Bab11.Rock bolting.pdf PDF

Preview

Summary

11. PENYANGGA BAUT BATUAN 11. 1. PENGERTIAN DAN APLIKASI Seperti yang telah dinyatakan pada modul 8 bahwa objektif utama dari rancangan suatu sistem penyanggaan adalah menolong massa batuan untuk menyangga dirinya sendiri. Baut batuan (rock bolting) bila digunakan akan merupakan bagian dari massa ba...

Description

11. PENYANGGA BAUT BATUAN

11. 1. PENGERTIAN DAN APLIKASI Seperti yang telah dinyatakan pada modul 8 bahwa objektif utama dari rancangan suatu sistem penyanggaan adalah menolong massa batuan untuk menyangga dirinya sendiri. Baut batuan (rock bolting) bila digunakan akan merupakan bagian dari massa batuan jika dibandingkan dengan penyangga lain (misalnya penyangga kayu, penyangga beton dan penyangga baja) yang tidak merupakan bagian dari massa batuan. Namun mempunyai fungsi yang sama sebagai penguatan massa batuan dengan tujuan memperkecil deformasi atau menjaga kestabilan terowongan (Gambar 11.1a)

(a)

(b) Gambar 11.1. Gambar baut batuan.

Baut batuan dapat digunakan sebagai penyangga permanen dan penyangga sementara. Hal ini tergantung dari kebutuhan dan jenis lubang bukaan. Untuk terowongan teknik sipil dan kepentingan transpotasi dapat digunakan sebagai penyangga permanen, sedangkan untuk lubang bukaan tambang bawah tanah (umumnya pada tambang batubara dengan sistem penambangan longwall) digunakan sebagai penyangga sementara (Gambar 11.1b) Sejak ditemukannya baut batuan sebagai penyangga, fungsi dan peran baut batuan telah menjadi objek analisis yang bertujuan untuk mengerti lebih baik dan memperbaiki cara

11 - 1

kerjanya. Baut batuan banyak digunakan untuk menstabilkan massa batuan, khususnya di industri pertambangan. Adapun beberapa alasan mengapa baut batuan telah digunakan secara meluas sebagai penguatan batuan adalah : -

Fleksibel ; dapat digunakan pada bentuk geometri terowongan yang bervariasi.

-

Umumnya mudah digunakan.

-

Harganya relatif murah.

-

Pemasangannya dapat sepenuhnya dengan mekanisasi.

-

Kerapatannya (jumlah baut batuan per-satuan luas) dengan mudah dapat disesuaikan dengan sistem penyanggaan yang lain, misalnya mesh kawat, beton tembak dan selimut beton. Pada sistem penggalian bawah tanah NATM (New Austrian Tunnelling Method) sistem baut batuan dikombinasikan dengan beton tembak dan selimut beton untuk penyanggaan permanen.

Penggunaan baut batuan untuk menjaga kestabilan atap dan dinding lubang bukaan, tergantung kepada kuat ikat (anchoring capacity) baut batuan dengan batuan, selain tegangan dasar (yield strength) dari baut batuan tersebut. Persyaratan yang harus dipenuhi untuk pengikatan (anchoring) baut batuan adalah : -

Pengikatan harus kuat.

-

Batuan tempat pengikat harus kuat dan kontinyu.

-

Panjang baut batuan harus cukup untuk menciptakan pre-compression zone sekitar lubang bukaan untuk mengatasi stress failure. Baut batuan harus terikat dibelakang daerah tarikan (tension zone).

Sedangkan Tablore memberikan aturan yaitu : -

Pemasangan dan ukuran / dimensi baut batuan tergantung 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.

-

Ketebalan dari batuan (tempat pengikat) harus mampu menerima beban.

-

Panjang baut batuan harus paling sedikit sama dengan ketebalan batuan yang disangga ditambah dengan jarak rata-rata antar baut batuan.

-

Jarak tiap baut batuan diusahakan seragam.

