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
7/17/2019 9 - TA3111-3B Sifat Mekanik Batuan Utuh-12
2/42
7/17/2019 9 - TA3111-3B Sifat Mekanik Batuan Utuh-12
3/42
TA3111M
ekanikaBatuan
SifatFisik&Me
kanikBatuan-1
SSifatifat FisikFisik &&
MekanikMekanikBatuanBatuan UtuhUtuh
Penggalian
PenggalianCore Cuttability
7/17/2019 9 - TA3111-3B Sifat Mekanik Batuan Utuh-12
4/42
TA3111M
ekanikaBatuan
SifatFisik&Me
kanikBatuan-1
MassaMassa BatuanBatuan
7/17/2019 9 - TA3111-3B Sifat Mekanik Batuan Utuh-12
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
7/17/2019 9 - TA3111-3B Sifat Mekanik Batuan Utuh-12
6/42
TA3111M
ekanikaBatuanSifatFisik&Me
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 [-]
7/17/2019 9 - TA3111-3B Sifat Mekanik Batuan Utuh-12
7/42
TA3111M
ekanikaBatuanSifatFisik&Me
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
7/17/2019 9 - TA3111-3B Sifat Mekanik Batuan Utuh-12
8/42
TA3111M
ekanikaBatuanSifatFisik&Me
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
7/17/2019 9 - TA3111-3B Sifat Mekanik Batuan Utuh-12
9/42
TA3111M
ekanikaBatuanSifatFisik&Me
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
7/17/2019 9 - TA3111-3B Sifat Mekanik Batuan Utuh-12
10/42
TA3111M
ekanikaBatuanSifatFisik&Me
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.
7/17/2019 9 - TA3111-3B Sifat Mekanik Batuan Utuh-12
11/42
TA3111M
ekanikaBatuanSifatFisik&Me
kanikBatuan-1
Testing MachinesTesting Machines
7/17/2019 9 - TA3111-3B Sifat Mekanik Batuan Utuh-12
12/42
TA3111M
ekanikaBatuanSifatFisik&Me
kanikBatuan-1
7/17/2019 9 - TA3111-3B Sifat Mekanik Batuan Utuh-12
13/42
TA3111M
ekanikaBatuanSifatFisik&Me
kanikBatuan-1
Servo Control SystemServo Control System
7/17/2019 9 - TA3111-3B Sifat Mekanik Batuan Utuh-12
14/42
TA3111M
ekanikaBatuanSifatFisik&Me
kanikBatuan-1
Regangan (%)
Tegangan (MPa)
Batas Elastis /Yield Point
Failure
AksialLateral
c
E
1
2
ab
Volumetrik
Closing Cracks
l
2av +=
7/17/2019 9 - TA3111-3B Sifat Mekanik Batuan Utuh-12
15/42
TA3111M
ekanikaBatuanSifatFisik&Me
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
7/17/2019 9 - TA3111-3B Sifat Mekanik Batuan Utuh-12
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
7/17/2019 9 - TA3111-3B Sifat Mekanik Batuan Utuh-12
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
7/17/2019 9 - TA3111-3B Sifat Mekanik Batuan Utuh-12
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.
