Modul Rock Bolt [PDF]

Citation preview

ROCK BOLT



Diterbitkan Oleh :



ENGINEERING DEPARTMENT



2FOCON ANGGUN KARYA



PT FOCON ANGGUN KARYA



ROCK BOLT Author: Ir.Gst.Era Setiawan



Editor: Pandu Soeprapto



Director Engineering PT Focon Anggun Karya



Marketing Manager PT Focon Anggun Karya



Co-authors: M Imam Taufik, ST



Gustus Tricahyo, ST



Geomechanical Engineer PT Focon Anggun Karya



Examiner Assessment Nozzleman EFNARC PT Focon Anggun Karya



Doandy Yonathan Wibisono, ST



Ir.Okky Chandra Perdana, ST



Geomechanical Engineer PT Focon Anggun Karya



Mining Engineer PT Focon Anggun Karya



Cyrillus Arthur Saputra, ST



Wahyudi Sulfan, ST



Civil Engineer PT Focon Anggun Karya



Mining Engineer PT Focon Anggun Karya



Sponsored By:



PT FOCON ANGGUN KARYA PT SIKA INDONESIA PT ANGGUN PERMAI TEKINDO



©Copyright PT Focon Anggun Karya, Engineering Department, 2017



3FOCON ANGGUN KARYA



This document is the exclusive property of PT Focon Anggun Karya. The user of this document is expressly prohibited from copying or, in any manner reproducing it, wholly or partly, without the prior written consent of PT Focon Anggun Karya, Ground Engineering Department. Any abuse of these constraints may give rise to legal proceedings. 1st edition, March 2017, 100 copies.



DAFTAR ISI I.



Pengertian Dan Aplikasi



II. Jenis Baut Batuan (Rock Bolts) II.1 Baut Batuan Pengikat Mekanis II.2 Baut Batuan Pengikat Zat Kimia II.3 Baut Batuan Pengikat Geser II.4 Baut Kabel Batuan Pengikat Zat Kimia III. Perlengkapan Penunjang Pemakaian Rock Bolt III.1 Face Plate III.2 Mes Kawat III.3 Beton Tembak (Shotcrete) III.4 Tali Pengikat Batuan (Rock Straps) IV. Rancangan Baut Batuan IV.1 Rumus Perhitungan Spesifikasi Teknik Pemakaian Rock Bolt V. Teknik Pemasangan Baut Batuan (Rock Bolt) V.1 Pemasangan Baut Batuan Pengikat Mekanis V.2 Pemasangan Baut Batuan Pengikat Zat Kimia V.3 Pemasangan Baut Kabel Batuan Pengikat Zat Kimia V.4 Pemasangan Baut Batuan Pengikat Geser



4FOCON ANGGUN KARYA



I. PENGERTIAN DAN APLIKASI Baut batuan (rock bolting) bila digunakan akan menjadi kesatuan 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 1 Baut batuan (Rock Bolt) Sejak ditemukannya baut batuan sebagai penyangga, fungsi dan peran baut batuan telah menjadi objek analisis yang bertujuan untuk mengerti lebih baik dan memperbaiki cara 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 : 1. Fleksibel ; dapat digunakan pada bentuk geometri terowongan yang bervariasi. 2. Umumnya mudah digunakan.



5FOCON ANGGUN KARYA



3. Harganya relatif murah. 4. Pemasangannya dapat sepenuhnya dengan mekanisasi. 5. 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: 1. Pengikatan harus kuat. 2. Batuan tempat pengikat harus kuat dan kontinyu. 3. 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 : 1. Pemasangan dan ukuran / dimensi baut batuan tergantung kepada keadaan batuan. 2. 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. 3. Ketebalan dari batuan (tempat pengikat) harus mampu menerima beban. 4. Panjang baut batuan harus paling sedikit sama dengan ketebalan batuan yang disangga ditambah dengan jarak rata-rata antar baut batuan. 5. Jarak tiap baut batuan diusahakan seragam.



6FOCON ANGGUN KARYA



II. JENIS BAUT BATUAN (ROCK BOLTS) 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)



II.1 BAUT BATUAN PENGIKAT 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.



