7
1 Kekuatan Massa Batuan Sebagai alternatif dalam melakukan  back analysis untuk menentukan kekuatan massa batuan, sebuahh metod e empirik telah dikembangkan oleh Hoek and Brown (1980) dengan kekuatan geser digambarkan dengan lingakaran Mohr. Kriteria keruntuhan ini digunakan untuk menyediakan data masukan unutk analisa yang d iperlukan pada p enggalian tambang bawah tanah pad a batuan yang k eras. Kriteria ini dimulai dari sifat mekanik dari batuan utuh kemudian mengalami  pelemahan karena faktor adanya bidang-bidang diskontinuitas. Ga mb ar 1 Hubungan antara Tegangan Utama Mayor dan Minor pada Kriteria Keruntuhan Hoek-Brown d an Kriteria Keruntuhan Mohr-Coulomb (Wyllie & Mah, 2005)

kekuatan-massa-batuan(1)

Embed Size (px)

Citation preview

8/15/2019 kekuatan-massa-batuan(1)

http://slidepdf.com/reader/full/kekuatan-massa-batuan1 1/7

1

Kekuatan Massa Batuan

Sebagai alternatif dalam melakukan   back analysis untuk menentukan

kekuatan massa batuan, sebuahh metode empirik telah dikembangkan oleh Hoek 

and Brown (1980) dengan kekuatan geser digambarkan dengan lingakaran Mohr.

Kriteria keruntuhan ini digunakan untuk menyediakan data masukan unutk analisa

yang diperlukan pada penggalian tambang bawah tanah pada batuan yang keras.

Kriteria ini dimulai dari sifat mekanik dari batuan utuh kemudian mengalami

 pelemahan karena faktor adanya bidang-bidang diskontinuitas.

Gambar 1

Hubungan antara Tegangan Utama Mayor dan Minor pada Kriteria

Keruntuhan Hoek-Brown dan Kriteria Keruntuhan Mohr-Coulomb

(Wyllie & Mah, 2005)

8/15/2019 kekuatan-massa-batuan(1)

http://slidepdf.com/reader/full/kekuatan-massa-batuan1 2/7

2

1. Kriteria Keruntuhan Hoek-Brown

Hoek and Brown mencoba menggabungkan semua peningkatan yang sudah

ada sebelumnya pada sebuah kriteria keruntuhan yang representatif. Hal ini

menghasilkan pengenalan akan GSI – Geological Strength Index oleh Hoek et al.

(1992), Hoek (1994), dan Hoek, Kaiser and Bawden (1995) yang kemudian

ditambah untuk melingkupi massa batuan yang lemah oleh Hoek et al. (1998),

Marinos and Hoek (2000,2001) dan Hoek and Marinos (2000).   GSI  dapat

menentukan pelemahan massa batuan yang merupakan hubungan antara derajat

kekar dan kondisi dari permukaan kekar.

Kekuatan massa batuan bergantung pada sifat batuan utuh, dan kesempatan

meluncur/runtuh pada kondisi tegangan tertentu. Kesempatan ini dipengaruhi oleh

 bentuk geometri dari batuan utuh dan kondisi separasi pada bidang diskontinuitas.

Batuan tajam dengan permukaan kekar yang bersih dan kasar akan mempunyai

kekuatan yang lebih besar dibanding dengan batuan berpatikel bulat yang

terlapukkan. Kriteria kekuatan massa batuan menurut   The generalized Hoek-

 Brown (2002) sebagai berikut.

(1)

Untuk m b adalah pengurangan nilai konstanta material untuk batuan utuh dengan

 persamaan sebagi berikut.

(2)

Tabel 2 menunjukkan nilai konstanta batuan utuh berdasarkan jenis batuan. Nilai s

dan a adalah konstanta massa batuan dengan persamaan sebagai berikut.

(3)

(4)

8/15/2019 kekuatan-massa-batuan(1)

http://slidepdf.com/reader/full/kekuatan-massa-batuan1 3/7

3

Peningkatan pada persamaan dilakukan dengan penambahan faktor 

undisturbed dan disturbed menurut Hoek and Brown (1988). Hoek et al. (2002)

menyusun penilaian nilai D pada Tabel 1.

Tabel 1

Pedoman Penentuan Nilai Faktor D pada Terowongan (Hoek et al, 2002)

Deskripsi massa batuan  Nilai D

Kualitas   controlled blasting  atau

 penggalian dengan   TBM  yang sangat

 baik menghasilkan gangguan kecil pada

massa batuan pada terowongan

D = 0

Kualitas massa batuan yang buruk 

akibat penggalian mekanik maupun

tradisional menghasilkan gangguan

kecil pada massa batuan pada

terowongan.

D = 0

Ketika tekanan berlebih mengakibatkan

terbentuk    heave  pada lantai

terowongan, gangguan dapat terjadi

cukup parah.

D = 0,5

Kualitas peledakan yang sangat buruk  pada batuan keras menghasilkan

kerusakan lokal 2 – 3 m dalam massa

 batuan sekitarnya

D = 0,8

Kuat tekan uniaksial dari massa batuan dihitung dengan penyesuaian σ’3 = 0

dengan persamaan sebagai berikut.

(5)

dan, kuat tarik dengan persamaan sebagai berikut.

(6)

Kriteria keruntuhan Hoek-Brown juga memungkinkan untuk menghitung modulus

deformasi dari massa batuan dengan persamaan sebagai berikut.

