## ANALISA DINAMIK PENGARUH PELEDAKAN TERHADAP KESTABILAN TEROWONGAN NANJUNG

## Dynamic Analysis of Blasting Effect on Nanjung Tunnel Stability
Alio  Jasipto 1* ,  Nuhindro  Priagung  Widodo 2 ,  Ganda  Marihot  Simangunsong 3 ,  Simon  Heru Prassetyo 4 , Made Astawa Rai 5 , Dhika Noor Pradhana 6 , Dimas Agung Saputra 7
1,2,3,4,5 Prodi  Rekayasa  Pertambangan,  Fakultas  Teknik  Pertambangan  dan  Perminyakan,  Institut  Teknologi Bandung, Bandung 40132, Indonesia.
6,7 PT. Wijaya Karya (Persero) Tbk, Proyek Pembangunan Terowongan Nanjung, Kabupaten Bandung
Artikel masuk : 15-02-2020, Artikel diterima : 07-07-2020
* Penulis Koresponden: alio.jasipto@gmail.com Doi : https://doi.org/10.36986/impj.v2i1.17

## ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk menganalisa secara dinamik terhadap peledakan yang dilakukan  di  terowongan  Nanjung.  Terowongan  Nanjung  merupakan  terowongan kembar  yang  berpenampang  tapal  kuda  dengan  masing-masing  terowongan berdimensi 10,2 m x 9,2 m, dan memiliki panjang 230 meter. Batuan penyusun pada terowongan  ini  antara  lain  silty  clay,  sandstone,  dan  dacite.  Peledakan  dilakukan pada salah satu terowongan yang terdiri dari batuan dacite, memiliki RQD 75-90% dan UCS 49-61 MPa. Saat peledakan berlangsung dilakukan juga pengukuran PPV dibeberapa titik disekitar terowongan menggunakan minimate unit. Analisa  dinamik  dilakukan  dengan  cara  membangun  model  Terowongan  Nanjung pada software RS2 dengan metode elemen hingga. Input data pada pemodelan ini diusahakan  mendekati  kondisi  aktual  dilapangan,  seperti  geometri  terowongan, properties massa batuan, dan rencana peledakan yang  dilakukan pada  STA 30-32 terowongan  2.  Pemodelan  ini  diharapkan  menghasilkan  PPV  yang  mendekati  PPV aktual dan hasil model ini akan dilanjutkan ke analisa kestabilan terowongan 1. Hasil  pemodelan  menunjukkan  bahwa  kondisi  terowongan  1  dalam  keadaan  stabil selama peledakan berlangsung. Stabilnya terowongan 1 berdasarkan strength factor terkecil  dibagian  atap  berkisar  2,6.  Kestabilan  juga  dilihat  dari  strain  level  pada batuan dacite dan sandstone yaitu  0,07 % dan 0,38 %. Strain level tersebut masih diperbolehkan menurut diagram strain level Sakurai, 1983.
Kata kunci: Prediksi Velocity, Blastload, Model
Numerik, dan Kestabilan Terowongan
Keywords:
Velocity Prediction, Blastload, Numerical Model, and Tunnel Stability

## ABSTRACT
This  study  aims  to  dynamically  analyze  blasting  conducted in the Nanjung tunnel. Nanjung Tunnel is a twin tunnel that has a horseshoe-shaped section with each tunnel having a dimension of 10.2 m x 9.2 m, and 230 meters in length. The layersrock  of  this  tunnel  include  silty  clay,  sandstone  and dacite.  Blasting  was  carried  out  on  one  of  the  tunnels consisting  of  dacite  rock,  having  a  75-90%  RQD  and  UCS 49-61  MPa.  During  the  blast,  PPV  measurements  were taken at several points around the tunnel using a minimate. Dynamic  analysis  is  done  by  building  a  Nanjung  Tunnel model on the RS2 software with the finite element method. Input data in this modeling is endeavored to approach actual conditions in the field, such as tunnel geometry, rock mass properties,  and  blasting  plans  carried  out  at  STA  30-32 tunnels 2. This modeling is expected to produce PPV that is close  to  actual  PPV  and  the  results  of  this  model  will  be continued to the stability analysis tunnel 1.
