karakteristik mass batuan

8/20/2019 Karakteristik Mass Batuan

1/14

D e p a r t e m e n T e k n i k P e r t a m b a n g a n

KarakteristikKarakteristik TeknikTeknik BatuanBatuanUntukUntuk PenentuanPenentuan MetodeMetode

PengeboranPengeboran dandan PenggalianPenggalianBagianBagian 11

Ridho K. WattimenaRidho K. Wattimena

LaboratoriumLaboratorium GeomekanikaGeomekanika

DepartemenDepartemen TeknikTeknik PertambanganPertambangan -- ITBITB D e p a r t e m e n T e k n i k P e r t a m b a n g a n

Pendahuluan

• Metodepengeborandanpenggalianditentukanoleh:

– Karakteristikbatuanutuh

– Karakteristikmassabatuan

• Sifat yang berpengaruh:

– Sifat fisik

– Sifat mekanikstatik

– Sifat mekanikdinamik

– Struktur


Kekuatanbatuanutuhdanmassabatuan


Pendahuluan

• Beberapa contoh hubungan antara kemampuborandankemampugalian dengan karakteristik batuan: – Batuan kuat membutuhkan energi pemboran dan penggalian

lebih besar daripada batuan lemah

– Ketidakhadiran bidang lemah akan membutuhkan energipenggalian lebih besar untuk mendapatkan fragmentasi yangdiinginkan, sedangkan adanya bidang lemah bisa mengakibatkanmasalah pada kegiatan pemboran

– Batuan lunak atau plastik cenderung untuk menyerap energipemboran dan penggalian

– Batuan berbobot isi tinggi membutuhkan energi pemboran danpenggalian lebih besar.


2/14


SifatFisik BatuanUtuh

• Yang sangatberpengaruh:

– Bobot isi

– Porositas

– Kandunganair

• Khususmaterial lunak

– Indeksplastisitas

– Slake durability


SifatFisik BatuanUtuh

• Untuk BWE: bobot isi, kadar air, plastisitas

• Untuk rock cutting machine: bobot isi

D e p a r

t e m e n T e k n i k P e r t a m b a n g a n

SifatMekanik BatuanUtuhdari Uji Standard

• Kuat tekan, statik& dinamik

• Kuat tarik, statik& dinamik

• Modulus Young, statik& dinamik

• NisbahPoisson, statik & dinamik

• Kuat geser

• Kecepatanrambat gelombangultrasonik

D e p a r


Kuat TekanUniaksial (UCS)

0.250.150.05-0.05-0.15-0.15

Volumetric Strain

Axial Strain

Lateral Strain

STRAIN, %

STRESS, MPa

20

40

60

80

100

120

σE

Lateral Axial

εL1 ε A1

σ1

σc


3/14



Pengeboran& Peledakan> 25Blasting

Rock cutter 10 –50Rock cutting

Ripper 10 –25Ripping

Shovel, loader, BWE1 –10Free digging

AlatUCS (MPa)Metode

Metode Pembongkaran Berdasarkan UCS



> 240Keras–sangatkerasButton cutter

5 –130Lunak–kerasDisc cutter

< 124Sangat lunak– lunakDrag/point pick

< 20Sangat lunakWedge tooth

UCS (MPa)Klasifikasi batuan utuhGigi gali

Gigi Gali Berdasarkan UCS

D e p a r


Kuat Tarik (UTS)

• UTS


4/14


Kec. RambatGel. Ultrasonik

• Kec. rambat gel. tekan

• Kec. rambat gel. geser

• Modulus Young dinamik

• Modulus geser dinamik

• NisbahPoisson dinamik


SifatMekanik BatuanUtuhdari Uji Indeks

• Point Load Index

• Breaking characteristic

• Rock drillability

• Cutting resistance wedge test – O&K

• Voest Alpine Rock Cuttability Index (VA-RCI)

• Core cuttability

• Impact Strength Index

D e p a r


Point Load Index

D e p a r


Point Load Index


5/14


Breaking Characteristic

• Reaksi apabila dipukuldenganpaluyang berhubungandengantekstur, komposisimineral, danstruktur

• SeringdinyatakandenganLos Angeles Coefficient

56Granite53Grey granite

71Pegmatite52Granite gneiss

36Quartzite51Gabbro

48Mica schist17Phylite

45Mica gneiss24Diorite

66Limestone19 Amphibolite

Nilai LAJenis BatuanNilai LAJenis Batuan


Rock Drillability

• Kecepatanpenetrasi (penembusan) matabor kedalam

batuan

• Fungsi dari: komposisi mineral, tekstur, ukuranbutir,

derajat pelapukan, dll.

