3. TUJUAN
1. Mengukur cepat rambat gelombang gelombang ultrasonik pada contoh batuan
2. Menentukan Modulus Elastisitas Dinamis (E)
4. GELOMBANG ULTRASONIK
Gelombang primer atau kompresi
merupakan gelombang longitudinal dimana
gerak partikel bergerak searah dengan arah
rambat gelombang.
• Merupakan gelombang yang memiliki
getaran dengan frekuensi > 20 kHz.
• Dapat merambat pada medium padat,
cair, dan gas.
Gelombang Sekunder
Gelombang Primer
Gelombang sekunder atau dilatasi
merupakan gelombang transversal dimana
gerak partikel bergerak tegak lurus dengan
arah rambat gelombang
7. PARAMETER DINAMIK
Modulus Geser: rasio tegangan geser terhadap regangan geser
Nisbah Poisson: perbandingan antara kontraksi lateral terhadap regangan longitudinal
G : Modulus Geser (Pascal)
ρ : massa jenis (kg/m3)
Vs : Kecepatan Rambat Gelombang Sekunder (m/s)
v : Nisbah Poisson
Vp : Kecepatan Rambat Gelombang Primer (m/s)
Vs : Kecepatan Rambat Gelombang Sekunder (m/s)
8. PARAMETER DINAMIK
Modulus Young Dinamik: Perbandingan tegangan normal (σ) dan regangan longitudinal (e).
Menyatakan ukuran kekakuan material.
E : Modulus Young Dinamik (Pascal)
G : Modulus Geser (Pascal)
v : Nisbah Poisson
9. FAKTOR YANG MEMENGARUHI
1. Komposisi dan ukuran butir
2. Bobot isi
3. Kandungan air dan porositas
4. Temperatur
5. Kehadiran bidang lemah
10. HUBUNGAN Vp DAN UCS
● 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
15. TUJUAN
1. Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui kekuatan dari sampel batuan secara
tidak langsung di lapangan (sampel batuan dapat berbentuk silinder atau tidak
beraturan).
21. CONTOH SOAL
Dilakukan Uji Point Load Diametrikal dengan dimensi sampel sebagai berikut:
Panjang (L) = 46,83 mm
Diameter (D) = 45 mm
Sampel tersebut pecah ketika gaya yang diberikan sebesar:
Force (P) = 5 kN
Tentukan nilai Indeks Point Load dari sampel tersebut!
27. Physical Properties Test
Untuk memperoleh paramter sifat-sifat fisik batuan di laboratorium
● Bobot isi asli (natural density);
● Bobot isi kering (dry density);
● Bobot isi jenuh (saturated density);
● Berat jenis semu (apparent specific gravity);
● Berat jenis sejati (true specific gravity);
● Kadar air asli (natural water content);
● Kadar air jenuh (saturated water content);
● Derajat kejenuhan (degree of saturation);
● Porositas
● Void ratio.
10Paramter sifat-sifat fisik batuan
4pengukuran
Wnatural (Berat Jenuh)
Wwet (Berat Jenuh)
Wsubmerge (Berat Gantung)
Woven (Berat kering)
31. Prinsip Perhitungan Massa Jenis (ρ) tanpa volume
Bagaimana Menghitung volume
batuan yang tidak beraturan ?
W
Fapung= 𝑉𝑏𝑒𝑛𝑑𝑎 × 𝜌𝑎𝑖𝑟
𝑊𝑡𝑒𝑟𝑔𝑎𝑛𝑡𝑢𝑛𝑔 = 𝑊𝑎𝑤𝑎𝑙 −𝐹
𝑎𝑝𝑢𝑛𝑔
Hukum Archimedes
Gaya apung keatas oleh air besarnya sama
dengan berat air yang dipindahkan (berat
air yang volumenya sama dengan volume
benda yang berada di dalam air)
Fapung = 𝑉𝑏𝑒𝑛𝑑𝑎 × 𝜌𝑎𝑖𝑟
𝑉𝑏𝑒𝑛𝑑𝑎 = Fapung /𝜌𝑎𝑖𝑟
𝑽𝒃𝒆𝒏𝒅𝒂 = (𝑾𝒂𝒘𝒂𝒍 − 𝑾𝒕𝒆𝒓𝒈𝒂𝒏𝒕𝒖𝒏𝒈)/𝝆𝒂𝒊𝒓
39. Aplikasi Phisical Properties Test
1. Mengetahui Parameter Void Ratio, semakin besar void ratio maka secara
umum semakin lemah batuan
2. Sebagai Parameter Inputan untuk mengetahui kekuatan batuan, seperti
densitas, specific gravity dan lainnya
3. Sebagai salah satu pertimbangan awal dalam memperlakukan batuan dan
indikasi awal kekuatan batuan (Contoh densitas batuan terhadap longsoran
lereng)
44. Uji Kuat Tekan (UCS)
● Menentukan nilai Unconfined Compressive Strengt (UCS), Young Modulus, dan Poisson
Ratio
● Kuat tekan batuan adalah kemampuan batuan untuk menahan tegangan secara vertikal
menggunakan mesin tekan (compression machine)
47. Syarat Contoh Uji Uji Kuat Tekan (UCS)
● Perbandingan panjang terhadap diameter contoh (L/D) 2 – 2,5 mengikuti
standar dari ASTM (American Society for Testing and Materials).
