PENGARUH UKURAN CONTOH TERHADAP KEKUATAN BATUAN

JTM Vol. XVI No. 1/2009
PENGARUH UKURAN CONTOH
TERHADAP KEKUATAN BATUAN
Singgih Saptono1, Suseno Kramadibrata2, Budi Sulistianto2, Ridho K. Wattimena2
Sari
Massa batuan dilihat dari sisi makro dan mikro merupakan material heterogen dan media diskontinu. Hasil
pengujian insitu dan laboratorium menunjukkan bahwa kuat tekan uniaksial dan kohesi batuan dipengaruhi oleh
dimensi contoh batuan, yang dikenal dengan istilah pengaruh skala.
Kata Kunci: kekuatan batuan, diskontinyu, pengaruh skala.
Abstract
Rock mass in terms of macro and micro is a heterogeneous material and discontinuous media. Insitu and
laboratory testing results indicate that the uniaxial compressive strength and cohesion of rock influenced by the
dimensions of rock samples, which is known as the scale effect.
Keyword: rock strength, discontinue, scale effect.
1)
2)
Mahasiswa Program Doktor, Program Studi Rekayasa Pertambangan, Fakultas Teknik Pertambangan dan
Perminyakan. Email: [email protected]
Prodi Rekayasa Pertambangan, Fakultas Teknik Pertambangan dan Perminyakan
Institut Teknologi Bandung
I. PENDAHULUAN
Di alam, batuan merupakan massa batuan yang
bersifat heterogen dan memiliki bidang
diskontinu seperti kekar, retakan, dan bidang
perlapisan. Sifat heterogen batuan memberikan
perbedaan kekuatan di setiap titik material
penyusun batuan. Sehingga kekuatan batuan
menjadi sukar untuk dianalisis. Oleh karena itu
untuk mengetahui kekuatan batuan memerlukan
pengujian terhadap contoh batuan yang
mewakilinya. Pada umumnya, contoh batuan
yang diuji di laboratorium berukuran kecil dan
tidak mengandung retakan. Sementara contoh
batuan berukuran besar mengandung retakan.
Sehingga pada pekerjaan rekayasa batuan sifat
utama yang harus diperhatikan adalah sifat
keheterogenan dan perbedaan sifat kesegala
arah (anisotropi). Lebih jelasnya tulisan ini
akan membahas pengaruh skala terhadap kuat
tekan uniaksial dan kekuatan geser batuan.
II. DEFINISI PENGARUH SKALA
Gambar 1. adalah ilustrasi mengenai masalah
pengaruh skala pada batuan. Semakin besar
contoh batuan semakin bersifat heterogen dan
menunjukkan adanya pola acak bidang
diskontinyu.
Walaupun secara teori dalam perhitungan di
mekanika batuan contoh batuan dianggap
bersifat homogen, isotropi dan kontinyu, pada
kenyataannya contoh batuan diambil dari
formasi yang sama bisa memiliki kekuatan yang
berbeda karena sifat heterogen dan jaringan
bidang kekar yang berbeda. Hasil pengujian
contoh batuan menunjukkan bahwa kekuatan
batuan sangat bervariasi dan sangat acak
sebanding dengan bertambahnya ukuran contoh.
Seperti ditunjukkan pada inset gambar 1, bahwa
ada hubungan pengaruh skala dengan kekuatan
batuan. Pengaruh skala maksudnya ukuran atau
volume diatas ukuran memiliki kekuatan batuan
tidak berubah. Volume ukuran contoh ini
dikenal dengan Representative Elementary
Volume (REV) dan REV sangat dipengaruhi
oleh jenis batuan. Adapun yang dimaksudkan
REV adalah contoh batuan utuh dengan satu
kekar (Cunha, P. A., 1990).
Kondisi keheterogenan pada batuan disebut
pengaruh skala. Adapun sifat keheterogenan
batuan sangat dipengaruhi oleh:
1. Perbedaan kompisisi mineral.
2. Keberagaman komponen mineral.
3. Perbedaan
ukuran
butir
komponen
penyusun.
4. Persentase dari salah satu komponen
meningkat melebihi 100% dari nilai rata-rata
(Charussa-Graca, J., 1985).
Adanya konsentrasi komponen tertentu dalam
titik yang berbeda.
III. PENENTUAN BIDANG
DISKONTINUITAS
Salah satu bentuk keheterogenan di batuan
adalah bidang diskontinuitas dan caranya
menentukan bidang diskontinuitas adalah
penggunaan indek. Contoh, penggunaan alat
indek yaitu penggunaan kompas geologi untuk
mengukur orientasi bidang kekar di massa
batuan,
indek
pengukuran
kekasaran
permukaan, dan untuk mengukur kekuatan
dengan palu geologi, pisau lipat dan peralatan
Singgih Saptono, Suseno Kramadibrata, Budi Sulistianto, Ridho K. Wattimena
seperti Point load index, Schmidt hammer dan
Penetrometer.
