oleh

Dr. Ir. Hary Christady Hardiyatmo, M.Eng, DEA.

Abstrak

Tanah ekspansif sering menimbulkan banyak masalah kerusakan pada perkerasan jalan raya. Perkerasan yang terletak pada tanah dasar ekspansif sering membutuhkan biaya pemeliharaan dan rehabilitasi yang sangat besar sebelum perkerasan mencapai umur rancangannya. Perkerasan jalan, bila dibangun pada tanah-dasar (subgrade) ekspansif, maka kondisi lingkungan yang akan mempengaruhi perubahan kadar air tanah-dasar tersebut harus dievaluasi dan diinterpretasikan terhadap kemungkinan pengaruhnya terhadap kembang susut tanah. Penanganan tanah ekspansif dapat dilakukan dengan berbagai cara, seperti pencampuran tanah dengan kapur, semen atau abu terbang, stabilisasi dengan pemberian bahan tambahan, stuktur penghalang kelembaban (moisture barrier), pengendalian kepadatan dan kadar air dari material tanah-dasar, dan lain-lain. Sistem cakar ayam yang dilengkapi dengan pelat penghalang kelembaban vertikal dapat dipertimbangkan sebagai salah satu penyelesaian guna mengurangi kerusakan perkerasan kaku akibat kembang-susut tanah dasar.

Gambar 7. Sistem Cakar Ayam sebagai perkerasan kaku yang dilengkapi dengan penghalang kelembaban vertikal.

1. Pendahuluan

Tanah Ekspansif (expansive soil) adalah istilah yang digunakan pada material tanah atau batuan yang mempunyai potensi penyusutan atau pengembangan oleh pengaruh perubahan kadar air. Jika tanah mempunyai potensi pengembangan, maka tanah juga mempunyai potensi penyusutan oleh perubahan kadar air tersebut. Jadi, istilah tanah ekspansif dan potensi pengembangan (swelling barrier), umumnya digunakan untuk menunjukkan tanah yang mudah mengalami kembang-susut.

Deformasi oleh akibat pengembangan tanah, umumnya menghasilkan permukaan yang tidak beraturan, dan tekanan pengembangan yang dihasilkan dapat mengakibatkan kerusakan serius pada bangunan gedung ringan dan perkerasan jalan yang berada di atasnya. Deformasi tanah oleh pengembangan ini sulit diprediksi dengan menggunakan teori-teori elastis maupun palstis.

Faktor utama yang perlu diidentifikasi di lapangan terkait dengan pembangunan di atas tanah ekspansif, bila faktor kembang-susut menjadi masalah, adalah:

1) Sifat-sifat kembang susut tanah.

2) Kondisi lingkungan yang menyokong perubahan kadar air tanah di lapangan.

Jika perkerasan jalan dibangun pada tanah-dasar (subgrade) ekspansif, maka kondisi lingkungan yang akan mempengaruhi perubahan kadar air tanah-dasar tersebut harus dievaluasi dan di interprestasikan terhadap kemungkinan pengaruhnya terhadap kembang susut tanah. Pada tanah-dasar dari perkerasan jalan yang ekspansif, kenaikan kadar air akan diikuti oleh gerakan perkerasan ke atas oleh pengembangan tanah.

Adapun sumber air yang dapat mempengaruhi fluktuasi kadar air tanah di bawah perkerasan umumnya berasal dari:

1) Kenaikan muka air tanah.

2) Pecah atau bocornya saluran air bawah tanah. Bocoran sering sudah berlangsung lama tanpa diketahui.

3) Air yang berasal dari air hujan, rembesan air saluran irigasi, penyiraman tanaman dan sebagainya.

4) Migrasi uap air (kelembaban) akibat perbedaan suhu juga dapat mengakibatkan pengembangan tanah .

Tanah ekspansif telah menimbulkan banyak masalah kerusakan pada perkerasan jalan raya. Hal ini, karena perkerasan merupakan struktur yang ringan dan sifat bangunannya meluas. Perkerasan yang terletak pada tanah-dasar ekspansif sering membutuhkan biaya pemeliharaan dan rehabilitasi yang besar sebelum perkerasan mencapai umur rancangannya.

Kerusakan pada perkerasan yang terletak pada lempung ekspansif akan nampak dalam bentuk-bentuk seperti berikut ini:

1) Ketidakrataan permukaan yang signifikan di sepanjang jalan, dengan atau tanpa retak atau kerusakan lain yang dapat di lihat dengan nyata (Gambar 1)

2) Retak memanjang, sejajar dengan sumbu perkerasan jalan (Gambar 2).

3) Deformasi lokal yang signifikan, sebagai contoh di dekat gorong-gorong yang biasanya diikuti dengan retak lateral.

4) Kegagalan lokal perkerasan yang diikuti dengan disintegrasi permukaannya.

Contoh kerusakan jalan di Purwodadi-Surakarta akibat pengembangan tanah-dasar diperlihatkan dalam Gambar-gambar 1 dan 2. Di lokasi ini, akibat kembang-susut tanah-dasar menimbulkan ketidakrataan permukaan dan retak-retak memanjang yang sangat parah, sehingga menggaanggu kenyamanan lalu-lintas.

2. Mekanisme Pengembangan Lempung Ekspansif

Mekanisme pengembangan dalam lempeng ekspansif (expansive clay) sangat komplek dan dipengaruhi oleh banyak faktor. Pengembangan tersebut adalah hasil dari perubahan sistem air dalam tanah yang mengganggu keseimbangan tegangan internalnya. Akibat adanya interaksi antara tanah lempung dengan air, maka tanah akan mengembang atau volumenya bertambah.

Mineral lempung yang menarik air, adalah akibat dari aksi gaya-gaya intermolekuler (elektrostatik, disperse, dan induksi) pada permukaan butiran padat dari butiran tanah dan cairan, mengakibatkan pengurangan energi dipermukaan lempung. Oleh aksi gaya-gaya tersebut, suatu lapisan hidrasi terbentuk di permukaan partikel-partikel. Lapisan hidrasi yang terbentuk cenderung memindahkan partikel-partikel tanah. Pemisahan partikel-partikel di pengaruhi oleh timbulnya “pengaruh desakan” dari lapisan film tipis dibidang kontak antara partikel-partikel tanah. Jadi, pengembangan tanah terkait dengan pembentukan film hidrasi disekitar partikel pemisahaan partikel-partikel dan pengembangan yang dihasilkannya adalah akibat interaksi antara dua fase, yaitu fase padat dan cair. Pemisahan partikel-partikel adalah akibat tekanan desakan yang berkembang saat pembentukan lapisan cairan di permukaan partikel-partikel. Lapisan hidrasi yang terbentuk, bukan hanya oleh akibat aksi ion-ion bebas mineral lempung, tapi juga oleh akibat kation-kation yang dapat bertukar, yang tersebar diseluruh permukaan. Perkembangan yang di sebabkan oleh pembentukan lapisan air di sekitar partikel atau agregat disebut “pengembangan interpartikel” (interparticle swelling) (Sorochan, 1991).

Ketika tanah bertambah kadar airnya, fenomena osmotik dapat terjadi, yang menyebabkan tertariknya molekul-molekul air kearah bahan yang larut. Penambahan volume air dalam rongga pori tanah, diikuti oleh perpindahan partikel secara simultan, sehingga terjadilah pengembangan. Partikel yang berada dipermukaan lempung dan kation-kation yang dapat bertukar berperan dalan proses kejadian pada garis pembagi antara dua fase, dan mendorong berkembangnya gaya-gaya tarik molekul-molekul air. Macam dari kaiton-kaiton yang dapat bertukar, akan menentukan kekuatan ikatan antara kisi-kisi mineral dengan partikel-partikel dasarnya. Substitusi ion sodium terhadap ion-ion yang dapat bertukar lainnya melemahkan ikatan antara partikel-partikel. Oleh akibat hal ini, air dengan mudah terserap ke seluruh permukaan partikel, dan memaksa partikel untuk menjau satu sama lain yang menyebabkan tanah mengembang.

Ekspansi tanah yang terjadi selama berinteraksi dengan air (atau cairan lain) dipengaruhi oleh fenomena primer dan sekunder (Sorachan,1991).

Fenomena primer terdiri dari:

a) Proses penetrasi dan pengikatan air dalam ruang pori antara kelompok-kelompok partikel dalam kisi-kisi kristalin mineral. Kejadian dari fenomena ini secara keseluruhan dipengaruhi struktur kimia Kristal dari kisi-kisi, dan hal ini adalah karakteristik untuk tipe-tipe spesifik dari mineral lempung.

b) Proses pengikatan air yang mengalir pada garis batas pemisah antara fase padat dan cair. Hal ini adalah suatu fenomena permukaan yang terjadi pada permukaan eksternal dari seluruh mineral-mineral lempung saat berinteraksi dengan air.

c) Proses-proses yang terjadi dalam pori-pori yang terisi air(pore fluid) dalam tanah. Hal ini adalah fenomena osmotik yang teramati pada konsentrasi tinggi dari pori-pori yang terisi air, di mana gradien konsentrasi yang signifikan dapat berkembang, ketika tanah terbasahi oleh air.

Fenomena sekunder yang mengikuti fenomena primer, terdiri dari:

a) Hidrasi dari kation-kation yang dapat bertukar, yang memisah selama pembentukan lapisan air serapan pada permukaan partikel.

b) Pengaruh kapiler yang nampak oleh akibat fenomena permukaan molekuler pada bidang pertemuan (interface) antara fase-fase padat dan cair.

3. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Mekanisme Pengembangan

Faktor–faktor yang mempengaruhi mekanisme pengembangan juga mempengaruhi, atau dipengaruhi oleh sifat-sifat fisik tanah, seperti plastisitas atau kepadatan. Faktor-faktor yang mempengaruhi kembang-susut tanah dapat di bagi ke dalam tiga kelompok berbeda:

1) Karakteristik tanah yang mempengaruhi sifat dasar dari medan gaya internal

2) Kondisi lingkungan.

3) Kedudukan tegangan.

3.1 Karakteristik Tanah

Karakteristik tanah dapat ditinjau dari faktor skala-mikro. Maksud dari faktor skala-mikro adalah faktor sifat-sifat mineralogy dan kimia tanah, sedang faktor skala-makro adalah faktor sifat-sifat teknis tanah yang juga dipengaruhi oleh faktor skala-makro.

a. Faktor skala-mikro

Macam dari mineral lempung mempengaruhi potensi pengembangannya oleh pengaruh variasi medan listrik yang ada pada setiap mineral. Kapasitas pengembangan di pengaruhi oleh macam mineral lempung di dalam tanah, susunan dan spesifik partikel lempung dan kandungan kimia air tanah disekitar partikel.

Tiga susunan kelompok mineral lempung yang penting adalah :

1) Kelompok kaolinite yang umumnya tidak ekspansif.

2) Kelompok menyerupai mika (mica-line), seperti illite dan vermiculite yang mungkin dapat ekspansif, tapi umumnya tidak mengakibatkan banyak masalah.

3) Kelompok smectite, termasuk montmorillote, adalah kelompok mineral lempung yang sangat ekspansif dan merupakan mineral lempung yang banyak mengakibatkan masalah.

Kimia air tanah sangat mempengaruhi besarnya potensi pengembangan. Kation-kation garam, seperti sodium, kalsium, magnesium, dan potasim larut dalam air tanah dan terserap pada permukaan partikel lempung sebagai kation-kation yang dapat bertukar untuk mengimbangi muatan permukaan listrik negatif. Hidrasi kation-kation ini dan gaya-gaya serap dari Kristal-kristal lempung sendiri dapat menyebabkan pengumpulan air secara berlebihan di antara partikel-partikel lempung.

b. Faktor skala-makro (plastisitas dan kepadatan)

Sifat-sifat tanah skala-makro mencerminkan sifat-sifat skala-mikro tanah, karena hal ini lebih cocok dipakai dalam praktek-praktek pembangunan daripada skala-mikro. Karakteristik skala-makro digunakan sebagai indikator utama perilaku pengembangan tanah. Umumnya, sifat-sifat tanah seperti plastisitas dan kepadatan dapat memberikan petunjuk penting dalam tinjauan potensi pengembagan tanah.

Konsistensi tanah, seperti yang ditunjukkan dalam uji batas-batas Atterberg sering digunakan sebagai indicator potensi pengembangan tanah. Kebanyakan tanah-tanah ekspansif masih dalam kedudukan plastis pada kisaran kadar air yang lebar (indeks plastisitas, PI tinggi). Kelakuan ini adalah hasil dari kemampuan mineral lempung ekspansif dalam menampung banyak air diantara partikel-partikel, namun masih tetap terjaga sebagai struktur yang menyatu lewat pengaruh gaya-gaya listrik interpartikel. Plastisitas tanah dipengaruhi oleh faktor-faktor skala-mikro yang mengontrol potensi pengembangan, karena itu memberikan indikator berguna pada potensi pengembangan. Medan gaya listrik antara partikel-partikel bergantung pada jarak interpartikel (interparticle spacing). Jadi, berat volume kering dan susunan partikel-partikel akan mempengaruhi potensi pengembangan. Kenaikan kepadatan tanah oleh pemadatan atau pengendapan alami akan mengakibatkan pengembangan yang lebih besar dan tekanan pengembangan lebih tinggi pula (Nelson dan Miller, 1992).

