LAPORAN PRAKTIKUM MEKANIKA BATUAN “UJI SIFAT FISIK BATUAN” Dosen Pembimbing : Mulya Gusman, S.T, M.T Asisten Labor : Ardhymanto Am. Tanjung, A.Md Oleh: Afdhal Husnuzan 1102364 LABORATORIUM TEKNIK PERTAMBANGAN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI PADANG 2013 UJI SIFAT FISIK BATUAN A. Tujuan Percobaan Setelah melakukan uji sifat fisik batuan, praktikan diharapkan dapat: 1. Melakukan uji sifat fisik batuan dengan baik dan benar. 2. Memahami perhitungan sifat-sifat fisik batuan. 3. Mendapatkan sifat-sifat fisik batuan yang diuji. B. Teori Singkat Batuan mempunyai sifat-sifat tertentu yang perlu diketahui dalam mekanika batuan dan dapat dikelompokkan menjadi dua bagian besar, yaitu sifat fisik dan sifat mekanik. Kedua sifat tersebut dapat ditentukan baik di laboratorium maupun di lapangan (in-situ). Satu contoh dapat digunakan untuk menentukan kedua sifat batuan. Uji pertama pada sampel batuan yang akan dilakukan adalah uji sifat fisik, karena pada pengujian ini tidak merusak (non-destructive test), kemudian dilanjutkan dengan penentuan sifat mekanik batuan yang merupakan pengujian merusak sampel (destructive test) sehingga batu contoh hancur. Persiapan pemercontoh batuan massa batuan harus dilakukan dengan hati-hati dan selalu memperhatikan prosedur penyimpanan agar sifat institunya tidak berubah. Sifat fisik batuan yang ditentukan adalah sebagai berikut. 1. Bobot isi asli (natural density) Merupakan perbandingan antara berat batuan asli dengan volume total batuan (termasuk rongga). 2. Bobot isi kering (dry density) Merupakan perbandingan antara berat batuan kering dengan volume total batuan. 3. Bobot isi jenuh (saturated density) Merupakan perbandingan antara berat batuan jenuh dengan volume total batuan. 4. Berat jenis semu (apparent specific grafity) Merupakan perbandingan antara bobot isi kering batuan dengan bobot isi air. 5. Berat jenis asli (true specific grafit) Merupakan perbandingan antara bobot isi butiran batuan dengan bobot isi air 6. Kadar air asli (natural water content) Merupakan perbandingan antara berat air dalam batuan asli dengan berat butiran batuan dan dinyatakan dalam % 7. Kadar air jenuh (saturated water content) Merupakan perbandingan dengan antara berat air dalam batuan jenuh dengan berat butiran batuan dan dinyatakan dalam %. 8. Derajat kejenuhan (degree of saturation) Merupakan perbandingan antara kadar air asli dengan kadar air jenuh dan dinyatakan dalam % 9. Porositas Merupakan perbandingan antara volume rongga dalam batuan dalam volume total batuan dan di nyatakan dalam % 10. Angka pori (void ratio) Merupakan perbandingan antara volume rongga dalam batuan dengan volume butiran batuan. C. Alat dan Bahan 1. Pembuatan sampel a. Alat: 1) Ayakan 2) Sekop semen 3) Pipa paralon besar 5 buah 4) Pipa paralon kecil 5 buah 5) Ember 6) Kuas 7) Triplek 5mm 8) Kawat pengikat b. Bahan 1) Semen 2) Pasir 3) Oli 4) Air 2. Persiapan Sampel a. Alat: 1) Mesin pemotong 2) Ampelas 3) Pengukur siku 4) Alat ukur 5) Spidol b. Bahan: 1) Air 2) Sampel coring 3. Uji Sifat Fisik a. Alat: 1) Timbangan digital ketelitian 0,01 gram 2) Benang 3) Ember 4) Kompor listrik 5) Spatula b. Bahan: 1) Air 