Modeling results indicate that the tunnel 1 condition is stable during  blasting.  The  stability  of  tunnel  1  basedon  smallest strength factor on the roof is around 2.6. Stability also seen from the strain level in dacite and sandstone rocks which are 0.07%  and  0.38%.  These  strain  levels  are  still  permissible according to the Sakurai strain level diagram, 1983 .

## PENDAHULUAN
Terowongan  Nanjungmerupakan  terowongan  kembar pengelak  air  Nanjung  yang  berada  dikawasan  hulu Citarum  di  Curug  Jompong,  Kecamatan  Margaasih, Kabupaten Bandung. Terowongan ini mulai dibangun pada April 2018 hingga selesai pada desember 2019. Pembangunan terowongan Nanjung merupakan salah satu dari 16 proyek penanganan banjir Daerah Aliran Sungai Citarum. Pengelolaan proyek ini berada pada SNVT Pelaksanaan Jaringan Sumber Air Balai Besar Wilayah  Sungai  Citarum,  Kementerian  Pekerjaan Umum dan Perumahan Rakyat (PUPR).
Terowongan  ini  berpenampang  tapal  kuda  yang berdimensi 10,2 m x 9,2 m, dan total panjang 230 m. Pengerjaannya  dilakukan  oleh  PT.Wijaya  Karyadan PT.  Adhi  Karya  atau  WIKA-ADHI  (KSO).  Untuk pekerjaan  penggalian  terowongan  diawasi  oleh konsultan supervisi dari PT.Virama Karya Supraharmonia (KSO), dan PT. Patria Karya Persada untuk pelaksanaan pemboran dan peledakan.
Metode  penggalian  terowongan  dilakukan  secara mekanis  dan  peledakan,  untuk  penggalian  mekanis menggunakan twin-header pada  material  lunak  yaitu kombinasi silty  clay dan sandstone dengan  RQD  25- 75%  dan  UCS  2-6  MPa.Metode  pemboran  dan peledakan dilakukan pada material dacite cukup keras dengan  RQD  75-90  %  dan  UCS  49-61  MPa. Penggalian  mekanis  dimulai  dari outlet hingga sepanjang  ±  190  meter  sedangkan  pemboran  dan peledakan  dilakukan  sepanjang  ±  40  meter  yang dimulai dari inlet .
Peledakan  dilakukan  pada  batuan dacite yang merupakan  batuan  beku  yang  cukup  keras,  akan tetapi kondisi batuan yang ditemukan dilapangan tidak semuanya fresh , ditemukan di beberapa lokasi batuan yang  terlapukan.  Berdasarkan  penelitian  sebelumnya bahwa  jika  dilakukan  penggalian  mekanis  secara bersamaan pada kedua terowongan akan tetap aman (Udy  Hartadi,  2019).  Selanjutnya  akan  melihat pengaruh  kestabilan  dari  efek  peledakan  jika  salah satu terowongan telah dilakukan penggalian.
Kestabilan  terowongan  dapat  dikatakan  aman  dari pengaruh  peledakan  jika  hasil  perhitungan  faktor keamanan (FK) sebelum dan setelah peledakan tidak jauh berbeda. Batasan menurut teori pada umumnya FK>1,  akan  tetapi  untuk  terowongan  Nanjung  tidak dapat menerapkan sepenuhnya batasan FK>1, hal ini dikarenakan  kondisi  material  yang  cukup  beragam ( silty  clay , sandstone ,  dan dacite ).  Selain  FK,  akan dihitung total  strain yang  terjadi  setelah  peledakan pada  setiap  material.  Batasan total  strain dalam kondisi aman akan mengacu pada strain level diagram Sakurai, 1983.

## METODE
Pengukuran peak  particle  velocity (PPV)  dilapangan menggunakan minimate  unit yang  merupakan  produk dari  perusahaan Instantel, Canada.  Lokasi minimate diletakkan  pada  jarak  ±  50  meter  dari peledakan  (gambar  1),  lokasi  ini  dipilih  karena dijadikan  kontrol  terhadap  batasan  getaran  pada kontruksi  bangunan  (boiler).  Batasan  ini  telah dianalisa dengan pendekatan getaran yang dihasilkan oleh alat berat rock breaker (0,7-2 mm/s).