Untuk mengetahui pola kekar di massa batuan
adalah dengan mengukur orientasi (kemiringan
dan
arah
kemiringan)
kekar
dengan
menggunakan
kompas
geologi.
Hasil
pengukuran orientasi
kekar selanjutnya
dianalisis secara statistik dengan menggunakan
jaring Schmidt (Schimdtnet) sehingga dapat
memberikan informasi pola kekar (Gambar 2).
Informasi ini dapat memberikan potensi
kemungkinan bentuk kelongsoran akibat
struktur kekar dan mengin-formasikan pola
distribusi tegangan yang mengenai massa
batuan.
Penurunan kekuatan batuan akibat kekar sangat
berhubungan
dengan
karakteristik
dan
geometris kekar, yaitu orientasi kekar, jarak
antar kekar, bukaan antar kekar, kemenerusan,
kekasaran, dan material pengisi kekar. Contoh,
analisis yang sederhana terhadap karakteristik
geometri kekar ditunjukkan pada Gambar 2.
Keterangan dswAi,i+1 adalah
bidang kekar pada set bidang
bidang kekar dalam satu set.
Jarak rata-rata antar bidang
scanline dihitung dengan
(Kramadibrata, S., 1996).
jarak semu antar
A, adalah jumlah
kekar sepanjang
persamaan (3)
m
∑ dswm
dsw =
i =1
(3)
m
Keterangan dswm adalah jumlah jarak kekar
sebenarnya sepanjang scanline setiap set. m
adalah jumlah set kekar dan dsw adalah ratarata jarak kekar sepanjang scanline.
Untuk
menentukan
RQD
berdasarkan
pengukuran scanline Priest & Hudson
menyatakan bahwa secara umum jarak kekar
sebagai suatu fungsi kumulatif antara jarak
kekar terhadap frekuensi kekar dan mempunyai
fungsi log-normal atau negatif eksponensial,
seperti pada gambar 4 dan untuk menentukan
kualitas batuan (RQD) dengan scanline dapat
menggunakan persamaan (4) yaitu (Pratt, H. R.,
Black, A. D. and Brace, W,F., 1974).
Salah satu karaketeristik geometris kekar yang
bisa diukur dan sangat menentukan kekuatan
massa batuan adalah jarak kekar. Jarak antar
kekar dapat diukur dari core maupun singkapan
batuan (scanline). Hasil pengukuran jarak kekar
berupa frekuensi kekar dan kondisi kualitas
batuan (Rock Quality Designation, RQD).
RQD = 100 e-λ 0,1 (1 + λ 0,1)
(4)
Keterangan: λ adalah frekuensi kekar yang
menyatakan banyaknya kekar setiap meter.
Ketika penggalian sudah berlangsung, selain
pengukuran RQD dari core juga dapat
dilakukan dengan scanline pada singkapan
batuan. Untuk pengukuran dengan scanline
memerlukan peralatan seperti rol meter dan
kompas geologi, rol meter yang dibentangkan
sepanjang
dinding
singkapan
batuan
(pengamatan) seperti
ilustrasi pengukuran
dengan scanline dapat dilihat pada Gambar 3.
RQD =
Hasil pengamatan orientasi kekar berupa
kemiringan dan arah kekar serta jarak semu
antar bidang kekar. Jarak sebenarnya antar
bidang kekar dihitung dengan persamaan (1)
(Kramadibrata, S., 1996).
(1)
(θ + θ i +1 )
d i ,1+1 = ji ,i +1 cos i
2
Keterangan ji,i+1 adalah jarak semu antar bidang
kekar, θi adalah sudut antara garis normal
dengan scanline, dan
di,i+1 adalah jarak
sebenarnya antar bidang kekar.
Jarak rata-rata antar bidang kekar set bidang
kekar A dihitung dengan persamaan (2)
(Kramadibrata, S., 1996).
n
∑ dswAi,i +1 cos(θ i,i +1 )
dswA = i =1
k
(2)
Untuk menghitung RQD dari core hasil
pemboran inti berdasarkan persamaan (5), yaitu
Jumlah panjang core > 0,1 m
x 100%
Panjang kemajuan pemboran
(5)
IV. PENGARUH SKALA PADA
KEKUATAN BATUAN
4.1. Kuat tekan uniaksial
Berdasarkan buku-buku mekanika batuan
bahwa ada perbedaan pendapat mengenai
kekuatan batuan terhadap pengaruh skala.
