207924621 Mekanika Batuan Sifat Mekanik Batuan Utuh 2

8/16/2019 207924621 Mekanika Batuan Sifat Mekanik Batuan Utuh 2

1/39

T A

3 1 1 1 M e k a n i k a B a t u a n – S i f a t F i s i k & M

e k a n i k B a t u a n - 1

SIFAT FISIK DAN

MEKANIK BATUAN UTUH – 3B2

Suseno Kramadibrata

Made Astawa Rai

Ridho K Wattimena

Laboratorium Geomeknika

FIKTM - ITB

T A 3 1 1 1 M e k a n i k a B a t u a n

– S i f a t F i s i k & M e k a n i k B a t u a n - 1

Uji TriaksialUji Triaksial

Uji ini untuk mengukur kekuatan contoh batu

berbentuk silinder dibawah tekanan triaxial.

Data hasil pengujian sangat diperlukan untuk

perhitungan: strength envelope (kurva intrinsic)

shear strength (τ)

sudut geser dalam (φ) kohesi (C)


2/39

T A



Triaksial Sel Von Karman (1911) &Triaksial Sel Von Karman (1911) &

Hoek & Franklin (1968)Hoek & Franklin (1968)

Tidak perlu penirisan minyak antar uji

Ukuran terbatas BQ, NQ & HQ

L/D = 2 – 2.5

σ3 max = 70 MPa

Selubung polyethylene mahal



Sel Triaksial TipeSel Triaksial TipeVon KarmanVon KarmanDept. Teknik Pertambangan ITB

Wattimena & Kramadibrata (1997)

Kramadibrata, Wattimena and

Simangunsong (1998)

1. Platen penekan

2. Bola baja

3. Spheical seat

4. Alat bantu transducer

5. Contoh batuan

6. Piston berongga utk tekanan pori

7. Sonic t ransmitter

8. Sonic receiver

9. Selubung karet

10. Ring pengikat selubung karet

11. Strain gauges

12. Pipa utk tekanan pori

13. Pipa utk kabel transducer

14. Ruang fluida pemampat

15. Dinding sel

16. Lubang masuk fluida pemampat

17. Lubang keluar fluida pemampat

18. Lubang masuk tekanan udara

19. Slide bearing

20. Sliding seal

21. Baut

22. Seal pada plat dasar sel

23. Lubang masuk tekanan pori

24. Lubang keluar tekanan pori

25. Port kable strain gauges

26. Port kable transducer


3/39

T A






4/39

T A






5/39

T A





Berbagai Triaksial SelBerbagai Triaksial Sel


6/39

T A



Mohr Circles & Intrinsic CurveMohr Circles & Intrinsic Curve

0

5

10

15

20

25

30

0 5 10 15 20 25 30

Normal Stress (MPa)

S h e a r S t r e s s ( M P a )

τ = 5.22 + σN Tan 32.81

Noσ

3

σ

1

(MPa) (MPa)

1 1.00 22.61

2 2.00 25.70

3 3.00 29.34

φ

τ = c + σN Tan φ

c



Mohr Coulomb – Linear

Mohr – Curve linear concave downwards; in the limit, the envelope may

assume the form of a straight line (Coulomb criterion)

σ3 Minor principal stress/confining pressure

σ 1

M a x i m u m m

a j o r p r i n c i p a l s t r e s s a t

f a i l u r e

τ= ½ (σ1 – σ3) Sin 2 βσ = ½ (σ1 + σ3) + ½ (σ1 – σ3) Cos 2 β

A B

D

E

Mohr - Coulomb

Mohr

2 β

β

β

σNσ3

σ1

τ

τmax


7/39

T A



Metode Tak Langsung MenentukanMetode Tak Langsung Menentukan

UCS & UTSUCS & UTS

τ = σn tan φ + c

2β = 90° + φ

Pada kondisi tekan, σ1 = σc & σ3 = 0

Pada kondisi tarik, σ1 = 0 dan σ3 = - σtKeterangan

τ = Tegangan geser

σN = Tegangan normal

σ1 = Tegangan prinsipal mayor

σ3 = Tegangan prinsipal minor c = Kohesi

β = Sudut antara s1 dan sn φ = Sudut gesek dalam

σc = Kuat tekan uniaksial (UCS)

