Laporan Praktikum Sifat Fisik, Mekanik Dan Dinamik Batuan [PDF]

Citation preview

LAPORAN PRAKTIKUM MEKANIKA BATUAN



UJI SIFAT FISIK DAN UJI SIFAT MEKANIK BATUAN



Oleh : Nama



: Azriel Hidayatullah



NIM



: 191910901021



Kelompok/ Kelas



: - /Mekanika Batuan A



LABORATORIUM GEOMEKANIK DAN VENTILASI TAMBANG JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS JEMBER 2021



I.



JUDUL Uji Sifat Fisik dan Uji Sifat Dinamik Batuan



II. TUJUAN Tujuan dilakukannya praktikum Uji Sifat Fisik dan Uji Sifat Dinamik Batuan ini adalah sebagi berikut: 1. untuk mendapatkan sifat-sifat fisik batuan di laboratorium dengan peralatan yang tersedia. 2. Untuk mengukur cepat rambat gelombang ultrasonik pada contoh batuan yang biasanya dilakukan sebelum uji UCS. 3. Untuk menentukan modulus elastisitas dinamik (E).



III. PENDAHULUAN 3.1 Tinjauan Pustaka Batuan yang terpapar di alam sering disebut sebagai masa batuan. Masa batuan terdiri dari kumpulan batuan utuh. Informasi detail dari formaasi batuan target sangat diperlukan dalam keberhasilan mengenai permasalahan geoteknik. Contoh batuan utuh baik inti batuan maupun bongkah batuan utuh yang diperoleh dari massa batuan tentunya dapat memberikan informasi kritikal yang kualitasnya ditentukan oleh berbagai faktor 3.2.1 Bobot Isi Bobot isi adalah sebuah perbandingan antara masa batuan terhadap volume total batuan tersebut. Batuan tidak hanya tersusun oleh masa padat, tapi juga mengandung air dan gas. Bobot isi dibedakan menjadi tiga yaitu : 1. Bobot isi natural (natural density) Bobot ini menyatakan perbandingan antara massa batuan pada kondisi natural terhadap volume total batuan. Bobot isi natural =



(2.1)



2. Bobot isi kering (dry density) Bobot ini menyatakan perbandingan antara massa batuan pada kondisi kering terhadap volume total batuan. Bobot isi kering =



(2.2)



3. Bobot isi jenuh (saturated density) Bobot ini menyatakan perbandingan antara massa batuan pada kondisi jenuh terhadap volume total batuan. Bobot isi jenuh =



(2.3)



3.2.2 Berat Jenis Berat jenis merupakan perbandingan antara bobot isi padatan pada batuan dengan bobot isi air yang dapat menyatakan seberapa berat batuan apabila dibandingkan dengan air. Berat jenis dibedakan menjadi dua, yaitu : 1. Berat jenis asli (true spesific gravity) Berat jenis yang menyatakan berat jenis sebenarnya dari batuan karena merupakan perbandingan antara bobot isi padatan pada batuan dengan bobot isi air. Bobot jenis asli =



(2.4)



2. Berat jenis semu (apparent specific gravity) Berat jenis semu merupakan perbandingan antara bobot isi batuan pada kondisi kering dengan bobot air. Berat jenis semu serupa dengan bobot isi kering batuan. Bobot jenis semu =



(2.5)



3.2.3 Kadar Air Kadar air merupakan perbandingan antara massa dalam batuan dengan massa total batuan. Kadar air dibedakan menjadi dua, yaitu : 1. Kadar air asli (natural water content) Perbandingan antara massa air pada kondisi batuan natural terhadap massa padatan dalam batuan. Kadar air asli =



(2.6)



2. Kadar air jenuh (saturated water content) Perbandingan antara massa air pada kondisi jenuh terhadap massa padatan dalam batuan. Kadar air jenuh =



(2.7)



3.2.4 Derajat Kejenuhan Derajat kejenuhan merupakan perbandingan dantara kadar air natural dengan kadar air jenuh. Derajat kejenuhan =



(2.8)



3.2.5 Porositas Porositas merupakan perbandingan antara volume pori yanga ada pada batuan terhadap volume total batuan. Porositas =



(2.9)



3.2.6 Angka Pori Angka pori merupakan perbandingan antara volume pori yang ada dalam batuan terhadap volume padatan dalam batuan. Angka pori =



(2.10)



3.2.7 Modulus Elastis Modulus elastisitas adalah ukuran kemampuan batuan untuk mempertahankan kondisi elatisnya.



E=



(2.10)



Menentukan modulus elastisitas ada 3 cara yakni : 1. Modulus elastisitas sekan, yang diukur dari tegangan = 0 sampai nilai tegangan tertentu. Biasanya 50%



.



