PERANCANGAN TEKNIS BAUT BATUAN BERDIAMETER 39 mm DENGAN KEKUATAN PENOPANGAN kn LOGO

Transkripsi

1 PERANCANGAN TEKNIS BAUT BATUAN BERDIAMETER 39 mm DENGAN KEKUATAN PENOPANGAN kn

2 Latar Belakang Kestabilan batuan Tolok ukur keselamatan kerja di pertambangan bawah tanah Perencanaan Baut Batuan Mampu menopang batuan sehingga longsor bisa dihindari Baut batuan yang ada sangat mahal Menggunakan material standard pasar lokal dengan kekuatan bersaing secara internasional

3 Penelitian Terdahulu Scott (197) Mendesain grouted bolt, memberi nama split set untuk baut batuan berdiameter 33 mm, 39 mm dan 46 mm. Bahan yang dipergunakan adalah ASTM F galvanized Mattews et al (1981), Mah (1997), Martin L. (00) Melakukan modifikasi jenis kurva stabilitas guna mendapatkan harga kekuatan penopangan yang optimal melalui pengaturan jarak antar baut batuan Tomory (1998), Johnson dkk (004), Dolsak (005 dan 008) Menentukan umur baut batuan menggunakan Miniature Data Acquisition Sistem (MIDAS). Menentukan mekanisme pelubangan batuan yang tepat menggunakan Self Drilling Anchor. Menganalisa faktor-faktor yang mempengaruhi kekuatan baut batuan.

4 Perumusan Masalah Permasalahan yang diangkat dalam perencanaan baut batuan berdiameter 39 mm dengan kekuatan penopangan kn ini adalah bagaimana merancang baut batuan yang akan digunakan pada pertambangan bawah tanah, meliputi dimensi baut batuan dan pemilihan material yang tepat

5 Batasan Masalah Material baut batuan disumsikan homogen Penelitian difokuskan pada baut batuan, tanpa melibatkan bearing plate Baut batuan dirancang untuk skala pertambangan Model baut batuan disesuaikan dengan kebutuhan Perencanaan mesin bending roll dilakukan hanya pada perhitungan daya motor listrik. Mekanisme pelubangan batuan sebagai tempat masuknya baut batuan tidak dijelaskan secara rinci pada penelitian ini.

6 Manfaat Penelitian Mengetahui dan memahami proses pembuatan baut batuan Baut batuan yang telah dibuat dengan menggunakan material standard yang ada di pasar dapat memenuhi kebutuhan pertambangan dan mampu bersaing dengan produk sejenis yang sudah ada.

7 Tujuan Perancangan Merancang baut batuan dengan mengoptimalkan biaya produksi Memilih bahan yang sesuai dengan tingkat kekuatan yang dibutuhkan. Mensimulasikan kekuatan material baut batuan dalam menopang batuan, menggunakan software ANSYS 11.

8 Gambar Produk Keterangan untuk dimensi baut batuan adalah sebagai berikut : panjang = 1067 mm Diameter luar = 39 mm Tebal =,5 mm Panjang Gap =,5 mm Keterangan untuk dimensi bearing plate adalah sebagai berikut : A = 15 mm B = 4,5 mm C = 40 mm

9 Aplikasi Baut Batuan Dinding area pertambangan Pertambangan bawah tanah terowongan

10 Fungsi Baut Batuan Fungsi penahan Baut batuan harus mampu menahan massa batuan dengan mengandalkan tegangan geser material terhadap batuan Fungsi penekan Baut batuan memberikan tekanan ke dinding lubang bor berupa gaya spring back material. Fungsi penguat Baut batuan menguatkan lapisan batuan dengan mencegah terjadinya pergeseran antar lapisan batuan

11 Spesifikasi Mesin Bending Roll Mesin bending roll menggunakan hidrolik, masing-masing ton dengan menggunakan 3 roller. Daya (hp) = 9 hp Putaran (n) = 145 rpm

12 Flowchart Perancangan START Perumusan Masalah Studi Literatur Pengumpulan data A

13 A Perhitungan kekuatan baut batuan Simulasi pemodelan baut batuan dengan ANSYS 11 Tidak Apakah tegangan kritis yang dialami baut batuan < tegangan yield material? Ya Model baut batuan sesuai dengan desain dan siap untuk difabrikasi END

14 Spesifikasi Baut Batuan

15 Dimensi baut batuan

16 Perencanaan Baut Batuan Perencanaan Mesin Bending Roll Pemodelan Baut Batuan Menggunakan Software ANSYS 11 Perencanaan Material Baut Batuan Identifikasi Pembebanan Pada Baut Batuan

17 Perencanaan Mesin Bending Roll Setelah Torsi diketahui, daya motor dapat dihitung Mencari gaya tangensial untuk menghitung Torsi Pertama kali, Menentukan kekuatan hidrolik, putaran motor, rasio gear box

