8 - ta3111-3b sifat mekanik batuan utuh-2

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1

SIFAT FISIK DAN MEKANIK BATUAN - 2

Suseno KramadibrataLaboratorium Geomeknika

FIKTM - ITB

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1

UjiUji TriaksialTriaksial

� Uji ini untuk mengukur kekuatan contoh batuberbentuk silinder dibawah tekanan triaxial.

� Data hasil pengujian sangat diperlukan untuk perhitungan:

� strength envelope (kurva intrinsic)

� shear strength (τ)

� sudut geser dalam (φ)

� kohesi (C)

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1

SelSel TriaksialTriaksial TipeTipe

Von Von KarmanKarmanDept. Teknik Pertambangan ITB

Wattimena & Kramadibrata (1997)Kramadibrata, Wattimena and

Simangunsong (1998)

1. Platen penekan

2. Bola baja

3. Spheical seat

4. Alat bantu transducer

5. Contoh batuan

6. Piston berongga utk tekanan pori

7. Sonic transmitter

8. Sonic receiver

9. Selubung karet

10. Ring pengikat selubung karet

11. Strain gauges

12. Pipa utk tekanan pori

13. Pipa utk kabel transducer

14. Ruang fluida pemampat

15. Dinding sel

16. Lubang masuk fluida pemampat

17. Lubang keluar fluida pemampat

18. Lubang masuk tekanan udara

19. Slide bearing

20. Sliding seal

21. Baut

22. Seal pada plat dasar sel

23. Lubang masuk tekanan pori

24. Lubang keluar tekanan pori

25. Port kable strain gauges

26. Port kable transducer

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1

SelSel Von Von KarmanKarman Type &Type &

TriaksialTriaksial HoekHoek & Franklin (1968)& Franklin (1968)

� Tidak perlu penirisan minyakantar uji

� Ukuran terbatas BQ, NQ & HQ

� L/D = 2 – 2.5

� σ3 max 70 MPa

� Selubung polyethylene mahal

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1

Mohr Circles & Intrinsic CurveMohr Circles & Intrinsic Curve

0

5

10

15

20

25

30

0 5 10 15 20 25 30

Normal Stress (MPa)

Sh

ear

Str

ess (

MP

a)

τ = 5.22 + σN Tan 32.81 29.343.003

25.702.002

22.611.001

(MPa)(MPa)No

σσσσ1111σσσσ3333

φ

τ = c + σN Tan φ

c

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1

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

σ3 Minor principal stress /confining pressure

σ1

Maxim

um

majo

r princip

al str

ess a

t fa

ilure

τ= ½ (σ1 – σ3) Sin 2 β

σ = ½ (σ1 + σ3) + ½ (σ1 – σ3) Cos 2 β

A B

D

E

Mohr - Coulomb

Mohr

2 β

β

β

σN

σ3

σ1

τ

τmax

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1

MetodeMetode TakTak LangsungLangsung MenentukanMenentukan

UCS & UTSUCS & UTS

τ = σn tan φ + c

2β = 90°+ φ

Pada kondisi tekan, σ1 = σc & σ3 = 0

Pada kondisi tarik, σ1 = 0 dan σ3 = - σt

Keterangan

� τ = Tegangan geser

� σN = Tegangan normal

� σ1 = Tegangan prinsipal mayor

� σ3 = Tegangan prinsipal minor

� c = Kohesi

� β = Sudut antara s1 dan sn

� φ = Sudut gesek dalam

� σc = Kuat tekan uniaksial (UCS)

� σt = Kuat tarik uniaksial (UTS)

βσσσσσ ++= 2 )cos-(2

1)(

2

13131n

βσστ = 2)sin -(2

131

φ

φφσσ

++=

sin -1

cos 2c)sin (131

φ

φσ =

sin -1

cos 2cc

φ

φσ

+=

sin 1

cos 2ct

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1

Multistage Multistage TriaxialTriaxial TestTest

-20

0

20

40

60

80

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30

Strain

σσ σσ1- σσ σσ

3 (

MP

a)

