Tugas Lap Mekbat 1 Print (MARKUS)

KATA PENGANTAR

Dengan menyebut nama Allah SWT yang Maha Pengasih lagi Maha Panyayang, kami panjatkan puja dan puji syukur atas kehadirat-Nya, yang telah melimpahkan rahmat, hidayah, dan inayah-Nya kepada kami, sehingga kami dapat menyelesaikan makalah Geologi tentang Sifat Mekanik Batuan dan Sifat Massa Batuan.Adapun makalah ilmiah Geologi tentang Sifat Mekanik Batuan dan Sifat Massa Batuan ini telah kami usahakan semaksimal mungkin dan tentunya dengan bantuan berbagai pihak, sehingga dapat memperlancar pembuatan makalah ini. Untuk itu kami tidak lupa menyampaikan bayak terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu kami dalam pembuatan makalah ini.Namun tidak lepas dari semua itu, kami menyadar sepenuhnya bahwa ada kekurangan baik dari segi penyusun bahasanya maupun segi lainnya. Oleh karena itu dengan lapang dada dan tangan terbuka kami membuka selebar-lebarnya bagi pembaca yang ingin member saran dan kritik kepada kami sehingga kami dapat memperbaiki makalah Geologi ini.Akhirnya penyusun mengharapkan semoga dari makalah Geologi tentang Sifat Mekanik Batuan dan Sifat Massa Batuan ini dapat diambil hikmah dan manfaatnya sehingga dapat memberikan inspirasi terhadap pembaca.

Medan, 21 Oktober 2015

Penyusun

DAFTAR ISI

Halaman Judul.........................................................................................................i

Kata Pengantar.......................................................................................................ii

Daftar Isi..............................................................................................................iii

BAB 1 PENDAHULUAN

A.latar Belakang Masalah.......................................................................................1

B. Teori Dasar.........................................................................................................1

a. Uji Kuat Tekan Uniaksial.......................................................................2

1. Kuat Tekan Batuan.......................................................................... .....2

2. Modolus Young.....................................................................................2

3. Nisbah Poisson.......................................................................................3

b. Uji Kuat Tarik Tak Langsung................................................................4

1. Uji Kecepatan Rambat Gelombang Ultrasonik..............................................5

2. Ukuran butir dan bobot isi..............................................................................5

Rumusan Masalah...................................................................................................6

Tujuan.....................................................................................................................6

BAB 2 PEMBAHASAN.......................................................................................7

PENUTUP.............................................................................................. .............21

DAFTAR PUSTAKA..........................................................................................22

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Mekanika batuan adalah salah cabang disiplin ilmu geomekanika. Mekanika

batuan merupakan ilmu 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.

Sehingga untuk mengetahui sifat mekanik batuan dan massa batuan dilakukan

berbagai macam uji coba baik itu dilaboratorium maupun dilapangan langsung

atau secara insitu.

Untuk mengetahui sifat mekanik batuan dilakukan beberapa percobaan seperti uji

kuat tekan uniaksial, uji kuat tarik, uji triaksial dan uji tegangan insitu.

Mekanika batuan sendiri mempunyai karakteristik mekanik yang diperoleh dari

penelitian ini adalah kuat tekan batuan (σt), kuat tarik batuan (σc ), Modulus

Young (E), Nisbah Poisson (v), selubung kekuatan batuan (strength envelope),

kuat geser (τ), kohesi (C), dan sudut geser dalam (φ).

Masing-masing karakter mekanik batuan tersebut diperoleh dari uji yang berbeda.

Kuat tekan batuan dan Modulus Young diperoleh dari uji kuat tekan uniaksial.

Pada penelitian ini nilai kuat tekan batuan dan Modulus Young diambil dari nilai

rata-rata hasil pengujian lima contoh batuan. Untuk kuat tarik batuan diperoleh

dari uji kuat tarik tak langsung (Brazillian test). Sama dengan uji kuat tekan

uniaksial, uji kuat tarik tak langsung menggunakan lima contoh batuan untuk

memperoleh kuat tarik rata-rata. Sedangkan selubung kekuatan batuan, kuat geser,

kohesi, dan sudut geser dalam diperoleh dari pengujian triaksial konvensional dan

multitahap.

Selain mengamati sifat mekanik atau dinamik dari batuan dalam praktikum ini

juga akan diamati sifat fisik batuan tersebut, dengan mengamati bobot dan masa

jenisnya dalam beberapa keadaan.

B. Teori Dasar

A. Uji Kuat Tekan Uniaksial ( UCS )

Penekanan uniaksial terhadap contoh batuan selinder merupakan uji sifat mekanik

yang paling umum digunakan. Uji kuat tekan uniaksial dilakukan untuk

menentukan kuat tekan batuan (σt ), Modulus Young (E), Nisbah Poisson (v) , dan

kurva tegangan-regangan. Contoh batuan berbentuk silinder ditekan atau dibebani

sampai runtuh. Perbandingan antara tinggi dan diameter contoh silinder yang

umum digunakan adalah 2 sampai 2,5 dengan luas permukaan pembebanan yang

datar, halus dan paralel tegak lurus terhadap sumbu aksis contoh batuan. Dari

hasil pengujian akan didapat beberapa data seperti:

1. Kuat Tekan Batuan (σc)

Tujuan utama uji kuat tekan uniaksial adalah untuk mendapatkan nilai kuat tekan

dari contoh batuan. Harga tegangan pada saat contoh batuan hancur didefinisikan

sebagai kuat tekan uniaksial batuan dan diberikan oleh hubungan :

σc = FA

Keterangan :

σc = Kuat tekan uniaksial batuan (MPa)

F = Gaya yang bekerja pada saat contoh batuan hancur (kN)

A = Luas penampang awal contoh batuan yang tegak lurus arah gaya (mm)

2. Modulus Young ( E )

Modulus Young atau modulus elastisitas merupakan faktor penting dalam

mengevaluasi deformasi batuan pada kondisi pembebanan yang bervariasi. Nilai

modulus elastisitas batuan bervariasi dari satu contoh batuan dari satu daerah

geologi ke daerah geologi lainnya karena adanya perbedaan dalam hal formasi

batuan dan genesa atau mineral pembentuknya. Modulus elastisitas dipengaruhi

oleh tipe batuan, porositas, ukuran partikel, dan kandungan air. Modulus

elastisitas akan lebih besar nilainya apabila diukur tegak lurus perlapisan daripada

diukur sejajar arah perlapisan (Jumikis, 1979).

