Triaxial Batuan [PDF]

Citation preview

MV-1



M–V TRIAXIAL BATUAN



5.1



Tujuan Pada pengujian triaksial kali ini ada beberapa tujuan, diantaranya: 1. Dapat menentukan kekuatan batuan pada pembebanan triaksial. 2. Dapat menentukan parameter kekuatan batuan. 3. Untuk mendapatkan nilai kohesi (C), kuat geser dan sudut geser dalam.



5.2



Landasan Teori Uji triaksial merupakan suatu proses untuk menentukan sifat mekanik pada



batuan yaitu saat batuan diberi tekanan pada kondisi pembebanan triaksial. Pada kekuatan batuan sangat berguna untuk parameter pembuatan lubang bukaan bawah tanah. Adapun hasil pengujian dari uji triaksial ini dan juga ada beberapa parameter kekuatan batuan, diantaranya: 1. Strenght envelope (Kurva intristik) 2. 𝜏 – Shear strength (Kuat geser) 3. Kohesi (C) 4. Tegangan Normal (𝜎n) 5. Sudut geser dalam (∅)



Sumber: Joetomo, 2013



Gambar 5.1 Lingkaran Mohr



MV-1



MV-2



Pada pengujian ini memiliki tujuan utama, yaitu untuk menentukan kekuatan dalam mekanika batuan dengan tekanan triaksial. Biasanya pada pengujian ini menggunakan beberapa sampel yang diberi tegangan pemapatan. Namun sampel yang digunakan pada proses ini berbentuk silinder, pengujian yang dilakukan sama dengan kuat tekan. Pengujian ini memiliki parameter yang harus diperhatikan. Ada juga pengujian untuk mengetahui sifat mekanik suatu batuan uji triaksial konvensional. Uji triaksial konvensional merupakan pengujian yang harus memiliki jumlah sampel batuan yang banyak. Sehingga pengujian ini jarang dilakukan oleh beberapa laboratorium. Pada pengujian ini sampel yang harus digunakan minimal lima sampel batuan. Waktu nya cukup lama saat melakukan proses ini, selain itu juga biaya yang dikeluarkannya pun banyak.



Sumber: Joetomo, 2013



Gambar 5.2 Uji Triaksial (Geser)



Alat uji triaksial merupakan alat uji tekan yang dikembangkan pada tahun 1911 oleh Von Karman. Fluida dialirkan menggunakan pompa hidraulik dan juga pompa ini haru dijaga dalam keadaan konstan. Pada dasarnya beban aksial merupakan instrumen utama untuk mengendalikan uji ini. Namun seiring dengan perkembangan jaman, biasanya uji ini dapat dikontrol melalui komputer. Pada dasarnya pengujian triaksial dibagi menjadi tiga macam, diantaranya: 1. Unconsolidated – Undrained Test (UU test) Uji ini biasa dilakukan pada sampel tanah dan juga tidak diperbolehkan untuk perubahan air dalam sampel tanah.



MV-2



MV-3



2. Consolidated – Undrained Test (CU test) Pada uji ini dilakukan tegangan normal dan pada proses ini air dapat digunakanpada sampel tanah. 3. Consolidated – Drained Test (CD test) Pada proses ini air dapat dialrikan pada sampel, seperti pada pengujian yang diatas. Percobaan ini mencakup uji kuat geser untuk tanah berbentuk silinder. Pada pengujian ini menggunakan alat konvensional dengan alat kondisi tanah. Uji triaksial UU adalah uji kompresi triaksial yang tidak terkonsolidasi oleh air. Terdapat pori dan tidak dapat teraliri dengan baik. Adapun garis keruntuhan adalah sebuah kurva yang memotong lingkaran – lingkaran mohr pada kondisi keruntuhan pada sampel yang memiliki tegangan – tegangan yang berbeda. Bidang keruntuhan merupakan bidang dimana kuat geser dari tanah berhubungan dengan kondisi runtuhan. Sudut geser dalam merupakan komponen kuat geser pada tanah. Adapun beberapa aplikasi triaksial batuan dalam dunia pertambangan, bertujuan untuk membuat lubang bukaan dan terowongan. Terdapat beberapa parameter yang menunjukan kekuatan, diantaranya nilai tegangan puncak pada sebuah batuan dan kurva selubung kekuatan pada batuan, dimana akan didapatkan sudut geser dalam, kuat geser batuan dan kohesi.



