batuan sebagai material

Batuan Sebagai Material studi literatur “Fundamentals of Rock mechanincs”

BATUAN SEBAGAI MATERIAL(Studi literatur “Fundamentals of Rock Mechanics)

Oleh:

Wahyu Tri Sutrisno

1109100043

Jurusan Fisika Program Studi Geofisika

Jurusan Fisika Program Studi Geofisika

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

2011


Pendahuluan Mekanika batuan ialah teori dan aplikasi sains dari mekanika sifat batuan; hal ini

adalah cabang dari mekanika yang konsen pada pengaruh dari batuan pada gaya dari lingkungan fisika(Judd,1964). Secara historis, mekanika batuan sangat banyak dipengaruhi oleh kedua subyek tersebut. Selama bertahun-tahun di beberapa konferensi ilmiah hal itu dikaitkan dengan mekanika tanah. Di sisi lain, permintaan dari ahli geologi struktural untukpengetahuan tentang perilaku batuan di bawah kondisi yang terjadi jauh di dalam kerak bumi telah mendorong banyak penelitian pada pengaruh tekanan tinggi dan suhu, bersama dengan banyak studi deformasi eksperimental kedua batuan dan kristal tunggal (Paterson andWong, 2005). Dari awal pembahasan ada dua masalah yang berbeda selalu terlibat,yaitu tentang studi orientasi dan sifat joints, serta studi tentang sifat dan fabric dari batuan antara joint.

Dalam setiap penyelidikan praktis dalam mekanika batuan, tahap pertama adalah geologi dan investigasi geofisika untuk menetapkan satuan batuan dan batasan jenis batuan yang terlibat. Tahap kedua adalah eksplorasi, dengan cara pengeboran ataupenggalian investigasi, pola rinci jointing, dan menentukan sifat mekanik dan petrologi batuan sampel.

1.2 Joints and FaultsJoints didefinisikan sebagai retak atau patah pada sepanjang batuan yang telah ada

sedikit atau tidak ada yang perpindahnnya melintang (Price, 1966). Joints biasanya terjadi pada set yang lebih atau kurang paralel dan jarak teratur. Ada juga biasanya beberapa set berorientasi pada arah yang berbeda, sehingga massa batuan ini dipecah menjadi sebuah struktur gumpal. Ini adalah alasan utama untuk kepentingan joints dalam mekanika batuan: mereka membagi massa batuan menjadi bagian-bagian yang berbeda, dan pergeseran dapat terjadi sepanjang permukaan joints.

Joints juga dapat memberikan jalan untuk cairan fluida yang mengalir melalui massa batuan. Joints terjadi pada semua skala dan yang paling penting ialah joint set, disebut sebagai joints primer, biasanya dapat ditelusuri untuk puluhan atau ratusan meter, dan biasanya lebih atau kurang planar dan sejajar satu sama lain. Set joints yang bersinggungan utama joints dikenal sebagai joints lintas, biasanya kurang penting, dan lebih mungkin menjadi melengkung dan atau tidak teratur jaraknya. Namun, dalam beberapa kasus, dua setjoints sama pentingnya. Jarak antara joints mungkin berbeda dari cm untuk decameters, meskipun berjarak sangat dekat joints dapat dianggap sebagai fabric batu itu sendiri.

Joints mungkin "diisi" dengan berbagai mineral, seperti kalsit, dolomit, kuarsaatau tanah liat mineral, atau mereka mungkin "terbuka," dalam hal ini dapat diisi dengancairan di bawah tekanan.

Jointing, seperti dijelaskan di atas, adalah fenomena umum untuk semua batuan, sedimen dan batuan beku. Sebuah diskusi tentang mekanisme dipengaruhi oleh sifat litologi batu, sehingga jarak dan orientasi joints dapat berubah dengan perubahan jenis batuan.

Jenis lain yang cukup berbeda disambung tersebut columnar jointing, yang terbaik yang dikembangkan di basal dan dolerites, tetapi kadang-kadang terjadi pada granit dan beberapa batuan metamorf (Tomkeieff, 1940; Spry, 1961). Beberapa fenomena ini penting


dalam mekanika batuan, seperti tanggul beku dan lembaran sering ditemui dalam praktek pertambangan dan rekayasa. Pada batuan yang telah columnar jointing, rockmass dibagi menjadi kolom yang biasanya heksagonal, dengan panjang sisi beberapa puluh sentimeter. Kolom yang berpotongan dengan joints lintas yang kurang teratur terhadap bagian dalam tubuh. Penyebab utama dari kolumnar jointing tampaknya adalah tegangan tarik yang dibuat oleh kontraksi termal selama pendinginan. Pada permukaan eksternal, kolom berjalan normal ke permukaan, dan Jaeger (1961) dan lain-lain telah menyarankan bahwa dalam bagian dalam massa batuan kolom berjalan normal dengan isoterm selama pendinginan.

