PPTA354-2 Karakteristik Batuan.pdf

B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2

2 KARAKTERISTIK BATUAN

1

KARAKTERISTIK TEKNIS BATUAN B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2

 

 

Batuan kuat membutuhkan energi pemboran dan penggalian lebih besar daripada batuan lemah Ketidakhadiran bidang lemah akan membutuhkan energi penggalian lebih besar untuk mendapatkan fragmentasi yang diinginkan, sedangkan adanya bidang lemah bisa mengakibatkan masalah pada kegiatan pemboran Batuan lunak atau plastik cenderung untuk menyerap energi pemboran dan penggalian Batuan ber-bobot isi tinggi membutuhkan energi pemboran dan penggalian lebih besar.

2

Pendahuluan B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2



Metode pengeboran dan penggalian ditentukan oleh:  Karakteristik batuan utuh & massa  Jenis & Kapasitas mesin gali  Jenis



batuan

& karakteristik gigi gali

Sifat batuan yang berpengaruh:  Sifat

fisik batuan utuh  Sifat mekanik statik batuan utuh  Sifat mekanik dinamik batuan  Struktur massa batuan

utuh

3

Variasi Struktur Batuan B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2

4

Kekuatan Batuan Utuh & Massa Batuan B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2

5

Efek Skala B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2

6

Sifat batuan Sifat Fisik


Kekerasan Material

Paramater Kandungan

air

Pengaruhnya Pemboran,

Penggalian Penggalian Pemboran, Penggalian

Bobot

isi Porositas

Pemboran,

Kekerasan

Mineralogi Mohs & Rosival Koefisien Cementasi Cone indenter Uji Dynamic rebound Shore sclerescope Schmidt rebound hammer

Pemboran,

Kekerasan

Pemboran,

Penggalian Penggalian Pemboran, Penggalian Penggalian Penggalian Penggalian Penggalian

Modified

Schmidt hammer Tekan – UCS Kuat Tarik Brazilian Kuat Geser

Pemboran,

Standard Kuat Batuan

Kuat

Pemboran,

Perilaku Konstitutif Uji UCS

Young's

Modulus Fraktur Energi Toughness Index

Pemboran,

Spesifik

Pemboran,

Indeks Kekuatan Batuan

Brittleness

index Load Index-PLI Impact Strength Index-ISI O&K Wedge Test Hardgroove Grindability Index Breaking Characteristic Rock Drillability

Penggalian

Point

Pemboran,

Drilling Rate Index Drillability Barre Granite

Pemboran Pemboran

Sifat Dinamik

Kecepatan

Penggalian

Abrasivitas

Schimazek

Pemboran,

Cerchar

Pemboran,

Uji Cuttability

Seismik Lab

Factor Abrasivity Index (CAI)

•Core Cuttability •VARI

Sifat Fisik Batuan Utuh

Penggalian Penggalian Pemboran, Penggalian Penggalian Penggalian Penggalian

Penggalian

Penggalian

Penggalian Penggalian Pemboran,

Penggalian

Pemboran Pemboran

Penggalian Penggalian

Penggalian Penggalian

7

Sifat Mekanik Batuan Utuh Uji Standard B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2

     

Kuat tekan, statik dan dinamik Kuat tarik, statik dan dinamik Modulus Young, statik dan dinamik Nisbah Poisson, statik dan dinamik Kuat geser Kecepatan ultrasonik

8

Kuat Tekan Uniaksial (UCS) B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2

UCS (MPa) Klasifikasi Bieniawski, 1973

Tamrock, 1988

Sangat keras

250 - 700

200 [7]

Keras

100 - 250

120 – 200 [6-7]

Keras sedang

50 - 100

60 – 120 [4,5-6]

-

30 – 60 [3-4,5]

Lunak

25 - 50

10 – 30 [2-3]

Sangat lunak

1-25

- 10

Cukup lunak

(Tamrock Surface Drilling and Blasting, 1988), Mohs Hardness [-]

9

Klasifikasi Jenis Aplikasi Gigi Gali (Durst & Vogt, 1988 & Hagan, 1990) B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2

Alat Gali

Klasifikasi Batuan Utuh

UCS (MPa)

Wedge tooth

Sangat lunak

< 20

Drag/point pick

Sangat lunak - lunak

< 124

Disc cutter

Lunak - keras

5 - 130

Button cutter

Keras - sangat keras

> 240

10

Persamaan Kurva Tegangan Regangan B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2



Energi Fraktur UCS = Wf = ½ Fp x ∆l



Energi Fraktur Spesifik UCS = Wsf =



σc x εp

Toughness Indeks (Singh, 1983) = TI =

σc

2E σ



2

x 100

2

Rock Toughness (Farmer, 1986) = RT= Ec

11

F

Kuat Tarik Brazilian (UTS)

Plat tekan


atas Contoh

D

Batuan Plat tekan



UTS << UCS



UCS/UTS = Toughness ratio = Brittleness Index BI semakin besar, kinerja alat gali potong meningkat beberapa kali lipat

bawah F



12

Kuat Tarik Dinamik B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2



Kuat tarik dinamik batuan jauh lebih kecil daripada kuat



tekan statiknya. Kuat tarik dinamik sangat penting untuk diketahui dalam proses penggalian mekanis dan peledakan.



Tegangan tarik tangensial harus lebih besar daripada kuat tarik dinamik agar terjadi rekahan radial



Bila spalling diinginkan untuk terjadi, kuat tarik dinamik harus lebih kecil daripada tegangan tarik radial yang dihasilkan dari pantulan pulsa tegangan tekan awal di bidang bebas. 13

Klasifikasi Brittleness Index B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2

Brittleness Index

Keterangan

6–7

Sangat tough & plastik

7–8

Tough & plastik

8 – 12

Rata-rata jenis batuan

12 – 15

Sangat brittle tak plastik

15 – 20

Sangat brittle

14

Kecepatan Ultrasonik B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2



Uji (ISRM 1981) untuk mengukur cepat rambat gelombang ultrasonik pada contoh batu sebelum uji UCS.  

cepat rambat gelombang primer (VLp) cepat rambat gelombang sekunder (VLs).



Modulus Elastik dinamik dapat dihitung.



Kemampugalian batuan ditentukan juga oleh karakteristik dinamiknya, karena perjalanan gelombang akibat benturan mata bor dan gigi-gigi alat gali terhadap batuan merupakan gerakan dinamik.



Setiap batuan selalu memiliki rekahan awal (pre-existing cracks). Tergantung dari proses pematangannya didalam, rekahan awal ini dapat saja bertambah.



Menaiknya rekahan awal akan menurunkan kecepatan ultrasonik.

15

Kec. Rambat Gel. Ultrasonik B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2

    

Kecepatan rambat gelombang tekan Kecepatan rambat gelombang geser Modulus Young dinamik Modulus geser dinamik Nisbah Poisson dinamik

16

Parameter Dinamik B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2

Modulus Geser: G = ρ.vs2 ρ = massa per satuan volume

 1 − 2 V    Vp     v= 2   V   21 −  s      Vp    2

s

Nisbah Possion:

Modulus Young Dinamik: E = 2 (1+ν) G Konstanta Lame: λ = ρ (vp2 – 2 vs2) Modulus Ruah: K = (ρ/3) (3vp2 – 4 vs2) 17


Sifat Mekanik Batuan Utuh Menurut Uji Indeks 

Point Load Index (aksial & diametrikal) - ISRM, 1985

 



Breaking Characteristic Rock Drillability Drilling Rate Index Drillability Barre Granite Cutting Resistance Wedge Test (FA & FL) - O & K Voest Alpine Rock Cuttability Index (VA-RCI) Core Cuttability (Roxborough, 1981)



Impact Strength Index

   

18

Point Load Index (PLI) B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2



Uji PLI dilakukan untuk mengetahui kekuatan (strength) contoh batu secara tidak langsung di lapangan



Bentuk contoh batu: silinder atau tidak beraturan.



Peralatan yang digunakan mudah dibawa-bawa, tidak begitu besar dan cukup ringan sehingga dapat dengan cepat diketahui kekuatan batuan di lapangan, sebelum dilakukan pengujian di laboratorium.



Contoh yang disarankan untuk pengujian ini berbentuk silinder dengan diameter = 50 mm (NX = 54 mm).



