mekanika batuan

MEKANIKA BATUAN

Mata Kuliah:

Oleh : Ir. Dwiyanto JS, MT

III. MEKANIKA BATUAN

Batuan mempunyai sifat tertentu yang dapat dikelompokkan menjadi dua yaitu:

1. Sifat Fisik batuan- bobot isi - void ratio- spesific gravity - kadar air- porositas

2. Sifat Mekanik batuan- kuat tekan- kuat tarik- modulus elastisitas- poisson ratio

Penentuan Sifat Fisik Batuan di Laboratorium

1. Pembuatan ContohPembuatan contoh di laboratorium dapat dilakukan dari- inti (core) hasil pemboran lapangan- atau bongkah batu yang diambil dari lapangan. Bongkahan ini dibuat berbentuk silinder diameter antara 50 – 70 mm dan tingginya dua kali diameter.

a. Berat contoh asli (natural) = Wnb. Berat contoh kering = Wo

di oven selama 24 jam temperatur ± 90 Cc. Berat contoh jenuh = Ww

dijenuhkan dengan air selama 24 jamd. Berat contoh jenuh + berat air + berat bejana = Wae. Berat contoh jenuh tergantung di dalam air + berat

air + berat bejana = Wbf. Berat contoh jenuh di dalam air = Ws = (Wa – Wb) g. Volume contoh tanpa pori – pori = Wo – Ws h. Volume contoh total = Ww – Ws

0

2. Penimbangan Berat Contoh

3. Sifat Fisik Batuan

a. Bobot isi asli (natural density) = Ws

b. Bobot isi kering (dry density) = Wo

c. Bobot isi jenuh (saturated density) = Ws

d. Bobot isi air (apparent specific gravity) = Wo

e. True Specific Gravity = Wo

Ww – Ws

Ww – Ws

Ww – Ws

Ww – Ws

Wo – Ws

f. Kadar air asli (natural water density) =

g. Saturated water content =

h. Derajat kejenuhan =

i. Porositas =

j. Void Ratio = e =

Wo

Wn – Wo x 100%

Wo

Ww – Wo x 100%

Ww – Wo

Wn – Wo x 100%

Ww – Ws

Wn – Wo x 100%

1 – n

n

Penentuan Sifat Mekanik Batuan di Laboratorium

1. Pengujian Kuat Tekan (Unconfined Compressive Strength Test)

Menggunakan mesin tekan untuk menekan contoh yang berbentuk silinder, balok atau prisma dari satu arah. Perbandingan antara tinggi dan diameter contoh mempengaruhi kuat tekan batuan.

Untuk perbandingan panjang/diameter (1/D) = 1 kondisi tegangan triaxial saling bertemu sehingga akan memperbesar nilai kuat tekan batuan. Untuk pengujian digunakan 2<1/D<2,5

Displacement contoh batuan axial (Δl) dan lateral (ΔD) selama pengujian berlangsung diukur dengan menggunakan “dial gauge” atau “electric strain gauge”.

Hasil pengujian kuat tekan, dibuat gambar kurva tegangan – regangan untuk tiap contoh batuan. Dari kurva ini dapat ditentukan sifat mekanik batuan, yaitu:

• Kuat tekan = σc• Batas elastic = σE• Modulus Young = E = • Poisson ratio = v =

Δεα

Δσ

εα1

εl1

Penyebaran tegangan teoritis didalam contoh batu

Penyebaran tegangan sebenarnya didalam percontoh batu

Gambar III – 1.Penyebaran tegangan di dalam contoh batuan

2. Pengujian Kuat TarikPengujian ini dilakukan untuk mengetahui kuat tarik (tensile strength) dari contoh batu berbentuk silinder secara tidak langsung. Alat yang digunakan adalah mesin tekan seperti pada pengujian kuat tekan.

3. Pengujian Kuat GeserContoh batuan berbentuk silinder dimasukkan dalam tempat contoh kemudian di semen sesuai dengan cetakan yang sudah ada. Untuk pelaksanaan pengujian menunggu sampai ikatan contoh pada cetakan semen cukup kuat.

Setelah cetakan siap kemudian dimasukkan dalam alat kuat geser seperti tercantum dalam gambar. Kemudian dilakukan uji dengan memberikan tekanan dari atas dan dari samping.

