mekanika batuan.docx

8/19/2019 MEKANIKA BATUAN.docx

1/14

Mata Kuliah : Mekanika Batuan

Nama Kelompok :

1. Sutrisno DBD 114 091

2. Ade Anugrah Saputra DBD 114 1!

. "upriarto #ah$a DBD 114 1!0

%&S'M& BAB ()

*&%(+AK' BA,'AN

4.1. *endahuluan *erilaku Batuan

Secara mekanik batuan mempunyai perilaku yang berbeda-beda pada

saat menerima beban dan dapat diketahui melalui perilaku konstitutif atau

kurva tegangan renggangan yang diperoleh melalai uji kuat tekan, kuat geser,

uji kriaksial dan kuat tarik yang dilakukan dilaboraturium. Jika pengujian

laboratorium dilakukan dengan tegangan konstan terhadap fungsi waktu maka

akan diperoleh kurva rayapan (creep). Sedangkan kurva relaksasi akandiperoleh jika pengujiannya dilakuakan pada regangan konstan terhadap

fungsi waktu.

4.2. *erilaku Kur-a

ntuk mengetahui dasar perilaku batuan terhadap beban sebenarnya

dapat diperoleh dari kuat tekan yang digambarkan oleh !ienniawski("#$%)

seperti ditunjukan oleh gambar &.". 'ada tahap awal batuan dikenakan gaya,

kurva berbentuk landai dan tidak linier yang berarti bahwa gaya yang

diterima oleh batuan dipergunakan untuk menutup patahan awal (pre-eisting

cracks) yang terdapat didalam batuan.

'roses terjadinya perambatan rekahan mikro didalam batuan pada

rayapan identik dengan proses runtuhan yang terjadi pada uji kuat tekan

uniaksial yaitu


2/14

• 'enutupan rekahan (closing of crack)

• *eformasi elastis sempurna (perpectly elastic deformation)

• 'erambatan rekahan stabil (stable fracture propagation)

• 'erambatan rekahan tidak stabil (unstable fracture propagation

4.. Deinisi

+aterial elastik adalah sebuah reologi ideal dimana regangan terjadi

akibat adanya tegangan dan aka pulih kembali saat tegangannya kembali ke

nol. asus khusus pada material elastik adalah dimana hubungan antara

tegangan dan renggangan merupakan garis lurus dengan nilai modulus young

atau modulus geser konstan.

+aterial viskos adalah sebuah kondisi material idealn dimana tegangan

yang bekerja pada material akan mengakibatkan sebuah laju regangan dan

mengalir. asus khusus adalah sebuah material viskos linear dengan nilai

viskositas konstan dan sering disebut sebagai fluida viskos.

eologi plastik adalah sebuah mekanisme deformasi bergantung waktu

seperti pergerakan dislokasi twinning dan rayapan.

etas (brittle) adalah mekanisme bergantung tegangan dan seringnya

melibatkan proses nukleasi pengembangan dan tumbunan serta tabrakan dari

sebuah dilantansi rekahan.

'erubahan getas duktil adalah istilah yang banyak digunakan untuk

menggambarkan suatu perubahan dari patahan menuju aliran pada kerak

bumi, juga digunakan untuk menggambarkan perubahan bentuk kepermukaan

yang rata.

*eformasi kataklastik adalah sebaran lokasi dilantansi bisa pada suatu

daerah atau melalui masa batuan, dapat mengakomodasi regangan besar

(duktil) dengan mekanis getas.

*uktil adalah sebuah kapasitas suatu batuan untuk mempertahankan

aliran atau perpindahan besar melalui mekanisme perpindahan yang spesifik


3/14

yang kejadian ini (kataklasis getas atau rayapan plastic) tidak secara khusus

didefinisikan.

+aterial plastic adalah suatu bentuk reologi ideal yang mengandung perilaku dua gaya dibawah suatu kondisi tegangan, tidak ada perpindahan

jikja tegangan lebih kecil dari suatu batas spesifik.

4.4. Analisis tegangan renggangan

/ara untuk menghubungkan tegangan dan renggangan dalam sebuah

material yang dibebani digambarkan secara kualitatif oleh perilaku konstitutif

(constitutive behavior) batuan tersebut.