σ32 = 5 MPa

σ31 = 2 MPa

σ33 = 7.5 MPa

σ34 = 10 MPa

E1

E2

E3

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1

Kwasnieski (1990)

Kurva perbedaan tegangan –regangan longitudinal spesimenBogdanka mudstone kondisi keringdan basah yang diuji pada teganganpengukungan 20 MPa.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 1 2 3 4 5 6

Strain (%)

De

via

tori

c s

tre

ss

(M

Pa

)

Granite (void ratio = 0.022)

Sandstone (void ratio = 0.163)

Applied σ3 = 35 MPa

µ = 7 MPa

µ = 21 MPa

µ = 35 MPa

µ = 35 MPa

µ = 21 MPa

µ = 7 MPa

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 2 4 6 8 10 12

Longitudinal strain (%)

Dev

iato

ric s

tess

(M

Pa)

air-dry specimen

wet specimen

specimen

σ3 = 20 MPa

Schwartz (1964)

Tekanan air pori mempunyai sedikit pengaruh

pada kekuatan batuan jika angka pori

spesimen batuan kurang < 0,02.

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1

PengaruhPengaruh σσσσσσσσ33 PadaPada KurvaKurva σσσσσσσσ -- εεεεεεεε

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1 VariasiVariasi DeviatoricDeviatoric

Stress Stress vsvs

KemiringanKemiringan BidangBidang

LemahLemah & & σσσσσσσσ33

(Donath, 1972 & Mc

Lamore – Gray 1967)

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1

PerilakuPerilaku KeruntuhanKeruntuhan MenurutMenurut KecepatanKecepatan

UltrasonikUltrasonik padapada UjiUji TriaksialTriaksiala. Contoh Jenuh; b. Contoh Kering

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

2.86 3.06 3.26 3.46 3.66 3.86 4.06

Sonic velocity (km/s)

Dev

iato

ric s

tres

s (M

Pa)

σ3 = 4 MPa

σ3 = 16 MPa

σ3 = 12 MPa

σ3 = 8 MPa

σ3 = 4 MPa

σ3 = 8 MPa

σ3 = 12 MPaσ3 = 16 MPa

Dried specimen

Saturated specimen

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1

UjiUji KuatKuat GeserGeser LangsungLangsung

� 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).

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1

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 FS & 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.

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1

tegangan geser τ

pe

rpin

da

ha

nu

contoh

contoh

tegangan normal σ

Te

ga

ng

an

geserτ

Perpindahan u

kuat geser puncak

kuat geser sisa Te

gan

gan

ge

se

rτ

Tegangan normal σ

ττττP

φp

φr

τ = Cp + σtan φp

τ = Cr + σ tan φr ττττR

Residual strength

Te

gan

gan

ge

se

rτ

Tegangan normal σ

ττττP

Cp – cohesive strength

φp

τ = Cp + σtan φp

σ tan φp

Peak strength

Clay

Kuarsa

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1

τ45o

σN

σNT

P

5 x 5 x 5 cm

Ball bearing

Tegangan Normal σN

Bevelled Dies Shear Test

A

N

A

45 SinN ==

o P

σA

T

A

45 Cos==

o P

τ

Tegangan Geser τ

98.1565.9543.42τ (kg.cm2)

116.9855.3425.07σN (kg.cm2)

22.1622.5221.48A (cm2)

3383.861938.911076.92P (kg)

α=50oα=40oα=30oα

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1

Faktor Eksternal Kuat Geser BatuanFaktor Eksternal Kuat Geser Batuan

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 tegangan normal yang tidak

melebihi batas elastisitasnya. Hal ini dilakukan untuk memperoleh

deformasi yang disebabkan tegangan geser dan bukan oleh tegangan

normal.

