KARAKTERISTIK BATUAN DAN MASSA BATUAN Prof. Dr. Ir. Irwandy Arif, M.Sc.
19-20 Maret 2016
Training Geoteknik PT Kideco Jaya Agung
Karakteristik Batuan dan Massa Batuan
@IA
PENGUMPULAN DATA GEOLOGI
Titik awal dari setiap analisis geoteknik praktis adalah data base geologi yang paling tidak berisi:
Jenis batuan; Bidang-bidang diskontinyu;
Sifat-sifat material. Analisis yang paling canggih sekalipun dapat menjadi tidak berarti jika dasar informasi geologi yang digunakan tidak cukup atau tidak akurat.
Metode-metode pengumpulan data geologi tidak berubah secara signifikan dalam 30-an tahun terakhir ini dan belum ada pengganti yang cocok untuk pemetaan lapangan dan pemerian inti (Hoek, 1998).
@IA
PENGUMPULAN DATA GEOLOGI
Parameter bidang diskontinyu yang harus dideskripsikan @IA
PENGUMPULAN DATA GEOLOGI Pengukuran Orientasi Bidang Diskontinyu
pada inti bor
pada lereng @IA
PENGUMPULAN DATA GEOLOGI
Peralatan geofisika untuk permukaan dan untuk di dalam lubang bor seperti kamera lubang bor telah tersedia sejak beberapa tahun terakhir ini.
Kehandalan dan kemampugunaannya telah disempurnakan secara bertahap sejalan dengan penyempurnaan komponen elektronik dan teknik pembuatannya.
Tetapi, biaya pembelian dan biaya operasinya tinggi. Hal ini, ditambah dengan ketidakpastian pada interpretasi hasilnya, membuat penggunaan peralatan ini pada pekerjaan geoteknik dibatasi.
Kemungkinan penggunaan peralatan ini semakin meningkat dalam beberapa tahun ke depan sejalan dengan pengembangan teknologi yang sedang berlangsung.
@IA
PENGUMPULAN DATA GEOLOGI Kamera Lubang Bor
@IA
PENGUMPULAN DATA GEOLOGI Pemboran Geoteknik di Tambang Terbuka
@IA
PENGUMPULAN DATA GEOLOGI Pengeluaran dan Deskripsi Inti Bor
@IA
PENGUMPULAN DATA GEOLOGI Inti Bor
@IA
PENGUMPULAN DATA GEOLOGI Pemboran Geoteknik
di tambang bawah tanah
di laboratorium @IA
UJI LABORATORIUM
Hoek (1998)
There has always been a tendency to equate rock mechanics with laboratory testing of rock specimens and hence laboratory testing has played a disproportionately large role in the subject. This does not imply that laboratory testing is not important but I would suggest that only about 10 to 20 percent of a well balanced rock mechanics program should be allocated to laboratory testing.
@IA
Preparasi Contoh
@IA
Uji Sifat Fisik
@IA
Uji Cepat Rambat Gelombang Ultrasonik
@IA
Uji Kuat Tekan Uniaksial
@IA
Uji Kuat Tekan Uniaksial
@IA
Uji Point Load
@IA
Uji Kuat Tarik Langsung
@IA
Uji Kuat Tarik Tak Langsung
@IA
Uji Triaksial
@IA
Uji Triaksial
@IA
Uji Geser Langsung
@IA
Uji Geser Langsung
@IA
Uji Geser Langsung
@IA
UJI LABORATORIUM
Kekurangan utama uji laboratorium adalah fakta bahwa contoh terbatas dalam ukuran, sehingga hanya mewakili sebagian sangat kecil dari massa batuan dan contoh tersebut telah dipilih dari massa batuan tempatnya diambil.
Dalam proyek rekayasa tipikal, contoh-contoh yang di laboratorium mewakili fraksi yang sangat kecil (kurang daridiuji 1%) dari volume massa batuan.
Selain itu, karena hanya contoh-contoh yang diuji ini yang merupakan contoh-contoh yang tidak dirusakkan oleh proses pengumpulan dan preparasi, hasil uji akan menunjukkan bias yang dapat cukup besar.
Bagaimana hasil-hasil ini dapat digunakan untuk mengestimasi sifatsifat massa batuan in situ?
@IA
Dari Laboratorium ke In Situ
@IA
UJI IN SITU Rock Loading Test/Jacking Test 10
11
9
8
1.
B ea r in g P ar t
2.
B ea r in g P la t e
3.
Sp h er i ca l b as e
4.
D ia l g au g e
5.
Su p p o r t c o l u mn
6. 7.
Jo in t Oi l j a c k
14. Oil pressure hoses
8.
Pr e ss u r e p la t e
15. Pressure gauge
9.
F a cin g
10 .
Ex t ens o m e t e r
11 .