Gambar 1. Lokasi boiler dan jarak terhadap peledakan Setiap  hasil  pengukuran  getaran  peledakan menggunakan minimate menghasilkan  rekaman  PPV (mm/s), frekuensi (hz), waktu (s), dan suara (dB) yang diunduh menggunakanprogramblastware.Pada penelitian  ini  akan  berfokus  pada  analisa stabilitasterowongan dari hasil pengamatan peledakan tanggal  24  Mei  2019  di  STA  30-32  di  area inlet . Perhitungan  stabilitas  terowongan  dilakukan  dengan metode  numerik  menggunakan  software  RS2  2019 ( academic lisence ).  Hasil perhitungan model numerik
berupa y-velocity (mm/s)  akan  diverifikasi  dengan mendekati hasil pengukuran PPV(mm/s) aktual.
Data  properties  batuan  yang  diperoleh  dari  uji laboratorium  dan pengamatan GSI  secara langsungakan  dihitung  dengan  persamaan  empiris Hoek, Kaiser, dan Bawden (1995) untuk mendapatkan Modulus Young massa batuan (Em). Untuk properties massa batuan kohesi (C m ) dan friction angle (  m )akan ditentukan  secara  empirik  dengan  hubungan  grafik GSI  dan  parameter Mohr  Coulumb yang  dibuat  oleh Hoek tahun  1997.  Data  hasil  pengolahan  yang  telah menjadi  properties  massa  batuandijadikan  sebagai input  untuk  membangun  model  numerik  dengan menggunakan kriteria keruntuhan Mohr Coulumb .
Data  input dynamic  load pada  model  numerik berkaitan  dengan  data  peledakan  seperti damping ratio (  ),  frekuensi,  jumlah  bahan  peledak  dan delay yang digunakan.Nilai damping ratio akan menggunakan metode trial  and  error sampai y-velocity mendekati PPV  aktual. Damping  ratio sangat  berpengaruh terhadap  perubahan velocity dalam  software  RS2, dimana  persamaan  sistem  dinamik  yang  digunakan seperti pada persamaan berikut.
(1)
Keterangan : x (t)   = Perpindahan sebagai fungsi waktu [M] = Matriks massa
[C] = Matriks damping
[K] = Matriks stiffness
Jumlah  bahan  peledak  dan delay digunakan  untuk membuat triangleblastload dengan  menggunakan persamaan Mills (1987) sebagai berikut :
𝑃 𝑠𝑜 = 1772 𝑍3 − 144 𝑍2 + 108 𝑍 (2)
𝑍 = 𝑅/𝑊 1/3 (3)
Keterangan : Pso = blastload (kPa), Z =  s caled distance .
Persamaan  (2)  akan  disesuaikan  dengan  cara mengubah  konstantanya  hingga y-velocity model mendekati  PPV  aktual. Scaled  distance merupakan perbandingan  jumlah  bahan  peledak  dan  jarak
pengaruh
terhadap sumber peledakan. Selanjutnya triangle  blastload dibuat  menggunakan persamaan  Wang  (1984)  untuk  mendapatkan increasing time (t R ) dan total tim e (t S ).
𝑡 𝑅 = 12  𝑟2−𝜇 𝑄0,05 𝐾 (4)
𝑡 𝑆 = 84   𝑟2−𝜇 𝑄0,02 3 𝐾 (5)
𝑟 = 𝑟 𝑎 (6)
Keterangan : K = modulus bulk (Pa), Q = jumlah bahan peledak/delay (kg)   = poisson’s ratio , a = borehole radius (m), 𝑟 adalah acting radius of the blasting load (m).
Damping  ratio (%)  yang  mendekati  kondisi  lapangan diperoleh  dari  verifikasi y-velocity model  numerik terhadap  PPV  aktual.  Nilai damping  ratio dan frekuensi ini  dapat  digunakan  untuk  memodelkan peledakan  pada  hari  yang  lainguna  mengetahui kesesuain y-velocity terhadap  PPV  aktual  dengan penggunaan  jumlah  bahan  peledak  dan  delay  yang berbeda.  Selanjutnya  model  numerik  dengan  hasil y-velocity yang  mendekati  PPV  aktual  akan  dilihat FKdan total  strain yang  dihasilkan  untuk  analisa stabilitas terowongan Nanjung.