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1

Data Uji Geser-1

1379.461379.461379.46

1379.46

1379.46

37.2037.2037.20

37.20

37.20

12.6512.3211.89

11.40

11.30

511.74482.07437.57

396.78

341.16

13.8013.0011.80

10.70

9.20

17.7815.2412.70

10.16

7.62

689.73689.73

689.73

689.73689.73

18.6018.60

18.60

18.6018.60

13.4113.31

13.21

13.0812.95

326.32322.99

300.37

285.53266.99

8.808.71

8.10

7.707.20

30.4827.94

25.40

22.8620.32

344.87344.87344.87

344.87

344.87

9.309.309.30

9.30

9.30

13.8413.7913.74

13.69

13.61

181.70178.00175.77

157.97

136.46

4.904.804.74

4.26

3.68

43.184064

38.10

35.56

33.02

130.90

130.90130.90

130.90130.90

130.90

3.53

3.533.53

3.533.53

3.53

14.15

14.2214.40

14.3014.17

14.02

0.00

85.29107.54

118.66107.54

89.74

0.00

2.302.90

3.202.90

2.42

58.42

55.8853.34

50.8048.26

45.72

σN {kPa}FN {kPa}

Vertical

Displacement

{mm}σH {kPa}FH{kN}

Horizontal

Displacement

(mm}

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1

1245.360

1245.361

1345.362

1245.363

1245.364

1690.725

1790.726

1345.367

1245.368

1345.369

0010

REVERSE SHEARING

2090.7210

1990.729

1990.728

2190.727

2090.726

2090.725

24113.404

2190.723

2090.722

2190.721

000

FORWARD SHEARING

NORMAL DISPL

( x 0,01 mm )

SHEARING

FORCE, kg

SHER DISP

(mm)

Normal Load = 82.05 kgSaw cut plane : circle

- Length : 4.57 cm- Width : 4.57 cm- Area ( A ) : 16.410 cm2

Normal Stress : ( σn ) = Pn /A= 5 kg/cm2

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1


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

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1


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.

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1


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

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1

KKriteriariteria KuatKuat GeserGeser BatuanBatuan

Kriteria Mohr-Coulomb Linear

� ττττ = C + µµµµσ

Keterangan:

� ττττ = tegangan geser

� C = kohesi

� σσσσ = tegangan normal

� µµµµ = koefisien geser dalam dari batuan = tan Φ

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1

KKriteriariteria KuatKuat GeserGeser BatuanBatuan

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

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1

� 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

i

i

σH

σH

σN

σN

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1

Kecepatan Kecepatan UUltrasonikltrasonik

� 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.

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1

KecKec. . RambatRambat Gel. Gel. UltrasonikUltrasonik

� Kecepatan rambat gelombang tekan

� Kecepatan rambat gelombang geser

� Modulus Young dinamik

� Modulus geser dinamik

� Nisbah Poisson dinamik

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1

CepatCepat RambatRambat GelombangGelombang TekanTekan & &

GeserGeser

L = panjang contoh (m)

tp = waktu yang dibutuhkan gelombang tekan merambat sepanjang contoh (detik)

ts = waktu yang dibutuhkan gelombang geser merambat sepanjang contoh (detik)

p

pt

LV =

s

pt

LV =

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1

Parameter Parameter DinamikDinamik

Modulus Geser: G = ρ.vs2

ρ = massa per satuan volume

−

−

=2

p

s

2

p

s

V

V12

V

V21

vNisbah Possion:

Modulus Young Dinamik: E = 2 (1+ν) G

Konstanta Lame: λ = ρ (vp2 – 2 vs

2)

Modulus Ruah: K = (ρ/3) (3vp2 – 4 vs

2)

