Dokumen ini membahas pengujian triaxial batuan untuk mengukur kekuatan di bawah kondisi stres realistis dengan sampel berbentuk silinder. Prosesnya menciptakan kondisi stres non-hidrostatis dan menganalisis hubungan antara stres diferensial dan deformasi longitudinal hingga rekahan terjadi. Selain itu, mencakup kriteria rekahan geser berdasarkan teori Coulomb dan Mohr serta bagaimana orientasi bidang rekahan berkorelasi dengan bentuk envelope Mohr.

2. TRIAXIAL TESTING OF ROCKS (1)
(after Peterson, 1970a; in Hobbs et al; 1976)
OP : Outer Piston
IP : Inner Piston
S : Specimen
Y : Yoke (“kerangka, bahu”)
PV : Pressure Vessel
BP : Base Plate
 Alat utk mengukur kekuatan batuan di bawah
kondisi STRESS yg realistis (dimana ketiga
principal stress - σ1, σ2, σ3- tidak sama dng nol)
 Sampel batuan berbentuk silinder (panjang 2 cm,
diameter 1 cm) diletakkan di dlm selubung
impermeable, di antara IP, dan tercelup cairan di
dalam PV.
 Sampel kmdn secara bertahap ditekan dengan
memutar OP shg menciptakan suatu kondisi
stress yang NONHYDROSTATIC (σ1> σ2> σ3,
dimana σ3 = confining pressure).
 Confining pressure dijaga tetap konstan.
 Ketika kedua alat IP diputar shg menekan sampel,
maka σ2 dan σ3 tetap sama dng confining
pressure, sedangkan σ1 meningkat (gbr bawah).
 Perbedaan (σ1- σ3) disebut differential stress.

3. Gbr (a) J= impermeable jacket; CPF =
confining pressure fluid. Sampel secara
bertahap ditekan, dan ini menciptakan
suatu kondisi stress pd sampel dimana σ1>
σ2=σ3, dan σ3 = confining pressure, seperti
ditunjukkan oleh stress ellipse nya.
Gbr (b) Kenampakan sampel sesaat setelah
rekahan terjadi (titik III pada stress-strain
curve pd Gbr. c)
Gbr (c) Stress-strain curve merekam proses
eksperimen, menunjukkan axial differential
stress (σ1-σ3) vs % longitudinal strain.
Gbr (d) Lingkaran-lingkaran Mohr
menunjukkan keadaan stress dalam sampel
pada titik-titik I, II, dan III. Diameter
lingkaran III sama dengan ultimate strength
(kekuatan pamungkas) dari sampelnya
(batupasir).
TRIAXIAL TESTING OF ROCKS (2)
(after Peterson, 1970a; in Hobbs et al; 1976)

4. TRIAXIAL TESTING
OF ROCKS (3)
(after Peterson, 1970a; in
Hobbs et al; 1976)
 Sejarah stress dalam sampel ditunjukkan oleh suatu seri lingkaran Mohr
(Gbr-d).
 Lingkaran2 makin besar diameternya (σ1-σ3), semua melalui nilai σ3 (Gbr-
d).
 Hubungan antara stress dan strain ditunjukkan oleh stress-strain diagram
(Gbr-c)
 Ketika differential stress (σ1-σ3) meningkat, maka tegasan geser (σs) pada
semua bidang rekahan yang potensial dalam sampel juga meningkat.
 Akhirnya, tegasan geser (σs) pada salah satu bidang-bidang potensial
rekahan ini terlampaui dan rekahan terjadi , pada nilai maksimum dari (σ1-
σ3) atau disebut pd ultimate strength.
 Begitu rekahan terbentuk kmdn kemiringan bidang rekahannya terhadap
arah σ1 diukur (sudut “θ” = 15º pd Gbr-b), dan besarnya tegasan geser
(σs) dapat ditentukan secara grafis dengan MOHR DIAGRAM.

5. MOHR CIRCLES
(in Hobbs et al; 1976)
 Diagram Mohr dari 6 test berbeda pada marmer Wombeyan yg dilakukan oleh Paterson
(1958), mulai dari nol sampai 1650 kbars, temperatur kamar.
 Setiap lingkaran menunjukkan kondisi stress ketika rekahan terjadi dalam masing-
masing test.
 Titik pada setiap lingkaran memperlihatkan (kombinasi) σN dan σS pada bidang
dimana rekahan terjadi pada setiap tesnya.
 Tegasan geser σS meningkat seiring dengan σN-nya dan suatu kurva dapat ditarik
melalui setiap titik-titiknya, kurva ini disebut MOHR ENVELOPE (ME)
 Daerah di bawah kurva merupakan daerah dimana sampel masih mampu mendukung
tegasan tanpa terjadi rekahan.
 Gbr kanan menunjukkan 2 kemungkinan kemiringan rekahan yang terjadi yg
membentuk sudut “θ” dng sumbu σ1 (Perhatikan pd lingkaran Mohr-nya sudut tsb
digambarkan sebagai sudut “2θ”).