Fracture Index dipakai sebagai ukuran karakteristik diskontinuiti dan didefinisikan sebagai sebagai jarak jarak rata rata-rata fraktur dalam sepanjang bor inti atau massa batuan

19


Tipe & Syarat Contoh Batuan Uji PLI (ISRM, 1985)

W

P

P P

L > 0,5D

L

L D

D

D W 2

W1

P

P

P L > 0,7D a. Uji Diametrikal

D/W = 1.1

0.05

b. Uji Aksial

D/ W =1.0 – 1.4 W = (W1+W2)/2

20

Breaking Characteristics B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2



Breaking characteristic menggambarkan sifat batuan sebagai reaksi apabila dipukul dengan palu.



Setiap jenis batuan mempunyai sifat khusus dan derajat kerusakan yang berhubungan dengan tekstur, komposisi mineral, dan strukturnya.



Breaking characteristic berbagai batuan dinyatakan sebagai The Los Angeles Co-Efficient (ukuran relatif untuk menentukan tahanan batuan terhadap penghancuran).

21

Rock Drillability B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2



Rock drillability adalah kecepatan penetrasi (penembusan) mata-bor ke dalam batuan & merupakan fungsi dari beberapa sifat batuan: 

Kekuatan batuan utuh

 

mineralogi abrasivitas kekerapan kekar Ukuran butir tekstur derajat pelapukan, dan lain sebagainya.

   

 

Beberapa metoda empirik telah dikembangkan untuk memperkirakan unjuk kerja pengeboran dalam macam-macam batuan. Indeks khusus untuk rock drillability antara lain:    



Drilling Rate Index (DRI) atau indeks laju pengeboran Bit wear index (BWI) Klasifikasi batuan berdasarkan drillability dari Barre granite Moh's test Klasifikasi jenis Protodyakonov

BWI & DRI saling berbanding terbalik. Jika batuan mempunyai BWI rendah maka DRI-nya tinggi 22

Drilling Rate Index (DRI) B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2



DRI bukan merupakan petunjuk langsung kecepatan pengeboran tetapi merupakan ukuran relatif dari kecepatan pengeboran.



DRI ditentukan berdasarkan dua parameter: 

Harga kerapuhan S20 (friability value S20)



Harga Sievers J (SJ value)

23

Drilling Rate Index B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2



SJ diperoleh dari miniature drill test:  Mata bor (diameter sekitar 10 mm) diputar 200 kali  SJ = rata-rata kedalaman dari 4-8 kali pengeboran dan dinyatakan dalam 0.1 mm  Dengan menggunakan S20 dan SJ, DRI dapat ditentukan  Ditentukan berdasarkan:  Harga kerapuhan S20  Harga saringan J (SJ)  S20 diukur dari brittleness test:  Beban 14 kg dijatuhkan berulang-ulang (20 kali) dari ketinggian 25 cm terhadap contoh seberat 0,5 kg.  S20 = Prosentase undersize saringan 11,2 mm

24


Penentuan S20 dan SJ

25

Penentuan Drilling Rate Index B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2

Classification of Drilling Rate Index and Bit Wear Index for rock formations with quartz content of 10-40%

Drilling DRI Rate Index,

Bit Wear Index, BWI

Sangat rendah

21

Sangat tinggi

63

Rendah sekali

28

Tinggi sekali

53

Rendah

37

Tinggi

43

Medium

49

Medium

33

Tinggi

65

Rendah

23

Tinggi sekali

86

Rendah sekali

13

Sangat tinggi

114

Sangat rendah

3

26

Klasifikasi Batuan Menurut Drillability Barre Granite B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2



Kecepatan pemboran relatif dalam barre granite ditetapkan mempunyai harga 1,00 dan drillability dari bermacam-macam batuan dapat diperoleh dengan mengalikan kecepatan pengeboran dalam barre granite dengan faktor drillability yang tercantum dalam tabel.



Kecepatan pengeboran dalam barre granite 90 cm/menit, faktor drillability dari batuan gamping di Tulsa = 1,2, maka kecepatan pengeboran dalam batuan gamping Tulsa adalah 108 cm/menit.

27

Rumus Kombinasi Kecepatan Pengeboran Dalam Barre Granite B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2



N = 31 P/d1,4



Keterangan: 

 



N = kecepatan pengeboran netto dalam "barre granite" (m/menit) P = rock drill (kinetic) out put power (KW) D = diameter lubang (mm)

Contoh: Rock drill H L 538 outlubang put power Kinetic 15,5 KW Diameter = 89=mm Kecepatan pengeboran netto = 0,87 m/menit 28

Drilling Rate Index B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2

ANORTHOSITE

GRANITE GNEISS

AMPHIBOLITE MICA GNEISS

QUARTZITE

LIMESTONE

DIABASE

MARBLE

PHYLITE

SANDSTONE

PEGMATITE

DIORITE GABBRO

SLATE SHALE

MONTSONITE GREYWACKE

NORITE

GNESIS GRANITE

MICA SCHIST

GNESIS TACONITE

10

20

30

GRANITE

40

50

60

70

80

90

Drilling Rate Index 29

Drillability Factor Batuan B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2

Jenis Batuan

Asal Batuan

DF

Jenis Batuan

Asal Batuan

DF

Andesit

Messy Rock, Washington, USA

1,27

Magnesite

Vienna, Austria

0,94

Banded gneiss

Soina, Sweden

0,89

Magnesite

Kiruna, Sweden

0,67

Barre granite

Barre, Vermont, USA

1,00

Magnesite

Canada

0,55

Basalt

New York, USA

0,56

Magnesite

Kiruna, Sweden

0,56

Calcite

Hanover, Pa. USA

0,89

Magnesite

Kirkland Lake, Ontario, Canada

0,59

Chalco-pyrite

New Guinea

0,78

Pegmatite

Vancouver, B.C. Canada

0,67

Diorite

Oregon, USA

0,34

Porphyry

Denver, Colorado, USA

0,82

Dolomite

Hanover, Pa. USA

1,70

Porphyry

Murdockville, Quebec, Canada

0,89

Felsite

Denver, Colorado, USA

0,75

Quartzite

Canada

0,33

Granite

Westchester, NJ. USA

0,67

Quartzite

Minessota, USA

0,56

Granite

Snettlesham Dam, Alaska, USA

0,78

Quartzite

Canada

0,72

Granite

Newark, NJ. USA

1,05

Quartzite

New Zealand

0,78

Granite

California, USA

1,10

Rhyolite


0,60

Granite gneiss

Lamburg, NJ. USA

0,67

Sandstone

Michel, B.C. Canada

0,75

Granite gneiss

Vancouver, B.C. Canada

0,89

Sandy dolomite

Hanover, Pa. USA

0,60

Hermanite red

Sarajevo, Yugoslavia

1,50

Shale

Michel, B.C., Canada

0,75

Limestone

Washington, USA

0,78

Shale

Scranton, Pa. USA

2,00

Limestone

Millerville, Va. USA

0,89

Siderite

Sufferen, N.Y. USA

0,89

Limestone

Buffalo, N.Y. USA

0,89

Siderite


0,90

Limestone

Bellefonte, Pa. USA

0,94

Siderite


1,00

Limestone

Tulsa, Ok. USA

1,19

Taconite


0,84

Limestone

Saratoga, N.Y. USA

1,22

Limestone

Portsmouth, N.H. USA

1,77

Limestone

Davenport, Iowa, USA

1,79

30

O&K Wedge Test B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2



Uji wedge ini mulanya dikembangkan oleh Oreinstein dan Koppel (O&K) dari Lübeck, Jerman (Rasper, 1975) untuk menentukan

tahanan gali (digging resistance) batuan keras dan kompak  Untuk analisa kemampugalian BWE dengan gigi tipe pahat pipih (wedge) & gigi tipe point pick menggunakan PLI 

Uji ini dipublikasikan dalam O&K Publication Soil testing equipment operating instructions No. 834 601-12.



Prosedur ideal penentuan kemampugalian (diggability) suatu batuan dengan BWE adalah dengan melakukan pengujian insitu dengan BWE-nya di lapangan

31




Contoh batuan 15 cm x 15 cm x 15 cm dan ditekan oleh baji hingga belah.



