EVALUASI UJI TRIAKSIAL MULTITAHAP TERHADAP UJI TRIAKSIAL KONVENSIONAL PADA BATU ANDESIT
TUGAS AKHIR Disusun sebagai syarat untuk meraih gelar Sarjana Teknik Pertambangan
Oleh: Eeng Vananda 121 03 034
PROGRAM STUDI TEKNIK PERTAMBANGAN FAKULTAS TEKNIK PERTAMBANGAN DAN PERMINYAKAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008
LEMBAR PENGESAHAN
EVALUASI UJI TRIAKSIAL METODE MULTITAHAP TERHADAP METODE KONVENSIONAL PADA BATU ANDESIT
TUGAS AKHIR
Bandung, Juli 2008 di setujui untuk Program Studi Teknik Pertambangan Oleh : Pembimbing
Eeng Vananda
Dr. Ir. Suseno Kramadibrata, M.Sc
NIM : 12103034
NIP : 131353687
”Dan Kami jadikan malam dan siang sebagai dua tanda, lalu Kami hapuskan tanda malam dan Kami jadikan tanda siang itu terang, agar kamu mencari kurnia dari Tuhanmu, dan supaya kamu mengetahui bilangan tahun-tahun dan perhitungan. Dan segala sesuatu telah Kami terangkan dengan jelas” (Al Israa’:17)
” Limitation live only in our minds” (Jamie Paolinetti)
Kupersembahkan untuk mama, papa dan adik-adikku tercinta
EVALUASI UJI TRIAKSIAL METODE MULTITAHAP TERHADAP METODE KONVENSIONAL PADA BATU ANSDESIT ABSTRAK Mekanika batuan merupakan salah satu cabang disiplin ilmu geomekanik, yang mempelajari sifat-sifat mekanik batuan dan massa batuan. Hal ini menyebabkan mekanika batuan memiliki peran yang dominan dalam operasi penambangan, seperti pekerjaan penerowongan, pemboran, penggalian, peledakan dan pekerjaan lainnya. Salah satu bentuk pengujian untuk mengetahui sifat mekanik suatu batuan uji triaksial konvensional. Namun untuk melakukan uji triaksial konvensional dibutuhkan jumlah contoh batuan yang tidak sedikit. Sehingga memerlukan biaya yang cukup besar dan waktu yang cukup lama dalam mempersiapkannya. Beberapa ilmuwan mengusulkan pengujian triaksial multitahap untuk memecahkan masalah uji triaksial konvensional (Kovari & Tisa , 1975; Kim & Ko, 1979; Crawford & Wylie, 1987; dan Pagoulatos, 2004). Berbeda dengan uji triaksial konvensional, pengujian triaksial multitahap hanya memerlukan satu contoh batuan, sehingga biaya dan waktu yang dikeluarkan lebih sedikit. Pada penelitian ini, batu andesit diuji dengan triaksial metode konvensional dan multitahap. Evaluasi kedua metode tersebut berdasarkan kriteria keruntuhan Mohr-Coulomb, Bieniawski I dan II, dan Hoek-Brown menunjukan terjadinya penurunan kekuatan batuan pada triaksial metode multitahap. Namun secara umum menunjukkan metode triaksial multitahap dapat dijadikan suatu metode yang efisien pengganti triaksial metode konvensional untuk menentukan kekuatan batuan andesit.
i
MULTISTAGE TRIAXIAL AND CONVENTIONAL METHOD EVALUATION IN ANDESITE ABSTRACT Rock mechanic is one of geomechanic disciplines studying the characteristic of intact rocks and rock masses. Rock mechanics play a big role in mining operation, such as tunneling, drilling, excavating, blasting and others. One of rock mechanic testing for discovering the mechanical properties of intact rocks is conventional triaxial method. Yet, it will need a number of samples which is not enjoyed when dealing with core recovered from costs, and time. Several experts on rock mechanics propose multistage triaxial to solve conventional triaxial problems (Kovari & Tisa, 1975; Kim & Ko, 1979; Crawfoed & Wylie, 1987; and Pagaolatos, 2004). The difference between conventional triaxial to multistage triaxial only requires a single sample. So, it needs lower cost and shorter time than conventional triaxial.In this research, plugs of andesite were tested using both conventional and multistage triaxial testing methods. The evaluation of both methods is based on Mohr-Coulomb, Bieniawski I and II, and Hoek–Brown failure criterion that shows decreasing rock strength in multistage triaxial method. In general, multistage triaxial can become an effisient method to replace conventional method to determine andesite strength.