7FOCON ANGGUN KARYA



Data teknik dari jenis batuan ini dapat dilihat dalam Tabel 1. Dan contoh dari baut batuan ini dapat dilihat pada Gambar 2.



Tabel 1 Data teknik baut batuan dengan cara pengikatan mekanis



Kualitas steel Diameter baut Beban batas (yield load) steel Beban ultimat (ultimate load) steel Regangan aksial ultimat steel Berat baut tanpa face plate dan mur Panjang baut Diameter lubang bor yang dianjurkan



700 N/mm2 16 mm 140 kN 180 kN 14 % 2 kg/m Bervariasi 35 – 38 mm



Tabel 2 Keuntungan dan kerugian dari baut batuan Pengikatan Mekanis



Keuntungan -



Harga relatif tidak mahal



-



Baut memberikan aksi penyanggaan dengan segera



-



Kerugian -



– keras.



setelah dipasang.



-



Sukar untuk memasangnya secara terandalkan



Dengan pemutar baut (rotating the bolt) suatu teori



-



Harus dipantau dan diuji ketegangannya yang



diaplikasikan oleh kepala baut dan mengumpulkan tarikan dalam baut. -



-



-



Terbatas untuk pengunaan batuan yang sedang



tepat -



Kehilangan kapasitas dukung (bearing) akibat



Dengan post-grouting, baut dapat menyediakan



getaran hasil peledakan atau ketika batuan



penguatan yang permanen.



jatuh di sekelilng permukaan lubang bor



Pada batuan keras, pembebanan baut yang tinggi



disekitar plat, untuk batuan yang mempunyai



dapat dicapai.



tegangan tinggi.



Sistem serba guna untuk penguatan batuan, dengan asumsi untuk kondisi batuan yang keras.



8FOCON ANGGUN KARYA



-



Lebih dapat terdeformasi dari roda baut dengan pengikatan sepenuhnya (resin, semen) : kekakuan 3,5 – 8,5 t/cm



Slot & wedge bolt



9FOCON ANGGUN KARYA



Expansion shell bolt Gambar 2 Contoh Baut Batuan Dengan Cara Pengikatan Mekanis (Slot & wedge bolt dan Expansion shell bolt)



II.2 BAUT BATUAN PENGIKAT ZAT KIMIA 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 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 3). Keuntungan dan kerugian dari baut batauan ini juga dapat dilihat pada Tebel 3. Kemudian Data teknis dari masing-masing baut batuan ini dapat dilihat pada Tabel 4.



10FOCON ANGGUN KARYA



Grouted Rockbolt-Rebar



Resin Anchored Rockbolts Gambar 3 Contoh baut dengan cara pengikatan memakai resin atau semen (Grouted Rockbolt-Rebar Dan Grouted rockbolt – dywidag steel)



11FOCON ANGGUN KARYA



Tabel 3 Keuntungan dan kerugian dari baut batuan Resin Anchored Rockbolts dan Grouted RockboltRebar



Jenis baut batuan dengan pengikat zat kimia



Keuntungan -



Resin Anchored Rockbolts



-



-



-



Grouted Rockbolt-Rebar



-



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.



-



-



-



-



-



Mahal 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. Penegangan baut batuan hanya mungkin 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 4 Data Teknik Grouted Rockbolt-Rebar dan Grouted Rockbolt-Dywidag Steel Data Teknis



Resin Anchored Rockbolts



Grouted Rockbolt-Rebar



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



II.3 BAUT BATUAN PENGIKAT GESER



12FOCON ANGGUN KARYA



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 4).



Atlas Copco “Swellex”



13FOCON ANGGUN KARYA



Split set Gambar 4 Split Set Dan Swellex 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



14FOCON ANGGUN KARYA



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 5 dan Tabel 6. Tabel 5 Data Teknik Baut Batuan Swelex dan Split set.



Data Teknis



Swelex



Split Set



Diameter pipa



26 mm



39 mm



Beban batas (Yield load) pipa steel



130 kN



90 kN



Beban ultimat steel



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



Tabel 6 Keuntungan dan kerugian dari baut batuan Swelex dan Split set. Jenis baut batuan dengan pengikat zat kimia



Keuntungan



-



Swelex



-



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.