FL =

F L

FA =

Wedge Test

F A

FL FA F

= Tahanan gali per unit panjang, kN m -1. = Tahanan gali per unit luas, kN m -2 = kPa. = Beban belah, N.

L A

= Panjang total bagian yang terbelah, m. = Luas total bagian yang terbelah, m2.

32

Voest-Alpine Rock Cuttability Index VA-RCI B T I n a g n  a b m t rP  e k i n k e T n e  m te r a p e D K S n a il a g g  n e P n a r o  b m e P # 2

VA-RCI dikembangkan di Zeltweg, Austria (Gehring, 1982) Untuk analisa kinerja road header dan tunnel boring machine. Contoh batuan φmin 7 cm & di semen moulded 10x10x10 cm lalu dipotong jadi 2 contoh 10x10x5 cm. Pengujiannya menggunakan pin besi-baja bulat yang ujungnya dipasang tungsten carbide yang dipasang pada mesin gurdi. Pin dijepit mesin bor & ditempelkan di atas contoh dengan 764 rpm (radius = 25 mm), 5 detik dan beban statik 200 N. Kedalaman parit diukur 4 sisi siku dengan ketelitian 0.1 mm. VA-RCI dihitung dari kedalaman rata-rata dari empat pengukuran. 33

Uji Core Cuttability B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2



Prosedur uji core cuttability menurut Roxborough (1987)



Uji ini mencari Energi Spesifik suatu contoh batuan



ES menghitung gaya potong & gaya normal rata-rata yang diperlukan oleh sebuah pick memotong parit sepanjang tertentu pada sebuah contoh batu berbentuk silinder



Gaya potong memberikan tegangan transient pick saat memotong, gaya normal adalah gaya yang harus dibangkitkan oleh sebuah mesin saat mempertahankan kedalaman pemotongannya



Gaya potong adalah satu dari gaya-gaya ortogonal yang bekerja pada pick saat memotong batu.

34




  

W = 12.7 mm, d = 5 mm, l = 25 cm Contoh diputar sebesar 180o agar diperoleh pemotongan ulang yang sama dan sejajar. Lakukan 4 kali pemotongan dan total panjang pemotongan menjadi 1 m Pick chisel w = 12.7 mm, FRA 0 o, BCA 5o. Tungsten carbide kualitas standard, grain nominal 3 - 3.5 mm, cobalt 9 - 10%. 35

Tipikal Gaya Potong & Energi Potong Batuan B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2

36

Gaya Potong & Energi Potong Batuan Pasir B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2

Grafik FLC T e rhadap Distance (DOC = 7 mm) 2.00 Data 1.50 ) N k ( 1.00 C

F

0.50

0.00

0

2

4

6

8

10

12

14

16

Distance (cm) 37


Aplikasi Roadheaders Sebagai Fungsi Kekar & Energi Spesifik (McFeat-Smith, 1978) Batas mak SE Lab. Kinerja umum penggalian (Mc Feat-Smith, 1978) Mesin Berat

Mesin Medium

32 MJ/m3

20 MJ/m3

Mesin hanya dapat memotong batuan ini secara ekonomis bila berbentuk perlapisan setebal kurang dari 0.3 m. Modifikasi mungkin diperlukan.

25 MJ/m3

15 MJ/m3

Kinerja penggalian buruk. Pergantian pick aus secara regular akan membantu kebutuhan energi gali & me-ngurangi bagian aus. Lebih baik pakai point attack pick dengan kecepatan rendah dan besi sangga samping akan memperbaiki stabilitas.

20 MJ/m3

12 MJ/m3

Kinerja penggalian sedang. Untuk batuan abrasive perlu sering periksa pick, karena pick tajam akan memperbaiki kinerja.

17 MJ/m3

8 MJ/m3

Kinerja sedang - baik dengan keausan rendah. Pick diganti regular untuk batuan abrasiv.

8 MJ/m3

5 MJ/m3

Mesin sangat cocok dengan kondisi batuan ini. Kemajuan gali tinggi. Mudstones pada batas minimum lebih baik digaru, dan laju gali tinggi. 38

Impact Strength Index (ISI) B T I n  a g n a b m t rP e k i  n k e T n  e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2

ISI (Evans & Pomeroy, 1966) & uji Protodyakonov adalah sejenis. Uji ISI menggunakan peralatan khusus Contoh batu:   



ukuran 0.95 - 0. 32 cm berat 100 gram dipukul dengan piston sebanyak 20 kali sisa batuan berukuran semula ditimbang dan sama dengan ISI 39

Hubungan UCS & PLI B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2

Referensi

Persamaan

Tipe Batuan

Broch & Franklin (1972)

σc = 24Is(50)

batu pasir

Bieniawski (1975)

σc = 23Is(50)

batuan beku, batuan sedimen

Brook (1985)

σ = 22I

-

c

Singh (1981)

s(50)

σc = 18,7Is(50)

Vallejo et al. (1989)

batu pasir dan shale -

•shale

σc = 12,5Is(50)

shale

•batu pasir

σc = 17,4Is(50)

batu pasir

Kramadibrata (1992)

σc = 11,82Is(50)

batu pasir dan batu lempung

Gunsallus & Kulhawy (1984)

σc = 16,51s(50) + 51

dolostone, batu pasir, batu gamping

Cargill & Shakoor (1990)

σc = 23Is(54) +13

batuan sedimen, batuan metamorf

Kahraman (2001)

σc = 8,41Is(50) + 9,51

batuan beku, batuan sedimen, batuan metamorf

Tsidzi (1990)

σ c

=

Is(50 ) 0,03 + 0,003 Is(50)

batuan metamorf

40

Block Punch Index (BPI) B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2



Salah satu alternatif uji indeks yang relatif baru untuk memperkirakan nilai kuat tekan dari batuan & berguna untuk batuan berfoliasi tipis sehingga sulit untuk mendapatkan contoh representatif untuk UCS & PLI seka lipun.



Uji BPI dilakukan untuk mengetahui kuat geser secara langsung dari contoh batuan yang berbentuk silinder tipis.



Diperoleh gaya dikenakan pada contoh batuan menggunakan punch berbentuk empat persegi. Keruntuhan yang terjadi disebabkan oleh pecahnya contoh batuan karena ketidakmampuan contoh batu untuk menahan kuat geser, sedangkan kuat tariknya dieliminir dengan alat penjepit block punch.



BPI = Block Punch Index (MPa)



A = Luas bagian runtuh (mm )

F = Beban runtuh (N)

r

= Jari-jari contoh (mm)

2

BPI =

K = Lebar BPI = 15 mm t

= tebal contoh (mm)

F

 2  K 2  4 t r −     2   

0,5

41

Block Punch Index (BPI) B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2

42

Hubungan UCS & Block Punch Index (BPI) B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2



Schrier (1988) BPI adalah uji indeks dan bukan untuk mengukur kuat geser batuan karena kemungkinan dipengaruhi oleh tegangan bending (Everling, 1964).



Uji BPI ekuivalen dengan uji indeks lainnya untuk menduga UCS, & tingkat akurasinya yang lebih baikdaripada uji PLI.



Rivai (2001): hubungan UCS & BPI dapat dilakukan untuk batuan lunak karena penekanan yang terjadi pada uji BPI menyangkut suatu luas yang lebih besar dari point sehingga akan memberikan efek geser.

Referensi

Persamaan

Tipe Batuan

Schrier (1988) Ulusay & Gokceoglu (1998)

σc= 6,1BPI – 3,3 σc = 5,5BPIc

batuan beku, batuan sedimen, batuan metamorf batuan beku, batuan sedimen, batuan metamorf

Rivai (2001)

σc = 7,13BPIc

batu pasir, batu lempung, batu lanau, batu andesit

43

Hubungan UCS & Impact Strength Index (ISI) B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2



Uji ISI sudah tidak direkomendasikan lagi oleh ISRM 1986 – Commision

on Testing Methods Groups on Test For Drilling and Boring, sehingga perkembangan penelitian untuk mengembangkan kegunaannya, baik untuk memprediksi nilai UCS maupun manfaat lainnya, menjadi kecil. 