• Beberapametodeempirik telahdikembangkandan indeks

untuk rock drillability antaralain:

– Drilling Rate Index (DRI)

– Klasifikasi berdasarkandrillability dari Barre granite

D e p a r


Drilling Rate Index

• Merupakanukuran relatif kecepatanpemboran

• Ditentukanberdasarkan:

– HargakerapuhanS20 – HargasaringanJ (SJ)

• S20diukurdari brittleness test:

– Beban14 kg dijatuhkanberulang-ulang(20 kali) dari ketinggian

25 cm terhadapcontohseberat0,5 kg.

– S20= Prosentaseundersize saringan11,2 mm

D e p a r


Drilling Rate Index

• SJ diperolehdari miniature drill test:

– Mata bor (diameter sekitar 10 mm) diputar 200 kali

– SJ = rata-rata kedalamandari 4-8 kali pengeborandan

dinyatakandalam0.1 mm

• DenganmenggunakanS20danSJ, DRI dapatditentukan


6/14


PenentuanS20dan SJ


PenentuanDrilling Rate Index

D e p a r


Drilling Rate Index

49Medium

114Sangat tinggi37Rendah

85Tinggisekali28Rendahsekali

65Tinggi21Sangat rendah

DRILaju pemboranDRILaju pemboran

D e p a r



7/14


Klasifikasi MenurutDrillability Barre Granite

• KecepatanpengeboranrelatifpadaBarre granite = 1,00

• Kecepatanpengeboranpadabatuan lain = Drillability

Factor (DF) x kecepatanpengeboranrelatif padabare

granite


Drillability Factor

1,05Newark, NJ. USAGranite

0,78SnettleshamDam, Alaska, USAGranite

0,67Westchester, NJ. USAGranite

0,75Denver, Colorado, USAFelsite

1,70Hanover, Pa. USADolomite

0,34Oregon, USADiorite

0,78New GuineaChalcopyrite

0,89Hanover, Pa. USACalcite

0,56New York, USABasalt

1,00Barre, Vermont, USABarre granite

0,89Soina, SwedenBanded gneiss

1,27Messy Rock, Washington, USA Andesite

DF Asal batu anJenis batuan

D e p a r


Drillability Factor (Lanjutan)

1,79Davenport, Iowa, USALimestone

1,77Portsmouth, N.H. USALimestone

1,22Saratoga, N.Y. USALimestone

1,19Tulsa, Ok. USALimestone

0,94Bellefonte, Pa. USALimestone

0,89Buffalo, N.Y. USALimestone

0,89Millerville, Va. USALimestone

0,78Washington, USALimestone

1,50Sarajevo, YugoslaviaHermanitered

0,89Vancouver, B.C. CanadaGranite gneiss

0,67Lamburg, NJ. USAGranite gneiss

1,10California, USAGranite


D e p a r



0,78New ZealandQuartzite

0,72CanadaQuartzite

0,56Minessota, USAQuartzite

0,33CanadaQuartzite

0,89Murdockville, Quebec, CanadaPorphyry

0,82Denver, Colorado, USAPorphyry

0,67Vancouver, B.C. CanadaPegmatite

0,59Kirkland Lake, Ontario, CanadaMagnesite

0,56Kiruna, SwedenMagnesite

0,55CanadaMagnesite

0,67Kiruna, SwedenMagnesite

0,94Vienna, AustriaMagnesite



8/14



0,84Kirkland Lake, Ontario, CanadaTaconite

1,00Sarajevo, YugoslaviaSiderite

0,90Sarajevo, YugoslaviaSiderite

0,89Sufferen, N.Y. USASiderite

2,00Scranton, Pa. USAShale

0,75Michel, B.C., CanadaShale

0,60Hanover, Pa. USASandy dolomite

0,75Michel, B.C. CanadaSandstone

0,60Kirkland Lake, Ontario, CanadaRhyolite



O&K Wedge Test

• DikembangkanolehOrenstein & Koppel dari Jermanuntuk

menentukantahanangali batuankerasdankompak

• Dipakai untukmenganalisis kemampuangali BWE bergigi

jenispahat

• UntukBWE bergigi jenispoint pick PLI

• Contohbatuansebaiknyaberukuran15 cm x 15 cm x 15

cm danditekandenganbaji higgapecah.

• DiperolehFL danF A

D e p a r


O&K Wedge Test

D e p a r


VA-RCI

• DikembangkanolehVoestAlpine danpadaawalnya

digunakanuntukmenganalisis kinerjaperalatanpotong

seperti road header danTBM.

• Contohberdiameter minimum 7 cm, dicetakdalammould

10 cm x 10 cm x 10 cm dengancampuransemen.

