3 n a u t a B k i n a k e M & k i s i F t a f i S – n a u t a B a k i n a k e M 1 1 1 3 A T
SIFAT MEKANIK BATUAN UTUH MENU MENURU RUT T UJI UJI INDE INDEKS KS - 3 Suseno Kramadibrata Labora Lab orator torium ium Geomek Geomeknika nika FIKTM - ITB
3 n a u t a B k i n a k e M & k i s i F t a f i S – n a u t a B a k i n a k e M 1 1 1 3 A T
Sifat Mekanik Batuan Utuh Menurut Uji Indeks
Point Load Index (aksial & diametrikal) - ISRM, 1985
Breaking Characteristic
Rock Drillability
Drilling Rate Index
Drillability Barre Granite
Cutting Resistance Wedge Test (FA & FL) - O & K
Voest Alpine Rock Cuttability Index (VA-RCI)
Core Cuttability (Roxborough, 1981)
Impact Strength Index
Point Load Index (PLI) 3 n a u t a B k i n a k e M & k i s i F t a f i S – n a u t a B a k i n a k e M 1 1 1 3 A T
Uji PLI dilakukan untuk mengetahui kekuatan (strength) contoh batu secara tidak langsung di lapangan
Bentuk contoh batu: silinder atau tidak beraturan.
Peralatan yang digunakan mudah dibawa-bawa, tidak begitu besar dan cukup ringan sehingga dapat dengan cepat diketahui kekuatan batuan di lapangan, sebelum dilakukan pengujian di laboratorium.
Contoh yang disarankan untuk pengujian ini berbentuk silinder dengan diameter = 50 mm (NX = 54 mm).
Fracture Index dipakai sebagai ukuran karakteristik diskontinuit i dan didefinisikan sebagai jarak rata - -rata r ata fraktur dalam sepanjang bor inti atau massa batuan
3 n a u t a B k i n a k e M & k i s i F t a f i S – n a u t a B a k i n a k e M 1 1 1 3 A T
Point Load Index
Tipe & Syarat Contoh Batuan Uji PLI 3 n a u t a B k i n a k e M & k i s i F t a f i S – n a u t a B a k i n a k e M 1 1 1 3 A T
(ISRM, 1985)
W
P
P P
L > 0,5D
L
L
D
D
D W2
W1
P P L > 0,7D a. Uji Diametrikal
P
D/W = 1.1 ± 0.05
D/ W =1.0 – 1.4
b. Uji Aksial
W = (W1+W2)/2
Point Load Index 3 n a u t a B k i n a k e M & k i s i F t a f i S – n a u t a B a k i n a k e M 1 1 1 3 A T
F Is = 2 D
Is(50)
F =k 2 D
D k= 50
0.45
Is = Point load index, MPa F = Failure load, N D = Jarak antara dua konus penekan, mm σc = 23 Is - Untuk diamater contoh 50 mm
Jika Is = 1 MPa, indeks tsb tidak memiliki arti, maka penentuan kekuatan harus berdasarkan uji UCS
Hubungan UCS & PLI 3 n a u t a B k i n a k e M & k i s i F t a f i S – n a u t a B a k i n a k e M 1 1 1 3 A T
Referensi
Persamaan
Tipe Batuan
Broch & Franklin (1972)
σc = 24Is(50)
batu pasir
Bieniawski (1975)
σc = 23Is(50)
batuan beku, batuan sedimen
Brook (1985)
σc = 22Is(50)
-
Singh (1981)
σc = 18,7Is(50)
batu pasir dan shale
Vallejo et al. (1989)
-
• shale
σc = 12,5Is(50)
shale
• batu pasir
σc = 17,4Is(50)
batu pasir
Kramadibrata (1992)
σc = 11,82Is(50)
batu pasir dan batu lempung
Gunsallus & Kulhawy (1984)
σc = 16,51s(50) + 51
dolostone , batu pasir, batu gamping
Cargill & Shakoor (1990)
σc = 23Is(54) +13
batuan sedimen, batuan metamorf
Kahraman (2001)
σc = 8,41Is(50) + 9,51
batuan beku, batuan sedimen, batuan metamorf
Tsidzi (1990)
σ c
=
Is( 50 ) 0,03 + 0,003 Is( 50)
batuan metamorf
3 n a u t a B k i n a k e M & k i s i F t a f i S – n a u t a B a k i n a k e M 1 1 1 3 A T
Impact Strength Index (ISI) ISI (Evans & Pomeroy, 1966) & uji Protodyakonov adalah sejenis. Uji ISI menggunakan peralatan khusus Contoh batu:
ukuran 0.95 - 0. 32 cm berat 100 gram dipukul dengan piston sebanyak 20 kali sisa batuan berukuran semula ditimbang dan sama dengan ISI
Block Punch Index (BPI) 3 n a u t a B k i n a k e M & k i s i F t a f i S – n a u t a B a k i n a k e M 1 1 1 3 A T
Salah satu alternatif uji indeks yang relatif baru untuk menduga kuat tekan batuan, khususnya batuan berfoliasi tipis karena sulit untuk dapatkan contoh representatif UCS & PLI.