11 - 2

11.2. JENIS BAUT BATUAN Bermacam-macam baut batuan telah digunakan saat ini diseluruh dunia. Banyak diantaranya hanya memperlihatkan perbedaan yang kecil didalam rancangannya, namun konsep dasarnya sama. Jenis-jenis baut batuan akan dibedakan berdasarkan cara pengikatannya yaitu : 1. Baut batuan dengan cara pengikatan mekanis (slot bolt & wedge bolt dan expansion shell anchor). 2. Baut batuan dengan cara pengikatan yang menggunakan zat kimia (Grouted bolt) 3. Baut batuan dengan cara pengikatan geser, (split set dan swellex) 4. Baut kabel batuan (flexirope) 11.2.1.Baut Batuan Dengan Cara Pengikatan Mekanis Pengikatan antara baut batuan dengan batuan pengikatan ponktuel. Baut batuan dengan sel penjangkaran terkembang (the expansion shell anchored rockbolt) tipe standart atau bail adalah jenis yang paling banyak digunakan. Pengembangan sistem penjangkaran beroperasi dengan cara yang sama untuk jenis standart dan jenis bail. Suatu wedge yang diletakkan pada ujung baut ditekan pada satu sel konikal yang dapat mengembang jika baut diputar. Hal ini akan mengakibatkan sel akan mengembang kearah dinding lubang bor. Baut ini diaplikasikan, dengan sedikit pengecualian untuk batuan dengan kekerasan yang sedang sampai keras. Dan tidak direkomendasikan untuk batuan yang sangat keras, karena ada kemungkinan terjadi gelinciran dari sel penjangkaran baut tersebut. Data teknik dari jenis batuan ini dapat dilihat dalam tabel 11.1. Dan contoh dari baut batuan ini dapat dilihat pada gambar 11.2. Tabel 11.1. Data teknik baut batuan dengan cara pengikatan mekanis Kualitas steel

700 N/mm2

Diameter baut

16 mm

Beban batas (yield load) steel

140 kN

Beban ultimat (ultimate load) steel

180 kN

Regangan aksial ultimat steel

14 %

Berat baut tanpa face plate dan mur

2 kg/m

Panjang baut

Bervariasi

Diameter lubang bor yang dianjurkan

35 – 38 mm

11 - 3

A

a. Slot & wedge bolt

b. Expansion shell bolt Gambar 11.2. Contoh Baut Batuan Dengan Cara Pengikatan Mekanis

11 - 4

Keuntungan : - Harga relatif tidak mahal - Baut memberikan aksi penyanggaan dengan segera setelah dipasang. - Dengan pemutar baut (rotating the bolt) suatu teori diaplikasikan oleh kepala baut dan mengumpulkan tarikan dalam baut. - Dengan post-grouting, baut dapat menyediakan penguatan yang permanen. - Pada batuan keras, pembebanan baut yang tinggi dapat dicapai. - Sistem serba guna untuk penguatan batuan, dengan asumsi untuk kondisi batuan yang keras. - Lebih dapat terdeformasi dari roda baut dengan pengikatan sepenuhnya (resin, semen) : kekakuan 3,5 – 8,5 t/cm Kerugian : - Terbatas untuk pengunaan batuan yang sedang – keras. - Sukar untuk memasangnya secara terandalkan - Harus dipantau dan diuji ketegangannya yang tepat - Kehilangan kapasitas dukung (bearing) akibat getaran hasil peledakan atau ketika batuan jatuh di sekelilng permukaan lubang bor disekitar plat, untuk batuan yang mempunyai tegangan tinggi. 11.2.2. Buat Batuan Dengan Pengikatan Zat Kima. Baut batuan dengan jenis ini telah biasa digunakan diseluruh dunia sejak 60 tahun lalu dalam aplikasi rekayasa pertambangan dan sipil. Sebagian besar biasa digunakan baut batuan grouted rebar atau batang ulir (threaded bar) dibuat dari baja dengan pengikatan sepenuhnya. Semen atau resin digunakan sebagai bahan pengikat. Baut batuan rebar yang digunakan dengan resin menciptakan suatu sistem yang biasa digunakan untuk baut batuan tertegangkan (tensioned rockbolt) tetapi baut batuan batang ulir dengan zat pengikat semen dapat juga digunakan untuk baut batuan tanpa tertegangkan (untensioned bolt). Kedua sistem ini digunakan baik untuk penyanggaan sementara, maupun penyanggaan permanen

11 - 5

untuk berbagai kondisi batuan. Baut batuan batang ulir terutama digunakan dalam aplikasi rekayasa sipil untuk pemasangan yang permanen. Jenis baut batuan dengan pengikatan resin dan semen adalah Grouted Rockbolt-Rebar dan Grouted Rockbolt-Dywidag Steel (Gambar 11.3). Keuntungan dan kerugian dari baut batauan ini juga dapat dilihat pada Tebel 11.2. Kemudian Data teknis dari masing-masing baut batuan ini dapat dilihat pada Tabel 11.3.

