KEKUATAN GESER DISKONTINUITAS

4.1PendahuluanMassa batuan mengandung diskontinuitas seperti perlapisan, lipatan zona geser dan kesalahan. Pada kedalaman dangkal, di mana tegangan rendah, kegagalan material batuan utuh.minimal dan perilaku massa batuan dikontrol dengan menggeser pada diskontinuitas.Untuk menganalisisstabilitas sisteminidariblokbatuindividu,perlu untukmemahami faktor-faktoryang mengontrol kekuatan geser diskontinuitas yang memisahkan blok.

Pertanyaan-pertanyaan ini dibahas dalam diskusi yang berikut.4.2kekuatan geser permukaan planarMisalkan bahwa sejumlah sampel batu yang diperoleh untuk pengujian geser setiap sampel berisi bidang yang dilalui dengan kata lain kekuatan tarik harus diterapkan pada dua bagian dari spesimen dalam rangka untuk memisahkan kekuatan tarik tersebut.Penyimpangan permukaan atau yang diilustrasikan pada Gambar dalam uji geser setiap spesimen dikenai stres n normal bidang perlapisan , dan tegangan geser yang dibutuhkan untuk menyebabkan perpindahan , yang diukur .Tegangan geser akan meningkat dengan cepat sampai kekuatan puncak tercapai ini sesuai dengan jumlah kekuatan bahan dan ikatan dua bagian dari bidang perlapisan bersama-sama dan tahanan gesek dari permukaan yang cocok . Sebagai perpindahan terus , tegangan geser akan jatuh ke beberapa nilai sisa yang kemudian akan tetap konstan , bahkan untuk perpindahan geser yang besar Merencanakan puncak dan kekuatan geser sisa untuk berbeda yang normal hasil tekanan dalam dua baris diilustrasikan pada Gambar 4.1 . Untuk diskontinuitas permukaan planar eksperimental poin umumnya akan jatuh di sepanjang garis lurus . Garis kekuatan puncak memiliki kemiringan dari c pada kekuatan sumbu geser . Garis kekuatan sisa memiliki kemiringan r .Hubungan antara puncak geser kekuatan p dan n tegangan normal dapat diwakili oleh persamaan Mohr Coulomb p = c + n tan dimana c adalahkekuatankohesifdaripermukaandisemendanadalah sudut gesekan

Gambar 4.1 : pengujian Shear diskontinuitasDalam kasus kekuatan sisa , kohesi c telah turun menjadi nol dan hubungan antara r dan n dapat diwakili oleh r = n tan r mana r adalah sudut geser dalam residual Contoh ini telah dibahas untuk menggambarkan arti fisik dari istilah kohesi , istilah mekanika tanah , yang telah diadopsi oleh mekanika batuanmasyarakat . Dalam tes geser pada tanah , tingkat stres umumnya urutan besarnyaLebih rendah dari mereka yang terlibat dalam pengujian batu dan kekuatan kohesif tanah adalah hasil dari adhesi dari partikel tanah.Dalam mekanika batuan kohesi benar terjadi ketika disemenpermukaan dicukur . Namun, dalam banyak aplikasi praktis,kohesi istilah digunakan untuk kenyamanan dan mengacu pada kuantitas matematika yang berhubungan dengan kekasaran permukaan , seperti dibahas pada bagian selanjutnya . Kohesi hanya mencegat pada sumbu nol yang normal stres

Dasar b sudut geser adalah besaran yang fundamental bagi pemahaman tentang geser kekuatan permukaan diskontinuitas . Hal ini kurang lebih sama dengan residual gesekan sudut r tetapi umumnya diukur dengan menguji permukaan batuan gergajian atau tanah .Tes ini , yang dapat dilakukan pada permukaan sekecil 50 mm 50 mm , akan menghasilkan plot garis lurus didefinisikan oleh persamaan :r = n tanb

Gambar 4.2Bagian Diagram melalui mesin geser digunakan oleh Hencher dan Richards(1982).

Gambar 4.3: Mesin Shear dari tipe yang digunakan oleh Hencher dan Richards(1982) untuk pengukuran kekuatan geser perlapisan lembar di HongKonggranit.