• Contohdibagiduadenganukuran10 cm x 10 cm x 5 cm

• Pin besibajabulatyang padaujungnyadipasang tungsten

carbide dandihubungkankemesingurdiditempelkandi

permukaancontoh


9/14


VA-RCI

• Mesingurdi dijalankanpada764 rpm selama5 detik

denganbebanstatik 200 N, sehinggaterbentukparitan

melingkar(radius 25 mm) padacontoh.

• Kedalamanparit diukur padaempat sisi bersudut masing-

masing90 derajat, denganketelitian 0,1 mm.

• NilaiVA-RCI = Rata-rata dari empat pengukuran


VA-RCI

D e p a r


VA-RCI

Mesin menengah dan ringan, konus -tipis pick dandragpick

TBM denganshield danalat potong tipe dragpick

5 –10

Mesin menengah dan ringan, pick

konus, dan drag pick

TBM dengan piring potong

konus untuk batuan abrasif

2.5 –5

Mesin besar dan berat dilengkapidenganpick konus

Hanya TBM dengan piringpotong tunggal

1.5–2.5

Cuttable dengan mesin besar

dilengkapi denganpick konus

Kinerja sangat baik0.8–1.5

Bisa bila batuannya merupakan

lapisan tipis tunggal

Kinerja sedang –bagus0.5–0.8

Tidak tersediaKinerja lumayan< 0.5

Cuttability dengan roadheader Cuttability dengan TBMVA-RCI (mm)

D e p a r


Core Cuttability

• DikembangkanolehRoxborough(1987)

• Padadasarnyamencari energi spesifik suatucontoh

batuan

• Menghitunggayapotongrata-rata (FC) dangayanormal

rata-rata (FN) yang diperlukansebuahpin ataupick untuk

memotongataumembuatparit sepanjangtertentupada

percontohbatuberbentuksilinder


10/14


Core Cuttability

• FC tegangantransient pick saat memotong

• FN gayayang harusdibangkitkanolehsebuahmesin

saat mempertahankankedalamanpemotongannya

• Lebar parit = 12,7 mm

• Kedalamanparit = 5 mm

• Panjangparit = 25 cm


Core Cuttability

Mesin sangat cocok dengan kondisi batuan ini. Kemajuan gali

tinggi. Mudstones pada batas min. lebih baik digaru5 MJ/m38 MJ/m3

Kinerja sedang -baik dengan keausan rendah. Pick diganti regular

untuk batuan abrasif.8 MJ/m317 MJ/m3

Kinerja penggalian sedang. Untuk batuan abrasive perlu sering

periksa pick, karena pick tajam akan memperbaiki kinerja.12 MJ/m320 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.

15 MJ/m325 MJ/m3

Mesin hanya dapat memotong batuan ini secara ekonomis bila

berbentuk perlapisan setebal kurang dari 0.3 m. Modifikasi

mungkin diperlukan.

20 MJ/m332 MJ/m3

Mesin

Medium

Mesin

Berat

Kinerja Umum Penggalian

Batas maks. SE Lab

D e p a r


Impact Strength Index (ISI)

• Uji ISI (Evans & Pomeroy, 1966) danUjiProtodyakonov

adalahsejenis

• Awalnya: kemampupotonganbatubara

• Sekarang: kemampugalianBWE (Durst & Vogt, 1988)

• Pelaksanaan:

– Contohberukuran–0,95 cm + 0,32 cm seberat 100 gram

– Dipukul denganpiston sebanyak20 kali

– Sisabatuanbeukuransemula ISI

D e p a r



17.5 cm

φ = 2 cm

φ = 4.3 cm2

1

3 5

4

1. Silinder besi, ID = 4.45 cm 2. Sekrup tutup bawah3. Sekrup tutup atas 4. Plunjer besi, 1.8 kg5. Sekrup pemegangPeralatan tambahan : Ayakan : 2.54 cm, 0.95 cm and 0.32 cmTimbangan : 1000 gram


11/14



151,5Gravel soil, broken salte, hard

fossil coal, hardened clay

Baturelatif lunakVIa

202Soft clay, v. soft sand-stone,

chalk, fine sand, anthracite,

cemented pebble sandstones

Baturelatif lunakVI

404Hard clay slate, soft-sand stone

& limestone

Batu keras mediumV

606Normal sandstone, iron oreBaturelatif kerasIV

10010Granite, hard sandstone, iron oreBatu kerasIII

15015Porphyritic, quartz, graniteBatu sangat kerasII

20020Solid & tough quartz &basaltBatu paling kerasI

UCS

MPa

ISI

MPa

Tipe tanah / batuanKekuatan materialKelas



--Mud, muddy loessTanah lumpur X

-0.5Sand, dumped soils, soft brown

coal

Tanah lepasIX

-0,6Top soil, peat loam, sandTanahVIII

-0,8Gritty clay, coarse clay, loessBatu lunakVIIa

101Hard clay, soft fossil coal, clayey

soil, hard brown coal

Batu lunakVII

UCS

MPa

ISI

MPa

Tipe tanah / batuanKekuatan materialKelas

D e p a r


Abrasivitas

• Cerchar Abrasivity Index (CAI)