*alam setiap model konstitutif tegangan dan rengangan atau beberapa

kuantitas berifatif seperti laju tegangan dan laju regangan dihubungkan

melalui persamaan konstitutif. 0lastisitas adalah perilaku konstitutif yang

paling umum untuk material rekayasa, termasuk banya batuan, dan

membentuk dasar yang berguna untuk penjelasan perilaku yang lebih

kompleks.

4.4.1. /uungan ,egangan 3 dan %egangan 3 untuk *erilaku Batuan

&lasti5 +inear dan (sotropik

Secara sederhana hubungan antara tegangan dan regangan bagi perilaku

batuan elastic linear dan bersipat isotropic.

*alam bentuk umum hubungan 1 dan 2 pada arah sumbu utamanya(arah

principal) maka ketiga persamaan tersebut dapat dituliskan sebagai berikut.

34 1" 5 16 5 17

8 bervariasi dari " sampai 7


4/14

4.4.2. /ukum hooke huungan tegangan regangan

Sipat isotropic material secara langsung ditentukan oleh elemen-elemen

off diagonal apakah sebuah regangan normal atau geser akan dihasilkan olehsebuah tegangan geser atau normal.

4.4.. Material &lastik (sotropik

Seperti sudah diberikan pada persamaan sebelumnya bahwa sesuai

dengan bentuk umum hukum hooke hubungan regangan dan tegangan

material elastic isotropic pada tiga sumbu untuk material elastic isotropic.

4.4.4. Material 6rthotropik

9pabila kita mengasumsikan bahwa didalam suatu material terdapat tiga

bidang simetri elastic o:, yo:, oy, maka material ini dikenal sebagai

material orthotrop.

4.4.7. Material elasti5 isotrop trans-erse

/ontoh material yang mempunyai sipat elastic isotropic transverse adalah

material berlapis artificial dan batuan-batuan berlapis seperti serpih (shale).

4.7. /uungan dan pada idang untuk perilaku atuan elasti5 linear dan

isotrop

ntuk menyederhanakan perhitungan hubungan antara tegangan dan

rengangan maka dibuat model dua dimensi dimana pada kenyataannya adalah

tiga dimensi.

+odel dua dimensi yang dikenal adalah

• egangan bidang (plane strain)

• ;egangan bidang (plane stress)

• Symmetrical revolution


5/14

4.7.1.%enggangan Bidang plane strain3

+isalkan sebuah terowongan yang mempunyai system sumbu kartesian

,y,dan : dipotong ole sebuah bidang dengan sumbu ,y.

4.7.2.,egangan Bidang plane strees3

'ada tegangan bidang maka seluruh tegangan pada salah satu sumbu

sama dengan nol. 'enyelesai permasalahan mekanika batuan problem planar

dengan plane stress.

4.7.. A8is$metri5

Jika sebuah benda berbentuk silinder diputar pada sumbunya mak benda

tersebut dapat diwakili oleh sebuah bidang. arena sumbunya merupakan

sumbu simetri maka benda tersebut cukup diwakili oleh bidang yang diaksir

4.7.4. ontoh Metode *erhitungan

9nalisis dengan #), rayapan (creed) didefinisikan sebagai

renggangan atau reformasi bergantung terhadap waktu yang terjadi

sebagai akaibat adanya tegangan aial konstan. 'ada batuan , rayapan

dapat dilihat sebagai penomena proses terjadinya dan penambahan

renggangan sebagai akibat adanya pembebanan konstan secara terus


6/14

menerus selama suatu kurun waktu tertentu rayapan juga dapat terjadi

karena adanya pengaruh suhu (raus,"#>=).

!eberapa definisi kekuatan jangka panjang menurut berbagai peneliti terdahulu adalah fundamental strength (griggs,"#7#), true

strength ('hillips, "#&>), time safe stress (potts,"#$&), longterm

strength (price, "#$=) dan time dependent strength. 3ilai kekuatan

jangka panjang batuan tergantung pada laju pembebanan yang

diberikan pada saat pengujian.

+etode lansung, dikenal sebagai uji rayapan, yang berdasarkan

pada metode pembebanannya dibagi menjadi dua, yaitu

". !eban konstan

'ada prinsipnya adalah memberi beban konstan yang berbeda-beda

pada beberapa contoh dan nilai beban konstan tertinggi hingga wakti

yang ditentukan tidak terjadi runtuhan diambil sebagai kekuatan jangka

panjang (lama dan vutukuri, "#%>).

