BAB III METODE PENGUJIAN Pengujian dilaksanakan seluruhnya di Laboratorium Geomekanika, Program Studi Teknik Pertambangan-ITB. Pengujian meliputi preparasi contoh batuan, uji sifat fisik, uji ultrasonik, uji kuat tekan uniaksial, uji kuat tarik tak langsung (brazilian), uji triaksil (metode konvensional dan multitahap). 3.1 PREPARASI CONTOH BATUAN Preparasi contoh batuan meliputi pemotongan contoh batuan inti dan penghalusan contoh batuan hasil potongan. 3.1.1 Pemboran Inti Contoh batuan inti diperoleh dari hasil pemboran bongkah dengan menggunakan mesin bor skala laboratorium. Diameter contoh batuan yang dihasilkan sekitar 45 mm. 3.1.2 Pemotongan Contoh Batuan Contoh batuan hasil pemboran inti selanjutnya dipotong menggunakan mesin gergaji potong intan. Pemotongan ini harus memperhatikan aspek perbandingan tinggi terhadap diameter contoh batuan inti (l/d), yaitu : 1. Uji kuat tekan uniaksial (UCS) : 2,0 < l/d <2,5 2. Uji triaksial : 2,0 < l/d <2,5 3. Uji kuat tarik tak lansung (Brazilian) : 0,5 < l/d <0,6 38
3.1.2 Penghalusan dan Perataan Permukaan Permukaan kontak contoh batuan kemudian diratakan dan dihaluskan secara manual yaitu mempergunakan ampelas. Contoh batuan yang sudah diampelas diperiksa menggunakan alat uji squareness yang memiliki ketelitian 0,01 mm. Ketidakrataan permukaan kontak contoh batuan hasil uji ini harus berada pada selang ± 0,1 mm. Penghalusan dan pemerataan contoh batuan ini dilakukan agar tegangan saat penekanan tersebar secara meratatersebar merata pada. Permukaan contoh batuan yang tidak merata sempurna akan menyebabkan pengurangan kekuatan batuan karena tegangan akan terkonsentrasi pada bagian tidak sempurna. 3.2 UJI SIFAT FISIK Uji sifat fisik dilakukan untuk mendapatkan sifat-sifat fisik batuan, yaitu bobot isi asli (natural density), bobot isi kering (dry density), bobot isi jenuh (saturated density), kandungan air asli (natural water content), derajat kejenuhan (degree of saturation), porositas dan angka pori (void ratio). Informasi yang didapat berguna sebagai petunjuk terhadap sifat mekanik batuan yang diuji. Prosedur yang dilakukan untuk memperoleh data sifat fisik batuan adalah sebagai berikut : 1. Penimbangan contoh batuan natural 2. Penjenuhan contoh batuan menggunakan desikator selama 24 jam. 3. Penimbangan contoh batuan jenuh 4. Penimbangan contoh batuan jenuh tergantung dalam air. Untuk prosedur 3 dan 4 dilaksanakan setelah contoh batuan dijenuhkan dalam desikator selama 24 jam. 5. Pengeringan contoh batuan jenuh di dalam oven selama 24 jam pada suhu 90 o C. 6. Penimbangan contoh batuan kering. 39
Gambar 3.1 Peralatan Uji Sifat Fisik 3.3 UJI ULTRASONIK Pengujian ini menggunakan alat uji bernama Portable Unit Non-destructive Digital Indicated Tester (PUNDIT) dengan satuan mikrodetik (μs). Uji ini dilakukan untuk mendapatkan nilai cepat rambat gelombang ultrasonik primer (v p ). Pada penelitian ini, uji ultrasonik dilakukan pada contoh batuan sebelum pengujian kuat tekan uniaksial, triaksial, dan kuat tarik tak langsung. 3.4 UJI KUAT TEKAN UNIAKSIAL 3.4.1 Peralatan yang Digunakan Peralatan yang digunakan dalam uji kuat tekan uniaksial adalah sebagai berikut: 1. Mesin tekan Controls seri 85060715 CAT C 25/B Mesin tekan ini memiliki kapasitas masimum 1300 kn dengan silinder hidrolik yang dipasang pada bagian bawah rangka besi. 2. Dial gauge Alat ini gunakan untuk mengukur deformasi aksial dan deformasi lateral yang dialami contoh batuan selama penekanan. 3. Stopwatch Stopwatch berguna untuk mencatat lamanya waktu pembebanan contoh batuan sehingga kita dapat menghitung laju pembebanan yang dilakukan. 40
