M III

KUAT TEKAN UNIAXIAL

(Uniaxial Compression Test)

3.1.1 Tujuan1; Mengukur kuat tekan tertinggi yang dapat diterima batuan yang

membebaninya pada sumbu axial.2; Mengukur deformasi axial dan diameteral untuk mendapatkan nilai

sifat elastisitas dan karakteristik batuan.

3.1.2 Landasan Teori

Mekanika batuan adalah salah cabang disiplin ilmu geomekanika.

Mekanika batuan merupakan ilmu 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.Sehingga untuk mengetahui sifat mekanik batuan dan massa batuan

dilakukan berbagai macam uji coba baik itu dilaboratorium maupun dilapangan

langsung atau secara insitu. Untuk mengetahui sifat mekanik batuan dilakukan

beberapa percobaan seperti uji kuat tekan uniaksial, uji kuat tarik, uji triaksial dan

uji tegangan insitu.Mekanika batuan sendiri mempunyai karakteristik mekanik yang diperoleh

dari penelitian ini adalah kuat tekan batuan (σt), kuat tarik batuan (σc ), Modulus

Young (E), Nisbah Poisson (v), selubung kekuatan batuan (strength envelope),

kuat geser (τ), kohesi (C), dan sudut geser dalam (φ).

Masing-masing karakter mekanik batuan tersebut diperoleh dari uji yang

berbeda. Kuat tekan batuan dan Modulus Young diperoleh dari uji kuat tekan

uniaksial. Pada penelitian ini nilai kuat tekan batuan dan Modulus Young diambil

dari nilai rata-rata hasil pengujian lima contoh batuan. Untuk kuat tarik batuan

diperoleh dari uji kuat tarik tak langsung (Brazillian test). Sama dengan uji kuat

tekan uniaksial, uji kuat tarik tak langsung menggunakan lima contoh batuan

untuk memperoleh kuat tarik rata-rata. Sedangkan selubung kekuatan batuan,

kuat geser, kohesi, dan sudut geser dalam diperoleh dari pengujian triaksial

konvensional dan multitahap.Selain mengamati sifat mekanik atau dinamik dari batuan dalam

praktikum ini juga akan diamati sifat fisik batuan tersebut, dengan mengamati

bobot dan masa jenisnya dalam beberapa keadaan.Didalam praktikum ini, dilakukan uji kuat tekan unixial (UCS), dimana

penekanan uniaksial dilakukan terhadap contoh batuan silinder. Uji tekan uniaxial

ini merupakan uji sifat mekanik yang paling umum digunakan. Uji kuat tekan

uniaksial dilakukan untuk menentukan kuat tekan batuan (σt ), Batas Elastik

(σE)Modulus Young (E), Nisbah Poisson (v) , dan kurva tegangan-regangan.

Contoh batuan berbentuk silinder ditekan atau dibebani sampai runtuh.

Perbandingan antara tinggi dan diameter contoh silinder yang umum digunakan

adalah 2 sampai 2,5 dengan luas permukaan pembebanan yang datar, halus dan

paralel tegak lurus terhadap sumbu aksis contoh batuan. Dari hasil pengujian

akan didapat beberapa data seperti:1; Kuat Tekan Batuan (σc)

Tujuan utama uji kuat tekan uniaksial adalah untuk mendapatkan nilai

kuat tekan dari contoh batuan. Harga tegangan pada saat contoh batuan hancur

didefinisikan sebagai kuat tekan uniaksial batuan dan diberikan oleh hubungan:σc = F AKeterangan :σc = Kuat tekan uniaksial batuan (MPa)F = Gaya yang bekerja pada saat contoh batuan hancur (kN)A = Luas penampang awal contoh batuan yang tegak lurus arah gaya (mm)

2; Batas ElastikYaitu batas batuan mencapai elastisitas tertinggi sebelum batuan

tersebut pecah dengan pembebanan tertentu.3; Modulus Young ( E )

Modulus Young atau modulus elastisitas merupakan faktor penting dalam

mengevaluasi deformasi batuan pada kondisi pembebanan yang bervariasi. Nilai

modulus elastisitas batuan bervariasi dari satu contoh batuan dari satu daerah

geologi ke daerah geologi lainnya karena adanya perbedaan dalam hal formasi

batuan dan genesa atau mineral pembentuknya. Modulus elastisitas dipengaruhi

oleh tipe batuan, porositas, ukuran partikel, dan kandungan air. Modulus

elastisitas akan lebih besar nilainya apabila diukur tegak lurus perlapisan

daripada diukur sejajar arah perlapisan (Jumikis, 1979).Modulus elastisitas dihitung dari perbandingan antara tegangan aksial denganregangan aksial. Modul elastisitas dapat ditentukan berdasarkan persamaan :

