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

121 03 034

PROGRAM STUDI TEKNIK PERTAMBANGAN

FAKULTAS TEKNIK PERTAMBANGAN DAN PERMINYAKAN

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2008

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 : 12103034 NIP : 131353687

”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

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

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

iii

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

2008. 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.

iv

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 2003. 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.

v

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

12103034

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK i

KATA PENGANTAR ii

DAFTAR ISI vi

DAFTAR GAMBAR ix

DAFTAR TABEL xi

BAB

I. PENDAHULUAN 1

1.1 Latar Belakang Masalah 1

1.2 Batasan Penelitian 2

1.3 Tujuan Penelitian 3

1.4 Manfaat Penelitian 3

1.5 Metodologi Penelitian 3

1.6 Diagram Alir Penelitian 5

II. TINJAUAN PUSTAKA 6

2.1 Batuan Andesit 6

2.2 Karakterisitik Mekanik Batuan 7

2.2.1 Uji kuat tekan Uniaksial (UCS) 7

2.2.2 Uji kuat tarik 11

2.2.3 Uji kuat kecepatan rambat gelombang ultrasonik 12

2.3 Uji Triaksial 14

2.3.1 Faktor-faktor yang mempengaruhi uji triaksial 16

2.3.2 Tipe deformasi batuan pada uji triaksial 20

2.3.3 Uji triaksial konvensional 22

2.3.4 Uji triaksial multitahap 22

2.4 Kriteria Keruntuhan Batuan 31

2.4.1 Kriteria keruntuhan teoritis 32

2.4.2 Kriteria keruntuhan empiris 35

vi

III. METODE PENGUJIAN 38

3.1 Preparasi Contoh Batuan 38

3.1.1 Pemboran inti 38

3.1.2 Pemotongan contoh batuan 38

3.1.3 Penghalusan dan perataan permukaan 39

3.2 Uji Sifat Fisik 39

3.3 Uji Ultrasonik 40

3.4 Uji Kuat Tekan Uniaksial 40

3.4.1 Peralatan yang digunakan 40

3.4.1 Prosedur pengujian 41

3.5 Uji Kuat Tarik Tak Langsung 42

3.5.1 Prosedur pengujian 42

3.6 Uji Triaksial 43

3.6.1 Peralatan yang digunakan 43

3.6.2 Uji triaksial konvensional 44

3.6.3 Uji triaksial multitahap 46

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 49

4.1 Uji Sifat Fisik 49

4.2 Uji kecepatan rambat gelombang ultrasonik 50

4.3 Uji Kuat Tekan Uniaksial 51

4.4 Uji Kuat Tarik Tak Langsung (Brazilian test) 52

4.5 Uji Triaksial 53

4.5.1 Hasil Uji Triaksial Metode Konvensional dan Multitahap 53

4.5.2 Pengaruh Tekanan Pemampatan (σ3) Terhadap Perilaku Batuan

dan Modulus Young 58

4.6 Kriteria Keruntuhan 60

4.6.1 Kriteria Keruntuhan Teoritis Mohr-Coulomb 60

4.6.2 Kriteria Keruntuhan Empiris Bieniawski 69

4.6.3 Kriteria Keruntuhan Empiris Hoek-Brown 75

vii

IV. KESIMPULAN DAN SARAN 83

5.1 Kesimpulan 83

5.2 Saran 84

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

viii

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman

1.1 Diagram alir penelitian 5

2.1 Metode perhitungan modulus young 9

2.2 Tipe hancuran batuan pada kuat tekan uniaksial 11

2.3 Uji Brazilian 12

2.4 Aparatus uji triaksial Von Karman, 1911 15

2.5 Pengaruh tekanan pemampatan terhadap kurva tegangan-regangan pada

batuan Carrara marble oleh Von Karman, 1911 17

2.6 Pengaruh tekanan pori terhadap kurva tegangan-regangan pada batu

sandstone oleh Schwartz, 1964 17

2.7 Pengaruh temperatur terhadap kurva tegangan diferensial-regangan aksial

batuan granit pada tekanan pemampatan 500 MPa oleh Griggs, 1960 18

2.8 Pengaruh laju deformasi terhadap kurva kuat tekan-tekanan pemampatan

pada batuan Westerly granite oleh Logan dan Handin, 1970 19

2.9 Diagram skematik berbagai tipe deformasi batuan pada pengujian triaksial

oleh Griggs dan Handin, 1960 22

2.10 Triaksial multitahap pada batupasir Buchberg oleh Kovari dan Tisa, 1975 24

2.11 Metode Strain Controlled Test oleh Kovari & Tisa, 1975 25

2.12 Hasil uji triaksial konvensional (S.S) dan triaksial multitahap (M.S) pada

batuan Lyons sandstone oleh Kim & Ko, 1979 26