Sebuah mesin uji geser yang khas,yang dapat digunakan untuk menentukan sudut geser dasar b diilustrasikan pada Gambar 4.2 dan 4.3.Ini adalah mesin yang sangat sederhana dan penggunaan lengan tuas mekanis memastikan bahwa beban normal pada spesimen tetap konstan selama pengujian.Ini merupakan pertimbangan praktis yang penting karena sulit untuk mempertahankan beban normal konstan dalam sistem hidrolik atau pneumatik dikendalikan dan ini membuat sulit untuk menginterpretasikan data uji.

Perhatikan bahwa penting dalam menyiapkan spesimen,perhatian besar harus diambil untuk memastikan bahwa permukaan geser sejajar akurat untuk menghindari kebutuhan untuk koreksi sudut tambahan .Kebanyakan penentuan kekuatan geser saat ini dilakukan dengan menentukan dasar sudut geser,seperti dijelaskan di atas dan kemudian membuat koreksi untuk kekasaran permukaan sebagai dibahas dalam bagian berikut dari bab ini.Di masa lalu ada lebih menekankan pada pengujian permukaan diskontinuitas skala penuh,baik di laboratorium maupun dilapangan.di sana adalah sejumlah besar kertas dalam literatur tahun 1960-an dan 1970-an menggambarkan besar dan rumit dalam tes geser in situ , banyak yang dilakukan untuk menentukan geser kekuatan lapisan lemah Namun tingginya biaya tes ini bersama-sama dengan kesulitan menafsirkan hasil telah menyebabkan penurunan dalam penggunaan tes ini dengan skala besar

Menurut penulis adalah bahwa hal itu masuk akal baik ekonomis dan praktis untuk melaksanakan sejumlah tes geser laboratorium skala kecil menggunakan peralatan seperti yang digambarkan dalam Gambar 4.2 dan 4.3 , untuk menentukan sudut gesekan dasar.Komponen kekasaran yang kemudian ditambahkan ke ini sudut geser dasar untuk memberikan sudut geser efektif adalah nomor yang tertentu dan skala tergantung dan terbaik diperoleh dengan estimasi visualdi lapangan.Teknik-teknik praktis untuk membuat ini perkiraan sudut kekasaran yang dijelaskan pada halaman berikut .

Gambar 4.4: Percobaan Patton pada kekuatan geser

4.3 kekuatan geser permukaan kasar

Permukaan diskontinuitas alam di hard rock tidak pernah sehalus tanah gergajian ataupermukaan dari tipe yang digunakan untuk menentukan sudut geser dasar.Para undulations dan pada permukaan sendi alami memiliki pengaruh yang signifikan terhadap perilaku gesernya umumnya kekasaran permukaan ini meningkatkan kekuatan geser permukaan dan ini Peningkatan kekuatan sangat penting dalam hal stabilitas penggalian di batu .

Patton (1966 ) menunjukkan pengaruh ini melalui sebuah percobaan di mana iamelakukan tes geser pada spesimen seperti yang diilustrasikan pada Gambar 4.4.Perpindahan geser dalam spesimen ini terjadi sebagai akibat dari permukaan bergerak naik miring , menyebabkan pelebaran ( peningkatan volume ) dari spesimen .Kekuatan geser spesimen atton dapat diwakili oleh :

mana b adalah sudut geser dasar permukaan dan i adalah sudut

4.4Estimasi 4,4 Barton kekuatan geser Berlaku pada tegangan normal rendah di mana perpindahan geser adalah karena geser sepanjang permukaan miring.Pada tegangan normal lebih tinggi kekuatan bahan utuh akan terlampaui dana akan cenderung untuk memutuskan menghasilkan kekuatan geser perilaku yang lebih erat terkait dengan kekuatan material utuh dibandingkan dengan karakteristik gesekan daripermukaan.Meskipun pendekatan Patton memiliki kebaikan yang sangat sederhana.Tidak mencerminkan kenyataan bahwa perubahan dalam ekuatan geser dengan peningkatan tegangan normal yang bertahap dari pada tiba-tiba.

Barton danrekan-rekan kerjanya(1973, 1976,1977,1990) mempelajari perilaku perlapisan batu alam dan telah mengusulkan bahwa persamaan(4.4) dapat ditulis ulang sebagai: Dimana JRC adalah koefisien kekasaran bersama dan JCS adalah perlapisan dinding kuat tekan.