a. Grouted Rockbolt-Rebar

b. Grouted rockbolt – dywidag steel Gambar 11.3. Contoh baut dengan cara pengikatan memakai resin atau semen

11 - 6

Tabel 11.2. Keuntungan dan kerugian dari baut batuan Grouted Rockbolt-Rebar dan Grouted Rockbolt-Dywidag Steel Jenis baut batuan dengan pengikat zat kimia

Keuntungan -

Grouted Rockbolt-Rebar

-

-

Grouted RockboltDywidag Steel

-

Kerugian

Baut memberikan reaksi penyanggaan yang cepat setelah pemasangan Kalau resin fast-setting digunakan untuk bagian dasar dari baut batuan, baut batuan dengan pengikatan yang sepenuhnya dapat ditegangkan. Ketahanan korosi tinggi pada pemasangan yang permanen.

-

Pemasangan yang tepat, akan memberikan sistem penguatan yang baik dan tahan lama. Pengaruh kerusakan lingkungan kecil. Sistem ini memberikan pembebanan baut yang tinggi pada kondisi batuan yang bervariasi.

-

-

-

-

-

Kesukaran dengan dodol (cartridges) resin pada lingkungan bawah tanah dimana dapat mempengaruhi keterandalan pemasangan baut batuan Resin dapat mengotori dan berbahaya untuk penanganan yang tidak benar. Resin mempunyai batas waktu pakai. Mahal Penegangan baut batuan hanya mungki kalau prosedur pemasangan khusus diikuti dengan baik dan benar Semen standard memerlukan beberapa hari sebelum baut mendapat pembebanan. Kualitas pengikatan sukar untuk diuji dan dipelihara secara konstan.

Tabel 11.3. Data Teknik Grouted Rockbolt-Rebar dan Grouted Rockbolt-Dywidag Steel Data Teknis

Grouted Rockbolt-Rebar

Grouted Rockbolt-Dywidag Steel

Kualitas steel

570 N/mm2

1180 N/mm2

Diameter baut

20 mm

20 mm

Beban batas (Yield load) steel

120 kN

283 kN

Beban ultimat (Ultimate load) steel

180 kN

339 kN

Regangan axial ultimate steel

15 %

9,5 %

Berat baut tanpa face plate dan mur

2,6 kg/m

2,6 kg/m

Panjang baut

Sesuai panjang yang dibutuhkan

Sesuai panjang yang dibutuhkan

Diameter lubang bor yang dianjurkan

35  5 mm

35  3 mm

11 - 7

11.2.3. Baut Batuan Dengan Pengikatan Geser Baut batuan dengan pengikatan geser merupakan baut batuan yang paling banyak berkembang dalam teknik penguatan batuan. Dua tipe baut batuan dengan pengikatan geser yang tersedia, yaitu split set dan swellex (Gambar 11.4).

a. Swellex

b. Split set Gambar 11.4. Split Set Dan Swellex

11 - 8

Untuk kedua tipe sistem baut batuan ini, tahanan geser untuk menggelincirkan batuan pada besi paja (untuk swellex) dikombinasikan dengan ikatan mekanik (mechanical interlock) ditimbulkan oleh kekuatan radial pada dinding lubang bor sepanjang baut. Baut batuan dengan pengikatan geser mirip dengan baut batuan dengan pengikatan mekanik dalam pengertian bahwa pemasangan dan operasinya tidak diganggu oleh kondisi batuan yang basah. Untuk pemasanga secara permanen masalah yang mungkin timbul adalah korosi. Meskipun sistem ini sudah dijelaskan di atas, keduanya memiliki beberapa berbedaan yang utama. Hal ini berhubungan dengan mekanisme pengikatan dan aksi penyanggaan, sebagai mana prosedur pemasangan. Sebenarnya, hanya Split set yang merupakan baut batuan dengan pengikatan geser dan kadang-kadang disebut sebagai Split set friction stabilizer. Mekanisme pengikatan baut batuan split set timbul dari kekuatan geser dari pembebanan yang mendekati batas beban maksimum dari baut batuan, saat baut batuan akan tergelincir, baut batuan dapat mengalami perpindahan yang besar. Mekanisme dari pengikatan baut batuan swellex tergantung dari kekuatan geser dan dikombinasikan dengan ikatan mekanik. Pengikatan swellex ditimbulkan oleh kekuatan geser pembebanan. Ikatan mekanik antara baut batuan dan batuan mencegah lepasnya baut dari batuan. Sifat dari baut batuan swellex ini menunjukkan bahwa kekuatan dari baut ini harus dimanfaatkan secara penuh. Kedua tipe baut batuan dengan pengikatan geser digunakan dalam industri pertambangan. Namun pada aplikasi rekayasa sipil sangat terbatas, tetapi swellex makin bertambah penggunaannya dalam pekerjaan pembuatan terowongan. Data teknis serta keuntungan dan kerugian dari masing-masing baut ini dapat dilihat pada Tabel 11.4 dan Tabel 11.5.

