kerjaan teknik penyanggaan

8/10/2019 Kerjaan Teknik Penyanggaan

1/28

BAB I

TEKNIK PENYANGGAAN

DAN PERKUATAN PADA TEROWONGAN

1.1. Tujuan utama merancang penyangga pada lubang buka di bawah tanah

adalah untuk membantu massa batuan menyangga dirinya sendiri.

Gambar 1.1 adaiah contoh sebuah terowongan yang digali secara full face

dengan pemboran dan peledakan, menggunakan penyangga besi (steel set

support) yang dipasang sesudah mucking.

Horisontal dan vertikal in-situ stress dianggap sama = po

- Pada tahap 1, tunnel face belum mencapai seksi x-x.

Massa batuan yang berada pada bagian dimana tunnel akan dibuat

dalam keadaan seimbang dengan massa batuan disekelilingnya.Tekanan yang diberikan oleh penyangga p tpada profil yang akan

digali sama dengan in-situ stress po (titik A pada Gambar 1.1).

- Pada tahap 2, tunnel face sudah melewati seksi x-x dan tekanan penyangga pt

yang sebelumnya diberikan oleh batuan yang berada didalam

tunnel, turun menjadi 0.

Bagaimanapun juga, tunnel tidak akan runtuh karena deformasi radial u

dibatasi oleh ujung tunnel (tunnel face) dengan pengendalian yang cukup

baik. Jika pengendalian u oleh face tidak ada, tekanan penyangga ptyang

diberikan oleh titik B dan C pada gambar 1.1 yang dibutuhkan untuk

membatasi u adalah sama.

Tekanan penyangga pi yang dibutuhkan untuk membatasi u pada atap

(roof) adalah lebih besar dari yang dibutuhkan untuk membatasi u pada

dinding (side wall) karena berat dari daerah batu lepas (zone of loosened


2/28

rock) diatas atap tunnel harus ditambahkan untuk menghitung tekanan

penyangga yang dibutuhkan untuk membatasi strees yang menyebabkan

displacement pada atap.

-Pada tahap 3, tunnel sudah selesai di-"mucking" dan steel set sudah

dipasang dekat dengan face. Pada keadaan ini, penyangga

belum terbebani seperti ditunjukkan oleh titik D pada Gambar

1.1, karena tidak ada deformasi yang terjadipada tunnel.

Jika batuan mempunyai sifat deformasi yang tidak tergantung

pada waktu, maka deformasi radial tunnel masih ditunjukkan

oleh titik B dan C.

-Pada tahap 4, tunnel face maju kira-kira 1 1/2 kali diameter dari seksi x-x

dan pengendalian deformasi didekat face sudah berkurang

sekali. Oleh karena itu deformasi radial selanjutnyadari dinding

dan atap dinyatakan oleh kurva C E G dan B F H pada Gambar

1.1.

Deformasi radial atau convergence dari tunnel menyebabkan

penyangga terbebani.

Tekanan penyangga pt yang tersedia dari steel set bertambah dengan

deformasi radial tunnel seperti digambarkan oleh garis D E F.

- tahap 5, tunnel face maju jauh dari seksi x-x sehingga tidak ada lagi

pengendalian untuk massa batuan pada seksi x-x.

Jika tidak ada

penyangga-penyangga yang dipasang, maka deformasi radial pada

tunnel bertambah seperti digambarkan oleh kurva E G dan F H pada

Gambar 1.1.

Untuk dinding, tekanan yang dibutuhkan untuk membatasi deformasi

turun menjadi 0 pada titik G dan dalam hal ini dinding akan stabil jika

tidak ada lagi gaya yang dapat menyababkan deformasi.

Dipihak lain, penyangga yang dibutuhkan untuk membatasi deformasi


3/28

pada atap turun sampai minimum dan akan mulai lagi naik. Ini karena

displacement kebawah atap dari daerah batuan lepas di dalam atap

Po= Stress insitu vertikal = Stress insitu horizontal

Gambar 1.1

Kurva load-deformation massabatuan dansistem penyangga menurut DAEMAN


4/28

menyebabkan tambahan batuan yang menjadi lepas dan berat dari

tambanan batuan lepas, ditambahkan untuk tekanan penyangga yang dibutuhkan.

