TUGAS STABILITAS LERENG

Ground Freezing

DIKERJAKAN OLEH :FAUZIA PRASETYANINGRUM K.

I0111040

JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2014

Ground Freezing1. Pengertian

Ground freezing adalah teknik konstruksi yang digunakan pada keadaan di mana tanah membutuhkan stabilitas, sehingga tanah tidak akan runtuh saat penggalian selanjutnya atau untuk mencegah air permukaan mengalir menuju ke area penggalian. Ground freezing pada dasarnya mengubah air di tanah manjadi dinding padat berupa es yang mana bersifat impermeabel (kedap). Penggunaan ground freezing biasanya sebagai underpinning (bantalan) yang bersifat sementara, selain itu digunakan juga untuk stabilitas tanah penggalian pada terowongan serta untuk menahan longsor. Biasanya baris pada pipa pembekuan (freezepipes) ditempatkan secara vertikal pada tanah dan energi panas dipindahkan sepanjang pipa pembekuan (freezepipes), proses berlangsung sejalan dengan memompa air tanah dari sumur.

Gambar 1. Formasi Freezewall

2.Metode Freezing

Metode yang biasa digunakan adalah dengan mengedarkan air garam/circulated brine (Kalsium Klorida). Air garam yang telah didinginkan dipompa menuju dasar pipa pendingin dan mengalirkan panas ke atas dari dalam tanah.

Gambar 2. Detail Pipa PendinginGambar 3. Brine Refrigeration UnitMetode lain yang dapat diterapkan yaitu dengan menggunakan nitrogen cair (LN2). Biaya setiap unit ekstrak panas lebih tinggi dibandingkan dengan circulated brine. Namun metode ini dapat bersaing untuk daerah yang kecil, proyek jangka pendek, terutama dalam keadaan darurat. Karena suhu yang terlalu rendah, pendinginan dengan LN2 relatif cepat.

Gambar 4. Sistem LN2 untuk Ground Freezing3.Prinsip Freezing Keefektivan pembekuan tergantung pada adanya air yang dibentuk menjadi es.

Jika air tidak mengisi pori, maka diperlukan penambahan air.

Kekuatan dapat dicapai tergantung dari suhu pembekuan dan kandungan air.

Pada saat pembekuan, volume air dapat diperluas sekitar 9%, dimana ini tidak membebankan tekanan dan tegangan pada tanah kecuali air dibatasi dalam volume yang terbatas. Dengan kadar air hingga mencapai sekitar 30%, tanah mengembang sekitar 3%.

Jika ada aliran air selama tanah dibekukan maka waktu pembekuan akan ditambah karena persediaan energi panas yang terus-menerus dan jika aliran besar serta suhu tinggi, pembekuan akan terhambat.

Gambar 5. Aliran Air saat Pembekuan

Setelah pembekuan awal telah selesai dan frozen barrier diletakkan, membutuhkan kapasitas pendinginan yang secara signifikan mengurangi perawatan frozen barrier.

Karena pembekuan dapat dilakukan pada jangkauan yang luas untuk tipe tanah dengan satu pengerjaan, ini dapat memberikan perlindungan yang lebih baik daripada perawatan melalui injeksi grouting. 4.Proses Ground Freezing Memompa air tanah dari sumur. Meletakkan panah pipa pembeku secara vertikal di dalam tanah dan energi panas dipindahkan sepanjang pipa ini menggunakan chilled brine. Isoterm dipindahkan dari pipa pembeku dengan waktu yang tepat.Gambar 6. Proses Pembekuan

Air dalam pori tanah berubah menjadi es pada suhu 320F. Kemudian dilanjutkan dengan proses pembekuan. Pada tanah granular, air tanah dalam pori membeku dengan mudah. Penurunan suhu selanjutnya, akan menaikkan kekuatan marginal. Sedangkan pada tanah kohesif, pembekuan di bawah temperatur, hanya pada bagian air pori yang dibekukan agar menjadi kaku pada tanah lempung. Penurunan temperatur memberikan keuntungan yaitu menjadi lebih kuat. Pembentukan frozen earth barrier mempengaruhi panas (thermal) dan properti hidrolik pada setiap lapisan. Biasanya, batu dan coarse-grained soils lebih cepat membeku daripada lempung dan lanau.