11 - 9

Tabel 11.4. Data Teknik Baut Batuan Swelex dan Split set. Data Teknis

Swelex

Split Set

Diameter pipa

26 mm

39 mm

130 kN

90 kN

130 kN

111 kN

Regangan axial ultimate steel

11 %

16 %

Berat baut tanpa face plate

2 kg/m

1,8 kg/m

Panjang baut

Sesuai panjang yang dibutuhkan

0,9 – 3 m

Diameter lubang bor yang dianjurkan

35  3 mm

35 – 38 mm

Beban batas (Yield load) pipa steel Beban ultimat steel

Tabel 11.5. Keuntungan dan kerugian dari baut batuan Swelex dan Split set. Jenis baut batuan dengan pengikat zat kimia

Keuntungan

-

Swelex -

-

-

Split Set -

Kerugian

Pemasangannya cepat dan sederhana (simple) Memberkan aksi/kerja yang cepat setelah pemasangannya Dapat digunakan pada beberapa kondisi yang berbeda-beda Pemasangan dapat menyebabkan kontraksi pada panjang baut tersebut Tegangan face plate yang efektif melawan permukaan batuan.

-

Relatif mahal Untuk pemasangan jangka panjang diperlukan perlindungan terhadap korosi, untuk pemasangannya dibutuhkan sebuah pompa.

Pemasangannya sederhana Memberikan aksi/kerja penyanggaan dengan cepat setelah pemasangannya. Tak ada perangkat keras (hardware) lain melainkan sebuah jackleg, atau jumboo boom untuk pemasangan. Mudah menggunkan wire mesh

-

Relatif mahal Diameter lubang bor penting sekali dalam pencegahan runtuh selama pemasangan dan dalam ketepatan memperoleh kekuatan lubang yang diharapkan. Pemasangan baut batuan yang panjang dapat menjadi sulit Tidak dapat digunakan dalam pemasangan jangka panjang kecuali kalau dilindungi oleh anti korosi.

-

11 - 10

11.2.4. Baut Kabel Dengan Pengikatan Yang Memakai Zat Kimia. Baut kabel ini telah digunakan untuk penguatan struktur dalam batuan sejak 20 atau 30 tahun yang lalu. Kabel diperkenalkan untuk industri tambang untuk maksud yang sama lebih dari 15 sampai 20 tahun yang lalu. Penggunaan baut kabel yang tak tertegangkan dengan pengikatan sepenuhnya pada industri tambang tumbuh dengan cepat. Penggunaan utama baut kabel adalah pada sistem penyanggaan sementara (STILLBORG, 1985). Jenis kabel yang biasa digunakan adalah kabel untuk penguatan 15,2 mm 7-wire steel strand biasanya dipasang dalam 2 unit. Kabel tersebut dikembangkan untuk pra-tegang elemen-elemen beton. Kabel itu sering dimodifikasi oleh pemasok lokal untuk memperbaiki unjuk kerja kabel tersebut sebagai elemen penguat didalam batuan. Kabel yang fleksibel sebagai pengganti rebar atau threadbar dalam sistem penguatan batuan. Hal ini disebabkan antara lain ; variasi panjang baut, sehingga kabel dapat dipasang untuk panjang yang berbeda dari suatu terowongan yang sempit, sangat murah, daya dukung yang besar, mekanisasi panjang baut yang bervariasi menunjukkan tidak ada masalah. Tabel 11.6. Data Teknik Dari Grouted Cable Bolt-Flexirope Kualitas steel

1770 N/mm2

Diameter kabel

28 mm

Beban batas (Yield load) kabel

500 kN

Beban ultimat (Ultimate load) kabel

500 kN

Regangan axial ultimate kabel

3%

Berat kabel

3,1 kg/m

Panjang kabel

Sesuai panjang yang dibutuhkan

Diameter lubang bor yang dianjurkan

35 mm

Keuntungan : - Tidak mahal - Merupakan sistem penguatan yang baik dan tahan lama - Dapat dipasang pada berbagai ukuran panjang dalam daerah yang sempit

11 - 11

- Sistem ini memberikan pembebanan baut yang sangat tinggi dalam variasi kondisi batuan sebaik tahanan terhadap korosi dalam instalasi permanen. Kerugian : - Penarikan baut kabel hanya dimungkinkan kalau prosedur instalasi khusus digunakan. - Penggunaan semen standart membutuhkan beberapa hari sebelum kabel mendapat pembebanan.