## DATA GETARAN DAN DATA PEMODELAN
Getaran peledakan yang diukur pada tanggal 24 Mei 2019  dihasilkan  dari  65  lubang  ledak  dengan  jumlah bahan  peledak  sebanyak  55  kg,  untuk  rencana  pola penyalaan  dapat  dilihat  padagambar2  dan  tabel  1. Pada event ini  terekam  gelombang vertical, longitudinal ,  dan transversal (gambar  3).  Penggunaan data  getaran  yang  dijadikan  sebagai  PPV  aktual adalah  gelombang transversal ,  hal  ini  dikarenakan PPV yang dihasilkan setiap waktu detonasimendekati bentuk triangle blastload pada saat perencanaan.Untuk mendapatkan PPV dari
gelombang transversal dilakukan  digitasi  pada  setiap waktu  detonasinya  (tabel  2).  Berdasarkan  hasil digitasi,  diperoleh  PPV  tertinggi  adalah  2,33  mm/s pada waktu detonasi 6,2s. PPV sebesar 2,33 mm/s ini akan  dijadikan  acuan  untuk  verifikasi y-velocity dari pemodelan.

## Gambar 2. Rencana pola penyalaan
Tabel 1. Rencana dan pola peledakan 24 Mei 2019
Gambar 3. Hasil pengukuran getaran pada peledakan 24 Mei 2019
Tabel 2. Nilai PPV aktual hasil digitasi pada setiap waktu detonasi
Summary  input  properties  material  dan  parameter dinamik untuk model peledakan tanggal 24 Mei 2019 disajikan pada tabel 2.
Tabel 2. Summary properties material dan parameter dinamik
Penyesuain  konstanta  persamaan  (2)  agar perhitungan blastload mendekati kondisi terowongan Nanjung menjadi 𝑃 𝑠𝑜 = 744 𝑍3 − 60 𝑍2 + 45 𝑍 . Berdasarkan data  pada  tabel  2  dan  rumus  blastload  yang  telah disesuaikan, diperoleh triangle blastload seperti pada gambar 4.
Gambar 4. Hasiltriangle blastload
Geometri  pemodelan  yang  dibangun  berdasarkan penampang terowongan pada STA 30-32. Penyusun batuan terowongan STA 30-32 secara aktual terlihat dacite dan sandstone disajikan  pada  gambar  5. Penampang  ini  merupakan  muka  peledakan  pada terowongan  2  dan  kondisi  terowongan  1  belum dilakukan  penggalian,lokasi  peledakan  pada penampang  keseluruhan  terowongan  dapat  dilihat pada Gambar 6.
Gambar 5. Muka peledakan (STA 30-32)
Gambar 6 Lokasi Peledakan tanggal 24 Mei 2019 (STA 30-32)
Berdasarkan  analisa  penampang  keseluruhan  dan pengamatan  muka  terowongan,  maka  geometri model  numerik  dibuat  mendekati  kondisi  lapangan. Material  penyusun  yang  dimodelkan  adalah Dacite , Sandstone ,  dan Siltstone .  Selain  itu  titik  berwarna hijau merupakan lokasi pengukuran getaran. Boundrycondition dinamik  pada  model  ini  adalah absorb (A). Penggunaan boundry A diharapkangelombang  peledakan  terserap  kesegala arah dan tidak di pasang dipermukaan agar partikel material bebas bergerak. Untuk
blastload diaplikasikan  pada  perimeter  terowongan,
hal ini dilakukan karena nilai R pada persamaan (3) menggunakan jari-jari terowongan sehingga diasumsikan  sumber  energi  peledakan  berada  pada perimeter  bukan  dititik  pusat  terowongan.  Kondisi model  untuk  analisa  PPV  disajikan  pada  gambar  7 dan  untuk  analisa  faktor  keamanan  dan  total displacement  pada  gambar  8,  perbedaan  kedua model  ini  hanya  pada  kondisi  terowongan  1  yang telah digali.
