EVALUASI UJI TRIAKSIAL MULTITAHAP TERHADAP UJI TRIAKSIAL KONVENSIONAL PADA BATU ANDESIT

Transkripsi

1 EVALUASI UJI TRIAKSIAL MULTITAHAP TERHADAP UJI TRIAKSIAL KONVENSIONAL PADA BATU ANDESIT TUGAS AKHIR Disusun sebagai syarat untuk meraih gelar Sarjana Teknik Pertambangan Oleh: Eeng Vananda PROGRAM STUDI TEKNIK PERTAMBANGAN FAKULTAS TEKNIK PERTAMBANGAN DAN PERMINYAKAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008

2 LEMBAR PENGESAHAN EVALUASI UJI TRIAKSIAL METODE MULTITAHAP TERHADAP METODE KONVENSIONAL PADA BATU ANDESIT TUGAS AKHIR Bandung, Juli 2008 di setujui untuk Program Studi Teknik Pertambangan Oleh : Pembimbing Eeng Vananda Dr. Ir. Suseno Kramadibrata, M.Sc NIM : NIP :

3 Dan Kami jadikan malam dan siang sebagai dua tanda, lalu Kami hapuskan tanda malam dan Kami jadikan tanda siang itu terang, agar kamu mencari kurnia dari Tuhanmu, dan supaya kamu mengetahui bilangan tahun-tahun dan perhitungan. Dan segala sesuatu telah Kami terangkan dengan jelas (Al Israa :17) Limitation live only in our minds (Jamie Paolinetti) Kupersembahkan untuk mama, papa dan adik-adikku tercinta

4 EVALUASI UJI TRIAKSIAL METODE MULTITAHAP TERHADAP METODE KONVENSIONAL PADA BATU ANSDESIT ABSTRAK Mekanika batuan merupakan salah satu cabang disiplin ilmu geomekanik, yang mempelajari sifat-sifat mekanik batuan dan massa batuan. Hal ini menyebabkan mekanika batuan memiliki peran yang dominan dalam operasi penambangan, seperti pekerjaan penerowongan, pemboran, penggalian, peledakan dan pekerjaan lainnya. Salah satu bentuk pengujian untuk mengetahui sifat mekanik suatu batuan uji triaksial konvensional. Namun untuk melakukan uji triaksial konvensional dibutuhkan jumlah contoh batuan yang tidak sedikit. Sehingga memerlukan biaya yang cukup besar dan waktu yang cukup lama dalam mempersiapkannya. Beberapa ilmuwan mengusulkan pengujian triaksial multitahap untuk memecahkan masalah uji triaksial konvensional (Kovari & Tisa, 1975; Kim & Ko, 1979; Crawford & Wylie, 1987; dan Pagoulatos, 2004). Berbeda dengan uji triaksial konvensional, pengujian triaksial multitahap hanya memerlukan satu contoh batuan, sehingga biaya dan waktu yang dikeluarkan lebih sedikit. Pada penelitian ini, batu andesit diuji dengan triaksial metode konvensional dan multitahap. Evaluasi kedua metode tersebut berdasarkan kriteria keruntuhan Mohr-Coulomb, Bieniawski I dan II, dan Hoek-Brown menunjukan terjadinya penurunan kekuatan batuan pada triaksial metode multitahap. Namun secara umum menunjukkan metode triaksial multitahap dapat dijadikan suatu metode yang efisien pengganti triaksial metode konvensional untuk menentukan kekuatan batuan andesit. i

5 MULTISTAGE TRIAXIAL AND CONVENTIONAL METHOD EVALUATION IN ANDESITE ABSTRACT Rock mechanic is one of geomechanic disciplines studying the characteristic of intact rocks and rock masses. Rock mechanics play a big role in mining operation, such as tunneling, drilling, excavating, blasting and others. One of rock mechanic testing for discovering the mechanical properties of intact rocks is conventional triaxial method. Yet, it will need a number of samples which is not enjoyed when dealing with core recovered from costs, and time. Several experts on rock mechanics propose multistage triaxial to solve conventional triaxial problems (Kovari & Tisa, 1975; Kim & Ko, 1979; Crawfoed & Wylie, 1987; and Pagaolatos, 2004). The difference between conventional triaxial to multistage triaxial only requires a single sample. So, it needs lower cost and shorter time than conventional triaxial.in this research, plugs of andesite were tested using both conventional and multistage triaxial testing methods. The evaluation of both methods is based on Mohr-Coulomb, Bieniawski I and II, and Hoek Brown failure criterion that shows decreasing rock strength in multistage triaxial method. In general, multistage triaxial can become an effisient method to replace conventional method to determine andesite strength. ii