Kerugian



-



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



15FOCON ANGGUN KARYA



-



-



Split Set -



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.



II.4 BAUT KABEL BATUAN PENGIKAT 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 7 Data Teknik Dari Grouted Cable Bolt-Flexirope



Kualitas steel Diameter kabel Beban batas (Yield load) kabel Beban ultimat (Ultimate load) kabel Regangan axial ultimate kabel Berat kabel Panjang kabel Diameter lubang bor yang dianjurkan



1770 N/mm2 28 mm 500 kN 500 kN 3% 3,1 kg/m Sesuai panjang yang dibutuhkan 35 mm



Tabel 8 Keuntungan dan kerugian dari baut batuan Pengikatan Mekanis



16FOCON ANGGUN KARYA



Keuntungan -



Tidak mahal



-



Merupakan sistem penguatan yang baik dan tahan lama



-



Dapat dipasang pada berbagai ukuran panjang dalam daerah yang sempit



-



Sistem ini memberikan pembebanan baut yang sangat tinggi dalam variasi kondisi batuan sebaik tahanan terhadap korosi dalam instalasi permanen.



Gambar 5 Baut Kabel-Flexirope



Kerugian -



Penarikan baut kabel hanya dimungkinkan kalau prosedur instalasi khusus digunakan.



-



Penggunaan



semen



standart



membutuhkan beberapa hari sebelum kabel mendapat pembebanan.



17FOCON ANGGUN KARYA



III. PERLENGKAPAN PENUNJANG PEMAKAIAN ROCK BOLT Beberapa komponen penunjang yang digunakan bersama-sama dengan baut batuan adalah face plate, wire mesh, shotcrete dan rock strap pada batuan.



III.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 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 Gambar 6, 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.



18FOCON ANGGUN KARYA



Gambar 6 Contoh face Plate (DSI catalog supporting) 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, sehingga kedudukan face plate menjadi kuat . Beberapa grouted rockbolt dapat dipasang tanpa face plate.



III.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 7).



19FOCON ANGGUN KARYA



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 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 batuan dengan plate washer kedua dan mur yang ditempatkan pada baut batuan, sebagai alternatif disematkan pada batuan bersama baut pendek dan plate washer. Umumnya tipe-tipe yang dipakai adalah wire set ukuran 4,2 mm dengan interval 110 mm digunakan untuk penguatan beton tembak.



20FOCON ANGGUN KARYA



Gambar 8 Weld Mesh dan Baut Batuan di PT. Freeport Indonesia



III.3 BETON TEMBAK (SHOTCRETE) Beton tembak biasa dikombinasikan dengan baut batuan, dalam kondisi bawah tanah yang luas, khususnya dalam aplikasi rekayasa sipil bawah tanah, dalam tambang bawah tanah, beton tembak makin sering digunakan untuk memberikan dukungan pada permukaan batuan yang terdapat diantara baut batuan. Ada dua tipe dasar pada beton tembak. Beton tembak campuran kering dimana campuran semennya kering dan air ditambahkan pada penyemprot (nozzle). Beton tembak campuran basah pada dasarnya memiliki komponen yang sama dengan campuran kering, tetapi airnya telah dicampurkan di dalam mixer. Dalam penggunaan campuran basah beberapa pemercepat harus ditambahkan pada penyemprot. Tipe yang paling sering digunakan adalah beton tembak campuran kering. Kualitas penempatan beton tembak tergantung atas bahan-bahan yang digunakan dan rancangan pencampuran (Tabel 9). Bagaimanapun hal ini berhubungan dengan metode penempatan, juga bahan, keterampilan dan keputusan diantara operator.