Sumber: slideus.org Gambar 5.3 Pengujian Triaxial



MV-3



MV-4



Adajuga hal yang memengaruhi pada hasil uji triaksial, diantaranya: 1. Tekanan Pori 2. Tekanan Pemampatan 3. Temperatur 4. Laju Deformasi 5. Anisotropik 6. Bentuk dan dimensi conto batuan



5.3



Alat dan Bahan



5.3.1



Alat Pada praktikum kali ini terdapat alat yang digunakan dalam pengujian kali



ini yang bertujuan agar proses pengujian berlangsung secara maksimal. Dibawah ini merupakan beberapa contoh alat yang digunakan saat praktikum dilakukan, diantaranya: 1. Mesin uji triaksial



Sumber: Hasil kegiatan praktikum PBG kelompok 2



Foto 5.1 Mesin Uji Triaksial



2. Jangka sorong dengan ketelitian 0,01 mm



Sumber: Hasil kegiatan praktikum PBG kelompok 2



Foto 5.2 Jangka Sorong



MV-4



MV-5



3. Rubber jacket



Sumber: Hasil kegiatan praktikum PBG kelompok 2



Foto 5.3 Rubber jacket



4. Bearing plate



Sumber: Hasil kegiatan praktikum PBG kelompok 2



Foto 5.4 Bearing Plate



5. Pompa pembeban hidrolik



Sumber: Hasil kegiatan praktikum PBG kelompok 2



Foto 5.5 Pompa Pembebanan Hidrolik



6. Dial gauge



MV-5



MV-6



Sumber: www.indiamart.com



Foto 5.6 Dial gauge



7. Trixial cell



Sumber: Hasil kegiatan praktikum PBG kelompok 2



Foto 5.7 Trixial Cell



5.3.2



Bahan Pada praktikum geomekanika yang membahas tentang pengujian triaksial



pada batuan, digunakan bahan atau sampel berupa tiga buah spesimen dengan tinggi 2 – 2,5 kali diameter. Spesimen ini biasanya berupa campuran semen dan pasir.



5.4



Prosedur Pada praktikum geomekanika yang membahas tentang trixial batuan.



Sebelum melakukan pengujian, ada prosedur yang harus dilakukan terlebih dahulu, diantaranya: 1. Siapkan sampel batuan terlebih dahulu dengan ukuran standar ISRM. 2. Selanjutnya, masukkan sampel kedalam rubber jacket yang bertujuan untuk mencegah masuknya fluida pemapatan kedalam sampel batuan. Tujuan dimasukkan sampel ke dalam silinder besi untuk menahan tegangan pemapatan yang diberikan kepada sampel.



MV-6



MV-7



3. Lalu, masukkan fluida (air atau oli) diantara rubber jacket dengan silinder besi untuk memberikan tekanan pemapatan (σ3). Kemudian, tutup oleh plat dan dipasangkan di mesin uji triaksial. 4. Letakkan sampel diantara plat baja dan diatur agar tepat dengan plat form penekan alat, kemudian mesin dinyalakan sehingga sampel berada ditengah – tengah plat baja. Perhatikan spesimen telah menyentuh plat baja tersebut. 5. Usahakan tegangan konstan saat melakukan pengujian. 6. Skala pengukuran beban harus ditetapkan pada keadaan netral (nol). 7. Baca jarum penunjuk pembebanan pada axial dial gauge setiap kenaikkan beban 250 kg dan juga catat hasil pengukuran. 8. Pembebanan dilakukan sedikit demi sedikit hingga sampel pecah. 9. Pembebanan dihentikan setelah sampel mengalami pecah dan hasilnya dibuat sketsa bentuk pecah dan juga cata sudut pecahnya.



