SIFAT FISIK DAN MEKANIK BATUAN UTUH

Transkripsi

1 SIFAT FISIK DAN MEKANIK BATUAN UTUH YULIADI, S.T.,M.T 3.1 Proses Penyelidikan Geoteknkik Proses perancangan sebuah tambang terbuka dan tambang bawah tanah biasanya mengikuti tahapan berikut : Pengeboran inti di lapangan Penyelidikan detail terhadap conto Pengujian geoteknik (optional) Perancangan dengan hasil berupa model, misalnya untuk tambang bawah tanah 1

2 Proses perancangan dan penyelidikan geoteknik Kualitas conto inti batuan adalah kunci awal keberhasilan proses penyelidikan geoteknik. Conto batuan harus diperoleh tanpa mengubah karakteristik aslinya. Jika dijumpai conto dalam kondisi sangat buruk, maka kehati-hatian dalam menganalisa perlu dilakukan. 2

3 3.2 Preparasi Contoh Batuan Utuh Contoh batuan utuh dari lapangan dapat berupa : Bongkah (permukaan) Preparasi dilakukan dengan pemotongan bongkah dengan alat potong untuk geometri dan dimensi 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 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 Sifat dinamik Kecepatan seismik lab Uji dynamic rebound Shore sclrescope Schmidt rebound hammer Modified schmidt hammer Breaking characteristic Rock drilability Driliing rate index Drilability barre granite Abrasivitas Schimazek factor Cerchar abrasivity index (CAI) Uji cuttability Core cuttability VARI 3

4 Pemboran inti dan pemotongan contoh batuan di Laboratorium 3.3 Sifat Fisik Batuan Utuh Sifat fisik batuan yang ditentukan untuk kepentingan penelitain geoteknik : Bobot isi asli (natural density) Bobot isi kering (drydensity) Bobot isi jenuh (saturateddensity) 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) 4

5 Peralatan untuk penentuan sifat fisik batuan Penimbangan Berat Contoh 1. Berat contoh asli (natural) : Wn 2. Berat contoh kering : Wo 3. Berat contoh jenuh : Ww 4. Berat contoh jenuh tergantung di dalam air : Ws 5. Volume contoh tanpa pori pori : Wo Ws 6. Volume contoh total : Ww - Ws 5

6 3.5.2 Perhitungan Penentuan Sifat Fisik Batuan 1. Bobot isi asli : 2. Bobot isi kering : 3. Bobot isi jenuh : 4. Bobot jenis semu : 5. Bobot jenis sejati : Perhitungan Penentuan Sifat Fisik Batuan 6. Kadar air asli : 7. Saturated water content : x 100% 8. Derajat kejenuhan : x 100% 9. Porositas (n) : x 100% 10. Void ratio (e) : x 100% 6

7 3.4 Kekerasan Material Kristal Padat Dan 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 di Laboratorium I. Uji kuat tekan uniaksial II. Uji kuat tarik III.Uji triaksial IV. Uji kuat geser V. Uji cepat rambat gelombang ultrasonik 7

8 I. Uji Kuat Tekan Uniaksial 1. Tujuan Tujuan utama uji ini adalah untuk klasifikasi kekuatan dan karakteristik batuan utuh. 2. Syarat Menurut 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 8

9 Pengukuran perpindahan aksial Perubahan bentuk contoh batuan pada uji kuat tekan (UCS) 9

10 I. Uji Kuat Tekan Uniaksial 3. Proses Tahap ini menjelaskan tentang mekanisme pecah contoh batuan uji berupa penyebaran tegangan yaitu searah dengan gaya yang dikenakan pada contoh tersebut. 4. Hasil Kurva tegangan regangan Kuat tekan uniaksial Modulus young Nisbah poisson Fraktur energi dan spesifik fraktur energi Susunan contoh batuan uji dengan pelat baja penekan dan spherical seat 10

11 Tipe pecah contoh batuan hasil uji kuat tekan uniaksial Kurva tegangan regangan uji kuat tekan uniaksial 11

12 Kurva lengkap tegangan regangan II. Uji Kuat Tarik Uji kuat tarik tak langsung - Brazilian Menurut bieniawski (1967) dan Hawkes & Mellor (1971) serta ISRM (1981), kuat tarik suatu contoh batuan dapat dihitung dengan persamaan : σt = Keterangan : σt : kuat tarik (MPa) F : beban/gaya tarik yang menyebabkan contoh batuan hancur D : diameter contoh batuan (mm) t : ketebalan contoh batuan (mm) 12

13 Contoh batuan uji kuat tarik brazilian dan susunan jig II. Uji Kuat Tarik Uji kuat tarik langsung Beberapa metode pelaksanaan uji kuat tarik langsung : Sistem grip (Obert, Windes & Duval, 1946) Sistem lem (Fairhurst, 1961) 13

14 Uji kuat tarik langsung (sistem grip dan sistem lem) Parameter Andesit Lapuk Gamping 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 σc/σt - Brazillian 9,5 7,9 16,4 σc/σt Rata Rata 12,6 6,6 11,9 σc/σt Silinder 12,6 6,9 16,5 σc/σt Dog-Bone - 6,4 10,6 A B 14

