teknik penyangga

8/19/2019 Teknik Penyangga

1/14

9. TEKNIK PENYANGGAAN TEROWONGAN

9.1. DEFORMASI TEROWONGAN TANPA PENYANGGA

Untuk memahami bagaimana tekanan penyangga bekerja dan respons massa batuan di

sekitar penggalian terowongan dapat dijelaskan pada Gambar 9.1. di bawah ini.

Gambar 9.1. Respons massa batuan di sekitar terowongan yang sedang digali.

Misalkan titik pengukuran ditempatkan di ujung terowongan yang sedang digali dan

penyangga belum dipasang. Perpindahan yang dapat diukur dimulai pada jarak 0,5D di

depan face (D= diameter terowongan). Selanjutnya, di face perpindahan radial mencapai

0,33 harga perpindahan maksimum (0,33 Umax). Perpindahan radial mencapai harga final

kira-kira pada jaraj 1,5 D di belakang face, dimana fungsi face sebagai penyangga sudah

tidak efektif lagi (Gambar 9.1).

Bila massa batuan cukup kuat menahan runtuhan, maka yang terjadi adalah perpindahan

elastis. Terjadinya perpindahan elastis yang menyusul perpindahan plastis tidak berarti

serta merta terowongan akan runtuh. Massa batuan masih mempunyai kekuatan yang

cukup, karena tebal zona plastis relatif kecil dibandingkan dengan radius terowongan.

Yang akan terjadi hanyalah retakan-retakan baru dan sejumlah kecil batuan di dinding

yang lepas dan jatuh (spalling).

UawalU = 0,33 Umax Umax

Arah penggalian

FaceMassa

batuan

0,5 D 1,5 D


2/14

9-2

Runtuhan yang sebenarnya akan terjadi jika zona plastis yang tebal dan terjadi perpindahan

ke arah dinding, massa batuan yang terlepas dan berjatuhan akan semakin bertambah dan

terowongan tanpa penyangga akan runtuh.

9.2. KURVA BEBAN – DEFORMASI

Tujuan utama merancang penyangga pada lubang bukaan di bawa tanah adalah untuk

membantu massa batuan menyangga dirinya sendiri. Gambar 9.2. adalah contoh suatu

terowongan yang digali dengan seluruh permukaan kerja (full face) dengan pemboran dan

peledakan, menggunakan penangga besi baja (stell set support) yang dipasang sesudah

pembersihan dan pengeluaran asap (mucking) dari terowongan. Tegangan in-situ

horizontal dan vertikal dianggap sama = Po.

- Pada tahap I, permukaan kerja terowongan belum mencapai potongan x – x. Massa

batuan yang berada pada bagian dimana terowongan akan dibuat dalam keadaan

seimbang dengan massa batuan disekelilingnya. Tekanan yang diberikan oleh

penyangga P1 pada profil yang akan digali sama dengan tegangan in-situ Po (titik A

Gambar 9.2)

- Pada tahap 2, permukaan kerja terowongan sudah melewati potongan x-x dan tekanan

penyangga P1 , yang sebelumnya diberikan oleh batuan yang berada didalam

terowongan turun menjadi 0. Bagaimanapun juga, terowongan tidak akan runtuh

karena reformasi radial u dibatasi oleh ujung permukaan kerja terowongan dengan

pengendalian yang cukup baik. Jika pengendalian u oleh permukaan kerja tidak ada,

tekanan penyangga P1 yang diberikan oleh titik B dan C pada Gambar 9.2. yang

dibutuhkan untuk membatasi u adalah sama. Tekanan penyangga P1 yang dibutuhkan

untuk membatasi u pada atap (roof) adalah lebi besar dari yang dibutuhkan untuk membatasi u pada dinding (side wall) karena berat dari daerah yang tidak stabil (zone

of loosened rock) diatas atap terowongan harus ditambahkan untuk penghitung tekanan

penyangga yang dibutuhkan untuk membatasi tegangan yang menyebabkan

perpindahan (displacement) pada atap.