2. Modulus elastisitas tangen, yang diukur dari tegangan = 0 sampai nilai tegangan tertentu. Biasanya 50%



.



3. Modulus elastisitas rata rata, yang diukur dari rata rata kemiringan kurva atau bagian linier yang terbesar dari kurva yaitu closing crack hingga tegangan sebesar



.



3.2.8 Uji Point Load Uji ini dilakukan untuk mengetahui kekuatan dari sample batuan secara tak langsung dilapangan. Sampel batuan dapat berbentuk silinder atau irregular 3.2.9 Uji Kuat Tekan Uji ini menggunakan mesin tekan (compression machine) untuk menekan sampel batuan dari satu arah (uniaxial). Penyebaran tegangan di dalam sampel batuan secara teoritis adalah searah dengan gaya yang dikenakan pada sampel 3.2.10 Uji Dinamik Uji cepat rambat gelombang ultrasonik merupakan uji sifat dinamik batuan yang bersifat non-destruktif. Gelombang ultrasonik termasuk dalam kelompok getaran mekanik yang melibatkan gaya-gaya mekanik selama melakukan penjalaran dalam suatu medium. Fenomena ini terlihat pada perubahan panjang gelombang, jika gelombang tersebut dijalarkan pada medium yang berbeda elstisitasnya.



Parameter yang didapat pada uji ini adalah cepat rambat gelombang ultrasonik yang merambat melalui contoh batuan. Pada uji ini, waktu tempuh gelombang yang merambat melalui contoh batuan diukur dengan menggunakan Portabel Unit NonDestructive Digital Indicated Tester (PUNDIT). Kecepatan rambat gelombang ultrasonik ditentukan melalui persamaan berikut : =



(2.10)



Keterangan : : Panjang contoh batuan yang diuji (m) : Waktu tempuh gelombang ultrasonik yang merambat melalui contoh batuan (detik) : Cepat rambat gelombang ultrasonik (m/detik).



IV. METODOLOGI PERCOBAAN 4.1. Alat dan bahan 4.1.1 Alat - Bak Air - Desikator - Jangka sorong - Oven -



Point load tester



- Pompa - Portable Unit Non-destructive Digital Indicated Tester (PUNDIT) - Timbangan 4.1.2 Bahan - Air - Batuan Diametrikal - Batuab Iregular - Vaselin



4.2



Skema Kerja



4.2.1 Menentukan Sifat Fisik Batuan Batuan - Disiapkan batuan yang akan dipreparasi - Ditimbang berat batuan natural : Wn - Dimasukkan batuan ke dalam desikator - Disiapkan desikator yang dibersihkan kemudian bibir ditutup diolesi vaselin - Dimasukkan batuan ke dalam desikator dengan hati-hati - Diisi desikator dengan air hingga penuh dan udara dalam desikator dihisap dengan batuan pompa vakum sampai tidak ada gelembung udara yang keluar dari batuan - Ditimbang berat batuan jenuh : Ww, (setelah contoh batuan dijenuhkan dengan air di dalam desikator yang hampa udara selama 24 jam) - Ditimbang berat batuan jenuh tergantung di dalam air : Ws - Ditimbang berat batuan kering : Wo,(Setelah contoh batuan dikeringkan di dalam oven selama 24 jam pada temperatur oven  105C) Hasil



4.2.2 Menentukan Sifat Mekanik Batuan Batuan - Disiapkan untuk praktikum - Ditempatkan diantara konus penekan dengan posisi diametrical - Diatur konus sampai menjepit batu - Dikalibrasi alat pengukur beban dalam keadaan nol dan saat keadaan peak - Diukur jarak antara kedua konus penekan sebelum pengujian - Ditambah tekanan pada konus secara konstan hingga batuan failure - Dicatat beban maksimum saat failure - Diukur jarak antara kedua konus setelah pengujian Hasil 4.2.3 Menentukan Sifat Dinamik Batuan Portable Unit Non-destructive Digital Indicated Tester - Disiapkan alat uji yaitu Portable Unit Non-destructive Digital Indicated Tester (PUNDIT) - Dikoreksi kalibrasi waktu perambatan pada PUNDIT - Dilumasi permukaan dan bawah material kalibrasi agar seluruh permukaan mengalami kontak yang merata dengan transducer - Diletakkan material yang sudah diketahui waktu perambatan gelombang sekundernya diantara transducer - Diukur waktu perambatan gelombang sekunder batuan. - Ditempatkan batuan diantara transducer - Diberikan beban rendah pada transducer penerima - Dihidupkan PUNDIT dan catat waktu perambatan gelombang sekunder pada display ( sec) Hasil



