i
EVALUASI KONDISI GEOLOGI TEKNIK DAN ANALISIS
KESTABILAN EKSKAVASI TEROWONGAN AIR NANJUNG
PROVINSI JAWA BARAT
TESIS
oleh
Ananto Wibowo
17/419597/PTK/11707
PROGRAM STUDI MAGISTER TEKNIK GEOLOGI
DEPARTEMEN TEKNIK GEOLOGI
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS GADJAH MADA
YOGYAKARTA
2019
ii
EVALUASI KONDISI GEOLOGI TEKNIK DAN ANALISIS
KESTABILAN EKSKAVASI TEROWONGAN AIR NANJUNG
PROVINSI JAWA BARAT
Tesis
untuk memenuhi sebagian persyaratan
mencapai derajat Master
Program Studi Magister Teknik Geologi
diajukan oleh
Ananto Wibowo
17/419597/PTK/11707
kepada
PROGRAM STUDI MAGISTER TEKNIK GEOLOGI
DEPARTEMEN TEKNIK GEOLOGI
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS GADJAH MADA
YOGYAKARTA
2019
v
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan karuniaNya
sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan tesis ini dengan judul ”Evaluasi
Kondisi Geologi Teknik dan Analisis Kestabilan Ekskavasi Terowongan Air
Nanjung Provinsi Jawa Barat“.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah berperan
dalam penulisan tesis ini, yakni kepada :
1. Kementerian Pekerjaan Umum dan Perumahan Rakyat yang telah
memberikan beasiswa jenjang S-2 di Magister Teknik Geologi UGM.
2. Balai Besar Wilayah Sungai Citarum yang telah memberikan izin
penelitian pada Proyek Pembangunan Terowongan Nanjung.
3. PT. Wijaya Karya JO PT. Adhi Karya selaku Kontraktor dan PT. Virama
Karya selaku Konsultan yang telah memberikan izin penelitian pada
Proyek Pembangunan Terowongan Nanjung.
4. Bapak I Gde Budi Indrawan, S.T., M.Eng., Ph.D., selaku dosen
pembimbing utama dan dosen pembimbing akademik yang telah
memberikan bimbingan, arahan dan masukan baik selama masa
perkuliahan dan dalam penyelesaian penyusunan penelitian ini.
5. Bapak Dr. Wawan Budianta, S.T., M.Sc selaku ketua penguji yang telah
memberikan koreksi, kritik dan saran dalam penelitian ini.
6. Bapak Dr. Ir. I Wayan Warmada selaku anggota penguji yang telah
memberikan masukan, kritik dan saran dalam penelitian ini.
vi
7. Orang tua dan istri yang senantiasa memberikan do’a, semangat dan
dukungannya sehingga penelitian ini dapat terselesaikan dengan baik.
8. Filza Alezza Wisnuadi Zurdisputra selaku partner penelitian yang telah
banyak membantu dalam penyusunan tesis ini.
9. Teman-teman Magister Teknik Geologi angkatan 2017 pada umumnya
dan rekan sahabat minat studi Geologi Teknik Terowongan dan Ruang
Bawah Tanah angkatan 2017 pada khususnya.
10. Serta semua pihak yang telah memberikan dukungan dalam penyelesaian
tesis ini yang tidak dapat disebutkan satu per satu.
Penulis menyadari masih banyak terdapat kekurangan dalam tulisan ini,
untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun guna
menyempurnakan penelitian ini.
Yogyakarta, Juli 2019
Ananto Wibowo
NIM. 17/419597/PTK/11707
vii
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI ......................................................................................................... vii
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. xi
DAFTAR TABEL ................................................................................................. xv
ABSTRAK .......................................................................................................... xvii
ABSTRACT ....................................................................................................... xviii
BAB I ...................................................................................................................... 1
I.1 Latar Belakang Penelitian ..................................................................... 1
I.2 Rumusan Masalah ................................................................................. 3
I.3 Tujuan Penelitian .................................................................................. 4
I.4 Manfaat Penelitian ................................................................................ 4
I.5 Lingkup Penelitian ................................................................................ 5
I.5.1 Lokasi Penelitian ......................................................................... 5
I.5.2 Lingkup Pekerjaan ........................................................................ 7
I.6 Batasan Masalah ................................................................................... 8
I.7 Peneliti Terdahulu ................................................................................. 9
I.8 Keaslian Penelitian ............................................................................... 9
BAB II GEOLOGI REGIONAL DAERAH PENELITIAN................................. 10
II.1 Fisiografi ........................................................................................... 10
II.2 Stratigrafi Lokasi Penelitian .............................................................. 10
II.3 Geologi Teknik Regional .................................................................. 12
II.4 Potensi Kerentanan Gerakan Tanah .................................................. 13
BAB III DASAR TEORI ...................................................................................... 15
III.1 Pengertian Terowongan ................................................................... 15
III.2 Penyelidikan Geologi Teknik .......................................................... 17
viii
III.2.1 Pemetaan Geologi Teknik Permukaan .......................................... 18
III.2.2 Pengujian Sifat Indeks Dan Keteknikan Tanah dan Batuan di
Laboratorium ................................................................................ 21
III.2.2.1 Sifat Indeks Tanah dan Batuan ............................................. 21
III.2.2.2 Sifat Keteknikan Tanah dan Batuan ...................................... 25
III.2.3 Klasifikasi Tanah .......................................................................... 29
III.2.4 Klasifikasi Kualitas Massa Batuan ............................................... 33
III.2.4.1 Rock Quality Designation (RQD) ......................................... 33
III.2.4.2 Rock Mass Rating (RMR) ...................................................... 35
III.2.4.3 Geological Strength Index (GSI) .......................................... 40
III.2.4.4 Q Sistem ................................................................................ 48
III.2.4.5 Hubungan RMR dan GSI ...................................................... 49
III.2.4.6 Hubungan RMR dan Q Sistem .............................................. 51
III.3 Kriteria Keruntuhan Mohr-Coulomb ............................................... 51
III.4 Kriteria Keruntuhan Generalised Hoek Brown .............................. 52
III.5 Analisis Beban Gempa dengan Metode Pseudostatik...................... 53
III.5.1 Gempa Rencana untuk Terowowngan ..................................... 58
III.5.2 Persyaratan Respon Spectrum Desain ...................................... 58
III.5.2.1 Klasifikasi situs ..................................................................... 58
III.5.2.2 Faktor Amplifikasi ................................................................ 61
III.5.2.3 Penentuan spektrum respons desain Jembatan dan bangunan
pelengkapnya serta terowongan ................................................... 63
III.6 Kestabilan Lereng ......................................................................... 65
III.6.1 Faktor-Faktor Yang Berpengaruh Terhadap Kestabilan Lereng
...................................................................................................... 66
III.6.2 Metode Shear Strength Reduction ........................................... 68
ix
III.7 Metode Ekskavasi Bukaan Terowongan....................................... 69
III.8 Kestabilan Sistem Penyangga Terowongan .................................. 71
III.9 Perangkat lunak Rock Science 2 ................................................... 72
III.10 Hipotesis ....................................................................................... 74
BAB IV METODE PENELITIAN ....................................................................... 76
IV.1 Alat dan Bahan Penelitian ............................................................... 76
IV.2 Tahapan Penelitian ........................................................................... 76
IV.2.1 Pekerjaan Pendahuluan ............................................................ 76
IV.2.2 Pengumpulan Data ................................................................... 77
IV.2.3 Pengujian Laboratorium ........................................................... 82
IV.2.4 Analisis Data….. ...................................................................... 84
IV.2.5 Evaluasi Hasil…. ..................................................................... 89
IV.2.6 Pelaporan………. ..................................................................... 90
IV.3 Diagram alir penelitian .................................................................... 91
BAB V PENYAJIAN DAN HASIL ANALISIS .................................................. 92
V.1 Karakteriktik Geologi Teknik Daerah Penelitian .............................. 92
V.1.1 Morfologi Daerah Penelitian ..................................................... 92
V.1.2 Litologi………….. .................................................................. 100
V.1.3 Struktur Geologi ..................................................................... 110
V.1.4 Kualitas Massa Batuan di Daerah Penelitian .......................... 112
V.1.5 Satuan Karakteristik Geologi Teknik Batuan Permukaan ....... 133
V.2 Analisis Kestabilan Lereng pada Portal Terowongan ..................... 138
V.3 Analisis Metode Ekskavasi ............................................................. 139
V.4 Analisis Kestabilan Terowongan .................................................... 141
BAB VI PEMBAHASAN ................................................................................... 151
x
VI.1 Karakteristik Geologi Teknik Daerah Penelitian ........................... 151
VI.2 Evaluasi Kemiringan Lereng Pada Portal Terowongan ................. 153
VI.3 Evaluasi Metode Ekskavasi Pada Terowongan ............................. 158
VI.4 Evaluasi Sistem Penyangga Terowongan ...................................... 160
BAB VII KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................... 177
VII.1 Kesimpulan ................................................................................... 177
VII.2 Saran ............................................................................................. 178
DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 180
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Lokasi Penelitian Terowongan Air Nanjung ..............................6
Gambar 2.1 Kondisi geologi daerah penelitian berdasarkan Peta Geologi
Regional ..................................................................................11
Gambar 2.2 Kondisi geologi teknik regional lokasi penelitian berdasarkan
bagian dari ...............................................................................12
Gambar 2.3 Bagian dari Peta Zonasi Kerentanan Gerakan Tanah di Provinsi
Jawa Barat ...............................................................................14
Gambar 3.1 Bentuk penampang terowongan (Arifin, 2009) ........................15
Gambar 3.2 Batas – batas Atterberg .............................................................24
Gambar 3.3 Peralatan untuk pengujian Atterberg Limit (Hardiyatmo, 2002)
.................................................................................................25
Gambar 3.4 Dimensi sampel untuk uji Index Point Load (ASTM D 5731-02)
.................................................................................................28
Gambar 3.5 Chart estimasi nilai gsi untuk batuan terkekarkan (Hoek And
Marinos, 2000) .........................................................................42
Gambar 3. 6 Kriteria keruntuhan Mohr – Coloumb .....................................52
Gambar 3.7 Peta percepatan puncak di batuan dasar (PGA) untuk probabilitas
terlampaui 7% dalam 75 tahun (Tim Pusat Studi Gempa
Nasional, 2017) .......................................................................55
Gambar 3.8. Peta respon spektra percepatan 0.2 detik di batuan dasar untuk
probabilitas terlampaui 7% dalam 75 tahun (Tim Pusat Studi
Gempa Nasional, 2017) ...........................................................56
Gambar 3.9. Peta respon spektra percepatan 1 detik di batuan dasar untuk
probabilitas terlampaui 7% dalam 75 tahun (Tim Pusat Studi
Gempa Nasional, 2017) ...........................................................57
Gambar 3.10. Spektrum respons desain, dibentuk menggunakan metode tiga
titik (AASHTO, 2012).............................................................63
Gambar 3.11 Grafik penilaian ekskavabilitas pada batuan (Pettifer and
Fookers, 1994) ........................................................................70
xii
Gambar 3.12 Persyaratan penyangga batuan menggunakan RMR dan Q
System (Lwin, 2009) ................................................................71
Gambar 3.13 Tipe elemen dua dimensi dalam FEM (Suhendro, 2000) .......73
Gambar 4.1 Geometri rencana Terowongan Air Nanjung (BBWS
Citarum,2017) .........................................................................86
Gambar 4.2 Diagram Alir Penelitian ............................................................91
Gambar 5.1 Peta Geomorfologi Daerah Penelitian ......................................93
Gambar 5.2 Kenampakan Satuan Dataran Batupasir ...................................95
Gambar 5.3 Kenampakan Satuan Perbukitan Berlereng Agak Curam (kamera
menghadap selatan) .................................................................96
Gambar 5.4 Kenampakan Satuan Perbukitan Berlereng Curam (kamera
menghadap utara) ....................................................................96
Gambar 5.5 Kenampakan Satuan Bukit Terisolir Berlereng Curam (kamera
menghadap barat) ....................................................................98
Gambar 5.6 Peta Pola Kelurusan Daerah Penelitian ....................................99
Gambar 5.7 Peta lintasan STA daerah penelitian .......................................102
Gambar 5.8 Diskripsi litologi pada core di NA 22 : (a) foto core batuan, (b)
tabel deskripsi litologi dan GSI .............................................103
Gambar 5.9 Satuan dasit pada STA 34 (kamera menghadap barat) ..........104
Gambar 5.10 Satuan andesit pada STA 23 (kamera menghadap barat) ....105
Gambar 5.11 Satuan batupasir tufan pada STA 8 (kamera menghadap utara)
...............................................................................................107
Gambar 5.12 Peta geologi daerah penelitian ..............................................108
Gambar 5.13 Profil sayatan geologi daerah penelitian ...............................109
Gambar 5.14. Kenampakan struktur geologi pada daerah penelitian berupa
sesar geser sinistral. Terdapat breksi sesar yang ditunjuk oleh
panah merah (kamera menghadap barat) ..............................112
Gambar 5.15. Peta lintasan pengamatan Geological Strength Index (GSI)
daerah penelitian ...................................................................114
Gambar 5.16. Penilaian GSI permukaan pada STA 20 dengan kualitas massa
batuan fair (kamera menghadap barat)..................................117
xiii
Gambar 5.17. Penilaian GSI permukaan pada STA 36 dengan kualitas massa
batuan good (kamera menghadap utara). ..............................118
Gambar 5.18. Peta Geological Strength Index (GSI) daerah penelitian .....119
Gambar 5.19. Sketsa penilaian GSI atau kualiatas massa batuan bawah
permukaan daerah penelitian .................................................130
Gambar 5. 20. Peta geologi teknik daerah penelitian .................................137
Gambar 5.21. Perkuatan dengan groutng sesuai desain perencanaan. .......142
Gambar 6.1 Profil geologi sepanjang terowongan .....................................151
Gambar 6.2. Profil GSI sepanjang terowongan ..........................................152
Gambar 6.3. Litologi pemodelan lereng alamiah. ......................................154
Gambar 6.4. Output pemodelan lereng alamiah .........................................155
Gambar 6.5. Litologi pemodelan lereng hasil penggalian sesuai desain
perencanaan ...........................................................................156
Gambar 6.6. Output pemodelan lereng hasil penggalian sesuai desain
perencanaan ...........................................................................157
Gambar 6.7 Titik plot penentuan metode ekskavasi di daerah penelitian ..159
Gambar 6.8. Titik plot penentuan sistem penyangga berdasarkan Q system di
daerah penelitian ...................................................................162
Gambar 6.9. Pemodelan dengan perkuatan grouting titik bor NA 6. .........163
Gambar 6.10. Hasil pemodelan dengan perkuatan grouting titik bor NA 6.