- Pada tahap 3, terowongan sudah mulai selesai di “mucking” dan steel set sudah

dipasang dekat dengan permukaan kerja. Pada tahap ini, penyangga belum terbebani

seperti ditunjukkan oleh titik D pada Gambar 9.2, karena tidak ada deformasi yang


3/14

9-3

terjadi pada terowongan. Jika batuan mempunyai sifat deformasi yang tidak tergantung

pada waktu, maka deformasi radial terowongan masih ditunjukkan oleh titik B dan C.

- Pada tahap 4, permukaan kerja terowongan maju kira-kira 1,5 x diameter dari

potongan x- x dan pengendalian deformasi didekat permukaan kerja sudah berkurang

sekali. Oleh karena itu regangan radial selanjutnya dari dinding dan atap dinyatakan

oleh kurva C E G dan B B H pada Gambar 9.2. Deformasi radial atau konvergen dari

terowongan menyebabkan penyangga terbebani. Tekanan penyangga P1 yang tersedia

dari steel set bertambah dengan deformasi radial terowongan seperti digambarkan oleh

garis D E F.

- Pada tahap 5, permukaan kerja terowongan maju jauh dari potongan x – x sehingga

tidak ada lagi pengendalian untuk massa batuan pada potongan x – x. jika tidak ada

penyangga – penyangga yang dipasang maka deformasi radial pada terowongan

bertambah seperti digambarkan oleh kurva E G dan F H pada Gambar 9.2. Untuk

dinding, tekanan yang dibutuhkan untuk membatasi deformasi turun menjadi 0 pada

titik D dan dalam hal ini dinding akan stabil jika tidak ada lagi gaya yang dapat

menyebabkan regangan.Di pihak lain, penyangga yang dibutuhkan untuk membatasi deformasi pada atap turun

sampai minimum dan akan mulai lagi bergerak naik. Ini karena perpindahan kebawah

atap dari daerah batuan lepas ini diatap terowongan menyebabkan tambahan batuan

yang menajdi tidak stabil dan berat dari tambahan batuan yang tidak stabil, ini

ditambahkan untuk tekanan penyangga yang dibutuhkan. Pada contoh diatas, atap akan

runtuh jika tidak ada penyangga yang dipasang dalam terowongan.

Pada Gambar 9.2. bagian bawah, kurva reaksi penyangga untuk steel set berpotongan

dengan kurva beban deformasi untuk 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.


4/14

9-4

Gambar 9.2.Kurva Beban Deformasi Massa Batuan dan

Sistem Penyangga (Menurut Daeman)


5/14

9-5

9.3. ANALISIS INTERAKSI PENYANGGA - BATUAN

Analisis interaksi antara penyangga – batuan dengan menggunakan kurva beban – deformasi merupakan problem yang harus dibahas secara teroritis dengan baik, karena

banyak faktor yang dimasukkan kedalamnya untuk dapat memecahkan masalah.

9.3.1. ASUMSI DASAR ANALISIS

Untuk menyederhanakan perhitungan agar dapat dipecahkan secara matematis, maka

dilakukan beberapa asumsi sebagai berikut ;

1) Geometri terowongan ; dalam menganalisis penampang terowongan diasumsikan

berbentuk lingkaran dengan jari-jari ri (Gambar 9.3). Panjang terowongan sedemikian

rupa sehingga masalah dapat dipecahkan dalam dua dimensi atau dengan kondisi plane

strain.

2) Tegangan In-situ ; Tegangan in-situ horisontal dan vertikal diasumsikan sama, yang

besarnya sama dengan Po.

3) Tekanan Penyangga ; Penyangga yang dipasang diasumsikan menimbulkan tekanan

radial yang uniform sebesar Pi di dinding terowongan.

4) Sifat massa batuan ; massa batuan diasumsikan mempunyai perilaku elastis linier dandikaraterisasikan oleh Modulus Young (E) dan niisbah Poisson (v). Karakteristik

failure material ini ditentukan persamaan 9.1

2 / 12331 .. cc S m σσσσσ ........................................................................ (9.1)

5) Sifat massa batuan hancuran ; massa batuan hancuran disekeliling terowongan

diasumsikan mempunyai perilaku plastik sempurna dan memenuhi kriteria failure

sebagai berikut (Gambar 9.2)

2 / 12331 .. cr cr S m σσσσσ ..................................................................... (9.2)

Sebagai catatan, untuk kepentingan penyederhanaan, diasumsikan bahwa pengurangan

kekuatan secara tiba-tiba dari persamaan (9.1) ke persamaan (9.2).