21FOCON ANGGUN KARYA



Tabel 9 Desain campuran (Mix Design) yang dapat dipakai patokan awal (After Wood, 1992) Campuran kering (Dry mix)



Campuran basah (Wet mix)



Komponen



Kg/m3



% dry material



Kg/m3



% wet material



Semen



420



19.0



420



18.1



Silica Fume Additive



50



2.2



40



1.7



Blended Aggregate



1670



75.5



1600



68.9



Steel Fibres



60



2.7



60



2.6



Accelarator



13



0.6



13



0.6



Superplasticizer



-



-



6 Liters



0.3



Water Reducer



-



-



2 Liters



0.1



Air Entraining Admixture



-



-



If



Required



Water



Controlled



At Nozzle



180



7.7



Total



2213



100



2321



100



Perbandingan berat air terhadap semen untuk beton tembak campuran kering ditempatkan pada interval 0,3 – 0,5 dan diatur oleh operator supaya sesuai dengan kondisi daerahnya. Penambahan fiber besi baja (Steel fibre) dengan panjang 25 - 28 mm dan diameter 0,4 – 0,8 mm telah ditemukan untuk memperbaiki atau meningkatkan kekerasan, daya tahan, tegangan geser dan flexural dari beton tembak, dan untuk mengurangi formasi keretakan. Fiber besi baja ditambahkan menurut spesifikasi dari pembuatnya. (Note : Mix design pada Tabel 9 berkekuatan 30 Mpa untuk dry mix dan 25 Mpa untuk wet mix serta memiliki kekuatan flexural 4 Mpa setelah 7 hari).



22FOCON ANGGUN KARYA



Gambar 9 Tipe Steel fibre yang ada di Amerika Utara (Wood, dkk, 1993) Dalam penggunaan beton tembak, penyemprot harus dijaga tetap tegak lurus terhadap permukaan batuan jika mungkin, dan dipertahankan jaraknya tetap 1 m. Lapisan beton tembak permanen ketebalannya antara 110 – 500 mm, dimana ketebalannya ditempatkan pada sejumlah lapisan.



23FOCON ANGGUN KARYA



III.4 TALI PENGIKAT BATUAN (ROCK STRAPS) Rock straps biasanya dibuat dengan besi baja berukuran tebal 6 mm (1/4 in) dengan lebar sekitar 110 mm (4 in) dan berbagai ukuran panjang. Rock straps dapat digunakan pada kondisi batuan jelek dan sering terjadi batuan lepas pada sekitar ujung baut batuan. Untuk menghalangi terjadinya keruntuhan jenis ini, baut batuan dapat digunakan bersama-sama dengan steel straps untuk mendukung permukaan batuan.



Gambar 10 Rock straps dengan Baut Batuan



IV. RANCANGAN BAUT BATUAN



24FOCON ANGGUN KARYA



Beberapa aturan-aturan empirik yang telah ditetapkan oleh Hoek dan Brown (1980) untuk merancang penyangga adalah sebagai berikut: 1. Pada prinsipnya, rancangan penyanggaan untuk penambangan bawah tanah adalah merancang agar massa batuan tersebut dapat menyangga massanya sendiri. 2. Panjang minimum Bolt; adalah lebih besar dari 2 kali spasi Bolt, 3 kali lebar kritis blok batuan yang tak stabil, atau untuk span < 6 m (20 ft), panjang Bolt adalah 3/2 span; span 18 – 30 m (60 – 110 ft), panjang bolt adalah 5/4 span 3. Spasi maksimum Bolt; adalah 3/2 panjang Bolt, atau 1-3/2 lebar kritis blok batuan yang tak stabil, atau jika lebih besar dari 2 m maka akan membuat kesulitan pemasangan chainlink atau weld mesh 4. Spasi minimum Bolt; adalah 0.9 m (3 ft)



IV.I RUMUS PERHITUNGAN SPESIFIKASI TEKNIS PEMAKAIAN ROCK BOLT Rock Bolting Mekanis (Steel Rod) 1. Tinggi beban batuan (Hp) (Rock Load, Terzaghi 1946)



Gambar 11 Konsep beban batuan terowongan oleh Terzaghi (1946)



25FOCON ANGGUN KARYA



Untuk menghitung tinggi beban batuan (Hp) maka terzaghi merumuskan beberapa ketetapan yang dapat dilihat pada Table 10. Tabel 10 Klasifikasi Rock Load Terzaghi yang umum digunakana,b



Rock Condition 1. Hard and intact 2. Hard stratified or schistose 3. Massive, moderatelly jointed