18 Perencanaan Material Baut Batuan Menentukan kebutuhan material Memiliki tensile strength tinggi Memiliki modulus elastisitas rendah Memiliki harga kekerasan tinggi Material tahan korosi Material mudah didapatkan serta harganya terjangkau Memilih material sesuai dengan kebutuhan SS-304 Tensile Strength = 50 MPa Yield strength = 05 Mpa Compression strength= 10 Mpa

19 Perencanaan Material Baut Batuan (continued) Menentukan dimensi baut batuan dengan mengacu pada standard Internasional Diameter luar (Do) Diameter dalam Tebal = 39 mm = 34 mm =,5 mm Mengidentifikasi kasus pembebanan yang terjadi Non rotating cylinder, External pressure only Tegangan ke arah tangensial Tegangan ke arah radial Menghitung keamanan baut batuan Maximum Normal Stress Theory (MNST) Maximum Shear Stress Theory (MSST) Distortion Energy Theory (DET)

20 Identifikasi Pembebanan Pada Baut Batuan (continued) Tegangan yang diberikan batuan terhadap baut batuan berupa tekanan rata-rata (Po). Tegangan spring back dari material Tegangan Normal Akibat Pull Claw

21 Hasil Pemodelan Baut Batuan Menggunakan Software ANSYS 11 model baut batuan

22 Hasil Pemodelan Baut Batuan Menggunakan Software ANSYS 11(continued) meshing baut batuan menggunakan software ANSYS 11

23 Hasil Pemodelan Baut Batuan Menggunakan Software ANSYS 11(continued) Baut Batuan Dikenai Tekanan Rata-rata dan Tegangan Spring Back nilai tegangan kritis sebesar 4,037 N/mm dan berada di daerah kepala baut batuan, di bagian sambungan ring. Tegangan kritis masih dalam batas aman mengingat yield strength dari material adalah sebesar 05 N/mm. Tegangan kritis terjadi di sekitar gap/celah baut batuan. Hal ini disebabkan karena deformasi terjadi pada celah tersebut.

24 Hasil Pemodelan Baut Batuan Menggunakan Software ANSYS 11(continued) Baut Batuan Dikenai Pull Claw 130 kn Tegangan kritis yang terjadi bernilai 131,775 N/mm dan masih berada di bawah yield strength material SS304 yaitu 05 N/mm. Tegangan kritis ini terjadi di bagian ring yang dikenai pull claw.

25 Hasil Pemodelan Baut Batuan Menggunakan Software ANSYS 11(continued) Baut Batuan Dikenai Pull Claw 150 kn Tegangan kritis yang terjadi bernilai 15,07 N/mm dan masih berada di bawah yield strength material SS304 yaitu 05 N/mm.

26 Mekanisme Pembebanan Akibat Tekanan Rata-rata dan Tegangan Spring Back

27 Mekanisme Pembebanan Akibat Pull Claw Minimum

28 Mekanisme Pembebanan Akibat Pull Claw Maksimum

29 Kesimpulan Baut batuan berdiameter 39 mm dengan kekuatan penopangan kn ini menggunakan material Stainless Steel 304. Dengan spesifikasi material ini, dan konfigurasi yang sudah dianalisa, maka batas beban baut batuan hingga break adalah 67,6 kn. Baut batuan ini memiliki panjang yang lebih daripada produk yang sudah ada karena didesain untuk mendapatkan harga kekuatan penopangan yang lebih tinggi dengan material pasar lokal. Tegangan kritis yang terjadi pada saat pembebanan tarik terdapat di daerah sekitar ring baut batuan Tegangan spring back merupakan perilaku alami dari baut batuan karena adanya tekanan rata-rata yang mengenai permukaan luar baut batuan dan berhubungan erat dengan sifat elastisitas logam.

30 Saran Perlu adanya kajian eksperimental untuk memvalidasi hasil Tugas Akhir ini. Perlu dikaji lebih lanjut tegangan yang mempengaruhi baut batuan pada saat proses memasukkannya ke dalam batuan.

31 Mohon Kritik dan Saran demi Kesempurnaan Penelitian

32 Spesifikasi Baut Batuan

33 Proses Bending Roll

34 Identifikasi Pembebanan Pada Baut Batuan F shear

35 Perencanaan Mesin Bending Roll Data yang ditetapkan dari mesin bending roll yang akan dirancang adalah sebagai berikut : Hidrolik enerpack Putaran motor listrik = ton di kiri roller dan ton di kanan roller = 145 rpm 1 buah gear box dengan rasio transmisi 1:15 Selanjutnya daya motor listrik dapat dihitung berdasarkan gaya tangensial (Ft) yang diterima roller akibat roller berputar. Fnormal roller = 4000 kg x 9,8 m/s = 3900 Newton Ft = μ x Fnormal roller = 0,4 x 3900 N = N = fs 16464N =.T. T = d 0.039m 64,096 = T Torsi = 31,048 Nm