15 II. Uji Kuat Tarik Kuat tarik Hoop Prinsip : teori silinder berdinding tebal yang menunjukkan tekanan dari dalam lubang silinder berdinding tebal yang bersifat elastik akan menyebabkan tegangan tangensial dan radial. Peralatan dan susunan uji tarik Hoop 15

16 III. Uji Triaksial Uji triaksial Kriteria keruntuhan yang sering digunakan dalam pengolahan data uji triaksial adalah kriteria Mohr Coulomb dengan persamaan. Τ = c + σn tanφ Parameter kekuatan batuannya : Kurva intrinsik Kuat geser Kohesi (C) Tegangan normal (σn) Sudut geser dalam (Φ) Lubang permukaan kerja tambang batubara bawah tanah di Sawah Rasau IV Ombilin 16

17 Sel Triaksial Sel triaksial von karman 17

18 Sel triaksial tipe Hoek & Franklin (1968) III. Uji Triaksial Pengaruh dari hasil uji triaksial Terdapat beberapa pengaruh terhadap hasil uji triaksial : Tekanan pemampatan Tekanan pori Temperatur Laju deformasi Bentuk dan dimensi contoh batuan Anisotropik 18

19 Pengaruh tekanan pemampatan terhadap kurva tegangan regangan Pengaruh tekanan pori terhadap kurva tegangan regangan (pasir & gamping) 19

20 III. Uji Triaksial Tipe deformasi batuan pada hasil uji triaksial Griggs & Handin (1960) menjelaskan deformasi makroskopik yang dialami batuan pada tekanan pemampatan yang tinggi dalam uji triaksial. Tipe 1. deformasi getas berupa splitting Tipe 2. deformasi getas berupa belahan berbentuk kerucut Tipe 3. transisi dari getas ke duktil Contoh batu pasir merah hasil uji triaksial, homogeneus shear & local shear 20

21 Diagram skematik berbagai tipe deformasi batuan pada pengujian triaksial III. Uji Triaksial Uji Triaksial Konvensional Menurut Hoek (2000), untuk menentukan sifat mekanik batuan melalui uji triaksial konvensional diperlukan sekurang-kurangnya lima contoh batuan 21

22 Tahapan prosedur uji triaksial metode konvensional III. Uji Triaksial Uji triaksial multitahap Uji ini merupakan variasi uji triaksial yang menghasilkan sifat mekanik batuan dengan tekanan pemampatan berbeda dan hanya 1 contoh. Uji triaksial multitahap oleh Kovari & Tisa (1975) Uji triaksial multitahap oleh Wylie & Crawford (1987) Uji triaksial multitahap oleh Pagoulatos (2004) 22

23 Uji triaksial metode multitahap Skematik alat uji triaksial dengan kecepatan rambat gelombang ultrasonik 23

24 Foto pecahnya batuan hasil uji triaksial multitahap IV. Uji Kuat Geser Uji kuat geser Faktor 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 bidang diskontinu, keberadaan material pengisi pada rekahan, laju pembebanan geser, tingkat kerusakan dan ukuran contoh. 24

25 Mekanisme uji geser langsung dan alat uji geser langsung V. Uji Cepat Rambat Gelombang Ultrasonik Uji Cepat Rambat Gelombang Ultrasonik Ada beberapa gelombang yang berkaitan dengan uji ini yaitu : Gelombang longitudinal Gelombang tranversal Gelombang permukaan Gelombang ultrasonik 25

26 Diagram cara pengukuran gelombang ultrasonik pada PUNDIT 3.6 Penentuan Sifat Mekanik Batuan di Labooratorium Menurut Uji Indeks 1. Point Load Index (PLI) : uji index untuk memprediksi nilai UCS secara tidak langsung. 2. Impact Strength Index (ISI) : penghancuran contoh batuan yang ditempatkan pada ISI dengan menjatuhkan piston 20x. 3. Block Punch Index (BPI) : alternatif baru uji index untuk nilai kuat tekan batuan 4. Schmidt hammer : menguji tingkat kekerasan dari batuan/beton. 26

27 Alat point load index Alat uji impact streght index 27

28 Alat uji block punch index Uji schmidt hammer 28

29 3.7 Penentuan Sifat Mekanik Massa Batuan Insitu 3D 1. Penentuan sifat mekanik batuan insitu 2. 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 batuan insitu Dilakukan uji in-situ untuk menentukan sifat mekanik batuan yang lebih menguntungkan dibandingkan dengan uji di laboratorium karena menyangkut volume batuan yang besar sehingga hasilnya lebih representatif dan lebih menggambarkan keadaan massa batuan yang sebenarnya. 29

30 Berbagai bentuk runtuhan bawah tanah Penetapan titik pemantauan convergence dan extensometer pada dinding terowongan 30

31 2. Karakteristik mekanik massa batuan Hal ini ditentukan oleh sifat deformabilitas yang diinterpretasikan oleh modulus yang menjelaskan hubungan antara beban dengan deformasi yang dihasilkan. Peralatan uji beban batuan dengan 2 ektensometer 31

32 Peralatan uji beban batuan 32