Hasil pembacaan dibuat grafik Pengujian dilakukan dengan tiga contoh batuan

atau sedikitnya dua contoh batuan dengan tekanan dari atas yang berbeda

Dari tegangan geser dan tegangan normal hasil pengujian contoh – contoh tersebut dibuat grafik sehingga didapatkan harga kohesi dan sudut geser dalam batuan.

4. Uji Point LoadContoh yang digunakan bentuk dan ukuran tidak perlu teratur. Kekuatan beban titik (Point Load) adalah:

dimana:P = BebanD = Jarang antara kedua buah konus atau tebal contoh

D

PI =

2s

KRITERIA KERUNTUHAN BATUAN

Kriteria keruntuhan batuan ditentukan dengan asumsi regangan bidang (plane strain) atau tegangan bidang (plane stress) agar perhitungan menjadi sederhana.

1. Kriteria MohrTeori Mohr menganggap bahwa untuk suatu keadaan tegangan σ1> σ2 > σ3, σ2 (intermediate stress) tidak mempengaruhi keruntuhan batuan dan kuat tarik tidak sama dengan kuat tekan.Kriteria ini dapat ditulis: τ = f(σ). Dan dapat digambarkan pada (σ, τ) oleh sebuah kurva pada gbr III-10.Keruntuhan (failure) terjadi jika lingkaran Mohr menyinggung kurva Mohr (kurva intrinsik) dan lingkaran tersebut disebut “lingkaran keruntuhan”. Kurva Mohr merupakan selubung keruntuhan dari lingkaran – lingkaran Mohr saat keruntuhan.

2. Kriteria Mohr – Coloumb Pada kriteria Mohr – Coloumb selubung keruntuhan dianggap sebagai garis lurus untuk mempermudah perhitungan. Kriteria ini didefinisikan sebagai berikut:τ = c + μστ = tegangan geserc = kohesiσ = tegangan normalμ = koefisien geser dalam batuan = tg φ

Keterangan gambar:r – r =bidang rupture t – t = garis kuat geser Coulomb

σ1 – σ3 = diameter lingkaran MohrNormal stress pada bidang rupture (r – r):

Shear stress pada bidang rupture (r – r):

Faktor keamanan ditentukan berdasarkan jarak dari titik pusat lingkaran Mohr ke garis kekuatan batuan (kurva intrinsik) dibagi dengan jari – jari lingkaran Mohr. Faktor keamanan ini menyatakan perbandingan keadaan kekeuatan batuan terhadap tegangan yang bekerja pada batuan tersebut.

nσ = σ1 + σ22

σ1 + σ32 cos 2α+

τ = σ1 + σ22

sin 2α

Location : Embung Kalong, KebumenSample No. : LB-6 height 10.52 cmDepth : 9.50-10.00 diameter 5.26 cm

PHYSICAL PROPERTIES1 Natural weight of sample = 539.10 gr

2 Dry weight of sample = 406.89 gr

3 Saturated weight of sample = 625.32 gr

5 Total volume of sample = 228.48 cm3

6 Natural density = 2.369 gr/cm3

7 Dry density = 1.788 gr/cm3

8 Saturated density = 2.748 gr/cm3

9 True specific gravity = 2.756

10 Natural water content = 32.494 %

11 Saturated water content (absorbtion) = 53.684 %

UNCONFINED COMPRESSIVE STRENGHT

Manometer Reading = 225.21 kgSample Area = 21.719 cm2

Compressive Strenght s c = 10.369 kg/cm2

TENSION STRENGHT

Manometer Reading = 928.14 kg

Sample Area = 173.753 cm2

Tension Strenght s t = 5.321 kg/cm2

C = 3.714 C kg/cm2

f = 18.778 f degree

ROCK MECHANICAL TEST

Jangan di Hapus

Location Embung Kalong, Kebumen diameter 5.26 cmSample No. LB-6 height 10.52 cmDepth 9.50-10.00


Compressive Strenght s c = 10.369 kg/cm2


Tension Strenght s t = 5.321 kg/cm2

3.71418.778

Rock Mechanical Test Graph

ANGLE OF INTERNAL FRICTION f degree

TEST RESULT

COHESION C kg/cm2

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

20,0

-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30

Unconfned Compressive Strength dan Tensile Strength

mekanika batuan

Documents