6) Regangan volumetrik ; pada daerah elastis, regangan volumetrik dikendalikan oleh

konstanta Modulus Young dan nisbah Poisson. Pada saat failure batuan akan

mengembang dan volume akan bertambah dan regangan dihitung dengan

menggunakan teori plastisitas.


6/14

9-6

7) Perilaku “time-dependent” ; diasumsikan bahwa massa batuan dan hancuran tidak

memperlihatkan perilaku time-dependent.

8) Perluasan daerah plastis ; diasumsikan bahwa daerah plastis bertambah besar sampai

mencapai jari-jari re yang tergantung pada tegangan in-situ Po, tekanan penyangga Pi

dan karkteristik material baik elastis maupun massa batuan hancuran.

9) Simetris radial ; masalah dianalisis secara rinci dalam simetris disekitar terowongan.

Jika berat batuan didalam daerah hancuran diperhitungkan didalam analisis,

penyederhanaan simetris akan hilang. Jika berat batuan hancuran sangat penting

didalam rancangan penyangga, kelonggaran untuk berat ini ditambahkan sesudah dasar

analisis selesai.

Gambar 9.3. Asumsi geometri terowongan.

Piri

re

Plastic zone

P0

P0

Elastic rock mass


7/14

9-7

Gambar 9.4. Asumsi kriteria failure massa batuan elastis dan massa batuan hancuran

9.3.2. TAHAPAN ANALISIS

Input data yang dibutuhkan :

σc = kuat tekan uniaksial dari batuan contoh batuan intact.

M,s = konstanta material untuk massa batuan (Tabel 9.1).

E, v = Modulus elastisitas dan nisbah poisson massa batuan

mr, sr = konstanta material untuk massa batuan hancuran (Tabel 9.1)

γr = berat persatuan volume dari massa batuan hancuran

Po = besarnya tegangan in-situ

ri = jari-jari terowonagan

Urut-urutan Perhitungan

1.8

/ .42

12 / 1

2m

sPmm

M co

σ

2. 2 / 1 / 4 s M Pmm

m D

coc

σσ

3.

2 / 1

22

r

r

cr

co

m

S

m

M P N

σ

σ

Broken rock mass

Elastic rock mass

σ3

σ1


8/14

9-8

Input Pi :

4. untuk Pi > Po – Mσc, deformasi di sekeliling terowongan adalah elastik.

io

io

i PP E r

)1( νµ

5. untuk Pi < Po – Mσc, runtuhan plastis terjadi di sekeliling terowongan.

c

io

i M E r

σ νµ )1(

6.

2 / 1

2.2

r r

cr

i

m

S

m

Pn

i

e er

r σ

7. untuk re /ri < √3 = R 2 D ln r e /ri

8. untuk re /ri > √3 = R = 1,1D

9.

Rr

r

r

r

r e

i

e

i

e

e

e

av

111

2

2

2

µ

10.

2

2

i

eav

e

e

r

r e

r A

µ

11.

2 / 1

1

11

A

e

r

av

io

iµ

12. untuk atap terowongan, plotio

i

r

µterhadap

o

ier i

P

r r P γ

13. untuk dinding terowongan, plotio

i

r

µterhadap

o

i

P

P

14. untuk lantai terowongan, plotio

i

r

µterhadap

o

ier i

P

r r P γ


9/14

9-9

Gambar 9.5. Kebutuhan penyangga untuk batuan di sekeliling terowongan.

9.4. PENENTUAN TINGGI DAN MUATAN BEBAN

Suatu alternatif pada pendekatan teoritik untuk penyanggaan batuan adalah memanfaatkan

pengalaman sebelumnya, sebagai suatu dasar untuk memperkirakan penyanggaan yang

diperlukan untuk penggalian bawah tanah. Pendekatan ini terus berkembang tanpa arah

yang jelas sebelum munculnya penggunaan klasifikasi batuan.