Modulus elastisitas dihitung dari perbandingan antara tegangan aksial dengan

regangan aksial. Modul elastisitas dapat ditentukan berdasarkan persamaan :

Е=Δσ Δε……………………………...…………………………………….....(2.2)

Δεa

Keterangan:

E = Modulus elastisitas (MPa)

Δσ. = Perubahan tegangan (MPa)

Δεa = Perubahan regangan aksial (%)

Terdapat tiga cara yang dapat digunakan untuk menentukan nilai modulus

elastisitas yaitu :

1. Tangent Young’s Modulus, yaitu perbandingan antara tegangan aksial dengan

regangan aksial yang dihitung pada persentase tetap dari nilai kuat tekan.

Umumnya diambil 50% dari nilai kuat tekan uniaksial.

2. Average Young’s Modulus, yaitu perbandingan antara tegangan aksial dengan

regangan aksial yang dihitung pada bagian linier dari kurva tegangan- tegangan.

3. Secant Young’s Modulus, yaitu perbandingan antara tegangan aksial dengan

regangan aksial yang dihitung dengan membuat garis lurus dari tegangan nol ke

suatu titik pada kurva regangan-tegangan pada persentase yang tetap dari nilai

kuat tekan. Umumnya diambil 50% dari nilai kuat tekan uniaksial.

3. Nisbah Poisson ( Poisson Ratio )

Nisbah Poisson didefinisikan sebagai perbandingan negatif antara regangan lateral

dan regangan aksial. Nisbah Poisson menunjukkan adanya pemanjangan ke arah

lateral (lateral expansion) akibat adanya tegangan dalam arah aksial. Sifat

mekanik ini dapat ditentukan dengan persamaan :

V = – ε l ………………………………………………………..……………..(2.3)

Keterangan:

V = Nisbah Poisson

ε l = regangan lateral (%)

εa= regangan aksial (%)

Pada uji kuat tekan uniaksial terdapat tipe pecah suatu contoh batuan pada saat

runtuh. Tipe pecah contoh batuan bergantung pada tingkat ketahanan contoh

batuan dan kualitas permukaan contoh batuan yang bersentuhan langsung dengan

permukaan alat penekan saat pembebanan.

Kramadibrata (1991) mengatakan bahwa uji kuat tekan uniaksial menghasilkan

tujuh tipe pecah, yaitu :

a. Cataclasis

b. Belahan arah aksial (axial splitting)

c. Hancuran kerucut (cone runtuh)

d. Hancuran geser (homogeneous shear)

e. Hancuran geser dari sudut ke sudut (homogeneous shear corner to corner)

f. Kombinasi belahan aksial dan geser (combination axial dan local shear)

g. Serpihan mengulit bawang dan menekuk (splintery union-leaves and buckling)

B. Uji Kuat Tarik Tak Langsung ( Brazilian Test )

Sifat mekanik batuan yang diperoleh dari uji ini adalah kuat tarik batuan (σt).

Ada dua metode yang dapat dipergunakan untuk mengetahui kuat tarik contoh

batuan di laboratorium, yaitu metode kuat tarik langsung dan metode kuat tarik

tak langsung. Metode kuat tarik tak langsung merupakan uji yang paling sering

digunakan. Hal ini disebabkan uji ini lebih mudah dan murah daripada uji kuat

tarik langsung. Salah satu uji kuat tarik tak langsung adalah Brazilian test.Pada uji

brazilian, kuat tarik batuan dapat ditentukan berdasarkan persamaan:

σt= 2.F π.D.L …………………...…………………………………………….(2.4)

Keterangan :

σt = Kuat tarik batuan (MPa)

F = Gaya maksimum yang dapat ditahan batuan (KN)

D = Diameter contoh batuan (mm)

L = Tebal batuan (mm)

1. Uji Kecepatan Rambat Gelombang Ultrasonik

Uji kecepatan rambat gelombang ultrasonik dilakukan untuk menentukan cepat

rambat gelombang ultrasonik yang merambat melalui contoh batuan. Pada uji ini,

waktu tempuh gelombang primer yang merambat melalui contoh batuan diukur

dengan menggunakan Portable Unit Non-destructive Digital Indicated Tester

(PUNDIT). Kecepatan rambat gelombang primer ditentukan melalui persamaan

2.5.

Vp= L tp ……………………………………………..……………………….(2.5)

Keterangan:

L = panjang contoh batuan yang diuji (m)

Vt= waktu tempuh gelombang ultrasonik primer (detik)

tp = cepat rambat primer atau tekan (m/detik)

Cepat rambat gelombang ultrasonik yang merambat di dalam batuan dipengaruhi

oleh beberapa faktor, yaitu: ukuran butir dan bobot isi, porositas dan kandungan

air, temperature kehadiran bidang lemah.

2. Ukuran butir dan bobot isi

Batuan yang memiliki ukuran butir halus atau kecil memiliki cepat rambat

gelombang lebih besar daripada batuan dengan ukuran butir kasar atau besar. Hal

ini disebabkan karena batuan berbutir kasar akan memberikan ruang kosong antar

butir lebih besar dibandingkan batuan berbutir halus. Ruang kosong inilah yang

menyebabkan cepat rambat gelombang menurun karena tidak ada media

perambatannya. Sama halnya dengan ukuran butir, batuan berbutir halus memiliki

bobot isi yang lebih padat dibandingkan batuan berbutir kasar. Karena kerapatan

antar butir yang tinggi dan sedikitnya ruang kosong yang dimiliki batuan. Oleh

karena itu, batuan yang memiliki bobot isi tinggi memiliki cepat rambat

gelombang yang tinggi.

RUMUSAN MASALAH

Bagaimana menentukan rumus sifat massa batuan?

Bagaimana menentukan rumus sifat mekanik batuan ?

TUJUAN

Di dalam geoteknik, klasifikasi massa batuan yang pertama diperkenalkan sekitar

60 tahun yang lalu yang ditujukan untuk terowongan dengan penyanggaan

menggunakan penyangga baja. Kemudian klasifikasi dikembangkan untuk

penyangga non-baja untuk terowongan, lereng, dan pondasi. 3 pendekatan desain

yang biasa digunakan untuk penggalian pada batuan yaitu: analitik, observasi, dan

empirik. Salah satu yang paling banyak digunakan adalah pendekatan desain

dengan menggunakan metode empiric.