2) Sampel yang permukaannya sudah dihaluskan D. Langkah Kerja Uji sifat fisik batuan dilakukan dalam beberapa tahap yang dilaksanakan dalam beberapa kali praktikum. Tahap pertama adalah pembuatan sampel coring, kemudian persiapan sampel dan yang terakhir adalah penimbangan berat sampel dalam empat kondisi yang dibutuhkan dalam perhitungan untuk mengetahui sifat-sifat fisik batuan yang diuji. Langkah-langkah percobaan uji sifat fisik batuan adalah sebagai berikut: 1. Pembuatan Sampel Sampel coring dibuat secara manual dikarenakan faktor kesulitan dalam mendapatkan sampel coring asli. Pembuatan sampel manual ini tidak berpengaruh terhadap prosedur uji sifat fisik batuan yang akan dilakukan karena sampel dibuat sedemikian rupa sehingga memenuhi persyaratan untuk pengujiannya. Langkah-langkah dalam pembuatan sampel adalah sebagai berikut: a. Ayaklah pasir yang telah disiapkan sehingga didapatkan satu ember pasir yang halus. b. Siapkan satu ember semen dan satu ember air. c. Campurkan satu ember semen dengan satu ember pasir yang telah diayak hingga tercampur dengan merata. d. Campuran semen dan pasir dibuat membentuk kubah pada bagian tengahnya. e. Campurkan air secara perlahan. f. Campuran semen, pasir dan air diaduk menggunakan sekop semen hingga merata. g. Sementara mengaduk campuran semen, oleskan oli secara merata pada bagian dalam pipa paralon yang akan digunakan sebagai cetakan coring. Kemudian longgarkan kawat pengikat pada pipa. h. Masukkan campuran semen kedalam cetakan coring dan kemudian padatkan dengan cara memukul pada sisi pipa cetakan. i. Setelah campuran semen terpadatkan, kencangkan kawat pengikat pada pipa cetakan. j. Sampel kemudian beberapa hari sampai mengeras. 2. Persiapan Sampel Sampel yang telah keras akan dipotong untuk bahan uji sifat fisik dan uji sifat mekanik. Pemotongan sampel harus sesuai dengan ketentuan agar didapatkan hasil uji yang lebih akurat. Sampel untuk pengujian sifat fisik dipotong dengan panjang 2cm. Sedangkan untuk uji sifat mekanik sampel dipotong dengan ketentuan 2 < L/D < 2,5 (L = Panjang, D = Diameter). Langkah-langkah dalam persiapan sampel uji adalah sebagai berikut: a. Bukalah pipa cetakan pada sampel yang sudah mengeras dengan melonggarkan kawat pengikat terlebih dahulu. b. Tandai ukuran sampel untuk uji sifat fisik dan uji sifat mekanik pada sampel dengan jarak batas antar ukuran 3mm. c. Sambungkan aliran air ke mesin pemotong yang telah dinyalakan. Penyambungan air bertujuan agar debu pemotongan tidak beterbangan. d. Posisikan sampel dengan benar, kemudian potonglah sesuai dengan batas ukuran yang telah ditandai sebelumnya. e. Sampel yang telah dipotong diukur dengan pengukur siku sehingga didapatkanlah permukaan yang rata dan menyiku dengan sisi tegaknya. Batas toleransi siku adalah ± 3mm. f. Permukaan atas dan bawah sampel yang telah siku dihaluskan dengan ampelas. g. Beri tanda pada masing-masing sampel. 