Pada contoh diatas, atap akan runtuh jika tidak ada penyangga yang

dipasang di dalam tunnel.

Gambar 1.1 dibagian bawah, kurva reaksi penyangga untuk steel set

berpotongan dengan kurva Load-deformasi dinding dan atap terowongan pada

titik E dan F.

Pada titik-titik ini, tekanan penyangga yang dibutuhkan untuk membatasi

deformasi pada dinding dan atap adalah tepat seimbang dengan tekanan penyangga

yang tersedia dari steel set dan terowongan dan sistem penyangga adalah dalam

keseimbangan stabil.

Gambar 1.2

Grafik LANE

P


5/28

Penyangga Pada Pembuatan Tunnel Dengan Cara Klasik dan Dengan Cara

NATM

Tunneling dengan metoda klasik :

- Pemasangan penyangga sementara (temporary support) membutuhkan

waktu lama.

- Kontak antara penyangga sementara dan batuan tidak kontinu.

- Penyangga sementara membutuhkan tempat dan dapat mengurangi penampang

terowongan sampai 30 %.

- Karena pemasangan penyangga tetap (permanent support) lama maka batuan

disekitar tunnel kehilangan tegangan dan mengalami deformasi yang besar -->

akan terjadi "overbreak".

Gambar1.3 menunjukkan penyangga pada metoda kiasik dan NATM.

Kurva Intrinsic Untuk Metoda Klasik

o ----> Kurva interinsic dari karakteristik batuan sebelum penggalian kurva

intrinsic ini berubah secara tidak menguntungkan dari segi kestabilan selama

penggalian dan sesudah lubang buka terbentuk , kurva ini menjadi kurva 1 (Kurva 1

jika panggalian secara mekanis, kurva 1jika menggunakan bahan peledak).

Disini tidak diperhatikan cara operasi dan rencana oenggalian yang merupakan

faktor penting juga.

Jika terjadi kehilangan tegangan, maka kekuatan batuan turun secara drastis (kurva 2

atau 3) sehingga dengan mudan kekuatan batuan dapat dilampaui oleh stress yang

bekerja (digambarkan oleh lingkaran Mohr).Fenomena ini dapat menyebabkan gangguan pada massa (seperti kelakuan

batuan menjadi plastik, deformasi yang besar, terjadi hancuran dan retakan

batuan setempat, dll).

Menurut Prof. Muller (1964) pengembangan volumik sekitar 2 sampai 3 % dapat

menyebabkan menurunnya kekuatan batuan sampai 80 - 90 %.

Pada NATM degradasi batuan tidak akan terjadi karena :

1.

Cara penggalian tidak "full face".


6/28


7/28

Gambar 1.3

Penyangga Pada Metoda Klasik dan NATM


8/28

1.2.

Penyangga Kayu

1.2.1. Material Kayu

Kayu sudah sejak lama dikenal sebagai bah an penyangga di berbagai

operasi penambangan bawah tanah. Sebagaibahan penyangga, keuntungan yang

dimiliki material kayu adalah :

a. Ringan, mudah bibawa, dibentuk dan dipasang.

b. Akan retak sepanjang seratnya sehingga mudah dideteksi.

c. Sisa potongan atau patahan dapat digunakan sebagai pasak, material isian

dan sebagainya.

Adapun kerugiannya adalah sebagai berikut :a. Kekuatan mekaniknya tergantung pada struktur serat dan cacat a 1ami.

b. Kelembaban dapat mempengaruhi kekuatannya.

c. Jamur dan hewan yang tinggal didaerah lembab berpengaruh dalam

penurunan kekuatannya.

d. Mudah terbakar.

Kayu sebagai penyangga harus mampu menyangga beban dengan aman.

Karenanya dalam perancangan penyangga kayu, kekuatan kayu dan beban yang

akan diterima perlu diperhatikan.