Klasifikasi massa batuan dikembangkan untuk mengatasi permasalahan yang

timbul di lapangan secara cepat dan tidak ditujukan untuk mengganti studi

analitik, observasi lapangan, pengukuran, dan engineering judgement.

Tujuan dari klasifikasi massa batuan adalah untuk:

• Mengidentifikasi parameter-parameter yang mempengaruhi kelakuan/sifat massa

batuan.

• Membagi massa batuan ke dalam kelompok-kelompok yang mempunyai

kesamaan sifat dan kualitas.

• Menyediakan pengertian dasar mengenai sifat karakteristik setiap kelas massa

batuan.

• Menghubungkan berdasarkan pengalaman kondisi massa batuan di suatu tempat

dengan kondisi massa batuan di tempat lain.

• Memperoleh data kuantitatif dan acuan untuk desain teknik.

• Menyediakan dasar acuan untuk komuniukasi antara geologist dan engineer.

Keuntungan dari digunakannya klasifikasi massa batuan:

• Meningkatkan kualitas penyelidikan lapangan berdasarkan data masukan sebagai

parameter klasifikasi.

• Menyediakan informasi kuantitatif untuk tujuan desain.

• Memungkinkan kebijakan teknik yang lebih baik dan komunikasi yang lebih

efektif pada suatu proyek.

Dikarenakan kompleknya suatu massa batuan, beberapa penelitian berusaha untuk

mencari hubungan antara desain galian batu dengan parameter massa batuan.

Banyak dari metode-metode tersebut telah dimodifikasi oleh yang lainnya dan

sekarang banyak digunakan untuk penelitian awal atau bahkan untuk desain akhir.

Beberapa klasifikasi massa batuan yang dikenal saat ini adalah:

1. Metode klasifikasi beban batuan (rock load)

2. Klasifikasi stand-up time

3. Rock Quality Designation (RQD)

4. Rock Structure Rating (RSR)

5. Rock Mass Rating (RMR)

6. Q-system


Metode ini diperkenalkan oleh Karl von Terzaghi pada tahun 1946. Merupakan

metode pertama yang cukup rasional yang mengevaluasi beban batuan untuk

desain terowongan dengan penyangga baja. Metode ini telah dipakai secara

berhasil di Amerika selama kurun waktu 50 tahun. Akan tetapi pada saat ini

metode ini sudah tidak cocok lagi dimana banyak sekali terowongan saat ini yang

dibangun dengan menggunakan penyangga beton dan rockbolts.

3. Klasifikasi Stand-up time

Metode ini diperkenalkan oleh Laufer pada 1958. Dasar dari metode ini adalah

bahwa dengan bertambahnya span terowongan akan menyebabkan berkurangnya

waktu berdirinya terowongan tersebut tanpa penyanggaan. Metode ini sangat

berpengaruh terhadap perkembangan klasifikasi massa batuan selanjutnya. Faktor-

faktor yang berpengaruh terhadap stand-up time adalah: arah sumbu terowongan,

bentuk potongan melintang, metode penggalian, dan metode penyanggaan.


RQD dikembangkan pada tahun 1964 oleh Deere. Metode ini didasarkan pada

penghitungan persentase inti terambil yang mempunyai panjang 10 cm atau lebih.

Dalam hal ini, inti terambil yang lunak atau tidak keras tidak perlu dihitung

walaupun mempunyai panjang lebih dari 10cm. Diameter inti optimal yaitu

47.5mm. Nilai RQD ini dapat pula dipakai untuk memperkirakan penyanggaan

terowongan. Saan ini RQD sebagai parameter standar dalam pemerian inti

pemboran dan merupakan salah satu parameter dalam penentuan klasifikasi massa

batuan RMR

BAB 2 PEMBAHASAN

1. Porositas dan kandungan air

Porositas merupakan banyaknya rongga dalam suatu batuan terhadap volume

keseluruhan. Jadi semakin tinggi nilai porositas akan menunjukan semakin banyak

rongga atau ruang kosong di dalam batuan. Sehingga dapat disimpulkan bahwa

semakin tinggi porositas maka cepat rambat gelombang akan semakin kecil.

Kandungan air dalam batuan yang cenderung berpori akan merubah kecepatan

rambat gelombang di dalam batuan tersebut. Pada nilai porositas tertentu,

kecepatan rambat gelombang akan bertambah besar karena terjadinya peningkatan

derajat kejenuhan air. Hal ini terjadi karena kecepatan rambat gelombang di dalam

air jauh lebih besar dari di udara.

2.Temperatur

Kecepatan rambat gelombang ultrasonik juga diperngaruhi. Temperatur tinggi

pada saat pengujian akan menurunkan cepat rambat gelombang yang merambat

melalui contoh batuan.

3. Kehadiran bidang lemah

Bidang lemah yang berada didalam batuan akan mempengaruhi cepat rambat

gelombang ultrasonik. Bidang lemah yang merupakan bidang batas antara dua

permukaan akan menhadirkan ruang kosong berisi udara. Ruang kosong ini akan

memperlambat cepat rambat gelombang ultrasonik. Dengan demikian, kehadiran

bidang lemah akan menurunkan cepat rambat gelombang yang merambat melalui

batuan.

1. Pengujian Point Load ( Point Load Test )

Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui kekuatan ( strength ) dari percontoh

batu secara tidak langsung dilapangan. Percontoh batuan dapat berbentuk silinder.

Peralatan yang digunakan mudah dibawa-bawa, tidak begitu besar dan cukup

ringan. Pengujian cepat, sehingga dapat diketahui kekuatan datuan dilapangan,

sebelum pengujian dilaboratorium dilakukan.

Dari pengujian ini didapat :

Is = P

D2

Dimana : Is = Point load strength index ( Index Franklin )

P = Beban maksimum sampai percontoh pecah

D = Jarak antara dua konus penekan

Hubungan antara index franklin (Is) dengan kuat tekan (σt) menurut

BIENIAWSKI sebagai berikut:

σc = 18 – 23 Is untuk diameter percontoh = 50 mm. Jika Is = 1 MPa maka index

tersebut tidak lagi mempunyai arti sehingga disarankan untuk menggunakan

pengujian lain dalam penentuan kekuatan ( strength ) batuan.