36 Perencanaan Mesin Bending Roll Karena mesin bending roll yang dirancang ini menggunakan dua buah hidrolik, maka kebutuhan torsi untuk motor listrik adalah : T = x 31,048 Nm = 64,096 Nm x 0.5lb x 1in = 5687,858 lb.in 1N 0.054m T1=? T= 5687,858 lb.in n1= 145 rpm rasio transmisi 1:15 T1 T T n n T1 T(lb.in) = = 379,19 lb.in 63000, hp n lbin.145rpm hp = = 8,577 hp 9 hp

37 Spesifikasi Material SS-304 Tensile Strength = 50 Mpa 0.5lb = N/m x x 1N = 75483,7 psi = 75,4837 ksi Yield strength (Sy) = 05 Mpa 0.5lb = N / m x x 1N 1 in = 9758,005 psi = 9,7580 ksi (0.054m) (0.054m) 1 in Compression strength = 10 Mpa 0.5lb (0.054m) = N / m x x 1N 1 in = 30483,81 psi = 30,4838 ksi Dimensi baut batuan : Diameter luar (Do) Diameter dalam Tebal = 39 mm = 34 mm =,5 mm

38 Identifikasi Jenis Pembebanan Non rotating cylinder, External pressure only Tegangan ke arah tangensial σt = = Ketika r=ro σt (r=ro) = Po ) = σt (r=ro) = Po ) = Ketika r=ri σt (r=ri) = = σt (r=ri) =.( ) = Tegangan ke arah radial σr (r=ro) = Po. ro ro ri. ri (1 r Nilai σt maksimum didapatkan ketika r=ri sedangkan nilai σr maksimum ketika r=ro : σ1 = σt (r=ri) = σ = σr (r=ro) = ro ro ri ri ( ( 4 Po. ro ro ri ) Po. ro ( ro ri Po.(0.0195) Po. ri. ri 4 ) Po. ro ro ri Po Po. ro ( ro ri ri. r ( Po(7.334) Po. ro.( ro ri Po Po Po ) ) )

39 Teori Kegagalan Maximum Shear Stress Theory (MSST) Yielding akan terjadi ketika tegangan geser terbesar pada silinder mencapai harga tegangan tarik standar di awal yielding, yaitu, sehingga : Sy N max max 1 Sy N Po ( Po) Po Po. 170ksi

40 Tegangan yang diberikan batuan terhadap baut batuan berupa tekanan rata-rata (Po). Dari perhitungan Teori kegagalan MSST, ddapatkan nilai Tekanan Ratarata Po. 170ksi lb 1N 1in Po in 0.5lb (0.054m) N Po ,79. m Selanjutnya dihitung besarnya gaya normal. Sebelum menghitung gaya normal, perlu dihitung luas permukaan baut batuan (kulit) yang kontak dengan batuan (A). Keliling lingkaran = π x Diameter lingkaran = π x 0,039 m = 0,15 m Keliling baut batuan = keliling lingkaran,5 mm = 10,0 mm 10 mm

41 Tekanan Rata-rata Luas kulit baut batuan = panjang x lebar Jadi besarnya gaya normal adalah : = 1067 mm x 10 mm = m F N Po. A N 1804 m F N , m F N , 56N Gaya gesek yang terjadi antara batuan dengan luasan kulit baut batuan adalah sesuai dengan persamaan : F shear = ,56N. 0,14 Fshear 67968,338 N F shear 67, 97kN F shear Selanjutnya ini dikonversikan ke dalam bentuk tekanan rata-rata, sebab tegangan ini mengenai seluruh permukaan dinding baut batuan, jadi : F 67968,338N P batuan shear Pbatuan A 0,1804m bautbatuan P batuan 0, 09MPa N P batuan,098 mm P batuan 0996, 61Pa

42 Tegangan Spring Back Dari Material Defleksi yang terjadi sebesar 1 mm. Baut batuan yang dipaksa menyesuaikan kontur lubang bor akan memberikan gaya reaksi yang biasa disebut spring back. Formula yang diberikan adalah sebagai berikut : F springback k. x Dari paper Cunat, didapatkan harga koefisien kekakuan austenitic stainless steel (300 series) adalaha 00 kn. Selanjutnya ini dikonversikan ke dalam bentuk tekanan spring back. P P springback springback A F springback lubangbatuan Fspringback keliling. panjang _ baut _ batuan _ yang _ menyentuh _ batuan 00000N (.0.038) m.( ).10 P springback 3 P springback , 905Pa m

43 Tegangan Normal Akibat Pull Claw Kriteria tegangan normal minimum normal_ min F pullclaw _ min A A = Luas lingkaran besar luas lingkaran kecil = (π x r ) (π x r 1 ) = [π x (0,044) ] - [π x (0,039) ] m = 1, m = 1303,7 mm N normal_ min min 1303,7mm Kriteria tegangan normal maksimum N normal _ 99, 716 mm normal_ max F pullclaw _ max A N normal _ max 1303,7mm normal _ max 115, 0571 N mm