6 KATA PENGANTAR Bismillaahir Rahmaanir Rahiim, Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah Subhanahu Wata ala, yang senantiasa memberikan segala rahmat dan hidayah-nya sehingga penulis bisa menyelesaikan penelitian Tugas Akhir ini. Tak lupa pula shalawat dan salam kepada Nabi Muhammad SAW yang telah mengajarkan umat manusia untuk mengenal fitrahnya sebagai makhluk Allah. Laporan Tugas Akhir ini berjudul Evaluasi Uji Triaksial Metode Multitahap terhadap Metode Konvensional pada Batu Andesit. Tulisan ini disusun berdasarkan penelitian yang dilakukan di Laboratorium Geomekanika dan Peralatan Tambang, Program Studi Teknik Pertambangan, Fakultas Teknik Pertambangan dan Perminyakan ITB, yang berlangsung dari bulan Januari 2008 sampai bulan April Penyusunan tulisan ini adalah untuk melengkapi salah satu syarat memproleh gelar Sarjana Teknik Pertambangan di Institut Teknologi Bandung. Penulis sangat sadar tanpa bantuan berbagai pihak, Tugas Akhir ini tidak mungkin diselesaikan dengan baik. Untuk itu, pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Dr. Ir. Suseno Kramadibrata, sebagai Kepala Laboratorium Geomekanika, Program Studi Teknik Pertambangan ITB dan selaku pembimbing atas bimbingan, kesabaran dan dorongan semangat kepada penulis. 2. Dr. Ir. Ridho Kresna Wattimena, sebagai Ketua Program Studi Teknik Pertambangan ITB dan dosen wali yang selalu membantu dalam proses akademik penulis. iii

7 3. Dr. Ir. Ganda Marihot Simangunsong dan Dr. Ir. Nurhindro Priagung Widodo, selaku dosen Program Studi Teknik Pertambangan ITB yang selalu membantu penulis dengan saran-saran dan dukungan moralnya. 4. Simon Heru Prassetyo S.T dan Ardian Rosadi Boediman S.T yang dengan tulus berbagi pengalaman dan ilmu tentang penelitian Multitahap sebelumnya. 5. Pak Sudibyo dan Kang Iwan, selaku teknisi Laboratorium Geomekanika dan Peralatan Tambang Program Studi Teknik Pertambangan ITB yang selalu dengan penuh semangat membantu penulis menyelesaikan seluruh pengujian yang berkaitan dengan penyusunan tugas akhir ini. 6. Seluruh dosen dan staf Tata Usaha di program studi Teknik Pertambangan yang telah memberikan ilmu dan membantu proses belajar penulis selama ini. 7. Teman-teman di Laboratorium Geomekanika dan Peralatan Tambang Program Studi Teknik Pertambangan ITB, Yudhi, Bram, Peter, Mas Udin, Arief, Riandi, Pras, Kornel, Pak Singgih dan Pak Parman. 8. Teman-teman mahasiswa Program Studi Teknik Pertambangan ITB angkatan 2003 yang selalu memberikan rasa kekeluargaan, kehangatan persahabatan dan kebersamaan mulai dari pertemuan pertama, Agustus 2003, sampai sekarang. Go...Fight...Win!!! Mari kita majukan pertambangan Indonesia. 9. Teman-teman Unit Kesenian Minangkabau angkatan Khususnya Rinal, Ajo, Edo, dan Naldo sebagai teman seperjuangan. Mari bangun Ranah kito!!!. 10. Teman-teman penulis yang selalu memberikan dukungan semangat : (Alm) Anton, Al, da Ryan, da Rio, ni Evil, ni Indri, Gina, Nye-nye, Ika, Oky, Budi. 11. Teman teman di rumah H, Asrama Kidang Pananjung yang telah bersedia berbagi inspirasi dengan penulis. 12. Dan semua pihak yang tidak dapat disebut satu-persatu yang telah membantu penulis dalam penerjaan Tugas Akhir ini. iv

