pengukuran tegangan insitu

7/22/2019 PENGUKURAN TEGANGAN INSITU

http://slidepdf.com/reader/full/pengukuran-tegangan-insitu 1/12

TUGAS MEKANIKA BATUAN

RESUME BAB 7

PENGUKURAN TEGANGAN INSITU

DI DALAM MASSA BATUAN

Dosen Pembimbing : Drs. Raimon Kopa, MT.

Disusun Oleh:

Afdhal Husnuzan

NIM 1102364

TEKNIK PERTAMBANGAN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS NEGERI PADANG

2012



PENGUKURAN TEGANGAN INSITUDALAM MASSA BATUAN

Pengukuran tegangan insitu tujuannya adalah untuk mengetahui keadaan

tegangan di dalam massa batuan dan dapat menentukan antara lain parameter-

parameter penting untuk mengetahui perilaku massa batuan di tempat asalnya.

Tegangan residual dan tektonik kemungkinan ada dalam massa batuan

dan dapat merubah keadaan tegangan yang ada. Oleh karena itu keadaan tegangan

yang sebenarnya dapat berbeda jauh sekali dengan keadaan tegangan yang

dihitung secara teoritis. Teori hanya dapat memberikan perkiraan besaran

intensitas dari tegangan yang ada, sedangkan hanya pengukuran tegangan insitu

yang dapat memberikan keterangan mengenai orientasi dan besarnya tegangan

pada massa batuan yang ada di bawah tanah.

Adapun klasifikasi dari berbagai metode pengukuran tegangan in-situ

adalah sebagai berikut:

1. Metode Rosette Deformasi : Metode yang didasarkan pada pengukuran yang

dilakukan di sebuah permukaan bebas di dinding batuan.

2. Metode Flat Jack : Metode yang didasarkan pada pengukuran tekanan yang

diperlukan untuk mengembalikan tegangan yang dibebaskan.

3. Metode yang didasarkan pada pengukuran di dalam lubang bor:

a. Metode Overcoring

1) sel yang mengukur tegangan;

2) sel yang mengukur perpindahan; radial;

3) Sel yang perpindahan radial dan longitudinal.

b. Metode Uji Rekah Hidrolik



Interpretasi semua hasil pengukuran tegangan in-situ untuk semua

metode tsb didasarkan pada hipotesa berikut:

1. Batuan di daerah pengukuran homogen, kontinu, isotropi & elastik linier.

2. Medan tegangan dianggap homogen di sekitar tempat pengukuran.

A. METODE ROSETTE DEFORMASI

1. Prinsip

Prinsip dari rosette deformasi adalah mengukur deformasi

superficial pada sebuah permukaan bebas di dinding massa batuan.Deformasi ini disebabkan oleh pembebasan tegangan atau variasi tegangan.

2. Hipotesa

Interpretasi dari hasil pengukuran tegangan dengan metode ini

berdasarkan pada hipotesa :

a. Tegangan bidang (plane stress), yaitu tegangan yang tegak lurus bidang

pengukuran sama dengan nol.

b. Pembebasan tegangan adalah total (seluruhnya). Perhitungan dengan

metode elemen hingga menunjukkan bahwa diperlukan pemotongan

sedalam 20 cm untuk memperoleh pembebasan tegangan total.

c. Perilaku (behaviour) batuan adalah elastik linier. Tegangan dihitung

langsung dari deformasi yang diukur dengan bantuan Hukum Hooke.

3. Pengukuran

Titik-titik pengukuran sebanyak delapan buah dipasang pada

lingkaran yang berdiameter 20 cm. Jarak antara titik-titik pengukuran

tersebut diukur sampai ketelitian 1 mikron. Kemudian batuan di sekitar

lingkaran digergaji dengan menggunakan gergaji intan sedalam 20 cm,

sehingga tegangan dibebaskan total.

Titik-titik pengukuran diukur lagi dan perpindahan yang

disebabkan oleh pembebasan tegangan dihitung. Tegangan didapat dari

(Bonvallet, 1976).



2oo2/2/

y)1(r

E.u.E.u

22/2/oo

x)1(r

E.u.E.u

)1(r E.uE.u 4/34/34/4/xy

Keterangan:

E i = Modulus deformasi untuk q = i (dari uji laboratorium)

ui = Perpindahan radial untuk q = i

r = Jari-jari Rosette = 10 cm

u = Nisbah Poisson (dari uji laboratorium)



Metode ini pelaksanaannya cepat, tidak perlu peralatan canggih dan

hasilnya mendekati sebenarnya. Selain itu, besar tegangan utama dapat

dihitung, demikian juga arahnya terhadap sumbu x dan y dapat ditentukan.

B. METODE FLAT JACK

1. Prinsip Kerja

a. Metode ini membebaskan sebagian tegangan yang ada di dalam massa

batuan dengan jalan membuat potongan pada batuan tersebut dengan

bantuan gergaji intan. b. Tegangan yang dibebaskan ini akan menyebabkan terjadinya deformasi

yang dapat berupa perpindahan dari titik-titik pengukuran yang dibuat.

c. Flat Jack dimasukkan ke dalam potongan tersebut agar perpindahan dari

titik-titik pengukuran menjadi nol. Tekanan di dalam Flat Jack yang

mengakibatkan perpindahan nol menggambarkan tegangan awal (initial

stress) di dalam massa batuan.