...............................................................................................164
Gambar 6.11 Hasil analisis pemodelan numerik roof displacement pada bore
hole NA 6 tanpa sistem penyangga ......................................165
Gambar 6.12 Hasil analisis pemodelan numerik roof displacement pada bore
hole NA 6 dengan sistem penyangga berdasarkan desain
rencana ..................................................................................166
Gambar 6.13. Hasil analisis pemodelan numerik roof displacement pada bore
hole NA 6 dengan sistem penyangga berdasarkan RMR .....167
Gambar 6.14. Hasil analisis pemodelan numerik roof displacement pada bore
hole NA 6 dengan sistem penyangga berdasarkan q system 168
xiv
Gambar 6.15 Roof displacement pada variasi sistem penyangga tanpa beban
gempa ....................................................................................169
Gambar 6. 16. Roof displacement pada variasi sistem penyangga dengan
beban gempa ..........................................................................169
Gambar 6.17. Hasil analisis pemodelan numerik invert displacement pada
bore hole NA 6 tanpa sistem penyangga ..............................170
Gambar 6.18. Hasil analisis pemodelan numerik invert displacement pada
bore hole NA 6 dengan sistem penyangga berdasarkan desain
rencana ..................................................................................171
Gambar 6.19. Hasil analisis pemodelan numerik invert displacement pada
bore hole NA 6 dengan sistem penyangga berdasarkan RMR
...............................................................................................172
Gambar 6.20. Hasil analisis pemodelan numerik invert displacement pada
bore hole NA 6 dengan sistem penyangga berdasarkan q system
...............................................................................................173
Gambar 6.21. Invert displacement pada variasi sistem penyangga tanpa beban
gempa ....................................................................................174
Gambar 6.22. Invert displacement pada variasi sistem penyangga dengan
beban gempa ..........................................................................174
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Penelitian terdahulu terkait lokasi penelitian dan topik penelitian .9
Tabel 3.1 Klasifikasi peta geologi teknik berdasarkan skalanya (Dearman,
1991) ............................................................................................18
Tabel 3.2 Klasifikasi kemiringan lereng (Zuidam, 1983) .............................20
Tabel 3.3. Klasifikasi tanah berdasarkan sistem USCS (Das, 1995) ............31
Tabel 3.4. Kualitas massa batuan berdasarkan RQD (Deere dan Deerer,
1988) ............................................................................................34
Tabel 3.5. Indeks kekuatan material batuan utuh (UCS) (Bieniawski, 1989)
......................................................................................................36
Tabel 3.6. Indeks Rock Quality Designation (RQD) (Bieniawski, 1989) ..36
Tabel 3.7. Indeks spasi diskontinuitas (Bieniawski, 1989) .........................37
Tabel 3.8. Indeks kondisi bidang lemah/diskontinuitas (Bieniawski, 1989)
......................................................................................................37
Tabel 3.9. Kondisi bidang lemah/diskontinuitas pada kondisi air tanah
(Bieniawski,1989) .......................................................................38
Tabel 3.10. Pengaruh Orientasi Diskontinuitas Antara Strike Dip Massa
Batuan Terhadap Strike Terowongan (Bieniawski, 1989) ..........39
Tabel 3. 11. Orientasi diskontinuitas (Bieniawski, 1989) ............................39
Tabel 3.12. Kualitas massa batuan (Bieniawski, 1989) ..............................39
Tabel 3.13. Panduan penggalian dan sistem penyangga terowongan
dengan rentang 10 meter dengan sistem RMR (Bieniawski, 1989)
......................................................................................................40
Tabel 3.14. Estimasi nilai Uniaxial Compressive Strength di lapangan untuk
batuan utuh (Hoek dan Brown, 1998) .........................................43
Tabel 3. 15. Klasifikasi tingkat pelapukan pada massa batuan (ISRM, 1978)
......................................................................................................44
Tabel 3.16. Penentuan kondisi kekar (joint condition) jika terdapat infilling
(Bieniawski, 1989) .......................................................................44
xvi
Tabel 3.17. Penentuan kondisi kekar (joint condition) tanpa infilling
(Bieniawski, 1989) .......................................................................45
Tabel 3.18. Petunjuk estimasi nilai D (disturbance factor) (Hoek and Brown,
2002) ............................................................................................47
Tabel 3.19. Kualitas GSI massa batuan (Bieniawski, 1989) ........................48
Tabel 3.20. Klasifikasi masa batuan berdasarkan Q (Barton dkk.,1974) .....49
Tabel 3.21. Klasifikasi situs (AASHTO, 2012) ...........................................59
Tabel 3.22. Parameter dan metode pengujian yang digunakan untuk ..........60
Tabel 3.23. Faktor amplifikasi untuk PGA dan periode 0,2 detik (Fpga dan
Fa)(AASHTO, 2012) ...................................................................62
Tabel 3.24. Besarnya nilai faktor amplifikasi untuk periode 1 detik (Fv)
(AASHTO, 2012) .........................................................................62
Tabel 3.25. Perbandingan nilai SRF hasil metode SSR dan nilai SF metode
limit equilibrium ...........................................................................69
Tabel 5.1. Resume penilaian GSI batuan permukaan di 64 STA pada daerah
penelitian ....................................................................................115
Tabel 5.2. Hasil pengujian laboratorium sifat indeks tanah permukaan ....121
Tabel 5.3. Hasil pengujian sifat mekanika pada sampel tanah (soil) .........122
Tabel 5.4. Hasil sifat mekanika sampel batuan utuh permukaan menggunakan
metode point load ......................................................................123
Tabel 5.5. Data hasil pengujian sifat indeks dan mekanika pada sampel batuan
(intack rock) bawah pemukaan dan data sekunder ....................132
Tabel 5.6. material properties analisis kestabilan lereng portal terowongan
....................................................................................................138
Tabel 5.7. Angka keamanan (FS) berdasarkan analisis kestabilan lereng
menggunakan .............................................................................139
Tabel 5.8. Hasil analisis metode ekskavasi bukaan terowongan di daerah
penilitian ....................................................................................140
Tabel 5.9. Parameter propertis material analisis kestabilan terowongan di
daerah penelitian ........................................................................141
Tabel 5.10. Tabel hasil perhitungan penentuan nilai Z ..............................144
xvii
Tabel 5.11. Tabel hasil perhitungan penentuan nilai Em ...........................144
Tabel 5.12. Tabel hasil perhitungan penentuan nilai k ...............................144
Tabel 5.13. Properties of Rockbolt .............................................................145
Tabel 5.14. Properties of Shotcrete ............................................................145
Tabel 5.15. Properties of Wiremesh ...........................................................145
Tabel 5.16. Properties of Stell Arch / Steel Rib ..........................................145
Tabel 5.17. Properties of Forepoling .........................................................145
Tabel 5.18. Properties of Invert/Lining Tunnel .........................................146
Tabel 5.19. Sistem penyangga berdasarkan desain rencana .......................146
Tabel 5. 20. Sistem penyangga berdasarkan RMR .....................................147
Tabel 5.21. Sistem penyangga berdasarkan Q system ................................147
Tabel 5.22. Hasil analisis kestabilan roof displacement terowongan tanpa
beban gempa ..............................................................................149
Tabel 5.23. Hasil analisis kestabilan roof displacement terowongan dengan
beban gempa ..............................................................................149
Tabel 5.24. Hasil analisis kestabilan invert displacement terowongan tanpa
beban gempa ..............................................................................150
Tabel 5.25. Hasil analisis kestabilan invert displacement terowongan dengan
beban gempa ..............................................................................150
Tabel 6.1. Perkuatan penyangga pada setiap titik bor. ...............................162
xvii
ABSTRAK
Terowongan Air Nanjung berada di Desa Nanjung, Kecamatan Margaasih,
Kabupaten Bandung, Provinsi Jawa Barat. Tujuan pembangunan terowongan ini adalah
untuk mengurangi daerah terdampak genangan banjir di Bandung dan sekitarnya, terutama
di daerah Dayeuhkolot sehingga debit aliran sungai Citarum dapat dikelola. Penelitian ini
ditujukan untuk memahami kondisi geologi teknik daerah penelitian, menentukan
kemiringan lereng di atas portal terowongan, menentukan metode ekskavasi dan sistem
penyangga terowongan yang tepat.
Metode yang digunakan dalam penelitian ini meliputi pekerjaan lapangan berupa
pemetaan geologi, pengukuran nilai Geological Strength Index (GSI) batuan permukaan
dan bawah permukaan, pekerjaan laboratorium terkait sifat keteknikan tanah dan batuan,
analisis metode ekskavasi bukaan terowongan menggunakan grafik penilaian
ekskavabilitas (Pettifier dan Fookes, 1994) serta analisis metode numerik menggunakan
perangkat lunak Rock Science 2 untuk analisis lereng dan kestabilan terowongan.
Hasil penelitian menunjukan daerah penelitian terdiri dari 5 satuan geologi teknik
antara lain : Satuan Batupasir Tufan Lapuk Tinggi, Satuan Batupasir Tufan Lapuk Sedang,
Satuan Dasit Lapuk Sedang, Satuan Dasit Lapuk Rendah, dan Satuan Andesit Lapuk
Rendah. Lokasi terowongan terletak pada Satuan Batupasir Tufan Lapuk Sedang.
Berdasarkan hasil penyelidikan bor inti maka dapat diketahui pada bagian inlet tersusun
atas batuan keras yaitu dasit dan pada bagian outlet tersusun oleh batuan lunak batupasir
tufan. Struktur geologi yang ditemukan berupa sesar geser sinistral namun tidak memotong
trase terowongan. Kemiringan lereng yang aman pada portal terowongan bagian inlet
direncanakan sebesar + 170 dan outlet sebesar + 340 dengan telah memperhitungkan beban
gempa. Metode penggalian bukaan terowongan yang sesuai pada daerah penelitian adalah
menggunakan cara hard digging dengan peralatan yang direkomendasikan yaitu CAT 245,
backhoe atau face sovel untuk batuan lunak batu pasir pada bagian outlet dan blasting untuk
batuan keras dasit pada bagian inlet. Sistem penyangga terowongan yang disarankan
berupa gabungan rockbolt, shotcrete, steel ribs dan invert dengan persentase rata-rata
pengurangan roof displacement sebesar 45,76 % pada saat kondisi tanpa beban gempa dan
49,33 % pada saat kondisi dengan beban gempa dan persentase rata-rata pengurangan
invert displacement sebesar 21,68 % pada saat kondisi tanpa beban gempa dan 24,38 %
pada saat kondisi dengan beban gempa dibandingkan terowongan tanpa penyangga.
Kata kunci : GSI, beban gempa, ekskavasi, lereng, sistem penyangga.
xviii
ABSTRACT
The Nanjung Water Tunnel is in Nanjung Village, Margaasih District, Bandung
Regency, West Java Province. The purpose of the construction of this tunnel is to reduce
the area affected by flooding in Bandung and its surroundings, especially in the area of
Dayeuhkolot so that the Citarum river flow can be managed. Therefore, this study is
conducted to figure out the technical geological condition in the area mentioned above, to
determine the tilt degree of the slope on the tunneling portal as well as to determine the
excavation method and the proper tunnel support system.