• Schimazek Factor (F)

• Tingkat Keausan Alat Gali

D e p a r


CAI

• Pin besi baja(σt 200 kg/mm2, Rockwell Hardness 54-56)

dibentuk konus tajamdengansudut 900

• Diberi bebanstatik7 kg, digoreskanpadapermukaan

batuansegarsepanjang1 cm

• Diameter pin yang rusakdiukurdibawahmikroskop

dengansatuan0,1 mm NilaiCAI


12/14


CAI

W1 cm

Miring

LengkungBergelombang

Rata


Schimazek Abrasivity Factor (F)

• F =σt d V / 100

– F = Schimazek factor (N/mm)

– σt = Kuat tariktaklangsung(MPa)

– d = Ukuranbutirkuarsa/ mineral keraspadasayatan tipis(mm)

– V = Kandunganvolume mineral keras relatifterhadapkuarsa

• 10 spot pengamatanpadasatusayatantipis

D e p a r


Schimazek Abrasivity Factor (F)

71.9Total

1.50.53-5105-55-5-Mat. Volkanik

0041055-5-55-5Mat. Organik

0.090.033-5-55-5--10Karbonat

0.440.041120-105101510201010Lempung

1.20.34--55105-10-5Hard silica

2.70.38.5151055105155105Feldspar

661.06655756575607060607565Quartz

%

Volume

Skala

Rosival

Rata

rata%%%%%%%%%%Mineral

D e p a r


Abrasivitas menurut CAI dan Schimazek F

Paling abrasif > 4.0

Sangat abrasif 2.0 - 4.0

Medium abrasif-abrasif 1.0 - 2.0

Agak abrasif 0.5 - 1.0

Sedikit abrasif 0.3 - 0.5

DeskripsiCAI

Paling abrasif > 4.0

Abrasif sekali2.5 - 4.0

Sangat abrasif 1.0 - 2.5

Abrasif 0.5 - 1.0

Cukup abrasif 0.1 - 0.5

Abrasif sedang0.05 -0.1

Sedikit abrasif 0.01 - 0.05

Tidak abrasif < 0.01

DeskripsiSchimazek F


13/14


Skala Mohs, Vicker, danRosival

0.190--Limonit

0.054210 –5405 Apatit

0.0421904Fluorit

0.038--Lempung

0.030--Karbonat

0.042--Kaolin

0.01880 –1403Kalsite

0.00236 –802Gipsum

0.000101Talc

RosivalVicker

(kgf/mm2)MohsMineral

11.666-10Intan

8.33318009Korundum

1.45814508Topaz

1.000810 –10907Kuarsa

0.800--Hematit

0.500--Mat. Volkanik

0.308600 –7506Ortoklas/

Feldspar

0.300--Silika keras

0.190--Ortoklas

RosivalVicker

(kgf/mm2)MohsMineral


Laju KeausanAlat Gali/Potong

• Merupakankehilanganberat dari alat potongataupick dan

akannaik sesuai denganpangkat duakandungankuarsa

dalambatuan

• Batupasirberbutirkasar menyebabkanlajukeausanalat

potong50 kali lebihbesardari batupasir berbutir halus

• Kuarsaberukuranbutir < 0.025 mm tidakberpengaruh

terhadapabrasivitas (Gehring, 1992)

• Kandungankuarsa60% sangat berpengaruhterhadap

keausan(Roxborough& Phillips, 1981)

D e p a r



1008060402000

1

2

3

4

5

6

Kandungan Kuarsa - Vol. %

Pick tungsten carbide(batuan sedimen)

D e p a r



101.1.01.0010

20

40

60

80

100

120

140

160Picks type U47 & U47L; dia. = 17.5 mm of tungsten carbide (Voest Alpine Bergt

Picks/bcm

Fsch = 0.01Fsch = 0.1Fsch = 0.5Fsch = 1Fsch = 5

PICKCONS-U47GPH


14/14



WEDGE TOOTH

POINT PICK / TOOTHPanjang semula

Panjang setelah pemakaian

252 mm

185 mm

karakteristik mass batuan

Documents