Mekanika Batuan-Sifat Mekanik Batuan Utuh-2

1 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 FISIK DAN MEKANI MEKANIK K BATUA BATUAN N UTUH UTUH – 3B2

Suseno Kramadibrata Made Astawa Rai Ridho K Wattimena Laboratorium Geomeknika FIKT FIKTM M - ITB ITB

Uji Triaksial 1 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 ini untuk mengukur kekuatan contoh batu berbentuk silinder dibawah tekanan triaxial.



Data hasil pengujian sangat diperlukan untuk perhitungan: 

strength envelope (kurva intrinsic)



shear strength (τ)



sudut geser dalam ( φ)



kohesi (C)

Triaksial Sel Von Karman (1911) & Hoek & Franklin (1968)





Tidak perlu penirisan minyak antar uji



Ukuran terbatas BQ, NQ & HQ



L/D = 2 – 2.5



σ3 max = 70 MPa



Selubung polyethylene mahal

Sel Triaksial Tipe Von Karman Dept. Teknik Pertambangan ITB Wattimena & Kramadibrata (1997) Kramadibrata, Wattimena and Simangunsong (1998) 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 11. 12. 12. 13. 14. 14. 1 5. 5. 16. 17. 18. 19. 19. 2 0. 0. 21. 22. 22. 23. 24. 25. 26. 26.

Pl at aten penekan Bola baja Spheical se seat Alat Alat bant bantu u tra trans nsdu duce cer r Contoh batuan Pist Piston on ber beron ongg gga a utk utk teka tekana nan n pori pori So ni ni c t ra ra ns ns mi mi tttte r Sonic recei ve ver Selubung karet Ring Ring pengi pengikat kat selubu selubung ng karet karet Stra Strain in gaug gauges es Pipa Pipa utk utk teka tekana nan n pori pori Pipa Pipa utk utk kabel kabel transd transduce ucer r Ruan Ruang g flui fluida da pem pemam ampa patt Di nd nd in in g s el el Luban Lubang g masuk masuk flui fluida da pema pemampa mpatt Lubang Lubang keluar keluar fluida fluida pemamp pemampat at Luban Lubang g masuk masuk tekana tekanan n udara udara Slid Slide e bear bearin ing g S lili di di ng ng se se al al Baut Seal Seal pad pada a plat plat das dasar ar sel sel Lubang Lubang masuk masuk teka tekanan nan pori pori Lubang Lubang keluar keluar tekana tekanan n pori pori Port Port kable kable strain strain gauges gauges Port Port kab kable le tra trans nsdu duce cer r






Berbagai Triaksial Sel 1 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

Mohr Circles & Intrinsic Curve 1 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

30

No

25

τ = c + σN Tan φ

) a 20 P M (

τ = 5.22 + σN Tan 32.81

s s e 15 r t S r a e h 10 S

(MPa)

(MPa)

1

1.00

22.61

2

2.00

25.70

3

3.00

29.34

φ

5

c 0 0

5

10

15

20

25

30

Normal Stress (MPa)


e r u l i a f t a s s e r t s l a p i c n i r p r o j a m m u m i x a M

Mohr Coulomb – Linear Mohr – Curve linear concave downwards; in the limit, the envelope may assume the form of a straight line (Coulomb criterion)

σ1

τ= ½ (σ1 – σ3) Sin 2 β σ = ½ (σ1 + σ3) + ½ (σ1 – σ3) Cos 2 β

β σN

Mohr - Coulomb

σ3

Mohr

τ β

1

σ

D

σ3 Minor principal stress /confining pressure

τmax

E

2

A

β B



Metode Tak Langsung Langsung Menentukan UCS & UTS

σn =

1

τ=

1

σ1 =

σc =

σt =

2

2

(σ1 + σ3) +

1 2

(σ1 - σ3)cos 2β

(σ1 - σ3)sin 2β

σ3(1 + sin φ) + 2c cos φ 1 - sin φ

τ = σn tan φ + c 2β = 90° + φ Pada kondisi tekan, σ1 =

σc & σ3 = 0 Pada kondisi tarik, σ1 = 0 dan σ3 = - σt Keterangan

2c cos φ



1 - sin φ



τ σN σ1 σ3



c

= Kohesi



β φ σc σt

= Sudut antara s1 dan sn

2c cos φ 1 + sin φ

 

