T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
SIFAT FISIK DAN MEKANIK
BATUAN - 2
Suseno Kramadibrata
Laboratorium Geomeknika
FIKTM - ITB
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
Uji
Uji
Triaksial
Triaksial
Uji ini untuk mengukur kekuatan contoh batu
berbentuk silinder dibawah tekanan triaxial.
Data hasil pengujian sangat diperlukan untuk
perhitungan:
strength envelope (kurva intrinsic)
shear strength (τ)
sudut geser dalam (φ)
kohesi (C)
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
Sel
Sel
Triaksial
Triaksial
Tipe
Tipe
Von
Von
Karman
Karman
Dept. Teknik Pertambangan ITB
Wattimena & Kramadibrata (1997)
Kramadibrata, Wattimena and
Simangunsong (1998)
1. Platen penekan 2. Bola baja 3. Spheical seat
4. Alat bantu transducer 5. Contoh batuan
6. Piston berongga utk tekanan pori 7. Sonic transmitter
8. Sonic receiver 9. Selubung karet
10. Ring pengikat selubung karet 11. Strain gauges
12. Pipa utk tekanan pori 13. Pipa utk kabel transducer 14. Ruang fluida pemampat 15. Dinding sel
16. Lubang masuk fluida pemampat 17. Lubang keluar fluida pemampat 18. Lubang masuk tekanan udara 19. Slide bearing
20. Sliding seal 21. Baut
22. Seal pada plat dasar sel 23. Lubang masuk tekanan pori 24. Lubang keluar tekanan pori 25. Port kable strain gauges 26. Port kable transducer
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
Sel
Sel
Von
Von
Karman
Karman
Type &
Type &
Triaksial
Triaksial
Hoek
Hoek
& Franklin (1968)
& Franklin (1968)
Tidak perlu penirisan minyak
antar uji
Ukuran terbatas BQ, NQ & HQ
L/D = 2 – 2.5
σ
3max 70 MPa
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
Mohr Circles & Intrinsic Curve
Mohr Circles & Intrinsic Curve
0 5 10 15 20 25 30 0 5 10 15 20 25 30
Normal Stress (MPa)
S h e a r S tr e s s ( M P a ) τ = 5.22 + σN Tan 32.81 3 3.00 29.34 25.70 2.00 2 22.61 1.00 1 (MPa) (MPa) No σσσσ3333 σσσσ1111 φ τ = c + σN Tan φ c
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
Mohr Coulomb – Linear
Mohr – Curve linear concave downwards; in the limit, the envelope may assume the form of a straight line (Coulomb criterion)
σ3Minor principal stress /confining pressure σ 1 M a x im u m m a jo r p ri n c ip a l s tr e s s a t fa ilu re τ= ½ (σ1 – σ3) Sin 2 β σ = ½ (σ1 + σ3) + ½ (σ1 – σ3) Cos 2 β A B D E Mohr - Coulomb Mohr 2β β β σN σ3 σ1 τ τmax
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
Metode
Metode
Tak
Tak
Langsung
Langsung
Menentukan
Menentukan
UCS & UTS
UCS & UTS
τ = σn tan φ + c 2β = 90°+ φ
Pada kondisi tekan, σ1 = σc & σ3 = 0 Pada kondisi tarik, σ1 = 0 dan σ3 = - σt Keterangan
τ = Tegangan geser
σN = Tegangan normal
σ1 = Tegangan prinsipal mayor
σ3 = Tegangan prinsipal minor
c = Kohesi
β = Sudut antara s1 dan sn
φ = Sudut gesek dalam
σc = Kuat tekan uniaksial (UCS)
σt = Kuat tarik uniaksial (UTS)
β
σ
σ
σ
σ
σ
=
+
+
(
-
)cos
2
2
1
)
(
2
1
3 1 3 1 nβ
σ
σ
τ
=
(
-
)sin
2
2
1
3 1φ
φ
φ
σ
σ
=
+
+
sin
-1
cos
2c
)
sin
(1
3 1φ
φ
σ
=
sin
-1
cos
2c
cφ
φ
σ
+
=
sin
1
cos
2c
tT A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
Multistage
Multistage
Triaxial
Triaxial
Test
Test
