Mengatasi Tantangan Terowongan di Batuan Rapuh: Studi Spalling dan Mitigasi Kerusakan

Halo, Sobat APT!

Pernah berpikir gimana sih caranya bikin terowongan yang aman di batuan rapuh? Nah, ternyata ini adalah tantangan besar dalam dunia mekanika batuan. Mari kita bahas kenapa peramalan dan mitigasi kerusakan pada terowongan jadi hal yang penting banget, terutama di batuan rapuh!

Kenapa Batuan Rapuh Jadi Masalah?

Saat kita menggali terowongan di batuan rapuh, ada banyak hal yang bisa terjadi. Penggalian ini bikin tegangan di sekitar terowongan terganggu, dan akibatnya, batuan bisa retak dan rusak. Batuan rapuh cenderung mengalami retakan setelah mencapai kekuatan puncaknya, dan ini bikin kegagalan jadi susah dikendalikan—bahkan bisa bahaya banget!

Zona Kerusakan: Apa Saja Sih?

Untuk memahami dampak kerusakan, kita bagi zona kerusakan di sekitar terowongan jadi beberapa area:

1. Construction Damage Zone (CDZ): Ini area kerusakan yang disebabkan oleh metode konstruksi itu sendiri.
2. Heavy Damage Zone (HDZ): Di sini, retakan udah parah banget, sering bikin masalah serius.
3. Excavation Damage Zone (EDZ): Terjadi akibat deformasi plastis yang diakibatkan penggalian.
4. Excavation Influence Zone (EIZ): Biasanya bisa pulih kembali karena deformasi elastis.

Fenomena Spalling: Bahaya di Terowongan!

Salah satu fenomena yang sering terjadi adalah spalling, yaitu pecahnya batu di sekitar terowongan karena tegangan tinggi. Ini bahaya banget karena bisa memicu ledakan batu dan mengancam stabilitas terowongan. Uji laboratorium menunjukkan bahwa memahami spalling ini penting banget untuk merancang terowongan yang aman.

Penelitian Terkini: Miniatur TBM dan Batuan Sintetis

Nah, penelitian terbaru mencoba untuk menguji kegagalan spalling pada terowongan yang digali di batu sintetis rapuh menggunakan miniatur Tunnel Boring Machine (TBM). Eksperimen ini diharapkan bisa memberikan desain terowongan yang lebih aman dan efisien di masa depan.

Hasil dan Diskusi: Memahami Sifat Batu Pasir Sintetis dan Perilaku Terowongan

Sifat Batu Pasir Sintetis

Jadi, untuk ngepoin sifat batu pasir sintetis yang kita pakai, kita udah ngebut berbagai uji, kayak:

• Uji Kompresi Tak Terikat (UCT): Dilakuin ke enam sampel.
• Uji Tegangan Brasil: Empat sampel dapet giliran.
• Uji Kompresi Uniaxial Pemuatan-Pembebasan Siklik Tunggal (SCLUC): Tiga sampel diujicoba.
• Uji Triaxial: Enam sampel diuji dengan berbagai tekanan.

Dari sini, kita dapet info tentang kekuatan kompresi uniaxial (UCS), kekuatan tarik tidak langsung (BTS), modulus Young tangensial (E50), dan berbagai sifat fisik lainnya kayak berat satuan kering dan jenuh, serta porositas.

Hasil Uji dan Analisis

• Kurva Tegangan-Regangan: Dari uji UCT dan SCLUC, kurvanya nunjukin perilaku rapuh, dengan kekuatan geser puncak yang jelas, lalu pelunakan regangan yang signifikan. (Cek Gambar 6a dan b)
• Envelope Kegagalan: Uji triaxial ngasih kita envelope kegagalan Mohr-Coulomb (MC) dan Hoek-Brown (HB) buat batu pasir sintetis. Envelope MC ngasih kohesi tak terkuras c = 1,06 MPa dan sudut gesekan internal ϕ = 21,4°, sedangkan envelope HB nunjukin parameter m = 4,33, s = 1, dan a = 0,5. (Lihat Gambar 6c)

 
Gambar 6: Grafik dari Uji Tegangan-Regangan dan Envelope Kegagalan

Kita punya beberapa grafik menarik di sini yang nunjukin hasil uji:

• (a) Plot Tegangan-Regangan Aksial: Ini grafik dari uji UCT yang menunjukkan kurva tegangan-regangan aksial. Ada bar kesalahan (titik vertikal) buat nampilin variabilitas dari hasil yang berbeda-beda.
• (b) Plot Tegangan-Regangan Aksial untuk Uji SCLUC: Nunjukin kurva tegangan-regangan dari uji SCLUC yang dipake buat evaluasi kriteria rockburst. Garis putus-putus merah di sini adalah ekstrapolasi kurva pemuatan-pembebasan.
• (c) Lingkaran Mohr: Menunjukkan envelope kegagalan Mohr-Coulomb dan Hoek-Brown untuk uji kompresi tak terikat dan triaxial. Kecocokan terbaik dari kedua envelope kegagalan ini digambarin di sini.