  

= Tegangan geser = Tegangan normal = Tegangan prinsipal mayor = Tegangan prinsipal minor

= Sudut gesek dalam = Kuat tekan uniaksial (UCS) = Kuat tarik uniaksial (UTS)

Multistage Triaxial Test 1 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

80

σ34 = 10 MPa 60

E3

) a 40 P M (

E2

σ32 = 5 MPa

3

1

σ33 = 7.5 MPa

20

E1

σ31 = 2 MPa

0 0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

-20

Strain


ax

&Vp vs.

ax

pada triaksial konvensional pada batu pasir

Batupasir PT. Kideco Jaya Agung ROTO NORTH Pit 4 Ardian Rosadi



Pengaruh Kurva

3

Pada

-

Marmer Carrara (Von Karman, 1911)

Pengaruh Pada Kurva

3

-

165.6 MPa

600

500

) 400 a P M ( l a i s k a 300 n a g n a g e T

50.0 MPa

200

23.5 MPa 0 MPa

100

2

4 6 Regangan aksial (%)

8

Pengaruh Air Pada Kurva Triaksial 1 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

Schwartz (1964)

Kwasnieski (1990)

Tekanan air pori mempunyai sedikit pengaruh pada kekuatan batuan jika angka pori spesimen batuan kurang < 0,02.

Kurva perbedaan tegangan – regangan longitudinal spesimen Bogdanka mudstone kondisi kering dan basah yang diuji pada tegangan pengukungan 20 MPa.

400

90

Granite (void ratio = 0.022 ) Sandstone (void ratio = 0.163 ) Applied σ3 = 35 MPa

350 ) 300 a P M ( s 250 s e r t s 200 c i r o t a 150 i v e D 100

μ = μ =

80 ) 70 a P M ( 60 s s e 50 t s c 40 i r o t a 30 i v e D 20

7 MPa

7 MPa μ = 21 MPa μ =

μ =

35 MPa

21 MPa

1

2

wet specimen

0

35 MPa

0 0

3 = 20 MPa

σ

10

50 μ =

air-dry specimen

3

4

5

6

0

2

4

6

8

10

Longitudinal str ain (%)

Strain (%)

Pengaruh Air Pada Kurva Triaksial – Batupasir (Schwartz, 1964) 1 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

150 0 tekanan aksial (MPa) 100

27.6 41.4 55.2

50

62.1 69.0 1

2 regangan aksial (%)

12

Perilaku Keruntuhan Menurut Kecepatan Ultrasonik pada Uji Triaksial


a. Contoh Jenuh; b. Contoh Kering

180

Dried specimen Saturated s pecimen

160

3 = 16 MPa

σ

140

) a P 120 M ( s s 100 e r t s c 80 i r o t a i 60 v e D 40

3 = 12 MPa

σ

3 = 8 MPa

σ

3 = 4 MPa

σ3 = 16 MPa 3 = 12 MPa σ3 = 8 MPa

σ

σ

3 = 4 MPa

σ

20 0 2.86

3.06

3.26

3.46

3.66

3.86

4.06

Sonic velocity (km/s)

Faktor Berpengaruh Pada Kurva Triaksial – 1 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

Pengaruh Strain Rate

Pengaruh Suhu

2500

ε= o

ε= o

1

ε= o

2000

a P M , h t g n e r t s e v i s s e r p m o C

-1

10

25 °C

-2

10

2000

300 °C 1500

1500

ε= o

ε= o

-4

10

-4

10

) a P M (

500 °C

3

σ 1000

1000

− 1

σ

800 °C 500

50 0

20 0

40 0

60 0

Confining pressure, MPa

5

10 15 Regangan aksial (%)

Variasi Deviatoric Stress vs Kemiringan Bidang Lemah & s3


(Donath, 1972 & Mc Lamore – Gray 1967)

Uji Kuat Geser Langsung 1 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



Kuat geser batuan merupakan perlawanan internal batuan terhadap tegangan yang bekerja sepanjang bidang geser dalam batuan tersebut, yang dipengaruhi oleh karakteristik intrinsik dan faktor eksternal



Untuk mengetahui kuat geser batuan pada tegangan normal tertentu.