σt = Kuat tarik uniaksial (UTS)

βσσσσσ ++= 2)cos-(2

1)(

2

13131n

βσστ = 2)sin-(21 31

φφφσ

σ++

=sin-1

cos2c)sin(131

φφ

σ =sin-1

cos2cc

φφσ

+=

sin1

cos2ct




8/39

T A



Multistage Triaxial TestMultistage Triaxial Test

-20

0

20

40

60

80

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30

Strain

1 - 3 ( M P a )

σ32 = 5 MPa

σ31 = 2 MPa

σ33 = 7.5 MPa

σ34 = 10 MPa

E1

E2

E3



σax &Vp vs. εax

pada triaksial

konvensional

pada batu pasir

Batupasir PT. Kideco

Jaya Agung ROTO

NORTH Pit 4

Ardian Rosadi


9/39

T A



PengaruhPengaruh σ33 PadaPada

KurvaKurva σ -- ε

Marmer Carrara(Von Karman, 1911)



PengaruhPengaruh σ33Pada KurvaPada Kurva σ -- ε

0 MPa

2

T e g a n g a n a k s i a l

( M P a )

200

100

400

300

64

Regangan aksial (%)

8

23.5 MPa

50.0 MPa

600

500

165.6 MPa


10/39

T A


e k a n i k B a t u a n - 1 Kwasnieski (1990)

Kurva perbedaan tegangan –regangan longitudinal spesimenBogdanka mudstone kondisi keringdan basah yang diuji pada teganganpengukungan 20 MPa.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 1 2 3 4 5 6

Strain (%)

D e v i a t o r i c s t r e s s ( M P a )

Granite (void ratio = 0.022 )

Sandstone (void ratio = 0.163 )

Applied σ3 = 35 MPa

μ = 7 MPa

μ = 21 MPa

μ = 35 MPa

μ = 35 MPa

μ = 21 MPa

μ = 7 MPa

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 2 4 6 8 10 12

Longitudinal strain (%)

D e v i a t o r i c s t e s s ( M P a )

air-dry specimen

wet specimen

σ3 = 20 MPa

Schwartz (1964)

Tekanan air pori mempunyai sedikit pengaruh

pada kekuatan batuan jika angka pori

spesimen batuan kurang < 0,02.

Pengaruh Air Pada Kurva TriaksialPengaruh Air Pada Kurva Triaksial σ ε



150

100

tekananaksial(MPa)

50

regangan aksial (%)

1 2

55.2

69.0

62.1

41.4

0

27.6

Pengaruh Air Pada Kurva TriaksialPengaruh Air Pada Kurva Triaksial σ – – εBatupasir (Schwartz, 1964)Batupasir (Schwartz, 1964)


11/39

T A



Perilaku Keruntuhan Menurut KecepatanPerilaku Keruntuhan Menurut Kecepatan

Ultrasonik pada Uji TriaksialUltrasonik pada Uji Triaksiala. Contoh Jenuh; b. Contoh Kering

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

2.86 3.06 3.26 3.46 3.66 3.86 4.06

Sonic velocity (km/s)

D e v i a t o r i c s t r e s s ( M P a )

σ3 = 4 MPa

σ3 = 16 MPa

σ3 = 12 MPa

σ3 = 8 MPa

σ3 = 4 MPa

σ3 = 8 MPa

σ3 = 12 MPaσ3 = 16 MPa

Dried specimen

Saturated s pecimen



Faktor Berpengaruh Pada Kurva TriaksialFaktor Berpengaruh Pada Kurva Triaksial σ – – ε

Pengaruh Suhu

5

500

σ 1

−

σ 3

( M P a )

1500

1000

25 °C

2000

1510

Regangan aksial (%)

500 °C

300 °C

800 °C C o m p r e s s i v e s t r e n g t h ,

M P a

Conf in ing pressure, MPa

20 0

50 0

1 5 0 0

1 0 0 0

60 040 0

ε = 10-4o

o -4ε = 10

2 0 0 0

2 5 0 0

ε = 10-2o

ε = 1oo -1ε = 10

Pengaruh Strain Rate


12/39

T A



Variasi DeviatoricVariasi Deviatoric

Stress vs KemiringanStress vs Kemiringan

Bidang Lemah & s3Bidang Lemah & s3(Donath, 1972 &

Mc Lamore – Gray 1967)



Uji Kuat Geser LangsungUji Kuat Geser Langsung

Kuat geser batuan merupakan perlawanan internal batuan terhadap

tegangan yang bekerja sepanjang bidang geser dalam batuan tersebut,

yang dipengaruhi oleh karakteristik intrinsik dan faktor eksternal

Untuk mengetahui kuat geser batuan pada tegangan normal tertentu.

