01.Sifat Material Geologi.pdf

Praktikum Geologi Teknik (GL- 3021)

Semester II – 2010/2011

I - 1

MODUL PRAKTIKUM - I

Laboratorium Geologi Teknik Jurusan Teknik Geologi Fakultas Ilmu dan Teknologi Kebumian Institut Teknologi Bandung

1 SIFAT FISIK MATERIAL

Dalam mengenali bahan atau material geologi, para ahli geologi pada umumnya menggunakan pendekatan kualitatif, sehingga suatu material dapat dikenali sebagai batupasir, batulanau, batulempung, batuan beku, dan sebagainya. Sementara para ahli di bidang rekayasa, seperti sipil dan pertambangan, seringkali menggunakan pendekatan kuantitatif. Oleh karena itu, diperlukan adanya pendekatan kuantitatif dalam mengenali suatu material geologi. Setiap material geologi pada dasarnya memiliki sifat-sifat keteknikan yang dapat diukur, mulai dengan menggunakan peralatan yang sederhana hingga menggunakan peralatan yang canggih. Seperti misalnya pada pengujian untuk mengetahui berat kering suatu material, proses pengeringan dapat dilakukan melalui penyinaran matahari atau dipanaskan dalam suatu oven.

Pada praktikum ini akan dikenalkan beberapa sifat dasar (basic properties) dan sifat petunjuk/indeks (index properties) materi geologi yang dapat diukur secara langsung dengan menggunakan peralatan sederhana. Sedangkan sifat mekanik maupun sifat hidrolik akan dihitung berdasarkan hasil pengukuran sifat-sifat tersebut. Beberapa sifat dasar yang langsung dapat segera dikenali antara lain yaitu kadar air, berat isi, berat jenis dan porositas, sedangkan sifat petunjuk yang akan diuji antara lain yaitu indeks beban titik (point load index), nilai kekerasan palu Schmidt dan indeks slake-dirability. Sifat-sifat tersebut sangat dipengaruhi oleh kondisi internal materi geologi, terutama mineralogi, tekstur, dan strukturnya. Oleh karena itu maka maka hasil deskripsi detail materi geologi juga harus disertakan dalam laporan pengujian ini. Dalam hal ini, pengenalan dan deskripsi materi geologi cukup dilakukan secara megaskopis atau mempergunakan alat bantu loupe.

1.1 PENGENALAN SIFAT DASAR

1.1.1 Prosedur Umum

Setiap kelompok praktikan mengukur sedikitnya tiga jenis materi geologi, yaitu batuan alami, batuan buatan (batako atau bata merah), dan tanah. Timbang dari setiap jenis masing-masing dua contoh dalam bentuk tidak teratur (irregular) dan yang teratur (reguler), dengan berat masing-masing + 50 gram atau dengan volume paling tidak 25 cm kubik. Timbanglah dengan timbangan dengan ketelitian paling rendah, kemudian di timbang dengan timbangan ketelitian 0,01 gram. Hitunglah densitas alami dengan membagi berat alami dengan volume.

Kemudian, keringkan contoh tersebut dengan oven pada suhu 100+5°C selama 12-24 jam. Kemudian dinginkan (dalam desikator ±20 menit) dan timbang kembali. Selanjutnya rendam semua contoh tersebut ke dalam air selama 12-24 jam, dikeringkan dengan kain (untuk mengeringkan bagian luar) dan timbang kembali. Jemur contoh tersebut pada panas matahari sampai kering dalam waktu antara 2 - 3 hari, kemudian ditimbang kembali.



I - 2

MODUL PRAKTIKUM - I

Hitung perbedaan berat contoh tersebut, bandingkan berat contoh dalam kondisi alami, kondisi kering matahari, kering di oven, serta dalam kondisi jenuh (air). Dari hasil perhitungan berat ini, akan dapatkan kadar air (alami), porositas, berat isi kering (oven dan matahari), dan berat isi jenuh.