The methods used in this research include field works in the form of geological
mapping, measuring the value of Geological Strength Index (GSI) on surface and
subsurface rocks, laboratory works related to engineering properties of rocks and soil,
analysis of excavation methods of tunneling aperture using excavatability valuation charts
(Pettifier and Fookes, 1994) as well as analysis of numeric method using Rock Science 2
for slope analysis and tunnel stability analysis.
The results showed that the study area consisted of 5 engineering geological units,
including: High Weathered Tuffaceous Sandstone Unit, Medium Weathered Tuffaceous
Sandstone Unit, Medium Weathered Dasit Unit, Low Weathered Dasit Unit, and Low
Weathered Andesite Unit. The location of the tunnel is located in the Medium Weathered
Tuffaceous Sandstone Unit. Based on the results of the core drill investigation, it can be
seen that the inlet is composed of hard rock, namely dacite and in the outlet section
composed of soft tuffaceous sandstone rocks. The geological structure found is a synistral
sliding fault but does not cut through the tunnel. The safe slope of the inlet tunnel portal is
planned to be + 170 and outlet + 340 by calculating the earthquake load. The method for
excavating tunnel openings that is suitable in the study area is using a hard digging method
with recommended equipment, namely CAT 245, backhoe or face sovel for sandstone soft
rock at the outlet and blasting for dacite hard rock in the inlet section. The recommended
tunnel support system is a combination of rockbolt, shotcrete, steel ribs and invert with an
average percentage reduction of roof displacement of 45.76% when conditions without
earthquake loads and 49.33% when conditions with earthquake loads and average
percentages invert displacement reduction is 21.68% when conditions without earthquake
load and 24.38% when conditions with earthquake loads are compared to tunnels without
support.
Keywords: GSI, earthquake load, excavation, slope, support system.
1
BAB I
PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang Penelitian
Salah satu penyebab terjadinya genangan air di Bandung dan sekitarnya
terutama di daerah Dayeuhkolot adalah terjadinya sedimentasi dan erosi pada
Sungai Citarum. Sedimentasi dan erosi ini telah menyebabkan banjir yang cukup
besar di daerah Bandung dan sekitarnya antara lain : banjir Rancaekek pada tahun
2016, banjir Pasteur dan Pagarsih pada tahun 2016 dan banjir Melong dan
Margaasih pada tahun 2016.
Kondisi morfologi dari Sungai Citarum di sekitar Curug Jompong
memperlihatkan arah aliran sungainya yang sangat berkelok dan patah membentuk
sudut +90 derajat yang menyebabkan terhambatnya aliran sungai yang ada di hulu
sehingga terjadi genangan banjir di daerah sekitarnya yang merupakan kawasan
industri dan padat penduduk. Untuk mengurangi daerah terdampak genangan banjir
di Bandung dan sekitarnya, terutama di daerah Dayeuhkolot, Terowongan Air
Nanjung direncanakan dibangun pada tahun 2018 sehingga debit aliran sungai yang
melewati Curug Jompong pada daerah aliran sungai Citarum dapat dikelola.
Terowongan Air Nanjung berada di Desa Nanjung, Kecamatan Margaasih,
Kabupaten Bandung, Provinsi Jawa Barat. Pembangunan terowongan ini akan
dilaksanakan oleh Balai Besar Wilayah Sungai Citarum, Direktorat Jenderal
Sumber Daya Air, Kementerian Pekerjaan Umum dan Perumahan Rakyat.
Terowongan ini terdiri dari 2 terowongan air yang berdampingan sepanjang 230
2
meter dengan inlet sepanjang 28 meter dan outlet sepanjang 100 meter sehingga
total panjang terowongan adalah 358 meter. Jarak antar terowongan dari as ke as
adalah 18 meter dan diameter terowongan adalah 8 meter. Kondisi topografi pada
daerah ini merupakan daerah dataran yang relatif landai dan dekat dengan daerah
industri dan permukiman. Metode konstruksi yang akan digunakan berupa
mechanical excavation untuk kondisi batuan lunak (soft rock) dan drill and blasting
untuk kondisi batuan keras (hard rock).
Dalam pembangunan terowongan, perencanaan pembangunan
Terowongan Air Nanjung dilaksanakan oleh konsultan perencanaan yaitu Oriental
Consultant Global Co.Ltd Joint Operation with Sinotech Engineering Consultants
Ltd, PT. Raya Konsult, PT. Wiratman, PT. Virama Karya, PT. Jasapatria
Gunatama, sedangkan sebagai konsultan pengawasan yaitu PT. Virama Karya
(Persero) telah melaksanakan penyelidikan kondisi geologi meliputi : klasifikasi
kualitas masa batuan dengan menggunakan metode Rock Mass Rating (RMR),
penyelidikan geoteknik dengan pengeboran sebanyak 22 titik disepanjang
terowongan dari inlet sampai dengan outlet serta pengujian laboratorium yang
meliputi index properties dan mechanical properties. Berdasarkan penenyelidikan
awal dari hasil bor, litologi daerah penelitian meliputi Tuffaceous Sandstone,
Tuffaceous Siltstone, Conglomerat Basal, dan Dacite yang memiliki banyak bidang
diskontinuitas dan memiliki tingkat pelapukan sedang sampai dengan tinggi. Pada
desain perancanaan belum dilakukan karakterisasi geologi teknik berdasarkan tanah
dan batuan, morfologi, struktur geologi, air tanah, dan penentuan kualitas massa
3
batuan permukaan dan bawah permukaan secara menyeluruh serta belum dilakukan
analisis pemodelan terowongan yang memperhitungkan beban gempa.
Melihat kondisi lapangan tersebut di atas, perlu dilaksanakan evaluasi
klasifikasi kualitas masa batuan dengan menggunakan metode Geological Strength
Index (GSI) yang cocok digunakan untuk kondisi batuan yang jelek serta memiliki
tingkat pelapukan yang tinggi. Selanjutnya perlu dilakukan evaluasi kondisi geologi
teknik yang meliputi analisis kestabilan lereng pada portal, analisis metode
penggalian terowongan, serta analisis kestabilan sistem penyangga terowongan
yang digunakan dengan memperhitungkan beban gempa demi kelancaran dan
keamanan proses pembangunan terowongan.
Sehubungan dengan permasalahan di atas serta penyusunan desain yang
belum mempertimbangkan kondisi geologi teknik yang meliputi morfologi, batuan
dan tanah, struktur air tanah, dan faktor kegempaan secara menyeluruh yang akan
mempengaruhi penentuan metode ekskavasi, jenis sistem penyangga, dan
kemiringan lereng portal pada terowongan, maka penelitian tentang evaluasi
kondisi geologi teknik pada Terowongan Air Nanjung sangat penting untuk
dilakukan.
I.2 Rumusan Masalah
Rumusan masalah dalam penelititan ini adalah sebagai berikut :
a. Bagaimana kondisi geologi teknik daerah lokasi pembangunan
terowongan ?
b. Bagaimana geometri lereng portal terowongan yang aman ?
4
c. Apa metode penggalian yang tepat untuk pembangunan terowongan ?
d. Apa sistem penyangga yang tepat untuk pembangunan terowongan ?
I.3 Tujuan Penelitian
Penelitian ini dilakukan dengan tujuan sebagai berikut :
a. Menentukan karakteristik kondisi geologi teknik lokasi penelitian yang
meliputi : kemiringan lereng, jenis litologi, karakteristik batuan dan
tanah, struktur geologi, dan air tanah melalui pemetaan geologi teknik.
b. Menentukan kemiringan lereng yang aman pada portal terowongan
berdasarkan analisis kestabilan lereng dengan memperhitungkan faktor
gempa.
c. Menentukan metode penggalian yang tepat pada terowongan
berdasarkan kondisi geologi teknik lokasi penelitian.
d. Menentukan sistem penyangga terowongan yang tepat berdasarkan
analisis kestabilan terowongan dengan memperhitungkan faktor
gempa..
I.4 Manfaat Penelitian
Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat memberikan masukan dan
gambaran terhadap owner yaitu Kementerian Pekerjaan Umum dan Perumahan
Rakyat dan penyedia jasa yaitu kontraktor pelaksana mengenai metode penggalian
bukaan terowongan, kestabilan terowongan terkait dengan kemiringan lereng pada
portal terowongan, dan kestabilan terowongan terkait dengan sistem penyangga
5
pada bukaan terowongan dengan mempertimbangkan kondisi geologi teknik dan
faktor gempa .
I.5 Lingkup Penelitian
I.5.1 Lokasi Penelitian
Lokasi penelitian adalah Terowongan Air Nanjung yang berada pada aliran
Sungai Citarum (Curug Jompong), Desa Nanjung, Kecamatan Margaasih,
Kabupaten Bandung, Provinsi Jawa Barat dengan koordinat 6°56'18.250" LS dan
107°31'57.763" BT pada daerah inlet serta 6°56'16.859" LS dan 107°31'49.352"
BT pada daerah outlet. Lokasi penelitian dapat dicapai dari Bandung dengan jarak
± 17,5 Km dengan waktu tempuh 40 menit perjalanan darat dengan menggunakan
kendaraan roda 4. Lokasi penelitian dapat dilihat sesuai Gambar 1.1.
6
Gambar 1.1 Lokasi Penelitian Terowongan Air Nanjung
7
I.5.2 Lingkup Pekerjaan
Lingkup pekerjaan yang akan dilakukan dalam penelitian ini agar tercapai
tujuan yang diharapkan, adalah sebagai berikut :
a. Melakukan studi pustaka sesuai topik penelitian yang berkaitan dengan geologi
regional, terowongan, metode-metode ekskavasi terowongan, sistem
penyangga pada terowongan, dan perangkat lunak Rock Science 2.
b. Melakukan pengumpulan data primer berupa pengambilan data geologi
permukaan, pengambilan sampel bawah permukaan pada bor inti dan di dalam
terowongan, pengambilan sampel tanah undisturbed pada lokasi inlet, outlet,
dan pada beberapa lokasi hasil pemetaan permukaan yang mewakili litologi,
serta pengukuran Geological Strength Index (GSI) pada bor inti dan permukaan.
c. Melakukan Pengumpulan data sekunder berupa data hasil pengamatan hasil bor
inti, hasil laboratorium batuan bawah permukaan, geometri terowongan, dan
Detail Engeneering Desain (DED) dari Balai Besar Wilayah Sungai Citarum.
d. Melakukan pengujian dan analisis laboratorium sampel tanah dan batuan
permukaan dan bawah permukaan.
e. Melakukan evaluasi terhadap kualitas massa batuan dengan metode Geological
Strength Index (GSI) baik permukaan dan bawah permukaan.
f. Membuat peta geologi teknik skala 1:10.000.
g. Melakukan analisis kestabilan lereng pada portal terowongan dengan metode
numerik menggunakan perangkat lunak Rock Science 2.
8
h. Melakukan analisis metode ekskavasi bukaan terowongan dengan metode
empiris berdasarkan grafik penilaian ekskavabilitas menurut Pettifer dan
Fookes (1994).
i. Melakukan analisis kestabilan sistem penyangga terowongan dengan
menggunakan metode numerik menggunakan perangkat lunak Rock Science 2.
I.6 Batasan Masalah
Pembatasan masalah dalam penelitian ini perlu dilakukan dengan tujuan
supaya penelitian lebih terfokus dan sesuai dengan topik penelitian. Adapun
pembatasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Pemetaan geologi teknik dengan luas daerah penelitian 2 km2 dengan
skala penelitian 1 : 10.000.
2. Data perencanaan terowongan menggunakan data yang sudah ada dari
Balai Besar Wilayah Sungai Citarum.
3. Evaluasi kestabilan terowongan dilakukan pada kondisi terowongan
setelah ekskavasi bukaan terowongan pada kondisi setelah dilakukan
pemasangan lining permanen.
4. Evaluasi kualitas masa batuan menggunakan Geological Strength Index
(GSI), Hoek (1994).
5. Standar kriteria keruntuhan batuan menggunakan Hoek Brown (2002).
6. Analisis numerik menggunakan perangkat lunak Rock Science 2 dan
RocLab (Rocscience, Inc).
9
7. Tanah dianggap homogen dan menggunakan model material Mohr
Coloumb.
8. Analisis tegangan dan regangan ditinjau secara 2D (plain strain).
I.7 Peneliti Terdahulu
Penelitian terdahulu yang telah dilaksanakan berkaitan dengan geologi
regional daerah penelitian, karakteristik kondisi geologi, kestabilan lereng, analisis
metode penggalian dan stabilitas terowongan dengan metode elemen hingga sesuai
Tabel 1.1.
Tabel 1.1 Penelitian terdahulu terkait lokasi penelitian dan topik penelitian
No. Nama Peneliti
(Tahun) Judul/Topik Hubungan dengan penelitian ini
1
Silitonga (1973) Peta Geologi Regional
lembar Jawa bagian
barat, Pulau Jawa
Digunakan sebagai acuan kondisi
regional dalam penelitian ini.
2 Pusat Vulkanologi
dan Mitigasi
Bencana Geologi
(2009)
Peta Zona Kerentanan
Gerakan Tanah Provinsi
Jawa Barat
Digunakan sebagai acuan penentuan
zona kerentanan gerakan tanah dalam
penelitian ini.