Minimal 3 contoh.



Masing-masing contoh dikenakan gaya normal tertentu yang diaplikasikan tegak lurus terhadap permukaan bidang diskontinu



garis Coulomb's shear strength,



kuat geser (shear strength),



sudut geser dalam (φ),



kohesi (C).



Faktor -faktor Yang Mempengaruhi Kuat Geser Batuan 

 

 



Laju perpindahan geser konstan akan mengindikasikan gaya geser yang bekerja pada batuan tersebut. τ yang dibutuhkan batuan tersebut untuk mulai membentuk rekahan bidang geser dan berpindah akan bertambah sesuai pertambahan FN. Pada Uji Geser langsung, τ & σ N adalah representatif dari F S & FN dibagi luas kontak. Saat Uji Geser: τ meningkat secara linear terhadap perpindahan, akan tetapi berangsur-angsur menjadi tidak linear hingga pada saat tercapai nilai maksimumnya. Nilai τ maksimum = nilai τP & nilai perpindahan pada saat kondisi ini disebut perpindahan geser puncak. Setelah τP tercapai, τ akan turun dan berangsur-angsur mencapai nilai konstan & disebut τR. Jika τP & τR diperoleh dari tingkat τN yang berbeda dengan jenis batuan yang sama, secara ideal akan diperoleh kurva hubungan linear antara kuat geser terhadap masing-masing tingkat tegangan normal. Permukaan bidang diskontinu alami pada batuan tidak selalu halus, bahkan hampir 100% kasar. Semakin kasar permukaan batuan meningkatkan kekuatan geser pada batuan.

Alat Uji Geser Langsung & Creep

Creep Geser


1.59 m

0.22 m

11 2

1 m 7 4. 0

4

3

5

6 m 5. 0

12

7 10

8

m 4 3. 0

9

0.6 m


u n a h a d n i p r e p

0.9 m

Peak strength τ

σ

tegangan normal

r e s e g n a g n a g e T

contoh

contoh

tegangan geser

τ =

C p

σ tan φp

Cp – cohesive strength

τ

Tegangan normal

τ

τ r

e s e g n a g n a g e T

kuat geser puncak

kuat geser sisa

r e s e g n a g n a g e T

τ =

σ

P

φ p t a n φp σ +

C p

Kuarsa

r +

C τ =

φ r a n σ t

R

φr

Residual strength

Perpindahan u

P

φ p t a n φp σ +

Tegangan normal

Clay

σ



Bentuk patahan yang terjadi setelah batuan mengalami pergeseran Fn Cetakan semen Contoh batuan

ir

ip

Fs

Batu Pasir

KURVA KEKUATAN GESER NATURAL

KURVA KEKUATAN GESER JENUH

1400

1000

) a 1200 P k ( R E S E G N A G N A G E T

= 728,68 +

τp

1000

tan 44,28o

σn

2

R = 0,9368

800 600 τs

400

= 217,02 +

tan 40,74o

σn

R2 = 0,8767

200

) a P k ( R E S E G N A G N A G E T

800

600

= 105,92 +

τp

tan 57,25o

σn

2

R = 0,9401

400 τs

200

= 108.64 +

tan 52,17o

σn

2

R = 0.8903

0

0 0

200

400

600

800

1000

TEGANGAN NORMAL ( kPa)

Puncak

Sisa

1200

1400

0

200

400

600

800

TEGANGAN NORMAL (k Pa)

Puncak

Sis a

1000

Bevelled Dies Shear Test 1 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

Tegangan Normal σ

N

=

P Sin 45 o

A

σN

Tegangan Geser

N = A

τ

=

P Cos 45 o

A

τ

=

T A

P

α T

σN

o

45

τ

α=30o

α=40o

α=50o

P (kg)