3. Uji Sifat Fisik Untuk pengujian sifat fisik batuan diperlukan beberapa variabel, yaitu berat natural (Wn), berat batu jenuh (Ww), berat batu jenuh melayang (Ws) dan berat kering oven (Wo). Langkah-langkah dalam pengujian ini adalah sebagai berikut: a. Penimbangan percontoh berat batu natural (Wn). b. Sampel dijenuhkan dengan cara direndam selama 24 jam. Kemudian ditimbang berat batu jenuh (Ww). c. Sampel ditimbang berat jenuh tergantung di dalam air (Ws). d. Sampel dikeringkan dengan kompor listrik ± 10 menit lalu ditimbang. Setelah itu sampel dipanaskan kembali dengan waktu yang sama: a. Jika berat setelah dikeringkan masih berkurang dari hasil penimbangan sebelumnya, maka batu dikeringkan kembali. b. Jika berat setelah dikeringkan ternyata sama dengan hasil penimbangan sebelumnya, maka berat batu kering oven (Wo) telah diketahui. E. TABEL PENGAMATAN Percobaan uji sifat fisik dilakukan terhadap 20 sampel yang terdiri dari 5 sampel (A, B, C, D dan E) berukuran besar dan 5 sampel (F, G, H, I dan J) berukuran kecil yang masing-masing dibagi menjadi dua. Sampel tersebut dibagi dengan dimensi yang sama. Data yang diperoleh berdasarkan pengamatan yang telah dilakukan adalah sebagai berikut: Sampel berukuran besar No. Sampel Deskripsi Wn (gram) Ww (gram) Ws (gram) Wo (gram) A1 Batu beton 117,6 119,87 35,41 110,38 A2 Batu beton 109,58 114,24 28,46 101,03 B1 Batu beton 83,5 89,14 22,65 78,78 B2 Batu beton 89,86 95,74 32,17 84,04 C1 Batu beton 112,44 118,6 32,83 105,3 C2 Batu beton 95,72 101,39 30,72 89,54 D1 Batu beton 114,92 118,5 28,23 109,3 D2 Batu beton 92,84 97,3 30,35 85,7 E1 Batu beton 98,46 103,58 30,41 86,13 E2 Batu beton 92,35 97,94 23,03 91,86 Rata-rata 100,73 105,63 29,43 94,21 Sampel berukuran kecil No. Sampel Deskripsi Wn (gram) Ww (gram) Ws (gram) Wo (gram) F1 Batu beton 56,35 59,93 6,87 51,67 F2 Batu beton 65,58 68,37 16,96 60,28 G1 Batu beton 62,72 64,75 17,65 58,79 G2 Batu beton 59,86 63,9 15,96 54,56 H1 Batu beton 66,46 68,27 18,21 61,54 H2 Batu beton 60,64 63,74 18,13 56,62 I1 Batu beton 59,07 63,12 15,38 53,93 I2 Batu beton 70,87 73,37 20,52 66,35 J1 Batu beton 62,03 65,5 18,75 58,25 J2 Batu beton 55,67 59,9 15,41 52,57 Rata-rata 61,93 65,09 16,38 57,46 F. ANALISA DATA Seluruh sampel yang digunakan dalam pengujian sifat fisik batuan terbuat dari bahan dan cetakan yang memiliki dimensi diameter yang sama. Selain itu, semua sampel kemudian dipotong dengan ukuran panjang 2cm. Dari data yang telah didapatkan, parameter sifat fisik yang akan dihitung menggunakan rumus berikut 1. Bobot isi asli (natural density) γn = Wn Ww − Ws 2. Bobot isi kering (dry density) γ0 = W0 Ww − Ws 3. Bobot isi jenuh (saturated density) γsat = Ww Ww − Ws 4. Berat jenis semu (Apparent specific gravity) SGapp = W0 Ww − WS bobot isi air 5. Berat jenis asli (True specific gravity) SG = W0 W0 − WS bobot isi air 6. Kadar air asli (natural water content) ωn = Wn − W0 W0 x 100% 7. Kadar air jenuh (saturated water content) ωsat = Ww − W0 W0 x 100% 8. Derajat kejenuhan (degree of saturation) S = Wn − W0 Ww − W0 x 100% 9. Porositas n = Ww − W0 Ww − Ws x 100% 10. Angka pori (void ratio) e = n 1 − n No. Sampel Wn (gram) Ww (gram) Ws (gram) Wo (gram) γn (g/cm 3 ) γ0 (g/cm 3 ) γsat (g/cm 3 ) SGapp SG A1 117,6 119,87 35,41 110,38 1,39 1,31 1,42 1,31 1,47 A2 109,58 114,24 28,46 101,03 1,28 1,18 1,33 1,18 1,39 B1 83,5 89,14 22,65 78,78 1,26 1,19 1,34 1,18 1,40 B2 89,86 95,74 32,17 84,04 