Minimal 3 contoh.

Masing-masing contoh dikenakan gaya normal tertentu yang

diaplikasikan tegak lurus terhadap permukaan bidang diskontinu

garis Coulomb's shear strength,

kuat geser (shear strength),

sudut geser dalam (φ),

kohesi (C).


13/39

T A



Faktor Faktor --faktor Yang Mempengaruhi Kuatfaktor Yang Mempengaruhi Kuat

Geser BatuanGeser Batuan

Laju perpindahan geser konstan akan mengindikasikan gaya geser yangbekerja pada batuan tersebut. τ yang dibutuhkan batuan tersebut untuk mulaimembentuk rekahan bidang geser dan berpindah akan bertambah sesuai

pertambahan FN. Pada Uji Geser langsung, τ & σ N adalah representatif dari FS & FN dibagi luas

kontak.

Saat Uji Geser: τ meningkat secara linear terhadap perpindahan, akan tetapiberangsur-angsur menjadi tidak linear hingga pada saat tercapai nilaimaksimumnya. Nilai τ maksimum = nilai τP & nilai perpindahan pada saatkondisi ini disebut perpindahan geser puncak.

Setelah τP tercapai, τ akan turun dan berangsur-angsur mencapai nilai konstan& disebut τR.

Jika τP & τR diperoleh dari tingkat τN yang berbeda dengan jenis batuan yangsama, secara ideal akan diperoleh kurva hubungan linear antara kuat geserterhadap masing-masing tingkat tegangan normal.

Permukaan bidang diskontinu alami pada batuan tidak selalu halus, bahkanhampir 100% kasar. Semakin kasar permukaan batuan meningkatkan kekuatangeser pada batuan.



Alat Uji GeserAlat Uji Geser

Langsung & CreepLangsung & Creep


14/39

T A



Creep Geser Creep Geser

0.34m

0.5m

0.47m

7

6 5

8

9

10

12

1 2

34

11

0.6 m 0.9 m

1.59 m 0.22 m



tegangan geser τ

p e r p i n d a h a

n

u

contoh

contoh

tegangan normal σ

T e g a n g a n g e s e r τ

Perpindahan u

kuat geser puncak

kuat geser sisa T e g a n g a n g e s e r τ

Tegangan normal σ

τP

φp

φr

τ = C p

+ σ t a

n φ p

τ = C r

+ σ t a n

φ rτR

Residual strength

T e g a n g a n g e s e r

τ

Tegangan normal σ

τP

Cp – cohesive strength

φp

τ = C p

+ σ t a n φ p

σ tan φp

Peak strength

Clay

Kuarsa


15/39

T A



Bentuk patahan yang terjadi setelahBentuk patahan yang terjadi setelah

batuan mengalami pergeseranbatuan mengalami pergeseran

ipir

Fn

Fs

Cetakan semen

Contoh batuan



Batu Pasir Batu Pasir

KURVA KEKUATAN GESER NATURAL

τs = 217,02 + σn tan 40,74o

R2 = 0,8767

τp = 728,68 + σn tan 44,28o

R2 = 0,9368

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

TEGANGAN NORMAL ( kPa)

T E G A N G A N

G E S E R

( k P a )

Puncak Sisa

KURVA KEKUATAN GESER JENUH

τs = 108.64 + σn tan 52,17o

R2 = 0.8903

τp = 105,92 + σn tan 57,25o

R2 = 0,9401

0

200

400

600

800

1000

0 200 400 600 800 1000

TEGANGAN NORMAL (k Pa)

T E G A N G A N

G E S E R

( k P a )