Е= Δσ ΔεaKeterangan: E = Modulus elastisitas (MPa)Δσ. = Perubahan tegangan (MPa)Δεa = Perubahan regangan aksial (%) Terdapat tiga cara yang dapat digunakan untuk menentukan nilai

modulus elastisitas, yaitu :

1; Tangent Young’s Modulus, yaitu perbandingan antara tegangan aksial

dengan regangan aksial yang dihitung pada persentase tetap dari nilai

kuat tekan. Umumnya diambil 50% dari nilai kuat tekan uniaksial.2; Average Young’s Modulus, yaitu perbandingan antara tegangan aksial

dengan regangan aksial yang dihitung pada bagian linier dari kurva

tegangan- tegangan.3; Secant Young’s Modulus, yaitu perbandingan antara tegangan aksial

dengan regangan aksial yang dihitung dengan membuat garis lurus dari

tegangan nol ke suatu titik pada kurva regangan-tegangan pada

persentase yang tetap dari nilai kuat tekan. Umumnya diambil 50% dari

nilai kuat tekan uniaksial.

4; Nisbah Poisson ( Poisson Ratio ) Nisbah Poisson didefinisikan sebagai perbandingan negatif antara

regangan lateral dan regangan aksial. Nisbah Poisson menunjukkan adanya

pemanjangan ke arah lateral (lateral expansion) akibat adanya tegangan dalam

arah aksial. Sifat mekanik ini dapat ditentukan dengan persamaan :V = ε1 /εa1

Keterangan:V = Nisbah Poissonε l = regangan lateral (%)εa= regangan aksial (%)

Pada uji kuat tekan uniaksial terdapat tipe pecah suatu contoh batuan

pada saat runtuh. Tipe pecah contoh batuan bergantung pada tingkat ketahanan

contoh batuan dan kualitas permukaan contoh batuan yang bersentuhan

langsung dengan permukaan alat penekan saat pembebanan.Kramadibrata (1991) mengatakan bahwa uji kuat tekan uniaksial menghasilkan

tujuh tipe pecah, yaitu :a. Cataclasisb. Belahan arah aksial (axial splitting)c. Hancuran kerucut (cone runtuh)d. Hancuran geser (homogeneous shear)e. Hancuran geser dari sudut ke sudut (homogeneous shear corner to corner)

f. Kombinasi belahan aksial dan geser (combination axial dan local shear)g. Serpihan mengulit bawang dan menekuk (splintery union-leaves and buckling)

3.1.3 Alat-alat yang Digunakan1; Mesin kuat tekan untuk menekan percontoh yang berbentuk silinder,

balok atau prosma dari satu arah secara menerus / kontinu hingga

specimen pecah.2; Sepasang plat baja berbentuk silinder yang diletakkan pada kedua

ujung specimen dengan diameter yang sama.3; Dial gague untuk mengukur deformasi axial dan diameteral.

3.1.4 Prosedur Percobaan1; Contoh batuan yang digunakan dalam uji ini disiapkan dengan

ukuran dimensi panjang minimal dua kali diameter percontoh.2; Spesimen diletakkan diantara plat baja dan diatur agar tepat dengan

plat form penekanan alat, kemudian mesin dinyalakan sehingga

specimen berada ditengah-tengah apitan plat baja dan pastikan

bahwa kedua permukaan specimen telah menyentuh plat baja

tersebut.3; Skala pengukuran beban harus ditetapkan pada keadaan netral

(nol).4; Pada alat kuat tekan dipasang tiga buah dial gauge, pemasangan

alat ini dimaksudkan untuk mengukur deformasi aksial, deformasi

lateral kiri dan pengukuran deformasi lateral kanan.5; Baca jarum penunjuk pembebanan pada axial dial gauge per 30

detik dan catat hasil pengukuran.6; Selama pembebanan berlangsung, secara periodic dicatat nilai

deformasi aksial dan deformasi lateral yang ditunjukkan oleh dial

gauge. Pembacaan ini dilakukan dalam selang waktu per 30 detik.7; pemberian pembebanan dilakukan sedikit demi sedikit hingga

specimen pecah.8; Pembebanan dihentikan setelah specimen mengalami pecah dan

hasilnya dibuat sketsa bentuk pecah serta catat sudut pecahnya.

