TUGAS

GEOLOGI TEKNIK

MEKANIKA BATUAN

DISUSUN OLEH :

YANSYAH OKTRIONO PUTRA

12.2010.1.00125

Jurusan Teknik Geologi

Fakultas Teknologi Mineral dan Kelautan

Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya.

2013

i

BAB I

MEKANIKA BATUAN DAN BATUAN

1.1. Definisi Mekanika Batuan

A. Menurut Talobre

Mekanika Batuan adalah sebuah teknik dan juga sains yang tujuaanya

adalah mempelajari perilaku ( behaviour ) batuan di tempat asalnya untuk dapat

mengendalikan pekerjaan – pekerjaan yang di buat pada batuan tersebut ( seperti

penggalian bawah tanah dan lainnya.

Sehingga mekanika batuan tidak sama dengan ilmu geologi yang didefinisikan

oleh talobre sebagai sains deskriptif yang mengidentifikasi batuan dan

mempelajari sejarah batuan.

B. Menurut Coates

Mekanika adalah ilmu yang mempelajari efek dari gaya atau tekanan pada

sebuah benda misal : percepatan, kecepatan dan perpindahan.

Mekanika batuan adalah ilmu yang mempelajari efek dari pada gaya terhadap

batuan

C. Menurut para Insinyur

Mekanika batuan adalah suatu analisis dari pada beban atau gaya yang

dikenakan pada batuan. Analisis dari dampak dalam yang dinyatakan dalam

tegangan ( stress ), regangan (strain) atau energi yang di simpan. Analisis akibat

dari dampak dalam tersebut, yaitu rekahan ( fracture ), aliran atau deformasi dari

batuan.

D. Menurut US National Committen On Rock Mechanics (1984)

Mekanika Batuan adalah ilmu pengetahuan yang mempelajari perilaku

( behaviour ) batuan baik secara teoritis maupun terapan, merupakan cabang dari

| 1

ilmu mekanika yang berkenaan dengan sikap batuan terhadap medan – medan

gaya pada lingkungannya.

E. Menurut Budavari

Mekanika Batuan adalah ilmu yang mempelajari mekanika perpindahan

padatan untuk menentukan distribusi gaya – gaya dalam dan deformasi akibat

gaya luar pada suatu benda padat.

F. Menurut Hudson dan Harrison

Mekanika Batuan adalah ilmu yang mempelajari reaksi batuan yang

apabila padanya dikenai suatu gangguan. Dalam hal ini material alam, ilmu ini

berlaku untuk masalah deformasi suatu struktur geologi, seperti : lipatan, patahan

dan rekahan berkembang begitu tegangan terjadi pada batuan selama proses

geologi.

G. Secara Umum

Mekanika Batuan adalah ilmu yang mempelajari sifat dan perilaku batuan

bila terhadapnya dikenakan gaya atau tekanan.

| 2

1.2. Definisi Batuan

Berdasarkan definisi tentang batuan dalam geologi teknik terbagi menjadi

dua definisi anggapan, yang terbagi atas menurut pandangan disiplin ilmu Sipil

dan Geologi. Hal tersebut di karenakan karena bidang geologi teknik merupakan

kombinasi rekayasa atas perpaduan antara disiplin ilmu teknik sipil dan teknik

geologi.

1.2.1. Definisi Batuan Menurut Tijauan Geologi

Batuan adalah agregat padat dari mineral, atau kumpulan yang terbentuk

secara alami yang tersusun oleh butiran mineral, gelas, material organik yang

terubah, dan kombinasi semua komponen tersebut. Secara umum, batuan terbagi

menjadi tiga, yaitu :

1.    Batuan beku (igneous rock)

Merupakan batuan yang terbentuk atas proses pendinginan magma secara

langsung, batuan beku ini memiliki susunan komposisi massa kristal mineral yang

saling berhubungan dengan proses terbentuknya batuan.

2.    Batuan Sediment (sediment rock)

Merupakan batuan hasil litifikasi bahan rombakan batuan hasil

sedimentasi yang mengalami proses sedimentasi dan pembatuan (Klastik non

klastik). Batuan ini juga terbentuk oleh proses kimia (sedimentasi kimiawi) yang

kemudian menjadi batuan sedimen.