Pada bagian ini diberikan prinsip-prinsip dari klasifikasi massa batuan. Sebagian dari

klasifikasi ini adalah suatu pekerjaan deskripsi murni dan klasifikasi ini patut dihargai

dengan mendefenisikan beberapa parameter yahng tampak mampu mendefenisikan secara

benar massa batuan. Kemudian akan digunakan untuk pemilihan jenis penyangga yang

akan digunakan untuk lubang bukaan atau terowongan.

Untuk pemilihan jenis penyanggaan yang akan digunakan, ada hal yang sangat mendasar

dan perlu untuk diperhitungkan ialah perhitungan tinggi beban yang akan disangga.

K. Terzaghi (1946) menyatakan bahwa sejumlah batuan atau tanah tinggi beban (Hp)

menyerupai suatu topi di atas terowongan (lihat Gambar 9.6).

μi

Po

γi (re – ri)

Picr

roof

side wall

floor


10/14

9-10

Gambar 9.6. Daerah yang tidak stabil menurut Terzaghi

Dari Gambar 9.6 kemudian dibuat pengklasifikasian muatan batuan terhadap kondisi

batuan dan tinggi muatan batuan (Tabel 9.1 dan Tabel 9.2). Kemudian untuk rekomendasi

kebutuhan penyanggaan seperti penyangga baja, baut batuan dan beton diberikan oleh

Deere dkk (Tabel 9.3.). Perubahan konsep rekomendasi penyanggaan yang berdasarkankualitas massa batuan dan RQD ini terus berkembang hingga muncul klasifikasi massa

batuan oleh para ahli seperti RMR yang telah dibahas pada modul sebelumnya (modul 6).

Tinggi beban (ht) dan tekanan batuan terhadap penyangga (P) ditentukan berdasarkan

rumus yang diusulkan oleh Unal (1983) dengan memakai nilai RMR dari klasifikasi

Geomekanika sebagai berikut.

Ht =100

100 RMRB ……………………………………………………………………(9.4)

Keterangan :

Ht = tinggi beban batuan (m)

RMR = Rock Mass Rating (bobot nilai batuan)

B = lebar lubang bukaan atau lebar terowongan

Dari persamaan diatas terlihat bahwa tinggi beban (ht) merupakan fungsi dari lebar bukaan

dan bobot nilai batuan. Tekanan batuan yang diterima penyangga tergantung pada tinggi

beban dan bobot isi batuannya.

a b

c d

Bi

B

Hp

Ht

H

W


11/14

9-11

Tabel 9.1. Klasifikasi muatan batuan (Terzaghi, 1946)

KONDIS BATUAN TINGGI MUATANBATUAN, Hp (m)CATATAN

1. Keras dan kompak 0Lapisan ringan saja, walaupun ada

hanya terjadi spalling ringan.

2. Perlapisan keras atau skistosa 0 – 0,50 BLapisan ringan terutama untuk

perlindungan dari jatuhan blok.

3.Masif, diskontinuitas yangsedang jumlahnya.

0 – 0,25 B Perubahan tak menentu dari beban.

4.

Terbagi-bagi dalam blok dalam

jumlah yang sedang denganrekahan yang cukup banyak

0,25 B – 0,35 (B + Ht) Tidak ada tekanan lateral

5.Sangat terbagi dalam blok-blok dengan rekahan yang banyak

dan berkembang

0,35 B – 1,10 (B + Ht) Sedikit atau tidak ada tekanan lateral

6.Terpecah keseluruhan tetapi

masih bersatu secara kimia1,10 (B + Ht)

Tekanan lateral yang amat besar.

Akibat dari hilangnya kekuatan yangdisebabkan oleh infiltrasi.

7.

Batuan yang berperan dalam

pemampatan pada kondisi

kedalaman yang sedang

(1,10 – 2,10) (B + Ht)Tekanan lateral yang besar,

penyangga besi baja sirkuler (rib)

direkomendasikan.