1.1.2 Alat-alat yang diperlukan :

- Timbangan dengan kepekaan 0,01 gram - Oven, tempat contoh (cawan), alumunium voil/desikator - Bak air untuk merendam, kain lap atau kertas tissue - Kertas grafik dan alat tulis lainnya - Caliper atau penggaris, dan gergaji besi

1.1.3 Perhitungan yang digunakan :

Kadar Air

𝐵𝐵𝑛𝑛 = (𝐵𝐵𝑛𝑛 + 𝐵𝐵𝑐𝑐) − 𝐵𝐵𝑐𝑐 Berat alami diukur dengan mengurangkan berat cawan dari berat total terukur

𝐵𝐵𝑜𝑜 = (𝐵𝐵𝑜𝑜 + 𝐵𝐵𝑐𝑐) − 𝐵𝐵𝑐𝑐 Berat oven (kering) diukur dengan mengurangkan berat cawan dari berat total terukur

𝐵𝐵𝑠𝑠 = (𝐵𝐵𝑠𝑠 + 𝐵𝐵𝑐𝑐) − 𝐵𝐵𝑐𝑐 Berat sun (kering matahari) diukur dengan mengurangkan berat cawan dari berat total terukur

𝐵𝐵𝑤𝑤 = (𝐵𝐵𝑤𝑤 + 𝐵𝐵𝑐𝑐) − 𝐵𝐵𝑐𝑐 Berat wet (jenuh air) diukur dengan mengurangkan berat cawan dari berat total terukur

𝑤𝑤𝑛𝑛 =(𝐵𝐵𝑛𝑛 − 𝐵𝐵𝑠𝑠)

𝐵𝐵𝑠𝑠× 100% Kadar air alami, terhadap berat kering matahari

𝑤𝑤𝑛𝑛 =(𝐵𝐵𝑛𝑛 − 𝐵𝐵𝑜𝑜)

𝐵𝐵𝑜𝑜× 100% Kadar air alami, terhadap berat kering oven

𝑤𝑤𝑤𝑤 =(𝐵𝐵𝑤𝑤 − 𝐵𝐵𝑠𝑠)

𝐵𝐵𝑠𝑠× 100% Kadar air jenuh, terhadap berat kering matahari

𝑤𝑤𝑤𝑤 =(𝐵𝐵𝑤𝑤 − 𝐵𝐵𝑜𝑜)

𝐵𝐵𝑜𝑜× 100% Kadar air jenuh, terhadap berat kering oven

Porositas

𝑉𝑉𝑣𝑣 =(𝐵𝐵𝑤𝑤 − 𝐵𝐵𝑠𝑠)

𝜌𝜌𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 Volume pori, terhadap berat kering matahari

𝑉𝑉𝑣𝑣 =(𝐵𝐵𝑤𝑤 − 𝐵𝐵𝑜𝑜)

𝜌𝜌𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 Volume pori, terhadap berat kering oven

𝜙𝜙 =𝑉𝑉𝑣𝑣𝑉𝑉

Porositas

𝑒𝑒 =𝜙𝜙

1 − 𝜙𝜙 Angka pori (void ratio)

Densitas (berat isi) dan Berat jenis (specific gravity)

𝛾𝛾𝑛𝑛 =𝐵𝐵𝑛𝑛𝑉𝑉

Densitas alami



I - 3

MODUL PRAKTIKUM - I

𝛾𝛾𝑠𝑠 =𝐵𝐵𝑠𝑠𝑉𝑉

Densitas kering, terhadap pengeringan oleh matahari

𝛾𝛾𝑜𝑜 =𝐵𝐵𝑜𝑜𝑉𝑉

Densitas kering, terhadap pengeringan oleh oven

𝛾𝛾𝑤𝑤 =𝐵𝐵𝑤𝑤𝑉𝑉

Densitas basah (jenuh air)

𝑉𝑉𝑠𝑠 = 𝑉𝑉 − 𝑉𝑉𝑣𝑣 Volume solid (padatan)

𝐺𝐺𝑠𝑠 =𝐵𝐵𝑜𝑜

𝑉𝑉𝑠𝑠 . 𝛾𝛾𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 Berat jenis

𝑆𝑆𝑎𝑎 =𝑉𝑉𝑤𝑤𝑉𝑉𝑣𝑣

=𝑤𝑤𝑛𝑛 ⋅ 𝐺𝐺𝑠𝑠𝑒𝑒

Saturasi air, dalam praktikum ini dianggap 1 (tak ada fluida selain air mengisi rongga)

𝐴𝐴 = 𝜙𝜙. (1 − 𝑆𝑆𝑎𝑎) Kandungan udara (saturasi udara), dalam praktikum ini dianggap 0.