● Kedua ujung contoh halus dan rata dengan ketidakrataan kurang dari 0,02 mm
untuk tiap ujung contoh.
● Kedua ujung contoh tegak lurus sumbu utama dengan ketidaktegaklurusan
kurang dari 0,06°.
● Keliling contoh halus dan bebas dari ketidakberaturan serta lurus, tidak
melebihi dari 0,3 mm pada seluruh tinggi contoh
48. Uji Uji Kuat Tekan (UCS)
Perubahan bentuk contoh batuan pada Uji Kuat Tekan (UCS)
D
L
ൗ
L
D = 2
D + ∆D
L
+
∆L
ൗ
1
2 ∆L
ൗ
1
2 ∆L
F
F
L/D=2
L/D=1
Cone failure
L/D=2
Friction constraint
49. Berbagai Potensi Tipe Pecah Contoh Batuan Hasil Uji UCS
(Kramadibrata, 1991) - L/D=2
50. Uji Kuat Tekan (UCS)
Kurva tegangan regangan uji kuat tekan uniaksial (UCS)
Tegangan
(MPa)
Regangan (%) Aks
ial
Later
al
Penutupan
rekahan
Runtuh
Batas
Elastik
σ
c
σ
E
52. Parameter Uji Kuat Tekan (UCS)
1. Kuat tekan uniaksial (σc) : nilai tegangan maksimum yang dapat ditanggung
sebuah sampel batuan sesaat sebelum sampel tersebut hancur atau runtuh
(failure).
2. Modulus young (E) : kemampuan batuan untuk mempertahankan kondisi elastisnya
dengan:
σc = Kuat tekan uniaksial (MPa)
F = Beban saat sampel batuan pecah (N)
A = Luas kontak sampel (mm2)
dengan:
E = Modulus young (MPa)
Δσ = Beda tegangan (MPa)
Δεaksial = Beda regangan aksial
53. Parameter Uji Kuat Tekan (UCS)
1. Nisbah poisson (ν) : nilai mutlak dari perbandingan antara regangan lateral
dengan regangan aksial
2. Regangan (ε) : perbandingan antara perubahan panjang terhadap panjang
mula-mula
dengan:
ν = Nisbah poisson
εlateral = Regangan lateral (%)
εaksial = Regangan aksial (%)
dengan:
ε = Regangan (%)
Δl = Perubahan panjang (mm)
l = Panjang mula-mula (mm)
58. Kategori Nisbah Poisson
Kategori Nisbah Poisson
Sangat Rendah 0 n < 0.1
Rendah 0.1 n < 0.2
Medium 0.2 n < 0.3
Tinggi 0.3 n < 0.4
Sangat Tinggi 0.4 n < 0.5
Kategori Nisbah Poisson
Loose sand 0.20 n < 0.40
Medium dense sand 0.25 n < 0.40
Dense sand 0.30 n < 0.45
Silty sand 0.20 n < 0.40
Sand & gravel 0.15 n < 0.35
Saturated cohesive soil n ~ 0.50
59. Aplikasi UCS di Lapangan
1. Untuk mengetahui metode pemberaian yang dipakai
di pertambangan. Apakah menggunakan alat
mekanis atau peledakan
2. Sebagai salah satu variabel penentu kestabilan
lereng
3. Mengetahui kualitas batuan sebagai acuan
bagaimana batuan akan diperlakukan
4. Menghitung efesiensi penyangga pada TBT
69. Uji Triaksial
● Menentukan nilai kekuatan batuan dibawah tiga komponen tegangan memalui
persamaan kriteria keruntuhan.
● Parameter kekuatan batuan yang dapat ditentukan adalah :
- Kurva instrinsik (Strenght envelope)
- Kurva Geser ( Shear Envelope)
- Kohesi (C)
- Tegangan Normal (σn)
- Sudut Geser Dalam (φ)
73. Syarat Contoh Uji Triaksial
● Perbandingan panjang terhadap diameter contoh (L/D) antara 2,5 – 3 ( ISMR,
1981) atau 2 – 2,5 mengikuti standar dari ASTM (American Society for Testing
and Materials).