6. !eban konstan multitahap

'ada metode ini hanya diperlukan satu contoh dan dibebani secara

bertahap. *engan bantuan analisa rayapan akan didapatkan persamaan

reologi pada masing-masing tahap pembebanan. elemahan metode ini

adalah adanya pengaruh beban pada tahap pembebanan sebelumnya dan

batuan suadah mengalami deformasi terlebih dahulu sehingga kekuatan

batuan sebenarnya suadah mengalami penurunan.

7. +etode rayapan primer

+etode ini mengasumsikan bahwa kuat tekan jangka panjang

dinyatakan dengan tingkat tegangan dimana hanya terjadi rayapan

primer (transient creep) dan laju rayapan sekunder adalah nol.


7/14

?awersik ("#%6) mengatakan bahwa penentuan kekuatan jangka

panjang dengan metode langsung membutuhkan waktu lama dan biaya

cukup besar.

'erambatan rekahan pada batuan dibawah beban uniaksial

dibedakan menjadi dua tipe, yaitu stabil dan tidak stabil. 'ada

perambatan rekahan stabil, suadah mulai terdapat rekahan mikro namun

masih bersipat elastic dan proses runtuhan merupakan fungsi dari beban

sampai batas luluh (yield) sehingga penomena yang terjadi masih dapat

dikontrol. 3amun pada perambatan rekahan tidak stabil , rekahan mikro

akan mulai berkembang secara luas , batuan akan mengembang dan

perambatan rekahan tidak dapat dikontrol.

!eberapa metode tidak langsung diantaranya adalah

". +etode dilatansi

+etode ini didapatkan dari hasil pengujian kuat tekan uniaksial.

uat tekan jangka panjang atau tingkat rekahan merayap (creep

fracture level) adalah tegangan pada saat mulai terjadi perambatanrekahan tidak stabil, yang dicirikan dengan mulai meningkatnya

regangan volume pada kurva tegangan regangan dan berlanjut

hingga mengalami penurunan.

6. +etode log tegangan log regangan

!erdasarkan pada prinsip metode dilatansi dari pengujian kuat

tekan uniaksial dibuat kurva hubungan antara log tegangan @ log

regangan aksial dan didapatkan tiga garis lurus dengan kemiringan

yang berbeda sehingga didapatkan dua titik pertemuan.

7. +etode laju pembebanan

*idapatkan dari hasil pengujian kuat tekan uniaksial dengan laju

pembebanan konstan serta deformasi aksial dan lateral selama

pembebanan dicatat secara kontinyu dan simultan. urva linear


8/14

ditunjukan dalam kurva tegangan dan deformasi aksial

mempresentasikan deformasi elastic.

4..1. *roses ra$apan

;ahap regangan elastic seketika (A9) terjadi segera sesaat setelah

pembebanan diberikan.Selanjutnya diikuti oleh tahap terjadinya

rayapan primer atau rayapan sementara, dimana laju regangan

berkurang terhadap waktu. !erbeda dengan dua tahap deformasi

sebelumnya. ayapan tersier tidak menunjukan proses deformasi

murni melainkan menggambarkan keruntuhan yang cepat.

4..2.


9/14

&.$.6.&.


10/14


11/14

+odel burger adalah model kompleks yang paling banyak digunakan

untuk menjelaskan perilaku batuan sedimen karena dianggap mampu

mengakomodasi tahapan dalam rayapan.

&.$.&.". eologi sederhana hookean @ elastic

!enda yang mengiikuti hukum hooke secara sempurna, memiliki

hubungan antara tegangan-tegangan (1) dan egangan (2).

&.$.&.6. eologi sederhana 3ewtonian- viscous sempurna

+odel ini mewakili perilaku mekanik material yang bersifat viskos

sempurna, disimulasikan oleh bentuk sebuah peredam kejut (dash pot).

+odel elastik dan plastik sempurna mengabaikan pengaruh waktu dan suhu

terhadap perilaku material. &.$.&.6. eologi sederhana 3ewtonian- viscous

sempurna.

&.$.&.7. eologi sederhana 3ewtonian- viscous perfect pure

+atrial viscous dapat menghasilkan gaya geser berbanding lurus

dengan perubahan renggangan.

&.$.&.&. eologi sederhana plastic sempurna

+odel ini mewakili perilaku mekanik material yang bersipat plastic

sempurna, disimulasikan berupa frictional contact sebuah beban ? yang

diletakan pada permukaan yang memiliki koefisien gesekan tetap.