Contoh, Hudgson & Cook menyatakan bahwa
tidak ada hubungan antara kekuatan terhadap
ukuran contoh., sementara Bernaix menyatakan
bahwa kekuatan batuan dipengaruhi oleh
ukuran contoh juga menyatakan bahwa
kekuatan batuan sangat acak, akan tetapi
menunjukkan bahwa kekuatan rata-rata batuan
mempunyai kecenderungan membentuk suatu
fungsi penurunan kekuatan terhadap ukuran
contoh. Untuk menjelaskan fenomena ini,
Bernaix menggunakan metode analisis statistik
dengan menghubungkan antara kekuatan
terhadap ukuran contoh yang mengandung
bidang
kekar.
Sehingga
diperoleh
kecenderungan semakin besar ukuran semakin
bertambah bidang kekar. Juga didukung bahwa
pada ukuran contoh besar terdapat adanya
pengaruh simpanan energi, yang akan
mempercepat proses propagrasi rekahan. Teori
“weakest link” (Weibull, W. A., 1939) banyak
Pengaruh Ukuran Contoh terhadap Kekuatan Batuan
digunakan untuk menjelaskan pengaruh ukuran
terhadap kekuatan logam dan batuan utuh, serta
untuk menjelaskan keruntuhan batuan terhadap
pengaruh struktur acak dengan anggapan bahwa
contoh terdiri dari satu kesatuan. Hasil kriteria
kekuatan batuan bahwa adai hubungan antara
volume contoh dengan kekuatan batuan, seperti
pada persamaan (6) (Weibull, W. A., 1939),
yaitu:
σ 
V 
(6)
m log 1  = log 1 
σ
 2
 V2 
Keterangan σ adalah kuat tekan uniaksial dan V
adalah volume contoh, dan m konstanta
material.
Penelitian mengenai pengaruh skala terhadap
kuat tekan uniaksial dengan menggunakan
pendekatan teori persamaan Weibull (Weibull,
W. A., 1939) telah dilakukan oleh Lundborg
(Lundborg, N. 1967) dan Bieniawski
(Bieniawski, Z.T., 1968) dengan contoh granit
dan batubara berbentuk silinder. Hasil
penelitian Lundborg diperoleh konstanta
batuan, m = 12, dan Bieniawski diperoleh
konstanta batuan, m = 2,5. Penelitian
selanjutnya yang dilakukan oleh Mogi (Mogi,
K., 1962) Abou-Sayed & Brechtel & Hustrulid
(Abou-Sayed, A. S., and Brechtel, C. E., 1976)
menyimpulkan bahwa hubungan antara kuat
tekan batuan terhadap ukuran contoh mengikuti
fungsi power, seperti pada persamaan (7)
(Abou-Sayed, A. S., and Brechtel, C. E., 1976).
σ = AD − B
(7)
Keterangan σ adalah kekuatan contoh, D adalah
diameter contoh, A dan B adalah konstanta
batuan.
Pratt dkk. (Pratt, H. R., Black, A. D. And Brace,
W, F., 1972) meneliti pengaruh sisi panjang
contoh berbentuk kubus terhadap kuat tekan
uniaksial, memperlihatkan bahwa semakin
panjang contoh semakin berkurang kuat tekan
uniaksial (Gambar 5).
Lama & Gonano (Lama,R.D. and L.P.Gonano.
1976) and Kaczynski (Kaczynski, R. R., 1986)
menyatakan bahwa ada pengaruh kuat tekan
batuan terhadap volume contoh yaitu semakin
besar volume contoh semakin berkurang kuat
tekan uniaksial (Gambar 6).
Berdasarkan penelitian Pratt dkk. (Pratt, H. R.,
Black, A. D. And Brace, W, F., 1972) , Singh
(Singh, M.M., 1981) yang dikutip kembali oleh
Herget (Herget, G., 1988) menguji pengaruh
sisi panjang untuk contoh batubara berbentuk
kubus dari beberapa tempat menunjukkan
bahwa kuat tekan uniaksial batubara
dipengaruhi oleh skala (Gambar 7), dan fungsi
kuat tekan terhadap sisi panjang contoh adalah
fungsi power yaitu persamaan (8) (Herget, G.,
1988)
UCS = 0,498 x (ukuran kumulatif)-0,59
(8)
Workshop mengenai pengaruh skala pertama
kali dilakukan tahun 1990 dan workshop
pengaruh skala kedua pada tahun 1993.
