Geoteknik - 001- Sifat Fisik Dan Mekanik Batuan

1 # TA3211 Bahan Peledak & Teknik Peledakan SK Departemen Teknik Pertambangan ITB

Massa Batuan Utuh

1

1 # TA3211 Bahan Peledak & Teknik Peledakan SK Departemen Teknik Pertambangan ITB

PRODUCTION WORK PROCESS

2

1 # TA3211 Bahan Peledak & Teknik Peledakan SK Departemen Teknik Pertambangan ITB

Klasifikasi Penggalian

Gali bebas dengan BWE Gali potong dengan VASM2D

Gali bebas dengan Dragline Penggaruan dengan Bulldozer

3

1 # TA3211 Bahan Peledak & Teknik Peledakan SK Departemen Teknik Pertambangan ITB

4

1 # TA3211 Bahan Peledak & Teknik Peledakan SK Departemen Teknik Pertambangan ITB

Karakteristik Batuan Utuh SIFAT FISIK

SIFAT MEKANIK

    

     

bobot isi porositas absorpsi void ratio dan kandungan air

kuat tekan, statik & dinamik kuat tarik, statik & dinamik modulus Young, statik & dinamik nisbah Poisson, statik & dinamik kuat geser kecepatan ultrasonik

5

1 # TA3211 Bahan Peledak & Teknik Peledakan SK Departemen Teknik Pertambangan ITB

Kekuatan Batuan Utuh & Massa Batuan

6

1 # TA3211 Bahan Peledak & Teknik Peledakan SK Departemen Teknik Pertambangan ITB

Karakteristik Fisik & Mekanik Statik Batuan Utuh Jenis batuan

Bobot isi (t/m3)

Kuat Tekan (MPa)

Kuat Tarik (MPa)

Modulus Young (GPa)

Granit

2,5 – 2,8

70 - 300

8 - 30

35 – 80

Basalt

2,4 – 2,9

50 - 300

6 - 30

20 – 100

Batupasir

2,2 – 2,7

40 - 150

2 - 15

10 – 40

Dolerit

2,9 – 3,1

100 - 300

8 - 30

40 – 90

Batugamping

2,0 – 2,8

40 - 130

2 - 12

10 – 50

Andesit

2,5 – 2,8

70 - 150

5 - 15

30 – 60

7

1 # TA3211 Bahan Peledak & Teknik Peledakan SK Departemen Teknik Pertambangan ITB

Kuat Tekan Uniaksial (UCS) 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 [-]

8

1 # TA3211 Bahan Peledak & Teknik Peledakan SK Departemen Teknik Pertambangan ITB

Persamaan Kurva Tegangan Regangan  Energi Fraktur UCS = Wf = ½ Fp x Dl  Energi Fraktur Spesifik UCS = Wsf = sc x ep

sc  Toughness Indeks (Singh, 1983) = TI = x 100 2E 2

sc  Rock Toughness (Farmer, 1986) = RT= E

2

9

1 # TA3211 Bahan Peledak & Teknik Peledakan SK Departemen Teknik Pertambangan ITB

F

Kuat Tarik Brazilian (UTS)

Plat tekan atas Contoh Batuan

D

Plat tekan bawah F

 UTS 0,5D a. Uji Diametrikal

P

0,3W < D < W

0,3W < D < W

b. Uji Aksial

W = (W 1+W2)/2

16

1 # TA3211 Bahan Peledak & Teknik Peledakan SK Departemen Teknik Pertambangan ITB

Point Load Index F Is  2 D

Is(50)

F k 2 D

D k    50 

0.45

Is = Point load index, MPa F = Failure load, N D = Jarak antara dua konus penekan, mm sc = 23 Is - Untuk diamater contoh 50 mm

Jika Is = 1 MPa, indeks tsb tidak memiliki arti, maka penentuan kekuatan harus berdasarkan uji UCS

17

1 # TA3211 Bahan Peledak & Teknik Peledakan SK Departemen Teknik Pertambangan ITB

Karakteristik Massa Batuan

 Rock Quality Designation (RQD)  Bidang diskontinuiti  Jarak antar bidang diskontinuiti

18

1 # TA3211 Bahan Peledak & Teknik Peledakan SK Departemen Teknik Pertambangan ITB

Bentuk Struktur Umum

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

(a) Vertical Discontinuity (b) : Horizontal (c) : Dip Into Face

(d) : Dip Out of Face (e) : Powder/Friable (f) : Totally Massive 19

1 # TA3211 Bahan Peledak & Teknik Peledakan SK Departemen Teknik Pertambangan ITB