𝐵𝐵𝑐𝑐 = berat cawan 𝐵𝐵𝑛𝑛 = berat alami 𝐵𝐵𝑜𝑜 = berat kering oven 𝐵𝐵𝑠𝑠 = berat kering matahari (sun) 𝐵𝐵𝑤𝑤 = berat jenuh air (wet) 𝑤𝑤𝑛𝑛 = kadar air alami 𝑤𝑤𝑤𝑤 = kadar air jenuh 𝜌𝜌𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 = berat jenis air (1000 kg/m3

𝑉𝑉𝑣𝑣 = volume pori (volume void) )

𝑉𝑉 = volume contoh (volume total). Bila bisa diukur (regular) maka merupakan volume total

𝑉𝑉𝑠𝑠 = volume solid (padatan). 𝜙𝜙 = porositas 𝑒𝑒 = angka pori 𝛾𝛾𝑛𝑛 = densitas alami 𝛾𝛾𝑠𝑠 = densitas kering matahari 𝛾𝛾𝑜𝑜 = densitas kering oven 𝛾𝛾𝑤𝑤 = densitas basah (jenuh air) 𝛾𝛾𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 = densitas air (1 gr/cm3 untuk air tawar, dan 1,025 gr/cm3

𝐺𝐺𝑠𝑠 = berat jenis untuk air laut)

𝑆𝑆𝑎𝑎 = saturasi air 𝑉𝑉𝑤𝑤 = volume air 𝐴𝐴 = kandungan udara (saturasi/kejenuhan udara)



I - 4

MODUL PRAKTIKUM - I

1.1.4 Skala Kekerasan Batuan

1.1.4.1 Prosedur Umum

Lakukan deskripsi terhadap contoh tanah/batuan/materi yang diuji. Identifikasi mineralogi dengan menggunakan loupe. Kekerasan batuan dapat diuji dengan menggunakan jarum baja, pisau, palu, atau mineral yang sudah diketahui kekerasannya.

1.1.4.2 Alat-alat yang diperlukan : - Loupe, - jarum baja, - pisau, - dan palu.

Tabel 1. skala kekerasan batuan dan tanah menurut Nespack, 1975

Jenis Kekerasan Simbol Deskripsi ciri tanah dan Batuan

Tanah

Sangat lunak OH-0 Bersifat setengah cair, hanya dapat diambil dengan alat penghisap atau semacam alat perangkap, contohnya lanau pantai.

Lunak OH-1 Mudah diremas dengan jari tangan, contoh: lempung dan lanau basah.

Agak lunak OH-2 Tidak mudah diremas dengan jari tangan tetapi bila dipijit masih nampak bekas jari.

Agak keras OH-3 Bila dipijit tidak nampak bekas jari, tetapi ujung pensil dapat ditusukkan sampai ± 1,5 cm.

Keras OH-4 Ujung pensil sukar ditusukkan dan pengambilan contoh tanah dengan cara didorong juga sukar dilakukan.

Sangat keras OH-5 Sudah mendekati kekerasan batu, umumnya batu lapuk, lempung kering atau pasir kompak yang mulai mengalami sementasi.

Batuan

Sangat lunak RH-0 Sama dengan OH-4 dan OH-5 dan hanya dapat diambil dengan pemboran kering. Contohnya beberapa jenis tuf dan batulempung.

Lunak RH-1

Dapat digores dengan kuku dan diambil dengan palu geolog serta cepat dibor dengan mata bor widya, misalnya beberapa jenis batupasir, batulanau dan serpih.

Agak lunak RH-2 Dapat digores dengan pisau dan cukup baik dibor degnan mata bor widya, contohnya batupasir yang



I - 5

MODUL PRAKTIKUM - I

tersemen baik dan batugamping.

Agak keras RH-3

Sukar digores dengan pisau, sukar diambil dengan palu geologi tetapi ujung contoh batu masih mudah dipecahkan dengan palu. Batu masih dapat dibor dengan mata bor widya tetapi kadang-kadang memerlukan matabor intan, contohnya basalt.

Keras RH-4 Ujung contoh batu sukar dipecah dengan palu, tak dapat digores dengan pisau dan pemboran memerlukan mata bor intan, contohnya kuarsit.

Sangat keras RH-5 Kemajuan pemboran dengan mata bor intan sangat lambat, contohnya rijang, batuan terslifikasi.

1.2 PENGENALAN SIFAT PETUNJUK/INDEKS BATUAN

1.2.1 Latar Belakang

Batuan memiliki peranan penting dalam konstruksi dan pondasi dari suatu bangunan. Batuan memiliki sifat dan kekuatannya masing-masing tergantung dari proses dan mineral pembentuknya. Pada aplikasi geologi teknik kekuatan adalah nilai fundamental yang dimiliki oleh suatu batuan. Oleh karena itu pengetahuan tentang kekuatan material (tanah maupun batuan) sangat diperlukan untuk menyelesaikan masalah-masalah yang berhubungan dengan stabilitas massa dari material tersebut.