Kahraman (2001), data hasil uji ISI relatif konsisten daripada UCS dan uji indeks lainnya. Referensi

Persamaan

Hobbs (1964)

σc* = 53ISI – 2509

Goktan (1988)

σc = 0,095ISI – 3,667

Kahraman (2001)

σc =

4×10-10ISI5,87

Tipe Batuan batuan sedimen batuan beku, batuan sedimen, batuan metamorf

44

Klasifikasi Penggalian Protodyakonov (Durst & Vogt, 1988) B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2

Kelas

Kekuatan material

Tipe tanah / batuan

ISI MPa

UCS MPa

I II

Batu paling keras Batu sangat keras

Solid & tough quartz &basalt Porphyritic, quartz, granite

20 15

200 150

III

Batu keras

Granite, hard sandstone, iron ore

10

100

IV

Relatif batu keras

Normal sandstone, iron ore

6

60

V

Batu keras medium

Hard clay slate, soft-sand stone & limestone

4

40

VI

Relatif batu luak

Soft clay, v. soft sand-stone, chalk, fine sand, anthracite, cemented pebble sandstones

2

20

VIa

Relatif batu luak

Gravel soil, broken salte, hard fossil coal, hardened clay

15

15

VII

Batu lunak

Hard clay, soft fossil coal, clayey soil, hard

1

10

VIIa

Batu lunak

brown coal Gritty clay, coarse clay, loess

0.8

-

VIII

Tanah

Top soil, peat loam, sand

0.6

-

IX

Tanah lepas

Sand, dumped soils, soft brown coal

0.5

-

X

Tanah lumpur

Mud, muddy loess

-

45



Ada 2 tipe untuk batu dan beton: L & N. Energi impak (EI) tipe L = 0,735 J = 1/3 EI tipe N & dimensinya juga lebih besar.



Schmidt Hammer

Tipe L untuk uji contoh batuan silinder & tipe N untuk contoh

B T I batuan besar; blok batuan / langsung pada massa batuan. n a g  Terdiri dari piston yang dikombinasikan dengan per. Piston n a secara otomatis terlepas dan menumbuk permukaan kontak b m dengan batuan ketika hammer ditekan ke arah permukaan t rP e batuan. Piston tersebut akan segera memantul kembali ke k i arah dalam hammer. Jarak pantul piston yang terbaca pada n k e indikator dinyatakan sebagai nilai pantul Schmidt Hammer. T n Nilai pantul Schmidt Hammer = rata-rata 10 pengujian. Jarak e m pantulan ini merupakan fungsi dari jumlah energi impak te r a yang hilang akibat deformasi plastik dan failure dari batu di p e tempat terjadinya impak. D K S  Nilai pantul fungsi orientasi dari hammer. Pengujian dengan n a menekan hammer relatif ke arah bawah menghasilkan nilai il a pantul < daripada menekan hammer ke arah atas. Gaya g g n gravitasi akan menghambat pantulan piston pada saat e P hammer ditekan ke arah bawah sebab arah pantul dari n a r piston berlawanan arah dengan gaya gravitasi. o b m  Perlu dikalibrasi dengan melakukan 10x pembacaan pada e P anvil standar. # 2

1. 2. 3.

Contoh batuan Impact plunger Indikator angka pantul

46

Hubungan UCS & Schmidt Hammer B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T Referensi n e m te r 1. Deere & Miller, 1966 a p e 2. Kidybinski, 1968 D K S 3. Beverly et al., 1979 n a il 4. Haramy & DeMarco, 1985 a g g 5. Cargill & Shakoor, 1990 n e P n 5.1. batu pasir a r o 5.2. karbonat b m e 6. Kahraman, 2001 P # 2

Hubungan tsb memperlihatkan kecenderungan penggunaan bobot isi sebagai variabel tambahan pada hampir semua persamaan korelasi antara UCS dan Schmidt Hammer Persamaan

Tipe Batuan

Tipe Hammer

1. σc = 6,9 ×10(0,16+0,0087Rnρ)

1. -

L

2. σc = 0,477e(0,045Rn+ρ)

2. -

-

3. σc = 12,74e(0,0185Rnρ)

3. -

L

4. σc = 0.094Rn – 0,383

4. batu bara

L L

5.1. σc = e(0,043Rnρd + 1,2)

5. sedimen, metamorf

N

5.2. σc = e(0.018Rnρd + 2,9) 6. σc = 6,97e(0,014Rnρ

6. tiga jenis batuan 47

Hubungan UCS & Kecepatan Ultrasonik Vp B T I  n a g  n a b m t rP  e k i n k e T  n e m te r a p e D Referensi Persamaan K S n a il Goktan (1988) σc = 0,036vp* - 31,18 a g g Wade et al. (1993) σc = 0,055vp* - 91,44 n e P σc = 9,95vp1,21 n Kahraman (2001) a r o b m e vp* = Kecepatan gelombang tekan (m/det) P # 2

Vp untuk pemilihan alat gali dan penentuan keberadaan kekar Hubungan UCS & Vp sulit ditentukan tanpa memperhitungkan faktorfaktor di dalam batuan. Faktor-faktor: beban pada contoh saat pengujian, porositas, pre-existing crack, bobot isi, kandungan air, ukuran butir & komposisi mineral. Kahraman (2001) hubungan non-linear antara σc dan Vp dengan menggunakan variasi contoh batuan daripada penelitiannya Goktan & Wade et al. sehingga lebih andal utk prediksi UCS daripada Vp. Tipe Batuan batuan sedimen batuan beku, batuan sedimen, batuan metamorf

v

p

= Kecepatan gelombang tekan (km/det)

48

Abrasivitas B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2



Suatu parameter yang mempengaruhi keausan (umur) mata bor (drill bit) atau batang bor (drill steel).  Tergantung pada komposisi batuan, sehingga keausan mata bor     

sebanding dengan komposisi batuan tersebut. Kandungan kuarsa dalam batuan dianggap sebagai petunjuk untuk mengukur keausan batang bor. Kerusakan pick atau gigi gali sang at dipengaruhi abrasivitas batuan yang digali. Uji abrasivitas untuk menduga jumlah keausan pick bila kontak dengan batuan. Cerchar Abrasivity Index untuk menduga abrasivitas batuan beku & metamorf Schimazek Factor (Gehring 1992) untuk menduga abrasivitas batuan sedimen

49

Cerchar Abrasivity Index CAI B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2



CAI ditentukan dengan menggoreskan sebuah pin besi-baja yang sudah diperkeras ke-permuka batuan segar.  Pin: kuat tarik 200 kg/mm 2, Rockwell hardness 54 – m c 1

56, dibentuk konus α = 90°dan tajam oleh mesin bubut.  Valantine (1973): selama satu detik pin dibawah beban statik 7 kg digoreskan ke permukaan batuan segar sepanjang 1 cm.  CAI = φ pin yang sudah rusak akibat goresan diukur dibawah mikroskop dengan satuan 1/10 mm

Rata

Miring

W

Bergelombang

Lengkung

50

Hasil Pengukuran Lebar Rusak Ujung Pin di Batu Pasir B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2

No

W mm

No

W mm

1

173-349-115-280

11

661-475-551-404

2

284-203-279-285

12

382-313-404-303

3

176-181-175-188

13

255-528-213-548

4

254-262-244-336

14

134-181-150-295

5

167-237-200-262

15

386-311-246-384

6

501-781-469-748

16

297-308-279-297

7

663-475-551-404

17

173-206-225-197

8

443-340-444-437

18

173-206-225-197

9

440-559-653-571

19

189-246-100-376

10

110-302-176-288

20

309-274-190-260

51

Schimazek Abrasivity Factor B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2



Abrasivitas menurut F memakai sering digunakan untuk batuan sedimen dan Schimazek hitungannya persamaan berikut: σ t dV



F=



σt = Kuat tarik tak langsung (MPa) d = Ukuran butir kuarsa atau mineral keras rata-rata yang diidentifikasi pada analisa sayatan tipis (mm) V = Kandungan volume mineral keras relatif terhadap kuarsa (kuarsa identik dengan satu pada skala Rosival)

 

100

(N/mm)

52

Penentuan Schimazek F Batuan Gamping B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2

%

%

%

%

%

%

%

%

%

%

Rata rata

Skala Rosival

% Volume

Quartz

65

75

60

60

70

60

75

65

75

55

66

1.0

66

Feldspar

5

10

5

15

5

10

5

5

10

15

8.5

0.3

2.7

Hard silica

5

-

10

-

5

10

5

5

-

-

4

0.3

1.2

Lempung

10

10

20

10

15

10

5

10

-

20

11

0.04

0.44

Karbonat

10

-

-

5

-

5

5

-

5

-

3

0.03

0.09

Mat. Organik.