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1

Hubungan UCS & Kecepatan Ultrasonik Vp

� Vp untuk pemilihan alat gali dan penentuan keberadaan kekar

� Hubungan UCS & Vp sulit ditentukan tanpa memperhitungkan faktor-faktordi 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 denganmenggunakan variasi contoh batuan dari penelitiannya Goktan & Wade et

al. sehingga lebih andal utk prediksi UCS daripada Vp.

batuan sedimen

-

batuan beku, batuan sedimen, batuan metamorf

σc

= 0,036vp* - 31,18

σc = 0,055vp* - 91,44

σc

= 9,95vp1,21

Goktan (1988)

Wade et al. (1993)

Kahraman (2001)

Tipe BatuanPersamaanReferensi

vp

* = Kecepatan gelombang tekan (m/det) vp

= Kecepatan gelombang tekan (km/det)

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1

KriteriaKriteria RuntuhRuntuh HoekHoek--BrownBrown

� Hoek & Brown (1980) usul metoda untuk mendugakekuatan massa batuan terkekarkan.

� Metodanya dimodifikasi sejak diusulkan (Hoek, 1983; Hoek & Brown, 1988).

� Aplikasinya berlaku untuk kualitas massa batuan sangatburuk 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).

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1

KriteriaKriteria HoekHoek--BrownBrown

σ’1 & σ’3 adalah tegangan efektif maksimum & minimum saat batuan runtuh, mb

adalah nilai konstanta Hoek & Brown m untuk massa batuan

s & a adalah konstanta yg bergantung pada karakteristik massa batuan

σci adalah UCS batuan utuh

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1

SifatSifat BatuanBatuan UtuhUtuh

� 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.

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1

PenentuanPenentuan σσσσσσσσcici and mand mii

y = mσcix + sσci

x = σ3’

y = (σ1’ – σ3’)2

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1

PenentuanPenentuan σσσσσσσσcici and mand mii

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1

PendugaanPendugaan LapanganLapangan UCSUCS

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1

NilaiNilai mmii UntukUntuk BatuanBatuan UtuhUtuh

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1

CatatanCatatan

� 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.

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1

Peak Strength of Peak Strength of MouraMoura DU Coal DU Coal

((MedhurstMedhurst & Brown, 1996)& Brown, 1996)

σci = 32.7 MPa

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1

KekuatanKekuatan PuncakPuncak

MouraMoura DU CoalDU Coal(Medhurst & Brown, 1996)

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1

Geological Geological

Strength Strength

IndexIndex

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1

PendugaanPendugaan m & s m & s DenganDengan GSIGSI(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)

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1

PendugaanPendugaan m & s m & s DenganDengan GSIGSI(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

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1

ApakahApakah GSI ?GSI ?

Controlled blasting Bulk blasting

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1

PendugaanPendugaan m & s m & s DenganDengan GSIGSI(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)]

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1

Disturbance Factor, DDisturbance Factor, D

D = 0

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 DDescription of rock mass

Appearance or rock mass

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1


D = 0

D = 0.5

(no invert)

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.

Suggested



TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1


D = 0.8

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

Suggested



TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1


D = 0.7

Poor blasting

D = 1.0

Good blasting

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



TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1


D = 1.0

Production blasting

D = 0.7

Mechanical excavation

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.

Suggested



TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1

Parameter MohrParameter Mohr--CoulombCoulomb

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1

RingkasanRingkasan SejarahSejarah PengembanganPengembangan


� 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.

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1



� 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.

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1



� 1992� Hoek, E., Wood, D. and Shah, S. 1992. A modified Hoek-

Brown 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.

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1



� 1995� 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.

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1



� 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.

TA

3111 M

ekanik

aB

atu

an

–S

ifatF

isik

& M

ekanik

Batu

an-1



� 2002� Hoek, E., Carranza-Torres, C.T., and Corkum, B. (2002),

Hoek-Brown failure criterion – 2002 edition. Proc. North

American Rock Mechanics Society meeting in Toronto in

July 2002.

8 - ta3111-3b sifat mekanik batuan utuh-2

Documents