Download to read offline
insitu dan induce stress.pptx
- 1. Insitu dan Induce Stress ARDYAPRAMESTI PUTRI ARINDRY 212211016 MAGISTER PROGRAM STUDI TEKNIK PERTAMBANGAN FAKULTAS TEKNOLOGI MINERAL UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “VETERAN” YOGYAKARTA 2022
- 2. Table of Contents Pendahuluan 01 Faktoryang Mempengaruhi Tegangan Insitu 02 Pengukuran Tegangan Insitu 03 Studi Kasus di Indonesia 04
- 3. Pendahuluan 01 Insitu Stress (TeganganNormal) dan Induce Stress ( Tegangan Terinduksi)
- 4. Menurut Kramadibrata, dkk(2012), tegangan dalam batuan terbagi menjadi 2, yaitu : Tegangan Normal (Insitu Stress) Tegangan Terinduksi (Induce Stress) Massa batuan pada permukaan bawah tanah akan mengalami Tegangan Insitu yang dihasilan oleh : • Berat tanah yang berada diatasnya (Tegangan Gravitasi) • Peristiwa Tektonik (Tegangan Tektonik) • Pemanasan /pendinginan batuan (Tegangan Termal) Apabila dibuat suatu lubang bukaan bawah tanah, maka : • Tegangan akan berubah dari kondisi awal • Terbentuknya kondisi tegangan baru disekitar lubang bukaan
- 5. Insitu Stress Tegangan Gravitasi Teganganyang terjadi karena ada beban batuan diatasnya. Terdapat 2 komponen dalam tegangan gravitasi 1. Vertikal, dapat diperkirakan melalui persamaan 2. Horizontal, jika diasumsikan elastic dan tidak ada pergerakan horizontal maka dapat dihitung dengan persamaan • Tegangan Insitu merupakan tegangan alamiah yang bekerja didalam massa batuan yang terdiri dari tegangan gravitasi, tegangan tektonik dan tegangan termal. • Tegangan dalam massa batuan sebelum dilakukan penggalian (excavation) (Liu Qinjie, 2016) • Tegangan yang ada dibatu sebelum adanya gangguan (Bielenstein and Barron, 1971) Tegangan Tektonik Terjadi akibat geseran pada kulit bumi yang terjadi pada waktu yang lampau maupun saat ini Contoh peristiwa yang menyebabkan tegangan tektonik : • Sesar • Pergerakan lempeng • seismik Tegangan Termal Tegangan termal adalah tegangan pada material karena perubahan suhu dan tegangan ini akan menyebabkan deformasi plastis padamaterial
- 6. Pemahaman mengenai besardan arah tegangan insitu dan tegangan terinduksi ini merupakan bagian penting dalam perancangan lubang bukaan bawah tanah Dalam banyak kasus, tegangan terinduksi ini akan melampaui kekuatan massa batuan dan menyebabkan ketidakmantapan lubang bukaan bawah tanah
- 7. Besar dan arahtegangan insitu adalah salah satu parameter penting dalam proses perancangan lubang bukaan. Ada tiga alasan mengapa studi tegangan insitu pada batuan perlu dlakukan (Hudson, 1997) 01 02 03 Pada massa batuan terdapat kondisi tegangan awal yang harus dimengerti, baik secara langsung maupun sebagai gambaran kondisi tegangan yang akan digunakan dalam analisis dan desain Selama dilakukan penggalian pada massa batuan kondisi tegangan akan berubah secara dramatic karena batuan yang tadinya mengalami tegangan awal dan setelah digali disekitarnya akan diredisribusikan Tegangan adalah besaran tensor yang tidak dijumpai dalam kehidupan sehari-hari. Besaran tensor adalah besaran yangmemiliki nilaidan arah dan sangat tergantung pada bidang tempatnya bekerja.