5

-

5

5

-

5

-

5

5

10

4

0

1.5

Mat. Volkanik

-

5

-

5

5

-

5

10

5

-

3

0.5

1.5

Total

71.9

Mineral

Ukuran butir rata2 kuarsa dari sayatan tipis = 0.16 mm, σt = 10.2 MPa =. F

σ t dV

=

100

10.2 x 0.16 x 71.9 1.17 = 100

53

Batuan Mudstone


Sandstone Limestone

Granite

Mineral

%

Moh

Kekerasan

Rosival

Kekerasan

Quartz

0.65

7

5.24

120

80

Calcite

0.11

3

4.5

Mica, clay, plagiclase

0.24

1.5

4

Quartz

0.97

7

Mica, clay, iron hydroxide

0.03

2.5

Clacite

0.98

3

Quartz

0.02

7

Feldspar

0.60

6

Quartz

0.30

7

120

Biotite

0.05

2.5

4

Hornblende

0.03

5.5

20

Magnetite

0.01

5.5

20

Chlorite

0.01

2.5

4

6.87

120

117

4 3.08

4.5

7

120 6.25

37

57

CAI

Deskripsi

Schimazek F

Deskripsi

0.3 - 0.5

Abrasiv kecil

< 0.01

Tidak abrasiv

0.5 - 1.0

Agak abrasiv

0.01 - 0.05

Abrasiv kecil

CAI &

1.0 - 2.0 2.0 - 4.0

Medium abrasiv-abrasiv Sangat abrasiv

0.05 - 0.1 0.1 - 0.5

Abrasiv sedang Cukup abrasiv

F Schimazek

> 4.0

Paling abrasiv

0.5 - 1.0

Abrasiv

1.0 - 2.5

Sangat abrasiv

2.5 - 4.0

Abrasiv sekali

> 4.0

Paling abrasiv

54

Schimazek Abrasivitas B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2



Laju keausan akibat abrasiv = kehilangan berat pick dan akan naik sesuai



dengan pangkat dua kandungan kuarsanya. Batu pasir butir kasar dapat menyebabkan keausan pick 50 x lebih besar daripada batu pasir butir halus.



Gehring (1992-b): kuarsa butir < 0.025 mm tidak berpengaruh terhadap abrasivitas.



Roxborough & Phillips (1981) kandungan kuarsa 60% sangat berpengaruh terhadap keausan pick.



Laju keausan meningkat signifikan pada besi daripada tungsten carbide, karena kekerasan kedua material tersebut berbeda.



ρbesi = 7.8 gr/cc dan ρtungsten carbide = 14.0 gr/cc, keausan besi = 4 x lebih cepat daripada tungsten carbide.

55


6 Pick tungsten carbide (batuan sedimen) 5 4

3

2

1

0 0

20

40

60

80

100

Kandungan Kuarsa - Vol. %

56

Kandungan Kwarsa Pada Berbagai Batuan B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2

Jenis Batuan

Kandungan kwarsa (%)

Jenis batuan

Kandungan kwarsa (%)

Amphibolite

0 - 5

Mica gneiss

0 - 30

Anorthosite Diabase

0 0 - 5

Mica schist Norite

15 0 - 5

Diorite

10 - 20

Pagmatite

15 – 30

Gabbro

0

Phylite

10 – 25

Gneiss

15 - 50

Quartzite

60 – 100

Granite

20 - 35

Sandstone

25 – 90

Greywacke

10 - 25

Slate

10 – 35

Limestone

0 - 5

Shale

0 - 20

0,00

Taconite

0 - 10

Marble

57

Konsumsi Pick/bcm vs. UCS & F Schimazek (Voest Alpine Bergtechnik) B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2

10.0 m c /b s k c i P 1.0

Picks type U47 & U47L; dia. = 17.5 mm of tungsten carbide (Voest Alpine Bergtechnik) Fsch = 5 Fsch = 1

Fsch = 0.1 0.1 Fsch = 0.5 Fsch = 0.01 0.01

0.001

0

20

40

60

80

100

120

160 140 UCS - MPa

58


Beberapa Faktor Yang Mempengaruhi Keausan Mata Bor Geology         

rock properties (mineral composition, rock strength, grain size, grain shape) joint features (spacing, orientation, aperture, roughness) weathering / alteration of rock water situation composition of rock mass (homogenous / inhomogenous) stress situation (stress direction, stress level)

Tools    

 

tool characteristics (carbide composition, button shape, button number, steel composition) Flushing (fluid, number & geometry of flushing holes and flutes, flushing pressure) feed and rotating velocity temperatures

Logistics   

maintenance tool handling supporting methods

59

Laju Keausan Alat Gali/Potong B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2

WEDGE TOOTH

Panjang semula 252 mm

POINT PICK / TOOTH

185 mm Panjang setelah pemakaian

60


B

Cutting edge

A 1

6 2

3

5

4 Point pick

AL-1

Sebelumnya, keausan pick ditentukan dengan mengukur perbedaan panjang asli dan akhir penggunaan. Menurut kebiasaan di Air Laya, pick harus diganti bila panjangnya mencapai 185 mm dari panjang aslinya 252 mm. Karena pergantian pick hanya didasarkan atas perbedaan panjang, yang sebetulnya keausan berlebihan dapat saja terjadi di-ujung pick tanpa harus membuat terlalu pendek, oleh karenanya akan lebih baik bila pengamatan keausan dinyatakan dengan berat kehilangan dalam gram per-satuan waktu pemakaian (jam). Dan perlu diingat bahwa keausan pick bisa saja merupakan bolong besar di ujung pick . Monitoring keausan pick BWE hanya dilakukan pada pick nomor 3 dan 4 karena pick-pick inilah yang sering terpakai untuk proses penggalian. Berat asli pick adalah 4000 gram dan kalau keausan sudah sangat parah beratnya bisa menjadi 2300 gram

AL-2

AL-3

AL-4

No.Pick

gr/jam

No.Pick

gr/jam

No.Pick

gr/jam

No.Pick

3

0.018

2

0.452

3

0.031

3

3

0.031

2

0.452

3

0.004

3

0.004

2

0.613

3

3

0.039

3

0.229

4

0.019

3

4

0.024

4

Rata

AL-5 gr/jam

No.Pick

gr/jam

0.046

3

0.046

3

0.037

3

0.035

0.031

3

0.087

4

0.052

4

0.021

4

0.064

4

0.040

0.339

4

0.024

4

0.062

-

-

4

0.251

4

0.022

4

0.043

-

-

0.024

4

0.229

-

-

-

-

-

-

0.023

Rata

0.366

Rata

0.022

Rata

0.057

Rata

0.043

61

Karakteristik Massa Batuan B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2

 

Rock Quality Designation (RQD) Bidang diskontinuiti



Jarak antar bidang diskontinuiti

62

Bidang Diskontinuiti / Kekar B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2







Bidang diskontinuiti di dalam massa batuan dapat membantu mudahnya proses penggalian namun belum tentu untuk pemboran. Keberadaan bidang diskontinuiti dalam massa batuan dapat membantu pencapaian fragmentasi yang diinginkan. Karakteristik penting bidang diskontinuiti: 

kekerapan (frequency) atau jarak antara bidang diskontinuiti  orientasi yang selanjutnya dibagi dalam dua bagian, yaitu arah kemiringan (dip direc-tion) dan kemiringan (dip).

63

Orientasi Bidang Kekar B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2

Strike

ABC = Dip diskontinuiti

Dip lereng B

A

Bidang diskontinuiti Arah dip lereng

Arah dip bidang diskontinuiti C

64

Rock Quality Designation - RQD B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2



RQD = Panjang total inti bor ≥ 0.10 m

X 100%

Panjang total bor (m)



Jumlah potongan inti bor diukur pada inti bor sepanjang 2 m,  Potongan akibat penanganan pemboran harus diabaikan dari perhitungan  Into bor yang lembek dan tidak baik berbobot RQD = 0 (Bieniawski, 1989).