Puncak Sisa


16/39

T A



τ45o σN

σNT

P

5 x 5 x 5 cm

Ball bearing

Tegangan Normal σN

Bevelled Dies Shear TestBevelled Dies Shear Test

A

N

A

45SinN ==

o P

σ

A

T

A

45Cos==

o

Pτ

Tegangan Geser τ

α α=30o α=40o α=50o

P (kg) 1076.92 1938.91 3383.86

A (cm2) 21.48 22.52 22.16

σN (kg.cm2) 25.07 55.34 116.98

τ (kg.cm2) 43.42 65.95 98.15



Faktor Eksternal Kuat Geser BatuanFaktor Eksternal Kuat Geser Batuan

Tegangan normal

Massa batuan pada umumnya mempunyai rekahan yang ditimbulkan oleh

pembebanan sejak awal pembetukan batuan tersebut. Tegangan

terkonsentrasi pada rekahan tesebut, sehingga kehadiran rekahan sangat

mempengaruhi perilaku massa batuan. Dengan adanya faktor kekasaran

bidang rekahan, maka kondisi tegangan normal konstan akan tidak realistik

tercapai pada kondisi alami.

Selain itu, peristiwa geologi seperti gempa bumi memungkinkan terjadi

perubahan beban normal terhadap massa batuan dan berpotensi

membentuk bidang geser baru pada massa batuan.

Kuat geser, dalam hal ini kuat geser puncak, akan meningkat seiring

peningkatan tegangan normal. Hal ini mengindikasikan bahwa bidang

lemah pada kedalaman yang lebih dalam cenderung akan semakin kuat. Uji

kuat geser harus dilakukan pada kondisi tingkat tegangan normal yang tidak

melebihi batas elastisitasnya. Hal ini dilakukan untuk memperoleh

deformasi yang disebabkan tegangan geser dan bukan oleh tegangan

normal.


17/39

T A



Data Uji Geser Data Uji Geser --11

Horizontal

Displacement(mm}

FH{kN} σH {kPa}Vertical

Displacement{mm}

FN {kPa} σN {kPa}

58.42

55.88

53.3450.80

48.26

45.72

0.00

2.30

2.903.20

2.90

2.42

0.00

85.29

107.54118.66

107.54

89.74

14.15

14.22

14.4014.30

14.17

14.02

3.53

3.53

3.533.53

3.53

3.53

130.90

130.90

130.90130.90

130.90

130.90

43.184064

38.10

35.56

33.02

4.904.80

4.74

4.26

3.68

181.70178.00

175.77

157.97

136.46

13.8413.79

13.74

13.69

13.61

9.309.30

9.30

9.30

9.30

344.87344.87

344.87

344.87

344.87

30.48

27.94

25.4022.86

20.32

8.80

8.71

8.107.70

7.20

326.32

322.99

300.37285.53

266.99

13.41

13.31

13.2113.08

12.95

18.60

18.60

18.6018.60

18.60

689.73

689.73

689.73689.73

689.73

17.7815.2412.70

10.16

7.62

13.8013.0011.80

10.70

9.20

511.74482.07437.57

396.78

341.16

12.6512.3211.89

11.40

11.30

37.2037.2037.20

37.20

37.20

1379.461379.461379.46

1379.46

1379.46



SHER DISP

(mm)

SHEARING

FORCE, kg

NORMAL DISPL

( x 0,01 mm )

FORWARD

SHEARING

0 0 0

1 90.72 21

2 90.72 20

3 90.72 21

4 113.40 24

5 90.72 20

6 90.72 20

7 90.72 21

8 90.72 19

9 90.72 19

10 90.72 20

REVERSE

SHEARING

10 0 0

9 45.36 13

8 45.36 12

7 45.36 13

6 90.72 17

5 90.72 16

4 45.36 12

3 45.36 12

2 45.36 13

1 45.36 12

0 45.36 12

Normal Load = 82.05 kg

Saw cut plane : circle

- Length : 4.57 cm

- Width : 4.57 cm

- Area ( A ) : 16.410 cm2

Normal Stress : ( σn ) = Pn /A= 5 kg/cm2


18/39

T A




Bidang geser dan material pengisi pada bidang geser Kuat geser akan berkurang secara signifikan ketika sebagian atau seluruh

