Desain Pendukung Untuk Batuan Yang Tertekan.docx

Desain pendukung untuk batuan yang tertekan A. Pendahuluan Failure massa batuan di sekitar lubang bawah tanah tergantung pada tingkat stress insitu dan karakteristik massa batuan. Gambar 9.1 memberikan deskripsi yang disederhanakan dari berbagai jenis kegagalan yang biasanya diamati di bawah tanah. Stabilitas kegagalan yang dikendalikan secara struktural pada massa batuan bersendi dan desain sistem pendukung untuk jenis kegagalan ini dibahas pada Bab 6. Dalam bab ini, pertanyaan tentang kegagalan dan desain dukungan untuk massa batuan yang sangat tertekan akan dibahas. Kolom kanan pada Gambar 9.1 menunjukkan bahwa kegagalan di sekitar bukaan pada massa batuan yang sangat tertekan berkembang dari spalling dan slabbing yang rapuh, dalam kasus batuan masif dengan sedikit sambungan, ke jenis kegagalan yang lebih elastis untuk massa batuan yang bersendi. Dalam kasus terakhir, kehadiran banyak diskontinuitas berpotongan memberikan kebebasan yang cukup bagi potongan batuan individu untuk meluncur atau berputar dalam massa batuan. Kehadiran gouge tanah liat atau permukaan slickenside lebih lanjut melemahkan massa batuan dan berkontribusi terhadap kegagalan ulet atau 'plastik' dari massa batuan tersebut. Dalam kasus menengah, struktur dan kegagalan batuan utuh bergabung untuk menciptakan serangkaian mekanisme kegagalan yang kompleks. Dalam situasi dengan kekuatan anisotropik yang jelas, seperti batu dengan lapisan tipis, terlipat atau dilaminasi, proses keretakan yang rapuh seperti tekuk dapat terjadi. Dalam membahas pertanyaan tentang desain dukungan untuk batuan yang mengalami tekanan berlebih, penting untuk memulai dengan kotak kanan bawah pada Gambar 9.1 untuk mempertimbangkan bagaimana massa batuan yang bersendi banyak gagal, dan bagaimana dukungan yang terpasang bereaksi terhadap perpindahan yang disebabkan oleh kegagalan ini. GAMBAR AWAL B. Analisis interaksi dukungan Untuk menyajikan konsep interaksi dukungan batuan dalam bentuk yang mudah dipahami, model analitis yang sangat sederhana akan digunakan. Model ini melibatkan terowongan melingkar yang mengalami medan tegangan hidrostatik di mana tegangan

horizontal dan vertikal sama. Massa batuan di sekitarnya diasumsikan berperilaku sebagai bahan plastik yang sangat elastis seperti diilustrasikan dalam sketsa margin. Kegagalan, yang melibatkan selip di sepanjang diskontinuitas berpotongan dalam massa batuan yang sangat bersendi, diasumsikan terjadi dengan nol perubahan volume plastik (Duncan Fama, 1993). Dukungan dimodelkan sebagai tekanan internal yang setara, oleh karena itu, tulangan yang disediakan oleh loncatan batu atau kabel tidak dapat diperhitungkan dalam model sederhana ini. 1. Definisi kriteria kegagalan Diasumsikan bahwa timbulnya kegagalan plastik, untuk nilai yang berbeda dari tegangan pengekang σ 3 , didefinisikan oleh kriteria Mohr-Coulomb yang dapat dinyatakan sebagai: RMS 9.1 Kekuatan tekan uniaksial dari massa batuan σ cm didefinisikan oleh: RMS 9.2 dan kemiringan k dari garis σ 1 versus σ 3 sebagai: RMS 9.3 Dimana: σ 1 adalah tegangan aksial di mana kegagalan terjadi σ 3 adalah tegangan pembatas c adalah kekuatan kohesif dan φ adalah sudut gesekan massa batuan G. HAL 109 Untuk memperkirakan kekuatan kohesif c dan sudut gesekan φ untuk massa batuan aktual, prosedur yang diuraikan dalam Bagian 8.4 dari bab sebelumnya dapat digunakan. Setelah memperkirakan parameter untuk kriteria kegagalan Hoek-Brown seperti yang dijelaskan dalam bagian itu, nilai untuk c dan φ dapat dihitung dengan menggunakan spreadsheet yang diberikan pada Gambar 8.2. 2. Analisis perilaku

