M IV KUAT GESER
4.1 Tujuan Percobaan Tujuan dari percobaan kali ini adalah untuk memahami apa itu uji kuat geser batuan dan aplikasinya pengujian kuat geser batuan.
4.2 Landasan Teori Mekanika Batuan adalah ilmu yang mengkaji atau mempelajari tentang segala sesuatu yang bersangkutan dengan sifat-sifat mekanik dan massa batuan. Adapun ilmu mekanika batuan ini memiliki peranan yang sangat penting dalam dunia pertambangan, ilmu mekanika batuan sendiri biasanya dapat diaplikasikan
diberbagai
bidang,
seperti
pembuatan
lereng
dalam
pit
pertambangan, pemboran, penggalian, peledakan, dan pekerjaan lainnya yang menyangkut dunia pertambangan. Adapun salah satu cara untuk menguji sifat mekanika batuan adalah dengan cara uji kuat geser batuan. Mekanika batuan sendiri mempunyai karakteristik mekanik yang diperoleh dari penelitian ini adalah kuat tarik batuan (σc),
kuat tekan batuan (σt
ModulusYoung (E), kohesi (C), Nisbah Poisson(v), selubung kekuatan batuan (strengthenvelope), kuat geser (T), dan sudut geser dalam (φ).Pengujian ini untuk mengetahui kekuatan batuan terhadap suatu geseran pada tegangan normal tertentu. Dari hasil pengujian kuat geser ini dapat ditentukan :
Garis “Coulomb’s Shear Strength”. Nilai kuat geser (shear strength) batuan. Sudut geser dalam, dan Kohesi (C).
4.3 Alat-alat yang Digunakan 4.3.1 Alat
Satu set alat untuk uji kuat geser dari satu batuan. Sumber : dokumentasi kelompok 2
Foto 4.1 Alat uji kuat geser
Jangka sorong ketelitian 0,01 mm
sumber : mahasiswa-sibuk.blogspot.com
Gambar 4.1 Alat uji kuat geser
Dial gauge
Sumber Dokumentasi kelompok 2
Foto 4.2 Alat uji kuat geser
Satu set cetakan sampel uji kuat feser batuan Pompa pembebanan Penunjukan keadaan gesernya
4.3.2 Bahan Bahan yang digunakan dalam pengujian kuat geser batuan adalah sampel batuan berbentuk silinder dengan tinggi dua kali diameter yang dimiliki bidang
lemah tepat dibagian tengah. Sampel batuan dipreparasi dengan cetakan berbentuk prisma
4.4 Prosedur 1. Ukur terlebih dahulu panjang dan lebar sampel lalu catat pada form yang ada. 2. Lakukan preparasi sampel dengan cara mencetak bagian atas dan bawah sampel dengan penyemanan adukan berbentuk prisma 3. Masukan sampel ke dalam box penyimpanan di alat shear box, kemudian beri beban normal sesuai dengan perhitungan. 4. Pasang selang oli pressure pada saat posisi maju, demikian pula pada saat pengukuran mundur selang dipindahkan. 5. Pompa beban yang digunakan ( 0,5 Kg/cm2, 1 Kg/cm2, 2 Kg/cm2 ) dan ditahan supaya konstan selama pengujian masih dilakukan. 6. Baca pressure gauge sesuai waktu yang diminta sebanyak 12 mm perubahan. 7. Beban yang diberikan jangan sampai berubah apabila berubah maka pressure gaugenya pun akan berubah. Penunjuk keadaan geser specimen dengan skala 1 strip bernilai 0,5 KN. 8. Lakukan pemompaan selama alat penunjuk geser maju atau mundur itu berputar satu putaran penuh. 9. Setelah satu putaran dicatat data yang dihasilkan dari alat penunjuk kekuatan geser (yang letaknya di dekat pompa yang berfungsi untuk menggeser). 10. Penguijan dilakukan sebanyak 3 kali dengan keadaan menggeser ke arah maju dan ke arah mundur.
