K la l a s i fi f i k as a s i M a ss s s a B at a t ua ua n
R i dh d h o K . W a t ti t i m en en a Laborato Laboratorium rium Geomekanika Geomekanika Departe Departemen men Teknik Teknik Pertambanga Pertambangan n Institut Institut Teknolog Teknologii Bandung Bandung
Pendahuluan
Klasif Klasifika ikasi si massa massa batuan batuan mengun menguntun tungka gkan n pada pa da tah tahap stud studii kela kelaya yaka kan n da dan n de desa sain in awal wal dima dimana na sang sangat at sedi sediki kitt info inform rmas asii yang yang ters tersed edia ia mengen mengenai ai massa massa batuan batuan,, teganga tegangan, n, dan hidrogeologi. Secara Secara sederh sederhana ana,, klasif klasifika ikasi si massa massa batuan batuan digu diguna naka kan n seba sebaga gaii sebu sebuah ah check-list untuk check-list untuk meya me yaki kink nkan an ba bahw hwa a semu semua a info inform rmas asii pe pent ntin ing g telah telah dipertimba dipertimbangka ngkan. n.
1
Pendahuluan
Satu atau Satu atau lebi lebih h sist sistem em klas klasif ifik ika asi da dapa patt diguna digunaka kan n untuk untuk memper memperkir kirak akan: an:
kompo komposi sisi si da dan n karak karakte teri rist stik ik massa massa ba batu tuan, an, perk pe rkir iraan aan awal awal kebut kebutuha uhan n pe penya nyang ngga ga,, Perk Pe rkir iraa aan n keku kekuat atan an da dan n sifa sifatt de defo form rmas asii ma mass ssa a batuan.
Haruss diin Haru diinga gatt ba bahw hwa a klas klasif ifik ikas asii ma mass ssa a ba batu tuan an tida tidak k dima dimaks ksud udka kan n un untu tuk k me meng ngga gant ntik ikan an peke pe kerja rjaan an de desa sain in rinc rinci. i.
Pendahuluan
Tetapi Tetapi,, pekerj pekerjaa aan n desain desain ini me memer merluk lukan an inform informasi asi mengen mengenai ai tegang tegangan an in situ, situ, sifat sifat mass ma ssa a ba batu tuan an,, da dan n taha tahapa pan n pe peng ngga galilian an.. Semu Se mua a da data ta ini ini mung mungki kin n tida tidak k ters tersed edia ia pa pada da taha tahap p awal awal pr proy oyek ek.. Jika Jika da data ta ini ini tela telah h ters tersed edia ia,, klas klasif ifik ikas asii ma massa ssa batu ba tuan an da dapa patt diub diubah ah da dan n dise disesu suai aika kan n de deng ngan an kond kondis isii spesi spesifi fik k lapa lapang ngan an..
2
Klasifikasi Massa Batuan
Sudah dikembangkan lebih dari 100 tahun lalu, sejak Ritter (1879) mencoba melakukan pendekatan empiris untuk perancangan terowongan, khususnya penentuan kebutuhan penyangga. Metode klasifikasi akan cocok jika digunakan dalam kondisi yang sama dengan kondisi pada saat metode tersebut dikembangkan. Meskipun demikian, tetap diperlukan kehatihatian untuk menerapkannya pada persoalan mekanika batuan yang lain.
Klasifikasi Massa Batuan Terzaghi (1946)
Referensi paling awal mengenai penggunaan klasifikasi massa batuan untuk perancangan terowongan. Beban batuan yang harus ditahan oleh steel sets diperkirakan berdasarkan deskripsi kualitatif massa batuan. Contoh yang bagus mengenai jenis informasi geologi teknik yang sangat berguna untuk perancangan rekayasa
3
Klasifikasi Terzaghi Original Rock Conditions
Rock Load, Hp (ft)
1. Hard and intact
Zero
2. Hard stratified or schistose
0 – 0.5B
3. Massive, moderately jointed
0 – 0.25B
4. Moderately blocky and seamy
0.25B – 0.35 (B+Ht)
5. Very blocky and seamy
(0.35 – 1.10) (B+Ht)
6. Completely crushed
1.10 (B+Ht)
7. Squeezing rock, moderate depth
(1.10 – 2.10) (B+Ht)
8. Squeezing rock, great depth
(2.10 – 4.50) (B+Ht)
9. Swelling rock
Up to 250 ft
Klasifikasi Terzaghi Umum Rock conditions
Rock Load, Hp (ft)
1. Hard and intact
Zero
2. Hard stratified or schistose
0 – 0.5B
3. Massive, moderately jointed
0 – 0.25B
4. Moderately blocky and seamy
0.25B – 0.20 (B+Ht)
5. Very blocky and seamy
(0.20 – 0.60) (B+Ht)
6. Completely crushed but chemically intact
(0.60 – 1.10) (B+Ht)
6a. Sand and gravel
(1.10 – 1.40) (B+Ht)
7. Squeezing rock, moderate depth
(1.10 – 2.10) (B+Ht)
8. Squeezing rock, great depth
(2.10 – 4.50) (B+Ht)
9. Swelling rock
Up to 250 ft
4
Klasifikasi Stand-Up Time
Lauffer (1958) mengusulkan bahwa stand-up time untuk span tidak disangga berhubungan dengan kualitas massa batuan, Klasifikasi Lauffer telah dimodifikasi oleh banyak pihak, yang terpenting adalah modifikasi yang dilakukan oleh Pacher et al. (1974). Klasifikasi Pacher et al. ini sekarang menjadi bagian dari New Austrian Tunnelling Method (NATM).