Faktor-faktor yang mempengaruhi kekuatan kayu :

a. Kandungan air.

b. Struktur serat.

c. Cacat alami seperti knot dan crack.

Adapun kekuatan kayu dari berbagai kelas, menurut PKKI 1961, dapat dilihat

pada Tabel I.1.


9/28

Tabel I.1

Kekuatan Kayu

Sesuai dengan bentuk susunan dalam pemasangannya penyangga kayu

mempunyai nama berbeda anatara lain :

a. Three piece set

b. Square set.

c.

Cribbing.

Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 1.4.

1.2.2. Perancangan Penyangga Kayu

Perancangan penyangga kayu terdiri dari penentuan ukuran yang cocok

untuk "cap", "post" dan perlengkapan lainnya. Susunan dari penyangga kayu

yang sering digunakan adalah "three pieces set", Dengan mengetahui tegangan-

tegangan yang terjadi, maka ukuran "cap dan "side post dapat ditentukan.

a. Tegangan pada cap

Kayu yang digunakan sebagai cap harus mempunyai kuat pelengkungan

yang lebih besar dari tegangan pelengkungan yang dialami. Tegangan

pelengkungan dihitung sebagai berikut :

qt = t x a


10/28

Mmax = 0, 125 qt 2

b = M max / W ef

W =bh2/ 6 (penampang persegi)

= d3/ 32 (penampang lingkaran)Dengan qt =beban persatuan panjang (t/m)

t = tekanan pada penyangga (t/m2)

a =jarak antar penyangga (m)

Mmax =momen pelengkungan maksimum (tm)

=panjang cap

b = tegangan pelengkungan

ef = tegangan pelengkungan dari kayu yang diijinkan

W = modulus tampang (m3)

b = lebar penampang kayu (m)

h = tinggi penampang kayu (m)

d = diameter penampang kayu (m)

b. Tegangan pada side post

sidepost menerima tekanan dari samping dan reaksi panjang ujung cap.

Karenanya dalam perancangan tegangan tekan dan tegangan pelengkungan

harus dihitung, biasanya diameter side post yang digunakan relatif sama

dengan cap. Tegangan pada side post dihitung sebagai berikut :

ef n t

ef - W R/F 0,85 Mmax / w

F = dy 2 = 0,785 dy 2Mmax= 0,125 qy y2W = 0,098 dy

3

= 4 k/dy= 4 y/dy = f ()

R


11/28

ef - 0,637 / dy2 1,084 y 2/dy2dengan :

n = tegangan normal (t/m2)

f = buckling factor (lihat tabel I.2)

= angka kerampingan ( slenderness)

R = Beban reaksi (ton)

= beban samping (t/m)y = panjang side post (m)dy = diameter side post (m)

k

y = panjang untuk penekukan (m)

Tabel I.2

Buckling Faktor


12/28


13/28

1.3.

PENYANGGA BAJA

1.3.1.

Material Baja

Baja dalam penggunaannya sebagai bahan bangunan memiliki beberapa

keuntungan antara lain :a. Dapat dibentuk sesuai dengan kebutuhan

b. Mempunyai modulus elastisitas E yang besar, sehingga deformasi yang

diakibatkan oleh beban menjadi kecil

c.

Relatif mudah dalam pelaksanaan.

Kekuatan baja sesuai dengan PBBI 1984 dapat dilihat pada tabel I.3

Tabel I.3

Kekuatan Baja

Baja yang banyak terdapat dipasaran dan banyak digunakan adalah Bj 37 dengan

tegangan dasar 1600 kg/cm2.

Pada umumnya modulus elastisitas baja adalah sama besarnya walaupun

tegangan lelehnya berbeda begitu juga dengan angka pembanding Poisson (Poissons

ratio). Sifat mekanik dari baja adalah :

E = 2,1 x 106kg/ cm

2

= 0,3


14/28

1.3.2.

Jenis Penyangga Baja

Terdapat bermacam-macam cara penyanggan dengan baja seperti terlihat pada

gambar 1.5 :

a.