2. Hipotesa

a. Perilaku batuan adalah elastik reversible, tidak perlu linier dan batuan

homogen.

b. Tegangan pada dinding batuan tidak dipengaruhi oleh proses penggalian.

c. Tegangan yang diukur tegak lurus dengan potongan yang dibuat atau

tegak lurus dengan Flat Jack. Diharapkan bahwa arah tegangan ini

mendekati arah dari tegangan utama.

3. Pengukuran

a. Titik-titik pengukuran yang berupa baut besi dipasang dengan jarak 10

cm, masing-masing L 1, L 2 dan L 3.

b. Kemudian dibuat potongan pada batuan dengan bantuan gergaji intan

yang besarnya hampir sama dengan ukuran Flat Jack.

c. Ukur jaraknya titik pengukuran tsb. Jaraknya akan bertambah pendek

akibat adanya potongan (L1- ΔL1, L2- ΔL2, L3- ΔL3).



d. Masukkan Flat Jack ke dalam slot lalu dipompa sampai ΔL1, ΔL2 dan

ΔL3 menjadi nol, atau kembali ke posisi semula.

e. Dalam kondisi ini tekanan di dalam Flat Jack sama dengan tegangan

yang dibebaskan yang merupakan tegangan yang berada dalam massa

batuan.

f. Kekurangan utama dari metode Flat Jack adalah karena pengukuran

dilakukan pada batuan yang sudah tidak solid lagi karena pengaruh

proses penggalian sehingga hasil pengukuran yang didapat tidak

representatif. Tetapi kekurangan ini dapat diatasi dengan melakukan

pengukuran pada kedalaman tertentu artinya pada batuan yang solid.

g. Pengukuran dilakukan dua kali, yang pertama pada batuan yang tidak

solid kemudian dilakukan penggalian sampai kedalaman 30 cm dan

pengukuran yang kedua dilakukan.

h. Teknik yang digunakan tidak memungkinkan untuk melakukan

pengukuran selama penggergajian, oleh karena itu kurva D1 (kurva

pembebasan tegangan pada saat penggergajian) hanya dapat diduga.



Tekanan < 18 MPa, tebal plat = 0,6 mm

Tekanan > 18 MPa, tebal plat = 1,5 mm

L = I 1 + I2 + eL + ΔL = I 1 + ΔI1 + I2 + Δ I2 + e + Δe

Δe = perpindahan disebabkan oleh relaksasi batuan pada lubang gergajian

sesudah pembebasan tegangan

1 2 1

1 2 1

L; ;

L

regangan elastik b= atuan



C. METODE OVERCORING

Pengembalian regangan oleh pelepasan tegangan melalui “overcoring”dapat dilakukan dengan berbagai cara. Pada intinya semua muka batuan

tertekan akibat adanya tegangan yang bekerja padanya. Ketika sebuah muka

batuan dibor dan dikeluarkan dari massa batuannya ( overcored ), maka dinding

lubang bor akan mengkerut kedalam karena sifat elastisitasnya. Jika

pengembalian regangan elastiknya diukur ( elastic strain recovery ) dan sifat

elastik inti batuan tsb ( overcored ) ditentukan, maka tegangan yang bekerja

pada inti batuan tsb dapat dihitung melalui persamaan Hooke.

Overcoring adalah metode termudah untuk digunakan dan

menghasilkan data yang lengkap. Untuk mengukur pengembalian regangan

elastik ( elastic strain recovery ) selama massa batuan mengalami relaksasi,

peralatan ukurnya harus sangat sensitif untuk menangkap “ elastic strain

recovery ” karena deformasi yang terjadi sangat kecil.

Mengingat Modolus Elastik di maksimum di sekitar dinding lubang

biasanya tidak lebih dari 70 GPa, peralatan harus mampu mengukur deformasi

hingga 0.0005 mm agar dapat mengidentifikasi berbagai tingkat tegangan.

Untuk itu perlu electrical transducers canggih seperti strain gauges atau

linearly variable differential transducers (LVDT).

Metode overcoring adalah cara penentuan tegangan in-situ

berdasarkan pelepasan tegangan (stress relief) disekitar lubang bor dimana

overcoring dilakukan. Pelepasan gaya-gaya luar akibat overcoringmenyebabkan beberapa perubahan seperti;

1. Diameter lubang bor untuk "USBM deformation gage";

2. Regangan di dinding lubang bor untuk “triaxial strain cell",

3. Perubahan regangan pada permukaan yang rata di ujung lubang bor untuk

"Doorstopper".



Jika sifat elastisitas batuan disekitar lubang bor diketahui, maka

perubahan diameter atau regangan lubang bor dapat dikonversikan ke tegangan

in-situ yang bekerja pada massa batuan disekitar lubang bor dimaksud.