6. SHEAR FRACTURE CRITERIA (Coulomb Criterion)
(Coulomb, 1773; in Hobbs et al., 1976)
 Coulomb (1773) menggambarkan keadaan stress dimana rekahan geser (shear fracture =
SF) terjadi (Gbr-a).
 Asumsi: Rekahan geser dalam zat padat melibatkan patahnya ikatan kohesif antara
partikel (konstanta “c” pada Gbr-a)
 SF terjadi ketika tegasan geser (σS) pada suatu bidang rekahan yang potensial mencapai
nilai kritis yang diberikan oleh persamaan: σS = c + μ σN (dimana c = cohesion or the
shear strength, dan μ = coefficient of internal friction), disebut COULOMB CRITERION.
 Pada Gbr-a, garis lurus mrpkn tempat kedudukan titik-titik dimana rekahan (mulai)
terjadi. Sudut “Ǿ” adalah sudut geseran dalam (angle of internal friction).
 Gbr-b, kurva abc merupakan Mohr envelope (ME) utk suatu tipe batuan tertentu yg
dihasilkan dari percobaan dengan confining press.= 200 bars, fracture angle (sudut θ) =
36º, and ultimate strength (σ1) = 8.3 kbars (Perhatikan “slope” ME pada segmen garis
bc = Sudut “Ǿ” (angle of internal friction)).

7. FRACTURE CRITERIA
(Mohr, 1900; in Hobbs
et al., 1976)
 Konsep kedua tentang kondisi stress pada terjadinya rekahan (Fracture Criteria)
dikemukakan oleh Mohr (1900)
 Menurut Mohr (1900), saat rekahan terjadi, hubungan σN dan σS dapat
digambarkan dng suatu fungsi non-linier yg berbeda-beda utk setiap material.
 Fungsi non-linier tsb ditunjukkan oleh bentuk “envelope” tempat kedudukan titik-
titik singgung pd lingkaran Mohr yg mrpkn titik-titik saat terjadinya rekahan.
Envelope tsb disebut MOHR ENVELOPE (ME).
 Begitu ME dpt ditentukan –melalui serangkaian test – kurva ini dpt digunakan utk
memprediksi baik “the ultimate strength” maupun sudut rekahan (θ) pd conf.press
yg lain.

8. (Davies 1998)
Lingkaran Mohr menunjukkan
suatu seri test kuat-tekan dilakukan
pd kondisi confining pressure
berbeda-beda (10, 20, dan 30 Mpa).
Titik kandas terletak pada garis
lurus yg disebut sebagai COULOMB
FAILURE ENVELOPE atau MOHR
ENVELOPE

9. Variasi MOHR ENVELOPE
(perhatikan hubungan “θ” dan “Φ”)

10. 2 Tipe Dasar MOHR ENVELOPE
(perhatikan hubungan kelerengan ME atau besarnya sudut “Φ”)

11. SHEAR FRACTURE (SF) ORIENTATION
RELATIVE TO PRINCIPAL STRESS DIRECTIONS
σ1, σ2, σ3
 Pd triaxial test, SF terjadi membentuk
sudut kurang dari 45º thd arah σ1.
 Umumnya membentuk sudut ~ 30º.
 Jika σ2 = σ3 (seperti pd axial compression
test), terdpt kemungkinan jumlah tak
terhingga bidang rekahan yang
terbentuk, semuanya miring thd σ1.
 Sedangkan jika σ2 ≠ σ3, maka hanya
terbentuk 2 bidang rekahan, masing2
disisi σ1, dan berpotongan di σ2 .
 Arah max shearing stress pd dua bidang
SF terdapat pd bidang vertikal yg melalui
bidang σ1-σ3.
 Karena sering terjadi secara berpasangan
Shear Fracture (SF) sering juga disebut
sebagai “conjugate fractures/joints”

12. COULOMB CRITERION
σS = c + μ σN (c = cohesion or
the shear strength, and μ =
coefficient of internal friction),
 COULOMB CRITERION memprediksikan: SF terbentuk dengan sudut lebih kecil 45º
terhadap arah σ1.
 DIAGRAM KIRI: Menunjukkan kurva shearing resistance yang direkonstruksi dari
Coulomb Criterion (diagram kanan)
 Nampak pd diagram sebelah kiri, bidang dimana shear stress sama dengan shearing
resistance selalu miring kurang dari 45º thd σ1 (bidang “P”). Hal ini karena slope
kurva shearing resistance bernilai positif dan kurva shear stress-nya berbentuk simetri.
 Orientasi SF yang terbentuk dapat dikorelasikan dengan bentuk dari MOHR
ENVELOPE-nya.

13. SHEAR FRACTURE ORIENTATION
CORRELATED WITH SHAPE OF THE MOHR ENVELOPE
Rekahan-rekahan sejajar dengan bidang-
bidang P1, P2, dan P3, masing-masing,
membentuk sudut 30º, 25º, and 0º
terhadap arah σ1.
A
T0
s
n
Von Mises ductle
failure criterion
Brittle-ductile
transition
B
C
D
E
Coulumb
fracture
criterion
Yield stress
Parabolic
fracture
envelope
3
n f
f
1

14. Dari TRIAXIAL
COMPRESSION TEST:
faktor-faktor apa sajakah
yang dapat kita tentukan?