Fraktur dan Pecah: Foto sampel dari uji UCT dan SCLUC nunjukin fraktur vertikal/sub-vertikal yang ekstensional, berkembang sepenuhnya setelah kekuatan geser puncak tercapai. Ini nunjukin kalau bahan sintetis ini bener-bener rapuh.

 
Gambar 7: Foto Keren dari Sampel Uji Setelah Dites

Di sini kita punya foto-foto kece dari sampel uji setelah pemuatan. Gambar ini nunjukin fraktur yang dominan aksial dan vertikal/sub-vertikal, yang diambil setelah batu pasir sintetis ditunggu selama 28 hari.

• (a) Uji Kompresi Tak Terikat (UCT): Nampakin fraktur yang muncul setelah pemuatan, jelas terlihat di foto ini.
• (b) Uji SCLUC: Sama kayak yang di (a), fraktur-nya juga terlihat dengan jelas di sini.

Kita udah ngelakuin berbagai uji untuk ngecek sifat batu pasir sintetis, mulai dari uji kompresi tak terikat (UCT) sampai uji triaxial. Hasilnya, batu ini ternyata rapuh banget dengan kekuatan kompresi uniaxial yang tinggi dan kekuatan tarik yang terukur. Modulus Young tangensialnya juga mendekati kekuatan maksimum, sementara rasio Poisson-nya 0,21, yang berarti batu ini gampang berubah ukuran saat kena tekanan.

Kurva tegangan-regangan dari uji UCT dan SCLUC nunjukin kalau batu ini gampang pecah, dengan kekuatan geser yang turun tajam setelah mencapai batas maksimum. Uji triaxial ngasih kita envelope kegagalan Mohr-Coulomb dan Hoek-Brown yang konsisten, masing-masing dengan kohesi 1,06 MPa dan parameter m = 4,33, s = 1, serta a = 0,5.

Foto pengamatan fraktur menunjukkan pecahan vertikal/sub-vertikal, menegaskan kalau batu ini bener-bener rapuh. Evaluasi kerapuhan berdasarkan empat kriteria empiris juga nunjukin potensi ledakan yang signifikan dan kerapuhan tinggi

 
Gambar 8. Perhitungan kriteria ledakan sandstone sintetis menggunakan metode analisis kurva stres-kerut: (a) indeks kerapuhan modifikasi BIMBIMBIM, (b) koefisien energi ledakan RRR, dan (c) indeks penyimpanan energi regangan FFF

Tabel 3 menyajikan ringkasan evaluasi terhadap batu pasir sintetis yang dikembangkan berdasarkan empat kriteria yang terutama mendukung karakteristik getas dan ledakannya. Batu pasir sintetis menunjukkan potensi ledakan yang sedang hingga kuat berdasarkan kriteria indeks kerapuhan kekuatan, indeks kerapuhan yang dimodifikasi, koefisien energi ledakan, dan indeks penyimpanan energi regangan

Nah kesimpulannya, batu pasir sintetis ini bener-bener rapuh, guys! Hasil uji UCT dan SCLUC nunjukkin kurva tegangan-regangan yang memperlihatkan penurunan kekuatan geser setelah puncak, jadi jelas banget kalau batu ini gampang pecah. Envelope kegagalan dari uji triaxial ngasih tau kita tentang kohesi dan sudut gesekan yang spesifik. Foto fraktur juga nunjukkin pecahan vertikal/sub-vertikal yang makin konfirmasi sifat rapuhnya. Evaluasi berdasarkan kriteria empiris mengungkapkan kalau batu ini punya potensi ledakan dari sedang hingga kuat, dengan kerapuhan yang signifikan.

Nah selanjutnya ada apa lagi nih? Next akan ada pembahasan selanjutnya loh! Ditunggu ya!