1
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Massa batuan utuh pada kedalaman dangkal umumnya dibagi menjadi blok-blok yang berlainan dengan diskontinuitas yang memotong seperti perlapisan, joint, zona geser dan patahan. Karena pada tegangan insitu yang rendah pada kedalaman yang dangkal, tegangan yang diakibatkan failure material batuan utuh biasanya rendah dan memiliki peran yang kecil dalam perilaku massa batuan, yang didominasi oleh dorongan gravitasi pada diskontinuitas dan rotasi dari masing-masing blok batuan. Dari semua jenis bidang diskontinu yang ada, joint adalah yang paling sering menjadi pertimbangan. Hal ini disebabkan joint merupakan bidang diskontinu yang telah pecah dan terbuka, sehingga bidang joint merupakan bidang yang lemah. Selain itu joint sering bahkan hampir selalu ada pada suatu massa batuan. Oleh sebab itu, dalam pertimbangan geoteknik, seringkali joint lebih menjadi perhatian dibandingkan jenis bidang diskontinu lainnya. Adanya bidang diskontinu pada batuan akan mempengaruhi banyak hal yang berhubungan dengan aktifitas penambangan. Diantaranya adalah pengaruh terhadap kekuatan dari batuan. Semakin banyak bidang diskontinu yang memotong massa batuan, semakin kecil pula kekuatan dan batuan tersebut. Bidang-bidang diskontinu yang ada pada massa batuan inilah yang memiliki potensi untuk menyebabkan terjadinya failure pada batuan yang diekskavasi. Selain itu adanya bidang diskontinu juga akan memberikan pengaruh lain dalam sebuah kegiatan pertambangan. Hal ini berkaitan dengan ukuran fragmentasi material yang ditambang. Dalam
perencanaan
tambang
bawah
tanah,perlu
sekali
untuk
memahami bidang diskontiniu tersebut, sehingga kita dapat mengetahui kapan
suatu batuan tersebut akan mengalami failure dan dapat menganalisis stabilitas dari masing-masing blok batuan tersebut agar failure dapat dihindari. Maka untuk menganalisis stabilitas dari system masing-masing blok batuan, perlu untuk memahami fator-faktor yang mengonrol kuat geser dari diskontinuitas yang memisahkan blok-blok. Yang mana kuat geser ini sangat berpengaruh terhadap kegagalan massa batuan.
Pertanyaan-pertanyaan ini
dibahas dalam lanjutan diskusi. B. Rumusan Masalah
1.
Bagaimana kekuatan geser pada permukaan planar ?
2.
Bagaimana kekuatan geser pada permukaan yang kasar ?
3.
Bagaimana kekuatan geser pengisi diskontinuitas ?
4.
Bagaimana pengaruh tekanan air terhadap kekuatan geser ?
5.
Bagaimana kohesi dan gesekannya?
C. Tujuan Penulisan
1. Untuk mengetahui kondisi kekuatan geser pada permukaan yang planar. 2. Untuk mengetahui kondisi kekuatan geser pada permukaan yang kasar. 3. Untuk mengetahui kondisi kekuatan geser pengisi diskontinuitas. 4. Untuk mengetahui pengaruh tekanan air terhadap kekuatan geser. 5. Untuk mengetahui kohesi dan gesekan pada kekuatan geser. D. Manfaat Penulisan
1. Mengetahui kondisi kekuatan geser pada permukaan yang planar. 2. Mengetahui kondisi kekuatan geser pada permukaan yang kasar. 3. Mengetahui kondisi kekuatan geser pengisi diskontinuitas. 4. Mengetahui pengaruh tekanan air terhadap kekuatan geser. 5. Mengetahui kohesi dan gesekan pada kekuatan geser.