Kramadibrata & Jones (Kramadibrata, S., and
Jones, I.O., 1993) menyatakan bahwa kuat
tekan batuan beku dipengaruhi oleh pengaruh
skala dengan fungsi power antara diameter dan
kuat tekan uniaksial (Gambar 8).
4.2. Kekuatan Geser Batuan
Karakteristik kekuatan geser batuan yang terdiri
dari kohesi dan sudut gesek dalam sangat
berperan pada perancangan lereng. Kohesi dan
sudut gesek dalam dapat ditentukan di
laboratorium dengan uji kuat geser langsung
dan uji triaksial. Pada umumnya kekuatan geser
hasil pengujian insitu memberikan nilai lebih
rendah daripada hasil pengujian laboratorium.
Penurunan kekuatan geser dari pengujian
laboratorium dan pengujian insitu dapat
mencapai 63-84% (Kimishima, H., 1970).
Sementara Rocha (Rocha, M., 1964)
mengemukakan bahwa batuan anisotropi,
seperti batuskis mempunyai .perbedaan
kekuatan geser batuan antara laboratorium dan
insitu cukup besar karena sangat dipengaruhi
oleh pengaruh skala.
Pengujian mengenai kekuatan geser terhadap
pengaruh ukuran pada umumnya dilakukan
dengan menggunakan uji kuat geser langsung,
seperti yang dilakukan oleh Bandis (Bandis,
S,C., 1990) dan Cunha (Cunha, P. A., 1990).
Bandis (Bandis, S,C., 1990) dan Cunha (Cunha,
P. A., 1990) menyatakan bahwa kekuatan geser
batuan akan semakin berkurang dengan
bertambah
panjang
bidang
permukaan
diskontinu. Hasil yang dilakukan Bandis
(Bandis, S,C., 1990) dan Cunha (Cunha, P. A.,
1990) sama dengan hasil penelitian yang
dilakukan oleh Fecker & Rengers (Fecker. E.
and N. Rengers., 1971) bahwa kekuatan geser
semakin berkurang dengan pengurangan
kekasaran permukaan. Pendapat Fecker &
Rengers (Fecker. E. and N. Rengers., 1971)
diperkuat lagi dengan pendapat beberapa
peneliti seperti Barroso (Barosso, A., 1966),
Pratt dkk. (Pratt, H. R., Black, A. D. and Brace,
W, F., 1974), Barton (Barton, N., 1976) dan
Yoshinaka dkk. (Yoshinaka, R., Yoshida, J.,
Arai, H and Arisaka, S., 1993) yang
berpendapat bahwa ukuran contoh berpengaruh
pada kekuatan geser batuan.
Yoshinaka dkk. (Yoshinaka, R., Yoshida, J.,
Arai, H and Arisaka, S., 1993) menyatakan
bahwa kekuatan geser batuan sangat
3
Singgih Saptono, Suseno Kramadibrata, Budi Sulistianto, Ridho K. Wattimena
dipengaruhi oleh ukuran contoh Pengujian yang
diterapkan oleh Yoshinaka dkk mempunyai
untuk ukuran contoh batuan dari 20 cm2 sampai
dengan 9600 cm2. Sementara Pratt dkk. (Pratt,
H. R., Black, A. D. and Brace, W, F., 1974)
mengkhususkan untuk penelitian terhadap sudut
gesek dalam dan menyatakan bahwa tidak ada
kecenderungan pengaruh skala untuk sudut
gesek dalam. Hal yang sama dikemukan oleh
Barton (Barton, N., 1976).
Il Nitskaya (1969, dikutip kembali oleh
Vutukuri Lama & Saluja (Weibull, W.A., 1939)
telah melakukan uji geser skala laboratorium
untuk contoh ukuran besar Gabro dan Marmer
berdameter dari 1 cm sampai dengan 7 cm,
menyatakan bahwa kohesi Gabro dan Marmer
sangat dipengaruhi oleh pengaruh skala dan
mempunyai fungsi hubungan pengaruh skala
dan kohesi adalah sebagai fungsi power.
Sebelumnya, Barroso (Barosso, A., 1966)
menyatakan bahwa ada pengaruh skala pada
kohesi (Gambar 9).
Londe (Londe, P., 1973) membuat kesimpulan
dari hasil penelitian batugamping terkekarkan,
untuk contoh berukuran diameter contoh 8 cm
sampai dengan 30 cm, bahwa kohesi semakin
berkurang dengan penambahan ukuran contoh,
dan sudut gesek dalam tidak dipengaruhi oleh
pengaruh skala.