● Kedua ujung contoh halus dan rata dengan ketidakrataan kurang dari 0,02 mm
untuk tiap ujung contoh.
● Kedua ujung contoh tegak lurus sumbu utama dengan ketidaktegaklurusan
kurang dari 0,06°.
● Keliling contoh halus dan bebas dari ketidakberaturan serta lurus, tidak
melebihi dari 0,3 mm pada seluruh tinggi contoh
74. Uji Triaxial
Perubahan bentuk contoh batuan pada Uji Triaxial
D
L
ൗ
L
D = 2
D + ∆D
L
+
∆L
ൗ
1
2 ∆L
ൗ
1
2 ∆L
F
F
L/D=2
L/D=1
Cone failure
L/D=2
Friction constraint
75. Berbagai Potensi Tipe Pecah Contoh Batuan Hasil Uji UCS
(Kramadibrata, 1991) - L/D=2
77. Parameter Uji Triaksial
1. Kohesi (C) : Kohesi adalah gaya tarik menarik antara partikel dalam batuan. Salah satu aspek yang
memengaruhi nilai kohesi adalah kerapatan dan jarak antar molekul dalam suatu benda.
2. Sudut Geser Dalam (φ) : merupakan sudut yang dibentuk dari hubungan antara tegangan normal
dan tegangan geser di dalam material tanah atau batuan. Sudut geser dalam adalah sudut rekahan
yang dibentuk jika suatu material dikenai tegangan atau gaya terhadapnya yang melebihi tegangan
gesernya. makna fisik dari sudut geser tanah pada kondisi tanpa tegangan pengekang
3. Tegangan normal (σn) : adalah intensitas gaya yang bekerja tegak lurus atau normal terhadap
penampang.
79. Aplikasi Uji Triaksial di Lapangan
1. Untuk mengetahui metode pemberaian yang dipakai
di pertambangan. Apakah menggunakan alat
mekanis atau peledakan
2. Sebagai salah satu variabel penentu kestabilan
lereng
3. Mengetahui kualitas batuan sebagai acuan
bagaimana batuan akan diperlakukan
4. Menghitung efesiensi penyangga pada TBT
89. Uji Geser Langsung (DS)
● Mengukur kuat geser sampel batuan (Shear Strength)
● Kuat geser batuan adalah kemampuan batuan untuk menahan tegangan geser
𝜏 = 𝑐 + 𝜎𝑛 tan 𝜙
91. Prosedur Pengujian
< 1KN
> 1KN
Peak
Residual 1
Residual
Residual 2
Pengujian dilakukan sebanyak 3 kali dengan F Normal yang bervariasi (0.2, 0.4, dan 0.6 kN)
F Normal
F Geser
92. Prinsip Pengukuran F Normal (Proving Ring 1 kN)
Hasil Kalibrasi
Nilai Dial
(0,01 mm)
Gaya Sebenarnya
(kgf)
Gaya Sebenarnya
(kN)
0 0.0 0.000
25 16.6 0.163
50 33.0 0.324
75 48.7 0.478
100 64.7 0.635
125 80.9 0.794
150 97.0 0.952
y = 0,0064x
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 50 100 150 200
Gaya
(kN)
Nilai Dial
(0.01 mm)
Kalibrasi
Gaya
105. Uji Kuat Tarik Tak Langsung
Uniaxial Tensile Strenght (UTS) – Brazilian Test
106. Uji Kuat Tarik
● Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui kuat tarik (tensile strength) dari percontoh batu
berbentuk silinder secara tak langsung.
● Tujuan:
● Mengukur kekuatan tarik langsung batuan.
● Mengevaluasi sifat elastis dan kekuatan tarik.
● Mengidentifikasi zona keretakan dan kegagalan.
110. Hal yang perlu diperhatikan
Ketika melakukan pengujian, pastikan bidang kontak antara batuan dan plat tekan
tidak lebih dari 8°. Hal ini dipastikan dengan menggunakan kertas karbon dan
kertas hvs yang diletakkan di antara plat dan contoh batuan.
𝑃𝑎𝑛𝑗𝑎𝑛𝑔 𝑏𝑖𝑑𝑎𝑛𝑔 𝑘𝑜𝑛𝑡𝑎𝑘
𝐾𝑒𝑙𝑖𝑙𝑖𝑛𝑔 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑜ℎ 𝑏𝑎𝑡𝑢𝑎𝑛
=
𝑥
360°
111. Kuat Tarik Brazillian
- Menurut Jumikis (1983), nilai
UTS dari suatu batuan hanya
sekitar 10% dari nilai UCSnya.