3 Sutrisno (2016) Karakterisasi Geologi
Teknik Lokasi
Konstruksi Saluran
Pengelak Bendungan
Kuningan, Jawa Barat
Digunakan sebagai acuan aspek
geomorfologi, aspek sifat fisik dan
ketahanan tanah dan batuan, aspek
struktur geologi dan aspek hidrogeologi.
4 Imawan (2018) Analisis Stabilitas
Lereng dan Deformasi
Bagian Portal Twin
Tunnels pada
Pembangunan
Terowongan Nanjung
Jawa Barat
Digunakan sebagai acuan penentuan
Strenght Reduction Factor (SRF) untuk
kestabilan lereng dan deformasi pada
bagian portal terowongan Nanjung
dengan metode elemen hingga
menggunakan perangkat lunak Rock
Science 2.
I.8 Keaslian Penelitian
Penelitian mengenai Evaluasi Kondisi Geologi Teknik dan Analisis
Kestabilan Ekskavasi Terowongan Air Nanjung Provinsi Jawa Barat ini belum
pernah dilakukan sebelumnya.
10
BAB II
GEOLOGI REGIONAL DAERAH PENELITIAN
II.1 Fisiografi
Bemmelen (1949), membagi fisiografi Jawa Barat menjadi 4 bagian besar
zona fisiografi yaitu Zona Bogor, Zona Bandung, Dataran Pantai Jakarta dan Zona
Pegunungan selatan Jawa Barat.
Lokasi penelitian berada pada zona Bandung yang membentang dari
Pelabuhan Ratu melalui lembah Cimandri, dataran tinggi Cianjur, menerus ke Kota
Bandung, Garut, lembah Citanduy, dan berakhir di Sagara Anakan di muara sungai
Citanduy (Cilacap). Zona Bandung merupakan daerah gunung api yang sebagian
besar zona tersebut terisi oleh endapan vulkanik muda produk dari gunungapi
disekitarnya.
II.2 Stratigrafi Lokasi Penelitian
Berdasarkan peta geologi regional lembar Jawa bagian barat oleh Silitonga
(1973), Daerah penelitian terdiri dari Formasi endapan danau (Ql), Formasi
endapan tufa berbatu apung (pumiceous tuff) (Qty), Formasi Batuan terobosan
(instrusiver rocks) andesite (a), dan Formasi batuan terobosan (instrusiver rocks)
dacite. Kondisi stratigrafi daerah penelitian dapat dilihat sesuai gambar 2.1.
11
Gambar 2.1 Kondisi geologi daerah penelitian berdasarkan Peta Geologi Regional
lembar Jawa bagian barat, Pulau Jawa (Silitonga, 1973).
Dimana,
Ql : Endapan danau (lake deposite), dalam formasi ini
mengandung lempung, tufaan, batupasir tufaan, kerikil
tufaan. Mengandung konkresi-kongkresi gamping, sisa-sisa
tumbuhan, moluska air tawar dan tulang-tulang binatang
bertulang belakang.
Qyt : Endapan Tufa Berbatu apung (Pumiceous Tuff), formasi ini
terdiri atas pasir tufaan, lapilli, bom-bom, lava berongga dan
kepingan-kepingan andesit-basal padat yang bersudut dengan
banyak bongkah-bongkah dan patahan batuapung.
a : Batuan terobosan (instrusiver rocks) andesite
d : Batuan terobosan (instrusiver rocks) Dacite
12
Pb : Endapan Breksi Tufaan (Tuffaceous, Brecia, Lava, Sandstone
and Conglomerate). Formasi ini terdiri atas breksi bersifat
andesit, basal lava, batupasir tufaan dan konglomerat.
II.3 Geologi Teknik Regional
Berdasarkan peta Geologi Teknik Regional lembar Jawa Bagian Barat,
Pulau Jawa yang dikeluarkan oleh Badan Geologi, Kementerian ESDM, (2014)
lokasi penelitian berada pada kelompok geologi teknik kelompok aluvium (Al).
Kondisi geologi teknik regional lokasi penelitian dapat dilihat sesuai Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Kondisi geologi teknik regional lokasi penelitian bagian dari peta geologi teknik
Jawa Bagian Barat (Badan Geologi, Kementerian ESDM, 2014).
Menurut Van Bemelen (1949), kelompok aluvium (Al) adalah kelompok
endapan yang disususn oleh endapan pantai, sungai dan rawa yang berumur
Holosen serta aliran gunung kwarter. Untuk endapan pantai tanahnya berupa lanau
13
pasiran (Sc), lempung organic (Oc), pasir lanauan (Ms) mengandung fragmen
kerikil dan cangkang kerang, berwarna abu-abu kehitaman, sangat lunak-padat,
plastisitas tinggai-non plastis, kompresibilitas tinggi, permeabilitas rendah-tinggi,
kandungan air dan organic tinggi, dijumpai sisa-sisa tumbuhan, ketebalan endapan
ini antara 2 - 26 m, NSPT antara 0 – 2 pukukan, tekanan konus antara 10 – 20
kg/cm2 . Grup simbol dari endapan ini adalah MH, CH, OH, SP sampai SC. Untuk
endapan sungai yang berupa endapan sungai tua dan endapan dataran limpah banjir,
tanah penyusunnya terdiri dari lempung lanauan (Mc), lanau lempungan (Cm),
sisipan pasir lempungan (Ms), dan lempung organic (Oc) berwarna coklat
kemerahan – abu-abu kecoklatan, abu-abu kehitaman, sangat lunak-sangat kaku,
plastisitas sedang-tinggi sampai non plastis, permeabilitas kedap air sampai tinggi,
kompresibilitas tinggi, sifat mengembang tanah rendah-tinggi, nilai NSPT 1 - >60
pukulan, tekanan konus antara 1 - >150 kg/ cm2 . Grup simbol dari endapan ini
adalah MH, CH, OH, SP, SW.
II.4 Potensi Kerentanan Gerakan Tanah
Berdasarkan Peta Zona Kerentanan Gerakan Tanah Kabupaten Bandung
Provinsi Jawa Barat yang diterbitkan oleh Pusat Vulkanologi dan Mitigasi Bencana
Geologi Badan Geologi Departemen energi dan Sumber Daya Mineral (2009),
daerah penelitian terletak pada zona kerentanan gerakan tanah menengah sesuai
Gambar 2.3.
14
Gambar 2.3 Bagian dari Peta Zonasi Kerentanan Gerakan Tanah di Provinsi Jawa Barat
(PVMBG, 2009)
Pada zona gerakan tanah menengah dapat terjadi gerakan tanah terutama pada
daerah yang berbatasan dengan lembah sungai, gawir, tebing jalan atau jika lereng
mengalami gangguan. Gerakan tanah lama dapat aktif kembali akibat curah hujan
yang tinggi dan erosi yang kuat. Kisaran kemiringan lereng mulai dari landai (5 -
15 %) sampai curam hingga hampir tegak (50 - 70 %) , tergantung pada kondisi
fisik dan keteknikan batuan dan tanah pelapukan pembentukan lereng. Kondisi
vegetasi penutup kurang sampai sangat jarang.
Daerah penelitian berpotensi akan terjadi gerakan tanah apabila terjadi
gangguan pada lereng, maka didalam perencanaan kestabilan lereng pada portal
terowongan diperlukan penyelidikan tanah dan batuan yang mendetail serta analisis
kestabilan lereng secara rinci sehingga potensi bahaya gerakan tanah yang akan
terjadi terhadap konstruksi terowongan dapat dihindari.
15
BAB III
DASAR TEORI
III.1 Pengertian Terowongan
Menurut Himpunan Insinyur Sipil Jepang (2002), Terowongan adalah
struktur bawah tanah yang mempunyai panjang lebih dari lebar penampang
galiannya, dan mempunyai gradient memanjang kurang dari 15 %.
Menurut Arifin (2009), Terowongan adalah suatu lorong tertutup yang
menghubungkan dua sisi terbuka atau satu sisi terbuka dengan tujuan obyek tertentu
tertentu. Terowongan dengan dua sisi terbuka contohnya terowongan saluran air,
terowongan jalan raya, terowongan jalan kereta api dan lain lain yanhg intinya
menembus kedua sisi terbuka. Terowongan dengan satu sisi terbuka contohnya
adalah terowongan tambang. Dalam penelitian ini akan mengkaji terowongan
dengan dua sisi terbuka. Terdapat beberapa bentuk penampang terowongan yang
umum dipakai dalam konstruksi sesuai Gambar 3.1.
a. Bentuk lingkaran c. Bentuk oval
b. Bentuk tapal kuda d. bentuk bulat
Gambar 3.1 Bentuk penampang terowongan (Arifin, 2009)
16
Menurut Raharjo (2004), terdapat 3 jenis terowongan yang dibedakan
berdasarkan material yang digunakan dalam konstruksi terowongan yaitu :
1. Terowongan Gali Tutup (Cut and Cover)
Terowongan ini dibangun dengan cara menggali parit besar,
membangun struktur terowongan di dalam parit galian, dan ditimbun
kembali dengan material timbunan saat pemasangan struktur telah
selesai. Untuk material penyusun terowongan ini, digunakan beton pra
cetak yang disebut box culvert. Metode ini hanya dapat digunakan
apabila terowongan dibangun pada kedalaman tanah yang dangkal dan
penggalian dari permukaan tanah memungkinkan.
2. Terowongan Batuan (Rock Tunnel)
Konstruksi terowongan batuan dikerjakan pada batuan masif dengan
metode pengeboran atau peledakan. Konstruksi terowongan batuan
umumnya lebih mudah dikerjakan dibandingkan dengan terowongan
tanah lunak karena batuan memiliki kekakuan dan kestabilan yang lebih
tinggi sehingga perkuatan yang dibutuhkan lebih sederhana.
3. Terowongan Tanah Lunak (Soft Ground Tunnel)
Terowongan ini melalui lapisan tanah lunak seperti lempung, pasir, atau
batuan lunak. Jenis material ini cenderung mengalami keruntuhan saat
proses penggalian berlangsung, sehingga dibutuhkan suatu dinding atau
atap yang kuat sebagai pelindung. Teknik yang umum digunakan adalah
Shield Tunneling yang menggunakan Tunnel Boring Machine (TBM).
17
III.2 Penyelidikan Geologi Teknik
Menurut Dearman (1991), Pemetaan geologi teknik bertujuan untuk
mengetahui karakteristik komponen keteknikan dari suatu lingkungan geologi yang
dianggap penting untuk pekerjaan sipil dan dalam pemetaan geologi teknik terdapat
beberapa aspek yang harus diperhatikan meliputi: aspek geomorfologi, aspek
batuan dan tanah, aspek struktur geologi, aspek hidrogeologi. Peta geologi teknik
dapat diklasifikasikan berdasarkan tujuan, isi dan skala dengan penjelasan sebagai
berikut :
1. Peta geologi teknik berdasarkan tujuannya.
peta geologi teknik dapat dibedakan menjadi peta multipurpose dan
particular purpose peta multipurpose adalah peta yamg menyajikan data
dari berbagai aspek geologi teknik, sedangkan peta particular purpose
hanya menyajikan data dari salah satu aspek geologi teknik
2. Peta geologi teknik berdasarkan isinya.
peta geologi teknik dapat dibedakan menjadi peta komprehensif dan
peta tematik. Peta komprehensif merupakan peta yang menyajikan
informasi mengenai unsur-unsur dasar geologi teknik pada umumnya
meliputi batuan dan tanah, morfologi, air tanah, dan proses dinamik.
Sementara peta tematik merupakan peta yang menyajikan informasi
mengenai suatu masalah lingkungan geologi tertentu.
18
3. Peta geologi teknik berdasarkan skalanya.
peta geologi teknik dapat dibedakan menjadi peta skala besar (large
scale), menengah (medium scale), dan kecil (small scale) sesuai Tabel
3.1.
Tabel 3.1 Klasifikasi peta geologi teknik berdasarkan skalanya (Dearman, 1991)
Skala Ukuran Peta
Besar >1:5.000 Teknik
1:5000 – 1:10.000 Litologi
Menengah 1:10.000 – 1:1.000.000 Formasi Teknik
Kecil <1:100.000 Kelompok Teknik
Menurut Dearman (1991), peta geologi teknik idealnya dapat menampilkan
beberapa aspek sebagai berikut :
1. Kondisi tanah dan batuan meliputi sifat fisik maupun sfat mekanisnya
serta penyebarannya.
2. Data struktur geologi meliputi jenis struktur geologi dan
penyebarannya.
3. Kondisi geomorfologi meliputi kemiringan lereng pada lokasi pemetaan
titik longsor yang ada.
