tugas geologi teknik yansyah
TRANSCRIPT
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