BAB III DASAR TEORI
HASIL PENELITIAN
4.1 Kegiatan Laboratorium
Analisis kestabilan lereng dengan metode kesetimbangan batas, diperlukan data sifat fisik dan sifat mekanik material. Pengujian sifat fisik dilakukan untuk mendapatkan parameter bobot isi jenuh (γsat),bobot isi asli (γnat) dan bobot isi kering (γdry). Pengujian sifat mekanik diperlukan untuk mendapatkan parameter nilai kohesi (c) dan sudut geser dalam ().
4.1.1 Uji sifat fisik (physical properties test)
Penentuan sifat fisik bertujuan untuk kepentingan penelitian karakteristik batuan. Conto batuan dalam pengujian ini bisa berupa batuan utuh dari lapangan, berupa bongkah batuan maupun berbentuk inti silinder yang didapat dari hasil pengeboran dengan mata bor.
Pengujian sifat fisik merupakan pengujian yang tidak merusak perconto atau bersifat non destructive test. Pengujian sifat fisik bertujuan untuk mendapatkan nilai bobot isi baik pada kondisi kering, natural maupun jenuh. Hal ini dilakukan untuk mengetahui variasi beban lereng di lapangan. Selain itu, uji sifat fisik dilakukan untuk mengetahui nilai kandungan air natural, derajat kejenuhan, angka pori (void ratio) serta porositas batuan. Dalam hal ini, kondisi porositas batuan perlu untuk diketahui karena dianggap sama dengan rekahan yang telah ada ( pre-existingcracks).
Penentuan sifat fisik batuan memerlukan peralatan sebagai berikut (lihat Gambar 4.1):
30
Oven yang dapat mempertahankan temperatur selama 24 jam. Wadah contoh yang terbuat dari material tidak korosif.
Desikator dengan besar yang dapat digunakan untuk merendam conto batuan utuh di dalamnya.
Gambar 4.1
Peralatan pengujian sifat fisik
Pompa vakum desikator dengan tekanan vakum 800Pa selama 1 jam.
Wadah berukuran secukupnya yang diisi air untuk merendam conto batuan yang dimasukkan kedalam wadah berongga dan dapat digantung bebas sehingga berat conto batuan utuhnya dapat ditimbang untuk menentukan berat jenuh.
Timbangan dengan ketepatan sebesar 0,001% dari berat conto
Oven Desikator
31
Tabel 4.1 adalah hasil dari pengujian sifat fisik yang dilakukan di Laboratorium Mekanika Batuan UPσ “Veteran” Yogyakarta.
Tabel 4.1
Hasil Uji Sifat Fisik Batu Tuff
Jenis Conto
Tuff 1 Tuff 2 Tuff 3
Sifat Fisik
Berat Asli (gr) 46,70 88,00 85,10
Berat Jenuh (gr) 52,60 96,00 96,60
Berat Tergantung (gr) 22,70 44,00 42,20
Berat Kering (gr) 38,60 71,90 69,60
Bobot Isi Asli (gr/cm3) 1,56 1,69 1,56
Bobot Isi Jenuh (gr/cm3) 1,75 1,85 1,78
Bobot Isi Kering (gr/cm3) 1,29 1,38 1,28
Apparent SG 1,29 1,38 1,28
True SG 2,43 2,58 2,54
Kadar Air Asli (%) 20,98 22,39 22,27
Kadar Air Jenuh (%) 36,27 33,52 38,79
Derajat Kejenuhan (%) 57,86 66,80 57,41
Porositas (%) 46,82 46,35 49,63
Void Ratio 0,88 0,86 0,99
4.1.2 Uji Cepat Rambat Gelombang Ultrasonik (Ultrasonic Velocity)
Salah satu sifat dinamik batuan adalah cepat rambat gelombang ultrasonik. Uji cepat rambat gelombang ultrasonik dilakukan di Laboratorium Geomekanika dan Peralatan Tambang Institut Teknologi Bandung. Pengujian cepat rambat gelombang ultrasonik merupakan pengujian yang tidak merusak perconto atau bersifat non destructive test. Pengujian ini dilakukan pada conto batuan yang akan digunakan untuk pengujian kuat tekan uniaksial dan dilakukan sebelum pengujian kuat tekan uniaksial dilakukan. Pengujian ultrasonik bertujuan untuk mengukur waktu yang ditempuh gelombang untuk merambat melalui conto batuan.
32
Conto yang didapat dari hasil pengeboran inti dengan diameter sekita 4,5 cm. Conto batuan dipotong sesuai ukuran conto untuk pengujian kuat tekan uniaksial. Dipotong dengan mesin potong untuk mendapatkan ukuran tinggi dua kali diameternya. Hal tersebut sesuai standar ISRM (1981) yakni 2 < L/D < 2,5 dengan L adalah tinggi dan D adalah diameter conto.