Faults adalah patah permukaan di mana telah terjadi perpindahan relatif melintang dengan bidang nominal fraktur. Strukturnya biasanya unik, tetapi sebagian besar dari mereka mungkin akan digabungkan menjadi zone. Beberapa kesalahan biasanya pada sekitar planar. Joints dan Faults mungkin memiliki asal yang sama (de Sitter, 1956), dan sering diamati bawah tanah yang sering sebagai joints tapi dianggap faults. Dari sudut pandang mekanika batuan, pentingnya joints dan faults adalah bahwa mereka menyebabkan adanya jarak cukup teratur pada bidang sekitar permukaan, yang blok terpisah dari "utuh" dan hanya batu satu sama lain.

1.3 Pembentukan Minereal BatuanBatuan beku terdiri dari kumpulan beberapa kristal dari mineral seperti kuarsa,

plagioklas, piroksen, mika, dll. Batuan sedimen terdiri dari sekumpulan partikel detrital dan mungkin kerikil dari batuan lain, dalam matriks bahan seperti mineral lempung, kalsit, kuarsa, dll. Dari alam mereka, batuan sedimen mengandung rongga atau ruang kosong, beberapa diantaranya dapat membentuk sistem interkoneksi dari pori-pori. Batuan metamorf diproduksi oleh tindakan panas, stres, atau cairan dipanaskan pada batuan, sedimen atau batuan beku.

Semua mineral adalah anisotropik, dan modulus elastis yang lebih umum. Jika dalam sebuah batu polikristalin ada orientasi dari kristal, hal ini akan mengakibatkan anisotropibatu itu joints. Jika orientasi dari kristal adalah acak, batu itu joints akan bersifat isotropik, dan modulus elastis yang dapat dihitung dengan metode yang dijelaskan.

Ada sejumlah korelasi statistik umum antara elastisitas dan kekuatan batuan dan petrografi mereka, dan diharapkan untuk memasukkan penuh deskripsi petrografi dengan semua pengukuran. Ukuran Grain juga memiliki efek pada sifat mekanik. Dalam batuan sedimen ada, seperti yang diharapkan, beberapa korelasi antara sifat mekanik dan porositas (Mavko et al.,1998).

Sejumlah besar penelitian yang sistematis telah dilakukan pada mekanik sifat kristal tunggal, bothwith berkaitan dengan sifat elastis mereka dan mereka deformasi plastik. kristal tunggal menunjukkan pesawat yang lebih disukai untuk slip dan kembar, dan ini telah dipelajari dengan sangat terinci, misalnya, kalsit (Turner et al,. 1954) dan dolomit (Handin dan Fairbairn, 1955). Pengukuran tersebut adalah awal untuk pemahaman fabric batuan cacat penting, tetapi mereka memiliki relevansi sedikit perilaku makroskopik polikristalin besarspesimen.


1.4 Struktur(fabric) batuanStudi tentang fabric batuan, subjek petrofabrics, digambarkan di banyak buku (Turner

dan Weiss, 1963). Semua batuan memiliki fabric dari beberapa macam. batuan sedimen memiliki fabric pengendapan primer, yang tidur adalah unsur paling jelas, tetapi unsur-unsur lain mungkin dihasilkan oleh arus di dalam air. Ditumpangkan pada fabric primer, dan mungkin menghalangi itu, mungkin fabric ditentukan oleh deformasi berikutnya, metamorfosis, danrekristalisasi.

Studi tentang petrofabrics terdiri dari studi dari semua unsur fabric, baik mikroskopis dan makroskopis, pada semua skala. Dari sudut pandang ini, maka studi tentang unsur-unsur yang lebih besar,faults dan joints yang relatif banyak merupakan bagian penting dari mekanika batuan. Mikroskopis elemen sangat erat hubungannaya degnan fitur seperti cleat di batubara, dianggap sebagai menentukan fabric dari rock elemen antara joints. Ini menghasilkan sebuah anisotropi dalam elastis sifat dan kekuatan unsur-unsur rock. Pada prinsipnya, anisotropi ini dapat percobaan sepenuhnya dengan pengukuran secara mekanika pada sampel batuan, tetapi pengukuran petrofabric dapat memberikan informasi yang berguna banyak, khususnya tentang arah. Kombinasi dari dua metode telah menyebabkan penggunaan apa yang mungkin dianggap sebagai standar anisotropik batuan. Sebagai contoh, Yule marmer, kalsit yang diketahui (Turner, 1949) untuk memiliki orientasi pilihan yang kuat, telah digunakan dalam banyak studi besar rock deformasi (Turner et al, 1956;. Handin et al, 1960.). Upaya khusus untuk menghasilkan jenis fabric tertentu telah dibuat. Beberapa contoh adalah karya Carter et al. (1964) pada deformasi kuarsa, Paterson dan Weiss (1966) di band kink, dan Sarana dan Paterson (1966) pada produksi mineral dengan orientasi pilihan.