Countiniuous rib type (leg dan rib bersatu)b. rib and post type (rib diatas post)

c. rib andpost wall type

d.

rib wall plate and post type (rib diatas well plate dan post)

e.

full circle rib type

Pada umumnya, untuk mencegah pergerakan dan keruntuhan atap rib dipasang

lagging. Pada umumnya lagging dipasang searah dengan sumbu memanjang

terowongan (gambar 1.6)

1.3.3. Analisa Tegangan pada Bubur Baja

Ay = By =

.(1.1)

M = 0,5 untuk 0 < < (1.2)M = - Ay .x untuk 0 < x < h (1.3)

N = -

r cos

2

- Aysin

. (1.4)

Dimana : Ay= By = reaksi horisontal (ton)

h = jarak vertikal dari busur (m)

r = jari-jari busur (m)

= beban merata (uniform load) dalam ton/mM = momen

N = gaya normal terhadap penampang (ton)

Untuk menentukan momen maksimal, persamaan 1.2 harus di deferensialkan :

( ) .. (1.5)

( i ) cos = 0 , maka = /2 .. (1.6)( ii ) ( )= 0 .. (1.7)

.. (1.8)


15/28

Dengan memasukkan nilai ke persamaan 1.2 akan diperoleh

momen maksimum :

Mmax = 0,5 - Ay ( h + r ) .. (1.9)Mmax = - Ay( h + 0,5 Ay/ ) (1.10)

N = - Ay ............... (1.11)

N = - (1.12)Persamaan 3.10 dan 3.12 mempunyai harga lebih besar dibanding persamaan 3.9

dan 3.11.

Penampang dan mutu baja yang dipilih dapat menggunakan persamaan berikut :

||

=

. (1.13)

Dengan || = tegangan absolut (ton/m2)F = luas penampang baja yang dipilih (m

2)

W = Modulus tampang (m3)

= tegangan dasar, dari baja yang dipilih (t/m2)Harga-harga F dan W dapat dilihat pada tabel salah satu contoh penampang baja

(tabel 1.4)


16/28

Gambar 1.5Macam-macam Peyangga Baja

Gambar 3.6

Macam-macam Lagging


17/28

Gambar 1.7Tegangan dan momen yang bekerja pada penyangga Busur Baja

Tabel 1.4

Penampang Baja


18/28

1.4.

BAUT BATUAN (ROCK BOLT)

Penggunaan baut batuan untuk menjaga kestabilan atap dan dinding lubang

bukaan, tergantung kepada kuat ikat (anchoring capacity) baut batuan dengan

batuan, selain tegangan dasar (yeild strength) dari baut batuan tersebut.Persyaratan yang harus dipenuhi untuk pengikatan (anchoring) baut batu

adalah :

a.

Pengikatan harus kuat

b.

Batuan tempat pengikatan harus kuat dan kontinyu

c. Panjang baut batuan harus cukup untuk menciptakan pre-compression

zone sekitar lubang bukaan untuk mengatasi stress failure. Baut batuan

harus terikat di belakang daerah tarikan (tension zone)

Sedangkan Talobre memberikan aturan yaitu :

a. Pemasangan dan ukura/dimensi baut batuan bergantung kepada keadaan

batuan. Baut batuan pada batuan agak kuat, mempunyai jarak dan panjang

lebih rapat dan lebih panjang. Batuan plastis tidak cocok untuk dilakukan

penyanggaan dengan baut batuan (roof bolting)

b. Ketebalan dari batuan (tempat pengikatan) harus mampu menerima beban

c. Panjang baut batuan harus paling sedikit sama dengan ketebalan batuan

yang disangga ditambah dengan jarak rata-rata antar baut batuan

d.

Jarak tiap baut batuan diusahakan seragam

Terdapat bermacam-macam baut batuan antara lain (gambar 1.8) :

a. Slot & wedge bolt

b. Expansion bolt

c. Grouted bolt

d. Resin bolt


19/28

Gambar 1.8

Macammacam baut batuan

Pada batuan dengan kualitas baik, pengikatan cara mekanis (mechanical

anchoring) misalnya expansion shell sangat cocok digunakan. Pada batuan lebih

lemah atau batuan lebih lunak, egektifitasnya menurun dengan adanya kehancuran

lokal (local crushing).


