3. Sifat Fisik Dan Mekanik Batuan Utuh

download 3. Sifat Fisik Dan Mekanik Batuan Utuh

of 32

Transcript of 3. Sifat Fisik Dan Mekanik Batuan Utuh

  • 7/21/2019 3. Sifat Fisik Dan Mekanik Batuan Utuh

    1/32

    SIFAT FISIK DAN MEKANIKBATUAN UTUH YULIADI, S.T.,M.T

    3.1 Proses Penyelidikan GeoteknkikProses perancangan sebuah tambang terbuka

    dan tambang bawah tanah biasanya mengikutitahapan berikut : Pengeboran inti di lapangan Penyelidikan detail terhadap conto

    Pengujian geoteknik (optional) Perancangan dengan hasil berupa model,

    misalnya untuk tambang bawah tanah

  • 7/21/2019 3. Sifat Fisik Dan Mekanik Batuan Utuh

    2/32

    Proses perancangan dan penyelidikangeoteknik

    Kualitas conto inti batuan adalah kunci awalkeberhasilan proses penyelidikan geoteknik.Conto batuan harus diperoleh tanpa mengubahkarakteristik aslinya. Jika dijumpai conto dalamkondisi sangat buruk, maka kehati-hatian dalammenganalisa perlu dilakukan.

  • 7/21/2019 3. Sifat Fisik Dan Mekanik Batuan Utuh

    3/32

    3.2 Preparasi Contoh Batuan UtuhContoh batuan utuh dari lapangan dapat berupa : Bongkah (permukaan)

    Preparasi dilakukan dengan pemotongan bongkah dengan alat potong untuk geometri dandimensi yang sesuai dengan syarat pengujian.

    Inti silinder (pengeboran)

    Preparasi dengan membor menggunakan alat bor inti (coring) yang diameter bit nya BQ, NQ,HQ (35-75 mm)

    SIFAT BATUAN PARAMETER Sifat fisik Kandungan air

    Bobot isi Porositas

    Kekerasan material Kekerasan mineralogi Kekerasan Mohs dan Rosival Koefisien cementasi Cone indenter

    Uji dynamic rebound Shore sclrescope Schmidt rebound hammer Modified schmidt hammer

    Standar kuat batuan Kuat tekan UCS Kuat tarik brazilian Kuat geser

    Perilaku konstitusi uji UCS Young modulus Spesifik fracture energi Toughness index

    Indeks kekuatan batuan Index kegetasan Point load index PLI Impact stregth index ISI O & K wedge test Hargroove grindability index

    Breaking characteristic Rock drilability Driliing rate index Drilability barre granite

    Sifat dinamik Kecepatan seismik lab

    Abrasivitas Schimazek factor Cerchar abrasivity index (CAI)

    Uji cuttability Core cuttability VARI

  • 7/21/2019 3. Sifat Fisik Dan Mekanik Batuan Utuh

    4/32

    Pemboran inti dan pemotongan contohbatuan di Laboratorium

    3.3 Sifat Fisik Batuan UtuhSifat fisik batuan yang ditentukan untuk

    kepentingan penelitain geoteknik : Bobot isi asli ( natural density ) Bobot isi kering ( dry density ) Bobot isi jenuh ( saturated density ) Berat jenis semu ( apparent specific density ) Berat jenis sejati ( true spesific gravity ) Kadar air asli ( natural water content ) Kadar air jenuh ( absorpsion ) Derajat kejernuhan Porositas (n) Void ratio (e)

  • 7/21/2019 3. Sifat Fisik Dan Mekanik Batuan Utuh

    5/32

    Peralatan untuk penentuan sifat fisikbatuan

    3.5.1 Penimbangan Berat Contoh1. Berat contoh asli (natural) : Wn2. Berat contoh kering : Wo3. Berat contoh jenuh : Ww 4. Berat contoh jenuh tergantung di dalam air :