Dimana JRC adalah koefisien kekasaran bersama dan JCS adalah lipatan dinding kuat tekan.

4.5Perkiraan Bidang JRC

Gabungan koefisien kekasaran JRC adalah angka yang dapat diperkirakan dengan membandingkan penampilan permukaan diskontinuitas dengan profil standar yang diterbitkan oleh Barton dan yang lain. Salah satu yang paling berguna dari set profil tersebut diterbitkan oleh Barton dan Choubey (1977) dan direproduksi dalam Gambar 4.2.

Munculnya permukaan diskontinuitas dibandingkan secara visual dengan profil ditampilkan dan nilai JRC yang sesuai dengan profil yang paling dekat cocok dengan permukaan diskontinuitas dipilih. Dalam kasus spesimen laboratorium skala kecil, skala kekasaran permukaan akan kurang lebih sama seperti yang dari profil diilustrasikan. Namun, di lapangan panjang permukaan mungkin beberapa meter atau bahkan puluhan meter dan nilai JRC harus diestimasi untuk skala penuh permukaan.

Gambar 4.2: profil Kekasaran dan nilai-nilai yang sesuai JRC(Setelah Barton dan Choubey1977).

Gambar 4.6: Metode Alternatif untuk memperkirakan JRC dari pengukuran permukaan kekasarana amplitudo dari straight edge(Barton 1982).

4.6Perkiraan Bidang JCS Metode yang disarankan untuk memperkirakan dinding bersama kuat tekan yang diterbitkan oleh yang ISRM (1978). Penggunaan Schmidt Rebound palu untuk memperkirakan dinding bersama kuat tekan diusulkan oleh Deere dan Miller (1966), seperti yang diilustrasikan pada Gambar

Gambar 4.7: Perkiraan dinding bersama kuat tekan dari Schmidt kekerasan

4.7Pengaruh skala pada JRC dan JCSAtas dasar pengujian ekstensif sendi , replika sendi , dan kajian literatur , Bartondan Bandis ( 1982) mengusulkan koreksi skala untuk JRC didefinisikan sebagai berikuthubunganmana JRCo, dan Lo (panjang) mengacu pada 100 mm sampel skala laboratorium dan JRCn, dan Ln merujuk in situ blok sizes.Because dari kemungkinan yang lebih besar dari kelemahan di permukaan yang besar, ada kemungkinan bahwa perlapisan dinding kuat tekan (JCS) menurun dengan meningkatnya skala. Bartonand Bandis (1982) mengusulkan koreksi skala untuk JCS didefinisikan oleh hubungan berikut

mana JCSo dan Lo (panjang) mengacu pada 100 mm sampel skala laboratorium dan JCSn dan Ln mengacu pada ukuran blok in situ.

4.8Kekuatan geser dari diskontinuitas diisiPembahasan yang disajikan dalam bagian sebelumnya telah berurusan dengan kekuatan geser diskontinuitas di mana kontak dinding batu terjadi selama seluruh panjang permukaan sedang dipertimbangkan.Kekuatan geser ini dapat dikurangi secara drastis ketika bagian atau seluruh permukaan tidak merata tetapi ditutupi oleh bahan pengisi lunak seperti tanah liat .

Untuk permukaan planar,seperti perlapisan di batuan sedimen,lapisan tanah liat tipis akan menghasilkan pengurangan kekuatan geser yang signifikan.untuk perlapisan kasar atau bergelombang mengisiketebalan harus lebih besar dari amplitudo sebelum kekuatan geser dikurangi dengan yang ada pada bahan pengisi .