3.1.5 Rumus-rumus yang Digunakan beban

1; Menghitung tegangan : σc = kg/cm2

luas ΔL

2; Menghitung regangan axial : ∆X =

L0

∆D3. Menghitung regangan diametral : d = D0

3.1.6 Data Hasil PercobaanDari hasil percobaan dan pembacaan didapat data beban, deformasi

axial, deformasi diameteral kiri dan kanan untuk kelompok enam sebagai berikut:Sampel 1

diameter tinggi Luas7,07 14,14 39,238146

570,7 141,4

Tabel 3.3.1Sumber : Praktikum Geomekanika Tahun 2014

axial dkiri d kanan0 0 00 15 01 20,5 02 28 03 30 04 31,5 05 36 06 39,5 07 42 08 51,5 18

Sampel 2

diameter

tinggi Luascm2

7,3 14,6 41,83265

73 146

Tabel 3.3.2 Sumber : Praktikum Geomekanika Tahun 2014

axial dkiri d kanan0 0 0

10 0 015 0,3 020 2,8 0

25 8,5 030 12,5 032 17 040 28 28

Sampel 3

diameter

tinggi Luascm2

5,6 11,2 24,617656 112

Tabel 3.3.3 Sumber : Praktikum Geomekanika Tahun 2014

TeganganKg/cm2

tegangan(mPa)

εa(%) εl(%)

0 0 0 010,15533602 1,015533602 0,000000 -

0,000044642920,31067204 2,031067204 0,001786 -

0,000687500030,46600806 3,046600806 0,002232 -

0,001049107140,62134408 4,062134408 0,002679 -

0,001500000050,7766801 5,07766801 0,003036 -

0,001816071460,93201612 6,093201612 0,003214 -

0,002041071471,08735214 7,108735214 0,003304 -

0,002175892981,24268816 8,124268816 0,003571 -

0,0023571429

Sampel 4

diameter

tinggi Luas

5,6 11,2 24,617656 112

Tabel 3.3.3 Sumber : Praktikum Geomekanika Tahun 2014

TeganganKg/cm2

tegangan(mPa)

εa(%) εl(%)

0 0 0 0

10,15533602 1,015533602 0,0000357 -0,000049107120,31067204 2,031067204 0,000134 -0,000174107130,46600806 3,046600806 0,000179 -0,0003080357

3.1.7; Perhitungan Perhitungan Kelompok 1(satu)

Mencari Tegangan (Kg/cm2)beban

Menghitung tegangan : σc = kg/cm2

Luas

1; Untuk mencari luasContoh perhitungannya misalnya pada luas sample1 (besar) kelompok 1

dengan perbandingan 1:1, diketahui diameternya: 7,07 cmJadi luasnya: 3,14 x (7,07)2 x 0,25

: 39,238 cm2

2; Maka didapat tegangannya:; Sample 1 beban: 0 kg

=0/39,238 cm2

; Sample 1 beban: 250 kg=250/39,238 cm2

=6,37 kg/ cm2 = 0,637 Mpa

Mencari Regangan Axial

ΔL Pembacaan dial gauge axial∆X = =

L0 Tinggi SampleContoh perhitungan, pada Sample 1 (besar) kelompok 6 perbandingan 1:1Dan tinggi sample 14,14 cm.

2 x 0,001 = 141,1

= 0,0014144

Mencari Regangan Diameteral

∆D Pembacaan dial gauge diameteral d = =

D0 Diameter Sample

Contoh perhitungan, pada Sample 2 (sedang) kelompok 6 perbandingan 1:1Dan tinggi sample 11,2 cm.

(7,5 +3,5) x 0,001/2=

112= -0,0006875000

3.1.8; Hasil Pengolahan DataSampel 1

Tabel 3.1.1Sumber : Praktikum Geomekanika Tahun 2014

TeganganKg/cm2

Tegangan(mPa)

εa(%) εl(%)

0 0 0,0000000 06,3713509 0,63713509 0,0000000 -0,00106

12,7427018 1,27427018 0,0007072 -0,0014519,1140527 1,91140527 0,0014144 -0,0019825,4854036 2,54854036 0,0021216 -0,0021231,8567545 3,18567545 0,0028289 -0,0022338,2281054 3,82281054 0,0035361 -0,0025544,5994563 4,45994563 0,0042433 -0,0027950,9708072 5,09708072 0,0049505 -0,0029757,3421581 5,73421581 0,0056577 -0,00377

Sampel 2Tabel 3.1.2

Sumber : Praktikum Geomekanika Tahun 2014

TeganganKg/cm2

Tegangan(mPa)

εa(%) εl(%)

0 0 0 05,976193237 0,597619324 0,0000685 011,95238647 1,195238647 0,0001027 -0,000002117,92857971 1,792857971 0,0001370 -0,000019223,90477295 2,390477295 0,0001712 -0,000058229,88096618 2,988096618 0,0002055 -0,000085635,85715942 3,585715942 0,0002192 -0,000116441,83335266 4,183335266 0,0002740 -0,0003836