R o c k sur f a ce 12 B as ic b ea m
3
4
15 14
6
16
5
16. Oil pump 7
12 . 13 .
11
8
9
10
@IA
B as ic b ea m support
13
UJI IN SITU Rock Loading Test/Jacking Test
Em
1 - ν 2 ΔF 2r Δd/d @IA
UJI IN SITU Goodman Jack Test
ΔQ Kβ, ν Em Δu /d d
@IA
UJI IN SITU In Situ Triaxial Test
In Situ Direct Shear Test
@IA
KEKUATAN MASSA BATUAN
Hoek & Brown (1980) mengusulkan sebuah metode untuk mendapatkan estimasi kekuatan batuan terkekarkan, berdasarkan penilaian atas ikatan antara blok batuan dan kondisi permukaan antara blok-blok tersebut.
Metode ini pengguna sudah beberapa kali dimodifikasi untuk yang memenuhi kebutuhan dalam penerapannya pada problem tidak diperhitungkan ketika kriteria ini pertama kali dikembangkan (Hoek, 1983; Hoek & Brown, 1988).
Aplikasi metode ini pada batuan dengan kualitas sangat jelek memerlukan beberapa perubahan ( Hoek, Wood and Shah, 1992) dan akhirnya menggunakan klasifikasi baru, Geological Strength Index (Hoek, Kaiser and Bawden, 1995; Hoek 1995; Hoek & Brown 1997).
@IA
Bentuk Umum Kriteria Hoek-Brown
σ ' σ1 ' σ 3 ' σ ci mb 3 s σ ci 1’
and s3’
a
: Tegangan efektif maksium dan minimum pada saat failure
s
mb
: Konstanta Hoek-Brown untuk massa batuan
s and a
: Konstanta
s
ci
: Kuat tekan uniaksial batuan utuh
@IA
Bentuk Umum Kriteria Hoek-Brown
Untuk menggunakan kriteria Hoek-Brown dalam mengestimasi kekuatan dan deformabilitas massa batuan terkekarkan, tiga ‘sifat’ massa batuan harus diestimasi:
σci batuan
utuh
Konstanta Hoek-Brown mi batuan utuh Geological Strength Index GSI massa batuan
@IA
Kriteria Hoek-Brown untuk Batuan Utuh σ ' σ1 ' σ 3 ' σ ci mi 3 1 σ ci
0.5
Hubungan antara tegangan-tegangan utama pada saat failure untuk batuan tertentu didefinisikan oleh dua konstanta, ci dan mi. Sedapat mungkin nilai kedua konstanta ini ditentukan dengan analisis statistik terhadap hasil uji triaksial dengan contoh yang dipreparasi dengan baik.
Rentang nilai tegangan utama minor (s3’) pada saat test dilakukan adalah kritikal untuk penentuan nilai yang handal untuk kedua konstanta.
Pada saat menurunkan nilai srcinal sci dan mi, Hoek and Brown (1980) menggunakan rentang 0 < 3’ < 0.5 ci. @IA
Kriteria Hoek-Brown untuk Batuan Utuh
Agar konsisten, perlu diusahakan untuk menggunakan rentang yang sama dalam setiap uji triaksial pada contoh batuan utuh.
Sedikitnya lima titik data harus digunakan dalam analisis.
Pada saat lima atau lebih data uji triaksial telah diperoleh, data tersebut dapat dianalisis untuk menentukan oleh Hoek & Brown (1980).
@IA
sci
dan m i seperti yang dijelaskan
Kriteria Hoek-Brown untuk Batuan Utuh Teknik regresi untuk mendapatkan sci dan mi dari hasil uji triaksial (s 1 dan s3)
σ ' σ1 ' σ 3 ' σ ci mi 3 1 σ ci y mσ ci x sσ ci x σ3 '
0.5
σ
2 ci
mi
y σ1 ' σ 3 '2
r2
@IA
y xy x y/n x n x 2 ( x)2 /n n 1 xy x y/n σ
ci
2 2 x ( x) /n xy x y/n
2
( x ( x)2 /n) ( y 2 ( y)2 /n)
Kriteria Hoek-Brown untuk Batuan Utuh Contoh hasil regresi untuk mendapatkan dari hasil uji triaksial ( 1 dan 3)
@IA
ci
dan mi
Kriteria Hoek-Brown untuk Batuan Utuh
Uji laboratorium jangka pendek pada batuan yang sangat keras cenderung untuk overestimate kekuatan massa batuan in situ. Uji laboratorium dan studi lapangan pada granit yang berkualitas sangat baik yang dilaporkan oleh Martin & Chandler (1994) menunjukkan bahwa batuan ini hanya sekitar 70% dari kekuatan batuan yangkekuatan diperolehindisitu laboratorium.