4.3 Prosedur Kerja 4.3.1 Menetukan Sifat Fisik Batuan Perocabaan pertama adalah mentukan diameter serta panjang batuan diametrikal dan batuan iregular dengan menggunakan jangka sorong. Pengukuran dilakukan sebanyak tiga kali pada masing-masing batuan. Percobaan



kedua



yaitu



menimbang



batuan



menggunakan



timbangan.



Penimbangann batuan dibagi menjadi empat. Pertama, menimbang berat batuan natural (Wn). Kedua, menimbang berat batuan jenuh (Ww), yaitu batuan yang telah direndam air pada desikator yang kedap udara selama 24 Jam. Ketiga, menimbang batuan jenuh tergantung di dalam air (Ws). Keempat, menimbang menimbang batuan kering (Wo) yang telah dioven selama 24 jam dengan suhu 100C 4.3.2 Menentukan Sifat Mekanik Batuan dengan Uji Kuat Tekan Percobaan ini menggunakan alat yang bernama Point Load. Tahap pertama yang dilakukan iala membuka kunci hidrolik, lalu meletakkan sampel batuan diantara konus atas dan konus bawah. Selanjutnya mengunci hidrolik dan memompa hingga menjepit sampel (pastikan tepat pada bagian tengah sampel) lalu catat konus awalnya. Pompa hidrolik hingga sampel batuan pecah dan catat konus akhirnya. 4.3.3 Menentukan Sifat Dinamik Batuan dengan Uji Gelombang Percobaan ini menggunakan alat Portable Unit Non-destructive Digital Indicated Tester atau bisa disebut PUNDIT. Pertama lakukan kalibrasi pada alat. Kedua lumasi permukaan dan bawah material kalibrasi agar mengalami kontak dengan transducer. Ditempatkan batuan diantara transducer dan diberikan beban rendah terlebih dahulu, lalu dinyakan PUNDIT dan dicatat perambatan gelombangnya.



V.



DATA DAN PERHITUNGAN 5.1. Data 5.1.1 Menentukan Diameter Sempel Batuan Diametrikal Pengukuran Diameter Sampel Batuan Diametrikal Percobaan 1 29.6 mm Percobaan 2 29.7 mm Percobaan 3 29.5 mm Rata-rata 29.6 mm 5.1.2 Menentukan Panjang Sampel Batuan Diametrikal Pengukuran Panjang Sampel Batuan Diametrikal Percobaan 1 59.3 mm Percobaan 2 60.1 mm Percobaan 3 59.8 mm Rata-rata 59.73 mm 5.1.3 Menentukan Diameter Sampel Batuan Ireguler Pengukuran Diameter Sampel Batuan Iregular Percobaan 1 32.1 mm Percobaan 2 33.5 mm Percobaan 3 31.9 mm Rata-rata 32.5 mm 5.1.4 Menentukan Panjang Sempel Batuan Iregular Pengukuran Diameter Sampel Batuan Iregular Percobaan 1 64.2 mm Percobaan 2 66.9 mm Percobaan 3 65.9 mm Rata-rata 65.67 mm



5.1.5 Menentukan Massa Sampel Batuan Diametrikal Pengukuran Massa Sampel Batuan Wn (Asli) Wo (Oven) Diametrikal Ww (Jenuh) Ws (Tergantung)