RQD 95-100 90-99



Rock load Hp (ft) Remarks Zero Same as Terzaghi (1946) 0-0.5 B Same as Terzaghi (1946



85-95



0-0.25 B



4. Moderatelly blocky and seamy



75-85



0.25 B – 0.20 B (B+Ht)



5. Very blocky and seamy 6. Completely crushed but chemically intact 6a. Sand and gravel



30-75



0.2 B – 0.6 B (B+Ht)



3-30



0.6 B – 1.1 B (B+Ht)



0-3



1.1 B – 1.4 B (B+Ht)



NAc



1.1 B – 2.1 B (B+Ht)



Same as Terzaghi (1946)



NAc



2.1 B – 4.5 B (B+Ht)



Same as Terzaghi (1946)



NAc



Up to 250 ft irrespective of value of (B+Ht)



Same as Terzaghi (1946)



7. Squeezing rock, moderate depth 8. Squeezing rock, great depth 9. Swelling rock



Same as Terzaghi (1946)



Types 4,5 and 6 reduced by about 50 % from Terzaghi values because water table has little effect on rock load (Terzaghi, 1946; Brekke, 1968)



a As modified by Deere et al., (1970) and Rose (1982) b Rock Load Hp in feet of rock on roof of support in tunnel with width B (ft) and height Ht (ft) at depth of more than 1.5 (B+H t) c Not applicable.



26FOCON ANGGUN KARYA



2. Panjang Bolt (asumsi bahwa Bolt anchor berada dalam daerah tertekan) - Lb



Lb = Hp /2 3. Kapasitas Bolt - Cb



Cb = Ly atau Lf



(Note : Pilih yang lebih kecil)



Keterangan : Ly = yield load besi (lihat Tabel 11) Lf = anchorage failure load (lihat Tabel 12) Tabel 11 Esitmasi Anchorage Failure Loads dari Bolt Mekanis



RMR 110 90 80 70 60 50 40 30 20



Lf (ton) 14 12 11 11 9 8 7 6 5



meter 12.7 11.9 11 9.1 8.2 7.3 6.4 5.5 4.6



Tabel 12 Karakterisitik Bolt; Steel-Rods (after Gerdeen et al,1977)



yield load besi



diameter (mm) inch Steel Rod; Grade 40 5/8” ¾” 7/8” 1.0” 1 1/8” 1 3/8” Grade 60 5/8” ¾” 7/8” 1.0” 1 1/8” 1 3/8”



4. Spasi Bolt - Sb



Sb = Cb/SF2 .γ.Hp



(Ly)



Beban muat puncak



mm



ton



tonnes



Ton



tonnes



16 19 22 25 29 35



6.2 8.8 12 15.8 20 31.2



5.6 8 11.9 14.4 18.2 28.4



11.8 15.4 21 27.6 35 54



9.8 14 19.1 25.1 38.8 49.1



16 19 22 25 29 33



9.3 13.2 18 23.7 30 46.8



8.5 12 16.4 21.5 27.3 42.5



13.9 19.8 27 35.5 45 70



12.6 18 24.5 32.3 40.9 63.6



27FOCON ANGGUN KARYA



Keterangan: ϒ = Densitas batuan (Ton/m3) Hp = Tinngi beban batuan (meter) Cb = Kapasitas bolt (Ton) SF = Faktor keselamatan



Rock Bolting Kimiawi (Resin) 1. Panjang resin - Lr



Lr= √(γB2 Hp/2σh) atau Jika tidak diketahui σh



Lr = √(B2 Hp/300) dimana σh adalah tegangan horizontal di atap dan γ adalah bobot batuan. Batas minimal tegangan lateral untuk di atap adalah 1.15 MPa (167 psi) untuk kedalaman 150 m (500 ft). Note : Dan jika Post tidak dipergunakan sebagai penyangga tambahan, maka panjang penyangga Resin (Lr) = panjang Bolt (Lb); merupakan panjang minimal penyangga resin. 2. Kapasitas Resin - Cb



Cb = Ly atau Lf (Note : Pilih yang lebih kecil) dimana:



