PENGERTIAN MEKANIKA BATUANa. Menurut CoatesMekanika batuan adalah ilmu yang mempelajari efek dari gaya terhadap batuan.b. Menurut US National Committee On Rock Mechanics (1984)Mekanika batuan adalah ilmu pengetahuan yang mempelajari perilaku batuan baik secara teoritis maupun terapan, merupakan cabang ilmu mekanika yang berkenaan dengan sikap batuan terhadap medan-medan gaya pada lingkungannya.Ruang Lingkup Mekanika BatuanSasaran mekanika batuan adalah aplikasinya pada pemecahan persoalan2 geoteknik, antara lain :1 Menyelenggarakan pendidikan2.Mengembangkan cara pengambilan percontoh batuan3. Mengembangkan peralatan uji batuan yang baik dan metode standar pengujian4. Mengumpulkan dan mengklasifikasikan informasi batuan dan sifat fisiknya.dllMASSA BATUANMassa batuan susunan blok-blok material batuan yang dipisahkan oleh berbagai tipe ketidak menerusan geologi (DISKONTINUITAS).MASSA BATUAN = INTACT ROCK + DISKONTINUITASSIFAT MASSA BATUANa. Heterogen, disebut heterogen karena :1) Jenis mineral pembentuk batuan yang berbeda.2) Ukuran dan bentuk partikel atau butir berbeda di dalam batuan.3) Ukuran, bentuk dan penyebaran pori berbeda di dalam batuan.b. Diskontinu, dikatakan diskontinu karena adanya bidang-bidang lemah seperti fault, fissure, crack, joint dimana kekerapan, perluasan dan orientasi dari bidang-bidang lemah tersebut tidak kontinu.c. Anisotrop, yaitu mempunyai sifat yang berbeda. Bisa saja jenis batuan memiliki sifat yang bervariasi. Misalnya sifat batuan seperti porositas, permeabilitas, kerapatan, kekuatan dan ketahanan dapat memberikan informasi geoteknis.Catatan : Karena sifat batuan yang heterogen, diskontinu dan isotrope, maka dalam penghitungan matematis disumsikan batuan ekivalen memiliki sifat homogen, kontinu dan isotrope

DISKONTINUITASMenurut Giani (1992) diskontinuitas dalam bidang ilmu mekanika batuan (rock mechanics), merupakan istilah untuk batuan yang telah mengalami keruntuhan (failure).INVESTIGASI DISKONTINUITASTahapan pengumpulan data geologi mekanika batuan : studi pustaka; reconnaissance; pemboran eksflorasi; paritan dan sumuran; uji in situ; pengujian detail dan pemetaan (Cheng & Lau, 2008).Parameter yang perlu dicatat dalam investigasi bidang diskontinuitas seperti : tipe batuan; tipe diskontinuitas; skala pengukuran; orientasi; spasi; persistence; kekasaran; kekuatan (wall strength); aperture; pengisi; seepage; jumlah set kekar; bentuk dan ukuran blok; serta tingkat pelapukan (Wyllie, 1999).Karakteristik diskontinuitas pada massa batuan (Wyllie, 1999)

A. TIPE BATUANB. Tipe Doskintinuitas1. Bidang Perlapisan (Bedding Plane)Bidang perlapisan : Permukaan planar atau mendekati planar, memisahkan lapisan batuan sama atau berbeda (Bates & Jackson, 1987).

2. BelahanBelahan bagian dari foliasi, yaitu kecendrungan batuan pecah atau membelah sepanjang permukaan dengan orientasi khusus (Twiss & Moores, 2007).

Gambar. crenulation cleavage (kiri-semetri dan kanan-tidak simetri)3. SkistositasSkistositas : Orientasi mineral kasar mika atau mineral lain, terbentuk oleh proses foliasi anisotrop (Pluijm & Marshak, 2004; Davis, 1996; dan Twiss & Moores, 2007) .Variasi foliasi batuan metamorf berbutir kasar, sebagai hasil dari pengaturan pararalel butiran pipih dan elipsoid dalam substansi batuan (Giani, 1992 dan Wyllie & Mah, 2004) .4. LipatanLipatan :- Liukan perlapisan batuan yang berlapis (Giani, 1992),- Bentuk kurva pada batuan (Pluijm & Marshak, 2004),- Bentuk gelombang dan berkembang dalam semua skala (Bell, 2007 dan Twiss & Moores, 2007).