1.2.2 Point Load Test (Uji Beban Titik)

1.2.2.1 Tujuan :

Uji beban titik bertujuan untuk mengetahui kekuatan (strength) batuan

1.2.2.2 Peralatan Sistem pembebanan : frame pembebanan, pompa hidrolik, silinder penekan yang berbentuk

konus Alat ukur tekanan Mistar pengukur jarak



I - 6

MODUL PRAKTIKUM - I

Gambar 1. Contoh material batuan dapat berbentuk silinder (inti pemboran), kubus, maupun bebentuk tak beraturan (kiri) dan sketsa alat uji beban titik (kanan).

1.2.2.3 Prosedur Kerja

Letakkan benda uji (bentuk reguler dan bentuk irreguler masing-masing 3 buah) di antara kedua silinder penekan dalam sistem pembebanan.

Lakukan penekanan pada benda uji menggunakan pompa hidrolik hingga batuan mengalami keruntuhan (pecah) dan baca besarnya tekanan (P) yang dibutuhkannya.

Ukur jarak antara dua konus penekan (D)

1.2.2.4 Perhitungan:

Hitunglah nilai indeks beban titik (Is

𝐼𝐼𝑠𝑠 = 𝑃𝑃𝐷𝐷2�

P : dalam kN

D : dalam mm

) dari benda uji.

Lakukan analisis nilai indeks beban titik, terutama dikaitkan dengan komposisi mineralogi, tekstur dan struktur batuan, juga terhadap perilaku anisotropi batuan.

1.2.3 Schmidt Hammer

1.2.3.1 Tujuan : Untuk mengetahui kualitas kekuatan (hardness)

Untuk memberikan indikator kekuatan (strength)

Pada struktur yang telah ada, dapat digunakan untuk melakukan pendugaan keseragaman dari material batuan



I - 7

MODUL PRAKTIKUM - I

1.2.3.2 Prosedur kerja:

Mempersiapkan sampel yang akan diukur sejumlah 5 sampel batuan dengan bentuk reguler. Pastikan terdapat permukaan yang halus pada masing-masing sampel batuan minimal seluas lingkaran ujung alat ukur.

Lakukan test dengan schmidth hammer untuk setiap sampel masing-masing sebanyak 20 kali.


Tentukanlah nilai rata-rata (mean) hasil pengukuran untuk setiap sampel Kemudian lakukanlah plotting nilai tersebut pada grafik di Gambar 2 untuk mendapatkan nilai kuat tekan masing-masing sampel.

𝑋𝑋� =𝑁𝑁1 + 𝑁𝑁2 + 𝑁𝑁3 + ⋯+ 𝑁𝑁20

20

• Laporan berupa tabel yang berisi : 1. Hasil uji Schmidth Hammer(rebound number) yang dilakukan. 2. Nilai rata-rata rebound number untuk setiap sampel. 3. Nilai kuat tekan masing-masing sampel dalam PSI, ton/m² dan KN/m²

Gambar 2. Grafik hubungan UCS dengan Schmidt hammer



I - 8

MODUL PRAKTIKUM - I

1.2.4 Slake Durability Test

1.2.4.1 Pendahuluan

Pada praktikum ini dibahas beberapa sifat mekanik materi geologi (tanah dan batuan) uji ketahanan (slake durability test) dan One dimensional swelling strain index Pengetahuan tentang kekuatan material (tanah maupun batuan) sangat diperlukan untuk menyelesaikan masalah-masalah yang berhubungan dengan stabilitas massa dari material tersebut.

Adanya gaya-gaya yang bekerja pada suatu massa materi geologi cenderung akan menyebabkan timbulnya suatu ketidakstabilan (unstability) pada daerah dimana massa materi geologi tersebut berada. Dalam prakteknya, seringkali dianggap bahwa mekanisme keruntuhan (failure) akan terjadi pada titik-titik di sepanjang daerah yang tidak stabil (sebagai suatu asumsi maupun yang dapat diketahui atau dapat diidentifikasi secara langsung di lapangan). Hasil uji ketahanan batuan akan mencerminkan tingkat kemudahan batuan untuk mengalami pelapukan.

1.2.4.2 Tujuan

Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui sifat ketahanan batuan (slake durability) terhadap proses desintegrasi selama diuji melalui standard putaran dalam kondisi basah dan kering.