3.    Batuan Metamorf (metamorphic rock)

Merupakan batuan yang berasal dari genesa suatu batuan asal yang

mengalami perubahan tekstur dan komposisi mineral pada fase padat sebagai

akibat perubahan kondisi fisika (tekanan, temperatur, tekanan dan temperatur).

| 3

Gambar 1.1. Siklus batuan

Siklus batuan dimulai dari magma yang mengalami pendinginan dan

menjadi Batuan Beku, setelah itu Batuan Beku mengalami pelapukan dan berubah

menjadi material-material sedimen, material sedimen tersebut mengalami

lithifikasi menjadi Batuan Sedimen, sementara itu jika Batuan Beku dan Batuan

sedimen jika mendapatkan tekanan dan suhu yang tinggi akan berubah menjadi

Batuan Metamorf. Batuan Metamorf dan Batuan sedimen akan berubah menjadi

material sedimen jika mengalami pelapukan, dan khusus untuk batuan metamorf

akan kembali menjadi magma, jika mengalami peleburan.

1.2.2. Definisi Batuan Menurut Tijauan Teknik Sipil

a. Istilah batuan hanya untuk formasi yang keras dan padat dari kulit bumi.

b. Batuan adalah suatu bahan yang keras dan koheren atau yang telah

terkonsolidasi dan tidak dapat digali dengan cara biasa.

| 4

1.3. Sifat Batuan

Sifat batuan yang sebenarnya di alam adalah :

1.3.1. Heterogen

a. Jenis mineral pembentuk batuan yang berbeda.

b. Ukuran dan bentuk partikel/butir berbeda di dalam batuan.

c. Ukuran, bentuk, dan penyebaran void berbeda di dalam batuan.

1.3.2. Diskontinu

Massa batuan di alam tidak kontinu (diskontinu) karena adanya bidang-

bidang lemah (crack, joint, fault, fissure) di mana kekerapan, perluasan dan

orientasi dari bidang bidang lemah tersebut tidak kontinu.

1.3.3. Anisotrop

Karena sifat batuan yang heterogen, diskontinu, anisotrop maka untuk

dapat menghitung secara matematis misalnya sebuah lubang bukaan yang

disekitarnya terdiri dari batuan D1, D2, D3, diasumsikan batuan ekivalen

D' sebagai pengganti batuan D1, D2, D3 yang mempunyai sifat homogen,

kontinu dan isotrop.

1.4. Ciri Mekanika Batuan

A. Dalam ukuran besar, solid dan massa batuan yang kuat/keras, maka batuan

dapat dianggap kontinu.

B. Bagaimanapun juga karena keadaan alamiah dan lingkungan geologi,

maka batuan tidak kontinu (diskontinu) karena adanya kekar, fissure,

schistosity, crack, cavities dan diskontinuitas lainnya. Untuk kondisi

tertentu, dapat dikatakan bahwa mekanika batuan adalah mekanika

diskontinu atau mekanika dari struktur batuan.

C. Secara mekanika, batuan adalah sistem "multiple body".

| 5

D. Analisis mekanika tanah dilakukan pada bidang, sedang analisis mekanika

batuan dilakukan pada bidang dan ruang.

E. Mekanika batuan dikembangkan secara terpisah dari mekanika tanah,

F. Mekanika batuan banyak menggunakan metoda:

Teori Elastisitas,

Teori Plastisitas,

Analisa batuan, sistem struktur batuan secara eksperimen.

| 6

BAB II

ANALISA TEGASAN (STRESS)

2.1. Tegasan (Stress) Pada Batuan

Konsep dasar tegasan adalah Gaya dan Vektor.

Hukum Newton II : F = Ma

Satuan dari gaya : Kg m/s2 =Newton (N)

Dyne = gram cm/s2

N =…………..dynes

a. Gaya : besaran vektor yang memiliki arah dan besaran

b. Dua atah gaya yang bekerja yang menghasilkan arah gaya utamanya.

Gambar 1.2. Gaya besaran vektor

Macam-macam gaya :

(A) Balance

(B) Torque

(C) Static Equilibrium

(D) Dynamic Equilibrium

Gambar 1.3. Macam – macam gaya

| 7

| 8

Stress adalah Gaya yang bekerja persatuan luas.

σ = F/A

A = area, F=Newton (N),

Stress units = Psi, Pascal (Pa) [ bar (105 Pa)]

Stress pada Dua Dimensi

Gambar 1.4. Tipe jenis stress (normal stress, shear stress, dan stress)

| 9

2.2. Stress Ellipsoid

a) Triaxial stress

b) Principal planes of the ellipsoid

Gambar 1.5. Bentuk stress elipsoid.