Pengaruh Kekar Pada Peledakan Orientasi bidang diskontinuitas ke arah pit : - Ketidakmantapan lereng - Backbreak berlebih

A

Orientasi bidang diskontinuitas sejajar bidang bebas : - Lereng mantap - Arah lemparan terkontrol

C

Orientasi bidang diskontinuitas ke arah massa batuan : - Toe tidak hancur - Potensi batuan menggantung

B

Orientasi bidang diskontinuitas menyudut terhadap bidang bebas : - Muka jenjang berblok-blok D - Hancuran berlebih

20

1 # TA3211 Bahan Peledak & Teknik Peledakan SK Departemen Teknik Pertambangan ITB

Klasifikasi Jarak Kekar (Attewell, 1993) 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)

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. 27

1 # TA3211 Bahan Peledak & Teknik Peledakan SK Departemen Teknik Pertambangan ITB

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. Kondisi diskontinuiti/kekar 5. Kondisi air tanah 6. Koreksi dapat dilakukan bila diperlukan untuk “Orientasi diskontinuiti/kekar” 28

1 # TA3211 Bahan Peledak & Teknik Peledakan SK Departemen Teknik Pertambangan ITB

RMR – A Klasifikasi Parameter & Pembobotan Parameter 1

Untuk kuat tekan rendah perlu UCS

Kuat tekan

PLI (MPa)

> 10

4 - 10

2-4

1-2

batuan utuh

UCS (MPa)

> 250

100 - 250

50 - 100

25 - 50

5-25

1-5

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

2

3

4 Kondisi diskontinuiti

Bobot Air tanah

5

Selang Nilai

Bobot

29

1 # TA3211 Bahan Peledak & Teknik Peledakan SK Departemen Teknik Pertambangan ITB

RMR - B Peubah bobot orientasi diskontinuiti Jurus & kemiringan orientasi diskontinuiti

Bobot

Sangat menguntungkan

Menguntungkan

Sedang

Tidak menguntungkan

Sangat tidak menguntungkan

Terowongan

0

-2

-5

- 10

- 12

Fondasi

0

-2

-7

- 15

- 25

Lereng

0

-5

- 25

- 50

- 60

RMR - C Kelas massa batuan menurut bobot total Bobot

100 - 81

80 - 61

60 - 41

40 - 21

< 20

No. Kelas

I

II

III

IV

V

Description

Batuan sangat baik

Batuan baik

Batuan sedang

Batuan buruk

Batuan sangat buruk

RMR - D Arti kelas massa batuan No. Kelas

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

Kohesi massa batuan (kPa)

> 400

300 - 400

200 - 300

100 - 200

< 100

Sudut gesek dalam

> 450

350- 450

250- 350

150 - 250

< 150

Stand up time rata-rata

30

1 # TA3211 Bahan Peledak & Teknik Peledakan SK Departemen Teknik Pertambangan ITB

Profil kekasaran (roughness) & pemeriannya (ISRM, 1981). Panjang profile dalam selang 1 - 10 m Skala vertikal & horizontal

sama

31

1 # TA3211 Bahan Peledak & Teknik Peledakan SK Departemen Teknik Pertambangan ITB

Pengaruh Orientasi Kekar Dalam Pembuatan Terowongan & Penggalian (Bieniawski, 1989: Fowell & Johnson, 1991) 1

Pengaruh jurus & kemiringan kekar untuk penerowongan Jurus tegak lurus sumbu terowongan Galian searah kemiringan

2

Galian melawan kemiringan

Jurus paralel

Dip 0 - 20o

sumbu terowongan

Tdk tergantung jurus

kemiringan 45-90o

a = 20-450

a = 45-900

a = 20-450

a = 45-900

a = 20-450

Sangat menguntungkan

Menguntungkan

Sedang

Tidak menguntungkan

Sangat tdk menguntungkan

Sedang

Tdk menguntungkan

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

I

II

III

IV

V

Orientasi jurus & kemiringan

Sangat menguntungkan

Menguntungkan

Sedang

Tidak menguntungkan

Sangat tidak menguntungkan

Bobot untuk penggalian

-12

-10

-5

-2

0

32

1 # TA3211 Bahan Peledak & Teknik Peledakan SK Departemen Teknik Pertambangan ITB