3.2 Kondisi lingkungan

Potensi tanah untuk menarik dan melepas air bergantung pada kadar air relative terhadap kekurangn air di dalam tanah. Kadar air awal tanah sangat mempengaruhi potensi kembang-susut tamah dan kadar air relative terhadap kadar-kadar air dar batas-batas konsistensi, seperti batas plastis dan batas susut sangat penting diketahui.

Perubahan kadar air dibawah batas susutnya, akan menghasilkan sedikit atau tanpa perubahan volume tanah. Ketersediaan air pada profil tanah ekspansif dipengaruhi oleh faktor lingkungan dan faktor perbuatan manusia. Biasanya, bagian atas atau beberapa meter dari permukaan tanah merupakan bagian yang sangat dipengaruhi oleh perubahan kadar air. Selain itu, karena tanah masih dangkal, tekanan overburden juga sangat rendah, sehingga berat sendiri tanah tidak dapat menahan gerakan ke atas. Lapisan tanah dibagian atas ini merupakan bagian yang banyak menimbulkan masalah kembang susut. Zona tanah yang dibagian atas yang dipengaruhi kembang-susut ini disebut zona aktif. Variasi kadar air dalam zona aktif sangat dipengaruhi oleh iklim. Batas-batas perubahan kadar air ini akan berubah secara signifikan oleh adanya bangunan, semacam lantai bangunan atau struktur perkerasan jalan. Hal ini akan merubah profil kadar air dari tanah bagian bawah bangunan tersebut. Pengaruh lain yang dapat merubah variasi kadar air didalam tanah adalah adanya saluran drainase, irigasi atau pipa-pipa air minum yang bocor.

Salah satu penyebabkembang-susut tanah yang juga merusakkan adalah isapan air oleh akar tumbuh-tumbuhan yang menyebabkan lempung didekat permukaan tanah menyusut, sehingga berakibat pondasi atau perkerasan jalan bergerak ke bawah. Kasus kebalikannya juga bisa terjadi, yaitu ketika pohon besar ditebang, maka lempung akan mengembang karena kadar air tanah cenderung kembali ke kedudukan kadar air alaminya. Pohon-pohon besar didekat bangunan dapat menyebabkan perubahan kadar air sangat besar yang dapat merusakkan bangunan. Ravina (1984) menyimpilkan bahwa ketidakseragaman kadar air dan kondisi tanah dapat menyebabkan gerakan tanah yang tidak beraturan, sehingga merusakkan banguna diatasnya. Pohon-pohonan yang terletak didekat bangunan telah menyebabkan gerakan lebih besar oleh akibat susutnya lempung, dibandingkan dengan pohon yang letaknya jauh dari bangunan. Jadi, jelaslah bahwa ketika ditemui lempung ekspansif, maka penting diperhatikan kemungkinan kerusakan oleh adanya penyusutan yang disebabkan oleh isapan air oleh akar.

Drainase buruk menrupakan factor utama yang menyokong perubahan volume tanah yang merusakknan perkerasan. Jika air dibiarkan tertinggal dalam parit, maka air akan merembes ke tanah dasar sehingga menyebabkan pengembangan. Selain itu, bahu jalan sering tidak kedap air, sehingga menyebabkan jalan masuk air ke dalam tanah-dasar. Migrasi kelembaban dapat terjadi dalam segala arah akibat isapan kapiler. Tanda-tanda yang menunjukkan drainase buruk adalah adanya genangan air dalam parit, bagian melunak dalam parit atau lereng timbunan, atau adanya permukaan tanah basah yang rimbun oleh tanaman. Adanya genangan atau rawa-rawa dalam area dalam galian menunjukkan adanyakehilangan kekuatan tanah, yang mungkin akibat dari drainase buruk. Pemeliharaan parit secara berkala sangat penting. Area berawa dalam daerah galian harus dibongkar, air tergenang harus dialirkan dan air dalam saluran harus bebas dari gangguan penggalian.

3.3 Kedudukan Tegangan

Beban vertical yang diberikan oleh sembarang bangunan di atas tanah akan mengurangi pengembangan tanah. Tapi, adanya bangunan juga dapat mengakibatkan kenaikan kadar air yang dapat menyebabkan pengembangan. Jadi, penyelidikan lokasi harus mengamati, tidak hanya kemungkinan berubahnya tegangan-tegangan statis dalam tanah, tapi juga faktor lingkungan yang mempengaruhi isapan tanah (soil suction)

4. Tipe-tipe Gerakan Tanah Ekspansif

4.1 Gerakan Lateral

Gerakan kearah lateral tanah ekspansif dapat terjadi pada struktur ruang bawah tanah (basement) dan dinding penahan tanah, khususnya bila tanah urug berupa lempung yang dipadatkan dengan kadar air di bawah optimumnya. Rembersan air yang masuk ke tanah urug ini menyebabkan pengembangan arah horizontal. Air yang masuk ini dapat dari air tanah, bocoran pipa, rembesan air dari drainase dan lain-lain.

4.2 Gerakan Vertikal

Jika bangunan mempunyai area yang luas, seperti struktur perkerasan atau pondasi bangunan, dan dibangun diatas lempung kering retak-retak, maka akan terdapat dua tipe gerakan pengembangan. Pertama, gerakan siklik kembang-susut di sekitar bagian pinggir bangunan. Kedua, pengembangan yang terjadi dalam waktu lama dibawah pusat dari bangunan.

Siklus kembang-susut umumnya terdapat pada bagian tipe bangunan atau bagian pinggir perkerasan jalan, yaitu gerakan mengangkat oleh pengembangan tanah dan gerakan tanah menurun ketika tanah menyusut. Sebagai contoh, tepi dari perkerasan atau lantai dari bangunan yang akan menumpu tanah akan naik, ketika musim hujan dan bergerak ke bawah ketika musim panas, jika lempung mongering. Hal ini mengakibatkan siklus gerakan naik turun, yang menyebabkan retak dan rusaknya perkerasan atau lantai bangunan. Besarnya gerakan naik turun bergantung pada besarnya perubahan kadar air lempung dibawah pinggir perkerasan. Perubahan kadar air bergantung pada perubahan temperature musim hujan dan musim dingin, pengaruh drainase atau irigasi, adanya akar-akar tumbuh-tumbuhan yang akan menyerap air sehingga lempung menyusut.

Dua kemungkinan cara air berakumulasi dibawah struktur, yaitu oleh pengaruh aksi osmosa dan aksi kapiler. Telah diketahui bahwa air yang berada pada zona tanah yang temperaturnya lebih tinggi akan menuju ke zona tanah dengan temperature yang lebih rendah, untuk menyamakan energy termal dari dua area tersrbut (Chen, 1988; Nelson dan Miller, 1992). Proses ini disebut osmosa termal (Sowers, 1979; Day, 1996a). Khususnya saat bulan-bulan kering, temperatur tanah dibawah pusat struktur cenderung lebih dingin daripada di bagian luar atau pinggir bangunan.

Akibat aksi kapiler, uap air (kelembaban) akan bergerak ke atas lewt butiran tanah, yang kemudian akan menguap di permukaan tanah. Tapi, ketika struktur dibangun, struktur ini bertindak sebagai penghalang permukaan tanah, yang mereduksi atau mencegah penguapan. Hal ini merupakan pengaruh dari osmosa termal dan penghalang penguapan akibat struktur yang menyebabkan kelembaban atau air berkumpul dibawah pusat struktur. Kenaikan kadar air akan menyebabkan pengembangan tanah ekspansif. Kenaikan tanah yang berkelanjutan, umumnya digambarkan sebagai terjadi dalam waktu lama, karena nilai maksimum kenaikan tanah mungkin belum tercapai beberapa tahun setelah pembangunan struktur.

Perkerasan jalan pada tanah ekspansif umumnya tidak mendukung beban yang sangat besar dan beban pelat adalah beban oleh akibat beratnya sendiri. Pada perkerasang yang terletak pada tanah ekspansif, gerakan tanah akibat kenaikan kadar air akan dapatmengakibatkan perkerasan menjadi retak-retak. Pelat pada tanah ekspansif selalu bermasalah, terutama akan terjadi kerusakan oleh retak atau pecahnya pelat, kecuali jika tanah dasarnya diganti atau ditangani lebih dulu.

5. Pertimbangan dalam Pemilihan Tipe Perkerasan

Pemilihan tipe perkerasan dari bahan aspal atau beton juga bergantung pada beberapa factor yang salah satunya adalah potensi pengembangan dari tanah-dasar (subgrade). Jadi perkerasan aspal digunakan pada tanah dasar ekspansif tingkat sedang sampai tinggi, maka disarankan memakai perkerasan aspal diseluruh kedalaman (full-depth asphalt pavement). Perkerasan tipe ini mempunyai kapasitas dukung lebih tinggi daripada tipe-tipe perkerasan aspal yang lain, dan pula perkerasan ini mengeliminasi material pondasi granuler (granular base) yang dapat memberikan jalan bagi air masuk ke dalam tanah-dasar. Dalam penggunaan aspal di seluruh kedalaman, penting diperhatikan agar bahu jalan dilindungi terhadap perubahan kadar air. Retak longitudional didekat bahu jalan dapat memberikan jalan bagi air hujan masuk kedalam tanah-dasar. Lebih menguntungkan menggantikan lapis pondasi granuler yang tak dirawat (untreated) dengan lapis pondasi aspal di seluruh kedalaman, dalam kasus di mana kerusakan adalah akibat tanah-dasar ekspansif. Penggunaan bantalan kerikil dicampur kapur dapat pula efektif, dan akan mungkin lebih ekonomis daripada pwrkerasan aspal di seluruh kedalaman.

Keuntungan dari perkerasan aspal adalah sebagai berikut (Snethen, 1979a);

1) Aspal, bersifaf fleksibel dan perubahan bentuk akan terakomodasikan sebelum terjadinya keruntuhan

2) Perkerasan aspal memberikan perlindungan terhadap air bagi tanah-dasar.

3) Perkerasan aspal dapat diperbaiki dengan mudah, dengan menggunakan alat-alat khusus, seperti alat mesin pemanas atau pembongkaran dan penggantian bagian yang rusak.

Perkerasan beton bertulang juga mempunyai beberapa keuntungan dalam beberapa kondisi, seperti ;

1) Sifat kaku dari perkerasan dapat mereduksi beda kenaikan tanah, jika potensi pengembangan tanah-dasar pada klasifikasi rendah sampai sedang.

2) Umur perkerasan beton lebih lama.

Pada perkerasan beton, jika pinggiran jalan dan selokan merupakan bagian dari perkerasan, penggunaan aspal akan mengakibatkan timbulnya sambungan antara tepi perkerasan jalan dan perkerasan beton tersebut. Selain itu, jika perkerasan beton semen Portland dicor secara monolit dengan perkerasan jalan dibagian pinggir, maka sambungan dapat dihindari. Hilangnya sampbungan, juga menghilangkan lintasan air masuk ke dalam tanah-dasar.

Pemilihan tipe perkerasan aspal diseluruh kedalaman atau beton bertulang, umumnya didasarkan pada kondisi spesifik lapangan, keinginan pemilik pekerjaan dan dana yang tersedia.

6. Macam-macam Metode Penanganan

Beberapa cara telah digunakan untuk menangani masalah tanah ekspansif, yaitu:

1. Pembongkaran dan Penggantian Tanah

2. Pembentukan kembali (remolding) dan pemadatan

3. Pembebanan

4. Prapembasahan (prewetting)

5. Stabilisasi tanah

6. Pemasangan penghalang kelembaban horizontal dan vertikal

6.1 Pembongkaran dan Penggantian Tanah

Umumnya, penggalian tanah ekspansif untuk diganti dengan material lain dilakukan sampai kedalaman maksimum sekitar 1,20 m. Dalam banyak kasus, Kedalaman zona aktif dapat lebih dalam dari 1.20 m, sehingga penggalian dan penggantian saja tidak menyelesaikan perubahan masalah perubahan volume. Namun demikian, beda kenaikan tanah bisa direduksi dengan cara tersebut. Pembongkaran tanah yang bermasalah, umumnya merupakan pilihan cara terakhir. Cara ini biasanya dikombinasikan dengan cara lain yang cocok.