100 gr 89 gr 120 gr 105 gr



5.1.6 Menentukan Pengujian Mekanik dengan PLI Pengujian Mekanik dengan PLI Konus Awal Konus Akhir Skala Terbaca di PLI



43 mm 39 mm 24.11



5.1.7 Menetukan Uji Dinamik Percobaan 1 Percobaan 2 Percobaan 3 Rata-rata Percobaan 1 Percobaan 2 Percobaan 3 Rata-rata



Uji Dinamik 10.1 mS 11.2 mS 10.5 mS 10.6 mS 7.1 mS 8.2 mS 7.5 mS 7.6 mS



Gelombang primer



Gelombang sekunder



5.2 Perhitungan 5.2.1 Uji Sifat Fisik Batuan Perhitungan yang dilakukan pada percobaan uji fisik batuan ini adalah sebagai berikut: a. Natural Density Bobot isi natural



= = =



b. Dry Density Bobot isi kering



= = =



c. Saturated Density Bobot isi jenuh



= = =



d. Apparent Specific Gravity Bobot jenis semu



= = =



e. True Specific Gravity Bobot jenis asli



= = =



f. Natural Water Content Kadar air asli



= = =



g. Saturated Water Content Kadar air jenuh



= = =



h. Degree of Saturation Derajat kejenuhan



= = =



i. Porositas (n) Porositas



= = =



j. Void Ratio (c) Angka pori



= = =



5.2.2 Perhitungan Penentuan Sifat Mekanik Batuan Perhitungan penentuan sifat mekanik batuan ini ialah sebagai berikut: a. Indeks Point Load Is



= = = 1,51



b. Kuat Tekan



σc



= 23 x Is = 23 x 1,51 = 34,73



5.2.3 Perhitungan Penentuan Sifat Dinamik Batuan a. Kecepatan rambat gelombang primer ( ) i.



=



= = 2.79 mm/mS b. Kecepatan rambat gelombang sekunder ( ) i.



= = = 3.89 mm/mS c. Modulus kekakuan dinamik (modulus geser)



=



i.



= 2.3



3.89 2



= 3,48 x 10-4 kg/cm2 d. Nisbah Poisson ( )



=



i.



= 1,53 mm/mS e. Modulus Young Dinamik i. =



= 8,02 x 10-4



f. Konstanta Lame



λ



i.



= ρ. = 2,3 ( 2792,452 – 2 x 3894,732) = - 1,15 x 10-3



g. Modulus Ruah i.



= = - 4,27 x 10-2 kg/cm2



VI. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil



Lokasi



Indeks Point Load



Kuat Tekan 34.73



%



%



Void Ratio



Gravity



Jenis Batuan



1.51



35.5 206.67 -1.94



kg/cm2



2,79



3,89



3,48 x 10-4



kg/cm3 1,53



8,02 x 10-4



K



mm/mS



λ



mm/mS



v



Tabel Hasil Penentuan Sifat Dinamik Batuan



G



Y



34.83



Y



Vs



Lokasi



X



12.36



X



Vp



Jenis Batuan



6.1.3.



%



Porositas



Tabel Hasil Uji Mekanik Batuan



-5.56



%



Degree of Saturation



6.1.2.



5.93



Content



8



Saturated Water



5.93



Content



6.67



Natural Water



g/cm3



True Specific



g/cm3



Gravity



Saturated Density



g/cm3



Apparent Specific



Dry Density



Y



Tabel Hasil Uji Fisik Batuan



Natural Density



X



Lokasi



Jenis Batuan



6.1.1.



E



6.1.



kg/cm3 -1,15 x 10-3



-4,27 x 10-2



6.2.



Pembahasan 6.2.1.



Uji Sifat Fisik Batuan Pada percobaan ini dilakukan pengukuran panjang dan diameter dari kedua sampel batuan (Diametrikal dan Iregular). Pada batuan diametrikal telah nampak jelas bagian panjang dan diemeternya, namun pada batuan iregular panjang merupukan bagian terpanjang dari batu itu senidiri dan untuk diameternya merupakan lebar dari batuan tersebut. Pengukuran dilakukan sebanyak tiga kali pada masing masing bagian sehingga didapat 29.6 mm dan 59.73 mm untuk rata-rata diameter dan rata-rata panjang batuan diametrikal. Batuan iregular sendiri memiliki lebar rata-rata 32.5 mm dan



65.67mm



untuk



rata-rata



panjangnya.