Gambar 7. Kondisi model untuk analisa PPV
Gambar 8. Kondisi model untuk analisa faktor keamanan dan total displacement

## HASIL PEMODELAN
Hasil  pemodelan  RS2  untuk  peledakan  tanggal  24 mei  2019  di  jelaskan  pada  beberapa  point  sebagai berikut :
1. Secara  metode trial  and  error ,    digunakan  nilai damping  ratio 2%,    5%,  dan  10%  untuk mendapatkan y-velocity yang  mendekati  PPV aktual  2,33  mm/s.  Hasil  model  dengan damping ratio 2%  yang  mendekati  PPV  aktual  yaitu  2,43 mm/s (gambar 9).
2. Y- velocity 2,43  mm/sterjadi  pada delay ke-9 dimana  penggunaan  bahan  peledak  terbanyak dari peledakan tanggal 24 Mei 2019, sedangkan
PPV  aktual  tertinggi  terjadi  pada delay ke-15. Perbedaan  ini  terjadi  dimungkinkan  karena bahan peledak yang meledak secara bersamaan pada delay ke-15  lebih  banyak  dari  yang direncanakan.
3. Perhitungan  frekuensi  yang  dihasilkan  model pada  damping  ratio  2%  adalah  10-14  Hz  dan frekuensi  dominan  pada  10  hz  (gambar  10). Frekunsi  ini  belum  mendekati  frekuensi  aktual 65-85  Hz.Perbedaan  hasil  ini  menjadi  batasan masalah  pada  penelitian  ini,  belum  dapat ditemukan  pengaturan  khusus  pada  RS2  agar frekuensi dapat mendekati kondisi aktual.
Gambar 9.Hasil y-velocity hasil model pada damping ratio 2%, 5%, dan 10%
Gambar 10.Hasil frekuensi pada model damping ratio 2%
4. Untuk faktor keamanan dan total displacement yang  dihasilkan  pada  model  tidak ada  perbedaan  yang  signifikan  dengan  kondisi sebelum  dan  setelah  peledakan.  Hasil  model sebelum peledakan di- running pada kondisi non-
dinamik  dan  asumsi  kondisi  kedua  terowongan sudah  digali(gambar  11).Untuk  hasil  model selama  peledakandi- running pada  kondisi terowongan 1 yang telah digali (gambar 12).
Indonesian Mining Professionals Journal Volume 2, Nomor 1, April 2020 : 1 - 10
Gambar 11. Hasil pemodelan sebelum peledakan
5. Berdasarkan  hasil  model  setelah  peledakan diketahui  bahwa strength  factor terkecil  berada pada  atap  terowongan  (batuan  sandstone)  yaitu 2,61 dan dapat dinyatakan stabil.
6. Untuk total  displacement terbesar  pada  hasil model  sebelum  dan  setelah  peledakan  adalah 35,2  mm  pada  batuan  sandstone.  Menurut diagram strain  level (Sakurai,1983)  dapat dikatakan  aman  jika  strain  pada  batuan sandstone  dan  silty  clay  antara  1-1,5%  (92-138 mm) dan batuan dacite 0,6 % (55 mm),  hasil plot pada  diagram  strain  level  dapat  dilihat  pada Gambar  13. Total  displacement 35,2  mm  pada atap terowongan berarti terjadi strain 0,38 % dari batuan sandstone , level strain ini masih dibawah strain yang  diperbolehkan  menurut  diagram Sakurai, 1983.
Gambar 13. Hasil plot strain level material terowongan Nanjung

## KESIMPULAN
1. Input blastload untuk  prediksi PPV model  yang paling  mendekati  kondisiaktual  menggunakan persamaan Mills,1987 dengan faktor koreksi 0,42 sehingga  persamaan  pada  kondisi  terowongan Nanjung menjadi 𝑃 𝑠𝑜 = 744 𝑍3 − 60 𝑍2 + 45 𝑍 .
2. Berdasarkan hasil pemodelan numerik diperoleh PPV yang  paling  mendekati  aktual  adalah damping ratio 2%.
3. Kestabilan  terowongan  satu  pada  peledakan  24 Mei  2019  dalam  kondisi  stabil  sebelum  maupun setelah  peledakan.  Hal  ini  karena  faktor keamanan berkisar 2,6 dan total strainsandstone dan dacite kurang dari 1,5 % dan 0,6 %.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada PT.Wijaya Karya (Persero), Tbk dan PT. Adhi Karya (Persero),  Tbk  yang  telah  memberikan  kesempatan atas  kerjasama  yang  baik  selama  kegiatan pengukuran  getaran  peledakan  Terowongan Nanjung.
