Anggi Pratiwi - Ringkasan Fisika Batuan [PDF]

Citation preview

Tabel 2.1. Berat Satuan Dan Porositas Batuan Dan Tanah .



Jenis Batu



Porositas



Berat Satuan Kering



Pasir Ottaw Pasir Uniform Lanau Uniform Batu Pasir Lanauan Batu Pasir Halus- Kasar Batu Pasir Mikaan Lanau-Pasir-Kerakal



44 – 33 56 – 29 52 – 29 47 – 23 49 – 17 55 – 29 46 – 12



γd (KN m−3) 14 , 5 – 17 , 3 13 , 0 – 18 , 5 12 , 6 – 18 , 5 13 , 7 – 20 13 , 4 – 21 , 7 11 , 9 – 18 , 9 14 , 0 – 22 , 9



Batu Pasir Bunter Batu Pasir Lazenby Batu Pasir Exeter Batu Pasir Staindrop Serpih Widdrington Batu Gamping walsingham Batu kapur Pitatone Batu Pasir Silikaan Batu Pasir Silikaan



17 , 1 13 , 4 15 , 8 14 , 2 3,7 0 , 23 24 , 6 3,2 5,6



21 22 , 6 21 , 9 22 , 3 28 27 18 , 8 24 , 3 23 , 4



Batu Pasir Kwarsitan Kwarsit Kwarsit Skye Granit Creetown Dolerit Northumberland Batu Sabak Nonister



0 , 71 2,6 0 , 98 0 , 75 0 , 44 0 , 77



26 , 6 26 , 1 26 , 3 26 , 5 28 , 9 27 , 4



Beberapa kesimpulan yang dapat ditarik dari tabel 21 adalah : a. Berat satuan kering granuler soil berhubungan dengan tingkat kemampatan tanah. Berat satuan maksimum terdapat pada kondisi pemadatan tertinggi. Dan harga konpresibilitas dan tingkat kemampuan tanah untuk mengalirkan air pori ( power water ) akan minimum. b. Batuan sedimen porositas lebih rendah (kecuali beberapa macam batu pasir ber semen dan batuan berdensitas rendah seperti kapur). Pada batuan beku dan metamorf porositas. Kempresibilitas dan kemampuan untuk menyalurkan air pori lebih rendah disbanding 1



tanah. Bahkan pada bebrapa batuan aliran air hanya terjadi bila terdapat rekahan – rekahan. c. Karena keketatan paking akan meningkatkan kekuatan batuan, maks adalah mungkin untuk menghubungkan berat satuan terhadap kekuatan batuan. Persamaan darcy memberikan huungan antara besar aliran (Q) per satuan luas (A) terhadap gradient hidrolik (i), yaitu : Q =v =ki A Dimana : V = kecepatan aliran K = koefisien permeablitas I = gradient hidrolik Bentuk lain dari persamaan darcy adalah persamaan kozency- carsan yang menghubungkan kecepatan aliran terhadap gradient hidraulik pada batuan/ tanah berporositas n dengan luas penampang per unit volume So dan densitas cair γ w , viskositas ղ . 3 Permeabilitas = k = 0.2 n …………………………………………………………(3. 10) ¿¿



Tabel 22 memuat harga permeabilitas hasil uji laboratorium Tabel 22 permeabilitas batuan dan tanah ( Rispin & copper, 1972) Tanah Kerakal



Permeabilitas >10 – 2 m / det



Pasir



Bunter 10 – 3 – 10 – 5 m/ det Batu



Pasir



Intact rocks Permeabilitas Batu Pasir 2 x 10 -7 m/det Pasir 4 x 10 -8 m/det



Staindrop Halus 10 – 5 – 10 – 7 m /det Kwarsit skyo



Kasar 2



2 x 10 -11 m/det



Lanau



10 – 7 – 10 – 9 m/det



Batu



sabak 1.2



Lempung



< 10 – 9 m/det



Honister Granit Creuton



x



-13



10



m/det 10-14 m/det



Dalam kenyataan batuan merupakan material diskontinyu dan aliran air pada umumnya melalui rekahan – rekahan atau bidang diskontinyu yang ada. Berdasarkan hal tersebut, hoek dan bray (1974) membedakan permeabilitas untuk “ jointed rocks “ adalah 10 rock” adalah 10