Uji BPI dilakukan untuk mengetahui kuat geser secara langsung dari contoh batuan yang berbentuk silinder tipis.
Diperoleh gaya dikenakan pada contoh batuan menggunakan punch berbentuk empat persegi. Keruntuhan yang terjadi disebabkan oleh pecahnya contoh batuan karena ketidakmampuan contoh batu untuk menahan kuat geser, sedangkan kuat tariknya dieliminir dengan alat penjepit block punch .
BPI = Block Punch Index (MPa)
F = Beban runtuh (N)
r
= Jari-jari contoh (mm)
A = Luas bagian runtuh (mm2)
K = Lebar BPI = 15 mm
t
= tebal contoh (mm)
BPI =
F
2 K 2 4 t r − 2
0,5
3 n a u t a B k i n a k e M & k i s i F t a f i S – n a u t a B a k i n a k e M 1 1 1 3 A T
Block Punch Index (BPI)
Hubungan UCS & BPI 3 n a u t a B k i n a k e M & k i s i F t a f i S – n a u t a B a k i n a k e M 1 1 1 3 A T
Schrier (1988) BPI adalah uji indeks dan bukan untuk mengukur kuat geser batuan karena kemungkinan dipengaruhi oleh tegangan bending (Everling, 1964).
Uji BPI ekuivalen dengan uji indeks lainnya untuk menduga UCS, & tingkat akurasinya yang lebih baikdaripada uji PLI.
Rivai (2001): hubungan UCS & BPI dapat dilakukan untuk batuan lunak karena penekanan yang terjadi pada uji BPI menyangkut suatu luas yang lebih besar dari point sehingga akan memberikan efek geser.
Referensi
Persamaan
Tipe Batuan
Schrier (1988)
σc= 6,1BPI – 3,3
batuan beku, batuan sedimen, batuan metamorf
Ulusay & Gokceoglu (1998)
σc = 5,5BPIc
batuan beku, batuan sedimen, batuan metamorf
Rivai (2001)
σc = 7,13BPIc
batu pasir, batu lempung, batu lanau, batu andesit
3 n a u t a B k i n a k e M & k i s i F t a f i S – n a u t a B a k i n a k e M 1 1 1 3 A T
Hubungan UCS & Impact Strength Index (ISI) Uji ISI sudah tidak direkomendasikan lagi oleh ISRM 1986 – Commision on Testing Methods Groups on Test For Drilling and Boring , sehingga perkembangan penelitian untuk mengembangkan kegunaannya, baik untuk memprediksi nilai UCS maupun manfaat lainnya, menjadi kecil. Kahraman (2001), data hasil uji ISI relatif konsisten daripada UCS dan uji indeks lainnya.
Referensi
Persamaan
Tipe Batuan
Hobbs (1964)
σc* = 53ISI – 2509
Goktan (1988)
σc = 0,095ISI – 3,667
batuan sedimen
Kahraman (2001)
σc = 4×10-10ISI5,87
batuan beku, batuan sedimen, batuan metamorf
Schmidt Hammer 3 n a u t a B k i n a k e M & k i s i F t a f i S – n a u t a B a k i n a k e M 1 1 1 3 A T
Ada 2 tipe untuk batu dan beton: L & N. Energi impak (EI) tipe L = 0,735 J = 1/3 EI tipe N & dimensinya juga lebih besar.
Tipe L untuk uji contoh batuan silinder & tipe N untuk contoh batuan besar; blok batuan / langsung pada massa batuan.
Terdiri dari piston yang dikombinasikan dengan per. Piston secara otomatis terlepas dan menumbuk permukaan kontak dengan batuan ketika hammer ditekan ke arah permukaan batuan. Piston tersebut akan segera memantul kembali ke arah dalam hammer. Jarak pantul piston yang terbaca pada indikator dinyatakan sebagai nilai pantul Schmidt Hammer. Nilai pantul Schmidt Hammer = rata-rata 10 pengujian. Jarak pantulan ini merupakan fungsi dari jumlah energi impak yang hilang akibat deformasi plastik dan failure dari batu di tempat terjadinya impak.