Muratha & Cunha (Schenider, H. J.,1976)
meneliti hubungan antara tegangan geser
terhadap luas geser contoh dari 30 cm2 sampai
dengan 160 cm2 (Gambar 10). Kondisi
kekasaran bidang kekar (Joint Roughness
Condition, JRC), pada ukuran 30 cm2
mempunyai JRC antara 2 dan 4 kekuatan geser
untuk menggeser besar, dan pada ukuran 160
cm2 mempunyai JRC antara 8 dan 10
memperlihatkan hasil kekuatan geser semakin
kecil.
Muratha & Cunha (Schenider, H. J.,1976)
membuat hubungan antara luas permukaan
dengan tegangan geser mengikuti fungsi
eksponensial (Gambar 10), yaitu:
τ = c + a exp (-bA)
(9)
Keterangan a, b, dan c adalah konstanta; c
diambil sebagai nilai minimum tegangan geser,
dan A adalah luas permukaan geser.
Muratha & Cunha (Schenider, H. J.,1976)
menyimpulkan bahwa kekuatan akan menurun
berdasarkan luas permukaan dan menjadi cepat
penurunan dengan meningkatnya tegangan
normal (Gambar 11).
V. FAKTOR YANG BERPENGARUH
PADA KEKUATAN GESER
Faktor-faktor yang berpengaruh pada kekuatan
geser adalah jenis batuan, keberadaan bidang
kekar, pelapukan, kondisi permukaan kekar, air,
pengaruh skala, metode pengujian dan material
pengisi.
5.1. Jenis Batuan
Jenis batuan: ukuran butir, tekstur mineral,
sementasi antar butir/mineral.
5.2. Pelapukan
Pelapukan
akan
mempengaruhi
Joint
Roughness Coeficient (JRC) dan Joint
Compressive Strength (JCS). Dan, pelapukan
akan menyebabkan berkurangnya kekuatan
batuan sehingga menghasilkan penurunan
kekuatan geser. Ketebalan pelapukan di bidang
kekar sangat tergantung pada jenis batuan
terutama pada tingkat permeabilitas batuan.
Barton[5] menunjukkan pengaruh mekanik
pelapukan, bahwa perubahan sedikit dari batuan
segar dapat menyebabkan penurunan kekuatan
mekanik jauh lebih parah daripada proses
pelapukan yang bertahap di batuan lapuk.
Sementara, Daerman dkk. (Dearman, W. R.,
Baynes, F. J. and Irfan, T. Y., 1978)
memperlihatkan kuat tekan berkurang secara
linier dengan bertambahnya tingkat pelapukan.
5.3. Kondisi Geometri Permukaan Bidang
Kekar
Kondisi geometri permukaan bidang kekar
mempunyai pengaruh pada perilaku geseran,
dan terutama sangat berpengaruh pada proses
dilatasi dan secara umum mempengaruhi sudut
kekasaran. Kondisi ini diperkuat lagi oleh hasil
penelitian
Schneider
(Saptono,
S.,
Kramadibrata, S, Wattimena, R. K., Sulistianto,
B., Nugroho, P., Iskanadar, E., Bahri, S., 2008)
terhadap contoh granit, batupasir dan
batugamping dengan kekuatan sama dan JRC
berbeda. Dengan demikian bahwa JRC
mempengaruhi kekuatan geser batuan.
5.4. Air
Keberadaan
air
pada
bidang
kekar
menyebabkan pengaruh mekanik dan kimia,
yang paling penting adalah mengurangi
kekuatan geser kerena adanya tegangan efektif.
Air akan cenderung mengurangi energi
permukaan dan kekuatan antar kristal penyusun
batuan, hasilnya sifat mekanik menjadi turun.
Keberadaan air sangat berperan pada kekuatan
batuan, sebagai contoh batuan yang sangat peka
terhadap air adalah batulumpur, batulempung
dan batulanau (Bukovansky, 1962; 1966 dikutip
kembali oleh Vutukuri Lama & Saluja, 1974).
Keadaan ini secara berlanjut mengurangi
kekuatan geser. Barton (Barton, N., 1976)
menerangkan bahwa pengurangan kekuatan
Pengaruh Ukuran Contoh terhadap Kekuatan Batuan
geser karena menurunnya tegangan tarik dan
kuat tekan. Sehingga penurunan sudut gesek
dalam terjadi pada batuan tidak brittle dan
untuk batuan brittle berlaku sebaliknya, yaitu
tidak terjadi penurunan sudut gesek dalam.