-2



-3



m/det “ open jointed



m/det dan “ heavily fracture rock” adalah 1 m/det. Lebihb kanjut Snow



(1968) dan Vaughan (1963). Mengemukakan hubungan antara permeabilitas (K) dengan jumlah rekahan (N) dan lebar rekahan δ adalah sebgai berikt : K=



N γ W δ3 15 ղ



Dimana : γw=densitas air Ղ



= viskositas



3



Tabel 23. Kategori Uji Batuan ( Brown 1981) 1. UJI LABORATORIUM 1.



Densitas,



kelembapan,



porositas,



derajat



absorpsi. 2.



Kuat tarik dan kuat tekan uniaxial, kelakuan deformasi.



a. Klasifikasi



b. Desain Teknik



3.



Indek anisotropi.



4.



Kekerasan, “abrasiveness" dan “attrition”.



5.



Permeabilitas.



6.



“Swelling and slake durability"



7.



Kecepatan sonik.



8. 1.



Deskripsi mikro-petrografi. Kuat tekan triaksial dan kelakuan deformasi.



2.



"Direct shear test".



3.



“Time



dependent



dan



“plastic"



flow



characteristics".



2. UJI LAPANGAN 1.



Orientasi



diskontinyuitas,



kekerapan



("spacing"), kekasaran, geometri, dll. a. Karakteristik



2.



Core recovery, RQD, jumlah rekahan 3. Uji kecepatan sonik in situ.



b. Desain Teknik



3. 1.



Geophysical borehole logging. Plate and borehole deformability test.



2.



Direct shear test.



3.



Permeabilitas lapangan.



4.



Uji "rock-stress" in situ.



5.



Monitor kelakuan batuan pos-kontruksi.



6.



Kekuatan



tekan



triaksial in situ.



4



uniaksial,



biaksial



dan



3.2 Deskeipsi Teknis Batuan Batuan mempunyai sifat fisik yang didapat di batuan untuk keperluan deskripsi teknis. Batuan biasanya dianggap material yang terdapat pada fasa ( gambar 5) , yaitu fasa padat ( partikel ) mineral cair ( air ) dan fasa gas ( udara ). Pada batuan kering, tdak terdapat fasa cair sedang kan batuan jenuh air tidak terdapat gas dan mempunyai berat dan mempunyai volume tersendiri.



Gambar 5 kenampakan batuan sebagai material multilasa Hubungan antar fase tersebut dapat dicari dari besaran berat,volume, dan berat per unit volume. Hubungan antar fasa yang umum adalah : a. Hubungan berat : Mointure content = W =



Ww Ws



b. Hubungan Volume 3.3. Ujian batuan umumnya digunakan untuk mengetahui dan membandingkan sifat/kelakuan batuan –batuan pada suatu kondisi yang sama . terdapat bermacam – macam uji standard yang dapat digunakan untuk mengetahui kelakuan batuan, diantaranya yang paling penting tertulis pada tabel 23. Ada 3 sasaran utama yang ingin dicapai pada uji laboratorium : 1. Mengetahui informasi dasar mengenai sifat fisik dan reaksi mekanis material pembentuk batuan 5



2. Mengklasifikasikan sifat- sifat teknis batuan dalam bentuk suatu besaran tertentu yang dapat yang dapat digunakan sevagai sifat pembanding. 3. Mendapatkan informasi yang dapat diggunakan untuk mendesain struktur rekayasa dari batuan. Klasifikasi batuan berdasarkan harga kuat tekan uniaksial tidaklah sesuai dengan klasifikasi/terminologi geologi. Hal ini disebabkan oleh dasar acuan yang berbeda. Faktor-faktor yang mempengaruhi kuat tekan batuan tidaklah sama dengan faktor-faktor yang digunakan dalam klasifikasi geologi. Salah satu sifat mekanis batuan yang dapat dihubungkan dengan klasifikasi geologi adalah perbandingan antara harga modulus deformasi terhadap kuat tekan. Selain itu kelembapan udara sampel batuan harus sama dengan kondisi lapangan. Persamaan yang dikemukakan oleh Obert dkk. (1946) memberikan hubungan antara perbandingan panjang/diameter sampel L/D) terhadap hasil pengukuran kuat tekan uniaksial. δef = δcl (0,8 + 0,2 D/L) Dimana,



