Klasifikasi Massa Batuan

Ridho K. WattimenaLaboratorium Geomekanika Departemen Teknik Pertambangan Institut Teknologi Bandung

PendahuluanKlasifikasi massa batuan menguntungkan pada tahap studi kelayakan dan desain awal dimana sangat sedikit informasi yang tersedia mengenai massa batuan, tegangan, dan hidrogeologi. Secara sederhana, klasifikasi massa batuan digunakan sebagai sebuah check-list untuk meyakinkan bahwa semua informasi penting telah dipertimbangkan.

1

PendahuluanSatu atau lebih sistem klasifikasi dapat digunakan untuk memperkirakan:komposisi dan karakteristik massa batuan, perkiraan awal kebutuhan penyangga, Perkiraan kekuatan dan sifat deformasi massa batuan.

Harus diingat bahwa klasifikasi massa batuan tidak dimaksudkan untuk menggantikan pekerjaan desain rinci.

PendahuluanTetapi, pekerjaan desain ini memerlukan informasi mengenai tegangan in situ, sifat massa batuan, dan tahapan penggalian. Semua data ini mungkin tidak tersedia pada tahap awal proyek. Jika data ini telah tersedia, klasifikasi massa batuan dapat diubah dan disesuaikan dengan kondisi spesifik lapangan.

2

Klasifikasi Massa BatuanSudah dikembangkan lebih dari 100 tahun lalu, sejak Ritter (1879) mencoba melakukan pendekatan empiris untuk perancangan terowongan, khususnya penentuan kebutuhan penyangga. Metode klasifikasi akan cocok jika digunakan dalam kondisi yang sama dengan kondisi pada saat metode tersebut dikembangkan. Meskipun demikian, tetap diperlukan kehatihatian untuk menerapkannya pada persoalan mekanika batuan yang lain.

Klasifikasi Massa Batuan Terzaghi (1946)Referensi paling awal mengenai penggunaan klasifikasi massa batuan untuk perancangan terowongan. Beban batuan yang harus ditahan oleh steel sets diperkirakan berdasarkan deskripsi kualitatif massa batuan. Contoh yang bagus mengenai jenis informasi geologi teknik yang sangat berguna untuk perancangan rekayasa

3

Klasifikasi Terzaghi OriginalRock Conditions 1. Hard and intact 2. Hard stratified or schistose 3. Massive, moderately jointed 4. Moderately blocky and seamy 5. Very blocky and seamy 6. Completely crushed 7. Squeezing rock, moderate depth 8. Squeezing rock, great depth 9. Swelling rock Rock Load, Hp (ft) Zero 0 0.5B 0 0.25B 0.25B 0.35 (B+Ht) (0.35 1.10) (B+Ht) 1.10 (B+Ht) (1.10 2.10) (B+Ht) (2.10 4.50) (B+Ht) Up to 250 ft

Klasifikasi Terzaghi UmumRock conditions 1. Hard and intact 2. Hard stratified or schistose 3. Massive, moderately jointed 4. Moderately blocky and seamy 5. Very blocky and seamy 6. Completely crushed but chemically intact 6a. Sand and gravel 7. Squeezing rock, moderate depth 8. Squeezing rock, great depth 9. Swelling rock Rock Load, Hp (ft) Zero 0 0.5B 0 0.25B 0.25B 0.20 (B+Ht) (0.20 0.60) (B+Ht) (0.60 1.10) (B+Ht) (1.10 1.40) (B+Ht) (1.10 2.10) (B+Ht) (2.10 4.50) (B+Ht) Up to 250 ft

4

Klasifikasi Stand-Up TimeLauffer (1958) mengusulkan bahwa stand-up time untuk span tidak disangga berhubungan dengan kualitas massa batuan, Klasifikasi Lauffer telah dimodifikasi oleh banyak pihak, yang terpenting adalah modifikasi yang dilakukan oleh Pacher et al. (1974). Klasifikasi Pacher et al. ini sekarang menjadi bagian dari New Austrian Tunnelling Method (NATM).