Penggalian tanah yang bermasalah harus digantikan dengan tanha urug yang tidak ekspansif dan tanah pengganti harus dipadatkan hingga memenuhi kriteria persyaratan kadar air dan kepadatan yang harus dicapai. Tanah-dasar ekspansif yang tidak dibongkar harus dilindungi dengan menggunakan penghalang kelembaban (moisture barrier), perbaikan drainase dan/atau material urugan tidak ekspansif yang kedap air. Kedalaman penggalian yang dibutuhkan, didasarkan pada indeks plastisitas atau prediksi pengembangan yang diharapkan, yang didasarkan pada sifat-sifat tanah urug dan tanah-dasar. Penggalian dan pembentukan kembali dapat efektif memperbaiki karakteristik tanah bermasalah.

Dalam penanganan dengan cara pembongkaran dan penggantian tanah, maka perlu dipertimbangkan hal-hal berikut ini:

1) Tanah urug yang tidak ekspansif dan kedap air harus tersedia dan murah.

2) Tanah tidak ekspansif dapat dipadatkan lebih padat daripada tanah lempung ekspansif, sehingga menghasilkan kapasitas dukung tinggi.

3) Jika urugan berupa material granuler, pertimbangan khusus harus diberikan untuk mengusahakan lancarnya drainase ke luar urugan, sehingga air tidak berkumpul dalam lapisan ini.

4) Material ekspansif dapat digali sampai kedalaman tertentu, lalu dilindungi dengan membrane vertikal dan/atau horizontal. Membran dari aspal yang disemprotkan , efektif digunakan dalam pembangunan jalan raya.

6.2 Pembentukan Kembali (remolding) dan Pemadatan

Pembentukan kembali dan pemadatan menguntungkan dilakukan untuk tanah yang mempunyai potensi pengembangan rendah, berat volume kerinmg tinggi, kadarair alami rendah dan dalam kondisi retak-retak. Tanah –tanah yang mempunyai potensi pengembangan tinggi dapat dirawat dengan kapur padam yang dicampur dan dipadatkan dengan baik, jika tanahnya reaktif terhadap kapur. Hal-hal yang perlu diperhatikan:

1) Jika metoda pencampuran tanah-kapur tidak digunakan, kapasitas dukung tanah yang dibentuk kembali (tergganggu) biasanya lebih rendah, karena tanah biasanya dipadatkan pada kadar air basah optimum pada kepadatan sedang.

2) Kontrol kualitas campuran sangat penting.

3) Jika kedalaman zona aktif dalam, pengendalian drainase penting

4) Kondisi kepadatan-kadar air yang dispesifikasikan harus dijaga sampai pembangunan dimulai dan dicek sebelum pembangunannya.

6.3 Pembebanan

Seperti telah disebutkan, beban vertikal yang diberikan oleh sembarang bangunan di atas ekspansif akan mengurangi pengembangan tanah. Untuk jalan raya, pembebanan bisa dilakukan dengan pembuatan timbunan di atas tanah ekspansif.

Dalam penanganan dengan cara pembebanan, maka perlu dipertimbangkan hal-hal berikut:

1) Jika tanah mempunyai tekanan pengembangan rendah dan deformasi kecil bisa ditoleransikan, pemberian beban dapat efektif.

2) Program pengujian tanah dibutuhkan untuk menentukan kedalaman zona aktif dan tekanan pengembangan yang harus ditanggulangi.

3) Pengontrolan drainase penting, jika menggunakan metoda pembebanan. Migrasi kelembaban air dapat secara vertical maupun horizontal.

6.4 Prapembasahan (Prewetting)

Dalam cara ini, tanah ekspansif dibasahi atau digenangi sebelum dilakukannya pembangunan perkerasan. Dalam penanganan dengan cara pembasahan, maka perlu dipertimbangkan hal-hal berikut ini:

1) Periode waktu sekitar 1 tahun atau lebih dibutuhkan untuk menambah kadar air dalam zona aktif.

2) Drainase pasir vertikal dalam pola segiempat dapat mengurangi waktu pembasahan.

3) Reaksi tanah kering retak-retak lebih disukai untuk pembasahan

4) Kadar air harus ditambah paling tidak 2-3% di atas batas plastis (PL)

5) Surfactants dapat menambah kecepatan perkolasi

6) Waktu yang dibutuhkan untuk menghasilkan pengembangan yang dikehendaki, mungkin lebih lama daripada waktu untuk penambahan kadar air.

7) Hampir tidak mungkin untuk melakukan prapembasahan pada lempung tidak retak-retak yang padat

8) Air yang berlebihan pada tanah d bagian atas, dapat menyebabkan pengembangan pada lapisan yang lebih dalam dikemudian hari

9) Penanganan tanah permukaan dengan kapur yang menyertai prapembasahan memberikan landasan kerja alat berat dan menambah kekuatan tanah

10) Tanpa pencamuran tanah dengan kapur, kekuatan tanah dapat berkurang secara signifikan dan basahnya permukaan membuat operasi alat berat terganggu

11) Permukaan harus dilindungi terhadap evaporasi dan surface slaking. Pengontrolan kualitas memperbaiki kinerja.

Percobaan yang dilakukan pada jalan raya McLennan Country, Texas yang menggunakan metode prapembasahan dilakukan dengan cara sebagai berikut;

Area yang digenangi air dipilih dengan berdasarkan nilai PVR lebih dari 25 mm, dengan menggunakan prosedur TSDHPT (Texas State Department of Highway and Public Transportation, 1970). Spesifikasinya meliputi, prosedur standar untuk perataan, drainase, dan pembuatan perkerasan dengan pengecualian area yang dipilih adalah lahan asli dan tanah-dasar digenangi air sampai 90m hari. Komponen struktur perkerasan terdiri dari tanah-dasar yang tebalnya 15 cm dan yang paling atas pelat beton tanpa tulangan yang tebalnya 30 cm. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penggenangan umumnya menguntungkan dan kombinasi penggenangan dan stabilisasi tanah-dasar dengan lempung baik untuk mencegah gangguan kerataan permukaan perkerasan yang diakibatkan oleh perubahan volume dari tanah-dasar.

6.5 Stabilisasi Tanah

Perkerasan tidak dapat dipisahakan dengan tanah, dan umumnya untuk mengatasi gerakan yang tidak seragam, tidak lazim dilakukan dengan merancang perkerasan sangat tebal, guna memberikan kekakuan yang tinggi. Dengan alasan ini, untuk meminimumkan gerakan pengembanagan tanah, penanganan tanah-dasar (subgrade) dengan cara stabilisasi sering dilakukan. Stabilisasi tanah-dasar yang sering dilakukan misalnya, pencampuran tanah dengan kapur, semen atau abu terbang (fly ash), stabilisasi dengan pemberian bahan tambah, injeksi larutan kapur atau semen, struktur penghalang kelembaban (moisture barrier) dan pengendalian kepadatan dan kadar air dari material tanah-dasar, dan lain-lain. Penambahan tebal perkerasan maupun lapis pondasi bawah (subbase) juga sering dilakukan.

Potensi pengembangan tanah ekspansif menjadi berkurang bila tanah dicampur denagn kapur. Dalam penanganan dengan cara pencampuran tanah eksoansif dengan kapur, maka perlu dipertimbanakan hal-hal berikut ini:

1) Umumnya digunakan kadar kapur 2-10% pada tanah yang reaktif.

2) Tanah harus diuji reaksinya terhadap kapur, dan persen yang dibutuhakan.

3) Pencampuran umumnya sampai kedalaman 0,25 – 0,45 m, tapi mesin traktor besar juga dapat digunakan sampai kedalaman pencampuran 0,60 m.

4) Kapur dapat digunakan dalam kondisi kering maupun berupa larutan, tapi membutuhkan air yang berlebihan.

5) Waktu penundaan antara pencampuran dan penghamparan final relative lama, sehingga terdapat kemudahan dikerjakan dan pemadatan.

6) Tanah yang distabilisasi kapur harus dilindungi terhadap air permukaan dan air tanah. Kapur dapat larut atau tercuci, dan tanah dapat kehilangan kekuatannya saat jenuh air.

7) Penyebaran kapur dari lubang bor umumnya tidak efektif, kecuali jika tanah mengandung jaringan retakan.

8) Tegangan pembebasam dari lubang bor dapat merupakan factor yang mereduksi kenaikan tanah.

9) Diameter lubang bor yang lebih kecil memberikan luas kontak area kecil pada larutan kapur.

10) Penetrasi kapur yang diinjeksikan dibatasi oleh kecepatan penyebaran (difusi) kapur yang lambat, jumlah retakan dalam tanah, dan ukuran pori yang kecil dalam lempung.

11) Injeksi kapur bertekanan berguna untuk merawat tanah lebh dalam dibandingkan dengan teknik pencampuran di tempat.

Potensi pengembangan tanah juga berkurang, jika tanah dicampur dengan semen portland.

Hal-hal yang perlu dipertimbangkan adalah:

1) Semen Portland sekitar 4 – 6% mereduksi perubahan volume tanah. Hasilnya mirip dengan pencampuran tanah dengan kapur, tapi penyusutan tanah lebih sedikit pada semen.

2) Metoda pelaksanaan pencampuran di tempat mirip dengan pencampuran tanah dengan kapur, tapi waktu penundaan antara pencampuran dan penghamparan final lebih pendek pada semen.

3) Semen Portland tidak se-efektif kapur,bila digunakan untuk stabilisasi lempung plastisitas tinggi.

4) Semen Portland dapat efektif dalam memperbaiki tanah yang tidak reaktif terhadap kapur.

5) Kenaikan kekuatan yang lebih tinggi diperoleh dari pencampuran tanah dengan semen.

6) Material yang distabilisasi semen mudah mengalami retak, dan harus dievaluasi sebelum penggunaannya.

6.6 Pemasangan penghalang kelembaban Horisontal dan vertikal

Masalah tanah ekspansif terutama disebabkan oleh fluktuasi kadar air. Kenaikan tanah yang tidak seragam, atau keduanya. Jika fluktuasi air di sepanjang waktu dapat diminimumkan, dan jika kadar air di dalam tanah dapat diseragamkan, maka sebagian masalah dapat dikurangi.

Penempatan bangunan gedung atau perkerasan di atas tanah akan merubah evapotranspirasi dari permukaan. Perubahan tata guna lahan, seperti irigasi sawah, akan merubah potensi untuk infiltrasi. Perubahan ini, akan merubah kadar air dan distribusinya di dalam tanah. Jika perubahan kadar air dapat terjadi secara perlahan-lahan, dan jika distribusi kadar air dapat dibuat seragam, kenaikan tanah yang tidak seragam dapat diminimumkan.

Sumber : Bahan Seminar Sehari Kaji Terap Konstruksi Jalan di Kabupaten Grobingan

Dr. Ir. Hary Christady Hardiyatmo, M.Eng, DEA. , UGM

FONDASI CAKAR AYAM

FONDASI CAKAR AYAM

Fondasi cakar ayam ditemukan oleh Prof. Dr.Ir. Soedijatmo pada tahun 1961 untuk menangani masalah tanah lunak yang memiliki daya dukung rendah. Dasar pemikiran fondasi cakar ayam ini adalah memanfaatkan karakteristik tanah yang tidak dimanfaatkan oleh sistem fondasi lain, yaitu tekanan tanah pasif. Fondasi cakar ayam banyak digunakan pada tanah lunak maupun tanah timbunan. Pada tanah timbunan, akibat dari pembebanan akan menyebabkan tanah timbunan melesak. Fondasi cakar ayam ini banyak digunakan untuk fondasi menara, fondasi landasan pacu pesawat udara dan fondasi perkerasan jalan, yang terletak di atas tanah lunak.

Fondasi cakar ayam terdiri dari pelat beton bertulang dengan tebal 10 cm sampai 15 cm. Pipa-pipa beton dihubungkan di bawah pelat beton secara monolit pada jarak antara sumbunya 2,5 m sampai 3,0 m. Panjang pipa-pipa beton adalah 1,5 m sampai 3,5 m dan diameternya 1,2 m atau 1,5 m dengan tebal dinding pipa 8 – 10 cm. Sistem fondasi disajikan pada Gambar 1 dibawah ini. Pada prinsipnya, fondasi cakar ayam dapat digunakan pada tanah dengan kapasitas dukung 1,5 – 3,5 ton/m2.

A. Prinsip Dasar Fondasi Cakar Ayam

Prinsip dasar fondasi cakar ayam ini adalah memanfaatkan karakteristik tanah yang telah ada yaitu tekanan tanah lateral, dimana prinsip ini masih jarang digunakan pada sistem fondasi lain. Tekanan tanah lateral adalah gaya yang timbul di belakang cakar akibat dari pembebanan pada pelat. Tekanan tanah lateral yang timbul akan melawan rotasi cakar dan memperkecil lendutan.