1,41 1,33 1,51 1,32 1,62 C1 112,44 118,6 32,83 105,3 1,31 1,23 1,38 1,23 1,45 C2 95,72 101,39 30,72 89,54 1,35 1,27 1,43 1,27 1,52 D1 114,92 118,5 28,23 109,3 1,27 1,22 1,31 1,21 1,35 D2 92,84 97,3 30,35 85,7 1,39 1,29 1,45 1,28 1,55 E1 98,46 103,58 30,41 86,13 1,35 1,18 1,42 1,18 1,55 E2 92,35 97,94 23,03 91,86 1,23 1,23 1,31 1,23 1,33 Rata-rata 1,32 1,24 1,39 1,24 1,45 Keterangan : γn = bobot air natural γ0 = bobot air kering γsat = bobot air jenuh SGapp = Berat jenis semu SG = Berat jenis asli No. Sampel Wn (gram) Ww (gram) Ws (gram) Wo (gram) ω (%) ωsat (%) S (%) n (%) e A1 117,60 119,87 35,41 110,38 6,54 8,60 76,08 11 0,13 A2 109,58 114,24 28,46 101,03 8,46 13,08 64,72 15 0,18 B1 83,50 89,14 22,65 78,78 5,99 13,15 45,56 16 0,18 B2 89,86 95,74 32,17 84,04 6,93 13,92 49,74 18 0,23 C1 112,44 118,60 32,83 105,30 6,78 12,63 53,68 16 0,18 C2 95,72 101,39 30,72 89,54 6,90 13,23 52,15 17 0,20 D1 114,92 118,50 28,23 109,30 5,14 8,42 61,09 10 0,11 D2 92,84 97,30 30,35 85,70 8,33 13,54 61,55 17 0,21 E1 98,46 103,58 30,41 86,13 14,32 20,26 70,66 24 0,31 E2 92,35 97,94 23,03 91,86 0,53 6,62 8,06 8 0,09 Rata-rata 6,92 12,13 57,08 15 0,18 Keterangan : ω = Kadar air asli ωsat = Kadar air jenuh S = Derajat kejenuhan n = Porositas e = Angka pori No. Sampel Wn (gram) Ww (gram) Ws (gram) Wo (gram) γn (g/cm 3 ) γ0 (g/cm 3 ) γsat (g/cm 3 ) SGapp SG F1 56,35 59,93 6,87 51,67 1,06 0,97 1,13 0,97 1,15 F2 65,58 68,37 16,96 60,28 1,28 1,17 1,33 1,17 1,39 G1 62,72 64,75 17,65 58,79 1,33 1,25 1,37 1,25 1,43 G2 59,86 63,90 15,96 54,56 1,25 1,14 1,33 1,14 1,41 H1 66,46 68,27 18,21 61,54 1,33 1,23 1,36 1,23 1,42 H2 60,64 63,74 18,13 56,62 1,33 1,24 1,40 1,24 1,47 I1 59,07 63,12 15,38 53,93 1,24 1,13 1,32 1,13 1,40 I2 70,87 73,37 20,52 66,35 1,34 1,26 1,39 1,26 1,45 J1 62,03 65,50 18,75 58,25 1,33 1,25 1,40 1,25 1,47 J2 55,67 59,90 15,41 52,57 1,25 1,18 1,35 1,18 1,41 Rata-rata 1,27 1,18 1,34 1,18 1,40 Keterangan : γn = bobot air natural γ0 = bobot air kering γsat = bobot air jenuh SGapp = Berat jenis semu SG = Berat jenis asli No. Sampel Wn (gram) Ww (gram) Ws (gram) Wo (gram) ω (%) ωsat (%) S (%) n (%) E F1 56,35 59,93 6,87 51,67 9,06 15,99 56,66 16 0,18 F2 65,58 68,37 16,96 60,28 8,79 13,42 65,51 16 0,19 G1 62,72 64,75 17,65 58,79 6,68 10,14 65,94 13 0,14 G2 59,86 63,90 15,96 54,56 9,71 17,12 56,75 19 0,24 H1 66,46 68,27 18,21 61,54 7,99 10,94 73,11 13 0,16 H2 60,64 63,74 18,13 56,62 7,10 12,58 56,46 16 0,18 I1 59,07 63,12 15,38 53,93 9,53 17,04 55,93 19 0,24 I2 70,87 73,37 20,52 66,35 6,81 10,58 64,39 13 0,15 J1 62,03 65,50 18,75 58,25 6,49 12,45 52,14 16 0,18 J2 55,67 59,90 15,41 52,57 5,90 13,94 42,29 16 0,20 Rata-rata 7,78 13,28 58,58 16 0,19 Keterangan : ω = Kadar air asli ωsat = Kadar air jenuh S = Derajat kejenuhan n = Porositas e = Angka pori Keseluruhan sampel terbuat dari bahan dan dimensi cetakan yang sama. Oleh karena itu, selain perhitungan satu persatu, sifat fisik juga dapat dihitung dengan menggunakan nilai Wn, Ww, Wo dan Ws rata-rata sehingga didapatkan nilai sifat-sifat fisik yang mewakili dari semua sampel. Sampel Wn* (gram) Ww* (gram) Ws* (gram) Wo* (gram) A – E 100,73 105,63 29,43 94,21 F – J 61,93 65,09 16,38 