65

Core Drill / Inti Bor B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2

66

RQD vs. λ B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2



Bila inti bor tidak tersedia, RQD dapat dihitung secara tidak langsung dengan melakukan pengukuran orientasi dan jarak antar diskontinuiti pada singkapan batuan.



Persamaan Priest & Hudson (1976): RQD = 100 e -0.1 λ (0.1 λ + 1) λ

= frekuensi diskontinuiti per meter

67

Jarak Antar Kekar B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2







Jarak pisah antar diskontinuiti atau kekar adalah jarak tegak lurus antara dua bidang diskontinuiti yang berurutan sepanjang sebuah garis pengamatan yang disebut scan-line dan dinyatakan sebagai intact length. Panjang scan-line minimum untuk pengukuran jarak diskontinuiti sekitar 50 kali jarak rata-rata diskontinuiti yang hendak diukur. Sedangkan menurut ISRM (1981) panjang ini cukup sekitar 10 kali, tergantung kepada tujuan pengukuruan scan-line-nya.

68

Klasifikasi Jarak Kekar (Attewell, 1993) B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2

Deskripsi

Strukture Bidang Diskontinuiti

Jarak - mm

Very wide spaced

Very thickly bedded

> 2000

Widely spaced

Thickly bedded

600 - 2000

Moderately widely spaced

Medium bedded

200 - 600

Closely spaced

Thinly bedded

60 - 200

Very closely spaced

Very thinly bedded

20 - 60

Thickly laminated (sedimentary)

6 - 20

Narrow (metamorphic and igneous)

6 - 20

Foliated, cleaved, flow-banded, etc. metamorphic

6 - 20

Extremely closely spaced

< 20 Thinly laminated (sedimentary)

<6

Very closely foliated, cleaved flow-banded, etc. ( metamorphic and igneous)

<6

69

Pengaruh Kekar Pada Penggalian B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2



Jarak kekar ↑ → massa batuan masif dan sebaliknya.



DD, Dip & Freq tertentu joint σc ↑ → penggalian massa batuan

  





mudah Penggalian massa batuan J s ≤ 100 mm, atau s/d 300 mm, tidak dipengaruhi oleh sifat mekanik batuan utuhnya. Gaya potong ↓secara drastis dengan Freq J s ↑ Blindheim (1979), orientasi kekar yang paling menguntungkan untuk penggalian dengan road header dalam pembuatan lubang bukaan adalah tegak lurus terhadap sumbu lubang. Evans & Pomeroy (1966): orientasi cleat di batubara dan arah penggalian potong mempengaruhi kinerja penggalian yang memakai gigi drag picks. Arah rekahan sub vertikal dan sub horizontal (bukan tegak dan mendatar) dalam massa batuan umumnya sangat menguntungkan untuk penggalian. 70

Orientation B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2

71

Orientation B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2

72


Orientasi

Gaya potong maks. rata-rata, kN

Gaya potong rata-rata, kN

Energi Spesifik MJ/bcm

0 degree

0.38

0.18

0.22

45 degree

0.38

0.16

0.17

135 degree

0.42

0.20

0.26

90 degree

0.50

0.22

0.29

Orientasi Kekar vs. Gaya Potong

α=0

α = 45

α = 90

Bidang rekahan Cleat

α = Sudut relative cleat ke arah gali pick α = 135

73

Gelombang Seismik B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2



Vs = f {E,ρ, tingkat ke-masifan)



Vs di dalam suatu massa batuan dapat menunjukkan tingkat kerusakan massa batuan tersebut.



Teknik Geofisik terdiri dari seismik refraksi dan seismik refleksi, resistivitas elektrik dan gravimetrik serta pengukuran magnetik.



Untuk karakterisasi massa batuan digunakan metoda seismik refraksi dalam menentukan V



Vs dapat digunakan sebagai ukuran kemampuan suatu bulldozer untuk menggaru sebuah massa batuan

s

74

Seismik Refraksi B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2



Di seismik refraksi hanya Ti first arrival yang masuk masing-masing geofon saja yang diamati.



Ti first arrival yang direkam oleh geofon terdekat kepada sumber energi akan merambat langsung di permukaan tanah dan sebuah plot dari Ti first arrival serta jarak tempuh atau rambat (X) untuk setiap geofon memberikan hubungan garis lurus.



Slopenya adalah kebalikan V1. Bila massa batuan dibawahnya V1 mempunyai kecepatan yang lebih tinggi, V2, gelombang refraksi kritis akan selalu ada dan akan merambat sepanjang permukaan lapisan massa batuan ke-dua dengan kecepatan V2.



Gelombang tekan refraksi kritis menjadi gelombang pertama yang datang di geofon dengan jarak X.



Kemiringan atau gradien hubungan nilai-nilai T-X memberikan kecepatan rambat gelombang dari refraktor horizontal.



V1 * V2 * T0 Kedalaman refraktor ini dari permukaan:

D1 = 2 V 2 − V 2 2 1

(

)

V1 = Kecepatan rambat gelombang pada lapisan permukaan atau pertama. V2 = Kecepatan rambat gelombang pada batuan lapisan kedua To = Beda waktu kedatangan ke permukaan berkecepatan rendah 75

Diagram Skematik Susunan Seismik Refraksi B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2

T 0.25 0.20 0.15

V2

0.10 0.05 0.00

V1

To 0

100

200

300

400

X

Jarak - m Sumber energi Permukaan S 1

2

3

4

5

6

7

8

Gelombang permukaan Gelombang refraksi Batuan lapuk V1 (tanahan) = 500 m/

Muka gelombang

V2 (batuan) = 2000 m/ Batu ubahan 76

Gelombang Seismik Hasil Perekaman Oleh Bison Seismograph B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2

PTBA1007 SEISMIC WAVEFORMS

Forward

1



2 

3 4 5



6 7 8



9 10 11

 

12

0.00

40.00

8 0.00

120.00

WAKTU - milidetik

160.00

Contoh uji seismik refraksi di Tambang Air Laya 1994. Sumber energi dibangkitkan oleh pukulan palu 5 kg ke pelat besi yang diletakkan di atas permukaan tanah Alat perekam data seismik menggunakan Bison-2 Digital Instantaneous Floating Point Signal Stacking Seismograph. Gelombang seismik yang dibangkitkan di titik sumber direkam oleh 12 geofon berjarak 2.5 m masingmasing Laju sampling 0.2 md. Jarak antara geofon pertama dengan palu sekitar 1.5 m

200.00

77

Indeks Kecepatan B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2



Gabungan antara sifat dinamik batuan utuh dan sifat dinamik massa batuan akan memberikan beberapa indeks yang berguna

untuk menganalisa kemampugalian. Knill (1970): nisbah antara kecepatan gelombang seismik longitudinal (yang diukur di lapangan V F atau V2) dengan kecepatan gelombang sonik yang diukur di laboratorium (VLab) sebagai indeks kualitas massa batuan (F = VF/VLab) dan Fraktur Indeks.  King & McConnel (Braybrooke, 1988) menggunakan sebuah indeks yang diturunkan dari Fraktur Indeks dan disebut dengan Indeks Kecepatan (VI). 

V  VI =  Field   VLab 

2

78

Hubungan: VI - RQD - FF B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2

Kualitas massa batuan

RQD (%)

FF (m-1)

Indeks Kecepatan

Very poor

0 - 25

> 15

< 0.2

Poor Fair

25 - 50 50 - 75

15 - 8 8-5

0.2 - 0.4 0.4 - 0.6

Good

75 - 90

5-1

0.6 - 0.8

Very good

90 - 100

<1

0 - 1.0

Lokasi

Indeks Kecepatan

RQD1

RQD2

FF1

FF2

%

%

m-1

m-1

0.79

99.0

75-90

1.02

5-1

1224

0.83

94.6

90-100

1.37

<1

1380

888

0.41

97.0

75-90

1.11

8-5

1615

1200

0.74

99.0

75-90

0.90

5-1

VLab.

VField

m/s

m/s

AL-2

1515

1351

AL-3

1339

AL-4 AL-5

RQD1 = RQD lubang bor. FF1 = Fracture frekuensi lubang bor. RQD2 = RQD menurut Attewell, 1993 FF2 = Fracture frekuensi menurut Attewell, 1993

79

Klasifikasi Massa Batuan B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2



Sistem klasifikasi massa batuan sering gunakan > 2 parameter, tergantung kepentingannya.