Sistem fondasi ini amat cocok untuk digunakan pada tanah timbunan atau tanah rawa. Dimana pelat beton bertulang yang tipis akan mengapung di atas tanah rawa atau tanah lembek. Kemudian pada bagian bawah pelat, dipasang pipa-pipa beton sebagai cakar yang berfungsi sebagai pengaku agar pelat beton tetap berdiri kokoh. Pipa-pipa beton ini dapat berdiri tegak dikarenakan adanya tekanan tanah lateral di dalam tanah. Kombinasi ini membuat pelat dan pipa-pipa menjadi konstruksi yang kaku dan tidak mudah digoyahkan.

B. Beberapa Pendapat Mengenai Fondasi Cakar Ayam

Hadmodjo (1994) menyatakan bahwa konstruksi cakar ayam terdiri dari sebuah pelat beton, dibawah pelat dihubungkan pipa beton secara monolit. Slab beton yang tipis tersebut seolah-olah mengapung diatas tanah dan kekakuannya diperoleh dari pipa-pipa yang ada dibawahnya. Pipa tersebut tetap vertikal dan fungsi dari pipa-pipa tersebut tidak untuk menumpu pelat, tetapi untuk menjaga agar pelat tetap kaku dan datar disebabkan pipa-pipa tidak mencapai lapisan-lapisan tanah keras dibawah pelat sehingga pipa-pipa pada sistem cakar ayam adalah sebagai pengaku pelat.

Sudarsono (1997) menyatakan fondasi cakar ayam adalah pipa-pipa cakar ayam yang dibuat sedemikian rupa, sehingga tidak sampai menyentuh tanah keras. Pada keadaan tersebut pelat ditopang oleh tanah dasar dibawahnya sehingga bila bekerja beban Q maka tanah dasar ikut menahannya sehingga tugas pelat lebih ringan, sementara momen tekuk yang timbul pada slab akan diteruskan oleh pelat tersebut ke pipa-pipa cakar ayam yang mempunyai hubungan kaku dan diteruskan oleh pipa-pipa cakar ayam ketanah disampingnya dan ditahan oleh tekanan lateral.

Menurut Suraatmaja (1981), pengaruh tebal pelat atau balok akibat bebaan yang terjadi mengalami perbedaan lenturan. Semakin tipis pelat, lendutan (δ) semakin besar dan momen lentur (Mo) semakin kecil. Begitu pula sebaliknya, pelat tebal lendutan (δ) kecil dan Mo besar. Dalam memperkecil lendutan dan gaya-gaya dalam yang terjadi ditentukan oleh jarak cakar (a) dimana keadaan tersebut mengakibatkan efektif atau tidak efektif cakar ayam dalam memperkecil hal tersebut. Beban (Q) tidak mempengaruhi besarnya jarak cakar, melainkan dipengaruhi oleh modulus elastisitas pelat (Ep), koefisien reaksi subgrade vertikal (kv) dan besarnya momen inersia penampang pelat (Ip).

C. Hasil Penelitian Fondasi Cakar Ayam

Dari penelitian fondasi cakar ayam didapatkan pengaruh dimensi fondasi, nilai kh dan kv terhadap lendutan fondasi.

Pada tahun 1982, studi sistem cakar ayam dilakukan oleh konsultan Aeroport de Paris (dalam Hardiyatmo,1999) dengan model skala penuh di Bandara Sukarno Hatta Cengkareng. Hal ini dilakukan dengan mengukur lendutan pelat akibat beban, rotasi pipa dan regangan tulangan beton, dan juga mengukur koefisien subgrade tanah untuk arah vertikal (kv) dan arah horizontal (kh). Hasil penelitian menunjukkan bahwa sistem cakar ayam mampu dibebani sampai 150 ton untuk 4 roda pesawat.

Suraatmaja (1982) melakukan analisis pada fondasi cakar ayam dengan metode Beams on Elastic Foundation menunjukkan bahwa jarak cakar efektif tidak dipengaruhi oleh besarnya beban Q, melainkan tergantung dari besarnya nilai λ.

Sudarsono (1982) menganalisis fondasi cakar ayam dengan menggunakan proses fatique pada tanah dasar. Studi menyimpulkan bahwa lendutan yang timbul pada pelat adalah akibat memadatnya tanah dibawah pelat. Oleh karena itu pemadatan tanah sebelum pelat di cor sangat dibutuhkan.

Chen dan Lima Sale (1982) menganalisis fondasi cakar ayam dengan metode elemen hingga dengan hasil yang menunjukkan bahwa analisis pendekatan dengan metode elemen hingga mampu menggambarkan perilaku sistem cakar ayam secara akurat. Selain itu disimpulkan bahwa kepadatan tanah subgrade dan dimensi pipa-pipa mempunyai pengaruh penting pada perilaku sistem cakar ayam.

Fukuoka (1988) melakukan penelitian sistem cakar ayam di laboratorium. Pengukuran-pengukuran saat pembebanan dilakukan pada sistem cakar ayam dan kemudian diadakan pendekatan secara numeris dengan metoda finite difference. Hasil studi menyimpulkan bahwa jarak pipa-pipa ada kaitannya dengan daya dukung dan penurunan. Daya dukung bertambah dengan kenaikan modulus elastisitas tanah dan adhesi antara tanah dan beton. Kepadatan tanah diantara pipa-pipa sangat berpengaruh pada daya dukung ultimit fondasi.

Hardiyatmo dkk, (1999), pada pengamatan model semi 3 dimensi fondasi cakar ayam menyimpulkan bahwa pada beban yang relatif kecil penyebaran lendutan pelat hanya sampai pada jarak 4,5 – 5d, dengan d adalah diameter luar cakar dan pada beban relatif berlebih pada kedua ujung pelat akan terangkat. Salah satu faktor yang menentukan kapasitas dukung tiang dalam menahan momen diujung tiang (rotasi) adalah nilai kh (koefisien reaksi horizontal tanah). Selain itu juga disimpulkan bahwa bila sistem cakar ayam terletak pada tanah yang berkonsolidasi, maka seluruh sistem akan ikut turun, sehingga fondasi cakar ayam hanya cocok untuk mendukung beban – beban (relatif berat) untuk jangka pendek. Untuk beban jangka panjang (beban statis), penurunan fondasi harus dibatasi oleh penurunan maksimum yang ditoleransikan.

Listyawan (2000) melakukan penelitian terhadap perilaku model 3 dimensi dari fondasi cakar ayam di laboratorium. Perilaku model menunjukkan bahwa kondisi paling kritis diperoleh apabila beban diantara 4 cakar dan terletak pada tepi pelat. Analisis menggunakan metode BoEF dengan kh = 2kv memberikan hasil lendutan 1,7 – 4,35 kali lebih besar dari lendutan model.

Pempadi (2000) memberikan usulan perancangan terutama untuk hitungan lendutan fondasi cakar ayam dengan metode BoEF. Dalam melakukan analisis lendutan pelat fondasi, Pempadi menggunakan metode BoEF untuk finite length pada model di laboratorium sedangkan unutk aplikasi di lapangan digunakan metode BoEF untuk infinite length. Dari studi yang dilakukan diperoleh bahwa dengan mengambil nilai kh = 2kv, diperoleh lendutan pelat yang mendekati dengan lendutan cakar ayam baik pada model di laboratorium maupun di lapangan.

Sumber : Desi Wiguntari

FONDASI

FONDASI

1. Pengertian Fondasi

Fondasi adalah bagian dari suatu sistem struktur yang berfungsi meneruskan beban yang ditumpu olehnya (termasuk beban sendiri) ke lapisan tanah atau batuan di bawahnya. Fondasi merupakan komponen struktur yang mempunyai bidang kontak (interfacing) terhadap tanah (Juniarti, 2004).

2. Kriteria pemilihan Jenis fondasi

Tipe fondasi yang paling cocok untuk suatu bangunan tergantung pada fungsi bangunan, beban yang dipikul, kondisi tanah serta biaya fondasi. Pertimbangan lain dapat digunakan, tetapi ketiga pertimbangan tersebut merupakan pertimbangan dasar. Berdasarkan kedalaman tanah pendukungnya, Bowles (1992) dalam Suryolelono (1994), menggolongkan jenis fondasi menjadi dua bagian, antara lain sebagai berikut ini.

1. Fondasi dangkal

Jenis fondasi ini umumnya mempunyai perbandingan antara kedalaman tanah dasar (D) dengan lebar fondasi (B) atau D/B ≤ 4, misalnya : fondasi telapak.

2. Fondasi dalam

Jenis fondasi ini mempunyai perbandingan antara kedalaman tanah dasar (D) dengan lebar fondasi (B) atau D/B ≥ 4, misalnya, fondasi tiang pancang, tiang bor dan kaison yang dibor.

2.1 Fondasi Tiang

Fondasi tiang digunakan untuk mendukung bangunan, bila tanah dengan kuat dukung tinggi terletak pada kedalaman yang cukup besar. Fondasi jenis ini dapat juga digunakan untuk mendukung bangunan yang menerima beban horizontal ataupun tarik cukup besar. Untuk mengimbangi pengaruh beban tersebut dapat diatasi dengan konstruksi fondasi tiang, seperti pada konstruksi dermaga, pemecah gelombang, tanggul pelabuhan, fondasi tangki minyak dan sebagainya (Suryolelono, 1994).

Fondasi tiang yang digunakan untuk beberapa maksud (Hardiyatmo, 2003), antara lain untuk :

1. meneruskan beban bangunan yang terletak di atas air atau tanah lunak, ke tanah pendukung yang kuat,

2. meneruskan beban ke tanah yang relatif lunak sampai kedalaman tertentu, sehingga fondasi bangunan mampu memberikan dukungan yang cukup untuk mendukung beban tersebut oleh gesekan dinding tiang dengan tanah di sekitarnya,

3. mengangker bangunan yang dipengaruhi oleh gaya angkat ke atas akibat tekanan hidrostatis atau momen guling,

4. menahan gaya horisontal dan gaya yang arahnya miring,

5. memadatkan tanah pasir, sehingga kapasitas ultimit tanah tersebut bertambah,

6. mendukung fondasi bangunan, apabila tanah di sekitar fondasi mudah tergerus air.

Berdasarkan pemakaian jenis fondasi tiang mengakibatkan berbagai jenis tiang digunakan sesuai dengan beban yang bekerja, bahan tiang maupun cara pelaksanaan pemancangannya.

Fondasi tiang dapat dibagi menjadi 3 kategori (Hardiyatmo, 2003) sebagai berikut :

1. tiang perpindahan besar (large displacement pile), yaitu tiang pejal atau berlubang dengan ujung tertutup yang dipancang ke dalam tanah, sehingga terjadi perpindahan volume tanah yang relatif besar. Termasuk dalam tiang perpindahan besar adalah tiang kayu, tiang beton pejal, tiang beton prategang (pejal atau berlubang), tiang baja bulat (tertutup pada ujungnya),

2. tiang perpindahan kecil (small displacement pile), yaitu sama seperti tiang perpindahan besar hanya volume tanah yang dipindahkan saat pemancangan relatif kecil, seperti tiang baja H, tiang baja bulat ujung terbuka, tiang ulir,

3. tiang tanpa perpindahan (non displacement pile) terdiri dari tiang yang dipasang di dalam tanah dengan cara menggali atau mengebor tanah. Tiang tanpa perpindahan adalah tiang bor, yaitu tiang beton dengan metode pen-cor-an beton langsung di dalam lubang hasil bor tanah.

2.2 Cara Meneruskan Beban

Tipe tiang berdasarkan cara tiang meneruskan beban, dapat dibedakan terhadap cara tiang meneruskan beban yang diterimanya ke tanah dasar fondasi. Hal ini tergantung juga pada jenis tanah dasar fondasi yang akan menerima beban yang bekerja (Suryolelono,1994).

1) Bilamana ujung tiang mencapai tanah keras atau tanah baik dengan kuat dukung tinggi, maka beban yang diterima tiang akan diteruskan ke tanah dasar fondasi melalui ujung tiang. Jenis ini disebut END / POINT BEARING PILE.

2) Bila tiang dipancang pada tanah dengan nilai kuat gesek tinggi (jenis tanah pasir), maka beban yang diterima oleh tiang akan ditahan berdasarkan gesekan antara tiang dan tanah sekeliling tiang. Jenis tiang ini disebut FRICTION PILE.

3) Bilamana tiang dipancang pada tanah dasar fondasi yang mempunyai nilai kohesi tinggi, maka beban yang diterima oleh tiang akan ditahan oleh pelekatan antara butiran tanah di sekitar tiang dan permukaan tiang. Jenis ini disebut ADHESIVE PILE.

Di lapangan, tipe tiang merupakan kombinasi dari ke tiga hal tersebut. Keadaan ini disebabkan jenis tanah merupakan campuran atau kombinasi tanah berbutir kasar, tanah berbutir halus dan kadang-kadang merupakan tanah yang kompak, sehingga cara tiang meneruskan beban ke tanah dasar fondasi, merupakan kombinasinya.