- 8. Tegangan Insitu Vertikal Secarateoritis tegangan vertical tersebut dapat dinyatakan dengan persamaan (1) : Dimana, ρ=rapat massabatuan (kg/m3) g=percepatan gravitasi(m/s 2) z=kedalaman (m) γ=berat satuanbatuan(N/m3) Hoek & Brown menyatakan pendekatan nilai tegangan vertical pada massa batuan dengan persamaan (2) : 𝜎𝑧 = 0,027 𝑧 2 Dimana 𝜎𝑧 = tegangan vertical (Mpa) z = kedalaman (m)
- 9. Tegangan Insitu Horizontal Pendekatanteoritis untuk tegangan horizontal lebih sulit dilakukan daripada tegangan vertikal. Secara umum tekanan horizontal dapat dicari dengan persamaan (1) : 𝜎ℎ = k. 𝜎v 1 Dimana k adalah factor pembanding antara tegangan horizontal dan tegangan vertikal Terzaghi & Richart (1952) menyatakan bahwa untuk batuan elastik, homogen, dan isotrop nilai k dapat dihitung dengan persamaan (2) : 𝑘 = 𝑣 1 − 𝑣 2 Dimana v adalah poisson ratio Menurut Heim (1912) untuk kedalaman yang besar (>1 km) keadaan tegangan akan menjadi hidrostatik (k=1) sehingga berlaku kondisi dmana besar tegangan vertical sebanding dengan tegangan horizontal (𝜎ℎ = 𝜎𝑣).
- 10. Pada kedalaman kurangdarisatukilometer keadaantegangan tidak bisadianggaphidrostatis,sehingganilai ktidak samadengan satu. Olehkarenaitu, HoekdanBrownmengusulkanpendekatannilai k untukkedalamankurangdari satukilometer berdasarkan pengukuran teganganin situ padabeberapalokasiyangdinyatakan dengan persamaan(3): 100 𝑧 + 0,3 < 𝑘 < 1500 𝑧 + 0,5 3 𝜎𝑣 𝑎𝑣𝑒𝑟𝑎𝑔𝑒𝑟 𝜎𝑣 = 267 𝑧(𝑚) + 1,25 4 Analisis lebih lanjut dilakukanolehHergetpadatahun1988.Denganmenggunakandatategangan in situ padabeberapalokasidi Kanada,Hergetmenyatakanbahwapendekatan nilai teganganin situ di Kanadadapat dilakukandenganpersamaan(4):
- 11.
- 12.
- 13. Penyajian Data TeganganInsitu Tegangan yang bekerja pada kubus yang memiliki orientasi tertentu Tegangan yang dinyatakan dalam bentuk matriks yang mempunyai besaran tertentu Orientasi tegangan utama ditunjukkan pada hemispherical proyeksi
- 14. Induce Stress •Tegangan dalammassa batuan setelah dilakukannya penggalian (Liu Qinjie, 2016) •Tegangan yang terjadi setelah adanya gangguan buatan (Bielenstein and Barron, 1971) Sebelum penggalian dilakukan, massa batuan berada dalam kondisi setimbang, dan setelah penggalian dilakukan, kesetimbangantersebut menjadi terganggu dan dapat mengubah distribusi tegangan awal. Untuk mengetahui distribusi tegangan di sekitar terowongan dapat digunakan persamaan Kirsch (1898).
- 15. Ilustrasi tegangan utama(𝜎1, 𝜎2 , 𝜎3 perhatikan Eigenvectorsnya) menginduksi pada sebuah elemen batuan dekat dengan lubang bukaan horizontal yang dikenai tegangan insitu vertical 𝜎𝑣, tegangan insitu horizontal 𝜎ℎ1 dalam sebuah bidang normal terhadap sumbu lubang bukaan dan tegangan insituhorizontal 𝜎ℎ2 dalam sebuah bidang paralel dengan sumbu lubang bukaan
- 16. 𝝈𝒉𝟏sama dengan 3𝝈𝒗, 𝝈𝒗 tegangan insituvertikal Arah tegangan utama didalam wilayah sekitar lubang bukaan horizontal yang dikenai tegangan insitu Arah tegangan utama didalam wilayah sekitar lubang bukaan horizontal yang dikenai tegangan insitu 𝝈𝒉𝟏sama dengan 1/3 𝝈𝒗 , 𝝈𝒗 tegangan insituvertikal
- 17. Kontur besaran maksimumdan minimum tegangan utama dalam batuan disekitar lubang buaan horizontal, dikenai tegangan vertical 𝜎𝑣 dan horizontal 𝜎ℎ = 3 𝜎𝑣
- 18.