D. METODE UJI REKAH HIDROLIK

1. Prinsip Kerja

Metode ini dilakukan dengan menguji perilaku rekahan yang sudah

ada atau rekahan yang baru dibentuk dengan injeksi air atau fluida lain

sampai tekanan yang diperlukan untuk membuka kembali rekahan tersebutdi dalam sebuah lubang bor.

Analisa dari data yang didapat (debit air dan tekanan) dapat

menentukan besarnya tegangan normal yang ada pada rekahan yang diuji.

Dengan melakukan pengujian pada berbagai rekahan yang ada di dalam

massa batuan maka keadaan tegangan dalam massa batuan dapat diketahui.

Kelemahan uji ini adalah tidak dapat melakukan pengukuran

dengan ketelitian yang tinggi dan tidak dapat mengukur tegangan yang

kecil.

2. Peralatan yang Digunakan



Peralatan yang digunakan pada uji rekah hidrolik adalah double

packer di dalam lubang bor tanpa casing, yaitu mengisolasi bagian dari

lubang bor yang akan diuji dengan dua buah packer.

Panjang dari bagian lubang bor yang diisolasi biasanya antara 70

cm sampai dengan 1 m, tetapi dapat juga 5 atau 10 m. Diameter lubang bor

agar packer dapat dimasukkan adalah antara 60 sampai dengan 120 mm dan

batuan harus mempunyai kekuatan yang cukup. Packer tersebut dapat

bekerja sampai tekanan 40 MPa dan dikembangkan dengan pompa tekanan

tinggi (debit kecil).

Ke dalam lubang bor yang sudah diisolasi diinjeksikan fluida (pada

umumnya air) dengan menggunakan pompa tekan tinggi (pompa piston

tripleks). Tekanan air dapat mencapai puluhan MPa. Pengendalian rekahan

adalah dengan melihat debit dan tekanan yang diberikan oleh indikator

analogik atau numerik dan pencatatan di kertas (pencatat 6 jalur).

Analisis dari hasil yang diperoleh memerlukan keterangan dariorientasi rekahan yang sudah ada maupun rekahan yang baru dibuat.

Orientasi rekahan tersebut diketahui dengan cara mengambil gambar dengan

suatu alat (sistem Pajari) maupun memasukkan kamera TV ke dalam lubang

bor.

3. Kurva Tipe Perekahan

Beberapa tekanan yang diukur yaitu:

a. Tekanan perekahan ( fracturing – berkaitan dengan s t batuan), P fr .

b. Tekanan pertambahan besar, P e.

c. Tekanan penutupan sesudah pompa injeksi dihentkan, P f .

Saat pengujian dilakukan di tempat yang sudah ada rekahannya,

kurva memberikan puncak (peak) dari tekanan pembukaan kembali yang

kurang dari puncak tekanan perekahan, bahkan puncak tersebut tidak ada

seperti ditunjukkan pada gambar berikut:



4. Interpretasi Dari Uji Rekah Hidrolik



Pemboran mengakibatkan berubahnya distribusi tegangan di sekitar

lubang bor. Untuk keadaan di mana tegangan utama σ2, σ3 pada bidang yang

tegak lurus pada sumbu lubang bor (dengan σ2 > σ3), tegangan tangensial σθ

pada dinding lubang bor mempunyai nilai minimal 3 ( σ3 – σ2).

Dengan mengambil θ = 0 searah dengan σ2, maka σθ akan

bervariasi pada dinding lubang bor. Di lain pihak, untuk θ = 0 (tegangan

minimal) bertambah kecil sebagai fungsi dari σ2/σ3. Jika σθ = 2 σ2 = 2 σ3

dan untuk σ2/σ3 = 1. Pada kondisi σθ = 0 dan σ2/σ3 = 3, maka σθ mempunyai

nilai negatif (tegangan tarikan) untuk σ2/σ3 > 3.

Haimson memperkenalkan konsep tegangan efektif yang

dinyatakan dengan tekanan perekahan.

P fr – P o = (3 σ h – σ H + R T – 2 P o) K

Keterangan:

Pfr = Tekanan perekahan

Po = Tekanan pori air

σh = Tegangan horisontal minimum = σ 3

σH = Tegangan horisontal maksimum = σ2

R T = Kuat tarik dalam uji rekah hidrolik

K = Parameter yg menghubungkan efek tekanan air pori & compressibility .

Di dalam batuan yang permeabilitasnya sangat kecil, K dapat

dianggap 1 sehingga:

P fr = 3 σ h – σ H + R T – P o

Jika batuan tidak permeabel, P o = 0 dan,

P fr = 3 σ h – σ H + R T

Dengan membuka lagi rekahan maka (dengan menganggap P r = P fr - R T),

P r = 3 σ h – σ H

Dengan diketahuinya tekanan penutupan P f dan tekanan pembukaan P r yang

ditentukan pada saat uji, maka dapat ditentukan (paling tidak dari sudut

teori),

σ h = P f dan σ H = 3 P f – P r.

pengukuran tegangan insitu

Documents