ii
KATA PENGANTAR
Bismillaahir Rahmaanir Rahiim, Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah Subhanahu Wata’ala, yang senantiasa memberikan segala rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis bisa menyelesaikan penelitian Tugas Akhir ini. Tak lupa pula shalawat dan salam kepada Nabi Muhammad SAW yang telah mengajarkan umat manusia untuk mengenal fitrahnya sebagai makhluk Allah. Laporan Tugas Akhir ini berjudul “Evaluasi Uji Triaksial Metode Multitahap terhadap Metode Konvensional pada Batu Andesit”. Tulisan ini disusun berdasarkan penelitian yang dilakukan di Laboratorium Geomekanika dan Peralatan Tambang, Program Studi Teknik Pertambangan, Fakultas Teknik Pertambangan dan Perminyakan ITB, yang berlangsung dari bulan Januari 2008 sampai bulan April 2008. Penyusunan tulisan ini adalah untuk melengkapi salah satu syarat memproleh gelar Sarjana Teknik Pertambangan di Institut Teknologi Bandung. Penulis sangat sadar tanpa bantuan berbagai pihak, Tugas Akhir ini tidak mungkin diselesaikan dengan baik. Untuk itu, pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Dr. Ir. Suseno Kramadibrata, sebagai Kepala Laboratorium Geomekanika, Program Studi Teknik Pertambangan ITB dan selaku pembimbing atas bimbingan, kesabaran dan dorongan semangat kepada penulis. 2. Dr. Ir. Ridho Kresna Wattimena, sebagai Ketua Program Studi Teknik Pertambangan ITB dan dosen wali yang selalu membantu dalam proses akademik penulis.
iii
3. Dr. Ir. Ganda Marihot Simangunsong dan Dr. Ir. Nurhindro Priagung Widodo, selaku dosen Program Studi Teknik Pertambangan ITB yang selalu membantu penulis dengan saran-saran dan dukungan moralnya. 4. Simon Heru Prassetyo S.T dan Ardian Rosadi Boediman S.T yang dengan tulus berbagi pengalaman dan ilmu tentang penelitian Multitahap sebelumnya. 5. Pak Sudibyo dan Kang Iwan, selaku teknisi Laboratorium Geomekanika dan Peralatan Tambang Program Studi Teknik Pertambangan ITB yang selalu dengan penuh semangat membantu penulis menyelesaikan seluruh pengujian yang berkaitan dengan penyusunan tugas akhir ini. 6. Seluruh dosen dan staf Tata Usaha di program studi Teknik Pertambangan yang telah memberikan ilmu dan membantu proses belajar penulis selama ini. 7. Teman-teman di Laboratorium Geomekanika dan Peralatan Tambang Program Studi Teknik Pertambangan ITB, Yudhi, Bram, Peter, Mas Udin, Arief, Riandi, Pras, Kornel, Pak Singgih dan Pak Parman. 8. Teman-teman mahasiswa Program Studi Teknik Pertambangan ITB angkatan 2003 yang selalu memberikan rasa kekeluargaan, kehangatan persahabatan dan kebersamaan mulai dari pertemuan pertama, Agustus 2003, sampai sekarang. Go...Fight...Win!!! Mari kita majukan pertambangan Indonesia. 9. Teman-teman Unit Kesenian Minangkabau angkatan 2003. Khususnya Rinal, Ajo, Edo, dan Naldo sebagai teman seperjuangan. Mari bangun Ranah kito!!!. 10. Teman-teman penulis yang selalu memberikan dukungan semangat : (Alm) Anton, Al, da Ryan, da Rio, ni Evil, ni Indri, Gina, Nye-nye, Ika, Oky, Budi. 11. Teman – teman di rumah H, Asrama Kidang Pananjung yang telah bersedia berbagi inspirasi dengan penulis. 12. Dan semua pihak yang tidak dapat disebut satu-persatu yang telah membantu penulis dalam penerjaan Tugas Akhir ini.