Uji triaxial

Tujuan utama uji triaksial adalah untuk menentukan kekuatan batuan padakondisi

pembebanan triaksial melalui persamaan kriteria keruntuhan. Kriteria keruntuhan

yang sering digunakan dalam pengolahan data uji triaksial adalah criteria Mohr-

Coulomb. Hasil pengujian triaksial kemudian diplot kedalam kurva Mohr-

Coulomb sehingga dapat ditentukan parameter-parameter kekuatan batuan sebagai

berikut:

• Strength envelope (kurva intrinsik)

• Kuat geser (Shear strength)

• Kohesi (C)

• Sudut geser dalam (φ)

Pada pengujian triaksial, contoh batuan dimasukkan kedalam sel triaksial, diberi

tekanan pemampatan (σ3), dan dibebani secara aksial (σ1), sampai runtuh. Pada

uji ini, tegangan menengah dianggap sama dengan tekanan pemampatan (σ3= σ1).

Alat uji triaksial yang digunakan merupakan merujuk pada alat triaksial yang

dikembangkan oleh Von Karman pada tahun 1911 (Gambar 2.4). Di dalam

apparatus ini, tekanan fluida berfungsi sebagai tekanan pemampatan (σ3 ) yang

diberikan kepada contoh batuan. Fluida dialirkan dengan menggunakan pompa

hidraulik dan dijaga agar selalu konstan.

Pada mulanya, beban aksial merupakan instrumen utama yang mengendalikan uji

ini. Namun dengan perkembangan teknologi masa kini sudah memungkinkan

untuk mengendalikan uji ini melalui kontrol beban atau deformasi yang dialami

contoh batuan, bahkan dengan menggunakan katup servo, regangan aksial dan

tekanan pori dapat juga diatur besarnya. Untuk penelitian ini, digunakan mesin

tekan Control seri 85060715 CAT C25/B tanpa katup servo.

A. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Uji Triaksial

1. Tekanan pemampatan

Tekanan pemampatan merupakan faktor yang sangat mempengaruhi dalam uji

triaksial. Besarnya tegangan aksial pada saat contoh batuan runtuh saat pengujian

triaksial selalu lebih besar daripada tegangan aksial saat contoh batuan runtuh

pada pengujian kuat tekan uniaksial. Hal ini disebabkan karena adanya penekanan

(pemampatan) dari arah lateral dari sekeliling contoh batuan pada uji triaksial.

Berbeda pada pengujian kuat tekan uniaksial, tekanan pemampatannya adalah nol

(zero confining pressure), sehingga tegangan aksial batuan lebih kecil.

Berdasarkan penelitian Von Karman (1911) pada batuan marbel Carrara dapat

dilihat dengan adanya tekanan pemampatan pada contoh batuan mengakibatkan

kenaikan tekanan aksial dan bersifat lebih ductile. Gambar 2.5 menunjukkan

semakin tingginya tegangan puncak (peak) jika tekanan pemampatannya semakin

besar.

2. Tekanan pori

Dari penelitian Schwartz pada tahun 1964 yang mempelajari tentang tekanan pori

pada uji triaksial terhadap batuan sandstone (lihat Gambar 2.6). Dapat

disimpulkan bahwa naiknya tekanan pori akan menurunkan kekuatan batuan.

3. Temperatur

Secara umum, kenaikan temperatur menghasilkan penurunan kuat tekan batuan

dan membuat batuan semakin ductile. Gambar 2.7 menunjukkan kurva tegangan

diferensial (deviatoric stress,

σ3-σ1) – regangan aksial untuk batuan granit pada tekanan pemampatan 500 MPa

dan pada temperatur yang berbeda-beda. Pada temperatur kamar, sifat batuan

adalah brittle, tetapi pada temperatur 800 0C batuan hampir seluruhnya ductile.

Efek temperatur terhadap tegangan diferensial saat runtuh untuk setiap tipe batuan

adalah berbeda. Pada penelitian ini, pengaruh temperature diabaikan.

4. Laju deformasi

Kenaikan laju deformasi secara umum akan menaikkan kuat tekan batuan. Hal ini

terbukti dari penelitian-peneliatian terdahulu. Pada tahun 1961, Serdengecti dan

Boozer melakukan penelitian tentang pengaruh kenaikan laju deformasi pada uji

triaksial. Dari penelitian mereka pada batuan limestone dan gabbro solenhofen.

4. Bentuk dan Dimensi contoh batuan

Bentuk contoh batuan pengujian triaksial sama seperti uji kuat tekan uniaxial

bentuk silinder.

Semakin bertambahnya ukuran contoh batuan, kemungkinan tiap contoh batuan

dipengaruhi oleh bidang lemah akan semakin besar. Oleh karena itu, semakin

besar contoh batuan yang akan diuji, kekuatan contoh batuan tersebut akan

berkurang.

Variasi perbandingan panjang terhadap diameter contoh batuan ( /d) diketahui

akan mempengaruhi kekuatan contoh batuan. Kekuatan contoh batuan akan

menurun seiring dengan menaiknya perbandingan panjang terhadap diameter

contoh batuan ( /d). Hal ini sesuai dengan penelitian yang dilakukan Mogi pada

tahun 1962.

Menurut ISRM (1972) untuk contoh batuan pada uji triaksial dan kuat tekan

uniaksial, perbandingan antara tinggi dan diameter contoh silinder yang umum

digunakan adalah 2 sampai 2,5 dengan area permukaan pembebanan yang datar,

halus dan paralel tegak lurus terhadap sumbu aksis contoh batuan.

5. Tipe Deformasi Batuan pada Uji Triaksial

Secara garis besar tipe deformasi yang terjadi saat contoh batuan runtuh dapat

dibedakan menjadi dua tipe, yaitu brittle fracture dan ductile fracture. Serdengecti

dan Boozer menyebutkan bahwa brittle fracture terjadi pada tekanan pemampatan

yang rendah, temperatur yang rendah dan laju deformasi yang besar. Sebaliknya,

ductile fracture lebih sering terjadi pada tekanan pemampatan yang tinggi,

temperatur yang tinggi dan laju deformasi yang rendah (Vutukuri, Lama & Saluja,

1974).