    Ws5. Volume contoh tanpa pori pori : Wo Ws6. Volume contoh total : Ww - Ws

  • 7/21/2019 3. Sifat Fisik Dan Mekanik Batuan Utuh

    6/32

    3.5.2 Perhitungan Penentuan SifatFisik Batuan

    1. Bobot isi asli :

    2. Bobot isi kering :

    3. Bobot isi jenuh :

    4. Bobot jenis semu :

    5. Bobot jenis sejati :

    3.5.2 Perhitungan Penentuan SifatFisik Batuan

    6. Kadar air asli :

    x 100%

    7. Saturated water content :

    x 100%

    8. Derajat kejenuhan :

    x 100%

    9. Porositas (n) :

    x 100%10. Void ratio (e) :

  • 7/21/2019 3. Sifat Fisik Dan Mekanik Batuan Utuh

    7/32

    3.4 Kekerasan Material Kristal PadatDan Kekerasan Mineral

    Kekerasan mineral dapat dinyatakan dalam berbagai tipe seperti :

    Skala mohs kekerasan relatif mineral Sifat toughness kekerasan relatif mineral Knoop kekerasan indentantasi Vickers kekerasan indentantasi

    3.5 Penentuan Sifat Mekanik Batuan diLaboratorium

    I. Uji kuat tekan uniaksialII. Uji kuat tarik III. Uji triaksialIV. Uji kuat geser V. Uji cepat rambat gelombang ultrasonik

  • 7/21/2019 3. Sifat Fisik Dan Mekanik Batuan Utuh

    8/32

    1. TujuanTujuan utama uji ini adalah untuk klasifikasikekuatan dan karakteristik batuan utuh.

    I. Uji Kuat Tekan Uniaksial

    2. SyaratMenurut SRTM (1981), contoh batuan uji

    berbentuk silinder dengan L/D bervariasi dari 2,5

    3,0 dan sebaiknya diameter berukuran tidak kurang dari ukuran NX, 54 mm.

    Mesin kuat tekan

  • 7/21/2019 3. Sifat Fisik Dan Mekanik Batuan Utuh

    9/32

    Pengukuran perpindahan aksial

    Perubahan bentuk contoh batuan padauji kuat tekan (UCS)

  • 7/21/2019 3. Sifat Fisik Dan Mekanik Batuan Utuh

    10/32

    3. ProsesTahap ini menjelaskan tentang mekanisme pecahcontoh batuan uji berupa penyebaran tegangan yaitu searah dengan gaya yang dikenakan padacontoh tersebut.

    I. Uji Kuat Tekan Uniaksial

    Kurva tegangan regangan Kuat tekan uniaksial Modulus young Nisbah poisson Fraktur energi dan spesifik fraktur energi

    4. Hasil

    Susunan contoh batuan uji denganpelat baja penekan dan spherical seat

  • 7/21/2019 3. Sifat Fisik Dan Mekanik Batuan Utuh

    11/32

    Tipe pecah contoh batuan hasil ujikuat tekan uniaksial

    Kurva tegangan regangan uji kuattekan uniaksial

  • 7/21/2019 3. Sifat Fisik Dan Mekanik Batuan Utuh

    12/32

    Kurva lengkap tegangan regangan

    Uji kuat tarik tak langsung - Brazilian

    Menurut bieniawski (1967) dan Hawkes & Mellor (1971)serta ISRM (1981), kuat tarik suatu contoh batuan dapatdihitung dengan persamaan :

    t =Keterangan :

    t : kuat tarik (MPa)F : beban/gaya tarik yang menyebabkan contoh batuan

    hancurD : diameter contoh batuan (mm)t : ketebalan contoh batuan (mm)

    II. Uji Kuat Tarik

  • 7/21/2019 3. Sifat Fisik Dan Mekanik Batuan Utuh

    13/32

    Contoh batuan uji kuat tarik braziliandan susunan jig

    Uji kuat tarik langsungBeberapa metode pelaksanaan uji kuat tarik langsung : Sistem grip (Obert, Windes & Duval, 1946) Sistem lem (Fairhurst, 1961)

    II. Uji Kuat Tarik

  • 7/21/2019 3. Sifat Fisik Dan Mekanik Batuan Utuh

    14/32

    Uji kuat tarik langsung (sistem gripdan sistem lem)