permukaan tidak sepenuhnya kontak, melainkan ditutupi oleh material pengisi

yang relatif lunak seperti lempung

Keruntuhan geser batuan dengan bidang diskontinu yang terisi material lunak

mengalami dua tahap. Pertama tegangan dan perpindahan geser hanya

dipengaruhi oleh kekuatan material pengisi. Kedua, setelah terjadi perpindahan,

permukaan batuan mengalami kontak kemudian kekuatan dari bidang diskontinu

ditentukan oleh kekasaran dan kekuatan bidang geser itu sendiri




Pengaruh kehadiran air dan tekanan air

Kehadiran air pada massa batuan menyebabkan permukaan bidang

diskontinu akan tertekan sebagian sehingga tegangan normalmenjadi berkurang.

Kecepatan geser pada permukaan yang basah lebih lambat

dibandingkan dengan permukaan yang kering.


19/39

T A




Dimensi contoh uji

Massa batuan di alam mempunyai sifat & struktur yang heterogen serta

kompleks. Contoh batuan yang digunakan untuk uji di laboratorium

diharapkan sebagai representatif dari massa batuan berikut sifat dan

perilakunya. Semakin besar dimensi contoh yang digunakan, maka contoh

tersebut semakin merepresentasikan massa batuan.

Tetapi menurut hasil penelitian uji geser tidak terlalu fungsi dari ukuran



KKriteria Kuat Geser Batuanriteria Kuat Geser Batuan

Kriteria Mohr-Coulomb Linear

τ= C + μσ

Keterangan: τ = tegangan geser

C = kohesi

σ= tegangan normal

μ= koefisien geser dalam dari batuan = tan Φ


20/39

T A



KKriteria Kuat Geser Batuanriteria Kuat Geser Batuan

Kriteria Dilatansi

Pada pengujian kuat geser langsung, selain perpindahan lateral, terjadi

juga perilaku dilatansi. Dilatansi merupakan perpindahan vertikal (searah tegangan normal)

selama uji kuat geser. Model gigi gergaji merupakan ilustrasi yang baikuntuk menjelaskan perilaku ini.

Pada kondisi ini tidak akan ada perpindahan selama resultan gayaberada pada batas sudut geser gerigi.

Akan tetapi jika resultan gaya di luar batas tersebut, akan terjadipergerakan pada arah i. Rekahan akan terbuka dan dilatansi terjadipada bidang geser tersebut.

Tegangan normal σn akan bereaksi melawan dilatansi ini. Apabilapenggeseran dilanjutkan, gerigi akan kelebihan beban dan akan

tergeserkan secara langsung. Pergeseran akan terus berlanjut sejajarterhadap bidang geser umum tanpa ada dilatansi



τ = C + σ tan (Φ + i)Keterangan:

τ = tegangan geser

C = kohesi

σ = tegangan normal

μ = koefisien geser dalam dari batuan = tan Φ i = sudut dilatasi

i

i

σH

σH

σN

σN


21/39

T A



KecepatanKecepatan UUltrasonikltrasonik

Uji (ISRM 1981) untuk mengukur cepat rambat gelombang ultrasonik

pada contoh batu sebelum uji UCS.

cepat rambat gelombang primer (VLp) cepat rambat gelombang sekunder (VLs).

Modulus Elastik dinamik dapat dihitung.

Kemampugalian batuan ditentukan juga oleh karakteristik dinamiknya,

karena perjalanan gelombang akibat benturan mata bor dan gigi-gigi

alat gali terhadap batuan merupakan gerakan dinamik.

Setiap batuan selalu memiliki rekahan awal (pre-existing cracks).

Tergantung dari proses pematangannya didalam, rekahan awal ini

dapat saja bertambah.

Menaiknya rekahan awal akan menurunkan kecepatan ultrasonik.