-20 0 20 40 60 80 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 Strain σσσσ 1 - σσσσ 3 ( M P a ) σ32 = 5 MPa σ31 = 2 MPa σ33 = 7.5 MPa σ34 = 10 MPa E1 E2 E3
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
Kwasnieski (1990)
Kurva perbedaan tegangan – regangan longitudinal spesimen Bogdanka mudstone kondisi kering dan basah yang diuji pada tegangan pengukungan 20 MPa. 0 50 100 150 200 250 300 350 400 0 1 2 3 4 5 6 Strain (%) D e v ia to ri c s tr e s s ( M P a )
Granite (void ratio = 0.022) Sandstone (void ratio = 0.163) Applied σ3 = 35 MPa µ = 7 MPa µ = 21 MPa µ = 35 MPa µ = 35 MPa µ = 21 MPa µ = 7 MPa 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 2 4 6 8 10 12 Longitudinal strain (%) D ev ia to ri c s te ss ( M P a ) air-dry specimen wet specimen specimen σ3 = 20 MPa
Schwartz (1964)
Tekanan air pori mempunyai sedikit pengaruh pada kekuatan batuan jika angka pori
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
Pengaruh
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n
-1
Variasi
Variasi
Deviatoric
Deviatoric
Stress
Stress
vs
vs
Kemiringan
Kemiringan
Bidang
Bidang
Lemah
Lemah
&
&
σ
σ
σ
σ
σ
σ
σ
σ
3
3
(Donath, 1972 & Mc
Lamore – Gray 1967)
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
Perilaku
Perilaku
Keruntuhan
Keruntuhan
Menurut
Menurut
Kecepatan
Kecepatan
Ultrasonik
Ultrasonik
pada
pada
Uji
Uji
Triaksial
Triaksial
a. Contoh Jenuh; b. Contoh Kering
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2.86 3.06 3.26 3.46 3.66 3.86 4.06 Sonic velocity (km/s) D ev ia to ri c s tr es s (M P a) σ3 = 4 MPa σ3 = 16 MPa σ3 = 12 MPa σ3 = 8 MPa σ3 = 4 MPa σ3 = 8 MPa σ3 = 12 MPa σ3 = 16 MPa Dried specimen Saturated specimen
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
Uji
Uji
Kuat
Kuat
Geser
Geser
Langsung
Langsung
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.
Minimal 3 contoh.
Masing-masing contoh dikenakan gaya normal tertentu yang
diaplikasikan tegak lurus terhadap permukaan bidang diskontinu
garis Coulomb's shear strength,
kuat geser (shear strength),
sudut geser dalam (φ),
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
Faktor-faktor Yang Mempengaruhi Kuat
Geser Batuan
Laju perpindahan geser konstan akan mengindikasikan gaya geser yang
bekerja pada batuan tersebut. τ yang dibutuhkan batuan tersebut untuk mulai membentuk rekahan bidang geser dan berpindah akan bertambah sesuai pertambahan FN.
Pada Uji Geser langsung, τ & σ N adalah representatif dari FS & FN dibagi luas kontak.
Saat Uji Geser: τ meningkat secara linear terhadap perpindahan, akan tetapi berangsur-angsur menjadi tidak linear hingga pada saat tercapai nilai
maksimumnya. Nilai τ maksimum = nilai τP & nilai perpindahan pada saat kondisi ini disebut perpindahan geser puncak.
Setelah τP tercapai, τ akan turun dan berangsur-angsur mencapai nilai konstan & disebut τR.
Jika τP & τR diperoleh dari tingkat τN yang berbeda dengan jenis batuan yang sama, secara ideal akan diperoleh kurva hubungan linear antara kuat geser terhadap masing-masing tingkat tegangan normal.
Permukaan bidang diskontinu alami pada batuan tidak selalu halus, bahkan hampir 100% kasar. Semakin kasar permukaan batuan meningkatkan kekuatan geser pada batuan.