57,46 *Nilai W rata-rata 1. Bobot isi asli (natural density) γn = Wn Ww − Ws γnB = 100,73 105,63 − 29,43 = 1,32 γnK = 61,93 65,09 − 16,38 = 1,18 2. Bobot isi kering (dry density) γ0 = W0 Ww − Ws 𝛾0𝐵 = 94,21 105,63 − 29,43 = 1,24 γ0K = 57,46 65,09 − 16,38 = 1,18 3. Bobot isi jenuh (saturated density) γsat = Ww Ww − Ws γsat B = 105,63 105,63 − 29,43 = 1,39 γsat K = 65,09 65,09 − 16,38 = 1,34 4. Berat jenis semu (apparent specific gravity) SGapp = W0 Ww − WS bobot isi air SGapp B = 94,21 105,63 − 29,43 = 1,24 SGapp K = 57,46 65,09 − 16,38 = 1,18 5. Berat jenis asli (True specific gravity) SG = W0 W0 − WS bobot isi air SG B = 94,21 94,21 − 29,43 = 1,45 SG K = 57,46 57,46 − 16,38 = 1,40 6. Kadar air asli (natural water content) ωn = Wn − W0 W0 x 100% ωnB = 100,73 − 94,21 94,21 x100% = 6,92% ωnK = 61,93 − 57,46 57,46 𝑥100% = 7,78% 7. Kadar air jenuh (saturated water content) ωsat = Ww − W0 W0 x 100% ωsat B = 105,63 − 94,21 94,21 x100% = 12,13% ωsat K = 65,09 − 57,46 57,46 𝑥100% = 13,28% 8. Derajat kejenuhan (degree of saturation) S = Wn − W0 Ww − W0 x 100% S B = 100,73 − 94,21 105,63 − 94,21 x100% = 57,08% S K = 61,93 − 57,46 65,09 − 57,46 x100% = 58,58% 9. Porositas n = Ww − W0 Ww − Ws x 100% n B = 105,63 − 94,21 105,63 − 29,43 x100% = 15% n K = 65,09 − 57,46 65,09 − 16,38 x100% = 16% 10. Angka pori (void ratio) e = n 1 − n e B = 0,15 1 − 0,15 = 0,18 e K = 0,16 1 − 0,16 = 0,19 *Keterangan : B = Sampel besar K = Sampel kecil G. KESIMPULAN Berdasarkan percobaan uji sifat fisik dan analisa data yang telah dilakukan, maka dapat ditarik beberapa kesimpulan. 1. Terdapat nilai yang sama antara perhitungan analisa data sifat fisik yang menggunakan Wn, Ww, Ws dan Wo masing-masing sampel dengan analisa data sifat fisik yang perhitungan menggunakan Wn, Ww, Ws dan Wo rata- rata. 2. Untuk hasil yang lebih akurat percobaan dilakukan dengan menguji sifat fisik suatu batuan dengan jumlah sampel uji yang cukup banyak (20 sampel). 3. Terdapat perbedaan nilai Wn, Ww, Ws dan Wo pada sampel. Hal ini disebabkan oleh faktor berikut: a. Sifat heterogen batuan, yaitu: 1) Jenis mineral pembentuk batuan yang tidak seragam pada setiap titik, artinya semen, pasir dan air yang digunakan untuk membuat sampel coring tidak tercampur dengan sempurna. 2) Ukuran dan bentuk partikel/butir yang tidak sama pada setiap titik. 3) Penyebaran rongga (void) yang berbeda dalam batuan. b. Akurasi alat pemotong sampel batuan yang menyebabkan sampel tidak terpotong dengan ukuran yang sama. 4. Uji sifat fisik merupakan pengujian yang tidak merusak sampel batuan (non-destructive test). 5. Parameter yang diperoleh dari uji sifat fisik batuan adalah bobot isi asli (natural density), bobot isi kering (dry density), bobot isi jenuh (saturated density), berat jenis semu (apparent specific grafity), berat jenis asli (true specific grafity), kadar air asli (natural water content), kadar air jenuh (saturated water content), derajat kejenuhan (degree of saturation), porositas dan void ratio. DAFTAR PUSTAKA Rai, Astawa Made, dkk. (2010). Mekanika Batuan. Bandung: Penerbit ITB Rai, Astawa Made dan Ridho K. Wattimena. (1993). Dasar Teori dan Petunjuk Uji. Bandung: Penerbit ITB