4. Kondisi hidrogeologi meliputi ketinggian muka air tanah.
III.2.1 Pemetaan Geologi Teknik Permukaan
Menurut Sobirin (1990), hal-hal yang perlu diperhatikan dalam melakukan
pemetaan geologi teknik, diantaranya sebagai berikut :
a. Pemetaan geologi teknik dilakukan untuk mengetahui keadaan geologi
di permukaan saja, selanjutnya dilakukan korelasi dengan hasil
19
penyelidikan bawah permukaan (bor inti, geofisika dan penggalian)
sehingga diharapkan pemetaan geologi teknik yang dilaksanakan dapat
sesuai dengan kondisi sesungguhnya yang ada di lapangan.
b. Pemetaan geologi teknik dilakukan memanjang dengan batasan
pemetaan minimal 500 meter kiri dan 500 meter kanan dari lintasan
rencana terowongan. Apabila di sekitar terowongan diperkirakan
terdapat kondisi geologi yang dapat membahayakan pekerjaan
terowongan seperti sesar ataupun gerakan tanah lainnya maka pemetaan
geologi teknik dapat dilaksanakan dengan luasan area yang lebih besar.
Dalam penelitian ini, yang dilakukan dalam pemetaan geologi teknik
permukaan yaitu :
a. Pemetaan Singkapan Batuan
Pemetaan ini diawali dengan pembuatan peta lintasan (traverse) di sekitar
lokasi terowongan yang akan dibangun dengan luasan area pemetaan 2 km x 2 km,
selanjutnya pemetaan dilakukan dengan cara mengikuti peta lintasan yang telah
dibuat melalui jalan-jalan eksisting dengan jarak per lokasi pengamatan (STA) +
100 meter. Data-data yang akan diambil dalam pemetaan ini adalah :
1. Fasies Batuan, terdiri dari diskripsi jenis batuan, kemiringan dan jurus
batuan, sebaran kekar, struktur batuan, umur formasi.
2. Kualitas Batuan, terdiri dari identifikasi tingkat pelapukan, jenis kekar,
mineralisasi, alterasi, kekerasan batuan.
3. Struktur Geologi, terdiri dari identifikasi adanya perlipatan, patahan dan
kekar.
20
b. Morfologi
Ni’mah (2018), kondisi bentang alam suatu lokasi dapat diidentifikasikan
dari topografi maupun pengamatan langsung. Kondisi bentang alam maupun
morfologi lainnya yang perlu diperhatikan yaitu bentuk lembah, pola aliran sungai,
dan sudut kemiringan lereng. Kemiringan lereng merupakan aspek yang sangat
penting dan berkaitan dengan kestabilan lereng itu sendiri.
Klasifikasi kemiringan lereng yang digunakan sebagai parameter dalam
menilai tingkat kelerengan daerah penelitian yaitu klasifikasi oleh Zuidam (1983)
sesuai Tabel 3.2.
Tabel 3.2 Klasifikasi kemiringan lereng (Zuidam, 1983)
Kelas lereng Karakteristik proses dan kondisi lapangan
Warna Derajat
(…o)
Persentase
(%) Kategori Deskripsi
0-2 0-2 Datar atau hampir
datar
Proses denudasional lemah dan erosi
tidak intensif. Hijau gelap
2-4 2-7 Landai Jika terjadi gerakan massa dengan
kecepatan rendah. Hijau cerah
4-8 7-15 Miring
Jika terjadi gerakan massa
dengan kecepatan rendah, rawan terjadi
erosi.
Kuning cerah
8-16 15-30 Agak curam Semua jenis gerakan massa bisa terjadi
(rayapan,longsor), rawan terjadi erosi. Kuning oranye
16-35 30-70 Curam
Proses denudasional intensif,
gerakan massa rayapan dan longsor dapat
terjadi, erosi cukup intensif.
Merah cerah
35-55 70-140 Sangat
Curam
Proses denudasi intensif, batuan
tersingkap, endapan tipis. Merah gelap
>55 >140 Curam ekstrim Proses denudasional sangat kuat,
batuan tersingkap, gerakan massa rock fall Ungu gelap
21
III.2.2 Pengujian Sifat Indeks Dan Keteknikan Tanah dan Batuan di
Laboratorium
Untuk mendapatkan sifat indeks dan keteknikan tanah dan batuan yang
diperlukan untuk pembuatan peta geologi teknik maka perlu dilakukan pengujian
laboratorium terhadap sampel tanah dan batuan hasil pemetaan yang telah
dilaksanakan.
Menurut Pratama (2015), pengujian di laboratoriun bertujuan untuk
mendapatkan propertis material yang tidak bisa didapatkan secara langsung di
lapangan. Propertis material yang didapat setelah melakukan pengujian
laboratorium dapat dijadikan analisis awal stabilisasi lereng dalam geoteknik
sebelum dilakukan pemodelan.
III.2.2.1 Sifat Indeks Tanah dan Batuan
a. Kadar Air
Pengujian kadar air bertujuan untuk mengetahui kadar air yang terkandung
dalam sampel tanah dan batuan yang diuji. Kadar air adalah perbandingan antara
berat air yang terkandung dalam tanah atau batuan dengan berat butiran tanah atau
kering yang dinyatakan dalam persen (%). Standar yang dapat digunakan untuk
pengujian ini adalah SNI 1965:2008 Cara uji penentuan kadar air untuk tanah dan
batuan di laboratorium atau ASTM D-2216-1998 Standard test method for
laboratory determination of water (moisture) content of soil and rock.
22
b. Berat Jenis
Pengujian berat jenis bertujuan untuk mengetahui berat jenis butiran tanah
atau batuan. Berat jenis adalah perbandingan antara berat volume tanah atau batuan
dengan berat volume air. Standar yang dapat digunakan untuk pengujian ini adalah
SNI 1964:2008 Cara uji berat jenis tanah.
c. Berat Isi
Pengujian berat isi bertujuan untuk mengetahui berat isi butiran tanah atau
batuan. Berat isi basah adalah perbandingan antara berat butiran tanah atau batuan
termasuk air dan udara dengan dengan volume total tanah atau batuan. Berat isi
kering adalah perbandingan antara berat butiran tanah atau batuan padat dengan
dengan volume total tanah atau batuan. Berat isi padat adalah perbandingan antara
berat butiran tanah atau batuan padat dengan dengan volume butiran tanah atau
batuan padat (tidak termasuk air dan udara). Standar yang dapat digunakan untuk
pengujian ini adalah SNI-03-3637-1994 Metode Pengujian Berat Isi Tanah Berbutir
Halus Dengan Cetakan Benda Uji.
d. Perhitungan Sifat Indeks
Menurut Price (2009), untuk penelitian geologi teknik dibutuhkan
perhitungan sifat indeks tanah dan batuan seperti : water content, bulk density, dry
density, solid density, specific gravity, void ratio, porosity, dan saturation. Rumus
untuk parameter tersebut adalah sebagai berikut :
▪ Density (ρ) 𝜌 =𝑀𝑎𝑠𝑠 (𝑀)
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 (𝑉) (3.1)
▪ Unit weight (γ) 𝛾 =𝑊𝑒𝑖𝑔ℎ𝑡 (𝑊)
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 (𝑉) (3.2)
23
▪ Spesific Garvity (G) 𝐺 =𝑊𝑠
𝑉𝑠𝛾𝑤 (3.3)
▪ Void ratio (e) 𝑒 =𝑉𝑣
𝑉𝑠 (3.4)
▪ Moisture content (m) 𝑚 =𝑊𝑤
𝑊𝑠∙ 100% (3.5)
▪ Degree of saturation(s) 𝑠 =𝑉𝑤
𝑉𝑣∙ 100% (3.6)
▪ Bulk unit weight (γb) 𝛾𝑏 =𝑊𝑠+𝑊𝑤
𝑉𝑠+𝑉𝑣 (3.7)
▪ Saturated unit weight (γsat) 𝛾𝑠𝑎𝑡 =𝑆𝑤
𝑉 (3.8)
▪ Dry unit weight (γd) 𝛾𝑑 =𝐷𝑤
𝑉 (3.9)
Dimana :
V= Volume, Vs= Volume of solids,Vv= Volume of voids,Vw=Volume of
Water, Ws=Weight of solids, Ww=Weight of water, γw=Unit weight of water
Sw=Saturated unit weight, Dw=Dry unit weight.
e. Atterberg Limit
Menurut Hardiyatmo (2002), suatu hal yang penting pada tanah berbutir
halus adalah sifat plastisitasnya. Plastisitas disebabkan oleh adanya partikel mineral
lempung pada tanah. Istilah plastisitas menggambarkan kemampuan tanah dalam
menyesuaikan perubahan bentuk pada volume yang konstan tanpa retak-retak atau
remuk.
Atterberg (1911), memberikan cara untuk menggambarkan batas-batas
konsistensi dari tanah berbutir halus dengan mempertimbangkan kandungan air
tanah. Batas-batas tersebut adalah batas cair (liquid limit), batas plastis (plastic
24
limit), dan batas susut (shrinkage limit). Kedudukan batas-batas konsistensi untuk
tanah kohesif sesuai Gambar 3.2.
Gambar 3.2 Batas – batas Atterberg
dimana :
Batas cair (Liquid Limit / LL) : kadar air saat sifat tanah berada
pada batas plastis menjadi cair
Batas Plastis (Plastic Limit / PL) : kadar air saat sifat tanah berada
pada kondisi plastis
Batas Susut (Shringkage Limit / SL) : kadar air saat pengurangan
kadar air tidak menyebabkan
perubahan volume pada tanah
Indeks Cair (Liquidity Index/LI) :
𝐿𝐼 =𝑊− 𝑃𝐿
𝐿𝐿− 𝑃𝐼=
𝑊−𝑃𝐿
𝑃𝐼 (3.10)
dimana w = kadar air tanah asli
Indeks Plastis (Plasticity Index / PI) :
PI = LL – PL (3.11)
Solid Semi
Solid
Plastic Liquid
0 SL PL LL w (%)
LI < 0 LI = 0 0 < LI < 1 LI = 1 LI > 1
25
Plasticity Index / PI merupakan perbedaan antara batas cair dan batas
plastis suatu tanah. Peralatan yang digunakan untuk pengujian atterbeg
limit sesuai Gambar 3.3.
Gambar 3.3 Peralatan untuk pengujian Atterberg Limit (Hardiyatmo, 2002)
Standar yang dapat digunakan untuk pengujian ini adalah SNI 1966:2008
mengenai Cara Uji Penentuan Batas Plastis dan Indeks Plasitsitas Tanah, SNI
1967:2008 mengenai Cara Uji Penentuan Batas Cair Tanah, SNI 3422:2008
mengenai Cara Uji Penentuan Batas Susut Tanah atau ASTM D-4318-00.
III.2.2.2 Sifat Keteknikan Tanah dan Batuan
Sifat keteknikan tanah yang dibutuhkan dalam penelitian ini adalah
parameter kohesi (c) dan sudut gesek dalam (ϕ) dengan melakukan uji kuat geser
langsung (direct shear strength).
Sifat keteknikan batuan yang dibutuhkan dalam penelitian ini adalah untuk
mengetahui kekuatan tekan batuan. 2 metode yang dapat digunakan adalah uji kuat
26
tekan tidak langsung yaitu Point Load Test dan uji kuat tekan secara langsung yaitu
Uniaxial Compression Strength (UCS). Pengujian Point Load Test dilakukan
dengan cara memberikan tekanan secara langsung kepada sampel batuan utuh pada
satu titik hingga batu mengalami keruntuhan. Pengujian Uniaxial Compression
Strength (UCS) dilakukan dengan cara menekan sampel batuan dalam betuk tabung
dengan perbandingan antara tinggi dan diameter (1/d) dengan menggunakan alat
tekan.
Parameter-parameter yang diperoleh dari hasil pengujian tersebut
digunakan untuk analisis dan desain kestabilan lereng serta perencanaan kestabilan
terowongan.
a. Uji Kuat Geser (Direct Shear Strength)
Menurut Hardiyatmo (2002), kuat geser tanah adalah gaya perlawanan yang
dilakukan oleh butir-butir tanah terhadap desakan atau tarikan sehingga apabila
tanah mengalami pembebanan maka akan ditahan oleh kohesi tanah yang
bergantung pada jenis tanah dan kepadatannya, gesekan antara butir-butir tanah
yang besarnya berbanding lurus dengan tegangan normal pada bidang gesernya.
Untuk menghitung kuat geser tanah, parameter yang dibutuhkan adalah kohesi (c)
atau gaya tarik menarik antara partikel dan sudut gesek dalam (ϕ) atau gaya gesek
antara butir tanah.