Sumber : Dokumentasi kelompok 2
Foto 4.3 Kegiatan pengukuran uji kuat geser
Sumber : Dokumentasi kelompok 2
Foto 4.4 Hasil kegiatan pengukuran uji kuat geser
4.5 Rumus-rumus yang Digunakan Beberapa rumus yang digunakan diantaranya adalah : 1. Kuat geser
S=
P A
2. Tegangan normal
σn=
N A
Keterangan : S = kuat geser, kg/cm2 N = Beban normal, kg A = Luas permukaan bidang geser, cm2 P = Pembebanan geser, kg Dari beberapa nilai kuat geser maksimum (s) yang didapatkan kemudian dibandingkan terhadap tegangan normal masing-masing, akan didapatkan nilai parameter kohesi dan sudut geser dalam, dengan demikian maka :
S= σn.tan ∅ +C
Keterangan :
σn = Tegangan normal, kg/cm2 ∅
= Sudut geser dalam
C = Kohesi
4.6 Hasil Pengamatan Dari percobaan yang dilakukan, didapatkan data berupa : Tabel 4.1 Hasil Pengamatan
Kondisi
Maju
Perubahan Geser
5kg
10kg
20kg 0
5kg 0
10kg 0
20kg 0
0
0
0
1
4
10
8,5
0,4
1
0,85
2
6
10,1
9,2
1,2
2,02
1,84
3
6,8
10,3
9,8
2,04
3,09
2,94
4
7
10,5
10,2
2,8
4,2
4,08
5
7,5
10,6
11
3,75
5,3
5,5
6
8
10,7
11,8
4,8
6,42
7,08
7
9,5
10,8
12,4
6,65
7,56
8,68
8
9,7
11
12,9
7,76
8,8
10,32
9
10
11,3
12
9
10,17
10,8
10
10,3
11,4
12,9
10,3
11,4
12,9
11
10,5
12
11,9
11,55
13,2
13,09
12,4
12,1
14,88
14,53
12
Mundur
∆ Normal ( kg/cm )
Shear stress ( kg/cm2)
12
0
0
0
0
0
0
11
4,8
12,8
12
5,28
14,08
13,2
10
5,2
12,8
7
5,2
12,8
7
9
5,5
13,4
6,9
4,95
12,06
6,21
8
6,1
13,6
6,5
4,88
10,80
5,20
7
6,3
13,8
6
4,41
9,66
4,2
6
7
10
6
4,2
6
3,60
5
8
7
6,5
4
3,5
3,25
4
8,5
6,2
6,9
3,4
2,48
2,76
3
9,2
6,1
6,9
2,76
1,83
2,07
2
9,4
5,9
7
1,88
1,18
1,4
1
9,8
4,1
7
0,98
0,41
0,7
0
11
3,1
7,3
-
0
0
Sumber : Data pengamatan
4.7 Pengolahan Data Dari data yang telah dapat dapat diolah untuk mengetahui nilai tegangan normal, kohesi dan juga perubahan normal dari percobaan tersebut : Diketahui :
Bentuk bidang : Silinder Tinggi : 10 cm Lebar : 4,8cm Luas : 2 x 3,14 x 2,4 ( 2,4 + 10,4 ) = 187,06285 cm2 A. Mencari ∆normal 1. 5kg Maju & Mundur : Maju : 0mm x 0 kg/cm2 x 0,1 1 mm x 4 kg/cm2 x 0,1 2 mm x6 kg/cm2 x0,1 3 mm x 6,8 kg/cm2 x0,1 4 mm x 7 kg/cm2 x0,1 5 mm x 7,5 kg/cm2 x0,1 6 mm x 8 kg/cm2 x0,1 7 mm x 9,5 kg/cm2 x0,1 8 mm x 9,7 kg/cm2 x0,1 9 mm x 10 kg/cm2 x0,1 10 mm x10,3 kg/cm2 x0,1 11 mm x 10,5 kg/cm2 x0,1 Mundur 12 mm x 0 kg/cm2 x0,1 11 mm x 4,8 kg/cm2 x0,1 10 mm x 5,2 kg/cm2 x0,1 9 mm x 5,5 kg/cm2 x0,1 8 mm x 6,1 kg/cm2 x0,1 7 mm x 6,3 kg/cm2 x0,1 6 mm x 7 kg/cm2 x0,1 5 mm x 8 kg/cm2 x0,1 4 mm x 8,5 kg/cm2 x0,1 3 mm x 9,2 kg/cm2 x0,1 2 mm x 9,4 kg/cm2 x0,1 1 mm x 9,8 kg/cm2 x0,1 0 mm x 11 kg/cm2 x0,1
= 0 kg/cm =0,4 kg/cm =1,2 kg/cm =2,04 kg/cm =2,8 kg/cm =3,75 kg/cm =4,8 kg/cm =6,65 kg/cm =7,76 kg/cm =9 kg/cm =10,3 kg/cm =11,5 kg/cm = 0 kg/cm =5,28 kg/cm =5,2 kg/cm =4,95 kg/cm =4,88 kg/cm =4,41 kg/cm =4,2 kg/cm =4 kg/cm =3,4 kg/cm =2,76 kg/cm =1,88 kg/cm =0,98kg/cm =0kg/cm
12 10 8 kuat geser ( Kg/Cm2)
kelompok I
6
mundur
4 2 0 0
5
10
15
perubahan normal ( Kg/Cm) ber : data hasil praktikum geomekanika 2016