5.5. Pengaruh skala
Pada beberapa hasil penelitian menunjukkan
bahwa penurunan kuat tekan batuan akibat
pengaruh skala akan berhenti pada contoh batu
uji berukuran kurang lebih 1m. Sedangkan
pengaruh skala untuk kuat geser hanya berlaku
hingga ukuran batu uji antara 2 – 3 m (Rocha,
M., 1964). Sementara, hasil penelitian
mengenai perpindahan pada lereng massa
batuan
di
tambang
terbuka
batubara
menunjukkan bahwa perpindahan kumulatif
dapat mencapai 1 m untuk lereng dengan
ketinggian 120 m (Gambar 12), perpindahan
yang terjadi tidak menunjukkan terjadi
kelongsoran tetapi masih masuk dalam tahap
rayapan. Proses rayapan merupakan gabungan
dari proses pengurangan kekuatan massa
batuan, pengaruh air dan pengaruh skala pada
massa batuan.
5.6. Metode Pengujian
Pada umumnya metode pengujian yang
diterapkan pada uji kuat geser ukuran besar
adalah pengujian kuat geser langsung. Karena
dapat mensimulasikan untuk kondisi asli di
lapangan dan cocok untuk diterapkan terhadap
batuan berlapis dan terkekarkan (Chee-Kuen
Yip., 1977). Pada pengujian kuat geser
langsung pemberian beban normal merupakan
hal yang penting. Kramadibarata dkk
Kramadibrata, S., Saptono, S., Wicaksana, Y.,
Prasetyo H. S, 2009) menyarankan bahwa
pemberian beban normal perlu diperhatikan.
Khusus untuk batuan yang ada di Indonesia
penutupaan crack batuan utuh setelah diberikan
beban 12,5% dari kuat tekan uniaksial.
5.7. Material Pengisi
Pada kasus kelongsoran bidang pada umumnya
diinisiasi oleh bidang perlapisan yang terdapat
material pengisi. Jika material pengisi lebih
tebal dari tinggi kekasaran, maka karakteristik
material pengisi yang lebih berpengaruh, tetapi
jika material pengisi tersebut lebih tipis, maka
kekasaran akan berperan pada kelongsoran.
Goodman (Goodman, R. E.,1974) dan Ladanyi
& Archambault (Ladanyi, R. and Archambault,
G. 1970) melakukan penelitian terhadap
perilaku kekar dengan pengisi dan tidak ada
material pengisi bahwa kekuatan geser akan
berkurang secara bertahap sesuai hingga
mencapai 50% dari hasil kekuatan geser
laboratorium ketika ketebalan lapisan pengisi
melebihi tinggi maksimum kekasaran.
VI. PENUTUP
Pandangan mengenai pengaruh ukuran contoh
terhadap kekuatan berbeda, tetapi sebagian
besar sampai saat ini cenderung dapat
menerima
penurunan
kekuatan
akibat
meningkatkan ukuran contoh. Dimensi linier
sekitar 1,0 m sebagai batas pengaruh ukuran
contoh yang mengindikasikan terjadinya
pengaruh
skala.
Namun
berdasarkan
pengamatan, bahwa kekuatan bervariasi sesuai
dengan jenis batuan. Potensi adanya pengaruh
skala selain pada kuat tekan uniaksial juga
terjadi pada kekuatan geser, yaitu pada kohesi.
Kohesi akan berkurang dengan bertambahnya
ukuran contoh hingga mencapai batas asimtotik
sebagai batas tidak dipengaruhi lagi oleh
pengaruh skala dan sudut gesek dalam tidak
dipengaruhi oleh pengaruh skala. Faktor yang
berpengaruh pada kekuatan geser selain
pengaruh skala adalah jenis batuan, keberadaan
bidang kekar, pelapukan, kondisi permukaan
kekar, air, metode pengujian dan material
pengisi.
DAFTAR PUSTAKA
1. Abou-Sayed, A.S., and Brechtel, C.E.,
1976, Experimental investigation of the
effects of size on the UCS of Cedar City
quartz diorite. Proc. 17th US Symp. On
rock mechanics, Snowbirds, Utha. 5D6-15D6-6.
2. Bandis, S,C., 1990, Scale effects in the
strength and deformability of rocks and
rock joints. Proc. The 1st Intl. Workshop
on scale effects in Rock masses, Edited by
Cunha, P.A. Luen, Norway 59-76.
3. Barnaix, J., 1974, General Report on
Theme 1. 3rd ISRM Congr., Vol. 1 Denver.
4. Barroso, A., 1966, Contribution to Theme
B. Proc. 1st. Intl. Congr. Of ISRM, Lisbon,
Vol. 3. 588-591.
5. Barton, N., 1973, Review of new strength
criterion for rock joints, Engineering
Geology, Vol. 7, No. 4: 287-332.
6. Barton, N., 1976, The shear strength of
rock and rock joints, Intl. J. Rock Mech.