Kirteria keruntuhan Mohr – Coloumb digunakan untuk menggambarkan
keruntuhan geser dengan persamaan sebagai berikut :
𝜏𝑓 = 𝑐 + 𝜎𝑓 tan 𝜙 (3 .12)
27
dimana : c : kohesi (kN/m2);
ϕ : sudut gesek dalam (°);
σf : tegangan normal (kN/m2);
τf : tegangan geser (kN/m2);
Standar yang dapat digunakan untuk pengujian ini adalah SNI 3420:2016
mengenai Metode uji kuat geser langsung tanah tidak terkonsolidasi dan tidak
terdrainase dan SNI 2813:2008 mengenai Cara uji kuat geser langsung tanah
terkonsolidasi dan terdrainase.
b. Point Load Test
Point Load Test adalah pengujian yang dilakukan pada sampel batuan utuh
dengan tekanan pada satu titik hingga sampel mengalami kehancuran. Peralatan
untuk pengujian ini mudah untuk dibawa dan cepat dalam melakukan pengujian
sehingga cukup praktis untuk memprediksi kekuatan batuan di lapangan,
Menurut Broch & Franklin (1985), Persamaan untuk menghitung indeks
point load (Is) suatu sampel batuan adalah sebagai berikut :
𝐼𝑠 =𝑃
𝐷2 (3.13)
Dimana : Is = Point load strength index ( Index Franklin )
P = Beban maksimum sampai percontoh pecah
D = Jarak antara dua konus penekan
Menurut Bieniawski (1989), Point Load Strength index (Is) dapat
dikorelasikan menjadi kuat tekan (σt) dengan persamaan berikut:
σc= 18 – 23 Is (3.14)
28
Jika untuk sampel dengan diameter 50 mm diperoleh Point Load Strength
index (Is) = 1 Mpa maka index tersebut tidak lagi mempunyai arti sehingga
disarankan untuk menggunakan pengujian Uniaxial Compressive Strength (UCS)
untuk menentuan kekuatan (strength) batuan. Ukuran sampel yang digunakan
dalam pengujian ini mengacu pada standar pengujian indeks point load berdasarkan
ASTM D 5731-02 sesuai Gambar 3.4.
Gambar 3.4 Dimensi sampel untuk uji Index Point Load (ASTM D 5731-02)
29
Dari uji ini akan didapatkan nilai point load strength index (Is) yang akan
menjadi patokan untuk menentukan nilai kuat tekan batuan (c).
c. Uniaxial Compressive Strength (UCS) Test
Menurut Bieniawski (1975), kuat tekan uniaxial merupakan salah satu uji
tekan dalam menentukan kekuatan batuan utuh (intack rock). Nilai UCS juga dapat
diperoleh dengan pendekatan nilai hasil uji point load yaitu point load strength
index (Is) sesuai persamaan berikut :
UCS = 24 x Is (3.15)
Dimana : UCS = Kuat Tekan (Mpa)
III.2.3 Klasifikasi Tanah
Klasifikasi tanah sistem Unified Soil Classification System (USCS)
diperkenalkan oleh A. Cassagrande pada tahun 1942 merupakan metode klasifikasi
tanah yang umum digunakan. Pada prinsipnya dalam sistem USCS, tanah
diklasifikasikan menjadi dua kelompok utama yaitu :
1. Tanah berbutir kasar (coarse-grained soils), yaitu : tanah kerikil dan
pasir di mana kurang dari 50% berat total tanah lolos ayakan No. 200
(F200<50). Simbol untuk kelompok ini dimulai dengan huruf awal G
(G untuk Gravel) atau S (S untuk Sandy atau Sandy Soil).
2. Tanah berbutir halus (fine-grained soils), tanah di mana lebih dari 50%
berat total tanah lolos ayakan No. 200 (F200≥50). Simbol dari kelompok
ini dimulai dengan huruf awal M (M untuk Inorganic Silt), C (C untuk
30
Inorganic Clay), O (O untuk Organic Silts dan Clays), dan Pt (Pt untuk
gambut, muck, tanah dengan kadar organik yang tinggi).
Simbol lain yang digunakan untuk klasifikasi ini adalah :
W : well graded (tanah bergradasi baik)
P : poorly graded (tanah bergradasi buruk)
L : low plasticity, liquid limit < 50 (plastisitas rendah, LL<50)
H : high plasticity, liquid limit > 50 (plastisitas tinggi, LL>50)
Sistem USCS telah memberikan panduan mngenai klasifikasi tanah sesuai
Tabel 3.3.
31
Tabel 3.3. Klasifikasi tanah berdasarkan sistem USCS (Das, 1995)
32
Tabel 3.3. Klasifikasi tanah berdasarkan sistem USCS (Das, 1995 ) lanjutan
33
III.2.4 Klasifikasi Kualitas Massa Batuan
Menurut Bienawski (1989), klasifikasi kualitas massa batuan adalah suatu
kegiatan penyusunan objek ke dalam suatu kelompok berdasrakan karakteristiknya
dengan tujuan : mengeidentifikasi parameter yang dapat mempengaruhi sifat dari
massa batuan secara signifikan, mengelompokkan suatu formasi massa batuan ke
dalam suatu group yang memiliki kesamaan karakteristik dan mengelompokkan
menjadi beberapa kelas berdasarkan kualitasnya, menyediakan informasi dasar
untuk memahami karakteristik dari tiap kelas massa batuan, mengaitkan kondisi
massa batuan pada suatu tempat dengan kondisi massa batuan yang ditemukan
ditempat lain, memperoleh data kuantitatif dan arahan untuk proses desain rekayasa
teknik, dan menyediakan arahan untuk komunikasi antara ahli geologi dan ahli lain
agar dapat bekerja secara efektif.
Perkembangan metode klasifikasi kualitas massa batuan yang umum
digunakan untuk rekayasa keteknikan antara lain : 1. Rock Load Classification
Terzaghi (1946), 2. Stand- up Time Classification Lauffer (1958), 3. Rock Quality
Designation Deere et al. (1967), 4.Rock Structure Rating Wickham et al. (1972),
5 .Rock Mass Classification Bieniawski (1973), 6. Q-System Barton et al. (1974)
dan GSI Hoek (1994). Dalam penelitian ini akan dibahas metode penentuan
kualitas massa batuan dengan menggunakan RQD, RMR, GSI dan Q System.
III.2.4.1 Rock Quality Designation (RQD)
Menurut Deere dan Deere (1988), Metode Rock Quality Designation (RQD)
merupakan metode yang sederhana untuk memprediksi kualitas massa batuan yang
34
dapat dilhat dari pengamatan hasil pengeboran. Cara perhitungan Rock Quality
Designation (RQD) adalah dengan membandingan antara panjang bagian hasil
pengeboran (core pieces) yang lebih dari 10 centimeter terhadap total panjang dari
hasil pengeboran (core). Rumus Rock Quality Designation (RQD) adalah sebagai
berikut :
𝑅𝑄𝐷 =∑ 𝐿𝑒𝑛𝑔𝑡ℎ 𝑜𝑓 𝑐𝑜𝑟𝑒 𝑝𝑖𝑒𝑐𝑒𝑠>10 𝑐𝑚 𝑙𝑒𝑛𝑔𝑡ℎ
𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑙𝑒𝑛𝑔𝑡ℎ 𝑜𝑓 𝑐𝑜𝑟𝑒 𝑟𝑢𝑛× 100% (3.16)
Kualitas massa batuan berdasarkan Rock Quality Designation (RQD) dapat
ditentukan sesuai Tabel 3.4.
Tabel 3.4. Kualitas massa batuan berdasarkan RQD (Deere dan Deerer, 1988)
Kualitas Massa Batuan RQD (%)
Sangat lemah 0 – 25
Lemah 25 – 50
Sedang 50 – 75
Kuat 75 – 90
Sangat Kuat 90 – 100
Menurut Priest dan Hudson (1976), Rock Quality Designation (RQD) dapat
diperkirakan dengan mengamati atau melakukan pengukuran orientasi dan jarak
pada singkapan batuan di lapangan dengan rumus sebagai berikut :
𝑅𝑄𝐷 = 100𝑒−0.1𝜆(0.1𝜆 + 1) (3.17)
Dimana λ merupakan 1 dibandingkan dengan rerata spasi dari
diskontiunitas, dengan rumusan sebagai berikut :
𝜆 = 1
𝑎𝑣𝑒𝑟𝑎𝑔𝑒 𝑠𝑝𝑎𝑐𝑖𝑛𝑔 𝑜𝑓 𝑑𝑖𝑠𝑐𝑜𝑛𝑡𝑖𝑛𝑢𝑖𝑡𝑦 (𝑚) (3.18)
Menurut Palmstrom (1982), apabila tidak ditemukan inti bor maka nilai
Rock Quality Designation (RQD) secara tidak langsung dapat dihitung dengan
menggunakan metode volumetri kekar dengan rumus sebagai berikut :
35
𝑅𝑄𝐷 = 115 − 3,3 𝐽𝑣 (3.19)
Jv adalah total jumlah kekar per meter kubik massa batuan yang diperoleh
dengan rumus sebagai berikut :
𝐽𝑣 = ∑ (1
𝑆𝑖)𝐽
𝑖=1 (3.20)
Si adalah nilai rata-rata dari spasi kekar dalam meter dari sejumlah i set
kekar, dan J adalah jumlah dari set kekar.
III.2.4.2 Rock Mass Rating (RMR)
Menurut Bieniawski (1989) klasifikasi massa batuan dari metode Rock
Mass Rating (RMR) menggunakan 6 parameter yang didapatkan dari pengukuran
di lapangan ataupun pengamatan dari data hasil bor. 6 parameter yang digunakan
dalam klasifikasi massa batuan dari metode Rock Mass Rating (RMR) adalah
sebagai berikut :
a. Uniaxial Compressive Strength (UCS) material batuan utuh
b. Rock Quality Designation (RQD)
c. Spasi diskontinuitas
d. Kondisi diskontinuitas
e. Kondisi air tanah
f. Orientasi diskontinuitas
Nilai dari Rock Mass Rating (RMR) dapat diketahui dengan menghitung
nilai dari semua parameter tersebut.
a. Kuat tekan uniaksial (Uniaxial compressive strength (UCS))
36
Untuk menentukan Uniaxial compressive strength (UCS) dari material
batuan utuh (intact rock material) pada penelitian ini dilakukan melalui pengujian
terhadap sampel batuan di laboratorium.
Menurut Bieniawski (1979), untuk menentuan peringkat kuat tekan dari
meterial batuan utuh dapat digunakan klasifikasi sesuai Tabel 3.5.
Tabel 3.5. Indeks kekuatan material batuan utuh (UCS) (Bieniawski, 1989)
Deskripsi Kualitatif Kuat Tekan
(MPa)
Kuat Beban Titik
(MPa) Bobot
Kuat sekali >250 8 15
Sangat kuat 100-250 4-8 12
Kuat 50-100 2-4 7
Menengah 25-50 1-2 4
Lemah 10-25 Lebih baik menggunakan kuat
tekan uniaxial 2
Sangat lemah 2-10 Lebih baik menggunakan kuat tekan
uniaxial 1
Lemah sekali 1-2 Lebih baik menggunakan kuat
tekan uniaxial 0
b. Rock Quality Designation (RQD)
Tabel 3.6. Indeks Rock Quality Designation (RQD) (Bieniawski, 1989)
Sifat Kualitatif RQD Bobot
Sangat baik 90-100 20
Baik 75-90 17
Sedang 50-75 13
Buruk 25-50 8
Sangat buruk <25 3
c. Spasi diskontinuitas
Menurut Beniawski (1989), spasi diskontinuitas adalah jarak antara bidang
lemah dengan arah tegak lurus terhadap bidang lemah tersebut. Bentuknya bisa
37
berupa kekar, zona shear, patahan minor atau permukaan bidang lemah lainnya.
Terdapat lima klasifikasi spasi diskontinuitas sesuai Tabel 3.7.
Tabel 3.7. Indeks spasi diskontinuitas (Bieniawski, 1989)
Keadaan diskontinuitas Spasi (m) Bobot
Sangat lebar > 2 20
lebar 0,6 - 2 15
Sedang 0,2 - 0,6 10
Rapat 0,06 - 0,2 8
Sangat rapat < 0,06 5
d. Kondisi diskontinuitas
Menurut Beniawski (1989), kondisi diskontinuitas adalah kekasaran
permukaan diskontinuitas, kemenerusan, pelapukan batuan dan bidang lemah
tersebut, material pengisi. Terdapat lima klasifikasi kondisi diskontinuitas sesuai
Tabel 3.8.
Tabel 3.8. Indeks kondisi bidang lemah/diskontinuitas (Bieniawski, 1989)
Parameter Bobot
Panjang <1m
(6)
1-3m
(4)
3-10m
(2)
10-20m
(1)
>20m
(0)
Bukaan Tidak terbuka
(6)
<0,1mm
(5)
0,1-1mm
(4)
1-5mm
(1)
>5mm
(0)
Kasar Sangat kasar
(6)
Kasar
(5)
Agak kasar
(3)
Halus
(2)
Sangat
halus (0)
Pengisi Tidak ada
pengisi
(6)
Keras<5
(4)
Keras>5
(2)
Lunak<5
(2)
Lunak>5
(0)
Pelapukan Tidak lapuk
(6)
Sedikit
(5)
Menengah
(3)
Tinggi
(1)
Kuat sekali
(0)
38
e. Kondisi air tanah
Menurut Beniawski (1989), kondisi air tanah yang dijumpai pada
permukaan batuan dapat berupa kering, lembab, basah, menetes, dan mengalir.