Gambar 7. Pembentukan frozen earth barrier pada Tanah yang Berbeda Ketika soft clay didinginkan pada titik beku tertentu, beberapa bagian dari air pori mulai membeku dan lempung mulai menjadi kaku. Pada penurunan temperatur selanjutnya, lebih banyak air pori yang membeku dan kekuatan dari lempung se menjadi meningkat.

Saat mendesain struktur tanah pembeku pada lempung, akan diperlukan tersedianya temperatur rendah yang secara substansial untuk mencapai kekuatan yang dikehendaki.

Untuk pasir membutuhkan suhu sekitar +200F, sedangkan pada (soft clay) memerlukan suhu sekitar -200F.

Berdasarkan penjelasan sebelumnya, pembekuan tanah terbentuk dari silinder vertikal sekeliling pipa-pipa pembeku.

Gambar 8. Langkah-langkah Pembekuan

Jika ekstraksi panas dilanjutkan pada laju yang tinggi, ketebalan dari dinding beku akan memperluas sesuai dengan waktu yang ditentukan.

Saat dinding telah terbentuk sesuai dengan desain ketebalan yang dinginkan, freeze plant dioperasikan pada laju yang telah dikurangi untuk memindahkan aliran panas menuju dinding untuk mempertahankan kondisi.5.Karakteristik Ground Freezing Tidak dibatasi dengan tipe tanah, tidak memperhatikan geologi kompleks dan kondisi hidrologi. Kekuatan pembekuan tanah dapat dikontrol. Peralatan dapat didaur ulang dan digunakan kembali.

Dapat digunakan pada area yang sempit (congested areas).

Metode ini relatif cepat.

6.Aplikasi Ground Freezinga) Penggalian dengan bentuk bulat (circular excavation) yang disangga dengan dinding beku/freeze wall Pembekuan dapat dilakukan dengan fungsi ganda yaitu sebagai water cutoff dan sebagai daya dukung tanah, menghilangkan sheeting dan bracing.

Gambar 9. Circular Excavation

b)Penggalian yang disangga oleh gaya berat dinding penahan tanah dari tanah beku

Kombinasi vertikal dan condongnya pipa pembeku yang tipikal untuk mencapai

bentuk yang telah digambarkan seperti di bawah ini.

c)Shaft sinking

d)Terowongan (tunnel) dan Subway Sebagian besar diaplikasikan pada sisi saluran dan pada shield entrance. Dapat dilakukan dengan dua rencana konstruksi, yaitu :

- Top-down vertical layout-Horizontal layout-Lapisan tanah tidak terlalu-Lapisan tanah tipis

tipis.

7.Keuntungan Ground Freezing Resiko lebih rendah terutama untuk struktur yang dikelilingi daerah bangunan.

Prosesnya menggunakan teknologi ramah lingkungan.

Kedalaman yang tidak terbatas untuk melakukan pembekuan dari permukaan.

Dapat dipindahkan secara mudah.

Dapat digunakan untuk sementara atau sebagai penghalang/barrier jangka panjang.

8.Studi Kasus

a)Ground Freezing pada Terowongan No. 7 Line Subway Extension, New York City Terowongan ini menghubungkan Javitz Center dengan stasiun bawah tanah Times Square.

Mesin pengeboran dua terowongan (TBMs) didesain untuk kondisi batuan dasar (bedrock).

Untuk menghindari masuknya air yang berlebih ke dalam TBMs, maka tanah dibekukan.

b)Aquarius Project - Artificial Ground Freezing in Timmins, Ontario Muka air tanah tinggi dan terletak pada daerah yang kaya akan konsentrasi emas.

Untuk ekstrak emas, sementara melindungi masuknya air tanah ke dalam penggalian tambang, frozen earth barrier dibangun di sekitar lingkaran Aquarius pada lubang tambang emas.

Frozen Barrier adalah teknik yang sangat cocok diterapkan.

Gambar 11. Artificial Ground FreezingGambar 10. Freeze Pipe Layout in 3D