Klasifikasi Stand-Up Time
Semakin besar span terowongan, semakin singkat waktu yang harus digunakan untuk pemasangan penyangga. Sebagai contoh, pilot tunnel kecil mungkin saja dikonstruksi dengan penyangga minimal, sedangkan terowongan dengan span yang lebih besar pada massa batuan yang sama mungkin tidak mantap jika penyangga tidak seketika dipasang.
5
Rock Quality Designation
Rock Structure Rating – RSR (Wickham et al., 1972)
Dikembangkan dari terowongan-terowongan kecil yang disangga dengan steel sets . Sistem pertama yang merekomendasikan pemakaian shotcrete . Memperkenalkan konsep rating dari setiap komponen RSR = A + B + C
6
RSR: Parameter A Geologi Daerah Umum
RSR: Parameter B Pola Kekar, Arah Penggalian
7
RSR: Parameter C Air Tanah, Kondisi Kekar
RSR: Penggalian dengan TBM
Jika penggalian dilakukan dengan TBM, RSR harus dikoreksi dengan Adjustment Factor (AF)
Diameter Diameter Diameter Diameter Diameter
= = = = =
9.15 8.00 7.63 7.00 6.10
m m m m m
AF AF AF AF AF
= = = = =
1.058 1.127 1.135 1.150 1.168
8
RSR: Penggalian dengan TBM
Diameter Diameter Diameter Diameter Diameter
= = = = =
6.00 5.00 4.58 4.00 3.05
m m m m m
AF AF AF AF AF
= = = = =
1.171 1.183 1.186 1.192 1.200
RSR: Tebal shotcrete
t = D ((65-RSR)/100)
t = tebal shotcrete (inch) D = diameter terowongan (ft)
9
RSR: Rekomendasi Penyangga
Rock Mass Rating (RMR) System (Bieniawski, 1976, 1989)
Bieniawski (1976) mempublikasikan sebuah klasifikasi massa batuan yang disebut Geomechanics Classification atau Rock Mass Rating (RMR) system . Selama bertahun-tahun, sistem ini telah diperbaiki dengan semakin banyaknya studi kasus yang dikumpulkan. Bieniawski melakukan perubahan signifikan untuk ratings bagi parameter-parameternya.
10
Rock Mass Rating (RMR) System
Enam parameter yang digunakan untuk mengklasifikasikan massa batuan menggunakan RMR system:
kuat tekan uniaksial contoh batuan, Rock Quality Designation (RQD ), spasi bidang diskontinu, kondisi bidang diskontinu, kondisi air tanah, orientasi bidang diskontinu.
Rock Mass Rating (RMR) System
Dalam menerapkan sistem ini, massa batuan dibagi menjadi seksi-seksi menurut struktur geologi dan masing-masing seksi diklasifikasikan secara terpisah. Batas-batas seksi umumnya struktur geologi mayor seperti patahan atau perubahan jenis batuan. Perubahan signifikan dalam spasi atau karakteristik bidang diskontinu mungkin menyebabkan jenis massa batuan yang sama dibagi juga menjadi seksi-seksi.