Principal Stress:

σ1 > σ3

Σx, Σz = Surface Stress

| 10

Principal Stress:

s1 > s2 > s3

Stress Tensor Notation

σ11

σ12

σ13

σ22

σ23σ

=

σ

21

σ σ32

σ3331

σ12 = σ 21, σ 13 = σ 31,

σ 23 = σ 32

Gambar 1.6. Bentuk konvensi dari stress tensor.

| 11

2.3. Dasar Persamaan Stress

Prinsip Stress:

σ1 > σ 2 > σ 3

• Semua sumbu stress yang saling tegak lurus

• Shear stress are zero in thedirection of principal stress

σN =σ1 +σ3

+σ1 −σ3

cos 2θ2 2

σN =

σ1 −σ3sin 2θ2

Gambar 1.7. Sumbu prinsip stress.

2.4. Hubungan di Balik Stress dan Strain

• Menggunakan evaluasi

deformasi batuan

• Reologi batuan

• Menggunakan Apartur Deformasi Triaxial

• Mengukur Tingkat Regangan

• Kekuatan Duklinitas

| 12

| 13

BAB III

ANALISA REGANGAN (STRAIN)

3.1. Regangan (Strain) Pada Batuan

Kondisi Awal : Perubahan bentuk akibat stress

ε = Strain = Regangan

Arah Axial : ε a = a /a

Arah Lateral : ε l = l / l

Gambar 1.8. Arah regangan (strain).

| 14

V Awal = p x l x t = pltV Akhir = (p + p) x (l + l) x (t + t)

Uji Kuat Tekan

= p (1 + εa) x l (1+ εl) x t (1+ εl)

= p (1 + εa) x lt (1+ εl)²

= plt (1 + εa)(1+ εl)²

V = plt (1 + εa)(1+ εl)² - plt

= plt {(1 + εa)(1+ εl)² - 1}

= plt {(1 + εa)(1+ 2εl + εl² )-1} lt

{2εl + εl² + ε + 2ε εl + ε εl² )}

= plt εa 2εa εa = plt (εa + 2εl )

Regangan Volumetrik :

V /V = εa + 2 εl

Contoh :Harga Regangan

untuk batuan V -Jatibarang

pada tegangan 150 Mpa adalah (dalam E-5) :

εa =

15 εl = 0.86

εv = εa + 2εl + εl² + 2εa εl + εa εl²= 15 + 1 72 + 0 0000074 + 0 00026 + 0 0000000011

=1.72 0.0000074 0.00026 0.0000000011

= 16.72 + 0.0002674011 = 16.7202674011

| 15

Tidak mengalami Deformasi Mengalani Deformasi

| 16

ANALISA KINEMATIK

a b aA. Rigid Body B. Rigid Body

Translation f Rotation

f ce b

e d c

a bd

C. Original Object f c

E. Nonrigid Deformation

e dby Distortion

a b

a b

f c f c

e dD. Nonrigid Deformation e d

by Dilation (Davis and Reynolds, 1996)

TYPE RENGGANGAN

I

H H

A. Homogeneous strain

B. Inhomogeneous strain

DASAR DARI RUMUS RENGGANGAN

lf = 8 cm

| 17

Extension (e) = (lf – lo)/lo

Lengthening e>0 and shortening e<0

Stretch (S) = lf/lo = 1 + e

ψ

γ = tan ψ

Shear Strain (γ)

Undeformed State Deformed StateR = en

R = 1Strain r = Sn

θθ

A. Extension and stretch

Undeformed State Deformed StateT

ψ

t es = 1/2 tan ψR

Strain r

θ θ

B. Shear strain

Quadratic elongation (λ) = S2λ’ = 1/λ = 1/S2

Gambar 1.9. Elip pada regangan (strain ellipsoid).

| 18

Gambar 1.10. Stress dan strain.

| 19

DAFTAR PUSTAKA

Talobre D.F., 1967.“La Mécanique des Roches”, Deuxieme Edition, Dunod,Paris

Coates, D.F.,”Principes de la mécanique des roches”, Monographic874(revision 1970), Direction des Mines, Ministére de L‟EnergiedesMines et des resources, Ottawa, Canada.

Hudson, J.A. dan J.P. 1990. Harrison, “Rock Mechanics, PrinciplesandApplications”, Draft 3.0, Imperial College, London.

Jumikis, A.R., 1983. “Rock Mechanics”, Second Edition, Trans Tech.Publications,Clausthal-Zellerfeld, Federal Republic of German.

South African Institute of Mining and Metallurgy, 1976.Vacation School, “The

Useof Rock Mechanics Principles in Practical Underground

MineDesign”, University of Witwatersrand, Johanesburg.

Denny, Maulani Septian.2008. STT MIGAS Balikpapan.

Nugraha Setya. Geografi lingkungan. Dasar-Dasar Geologi.

https://geoenviron.blogspot.com (diakses pada 6 September 2013). Online.

| 20