Lf = Lr x 12/ BF Nilai Bond Facor (BF) dapat dilihat Tabel 13. berikut ini



Tabel 13 Rekomendasi Data Untuk Anchorage (after Gerdeen et al,1977)



Kebutuhan Diameter



UCS



Bond Factor (BF)



(MPa)



(inch/ton)



3.5-7



3.75



11.48



0.75



19



1



25



Mudstone



3



8.38



1



25



1.25



32



Siltstone



2.5



6.99



1.25



32



1.5



38



cm/t



Bolt (inch)



mm



Hole (inch)



mm



28FOCON ANGGUN KARYA



11-50



2.5



6.99



0.75



19



1



25



Coal



2



5.59



1



25



1.25



32



Shale



1.67



4.67



1.25



32



1.5



25



25-70



1.88



5.25



0.75



19



1



32



Sandstone



1.5



4.19



1



25



1.25



38



Limestone



1.25



3.49



1.25



32



1.5



3. Spasi bolt resin sama seperti pada bolt mekanis - Sb



Sb = Cb/SF2 .γ.Hp Keterangan: ϒ = Densitas batuan (Ton/m3) Hp = Tinngi beban batuan (meter) Cb = Kapasitas bolt (Ton) SF = Faktor keselamatan



Data-data teknis yang diperlukan untuk merancang penyanggaan dengan baut batuan adalah : 1. Diameter baut Ditentukan berdasarkan tegangan leleh dari material baut dan yield load dari baja. Tegangan leleh dan yield load baja dapat dilihat pada tabel 12



d2= Rn/0,785 σ Keterangan : d = diameter baut batuan (mm) R = yield load dari baja (ton) σ = tegangan leleh baja (kg/cm²)



29FOCON ANGGUN KARYA



n = faktor keamanan (2-4) 2. Panjang Baut Panjang baut lebih besar dari tinggi beban yang harus disangga atau ditambah 0,5.



l = Hp + 0,5 Keterangan : l = panjang baut (m) Hp = tinggi beban (m) 3. Jarak Baut Antar Set



C = 2/9 L Dengan L = lebar penggalian 4. Jumlah Baut



m ≥ L.Hp.ϒ.n / 0,785.σ.d2 Keterangan : m = jumlah baut Hp = tinggi beban (m) σ = tegangan izin (tegangan dasar) baja (ton/m²) γ = density batuan (ton/m 3) d = diameter bolt 5. Spasi Baut Ditentukan dengan persamaan dari Unal.



Sb = Cb/SF2 .γ.Hp Keterangan: ϒ = Densitas batuan (Ton/m3) Hp = Tinngi beban batuan (meter) Cb = Kapasitas bolt (diambil dari yield load baja - Ton) SF = Faktor keselamatan Spasi baut sangat tergantung pada kondisi batuannya. Semakin buruk massa batuannnya maka semakin rapat spasi bautnya.



30FOCON ANGGUN KARYA



6. Tegangan Maksimum Baut Batuan Beban maksimum baut yang dapat disangga oleh baut batuan. Hal ini tergantung pada tegangan izin dan diameter baut yang digunakan.



Rmax = (π/4).σ.d2 Keterangan : Rmax = Tegangan maksimum baut batuan 7. Tegangan Baut (Bolt Tension) Tegangan baut (bolt tension) merupakan beban yang bekerja pada baut batuan yang dapat dicari dengan persamaan :



T = ϒDA Keterangan : T = Tegangan baut D = Tinggi daerah potensial tidak stabil A = Daerah penguatan



V. TEKNIK PEMASANGAN BAUT BATUAN (ROCK BOLT) Pemasangan baut batuan dan baut kabel harus diorganisasikan dengan suatu prinsip bahwa pemasangan tersebut adalah satu bagian yang terintegrasi dalam siklus penggalian dan memberikan penyanggaan sementara kepada batuan. Semenjak banyak jenis baut batuan dapat digunakan dalam suatu sistem penyanggaan permanen, adalah penting mempertimbangkan sistem penyanggaan sementara sebagai bagian dari, pemasangan tambahan, sistem penyanggaan jangka panjang yang akan datang. Pada umumnya pemasangan baut batuan dan baut kabel adalah pekerjaan yang mudah. Disamping pemasangan manual, saat ini, pemasangan mekanis yang menggunakan alat pemasang baut batuan dan