BAB II PEMBAHASAN
A. Kuat Geser Permukaan Planar Peak strength
Shear stress
Residual strength
Shear displacement
Shear stress
Peak strength
Residual strength normal stress Normal stress
Misalkan sejumlah sampel batuan, diperoleh untuk pegujian geser. Setiap sampel memuat bidang perlapisan yang disemen, dengan kata lain, kekuatan tarik harus diterapkan pada dua bagian dari specimen pada golongan tersendiri/ terpisah. Bidang perlapisan benar-benar planar, tidak memiliki permukaan tidak teratur dan bergelombang. Seperti diilustrasikan gambar disamping, dalam uji geser setiap bahan percobaan/contoh mengalami tegangan normal
pada bidang perlapisan dan
tegangan geser , diperlukan untuk penyebab pemindahan , untuk diukur. Tegangan geser akan meningkat tajam hingga kekuatan puncak tercapai. Hal ini berkaitan dengan kegagalan bahan penyemen ikatan dua bagian dari bidang perlapisan bersama-sama. Sebagai pemindahan yang menerus, tegangan
geser akan turun ke beberapa nilai sisa yang akan tetap konstan, bahkan untuk perpindahan geser yang besar. Merencanakan puncak dan kekuatan geser residual untuk hasil tegangan normal yang berbeda pada sampul yang diilustrasikan dalam gambar bawah disamping.
Untuk
permukaan
diskontinuitas
planar,
seperti
yang
dipertimbangkan dalam contoh ini, inti dari percobaan ini biasanya akan jatuh disepanjang garis lurus. Hubungan antara kekuatan geser puncak tegangan normal
dapat diwakilkan oleh persamaan Mohr-Coulomb equation :
= + tan∅
Dimana, c kekuatan kohesif dari permukaan semen
(5.1)
∅
adalah sudut gesekan
Dalam kasus kekuatan residu, kohesi c turun ke nol dan hubungan antara
dapat diwakili oleh :
Dimana
∅
dan
= tan∅
adalah sudut gesekan sisa.
dan
(5.2)
Contoh ini telah dibahas untuk menggambarkan arti fisik dari istilah kohesi, istilah mekanika tanah, yang telah dipakai oleh komunitas mekanika batuan. Dalam uji geser pada tanah, tingkat ketegangan umumnya urutan dari besarnya lebih rendah daripada yang dilibatkan pada pengujian batu dan kekuatan kohesi dari tanah hasil dari adhesi pada partikel tanah. Dalam mekanika batuan, kohesi terjadi ketika permukaan yang disemen digeser. Namun dalam banyak aplikasi praktek, istilah kohesi digunakan untuk kenyamanan dan mengacu pada kuantitas matematis yang berhubungan dengan kekasaran permukaan, seperti yang dibahas
dibawah ini.kohesi hanya menahan pada sumbu pada tegangan normal 0, menahan kohesi.
Kuantitas, yang merupakan dasar untuk memahami kekuatan geser permukaan diskontinuitas, adalah dasar sudut geser sama dengan sudut geser residual
∅
∅
. Ini adalah kurang lebih
tetapi umumnya diukur dengan menguji
permukaan tanah batuan atau gergaji. Tes ini, yang dapat dilakukan pada permukaan sekecil 50 mm x 50 mm, akan menghasilkan plot garis lurus didefinisikan oleh persamaan:
=∅
(5.3)
B. Kekuatan Geser Dari Permukaan Yang Kasar
Permukaan diskontinuitas yang alamiah pada batuan keras tidak pernah semulus permukaan tanah atau gergaji dari jenis yang digunakan untuk menentukan sudut geser dasar. gelombang dan kekasaran pada permukaan kekar yang alamiah memiliki pengaruh yang signifikan terhaadap perilaku gesernya. Umumnya, kekasaran permukaan ini meningkatkan kekuatan geser dari permukaan, dan peningkatan kekuatan ini sangat penting dalam hal stabilitas bukaan bawah tanah. Patton (1966) menunjukkan pengaruh ini dengan cara percobaan sederhana di mana ia melakukan uji geser pada 'saw-tooth', bahan percobaan seperti yang digambarkan pada gambar diatas. Perpindahan geser dalam spesimen yang
dilakukan sebagai akibat dari permukaan yang bergerak pada permukaan lereng, menyebabkan pelebaran (peningkatan volume) dari spesimen. Kekuatan geser spesimen persamaan :
∅
Dimana :
‘saw-tooth’
Patton dapat diwakilkan dengan
= tan(∅ +)
(5.4)
adalah sudut geser daasar dari permukaan
adalah sudut dari permukaan saw-tooth Persamaan ini berlaku pada tegangan normal rendah di mana perpindahan
geser ini disebabkan pergeseran sepanjang permukaan lereng. Pada tegangan normal yang tinggi, kekuatan dari material utuh akan melebihi dan tooth akan cenderung untuk memutuskan dan akan menghasilkan kuat geser yang menyebabkan permukaan bergeser.