8.Batuan yang berperan dalampemampatan pada kondisi

kedalaman yang besar

(2,10 – 4,50 ) (B + Ht)

9.Batuan yang mengembang

(swelling rock)

Sampai 90 m tidak

tergantung dari (B + Ht)

Penyangga besi baja sirkuler (rib)diperlukan. Dalam keadaan ektrim

gunakan perhitungan tekanan

keruntuhan penyanggaan (yielding

support)


12/14

9-12

Tabel 9.2. Klasifikasi tinggi muatan batuan (Hp) pada kedalaman lebih dari 1,5 (B + Ht)

KONDIS BATUAN RQD TINGGI MUATANBATUAN, Hp (ft)CATATAN

1. Keras dan kompak 95 - 100 0

Lapisan ringan saja,

walaupun ada hanya terjadi

spalling ringan.

2.Perlapisan keras atau

skistosa90 – 99 0 – 0,50 B

Lapisan ringan terutama

untuk perlindungan dari

jatuhan blok.

3.

Masif, diskontinuitas

yang sedang jumlahnya.

85 – 95 0 – 0,25 BPerubahan tak menentu daribeban.

4.

Terbagi-bagi dalam

blok dalam jumlah

yang sedang dengan

rekahan yang cukup

banyak

75 – 85 0,25 B – 0,20 (B + Ht)

Kondisi 4,5 dan 6 di kurangi

50 % dari nilai Terzaghi,

karena muka air mempunyai

akibat kecil terhadap Hp

(Brekke, 1968 dan Terzaghi,1946)

5.

Sangat terbagi dalam

blok-blok dengan

rekahan yang banyak dan berkembang

30 – 75 (0,20 – 0,60) (B + Ht)

6.

Terpecah

keseluruhan tetapi

masih bersatu secara

kimia

3 - 30 (0,60 - 1,10) (B + Ht)

6.a Pasir dan kerikil 0 – 3 (1,10 - 2,40) (B + Ht)

7.

Batuan yang berperan

dalam pemampatan

pada kondisikedalaman yang

sedang

Tidak dapat

diaplikasikan(1,10 – 2,10) (B + Ht)

Tekanan lateral yang besar,

penyangga besi baja sirkularset direkomendasikan.

8.

Batuan yang berperan

dalam pemampatan

pada kondisi

kedalaman yang

besar

Tidak dapat

diaplikasikan(2,10 – 4,50 ) (B + Ht)

9.

Batuan yang

mengembang

(swelling rock)

Tidak dapat

diaplikasikan

Lebih besar dari 250

tidak tergantung dari

(B + Ht)

Penyangga besi baja sirkularset diperlukan. Dalam

keadaan ektrim gunakan

perhitungan tekanankeruntuhan penyanggaan

(yielding support)

Catatan : Nilai B dan Ht dalam satuan feet (ft).


13/14

9-13

Tabel 9.3. Rekomendasi penyanggaan terowongan (dengan diameter = 20 – 40 ft) padabatuan oleh Deere dkk (1967).

Kualitas

Batuan

Metoda

penerowongan

Tinggi

Muatan

Batuan, hp(ft)

Sistem penyangga

Bajac

Baut Batuand

Beton

Sangat baik a

RQD > 90

Tunnel bor

machine

(TBM)

0.0 – 0.2BcTidak dibutuhkan,

kalaupun dibutuhkan

hanya set ringan

Tidak dibutuhkanTidak dibutuhkan,

hanya pada aplikasi

lokal

Pemboran dan

Peledakan0.0 – 0.3 B

Tidak dibutuhkan,

kalaupun dibutuhkanhanya set ringan

Tidak dibutuhkan

Tidak dibutuhkan,

hanya pada aplikasilokal 2 – 3 in.

Baik

a

RQD = 75 -

90

Tunnel bor

machine(TBM) 0.0 – 0.4 B

Kadang kala

dibutuhkan set ringandengan pola 5 – 6 ft

Kadang kala

dibutuhkan denganpola 5 – 6 ft

Tidak dibutuhkan,

hanya pada aplikasilokal 2 – 3 in.