    Parameter Andesit

    Lapuk Gamping

    A B

    Bobot isi (kN/m3) 0,024 0,025 0,027

    Porositas (%) 16,37 7,98 0,85

    Kuat tekan (MPa) 35,3 30,1 96,9

    Modulus elastisitas (GPa) 4,913 3,1 2,4

    Nisbah poisson 0,38 0,33 0,29

    Kuat tarik brazillian (MPa) 3,73 3,79 5,92

    Kuat tarik langsung rerata (MPa) - 4,54 8,13

    Kuat tarik langsung dog-bone 11 contoh (MPa) - 4,69 9,11

    Kuat tarik langsung silinder 12 contoh (MPa) 2,81 4,38 5,87

    c/t - Brazillian 9,5 7,9 16,4

    c/t RataRata 12,6 6,6 11,9

    c/t Silinder 12,6 6,9 16,5

    c/t Dog-Bone - 6,4 10,6

  • 7/21/2019 3. Sifat Fisik Dan Mekanik Batuan Utuh

    15/32

    Kuat tarik HoopPrinsip : teori silinder berdinding tebal yangmenunjukkan tekanan dari dalam lubang silinder berdinding tebal yang bersifat elastik akanmenyebabkan tegangan tangensial dan radial.

    II. Uji Kuat Tarik

    Peralatan dan susunan uji tarik Hoop

  • 7/21/2019 3. Sifat Fisik Dan Mekanik Batuan Utuh

    16/32

    Uji triaksialKriteria keruntuhan yang sering digunakan dalampengolahan data uji triaksial adalah kriteria MohrCoulomb dengan persamaan.

    = c + n tanParameter kekuatan batuannya : Kurva intrinsik Kuat geser Kohesi (C) Tegangan normal ( n) Sudut geser dalam ()

    III. Uji Triaksial

    Lubang permukaan kerja tambang batubarabawah tanah di Sawah Rasau IV Ombilin

  • 7/21/2019 3. Sifat Fisik Dan Mekanik Batuan Utuh

    17/32

    Sel Triaksial

    Sel triaksial von karman

  • 7/21/2019 3. Sifat Fisik Dan Mekanik Batuan Utuh

    18/32

    Sel triaksial tipe Hoek & Franklin (1968)

    Pengaruh dari hasil uji triaksialTerdapat beberapa pengaruh terhadap hasil ujitriaksial : Tekanan pemampatan Tekanan pori Temperatur Laju deformasi Bentuk dan dimensi contoh batuan Anisotropik

    III. Uji Triaksial

  • 7/21/2019 3. Sifat Fisik Dan Mekanik Batuan Utuh

    19/32

    Pengaruh tekanan pemampatanterhadap kurva tegangan regangan

    Pengaruh tekanan pori terhadap kurvategangan regangan (pasir & gamping)

  • 7/21/2019 3. Sifat Fisik Dan Mekanik Batuan Utuh

    20/32

    Tipe deformasi batuan pada hasil ujitriaksialGriggs & Handin (1960) menjelaskan deformasimakroskopik yang dialami batuan pada tekananpemampatan yang tinggi dalam uji triaksial.Tipe 1. deformasi getas berupa splittingTipe 2. deformasi getas berupa belahan berbentuk

    kerucut

    Tipe 3. transisi dari getas ke duktil

    III. Uji Triaksial

    Contoh batu pasir merah hasil uji triaksial,homogeneus shear & local shear

  • 7/21/2019 3. Sifat Fisik Dan Mekanik Batuan Utuh

    21/32

    Diagram skematik berbagai tipe deformasibatuan pada pengujian triaksial

    Uji Triaksial KonvensionalMenurut Hoek (2000), untuk menentukan sifatmekanik batuan melalui uji triaksial konvensionaldiperlukan sekurang-kurangnya lima contoh batuan

    III. Uji Triaksial

  • 7/21/2019 3. Sifat Fisik Dan Mekanik Batuan Utuh

    22/32

    Tahapan prosedur uji triaksial metodekonvensional

    Uji triaksial multitahapUji ini merupakan variasi uji triaksial yangmenghasilkan sifat mekanik batuan dengantekanan pemampatan berbeda dan hanya 1contoh. Uji triaksial multitahap oleh Kovari & Tisa