2.3 Cara Pemancangan Tiang

Dalam pemancangan tiang ke dalam tanah, tiang dipancang dengan alat pemukul yang dapat berupa palu (hammer) atau getaran. Metode pukulan pada prinsipnya adalah tiang didirikan di atas tanah dan ujung tiang lain (kepala tiang) dipukul agar tiang dapat masuk ke dalam tanah.

Ada beberapa jenis palu pancang yang digunakan untuk pemancangan (Suryolelono, 1994).

1. Palu jatuh bebas (drop hammer)

Drop hammer adalah alat pancang yang paling sederhana, berupa palu yang dijatuhkan dari atas. Palu ditempatkan diatas kepala tiang, ditarik dengan tinggi jatuh tertentu kemudian dilepas dan menumbuk kepala tiang.

2. Steam hammer

Alat ini sama saja dengan drop hammer, hanya saja untuk mengangkat palu (hammer) digunakan tenaga uap atau udara yang dihasilkan oleh mesin pancang.

Dua tipe alat ini, yaitu :

a. Palu gerak tunggal (single-acting hammer)

Palu gerak tunggal berbentuk piston yang bergerak naik oleh udara atau uap yang terkompresi, sedangkan gerakan turun piston secara jatuh bebas.

b. Palu gerak ganda (double-action hammer)

Palu gerak ganda menggunakan uap atau udara untuk mengangkat piston dan untuk mempercepat gerakan ke bawah. Kecepatan pukulan dan energi output biasanya lebih tinggi dari pada palu gerak tunggal.

3. Palu diesel (diesel hammer)

Palu tipe ini digerakan dengan menggunakan bahan bakar diesel. Energi pemancangan total yang dihasilkan adalah jumlah benturan dari piston ditambah energi hasil ledakan.

4. Palu getar

Palu getar merupakan unit alat pancang yang bergetar pada frekuensi tinggi.

3. Penyelidikan Tanah

Perencanaan suatu bangunan dimulai dengan penyelidikan tanah di lokasi proyek. Data mengenai penyelidikan tanah merupakan salah satu dasar yang menentukan dalam perencanaan jenis, kedalaman, dan kapasitas dukung fondasi. Hasil penyelidikan tanah diharapkan dapat memberikan informasi yang diperlukan sehubungan dengan pekerjaan yang akan dilaksanakan. Penyelidikan tanah mencakup penyelidikan di lapangan dan uji di laboratorium. Untuk fondasi tiang, data konsolidasi maupun kuat geser tanah tidak diperlukan, karena mengingat fungsi fondasi tiang yaitu menyalurkan beban yang bekerja ke tanah dasar fondasi yang memiliki kuat dukung tinggi.

4. Standard Penetration Test (SPT)

Metode SPT menggunakan jenis alat sederhana, berupa tabung standar dengan diameter 5 cm dan panjang 56 cm. Pertama-tama dibuat lubang bor, bila tanah mudah runtuhdapat digunakan silinder penahan (casing) dengan diameter lebih besar dari 5 cm. Setelah mencapai kedalaman yang diinginkan, tabung standar dibenamkan ± 15 cm. Selanjutnya tabung silinder standar dipancang sedalam 30 cm dengan palu seberat 64 kg, yang dijatuhkan dari ketinggian 76,2 cm. Dihitung banyaknya pukulan yang diperlukan untuk memancang masuk tabung silinder sedalam 30 cm. Jumlah pukulan dihitung sebagai nilai N.

5. Metode Dinamis

Metode dinamis telah banyak digunakan untuk memperkirakan kapasitas dukung tiang pancang. Dalam pemancangan tiang ke dalam tanah, sering dijumpai tiang mudah masuk ke dalam tanah, tetapi ada pula yang mengalami kesulitan untuk masuk ke dalam tanah. Kondisi semacam ini sangat dipengaruhi oleh jenis tanah setempat yang mempunyai karakteristik berbeda-beda. Makin padat kondisi tanah, maka makin sulit tiang masuk ke dalam tanah sehingga jumlah pukulan makin banyak. Prinsip di dalam pemancangan tiang adalah energi yang diberikan akan menjadi energi yang digunakan oleh tiang untuk masuk ke dalam tanah ditambah dengan energi yang hilang sewaktu tiang dipancang.

6. Bahan Tiang

Sesuai dengan beban yang bekerja pada tiang (ringan atau berat), maka jenis tiang dapat dibedakan terhadap bahan yang digunakan untuk membuat tiang. Untuk beban berat, maka bahan yang digunakan untuk pembuatan tiang disyaratkan mempunyai kuat desak atau tarik maupun lentur yang tinggi, hal ini dimiliki oleh jenis bahan seperti tiang dari baja maupun dari beton. Ada beberapa jenis bahan untuk tiang (Suryolelono, 1994), antara lain sebagai berikut ini.

a. Tiang Kayu

Jenis tiang ini biasanya digunakan untuk pekerjaan sementara, karena umurnya terbatas, mudah lapuk. Bila tiang ini dipancang di daerah muka air tanah tinggi atau tiang selalu terendam air, maka tiang akan berfungsi sebagai tiang permanen. Tiang kayu akan cepat rusak, bila terletak di bagian peralihan atau kondisi selalu berubah-ubah (terendam dan kering). Kuat dukung tiang kayu umumnya tidak terlalu besar. Sesuai dengan klasifikasi jenis kayu yang digunakan dan berkisar 0,15-0,25 kN.

b. Tiang Baja

Umumnya digunakan dengan bentuk tampang tiang merupakan profil H, WF, atau pipa dapat berlubang maupun tertutup ujung-ujungnya. Jenis tiang ini mempunyai banyak keuntungan, antara lain (Suryolelono, 1994) :

1) lebih mudah dipancang, disebabkan tiang mempunyai luas tampang yang kecil disbanding jenis tiang lain, karena tiang lebih mudah masuk ke dalam tanah akibat berat sendiri.

2) mudah disambung, bilamana diperlukan panjang tiang yang cukup besar untuk mencapai kedalaman tiang yang diinginkan,

3) untuk menembus jenis-jenis tanah keras ujung tiang diperkuat dengan memberi sepatu agar tidak mudah rusak.

Masalah utama yang dihadapi untuk jenis tiang baja adalah korosi. Masalah ini dijumpai di daerah-daerah yang bersifat asam (daerah rawa-rawa atau tanah organik), basa (daerah tepi pantai atau terjadi instrusi air asin pada air tanah setempat).

c. Tiang Beton

Jenis tiang ini mulai dikembangkan setelah teknologi beton bertulang atau bahan mengalami perkembangan pesat, mulai jenis tiang dengan konstruksi beton bertulang yang dibuat secara konvensional sampai dengan kostruksi beton bertulang pre stress / post tension. Dalam pelaksanaan konstruksi beton bertulang pre stress, penarikan kabel strand dilakukan terlebih dahulu untuk memberikan tegangan awal, setelah itu baru dilakukan pengecoran. Pada konstruksi beton bertulang

post tension, dilakukan pengecoran terlebih daulu, setelah itu baru dilakukan penarikan kabel strand.

Dua metode dalam pembuatan tiang beton yaitu precast pile (tiang dibuat ditempat lain) dan cast in situ / cast in place (tiang dibuat di tempat) (Suryolelono,1994).

1) Precast pile

Jenis tiang beton tipe ini dibuat di tempat lain atau dibuat di pabrik

(prefabricated pile), hanya saja panjang tiang terbatas, karena disesuaikan dengan alat transport yang ada seperti trailer. Untuk kedalaman yang cukup besar, maka diperlukan penyambungan.

2) Cast in situ / cast in place

Pada prinsipnya dalam pelaksanaan tiang cast in situ adalah dibuat lubang dalam tanah setelah selesai, baru dilakukan pengecoran. Ada beberapa jenis tiang yang dibuat dengan metode ini, antara lain sebagai berikut dibawah ini.

a. Tiang beton tanpa kulit baja,

1. Jenis tanah dasar fondasi tidak mudah runtuh

Mulu-mula dibuat lubang ke dalam tanah, dan tanah dikeluarkan dari dalam lubang tersebut. Setelah itu tulangan dimasukkan dan selanjutnya dilakukan pen-cor-an. Jenis tiang ini dikenal dengan tiang Strausz.

2. Jenis tanah dasar fondasi mudah runtuh

Pada metode ini digunakan pipa baja ynag terbuka ujungnya dan dipancang ke dalam tanah. Tanah dalam pipa dikeluarkan dan selanjutnya tulangan dimasukkan, baru di cor dengan beton. Bersamaan dengan pelaksanaan pen-cor-an beton, pipa baja dicabut. Jenis tiang ini biasa dikenal dengan tiang Franki.

b. Tiang beton dengan kulit baja

Jenis tiang ini tidak bergantung pada jenis tanah dasar fondasi. Berbagai metode pelaksanaan jenis tiang ini antara lain :

• pipa baja dengan ujung terbuka dipancang ke dalam tanah. Tanah dari dalam pipa dikeluarkan dengan alat bor, dikeruk atau semprotan air dan udara, baru setelah itu dilakukan pencor-an. Pipa baja yang digunakan dapat berupa pipa dengan bentuk silinder sederhana atau terdiri dari beberapa silinder yang konsentris,

• pipa baja dengan ujung tertutup dipancang ke dalam tanah. Bentuk tutup dapat berupa kerucut yang menjadi satu dengan pipa baja atau blok beton yang bekerja sebagai tutup pipa baja di bagian ujungnya. Setelah mencapai kedalaman yang diinginkan baru dilakukan pen-cor-an.

c. Tiang ulir

Jenis tiang ini sebenarnya sebagai tiang baja, hanya saja di bagian ujung diberi ulir untuk memudahkan di dalam pelaksanaan pemancangan.

MERANCANG PONDASI

MERANCANG PONDASI

Pondasi adalah bagian bangunan yang tidak terlihat namun keberadaannya sangat penting sebagai penopang utama bangunan. Setelah mengetahui berbagai pondasi, untuk dapat tepat menggunakannya diperlukan tinjauan berbagai disiplin ilmu terkait seperti struktur dan kekuatan tanah (geoteknik). Pada perencanaan bangunan bertingkat rendah, perencana dapat memperkirakan atau mengajukan jenis pondasi dan kaitannya terhadap aspek lain. Pembahasan pondasi ini lebih ditekankan pada pemilihan jenis pondasi secara umum pada struktur tertentu berdasarkan latar belakang bangunan dan bagaimana menyajikannya ke dalam gambar rencana bangunan.

1.1 Menentukan Jenis Pondasi

Untuk dapat menentukan jenis pondasi yang tepat bagi sebuah bangunan, ada beberapa hal yang harus diperhatikan yaitu berat sendiri struktur dan konstruksi bangunan, ketinggian bangunan, beban fungsi dari aktifitas yang diwadahi di dalam bangunan serta keadaan tanah di mana bangunan didirikan. Faktor-faktor tersebut dapat digunakan untuk memprakirakan jenis pondasi yang akan dipakai pada bangunan.

1.1.1 Menggunakan Pondasi Dangkal

Pondasi dangkal adalah pondasi yang mempunyai kedalaman tidak lebih dari ketinggian satu lantai atau berkisar dari nol centimeter hingga 2 / 3 meter. Pondasi dangkal dapat digunakan pada bangunan yang mempunyai kondisi tanah bagus (dengan daya dukung yang tinggi atau lapisan tanah keras yang dangkal), dan dengan beban atau ketinggian bangunan yang tidak terlalu besar.

Pada sebagian besar bangunan bertingkat rendah hingga berlantai empat, pada kondisi tanah yang bagus masih dapat menggunakan beberapa jenis pondasi dangkal tanpa harus dengan pondasi dalam. Namun sebaliknya sekalipun bangunan tidak bertingkat, pada kondisi tanah lembek, harus menggunakan pondasi dalam. Pondasi dangkal ini dapat berupa pondasi titik, pondasi menerus atau pondasi bidang. Wujud pondasi yang sering dipakai adalah pondai umpak, pondasi foot-plate, pondasi menerus batu kali, atau pondasi bidang pelat beton bertulang.

Penentuan desain pondasi tergantung pada:

 Kondisi tanah

 Berat bangunan

 Tinggi bangunan

 Bahan bangunan

Pondasi bidang beton bertulang ini hanya dipakai pada kondisi tanah yang jelek dengan beban bangunan yang besar. Pondasi dangkal yang paling dangkal dan paling sederhana adalah umpak yang sering dipakai pada pondasi tiang-tiang atau kolom-kolom bangunan yang tidak permanen atau bangunan yang menggunakan bahan struktur ringan seperti kayu atau metal. Umpak ini mempunyai bentuk umumnya pondasi ideal yang melebar ke bawah dengan maksud memperlebar tumpuan dengan bidang tanah. Demikian juga pada foot-plate, pondasi menerus batu kali dan sebagainya, sehingga pada rencana pondasi, bentukan ini juga harus dapat dilihat baik pada rencana ataupun detailnya.