Sebuah kajian komprehensif dari kekuatan geser diskontinuitas yang diisi dipersiapkan oleh Barton ( 1974) dan ringkasan dari kekuatan geser tambalan diskontinuitas khas,berdasarkan penelaahan Barton.

diberikan dalam Tabel 4.1 .Dimana ketebalan yang signifikan dari tanah liat atau tambalan terjadi pada massa batuan dan dimana kekuatan geser dari diskontinuitas diisi kemungkinan untuk memainkan peran penting dalam stabilitas massa batuan sangat disarankan bahwa sampelyang telah menjadi dikirim ke laboratorium mekanika tanah untuk pengujian

Tabel 4.1: kekuatan Shear diskontinuitas diisi dan bahan mengisi (Setelah Barton 1974)

4.9Pengaruh tekanan airKetika tekanan air hadir dalam massa batuan,permukaan diskontinuitas yangterpisah dan n tegangan normal berkurang.Dalam kondisi di mana ada waktu yang cukup untuk tekanan air dalam massa batuan untuk mencapaikesetimbangan,mengurangi tegangan normal didefinisikan oleh n ' = ( n - u ) , di mana u adalah tekanan air itu mengurangi stres n normal ' biasanya disebut tegangan normal efektif dan dapat digunakan di tempat n istilah tegangan normal dalam semua persamaan yang disajikan dalam bagian sebelumnya bab ini .

4.10kohesi sesaat dan gesekanKarena sejarah perkembangan subjek mekanika batuan,banyak dianalisis digunakan untuk menghitung faktor keamanan terhadap geser,dinyatakan dalam hal Mohr Coulomb kohesi ( c ) dan sudut geser ( ),didefinisikan dalam Persamaan 4.1 . Sejak 1970-an itu telah diakui bahwa hubungan antara kekuatan geser dan tegangan normal adalah lebih akurat diwakili oleh hubungan non - linear seperti yang diusulkan oleh Barton( 1973)Namun karena hubungan ini ( misalnya Persamaan 4.5) tidak dinyatakan dalam dari c dan , maka perlu untuk merancang beberapa cara untuk memperkirakan setara kohesif kekuatan dan sudut gesekan dari hubungan seperti yang diusulkan oleh Barton Gambar 4.8 memberikan definisi kohesi ci seketika dan seketikaSudut geser i untuk tegangan normal dari n . Jumlah ini diberikan oleh mencegat dankecenderungan , masing-masing, dari bersinggungan dengan hubungan non - linear antara geserkekuatan dan tegangan normal . Jumlah ini dapat digunakan untuk stabilitas analisis di mana kriteria kegagalan Mohr - Coulomb ( Persamaan 4.1 ) diterapkan asalkan normalstres n cukup dekat dengan nilai yang digunakan untuk menentukan titik singgungDalam aplikasi praktis khas,program yang dapat digunakan untuk memecahkan Persamaan4.5 dan untuk menghitung kohesi dan gesekan nilai sesaat untuk berbagai normal nilai tegangan.Sebagian dari spreadsheet seperti diilustrasikan pada Gambar 4.9

Gambar 4.8: Definisi sesaat kohesi ic dan seketika sudut geser i untukkriteria kegagalan non-linear

Gambar 4.9 Printout sel spreadsheet dan formula yang digunakan untuk menghitung kekuatan geser sudut geser dan kohesi seketika sesaat untuk berbagai tegangan normal. Perhatikan bahwa persamaan 4.5 tidak berlaku untuk n = 0 dan berhenti untuk memiliki praktis berarti untuk b + JRC log10 (JCS / n)> 70 . Batas ini dapat digunakan untuk menentukan Nilai minimum untuk n. Batas atas untuk n diberikan oleh n = JCS. Dalam spreadsheet yang ditunjukkan pada Gambar 4.9, sesaat sudut gesekan i, untuk tegangan normal dari n, telah dihitung dari hubungan

Sesaat kohesi ic dihitung dari: ci = - n tan i Dalam memilih nilai-nilai ci dan i untuk digunakan dalam aplikasi tertentu, normal rata-rata stres n bekerja pada diskontinuitas harus diperkirakan dan digunakan untuk menentukan baris yang sesuai dalam spreadsheet. Bagi banyak masalah praktis di lapangan, satu nilai rata-rata n akan cukup tapi, di mana masalah stabilitas kritis sedang dipertimbangkan, pemilihan ini harus dibuat untuk setiap permukaan diskontinuitas penting.

TUGAS MAKALAHMEKANIKA BATUAN

MUH.AKBARD62112009MUH.ANDI WARDIMAND62112004FEBY PONCOWATI P.D62112255

PROGRAM STUDI TEKNIK PERTAMBANGANFAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS HASANUDDINKEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN

MAKASSAR

2014