Rock Mass Quality - Q System  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

33

1 # TA3211 Bahan Peledak & Teknik Peledakan SK Departemen Teknik Pertambangan ITB

Q System

RQD Jr Jw Q x x Jn 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 tegangan



Ukuran blok - (RQD/Jn)



Kuat geser blok utuh - (Jr/Jn)



Tegangan aktif - (Jw/SRF)

34

1 # TA3211 Bahan Peledak & Teknik Peledakan SK Departemen Teknik Pertambangan ITB

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

1. Rock Quality Designation

RQD (%)

A. Very poor B. Poor C. Fair D. Good E. Excellent

0 - 25 25 - 50 50 - 75 75 - 90 90 -100

2. Modified Joint Set Number (Kirsten, 1982) A. Massive, none or few joints B. One joint set / fissure set C. One joint set / fissure set / plus random D. Two joint sets / fissure set E. Two joint sets / fissure set / plus random F. Three joint sets / fissure set G. Three joint sets / fissure set / plus random H. Four joint sets / fissure set J. Multiple joint / fissure set

Jn 1.0 1.22 1.5 1.83 2.24 2.73 3.34 4.09 5.0

3. Joint Roughness Number (a) Rock wall contact and (b) Rock wall contact before 10 cm shear A. Discontinuous joint B. Rough or irregular, undulating C. Smooth, undulating D. Slickensided, undulating E. Rough or irregular, planar F. Smooth, planar G. Slickensided planar

Jr 1.0 4.0 3.0 2.0 1.5 1.5 1.0 0.5

(c) No rock wall contact when sheared H. Zone containing clay minerals thick enough to prevent rock wall contact 1.0b J. Sandy, gravelly/crushed zone thick enough 1.0b

Note : Add 1.0 if the mean spacing of the relevant joint set is greater than 3 m 2. Jr = 0.5 can be used for planar slickensided joints the lineations are favorable oriented .

3. Descriptions B - G refer to small - scale features & intermediate to prevent rock wall contact scale features in that order. b – nominal

35

1 # TA3211 Bahan Peledak & Teknik Peledakan SK Departemen Teknik Pertambangan ITB

4. Joint Alteration Number Ja

fr

(a) Rock wall contact A. Tightly healed, hard, nonsoftening, impermeable filling, i.e., quartz or epidote

0.75

B. Unaltered joint walls, surface staining only

1

25-35o

coatings, sandy particles, clay-free disintegrated rock, etc.

2

25-30o

D. Silty or sandy clay coatings, small clay fraction (non-softening)

3

20-25o

4

8-16o

F. Sandy particles, clay-free disintegrate rock etc.

4

25-30o

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

6

16-24o

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

8

12-16o

8

6-12o

C. Slightly altered joint walls. Non-softening mineral

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) (b) Rock wall contact before 10 cm shear

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. (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)

6-8 or 16-24o

8-12 L. Zones or bands of silty or sandy clay, small clay fraction (nonsoftening)

5.0

M. Thick, continuous zones or bands of clay (see G., H., J., for description of clay condition)

10-13 or 13-20 6-24o

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

36

1 # TA3211 Bahan Peledak & Teknik Peledakan SK Departemen Teknik Pertambangan ITB

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) 2.5 G. Loose open joints, heavily jointed or "sugar cube", etc. (any depth) 5.0 (b) Competent rock, rock stress problems H. Low stress, near surface J. Medium stress K. High-stress, very tight structure (usually favorableto stability, may be unfavorable to wall stability L. Mild rock burst (massive rock)

sc/s1 >200 200-10

st/s1 >13 13-0.66

2.5 1.0

10-5 < 25

0.66-0.33 < 0.16

0.5-2.0 10-20

(c) Squeezing rock; plastic flow of incompetent rock under the influence of high rock pressures N. Mild squeezing rock pressure O. Heavy squeezing rock pressure

5-10 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 by 25-50% if the relevant shear zones only influence but do not intersect the excavation (ii) For strongly anisotropic stress field (if measured ) : when 5 < s1/s3 < 10, reduce sc and st to 0.8 sc and 0.8 st; when s1/s3 > 10, reduce sc and st to 0.6 sc and 0.6 st (where sc = UCS and st = tensile strength (point load), s1 and s3 = major and minor principal stresses) 37

1 # TA3211 Bahan Peledak & Teknik Peledakan SK Departemen Teknik Pertambangan ITB

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

1.0

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

38