Setelah itu permukaan conto dihaluskan dengan menggunakan amplas sehingga rata tegak lurus sumbu aksial. Validasi kerataan permukaan conto dilakukan dengan waterpass manual (lihat Gambar 4.2) dan alat polishing. Setelah itu conto batuan tersebut diukur diameter sebanyak tiga kali pada penampang atas, tengah, dan bawah conto. Masing - masing dalam kedudukan saling tegak lurus. Demikian pula dengan tinggi conto diukur masing-masing sejajar sumbu aksial dan saling tegak lurus.
Gambar 4.2
Penggunaan waterpass untuk mengukur kerataan sampel Pengujian
Pengujian cepat rambat gelombang ultrasonik dilakukan dengan menggunakan alat PUNDIT (Portable Unit Non-destructive Digital Testes), lihat Gambar 4.3. Pengukuran dilakukan dengan cara memberikan pulsa pada salah satu ujung conto batuan dengan transduser kristal piezoelektrik dan getaran diterima oleh transduser kristal kedua pada ujung lainnya dari conto batuan (lihat Gambar 4.4). Kemudian hasil pembacaan cepat rambat tinggal dibaca di PUNDIT sampai nilai cepat rambatnya konstan atau stabil.
33 Gambar 4.3
PUNDIT (Portable Unit Non-destructive Digital Testes)
Gambar 4.4
Transduser kristal pada ujung sampel batuan tuff
Hasil pengujian cepat rambat gelombang ultrasonik dapat dilihat pada Tabel 4.2dibawah ini
Transduser kristal
Transduser kristal
34 Tabel 4.2
Hasil Uji Ultrasonik Batuan tuff
Uji Kuat Tekan Uniaksial
Pengujian kuat tekan uniaksial bertujuan untuk mengukur nilai kuat tekan uniaksial (UCS Test) sebuah contoh batuan dalam geometri yang beraturan, baik dalam bentuk silinder, balok atau prisma. Uji ini menggunakan mesin kuat tekan
(compression machine), lihat Gambar 4.5
Gambar 4.5
Mesin Kuat Tekan (Compression Machine)
Tujuan utama pengujian ini adalah untuk klasifikasi kekuatan dan karakterisasi batuan utuh. Hasil uji ini menghasilkan beberapa informasi yaitu kurva tegangan
Kode Sampel
Diameter Tinggi Waktu Nilai Pembacaan Uji
L Tp Vp
(mm) (mm) (s) (m/s)
UCS 1 45,56 93,50 38,20 2447,64
UCS 2 45,53 93,33 32,80 2845,43
35
regangan, kuat tekan uniaksial, Modulus Young, dan Nisbah Poison. Pengujian dilaksanakan di Laboratorium Geomekanika dan Peralatan Tambang Institut Teknologi Bandung. Hasil uji dapat dilihat pada tabel 4.3.
Pengujian ini merupakan pengujian yang bersifat merusak conto batuan atau
destructive test. Pengujian kuat tekan uniaksial dilakukan setelah pengujian cepat
rambat gelombang ultrasonik dilakukan. Conto batuan yang digunakan adalah conto batuan yang digunakan untuk pengujian cepat rambat gelombang ultrasonik. Preparasi conto batuan dilakukan seperti pada bagian 4.1.2.1
Pembacaan gaya tekan ataupun perpindahan aksial lateral dilakukan sampai sampel mengalami pecah, mengalami rekahan, atau dial manometer gauge (dalam pengujian ini menggunakan sistem komputerisasi) sudah mengalami penurunan.
Tabel 4.3
Hasil Uji Kuat Tekan Uniaksial Batuan tuff
No. Kode Kuat Tekan Modulus Young Nisbah Batas Elastik
Sampel ( MPa ) ( MPa ) Poison ( MPa )
1 Tuff UCS 1 4,22 1125 0,27 3,68
3 Tuff UCS 2 4,72 1333,33 0,19 4,04
2 Tuff UCS 3 4,23 833,33 0,17 3,69
Uji Kuat Geser
Kuat geser batuan merupakan perlawanan internal batuan terhadap tegangan yang bekerja sepanjang bidang geser dalam batuan tersebut, yang dipengaruhi oleh karakteristik intrinsik dan faktor eksternal. Untuk mengetahui kuat geser batuan pada tegangan normal tertentu diperlukan uji geser yang menggunakan conto uji paling tidak sebanyak 3 buah. Kuat geser batuan sangat berguna sebagai parameter rancangan kestabilan lereng pada tambang terbuka. Oleh karena itu, sebelum mendesain lereng tambang, kita perlu mengetahui parameter-parameter kuat geser batuan, yaitu kohesi (c) dan sudut gesek dalam (ɸ) yang diperoleh dengan melakukan pengujian uji geser langsung di laboratorium. Hasil uji dapat dilihat pada tabel 4.4
36 Tabel 4.4
Hasil uji kuat geser langsung
No. Kode Sampel
Kuat Geser Rata-rata (kPa) Kohesi (kPa) Sudut Gesek Dalam ( º ) 1 Tuff 1 312,29 42,6 47 2 Tuff 2 159,37 90,85 33,01 3 Tuff 3 106,611 46,65 25,09