Sumber: data hasil praktikum GEOMEK, kelompok



5.5



Rumus Rumus yang digunakan pada pengujian triaksial batuan, diantaranya: 1. Regangan Axial



𝜀a =



∆𝐿 𝐿𝑜



.........................................................(5.1)



MV-7



MV-8



2. Tegangan Axial



𝜎1 = m + 𝜎3 ...................................................(5.2) 3. Tegangan Diameteral



𝜎1 - 𝜎3 =



𝑚𝑛+𝑚𝑛−1 𝐴𝑜



.............................................(5.3)



4. Tegangan Normal



𝜎n =



𝜎1+ 𝜎3 max 2



.................................................(5.4)



5. Tegangan Geser



𝜏 = 𝐶 + 𝜎n tan ∅ .................................................(5.5) Keterangan:



5.6



𝜀a



= Regangan aksial



∆𝐿



= Perpendekan aksial (cm)



Lo



= Tinggi awal (cm)



m



= Beban (kg)



𝜎1



= Tegangan Axial (Mpa)



𝜎3



= Tegangan samping (Mpa)



𝜎1 - 𝜎3



= Tegangan Diameteral (Mpa)



Ao



= Luas sampel (cm2)



𝜎n



= Tegangan Normal (Mpa)



𝜏



= Tegangan geser (Mpa)



C



= Kohesi



∅



= Sudut geser dalam



Hasil Pengamatan Pada praktikum kali ini, didapatkan hasil pengamatan dari proses pengujian, diantaranya: Table 5.1 Data Triaxial test



Time 0 0.5 1 1.5



Load 0 252 513 750



σ3 10 10 10 10



∆L Diameteral Strain ( σ1 - σ3 ) 0 0 114 0.1144806544 210 0.347530558 235 0.573766137



MV-8



MV-9



2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 10.5 11



1007 1278 1507 1783 2021 2250 2520 2834 3026 3309 3555 3789 4058 4282 4508 4837 5020 5296 5453



10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10



248 255 259 262 264 266 270 277 283 288 294 300 305 311 319 329 338 372 430



0.7981845627 1.038048791 1.265192947 1.494608544 1.728112736 1.940265377 2.166955244 2.432259618 2.662129503 2.877916451 3.118234968 3.336293357 3.564800377 3.788764515 3.993194255 4.245324268 4.477919883 4.686438218 4.883145056



Sumber: data hasil praktikum GEOMEK, kelompok 2



Table 5.2 Data Triaxial test



σ1 1 1.114480654 1.347530558 1.573766137 1.798184563 2.038048791 2.265192947 2.494608544 2.728112736 2.940265377 3.166955244 3.432259618 3.662129503 3.877916451 4.118234968 4.336293357 4.564800377 4.788764515



σn 2.9415725 2.9415725 2.9415725 2.9415725 2.9415725 2.9415725 2.9415725 2.9415725 2.9415725 2.9415725 2.9415725 2.9415725 2.9415725 2.9415725 2.9415725 2.9415725 2.9415725 2.9415725



MV-9



axial strain 0 0.01104651163 0.02034883721 0.02277131783 0.02403100775 0.02470930233 0.02509689922 0.0253875969 0.02558139535 0.0257751938 0.0261627907 0.02684108527 0.02742248062 0.02790697674 0.02848837209 0.02906976744 0.02955426357 0.03013565891