Min. & Sci. Vol. 13: 255-279.
7. Bieniawski, Z.T., 1968, The effect of
specimen size on the strength of coal.
International Journal on Rock Mechanics
and Mining Sciences & Mecahnics
Abstracts, V. 5 n. 4, 325-335.
8. Charrusa-Graca, J., 1985, Heterogenity and
scale effects (in Portuguese), Recearch
program Lisbon, LNEC.
9. Chee-Kuen Yip., 1977, Shear strength and
deformability. Ph.D. Thesis. MIT.
10. Cunha, P.A., 1990, Scale effects in Rock
Masses. Proc. The 1st Intl. Workshop on
scale effects in Rock masses, Edited by
Cunha, P.A. Luen, Norway 3-30.
5
Singgih Saptono, Suseno Kramadibrata, Budi Sulistianto, Ridho K. Wattimena
11. Dearman, W.R., 1978, Baynes, F.J. and
Irfan, T.Y., Engineering Grading of
wathered granite. Engineering Geology,
12: 345-374.
12. Fecker. E. and N. Rengers., 1971,
Measurement of large scale roughness of
rock planes by means of profilograph and
geological compass. Proc. Int. Symp. On
Rock Failure, Nancy (ISRM) Paper 1-18.
13. Goodman, R.E., 1974, The mechanical
properties of joints. Proc. 3rd ISRM congr.
Vol. 1. Denver.
14. Herget, G., 1988, Stresses in rock. A.A.
Balkema Publ: 179p.
15. Hudgson, K. and Cook, N.G., 1970, The
effects of size and stress gradient on the
strength of rock. Proc. 2nd ISRM Congr.
Belgrade.
16. Kaczynski, R.R., 1986, Scale effect during
compressive strength tests of rocks. Proc.
5th Int. Congress of IAEG, Buenos Aires:
371-373.
17. Kimishima, H., 1970, A study of failure
characteristics of foundation roch through a
series of test insitu. Rock Mech, in Japan,
Vol 1. 91-93.
18. Kramadibrata, S., 1996, The Influence of
Rock Mass and Intact Rock Properties on
The Design of Surface Mines with
Particular Reference to The Excavatability
of Rock, Ph. D. Thesis, Curtin University of
Technology.
19. Kramadibrata, S., and Jones, I.O., 1993,
Size effect on strength and deformability of
brittle intact rock. The 2nd Intl. Workshop
on scale effects in Rock masses, Edited by
Cunha, P.A. Lisbon, Portugal, 227-284.
20. Kramadibrata, S., Saptono, S., Wicaksana,
Y., Prasetyo H. S, 2009, Soft Rock
Behavior with Particular Reference to Coal
Bearing Strata, The 2nd International
Symposium of Novel Carbon Resources
Science, Earth Resource Science and
Technology, Joint Symposium Kyushu
University – Institut Teknologi Bandung.
21. Ladanyi, R. and Archambault, G. 1970,
Simulation of shear behavior of ajointed
rock mass. Proc. 11th U.S. Synposium on
Rock Mechanics, Barkeley. 105-125.
22. Lama, R.D. and L.P. Gonano., 1976, Size
effects considerations in the assessment of
mechanical properties of rock masses. In:
proceedings of the Second Symposium on
Rock Mechanics, Dhanbad.
23. Londe, P., 1973, The role of rock
mechanics in the reconnaissance of rock
foundations, Qly J. Engng Geol., Vol 6/1.
24. Lundborg, N. 1967, The strength-size
relation of granite. Int. J. Rock Mechanics,
Vol. 4. 269-272.
25. Mogi, K., 1962, The influence of the
dimensions of specimens on the fracture
26.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
33.
34.
35.
36.
strength of rocks. Bull earthq. Res. Inst.,
40: 175-185.
Muralha, J. and Cunha, P.A., 1990, About
LNEC experience on scale effects in the
mechanical behaviour of joints. Proc. The
1st Intl. Workshop on scale effects in Rock
masses, Edited by Cunha, P.A. Luen,
Norway 131-148.
Pratt, H.R., Black, A.D. and Brace, W,F.,
1972, Friction and deformation of jointed
quartz diorite. Proc. 3rd Cong. Of Int. Soc.
Rock Mech., Denver Colorado, Vol. II. A:
306-310.
Pratt, H.R., Black, A.D. and Brace, W,F.,
1974, The effect of specimen size on the
mechanical properties of unjointed diorite.
Int. J. Rock Mech. Min. Sci. & Geom.
Abst., Vol. 9. No. 4 : 513-529.