Gambar 11.5. Baut Kabel-Flexirope

11.2.5. Perlengkapan Penunjang Pada Sistem Baut Batuan Beberapa komponen penunjang yang digunakan bersama-sama dengan baut batuan adalah face plate, wire mesh, shotcrete dan rock strap pada batuan. 1). Face plate Sebuah face plate dirancang untuk mendistribusikan beban pada kepala baut secara merata disekitar batuan sekelilingnya. Untuk menjaga elastisitas dari sistem baut batuan, maka pemilihan face plate merupakan hal yang penting. Beberapa face plate yang biasa digunakan terlihat pada gambar 11.6 Face plate dapat digunakan bila permukaan batuan halus dan rata, baut dipasang tegak lurus pada permukaan batuan. Jika dudukan hemisperical dipasang dengan mur pada

11 - 12

gambar 11.5, baut dapat dipasang tegak miring pada permukaan batuan tanpa memberikan tegangan tarikan awal yang tidak diinginkan pada batuan. Keuntungan lain dari dudukan hemisperical, mur akan menempatkan plate dengan arah terbalik. Ini akan menghasilkan tegangan yang lebih baik pada baut batuan. Sedangkan pada Face plate yang berbentuk datar hanya didukung pada beberapa titik dengan tegangan tinggi di permukaan batuan.

Flat Plate

Demen Plate

Triangular Bell Plate

Gambar 11.6. Contoh face Plate (Schach, 1971) Pada tekanan yang cukup tinggi, batuan dapat hancur pada titik-titik tersebut. Tegangan dalam baut batuan akan turun. Pemasangan dari satu sampai dua mm akan mengurangi tegangan pada baut 20 – 70 %. Baut harus dikencangkan lagi. Kekurangan dan kelemahan pada face plate ini dapat dikurangi atau diperkecil oleh bel plate berbentuk segitiga atau dome, yang memiliki daerah dukung yang lebih luas. Pelat-pelat ini juga memberikan fleksibitas yang lebih besar pada sistem baut batuan. Jika baut diberi tegangan awal dan kemudian disemen penuh, tegangan dalam baut akan terjaga dan aksi kerja baut tidak tergantung lagi pada permukaan pelat. Bila digunakan baut tak tertegangkan (misalnya rebar disemen penuh), sebuah face plate sederhana dapat digunakan. Hal ini untuk memastikan adanya pengikatan permukaan yang memadai. Hal ini juga untuk mencegah pelepasan batang pada permukaan batuan pada lubang bor. Lebih jauh face plate dapat memberikan dukungan pada permukaan batuan jika mur telah terikat kuat pada batangnya,

11 - 13

sehingga kedudukan face plate menjadi kuat . Beberapa grouted rockbolt dapat dipasang tanpa face plate. 2). Mes kawat (wire mesh) Dua jenis wire mesh umumnya digunakan dengan kombinasi baut batuan yaitu chailink mesh dan weld mesh. Chailink mesh kuat dan fleksibel, umumnya digunakan pada pemukaan, untuk mencegah karyawan cedera dan kerusakan peralatan dari lepasnya serpihan batuan (Gambar 11.7). Mesh (jaringan) harus ditempelkan pada batuan dengan interval 1- 1 ½ meter. Grouted pin pendek dapat dipasang diantara baut batuan. Pada spasi tersebut chailink mesh dapat menahan batuan lepas. Chailink mesh dapat dikombinasikan dengan wire rope.

Gambar 11.7. Chailink Mesh dan Baut Batuan di PT. Freeport Indonesia Weld mesh terdiri dari atas kabel baja yang diatur dengan pola segi empat atau buju sangkar dan dipatri pada tiap titik perpotongannya. Weld mesh digunakan untuk memperkuat beton tembak (shotcrete) dan lebih kaku dari Chailink mesh (Gambar 11.8) Chailink mesh kurang cocok untuk beton tembak. Umumnya weld mesh diikatkan pada 11 - 14

batuan dengan plate washer kedua dan mur yang ditempatkan pada baut batuan, sebagai alternatif disematkan pada batuan bersama baut pendek dan plate washer. Umumnya tipetipe yang dipakai adalah wire set u...