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1 tegangan geser τ p e rp in d a h a n u contoh contoh tegangan normal σ T e g a n g a n g e s e rτ Perpindahan u
kuat geser puncak
kuat geser sisa Te
g a n g a n g e s e r τ Tegangan normal σ ττττP φp φr τ = Cp + σtan φp τ = Cr + σtan φr ττττ R Residual strength T e g a n g a n g e s e r τ Tegangan normal σ ττττP Cp – cohesive strength φp τ = Cp + σtan φp σ tan φp Peak strength Clay Kuarsa
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1 τ 45o σN σN T P 5 x 5 x 5 cm Ball bearing Tegangan Normal σN
Bevelled Dies Shear Test
A
N
A
45
Sin
N=
=
oP
σ
A
T
A
45
Cos
=
=
oP
τ
Tegangan Geser τ 98.15 65.95 43.42 τ (kg.cm2) 116.98 55.34 25.07 σN(kg.cm2) 22.16 22.52 21.48 A (cm2) 3383.86 1938.91 1076.92 P (kg) α=50o α=40o α=30o αT A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
Faktor Eksternal Kuat Geser Batuan
Faktor Eksternal Kuat Geser Batuan
Tegangan normal
Massa batuan pada umumnya mempunyai rekahan yang ditimbulkan oleh pembebanan sejak awal pembetukan batuan tersebut. Tegangan
terkonsentrasi pada rekahan tesebut, sehingga kehadiran rekahan sangat mempengaruhi perilaku massa batuan. Dengan adanya faktor kekasaran bidang rekahan, maka kondisi tegangan normal konstan akan tidak realistik tercapai pada kondisi alami.
Selain itu, peristiwa geologi seperti gempa bumi memungkinkan terjadi perubahan beban normal terhadap massa batuan dan berpotensi
membentuk bidang geser baru pada massa batuan.
Kuat geser, dalam hal ini kuat geser puncak, akan meningkat seiring peningkatan tegangan normal. Hal ini mengindikasikan bahwa bidang
lemah pada kedalaman yang lebih dalam cenderung akan semakin kuat. Uji kuat geser harus dilakukan pada kondisi tingkat tegangan normal yang tidak melebihi batas elastisitasnya. Hal ini dilakukan untuk memperoleh
deformasi yang disebabkan tegangan geser dan bukan oleh tegangan normal.
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n
-1
Data Uji Geser-1
1379.46 1379.46 1379.46 1379.46 1379.46 37.20 37.20 37.20 37.20 37.20 12.65 12.32 11.89 11.40 11.30 511.74 482.07 437.57 396.78 341.16 13.80 13.00 11.80 10.70 9.20 17.78 15.24 12.70 10.16 7.62 689.73 689.73 689.73 689.73 689.73 18.60 18.60 18.60 18.60 18.60 13.41 13.31 13.21 13.08 12.95 326.32 322.99 300.37 285.53 266.99 8.80 8.71 8.10 7.70 7.20 30.48 27.94 25.40 22.86 20.32 344.87 344.87 344.87 344.87 344.87 9.30 9.30 9.30 9.30 9.30 13.84 13.79 13.74 13.69 13.61 181.70 178.00 175.77 157.97 136.46 4.90 4.80 4.74 4.26 3.68 43.18 4064 38.10 35.56 33.02 130.90 130.90 130.90 130.90 130.90 130.90 3.53 3.53 3.53 3.53 3.53 3.53 14.15 14.22 14.40 14.30 14.17 14.02 0.00 85.29 107.54 118.66 107.54 89.74 0.00 2.30 2.90 3.20 2.90 2.42 58.42 55.88 53.34 50.80 48.26 45.72 σN {kPa} FN {kPa} Vertical Displacement {mm} σH {kPa} FH{kN} Horizontal Displacement (mm}
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1 12 45.36 0 12 45.36 1 13 45.36 2 12 45.36 3 12 45.36 4 16 90.72 5 17 90.72 6 13 45.36 7 12 45.36 8 13 45.36 9 0 0 10 REVERSE SHEARING 20 90.72 10 19 90.72 9 19 90.72 8 21 90.72 7 20 90.72 6 20 90.72 5 24 113.40 4 21 90.72 3 20 90.72 2 21 90.72 1 0 0 0 FORWARD SHEARING NORMAL DISPL ( x 0,01 mm ) SHEARING FORCE, kg SHER DISP (mm) Normal Load = 82.05 kg Saw cut plane : circle
- Length : 4.57 cm - Width : 4.57 cm - Area ( A ) : 16.410 cm2 Normal Stress : ( σn ) = Pn /A
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