Kecepatan Rambat GelombangKecepatan Rambat GelombangUltrasonikUltrasonik

Kecepatan rambat gelombang tekan

Kecepatan rambat gelombang geser

Modulus Young dinamik

Modulus geser dinamik

Nisbah Poisson dinamik


22/39

T A



Gelombang suaraGelombang suara

Gelombang infrasonik, frekuensi < 20 Hz

Gelombang sonik, frekuensi 20 Hz – 20 kHz

Gelombang ultrasonik, frekuensi > 20 kHz

Tipe Batuan LokasiJumlah

Contohvp (m/s) SD CoV (%)

Gamping Cibinong 5 3870,57 190,56 4,92

Breksi Tufa Pongkor 5 3691,21 224,60 6,08

Granit Karimun 5 5402,34 178,24 3,30



Gelombang UltrasonikGelombang Ultrasonik

Gelombang merupakan suatu getaran mekanik, hal ini dapat dijelaskan dengankarakteristik gelombang sinusoida seperti dijelaskan dengan sebuah getaran pada seutastali yang getaran pada seutas tali yang bergerak ke arah sumbu x dengan waktu t dankecepatan v yang berbentuk kurva sinus.

Gelombang ultrasonik termasuk dalam kelompok getaran mekanik yang melibatkan gaya-gaya mekanik selama melakukan penjalaran dalam suatu medium. Akibatnya gelombangini tergantung pada elastisitas medium penjalarnya. Fenomena ini terlihat pada perubahanpanjang gelombang (l), jika gelombang ultrasonik tersebut dijalarkan pada medium yangberbeda elastisitasnya.

Gelombang Longitudinal Apabila arah pergerakan partikel-partikel medium sama arahnya dengan arah penjalarangelombang, maka gelombang tersebut dinamakan gelombang longitudinal ataugelombang tekan. Gelombang longitudinal dapat dijalarkan dalam medium padatanmaupun medium fluida cair dan gas.

Gelombang Transversal

Arah pergerakan partikel-partikel medium dapat menyudut terhadap arah penjalarangelombang. Gelombang seperti ini disebut gelombang transversal atau gelombang geser.Umumnya kecepatan penjalaran gelombang transversal setengah kali kecepatanpenjalaran gelombang longitudinal pada medium yang sama.

Gelombang permukaan

Penjalaran gelombang ultrasonik dapat juga terjadi di permukaan medium padatan.Kedalaman medium padatan yang dipengaruhi oleh gerak gelombang adalah kira-kira satupanjang gelombang.


23/39


24/39

T A



Hubungan UCS &Hubungan UCS &

Kecepatan Ultrasonik VpKecepatan Ultrasonik Vp

Vp untuk pemilihan alat gali dan penentuan keberadaan kekar

Hubungan UCS & Vp sulit ditentukan tanpa memperhitungkan faktor-faktor

di dalam batuan.

Faktor-faktor: beban pada contoh saat pengujian, porositas, pre-existingcrack, bobot isi, kandungan air, ukuran butir & komposisi mineral.

Kahraman (2001) hubungan non-linear antara σc dan Vp denganmenggunakan variasi contoh batuan dari penelitiannya Goktan & Wade et

al. sehingga lebih andal utk prediksi UCS daripada Vp.

Referensi Persamaan Tipe Batuan

Goktan (1988)

Wade et al. (1993)

Kahraman (2001)

σc

= 0,036vp

* - 31,18

σc = 0,055vp* - 91,44

σc = 9,95vp1,21

batuan sedimen

-

batuan beku, batuan sedimen, batuan metamorf

vp

* = Kecepatan gelombang tekan (m/det) vp= Kecepatan gelombang tekan (km/det)



Kriteria Runtuh HoekKriteria Runtuh Hoek--BrownBrown

Hoek & Brown (1980) usul metoda untuk mendugakekuatan massa batuan terkekarkan.

Metodanya dimodifikasi sejak diusulkan (Hoek, 1983;Hoek & Brown, 1988).

Aplikasinya berlaku untuk kualitas massa batuan sangatburuk yang perlu perubahan (Hoek, Wood & Shah,1992)

Pengembangan Klasifikasi Baru disebut GeologicalStrength Index – GSI (Hoek, Kaiser & Bawden, 1995;Hoek, 1995; Hoek & Brown, 1997).

Sejarah pengembangannya dapt ditemukan di Hoek(2002).


25/39

T A



Kriteria HoekKriteria Hoek--BrownBrown

σ’1 & σ’3 adalah tegangan efektif maksimum & minimum saat batuan runtuh, mbadalah nilai konstanta Hoek & Brown m untuk massa batuan

s & a adalah konstanta yg bergantung pada karakteristik massa batuan

σci adalah UCS batuan utuh



Sifat Batuan UtuhSifat Batuan Utuh

Hubungan antara tegangan prinsipal saat suatu batuan runtuh

diberikan oleh σci & mi.