&.$.&.D. eologi kompleks +awell - elasto viscous

+odel ini mewakili perilaku mekanik material yang bersipat visko-

elastik, disimulasikan oleh rangkaian seri dari dua elemen dasar berupa

pegas yang bersipat elastic dan peredam kejut yang bersipat viskos, dengan

kurva tegangan renggangan berupa garios lurus dengan kemiringan yang

dimulai tidak dari nol, melainkan dari suatu nilai renggangan seketika

tertentu.


12/14

&.$.&.$. eologi kompleks st. Eenent-0lasto 'lastik sempurna

+odel ini mewakili perilaku mekanik material yang bersipat elasto

plastic, disimulasikan oleh rangkaian seri dari dua elemen mendasar berupa pegas yang bersipat elastic dan frictional contact yang bersipat plastic.

&.$.&.%. eologi kompleks elvinFvoigt-firm viscous

+odel ini mewakili perilaku mekanik material yang bersipat firmo-

viskos, disimulasikan oleh rangkaian paralel dari dua elemen dasar berupa

pegas yang bersipat elastic dan peradam kejut yang bersipat viskos.

&.$.&.>. eologi kompleks generali:ed elvin

+odel elvin yang dibahas sebelumnya memiliki kekurangan yaitu,

tidak menampakan renggangan elastik seketika, sebagaimana yang

umumnya terlihat dalam kurva rayapan material. +odel ini disebut elvin

umum atau model nakamura ("#).

&.$.&.#. eologi kompleks burger

+erupakan kombinasi dari model +awell dan model elvin yang

dirangkai secara seri. +odel ini merupakan gambaran paling sederhana dari

pGerilaku material batuan, dan cukup representative untuk berbagai

pengujian pada batuan. *imana proses rayapannya meliputi rayapan primer

dan rayapan sekunder dengan kecepatan tertentub secara konstan.

4..7.eksprimentasi u;i ra$apan

&.$.D.". uji creep uniaksial silicified coal sample

Suatu pengembangan yang menarik pada studi ini adalah inisiatif untuk

mengunakan senar gitar yang ditempelkan sekeliling batuan utuh. *an

berdiri pada suatu system sandaran dari senar gitar dan elektronik dial gauge

yang disusun secara sistematik. 'erpindahan senar gitar mengikuti

perubahan volume yang terjadi pada contoh pada batuan utuh selama

pengujian.


13/14

&.$.D.6. uji rayapan uniaksial

Sebelum uji rayapan ini dilakukan adalah melakukan pengujian fisik.

Basil tersebut selanjutnya diplotkan ke dalam suatu kurva antara waktu danregangan. Setelah dilakukan anlisis terhadap waktu dan regangan sesuai

dengan model perilaku yang ditunjukkan selama pengujian, maka model

perilaku dari batuan saat diberikan beban konstan adalah berperilaku burger.

&.$.D.7. uji rayapan triaksial dengan pemanasan pada contoh batuan tuff

breksi

!atuan runtuh dibawah kondisi triaksial tergantung pada tekanan

pengurungan, temperatur dan kecepatan pembebanan. Suatu studi perilaku

triaksial rayapan dilakukan dengan melakukan pengujian pada contoh breksi

tuff dan menggunakan triaksial cell von karman termodifikasi yang

menyatukan mesin pemanasan dibawah rangka uji rayapan.

&.$.D.&. ayapan hasil pemantauan etensometer pongkor

+etode yang digunakan dengan menggunakan alat pemantau

ekstensometer. 9lat ini berfungsi untuk mengukuran perpindahan yang

terjadi di dalam massa batuan.

&.$.D.D rayapan uji geser langsung

Suatu penelitian denga perilaku bergantung waktu pada

kemantapan lereng yang dilakukan pada muara 7 besar. ;anjung enim open

pit coal mine ( ';!9 ). Suatu fakta yang menarik bahwa longsoran lereng

open burden yang walaupun bidang perlapisan diketahui bahwa mempunyai

arah berlawanan dengan arah orientasi lereng tetap longsor.

&.$.$. ekayasa !atuan Cunak

!atuan lunak memiliki sifat diantara tanah dan batuan serta sifat

utama jenis batuan dapat dengan mudah di temukan di 8ndonesia. 9da


14/14

beberapa istilah yang digunakan untuk menggunakan material yang dikenal

sebagai batuan ( Johnston,"##",

mekanika batuan.docx

Documents