Griggs & Handin (1960) menjelaskan deformasi makroskopik yang dialami

batuan pada tekanan pemampatan yang tinggi dalam uji triaksial. Mereka

mendapati

lima tipe deformasi yang terjadi yang dialami contoh batuan saat diberi tekanan

pemampatan yang tinggi dalam uji triaksial tersebut (lihat Gambar 2.9).

Tipe 1 menunjukkan deformasi brittle yang ditandai oleh bentuk runtuh atau

pecah yang berupa splitting. Splitting dianggap sebagai rekahan yang sejajar

terhadap arah gaya tekan aksial yang mengindikasikan lepasnya ikatan antarbutir

dalam contoh batuan karena tarikan.

Tipe 2 masih menunjukkan deformasi brittle, sudah terlihat adanya deformasi

plastis sebelum contoh batuan runtuh (seiring dengan naiknya tekanan

pemampatan). Belahan yang berbentuk kerucut dengan arah aksial menunjukkan

terjadinya tegangan kompresif, sedangkan belahan kerucut akan memiliki arah

lateral ketika terjadi tegangan tarik.

Tipe 3 sudah mulai menunjukkan transisi dari brittle ke ductile. Penambahan

tekanan pemampatan menyebabkan contoh batuan runtuh in shear. Shear runtuh

terjadi ketika butiran yang terikat berpindah sepanjang bidang geser. Proses ini

terjadi secara perlahan dari tarikan (tension) dan berakhir dengan geseran (shear).

Karena tekanan pemampatan semakin naik, contoh batuan mulai terdeformasi

secara ductile (laju deformasi semakin menurun) dan contoh batuan sudah mulai

bersifat plastis (tipe 4). Apabila tekanan pemampatan dinaikkan kembali, contoh

batuan akan bersifat sangat plastis dan akan sukar untuk mendapatkan kekuatan

puncaknya (tipe 5).





















Tujuan dari klasifikasi massa batuan adalah untuk:

• Mengidentifikasi parameter-parameter yang mempengaruhi kelakuan/sifat massa

batuan.

• Membagi massa batuan ke dalam kelompok-kelompok yang mempunyai

kesamaan sifat dan kualitas.

• Menyediakan pengertian dasar mengenai sifat karakteristik setiap kelas massa

batuan.

• Menghubungkan berdasarkan pengalaman kondisi massa batuan di suatu tempat

dengan kondisi massa batuan di tempat lain.

• Memperoleh data kuantitatif dan acuan untuk desain teknik.

• Menyediakan dasar acuan untuk komuniukasi antara geologist dan engineer.

Keuntungan dari digunakannya klasifikasi massa batuan:

• Meningkatkan kualitas penyelidikan lapangan berdasarkan data masukan sebagai

parameter klasifikasi.

• Menyediakan informasi kuantitatif untuk tujuan desain.

• Memungkinkan kebijakan teknik yang lebih baik dan komunikasi yang lebih

efektif pada suatu proyek.

Dikarenakan kompleknya suatu massa batuan, beberapa penelitian berusaha untuk

mencari hubungan antara desain galian batu dengan parameter massa batuan.

Banyak dari metode-metode tersebut telah dimodifikasi oleh yang lainnya dan

sekarang banyak digunakan untuk penelitian awal atau bahkan untuk desain akhir.

Beberapa klasifikasi massa batuan yang dikenal saat ini adalah:


2. Klasifikasi stand-up time




6. Q-system


Metode ini diperkenalkan oleh Karl von Terzaghi pada tahun 1946. Merupakan

metode pertama yang cukup rasional yang mengevaluasi beban batuan untuk

desain terowongan dengan penyangga baja. Metode ini telah dipakai secara

berhasil di Amerika selama kurun waktu 50 tahun. Akan tetapi pada saat ini

metode ini sudah tidak cocok lagi dimana banyak sekali terowongan saat ini yang

dibangun dengan menggunakan penyangga beton dan rockbolts.

3. Klasifikasi Stand-up time

Metode ini diperkenalkan oleh Laufer pada 1958. Dasar dari metode ini adalah

bahwa dengan bertambahnya span terowongan akan menyebabkan berkurangnya

waktu berdirinya terowongan tersebut tanpa penyanggaan. Metode ini sangat

berpengaruh terhadap perkembangan klasifikasi massa batuan selanjutnya. Faktor-

faktor yang berpengaruh terhadap stand-up time adalah: arah sumbu terowongan,

bentuk potongan melintang, metode penggalian, dan metode penyanggaan.


RQD dikembangkan pada tahun 1964 oleh Deere. Metode ini didasarkan pada

penghitungan persentase inti terambil yang mempunyai panjang 10 cm atau lebih.

Dalam hal ini, inti terambil yang lunak atau tidak keras tidak perlu dihitung

walaupun mempunyai panjang lebih dari 10cm. Diameter inti optimal yaitu

47.5mm. Nilai RQD ini dapat pula dipakai untuk memperkirakan penyanggaan

terowongan. Saan ini RQD sebagai parameter standar dalam pemerian inti

pemboran dan merupakan salah satu parameter dalam penentuan klasifikasi massa

batuan RMR dan Q-system

RQD didefinisikan sebagai:

Berdasarkan nilai RQD massa batuan diklasifikasikan sebagai:

RQD Kualitas massa batuan

< 25% Sangat jelek

25 – 50% Jelek

50 – 75% Sedang

75 – 90% Baik

90 – 100% Sangat baik

Walaupun metode penghitungan dengan RQD ini sangat mudah dan cepat, akan

tetapi metode ini tidak memperhitung factor orientasi bidang diskontinu, material

pengisi, dll, sehingga metode ini kurang dapat menggambarkan keadaan massa

batuan yang sebenarnya.


RSR diperkenalkan pertama kali oleh Wickam, Tiedemann dan Skinner pada

tahun 1972 di AS. Konsep ini merupakan metode kuantitatif untuk

menggambarkan kualitas suatu massa batuan dan menentukan jenis penyanggaan

di terowongan. Motode ini merupakan metode pertama untuk menentukan

klasifikasi massa batuan yang komplit setelah diperkenalkannya klasifikasi massa

batuan oleh Terzaghi 1946.