Grafik 4.1 Kurva tegangan geser
2. 10kg Maju & Mundur : Maju : 0mm x 0 kg/cm2 x 0,1 = 0 kg/cm 2 1 mm x 10 kg/cm x 0,1 =1 kg/cm 2 mm x 10,1 kg/cm2 x0,1 =2,02 kg/cm 2 3 mm x 10,3 kg/cm x0,1 =3,09 kg/cm 4 mm x 10,5 kg/cm2 x0,1 =4,2 kg/cm 2 5 mm x 10,6 kg/cm x0,1 =5,3 kg/cm 6 mm x 10,7 kg/cm2 x0,1 =6,42 kg/cm 2 7 mm x 10,8 kg/cm x0,1 =7,56 kg/cm 2 8 mm x 11 kg/cm x 0,1=8,8 kg/cm 9 mm x 11,3 kg/cm2 x 0,1 =10,17 kg/cm 2 10 mm x 11,4 kg/cm x 0,1 =11,4 kg/cm 11 mm x 12 kg/cm2 x 0,1 =13,2 kg/cm 2 12 mm x 12,4 kg/cm x0,1 =14,85 kg/cm Mundur 12 mm x 0 kg/cm2 x 0,1 = 0 kg/cm 2 11 mm x 12,8kg/cm x 0,1 =14,08 kg/cm 10 mm x 12,8 kg/cm2 x 0,1 =12,8 kg/cm 2 9 mm x 13,4 kg/cm x 0,1 =12,06 kg/cm 2 8 mm x 13,6kg/cm x 0,1 =10,8 kg/cm 7 mm x 13,8 kg/cm2 x 0,1 =9,66 kg/cm 2 6 mm x 10 kg/cm x 0,1 =6 kg/cm 5 mm x 7 kg/cm2 x 0,1 =3,5 kg/cm 2 4 mm x 6,2 kg/cm x 0,1 =2,48 kg/cm
Sum
3 mm x 6,1 kg/cm2 x 0,1 2 mm x 5,9 kg/cm2 x 0,1 1 mm x 4,1 kg/cm2 x 0,1
=1,87 kg/cm =1,18 kg/cm =0,41kg/cm
0 mm x 3,1 kg/cm2 x 0,1
=0kg/cm 16 14 12 10
Kuat Geser (Kg/Cm2 )
8 maju
6
mundur
4 2 0 0
5
10
15
20
Perubahan Normal ( Kg/Cm)
Sumber : data hasil praktikum geomekanika 2016
Grafik 4.2 Kurva tegangan geser 10 Kg
3. 20 kg Maju & Mundur : Maju : 0mm x 0 kg/cm2 x 0,1 1 mm x 8,5 kg/cm2 x 0,1 2 mm x 9,2kg/cm2 x0,1 3 mm x 9,8 kg/cm2 x0,1 4 mm x 10,2 kg/cm2 x0,1 5 mm x 11 kg/cm2 x0,1 6 mm x 11,8 kg/cm2 x0,1 7 mm x 12,4 kg/cm2 x0,1 8 mm x 12,9 kg/cm2 x0,1 9 mm x 12 kg/cm2 x0,1 10 mm x 12,9 kg/cm2 x0,1 11 mm x 11,9 kg/cm2 x0,1 12 mm x 12,1 kg/cm2 x0,1 Mundur 12 mm x 0 kg/cm2 x0,1 11 mm x 12,8kg/cm2 x0,1 10 mm x 7 kg/cm2 x0,1 9 mm x 6,9kg/cm2 x0,1
= 0 kg/cm =0,85 kg/cm =1,84 kg/cm =2,94 kg/cm =4,08 kg/cm =5,5 kg/cm =7,08 kg/cm =8,68 kg/cm =10,32 kg/cm =10,8 kg/cm =12,9 kg/cm =13,09 kg/cm =14,53 kg/cm = 0 kg/cm =13,2 kg/cm =7 kg/cm =6,21 kg/cm
8 mm x 6,5 kg/cm2 x0,1 7 mm x 6 kg/cm2 x0,1 6 mm x 6 kg/cm2 x0,1 5 mm x6,5 kg/cm2 x0,1 4 mm x 6,9 kg/cm2 x0,1 3 mm x 6,9 kg/cm2 x0,1 2 mm x 7 kg/cm2 x0,1 1 mm x 7 kg/cm2 x0,1
=5,2 kg/cm =4,2 kg/cm =3,6 kg/cm =3,25 kg/cm =2,76 kg/cm =2,07 kg/cm =1,4 kg/cm =0,7kg/cm
0 mm x 7,3 kg/cm2 x0,1
=0kg/cm 14 12 10 8
Kuat Geser ( Kg/Cm2)
6
maju
4
mundur
2 0 0
5
10
15
20
Perubahan Normal (Kg/Cm)
Sumber data hasil praktikum geomekanika 2016
Grafik 4.3 Kurva tegangan geser 10 Kg
B. Perhitungan Kuat geser Untuk P = 5 kg
P 5 kg = =0,02678 Kg/cm 2 =0,002678 Mpa A 87,06285 cm2
Untuk P = 10 kg
S=
S=
P 10 kg = = 0,05345 Kg/cm2 =0,005345 Mpa A 87,06285 cm2
Untuk P = 20 kg
S=
P 20 kg = = 0,10691 Kg/cm2 =0,010691 Mpa A 87,06285 cm2
C. Perhitungan tegangan normal Untuk N = 5 kg
σn =
N 5 kg = = 0,02678 Kg/cm2 A 87,06285 cm2
Untuk N= 10 kg
σn =
N 10 kg = = 0,05345 Kg/cm 2 A 87,06285 cm2 14 12 10 8
Kuat Geser ( kg/cm2 )
6 4 2 0 2
4
6
8
10
12
14
Perubahan Normal ( Kg/cm )
U ntuk N = 20 kg
σn =
N 20 kg = = 0,10691 Kg/cm 2 A 87,06285 cm2
Sumber : data hasil praktikum geomekanika 2016