Terdapat lima keadaan kondisi air tanah sesuai Tabel 3.9.
Tabel 3.9. Kondisi bidang lemah/diskontinuitas pada kondisi air tanah (Bieniawski,1989)
Inflow/10m panjang
terowongan (liter/menit) none <10 10-25 25-125 > 125
Tekanan air pada
kekar/tegasan utama
dominan
0 0-0,1 0,1-0,2 0,2-0,5 >0,5
Keadaan umum kering lembab basah menetes mengalir
Bobot 15 10 7 4 0
f. Orientasi diskontinuitas
Menurut Singh dan Goel (2011), Orientasi diskontinuitas adalah arah jurus
dan kemiringan dari diskontinuitas massa batuan. Orientasi diskontinuitas dalam
kaitannya dengan aspek keselamatan akan sangat tergantung dengan metode
penggalian yang dilakukan. Orientasi diskontinuitas yang melibatkan strike dan dip
ini dapat diaplikasikan dalam tunnel drivage, slope face orientation, atau
foundation alignment.
Menurut Bieniwaski (1989), pengaruh orientasi diskontinuitas antara jurus
dan kemiringan massa batuan terhadap orientasi jurus pembangunan konstruksi
terowongan dapat ditunjukkan sesuai Tabel 3.10. dan Tabel 3.11.
39
Tabel 3.10. Pengaruh Orientasi Diskontinuitas Antara Strike Dip Massa Batuan
Terhadap Strike Terowongan (Bieniawski, 1989)
Strike tegak lurus sumbu terowongan Strike sejajar sumbu
terowongan
Tidak
beraturan Searah dip Berlawanan dip
Dip
40o
- 90o
Dip
20o
- 45o
Dip
45o- 90
o
Dip
20o- 45
o
Dip
20o- 45
o
Dip
45o- 90
o
Dip
45o- 90
o
Sangat baik Baik Sedang Buruk Sedang Sangat buruk Sedang
Tabel 3. 11. Orientasi diskontinuitas (Bieniawski, 1989)
Orientasi joint
konstruksi Sangat baik Baik Sedang Buruk Sangat buruk
Terowongan 0 -2 -5 -10 -12
Fondasi 0 -2 -7 -15 -25
Lereng 0 -5 -25 -50 -60
*rekomendasi menggunakan metode slope mass rating (SMR)
Berdasarkan nilai parameter- parameter di atas, maka dapat dihitung nilai
Rock Mass Rating (RMR) dan dapat dibuat klasifikasi massa batuan menjadi 5
(lima) kelas sesuai Tabel 3.12.
Tabel 3.12. Kualitas massa batuan (Bieniawski, 1989)
Nilai RMR 81 - 100 61 - 80 41 - 60 21 - 40 < 20
Kualitas massa
batuan Sangat baik baik sedang Buruk Sangat buruk
Bieniawski (1989) menyediakan panduan informasi metode pendukung
penggalian terowongan berdasarkan nilai Rock Mass Rating (RMR) yang dapat
diterapkan dengan penggalian konvensional maupun blasting sesuai Tabel 3.13.
40
Tabel 3.13. Panduan penggalian dan sistem penyangga terowongan dengan rentang 10
meter dengan sistem RMR (Bieniawski, 1989)
Kelas massa batuan Penggalian
Perkuatan
Baut batuan (20 mm
diameter dengan
grouting penuh)
Shotcrete Steel sets
Batuan sangat keras
RMR= 81 - 100
Penggalian penuh, 3 m
ke depan
Umumnya tidak membutuhkan perkuatan, dapat
menambahkan baut batuan secara tidak menerus
Batuan keras
RMR= 61 - 80
Penggalian penuh,
1.0-1.5 m ke depan
Perkuatan terpasang
20 m dari face
Baut batuan pada atap
dengan panjang 3 m,
spasi 2.5 m, dengan
tambahan wiremesh
50 mm pada atap
jika diperlukan
Tidak
diperlukan
Batuan sedang
RMR= 41 - 60
Heading dan
bench, 1.5-3 m ke
depan pada
heading.
Membutuhkan
perkuatan setelah
setiap peledakan.
Perkuatan terpasang
10 m dari face
Baut batuan menerus
dengan panjang
4 m, spasi 1.5-2 m
pada atap dan dinding
dengan tambahan
wiremesh pada atap
50-100 mm pada
atap dan 30 mm
pada dinding
Tidak
diperlukan
Batuan buruk
RMR= 21 - 40
Top heading dan
bench. 1.0-1.5 m ke
depan pada top
heading.
Pemasangan
perkuatan bersamaan
dengan penggalian
10 m dari face
Baut batuan menerus
dengan panjang
4-5 m, spasi 1-1.5 m
pada atap dan dinding
dengan tambahan
wiremesh
100-150 mm
pada atap dan
100 mm pada
dinding
Ribs ringan s.d.
sedang, spasi
1.5 m sesuai
yang
dibutuhkan
Batuan sangat buruk
RMR < 20
Multiple drift 0.5-
1.5 m ke depan pada
top heading.
Pemasangan
perkuatan bersamaan
dengan penggalian.
Shotcrete segera
setelah peledakan
Baut batuan menerus
dengan panjang
5-6 m, spasi 1-1.5 m
pada atap dan dinding
dengan tambahan
wiremesh. Baut batuan
pada invert
150-200 mm pada
atap, 150 mm
pada dinding dan
50 mm pada face
Ribs sedang s.d.
berat, spasi 0.75
m dengan steel
lagging dan
forcepoling jika
dibutuhkan.
Invert tertutup
III.2.4.3 Geological Strength Index (GSI)
Geological strength Index (GSI) diperkenalkan Hoek (1994), Hoek et al.
(1995), metode ini cocok digunakan untuk menentuan kualitas batuan berkondisi
buruk dengan pelapukan yang tinggi. Menurut Marinos et al. (2005), Geological
41
strength Index (GSI) tidak boleh diterapkan untuk batuan tanpa diskontinuitas,
serta batuan yang didominasi struktur orientasi (highly anisotropic). Menurut
Hoek (2007), Geological strength Index (GSI) batuan di bawah permukaan dapat
ditentukan melalui ekstrapolasi lubang bor. Investigasi lubang bor bersifat multiple
dan miring akan membantu interpretasi massa batuan. Geological strength Index
(GSI) sulit diterapkan untuk metode penggalian menggunakan blasting karena tidak
mudah membedakan permukaan batuan akibat kontrol ledakan terhadap
permukaan terusakkan sisa ledakan. GSI menggunakan Hoek-Brown Failure
Criterion untuk kuantifikasi struktur massa batuan dan kondisi kerusakan di atas
kekuatannya, dengan asumi batuan belum terganggu.
Menurut Hoek dan Marinos (2000), Geological strength Index (GSI) dapat
dilakukan dengan mengamati kondisi singkapan batuan meliputi 2 parameter utama
yaitu kondisi struktur (structure) dan kondisi permukaannya (surface condition)
sesuai Gambar 3.5.
42
Gambar 3.5 Chart estimasi nilai gsi untuk batuan terkekarkan (Hoek And Marinos, 2000)
Sebelum dilakukan pengujian di laboratorium, dapat dilakukan pengukuran
GSI batuan permukaan secara langsung di daerah penelitian dengan menggunakan
standar pengukuran kekuatan batuan di lapangan untuk mengestimasi kekuatan
43
massa batuan. Klasfikasi kekuatan massa batuan di lapangan dapat dilihat sesuai
Tabel 3.14.
Tabel 3.14. Estimasi nilai Uniaxial Compressive Strength di lapangan untuk batuan utuh
(Hoek dan Brown, 1998)
Tingkat Klasifikasi Identifikasi
Lapangan
UCS
(MPa)
Point
load Contoh
R0 lemah ekstrim mudah dengan kuku
jari < 1 0 tanah
R1 sangat lemah bisa digores dengan
pisau 1-5 0
batuan lapuk
tinggi, batuan alterasi,
serpih
R2 lemah sulit digores pisau 5-25 0
Batukapur,
batulempung, batulanau,
serpih, batugaram
R3 kuat sedang
tidak bisa
digores pisau, bisa
dipecah dengan palu
geologi
25-50 1-2 filit, sekis, batulanau
R4 kuat
> 1 pukulan
palu geologi untuk
pecah sampel
50-100 2-4 batugamping, marmer,
batupasir, sekis
R5 sangat kuat
banyak pukulan
palu geologi untuk
pecah sampel
100-250 4-10 amfibolit, batupasir,
basal, gabbro, gneis
R6 kuat ekstrim ekstrim keras > 250 > 10 basalt segar, rijang,
diabase, granit, kuarsit
Berdasarkan International Society for Rock Mechanics (ISRM), untuk
penilaian tingkat pelapukan pada massa batuan di lapangan dapat diklasifikasikan
menjadi 6 kondisi sesuai Tabel 3.15.
44
Tabel 3. 15. Klasifikasi tingkat pelapukan pada massa batuan (ISRM, 1978)
Kondisi Deskripsi Tingkat
Pelapukan
Segar Tidak terlihat tanda adanya material hasil lapukan batuan.
Perubahan warna sangat rendah pada permukaan diskontinuitas I
Lapuk rendah
Indikasi perubahan warna pada batuan dan permukaan
diskontinuitas. Perubahan warna terjadi pada seluruh material
batuan
II
Lapuk sedang Kurang dari setengah dari batuan hancur atau berubah menjadi
tanah III
Lapuk tinggi Lebih dari setengah dari batuan hancur atau berubah menjadi tanah IV
Lapuk sangat
tinggi
Seluruh material batuan hancur dan berubah menjadi tanah.
Struktur massa batuan masih dapat terlihat V
Tanah residu
Seluruh material batuan berubah menjadi tanah. Struktur massa
batuan dan kemas (fabric) telah terlapukan. Tanah hasil lapukan
belum signifikan tertransport.
VI
Menurut Bieniawski (1989), pada pengukuran GSI batuan bawah
permukaan, penentuan kondisi kekar mengacu pada klasifikasi penilaian joint
condition sesuai Tabel 3.16. dan Tabel 3.17.
Tabel 3.16. Penentuan kondisi kekar (joint condition) jika terdapat infilling (Bieniawski,
1989)
Kondisi
diskontinuitas
Permukaan
sangat kasar,
Tidak
menerus,
Tidak ada
retakan,
Batuan keras
tidak
terlapukkan
Permukaan
cukup kasar
Retakan < 1
mm,
Pelapukan
ringan
Permukaan
cukup kasar
Retakan < 1
mm,
Pelapukan
tinggi
Permukaan
licin atau
Pengisi <
5mm atau
retakan 1-5
mm
menerus
Pengisi
lunak > 5
mm atau
retakan > 5
mm
menerus
Panjang
diskontinuitas < 1 m 1 s.d. 3 m 3 s.d. 10 m 10 s.d. 20 m
Lebih dari
20 m
Skala 6 4 2 1 0
Retakan Tidak < 0,1 mm 0,1 – 1 mm 1 - 5 m Lebih dari
5 mm
Skala 6 5 4 1 0
Kekasaran Sangat kasar Kasar Agak kasar Halus Licin
Skala 6 5 3 1 0
Pengisi
retakan Tidak Keras < 5 mm Keras > 5 mm Lunak < 5 mm
Lunak > 5
mm
Skala 6 4 2 2 0
Pelapukan Tidak
terlapukkan
Pelapukan
ringan
Pelapukan
sedang
Pelapukan
tinggi
Pelapukan
sempurna
Skala 6 5 3 1 0
45
Tabel 3.17. Penentuan kondisi kekar (joint condition) tanpa infilling (Bieniawski, 1989)
Kondisi
diskontinuitas
Permukaan
sangat kasar,
Tidak
menerus,
Tidak ada
retakan,
Batuan keras
tidak
terlapukkan
Permukaan
cukup kasar
Retakan < 1
mm,
Pelapukan
ringan
Permukaan
cukup kasar
Retakan < 1
mm,
Pelapukan
tinggi
Permukaan
licin atau
Pengisi <
5mm atau
retakan 1-5
mm
menerus
Pengisi
lunak > 5
mm atau
retakan > 5
mm
menerus
Skala 30 25 20 10 0
Perhitungan GSI untuk pengukuran bawah permukaan, menggunakan rumus
menurut Hoek at all (2013) sebaagai berikut :
𝐺𝑆𝐼 = 1,5𝐽𝐶𝑜𝑛𝑑89 +𝑅𝑄𝐷
2⁄ (3.21)
Dimana :
GSI = Geological Strength Index
JCond = Joint Condition
RQD = Rock Quality Designation
Perhitungan yang dilakukan dalam penentuan kualitas massa batuan dengan
metode GSI, menggunakan kriteria keruntuhan Hoek and Brown (Hoek et all, 2002),
dengan rumusan sebagai berikut :
𝜎1′ = 𝜎3′ + 𝜎𝑐𝑖 (𝑚𝑏𝜎3′
𝜎𝑐𝑖+ 𝑠)
𝑎
(3.22)
𝑚𝑏 = 𝑚𝑖𝑒𝑥𝑝 (𝐺𝑆𝐼−100
28−14𝐷) (3.23)
𝑠 = 𝑒𝑥𝑝 (𝐺𝑆𝐼−100
9−3𝐷) (3.24)
𝑎 =1
2+
1
6(𝑒
−𝐺𝑆𝐼15⁄ − 𝑒
−203⁄ ) (3.25)
𝐸𝑚(𝐺𝑃𝐴) = (1 −𝐷
2) √
𝜎𝑐𝑖
100∙ 10
((𝐺𝑆𝐼−10)
40⁄ ) (3.26)
46
∅′ = 𝑠𝑖𝑛−1 [6𝑎𝑚𝑏(𝑠+𝑚𝑏𝜎3𝑛
′ )𝑎−1
2(1+𝑎)(2+𝑎)+6𝑎𝑚𝑏(𝑠+𝑚𝑏𝜎3𝑛′ )𝑎−1
] (3.27)
𝑐′ =𝜎𝑐𝑖[(1+2𝑎)𝑠+(1−𝑎)𝑚𝑏𝜎3𝑛
′ ](𝑠+𝑚𝑏𝜎′3𝑛)𝑎−1
(1+𝑎)(2+𝑎)√1+((6𝑎𝑚𝑏(𝑠+𝑚𝑏𝜎′3𝑛)𝑎−1)
((1+𝑎)(2+𝑎))⁄
(3.28)
Untuk terowongan :
𝜎′3𝑚𝑎𝑥
𝜎′𝑐𝑚= 0,47 (
𝜎′𝑐𝑚
𝛾𝐻)
−0,94
(3.29)
Untuk lereng :
𝜎′3𝑚𝑎𝑥
𝜎′𝑐𝑚= 0,72 (
𝜎′𝑐𝑚
𝛾𝐻)
−0,91
(3.30)
Dimana :
σ’1 = tegangan prinsipal mayor
σ’3 = tegangan prinsipal minor
σci = uniaxial compressive strength dari batuan utuh
m, s, a = konstanta material, dimana s = 1 jika batuan utuh
D = disturbance factor
GSI = Geological Strength Index
c = kohesi
ϕ = sudut gesek dalam
Em = modulus deformasi
H = kedalaman dari permukaan tanah (untuk terowongan)
H = ketinggian dari lereng (untuk slope)
47
Menurut Hoek dan Brown (2002), nilai estimasi D adalah nilai kerusakan
atau gangguan yang disebabkan oleh metode penggalian yang digunakan
(disturbance factor) sesuai Tabel 3.18.