11
Rock Mass Rating (RMR) System : Parameter
RMR-Ratings.ppt
Rock Mass Rating (RMR) System : Penggalian & Penyanggaan
RMR-Excavations and Supports.ppt
12
Rock Mass Rating (RMR) System : Tinggi dan Beban Batuan
ht = B x (100-RMR)/100
B = lebar terowongan
P = γ x ht
γ
= berat satuan batuan
Rock Tunnelling Quality Index (Barton et al, 1974)
Berdasarkan sejumlah besar kasus penggalian bawah tanah, Barton et al. (1974) dari Norwegian Geotechnical Institute mengusulkan Tunnelling Quality Index (Q) untuk penentuan karakteristik massa batuan dan kebutuhan penyangga. Nilai numerik indeks Q bervariasi secara logaritmik dari 0.001 sampai 1000.
13
Rock Tunnelling Quality Index
RQD = Rock Quality Designation Jn = joint set number Jr = joint roughness number Ja = joint alteration number Jw = joint water reduction factor SRF = stress reduction factor
Rock Tunnelling Quality Index : RQD/Jn
Menunjukkan struktur massa batuan. Perkiraan kasar ukuran blok atau partikel. Dua nilai ekstrim (100/0.5 and10/20) berbeda sampai 400 kali. Jika diinterpretasi dengan satuan cm, ukuran partikel adalah 200 sampai to 0.5 cm kasar tapi cukup realistik. Blok terbesar mungkin beberapa kali ukuran ini dan partikel terkecil kurang dari setengah kali nilai minimum di atas (partikel lempung tentu saja tidak termasuk).
14
Rock Tunnelling Quality Index : J /J r a Menunjukkan kekasaran dan karakteristik geser dinding kekar atau material pengisi. Pembobotan didasarkan pada kekar kasar dan tak teralterasi pada kontak langsung. Permukaan demikian akan mendekati kekuatan puncak yang akan sangat berubah jika mengalami penggeseran. Jika kekar terisi mineral lempung, kekuatan akan sangat berkurang.
Rock Tunnelling Quality Index : Jw /SRF
SRF merupakan ukuran:
pengurangan beban pada penggalian melalui zona geseran dan lempung, tegangan batuan pada batuan keras, beban squeezing pada batuan plastik lemah.
SRF dapat dianggap sebagai parameter tegangan total.
15
Rock Tunnelling Quality Index : Jw /SRF
Jw merupakan ukuran tekanan air yang dapat memberikan pengaruh merugikan pada kekuatan geser kekar karena pengurangan tegangan normal efektif. Selain itu, air dapat melemahkan dan mungkin menghilangkan material pengisi pada kekar yang terisi lempung. Merupakan faktor empiris yang rumit untuk menggambarkan “tegangan aktif”.
Rock Tunnelling Quality Index
Jadi, indeks Q dapat dianggap sebagai fungsi dari tiga parameter, yang merupakan perkiraan kasar dari:
Ukuran blok (RQD/Jn) Kekuatan geser antar blok (J /J r a ) Tegangan aktif (Jw /SRF)
16
Rock Tunnelling Quality Index : RQD
Rock Tunnelling Quality Index : Jn
17
Rock Tunnelling Quality Index : Jr
Rock Tunnelling Quality Index : Ja
18
Rock Tunnelling Quality Index : Ja
Rock Tunnelling Quality Index : Jw
19
Rock Tunnelling Quality Index : SRF
Rock Tunnelling Quality Index : SRF
20
Rock Tunnelling Quality Index : SRF (Grimstad & Barton, 1993)
<2
200-400
M o d e ra t e s l ab b i ng a f t er >1 hour in massive rock
5- 3
5-50
S l a bb i n g a n d r o c kb u r st after a few minutes in massive rock
3- 2
50-200
Rock Tunnelling Quality Index : ESR
Untuk menghubungkan nilai Q dengan kebutuhan penyangga, Barton et al. (1974) mendefinisikan parameter tambahan Dimensi Ekivalen (Equivalent Dimension), D e, dari lubang bukaan. Dimensi ini diperoleh dengan membagi span (lebar atau tinggi) lubang bukaan dengan Excavation Support Ratio , ESR:
21
Rock Tunnelling Quality Index : ESR
De = Span/ESR Nilai ESR berhubungan dengan tujuan penggunaan lubang bukaan dan tingkat keamanan yang dipersyaratkan bagi sistem penyangga untuk menjamin kemantapan lubang bukaan
Rock Tunnelling Quality Index : ESR
22
Rock Tunnelling Quality Index : Kebutuhan Penyangga
Rock Tunnelling Quality Index : Informasi Tambahan
Barton et al. (1980)
L = (2+0.15B)/ESR Span tak disangga maksimum = 2.ESR.Q0.4 Proof = (2)(Jn)0.5(Q)-1/3 / (3)(Jr)
23