5. PatahanPatahan merupakan diskontinuitas memanjang dengan teramati perpindahan posisi. Secara umum patahan membentuk set-set diskontinuitas paralel atau sub-paralel memanjang, atau disebut juga zona patahan. (Pluijm & Marshak, 2004; Davis, 1984; Twiss & Moores, 2007; Jaeger et al., 2007; Giani, 1992; dan Wyllie & Mah, 2004)6. KekarKekar adalah rekahan batuan, memanjang dengan sedikit atau tanpa pergeseran (displacement) (Giani, 1992; Bell, 2007 dan Twiss & Moores, 2007).Pola kekar secara umum :1. Sistematik : Merupakan set kekar yang menunjukkan kelompok kekar paralel dan sub-paralel (Giani, 1992 dan Pluijm & Marshak, 2004).2. Non-sistematik : Kekar yang tidak memiliki pola definitif, dengan distribusi spatial tidak teratur (Pluijm & Marshak, 2004) dan Twiss & Moores, 2007).C. SKALA DISKONTINUITASSifat batuan atau sifat material diukur melalui perconto kecil di laboratorium, sedangkan sifat massa ditentukan dari keseluruhan besar volume batuan melalui pengukuran lapangan (West, 2010).D. ORIENTASI DISKONTINUITASOrientasi merefleksikan siknifikansi variasi set diskontinuitas massa batuan (Bieniawski, 1989).Orientasi diskontinuitas diekspresikan oleh strike dan dip (Wyllie, 1999).

E. SPASI DISKONTINUITASSpasi merupakan jarak diskontinuitas terdekat, yang diukur secara tegak lurus (Bieniawski, 1989; Giani, 1992; Hudson & Harrison, 1997 dan Singh & Goel, 2006).Spasi dipetakan melalui permukaan batuan dan inti bor, dimana spasi sebenarnya dihitung berdasarkan spasi semu untuk diskontinuitas miring terhadap permukaan dengan menggunakan persamaan Terzaghi (1965) (Wyllie, 1999).

Hubungan dip diskontinuitas semu dan sebenarnya (Wyllie, 1999)F. PERSISTANCEPersistence merupakan pengukuran panjang atau luas diskontinuitas. Parameter ini menetapkan ukuran blok dan panjang potensi permukaan gelincir (Wyllie, 1999).G. KEKASARANKekasaran sebagai parameter yang menunjukkan indeks tidak rata dan gelombangan (waveness) pada diskontinuitas batuan (Giani, 1992).H. Kekuatan Dinding (Wall Strength)Kekuatan dinding ekuivalen terhadap kuat kompresi dinding batuan berdekatan suatu diskontinuitas (ISRM, 1978).Kekuatan dinding diskontinuitas mempengaruhi kuat geser pada permukaan kasar (Wyllie, 1999).I. ApertureAperture merupakan jarak tegak lurus yang memisahkan dinding diskontinuitas batuan (Wyllie, 1999).Dimana kehadiran rongga pada diskontinuitas akan mempengaruhi kekuatan massa batuan dan besaran hidraulic conductivity air tanah (Giani, 1992), sehingga berguna untuk memprediksi perilaku massa batuan, (Wyllie & Mah, 2004 ).

J. Pengisi (Infilling)ISRM (1978) dan Wyllie (1999) mendefinisikan pengisi sebagai material yang memisahkan dinding batuan berdekatan pada suatu diskontinuitas.Tipe pengisi bisa berupa pasir, lanau, lempung, breksi, gauge dan mylonit. Adapun untuk mineral pengisi seperti kalsit, kuarsa dan pirit memiliki kekuatan cukup tinggi (Giani, 1992).

K. SeepageSeepage berhubungan dengan aliran air dan uap bebas pada diskontinuitas atau massa batuan (ISRM, 1978).Keadaan iklim yang dimiliki suatu wilayah, turut mempengaruhi keterdapatan seepage, dan potensi besarnya infiltrasi air ke dalam zona saturasi (Wyllie & Mah, 2004).

L. Jumlah Set DiskontinuitasSecara konseptual suatu set terdiri dari diskontinuitas paralel atau sub-paralel (Hudson & Harrison, 1997).Skema klasifikasi jumlah set-set kekar ISRM (1978) :1. Massive, kadang dengan kekar-kekar acak.2. Satu set kekar3. satu set kekar ditambah acak4. Dua set kekar5. Dua set kekar ditambah random6. Tiga set kekar7. Tiga set kekar ditambah acak8. Empat atau lebih set kekar9. Batuan teremukkan (crushed earthlike rock).

M. Ukuran dan Bentuk BlokUkuran blok dan distribusinya sebagai distribusi in situ ukuran partikel (Hudson & Harrison, 1997).Ukuran blok mengindikasikan perilaku massa batuan, karena mampu mengestimasi performa massa batuan dalam kondisi tegasan (Bell, 2007).Adapun jumlah set dan orientasi atau pola kekar berperan menentukan bentuk blok yang dihasilkan (ISRM, 1978)Massa batuan terkekarkan secara ideal, umumnya dibedakan menjadi blok-blok berbentuk (Sen & Eissa,1992) :1. Blok prismatik : Ketiga dimensi blok berpengaruh pada definisi.2. Blok pipih (plate block) : Mirip dengan lembaran dimana dua dimensi relatif lebih besar daripada dimensi ketiga.3. Blok batang (bar block) : Hanya satu dimensi siknifikan dari yang lain.Barton (1978) juga membuat deskripsi massa batuan berdasarkan atas ukuran dan bentuk blok :1. Massive : Beberapa kekar atau spasi yang lebar2. Blocky : Umumnya equidimensional3. Tabular : Salah satu dimensi lebih kecil daripada dua dimensi lain.4. Columnar : Salah satu dimensi lebih besar dibandingkan dua dimensi lain.5. Irregular : Variasi yang luas dari ukuran dan bentuk blok6. Crushed : Terkekarkan hebat.