Sampel 3Tabel 3.1.3

Sumber : Praktikum Geomekanika Tahun 2014

TeganganKg/cm2

tegangan(mPa)

εa(%) εl(%)

0 0 0 010,15533602 1,015533602 0,000000 -0,000044642920,31067204 2,031067204 0,001786 -0,000687500030,46600806 3,046600806 0,002232 -0,001049107140,62134408 4,062134408 0,002679 -0,001500000050,7766801 5,07766801 0,003036 -0,0018160714

60,93201612 6,093201612 0,003214 -0,002041071471,08735214 7,108735214 0,003304 -0,002175892981,24268816 8,124268816 0,003571 -0,0023571429

Sampel 4Tabel 3.1.3

Sumber : Praktikum Geomekanika Tahun 2014

TeganganKg/cm2

tegangan(mPa)

εa(%) εl(%)

0 0 0 010,15533602 1,015533602 0,0000357 -

0,0000491071

20,31067204 2,031067204 0,000134 -0,000174107

130,46600806 3,046600806 0,000179 -

0,0003080357

3.1.9; Pembahasan Setalah melakukan pengolahan data di atas di dapatkan berapa

tegangan dan regangan yang dimiliki oleh masing-masing sample. Lalu pada

saat pembuatan grafik, setiap praktikan akan berbeda-beda bentuk grafiknya dan

akan mendapatkan hasil modulus young dan poisson ratio yang berbeda-beda

pula. Hal tersebut dianalisis bahwa itu tergantung dari masing-masing pada saat

pengambilan titik-titik pembuatan kurva dan berbeda-beda penarikan garis linier

untuk pembuatan segitiga berguna untuk perhitungan modulus young.

3.1.10; AnalisaDari hasil data yang diperoleh dan dari pembuatan grafik dapat dianalisa

bahwa semakin besar ukuran sample dan kokoh, seperti pada sample 1

kelompok 6 yang mempunyai perbandingan 1:1, maka untuk mengalami

peretakan sample tersebut membutuhkan waktu yang lama dan memberikan

beban yang berat untuk meretakkan sample tersebut, hal itu dapat dilihat dari

data yang diperoleh bahwa untuk data sample yang berukuran diameter besar

dan kokoh, data yang tercatat lebih banyak dibandingkan data sample yang

mempunyai diameter sedang seperti sample 2 kelompok 6 yang mempunyai

perbandingan 1:3 dan yang mudah hancurDan pada setiap grafik, bentuk kurva diameteral akan lebih curam

dibandingkan kurva axial hal ini dapat dianalisa juga bahwa pada dasarnya hal ini

dikarenakan nilai poisson ratio setiap sample tidak lebih nilainya dari 1. Karena

poisson ratio didapat dari pembagian garis tengah dari tegangan puncak ke garis

kurva diameteral dan ke garis kurva axial, jika jarak garis yang ke diameteral

lebih besar dibandingkan ke axial maka nilai poisson rationya pasti akan lebih

dari 1.

3.1.11; KesimpulanBerdasarkan hasil perhitungan dan pengolahan data, dapat disimpulkan

bahwa untuk praktikum kuat tekan ini telah tercapai, dimana hasil yang didapat

yaitu regangan dan tegangan yang dimilki masing-masing sample. Dan modulus

young serta poison ratio yang dimilki oleh sample Untuk mengukur deformasi

axial dan lateral kiri dan lateral kanan dapat dibaca pada alat setiap perpindahan

waktu 0,5 menit dan terakhir dibaca pada saat sample mulai hancur. Untuk

pengolahan data, axial yang tadinya masih dalam centimeter diubah menjadi

milimeter. Dan untuk diameteral, diambil rata-rata dari data lateral kiri dan lateral

kanan dan diubah dari centimeter ke milimeter.

DAFTAR PUSTAKA

Januar, Indra, 2012, UNIAXIAL, Error! Hyperlink reference not valid.. Diakses

tanggal 12 Maret 2014 (online).

Rendy, 2011, “Pendahuluan Geologi Mekanika”, http://primaedu.wordpress.

com/2011/08/05/ pendahuluan-geologimekanika/. Diakses tanggal 12

Maret 2014 (online).

Fitra, Kurniawan , 2010, “UJI TEKAN”, http://geologiunpad 2010

wordpress.com/2011/10/24/pendahuluan-geologi-struktur/. Diakses

tanggal 12 Maret 2014 (online).