Perhitungan



tersebut



menggunakan jangka sorong dengan menggunkan ketelitian 0.1 mm. Perlakuan kedua ialah mengukur massa asli batuan (Wn), massa kering batuan (Wo), massa jenuh batuan (Ww) dan massa tergantung batuan (Ws). Data hasil pengukuran digunkan untuk mengukur natural density, dry density, saturated density, apparent specific gravity, true specific gravity, true specific gravity, natural water content, saturated water content, degree of saturation, porositas dan void ratio. Perhitungan dilakukan sesui dengan rumus yang terlampir diatas dan didapat masing-masing 6.67 g/cm3; 5.93 g/cm3 ; 8 g/cm3; 5.95; -5.56; 12.36%; 34.83%; 35.5%; 206.67% dan -1.94. Pada percobaan ini terdapat hasil dari pengukuran pirositas. Porositas adalah kemampuan untuk menyerap fluida pada batuan atau formasi atau ruangruang yang terisi oleh fluida di antara zat-zat padat atau mineral pada suatu batuan.Pada praktikum kali ini batuan jenuh memiliki massa lebih besar daripada batuan asli, batuan yang telah di oven, dan batuan tergantung. Hal ini dikarenakan batuan jenuh dibiarkan menyerap zat fluida lebih besar sebagai bahan perbandingan dengan batu lainnya. Dengan melakukan pengujian tentang sifat fisik batuan dapat diketahui jenis dari batuan tersebut.



6.2.2.



Uji Sifat Mekanik Batuan Percobaan yang dilakukan pada uji mekanik ini ialah dengan menepit atau menekan batuan pada konus atas dan bawah di Point load test hingga batuan pecah. Tujuan dari percobaan ini untuk mengetahui kuat tekan pada sampel batuan



tersebut.



Uji



mekanik



(tekan)



ini



menunjukkan



seberapa



berpengaruhnya luasan dari batuan terhadap beban tekanannya. Hasil yang didapat dalam praktikum uji coba mekanik didapat nilai indeks point load sebesar 1,51 dengan kuat tekanan sebesar 34,73 6.2.3.



Uji Sifat Mekanik Batuan Percobaan ini bertujuan untuk memperoleh suatu gambaran sifat dinamik gelombang pada satuan batuan. Alat yang digunakan pada percobaain ini adalah Portable Unit Non-destructive Digital Indicated Tester atau bisa disebut PUNDIT. Prinsip dari alat ini ialah kecepatan rambat gelombang yang melalui sampel batuan yang bergantung pada sifat-sifat elastik sampel batuan. PUNDIT dapat mengatahui kondisi bagian permukaan dan bagian dalam sampel batuan serta juga dapat memberikan informasi mengenai nilai kuat tekan sampel batuan dengan cara kerja sebuah sinyal getaran longitudinal yang dihasilkan transduser elektro akustik, yang dibuat dengan cara kontak dengan permukaan sampel batuan yang akan di uji, ketika sinyal ditransmisikan



dari



transducer



melalui



permukaan



sampel



batuan



menggunakan cairan penghubung seperti minyak atau pasta selulosa, sampel batuan mengalami berbagai refleksi pada material-material yang berbeda didalamnya. Sebuah sistem yang lengkap dari perkembangan gelombang tegangan, termasuk didalamnya gelombang longitudinal dan gelombang geser dan merambat melalui sampel batuan. Gelombang pertama yang ditangkap oleh tranduser penerima yaitu gelombang longitudinal, dan dikonversi menjadi sinyal elektrik oleh transduser kedua. Hasil yang didapat dari percobaan ini adalah kecepatan rambat dan panjang gelombang primer serta gelombang sekunder pada sampel batuan.



VII.KESIMPULAN Berdasarkan praktikum yang telah dilakukan ini, dapat ditarik kesimpulan yaitu: 1. Sifat fisik batuan dapat diketahui dengan mengukur dimensi dan massa dari batuan tersebut. Data yang diperoleh dapat digunakan untuk mengukur pirositas serta void ratio. 2. Sifat mekanik batuan dapat diuji dengan point load guna mengetahui indeks point load serta kuat tekannya. 3. Sifat dinamik pada batuan dapat diketahui dengan mengukur waktu perambatan gelommbang ultrasonic pada batuan. Besar nilai yang didapatkan dari pengukuran dipengaruhi oleh rongga atau porositas dari batuan itu sendiri.



DAFTAR PUSTAKA Rai, M.A., Kramadibrata, S., dan Wattimena, R.K. 2010. Mekanika Batuan. Bandung: Laboratorium Geomekanika dan Peralatan Tambang Institut Teknologi Bandung.