Grafik 4.4 Grafik Linear Tabel 4.2 Hasil Pengolahan Data
Gaya Geser
Kg/cm2
M pa
Kg/cm2
1, 1 8
D. Perhitungan kuat geser
1,2 ∅ =arc tan 2,8
o
S2
o
S3
4.8 Analisa
= 23,19o
= 0,41 x tan (23,19 + 0,7 )
0 , 6 7
S1
∅
0
4,1 6,7 13
o
pa
Sumber: data hasil praktikum geomekanika 2016
M
C
,41 1, 0 8
7,7 10,8 11,8
0, 77
Teg. Normal
= 0,18 Mpa
= 0,67 x tan (23,19 + 0,7 ) = 0,29 Mpa = 1,3 x tan (23,19+ 0,7 ) = 0,57 Mpa
1 , 3
0
3,19o
,7
2
Kegiatan uji kuat geser batuan ini dilakukan dengan tiga sampel yang sama dan diberikan pembebanan yang berbeda yang dilakukan secara maju dan mundur. Pemberian pembebanan yang berbeda – beda ini bertujuan untuk menganalisa seberapa kuat batuan tersebut dapat menahan gesekan. Dari percobaan
yang
dilakukan
dapat
dianalisakan
bahwa
semakin
besar
pembebanan yang diberikan akan memberikan nilai kuat geser yang semakin besar pula. Uji kuat geser ini dilakukan secara maju dan mundur pada bidang pecahnya, hal tersebut bertujuan untuk mendapatkan nilai kuat gesernya yang mana pembebanan yang dilakukan dengan arah maju akan berbeda dengan arah mundur. Uji kuat geser ini umumnya digunakan untuk menentukan besarnya nilai kohesi, sudut geser dalam, kuat geser dari batuan. namun dalam pengujian kuat geser ini nilai yang akan didapat merupakan residu atau nilai sisa, hal tersebut menunjukkan bahwa besaran nilai kohesi dan sudut geser dalam merupakan sisa dari nilai kuat tekannya. nilai dari kuat geser ini tidak akan melebihi sepersepuluh nilai kuat tekannya. Dari uji kuat geser juga dapat ditentukan besar nilai kohesi batuannya, yang mana nilai kohesinya akan semakin besar jika kekuatan gesernya makin besar. Ada beberapa hal yang dapat mempengaruhi besaran nilai kohesi dan besaran sudut dalam diantaranya adalah kadar air yang terkandung didalam sampel yang mana akan mengakibatkan ikatan kimia didalam sampel tersebut semakin melemah sehingga akan mengakibatkan nilai sudut geser dalam dan kohesi yang kecil.
4.9 Kesimpulan Dari apa yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa percobaan kuat geser ini merupakan suatu uji yang dilakukan agar mengetahui kekuatan suatu batuan saat dikenai gaya mekanik seperti geseran disertai dengan bebam yang mampu di tahan oleh batuan tersebut. Dalam dunia pertambangan uji kuat geser ini banyak sekali aplikasinya, diantaranya adalah untuk analisi stabilitas lereng pada tambang terbuka dan analisis stabilitas lereng batuan samping pada lubang bukaan suatu tambang bawah tanah.
DAFTAR PUSTAKA
Anonim. 2014. “mekanika Batuan”. http://miningfuture.blogspot .co.id/2014/05/mekanika-batuan.html. diakses pada 27 Maret 2015 pukul 18.20 WIB Anonim.2010.“Mekanika Batuan ”. https://bumih.wordpress.com/about/html . Diakses pada 27 Maret 2015 pukul 18.30 WIB Ratu. 2013. “Sifat Mekanik Batuan”. http://mataratu22.blogspot. co.id/2013/04/sifat-mekanik-batuan.html. Diakses pada 27 maret 2016 pukul 7.13 WIB