Faktor Eksternal Kuat Geser Batuan
Faktor Eksternal Kuat Geser Batuan
Bidang geser dan material pengisi pada bidang geser
Kuat geser akan berkurang secara signifikan ketika sebagian atau seluruh permukaan tidak sepenuhnya kontak, melainkan ditutupi oleh material pengisi yang relatif lunak seperti lempung
Keruntuhan geser batuan dengan bidang diskontinu yang terisi material lunak mengalami dua tahap. Pertama tegangan dan perpindahan geser hanya
dipengaruhi oleh kekuatan material pengisi. Kedua, setelah terjadi perpindahan, permukaan batuan mengalami kontak kemudian kekuatan dari bidang diskontinu ditentukan oleh kekasaran dan kekuatan bidang geser itu sendiri
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
Faktor Eksternal Kuat Geser Batuan
Faktor Eksternal Kuat Geser Batuan
Pengaruh kehadiran air dan tekanan air
Kehadiran air pada massa batuan menyebabkan permukaan bidang
diskontinu akan tertekan sebagian sehingga tegangan normal
menjadi berkurang.
Kecepatan geser pada permukaan yang basah lebih lambat
dibandingkan dengan permukaan yang kering.
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
Faktor Eksternal Kuat Geser Batuan
Faktor Eksternal Kuat Geser Batuan
Dimensi contoh uji
Massa batuan di alam mempunyai sifat & struktur yang heterogen serta kompleks. Contoh batuan yang digunakan untuk uji di laboratorium
diharapkan sebagai representatif dari massa batuan berikut sifat dan
perilakunya. Semakin besar dimensi contoh yang digunakan, maka contoh tersebut semakin merepresentasikan massa batuan.
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
K
K
riteria
riteria
Kuat
Kuat
Geser
Geser
Batuan
Batuan
Kriteria Mohr-Coulomb Linear
ττττ = C + µ
µ
µ
µσ
Keterangan:
ττττ = tegangan geser
C = kohesi
σ
σ
σ
σ = tegangan normal
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
K
K
riteria
riteria
Kuat
Kuat
Geser
Geser
Batuan
Batuan
Kriteria Dilatansi
Pada pengujian kuat geser langsung, selain perpindahan lateral, terjadi
juga perilaku dilatansi.
Dilatansi merupakan perpindahan vertikal (searah tegangan normal)
selama uji kuat geser. Model gigi gergaji merupakan ilustrasi yang baik
untuk menjelaskan perilaku ini.
Pada kondisi ini tidak akan ada perpindahan selama resultan gaya
berada pada batas sudut geser gerigi.
Akan tetapi jika resultan gaya di luar batas tersebut, akan terjadi
pergerakan pada arah i. Rekahan akan terbuka dan dilatansi terjadi
pada bidang geser tersebut.
Tegangan normal σn akan bereaksi melawan dilatansi ini. Apabila
penggeseran dilanjutkan, gerigi akan kelebihan beban dan akan
tergeserkan secara langsung. Pergeseran akan terus berlanjut sejajar
terhadap bidang geser umum tanpa ada dilatansi
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
τ = C + σ tan (Φ + i)
Keterangan:
τ = tegangan geser
C = kohesi
σ = tegangan normal
µ = koefisien geser dalam dari batuan = tan Φ
i = sudut dilatasi
i i σ H σ H σ N σ NT A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
Kecepatan
Kecepatan
U
U
ltrasonik
ltrasonik
Uji (ISRM 1981) untuk mengukur cepat rambat gelombang ultrasonik
pada contoh batu sebelum uji UCS.
cepat rambat gelombang primer (VLp) cepat rambat gelombang sekunder (VLs).
Modulus Elastik dinamik dapat dihitung.
Kemampugalian batuan ditentukan juga oleh karakteristik dinamiknya,
karena perjalanan gelombang akibat benturan mata bor dan gigi-gigi
alat gali terhadap batuan merupakan gerakan dinamik.
