NAMA : BUDI LAMHOT SINAGANIM : DBD 113 157Mata Kuliah : Mekanika Batuan

PERILAKU MASSA BATUAN

1.1. PENDAHULUAN

Batuan mempunyai perilaku (behaviour) yang berbeda-beda pada saat menerima beban. Perilaku batuan ini dapat ditentukan antara lain di laboratorium dengan uji kuat tekan. Dari hasil uji dapat dibuat kurva tegangan-regangan, kurva creep dari uji dengan tegangan konstan, dan kurva relaksasi dari uji dengan regangan konstan. Dengan mengamati kurva-kurva tersebut dapat ditentukan perilaku dari batuan. Mekanika batuan adalah ilmu pengetahuan teoritik dan terapan yang mempelajarikarakteristik, perilaku dan respons massa batuan akibat perubahan keseimbanganmedan gaya di sekitarnya, baik karena aktivitas manusia maupun alamiah.Menurut US National Committee on Rock Mechanics (1964) dan dimodifikasi (1974):Rock mechanics is : he theoritical and applied science of the mechanical behavior ofrocks and rock masses, it isthatbranch of mechanics concernd with the response of rock masses to the force fields of their physical environment.Mekanika batuan mempelajari antara lain :1. Sifat sifat dan mekanik serta karakteristik massa batuan.2. Berbagai teknik analisis tegangan dan regangan batuan3. Prinsip prisnsip yang menyatakan respons massa batuan terhada[p beban4. Metodologi yang logis untuk penerapan teori teori dan teknik teknik mekanika untuk solusi problem fisik nyata di bidang rekayasa batuan.

Mekanika batuan sendiri merupakan bagian dari subyek yang lebih lua yaitu Geomekanika., yang membahas tentang respons mekanik dan semua material geologi seperti batuan dan tanah. Mekanika batuan sebagai ilmu terapan menjadi suatu disiplin rekayasa koheren dalam tiga setengah dekade terakhir. Bidang rekayasa pertambangan sedah sejak kira kira dua dekade terakhir telah mulai mengambangkan teknik tekniknya sendiri bardasarkan kaidah kaidah mekanika batuan dalam rancangan dan pelaksanaan penggalian baik di permukaan maupun bawah permukaan. Dari pengalaman di lapangan telah dibuktikan bahwa aplikasi mekanika batuan untuk rancangan dan pelaksanaan operasi penambangan telah berhasil meningkatkan efisiensi struktur struktur dalam tambang (lereng penggalian, lubang bukaan, dan sebagainya), dan safety confidency,kelemahan suatu struktur telah ditingkatkan keakuratannya, sehingga mengurangi unsur trial and error. Pelaksana di lapangan dipermudah dan dipercepat penyelesaian pekerjaannya karena diterapkannya soistem monitoring selama dan setelah suatu pengalian terowongan. Massa batuan, karena proses terjadinya secara alamiah.memiliki sifat yang cenderung unik ( tidak ada kembarannya ).Meskipun secara deskritif namanya sama misalnya andesit,tetapi antara andesit satu dengan yang lain hampir pasti tidak sama persis.Olehkarena itulah maka sifat massa batuan di alam adalah hetrogen,anisotrop,diskontinu.(1) Heterogen,artinya :- Mineralogis : Jenis miniral pembentuk batuan berbeda-beda- Butiran padatan : Ukuran dan bentuknya berbeda-beda- Void : ukuran,bentuk dan penyebarannya berbeda-beda

(2) Anisotrop,artinya :- Mempunyai sifat-sifat yang berbeda pada arah yang berbeda(3) Diskontinu,artinya :

Massa batuan selalu mengandung unsur struktur geologi yang mengakibatkannya tidak kontinu seperti karena kekar,sesar,retakan,fissure,bidang perlapisan.Struktur geologi ini cenderung “memperlemah” kondisi massa bantuan. Kondisi di atas apabila diperlakukan sebagaimana adanya tidak memungkinkan dilakukan solusi dengan pendekatan logik-matematik.Oleh karena itu perlu penyederhanaan dengan asumsi,yang semula Heterogen-Anisotrop-Diskontinu menjadi Homogen-Isotrop-Kontinu. Dalam asumsi di atas,seolah-olah terjadi kontradiksi atau saling bertolak belakang antara kondisi sebenarnya pada massa batuan dengan asumsi yang dibuat.Tetapi asumsi itu harus disertai equivalensi,misalnya dari kondisi batuan B1,B2.B3 diasumsikan menjadi batuan B' yang homogen,isotrop,dan kontinu. Problem mekanika batuan dapat disebabkan oleh aktivitas manusia dan gejala alamiah.