1076.92

1938.91

3383.86

A (cm2)

21.48

22.52

22.16

σN (kg.cm2)

25.07

55.34

116.98

τ (kg.cm2)

43.42

65.95

98.15

σN 5 x 5 x 5 cm

Ball bearing

Faktor Eksternal Kuat Geser Batuan 1 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

Tegangan normal 

Massa batuan pada umumnya mempunyai rekahan yang ditimbulkan oleh pembebanan sejak awal pembetukan batuan tersebut. Tegangan terkonsentrasi pada rekahan tesebut, sehingga kehadiran rekahan sangat mempengaruhi perilaku massa batuan. Dengan adanya faktor kekasaran bidang rekahan, maka kondisi tegangan normal konstan akan tidak realistik tercapai pada kondisi alami.



Selain itu, peristiwa geologi seperti gempa bumi memungkinkan terjadi perubahan beban normal terhadap massa batuan dan berpotensi membentuk bidang geser baru pada massa batuan.



Kuat geser, dalam hal ini kuat geser puncak, akan meningkat seiring peningkatan tegangan normal. Hal ini mengindikasikan bahwa bidang lemah pada kedalaman yang lebih dalam cenderung akan semakin kuat. Uji kuat geser harus dilakukan pada kondisi tingkat t egangan normal yang tidak melebihi batas elastisitasnya. Hal ini dilakukan untuk memperoleh deformasi yang disebabkan tegangan geser dan bukan oleh tegangan normal.



Data Uji Geser -1 Horizontal Displacement (mm}

FORWARD SHEARING

REVERSE SHEARING

Vertical Displacement {mm}

σH {kPa}

FH{kN}

FN {kPa}

σN {kPa}

58.42 55.88 53.34 50.80 48.26 45.72

0.00 2.30 2.90 3.20 2.90 2.42

0.00 85.29 107.54 118.66 107.54 89.74

14.15 14.22 14.40 14.30 14.17 14.02

3.53 3.53 3.53 3.53 3.53 3.53

130.90 130.90 130.90 130.90 130.90 130.90

43.18 4064 38.10 35.56 33.02

4.90 4.80 4.74 4.26 3.68

181.70 178.00 175.77 157.97 136.46

13.84 13.79 13.74 13.69 13.61

9.30 9.30 9.30 9.30 9.30

344.87 344.87 344.87 344.87 344.87

30.48 27.94 25.40 22.86 20.32

8.80 8.71 8.10 7.70 7.20

326.32 322.99 300.37 285.53 266.99

13.41 13.31 13.21 13.08 12.95

18.60 18.60 18.60 18.60 18.60

689.73 689.73 689.73 689.73 689.73

17.78 15.24 12.70 10.16 7.62

13.80 13.00 11.80 10.70 9.20

511.74 482.07 437.57 396.78 341.16

12.65 12.32 11.89 11.40 11.30

37.20 37.20 37.20 37.20 37.20

1379.46 1379.46 1379.46 1379.46 1379.46

SHER DISP (mm)

SHEARING FORCE, kg

NORMAL DISPL ( x 0,01 mm )

0

0

0

1

90.72

21

2

90.72

20

3

90.72

21

4

113.40

24

5

90.72

20

6

90.72

20

7

90.72

21

8

90.72

19

9

90.72

19

10

90.72

20

10

0

0

9

45.36

13

8

45.36

12

7

45.36

13

6

90.72

17

5

90.72

16

4

45.36

12

3

45.36

12

2

45.36

13

1

45.36

12

0

45.36

12

Normal Load = 82.05 kg Saw cut plane : circl e - Length : 4.57 cm - Width : 4.57 cm - Area ( A ) : 16.410 cm2 Normal Stress : ( σn ) = Pn /A = 5 kg/cm2


Bidang geser dan material pengisi pada bidang geser 

Kuat geser akan berkurang secara signifikan ketika sebagian atau seluruh permukaan tidak sepenuhnya kontak, melainkan ditutupi oleh material pengisi yang relatif lunak seperti lempung



