9 - TA3111-3B Sifat Mekanik Batuan Utuh-12

7/17/2019 9 - TA3111-3B Sifat Mekanik Batuan Utuh-12

1/42

TA3111M

ekanikaBatuan

SifatFisik&Me

kanikBatuan-1

SIFAT FISIK DANMEKANIK BATUAN UTUH 3B1

Suseno Kramadibrata

Made Astawa Rai

Ridho K Wattimena

Laboratorium Geomeknika

FIKTM - ITB


2/42


3/42

TA3111M

ekanikaBatuan

SifatFisik&Me

kanikBatuan-1

SSifatifat FisikFisik &&

MekanikMekanikBatuanBatuan UtuhUtuh

Penggalian

PenggalianCore Cuttability


4/42

TA3111M

ekanikaBatuan

SifatFisik&Me

kanikBatuan-1

MassaMassa BatuanBatuan


5/42

TA3111M

ekanikaBatuanSifatFisik&Me

kanikBatuan-1

KlasifikasiKlasifikasi UCSUCS

Uniaxial Compressive Strength (MPa)

ISRM

1979

Coates

1964

Deere &

Miller1966

Geological

Society

1970

Broch &

Franklin

1972

Bieniawski

1973

Jennings

1973

1000100101.1

Very weak Weak Strong Very strong

Very low strength Lo

w

strength

Med

ium

strength

High

strength

Very high

strength

Very weak

RockSoil

WeakModerately

weak

Moderately

strong StrongVery

strongExtremely

strong

Very low strength Lowstrength

Mediumstrength

Highstrength

Very highstrength

Extremely

high

strength

Soil

Very low

Lo w

s t re ng t h

Medium

strength

High

strength

Very high

strength

SoilVery soft

rockSoft rock Hard

rock

Very hard

rockExtremely hard rock

SoilLow

strengthModerate

Medium

HighVery

high

1000100101.1


6/42

TA3111M


kanikBatuan-1

KuatKuat TTekanekan UUniaksial (UCS)niaksial (UCS)

- 101-25Sangat lunak

10 30[2-3]25-50Lunak

30 60 [3-4,5]-Cukup lunak

60 120 [4,5-6]50-100Keras sedang

120 200 [6-7]100-250Keras

200 [7]250-700Sangat keras

Tamrock, 1988Bieniawski, 1973

UCS (MPa)

Klasifikasi

(Tamrock Surface Drilling and Blasting, 1988), Mohs Hardness [-]


7/42

TA3111M


kanikBatuan-1

KarakteristikKarakteristik FisikFisik && MekanikMekanik StatikStatik

BatuanBatuan UtuhUtuh

30 605 - 1570 - 1502,5 2,8Andesit

10 502 - 1240 - 1302,0 2,8Batugamping

40 908 - 30100 - 3002,9 3,1Dolerit

10 402 - 1540 - 1502,2 2,7Batupasir

20 1006 - 3050 - 3002,4 2,9Basalt

35 808 - 3070 - 3002,5 2,8Granit

Modulus Young

(GPa)

Kuat Tarik

(MPa)

Kuat Tekan

(MPa)Bobot isi (t/m

3

)Jenis batuan


8/42

TA3111M


kanikBatuan-1

KarakteristikKarakteristik FisikFisik && MekanikMekanik StatikStatik

BatuanBatuan UtuhUtuh

NANANANA.900-1500Steel

1-52.5-2.6NA15-2530-250Dolomite

5-202.2-2.610-505-2530-250Limestone

10-302.0-2.43-302-105-100Shale

5-252.0-2.68-404-2520-170Sandstone

0.1-0.52.6-2.720-6010-30150-300Quartzite

0.1-0.52.6-2.715-307-20100-200Slate

0.5-22.6-2.7NA7-20100-250Marble

0.5-1.52.8-3.0NA5-2050-200Gneiss

0.1-1.02.8-2.920-6010-30100-300Basalt

0.1-0.22.8-3.1NA15-30150-300Gabbro

0.1-0.52.7-3.0525-6015-35100-350Diabase

NANANA15-30150-300Diorite

0.5-1.52.6-2.914-507-25100-250Granite

Porosity %Bulk Density

(ton/m3)Shear Strength

(MPa)Tensile Strength

(MPa)Compressive

Strength (MPa)Typical Rock

Types


9/42

TA3111M


kanikBatuan-1

UjiUji KuatKuat TekanTekan

(Unconfined Compressive Strength Test)(Unconfined Compressive Strength Test)

Uji ini menggunakan mesin tekan (compression machine) untukmenekan contoh batu yang berbentuk silinder, balok atauprisma dari satu arah (uniaxial).

Penyebaran tegangan di dalam contoh batu secara teoritis adalahsearah dengan gaya yang dikenakan pada contoh tersebut.

Tetapi dalam kenyataannya arah tegangan tidak searah dengangaya yang dikenakan pada contoh tersebut karena ada pengaruhdari plat penekan mesin tekan yang menghimpit contoh.