MV-10



4.993194255 5.245324268 5.477919883 5.686438218 5.883145056



2.9415725 2.9415725 2.9415725 2.9415725 2.9415725



0.03091085271 0.03187984496 0.03275193798 0.03604651163 0.04166666667



Sumber: data hasil praktikum GEOMEK, kelompok 2



Table 5.2 Data Triaxial test



diameter 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5



length 103.2 103.2 103.2 103.2 103.2 103.2 103.2 103.2 103.2 103.2 103.2 103.2 103.2 103.2 103.2 103.2 103.2 103.2 103.2 103.2 103.2 103.2 103.2



area 2201.245279 2201.245279 2201.245279 2201.245279 2201.245279 2201.245279 2201.245279 2201.245279 2201.245279 2201.245279 2201.245279 2201.245279 2201.245279 2201.245279 2201.245279 2201.245279 2201.245279 2201.245279 2201.245279 2201.245279 2201.245279 2201.245279 2201.245279



Sumber: data hasil praktikum GEOMEK, kelompok 2



5.7



Pengolahan Data Pada praktikum kali ini terdapat beberapa pengolahan data yang dilakukan



dengan menggunakan rumus yang telah ditentukan dan bertujuan untuk mengetahui beberapa parameter dari suatu batuan. Dibawah ini merupakan hasil dari pengolahan data, diantaranya: 1. LT / TRI – G1 / Shift I / Kel 2 / 2018 Diameter



= 5,293 cm



MV-10



MV-11



Tinggi



= 10, 17 cm



Luas



=



1 4



. 𝜋 . d2



1 22 4



.



7



. (5,293)2



= 22,0124 cm2 a) Regangan Axial



𝜀a = 𝜀0



=



0 10,32



∆𝐿 𝐿𝑜



x 0,01



x 0, 01



=0 𝜀 252 =



114 10,32



x 0, 01



= 0,1104



𝜀 513



=



210 10,32



x 0, 01



= 0,2034



𝜀 750



=



0235 10,32



x 0, 01



= 0,022771



𝜀 1007



=



248 10,32



x 0, 01



= 0,024031



𝜀 1278



=



0 10,32



x 0, 01



= 0,024709 b) Tegangan Axial



𝜎 1 = 𝜎 3 + ( 𝜎 1 - 𝜎 3) 𝜎0



= (10 x 0, 1) + 0 =1+0 = 1 Mpa



𝜎252



= (10 x 0, 1) + 0,114481 = 1 + 0,114481 = 1,114481 Mpa



MV-11



MV-12



𝜎513



= (10x 0, 1) + 0,347531 = 1 + 0,347531 = 1,347531 Mpa



𝜎750



= (10 x 0, 1) + 0,573766 = 1 + 0,573766 = 1,0573766 Mpa



𝜎1007 = (10 x 0, 1) + 0,798185 = 1 + 0,798185 = 1,798185 Mpa



𝜎1278 = (10 x 0, 1) + 1,038049 = 1 + 1,038049 = 2,038049 Mpa c) Tegangan Diameteral



𝜎1 - 𝜎3 = 𝜎1 - 𝜎3 252



252+0 =



2201,245



= 0,114481



𝜎1 - 𝜎3 513



2201,245



2201,245



2201,245



798185 Mpa 0+0



=



2201,245



= 1,038049



𝜎1 - 𝜎3 1507



Mpa



0+0 =



= 0,



𝜎1 - 𝜎3 1278



Mpa



0+0 =



= 0,573766



𝜎1 - 𝜎3 1007



Mpa



513+252 =



= 0,347531



𝜎1 - 𝜎3 750



𝑚𝑛+𝑚𝑛−1



Mpa



0+0 =



2201,245



= 1,265193



Mpa



MV-12



𝐴𝑜



MV-13



d) Tegangan Normal



𝜎n = 𝜎0



𝜎1+ 𝜎3 max 2



(10 𝑥 0,1)+ 4,883145



=



2



= 2,941573 Mpa 2. LT / TRI – 2 / Shift I / Kel 2 / 2018 Diameter



= 5,2 cm



Tinggi



= 10, 17 cm



Luas



=



1 4



. 𝜋 . d2



1 22 4



.