1.2.4.3 Peralatan: a. Mesin slake durability test lengkap dengan drum dan bak airnya b. Neraca dengan ketelitian + 0,01 gram. c. Oven yang dilengkapi dengan pengatur suhu untuk memanasi sampai (110 + 5)° C.

Gambar 3. alat uji slake-durability

1.2.4.4 Benda Uji :

Contoh batuan sebanyak 10 (sepuluh) buah dengan berat antara 450 - 500 gram (berat tiap fragmen antara 40-60 gram).

Prosedur Kerja:

Masukkan fragmen contoh batuan dalam drum, keringkan sampai temperatur 100±5° C dalam oven selama 2 - 6 jam lalu ditimbang beratnya (drum + contoh batuan) sebagai Wd+S1 dengan berat drum adalah Wd



I - 9

MODUL PRAKTIKUM - I

Drum dan sampel (contoh batuan) diputar di atas bak air selama 10 menit (kecepatan 20 rpm), selanjutnya drum berikut contoh diangkat dan dikeringkan dalam oven (t = 105 0C) selama 4 - 6 jam atau sampai beratnya tetap lalu ditimbang beratnya (drum + contoh kering) sebagai Wd+S2.

Pengujian diulang lagi dengan cara yang sama, lalu dikeringkan dan ditimbang kembali sebagai Wd+S3


Hitunglah nilai indeks slake-durabilitas (Id) dari masing-masing siklus pengujian, Indeks slake-durabilitas siklus pertama, Id1:

𝐼𝐼𝐼𝐼1 =(𝑊𝑊𝐼𝐼 + 𝑆𝑆2 −𝑊𝑊𝐼𝐼)(𝑊𝑊𝐼𝐼 + 𝑆𝑆1 −𝑊𝑊𝐼𝐼) × 100%

Hitung juga indeks slake-durabilitas siklus kedua, Id2:

𝐼𝐼𝐼𝐼2 =(𝑊𝑊𝐼𝐼 + 𝑆𝑆3 −𝑊𝑊𝐼𝐼)(𝑊𝑊𝐼𝐼 + 𝑆𝑆1 −𝑊𝑊𝐼𝐼) × 100%

Buatlah grafik antara nilai indeks slake-durabilitas terhadap siklus pengujian.

Lakukan analisis nilai indeks slake-durabilitas.

Tabel 2. Klasifikasi slake-durability:

Group Name % Retained After One

10-Minute Cycle

(Dry Weight Basis)

% Retained After Two

10-Minute Cycles

(Dry Weight Basis)

Very high durability

High durability

Medium high

Medium durability

Low Durability

Very Low Durability

>99

98 - 99

95 - 98

85 - 95

60 - 85

< 60

> 98

95 - 98

85 - 95

60 - 85

30 - 60

< 30

Catatan: Bagi contoh batuan dengan sifat ketahanan yang tinggi pengujian dapat diulangi

lagi sampai beberapa siklus. Selama pengujian perlu dicatat jenis air yang digunakan (air suling, air laut, air

kran) dan temperaturnya.



I - 10

MODUL PRAKTIKUM - I

1. Apa yang dimaksud sifat fisik batuan? Jelaskan beberapa sifat fisik berikut ini: a. Densitas (density)

b. Porositas (porosity) c. Permeabilitas (permeability) d. Kekerasan (hardness) e. Durabilitas (durability) f. Abrasifitas (abrasivity)

2. Apa yang dimaksud void ratio ? 3. Jelaskan apa yang dimaksud derajat kejenuhan (Sr)!

PERTANYAAN

Cari hubungan dari rumus Sr = wn . Gse

dengan rumus Sr = VwVv

!

4. Jelaskan pengertian dari: a. Kuat tekan (compressive strength)

b. Kuat geser (shear strength) c. Kuat tarik (tensile strength)

5. Apa manfaat mengetahui sifat fisik & sifat mekanik batuan dalam pekerjaan Geologi Teknik?

6. Apa yang dapat anda simpulkan dari praktikum modul 1?

Format Laporan Identitas (Cover Modul I = Biru) Pendahuluan Tujuan Dasar teori Peralatan dan bahan Prosedur pengujian Flowchart Langkah Kerja Flowchart Perhitungan Waktu pengujian Foto-foto saat praktikum dan sampel Hasil percobaan (data) Perhitungan dan analisis data Pembahasan/diskusi Jawaban pertanyaan Kesimpulan Daftar pustaka.

Diketik Times New Roman 12, 1.15 spasi, kertas A4.

01.Sifat Material Geologi.pdf

Documents

Transcript of 01.Sifat Material Geologi.pdf