- Brittleness Index, untuk
memperkirakan kinerja alat
gali. Semakin besar maka
semakin besar pula kinerja alat
gali yang dibutuhkan
114. Manfaat Brazilian Test
● Menentukan Kekuatan Tarik Batuan (Tensile Strength): Metode Brazilian Test digunakan untuk mengukur
kekuatan tarik langsung batuan. Ini memberikan informasi yang sangat berguna tentang kemampuan batuan
untuk menahan tekanan dalam bentuk tarik. Informasi ini kritis dalam perencanaan tambang, konstruksi
geoteknik, dan pengembangan proyek infrastruktur yang melibatkan penggunaan batuan.
● Penilaian Kekuatan Kritis: Kekuatan tarik batuan adalah salah satu parameter kunci yang digunakan untuk
mengevaluasi stabilitas lereng tambang, terowongan, dan dinding penahan. Dengan mengukur kekuatan
tarik, kita dapat menilai apakah batuan dapat menahan gaya tarik yang dihasilkan oleh beban tertentu.
● Penentuan Karakteristik Mekanik Batuan: Brazilian Test juga memberikan wawasan tentang karakteristik
mekanik batuan, seperti modulus elastisitas (Young's Modulus), modulus Poisson, dan sebagainya. Informasi
ini membantu dalam perhitungan perpindahan, deformasi, dan tingkat elastisitas batuan.
● Penilaian Kerapuhan Batuan: Metode ini juga membantu dalam menilai sejauh mana batuan bersifat
keropos atau tahan terhadap retakan. Ini sangat penting dalam perencanaan pengeboran tambang dan
penanganan batuan di dalamnya.
115. Manfaat Brazilian Test
● Desain Struktur Geoteknik: Informasi dari uji Brazilian dapat digunakan untuk merancang struktur
geoteknik yang efisien, seperti fondasi, terowongan, atau dinding penahan.
● Kualitas Batuan dalam Tambang: Metode ini juga digunakan untuk mengukur kualitas batuan dalam
tambang. Ini membantu produsen batuan untuk mengidentifikasi batuan yang kuat dan berkualitas
tinggi yang dapat digunakan dalam berbagai aplikasi konstruksi.
● Manajemen Risiko: Data dari uji Brazilian dapat digunakan dalam analisis risiko geoteknik untuk
mengidentifikasi potensi bahaya yang berkaitan dengan kekuatan tarik batuan dan mengambil
langkah-langkah mitigasi yang sesuai.
119. Slake Durability Test
● Mendapatkan sifat mekanik batuan di laboratorium berupa ketahanan contoh
batuan seperti pelemahan dan penguraian dengan peralatan yang tersedia di
Laboratorium Geomekanika, Program Studi Teknik Pertambangan-FTTM,
ITB.
● ASTM Procedures:
D 4644-87 Standard Test Method for Slake Durability of Shales and Similar Weak
Rocks
121. Prosedur
1. Persiapan contoh:
a. Contoh berbentuk relatif bulat, jumlah 10 buah, dan berat 40-60
gram/contoh.
b. Apabila contoh kurang bulat dapat digerinda sehingga dapat
menghasilkan nilai yg cukup baik.
c. Timbang berat seluruh contoh (10 buah) dalam keadaan natural
(maksimum 600 gram).
122. Prosedur
2. Persiapan alat:
a. Timbang berat drum yang digunakan sebagai wadah
contoh.
b. Uji kecepatan putaran drum dalam motor pemutar (dibuat
konstan 20 rpm).
123. Prosedur
3. Pengujian:
a. Keringkan seluruh contoh (10 buah) di dalam oven pada suhu 110°C selama 6-8 jam.
b. Keluarkan contoh dari dalam oven lalu dinginkan pada suhu ruangan selama 20 menit,
kemudian timbang berat kering contoh tersebut sebagai berat kering contoh sebelum
pengujian.
c. Masukkan seluruh contoh kering ke dalam drum, tuangkan air hingga 20 mm di bawah
sumbu drum, lalu putar drum dengan kecepatan 20 rpm selama 10 menit.
d. Pindahkan seluruh contoh yang tertahan di dalam drum, kemudian masukkan kembali
ke dalam oven untuk dikeringkan pada suhu 110°C selama 6-8 jam.
e. Keluarkan contoh dari dalam oven lalu dinginkan pada suhu ruangan selama 20 menit.
f. Ulangi langkah c-e.
g. Timbang berat kering contoh tersebut sebagai berat kering contoh setelah pengujian.
125. Penjelasan
Durability index Type of retained wet material Classification
< 60% T2, T3 S - N
60% to 90% T1S, T3 S - N
60% to 90% T1H, T2 R - D
> 90% T1S, T3 S - N
> 90% T1H, T2 R - D
Type :
T1S soft, can be broken apart or remolded
T1H hard, can't be broken apart
T2 retained particles consist of large and small pieces
T3 retained particles are all small fragments
Classification :
S - N soil like (non durable)
R - D rock like (durable)
