Pendahuluan: Tantangan Konstruksi Terowongan di Area Urban
Konstruksi terowongan di wilayah urban seringkali menimbulkan deformasi tanah dan bangunan permukaan. Dalam banyak proyek besar seperti Jubilee Line Extension di London, dampak terhadap bangunan menjadi perhatian besar. Artikel ini, berdasarkan studi oleh Franzius, Potts, dan Burland (2006), mengkaji secara mendalam bagaimana kekakuan bangunan, berat, geometri, dan karakteristik kontak tanah-struktur memengaruhi prediksi kerusakan struktural akibat galian terowongan.
Latar Belakang: Kekakuan Relatif sebagai Pendekatan Desain
Pendekatan umum sebelumnya mengasumsikan bangunan sangat fleksibel dan mengikuti deformasi tanah (greenfield). Namun, pendekatan ini terlalu konservatif dan mahal. Sebagai solusi, Potts dan Addenbrooke (1997) memperkenalkan pendekatan kekakuan relatif (relative stiffness), yang mempertimbangkan:
- Kekakuan lentur dan aksial bangunan (EI dan EA)
- Stiffness tanah (Es) di sekitar kedalaman terowongan
- Lebar bangunan (B) dan kedalaman terowongan (z₀)
Metodologi dan Model Analisis
Simulasi Elemen Hingga (FE) 2D dan 3D
- 2D: bangunan dimodelkan sebagai balok elastis, dengan volume loss 1.5%
- 3D: bangunan sebagai struktur elastis berdimensi penuh (lebar B dan panjang L)
- Simulasi dilakukan dengan ICFEP (Imperial College Finite Element Program)
Variabel Bangunan yang Disimulasikan
- Jumlah lantai: 1, 3, 5, dan 10
- Lebar bangunan: 16 m, 32 m, 60 m, 100 m, 120 m
- Panjang bangunan (L): 1 m – 30 m
- Beban bangunan: 10–100 kPa
- Antarmuka: kasar vs halus (friksi rendah)
Temuan Utama dan Studi Kasus
1. Pengaruh Lebar dan Kekakuan Bangunan
- Bangunan lebih kaku memiliki deformasi lebih kecil
- Untuk lebar bangunan 120 m, peningkatan kekakuan menghasilkan penurunan rasio defleksi (MDR) yang signifikan
- Modifikasi rumus kekakuan relatif dengan memasukkan z₀ dan L menghasilkan konsistensi dimensi antara 2D dan 3D
2. Kedalaman Terowongan
- Terowongan lebih dalam (34 m) → deformasi bangunan lebih kecil
- Terowongan dangkal (15 m) → modifikasi deformasi paling besar
- Indikasi bahwa z₀ perlu ditonjolkan lebih eksplisit dalam rumus desain
3. Panjang Bangunan (L) dan Respons 3D
- Panjang bangunan sangat mempengaruhi horizontal strain
- Makin pendek bangunan (L = 1 m), makin besar modifikasi horizontal strain (Mεh)
- L = 1 m menghasilkan hasil ekstrem yang tidak realistis dalam konteks bangunan nyata
4. Beban Bangunan
- Beban meningkatkan deformasi baik vertikal (MDR) maupun horizontal
- Namun, pada kombinasi beban dan kekakuan realistis (10 kPa per lantai), dampak beban relatif kecil
5. Antarmuka Tanah–Struktur
- Kontak halus (friksi rendah) → strain horizontal hampir hilang
- Efek terhadap defleksi (MDR) lebih kecil, tetapi signifikan untuk strain
Pengembangan Kurva Desain Baru
Penelitian ini menyempurnakan kurva desain dari Potts dan Addenbrooke dengan:
- Menggunakan kekakuan relatif modifikasi (rmod dan Æmod) yang bersifat tanpa dimensi (dimensionless)
- Kurva batas atas baru untuk MDR dan Mεh agar lebih representatif untuk beragam geometri dan kondisi nyata
Aplikasi Praktis dan Relevansi
- Digunakan dalam proyek besar seperti Crossrail London
- Metode ini membantu klasifikasi risiko kerusakan bangunan berdasarkan kategori deformasi:
- Kategori 0–2: kerusakan estetika
- Kategori 3–5: gangguan fungsi dan kestabilan struktural
- Menghemat waktu dalam tahap awal dengan estimasi strain berdasarkan geometri dan lokasi
- Rekomendasi: hanya bangunan dalam area risiko tinggi yang dianalisis secara rinci
Kritik dan Nilai Tambah
Kelebihan:
- Pendekatan sangat kuantitatif dan realistis
- Validasi dengan data lapangan dan Jubilee Line Extension
- Memungkinkan integrasi cepat dalam sistem pemodelan risiko urban
Kekurangan:
- Model terlalu spesifik untuk London Clay dan kondisi Inggris
- Belum mengkaji struktur non-konvensional atau tanah granular
Saran:
- Studi lanjut pada jenis tanah lain seperti pasir lempung atau batuan lunak
- Perluas ke struktur historis atau bertulang ringan
Kesimpulan
Studi ini mendobrak pendekatan konservatif lama yang mengabaikan kekakuan bangunan dalam desain terowongan. Dengan mempertimbangkan dimensi bangunan, berat, panjang, dan antarmuka, kita bisa memprediksi dampak deformasi akibat galian secara presisi, menghindari overdesign, dan tetap menjaga keamanan struktural.
Pendekatan relative stiffness modifikasi yang ditawarkan menjembatani kebutuhan akan akurasi teknik dan efisiensi desain dalam proyek urban skala besar.
Sumber : Franzius, J. N., Potts, D. M., & Burland, J. B. (2006). The response of surface structures to tunnel construction. ICE Proceedings Geotechnical Engineering, 159(1), 3–17.