1.2. PLASTIK DAN ELASTO-PLAST1K

Perilaku batuan dikatakan elastik (linier maupun non linier) jika tidak terjadi deformasi permanen pada saat tegangan dibuat nol.Perilaku batuan sebenarnya yang diperoleh dari uji kuat tekan digambarkan oleh Bieniawski (1984) seperti pada Gambar 4.5. Pada tahap awal batuan dikenakan gaya, kurva berbentuk landai dan tidak linier yang berarti bahwa gaya yang diterima oleh batuan dipergunakan untuk menutup rekahan awal (pre-existing cracks) yang terdapat di dalam batuan. Sesudah itu kurva menjadi linier sampai batas tegangan tertentu yang kita kenal dengan batas elastik(E) talu terbentuk rekahan baru dengan perambatan stabil sehingga kurva tetap linier. Sesudah batas elasfik dilewati maka perambatan rekahan menjadi tidak stabil, kurva tidak linier lagi dan tidak berapa lama kemudian batuan akan hancur.  Sehingga di daerah tersebut kestabilannya adalah untuk jangka panjang, karena regangan tidak akan bertambah sampai kapanpun pada kondisi tegangan konstan.      Untuk menyederhanakan perhitungan hubungan antara tegangan dan regangan maka dibuat model dua dimensi di mana pada kenyataannya adalah tiga dimensi. Model dua dimensi yang dikenal adalaha. Regangan bidang (plane strain)b. Tegangan bidang (plane stress)c. Symmetrical revolution

a. Regangan Bidang (Plane Strain)

Misalkan sebuah terowongan yang mempunyai sistem sumbu kartesian x, y dan z dipotong oleh sebuah bidang dengan sumbu x, y (Gambar 4.10), sehingga :z = 0yz = 0  (yz = 23 )xz = 0  (xz = 13 )

1.3. KLASIFIKASI MASSA BATUANKlasifikasi massa batuan dikembangkan untuk mengatasi permasalahan yang timbul di

lapangan secara cepat dan tidak ditujukan untuk mengganti studi analitik, observasi lapangan, pengukuran, dan engineering judgement.

Tujuan dari klasifikasi massa batuan adalah untuk:

Mengidentifikasi parameter-parameter yang mempengaruhi kelakuan/sifat massa batuan.

Membagi massa batuan ke dalam kelompok-kelompok yang mempunyai kesamaan sifat dan kualitas.

Menyediakan pengertian dasar mengenai sifat karakteristik setiap kelas massa batuan.

Menghubungkan berdasarkan pengalaman kondisi massa batuan di suatu tempat dengan kondisi massa batuan di tempat lain.

Memperoleh data kuantitatif dan acuan untuk desain teknik. Menyediakan dasar acuan untuk komuniukasi antara geologist dan engineer.

Keuntungan dari digunakannya klasifikasi massa batuan

Meningkatkan kualitas penyelidikan lapangan berdasarkan data masukan sebagai parameter klasifikasi.

Menyediakan informasi kuantitatif untuk tujuan desain. Memungkinkan kebijakan teknik yang lebih baik dan komunikasi yang lebih efektif pada

suatu proyek.

Dikarenakan kompleknya suatu massa batuan, beberapa penelitian berusaha untuk mencari hubungan antara desain galian batu dengan parameter massa batuan. Banyak dari metode-metode tersebut telah dimodifikasi oleh yang lainnya dan sekarang banyak digunakan untuk penelitian awal atau bahkan untuk desain akhir. Beberapa klasifikasi massa batuan yang dikenal saat ini adalah:

1.Metode klasifikasi beban batuan (rockload)

2.Klasifikasi stand up time

3.Rock Quality Designation (RQD)

4.Rock Structure Rating (RSR)

5.Rock Mass Rating (RMR)

6. Q-system

.Metode klasifikasi beban batuan (rockload)

Metode ini diperkenalkan oleh Karl von Terzaghi pada tahun 1946. Merupakan metode pertama yang cukup rasional yang mengevaluasi beban batuan untuk desain terowongan dengan penyangga baja. Metode ini telah dipakai secara berhasil di Amerika selama kurun waktu 50 tahun. Akan tetapi pada saat ini metode ini sudah tidak cocok lagi dimana banyak sekali terowongan saat ini yang dibangun dengan menggunakan penyangga beton dan rockbolts.

Klasifikasi Stand-up time

Metode ini diperkenalkan oleh Laufer pada 1958. Dasar dari metode ini adalah bahwa dengan bertambahnya span terowongan akan menyebabkan berkurangnya waktu berdirinya terowongan tersebut tanpa penyanggaan. Metode ini sangat berpengaruh terhadap perkembangan klasifikasi massa batuan selanjutnya. Faktor-faktor yang berpengaruh terhadap stand-up time adalah: arah sumbu terowongan, bentuk potongan melintang, metode penggalian, dan metode penyanggaan.