Keruntuhan geser batuan dengan bidang diskontinu yang terisi material lunak mengalami dua tahap. Pertama tegangan dan perpindahan geser hanya dipengaruhi oleh kekuatan material pengisi. Kedua, setelah terjadi perpindahan, permukaan batuan mengalami kontak kemudian kekuatan dari bidang diskontinu ditentukan oleh kekasaran dan kekuatan bidang geser itu sendiri


Pengaruh kehadiran air dan tekanan air 

Kehadiran air pada massa batuan menyebabkan permukaan bidang diskontinu akan tertekan sebagian sehingga tegangan normal menjadi berkurang.



Kecepatan geser pada permukaan yang basah lebih lambat dibandingkan dengan permukaan yang kering.


Dimensi contoh uji 

Massa batuan di alam mempunyai sifat & struktur yang heterogen serta kompleks. Contoh batuan yang digunakan untuk uji di laboratorium diharapkan sebagai representatif dari massa batuan berikut sifat dan perilakunya. Semakin besar dimensi contoh yang digunakan, maka contoh tersebut semakin merepresentasikan massa batuan.



Tetapi menurut hasil penelitian uji geser tidak terlalu fungsi dari ukuran

Kriteria Kuat Geser Batuan 1 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

Kriteria Mohr-Coulomb Linear 

=C+ σ

Keterangan:  

= tegangan geser C = kohesi



= tegangan normal



= koefisien geser dalam dari batuan = tan Φ

Kriteria Kuat Geser Batuan 1 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

Kriteria Dilatansi  Pada pengujian kuat geser langsung, selain perpindahan lateral, terjadi juga perilaku dilatansi.  Dilatansi merupakan perpindahan vertikal (searah tegangan normal) selama uji kuat geser. Model gigi gergaji merupakan ilustrasi yang baik untuk menjelaskan perilaku ini.  Pada kondisi ini tidak akan ada perpindahan selama resultan gaya berada pada batas sudut geser gerigi.  Akan tetapi jika resultan gaya di luar batas tersebut, akan terjadi pergerakan pada arah i. Rekahan akan terbuka dan dilatansi terjadi pada bidang geser tersebut.  Tegangan normal σn akan bereaksi melawan dilatansi ini. Apabila penggeseran dilanjutkan, gerigi akan kelebihan beban dan akan tergeserkan secara langsung. Pergeseran akan terus berlanjut sejajar terhadap bidang geser umum tanpa ada dilatansi

σN


σN

i

σH

i



τ = C + σ tan (Φ + i)

Keterangan: 

τ = tegangan geser



C = kohesi

 

σ = tegangan normal μ = koefisien geser dalam dari batuan = tan Φ



i = sudut dilatasi

σH

Kecepatan Ultrasonik 1 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 (ISRM 1981) untuk mengukur cepat rambat gelombang ultrasonik pada contoh batu sebelum uji UCS. 

cepat rambat gelombang primer (VLp)



cepat rambat gelombang sekunder (VLs).



Modulus Elastik dinamik dapat dihitung.



Kemampugalian batuan ditentukan juga oleh karakteristik dinamiknya, karena perjalanan gelombang akibat benturan mata bor dan gigi-gigi alat gali terhadap batuan merupakan gerakan dinamik.



Setiap batuan selalu memiliki rekahan awal (pre-existing cracks). Tergantung dari proses pematangannya didalam, rekahan awal ini dapat saja bertambah.



Menaiknya rekahan awal akan menurunkan kecepatan ultrasonik.