Sehingga bentuk pecahan tidak berbentuk bidang pecah yangsearah dengan gaya melainkan kadangkala berbentuk kerucut


10/42

TA3111M


kanikBatuan-1 SyaratSyarat ContohContoh UjiUji UCS &UCS & TriaksialTriaksial

Perbandingan panjang terhadap diameter contoh (L/D)

antara 2 - 2,5.

Kedua ujung contoh halus dan rata dengan ketidakrataan

kurang dari 0,02 mm untuk tiap ujung contoh.

Kedua ujung contoh tegak lurus sumbu utama dengan

ketidaktegaklurusan kurang dari 0,06.

Keliling contoh halus dan bebas dari ketidakberaturan sertalurus, tidak melebihi dari 0,3 mm pada seluruh tinggi contoh.


11/42

TA3111M


kanikBatuan-1

Testing MachinesTesting Machines


12/42

TA3111M


kanikBatuan-1


13/42

TA3111M


kanikBatuan-1

Servo Control SystemServo Control System


14/42

TA3111M


kanikBatuan-1

Regangan (%)

Tegangan (MPa)

Batas Elastis /Yield Point

Failure

AksialLateral

c

E

1

2

ab

Volumetrik

Closing Cracks

l

2av +=


15/42

TA3111M


kanikBatuan-1

ContohContoh KurvaKurva TeganganTegangan ReganganRegangan 33

JenisJenis BatuanBatuan

Gamping

Breksi Tufa

Granit

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20

a(%)

(

MPa)

0,8318,759,4615,40162,825KarimunGranit

0,085,7721,526,1128,385PongkorBreksi Tufa

0,045,0011,812,4220,515CibinongGamping

CoV (%)SDRata-rata

SE (MJ/m3)E (GPa)c (MPa)Jumlah

ContohLokasiTipe Batuan


16/42

TA3111M

ekanikaBatuan

SifatFisik&Me

kanikBatuan-1

SpesifikSpesifik EnergiEnergi UCSUCS

a. Batuan A

1

b. Batuan B

2

2

1

d

L

dL

A

PPdL

V

U

L

o

===00 0

1


17/42

TA3111M

ekanikaBatuan

SifatFisik&Me

kanikBatuan-1

Aksial (%)

(MPa)

c

50%YP

YP

Aksial (%)

(MPa)

c

YP

Aksial (%)

(MPa)

c

50%c

YP

Secant

Average

Tangent


18/42

TA3111M

ekanikaBatuan

SifatFisik&Me

kanikBatuan-1

UCS = c

Batas elastik - E

Modulus Young Tangen (Tangent Youngs Modulus), Et & diukur

pada tingkat tegangan = 50 % yp.

Modulus Young Rata-rata (Average Youngs Modulus), Eav & diukur

dari rata-rata kemiringan kurva atau bagian linier yang terbesar

dari kurva.

Modulus Young Sekan (Secant Young's Modulus), Es & diukurdari tegangan = 0 sampai nilai tegangan tertentu, yang biasanya

50 % c.


19/42

TA3111M

ekanikaBatuan

SifatFisik&MekanikBatuan-1

Energi Fraktur Spesifik UCS = Wsf = c x p

E

c

2

2

Toughness Indeks (Singh, 1983) = TI = x 100

Energi Fraktur UCS = Wf = Fp x l

Rock Toughness (Farmer, 1986) = RT=E

c

2

PersamaanPersamaan KurvaKurva TeganganTegangan ReganganRegangan


20/42

TA3111M

ekanikaBatuan


L/D=2

0.5 L

0.5 L

D + D

L

L

AksialRegangan A == D

D

LateralRegangan ==

L

LAV2VolumetrikRegangan +==

FF


21/42

TA3111M

ekanikaBatuan

SifatFisik&MekanikBatuan-1 Fracture EffectFracture Effect

L/D=2

L/D=1

L/D=2Friction constraint


22/42

TA3111M

ekanikaBatuan


L/D=2Cataclasis Axial Splitting Cone Failure Homogeneous Shear

Homogeneous Shear Combination Axial& Local Shear

Splintery & Onion Leaves & Buckling


23/42

TA3111M

ekanikaBatuan


5 Tipe pecah batuan akibat pembebananTipe pecah batuan akibat pembebanan

triaksial (Griggs & Handin, 1960)triaksial (Griggs & Handin, 1960)


24/42

TA3111M

ekanikaBatuan


Perilaku deformasi batuan akibat tekananPerilaku deformasi batuan akibat tekanan

pemampatan pada uji triaksial (Goodman)pemampatan pada uji triaksial (Goodman)


25/42

TA3111M

ekanikaBatuan


Brittle Fracture & Axial SplittingBrittle Fracture & Axial Splitting


26/42

TA3111M

ekanikaBatuan


Brittle FractureBrittle FractureAxial Splitting & Combination Axial & Local ShearAxial Splitting & Combination Axial & Local Shear