..... (3.12)



δcl = harga kuat tekan unieksial pada L/D = 1 δef = harga kuat tekan uniaksial terukur



Gambar 7 memperlihatkan hubungen antara L/D ratio dan harga kuat tekan uniaksial untuk berbagai jenis batuan. Uji uniaksial dapat dilakukan dalam berbagai cara. Tergantung pada arah gayanya batuan dapat diukur kuat tekan, kuat tarik atau kuat gesernya ("shear strength") ASTM menganggap uji kuat tekan sebagai salah satu uji standar. Hal-hal lain yang perlu dilaporkan pada uji batuan adalah: a. Deskripsi litologi batuan. b. Data pengambilan sampel : lokasi, kedalaman dan orientasi, tanggal pengambilan dan pengujian, cara penyimpanan. 6



c. Panjang dan diameter sampel. d. Kelembaban dan tingkat saturasi sampel pada waktu pengujian. e. Kecepatan pembebanan dan deformasi, f. Jenis kekandasan. g. Densitas, porositas dan data fisik sampel lainnya. 3.3.2. Uji laboratorium dan lapangan empirik Salah satu jenis batuan yang dapat dilakukan secara cepat dan akurat adalah “point load index test” karena penggunanya yang luas, maka pembahasan yang cukup detail akan dilakukan disini. “ point load index test” dapat diterapkan langsung pada sampel inti bor. Sampel tersebut ditekan diantara dua titik konis dari pompa hidraulik tangan yang simpel. Sampel sebaiknya mempunyai diameter (D) 54 mm dan panjang >= 2 x diameter. Kuat batuan diekspresikan sebagai “ point load index”, yaitu : Is=



P D2



Dimana :



P = gaya yang dibutuh kan untuk mengkandaskan batuan D = diameter



Dari berbagai percobaan, seperti terlihat pada gambar 10 diperoleh huungan antara Is dan kuat tekanan uniaksial ϑcf ; ϑcf =c Is Dimana c adalah suatu konstanta yang bernilai 24 untuk diameter sampel 54 mm. Hoek dan Bray (1974) menyebutkan harga c = 17,5 untuk diameter 20 mm , 19 untuk 30 mm, 21 untuk 40 mm ,



23 untuk 50 mm dan 24,5 untuk 60 mm. selanjutnya Hoek Dan Bray (1974)



menyatakan bahwa uji batuan hanya dapat dipercaya bila terjadi satu bidang pecah diametal yang mulus pada inti. Bila bidang pecah terjadi pada bidang lain atau terdapat tanda- tanda hancurnya sampel, sebaiknya uji batuan diulangi lagi. Pengukuran sifat batuan dilapangan yang sederhana lainnya adalah “Schmidt Hammer rebound number” (deere dan miller, 1966).



7



Mekanisme operasi alat ini cukup simpel. Sebuah pemukul yang dilepaskan oleh sebuah pegas akan memukul permukaan batuan. Jarak pantulan pemukul terbaca langsung dari suatu skala numerik 0 – 80. Dari percobaan diperoleh kurva kalibrasi yang menghubungkan nilai skala pantulan tersebut terhadap harga kuat tekan batuan seperti terlihat pada gambar 10. “ Schmit Hammer” ini dirancang untuk beroperasi pada permukaan horizontal sehingga koreksi koreksi harus diterapkan untuk permukaan batuan yang tidak horizontal.



Selain itu pula juga



diperhatikan faktor permukaan alat pemukul, permukaan sampel dan kekerasan sampel. Poole dan farmer (1980) berdasarkan data statistik menyarankan paling sedikit dilakukan 5 kali pukulan untuk tiap pengukurann dan diambil nilai tertinggi pada masing masing pengukuran.



8