8 Penulis sadar tidak ada manusia yang sempurna, sehingga penulis dalam mengerjakan tugas akhir ini juga tidak luput kekurangan. Oleh karena itu penulis sangat berterimakasih dan menerima saran dan kritik yang diberikan untuk menuju hasil yang lebih baik dan bermanfaat. Akhir kata, Penulis mengucapkan terimakasih atas semuanya. Semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi setiap yang membaca. Bandung, Juni 2008 Eeng Vananda v

9 DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK i KATA PENGANTAR ii DAFTAR ISI vi DAFTAR GAMBAR ix DAFTAR TABEL xi BAB I. PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah Batasan Penelitian Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Metodologi Penelitian Diagram Alir Penelitian 5 II. TINJAUAN PUSTAKA Batuan Andesit Karakterisitik Mekanik Batuan Uji kuat tekan Uniaksial (UCS) Uji kuat tarik Uji kuat kecepatan rambat gelombang ultrasonik Uji Triaksial Faktor-faktor yang mempengaruhi uji triaksial Tipe deformasi batuan pada uji triaksial Uji triaksial konvensional Uji triaksial multitahap Kriteria Keruntuhan Batuan Kriteria keruntuhan teoritis Kriteria keruntuhan empiris 35 vi

10 III. METODE PENGUJIAN Preparasi Contoh Batuan Pemboran inti Pemotongan contoh batuan Penghalusan dan perataan permukaan Uji Sifat Fisik Uji Ultrasonik Uji Kuat Tekan Uniaksial Peralatan yang digunakan Prosedur pengujian Uji Kuat Tarik Tak Langsung Prosedur pengujian Uji Triaksial Peralatan yang digunakan Uji triaksial konvensional Uji triaksial multitahap 46 IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Uji Sifat Fisik Uji kecepatan rambat gelombang ultrasonik Uji Kuat Tekan Uniaksial Uji Kuat Tarik Tak Langsung (Brazilian test) Uji Triaksial Hasil Uji Triaksial Metode Konvensional dan Multitahap Pengaruh Tekanan Pemampatan (σ 3 ) Terhadap Perilaku Batuan dan Modulus Young Kriteria Keruntuhan Kriteria Keruntuhan Teoritis Mohr-Coulomb Kriteria Keruntuhan Empiris Bieniawski Kriteria Keruntuhan Empiris Hoek-Brown 75 vii

11 IV. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran 84 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN viii

12 DAFTAR GAMBAR Gambar Halaman 1.1 Diagram alir penelitian Metode perhitungan modulus young Tipe hancuran batuan pada kuat tekan uniaksial Uji Brazilian Aparatus uji triaksial Von Karman, Pengaruh tekanan pemampatan terhadap kurva tegangan-regangan pada batuan Carrara marble oleh Von Karman, Pengaruh tekanan pori terhadap kurva tegangan-regangan pada batu sandstone oleh Schwartz, Pengaruh temperatur terhadap kurva tegangan diferensial-regangan aksial batuan granit pada tekanan pemampatan 500 MPa oleh Griggs, Pengaruh laju deformasi terhadap kurva kuat tekan-tekanan pemampatan pada batuan Westerly granite oleh Logan dan Handin, Diagram skematik berbagai tipe deformasi batuan pada pengujian triaksial oleh Griggs dan Handin, Triaksial multitahap pada batupasir Buchberg oleh Kovari dan Tisa, Metode Strain Controlled Test oleh Kovari & Tisa, Hasil uji triaksial konvensional (S.S) dan triaksial multitahap (M.S) pada batuan Lyons sandstone oleh Kim & Ko, Perbandingan hasil uji triaksial metode multitahap dan konvensional oleh Crawford & Wylie, Deflection point pada Grafik Tegangan-Regangan pada Berea sandstone Selubung kekuatan Mohr Kriteria Keruntuhan Coulomb 34 ix