Gambar 3.2 Mesin Tekan Control seri 85060715 CAT C 25/B 3.4.1 Prosedur Pengujian 1. Contoh batu diletakkan di tengah-tengah pelat tekan. 2. Tiga buah dial gauge dipasang untuk mengukur deformasi selama pembebanan. Satu buah dial gauge digunakan untuk mengukur deformasi aksial, sedangkan dua buah lainnya dipergunakan untuk mengukur deformasi lateral. 3. Pompa dihidupkan, oli bertekanan tinggi akan masuk ke dalam silinder sehingga piston dalam silinder akan bergerak ke atas. Gambar 3.3 Skematik penempatan contoh uji kuat tekan uniaksial 41
4. Atur ketiga dial gauge pada posisi nol, setelah contoh batu bersentuhan dengan pelat tekan atas. 5. Perhatikan jarum hitam alat pengukur gaya. Bila jarum hitam mulai bergerak meninggalkan titik nol, stopwatch dihidupkan. 6. Catat deformasi aksial dan deformasi lateral jarum hitam alat pengukur gaya tepat berada gaya-gaya tertentu. 7. Hentikan mesin pengalir oli pada saat contoh batu pecah yang ditandai oleh jarum hitam yang bergerak kembali menuju ke titik nol. Pada saat bersamaan matikan stopwatch lalu catat deformasi aksial dan gaya maksimum yang bisa dicapai contoh batuan. 8. Pengujian selesai untuk satu contoh batu. 3.5 UJI KUAT TARIK TAK LANGSUNG Uji kuat tarik tak langsung (Brazilian test) menggunakan peralatan yang tidak sama dengan uji kuat tekan uniaksial. Hal ini disebabkan karena kuat tekan yang diperolehkan dari uji kuat tekan uniaksial memperlihatkan kemungkinan nilai kuat tarik yang tidak bisa dibaca oleh jarum penunjuk gaya pada mesin kuat tekan Controls seri 85060715 CAT C 25/B. 3.5.1 Prosedur Pengujian Prosedur pengujian kuat tarik tak langsung (Brazilian test) adalah sebagai berikut. 1. Letakkan contoh batuan yang akan diuji di tengah plat tekan. 2. Pasang sebuah dial gauge untuk mengukur deformasi aksial selama pembebanan. 3. Atur posisi contoh batuan sampai bersentuhan dengan kedua plat tekan setelah itu atur dial gauge ke posisi nol. 42
4. Lakukan pemompaan dengan kecepatan pemompaan sesuai dengan yang diinginkan. 5. Perhatikan jarum hitam alat pengukur gaya. Bila jarum hitam mulai bergerak meninggalkan titik nol, stopwatch dihidupkan. 6. Catat deformasi aksial setiap jarum hitam alat pengukur gaya tepat berada gaya-gaya tertentu. 7. Hentikan pemompaan pada saat contoh batu pecah yang ditandai oleh jarum hitam yang bergerak kembali menuju ke titik nol. Pada saat bersamaan matikan stopwatch lalu catat deformasi aksial dan gaya maksimum yang bisa dicapai contoh batuan. 8. Pengujian selesai untuk satu contoh batuan. 3.6 UJI TRIAKSIAL 3.6.1 Peralatan yang Digunakan Peralatan yang digunakan dalam uji traksial (metode konvensional dan multitahap) adalah sebagai berikut: 1. Mesin tekan Controls seri 85060715 CAT C 25/B Sama dengan mesin tekan yang digunakan pada uji kuat tekan uniaksial. 2. Dial gauge Alat ini gunakan untuk mengukur deformasi aksial pada saat penekanan. 3. Stopwatch Stopwatch berguna untuk mencatat lamanya waktu pembebanan contoh batuan sehingga kita dapt menghitung laju pembebanan yang dilakukan. 4. Sel Triaksial Sel triaksial berfungsi sebagai tempat penyimpanan conto batuan agar bisa dibebani pada arah aksial ( 1 ) dan arah radial ( 3 = 2 ). Pembebanan pada aksial dilakukan oleh mesin tekan Control seri 85060715 CAT C25/B, 43