Barton dan rekan kerja (1973, 1976, 1977, 1990) telah mempelajari perilaku dari kekar batuan yang alami secara detail dan telah diusulkan Persamaan 5.4 dapat ditulis sebagai:
= tan∅ + 0 [ ]
Dimana, JRC adalah koefisien kekasaran kekar JCS adalah kuat tekan dinding kekar 1.
Perkiraan Bidang JRC
(5.5)
Koefisien kekasaran kekar JRC adalah angka yang ditentukan dengan membandingkan penampilan permukaan diskontinuitas dengan profil standar yang diusulkan oleh Barton dan lain-lain. Salah satu yang paling penting dari profil set ini diusulkan oleh Barton dan Choubey (1977) dan dibuat pada Gambar 5.1. Perhatikan bahwa profil tersebut telah dibuat pada skala penuh untuk memfasilitasi perbandingan langsung dengan diukur profil kekasaran, di mana ini tersedia. Barton (1987) mempublikasikan sebuah tabel yang menghubungkan Jr untuk JRC dan tabel ini dibuat kembali pada Gambar 5.2. Barton dan Bandis (1990) menunjukkan bahwa JRC juga dapat diperkirakan dari pengujian kemiringan yang sederhana di mana sepasang dari pencocokan permukaan dengan kemiringan sampai satu slide di sisi lain. Nilai
JRC adalah penilaian dari kemiringan sudut dengan persamaan berikut :
= ∅ 0⌈⌉
Untuk sampel kecil, tegangan normal
(5.6) dapat serendah 0,001 MPa.
Dengan asumsi nilai ini untuk kasus yang khas di mana sudut kemiringan ͦ
65 ,
sudut gesekan dasar
∅ =
30 ͦ dan
=
kuat tekan dinding kekar JCS = 100
MPa, Persamaan 5.6 memberikan JRC = 7. 2. Perkiraan Bidang JCS
Metode yang disarankan untuk memperkirakan kuat tekan dinding kekar dipublikasikan oleh ISRM (1978). Penggunaan Pantulan Schmidt Hammer untuk memperkirakan kekuatan tekanan dinding kekar diusulkan oleh Deere dan Miller ( 1966) .
Gambar 5.1 : profil Kekasaran dan nilai-nilai JRC yang sesuai ( Setelah Barton dan Choubey , 1977) .
Gambar 5.2 : Hubungan antara Jr dalam sistem Q dan JRC untuk 200 mm dan 1000 sampel mm ( Setelah Barton , 1987) . 3. Pengaruh skala pada JRC dan JCS Persamaan 5.5 menunjukkan bahwa ada tiga faktor yang mengontrol kekuatan pergeseran diskontinuitas alami : sudut geser dasar
∅
, komponen geometris
JRC , dan komponen kegagalan kekasaran yang dikendalikan dengan rasio (JCS /
) . Gambar 5.3 , diadaptasi dari angka semula yang diusulkan oleh
Bandis ( 1980) , menunjukkan bahwa , dengan meningkatnya skala , maka kekasaran efektif permukaan ( JRC ) menurun . Oleh karena itu kekuatan pergeseran permukaan menurun . Juga , karena lebih besarnya kemungkinan kelemahan dalam permukaan yang luas, juga memungkinkan Rata-rata kekuatan tekanan dinding kekar ( JCS ) menurun dengan drastis. Atas dasar pengujian ekstensif kekar , replika kekar, dan tinjauan pustaka , Barton dan Bandis ( 1982) mengusulkan koreksi skala untuk JRC dan JCS yang didefinisikan oleh Persamaan 5.7 dan 5.8 .