terowongan Asumsikan bahwa terowongan melingkar dengan jari-jari R o mengalami tekanan hidrostatik P o dan tekanan dukungan internal seragam P i seperti diilustrasikan dalam sketsa margin. Kegagalanbatuan di massasekitar terowongan terjadi, ketika tekanan internal yang diberikan oleh lapisan terowongan kurang dari tekanan dukungan kritis P cr , yang didefinisikan oleh: RMS 9.4 G. HAL 109 Jika tekanan dukungan internal P i lebih besar dari tekanan dukungan kritis P cr , tidak ada kegagalan terjadi dan perilaku massa batuan di sekitar terowongan adalah elastis. Perpindahan elastis radial ke dalam dari dinding terowongan diberikan oleh: RMS 9.5 Dimana: E adalah modulus Young atau modulus deformasi dan v adalah rasio Poisson. Ketika dukungan internal tekanan P i kurang dari kritis tekanan dukungan P cr, kegagalan terjadi dan jari-jari r p dari zona plastik di sekitar terowongan diberikan oleh: RMS 9.6 Jumlah ke dalam perpindahan radial dari dinding terowongan diberikan oleh: RMS 9.7 Plot tipikal dari perpindahan yang diprediksi oleh persamaan 9.5 dan 9.7 diberikan pada Gambar 9.2. Plot ini menunjukkan perpindahan nol ketika tekanan dukungan sama dengan tegangan hidrostatik (P i = P o ), perpindahan elastis untuk P o > P i > P cr , perpindahan plastik untuk P i

dan 9.7. 3. Deformasi terowongan yang tidak didukung Untuk memahami bagaimana tekanan penopang beroperasi, akan berguna untuk memulai dengan pemeriksaan pada Gambar 9.3 yang menunjukkan respons massa batuan di sekitar terowongan yang maju. GMB 9.3 Pola deformasi radial di atap dan lantai terowongan yang maju. Pertimbangkan respons titik pengukuran yang dipasang jauh di depan terowongan yang maju. Asumsikan bahwa tidak ada batu loncatan, pelapis beton atau set baja yang dipasang dan bahwa satu-satunya penyangga yang disediakan adalah batu di depan muka yang bergerak maju. Perpindahan terukur dalam massa batuan dimulai pada jarak sekitar setengah diameter terowongan di depan wajah. Perpindahan meningkat secara bertahap dan, ketika permukaan terowongan bertepatan dengan titik pengukuran, perpindahan radial adalah sekitar sepertiga dari nilai maksimum. Perpindahan mencapai maksimum ketika wajah telah berkembang sekitar satu dan setengah diameter terowongan di luar titik pengukuran dan dukungan yang diberikan oleh wajah tidak lagi efektif. Perhatikan bahwa kegagalan plastik dari massa batuan yang mengelilingi terowongan tidak selalu berarti bahwa terowongan itu runtuh. Bahan yang gagal masih memiliki kekuatan yang besar dan, asalkan ketebalan zona plastik kecil dibandingkan dengan jari-jari terowongan, satu-satunya bukti kegagalan mungkin adalah beberapa retakan baru dan sejumlah kecil ravelling atau spalling. Di sisi lain, ketika zona plastik besar terbentuk dan ketika perpindahan besar-besaran ke dalam dinding terowongan terjadi, melonggarnya massa batuan yang gagal akan menyebabkan spalling dan ravelling parah dan pada akhirnya runtuh dari sebuah terowongan yang tidak didukung. Fungsi utama penopang adalah untuk mengontrol perpindahan dinding ke dalam dan untuk mencegah pelonggaran, yang dapat menyebabkan keruntuhan terowongan. Pemasangan,, batu-batuanlapisan shotcreteatau set baja tidak dapat mencegah kegagalan batuan di sekitar terowongan yang mengalami tekanan berlebih secara signifikan; tetapi jenis dukungan ini memang memainkan peran utama dalam mengendalikan deformasi terowongan. Ringkasan grafis dari konsep ini disajikan pada Gambar 9.4. GMB 9.4 Kurva perpindahan untuk atap terowongan untuk kondisi stabilitas yang berbeda dalam massa batuan di sekitarnya.

