Terowongan Bawah Tanah, Tunnel ITB

TUNNEL ITB

Gambar 1 Tunnel ITB

Terowongan bawah tanah atau biasa disebut tunnel sudah berdiri sejak lama tepatnya tahun 1997 bersamaan dengan pembangunan SARAGA dan SABUGA. dibangunnya tunnel ini bertujuan untuk memudahkan mahasiswa dalam mengakses fasilitas olahraga. seperti ditunjukan pada gambar 2 menjadi jalur alternatif yang aman dan cepat dibandingkan melalui jalan raya. 

Gambar 2 Lokasi Tunnel ITB

yang menjadi pertanyaan adalah bagaimana bangunan ini bisa tetap kokoh dengan usia yang sudah 2 dasawarsa ini. komponen apa yang berperan penting dalam hal ini untuk menunjang terowongan ini bertahan dari live load lalu lintas aktif diatasnya.

Bersamaan dengan pertanyaan tersebut saya segera melakukan observasi di lapangan terkait kondisi tunnel, diketahui bahwa selain kontruksi pondasi terowongan namun juga material yang digunakan sangat berperan penting dalam menjaga kekuatan terowongan.

Berdasarkan pengamatan secara langsung diidentifikasi bahwa material utama yang diperlukan untuk membangun terowongan bawah tanah ini adalah beton dan baja tulangan. Beton dan baja merupakan komponen penting dalam hal ini untuk menunjang keberlangsungan bangunan ini tetap kokoh, berdasarkan intuisi saya diperkirakan komposisi beton sekitar 80 % dan 20% merupakan baja tulangan, mengapa demikian oleh karena komposisi dari masing-masing material akan membentuk material komposit yang saling menutupi kekurangan satu sama lain. Kita tau sifat mekanik beton yaitu kuat terhadap gaya tekan tetapi lemah terhadap gaya tarik. Olehkarena itu, beton dapat mengalami retak jika beban yang dipikulnya menimbulkan tegangan tarik yang melebihi kuat tariknya.

Untuk menahan gaya tarik yang cukup besar pada serat-serat balok bagian tepi bawah, maka perlu diberi baja tulangan sehingga disebut dengan “beton bertulang”. Pada balok beton bertulang ini, tulangan ditanam sedemikian rupa, sehingga gaya tarik yang dibutuhkan untuk menahan momen pada penampang retak dapat ditahan oleh baja tulangan. Lalu bagaimana sebanarnya pembuatan kedua material tersebut, mari kita ulas satu per satu.

BETON

Beton???

·         Beton merupakan campuran udara, semen, air, pasir dan agregat dengan kandungan tertentu.

·         Bahan lain bisa ditambahkan ke campuran beton untuk meningkatkan workability, durability, dan proses pengerasan.

·         Beton bisa retak akibat tegangan tarik, susut tertahan, dan perubahan temperatur.

·         Beton bertulang merupakan beton dengan tulangan baja di dalamnya untuk menambah kekuatan tarik.

Workability (Kemudahan untuk membentuk beton)

Bergantung pada:

1.       Jumlah air

2.       Jumlah semen

3.       Gradasi campuran pasir dan kerikil

4.       Pemakaian butiran bulat

5.       Pemakaian butiran maksimum

6.       Cara pemadatan

7.       Kadar udara

Durability (Ketahanan terhadap korosi)

1.       Ditentukan oleh kekuatan (w/c ratio)

2.       Susut beton tersebut yang dibagi menjadi dua yaitu susut plastis dan susut pengeringan.

3.       Rangkak

Beton Bertulang

Kelebihan:

·         Kekuatan tekan tinggi

·         Tahan api dan air

·         Sangat kaku

·         Pemeliharaan mudah

·         Umur bangunan panjang

·         Mudah produksi

·         Ekonomis

·         Elemen mudah didapat

·         Pembuatan mudah

Kekurangan:

·         Kekuatan tarik termasuk rendah

·         Perlu cetakan atau bekisting

·         Struktur berat

·         Dimensi besar

·         Berubah sejalannya waktu

·         Karakter beton bervariasi

Kriteria agar Beton BAIK

Saat basah:

·         Konsistensi campuran

·         Adukan harus kohesif sehingga terbentuk beton homogen.

Sudah mengeras:

·         Kekuatan tekan beton.

·         Durabilitas beton.

SIFAT MEKANIK BETON

1.       Kekuatan tekan

2.       Modulus elastis

3.       Kekuatan tarik

4.       Susut

5.       Rangkak

Kekuatan Tekan (fc)

·         Selalu dijadikan acuan dalam satu campuran.