Aplikasi rencana pondasi dangkal ini pada gambar kerja arsitektur adalah pengaturan layout jenis pondasi pada titik-titik kolom atau garis-garis dinding. Ukuran dan detail pondasi harus didapatkan secara eksak melalui perhitungan struktur yang biasanya dilakukan oleh ahli struktur atau konstruktor sebagai bagian dari atau diminta oleh perencana.

Pondasi dangkal menerus disamping berfungsi menopang dinding berat atau dinding pemikul juga berfungsi menahan tanah atau urug tanah untuk membedakan ketinggian

lantai. Dengan demikian walaupun pada lantai satu tidak terdapat dinding berat namun masih menggunakan pondasi menerus yang berfungsi sebagai pembatas tanah atau turap untuk membedakan ketinggian lantai.

1.1.2 Menggunakan Pondasi Dalam

Pondasi dalam adalah pondasi yang mencapai kedalaman tertentu yang disebabkan oleh beban atau ketinggian bangunan yang cukup besar atau pada kondisi tanah yang kurang bagus. Sebuah bangunan tinggi yang mempunyai ketinggian dan jumlah lantai tertentu harus diimbangi dengan kedalaman pondasi yang memadai agar bangunan tidak runtuh. Pada bangunan berat atau dengan fungsi berat seperti gudang atau bengkel juga menggunakan pondasi dalam untuk meyakinkan bangunan berada pda lapisan tanah keras yang stabil pada kedalaman tertentu.

Aplikasi rencana pondasi dalam ini biasanya dipasang pada kolom-kolom utama dan dapat diperlebar pada pelat-pelat pondasi untuk memperkuat daya dukung terhadap bangunan karena kondisi tanah yang jelek atau beban bangunan yang terlalu besar. Pada gambar rencana pondasi atau potongan bangunan, kedalaman bangunan tidak ditentukan dengan pasti, karena kedalaman pondasi dalam ini menyesuaikan kondisi

tempat pondasi sehingga tidak dapat diseragamkan.

Beban yang dipikul jenis pondasi:

 Pondasi titik _ beban struktur melalui kolom

 Pondasi menerus _ beban struktur melalui dinding atau untuk menopang dinding berat

 Pondasi gabungan _ pada penggunaan kolom dan dinding bersama

1.2 Menentukan Titik dan Garis Pondasi

Untuk dapat meletakkan titik-titik dan garis pondasi harus diperhatikan penggunaan jenis pondasi pada elemen struktur yang tepat. Kapan menggunakan pondasi titik dan menerus harus dilihat dari jenis struktur yang dipikulnya.

1.2.1 Menggunakan Pondasi Titik

Pondasi titik identik dengan pondasi setempat yang digunakan untuk menopang beban yang bersifat setempat. Beban setempat ini berasal dari kolom bangunan yang meneruskan bebanbeban bangunan ke bawah secara linear menuju ke satu tempat atau satu titik di dalam tanah. Dengan demikian setiap kolom, hanya perlu menggunakan jenis pondasi titik ini baik pondasi dangkal ataupun pondasi dalam.Wujud pondasi titik ini dapat berupa umpak, foot-plate atau tiang pancang pada pondasi dalam, yang kesemuanya berhubungan langsung dengan kolom utama. Posisi tumpuan dapat diperlebar dengan pelat kaki atau disebut dengan foot plate, jika digunakan pondasi dalam dalam jumlah yang banyak dalam satu kolom.

1.2.2 Menggunakan Pondasi Menerus

Pondasi menerus adalah pondasi yang paling sesuai memikul beban menerus pula. Beban menerus ini pada bngunan identik dengan beban yang disalurkan ke dalam tanah oleh dinding yang berfungsi struktural atau dinding pemikul (bearing wall) dan dinding geser (shear wall). Dinding non struktural yang mempunyai berat konstruksi yang tinggi seperti dinding batu bata pada lantai dasar juga memerlukan pondasi agar dinding tidak melesak ke dalam tanah.

Wujud pondasi menerus ini pada bangunan adalah pondasi batu kali atau batu bata dan juga pondasi beton bertulang dari bentuk foot-plate yang dipanjangkan.

1.2.3 Menggunakan Pondasi Gabungan

Pada sebuah bangunan, penggunaan jenis-jenis pondasi secara bersamaan lebih sering dilakukan untuk mendapatkan tumpuan bangunan yang optimal pada tanah. Karena struktur bangunan seringkali terdiri dari kolom dan dinding secara bersamaan baik dinding struktural atau dinding berat seperti dinding batu bata, maka penggunaan pondasi titik untuk kolom dan pondasi menerus untuk dinding dapat digunakan secara

bersama. Aplikasi pemakaian pondasi gabungan pada gambar kerja ini harus jelas diperlihatkan pada rencana pondasi dan potongan bangunan dengan notasi dan ukuran yang jelas.

1.3 Menentukan Jenis Pondasi Khusus

Pada kondisi khusus seperti pada bangunan yang mempunyai beban sangat besar, pada kondisi tanah yang sangat jelek diperlukan pondasi yang khusus pula. Demikian

juga pada kondisi untuk fungsi khusus seperti ruang-ruang mesin, maka diperlukan jenis pondasi tertentu yang mampu meredam getaran mesin, sehingga menghilangkan atau mengurangi pengaruhnya pada struktur bangunan. Pondasi khusus juga terkadang digunakan sebagai bagian dalam satu bangunan justeru untuk mengurangi konstruksi yang tidak perlu. Konstruksi pondasi di tanah keras yang hanya menopang dinding bata atau dinding partisi ringan tidaka harus menggunakan pondasi batu kali yang besar.

Penggunaan rolaag atau sloof saja dengan ukuran tertentu dapat dipakai untuk menghindari pemakaian bahan pondasi yang terlalu besar.

Pada kondisi tertentu penggunaan sloof yang dimaksudkan untuk membantu pondasi atau bahkan menggantikan peran pondasi juga dapat dilakukan. Keputusankeputusan

ini memang harus dikonsultasikan dengan ahli pondasi atau ahli tanah agar didapatkan keputusan desain yang tepat.

1.4 Menentukan Konstruksi Pondasi

Konstruksi pondasi tergantung dari jenis, ukuran dan kondisi tanah dan lingkungan setempat di mana bangunan didirikan. Pada daerah di mana batu kali dan pasir mudah

didapatkan, penggunaan pondasi baik titik atau menurus dan dangkal atau dalam sering menggunakan beton atau beton bertulang. Sementara daerah yang banyak terdapat kayu semua jenis pondasi dapat menggunakan balok-balok kayu sebagai konstruksi pondasi.

Bagian penting yang juga harus diperhatikan pada desain pondasi adalah pada konstruksi penghubung antara pondasi dan elemen struktur dan tanah di sekitarnya.

Penggunaan Pondasi Khusus:

_ Pada bangunan dengan beban ekstra

_ Pada bangunan dengan kondisi tanah yang sangat jelek

_ Pada bagian bangunan dengan beban yang lebih ringan

_ Pada bagian bangunan dengan fungsi beban ekstra

Fungsi dimensi pada bagian pondasi:

_ Lebar pondasi _ menopang berat total bangunan

_ Kedalaman pondasi _ mencapai tanah keras

_ Proporsi kedalaman pondasi _ mendirikan bangunan

_ Bahan pondasi _ sesuai ketersediaan di lingkungan

KONSTRUKSI TEROWONGAN

SHARING KNOWLEDGE PT. WASKITA KARYA (Persero)

KONSTRUKSI TEROWONGAN

I. DASAR TEORI

A. Pendahuluan

Tujuan umum dibuatnya sebuah terowongan adalah untuk menjamin transportasi langsung dari barang atau penumpang atau material lainnya menembus rintangan alam dan aktifitas manusia. Terowongan dibuat menembus gunung, di bawah sungai, laut, pemukiman, gedung- gedung atau jalan raya. Berguna untuk sarana tranportasi, hidro power, jaringan listrik, gas, saluran pembuangan dan lain-lain.

B. Klasifikasi Terowongan berdasarkan Fungsinya

1) Terowongan Lalu Lintas (Traffic)

Beberapa penggunaan terowongan untuk lalu-lintas diantaranya :

• Terowongan Kereta api

• Terowongan jalan raya

• Terowongan navigasi

• Terowongan tambang

2) Terowongan Angkutan

• Terowongan pembangkit Tenaga Listrik (Hidro Power)

• Terowongan Water Supply

• Terowongan Sewerage water

• Terowongan untuk utilitas umum

Terowongan yang dimaksud di sini adalah sebuah struktur bawah tanah sehingga dalam pelaksanaannya harus dilaksanakan tanpa boleh mengganggu aktifitas/ kondisi di permukaan tanah atau dapat pula dilakukan secara gali dan timbun (cut and cover).

C. Klasifikasi Terowongan berdasar Cara Pelaksanaannya

1) Micro Tunnel

Penggunaannya mayoritas untuk penempatan jalur pipa, kabel, dan jaringan air. Ukuran dari terowongan ini berkisar antara 60 cm s/d 100 cm dan dikerjakan secara modern dengan cara otomatis dengan peralatan robot.

2) Terowongan Dongkrak (Jacking)

Teknik pelaksanaan ini dipilih sebagai alternative karena pengggalian biasa terlalu mahal karena panjang yang terbatas, misalnya pembuatan underpass dan sejenisnya. Secara umum pelaksanaannya dilakukan dengan mendongkrak secara horizontal sebuah segmen beton precast atau baja memotong tanah dan membuang keluar secara manual bagian volume tanah yang terpotong segmen yang didongkrak tersebut.

3) Terowongan Batuan (Rock)

Terowongan ini dibuat menembus batuan masif yang relative keras dan dapat dilakukan langsung dengan metode penggalian menggunakan peralatan manual, mekanis maupun blasting. Masalah yang mungkin dihadapai adalah yang berkaitan dengan air tanah, dan struktur penopang pada zona patahan.

4) Terowongan melalui tanah lunak (soft ground)

Termasuk dalam kategoro ini adalah terowongan yang di buat melalui tanah lempung, pasir dan batuan lunak (soft rock). Karena mudah runtuh maka untuk pelaksanaan penggalian digunakan pelindung (shield). Sedangkan lining tunnel harus segera dipasang bersamaan dengan kemajuan gerakan Tunnel Boring Machine (TBM).

5) Terowongan Gali dan Timbun (Cut and Cover)

Terowongan ini dilaksanakan dengan menggali sebuah alur yang cukup sampai kedalaman yang diinginkan, kemudian pengecoran lining tunnel atau pemesangan lining precast dan melakukan penimbunan kembali (covering). Metode ini cocok dilaksanakan jika tersedia areal yang cukup, tidak mengganggu aktifitas dipermukaan dan letak jalur terowongan cukup dekat dengan permukaan.

6) Terowongan Bawah air (Underwater)

Terowongan ini biasanya melewati jalur batuan atau tanah lunak. Hal yang membedakan dengan terowongan tanah lunak adalah adanya tekanan air yang sangat tingggi, sehingga diperlukan metode untuk membuat terowongan menjadi kedap air. Salah satu metodenya yaitu dengan membuat trench di dasar sungai atau laut lalu menempatkan precast tube lining dan menerapkan teknik sambungan kedap air.

D. Terowongan Sipil dan Terowongan Tambang

Perbedaan mendasar antara terowongan Sipil dan terowongan tambang adalah sebagai berikut :

1) Kebanyakan terowongan Sipil adalah permanen, sedangkan terowongan tambang kebanyakan bersifat sementara (temporary). Beberapa terowongan tambang ada yang dirancang untuk dapat digunakan beberapa puluh tahun.

2) Terowongan Sipil digunakan untuk melayani kepentingan umum (transportasi, dll) sedangkan terowongan tambang digunakan untuk kepentingan khusus (pekerja atau aktifitas tambang).

3) Panjang terowongan tambang biasanya cukup besar karena digunakan untuk terowongan produksi tambang sedangkan terowongan Sipil kebanyakan dibuat sependek mungkin dan dilaksanakan dengan standart yang sangat ketat.

4) Jalur di mana terowongan tambang dibuat umumnya secara geologi telah diketahui cukup rinci karena adanya survey yang mendalam bersamaan dengan penyelidikan potensi material tambangnya. Sedangkan terowongan Sipil biasanya dibangun pada lokasi yang baru sehingga memerlukan penyelidikan geoteknik yang baru dan terperinci.

5) Kegiatan penambangan merupakan proses dinamis sehingga dapat mengakibatkan perubahan kondisi (rock reinforcement).

6) Biaya penyelidikan terowongan Sipil jauh lebih besar karena tuntutan masalah keamanan.