Setiap batuan selalu memiliki rekahan awal (pre-existing cracks).
Tergantung dari proses pematangannya didalam, rekahan awal ini
dapat saja bertambah.
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n
-1
Kec
Kec
.
.
Rambat
Rambat
Gel.
Gel.
Ultrasonik
Ultrasonik
Kecepatan rambat gelombang tekan
Kecepatan rambat gelombang geser
Modulus Young dinamik
Modulus geser dinamik
Nisbah Poisson dinamik
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
Cepat
Cepat
Rambat
Rambat
Gelombang
Gelombang
Tekan
Tekan
&
&
Geser
Geser
L = panjang contoh (m)
tp = waktu yang dibutuhkan gelombang tekan merambat sepanjang contoh (detik) ts = waktu yang dibutuhkan gelombang geser merambat sepanjang contoh (detik)
p
p
t
L
V =
s
p
t
L
V =
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n
-1
Parameter
Parameter
Dinamik
Dinamik
Modulus Geser: G = ρ.v
s
2
ρ = massa per satuan volume
−
−
=
2 p s 2 p sV
V
1
2
V
V
2
1
v
Nisbah Possion:
Modulus Young Dinamik: E = 2 (1+ν)
G
Konstanta Lame: λ = ρ (v
p
2
– 2 v
s
2
)
Modulus Ruah: K = (ρ/3)
(3v
p
2
– 4 v
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
Hubungan UCS & Kecepatan
Ultrasonik Vp
Vp untuk pemilihan alat gali dan penentuan keberadaan kekar
Hubungan UCS & Vp sulit ditentukan tanpa memperhitungkan faktor-faktor
di dalam batuan.
Faktor-faktor: beban pada contoh saat pengujian, porositas, pre-existing
crack, bobot isi, kandungan air, ukuran butir & komposisi mineral.
Kahraman (2001) hubungan non-linear antara
σ
c dan Vp dengan
menggunakan variasi contoh batuan dari penelitiannya Goktan & Wade et
al. sehingga lebih andal utk prediksi UCS daripada Vp.
batuan sedimen
-batuan beku, -batuan sedimen, -batuan metamorf σc = 0,036vp* - 31,18 σc = 0,055vp* - 91,44 σc = 9,95vp1,21 Goktan (1988) Wade et al. (1993) Kahraman (2001) Tipe Batuan Persamaan Referensi
vp*= Kecepatan gelombang tekan (m/det) v
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
Kriteria
Kriteria
Runtuh
Runtuh
Hoek
Hoek
-
-
Brown
Brown
Hoek & Brown (1980) usul metoda untuk menduga
kekuatan massa batuan terkekarkan.
Metodanya dimodifikasi sejak diusulkan (Hoek, 1983;
Hoek & Brown, 1988).
Aplikasinya berlaku untuk kualitas massa batuan sangat
buruk yang perlu perubahan (
Hoek, Wood & Shah,
1992)
Pengembangan Klasifikasi Baru disebut Geological
Strength Index – GSI (
Hoek, Kaiser & Bawden, 1995;
Hoek, 1995; Hoek & Brown, 1997).
Sejarah pengembangannya dapt ditemukan di Hoek
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
Kriteria
Kriteria
Hoek
Hoek
-
-
Brown
Brown
σ’1 & σ’3 adalah tegangan efektif maksimum & minimum saat batuan runtuh, mb adalah nilai konstanta Hoek & Brown m untuk massa batuan
s & a adalah konstanta yg bergantung pada karakteristik massa batuan σci adalah UCS batuan utuh
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
Sifat
Sifat
Batuan
Batuan
Utuh
Utuh
Hubungan antara tegangan prinsipal saat suatu batuan runtuh
diberikan oleh σ
ci& m
i.
Selang nilai σ
3’ sangat kritikal.
Hoek & Brown (1980) gunakan 0 < σ
3’ < 0.5 σ
ciT A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
Penentuan
Penentuan
σ
σ
σ
σ
σ
σ
σ
σ
ci
ci
and m
and m
i
i
y = mσ
cix + sσ
cix = σ
3’
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
Penentuan
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
Pendugaan
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
Pendugaan
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
Nilai
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
Catatan
Catatan
Uji laboratorium pada batuan sangat britel kuat cenderung
memberikan nilai tinggi pada kuat tekan batuan insitu.