Pemboran danPeledakan

(0.3 – 0.6) B dibutuhkan set ringandengan pola 5 – 6 ft


4 in atau lebih padaatap dan dinding

Sedang

RQD = 50 – 75

Tunnel bor

machine

(TBM)

(0.4 – 1.0) B Set ringan – sedang5 – 6 ft

dibutuhkan dengan

pola 4 – 6 ft2 – 4 in pada atap


(0.6 – 1.3) B Set ringan – sedang4 – 5 ft


4 in atau lebih padaatap dan dinding

Buruk b

RQD = 25 -50

Tunnel bor

machine

(TBM)

(1.0 – 1.6) B Sirkular Set sedang3 – 4 ft

dibutuhkan dengan

pola 3 – 5 ft

4 – 6 in pada atap dandinding dan

dikombinasikan dgn

baut batuan.

Pemboran dan

Peledakan

(1.3 – 2.0) B Set sedang – kuat2 – 4 ft.

dibutuhkan dengan

pola 2 – 4 ft

6 in atau lebih padaatap dan dinding dan

dikombinasikan dgn

baut batuan.

Sangat

buruk

RQD < 25(Diluar

pengaruhkondisi

pemanpatan

danpengembangan

batuan)

Tunnel bormachine

(TBM)

(1.6 – 2.2) BSirkular set sedang –

kuat 2 ftdibutuhkan dengan

pola 2 – 4 ft

6 in atau lebih pada

semua bagian dandikombinasikan dgn

set kuat.


(2.0 – 2.8) B Sirkular set kuat 2 ft dibutuhkan denganpola 3 ft


semua bagian dandikombinasikan dgn

set sedang.

Sangatburuk

(dengan kondisi

pemampatan

danpengembangan

batuan)

Tunnel bor

machine

(TBM)

Diatas 250 ftSirkular set sangat

kuat2 ft

dibutuhkan dengan

pola 2 – 3 ft

6 in atau lebih padasemua bagian dan

dikombinasikan dgn

set kuat.

Pemboran dan

PeledakanDiatas 250 ft

Sirkular set sangatkuat

2 ft

dibutuhkan dengan

pola 2 – 3 ft


semua bagian dan

dikombinasikan dgnset kuat.


14/14

9-14

akualitas batuan baik – sangat baik, kebutuhan penyangga secara umum tidak ada, kecuali tergantung dari, set kekar, diameter

terowongan dan orientasi bidang lemah terhadap arah umum terowongan.

blagging tidak dibutuhan pada batuan kualitas sangat kuat, 25% batuan kualitas baik – sangat buruk 100%

c B = lebar terowongan

dmesh tidak dibutuhkan pada batuan kualitas sangat baik, kadang kala dibutuhkan pada batuan kualitas baik – sangat buruk hingga

100%

9.5. JENIS-JENIS PENYANGGAAN

Secara mekanik dalam pembuatan terowongan dan pembukaan tambang bawah tanah,

jenis-jenis penyangga dapat dikelompokkan kedalam dua bagian :

1. Penyangga Alamiah (Natural Support)

Natural Support dapat digolongkan kedalam penyangga sementara dikarenakan dalam

penyanggaan, penyangga yang dipakai berupa ore, low grade ore, atau barren rock yang

ditinggalkan dalam bentuk pillar.

Sistem penyangga sementara yang direncanakan dapat menahan seluruh massa batuan

sampai penyangga permanen dipasang, atau pillar-pillar (ore) yang digunakan sebagai

penyangga itu sendiri akan ditambang dan tidak perlu dipasang penyangga permanen.

2. Penyangga Buatan ( Artificial Support)

Artificial Support merupakan penyangga buatan dimana material untuk penyangga dibuat

sesuai dengan bentuk, susunan dan cara pemasangan tergantung dari kebutuhan.

Beberapa jenis artificial support yang sering dijumpai didalam suatu sistem penyanggaan,

yaitu :

1. Penyangga kayu

2. Baut batuan (rock bolt )

3. Penyangga beton

4. Penyangga baja

5. Penyangga khusus

teknik penyangga

Documents