7



. (5, 12)2



= 21, 245 cm2



a) Regangan Axial



𝜀a = 𝜀0



=



0 101,7



∆𝐿 𝐿𝑜



x 0, 01



=0 𝜀 221 =



165 101,7



x 0, 01



= 0,016224



𝜀 358



=



440 101,7



x 0, 01



= 0,043264



𝜀 837



=



560 101,7



x 0, 01



= 0,055063



𝜀 1262



=



588 101,7



x 0, 01



= 0,055063



𝜀 1599



=



0595 101,7



x 0, 01



= 0,058505



MV-13



MV-14



b) Tegangan Axial



𝜎 1 = 𝜎 3 + ( 𝜎 1 - 𝜎 3) 𝜎0



= (20 x 0, 1) + 0 =2+0 = 2 Mpa



𝜎221



= (20 x 0, 1) + 0,104024 = 2 + 0,104024 = 2,104024 Mpa



𝜎358



= (20x 0, 1) + 0,272535 = 2 + 0,272535 = 2,272535 Mpa



𝜎837



= (20 x 0, 1) + 0,562485 = 2 + 0,562485 = 2,562485 Mpa



𝜎1262 = (20 x 0, 1) + 0,987997 = 2 + 0,987997 = 2,987997 Mpa



𝜎1599 = (20 x 0, 1) + 1,34667 = 2 + 1,34667 = 3,34667 Mpa c) Tegangan Diameteral



𝜎1 - 𝜎3 = 𝜎1 - 𝜎3 0



0+0 =



2124,5



=0



𝜎1 - 𝜎3 221



Mpa



221+0 =



2124,5



= 0,10402



𝜎1 - 𝜎3 358



𝑚𝑛+𝑚𝑛−1



Mpa



358 +221 =



2124,5



= 0,272535



Mpa



MV-14



𝐴𝑜



MV-15



𝜎1 - 𝜎3 837



837+358 =



2124,5



= 0,



𝜎1 - 𝜎3 1262



562485 Mpa



1262+837 =



2124,5



= 0,987997



𝜎1 - 𝜎3 1599



Mpa



1599+1262 =



2124,5



= 1,34667



Mpa



d) Tegangan Normal



𝜎n = 𝜎0



𝜎1+ 𝜎3 max 2



(20 𝑥 0,1)+ 5,135797



=



2



= 3,567899 Mpa 3. LT / TRI – G3 / Shift I / Kel 2 / 2018 Diameter



= 5,34 cm



Tinggi



= 10,53 cm



Luas



=



1 4



. 𝜋 . d2



1 22 4



.



7



. (5,34)2



= 22, 405 cm2 a) Regangan Axial



𝜀a = 𝜀0



=



0 105,3



∆𝐿 𝐿𝑜



x 0, 01



=0 𝜀 266 =



93 105,3



x 0, 01



= 0,008831



𝜀 520



=



136 105,3



x 0, 01



= 0,012915



MV-15



MV-16



𝜀 764



=



177 105,3



x 0, 01



= 0,016809



𝜀 1047



=



588 105,3



x 0, 01



= 0,021367



𝜀 1334



=



235 105,3



x 0, 01



= 0,022317 b) Tegangan Axial



𝜎 1 = 𝜎 3 + ( 𝜎 1 - 𝜎 3) 𝜎0



= (30 x 0, 1) + 0 =3+0 = 3 Mpa



𝜎266



= (30 x 0, 1) + 0,118723 = 3 + 0,118723 = 3,118723Mpa



𝜎520



= (30x 0, 1) + 0,350815 = 3 + 0,350815 = 3,350815 Mpa



𝜎764



= (30 x 0, 1) + 0,573086 = 3 + 0,573086 = 3,573086Mpa



𝜎1047 = (30 x 0, 1) + 0,808302 = 3 + 0,808302 = 3,808302 Mpa



𝜎1334 = (30 x 0, 1) + 1,062709 = 3 + 1,062709 = 4,062709 Mpa c) Tegangan Diameteral