Klasifikasi Stand-Up TimeSemakin besar span terowongan, semakin singkat waktu yang harus digunakan untuk pemasangan penyangga. Sebagai contoh, pilot tunnel kecil mungkin saja dikonstruksi dengan penyangga minimal, sedangkan terowongan dengan span yang lebih besar pada massa batuan yang sama mungkin tidak mantap jika penyangga tidak seketika dipasang.

5

Rock Quality Designation

Rock Structure Rating RSR(Wickham et al., 1972)Dikembangkan dari terowongan-terowongan kecil yang disangga dengan steel sets. Sistem pertama yang merekomendasikan pemakaian shotcrete. Memperkenalkan konsep rating dari setiap komponen RSR = A + B + C

6

RSR: Parameter A Geologi Daerah Umum

RSR: Parameter B Pola Kekar, Arah Penggalian

7

RSR: Parameter C Air Tanah, Kondisi Kekar

RSR: Penggalian dengan TBMJika penggalian dilakukan dengan TBM, RSR harus dikoreksi dengan Adjustment Factor (AF)Diameter Diameter Diameter Diameter Diameter = = = = = 9.15 8.00 7.63 7.00 6.10 m m m m m AF AF AF AF AF = = = = = 1.058 1.127 1.135 1.150 1.168

8

RSR: Penggalian dengan TBMDiameter Diameter Diameter Diameter Diameter = = = = = 6.00 5.00 4.58 4.00 3.05 m m m m m AF AF AF AF AF = = = = = 1.171 1.183 1.186 1.192 1.200

RSR: Tebal shotcretet = D ((65-RSR)/100)t = tebal shotcrete (inch) D = diameter terowongan (ft)

9

RSR: Rekomendasi Penyangga

Rock Mass Rating (RMR) System(Bieniawski, 1976, 1989)Bieniawski (1976) mempublikasikan sebuah klasifikasi massa batuan yang disebut Geomechanics Classification atau Rock Mass Rating (RMR) system. Selama bertahun-tahun, sistem ini telah diperbaiki dengan semakin banyaknya studi kasus yang dikumpulkan. Bieniawski melakukan perubahan signifikan untuk ratings bagi parameter-parameternya.

10

Rock Mass Rating (RMR) SystemEnam parameter yang digunakan untuk mengklasifikasikan massa batuan menggunakan RMR system:kuat tekan uniaksial contoh batuan, Rock Quality Designation (RQD), spasi bidang diskontinu, kondisi bidang diskontinu, kondisi air tanah, orientasi bidang diskontinu.

Rock Mass Rating (RMR) SystemDalam menerapkan sistem ini, massa batuan dibagi menjadi seksi-seksi menurut struktur geologi dan masing-masing seksi diklasifikasikan secara terpisah. Batas-batas seksi umumnya struktur geologi mayor seperti patahan atau perubahan jenis batuan. Perubahan signifikan dalam spasi atau karakteristik bidang diskontinu mungkin menyebabkan jenis massa batuan yang sama dibagi juga menjadi seksi-seksi.

11

Parameter

Rock Mass Rating (RMR) System:

RMR-Ratings.ppt

Penggalian & Penyanggaan

Rock Mass Rating (RMR) System:

RMR-Excavations and Supports.ppt

12

Tinggi dan Beban Batuanht = B x (100-RMR)/100B = lebar terowongan

Rock Mass Rating (RMR) System:

P = x ht = berat satuan batuan

Rock Tunnelling Quality Index(Barton et al, 1974)Berdasarkan sejumlah besar kasus penggalian bawah tanah, Barton et al. (1974) dari Norwegian Geotechnical Institute mengusulkan Tunnelling Quality Index (Q) untuk penentuan karakteristik massa batuan dan kebutuhan penyangga. Nilai numerik indeks Q bervariasi secara logaritmik dari 0.001 sampai 1000.