Kecepatan Rambat Gelombang Ultrasonik 

Kecepatan rambat gelombang tekan



Kecepatan rambat gelombang geser



Modulus Young dinamik



Modulus geser dinamik



Nisbah Poisson dinamik

Gelombang suara 1 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



Gelombang infrasonik, frekuensi < 20 Hz



Gelombang sonik, frekuensi 20 Hz – 20 kHz



Gelombang ultrasonik, frekuensi > 20 kHz

Tipe Batuan

Lokasi

Jumlah Contoh

vp (m/s)

SD

CoV (%)

Gamping

Cibinong

5

3870,57

190,56

4,92

Breksi Tufa

Pongkor

5

3691,21

224,60

6,08

Granit

Karimun

5

5402,34

178,24

3,30

Gelombang Ultrasonik 1 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





Gelombang merupakan suatu getaran mekanik, hal ini dapat dijelaskan dengan karakteristik gelombang sinusoida seperti dijelaskan dengan sebuah getaran pada seutas tali yang getaran pada seutas tali yang bergerak ke arah sumbu x dengan waktu t dan kecepatan v yang berbentuk kurva sinus. Gelombang ultrasonik termasuk dalam kelompok getaran mekanik yang melibatkan gayagaya mekanik selama melakukan penjalaran dalam suatu medium. Akibatnya gelombang ini tergantung pada elastisitas medium penjalarnya. Fenomena ini terlihat pada perubahan panjang gelombang (l), jika gelombang ultrasonik tersebut dijalarkan pada medium yang berbeda elastisitasnya.

Gelombang Longitudinal  Apabila arah pergerakan partikel-partikel medium sama arahnya dengan arah penjalaran gelombang, maka gelombang tersebut dinamakan gelombang longitudinal atau gelombang tekan. Gelombang longitudinal dapat dijalarkan dalam medium padatan maupun medium fluida cair dan gas. Gelombang Transversal  Arah pergerakan partikel-partikel medium dapat menyudut terhadap arah penjalaran gelombang. Gelombang seperti ini disebut gelombang transversal atau gelombang geser. Umumnya kecepatan penjalaran gelombang transversal setengah kali kecepatan penjalaran gelombang longitudinal pada medium yang sama. Gelombang permukaan  Penjalaran gelombang ultrasonik dapat juga terjadi di permukaan medium padatan. Kedalaman medium padatan yang dipengaruhi oleh gerak gelombang adalah kira-kira satu panjang gelombang.

Cepat Rambat Gelombang Tekan & Geser 1 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

Vp

=

L

Vp

tp

=

L ts

L = panjang contoh (m) tp = waktu yang dibutuhkan gelombang tekan merambat sepanjang contoh (detik) ts = waktu yang dibutuhkan gelombang geser merambat sepanjang contoh (detik)

Parameter Dinamik 1 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

Modulus Geser: G ρ = massa per satuan volume

Nisbah Possion:

= ρ.vs2 ⎫ ⎪ ⎬ ⎪⎭ v= 2 ⎧⎪ ⎛ V ⎞ ⎫⎪ 2⎨1 − ⎜ s ⎟ ⎬ ⎪⎩ ⎜⎝ Vp ⎠⎟ ⎪ ⎭ ⎧⎪ ⎛ Vs ⎞ ⎜ ⎟ − 1 2 ⎨ ⎜ Vp ⎠⎟ ⎪⎩ ⎝

2

Modulus Young Dinamik: E = 2 (1+ν) G Konstanta Lame: λ = ρ (vp2 – 2 vs2) Modulus Ruah: K = (ρ/3) (3vp2 – 4 vs2)


Hubungan UCS & Kecepatan Ultrasonik Vp 

Vp untuk pemilihan alat gali dan penentuan keberadaan kekar



Hubungan UCS & Vp sulit ditentukan tanpa memperhitungkan faktor-faktor di dalam batuan.



Faktor-faktor: beban pada contoh saat pengujian, porositas, pre-existing crack, bobot isi, kandungan air, ukuran butir & komposisi mineral.