Konsep RSR ini selangkah lebih maju dibandingkan konsep-konsep yang ada

sebelumnya. Pada konsep RSR terdapat klasifikasi kuantitatif dibandingkan

dengan Terzaghi yang hanya klasifikasi kulitatif saja. Pada RSR ini juga terdapat

cukup banyak parameter yang terlibat jika dibandingkan dengan RQD yang hanya

melibatkan kualitas inti terambil dari hasil pemboran saja. Pada RSR ini juga

terdapat klasifikasi yang mempunyai data masukan dan data keluaran yang

lengkap tidak seperti Lauffer yang hanya menyajikan data keluaran yang berupa

stand-up time dan span.

RSR merupakan penjumlahan rating dari parameter-parameter pembentuknya

yang terdiri dari 2 katagori umum, yaitu:

• Parameter geoteknik; jenis batuan, pola kekar, arah kekar, jenis bidang lemah,

sesar, geseran, dan lipatan, sifat material; pelapukan, dan alterasi.

• Parameter konstruksi; ukuran terowongan, arah penggalian, metode penggalian

RSR merupakan metode yang cukup baik untuk menentukan penyanggaan dengan

penyangga baja tetapi tidak direkomendasikan untuk menentukan penyanggaan

dengan penyangga rock bolt dan beton.


Bieniawski (1976) mempublikasikan suatu klasifikasi massa batuan yang disebut

Klasifikasi Geomekanika atau lebih dikenal dengan Rock Mass Rating (RMR).

Setelah bertahun-tahun, klasifikasi massa batuan ini telah mengalami penyesuaian

dikarenakan adanya penambahan data masukan sehingga Bieniawski membuat

perubahan nilai rating pada parameter yang digunakan untuk penilaian klasifikasi

massa batuan tersebut. Pada penelitian ini, klasifikasi massa batuan yang

digunakan adalah klasifikasi massa batuan versi tahun 1989 (Bieniawski, 1989). 6

Parameter yang digunakan dalam klasifikasi massa batuan menggunakan Sistim

RMR yaitu:

1. Kuat tekan uniaxial batuan utuh.

2. Rock Quality Designatian (RQD).

3. Spasi bidang dikontinyu.

4. Kondisi bidang diskontinyu.

5. Kondisi air tanah.

6. Orientasi/arah bidang diskontinyu.

Pada penggunaan sistim klasifikasi ini, massa batuan dibagi kedalam daerah

struktural yang memiliki kesamaan sifat berdasarkan 6 parameter di atas dan

klasifikasi massa batuan untuk setiap daerah tersebut dibuat terpisah. Batas dari

daerah struktur tersebut biasanya disesuaikan dengan kenampakan perubahan

struktur geologi seperti patahan, perubahan kerapatan kekar, dan perubahan jenis

batuan. RMR ini dapat digunakan untuk terowongan. lereng, dan pondasi.

7. Q-system

Q-system diperkenalkan oleh Barton et al pada tahun 1974. Nilai Q didefinisikan

sebagai:

Dimana:

RQD adalah Rock Quality Designation

Jn adalah jumlah set kekar

Jr adalah nilai kekasaran kekar

Ja adalah nilai alterasi kekar

Jw adalah faktor air tanah

SRF adalah faktor berkurangnya tegangan

• RQD/Jn merepresentasikan struktur massa batuan

• Jr/Ja merepresentasikan kekasaran dan karakteritik gesekan diantara bidang

kekar stsu material pengisi

• Jw/SRF merepresentasikan tegangan aktif yang bekerja

• Berdasarkan nilai Q kemudian dapat ditentukan jenis penyanggaan yang

dibutuhkan untuk terowongan.

dan Q-system

I. Sifat Mekanik Batuan

Kadar air

Kadar air adalah perbandingan antara berat air dengan berat total dari batuan

Adsorbsi

Adsorbsi secara umum adalah proses pengumpulan substansi terlarut yang ada

dalam larutan oleh permukaan zat atau benda penyerap dimana terjadi suatu ikatan

kimia fisik antara substansi dengan zat penyerap

PENENTUAN NILAI POROSITAS,DENSITAS, KADAR AIR,DAN

ADSORBSI BATUAN

Penentuan porositas dapat dibedakan menjadi dua cara yaitu :

1. Analisa secara langsung (analisa core)

Besarnya nilai porositas dapat dicari dilaboratorium yang dapat ditentukan secara

lebih teliti dengan menggunakan Porosimeter

dan Mercury Injection Pump10).

2. Analisa secara tidak langsung (analisa logging).

Untuk menentukan porositas secara tidak langsung (analisa]logging) ditentukan

dengan menggunakan data log sumuran yaitu menggunakan Log Sonik (untuk

batuan keras dan unconsolidated atau kompak), Log Densitas (untuk semua

formasi, tetapi pada prinsipnya dalam batuan yang kurang unconsolidated dan

batuan shaly) dan Neutron Log7). Untuk menghitung Porositas Sonik dari analisis

log sonic dengan menggunakan persamaan sebagai berikut7) :

Densitas

Densitas batuan10) adalah berat jenis dari batuan yang dinyatakan dalam pound

per cubic feet atau kilonewton per cubic meter. Specific gravity suatu padatan

(SG) adalah perbandingan densitas padatan dengan densitas air, yang diperkirakan

mendekati 1 gram-force/cm3 (9.8 kN/m3 atau 0.01 MN/m3). Metode pengukuran

densitas terbagi menjadi dua cara, yaitu :

1. Penentuan densitas di laboratorium.

Densitas dibedakan menjadi 3, yaitu : bobot isi asli (natural density) dan bobot isi

kering (dry density) dan bobot isi jenuh (saturated density). Dalam penentuan

densitas di laboratorium10), digunakan persamaan-persamaan sebagai berikut :

2. Penentuan densitas dengan log sumuran.

Cara menentukan densitas batuan dari pembacaan log densitas adalah dengan

menganalisis defleksi kurva pada log densitas dalam satuan gr/cc. Dari defleksi

kurva pada log densitas itu dapat diketahui besarnya bulk density masing-masing

batuan.

a) Porositas

Porositas (f) merupakan perbandingan antara ruang kosong (pori-pori) dalam

batuan dengan volume total batuan yang

diekspresikan di dalam prosentase (%). Secara matematik, porositas dinyatakan

sebagai berikut10) :