31FOCON ANGGUN KARYA



baut kabel mekanis telah dikenal. Alat ini mampu melakukan pemasangan baut batuan yang lengkap. Disamping itu faktor keamanan dan keselamatan kerja relatif lebih terjamin daripada pemasangan manual. Teknik pemasangan baut batuan dan baut kabel tergantung pada jenis baut batuan yang akan dipasang. Teknik pemasangan ini harus selalu disesuaikan dengan batasan dan kondisi tempat pemasangan. Sebelum pemasangan baut batuan/baut kabel, kegiatan “scaling” harus terlebih dahulu dilakukan. Untuk mencegah kecelakaan karyawan karena kejatuhan blok batuan.



V.I PEMASANGAN BAUT BATUAN PENGIKAT MEKANIS Baut ini sangat peka terhadap diameter lubang bor. Pada pemasangan kedalam lubang bor, “face plate” harus sampai kontak dengan batuan. Mur pada baut dapat diputar sampai tenaga putaran yang diinginkan dicapai; hal ini dapat dilakukan dengan suatu alat otomatik. Tenaga putaran yang direkomendasikan adalah 135 – 349 Nm (110 – 250 ft-lb) atau 4,5 kN (1100 lb) beban diatas atau dibawah 50% batas dari beban batas (yield load) baut batuan atau kapasitas penjangkaran (PENG, 1978). Bila tenaga putar diaplikasikan pada baut, suatu tegangan berkembang pada baut tersebut dan sel berkembang mlawan lubang bor. Hubungan tenaga putar tegangan dapat berubah untuk suatu penerapan tenaga putar spesifik. Meskipun demikian, suatu hubungan linier antara tegangan abut batuan dan tenaga putar adalah:



P=C.T dimana : P = tegangan baut batuan (N atau lb) T = tenaga putar (Nm atau ft-lb) C = konstanta, sebagai pegangan (rule of thumb) C = 50 untuk baut batuan dengan diameter 16 mm C = 40 untuk baut batuan dengan diameter 19 mm. (PENG,1978). Selain dari ukuran lubang bor, jenis batuan dan ke integritasan batuan di daerah penjangkaran/penikatan akan mempengaruhi gaya cengkraman (gripping force). Pada kondisi batuan yang kerap beban yang tinggi dapat di capai oleh baut batuan. Jika baut batuan pada jarak 11-20 m dari daerah peledakan, baut batuan dapat kehilangan tegangannya dan harus ditegangkan kembali. Pada baut batuan yang lemah, keefektifan dari baut batuan dikurangi oleh batuan yang lemah yang “loose” diseluruh baut. Rekahan yang berisi lempung juga akan berbahaya. Sedangkan untuk batuan yang



32FOCON ANGGUN KARYA



sangat lemah seperti lanau atau “mudstone” yang terkekarkan, pembautan batuan tidak direkomendasikan. Pemasangan baut batuan dan keefektifannya tergantung juga pada kondisi air dalam lubang bor jika baut batuan digunakan sebagai penyangga sementara. Penyemenan diperlukan untuk penyanggaan permanen. Waktu pemasangan untuk satu baut jenis ini (an expansion anchored rock bolt) dengan panjang 2 m pada umumnya adalah 75 detik, tidak termasuk waktu pemboran.



V.II PEMASANGAN BAUT BATUAN PENGIKAT ZAT KIMIA Pemasangan baut batuan yang memaki semen dan resin pada dasanya sama saja. Penempatan semen atau resin dapat dilakukan dengan pemompaan atau dengan penggunaan dodol (Catridge). Jika digunakan semen, suatu perbandingan berat air/semen yang umum digunakan adalah antara 0.30 dan 0.35. penambahan zat “additive” dapat dilakukan untuk mempercepat semen tersebut menempati tempatnya dalam lubang bor dengan baik. Penegangan baut batuan dapat dilakukan dengah memutar mur atau dengan penarikan langsung. Jika penegangan dilakukan pada beban yang tinggi ± 110 kN (± 11 ton), penegangan dengan penarikan langsung direkomendasikan. Umumnya penegangan baut batuan yang menggunakan resin dapat dilakukan 1 – 5 menit sesudah pemasangan. Waktu pemasangan satu baut batuan dengan resin, dengan panjang 2 m pada umumnya adalah 75 detik, tidak termasuk waktu pemboran