- 19. Tegangan insitu suatutitik ditentukan oleh kondisi pembebanan material yang ada di atasnya dan perubahan akibat proses geologi sebelumnya. Perubahan kondisi tegangan insitu dapat diakibatkan olehbeberapa hal yang antara lain berhubungan dengan perubahan suhu,serta proses kimia seperti leaching, penguapan, dan rekristalisasimineral. Proses mekanik seperti terbentuknya rekahan, geseran antara bidangrekahan dan aliran viskoplastik dalam material akan menghasilkankondisi tegangan yang komplek dan heterogen
- 20. 01 03 04 06 02 05 Menurut Bradydan Brown(1985) terdapat beberapa faktor yang mempengaruhi kondisi tegangan insitu, yaitu Topografi Permukaan Semakin jauh jarak dari permukaan, semakin besar pengaruh beban material diatasnya. Erosi Erosi akan mengurangi kedalaman batuan pada suatu titik dibawah tanah, sehingga tegangan vertikalnya menjadi lebih kecil. Tegangan Sisa Tegangan yang masih tersisa walaupun tegangan tersebut sudah hilang yang berpa panas atau pembengkakan dikulit bumi. Inklusi Inklusi dalam massa batuan adalah bagian yang secara litologi membuat sumur batuan lebih muda dari informasi batuan induknya. Keberadaan inklusi secara vertical mempengaruhi kondisi tegangan dengan dua cara yaitu: 1. Jika inklusi berada di bawah kondisi tekanan yang erlawanan dengan kondisi horizontal batuan di sekitarnya, maka komponen tegangan yang tinggi akan terjadi tegak lurus bidang inklusinya. 2. Dihubungkan perbedaan nilai modulus deformasi inklusi dan batuan disekitarnya yang dapat diakibatkan adanya aktivitas pembebanan. Aktivitas Tektonik Tegangan pada massa batuan berasal dari aktivitas tektonik yang bekerja secara regional dan bias dikorelasikan dengan adanya struktur geologi (sesar, lipatan). Bidang Diskontinu Keberadaan bidang diskontinu di dalam massa batuan akan mengganggu kesetimbangan tegangan dan dapat menyebabkan tegangan tersebut tetdistribusi kembali untuk mencari kesetimbangan barunya.
- 21.
- 22. Pengukuran Tegangan Insitu PengukuranTak Langsung (Indirect) • Emisi Akustik (AE) • Deformation Rate Analysist (DRA) • Differential Strain Curve Analysit (DSCA) • Anelastic Strain Relaxation (ASR) Pengukuran Langsung (Direct) • Metode Flatjack • Metode Hydraulic Fracturing • Metode Overcoring • Metode Deformasi Rosette 01 02 • Lebih represntatif • Mahal • Tidak praktis untuk daerah sulit • Lebih murah • Lebih mudah • Kurang mewakili kondisi nyata
- 23. Flatjack • Metode inimembebaskan sebagian tegangan yang ada didalam massa batuan dengan jalan membuat potongan pada batuan tersebut dengan bantuan gergaji intan • Tegangan yang dibebaskan ini akan menyebabkan terjadinya deformasi yang dapat berupa perpindahan dari titik-titik pengukuran yang dibuat • Kemudian ke dalam potongan tersebut dimasukkan flatjack agar supaya perpindahan dari titik-titik pengukuran menjadi nol • Tekanan di dalam flatjack yang mengakibatkan perpindahan nol menggambarkan tegangan mula-mula (initial stress) di dalam massa batuan PENGUKURAN LANGSUNG
- 24. Hydraulic Fracturing Prinsip pengujian: Menguji perilaku rekahan yang sudah ada atau rekahan yang baru dibentuk dengan injeksi air/oli sampai tekanan yang diperlukan untuk membuka kembali rekahan tersebut di dalam sebuah lubang bor. Perekam data elektronik Perekaman data akan dilakukan secara elktronik Alat perekam terdiri dari 8 buah channel 2 buah untuk tekanan (pressure gauge) 3 buah untuk dial gauge elektronik 2 buah untuk LVDT 1 buah untuk flowmeter
- 25.