13 2.17 Kriteria Mohr-Coulomb Peralatan Uji Sifat Fisik Mesin Tekan Control seri CAT C 25/B Skematik penempatan contoh uji kuat tekan uniaksial Sel Triaksial Laboratorium Geomekanika Tambang ITB Bentuk pecah contoh batu hasil uji kuat tekan uniaksial Bentuk pecah contoh batu hasil uji Brazilian yang searah dengan sumbu pembebanan Kurva tegangan regangan triaksial konvensional Bentuk pecah contoh batu hasil uji triaksial Kurva Tegangan-Regangan TX MS I Kurva Tegangan-Regangan TX MS II Kurva regresi pengaruh tekanan pemampatan (σ 3 ) terhadap modulus Young (E) pada uji triaksial konvensional dan multitahap Kurva tegangan geser (τ 3 ) - tegangan geser (σ 3 ) variasi IV Kurva tegangan geser (τ 3 ) - tegangan geser (σ 3 ) uji triaksial Multitahap II Kurva tegangan utama uji triaksial konvensional dan multitahap berdasarkan kriteria Mohr-Coulomb Kurva tegangan geser-tegangan normal uji triaksial konvensional dan multitahap berdasarkan kriteria Mohr-Coulomb Interpretasi kekuatan batuan hasil pengujian triaksial konvensional dan multitahap berdasarkan kriteria keruntuhan Bieniawski I Interpretasi kekuatan batuan hasil pengujian triaksial konvensional dan multitahap berdasarkan kriteria Hoek-Brown 81 x

14 DAFTAR TABEL Tabel Halaman 2.1 Batuan Beku Perbandingan hasil uji triaksial konvensional dan triaksial multitahap Penelitian Kim & Ko, Hasil Uji Konvensional dan Multitahap pada batupasir Berea Hasil Uji Konvensional dan Multitahap pada batupasir oleh Boediaman (2007) dan Prassetyo (2008) Kriteria keruntuhan empiris Bieniawski untuk beberapa jenis batuan Nilai Konstanta A Nilai konstanta m untuk beberapa jenis batuan Hasil uji sifat fisik batuan Hasil Uji Ultrasonik Hasil Uji Kuat Tekan Uniaksial (UCS) Hasil Uji Kuat Tarik Tak Langsung (Brazilian test) Hasil Uji Triaksial Konvensional Hasil Uji Triaksial Multitahap Variasi Uji Triaksial Multitahap Rekapitulasi Uji Triaksial Konvensional berdasarkan kriteria Mohr-Coulomb Rekapitulasi Uji Triaksial Multitahap berdasarkan kriteria Mohr-Coulomb Nilai sifat mekanik rata-rata Uji Triaksial Konvensional dan Multitahap berdasarkan kriteria Mohr-Coulomb Rekapitulasi hasil Uji Triaksial Konvensional dan Multitahap berdasarkan kriteria Mohr-Coulomb penelitian Boediman (2007) dan Prassetyo (2008) xi

15 pada batu pasir Selang tingkat kepercayaan Rekapitulasi hasil uji triaksial konvensional berdasarkan kriteria Bieniawski Rekapitulasi hasil uji triaksial multitahap berdasarkan kriteria Bieniawski Nilai sifat mekanik rata-rata Uji Triaksial Konvensional dan Multitahap berdasarkan kriteria Bieniawski I dan II Rekapitulasi hasil Uji Triaksial Konvensional dan Multitahap berdasarkan kriteria Bieniawski I pada batu pasir Rekapitulasi uji triaksial konvensional berdasarkan kriteria Hoek-Brown Rekapitulasi uji triaksial multitahap berdasarkan kriteria Hoek-Brown Nilai sifat mekanik rata-rata Uji Triaksial Konvensional dan Multitahap berdasarkan kriteria Hoek-Brown Rekapitulasi hasil Uji Triaksial Konvensional dan Multitahap berdasarkan kriteria Hoek-Brown penelitian Boediman (2007) dan Prassetyo (2008) pada batu pasir Persamaan kekuatan batu andesit berdasarkan kriteria keruntuhan Mohr-Coulomb, Bieniawski dan Hoek-Brown Rekapitulasi hasil pengujian batu andesit 82 xii