27/42

TA3111M

ekanikaBatuan


Shear FailureShear Failure


28/42

TA3111M

ekanikaBatuan


Splintery & Onion Leaves & BucklingSplintery & Onion Leaves & Buckling


29/42

TA3111M

ekanikaBatuan

SifatFisik&M

ekanikBatuan-1

Shape EffectShape Effect

Protodiakonov

c( = 2D) =8 c

7 +

2

/ D

l

l

ASTM

c D( )l

l

= = c

0,778 +0,222

/D

L/D=2 L/D=2.5 L/D=3


30/42

TA3111M

ekanikaBatuan

SifatFisik&M

ekanikBatuan-1

Shape EffectShape Effect BatuBatu PasirPasir KeringKering John (1972)John (1972)


31/42

TA3111M

ekanikaBatuan

SifatFisik&M

ekanikBatuan-1

Scale EffectScale Effect

Shape EffectShape Effect


32/42

TA3111M

ekanikaBatuan

SifatFisik&M

ekanikBatuan-1 Scale EffectScale Effect HoekHoek & Brown (1980)& Brown (1980)


33/42

TA3111MekanikaBatuan

SifatFisik&M

ekanikBatuan-1

0

100

200

300

400

500

600

0 25 50 75 100 125 150 175

Diameter mm

UCS MPa

BASALTMAFIC

PORPHYRY

GMD-U8 Ore

GMD-U8 MULLOCK

Scale EffectScale Effect -- Kramadibrata (1993)Kramadibrata (1993)

B b F k Y M hi


34/42


SifatFisik&M

ekanikBatuan-1

Beberapa Faktor Yang MempengaruhiBeberapa Faktor Yang Mempengaruhi

Kurva Tegangan ReganganKurva Tegangan ReganganGEOMETRI & BENTUK CONTOH BATUAN

Geometri contoh batu

Bentuk: Silinder, Prisma, Kubus

Perbandingan tinggi - diameter (h/d)

Ukuran

KONDISI PLAT PENEKAN

Mempengaruhi distribusi tegangan didalam percontoh

Gesekan antara pelat tekan dengan permukaan contoh batu

KECEPATAN PEMBEBANAN Laju pembebanan = Laju regangan x Modulus Young (elastik)

ISRM STRESS RATE = 0,5-1,0 MPa / sec

TEMPERATUR

Temperatur turun E Naik

Temperatur naik E Turun

E Bentuk kurva berubah

LINGKUNGAN

Kandungan air

MINERAL & BUTIRAN

Mineralogi, ukuran butir, porositas Material pengikat kekuatan batu: Kuarsa, Kalsit, Mineral; Ferrous, Lempung


35/42


SifatFisik&M

ekanikBatuan-1

PengaruhPengaruh ArahArah PembebananPembebanan PadaPada KuatKuat

TekanTekan Devonian Slate & GraphiticDevonian Slate & Graphitic PhyllitePhyllite(Brown et al, 1977 & Salcedo, 1983)

K tKuat T ikTarik B iliBrazilian


36/42


SifatFisik&M

ekanikBatuan-1

KuatKuat TarikTarik BrazilianBrazilian

((UniaxialUniaxial Tensile Strength)Tensile Strength)

t = Kuat Tarik tak langsung, MPa

D = Diameter contoh, mm

F = Beban, N

t = Tebal contoh, mm

UTS


37/42


SifatFisik&M

ekanikBatuan-1 Brazilian Jig

Brazilian Jig

Jig Brazilian Bawah

Jig Brazilian Atas

Rekahan Gaya TarikGaya Tarik


38/42


SifatFisik&M

ekanikBatuan-1

UjiUji KuatKuat TarikTarik LangsungLangsung


39/42


SifatFisik&M

ekanikBatuan-1

KuatKuat TarikTarik LangsungLangsung

Bonded End-pull Grip


40/42


SifatFisik&M

ekanikBatuan-1

JenisJenis DeformasiDeformasi TarikTarik


41/42


SifatFisik&M

ekanikBatuan-1

KuatKuat TarikTarik DinamikDinamik

Kuat tarik dinamik batuan jauh lebih kecil daripada kuat tekanstatiknya.

Kuat tarik dinamik sangat penting untuk diketahui dalam proses

penggalian mekanis dan peledakan.

Tegangan tarik tangensial harus lebih besar daripada kuat tarik

dinamik agar terjadi rekahan radial

Bila spalling diinginkan untuk terjadi, kuat tarik dinamik harus

lebih kecil daripada tegangan tarik radial yang dihasilkan daripantulan pulsa tegangan tekan awal di bidang bebas.

Kl ifik i B i l I d


42/42


SifatFisik&M

ekanikBatuan-1

Klasifikasi Brittleness IndexKlasifikasi Brittleness Index

Sangat brittle15 20

Sangat brittle tak plastik12 15

Rata-rata jenis batuan8 12

Tough & plastik7 8

Sangat tough & plastik6 7

KeteranganBrittleness Index = c/t

9 - TA3111-3B Sifat Mekanik Batuan Utuh-12

Documents

Transcript of 9 - TA3111-3B Sifat Mekanik Batuan Utuh-12