    (1975) Uji triaksial multitahap oleh Wylie & Crawford

    (1987) Uji triaksial multitahap oleh Pagoulatos (2004)

    III. Uji Triaksial

  • 7/21/2019 3. Sifat Fisik Dan Mekanik Batuan Utuh

    23/32

    Uji triaksial metode multitahap

    Skematik alat uji triaksial dengankecepatan rambat gelombang ultrasonik

  • 7/21/2019 3. Sifat Fisik Dan Mekanik Batuan Utuh

    24/32

    Foto pecahnya batuan hasil ujitriaksial multitahap

    Uji kuat geserFaktor faktor yang mempengaruhi kuat geser

    batuan : Faktor intrinsik : kohesi dan sudut geser dalam Faktor ekstrinsik : tegangan normal, keberadaan

    dan tekanan air, mineralogi dan ukuran butiran,

    kekasaran permukaan geser, banyaknya bidangdiskontinu, keberadaan material pengisi padarekahan, laju pembebanan geser, tingkatkerusakan dan ukuran contoh.

    IV. Uji Kuat Geser

  • 7/21/2019 3. Sifat Fisik Dan Mekanik Batuan Utuh

    25/32

    Mekanisme uji geser langsung dan alatuji geser langsung

    Uji Cepat Rambat GelombangUltrasonik

    Ada beberapa gelombang yang berkaitan denganuji ini yaitu : Gelombang longitudinal Gelombang tranversal Gelombang permukaan Gelombang ultrasonik

    V. Uji Cepat Rambat Gelombang Ultrasonik

  • 7/21/2019 3. Sifat Fisik Dan Mekanik Batuan Utuh

    26/32

    Diagram cara pengukuran gelombangultrasonik pada PUNDIT

    3.6 Penentuan Sifat Mekanik Batuan diLabooratorium Menurut Uji Indeks

    1. Point Load Index (PLI) : uji index untuk memprediksi nilai UCS secara tidak langsung.

    2. Impact Strength Index (ISI) : penghancurancontoh batuan yang ditempatkan pada ISIdengan menjatuhkan piston 20x.

    3. Block Punch Index (BPI) : alternatif baru ujiindex untuk nilai kuat tekan batuan

    4. Schmidt hammer : menguji tingkat kekerasandari batuan/beton.

  • 7/21/2019 3. Sifat Fisik Dan Mekanik Batuan Utuh

    27/32

    Alat point load index

    Alat uji impact streght index

  • 7/21/2019 3. Sifat Fisik Dan Mekanik Batuan Utuh

    28/32

    Alat uji block punch index

    Uji schmidt hammer

  • 7/21/2019 3. Sifat Fisik Dan Mekanik Batuan Utuh

    29/32

    3.7 Penentuan Sifat Mekanik MassaBatuan Insitu 3D

    1. Penentuan sifat mekanik batuan insitu2. Karakteristik mekanik massa batuan

    Uji beban batuan rock loading test/jacking test Uji deformabilitas dengan Goodman Jack Uji geser insitu Uji triaksial in-situ

    1. Penentuan sifat mekanik batuaninsituDilakukan uji in-situ untuk menentukan sifat

    mekanik batuan yang lebih menguntungkandibandingkan dengan uji di laboratorium karenamenyangkut volume batuan yang besar sehinggahasilnya lebih representatif dan lebih

    menggambarkan keadaan massa batuan yangsebenarnya.

  • 7/21/2019 3. Sifat Fisik Dan Mekanik Batuan Utuh

    30/32

    Berbagai bentuk runtuhan bawahtanah

    Penetapan titik pemantauan convergence danextensometer pada dinding terowongan

  • 7/21/2019 3. Sifat Fisik Dan Mekanik Batuan Utuh

    31/32

    2. Karakteristik mekanik massa batuan

    Hal ini ditentukan oleh sifat deformabilitas yangdiinterpretasikan oleh modulus yang menjelaskanhubungan antara beban dengan deformasi yangdihasilkan.

    Peralatan uji beban batuan dengan 2ektensometer

  • 7/21/2019 3. Sifat Fisik Dan Mekanik Batuan Utuh

    32/32

    Peralatan uji beban batuan