Penentuan kadar air

(ASTM D 5220) Standar ini membahas mengenai tata cara penentuan kadar air

batuan dengan penduga neutron, metode pemeriksaan dan kalibrasi pencacahan

untuk kurva rujukan. Tata cara penentuan kadar air batuan dengan penduga

neutron ini : a. Sebagai suatu teknik yang cepat dalam menguji kadar air batuan di

tempat secara tidak langsung pada kedalaman tertentu tanpa terganggu. b. Dapat

digunakan untuk pemantauan dan analisis statistik, karena dilakukan secara

berulang di tempat yang sama.

b) Uji Adsorpsi

2. Ada 2 tipe uji adsorpsi, yaitu adsorpsi statik dan dinamik. Sebagaimana

namanya, adsorpsi statik

dilakukan pada keadaan statik/diam, sedangkan adsorpsi dinamik, sebaliknya,

surfaktan diinjeksikan pada core. Kemudian diukur konsentrasinya. Jika

konsentrasi setelah proses adsorpsi berkurang banyak, maka jelas akan sangat

mengurangi kinerja surfaktan dalam menurunkan tegangan antarmuka minyak dan

batuan.Karena berarti chemical loss yang tinggi. Hasil uji adsorpsi baik statik

maupun dinamik. Pada surfaktan S-F2 tidak dilakukan uji adsorpsi karena dari

serangkaian uji sebelumnya, surfaktan ini menunjukkan performance yang kurang

bagus. Surfaktan S-A2 menunjukkan adsorpsi terkecil dibanding lainnya. Dari

semua uji yang sudah dilakukan terhadap surfaktan, surfaktan S-F1 dan S-A2

dianggap lebih bagus dibanding lainnya dan pada keduanya akan dilakukan uji

lebih lanjut dengan dicampur polimer.Korelasi antara permeabilitas terhadap

porositas pada batuan

Untuk menyajikan sifat petrofisik batuan, dilakukan analisa laboratorium yang

terdiri dari analisa core rutin dan analisa core spesial. Yang termasuk dalam

analisa core rutin adalah pengukuran porositas dan permeabilitas absolut,

sedangkan yang termasuk analisa core spesial adalah pengukuran tekanan kapiler

versus saturasi air, permeabilitas relatif, factor sementasi dan sebagainya. Ada

beberapa penulis yang membuat korelasi empiris antara tekanan kapiler dengan

permeabilitas absolut3,4). Dan ada pula yang menghubungkan antara porositas

dan permeabilitas

absolut dengan kenampakan kurva tekanan kapiler 1,2). Dari penulis-penulis

tersebut, maka dicoba untuk membuat suatu hubungan antara porositas dan

permeabilitas absolute

Korelasi antara permeabilitas absolut dengan porositas sudah banyak dilakukan,

yaitu dengan membuat plot log k (permeabilitas) dengan f (porositas). Dengan

menggunakan pendekatan tersebut, ada yang memberikan korelasi yang baik dan

ada pula yang tidak. Oleh sebab itu dibuat dengan menambah vareabel lain yaitu

kurva tekanan kapiler versus saturasi air. Sebagai acuan dalam penyusunan

vareabelvareabel tersebut digunakan persamaan Purcell. Sebagai data masukan

diperlukan beberapa core yang sudah diketahui porositas, permeabilitas dan kurva

tekanan kapiler versus saturasi air dalam suatu lapisan, Kemudian disusun

hubungan variabel-variabel didalamnya. Dari hubungan permeabilitas absolut

dengan data tekanan kapiler didapat faktor litologi batuan. Variabel tersebut

kemudian digunakan untuk mengkorelasi antara permeabilitas absolut

denganporositas.

Korelasi Purcell

Jika ditinjau suatu pipa yang mempunyai panjang L, dan jarijari R, dan fluida

yang mengalir mempunyai viscositas m, maka menurut Poiseuille’s dapat

diformulasikan :

Proses perhitungan

Prosedur Kerja

Persiapan Sampel

Sebelum dilakukan analisa tekanan kapiler, sampel sebaiknya diukur terlebih

dahulu porositas dan permeabilitasnya. Karena setelah diukur tekanan kapilernya

dengan metode injeksi merkuri sampel batuan akan rusak. Mula-mula sampel

harus dibentuk dulu berupa silinder (plug berukuran garis tengah 2,5 cm dengan

panjang lebih kurang 3 cm dengan cara di bor). Sampel kemudian dicuci dengan

toluena dan dikeringkan. Setelah kering sampel tersebut diukur porositas dan

permeabilitasnya. Sebaiknya alat ukur yang digunakan tidak merusak sampel

sehingga untuk analisa injeksi merkuri dapat dilakukan.

Prinsip Kerja

Penggunaan injeksi merkuri ini didasari bahwa tekanan kapiler dalam batuan

sangat dipengaruhi terutama oleh diameter pori-pori batuan dan tegangan antar

muka fluida yang mengisinya. Merkuri yang diinjeksikan ke dalam batuan, akan

mempunyai karakteristik yang dapat dilihat dari kurva injeksi. Pada tekanan

rendah merkuri memasuki pori-pori yang diameternya lebih besar dan untuk

selanjutnya pori-pori yang lebih kecil sampai akhirnya pada tekanan maksimum

walaupun tekanan ditambah merkuri tidak bisa memasuki sisa-sisa pori-pori yang

ada.

3. Dari uraian di atas dan data yang tersedia maka dapat disimpulkan :

1. Untuk mendapatkan korelasi porositas dari permeabilitas dalam suatu lapangan

diperlukan beberapa sampel batuan yang dapat mewakili lapangan tersebut.

2. Dari data tekanan kapiler versus saturasi air dapat ditentukan konstanta faktor

lotologi batuan, yangkemudian digunakan untuk mengkorelasi porositas dari

permeabilitas.

3. Dari hasil percobaan ternyata korelasi porositas dari permeabilitas, secara

statistik memberikan random error sebesar 0.95.

II. Sifat Massa Batuan

1. Heterogen :

• Mineralogis : jenis mineral pembentuk batuan yang berbeda-beda.

• Butiran padatan :Ukuran dan bentuk berbeda-beda.