·         Kekuatan tinggi belom tentu memiliki karakteristik yang baik pada komponen yang lain.

·         Kekuatan beton menentukan keseluruhan kualitas beton.

·         Kekuatan tekan merupakan elemen kinerja utama dalam perencanaan struktur.

·         Dipengaruhi oleh

o   w/c ratio

o   tipe semen

o   admixtures

o   agregat

o   kelembapan selama curing

o   temperatur salama curing

o   umur beton

o   kecepatan pembebanan

Pemadatan Beton:

1.       Pemadatan beton efektif membuat beton kuat.

2.       Pemadatan berlebihan menyababkan segregasi.

3.       Lebih efektif dengan mesin.

Hubungan kuat beton dengan w/c ratio

·         Semakin rendah w/c ratio makin kuat beton

·         Tetapi tidak selalu benar karena pada w/c ratio rendah ditentukan dari pemadatan.

·         Jenis Semen

a.       Normal

b.      Panas sedang

c.       Cepat mengeras

d.      Panas rendah

e.      Sulfat

Umur Beton

·         Setelah 28 hari kekuatan beton meningkat

·         Jika dibawah 10 hari beton tak kuat maka beton akan rusak.

Temperatur saat curing

Temperatur rendah awalnya lebih lemah namun di akhir jauh lebih kuat.

Faktor lain

Menurut Walter dan Bloom (1960)

·         Mortar semen

·         Lekatan antara mortar dan agregat

·         Ukuran agregat

Modulus elastis

·         Modulus awal

·         Modulus tangen

·         Modulus secan

Modulus elastisitas meningkat maka kekakuan beton bertambah.

Modulus estisitas rendah, beton dapat mengalami ducktile.

Modulus elastisitas berkisar antara 20000-30000 Mpa

Susut

·         Perubahan volume yang tidak berhubungan dengan beban.

·         Diakibatkan oleh air yang menguap.

Rangkak:

·         Deformasi akibat pembebanan.

Kekuatan tarik:

·         Hanya 9-15% dari kekuatan tekan

·         Diuji dengan tensile test.

Semen Portland

·         Semen hidrolik, yaitu semen yang mengeras dicampur dengan air.

·         Merupakan campuran dari kapur, silika, oksida besi, dan alumunium.

Tahap pembuatan semen:

1.       Penyiapan bahan

2.       Pengolahan bahan

3.       Pembakaran dan penggilingan

4.       Penggilingan akhir

5.       Pengemasan

Bahan baku semen:

Kapur dan tanah liat.

BAJA

Bagian 1

Rangkaian Proses Pembuatan Baja

Sejarah Singkat

• 6000 tahun lalu masyarakat menemukan biji besi yang ditemukan dalam meteorit.
• 1400 SM tungku besi ditemukan.
• Pabrik kecil crude steel pertama ditemukan di Africa dan India pada 300 SM.
• 1855, Henry Bessemer mematenkan teknik untuk menghilangkan karbon pada metal.
• Baja modern masih menggunakan proses Bessemer.

Besi

Bijih besi pada umumnya adalah besi oksida.

Contohnya:

• Hematit
• Magnetit
• Limonit

Bijih Besi

Hematit adalah besi oksida dengan kadar besinya paling tinggi dan kadar kotorannya rendah.

Pada tahap selanjutnya hematit akan dimasukkan ke dalam blast furnance, yaitu tungku besar untuk melebur bijih besi.

Prinsip REDUKSI untuk mengubah Besi Oksida menjadi Besi.

Proses Pembuatan Baja

Dewasa ini sekitar 80% baja dihasilkan melalui blast furnance dan sisanya melalui direct reduction.

Jalur Reduksi Langsung (Direct Reduction)

• Menggunakan reduktor dari gas alam.
• Proses pada PT Krakatau Steel.
• Bahan Baku:
• Pelet bijih besi
• Gas alam
• Gas alam akan dipanaskan dan direaksikan dengan air bersama katalis Ni, akan berubah menjadi gas H2 dan CO.
• Gas reduktor akan mengikat oksigen dari bijih besi.
• Dengan demikian pelet bijih besi berubah menjadi besi spons.
• Besi spons memiliki kadar karbon yang tinggi dan unsur pengotor.
• Selanjutnya besi spons bersama bahan lain dimasukkan ke E.A.F (Electric Arc Furnance) menjadi baja cair.
• Baja cair dituang dengan proses pengecoran kontinu menjadi billet dan slab.