Klasifikasi massa batuan dibuat untuk memenuhi (Bieniawski, 1989): 1. Untuk mengidentifikasi parameter yang paling mempengaruhi perilaku massa batuan. 2.

Untuk membagi massa batuan kepada kelompok grup yang berperilaku sama, yaitu kelas massa batuan dengan kualitas berbeda.

3.

Untuk melengkapi suatu dasar pengertian karakteristik masingmasing kelas.

4.

Untuk menghubungkan pengalaman atas pengamatan suatu kondisi massa batuan di satu tempat dengan lainnya.

5.

Untuk menghasilkan data kuantitatif untuk desain rekayasa.

6.

Untuk melengkapi suatu dasar umum komunikasi. 80


Rock Mass Rating (Bieniawski, 1973) 

Sistem Rock Mass Rating (RMR), atau sering juga dikenal sebagai Geomechanics Classification



Klasifikasi ini telah dimodifikasi berulang kali begitu informasi baru dari studi-studi kasus diperoleh dan menjadikannya sesuai dengan International Standard dan prosedur.  RMR terdiri dari 5 parameter utama & 1 parameter pengontrol untuk membagi massa batuan 1. Kuat Tekan Batuan utuh (UCS) 2. RQD 3. Jarak diskontinuiti/kekar 4. 5. 6.

Kondisi diskontinuiti/kekar Kondisi air tanah Koreksi dapat dilakukan bila diperlukan untuk “Orientasi diskontinuiti/kekar” 81

RMR – A Klasifikasi Parameter & Pembobotan B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2

Parameter

1

Kuat tekan

PLI (MPa)

> 10

4 - 10

2-4

1-2

batuan utuh

UCS (MPa)

2

3

> 250

100 - 250

50 - 100

25 - 50

5-25

1-5

<1

15

12

7

4

2

1

0

RQD (%)

90 - 100

75 - 90

50 - 75

25 - 50

< 25

Bobot

20

17

13

8

3

Jarak diskontinuiti

>2m

0.6-2 m

0.2-0.6 m

0.06-0.2 m

< 0.06 m

Bobot

20

15

10

8

5

sangat kasar, tdk menerus, tdk ada pemisahan, dinding batu tdk lapuk

agak kasar. pemisahan < 1 mm, dinding agak lapuk

agak kasar. pemisahan < 1 mm, dinding sangat lapuk

Slicken-sided /tebal gouge < 5 mm, atau pemisahan 1-5 mm, menerus

Gouge lunak tebal > 5 mm, atau pemisahan > 5 mm, menerus

30

25

20

10

0

Aliran/10 m panjang terowongan (Lt/min)

None

< 10

10 - 25

25 - 125

> 125

Tekanan air kekar/MaksTegang an utama

0

< 0.1

0.1 - 0.2

0.2 - 0.5

> 0.5

Kondiisi umum

Kering

Lembab

Basah

Menetes

Mengalir

15

10

7

4

0

Kondisi diskontinuiti

Bobot Air tanah

Untuk kuat tekan rendah perlu UCS

Bobot

4

5

Selang Nilai

Bobot

82

RMR - B Peubah bobot orientasi diskontinuiti Jurus & kemiringan orientasi B diskontinuiti T I n Terowongan a g Bobot Fondasi n a b Lereng m t rP e k i n k e T n Bobot 100 - 81 e m No. Kelas I te r a Description Batuan p e sangat baik D K S n a il a g g n e No. Kelas P n Stand up time rata-rata a r o b m Kohesi massa batuan (kPa) e P Sudut gesek dalam # 2

Sangat menguntungkan

Menguntungkan

Sedang

Tidak menguntungkan

Sangat tidak menguntungkan

0

-2

-5

- 10

- 12

0

-2

-7

- 15

- 25

0

-5

- 25

- 50

- 60

RMR - C Kelas massa batuan menurut bobot total 80 - 61

60 - 41

40 - 21

< 20

II

III

IV

V

Batuan baik

Batuan sedang

Batuan buruk

Batuan sangat buruk

RMR - D Arti kelas massa batuan I

II

III

IV

V

20 th. utk 15 m span

1 th. utk 10 m span

1 mgg utk 5 m span

10 jam utk 2.5 m span

30 min utk 1 m span

> 400

300 - 400

200 - 300

100 - 200

< 100

> 450

350- 450

250- 350

150 - 250

< 15

83

rough

Stepped I

smooth B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2

II slickensided

rough

III

Undulating

IV

Profil kekasaran kekasaran (roughness) dan pemeriannya (ISRM, 1981) Panjang profile dalam selang 1 - 10 m skala vertikal dan horizontal sama

smooth

V slickensided

rough

smooth

VI

Planar VII

VIII

slickensided

IX 84

Kondisi Kekar B  This is a very complex parameter which includes several sub-parameters: (i) roughness; T I n  (Ii) separation; (iii) filling material; (iv) persistence; and (v) weathering of walls. a g n Roughness / filling a b  Bieniawski [9] has proposed a roughness scale which is very easy to check in the field. m t rP  e (i) Very rough. Near vertical steps and ridges occur on the joint surface. k i  (ii) Rough. Some ridges are visible. Asperities happen. Joint surface feels very abrasive. n k e  (iii) Slightly rough. Some asperities happen. Joint surface feels asperous. T n  (iv) Smooth. No asperities. Smooth feeling of joint surface. e m  (v) Slickensided. Visual evidence of polashing exists. te r a The most important consequence of joint roughness is the display of dilatant behaviour p  e when close, coupled joints are subject to shearing stresses. The nature of fillings govern D K the shearing stress of open, uncoupled joints and is a related parameter to roughness. A S classification of fillings is out of the scope of Ibis chapter. Anyway, for practical purposes it n a il is necessary lo distinguish between gouge and soft gouge: (i) ‘gouge’ is no filling or filling a g g with a material of high friction (calcite, sand, crushed rock, etc.); and (ii) ‘soft gouge’ is n e filling with a material of low friction (clay, mica, platy minerals, etc.). P n a r o b m COMPREHENSIVE ROCK ENGINEERING. Principles, Practice & Projects. Editor-in-Chief JOHN A. HUDSON - Imperial College of Science, e P Technology & Medicine, London, UK. Vol 3. ROCK TESTING AND SITE CHARACTERIZATION. Volume Editor. JOHN A. HUDSON - Imperial # College of Science, Technology & Medicine, London, UK. A Geomechanical Classification for Slopes: Slope Mass Rating. M. R. 85 2 ROMANA - Universidad Politécnica Valencia, Spain

Pengaruh Orientasi Kekar Dalam Pembuatan Terowongan & Penggalian B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2

(Bieniawski, 1989: Fowell & Johnson, 1991) 1

Pengaruh jurus & kemiringan kekar untuk penerowongan – Untuk kepentingan kestabilan o

Jurus tegak lurus sumbu terowongan Galian searah Galian melawan kemiringan kemiringan

2

Jurus paralel sumbu terowongan

kemiringan 45-90o

α = 20-450

α = 45-900

α = 20-450

α = 45-900

α = 20-450

Sangat menguntungkan

Menguntungkan

Sedang

Tidak menguntungkan

Sangat tdk menguntungkan

Sedang

Dip 0 - 20 Tdk tergantung jurus

Tdk menguntungkan

Koreksi orientasi untuk penggalian dengan RMR (Fowell & Johnson, 1991) Kelas Batuan Orientasi jurus & kemiringan

I Sangat menguntungkan

Bobot untuk penggalian

-12

II

III

Menguntungkan

Sedang

-10

-5

IV Tidak menguntungkan

V Sangat tidak menguntungkan

-2

0

86


87

Strike Kekar Tegak Lurus Sumbu Terowongan B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2

Strike bidang diskontinu tegak lurus dengan sumbu terowongan dengan arah dip melawan arah penggalian sebesar 45 – 90°

Strike bidang diskontinu tegak lurus dengan sumbu terowongan dengan arah dip melawan arah penggalian sebesar 20 – 45°

88

Strike Kekar Tegak Lurus Sumbu Terowongan B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2