• Void : ukuran, bentuk, penyebaran berbeda-beda.

2. Anisotrop :

Mempunyai sifat yang berbeda-beda pada arah yang berbeda.

3. Diskontinu :

Massa batuan selalu memiliki unsur struktur geologi yang mengakibatkannya

tidak kontinu seperti karena kekar, sesar, retakan, fissure, bidang perlapisan.

Struktur geologi ini cenderung “memperlemah” kondisi massa batuan.

Bidang – bidang rekayasa disiplin mekanika batuan berperan penting dalam :

• Rekayasa pertambangan : penentuan metode penggalian (rock cutting),pemboran

&peledakan batuan, stabilitas timbunan overburden, stabilitas timbunan

overburden, stabilitas terowongan & lombong(stoping).

• Industri minyak bumi : pemboran oil drilling, rock fracturing.

• Rekayasa sipil : pondasi jembatan & gedung bertingkat, underground storage,

tunnel dangkal dan dalam, longsoran lereng batu, pelabuhan, airport, bendungan

dsb.

• Lingkungan hidup ; rock fracturing kaitannya dengan migrasi polutan akibat

limbah industri.

Interaksi fungsional dalam rekayasa pertambangan. Bertujuan utk

mengembangkan suatu skedul produksi & biaya yang berkesinambungan untuk

operasi penambangan.

Mekanika batuan mempelajari :

1) Mekanisme deformasi kristal-kristal mineral yang mengalami tekanan tinggi

pada temperatur tinggi

2) Perilaku triaksial batuan di laboratorium

3) Stabilitas dinding terowongan, bahkan :

4) Mekanisme pergerakan-pergerakan kerak bumi sendiri, dalam hal ini jelas

geologi berperan, antara lain material-material yang terlibat :

- masa batuan yang keberadaannya tidak terlepas dari lingkungan geologi atau

dihasilkan dari lingkungan geologi

- karakter fisiknya, yang merupakan fungsi dari cara terjadinya dan dari semua

proses yang terlibat

- stabilitas dinding terowongan, bahkan

- sejarah geologi pada lokasi kejadianSifat Fisik dan Sifat Mekanik Batuan

•Sifat Fisik batuan , misalnya :

Berat isi ; Specific Gravity , Porositas , Absorbsi , Void ratio.

•Sifat Mekanik Batuan misalnya :

Kuat tekan , Kuat tarik , Modulus elastisitas, Poisons ratio.

Kedua sifat tersebut dapat ditentukan di laboratorium , maupun dilapangan

( insitu-test )

Uji Sifat Mekanik Di Lapangan :

1.Rock loading test ( Jacking test )

2.Block Shear test

3.In situ Triaxial compression test

Uji Sifat Mekanik Di Laboratorium :

1.Pengujian Kuat Tekan ( Unconfined compressive strength test )

2.Pengujian Kuat Tarik ( Indirect tensile strength test )

3.Point Load test ( tes Franklin )

4.Pengujian Triaxial

5.Punch Shear test

6.Direct box shear strength test

7.Ultrasonic Velocity Test

Macam – Macam Penimbangan Contoh Batuan :

1.Berat contoh batuan asli (Natural) : Wn

2.Berat contoh kering ( sesudah dimasukkan dalam oven 90 derajat Celcius

selama 24 jam ) : Wo

3.Berat contoh jenuh ( sesudah direndam dalam air selama 24 jam ) : Ww

4.Berat contoh jenuh + berat air + berat bejana : Wa

5.Berat contoh jenuh tergantung dalam air + berat air + berat bejana : Wb

6.Berat contoh jenuh dalam air : Ws = ( Wa – Wb )

7.Volume contoh total = Ww – Ws

8.Volume Contoh tanpa pori-pori = Wo – Ws

Perencanaan dan Perancangan TambangGeologi Mekanika

Pertambangan BatuanKomponen ; urutan program Mekanika Batuan untuk

pertambangan.

• Karakteristik Lokasi Penentuan sifat – sifat hidromekanika dari massa batuan

induk yg akan disambung.

• Perumusan model tambang Konseptualisasi data karakterisasi lokasi.

• Analisis Rancangan. Pemilihan & aplikasi metode matematika & Komputasional

untuk mengkaji beberapa tata letak dan strategi tambang.

• Pemantauan kinerja batuan, pengukuran respons massa batuan akibat operasi

penambangan.

• Analisis Retrospektif Kuantifikasi sifat massa batuan insitu & identifikasi bentuk

respon dominan dari struktur tambang.

- Terhadap karakteristik lokasi tidak pernah menghasilkan data yang cukup

komprenhensif yang dapat dipakai untuk merencanakan seluruh umur tambang.

- Rancangan tambang adalah proses evolutif dimana respons rekayasa dirumuskan

untuk mencerminkan kinerja struktur tambang pada kondisi.

PENUTUP

Demikian yang dapat kami paparkan mengenai materi yang menjadi pokok

bahasan dalam makalah ini, tentunya masih banyak kekurangan dan

kelemahannya, karena terbatasnya pengetahuan dan kurangnya referensi yang ada

hubungannya dengan judul makalah ini.

Penulis banyak berharap para pembaca memberikan kritik dan saran

untukmembangun penulis demi sempurnanya makalah ini dan dan penulisan

makalah di kesempatan-kesempatan berikutnya. Semoga makalah ini berguna bagi

penulis pada khususnya juga para pembaca yang budiman pada umumnya.

DAFTAR PUSTAKA

http://densowestliferz.files.wordpress.com/2011/09/50413515-mekanika-

batuan.pdf

http://tsipil.ugm.ac.id/mata-kuliah/semester-vi/mekanika-batuan/

http://eprints.undip.ac.id/33820/5/1617_chapter_II.pdf

http://digilib.itb.ac.id/gdl.php?mod=browse&op=read&id=itb-grey-si-1998-

Koesnaryo-peran

http://id.crusherprocess.com/panas-penjualan/2013/02/20024.html

http://ebookbrowse.com/sifat-penyusun-stratigrafi-pada-batuan-pdf-d408715776

http://www.scribd.com/doc/27667908/Mekanika-Batuan-Part-1

Tugas Lap Mekbat 1 Print (MARKUS)

Documents

Transcript of Tugas Lap Mekbat 1 Print (MARKUS)