Rock Quality Designation (RQD)

RQD dikembangkan pada tahun 1964 oleh Deere. Metode ini didasarkan pada penghitungan persentase inti terambil yang mempunyai panjang 10 cm atau lebih. Dalam hal ini, inti terambil yang lunak atau tidak keras tidak perlu dihitung walaupun mempunyai panjang lebih dari 10cm. Diameter inti optimal yaitu 47.5mm. Nilai RQD ini dapat pula dipakai untuk memperkirakan penyanggaan terowongan. Saan ini RQD sebagai parameter standar dalam pemerian inti pemboran dan merupakan salah satu parameter dalam penentuan klasifikasi massa batuan RMR dan Q-system RQD di definisikansebagai:

Berdasarkan nilai RQD massa batuan diklasifikasikan sebagai:

RQD Kualitas massa batuan

<25% Sangat jelek

25–50 %Jelek

50–75%Sedang

75–90%Baik

90 – 100% Sangat baik

Walaupun metode penghitungan dengan RQD ini sangat mudah dan cepat, akan tetapi metode ini tidak memperhitung factor orientasi bidang diskontinu, material pengisi, dll, sehingga metode ini kurang dapat menggambarkan keadaan massa batuan yang sebenarnya.

RockStructureRating(RSR)

RSR diperkenalkan pertama kali oleh Wickam, Tiedemann dan Skinner pada tahun 1972 di AS. Konsep ini merupakan metode kuantitatif untuk menggambarkan kualitas suatu massa batuan dan menentukan jenis penyanggaan di terowongan. Motode ini merupakan metode pertama untuk menentukan klasifikasi massa batuan yang komplit setelah diperkenalkannya klasifikasi massa batuan oleh Terzaghi 1946.

Konsep RSR ini selangkah lebih maju dibandingkan konsep-konsep yang ada sebelumnya. Pada konsep RSR terdapat klasifikasi kuantitatif dibandingkan dengan Terzaghi yang hanya klasifikasi kulitatif saja. Pada RSR ini juga terdapat cukup banyak parameter yang terlibat jika dibandingkan dengan RQD yang hanya melibatkan kualitas inti terambil dari hasil

pemboran saja. Pada RSR ini juga terdapat klasifikasi yang mempunyai data masukan dan data keluaran yang lengkap tidak seperti Lauffer yang hanya menyajikan data keluaran yang berupa stand-up time dan span.

RSR merupakan penjumlahan rating dari parameter-parameter pembentuknya yang terdiri dar2katagoriumum,yaitu:

• Parameter geoteknik; jenis batuan, pola kekar, arah kekar, jenis bidang lemah, sesar, geseran, dan lipatan, sifat material; pelapukan, dan alterasi.

• Parameter konstruksi; ukuran terowongan, arah penggalian, metode penggalian

RSR merupakan metode yang cukup baik untuk menentukan penyanggaan dengan penyangga baja tetapi tidak direkomendasikan untuk menentukan penyanggaan dengan penyangga rock bolt dan beton.

Rock Mass Rating (RMR)

Bieniawski (1976) mempublikasikan suatu klasifikasi massa batuan yang disebut Klasifikasi Geomekanika atau lebih dikenal dengan Rock Mass Rating (RMR). Setelah bertahun-tahun, klasifikasi massa batuan ini telah mengalami penyesuaian dikarenakan adanya penambahan data masukan sehingga Bieniawski membuat perubahan nilai rating pada parameter yang digunakan untuk penilaian klasifikasi massa batuan tersebut. Pada penelitian ini, klasifikasi massa batuan yang digunakan adalah klasifikasi massa batuan versi tahun 1989 (Bieniawski, 1989).

6 Parameter yang digunakan dalam klasifikasi massa batuan menggunakan Sistim RMR yaitu:

1.Kuat tekan uniaxialbatuan utuh.

2.Rock Quality Designatian (RQD).

3.Spasi bidang dikontinyu.

4.Kondisi bidang diskontinyu.

5.Kondisi air tanah.

6.Orientasi/arah bidang diskontinyu.

Pada penggunaan sistim klasifikasi ini, massa batuan dibagi kedalam daerah struktural yang memiliki kesamaan sifat berdasarkan 6 parameter di atas dan klasifikasi massa batuan untuk setiap daerah tersebut dibuat terpisah. Batas dari daerah struktur tersebut biasanya disesuaikan dengan kenampakan perubahan struktur geologi seperti patahan, perubahan kerapatan kekar, dan perubahan jenis batuan. RMR ini dapat digunakan untuk terowongan. lereng, dan pondasi.

Q-system

Q-system diperkenalkan oleh Barton et al pada tahun 1974. Nilai Q didefinisikan sebagai:

Dimana:RQD adalah Rock Quality Designation

Jna dalah jumlah se tkekar

Jr adalah nilai kekasaran kekar

Ja adalah nilai alterasi kekar

Jw adalah faktor air tanah

SRF adalah faktor berkurangnya tegangan

•RQD/Jn merepresentasikan struktur massa batuan

•Jr/Ja merepresentasikan kekasaran dan karakteritik gesekan diantara bidang kekar stsu material pengisi

•Jw/SRF merepresentasikan tegangan aktif yang bekerja

•Berdasar kan nilai Q kemudian dapat ditentukan jenis penyanggaan yang dibutuhkan untuk terowongan.