13

Rock Tunnelling Quality Index

RQD = Rock Quality Designation Jn = joint set number Jr = joint roughness number Ja = joint alteration number Jw = joint water reduction factor SRF = stress reduction factor

Rock Tunnelling Quality Index:RQD/JnMenunjukkan struktur massa batuan. Perkiraan kasar ukuran blok atau partikel. Dua nilai ekstrim (100/0.5 and10/20) berbeda sampai 400 kali. Jika diinterpretasi dengan satuan cm, ukuran partikel adalah 200 sampai to 0.5 cm kasar tapi cukup realistik. Blok terbesar mungkin beberapa kali ukuran ini dan partikel terkecil kurang dari setengah kali nilai minimum di atas (partikel lempung tentu saja tidak termasuk).

14

Rock Tunnelling Quality Index:Jr/JaMenunjukkan kekasaran dan karakteristik geser dinding kekar atau material pengisi. Pembobotan didasarkan pada kekar kasar dan tak teralterasi pada kontak langsung. Permukaan demikian akan mendekati kekuatan puncak yang akan sangat berubah jika mengalami penggeseran. Jika kekar terisi mineral lempung, kekuatan akan sangat berkurang.

Rock Tunnelling Quality Index:Jw/SRFSRF merupakan ukuran:pengurangan beban pada penggalian melalui zona geseran dan lempung, tegangan batuan pada batuan keras, beban squeezing pada batuan plastik lemah.

SRF dapat dianggap sebagai parameter tegangan total.

15

Rock Tunnelling Quality Index:Jw/SRFJw merupakan ukuran tekanan air yang dapat memberikan pengaruh merugikan pada kekuatan geser kekar karena pengurangan tegangan normal efektif. Selain itu, air dapat melemahkan dan mungkin menghilangkan material pengisi pada kekar yang terisi lempung. Merupakan faktor empiris yang rumit untuk menggambarkan tegangan aktif.

Rock Tunnelling Quality IndexJadi, indeks Q dapat dianggap sebagai fungsi dari tiga parameter, yang merupakan perkiraan kasar dari:Ukuran blok (RQD/Jn) Kekuatan geser antar blok (Jr/Ja) Tegangan aktif (Jw/SRF)

16

Rock Tunnelling Quality Index:RQD

Rock Tunnelling Quality Index:Jn

17

Rock Tunnelling Quality Index:Jr

Rock Tunnelling Quality Index:Ja

18

Rock Tunnelling Quality Index:Ja

Rock Tunnelling Quality Index:Jw

19

Rock Tunnelling Quality Index:SRF

Rock Tunnelling Quality Index:SRF

20

Rock Tunnelling Quality Index:

SRF (Grimstad & Barton, 1993)

1 hour in massive rock

5-3

5-50

Slabbing and rockburst after a few minutes in massive rock

3-2

50-200

Rock Tunnelling Quality Index:ESRUntuk menghubungkan nilai Q dengan kebutuhan penyangga, Barton et al. (1974) mendefinisikan parameter tambahan Dimensi Ekivalen (Equivalent Dimension), De, dari lubang bukaan. Dimensi ini diperoleh dengan membagi span (lebar atau tinggi) lubang bukaan dengan Excavation Support Ratio, ESR:

21

Rock Tunnelling Quality Index:ESRDe = Span/ESR Nilai ESR berhubungan dengan tujuan penggunaan lubang bukaan dan tingkat keamanan yang dipersyaratkan bagi sistem penyangga untuk menjamin kemantapan lubang bukaan

Rock Tunnelling Quality Index:ESR

22

Rock Tunnelling Quality Index:Kebutuhan Penyangga

Rock Tunnelling Quality Index:Informasi TambahanBarton et al. (1980)L = (2+0.15B)/ESR Span tak disangga maksimum = 2.ESR.Q0.4 Proof = (2)(Jn)0.5(Q)-1/3 / (3)(Jr)

23