Strike bidang diskontinu tegak lurus dengan sumbu terowongan dengan arah dip searah penggalian sebesar 45 – 90°

Strike bidang diskontinu tegak lurus dengan sumbu terowongan dengan arah dip searah penggalian sebesar 20 – 45°

89

Strike Kekar Sejajar Sumbu Terowongan B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2

Strike bidang diskontinu sejajar dengan sumbu terowongan dengan arah dip searah penggalian sebesar 45 – 90°


90

Strike Kekar Sejajar Sumbu Terowongan B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2


91

Rock Mass Quality - Q System B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2





Klasifikasi Massa Batuan menurut Q-System dibuat di Norwegia pada tahun 1974 oleh Barton, Lien dan Lunde, semuanya dari Norwegian Geotechnical Institute. Pembobotan Q-System didasarkan atas penaksiran numerik kualitas massa batuan dengan menggunakan 6 parameter berikut ini:      

RQD Jumlah set kekar Kekasaran kekar atau diskontinuiti utama Derajat alterasi atau pengisian sepanjang kekar yang paling lemah Aliran air Faktor reduksi tegangan

92

Q System B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2

Q=

RQD

x

Jn

Jr

Jw

x

Ja

SRF



RQD = Rock quality designation

Jn

= Jumlah set kekar



Jr

= Angka kekasaran kekar

Ja

= Angka alterasi kekar



Jw

= Angka reduksi kondisi air

SRF = Faktor reduksi teganga



Ukuran blok - (RQD/Jn)



Kuat geser blok utuh - (Jr/Jn) Tegangan aktif - (Jw/SRF)



93

Deskripsi & Nilai Q-Sistem (Barton dkk, 1974) 1.RockQualityDesignation

RQD(%)

B Very A.poor -0 25 T I Poor B. - 50 25 n a Fair C. - 75 50 g n Good D. - 90 75 a b E. Excellent 90 -100 m t Jn rP 2. Modified Joint Set Number (Kirsten, 1982) e A.Massive,noneorfewjoints 1.0 k i n B.Onejointset/fissureset 1.22 k e C. One joint set / fissure set / plus random 1.5 T D. Two joint sets / fissure set 1.83 n e E. Two joint sets / fissure set / plus random 2.24 (c) No rock wall contact when sheared m F.Threejointsets/fissureset 2.73 te H. Zone containing clay minerals thick r G. Three joint sets / fissure set / plus random 3.34 a enough to prevent rock wall contact 1.0b p H. Four joint sets / fissure set 4.09 e J. Sandy, gravelly/crushed zone thick D J. Multiplejoint/fissureset 5.0 enough 1.0b K S Jr n 3.JointRoughnessNumber a il (a) Rock wall contact and Note : a 1.0 Add 1.0 if the mean spacing of the relevant g (b) Rock wall contact before 10 cm shear 4.0 jointsetisgreaterthan3m g A.Discontinuousjoint n e 3.0 2. Jr = 0.5 can be used for planar slickensided P B. Rough or irregular, undulating n C.Smooth,undulating 2.0 jointsthelineationsarefavorableoriented a r 1.5 o D.Slickensided,undulating b E.Roughorirregular,planar 1.5 . m F. Smooth, planar 1.0 e P G.Slickensidedplanar 0.5 # 3. Descriptions B - G refer to small - scale features & intermediate to prevent rock wall contact scale features in that order. b – nominal 2

94

4. Joint Alteration Number Ja

φr

(a) Rock wall contact


A. Tightly healed, hard, nonsoftening, impermeable filling, i.e., quartz or epidote B.Unalteredjointwalls,surfacestainingonly

0.75 1

o

25-35

C. Slightly altered joint walls. Non-softening mineral coatings,sandyparticles,clay-freedisintegratedrock,etc. D.Siltyorsandyclaycoatings,smallclayfraction(non-softening)

2

o

25-30

3

o

20-25

E. Softening or low-friction clay mineral coatings, i.e., kaolinite, mica. Also chlorite, talc, gypsum, & graphite, etc., & small quantities of swelling clays (discontinuous coatings, 1-2 mm or less in thickness)

4

8-16

o

(b) Rock wall contact before 10 cm shear F.Sandyparticles,clay-freedisintegraterocketc.

4

o

25-30

G. Strongly over-consolidated, non-softening clay mineral fillings (continuous, < 5 mm in thickness)

6

16-24 o

H. Medium or low over-consolidation, softening, clay mineral fillings (continuous,< 5 mm in thickness)

8

12-16

o

J. Swelling clay fillings, i.e., monmorilonite (continuous, < 5 mm in thickness). Value of Ja depends on percentage of swelling clay sized particles, and acces to water, etc. 8

6-12o

(c) No rock wall contact when sheared K. Zones or bands of disintegrated or crushed rock & clay (see G., H., J., for description of clay condition) L. Zones or bands of silty or sandy clay, small clay fraction (nonsoftening) M. Thick, continuous zones or bands of clay (see G., H., J., for description of clay condition)

5.0

6-8 or 16-24o 8-12

10-13 or 13-20 6-24o

Note : Values of fr are intended as an approximate guide to the mineralogcal properties ofthe alteration products.

95

5. Stress Reduction Factor


`SRF

(a) Weakness zones intersecting excavation,which may cause loosening of rock mass when tunnel is excavated A. Multiple occurences of weakness zonescontaining clay or chemically disintegrated rock, very loose surrounding rock (any depth) 10.0 B. Single-weakness zones containing clay or chemicallydisintegrated rock (depth of excavation < 50 m) 5.0 C. Single-weakness zones containing clay or chemically disintegrated rock (depth > 50 m) 2.5 D. Multiple-shear zones in competent rock (clay-free), loose surrounding rock (any depth) 7.5 E. Single-shear zones in competent rock (clay-free) & (depth of excavation < 50 m) 5.0 F. Single-shear zones in competent rock (clay-free) & (depth of excavation > 50 m) G.Looseopenjoints,heavilyjointedor"sugarcube",etc.(anyd epth)

2.5 5.0

(b) Competent rock, rock stress problems σc/σ1 σt/σ1 H. Low stress, near surface >200 >13 2.5 Medium J. stress 200-10 13-0.66 1.0 K. High-stress, very tight structure (usually favorableto stability, may be unfavorabletowallstability 10-5 0.66-0.33 0.5-2.0 L. Mild rock burst (massive rock) < 25 < 0.16 10-20 (c) Squeezing rock; plastic flow of incompetent rock under the influence of high rock pressures N. Mild squeezing rock pressure 5-10 O. Heavy squeezing rock pressure 10-20

(d) Swelling rock: chemical swelling activity depending on presence of water P. Mild swelling rock pressure 5-10 R. Heavy swelling rock pressure 10-15 Note : (i) Reduce these SRF values by25-50% if the relevant shear zones onlyinfluence but do not intersect the excavation (ii) For strongly anisotropic stress field (if measured ) : when 5 < σ1/σ3 < 10, reduce sc andσt to 0.8 σc and 0.8 σt; when σ1/σ3 > 10, reduce σc and σt to 0.6 σc and 0.6 σt (where σc = UCS and σt = tensile strength (point load),σ1 and σ3 = major and minor principal stresses) 96

6. Joint Water Reduction Factor B T I n a g n a b m t rP e k i n k e T n e m te r a p e D K S n a il a g g n e P n a r o b m e P # 2

Approx water pressure Jw (kg/cm2) A. Dry excavations or minor inflow, i.e., 5 litre/min locally

1.0

B. Medium inflow or pressure occasional outwash of joint fillings

0.66

<1 1.0-2.5

C. Large inflow or high pressure in competent rock with unfilled joints

0.5

2.5-10.0

D. Large inflow or high pressure, considerable outwash of joint fillings

0.33

2.5-10.0

E. Exceptionally high inflow or water pressure at blasting, decaying with time

0.2-0.1

> 10.0

F. Exceptionally high inflow or water pressure continuing w/o noticeable decay0. 1-0.05

> 10.0

Note : (i) Factors C-F are crude estimates. Increase Jw if drainage measures are installed. (ii) Special problems caused by ice formation are not considered. ___________________________________________________________________ a After Barton et.al (1974) b Nominal

97

PPTA354-2 Karakteristik Batuan.pdf

Recommend Documents