N. PelapukanPelapukan batuan :1. Proses perubahan disebabkan air, karbon dioksida dan oksigen (Giani, 1992).2. proses eksternal yang menyebabkan perubahan sifat asal mula (Price, 2009).Prosesnya melibatkan agen-agen fisika, kimia, dan biologi (Bates & Jackson, 1987 dan Verhoef, 1994), atau melalui proses mekanika dan disolusi kimia (Giani, 1992).Sifat indeks batuanSifat indeks batuan adalah sifat fisik batuan yang ditentukan oleh jenis dan origin batuan . Sifat indeks dipengaruhi paling utama oleh asal muasal batuan (origin), tekstur batuan dan komposisi mineral. Sifat-sifat indeks tersebut antara lain:a. PorositasPorositas batuan diartikan sebagai perbandingan antara volum rongga-rongga pori terhadap volum total batuan. Porositas (terutama yang terbuka) akan mendorong fluida untuk memasukinya dan secara perlahan akan menyebabkan pelapukan. Dengan demikian batuan yang mempunyai porositas dan rekahan lebih besar akan mempunyai kekuatan tahan yang lebih kecil dan sebaliknya.b. PermeabilitasPermeabilitas adalah kemampuan batuan untuk meloloskan air, semakin besar permeabilitas, maka akan mengurangi kekuatan batuan.c. Void indexAdalah ukuran seberapa besar kekompakan dari material-material penyusun batuan dan seberapa besar fracture yang terbentuk pada batuan akibat kompresi/tekanan selama jutaan tahun.c. Bobot isiBobot isi adalah perbandingan antara berat batuan dengan volume batuan. Bobot isi berdasarkan sifatnya dibagi menjadi 3, yaitu :a. Bobot isi asli, yaitu perbandingan antara berat batuan asli dengan volume batuan.b. Bobot isi jenuh, yaitu perbandingan antara berat batuan jenuh dengan volume batuan.Bobot isi kering, yaitu perbandingan antara berat batuan kering dengan volume batuan.

d. Spesific gravity Spesific gravity adalah perbandingan antara bobot isi dengan bobot isi air.e. Hardness (kekerasan)Kekerasan pada batuan merupakan ketahanan batuan terhadap gaya tekan dan gaya tarik yang bekerja padanya sebelum batuan hancur.f. Sonic Pulse VelocitySonic Pulse Velocity merupakan metode yang digunakan untuk melihat seberapa besar kuat tekan uniaksial yang ada pada batuan. Batuan dengan perbedaan mineralogi, tekstur dan kekuatan (strength) akan menghasilkan kecepatan pulsa sonic yang berbeda-beda pula.

Sifat Mekanik BatuanSifat mekanik batuan berhubungan dengan proses-proses yang mengenai batuan setelah batuan tersebut terbentuk (adanya gaya dari luar yang berkerja pada batuan). Sifat-sifat tersebut antara lain:a. Compressive strength (Gaya tekan)Compressive strength adalah gaya tekan maksimum yang bisa diberikan pada batuan dari arah yang berlawanan tanpa menghancurkannya. b. Tensile strength (Gaya tarik)Tensile strength adalah gaya tarik maksimum yang bisa diberikan batuan dari arah yang berlawanan tanpa menhancurkannya.c. Elastic modulus(Modulus elastik) Elastic Modulus adalah kemampuan material batuan untuk kembali ke bentuk semula setelah gaya yang bekerja padanya ditiadakan.d. Poison Ration (Rasio Poison)Ketika batuan ditekan dari suatu arah, maka akan terjadi pergeseran pada arah yang berlawanan secara tegak lurus. Hal ini dinamakan efek Poissone. Rock Failure StrainRock Failure Strain disebabkan oleh adanya pelepasan secara tiba-tiba dari sebuah gaya setelah sebelumnya bekerja. Pengaruhnya terhadap suatu batuan tentulah sangat dipengaruhi oleh jenis batuan dan sifat elastisitasnya.f. Point Load IndexPoint Load Index merupakan metode alternatif yang digunakan untuk mengukur Uniaxial Compressive strength Test menggantikan metode Compressive strength terkait biaya dan waktu yang lebih efisien.

ROCK STRENGTHKekuatan batuan adalah resistensi suatu batu terhadap deformasi yang diakibatkan oleh pengaruh stress tertentu.Kekuatan batuan utuh tergantung pada kekuatan komponen mineral dan cara mereka terikat bersama-sama.Kekuatan massa batuan berlaku untuk keretakan massa batu dalam tanah, dan sebagian besar berhubungan dengan jarak dan jenis kelemahan patahan. Batuan Kekuatan massa juga berhubungan dengan batu kekuatan, kondisi pelapukan dan air.

KERUNTUHAN BATUAN