(7)

8/15/2019 kekuatan-massa-batuan(1)

http://slidepdf.com/reader/full/kekuatan-massa-batuan1 4/7

4

Keterangan:

Em dalam Gpa

Menjadi catatan bahwa persamaan dasar oleh Hoek and Brown (1997) telah

dimodifikasi dengan tambahan faktor D untuk menghitung pengaruh efek dari

 peledakan dan relaksasi tegangan.

Tabel 2

 Nilai Konstanta mi untuk Batuan Utuh

8/15/2019 kekuatan-massa-batuan(1)

http://slidepdf.com/reader/full/kekuatan-massa-batuan1 5/7

5

2. Kriteria Keruntuhan Mohr-Coulomb

Karena banyaknya model numerik dan analisis yang digunakan pada

mekanika batuan ditampilkan dalam kriteria keruntuhan Mohr-Coulomb, maka

diperlukan persamaan untuk memperkirakan parameter kohesi dan sudut gesek 

dalam pada persamaan Mohr-Coulomb. Persamaan dasar dari kriteria keruntuhan

Mohr-Coulomb adalah persamaan linier dari tegangan geser terhadap kohesi,

sudut gesek dalam dan tegangan normal dinyatakan dalam persamaan berikut.

(8)

Tegangan normal dan tegangan geser berdasarkan tegangan-tegangan

 prisnipal dinyatakn dalam persamaan berikut yang diperkenalkan oleh Balmer 

(1952).

(9)

(10)

Keterangan:

(11)

Setelah data hasil pengolahan kriteria keruntuhan Mohr-Coulomb yaitu

tegangan normal dan tegangan geser didapatkan, maka kohesi dan sudut gesek 

dalam rata-rata dapat dihitung dengan analisis regresi linier. Cara terbaik untuk 

menempatkan garis lurus adalah dihitung dari jarak pasangan tegangan normaldan tegangan gesernya atau menggunakan persamaan sebagai berikut.

(12)

(13)

8/15/2019 kekuatan-massa-batuan(1)

http://slidepdf.com/reader/full/kekuatan-massa-batuan1 6/7

6

3. Penentuan Nilai  GSI 

Dalam pencarian menyelesaikan masalah dalam memperikarakan

kekuatan massa batuan dan menyediakan dasar dari perancangan penggalian atau

 peledakan pada tambang bawah tanah (Hoek and Brown, 1980) berpikir bahwa

 beberapa percobaan harus dilakukan untuk menghubungkan konstanta m dan s

 pada kriteria GSI  yang mereka miliki untuk dapat digunakan oleh setiap pekerja

yang ada di lapangan. Mengetahui bahwa karakteristik massa batuan yang

mengontrol kekuatan dan perilaku deformasi mirip dengan karakteristik massa

 batuan yang digunakan oleh Bienawski (1973) maka klasifikasi   RMR oleh

Bienawski dapat digunakan untuk memperkirakan konstanta m dan s.

Mempertimbangkan terowongan dengan bidang diskontinu yang sangat

 banyak karena adanya tegangan in situ yang dapat menyebabkan keruntuhan pada

sekitar terowongan, klasifikasi Q-System oleh Barton et al (1974) menggunakan

Stress Reduction Ratio (SRF ) untuk memasukkan parameter tegangan in situ.

Faktor ini mempunyai pengaruh yang sangat besar pada nilai Q dari klasifikasi Q-

System.  Namun karena adanya persamaan Hoek-Brown yang juga menghitung

distribusi tegangan di sektiar terowongan untuk memperkirakan daerah pengaruh

dari batuan yang mendapat tegangan yang sangat tinggi. Jika digunakan

 perhitungan SRF maka dalam analisis dilakukan perhitungan sebanyak dua kali

untuk nilai konstanta m dan s, oleh karena itu SRF dianggap sebagai 0.

Pertimbangan yang hampir sama juga berlaku untuk   Joint Water 

 Reduction Factor  pada klasifikasi Q-System dan keadaan air tanah pada klasifikasi

 RMR. Pada semua kasus terdapat potensi untuk menghitung dua kali parameter diatas jika tidak diperhatikan dengan baik dalam menentukan kekuatan massa

 batuan. Pada klasifikasi  RMR  bobot dari air tanah adalah 15 dan   Joint Water 

 Reduction Ratio  pada Q-System adalah 0 yang berarti batuan diasumsikan dalam

keadaan kering. Nilai GSI dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut.

(14)

(15)

8/15/2019 kekuatan-massa-batuan(1)

http://slidepdf.com/reader/full/kekuatan-massa-batuan1 7/7

7

Keterangan:

(16)

4. Perkiraan Kekuatan Massa Batuan

Pada pembuatan terowongan bawah tanah, ketidakstabilan terjadi pada

 batas dari penggalian atau peledakan ketika kuat tekan uniaksial terlewati oleh

tegangan terinduksi pada batas tersebut. Keruntuhan dapat terhindarkan pada titik 

ketika kekuatan massa batuan yang ada lebih besar dari tegangan terinduksi σ1

dan σ3. Analisis detail tentang perambatan bidang lemah dengan model numerik 

sangatlah penting untuk dilakukan, oleh karena itu kuat tekan uniaksial dari suatu

massa batuan perlu diperhitungkan. Mohr-Coulomb memperkenalkan persamaan

(17) dan kemudian Hoek and Brown (1997) membuat persamaan dari hubungan

dengan persamaan Mohr-Coulomb pada persamaan (18) sebagai berikut.

(17)

(18)

Keterangan:

σt < σ’3 < σci/4