1.5 Sifat Mekanik BatuanStruktur mekanik batuan menyajikan penampilan yang berbeda, tergantung pada skala

dan detail dengan yang dipelajari.Sebagian besar terdiri dari batuan agregat dari partikel kristal dan amorf bergabung

dengan memvariasikan jumlah bahan penyemenan. Komposisi kimia kristal mungkin relatif homogen, seperti di beberapa batu kapur, atau sangat heterogen, seperti di granit. Demikian juga, ukuran kristal dapat seragam atau variabel, tetapi mereka umumnya memiliki dimensi urutan sentimeter atau kecil fraksinya. Kristal-kristal umumnya merupakan skala terkecil di mana sifat themechanical dipelajari. Di satu sisi, batas-batas antara kristal merupakan kelemahan dalam struktur batu, yang sebaliknya dapat dianggap sebagai kontinu. Di sisi lain, deformasi dari kristal jointsri memberikan bukti yang menarik mengenai deformasi yangbatuan telah dikenakan.

Pada skala dengan dimensi berkisar fewmeters froma untuk ofmeters ratusan, struktur dari beberapa batuan terus menerus, tetapi lebih sering terganggu oleh retak, joints, dan strata perlapisan yang berbeda terpisah. Ini adalah skala dan kontinuitas ini yang menjadi perhatian yang paling dalam rekayasa, dimana struktur didirikan atas atau dibangun dalam batu memiliki dimensi yang sama.

Sifat mekanik batuan keseluruhan bergantung pada masing-masing strukturalfitur. Namun, fitur individu memiliki berbagai tingkat penting dalam keadaan yang berbeda.


Pada tahap tertentu, menjadi perlu untuk melampirkan nilai numerik untuk sifat themechanical batuan. Nilai-nilai yang paling mudah diperoleh dari laboratorium pengukuran pada contoh batuan. Spesimen ini biasanya memiliki dimensi cm, dan mengandung sejumlah partikel struktural yang cukup untuk menjadi themto dianggap sebagai terlalu homogen. Jadi, meskipun sifat-sifat partikel individu dalam suatu spesimen dapat sangat berbeda dari satu partikel ke yang lain, dan meskipun individu kristal jointsri sering anisotropik, kristal dan batas butir di antara mereka berinteraksi dalam cukup acak cara sehingga mengilhami spesimen dengan sifat homogen rata-rata. Properti ini rata-rata tidak selalu isotropik, karena proses formasi batuan atau perubahan sering menyejajarkan partikel struktural sehingga mereka interaksi adalah rasa hormat randomwith untuk ukuran, komposisi dan distribusi, tetapi tidak sehubungan dengan anisotropi mereka. Namun demikian, spesimen batuan tersebut telah kotor sifat anisotropik yang dapat dianggap sebagai homogen.

Pada skala yang lebih besar, kehadiran retak, joints, selimut dan kecil patahan memunculkan pertanyaan penting tentang keberlanjutan dari suatu massa batuan. Ini gangguan dapat mengganggu kelangsungan perpindahan dalam suatu massa batuan jika mereka mengalami ketegangan, tekanan fluida, atau stres geser yang melebihi tahanan gesek mereka untuk geser. Dimana gangguan tersebut kecil dalam kaitannya dengan dimensi struktur di batu, efeknya adalah mengubah mekanis sifat-sifat massa batuan, tetapi massa ini mungkin dalam beberapa kasus masih diperlakukan sebagai sebuah kontinum. Dimana gangguan ini memiliki dimensi yang signifikan, mereka harus diperlakukan sebagai bagian dari struktur atau sebagai batasan.

Beban diterapkan ke rockmass umumnya karena gravitasi, dan tekan tegangan ditemui lebih sering daripada tidak. Dalam keadaan ini, yang faktor yang paling penting sehubungan dengan sifat dan kontinuitas batu massa adalah gesekan antara permukaan retak dan joints dari semua ukuran di batu.

Jika kondisi adalah seperti yang geser tidak mungkin pada setiap permukaan, sistem dapat diperlakukan dengan pendekatan yang baik sebagai sebuah kontinum batuan, dengan sifat dari spesimen uji rata-rata. Jika sliding diperbolehkan di semua permukaan, sistem harus diperlakukan sebagai sistem unsur diskrit dipisahkan oleh permukaan, dengan kondisi batas gesekan atas mereka.

batuan sebagai material

Documents