7/17/2019 9 - TA3111-3B Sifat Mekanik Batuan Utuh-12
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
7/17/2019 9 - TA3111-3B Sifat Mekanik Batuan Utuh-12
20/42
TA3111M
ekanikaBatuan
SifatFisik&MekanikBatuan-1
L/D=2
0.5 L
0.5 L
D + D
L
L
AksialRegangan A == D
D
LateralRegangan ==
L
LAV2VolumetrikRegangan +==
FF
7/17/2019 9 - TA3111-3B Sifat Mekanik Batuan Utuh-12
21/42
TA3111M
ekanikaBatuan
SifatFisik&MekanikBatuan-1 Fracture EffectFracture Effect
L/D=2
L/D=1
L/D=2Friction constraint
7/17/2019 9 - TA3111-3B Sifat Mekanik Batuan Utuh-12
22/42
TA3111M
ekanikaBatuan
SifatFisik&MekanikBatuan-1
L/D=2Cataclasis Axial Splitting Cone Failure Homogeneous Shear
Homogeneous Shear Combination Axial& Local Shear
Splintery & Onion Leaves & Buckling
7/17/2019 9 - TA3111-3B Sifat Mekanik Batuan Utuh-12
23/42
TA3111M
ekanikaBatuan
SifatFisik&MekanikBatuan-1
5 Tipe pecah batuan akibat pembebananTipe pecah batuan akibat pembebanan
triaksial (Griggs & Handin, 1960)triaksial (Griggs & Handin, 1960)
7/17/2019 9 - TA3111-3B Sifat Mekanik Batuan Utuh-12
24/42
TA3111M
ekanikaBatuan
SifatFisik&MekanikBatuan-1
Perilaku deformasi batuan akibat tekananPerilaku deformasi batuan akibat tekanan
pemampatan pada uji triaksial (Goodman)pemampatan pada uji triaksial (Goodman)
7/17/2019 9 - TA3111-3B Sifat Mekanik Batuan Utuh-12
25/42
TA3111M
ekanikaBatuan
SifatFisik&MekanikBatuan-1
Brittle Fracture & Axial SplittingBrittle Fracture & Axial Splitting
7/17/2019 9 - TA3111-3B Sifat Mekanik Batuan Utuh-12
26/42
TA3111M
ekanikaBatuan
SifatFisik&MekanikBatuan-1
Brittle FractureBrittle FractureAxial Splitting & Combination Axial & Local ShearAxial Splitting & Combination Axial & Local Shear
7/17/2019 9 - TA3111-3B Sifat Mekanik Batuan Utuh-12
27/42
TA3111M
ekanikaBatuan
SifatFisik&MekanikBatuan-1
Shear FailureShear Failure
7/17/2019 9 - TA3111-3B Sifat Mekanik Batuan Utuh-12
28/42
TA3111M
ekanikaBatuan
SifatFisik&MekanikBatuan-1
Splintery & Onion Leaves & BucklingSplintery & Onion Leaves & Buckling
7/17/2019 9 - TA3111-3B Sifat Mekanik Batuan Utuh-12
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
7/17/2019 9 - TA3111-3B Sifat Mekanik Batuan Utuh-12
30/42
TA3111M
ekanikaBatuan
SifatFisik&M
ekanikBatuan-1
Shape EffectShape Effect BatuBatu PasirPasir KeringKering John (1972)John (1972)
7/17/2019 9 - TA3111-3B Sifat Mekanik Batuan Utuh-12
31/42
TA3111M
ekanikaBatuan
SifatFisik&M
ekanikBatuan-1
Scale EffectScale Effect
Shape EffectShape Effect
7/17/2019 9 - TA3111-3B Sifat Mekanik Batuan Utuh-12
32/42
TA3111M
ekanikaBatuan
SifatFisik&M
ekanikBatuan-1 Scale EffectScale Effect HoekHoek & Brown (1980)& Brown (1980)
7/17/2019 9 - TA3111-3B Sifat Mekanik Batuan Utuh-12
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
7/17/2019 9 - TA3111-3B Sifat Mekanik Batuan Utuh-12
34/42
TA3111MekanikaBatuan
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
7/17/2019 9 - TA3111-3B Sifat Mekanik Batuan Utuh-12
35/42
TA3111MekanikaBatuan
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
7/17/2019 9 - TA3111-3B Sifat Mekanik Batuan Utuh-12
36/42
TA3111MekanikaBatuan
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
7/17/2019 9 - TA3111-3B Sifat Mekanik Batuan Utuh-12
37/42
TA3111MekanikaBatuan
SifatFisik&M
ekanikBatuan-1 Brazilian Jig
Brazilian Jig
Jig Brazilian Bawah
Jig Brazilian Atas
Rekahan Gaya TarikGaya Tarik
7/17/2019 9 - TA3111-3B Sifat Mekanik Batuan Utuh-12
38/42
TA3111MekanikaBatuan
SifatFisik&M
ekanikBatuan-1
UjiUji KuatKuat TarikTarik LangsungLangsung
7/17/2019 9 - TA3111-3B Sifat Mekanik Batuan Utuh-12
39/42
TA3111MekanikaBatuan
SifatFisik&M
ekanikBatuan-1
KuatKuat TarikTarik LangsungLangsung
Bonded End-pull Grip
7/17/2019 9 - TA3111-3B Sifat Mekanik Batuan Utuh-12
40/42
TA3111MekanikaBatuan
SifatFisik&M
ekanikBatuan-1
JenisJenis DeformasiDeformasi TarikTarik
7/17/2019 9 - TA3111-3B Sifat Mekanik Batuan Utuh-12
41/42
TA3111MekanikaBatuan
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
7/17/2019 9 - TA3111-3B Sifat Mekanik Batuan Utuh-12
42/42
TA3111MekanikaBatuan
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