iv
Penulis sadar tidak ada manusia yang sempurna, sehingga penulis dalam mengerjakan tugas akhir ini juga tidak luput kekurangan. Oleh karena itu penulis sangat berterimakasih dan menerima saran dan kritik yang diberikan untuk menuju hasil yang lebih baik dan bermanfaat. Akhir kata, Penulis mengucapkan terimakasih atas semuanya. Semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi setiap yang membaca. Bandung, Juni 2008
Eeng Vananda 12103034
v
DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK
i
KATA PENGANTAR
ii
DAFTAR ISI
vi
DAFTAR GAMBAR
ix
DAFTAR TABEL
xi
BAB I. PENDAHULUAN
1
1.1 Latar Belakang Masalah
1
1.2 Batasan Penelitian
2
1.3 Tujuan Penelitian
3
1.4 Manfaat Penelitian
3
1.5 Metodologi Penelitian
3
1.6 Diagram Alir Penelitian
5
II. TINJAUAN PUSTAKA
6
2.1 Batuan Andesit
6
2.2 Karakterisitik Mekanik Batuan
7
2.2.1 Uji kuat tekan Uniaksial (UCS)
7
2.2.2 Uji kuat tarik
11
2.2.3 Uji kuat kecepatan rambat gelombang ultrasonik
12
2.3 Uji Triaksial
14
2.3.1 Faktor-faktor yang mempengaruhi uji triaksial
16
2.3.2 Tipe deformasi batuan pada uji triaksial
20
2.3.3 Uji triaksial konvensional
22
2.3.4 Uji triaksial multitahap
22
2.4 Kriteria Keruntuhan Batuan
31
2.4.1 Kriteria keruntuhan teoritis
32
2.4.2 Kriteria keruntuhan empiris
35 vi
III. METODE PENGUJIAN
38
3.1 Preparasi Contoh Batuan
38
3.1.1 Pemboran inti
38
3.1.2 Pemotongan contoh batuan
38
3.1.3 Penghalusan dan perataan permukaan
39
3.2 Uji Sifat Fisik
39
3.3 Uji Ultrasonik
40
3.4 Uji Kuat Tekan Uniaksial
40
3.4.1 Peralatan yang digunakan
40
3.4.1 Prosedur pengujian
41
3.5 Uji Kuat Tarik Tak Langsung 3.5.1 Prosedur pengujian 3.6 Uji Triaksial
42 42 43
3.6.1 Peralatan yang digunakan
43
3.6.2 Uji triaksial konvensional
44
3.6.3 Uji triaksial multitahap
46
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
49
4.1 Uji Sifat Fisik
49
4.2 Uji kecepatan rambat gelombang ultrasonik
50
4.3 Uji Kuat Tekan Uniaksial
51
4.4 Uji Kuat Tarik Tak Langsung (Brazilian test)
52
4.5 Uji Triaksial
53
4.5.1 Hasil Uji Triaksial Metode Konvensional dan Multitahap
53
4.5.2 Pengaruh Tekanan Pemampatan (σ3) Terhadap Perilaku Batuan dan Modulus Young 4.6 Kriteria Keruntuhan
58 60
4.6.1 Kriteria Keruntuhan Teoritis Mohr-Coulomb
60
4.6.2 Kriteria Keruntuhan Empiris Bieniawski
69
4.6.3 Kriteria Keruntuhan Empiris Hoek-Brown
75
vii
IV. KESIMPULAN DAN SARAN
83
5.1 Kesimpulan
83
5.2 Saran
84
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar
Halaman
1.1 Diagram alir penelitian
5
2.1 Metode perhitungan modulus young
9
2.2 Tipe hancuran batuan pada kuat tekan uniaksial
11
2.3 Uji Brazilian
12
2.4 Aparatus uji triaksial Von Karman, 1911
15
2.5 Pengaruh tekanan pemampatan terhadap kurva tegangan-regangan pada batuan Carrara marble oleh Von Karman, 1911
17
2.6 Pengaruh tekanan pori terhadap kurva tegangan-regangan pada batu sandstone oleh Schwartz, 1964
17
2.7 Pengaruh temperatur terhadap kurva tegangan diferensial-regangan aksial batuan granit pada tekanan pemampatan 500 MPa oleh Griggs, 1960
18
2.8 Pengaruh laju deformasi terhadap kurva kuat tekan-tekanan pemampatan pada batuan Westerly granite oleh Logan dan Handin, 1970
19
2.9 Diagram skematik berbagai tipe deformasi batuan pada pengujian triaksial oleh Griggs dan Handin, 1960
22
2.10 Triaksial multitahap pada batupasir Buchberg oleh Kovari dan Tisa, 1975
24
2.11 Metode Strain Controlled Test oleh Kovari & Tisa, 1975
25
2.12 Hasil uji triaksial konvensional (S.S) dan triaksial multitahap (M.S) pada batuan Lyons sandstone oleh Kim & Ko, 1979
26
2.13 Perbandingan hasil uji triaksial metode multitahap dan konvensional oleh Crawford & Wylie, 1987
28
2.14 Deflection point pada Grafik Tegangan-Regangan pada Berea sandstone