− . =0 [] − . = [] 0 02
0 03
(5.7) (5.8)
Dimana JRCo, JCSo dan Lo ( panjang ) merupakan contoh skala laboratorium 100 mm dan JRCn , JCSn dan Ln merupakan ukuran blok in situ .
Gambar 5.3 : Pengaruh skala pada tiga komponen kekuatan pergeseran dari diskontinuitas kasar .Setelah Bandis (1990 ) dan Barton dan Bandis (1990 )
Kuantitas JCSo , kekuatan tekanan dinding kekar dari 100 mm spesimen laboratorium , memiliki nilai maksimum sama dengan kuat tekan uniaksial dari bahan batuan utuh . nilai maksimum ini akan ditemukan dalam keadaan segar , tidak lapuk atau tidak berubah permukaan diskontinuitas.
Kekuatan akan berkurang karena pelapukan atau perubahan dari permukaan dan juga oleh ukuran permukaan , seperti yang disarankan oleh Persamaan 5.8 C. Kekuatan Geser Pengisi Diskontinuitas
Diskusi yang disajikan dalam bagian sebelumnya telah diuraikan dengan kekuatan geser dari diskontinuitas di mana kontak dinding batu terjadi disepanjang ketegangan bawah permukaan . Kekuatan geser ini dapat dikurangi secara drastis ketika sebagian atau seluruh permukaan tidak bersentuhan , tapi tertutup oleh bahan pengisi lunak seperti exploitasi lempung. Untuk permukaan planar, seperti bedding planes di batuan sedimen , lapisan tanah liat tipis akan menghasilkan pengurangan kekuatan geser yang signifikan. Untuk kekar yang kasar atau bergelombang , ketebalan pengisi harus lebih besar dari amplitudo undulations sebelum kekuatan geser berkurang dengan bahan pengisi. Sebuah tinjauan komprehensif dari kekuatan geser pengisi diskontinuitas disiapkan oleh Barton ( 1974) dan ringkasan kekuatan geser tambalan diskontinuitas khusus , berdasarkan tinjauan Barton , diberikan pada Tabel 5.1 . Rock
Basalt
Description
Clayey basaltic breccia,
Bentonite
Bentonite seam in chalk Thin layers Triaxial tests
Bentonitic shale
Triaxial tests
Peak
Peak
c' (MPa)
Iq
0.24
42
0.015 0.09-0.12 0.06-0.1
Residual c' (MPa)
Iq
7.5 12-17 9-13
0-0.27
8.5-29
0-0.18
12-18.5
Direct shear tests Clays
Over-consolidated, slips,
0-0.003
10.5-16
0
11-11.5
joints and minor shears Clay shale
Triaxial tests
0.06
32
0.012
16
Stratification surfaces Coal measure rocks
Clay mylonite seams, 10 to 25
Dolomite
Altered shale bed,
r
150 mm
Diorite,
Clay gouge (2% clay, PI =
granodiorite and
17%)
Granite
Cla filled faults Sandy loam fault filling
0.04
14.5
0
26.5
0-0.1 0.05
0.02
1
24-45 40
Tectonic shear zone, schistose and broken granites, Greywacke
1-2 mm clay in bedding planes
0
2
Limestone
6 mm clay layer
0
1
0
15-24
0.08
1
<1 mm clay filling
0.05-0.2
17-21
Limestone marl and lignites
Interbedded li nite la ers Lignite/marl contact
0.08 0.1
38 10
Limestone
Marlaceous joints, 20 mm
0
25
Lignite
Layer between lignite and clay
0.014-.03
15-17.5
Montmorillonite Bentonite clay
80 mm seams of bentonite morillonite) clay in chalk
0.36 0.016-.02
14 7.5-11.5
Schists, uartzites siliceous schists
100-15- mm thick cla fillin Stratification with thin clay Stratification with thick clay
0.03-0.08 0.61-0.74 0.38
Slates
Finely laminated and altered
Quartz / kaolin /
Remoulded triaxial tests
0.05 0.042-.09
32 41 31 33 36-38
rolusite
Di mana ketebalan yang signifikan dari tanah liat atau pemahatan tambalan terjadi dimassa batuan dan di mana kekuatan geser diskontinuitas pengisi berkemungkinan untuk memainkan peran penting dalam stabilitas massa batuan. Sangat direkomendasikan bahwa sampel pengisi dikirim ke laboratorium mekanika tanah untuk pengujian. D. Pengaruh Tekanan Air