Priest, S.D., and Hudson, J.A., 1976,
Discontinuity spacing in rock, International
Journal of Rock Mechanics and Mining
Sciences and Geomechanics Abstracts, 13,
135 – 148.
Rocha, M., 1964, Mechanical behaviour of
rock foundations in concrete dam. Trana
8th Cong. Large Dam Edinburgh. Paper-44,
Q.28. 785-832.
Saptono, S., Kramadibrata, S, Wattimena,
R.K., Sulistianto, B., Nugroho, P.,
Iskandar, E., Bahri, S., 2008, Low wall
slope monitoring by robotic theodolite
system likely to contribute to increase
production of coal in PT. Adaro Indonesia,
SHRIMS 2008 – editor Potvin, Y. Carter, J.
Dyskin, A., Jeffery, R. Australian Centre
for Geomechanics, Perth.
Schenider, H.J., 1976, The friction and
deformation behavior of rock joint. Rock
Mechanics. Vol. 8, No. 3: 169-184.
Singh, M.M., 1981, Strength of rock.
Physical properties of rock and materials.
New York.
Vutukuri, V.S. Lama, R.D. and Saluja,
S.S., 1974, Handbook on mechanical
properties of rocks. Vol., Trans Tech. Publ.
Weibull, W.A., 1939, Statistical theory of
the
strength
of
materials.
Ingeniorsvetenskaps-akademiens,
Handlingar,
NR151,
Generalstabens
Litografiska Anstalts Forlag, Stockholm,145.
Yoshinaka, R., Yoshida, J., Arai, H. and
Arisaka, S., 1993, Scale effects on shear
strength the deformability of rock joint.
The 2nd Intl. Workshop on scale effects in
Rock masses, Edited by Cunha, P.A.
Lisbon, Portugal, 143-149.
Pengaruh Ukuran Contoh terhadap Kekuatan Batuan
Gambar 1. Ilustrasi pengertian pengaruh skala (Cunha, P. A., 1990).
Singgih Saptono, Suseno Kramadibrata, Budi Sulistianto, Ridho K. Wattimena
Gambar 2. Massa batuan dengan bidang kekar serta hasil analisis stereonet.
Gambar 3. Pengukuran jarak antar kekar pada scanline (Lama, R. D. and L. P. Gonano. 1976)
Pengaruh Ukuran Contoh terhadap Kekuatan Batuan
Gambar 4. Distribusi frekuensi spasi kekar (Pratt, H. R., Black, A. D. and Brace, W,F., 1974)
Gambar 5. Pengaruh sisi panjang contoh berbentuk kubus terhadap kuat tekan uniaksial (Pratt, H. R., Black, A. D.
And Brace, W, F., 1972)
9
Singgih Saptono, Suseno Kramadibrata, Budi Sulistianto, Ridho K. Wattimena
Gambar 6. Pengaruh volume contoh terhadap kuat tekan uniaksial untuk jenis batuan yang berbeda, dikumpulkan
oleh Lama & Gonano (Lama,R.D. and L.P.Gonano. 1976)
dan Kaczynski (Kaczynski, R. R., 1986)
Gambar 7. Pengaruh panjang terhadap kuat tekan uniaksial contoh berbentuk kubus Singh (Singh, M.M., 1981) ,
yang dikutip oleh Herget (Herget, G., 1988)
Pengaruh Ukuran Contoh terhadap Kekuatan Batuan
Gambar 8. Hubungan kuat tekan uniaksial terhadap diameter contoh batuan Basaltprophyry dan Basaltmafic
(Kramadibrata, S., and Jones, I.O., 1993)
40
30
Gabbro
C
(MPa)
20
0
Marble
0
20
40
60
Area (cm2)
12 -
80
100
Test on rock
10 -
Caia
C
(MPa)
8 6 -
Alto lindoso
Vilarinho
das furnase
4 -
Alto lindoso
2 -
Roxo
0
1
2
4
6 8 10
20
2
40
60
2
Area (x 10 cm )
Gambar 9. Pengaruh skala pada kohesi Gabbro dan Marmer (Barosso, A., 1966)
11
Singgih Saptono, Suseno Kramadibrata, Budi Sulistianto, Ridho K. Wattimena
Gambar 10. Hasil penggambaran kekuatan geser terhadap luas geser untuk tegangan normal yang berbeda
(Schenider, H. J.,1976)
Pengaruh Ukuran Contoh terhadap Kekuatan Batuan
Gambar 11. Penurunan tegangan geser terhadap luas permukaan geser untuk tegangan normal berbeda (Schenider,
H. J.,1976)
Gambar 12. Hubungan perpindahan terhadap curah hujan pada tambang terbuka batubara (Rocha, M., 1964)
13