Selang nilai σ3’ sangat kritikal.

Hoek & Brown (1980) gunakan 0 < σ3’ < 0.5 σci Setidaknya perlu 5 titik data utk dimasukan dalam analisis.


26/39

T A



PenentuanPenentuan σcici and mand mii

y = mσcix + sσci

x = σ3’y = (σ1’ – σ3’)2



PenentuanPenentuan σcici and mand mii


27/39

T A



Pendugaan Lapangan UCSPendugaan Lapangan UCS



Pendugaan Lapangan UCSPendugaan Lapangan UCS


28/39

T A



Nilai mNilai mii Untuk Batuan UtuhUntuk Batuan Utuh



Nilai mNilai mii Untuk Batuan UtuhUntuk Batuan Utuh


29/39

T A



CatatanCatatan

Uji laboratorium pada batuan sangat britel kuat cenderung

memberikan nilai tinggi pada kuat tekan batuan insitu.

Uji laboratorium & lapangan pada Lac du Bonnet granite dgn

kualitas baik (Martin & Chandler, 1994) menunjukkan bhw

kuat tekan insitu hanya sekitar 70% dari UCS laboratorium

Penentuan UCS pada batuan anisotropic & foliated sangat

sulit.



Peak Strength of Moura DU CoalPeak Strength of Moura DU Coal(Medhurst & Brown, 1996)(Medhurst & Brown, 1996)

σci = 32.7 MPa


30/39

T A



Kekuatan PuncakKekuatan Puncak

Moura DU CoalMoura DU Coal(Medhurst & Brown, 1996)



GeologicalGeologicalStrengthStrength

IndexIndex


31/39

T A



Pendugaan m & s Dengan GSIPendugaan m & s Dengan GSI(Hoek, 1994; Hoek et al., 1995)

mb = mi exp [(GSI – 100)/28]

For GSI > 25

s = exp [(GSI-100)/9]

a = 0.5

For GSI < 25

s = 0

a = 0.65 – (GSI/200)



Pendugaan m & s Dengan GSIPendugaan m & s Dengan GSI(Hoek, 1994; Hoek et al., 1995)

Massa batuan kualitas baik (GSI>25), nilai GSI dapat diduga secara

langsung dari RMR Bieniawski Ver. 1976 dgn groundwater rating 10

(dry) & adjustment utk joint orientation 0 (very favourable).

Bieniawski’s RMR tidak digunakan untuk menduga nilai GSI pada

massa batuan buruk.

Bila RMR Bieniawski Ver. 1989 digunakan maka:

GSI = RMR89’ – 5

RMR89’ punya groundwater rating 15 & adjustment utk joint

orientation - zero


32/39

T A



Apakah GSI ?Apakah GSI ?

Controlled blasting Bulk blasting



Pendugaan m & s Dengan GSIPendugaan m & s Dengan GSI(Hoek, 2002)

mb = mi exp [(GSI – 100)/(28-14D)]

s = exp [(GSI-100)/(9-3D)]

D = Disturbance Factor

a = 1/2 + 1/6 [exp(-GSI/15)-exp(-20/3)]


33/39

T A



Disturbance Factor, DDisturbance Factor, D

Appearance or rock

massDescription of rock mass

Suggested

value of D

Excellent quality controlled

blasting or excavation by

Tunnel Boring Machine results

in minimal disturbance to the

confined rock mass

surrounding a tunnel.

D = 0




Appearance or rock


Suggested

value of D

Mechanical or hand

excavation in poor quality rock

masses (no blasting) results in

minimal disturbance to hesurrounding rock mass.

Where squeezing problems

result in significant floor

heave, disturbance can be

severe unless a temporary

invert, as shown in the

photograph, is placed.

D = 0

D = 0.5

(no invert)


34/39

T A




Appearance or rock

mass

Description of rock massSuggested

value of D

Very poor quality blasting in a

hard rock tunnel results in

severe local damage,

extending 2 or 3 m, in the

surrounding rock mass.