20/28

Gambar 1.9

Perfobolt

Pengikatan dengan adonan semen (grouted/mortar) kurang baik dibandingkan

dengan pengikanan secara mekanis atau dengan resin. Kesulitannya adalah

penempatan aonan semen pada bagian ujung baut batuan (anchor root) di dalam

lubang bor. Pengikatannya pun bergantung kepada besarnya gaya geser antara

dinding lubang bor dengan adonan ketika mengering. Karena adonan tidak

menerima tekanan yang besar, kemungkinan kecil adonan akan masuk ke dalam

celah-celah pada dinding bor sehingga kurang memberikan pengikatan yang kuat.

Contoh dari baut batuan dengan adonan semen adalah perfobolt. Pada perfobolt, adonan semen kental ditaruh dalam tabung berlubang

(perfotube) dan dimasukkan dalam lubang bor. Ketika batang baut batuan

(tendon/rebar bolt) dimasukkan ke dalam perfotube, adonan semen keluar dari

tabung dan mengisi ruang antar dinding lubang bor dengan baut batuan.

Pengikatan dengan resin(resin anchoring) memberikan kuat ikat yang besar

dalam waktu yang relatif singkat dibandingkan dengan cara grout anchoring.

Resin terdiri dari campuran :

Polyester resin 28,5%

Filler (crushea limestone) 66 % + catalist

Accelator 0,5 %

Panjang dan jarak baut batuan adalah :

- Panjang 1 :

atap yang kuat (strong roof) = L/3 (1.14)atap yang lemah (weak roof) = L/2 (1.15)


21/28

- Jarak b :

b = 2/3 = 2/9 L (1.16)

.(1.17)

Diameter baut batuan ditentukan berdasarkan yield strength dari bahan baut

batuan :

Rmax = . F (1.18)R = Rmax / n =

(1.19)

Dimana :

L = lebar lubang bukaan

Rmax = beban maksimum yang boleh diberikan kepada baut batuan

= bobot isi batuan = tegangan ijin atau yield strength dari baut batuanF = luas penampang baut batuan

R = beban tarik yang boleh diberikan kepada baut batuan

N = faktor keamanan 2 - 4

Untuk menstabilkan suatu block failure pada suatu dinding lubang buka, dapat

digunakan perhitungan seperti terlihat pada gambar 1.10.

a) b)

Gambar 1.10

Rock Bolting pada dinding


22/28

Gambar 1.10 a :

PB =

=

=

..(1.20)

Gambar 1.10 b :

R = PF = =

PF =

(1.21)

1.5. PENYANGGA BETON

Beton adalah campuran antara semen, pasir dan air yang kadang-kadang

ditambah CaCl2 (Calcium Chlorida) yang berfungsi mempercepat waktu

pengerasan (curing time).

Dalam bidang teknik, beton banyak digunakan karena antara lain :

a. Mempunyai kuat tekan tinggi

b. Mudah dalam pelaksanaan kontruksi

c.

Bahan-bahan mudah didapat

d. Tahan terhadap pengaruh cuaca

e. Relatif ekonomis

Kelemahan dari beton adalah :

a. Mempunyai kuat tarik rendah

b. Dapat hancur tiba-tiba, tanpa menunjukkan tanda-tanda lebih dahulu

c. Hancuran beton tak dapat digunakan lagi.

Untuk mengatasi kuat tarik yang rendah, beton dipasang tulungan baja yang

ditanam di dalam kontruksi beton sehingga membentuk satu kesatuan yang

disebut beton bertulang (reinforced concrete).

Berdasarkan Peraturan Beton Bertulang Indonesia (PBBI) 1971, kelas dan

mutu beton terlihat pada Tabel I.5.


23/28

1.5.1.