E. Akses Terowongan dan Manajemen Material

1) Konstruksi Portal

Akses masuk ke areal bawah tanah secara umum disebut portal. Akses ini dapat berupa sebuah shaft yang dikontruksi secara vertikal sampai kedalaman tertentu sesuai elevasi rencana terowongan utama (horisontal), atau berupa face terowongan yang bisa disiapkan secara horizontal karena kondisi lahan memungkinkan.

2) Manajemen Material

Yang dimaksud dengan manajemen material yang memerlukan pengaturan disini adalah:

• Material hasil galian yang harus dibawa keluar terowongan.

• Material supporting system dan elemen lining precast atau formwork dan beton cair yang harus dibawa masuk dalam terowongan dan geraka alat keluar masuk terowongan.

• Air hasil dewatering di dalam terowongan yang harus dibuang keluar terowongan.

F. Penyelidikan Geoteknik

Penyelidikan geoteknik adalah elemen yang sangat penting dalam perencanaan dan pelaksanaan sebuah terowongan. Dengan data geologi yang memadai dapat ditentukan desain terowongan yang sesuai, metode pelaksanaan yang paling optimal, biaya pelaksanaan yang rasional serta persiapan yang sebaik- baiknya direncanakan aspek keamanan pelaksanaan. Biaya pelaksaan akan sangat berpotensi membengkak karena kurangnya tersedianya data geologi.

Secara spesifik tujuan penyelidikan tersebut adalah untuk :

1) Menentukan stratifikasi tanah atau batuan pada jalur terowongan.

2) Menentukan sifat fisik batuan.

3) Menentukan parameter desain untuk batuan dan tanah.

4) Memberikan kepastian setinggi- tingginya bagi suatu proyek dan member wawasan kepada engineer menegenai kondisi yang mungkin terjadi saat pelaksanaan.

5) Mengurangi unsure ketidak pastian bagi kontraktor.

6) Meningkatkan keselamatan kerja.

7) Member pengalaman bekerja sehingga dapat memperbaiki kualitas- kualitas keputusan di lapangan.

Pemboran teknik untuk pengambilan sampel batuan adalah cara yang paling umum dipakai untuk pekerjaan terowongan. Dengan pengambilan sampel (core) dapat diketahui sifat fisik batuan, variasi pelapisan tanah, satuan batuan, dan informasi penting lainnya. Lokasi- lokasi yang memerlukan pengeboran secara detail adalah :

1) Daerah portal.

2) Daerah yang secara topografi dekat as terowongan, karena biasanya secara struktur lemah (overburden tipis).

3) Lokasi yang berpotensi mengalami pelapukan berat.

4) Daerah yang berpotensi air tanah tinggi dan adanya batuan porous.

5) Zona geser/ patahan.

II. TEKNIK GALIAN DALAM PELAKSANAAN TEROWONGAN

Metode galian dalam banyak diterapkan untuk pembuatan shaft dan stasiun pemberhentian bawah tanah. Dalam kondisi tertentu, membuat terowongan dengan metode cut and cover akan lebih murah daripada penggalian bawah tanah dengan mesin, kecuali jika dasar galian tempat jalur terowongan sangat dalam.

Metode dengan prinsip galian dalam yang dapat diterapkan adalah:

1) Galian Bebas

Metode ini adalah yang paling ekonomis, yaitu dengan cara membuat galian bebas tanpa perlu proteksi melainkan hanya dengan mendesain galian dengan slope galian yang aman.

2) Galian dengan Turap dan Penopang

System ini dilakukan dengan cara menggali secra bertahap dan memasang turap dan skur pada setiap tahap galian. Teknik ini umumnya diterapkan pada tanah kohesif dengan muka air tanah dibawah dasar galian. Cara ini terbatas untuk galian yang tidak terlalu lebar.

3) Dinding Berlin

Konstruksi dinding berlin dikerjakan dengan cara memancang batang baja profil H atau I dengan jarak tertentu dan memasang panel- panel kayu atau beton di antaranya. Jika galian cukup dalam, maka perkuatan dapat ditingkatkan dengan pemasangan angkur dan skur penopang.

4) Dinding Diafragma

Metode ini diaplikasikan dengan menggali menggunakan alat khusus dan galian dapat diisi dengan bentonite sehingga membentuk diafragma kedap air.

5) Dinding Pracetak

Metode ini merupakan kelanjutan dari metode diafragma. Dimana lubang galian yang sudah diisi bentonite kemudian dimasuki panel- panel pracetak.

6) Secant Pile

Secant pile adalah pembuatan tiang bor yang dikonstruksi secara rapat sehingga membentuk seperti dinding kedap air. Kecuali cara pengeboran dan cast insitu, metode dengan pemancangan langsung tiang beto pracetak juga sangat dimungkinkan.

7) Soil Nailing

Soil nailing adalah metode memperkuat struktur tanah dengan memasukan tulangan baja kedalam lubang bor yang disediakan dan kemudian dilakukan grouting pada lubang tersebut. Pelaksanaannya sangat efektif jika ditunjang dengan penggunaan shotcrete.

8) Angkur dan Skur

Jika ruang yang tersedia sangat terbatas maka perkuatan dapat menggunakan system angkur dan skur, cara ini dipandang sangat sederhana dan praktis.

III. TEROWONGAN PADA TANAH LUNAK

A. Metode Pelaksanaan Terowongan pada Tanah Lunak

Pengertian tanah lunak adalah material yang dapat digali secara manual. Material ini pada umumnya tidak dapat menahan berat sendiri dalam jangka waktu yang panjang. Dalam teknologi terowongan, tanah dimasukan dalam kategori soft ground.

Tanah yang kokoh dapat memberikan kondisi yang menguntungkan karena atap terowongan dapat dibiarkan tanpa disokong untuk beberapa waktu. Sebaliknya kondisi tanah yang lembek tidak mengunntungkan karena mudah runtuh atau bergerak menutup lubang galian.

Tingkat kesulitan dan biaya pelaksanaan terowongan pada tanah amat ditentukan oleh stand-up time dan posisi muka air tanah. Di atas muka air tanah, stand-up time ditentukan oleh kuat geser dan kuat tarik material, sedang dibawah muka air tanah, stand-up time ditentukan oleh nilai permeabilitasnya. Terzahi membedakan tanah dengan : Firm Ground, Ravelling Ground, Running Ground, Flowing Ground, Squezzing Ground, Swelling Ground.

Pada kondisi tanah yang buruk, dapat terjadi squeezing atau penciutan lubang galian, raveling yaitu tanah atau batuan yang rontok secara bertahap, running yaitu keruntuhan massa tanah atau batuan, dan flowing atau tanah mengalir (karena muka air tanah tingggi dan air cenderung membawa material tanah mengalir ke lubang galian terowongan). Secara garis besar ada dua metode yang applicable untuk tanah lunak yaitu metode gali timbun (cut and cover) dan metode shield tunneling.

B. Tunnel Boring Machine (TBM)

Sebuah Tunnel Boring Machine (TBM) adalah suatu system yang tidak dapat berdiri sendiri- sendiri. TBM yang lengkap bisa mencapai panjang 300 meter yang terdiri dari alat pemotong, alat penggali, system kemudi, gripping, pengebor, pengontrol, dan penyokong tanah, pemasang lining, alat pemindah material, system ventilasi serta sumber tenaga. Sedangkan pekerjaan rel, pembangkit tenaga dan saluran ventilasi dikerjakan pada bagian belakang TBM merupakan pekerjaan pendukung.

C. Konstruksi Lining

Beban yang dipikul oleh system penahan (supporting system) tergantung pada kondisi tanah saat pemasangannya. Jika tanah telah mencapai keseimbangan, maka lining tidak menahan beban yang berarti dan kondisi sebaliknya akan terjadi jika saat pemasangan kondisi tanah masih belum seimbang (labil).

Lining terowongan dapat sebagai suatu system pendukung yang bersifat temporer atau permanen. Kita dapat menentukan hal ini dengan melakukan perhitungan- perhitungan atau evaluasi terhadap apa yang dimungkinkan bisa terjadi selama waktu pelaksanaan dan selanjutnya melakukan penyelidikan untuk menentukan bagaimana hal tersebut bisa terjadi.

Persyarakan pokok untuk lining yang bersifat permanen adalah kekuatan, stabilitas, ketahanan, pengendalian rembesan dan deformasi sepanjang umur terowongan. Dua kriteria yang menentukan keberhasilan pelaksanaan terowongan pada tanah adalah kemampuan lining untuk menahan beban dan deformasi dan penurunan tanah permukaan akibat pengggalian.

D. Masalah pada Pelaksanaan Terowongan pada Tanah Lunak

Penurunan tanah dipermukaan adalah akibat deformasi yang disekitar galian dan tergantung cara pelaksanaan, kecepatan penggalian dan tegangan awal pada tanah (Peck, 1969).

Secara umum ada lima tahapan deformasi dalam penggunaan metode shield tunneling yaitu :

1. Penurunan awal

Yaitu penurunan yang terjadi akibat penurunan muka air tanah akibat proses dewatering selama pelaksanaan, biasa terjadi pada tanah pasir.

2. Deformasi tanah pada bagian muka galian.

Deformasi ini akan terjadi seketika karena ketidak seimbangan tegangan antara penyokong terowongan dengan tanah atau air tanah pada bagian muka terowongan.

3. Penurunan di atas posisi shield bekerja

Penurunan terjadi jika rongga galian besar dan akibat problem control alignment shield.

4. Penurunan setelah konstruksi rongga terbentuk, yaitu karena adanya ronggga antara dimensi galian tanah dan posisi lining (tail void).

5. Penurunan jangka panjang yang terjadi akibat peningkatan air pori sehubungan gerakan shield mendorong tanah.

Beberapa potensi masalah pada konstruksi terowongan diantaranya:

• Penurunan dipermukaan tanah akibat adanya galian terowongan.

• Masalah dewatering.

• Keruntuhan di muka terowongan waktu penggalian.

• Pergerakan dari struktur di bawah tanah.

• Bocoran pada lining.

Beberapa metode perbaikan tanah yang serig digunakan dalam pekerjaan terowongan antara lain : pengendalian air tanah dengan dewatering, penggunaan udara bertekanan (compressed air), dan grouting.

IV. TEROWONGAN PADA BATUAN

A. Pendahuluan

Geologi adalah factor terpenting dalam menentukan jenis, bentuk dan biaya terowongan, pelaksanaan terowongan akan menemui tingkat ketidak pastian yang tinggi jika data kondisi batuan atau tanah disekitar terowongan tidak lengkap.

Sebelum pelaksanaan terowongan, pada umumnya akan dilakukan penyelidikan geologi teknik menggunakan metode pemboran, insitu testing, adits maupun pilot tunnel. Adits untuk ekplorasi umumnya tidak dilakukan kecuali suatu bagian terowongan dianggap berbahaya. Pada pemboran inti, core sampel harus selalu disimpan untuk membantu jika ditemui masalah geoteknik saat pelaksanaan.

Pilot tunnel adalah cara terbaik untuk menyelidiki lokasi terowongan dan harus digunakan bila terowongan berukuran besar akan dilaksanakan pada jalur yang mempunyai kondisi geologi yang kritis. Degan membuat pilot tunnel maka berbagai masalah yang akan ditemui pada pelaksanaan penggalian pada skala yang lebih besar dapat diantisipasi sedini mungkin.

Syarat utama untuk konstruksi suatu terowongan adalah :

1) Dapat dilaksanakan dengan aman.

2) Pelaksanaan tidak mengakibatkan kerusakan yang tidak dikehendaki pada bangunan penting lainnya.

3) Konstruksi terowongan harus minim pemeliharaan.

4) Dalam jangka panjang harus dapat menahan segala gaya yang bekerja , terutama tekanan tanah dan aair tanah.

B. Kondisi Batuan

1) Terowongan pada Massa Batuan

Batuan kompeten adalah batuan intact yang keras sehingga tidak memerlukan supporting namun kekerasannya harus menjadi pertimbangan dalam pelaksanaannya. Sedangkan batuan tidak kompeten memiliki sifat diskontinu berupa adanya joint, fault, zona fracture, sesar/ kekar, bidang foliasi, dll. Batuan ini dapat bervariasi, mulai batuan lunak hingga keras tergantung jenis mineral dan derajat pelapukannya.

2) Klasifikasi Massa Batuan

Berbeda dengan tanah dimana sifat- sifat lapisan tanah dapat dicerminkan oleh sampel tanah yang diuji di laboratorium. Pada batuan sifat batuan intact yang diperoleh dari pemeriksaan laboratorium ini tidak bisa mencerminkan sifat masa batuan yang ada karena keberadaan joint. Maka umumnya kemudian digunakan klasifikasi geomekanikatau Rock Mass Rating yang menggunakan enam parameter yang diperoleh dari pengukuran dilapangan dan laboratorium meliputi:

• Kekuatan tekanan uniaksial dari batuan utuh (uniaxial compressive streght of intact rock material).

• Rock Quality Designation (RQD).