2.13 Perbandingan hasil uji triaksial metode multitahap dan konvensional

oleh Crawford & Wylie, 1987 28

2.14 Deflection point pada Grafik Tegangan-Regangan pada Berea sandstone 29

2.15 Selubung kekuatan Mohr 33

2.16 Kriteria Keruntuhan Coulomb 34

ix

2.17 Kriteria Mohr-Coulomb 35

3.1 Peralatan Uji Sifat Fisik 40

3.2 Mesin Tekan Control seri 85060715 CAT C 25/B 41

3.3 Skematik penempatan contoh uji kuat tekan uniaksial 41

3.4 Sel Triaksial Laboratorium Geomekanika Tambang ITB 44

4.1 Bentuk pecah contoh batu hasil uji kuat tekan uniaksial 52

4.2 Bentuk pecah contoh batu hasil uji Brazilian yang searah dengan sumbu

pembebanan 53

4.3 Kurva tegangan regangan triaksial konvensional 55

4.4 Bentuk pecah contoh batu hasil uji triaksial 56

4.5 Kurva Tegangan-Regangan TX MS I 57

4.6 Kurva Tegangan-Regangan TX MS II 57

4.7 Kurva regresi pengaruh tekanan pemampatan (σ3) terhadap modulus

Young (E) pada uji triaksial konvensional dan multitahap 60

4.8 Kurva tegangan geser (τ3) - tegangan geser (σ3) variasi IV 64

4.9 Kurva tegangan geser (τ3) - tegangan geser (σ3) uji triaksial Multitahap II 64

4.10 Kurva tegangan utama uji triaksial konvensional dan multitahap

berdasarkan kriteria Mohr-Coulomb 68

4.11 Kurva tegangan geser-tegangan normal uji triaksial konvensional

dan multitahap berdasarkan kriteria Mohr-Coulomb 69

4.12 Interpretasi kekuatan batuan hasil pengujian triaksial konvensional dan

multitahap berdasarkan kriteria keruntuhan Bieniawski I 75

4.13 Interpretasi kekuatan batuan hasil pengujian triaksial konvensional dan

multitahap berdasarkan kriteria Hoek-Brown 81

x

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

2.1 Batuan Beku 6

2.2 Perbandingan hasil uji triaksial konvensional dan triaksial multitahap

Penelitian Kim & Ko, 1975 27

2.3 Hasil Uji Konvensional dan Multitahap pada batupasir Berea 30

2.4 Hasil Uji Konvensional dan Multitahap pada batupasir oleh

Boediaman (2007) dan Prassetyo (2008) 31

2.5 Kriteria keruntuhan empiris Bieniawski untuk beberapa jenis batuan 36

2.6 Nilai Konstanta A 36

2.7 Nilai konstanta m untuk beberapa jenis batuan 37

4.1 Hasil uji sifat fisik batuan 49

4.2 Hasil Uji Ultrasonik 50

4.3 Hasil Uji Kuat Tekan Uniaksial (UCS) 51

4.4 Hasil Uji Kuat Tarik Tak Langsung (Brazilian test) 52

4.5 Hasil Uji Triaksial Konvensional 54

4.6 Hasil Uji Triaksial Multitahap 55

4.7 Variasi Uji Triaksial Multitahap 55

4.8 Rekapitulasi Uji Triaksial Konvensional berdasarkan kriteria

Mohr-Coulomb 62

4.9 Rekapitulasi Uji Triaksial Multitahap berdasarkan kriteria

Mohr-Coulomb 63

4.10 Nilai sifat mekanik rata-rata Uji Triaksial Konvensional dan Multitahap

berdasarkan kriteria Mohr-Coulomb 65

4.11 Rekapitulasi hasil Uji Triaksial Konvensional dan Multitahap berdasarkan

kriteria Mohr-Coulomb penelitian Boediman (2007) dan Prassetyo (2008)

xi

pada batu pasir 68

4.12 Selang tingkat kepercayaan 70

4.13 Rekapitulasi hasil uji triaksial konvensional berdasarkan kriteria

Bieniawski 71

4.14 Rekapitulasi hasil uji triaksial multitahap berdasarkan kriteria

Bieniawski 72

4.15 Nilai sifat mekanik rata-rata Uji Triaksial Konvensional dan Multitahap

berdasarkan kriteria Bieniawski I dan II 73

4.16 Rekapitulasi hasil Uji Triaksial Konvensional dan Multitahap

berdasarkan kriteria Bieniawski I pada batu pasir 74

4.17 Rekapitulasi uji triaksial konvensional berdasarkan kriteria

Hoek-Brown 77

4.18 Rekapitulasi uji triaksial multitahap berdasarkan kriteria Hoek-Brown 78

4.19 Nilai sifat mekanik rata-rata Uji Triaksial Konvensional dan Multitahap

berdasarkan kriteria Hoek-Brown 78

4.20 Rekapitulasi hasil Uji Triaksial Konvensional dan Multitahap berdasarkan

kriteria Hoek-Brown penelitian Boediman (2007) dan Prassetyo (2008)

pada batu pasir 80

4.21 Persamaan kekuatan batu andesit berdasarkan kriteria keruntuhan

Mohr-Coulomb, Bieniawski dan Hoek-Brown 81

4.22 Rekapitulasi hasil pengujian batu andesit 82

xii