Selimut beton (Concrete Lining)

Dalam kontruksi beton berbentuk lengkung yang disebut selimut beton,

tekanan yang dapat dihasilkan oleh selimt beton atau tekanan maksimum yang

diperbolehkan adalah :

Pscmax =Pc con [

] (5.1)Dengan :

Pscmax = tekanan yang dapat dihasilkan oleh selimut beton ( kg/cm2)

Pc con = Kuat tekan veton yang digunakan ( kg/cm2)

=jari-jari dalam (cm) = tebal selimut beton (cm)

Tabel 3.5

Kelas dan Mutu Beton


24/28

Gambar 1.11

Selimut Beton

1.5.2.

Beton Tembak (Shotcrete)

Persyaratan yang harus dipenuhi oleh beton tembak adalah :

a.Shotability yaitu kemampuan untuk dapat melekat di atas dengan

kemungkinan kecil untuk dapat lepas.

b.Kekuatan awal (early strenght) harus cukup kuat untuk menyediakan

penyanggaan dalam waktu kurang dari 4-8 jam.

c.Harus mampu mencapai kekuatan 28 hari dengan komposisi

pemercepat (accelator) yang dibutuhkan untuk mendapatkan kekuatan

awal.

d.

Tahan lama terhadap pengaruh cuaca

e.Ekonomis

Karena beton tembak dipergunakan beberapa saat setelah penggalian, maka

diperlukan kekuatan awal sehingga mampu memberikan penyanggaan dengan

segera. Untuk itu pada campuran bahan untuk semen ditambahkan pemercepat

yang mengandung garam-garam larut dalam air (water soluble salts), yang

berfungsi mempercepat pengerasan.

Dengan menggunakan pemercepat 3 %, campuran beton tembak dapatmencapat kekuatan 0,69 Mpa (6,9 kg/cm

2) dalam jangka waktu antara 2 sampai 3

jam dan dapat bertambah kekuatannya dalam jangka waktu yang relatif pendek.


25/28

Tabel 1.6

Pengaruh Penambahan Pemercepat (Accelerator)

Tehadap Kuat Tekan Beton Tembak

Ketebalan beton tembak dapat dihitung dengan rumus Rabcewicz

t = 0, 434

dengan : t = tebal beton tembak (m)

p = tekanan pada beton tembak ( t/m2)

r = jari-jari (m)

= tegangan geser yang diijinkan dari bahanBeton tembak (t/m

2)

= 0,2 t (kuat tekan beton)

1.6. PENYANGGAAN KHUSUS

1.6.1. Forepoling

Ini adalah salah satu bentuk penyanggan dari kayu atau baja atau kombinasi

yang diterapkan untuk pemuka kerja pada penggalian di batuan lunak. Pemasangan

forepoling dimaksudkan untuk mencegah runtuhnya atap pada saat penggalian

dilakukan.


26/28


27/28

1.6.4.

Powered Roof Support

Powered Roof Support adalah suatu bentuk penyangga yang diterapkan pada

suatu tambang Batubara Modern (Modern Long Wall). Powered Roof Support ini

tidak hanya bertugas menyangga atap tetapi juga bertugs untuk mendorong

Conveyor depan dan Spill plate, bergerak maju dengan etenaganya sendiri, dan

menyediakan ruang yang cukup aman untuk kegiatan penambangan. Bentuk dari

salah satu Powered Roof Support (Shield Support) dapat dilihat gambar 1.14.

Gambar 1.13

Hydraulics Props


28/28

Gambar 1.14

Shield Support

1.6.5.

Truss Bolting

Truss Bolting ini diperkenalkan pada akhir 1960-an sebagai alat untuk

mengatasi kondisi atap yang jelek dimana kondisi tersebut tidak dapat diatasi

dengan Roof Bolt atau metoda konventional lainnya. Metoda ini dikembangkan

pada tambang Batubara di Inggris dan merupakan patent dari Birmingham Bolt

Co.

Prinsip dari penyangga jenis ini dapat dilihat pada gambar 1.15.

Gambar 1.15

Truss Bolting

kerjaan teknik penyanggaan

Documents