• Jarak Diskontinuitas.

• Kondisi Diskontinuitas.

• Keadaan air tanah.

• Arah dari Diskontinuitas.

C. Masalah pada Pelaksanaan Terowongan pada Batuan

Jalur Terowongan yang melewatri Zona Patahan atau sesar aktif dapat membahayakan apabila elevasi terowongan dibawah muka air. Arah sesar terhadap sumbu terowongan harus dipertimbangkan dengan seksama.

Untuk menentukan efek joint pada konstruksi terowongan, Bieniawski (1974) mengelompokan massa batuan menjadi lima kelompok untuk mengetahui metode yang cocok digunakan untuk pelaksanaan. Material batuan dengan banyak joint dapat digali dengan menggunakan ripper.

Bidang permukaan joint yang lebar sering dijumpai dalam pelaksanaan terowongan. Jika arahnya sejajar atau hampir sejajar dengan as terowongan maka dapat menimbulkan masalah besar dalam pelaksanaannya.

Jangka waktu dimana masa batuan masih dalam kondisi stabil tanpa perlu sokongan disebut dengan Stand-Up Time atau bridging capacity. Stand-up time ini tergantung dari lebar bukaan, kekuatan batuan dan pola diskotinuitas. Bila Stand-up time rendah berarti segera setelah dilakukan pembukaan/ penggalian harus segera dilakukan proteksi atau supporting terhadap massa batuan yang ada.

Penciutan pada lubang terowongan yang digali dapat terjadi sebagai akibat perubahan kondisi tegangan, munculnya tegangan geser sesar dan adanya lapisan lempung ekspansif.

Masalah serius yang terjadi pada saat penggalian terowongan adalah adanya aliran air yang bersifat tiba- tiba dalam jumlah besar. Kondisi air tanah adalah factor penyebab utamanya. Untuk terowongan yang berada dibawah sungai atau laut, maka bocoran harus sama sekali dihindarkan, karena jumlah air yang dapat memasuki lubang terowongan akan sulit terkontrol. Pada terowongan sipil yang biasanya dangkal maka temperature tidak terlalu berpengaruh pada pelaksanaannya namun demikian biasanya hal tersebut dapat diantisipasi sepenuhnya dengan membuat sebuah ventilating system yang baik, hal ini juga sangat berguna untuk mengantisipasi adanya gas- gas berbahaya yang timbul dari massa batuan yang ada.

Getaran gempa adalah factor penting yang harus diperhitungkan dalam perencanaan lining dan supporting system. Pengaruh gempa biasanya relative lebih kecil dibandingkan pada struktur yang terdapat diatas permukaan tanah.

D. Metode Pelaksanaan Terowongan pada Batuan

Metode galian secara manual dilakukan bila kondisi batuan relative lunak, proteksi dilakukan secara konvensional dengan memasang penyokong disekeliling terowongan.

Metode galian dengan peledakan diawali dengan pemboran untuk penempatan bahan peledak. Peledakan dapat dilakuakn secara full face atau secara bertahap sesuai kondisi batuan dan peralatan yang tersedia. Metode blasting ini disamping cepat namun berdampak negatif karena dapat merusak struktur batuan disekelilingnya, sehingga perlu dilakukan sokongan yang lebih baik. Jenis- jenis supporting system yang bisa digunakan adalah dengan pemasangan steel rib, rock bolt, shotcrete dan wire mesh. Penyokong ini harus terpasang sebelum lining yang permanen dilaksanakan.

Metode terkini dalam penggalian terowongan pada kondisi batuan adalah dengan menggunakan Tunnel Boring Machine (TBM), namun sistim ini menjadi terlalu mahal untuk sebuah terowongan yang pendek.

V. TEKNOLOGI TUNNEL BORING MACHINE (TBM)

Pemilihan metode tunneling dipengaruhi oleh beberapa factor, diantaranya termasuk:

1. Kondisi Tanah, ini merupakan factor utama yang tidak hanya mempengaruhi metode yang dipilih tetapi juga menjadi pembatas utama bagi metode-metode tertentu.

(a) Tanah Lunak: clay, gravel, sand, weathered rock

(b) Batu: batu dengan rentang kekuatan dari yang relative lunak seperti batuan sediment dengan UCS (unconfined compression strength) 10-40 MPa sampai dengan batuan igneous kuat dengan UCS 150-300 MPa.

(c) Mixed face: tunneling pada lapisan bedrock sering menghadapi bagian atas tunnel face berupa tanah atau heavily weathered rock sementara bagian bawah berupa batu.

2. Ukuran Tunnel, microtunnel dengan diameter kurang dari 0,9 m sampai dengan full face TBM (tunnel boring machine) dengan diameter sampai atau lebih dari 12 m semuanya membutuhkan perhatian dan penyelidikan yang komprehensif terhadap kondisi tanah. Meningkatnya diameter tunnel menyebabkan perubahan yang signifikan terhadap problem-probem khusus dalam tunneling.

3. Aspek Lingkungan, pengoperaisan peledakan maupun drill mungkin tidak dapat dilakukan didaerah perkotaan, perubahan muka air tanah dan perubahan pola drainase akibat aktivitas pekerjaan tunneling dapat mempengaruhi permukaan tanah.

4. Variabel Lokal, ketersediaan tenaga kerja yang menguasai tunneling, lokasi phisik lapangan, kondisi infrastruktur setempat adalah factor-faktor yang juga turut mempangaruhi pemelihan metode

Pada tulisan ini hanya akan dibahas metode tunneling yang menggunakan alat Tunnel Boring Machine (TBM) yang disesuaikan dengan kondisi tanah.

A. TBM untuk Tanah Lunak

1. Open Shield

Struktur dasar dari open shield terdiri dari tiga bagian yaitu, shield body, shield tail, dan cutting edge. Bentuk shield dibuat sama dengan dengan bentuk potongan tunnel, meskipun dimensinya agak sedikit lebih besar dari yang terakhir. Bentuk paling umum tunnel yang dibuat dengan TBM adalah sirkular, sehingga menyebabkan adanya tendensi rolling ketika maju.

Shield body. Bagian ini berupa shell baja yang diperkuat dengan rib dan bracing. Di bagian ini ditempatkan beberapa peralatan seperti hydraulic rams dan peralatan pompa hidrolik untuk mendorong shield maju ke depan. Panjang tipikal dari shield body ini sekitar 2 m, tergantung dari ukuran diameter galian.

Shield tail. Bagian ini terletak di belakang shield body, dan berfungsi sebagai penyedia ruangan untuk lining segments (precast lining) yang akan dipasang selama proses pemasangan lining berlangsung. Lebar tail umumnya sekitar satu setengah kali lebar unit lining. Biasanya antara lining dan tail terdapat celah sebesar 25 mm untuk melakukan koreksi alinemen.

Cutting edge. Shield bagian ini merupakan ujung terdepan yang membutuhkan perkuatan dengan plat baja. Seringkali bagian ini juga dilapis dengan material abrasion-resistant ketika menghadapi tanah keras.

Compressed-air sering digunakan ketika tunneling dilakukan di bawah muka air tanah di tanah pasir, disamping cara lain seperti menurunkan muka air tanah, grouting, dan freezing. Kebutuhan seperti ini menyebabkan dibuatnya alat TBM yang mampu melakukan tunneling untuk tanah non-cohesive baik di atas maupun di bawah m.a.t tanpa membutuhkan compressed air, yaitu dengan menggunakan bentonite shield.

2. Slurry Shield

Prinsip dasar dari metode operasi slurry shield adalah dengan meng-injeksikan slurry mixture bertekanan kedalam ruang yang menutupi working face. Akibatnya, tanah yang berada di depan tunnel face terpenetrasi dengan slurry dan menjadi cukup padat (efek filter cake) sehingga dapat dipotong oleh cutter head. Potongan material akan terkumpul di bagian bawah yang kemudian dipompa keluar. Bentonite akan dimasukkan kembali ke bagian face setelah dipisahkan dari partikel-partikel tanah.

3. Earth Pressure Balance (EPB) Shield

Shield bentuk ini digunakan pada tanah lunak di bawah m.a.t tanpa menggunakan slurry. Sebuah cutter head yang berputar dan dilengkapi dengan drag pick membentuk bagian depan dari shield machine tipe ini. Material yang telah digali akan terkumpul dalam ruang khusus di belakang cutter head dan membentuk sebuah plug yang memberikan daya dukung ke bagian face dan mengontrol pengaruh air tanah terhadap stabilitas tunnel face.

Debris yang terkompresi dikeluarkan menggunakan screw conveyor dan dimasukkan ke dalam system pembuangan. Dengan pengoperasian yang tidak membutuhkan slurry maupun air, maka pembuangan debris dapat dilakukan dengan mudah dan relative bersih.

B. TBM untuk Hard Rock

Prinsip dasar operasi penggalian dengan TBM adalah penggunaan cutting head yang dilengkapi dengan cutters yang sesuai di bagian tunnel face. Cutting head diputar dengan kecepatan konstan dan dorongan ke tunnel face yang dilakukan oleh system pendorong hidrolik yang dijangkarkan ke sisi-sisi tunnel dengan hydraulic rams.

C. Cutters

Bagian terpenting yang berfungsi untuk memotong tanah atau batu yang ditempatkan pada bagian cutting head adalah cutters. Berbagai tipe cutters digunakan dan dipilih sesuai dengan kondisi tanah setempat. Beberapa macam cutters beserta fungsinya, yaitu:

1. Drag cutters (picks)

Digunakan untuk tunneling di tanah lunak, tersedia dalam berbagai ukuran dan bentuk. Cara kerjanya adalah dengan memotong dalam gumpalan besar tanah sehingga memungkinkan penggalian tanah lunak dan plastis dilakukan secara efisien. Untuk penggalian batu drag cutter akan mudah aus bahkan rusak jika menghadapi batuan massif.

2. Disc cutter

Disc cutter digunakan untuk memecahkan batu dengan cara rolling dan menekan disc yang dipasang pada cutter head ke permukaan tunnel. Cutters tersebut dipasang pada heavy capacity bearing. Konfigurasi disc ini dapat berbentuk single, double, triple, atau multi disc. Prinsip kerjanya adalah dengan membentuk groove pada batuan disamping juga memberikan gaya geser untuk mematahkan puncak groove yang tersisa. Batuan dengan nilai UCS sampai dengan 175 MPa dapat dipotong dengan disc tipe ini. Batu dengan high abrasive akan menimbulkan kesulitan jika menggunakan disc tipe ini, sehingga aplikasinya terbatas pada batu dengan UCS yang lebih rendah. Pemasangan tungsten carbide disekeliling disc dapat meningkatkat aplikasinya pada batuan yang lebih keras.

3. Roller cutter

Ada dua tipe roller cutter: milled-tooth dan tungsten carbide insert. Milled-tooth menyebabkan pecahnya batuan akibat penetrasi lokal, hasilnya berupa serpihan batuan disekitar cutter dengan keruntuhan kombinasi gaya geser dan tarik. Tungsten carbide insert digunakan khusus jika karakter abrasive batuan diluar kemampuan milled-tooth cutter. Galian batu dengan tungsten carbide insert roller cutter menyebabkan disintegrasi batuan dengan cara grinding dan pulverizing. Meskipun kecepatan penetrasinya relative lambat karena diproduksinya butiran halus dalam jumlah besar, dan harga cutters yang sangat mahal, cutter jenis ini mungkin merupakan tipe yang paling mungkin berhasil jika menghadapi batuan paling kuat yang mungkin ditemui saat penggunaan tunneling machine.

G. Konfigurasi Cutting Head

Pada kondisi tanah lunak, umumnya drag cutters digunakan pada seluruh permukaan cutting head face, tetapi pada kondisi batu berbagai kombinasi tipe cutter dan layout digunakan. Konfigurasi cutting head TBM terdiri dari tiga zone yang berbeda, yaitu bagian centre, face, dan outside edge.

Centre cutters. Bagian pusat membutuhkan serangkaian cutter untuk menghasilkan galian dengan cepat dan efektif pada kondisi kecepatan pemotongan yang relative rendah. Beberapa desian cutting head menggunakan cutters yang disusun dalam bentuk tricone untuk memecah batuan. Jika hanya menggantungkan galian batuan dengan cara grinding dan pulverizing pada posisi kunci ini, maka akan menyebabkan lambatnya pergerakan maju dari tunneling.

Face cutters. Main face area umumnya digali dengan disc atau roller, tegantung kekerasan batuan. Dalam beberapa situasi seperti pada batuan yang lebih lunak juga digunakan drag cutter.

Gauge cutter. Bagian ini terletak di ujung luar dari cutting head, dan bertujuan untuk membuat bukaan sesuai dengan ukuran yang dibutuhkan. Gauge cutter umumnya dari tipe disc atau roller yang ditingkatkan kekuatannya agar mampu menahan aus lebih lama.