𝜎1 - 𝜎3 =



𝑚𝑛+𝑚𝑛−1



MV-16



𝐴𝑜



MV-17



𝜎1 - 𝜎3 266



266 + 0 =



2240,5



= 0,18723



𝜎1 - 𝜎3 520



Mpa



520+266 =



2240,5



= 0,350815



𝜎1 - 𝜎3 764



Mpa



764 +520 =



2240,5



= 0,573086



𝜎1 - 𝜎3 1047



1047+764 =



2240,5



= 0,



𝜎1 - 𝜎3 1334



808302Mpa



1334+1047 =



2240,5



= 1,062709



𝜎1 - 𝜎3 1670



Mpa



Mpa



1670+1334 =



2240,5



= 1,340772



Mpa



d) Tegangan Normal



𝜎n = 𝜎0



=



𝜎1+ 𝜎3 max 2



(30 𝑥 0,1)+ 6,196831 2



= 4,598416 Mpa



Sumber: data hasil praktikum GEOMEK, kelompok 2



Gambar 5.3 Lingkaran Moh



MV-17



MV-18



5.8



Analisa Pada praktikum geomekanika yang membahas tentang triaxial batuan



memiliki tahapan yang sedikit rumit dalam melakukan pengujiannya. Adapun kendala saat melakukan pengujian, seperti saat melakukan pengisian fluida cair (oli) diantara rubber jacket dan silinder besi, takaran yang berlebihan maupun kekurangan



saat



memengaruhi



proses



pengujian.



Pada



pengujian



ini



menggunakan oli dibandingkan air, dikarenakan oli memiliki viskositas yang tinggi, sehingga tekanan yang diberikan oleh alat tidak terlalu besar. Sedangkan pada air memiliki viskositas yang rendah, sehingga tekanan yang diberikan akan sangat besar. Pada pengujian jika didapati sampel saat ditekan mudah cepat, maka kedua ujung sampel memiliki permukaan yang tidak rata, sehingga distribusi gaya yang diberikan memusat pada satu titik saja. Oleh karena itu sampel akan mudah hancur, pada permukaan yang tidak rata.



5.9



Kesimpulan Pada dasarnya uji triaksial merupakan suatu proses untuk menentukan



sifat mekanik pada batuan yaitu saat batuan diberi tekanan pada kondisi pembebanan triaksial. Pada kekuatan batuan sangat berguna untuk parameter pembuatan lubang bukaan bawah tanah. Dari praktikum kali ini dapat diambil kesimpulan, diantaranya: 1. Tujuan mengetahui kekuatan batuan, berhubungan dalam pembuatan trowongan. Hal ini sangat penting agar trowongan yang dibangun tidak roboh. 2. Dalam dunia pertambangan sangat berguna untuk metoda penambangan bawah tanah (underground mining), kekuatan batuan sangat penting sebagai parameter utama pembuatan lubang bukaan (shaft). 3. Setiap batuan yang diuji memiliki karakteristik yang berbeda, hal ini untuk menjadi kan pembanding antara batuan dengan kekuatan yang besar atau sebaliknya.



MV-18



MV-19



DAFTAR PUSTAKA



1.



Anonim, 2016, “PENGUJIAN GESER TRIAXIAL”. Diakses pada tanggal 11 Maret 2018, pada pukul 18:00 wib.



2.



Joetomo, 2013, “UJI TRIAKSIAL”. Diakses pada tanggal 11 Maret 2018, pada pukul 18:15 wib.



3.



Syukran, 2015, “UJI TRIAKSIAL”. Diakses pada tanggal 11 Maret 2018, pada pukul 19:00 wib.



MV-19



MV-20



LAMPIRAN



MV-20



MV-21



MV-21