4. Karakteristik dukungan deformasi Seperti yang diilustrasikan pada Gambar 9.3 dan 9.4, sejumlah deformasi terjadi di depan muka terowongan. Pada permukaannya sendiri, sekitar sepertiga dari total deformasi telah terjadi dan deformasi ini tidak dapat dipulihkan. Selain itu, hampir selalu ada tahap siklus penggalian di mana ada celah antara permukaan dan elemen pendukung yang dipasang terdekat. Oleh karena itu, deformasi lebih lanjut terjadi sebelum dukungan menjadi efektif. Total perpindahan awal ini akan disebut uso dan ditunjukkan pada Gambar 9.5. Setelah dukungan telah dipasang dan kontak penuh dan efektif dengan batu, dukungan mulai berubah bentuk secara elastis seperti yang ditunjukkan pada Gambar 9.5. Perpindahan elastis maksimum yang dapat ditampung oleh sistem pendukung adalah usm dan tekanan dukungan maksimum psm ditentukan oleh hasil dari sistem pendukung. GMB 9.5 Respons sistem pendukung terhadap pemindahan dinding terowongan yang menghasilkan pembentukan keseimbangan. Bergantung pada karakteristik sistem pendukung, massa batuan yang mengelilingi terowongan dan tingkat tegangan in situ, sistem pendukung akan berubah bentuk secara elastis sebagai respons terhadap penutupan terowongan, saat wajah bergerak menjauh dari titik yang sedang dipertimbangkan. Keseimbangan tercapai, jika kurva reaksi dukungan memotong kurva perpindahan massa batuan sebelum salah satu dari kurva ini telah berkembang terlalu jauh. Jika dukungan dipasang terlambat (yaitu u begitu besar pada Gambar 9.5), massa batuan mungkin sudah berubah bentuk sejauhmelonggarkan dari bahan yang gagal tidak dapat diubah. Di sisi lain, jika kapasitas dukungan tidak memadai (yaitu p sm rendah pada Gambar 9.5), maka hasil dukungan dapat terjadi sebelum kurva deformasi massa batuan berpotongan. Dalam salah satu dari kasus-kasus ini, sistem pendukung tidak akan efektif, karena kondisi keseimbangan, yang diilustrasikan dalam Gambar 9.5, tidak akan tercapai. Karena sejumlah faktor yang terlibat dalam mendefinisikan kurva yang diilustrasikan pada Gambar 9.5, sangat sulit untuk memberikan pedoman umum tentang pilihan dukungan untuk setiap situasi, bahkan untuk kasus yang sangat sederhana ini dari terowongan melingkar dalam medan tegangan hidrostatik. Beberapa pembaca mungkin berpendapat bahwa analisis yang telah disajikan terlalu sederhana untuk memberikan hasil yang bermakna dan bahwa diskusi lebih lanjut tentang topik ini tidak dibenarkan. Namun, penulis menyarankan bahwa