Uji laboratorium & lapangan pada Lac du Bonnet granite dgn
kualitas baik (
Martin & Chandler, 1994) menunjukkan bhw
kuat tekan insitu hanya sekitar 70% dari UCS laboratorium
Penentuan UCS pada batuan anisotropic & foliated sangat
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
Peak Strength of
Peak Strength of
Moura
Moura
DU Coal
DU Coal
(
(
Medhurst
Medhurst
& Brown, 1996)
& Brown, 1996)
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
Kekuatan
Kekuatan
Puncak
Puncak
Moura
Moura
DU Coal
DU Coal
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
Geological
Geological
Strength
Strength
Index
Index
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
Pendugaan
Pendugaan
m & s
m & s
Dengan
Dengan
GSI
GSI
(Hoek, 1994; Hoek et al., 1995)
m
b= m
iexp [(GSI – 100)/28]
For GSI > 25
s = exp [(GSI-100)/9]
a = 0.5
For GSI < 25
s = 0
a = 0.65 – (GSI/200)
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
Pendugaan
Pendugaan
m & s
m & s
Dengan
Dengan
GSI
GSI
(Hoek, 1994; Hoek et al., 1995)
Massa batuan kualitas baik (GSI>25), nilai GSI dapat diduga secara
langsung dari
RMR Bieniawski Ver. 1976 dgn groundwater rating 10
(dry) & adjustment utk joint orientation 0 (very favourable).
Bieniawski’s RMR tidak digunakan untuk menduga nilai GSI pada
massa batuan buruk.
Bila RMR Bieniawski Ver. 1989 digunakan maka:
GSI = RMR89’ – 5
RMR89’ punya groundwater rating 15 & adjustment utk joint
orientation - zero
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
Apakah
Apakah
GSI ?
GSI ?
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
Pendugaan
Pendugaan
m & s
m & s
Dengan
Dengan
GSI
GSI
(Hoek, 2002)
m
b
= m
i
exp [(GSI – 100)/(28-14D)]
s = exp [(GSI-100)/(9-3D)]
D = Disturbance Factor
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
Disturbance Factor, D
Disturbance Factor, D
D = 0
Excellent quality controlled
blasting or excavation by
Tunnel Boring Machine results
in minimal disturbance to the
confined rock mass
surrounding a tunnel.
Suggested
value of D
Description of rock mass
Appearance or rock
mass
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
Disturbance Factor, D
Disturbance Factor, D
D = 0
D = 0.5
(no invert)
Mechanical or hand
excavation in poor quality rock
masses (no blasting) results in
minimal disturbance to he
surrounding rock mass.
Where squeezing problems
result in significant floor
heave, disturbance can be
severe unless a temporary
invert, as shown in the
photograph, is placed.
Suggested
value of D
Description of rock mass
Appearance or rock
mass
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
Disturbance Factor, D
Disturbance Factor, D
D = 0.8
Very poor quality blasting in a
hard rock tunnel results in
severe local damage,
extending 2 or 3 m, in the
surrounding rock mass.
Suggested
value of D
Description of rock mass
Appearance or rock
mass
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
Disturbance Factor, D
Disturbance Factor, D
D = 0.7
Poor
blasting
D = 1.0
Good
blasting
Small scale blasting in civil
engineering slopes results in
modest rock mass damage,
particularly if controlled
blasting is used as shown on
the left hand side of the
photograph. However, stress
relief results in some
disturbance.
Suggested
value of D
Description of rock mass
Appearance or rock
mass
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
Disturbance Factor, D
Disturbance Factor, D
D = 1.0
Production
blasting
D = 0.7
Mechanical
excavation
Very large open pit mine
slopes suffer significant
disturbance due to heavy
production blasting and also
due to stress relief from
overburden removal.
In some softer rocks
excavation can be carried out
by ripping and dozing and the
degree of damage to the
slopes is less.