Nilai pantul fungsi orientasi dari hammer. Pengujian dengan menekan hammer relatif ke arah bawah menghasilkan nilai pantul < daripada menekan hammer ke arah atas. Gaya gravitasi akan menghambat pantulan piston pada saat hammer ditekan ke arah bawah sebab arah pantul dari piston berlawanan arah dengan gaya gravitasi.
Perlu dikalibrasi dengan melakukan 10x pembacaan pada anvil standar.
1. 2. 3.
Contoh batuan Impact plunger Indikator angka pantul
Hubungan UCS & Schmidt Hammer 3 n a u t a B k i n a k e M & k i s i F t a f i S – n a u t a B a k i n a k e M 1 1 1 3 A T
Hubungan tsb memperlihatkan kecenderungan penggunaan bobot isi sebagai variabel tambahan pada hampir semua persamaan korelasi antara UCS dan Schmidt Hammer
Referensi
Persamaan
Tipe Batuan
Tipe Hammer
1. Deere & Miller, 1966
1. σc = 6,9 ×10(0,16+0,0087Rnρ)
1. -
L
2. Kidybinski, 1968
2. σc = 0,477e(0,045Rn+ρ)
2. -
-
3. Beverly et al., 1979
3. σc = 12,74e(0,0185Rnρ)
3. -
L
4. Haramy & DeMarco, 1985
4. σc = 0.094Rn – 0,383
4. batu bara
L
5. Cargill & Shakoor, 1990
L
5.1. batu pasir
5.1. σc = e(0,043Rnρd + 1,2)
5.2. karbonat
5.2. σc = e(0.018Rnρd + 2,9)
6. Kahraman, 2001
6. σc = 6,97e(0,014Rnρ
5. sedimen, metamorf
6. tiga jenis batuan
N
Hubungan UCS – PLI – Schmidt Hammer 3 n a u t a B k i n a k e M & k i s i F t a f i S – n a u t a B a k i n a k e M 1 1 1 3 A T
Term
UCS (MPa)
PLI (MPa)
Schmidt Hardness (Type L)
Field Estimate of Strength
Examples*
R5 Extremely Strong
>250
>10
50-60
Rock material only chipped under repeated hammer blows
fresh basalt, chert, diabase, gneiss, granite, quatzite
R4 Very Strong
100-250
4-10
40-50
Requires many blows of a geological hammer to break intact rock specimens
Amphibolite, sandstone, basalt, gabbro, gneiss, granodiorite, limestone, marble rhyolite, tuff
R3 Strong
50-100
2-4
30-40
Hand held specimens broken by a single blow of a geological hammer
Limestone, marble, phyllite, sandstone, schist, shale
R2 Medium Strong
25-50
1-2
15-30
Firm blow with geological pick indents rock to 5mm, knife just scrapes surface
Claystone, coal, concrete, schist. shale, siltstone
R1 Weak
5-25
**
<15
Knife cuts material but too hard to shape into triaxial specimens
chalk, rock salt, potash highly weathered or altered rock clay gouge
R0 Very Weak
1-5
**
Material crumbles under firm blows of geological pick, can be scraped with knife
Extremely Weak
0.25-1
**
Indented by thumbnail
3 n a u t a B k i n a k e M & k i s i F t a f i S – n a u t a B a k i n a k e M 1 1 1 3 A T
Jenis Uji Sifat Mekanik di Laboratorium & Aplikasinya Jenis Uji
Parameter yang diperoleh
Penggunaan
Uji kuat tekan
- Kuat tekan (σc) - Batas elastik (σE) - Modulus Young (E) - Nisbah Poisson ( ν)
- Rancangan pilar - Kemantapan lubang bukaan - Kemantapan fondasi - Kemantapan lereng
Uji kuat tarik tak langsung
Kuat tarik (σt)
- Rancangan penguatan atap terowongan - Peledakan
Uji point load
- Indeks point load (Is) - Kuat tekan (σc)
Mengetahui kekuatan batuan secara cepat
Uji triaksial
- Selubung kekuatan batuan - Kohesi (C) - Sudut geser dalam (φ)
- Kemantapan lereng - Kemantapan fondasi - Kemantapan lubang bukaan
Uji punch shear
Kuat geser
- Kemantapan lereng - Kemantapan bendungan
Uji geser langsung
- Garis kuat geser Coulomb - Kohesi (C) - Sudut geser dalam (φ)
- Kemantapan lereng - Kemantapan fondasi - Kemantapan lubang bukaan
Uji kecepatan rambat gelombang ultra sonik
- Kecepatan rambat gelombang tekan (vp) - Kecepatan rambat gelombang geser (vs) - Modulus elastistas dinamik (E) - Nisbah Poisson dinamik ( ν)
Rancangan penggalian