Ketika tekanan air hadir dalam massa batuan , permukaan dari diskontinuitas dipaksa terpisah dan tekanan normal berkurang .Dalam kondisi
keadaan tetap, di mana ada waktu yang cukup untuk tekanan air di massa batuan untuk mencapai keseimbangan , mengurangi tegangan normal didefinisikan oleh
' = (
- u ) , di mana u adalah tekanan air .penurunan tekanan normal
'
biasanya disebut effective normal stress , dan dapat digunakan di tempat normal jangka stres dalam semua persamaan yang disajikan dalam bagian
sebelumnya dari bab ini . E. Kohesi Sesaat Dan Gesekan
Berdasarkan sejarah perkembangan subjek mekanika batuan banyak analisis , yang digunakan untuk menghitung faktor keamanan terhadap geser, yang dinyatakan dalam kohesi Mohr - Coulomb ( c ) dan sudut geser (
∅
) ,
didefinisikan dalam Persamaan 5.1 . Sejak 1970-an telah diakui bahwa hubungan antara kekuatan geser dan tekanan normal lebih akurat diwakili oleh hubungan non - linear seperti yang diusulkan oleh Barton ( 1973) . Namun, karena hubungan tersebut ( contoh, Persamaan 5.5 ) tidak dinyatakan dalam c dan
∅
,
perlu untuk merancang beberapa cara untuk memperkirakan kekuatan kohesif yang ekuifalen dan sudut gesekan dari hubungan seperti yang diusulkan oleh Barton .
∅
Gambar 5.4 memberikan definisi kohesi ci sesaat dan sudut gesekan seketika untuk tegangan normal dari
Jumlah ini diberikan oleh cegatan dan kecenderungan masing-masing, dari singgungan dengan hubungan non - linear antara kekuatan geser dan tegangan normal . jumlah ini dapat digunakan untuk analisis stabilitas di mana kriteria kegagalan Mohr - Coulomb ( Persamaan 5.1 ) diterapkan, asalkan tekanan
normal cukup dekat dengan nilai yang digunakan untuk menentukan titik
singgung.
BAB III PENUTUP
A. KESIMPULAN
Dari makalah ini dapat disimpulkan bahwa adanya bidang diskontinu pada batuan akan mempengaruhi banyak hal yang berhubungan dengan aktifitas penambangan. Diantaranya adalah pengaruh terhadap kekuatan dari batuan. Semakin banyak bidang diskontinu yang memotong massa batuan, semakin kecil pula kekuatan dan batuan tersebut. Bidang-bidang diskontinu yang ada pada massa batuan inilah yang memiliki potensi untuk menyebabkan terjadinya failure pada batuan. Dalam perencanaan tambang bawah tanah,perlu sekali untuk memahami bidang diskontiniu tersebut, sehingga kita dapat mengetahui kapan suatu batuan tersebut akan mengalami failure dan dapat menganalisis stabilitas dari masingmasing blok batuan tersebut agar failure dapat d ihindari. Adanya kekuatan geser pada bidang diskontiniu adalah penyebab terjadinya failure pada masa batuan. Besarnya kekuatan geser pada masing-masing blok batuan berbeda-beda. Kekuatan geser pada permukaan yang planar akan berbeda dengan nilai kekuatan geser pada bidang yang permukaannya kasar dan dengan kekuatang geser pada bidang diskontiniu yang terdapat pengisinya. Semuanya itu juga dipengaruhi oleh tekanan air dan kohesinya. B. SARAN
Dalam perencanaan tambang bawah, perlu sekali untuk memahami kekuatan geser yang terdapat pada bidang diskontinuitas pada masing-masing blok batuan. Karena dengan mengetahui kekuatan geser dari massa batuan tersebut, maka kita akan mengetahui kapan terjadinya failure. Dalam penulisan makalah ini kita harus mengetahui tema yang akan dibahas dan diperlukannya kerja sama. Sehingga makalah ini akan lebih sempurna.