29
2.15 Selubung kekuatan Mohr
33
2.16 Kriteria Keruntuhan Coulomb
34
ix
2.17 Kriteria Mohr-Coulomb
35
3.1 Peralatan Uji Sifat Fisik
40
3.2 Mesin Tekan Control seri 85060715 CAT C 25/B
41
3.3 Skematik penempatan contoh uji kuat tekan uniaksial
41
3.4 Sel Triaksial Laboratorium Geomekanika Tambang ITB
44
4.1 Bentuk pecah contoh batu hasil uji kuat tekan uniaksial
52
4.2 Bentuk pecah contoh batu hasil uji Brazilian yang searah dengan sumbu pembebanan
53
4.3 Kurva tegangan regangan triaksial konvensional
55
4.4 Bentuk pecah contoh batu hasil uji triaksial
56
4.5 Kurva Tegangan-Regangan TX MS I
57
4.6 Kurva Tegangan-Regangan TX MS II
57
4.7 Kurva regresi pengaruh tekanan pemampatan (σ3) terhadap modulus Young (E) pada uji triaksial konvensional dan multitahap
60
4.8 Kurva tegangan geser (τ3) - tegangan geser (σ3) variasi IV
64
4.9 Kurva tegangan geser (τ3) - tegangan geser (σ3) uji triaksial Multitahap II
64
4.10 Kurva tegangan utama uji triaksial konvensional dan multitahap berdasarkan kriteria Mohr-Coulomb
68
4.11 Kurva tegangan geser-tegangan normal uji triaksial konvensional dan multitahap berdasarkan kriteria Mohr-Coulomb
69
4.12 Interpretasi kekuatan batuan hasil pengujian triaksial konvensional dan multitahap berdasarkan kriteria keruntuhan Bieniawski I
75
4.13 Interpretasi kekuatan batuan hasil pengujian triaksial konvensional dan multitahap berdasarkan kriteria Hoek-Brown
81
x
DAFTAR TABEL
Tabel
Halaman
2.1 Batuan Beku
6
2.2 Perbandingan hasil uji triaksial konvensional dan triaksial multitahap Penelitian Kim & Ko, 1975 2.3 Hasil Uji Konvensional dan Multitahap pada batupasir Berea
27 30
2.4 Hasil Uji Konvensional dan Multitahap pada batupasir oleh Boediaman (2007) dan Prassetyo (2008)
31
2.5 Kriteria keruntuhan empiris Bieniawski untuk beberapa jenis batuan
36
2.6 Nilai Konstanta A
36
2.7 Nilai konstanta m untuk beberapa jenis batuan
37
4.1 Hasil uji sifat fisik batuan
49
4.2 Hasil Uji Ultrasonik
50
4.3 Hasil Uji Kuat Tekan Uniaksial (UCS)
51
4.4 Hasil Uji Kuat Tarik Tak Langsung (Brazilian test)
52
4.5 Hasil Uji Triaksial Konvensional
54
4.6 Hasil Uji Triaksial Multitahap
55
4.7 Variasi Uji Triaksial Multitahap
55
4.8 Rekapitulasi Uji Triaksial Konvensional berdasarkan kriteria Mohr-Coulomb
62
4.9 Rekapitulasi Uji Triaksial Multitahap berdasarkan kriteria Mohr-Coulomb
63
4.10 Nilai sifat mekanik rata-rata Uji Triaksial Konvensional dan Multitahap berdasarkan kriteria Mohr-Coulomb
65
4.11 Rekapitulasi hasil Uji Triaksial Konvensional dan Multitahap berdasarkan kriteria Mohr-Coulomb penelitian Boediman (2007) dan Prassetyo (2008)
xi
pada batu pasir 4.12 Selang tingkat kepercayaan
68 70
4.13 Rekapitulasi hasil uji triaksial konvensional berdasarkan kriteria Bieniawski
71
4.14 Rekapitulasi hasil uji triaksial multitahap berdasarkan kriteria Bieniawski
72
4.15 Nilai sifat mekanik rata-rata Uji Triaksial Konvensional dan Multitahap berdasarkan kriteria Bieniawski I dan II
73
4.16 Rekapitulasi hasil Uji Triaksial Konvensional dan Multitahap berdasarkan kriteria Bieniawski I pada batu pasir
74
4.17 Rekapitulasi uji triaksial konvensional berdasarkan kriteria Hoek-Brown 4.18 Rekapitulasi uji triaksial multitahap berdasarkan kriteria Hoek-Brown
77 78
4.19 Nilai sifat mekanik rata-rata Uji Triaksial Konvensional dan Multitahap berdasarkan kriteria Hoek-Brown
78
4.20 Rekapitulasi hasil Uji Triaksial Konvensional dan Multitahap berdasarkan kriteria Hoek-Brown penelitian Boediman (2007) dan Prassetyo (2008) pada batu pasir
80
4.21 Persamaan kekuatan batu andesit berdasarkan kriteria keruntuhan Mohr-Coulomb, Bieniawski dan Hoek-Brown 4.22 Rekapitulasi hasil pengujian batu andesit
81 82
xii