Penelitian  ini  juga  dibiayai  oleh  Program  Penelitian, Pengabdian  Masyarakat,  dan  Inovasi  (P3MI)  ITB Tahun 2019, Prodi Teknik Pertambangan ITB.

## DAFTAR PUSTAKA
Bieniawski,  Z.T.,  (1989):  Engineering  Rock  Mass Classification,  A  Complete  Manual  for Engineers  and  Geologist  in  Mining,  Civil,  and Petroleum  Engineering.  New  York,  Wiley- Interscience Publication. Hoek, E., Brown, E.T., (1997): Practical Estimates of Rock Mass Strength, International Journal of Rock Mechanics and Mining Science, Elsevier. Hoek,  E.,  Brown,  E.T.,  (1982):  Underground Excavations  in  Rock,  London,  UK,  E&FN Spon, an imprint of Chapman & Hall.
Hoien, E., Nilsen, B., Olsson, R., (2019): Main Aspect of  Deformation  and  Rock  Support  in Norwegian  Road  Tunnels,  Tunneling  and Underground Space Technology, Elsevier. Kementerian  Pekerjaan  Umum  dan  Perumahan Rakyat.,  (2018):  Pengeboran  Geoteknik Proyek  Pembangunan  Terowongan  Nanjung, Laporan  Akhir  Subsurface  Investigation Nanjung  Tunnel  Project,  Suwanda  Karya Mandiri.
Kwang  Ahn,  Jae.,  Park,  Duhee.,  Kwon  Yoo,  Jin., (2015):  Estimation  of  damping  ratio  of  rock mass for numerical simulation of blas induced vibration  propagation,  Japanese  Geotechnical Society Special Publication, Japan.
Nugroho, M. Fadli., (2014): Comparison of Predicted PPV  Value  By  Using  Empirical  Equation  and Its  Artificial  Neural  Networks  and  Correlation With  The  Damage  Resulted  From  Blasting Activities  in  Undercut  DOZ  Mine,  Laporan Skripsi, Universitas Trisakti, Jakarta.
Oliveira,  Moura.,  Vrancic,  Damir.,  (2015):
Underdamped Second-Order Systems Overshoot  Control,  International  Journal  of Control Automation and System, Sciencedirect. Kementerian  Pekerjaan  Umum  dan  Perumahan
Rakyat.,  (2018):  Upper  Citarum  Basin  Flood Management  Sector  Load  Project,  Detail Design Report For Nanjung Diversion Tunnel, Oriental Consultant Global Co.Ltd.
Rai, M.A., Kramadibrata S., Watimena, R.K., (2014):
Mekanika Batuan, Institut Teknologi Bandung, Bandung. Rocscience, Inc : Quick start tutorial RS2 v.2019 Dynamic Analysis Tutorial Qingguo Liang., Jie Li., Dewu Li., Erfeng Ou. (2012): Effect  of  Blast-Induced  Vibration  from  New Railway  Tunnel  on  Existing  Adjacent  Railway Tunnel in Xinjiang, Journal of Rock Mechanics and  Rock  Engineering,  DOI  10.1007/s00603- 012-0259-5.
Qi Zhang., Xianbin Huang., Hehua Zhu., Jianchun Li.
(2019):  Quantitative  Assessments  of  the Correlations  between  Rock  Mass  Rating
(RMR)  and  Geological  Strength  Index (GSI),Journal  of    Tunneling  and  Underground Space Technology, Elsevier. Suhendro,  Bambang.,  Rifa’I,  Ahmad.,  Aminullah, Ahmad.,  (2018):  Analisis  Stabilitas  Konstruksi Terowongan  Nanjung  dengan  Finite  Element Method,  Laporan  Akhir  Analisis  Metode Elemen Hingga Proyek Terowongan Nanjung, Lembaga Kerjasama Fakultas Teknik UGM. Ngo,  T.,Mendis,  P.,  Gupta,  A.,  Ramsay,  J.  (2007):
Blast  Loading  and  Blast  Effect  on  Structures, International Journal of Loading on Structures , eJSE.