sedangkan pembebanan pada arah radial dilakukan oleh oli bertekanan tinggi yang dihasilkan oleh pompa hidrolik. Prinsip dasar dari uji triaksial relatif sederhana, yaitu contoh batuan mengalami pembebanan dari arah aksial dan radial. Pada arah aksial bekerja tegangan utama mayor ( 1 ) yang diberikan oleh mesin tekan, sedangkan pada arah radial bekerja tegangan utama minor ( 3 ) yang diberikan oleh fluida bertekanan tinggi. Pada penelitian ini, akan dilaksanakan dua pengujian triaksial, yaitu uji triaksial konvensional dan uji triaksial multitahap. Kedua uji tersebut mengunakan tekanan pemampatan sebesar 5, 12,5, 19, 25, dan 30 MPa. Gambar 3.4 Sel Triaksial Laboratorium Geomekanika Tambang ITB 3.6.2 Uji Triaksial Konvensional 3.6.2.1 Persiapan pengujian Persiapan pengujian meliputi: 1. Periksa sel triaksial dari kebocoran dan bersihan pelat dudukan dari kotoran dan debu yang menempel. 44
2. Masukkan contoh batuan ke dalam selubung karet (panjang ±130% dari panjang contoh batuan). 3. Masukkan dan susun contoh batuan yang telah terselubung karet dalam sel 4. Pasang badan sel pada dudukan dan kencangkan baut-baut. 5. Pasang piston silinder penekan hingga menyentuh plat bagian atas. 6. Sel triaksial diisi dengan oli hidrolik. 7. Katup tempat masuknya oli dihubungkan dengan pompa tekan. 3.6.2.2 Pelaksanaan pengujian Langkah-langkah pengujian triaksial konvensional adalah sebagai berikut: 1. Letakkan sel triaksial tepat diantara plat tekan atas dan plat tekan bawah mesin tekan Controls seri 85060715 CAT C25/B. 2. Pasang dial gauge untuk mengukur deformasi aksial contoh batuan. 3. Hidupkan mesin tekan sehingga sel triaksial menyentuh pelat bagian atas. Matikan mesin. 4. Atur jarum penunjuk gaya tekan dan dial gauge pada posisi nol. 5. Hidupkan mesin tekan dan atur laju penekanannya. Pada saat yang bersamaan, oli dipompakan ke dalam sel triaksial (tekanan pemampatan) dengan menggunakan pompa hidrolik. Hidupkan juga stopwatch pada awal pembebanan; 6. Sesuaikan besar tekanan pemampatan dengan gaya tekan aksial secara bertahap sampai mencapai tekanan pemampatan yang diinginkan. Besar tekanan pemampatan pada saat pemompaan bertahap tidak boleh melewati besar tekanan aksial. 7. Catat deformasi aksial setiap jarum hitam alat pengukur gaya tepat berada gaya-gaya tertentu selama proses pembebanan. 8. Matikan mesin tekan pada saat contoh batu pecah yang ditandai oleh jarum hitam yang bergerak kembali menuju ke titik nol. Pada saat bersamaan 45