banyak yang dapat dipelajari dengan melakukan studi parametrik di mana kombinasi yang berbeda dari tingkat stres in situ, kekuatan massa batuan dan karakteristik dukungan dievaluasi. Studi parametrik ini paling mudah dilakukan melalui program spreadsheet seperti yang disajikan pada Gambar 9.6. Sebelum membahas pengoperasian program ini dan pentingnya hasil yang dihasilkannya, perlu dipertimbangkan pertanyaan tentang kapasitas berbagai sistem pendukung. 5. Perkiraan kapasitas pendukung Hoek dan Brown (1980a) dan Brady dan Brown (1985) telah menerbitkan persamaan yang dapat digunakan untuk menghitung kapasitas batuan-batuan yang berlabuh secara mekanis, pelapis shotcrete atau beton atau set baja untuk terowongan melingkar. Tidak ada tujuan yang berguna yang dilayani dengan mereproduksi persamaan-persamaan ini di sini tetapi telah digunakan untuk memperkirakan nilai-nilai yang tercantum dalam Tabel 9.1. Tabel ini memberikan tekanan dukungan maksimum (p sm ) dan perpindahan elastis maksimum (u sm ) untuk sistem pendukung yang berbeda yang dipasang di terowongan melingkar dengan diameter berbeda. Perhatikan bahwa, dalam semua kasus, penyangga diasumsikan bertindak atas seluruh permukaan dinding terowongan. Dengan kata lain, lapisan shotcrete dan beton adalah cincin tertutup; set baja adalah lingkaran lengkap; dan rockbol berlabuh mekanis dipasang dalam pola reguler yang benar-benar mengelilingi terowongan. Karena model ini mengasumsikan simetri sempurna di bawah pemuatan hidrostatik terowongan melingkar, tidak ada momen lentur yang diinduksi dalam penyangga. Pada kenyataannya, akan selalu ada beberapa pembebanan asimetris, terutama untuk set baja dan shotcrete yang ditempatkan pada permukaan batuan kasar. Oleh karena itu, tekukan yang diinduksi akan menghasilkan kapasitas pendukung yang lebih rendah daripada yang diberikan pada Tabel 9.1. Lebih lanjut, efek dari tidak menutup cincin penyangga, seperti yang biasa terjadi, menyebabkan pengurangan drastis dalam kapasitas dan kekakuan set baja dan lapisan beton atau shotcrete. Akibatnya, kapasitas akan lebih rendah dan deformasi akan lebih besar daripada yang ditunjukkan pada Tabel 9.1. 6. Contoh interaksi dukungan Untuk menggambarkan konsep yang dibahas pada bagian sebelumnya dan untuk memungkinkan pembaca melakukan studi parametrik interaksi dukungan, perhitungan spreadsheet disajikan pada Gambar 9.6. Rumus sel disertakan dalam gambar ini untuk membantu pembaca menyusun spreadsheet yang serupa. TBL 9.1 Perkiraan karakteristik dukungan untuk berbagai sistem pendukung yang

dipasang di terowongan melingkar dengan berbagai diameter. Catat an: • Rockbol secara mekanis berlabuh dan tidak memiliki akar. Panjang baut diasumsikan sama dengan 1/3 dari diameter terowongan dan jarak baut adalah satu setengah panjang baut. • Nilai berlaku untuk cincin shotcrete yang tertutup sepenuhnya. Untuk pelapis shotcrete yang hanya diterapkan pada atap dan dinding samping, tekanan dukungan maksimum setidaknya adalah urutan besarnya lebih rendah. • I balok sedalam 6 inci dengan berat 12 lb per kaki. • Balok dalam 8 inci dengan berat 23 lb per kaki. • Flens I lebar selebar 12 inci seberat 65 lb per kaki. • Radius minimum yang dapat saya bengkokkan di lokasi adalah sekitar 11 kali kedalaman bagian. Dalam kasus balok flensa lebar, jari-jari minimum sekitar 14 kali kedalaman bagian. Perhatikan contoh poros berdiameter 6 meter (r o = 3 m) yang digali dengan kualitas yang bagus, batu pasir kuning. Karakteristik kekuatan dari massa batuan ini, diperkirakan dengan menggunakan prosedur yang dijelaskan pada Bab 8, ditentukan oleh kohesi c = 2,6 MPa dan sudut gesekan φ = 30 o . Di situ stres p o = 10 MPa. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 9.6, kegagalan massa batuan yang mengelilingi poros dimulai ketika pi tekanan dukungan kurang dari tekanan kritis p cr = 2.75 MPa. Plastik radius zona r p = 3,8 m bila tekanan dukungan adalah nol. Perpindahan dinding maksimum tanpa dukungan adalah u i = 47 mm.