D = 0.8




Appearance or rock


Suggested

value of D

Small scale blasting in civil

engineering slopes results in

modest rock mass damage,

particularly if controlled

blasting is used as shown on

the left hand side of the

photograph. However, stress

relief results in some

disturbance.

D = 0.7

Poor

blasting

D = 1.0

Good

blasting


35/39

T A




Appearance or rock


Suggested

value of D

Very large open pit mine

slopes suffer significant

disturbance due to heavy

production blasting and also

due to stress relief from

overburden removal.

In some softer rocks

excavation can be carried out

by ripping and dozing and the

degree of damage to theslopes is less.

D = 1.0

Production

blasting

D = 0.7

Mechanical

excavation



Parameter Mohr Parameter Mohr --CoulombCoulomb


36/39

T A



Parameter Mohr Parameter Mohr --CoulombCoulomb



Ringkasan Sejarah PengembanganRingkasan Sejarah PengembanganKriteria Runtuh HoekKriteria Runtuh Hoek--BrownBrown

1980 Hoek E. and Brown E.T. 1980. Underground Excavations

in Rock . London: Institution of Mining and Metallurgy 527

pages.

Hoek, E. and Brown, E.T. 1980. Empirical strength

criterion for rock masses. J. Geotech. Engng Div., ASCE106(GT9), 1013-1035.

1983 Hoek, E. 1983. Strength of jointed rock masses, 23rd.

Rankine Lecture. Géotechnique 33(3), 187-223.


37/39

T A



Ringkasan Sejarah PengembanganRingkasan Sejarah Pengembangan


1988 Hoek E and Brown E.T. 1988. The Hoek-Brown failure

criterion - a 1988 update. Proc. 15th Canadian Rock Mech.Symp. (ed. J.H. Curran), pp. 31-38. Toronto: Civil

Engineering Dept., University of Toronto.

1990 Hoek, E. 1990. Estimating Mohr-Coulomb friction and

cohesion values from the Hoek-Brown failure criterion.

Intnl. J. Rock Mech. & Mining Sci. & Geomechanics

Abstracts. 12(3), 227-229.



Ringkasan Sejarah PengembanganRingkasan Sejarah PengembanganKriteria Runtuh HoekKriteria Runtuh Hoek--BrownBrown

1992 Hoek, E., Wood, D. and Shah, S. 1992. A modified Hoek-

Brown criterion for jointed rock masses. Proc. rock

characterization, symp. Int. Soc. Rock Mech.: Eurock ‘92,

(J.Hudson ed.). 209-213.

1994 Hoek, E. 1994. Strength of rock and rock masses, ISRM

News Journal, 2(2), 4-16.


38/39

T A





1995 Hoek, E., Kaiser, P.K. and Bawden. W.F. 1995. Support of

underground excavations in hard rock. Rotterdam:Balkema

1997 Hoek, E. and Brown, E.T. 1997. Practical estimates of rock

mass strength. Intnl. J. Rock Mech. & Mining Sci. &

Geomechanics Abstracts. 34(8), 1165-1186.

1998 Hoek, E., Marinos, P. and Benissi, M. (1998) Applicability

of the Geological Strength Index (GSI) classification forvery weak and sheared rock masses. The case of the Athens

Schist Formation. Bull. Engg. Geol. Env. 57(2), 151-160.





2000 Hoek, E. and Marinos, P. (2000) Predicting Tunnel

Squeezing. Tunnels and Tunnelling International. Part 1 - November Issue 2000,. 45-51, Part 2 - December, 2000,34-36.

Marinos, P.G. and Hoek, E. (2000): "GSI: A geological

friendly tool for rock mass strength estimation",Proceedings of the International Conference onGeotechnical & Geological Engineering (GeoEng 2000),Technomic Publishing Co. Inc., p.p. 1422-1440,Melbourne, Australia.

2001 Marinos. P, and Hoek, E. (2001) - Estimating the

geotechnical properties of heterogeneous rock masses suchas flysch, Bull. Engg. Geol. Env. 60, 85-92.


39/39

207924621 Mekanika Batuan Sifat Mekanik Batuan Utuh 2

Documents

Transcript of 207924621 Mekanika Batuan Sifat Mekanik Batuan Utuh 2