Kahraman (2001) hubungan non-linear antara σc dan Vp dengan menggunakan variasi contoh batuan dari penelitiannya Goktan & Wade et al. sehingga lebih andal utk prediksi UCS daripada Vp. Referensi

Persamaan

Tipe Batuan

Goktan (1988)

σc = 0,036vp* - 31,18

batuan sedimen

Wade et al. (1993)

σc = 0,055vp* - 91,44

-

Kahraman (2001)

σc = 9,95vp1,21

batuan beku, batuan sedimen, batuan metamorf

vp* = Kecepatan gelombang tekan (m/det)

vp = Kecepatan gelombang tekan (km/det)

Kriteria Runtuh Hoek-Brown 1 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

  





Hoek & Brown (1980) usul metoda untuk menduga kekuatan massa batuan terkekarkan. Metodanya dimodifikasi sejak diusulkan (Hoek, 1983; Hoek & Brown, 1988). Aplikasinya berlaku untuk kualitas massa batuan sangat buruk yang perlu perubahan (Hoek, Wood & Shah, 1992) Pengembangan Klasifikasi Baru disebut Geological Strength Index – GSI (Hoek, Kaiser & Bawden, 1995; Hoek, 1995; Hoek & Brown, 1997). Sejarah pengembangannya dapt ditemukan di Hoek (2002).

Kriteria Hoek-Brown 1 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

σ’1 & σ’3 adalah tegangan efektif maksimum & minimum saat batuan runtuh, m b adalah nilai konstanta Hoek & Brown m untuk massa batuan s & a adalah konstanta yg bergantung pada karakteristik massa batuan

σci adalah UCS batuan utuh

Sifat Batuan Utuh 1 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 antara tegangan prinsipal saat suatu batuan runtuh diberikan oleh σci & mi.



Selang nilai

σ3’ sangat kritikal.

Hoek & Brown (1980) gunakan 0 < 

σ3’ < 0.5 σci

Setidaknya perlu 5 titik data utk dimasukan dalam analisis.

Penentuan

ci


y = mσcix + sσci x = σ3 ’ y = (σ1’ – σ3’)2

Penentuan 1 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

and mi

ci

and mi

Pendugaan Lapangan UCS 1 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

Pendugaan Lapangan UCS 1 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



Nilai mi Untuk Batuan Utuh

Nilai mi Untuk Batuan Utuh

Catatan 1 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 laboratorium pada batuan sangat britel kuat cenderung memberikan nilai tinggi pada kuat tekan batuan insitu.



Uji laboratorium & lapangan pada Lac du Bonnet granite dgn kualitas baik (Martin & Chandler, 1994) menunjukkan bhw kuat tekan insitu hanya sekitar 70% dari UCS laboratorium



Penentuan UCS pada batuan anisotropic & foliated sangat sulit.

Peak Strength of Moura DU Coal (Medhurst & Brown, 1996)

σci = 32.7 MPa

Kekuatan Puncak Moura DU Coal



(Medhurst & Brown, 1996)

Geological Strength Index

Pendugaan m & s Dengan GSI 1 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

(Hoek, 1994; Hoek et al., 1995)

 



mb = mi exp [(GSI – 100)/28] For GSI > 25 

s = exp [(GSI-100)/9]



a = 0.5

For GSI < 25 

s=0



a = 0.65 – (GSI/200)


(Hoek, 1994; Hoek et al., 1995)



Massa batuan kualitas baik (GSI>25), nilai GSI dapat diduga secara langsung dari RMR Bieniawski Ver. 1976 dgn groundwater rating 10 (dry) & adjustment utk joint orientation 0 (very favourable).



Bieniawski’s RMR tidak digunakan untuk menduga nilai GSI pada massa batuan buruk.



Bila RMR Bieniawski Ver. 1989 digunakan maka: 

GSI = RMR89’ – 5



RMR89’ punya groundwater rating 15 & adjustment utk joint orientation - zero

Apakah GSI ? 1 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

Controlled blasting

Bulk blasting


(Hoek, 2002) 

mb = mi exp [(GSI – 100)/(28-14D)]



s = exp [(GSI-100)/(9-3D)]



D = Disturbance Factor



a = 1/2 + 1/6 [exp(-GSI/15)-exp(-20/3)]

Disturbance Factor, D 1 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

Appearance or rock mass

Description of rock mass

Excellent quality controlled blasting or excavation by Tunnel Boring Machine results in minimal disturbance to the confined rock mass surrounding a tunnel.

Suggested value of D

D=0



Description of rock mass Mechanical or hand excavation in poor quality rock masses (no blasting) results in minimal disturbance to he surrounding rock mass. Where squeezing problems result in significant floor heave, disturbance can be severe unless a temporary invert, as shown in the photograph, is placed.