Suggested
value of D
Description of rock mass
Appearance or rock
mass
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
Parameter Mohr
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
Parameter Mohr
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
Ringkasan
Ringkasan
Sejarah
Sejarah
Pengembangan
Pengembangan
Kriteria
Kriteria
Runtuh
Runtuh
Hoek
Hoek
-
-
Brown
Brown
1980
Hoek E. and Brown E.T. 1980. Underground Excavations
in Rock
. London: Institution of Mining and Metallurgy 527
pages.
Hoek, E. and Brown, E.T. 1980. Empirical strength
criterion for rock masses. J. Geotech. Engng Div., ASCE
106(GT9), 1013-1035.
1983
Hoek, E. 1983. Strength of jointed rock masses, 23rd.
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
Ringkasan
Ringkasan
Sejarah
Sejarah
Pengembangan
Pengembangan
Kriteria
Kriteria
Runtuh
Runtuh
Hoek
Hoek
-
-
Brown
Brown
1988
Hoek E and Brown E.T. 1988. The Hoek-Brown failure
criterion - a 1988 update. Proc. 15th Canadian Rock Mech.
Symp
. (ed. J.H. Curran), pp. 31-38. Toronto: Civil
Engineering Dept., University of Toronto.
1990
Hoek, E. 1990. Estimating Mohr-Coulomb friction and
cohesion values from the Hoek-Brown failure criterion.
Intnl. J. Rock Mech. & Mining Sci
. & Geomechanics
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
Ringkasan
Ringkasan
Sejarah
Sejarah
Pengembangan
Pengembangan
Kriteria
Kriteria
Runtuh
Runtuh
Hoek
Hoek
-
-
Brown
Brown
1992
Hoek, E., Wood, D. and Shah, S. 1992. A modified
Hoek-Brown criterion for jointed rock masses. Proc. rock
characterization, symp. Int. Soc. Rock Mech.: Eurock ‘92
,
(J.Hudson ed.). 209-213.
1994
Hoek, E. 1994. Strength of rock and rock masses, ISRM
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
Ringkasan
Ringkasan
Sejarah
Sejarah
Pengembangan
Pengembangan
Kriteria
Kriteria
Runtuh
Runtuh
Hoek
Hoek
-
-
Brown
Brown
1995
Hoek, E., Kaiser, P.K. and Bawden. W.F. 1995. Support of
underground excavations in hard rock.
Rotterdam:
Balkema
1997
Hoek, E. and Brown, E.T. 1997. Practical estimates of rock
mass strength. Intnl. J. Rock Mech. & Mining Sci. &
Geomechanics Abstracts. 34
(8), 1165-1186.
1998
Hoek, E., Marinos, P. and Benissi, M. (1998) Applicability
of the Geological Strength Index (GSI) classification for
very weak and sheared rock masses. The case of the Athens
Schist Formation. Bull. Engg. Geol. Env. 57(2), 151-160.
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
Ringkasan
Ringkasan
Sejarah
Sejarah
Pengembangan
Pengembangan
Kriteria
Kriteria
Runtuh
Runtuh
Hoek
Hoek
-
-
Brown
Brown
2000
Hoek, E. and Marinos, P. (2000) Predicting Tunnel
Squeezing. Tunnels and Tunnelling International. Part 1
-November Issue 2000,. 45-51, Part 2 - December, 2000,
34-36.
Marinos, P.G. and Hoek, E. (2000): "GSI: A geological
friendly tool for rock mass strength estimation",
Proceedings
of
the
International
Conference
on
Geotechnical & Geological Engineering (GeoEng 2000),
Technomic
Publishing
Co.
Inc.,
p.p.
1422-1440,
Melbourne, Australia.
2001
Marinos. P, and Hoek, E. (2001) - Estimating the
geotechnical properties of heterogeneous rock masses such
as flysch, Bull. Engg. Geol. Env. 60, 85-92.
T A 3 1 1 1 M e k a n ik a B a tu a n – S if a t F is ik & M e k a n ik B a tu a n -1
Ringkasan
Ringkasan
Sejarah
Sejarah
Pengembangan
Pengembangan
Kriteria
Kriteria
Runtuh
Runtuh
Hoek
Hoek
-
-
Brown
Brown
2002