- 26. Overcoring Prinsip dari metodeovercoring : Membebaskan seluruh tegangan yang ada di massa batuan dengan cara overcoring Deformasi batuan yang disebebkan oleh dibebaskannya tegangan tersebut diukur dengan menggunakan sel Keadaan tegangan di dalam massa batuan diketahui dengan megukur arah dan besarnya tiga tegangan utama pada sebuah titik yang ditentukan Secara teoritis, perlu diukur paling sedikit enam tegangan yang berbeda untuk dapat mengetahui keadaan tegangan
- 27. Rosette Deformation Prinsipdari rosette deformasi adalah mengukur deformasi pada sebuah permukaan bebas didinding massa batuan. Deformasi ini disebabkan oleh pembebasan tegangan atau variasi tegangan Hipotesa a. Tegangan bidang, yait tegangan yang tegak lurus bidang pengukuran sama dengan nol. b. Pembebasan Tegan adalah total. Perhitungan dengan metode elemen hingga diperlukan pemotongan sebesar 20 cm untuk memperoleh pembebasan total. c. Perilaku batuan adalah elastic linier. Tegangan dihitung langsung menggunakan Hukum Hooke.
- 28. Tensor Tegangan HasilMetode Pengukuran Tegangan Insitu (ISRM, Hudson & Harisson, 2000)
- 29. PENGUKURAN TAK LANGSUNG AcousticEmission Emisi akustik adalah gelombang elastis frekuensi tinggi yang muncul karena adanya pelepasan energi yang cepat dari salah satu atau lebih sumber pada saat material mengalami proses pembebanan. Metode emisi akustik menggunakan fenomena Efek Kaiser untuk menentukan tegangan yang pernah dialami batuan Efek Kaiser adalah emisi akustik yang terdeteksi pada saat pembebanan mendekati ataucmelampaui tingkat tegangan yang pernah dialami batuan Tegangan yang ditentukan dari uji emisi akustik adalah tegangan searah lubang bor.
- 30. Differential Strain CurveAnalysis (DSCA) DSCA merupakan perkembangan dari metode differential strain analysis (DSA) yang diusulkan oleh Simmons dan rekan-rekannya untuk memeriksa microcrack dalam sampel batuan (Simmoms dkk., 1974 Siegfried dan Simmons, 1978). Metode DSCA didasarkan pada asumsi bahwa inti batuan yang diambil dari kondisi terbatas lubang bawahnya akan berkembang secara proporsional ke medan tegangan in situ yang sudah ada sebelumnya. Pemuaian inti batuan terdiri dari pemuaian elastis dan tidak elastis yang mungkin disebabkan oleh mikrocracking.
- 31. Deformation Rate Analysis(DRA) Deformation Rate Analysis (DRA) merupakan salah satu metode untuk memperkirakan tegangan awal massa batuan. Dalam DRA, lebih dari dua beban tekan siklik ditambahkan ke spesimen batuan berinti. DRA dapat digunakan di laboratorium, sehingga metode ini lebih mudah memperkirakan tegangan awal daripada metode in-situ seperti metode over-coring atau metode rekahan hidrolik.
- 32. Anelastic Strain Relaxation Anelastic strain relaxation (ASR) merupakan metode pengukuran tegangan in-situ secara tidak langsung dengan memanfaatkan prinsip pemulihan regangan. Ketika inti bor dihilangkan dari massa batuan, maka batuan akan cenderung rileks dan mengembang dikarenakan hilangnya tekanan dari inti batuan. Metode ASR mengharuskan inti batuan berorientasi, yang mungkin akan mengeluarkan biaya yang besar.
- 33.
- 34. Pengujian Tegangan Insitudi Indonesia Sawahlunto Flat Jack Ombilin Overcoring Pongkor Flat Jack & Rekah Hidrolik PLTA Cirata Overcoring
- 35. “keefektifan Penggunaan AlatFlatjack Dibandingkan Dengan Tegangan Gravitasi Untuk Menghitung Tegangan Batuan Pada Lubang Bukaan Tambang Bawah Tanah CV. Tahiti Coal, Sawahlunto” Latar Belakang Penelitian Pengujian geomekanika merupakan hal yang sangat penting dalam industri pertambangan. Tegangan dan kekuatan batuan merupakan factor utama penentu kestabilan lereng pada tambang. Metode flatjack digunakan untuk pengukuran teggangan untuk mengembalikan tegangan yang dibebaskan pada lokasi penelitian yang berada di Tambang bawah tanah CV. Tahiti Coal, Sawahlunto. Oleh karena itu penulis tertarik melakukan penelitian mengenai “Keefektifan Penggunaan Alat Flatjack Dibandingkan Dengan Tegangan Gravitasi Untuk Menghitung Tegangan Batuan Pada Lubang Bukaan Tambang Bawah Tanah CV. Tahiti Coal, Sawahlunto”. Tujuan a. Untuk mengetahui efektif atau tidaknya penggunaan alat flatjack di lapangan b. Untuk mengetahui perbandingan nilai tegangan dari alat flatjack dengan gaya gravitasi Lokasi Penelitian Secara administratif lokasi penambangan CV. Tahiti Coal terletak di daerah Sangkar Puyuh Kawasan bekas tambang Kandi- Tanah Hitam Desa Sijantang Koto, Kecamatan Talawi, Kota Sawahlunto Provinsi Sumatera Barat.