Jalur Blast Furnance

• Produktivitas sangat tinggi.
• Bijih besi dicampur kokas dan dipanaskan daam klinker bernama sinter.
• Kokas diperoleh dari batubara yang dipanaskan dalam coke.
• Bijih besi, batu kapur, kokas, dan udara panas dipada dalam blast furnance.

Proses

• Hematit dimasukkan ke dalam blast furnance disertai kokas, natu kapur, dan udara panas.
• Udara panas dialirkan dari dasar tungku.
• Kokas terbakar dan membentuk CO.
• Reduksi pun terjadi.
• Didapatkanlah besi, nemun masih mengandung karbon yang tinggi.
• Batu kapur digunakan untuk mengikat kotoran pada besi.
• Bijih besi yang masuk ke dalam blast furnance harus digumpalkan terlebih dahulu agar udara panas mudah melewati bijih besi.

Hal penting.

• Bahan baku:
• Bijih besi
• Kokas
• Batu kapur
• Udara
• Kokas memiliki 2 fungsi:
• Menghasilkan panas
• Reduktor
• Batu kapur untuk mengikat kotoran.
• Hasil blast furnance, besi kasar cair.
• Besi kasar akan dimasukkan kedalam BOF (Basic Oxygen Furnance) atau BOS (Basic Oxygen Steelmaking).

Konversi Besi Ke Baja 

BOF / BOS

• Ke dalam BOF dimasukkan:
• Besi kasar cair
• Baja bekas
• Oksigen
• Batu kapur
• Unsur paduan
• Penambahan oksigen untuk mengurangi kadar karbon.
• Batu kapur mengikat kotoran.
• Sesudah komposisi kimia tepat, baja cair dipindahkan ke ladle.

EAF

• EAF hanya memakai cold scrap metal.
• Proses untuk baja mutu tinggi.

Secondary Steel Making

• Ekstra treatment untuk mutu baja yang diinginkan.
• Dengan tambahan beberapa bahan.
• Mengurangi kadar hidrogen dan sulfur.

Casting

• Penuangan baja cair. Dapat dilakukan dengan dua cara:
• Dalam bentuk balok baja
• Menjadi slab atau billet dengan cor kontinu.

Bagian 2

Proses Pembuatan Produk Setengah Jadi

Proses pembuatan produk setengah jadi:

• Hot rolling
• Cold rolling
• Hot forging
• Hot tube fiercing
• Welded pipe

Hot Rolling

• Ingot, billet, dan slab dirol panas menjadi:
• flat product: pelat
• long product: baja profil, besi beton, dan batang kawat.
• Ingot, slab atau billet dipanaskan di tungku pemanas.
• Hot rolling dilakukan bertahap.

Cold Rolling

• Pelat diubah menjadi baja lembaran.
• Dilanjutkan dengan proses pemanasan dan diakhiri dengan temper rolling.

Hot Forging

• Untuk membuat komponen berukuran besar.

Produk Tubular/Hollow

Hot Tube Piercing

• Tahap awal pembuatan pipa seamless dilakukan dengan hot tube piercing.
• Salah satu variannya adalah proses mannesmann.
• Pengecilan diameter pipa berdinding tebal dilakukan dengan hot tube rolling. Tebal dinding juga akan berkurang.
• Untuk membuat pipa lebih kecil lagi, dipakau cold tube drawing.

Welded Pipe

• Welded pipe dapat dibuat dengan 2 cara:
• Longitudinal welded pipe.
• Spiral welded pipe.
• Longitudinal welded pipe:
• Bahan baku: Pelat baja hasil hot rolling
• Dengan roll forming bertahap
• Pipa dengan diameter lebih besar dari 26" dapat dibuat dengan proses U-O, dilanjutkan dengan pengelasan.
• Spiral welded pipe
• Bahan baku hot rolling dapat dibentuk melalui alur spiral.
• Ukuran bergantung pada cetakan dan sudut pemasukan pelat.
• Pengelasan dilakukan dengan SAW atau las busur terendam.

Fabricated Products

• Plate grider
• Cellular beams

Bagian 3

Klasifikasi dan Standard

Jenis baja

Baja Karbon

• Low carbon steel
• Medium carbon steel
• High carbon steel

Baja Paduan

• Low alloy steel
• High alloy steel

Standard yang digunakan

• AISI: american iron and steel institute
• SAE: society of automotive engineers
• ASME: american society of mechanical engineers
• ASTM
• DIN: deutsche industrie normen
• JIS: japanese industrial standard