D=0

D = 0.5 (no invert)



Description of rock mass

Very poor quality blasting in a hard rock tunnel results in severe local damage, extending 2 or 3 m, in the surrounding rock mass.


D = 0.8



Description of rock mass Small scale blasting in civil engineering slopes results in modest rock mass damage, particularly if controlled blasting is used as shown on the left hand side of the photograph. However, stress relief results in some disturbance.

Suggested value of D D = 0.7 Poor blasting D = 1.0 Good blasting



Description of rock mass Very large open pit mine slopes suffer significant disturbance due to heavy production blasting and also due to stress relief from overburden removal. In some softer rocks excavation can be carried out by ripping and dozing and the degree of damage to the slopes is less.


D = 1.0 Production blasting D = 0.7 Mechanical excavation

Parameter Mohr -Coulomb 1 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

Parameter Mohr -Coulomb 1 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


Ringkasan Sejarah Pengembangan Kriteria Runtuh Hoek-Brown  1980

Hoek E. and Brown E.T. 1980. Underground Excavations in Rock . London: Institution of Mining and Metallurgy 527 pages.  Hoek, E. and Brown, E.T. 1980. Empirical strength criterion for rock masses. J. Geotech. Engng Div., ASCE 106(GT9), 1013-1035. 

 1983 

Hoek, E. 1983. Strength of jointed rock masses, 23rd. Rankine Lecture. Géotechnique 33(3), 187-223.



Ringkasan Sejarah Pengembangan Kriteria Runtuh Hoek-Brown  1988 

Hoek E and Brown E.T. 1988. The Hoek-Brown failure criterion - a 1988 update. Proc. 15th Canadian Rock Mech. Symp. (ed. J.H. Curran), pp. 31-38. Toronto: Civil Engineering Dept., University of Toronto.

 1990 

Hoek, E. 1990. Estimating Mohr-Coulomb friction and cohesion values from the Hoek-Brown failure criterion. Intnl. J. Rock Mech. & Mining Sci. & Geomechanics Abstracts. 12(3), 227-229.


Hoek, E., Wood, D. and Shah, S. 1992. A modified HoekBrown criterion for jointed rock masses. Proc. rock characterization, symp. Int. Soc. Rock Mech.: Eurock ‘92 , (J.Hudson ed.). 209-213.

 1994 

Hoek, E. 1994. Strength of rock and rock masses, ISRM News Journal, 2(2), 4-16.




Hoek, E., Kaiser, P.K. and Bawden. W.F. 1995. Support of underground excavations in hard rock. Rotterdam: Balkema

 1997 

Hoek, E. and Brown, E.T. 1997. Practical estimates of rock mass strength. Intnl. J. Rock Mech. & Mining Sci. & Geomechanics Abstracts. 34(8), 1165-1186.

 1998 

Hoek, E., Marinos, P. and Benissi, M. (1998) Applicability of the Geological Strength Index (GSI) classification for very weak and sheared rock masses. The case of the Athens Schist Formation. Bull. Engg. Geol. Env. 57(2), 151-160.

Ringkasan Sejarah Pengembangan Kriteria Runtuh Hoek-Brown  2000

Hoek, E. and Marinos, P. (2000) Predicting Tunnel Squeezing. Tunnels and Tunnelling International. Part 1 November Issue 2000,. 45-51, Part 2 - December, 2000, 34-36.  Marinos, P.G. and Hoek, E. (2000): "GSI: A geological friendly tool for rock mass strength estimation", Proceedings of the International Conference on Geotechnical & Geological Engineering (GeoEng 2000), Technomic Publishing Co. Inc., p.p. 1422-1440, Melbourne, Australia. 

 2001 

Marinos. P, and Hoek, E. (2001) - Estimating the geotechnical properties of heterogeneous rock masses such as flysch, Bull. Engg. Geol. Env. 60, 85-92.

Mekanika Batuan-Sifat Mekanik Batuan Utuh-2

Recommend Documents