@IA
Perkiraan σci di Lapangan (Hoek & Brown, 1997)
Grade
Term
R6
Extremely strong
R5
Very
UCS (MPa)
PLI (MPa)
Field estimate of strength
Examples
> 250
>10
Specimen can only be chipped with a geological hammer
Fresh basalt, chert, diabase, gneiss, granite, quartzite
100 - 250
4 - 10
Specimen requires
Amphibolite, sandstone,
many blows of a geological hammer to fracture it
basalt, gabbro, gneiss, granodiorite, limestone, marble, rhyolite, tuff
strong
R4
Strong
R3
Medium strong
50-1 00
25 - 50
2-4
1- 2
Specimenrequires more than one blow of a geological hammer to fracture it Cannot be scraped or peeled with a pocket knife, specimen can be fractured with a single blow from a geological hammer
@IA
Limestone, marble, phyllite, sandstone, schist, shale Claystone, coal, concrete, schist, shale, siltstone
Perkiraan σci di Lapangan (Hoek & Brown, 1997)
Grade R2
Term
UCS (MPa)
Weak
5- 25
PLI (MPa)
Field estimate of strength Canbepeeledwitha pocket knife with difficulty, shallow indentation made by
Examples Chalk, rocksalt, potash
firm blow with point of a geological hammer R1
Very weak
R0
Extremely weak
1- 5
Crumblesunderfirm blows with point of a geological hammer, can be peeled by a pocket knife
0.25-1
Indentedbythumbnail
@IA
Highly weathered or altered rock
Stifffaultgouge
Perkiraan σci di Lapangan (Hoek & Brown, 1997)
Texture Rock type
Class
Group Coarse
Medium
Fine
Veryfine
Conglomerate (22)
Sandstone (19)
Siltstone (9)
Claystone (4)
Clastic Greywacke (18) Chalk (7) Organic
Sedimentary
Coal (8-21) NonClastic Carbonate
Breccia (20)
Chemical
@IA
Sparitic Limestone (10)
Micritic Limestone (8)
Gypstone (16)
Anhydrite (13)
Perkiraan mi di Lapangan (Hoek & Brown, 1997)
Texture Rock type
Metamorphic
Class
Group Coarse
Medium
Fine
Non foliated
Marble (9)
Hornfels (19)
Quartzite (24)
Slightly foliated
Migmatite (30)
Amphibolite (25-31)
Mylonites (6)
Foliated
Gneiss (33)
Schists (4-8)
Phyllites (10)
@IA
Veryfine
Slate (9)
Perkiraan mi di Lapangan (Hoek & Brown, 1997)
Texture Rock type
Class
Group Coarse
Light
Medium
Fine
Veryfine
Granite (33)
Rhyolite (16)
Obsidian (19)
Granodiorite
Dacite
(30)
(17)
Diorite (28)
Andesite (19)
Igneous Gabbro (27)
Dolerite (19)
Basalt (17)
Breccia (18)
Tuff (15)
Dark Norite (22) Extrusive Pyroclactic type
Agglomerate (2)
@IA
Geological Strength Index, GSI
Kekuatan massa batuan terkekarkan berhantung kepada sifat batuan utuh dan kebebasan potongan-potongan batuan untuk menggelincir atau berputar di bawah kondisi tegangan yang berbeda-beda.
Kebebasan ini dikontrol oleh bentuk geometrik dari potongan batuan
utuh dan kondisi permukaan yang memisahkannya. Potongan batuan bersudut dengan permukaan yang bersih dan kasar akan menghasilkan massa batuan yang jauh lebih kuat dibandingkan dengan massa batuan yang mengandung partikel bundar yang dikelilingi material lapuk dan teralterasi. Geological Strength Index (GSI), yang diperkenalkan oleh Hoek (1995) serta Hoek,Kaiser dan Bawden (1995) menyediakan sistem untuk mengestimasi pengurangan dalam kekuatan massa batuan untuk kondisi geologi yang berbeda. @IA
Geological Strength Index, GSI
@IA
Perhitungan mb, s, a Menggunakan GSI GSI 100 28
mb mi exp
s exp GSI 100 and a 0.5 9
s 0 and a 0.65
GSI
untuk GSI > 25
untuk GSI < 25
200
@IA
Perhitungan mb, s, a Menggunakan GSI
@IA
Perhitungan mb, s, a Menggunakan GSI
@IA
Hoek-Brown dan Mohr-Coulomb
@IA
Hoek-Brown dan Mohr-Coulomb
@IA
MODULUS DEFORMASI MASSA BATUAN
Em
σ ci
100
10
GS I 10 40
D σ ci 1 0 E 1 m 2 100 D Em 1 1 0 2
Hoek & Brown, 1997
GP a
GS I 10 40
GS I 10 40
GPa
Hoek, et al., 2002
Hoek, et al., 2002
GP a
D 1 2 GPa Em 100 75 25D GSI 11 1 e
Hoek & Diederichs, 2006
@IA
TERIMA KASIH
@IA