- 36. Metode Penelitian Metode analisisdata yang digunakan adalah metode analisis kuantitatif berdasarkan teori perhitungan dan memberikan keluaran yang bersifat kuantitatif atau berbentuk angka. Pengambilan data dan penelitan dilaksanakan pada lubang bukaan THC-01 khusususnya pada tail gate THC-01 B CV. Tahiti Coal, site Prambahan, Kota Sawahlunto, Sumatera Barat. Data Primer • Data pengujian alat flatjack • Data perhitungan tegangan gravitasi Data Sekunder • Peta geologi kota Sawahlunto • Layout penambangan • Studi literatur lainnya
- 37. Hasil dan Pembahasan Lokasititik pengujian yaitu pada cabang 1 (C1), cabang 2 (C2), dan cabang 3 (C3) dapat dilihat pada lampiran layout penambangan CV. Tahiti Coal. Hasil Uji Alat Flatjack Hasil Perhitungan Gaya Gravitasi Dilihat dari kedua hasil pengujian dan perhitungan tersebut, hasilnya berbeda. Tetapi dilihat berdasarkan beda kedalaman, alat Flatjack sudah bekerja dengan benar karena hasil yang didapatkan berbeda setiap kedalaman. Semakin dalam kedalaman titik uji, hasil yang didapatkan semakin besar.
- 38. Kesimpulan dan Saran 1.Perhitungan tegangan dan tekanan batuan dalam lubang dilakukan lebih akurat lagi agar tidak terjadi ambrukan 2. Perhatikan batuan atap dan dinding disekitar lubang bukaan untuk keselamatan bagi pekerja yang ekerja didalam lubang bukaan. 3. Melakukankajian lebih lanjut terhadap batuan atap dan dinding pada cabang- cabang lubang bukaan yang telah selesai ditambang atau yang tidak beroperasilagi. Saran Kesimpulan 1. Berdasarkan hasil pengujian dan pengamatan langsung dilapangan didapatkan hasil uji alat flatjack pada cabang 1 (10,5 kg/cm2), cabang 2 (12,5 kg/cm2), dan cabang 3 (14 kg/cm2). 2. Berdasarkan hasil pengambilan data langsung di lapangan didapatkan hasil perhitungan gaya gravitasi pada cabang 1 (7,1285 kg/cm2), cabang 2 (10,9859 kg/cm2) dan cabang 3 (14,583 kg/cm2). 3. Berdasarkan hasil pengujian dan perhitungan tegangan batuan bahwa alat flatjack perlu dilakukan kalibrasi agar hasil yang didapatkan dari uji alat flatjack lebih efektif.
- 40. Bibliographical references • Brady, B.H.G,dan Brown, E.T, 2004, Rock Mechanics for Underground Mining Third Edition, USA:Springer • Hoek E. dan Brown, E.T 2004, Underground Excavation in rock, London; Institution of Mining and Metallurgy, 1980 • Hudson, J.A and Harrison, JP;1997, Engineering Rock Mechanics An Introduction to The Principles, Elsevier Science Ltd, United Kingdom • Pawel Gregorczyk and Paulo B.Lourenco,’A Review on Flat jack Testing’ Engineering Civil, UM, No.9, 2000, pp. 39-50 • Rai, M. A, Kramadibata, S, dan Wattimena, R. K, 2014, Mekanika Batuan, Peneliti ITB, Bandung • Rahmad Setiawan, Murad MS. Keefektifan Penggunaan Alat Flat jack Dibandingkan Dengan Tegangan Gravitasi Untuk Menghitung Tegangan Batuan Pada Lubang Bukaan Tambang Bawah Tanah CV. Tahiti Coal, Sawahlunto. Jurnal Bina Tambang, Vol. 3 No. 4. ISSN : 2302-3333
- 41.