matikan stopwatch lalu catat deformasi aksial dan gaya tekan aksial maksimum yang bisa dicapai contoh. 9. Oli hidrolik yang mengisi sel triaksial dikeluarkan melalui katup tempat pengeluaran oli. 10. Keluarkan sel triaksial dari mesin kuat tekan. 11. Contoh batu yang telah pecah dikeluarkan dari sel triaksial. 12. Pengujian selesai untuk satu contoh batu. 13. Lakukan langkah-langkah pengujian diatas pada tekanan pemampatan 5, 12,5, 19, 25, 30 MPa. 3.6.3 Uji Triaksial Multitahap Peralatan yang digunakan dalam uji triaksial multitahap sama dengan peralatan yang digunakan dalam uji triaksial konvensional. Penelitian ini menggunakan metode pemampatan yang digunakan oleh Kovari & Tisa (1975) dan Kim & Ko (1979), yaitu menggunakan kontrol gaya pembebanan sebagai titik penentuan untuk menghentikan setiap siklus tekanan pemampatan. Saat contoh batuan akan mencapai tegangan puncaknya, laju pembebanan akan berkurang. Hal ini mengidikasikan batuan tepat akan failure. Hal yang harus dicermati dalam pengujian triaksial multitahap adalah contoh batuan menunjukkan perilaku deformasi brittle karena contoh batuan ini dapat secara tiba-tiba mengalami failure sehingga sangat sulit untuk melihat kondisi pada saat contoh batuan tepat akan failure. 3.6.3.1 Persiapan pengujian Persiapan pengujian triaksial multitahap sama dengan persiapan untuk pengujian triaksial konvensional. 46
3.6.3.2 Pelaksanaan pengujian Langkah-langkah pengujian triaksial multitahap adalah sebagai berikut : 1. Letakkan sel triaksial tepat diantara plat tekan atas dan plat tekan bawah mesin tekan Controls seri 85060715 CAT C25/B. 2. Pasang dial gauge untuk mengukur deformasi aksial contoh batuan. 3. Hidupkan mesin tekan sehingga sel triaksial menyentuh pelat bagian atas. Matikan mesin. 4. Atur jarum penunjuk gaya tekan dan dial gauge pada posisi nol. 5. Hidupkan mesin tekan dan atur laju penekanannya. Pada saat yang bersamaan, oli dipompakan ke dalam sel triaksial (tekanan pemampatan) dengan menggunakan pompa hidrolik. Hidupkan juga stopwatch pada awal pembebanan; 6. Sesuaikan besar tekanan pemampatan dengan gaya tekan aksial secara bertahap sampai mencapai tekanan pemampatan yang diinginkan. Besar tekanan pemampatan pada saat pemompaan bertahap tidak boleh melewati besar tekanan aksial. 7. Catat deformasi aksial setiap jarum hitam alat pengukur gaya tepat berada gaya-gaya tertentu selama proses pembebanan. 8. Perhatikan jarum penunjuk gaya tekan aksial. Saat jarum penunjuk tersebut tidak menunjukkan kenaikan lagi dan tepat akan mengalami penurunan gaya, disertai dengan ritme laju pembebanan yang berubah atau semakin besar (dari stopwatch). Matikan mesin tekan dan stopwatch, tekanan pemampatan dijaga konstan. 9. Catat gaya tekan aksial contoh batuan tersebut. 10. Naikan tekanan pemampatan secara bertahap dan hidupkan kembali mesin tekan, stopwatch juga dihidupkan kembali. 11. berikan tekanan pemampatan secara bertahap sampai mencapai tekanan pemampatan kedua yang diinginkan. 47
12. Ulangi langkah 7-11 untuk tekanan pemampatan 12,5, 19, 25, 30 MPa hingga contoh batuan failure. 13. Hentikan pemompaan pada saat contoh batu pecah yang ditandai oleh jarum hitam yang bergerak kembali menuju ke titik nol. Pada saat tersebut matikan stopwatch lalu catat deformasi aksial dan gaya tekan aksial maksimum yang bisa dicapai contoh. 14. Keluarkan oli hidrolik di dalam sel triaksial melalui katup tempat pengeluaran oli menggunakan selang. 15. Keluarkan sel triaksial dari mesin tekan dan lepaskan baut-baut pengencang. 16. Angkat sel triaksial yang sudah tidak terpasang baut menggunakan katrol. 17. Keluarkan contoh batuan yang sudah pecah dari dalam sel triaksial. 18. Pengujian triaksial multitahap selesai. 48