V.III PEMASANGAN BAUT KABEL BATUAN PENGIKAT ZAT KIMIA Baut kabel dengan panjang kurang dari 6 m dapat menggantikan baut batuan “rebar” atau batang ulir (threaded bar) didalam sistem penguatan batuan. Prosedur pemasangan untuk baut kabel ini sama dengan prosedur pemasangan baut kabel dengan pengikatan mekanis, kecuali pemakaian resin yang jarang dipakai untuk baut kabel ini. Waktu pemasangan untuk baut kabel dengan panjang 2 m pada umumnya adalah 110 detik. Untuk baut kabel yang panjangnya lebih dari 6 m, semen selalu digunakan sebagai zat pengikat. Prosedur



33FOCON ANGGUN KARYA



pemasangannya untuk lubang horizontal atau lubang bor ke arah bawah atau kemiringan yang kecil sebagai berikut : Selang semen dimasukkan dalam lobang bor bersama-sama dengan baut kabel dan setelah lubang bor terisi, selang ini ditarik kembali. Kabel ditekan masuk ke lubang bor sampai mencapai dasar lubang bor. Untuk memperlancar pemasangan baut kabel yang panjang, suatu “pointer” yang dibuat dari besi baja atau plastik diikatkan pada ujung baut kabel. Perbandingan air/semen adalah 0,4 dan waktu pemasangan satu baut kabel dengan panjang 20 m (tidak termasuk waktu pemboran dan waktu “curing”) dengan bantuan suatu alat pemasang kabel, pada umumnya adalah 30 menit.



V.IV PEMASANGAN BAUT BATUAN PENGIKAT GESER Split Set Pemasangan split set dengan diameter sedikit lebih besar dari diameter lubang bor dilakukan dengan gaya tekan, yang memakai suatu “stopper” atau “jackleg drill” (gambar 3.16). Kesulitan akan timbul bila pemasangan dilakukan didaerah yang mengalami penekanan. Selain itu diameter lubang bor sangat menentukan keberhasilan pemasangan split set . split set ini dapat digunakan pada berbagai kondisi batuan, tetapi kurang cocok untuk batuan terkekarkan atau batuan lemah. Waktu pemasangan satu split set yang panjangnya 1,8 m, tidak termasuk waktu pemboran pada umumnya adalah 40 detik.



Swellex Pemasangan swellex dapat dilakukan secara manual dengan suatu pompa bertekanan tinggi untuk mengembangkan baut batuan di dalam lubang bor. Pompa ini akan berhenti secara otomatis bila tekanan yang telah ditentukan dicapai. Gaya inflasi (inflation force) dari besi baja ke lubang bor yang permukaanannya tidak teratur memberikan ketahanan geser, disamping itu pengembangan dari baut batuan menyebabkan kontraksi disepanjang baut batuan yang menegangkan “face flate” secara effektif melawan permukaanan batuan. Diameter lubang bor bukan merupakan suatu faktor yang kritis untuk pemasangan swellex. Swellex dapat diaplikasikan pada berbagai kondisi batuan dengan mengatur tekanan inflasi sebesar 30 MPa.Tekanan ini akan dikurangi menjadi 24 Mpa bila diapplikasikan pada kondisi batuan yang mempunyai deformasi yang cukup besar. Hal ini berarti pengikatan dikurangi dan swellex ikut bergeser (MORLAND dan THOMPSON, 1985).



34FOCON ANGGUN KARYA



Swellex tidak dapat digunakan sebagai penguat batuan permanen bila tidak dilindungi dengan zat anti korosi, swellex dapat digunakan dalam batuan dengan tekanan air yang tinggi sekalipun. Waktu pemasangan satu swellex yang panjangnya 2,4 m, tanpa waktu pemboran pada umumnya adalah 25 detik.