Tabel 3.18. Petunjuk estimasi nilai D (disturbance factor) (Hoek and Brown, 2002)
48
Menurut Das dkk (2013), massa batuan dapat diklasifikasikan menjadi 5
(lima) kelas utama sesuai Tabel 3.19.
Tabel 3.19. Kualitas GSI massa batuan (Bieniawski, 1989)
Nilai GSI 95 - 76 75 - 56 55 - 36 35 - 21 < 20
Kualitas massa
batuan
Sangat Baik Baik Sedang Jelek Sangat Jelek
Sistem klasifikasi GSI memiliki kemampuan baik diterapkan pada
massa batuan berkondisi buruk akibat deformasi, dan suatu litologi khusus
tertentu.
III.2.4.4 Q Sistem
Menurut Siswanto (2018), Rock Mass Quality (Q System) merupakan sistem yang
memperhitungkan enam parameter: RQD, jumlah kekar, kekasaran kekar,
perubahan kekar, kondisi air pada kekar dan factor tekanan (Barton dkk.,1974).
Parameter dasar geoteknik menurut Barton (1988) adalah ukuran blok, kuat geser
minimum antar blok dan tekanan aktif. Parameter geoteknik dasar tersebut
ditunjukkan dengan rasio berikut ini (Grimstad dan Barton, 1993): 1) Ukuran
relative blok = RQD/Jn, 2) Kekuatan relatif friksi =Jr/Ja, dan 3) Tekanan aktif =
Jw/SRF.Penentuan kualitas massa batuan diperolehdari persamaan berikut (Barton
dkk.,1974):
𝑄 = [𝑅𝑄𝐷
𝐼𝑛] 𝑥 [
𝐽𝑟
𝐼𝑛] 𝑥 [
𝐽𝑤
𝑆𝑅𝐹] (3.31)
49
dimana: RQD = >10;
Jn = jumlah kekar;
Jr= nilai kekasaran kekar;
Ja = Nilai perubahankekar;
Jw = nilai air dan faktor reduksi;
SRF = pengurangan faktor-faktor tekanan pada patahan,
kekuatan/rasio tegangan dalam batuan besar yang
keras dan batu yang mengembang
(swelling/squizing).
Penggunaan Q-System secara khusus direkomendasikan untuk terowongan dengan
atap melengkung. Massa batuan telah diklasifikasikan ke dalam sembilan kategori
berdasarkan nilai Q yang bervariasi antara 0,001 dan 1000 sesuai Tabel 3.20.
Tabel 3.20. Klasifikasi masa batuan berdasarkan Q (Barton dkk.,1974)
Nilai Q Kelompok Klasifikasi
0-40 1 Baik
40-100 Sangat baik
100-400 Sangat baik sekali
400-1000 Sangat sangat baik sekali
0.1-1.0 Sangat buruk
1.0-4.0 2 Buruk
4.0-10.0 Sedang
0.001-0.01 3 Sangat sangat buruk sekali
0.01-0.1 Sangat buruk sekali
III.2.4.5 Hubungan RMR dan GSI
Menurut Hoek (2007), menjelaskan bahwa klasifikasi GSI dibuat untuk
menyempurnakan dan perpedoman dari metode RMR dalam estimasi kualitas
massa batuan yang rendah pada tahap awal pengembangan, maka parameter
GSI secara umum didasarkan RMR.
50
Hoek, et al (1998), membuat ilustrasi hubungan formulatif atau kuantitatif
antara sistem GSI dan RMR dalam menentukan kualitas massa batuan, yaitu
dimulai dari penggunaan bobot massa batuan RMR dari Bieniawski (1976), untuk
mengestimasikan nilai GSI. Pada kondisi ini massa batuan diasumsikan benar-
benar kering dan diberikan bobot 10 (sepuluh) untuk nilai air tanah. Orientasi
kekar diasumsikan sangat baik dan penyesuaian nilai orientasi set kekar menjadi 0
(nol). Bobot akhirnya disebut RMR76, dan kemudian digunakan dalam
mengestimasi nilai GSI. Jika nilai RMR76 > 18, maka :
GSI = RMR76 (3.32)
Untuk RMR76 < 18, klasifikasi Bieniawski (1976) tidak bisa digunakan
untuk mengestimasikan nilai GSI, sehingga kemudian harus menggunakan cara
lain, melalui nilai Q-system dari Barton et al. (1974).
Klasifikasi RMR Bieniawski (1989) mampu digunakan mengestimasi nilai
GSI seperti versi RMR tahun 1976. Pada keadaan ini nilai 15 (lima belas) diberikan
untuk bobot airtanah berkondisi kering, dan nilai penyesuaian orientasi kekar
sebesar 0 (nol). Sebagai catatan, nilai minimum yang diperoleh dari klasifikasi
RMR 1989 adalah sebesar 23 (dua puluh tiga), sehingga nilai tersebut sedikit lebih
tinggi daripada klasifikasi RMR 1976. Bobot akhir disebut RMR89, dan dapat
digunakan untuk mengestimasi nilai GSI. Jika nilai RMR89 > 23, maka:
GSI = RMR89 – 5 (3.33)
Untuk nilai RMR89 < 23, klasifikasi Bieniawski (1989) tidak boleh
digunakan untuk mengestimasi nilai GSI, sebagai alternatif lain bisa
menggunakan nilai Q - System dari Barton et al (1974).
51
III.2.4.6 Hubungan RMR dan Q Sistem
Bieniawski at all (1989) telah memberikan berbagai macam korelasi antara
RMR dan paramater-parameter lainnya, akan tetapi korelasi yang paling dapat
diterapkan adalah korelasi antara RMR dan Q, dengan rumus sebagai berikut :
𝑄 = 10𝑅𝑀𝑅−50
15 (3.34)
III.3 Kriteria Keruntuhan Mohr-Coulomb
Menurut Hardiyatmo (2002), kuat geser tanah adalah gaya perlawanan yang
dilakukan oleh butir-butir tanah terhadap desakan atau tarikan. Dengan dasar
pengertian ini, bila tanah mengalami pembebanan akan ditahan oleh :
1. Kohesi tanah yang bergantung pada jenis tanah dan kepadatannya, tetapi
tidak tergantung dari tegangan normal yang bekerja pada bidang geser,
2. Gesekan antara butir-butir tanah yang besarnya berbanding lurus dengan
tegangan normal pada bidang gesernya.
Menurut Coulomb (1776), kriteria keruntuhan Mohr – Coloumb untuk
menggambarkan keruntuhan geser dapat dilihat pada persamaan sebagai berikut :
𝜏𝑓 = 𝑐 + 𝜎𝑓 tan 𝜙 (3 .35)
Dimana : c=kohesi (KN/m2), ϕ=sudut gesek dalam (°), σf=tegangan normal(KN/m2)
τf=tegangan geser (KN/m2)
Menurut Mohr (1910), menjelaskan bahwa keruntuhan suatu material sebagai
akibat dari kombinasi kritis antara tegangan normal dan geser. Tegangan geser pada
52
bidang keruntuhan merupakan fungsi dari teganngan normal yang dinyatakan oleh
persamaan berikut ini :
𝜏𝑓 = 𝑓(𝜎𝑓) (3 .36)
Dimana : τf : tegangan geser saat terjadi keruntuhan
σf : tegangan normal saat terjadi keruntuhan
Keruntuhan geser tidak akan terjadi apabila kedua tegangan tersebut
(tegangan geser dan tegangan normal) berada pada titik P. Keruntuhan geser akan
terjadi apabila kedua tegangan tersebut (tegangan geser dan tegangan normal)
berada pada titik Q. Keruntuhan geser sudah terjadi apabila kedua tegangan tersebut
(tegangan geser dan tegangan normal) berada pada titik R sesuai Gambar 3.6.
Gambar 3. 6 Kriteria keruntuhan Mohr – Coloumb
III.4 Kriteria Keruntuhan Generalised Hoek Brown
Menurut Ardi (2018), Hoek dan Brown (1980) mengusulkan metode untuk
mendapatkan estimasi kekuatan massa batuan terkekarkan berdasarkan pada
penilaian ikatan antar struktur pada massa batuan dan kondisi permukaan struktur
53
geologi tersebut, yangdikenal sebagai Original Hoek-Brown criterionKriteria ini
dimulai dari kekuatan batuan utuh dan kemudian diperkenalkan faktor-faktor
untukmengurangi kekuatan tersebut berdasarkan pada karakteristik bidang
diskontinu di dalam massa batuan (joint). Pada tahun 1995 Hoek,dkk memasukkan
konsep Geological Strength Index (GSI) yang memberikan estimasi pengurangan
kekuatan massa batuan karena perbedaan kondisi geologi. Kriteria ini kemudian
dikenal sebagai Generalized Hoek-Brown criterion dengan persamaan berikut ini :
σ1´= σ3´+ σc [m𝑏σ3´
σ1´+ 𝑠]
𝑎
(3 .37)
dimana : σ1´: tegangan efektif maksimum saat runtuh
σ3´: tegangan efektif minimum saat runtuh
σci : kuat tekan UCS batuan utuh
mb : konstanta massa batuan Generalized Hoek-Brown
Adapun nilai UCS/sigci, GSI (Geological Strength Index), disturbance factor dan
konstanta mi digunakan untuk mendapatka konstanta mb, s, dan a yang digunakan
untuk menentukan kekuatan massa batuan berdasarkan kriteria runtuh Hoek-
Brown.
III.5 Analisis Beban Gempa dengan Metode Pseudostatik
Analisis beban gempa dalam penelitian ini menggunakan metode analisis
pseudostatik. Gaya-gaya akibat gempa dapat didekati menggunakan koefisien
seismic yang meliputi koefisien gaya gempa horizontal (kh) dan koefisien gaya
54
gempa vertical (kv) yang dikalikan dengan berat dari struktur (W) seperti pada
persamaan berikut ini :
F = kh x W (3 .38)
dimana , F : beban gempa (kN)
kh : koefisien gempa horizontal
W : berat struktur (kN)
Koefisien gempa yang diperhitungkan untuk analisis terowongan hanya pada arah
horizontal sebesar (kh) dikarenakan gempa dominan bekerja pada arah horizontal.
Untuk analisis kestabilan lereng, koefisien gempa digunakan sebesar 0.5x(kh)
mengacu pada SNI 8460:2017.
Menurut SNI 8640:2017, Dalam perencanaan terowongan parameter gempa
dapat menggunakan periode ulang gempa untuk jembatan. Terowongan harus
direncanakan agar memiliki kemungkinan kecil untuk runtuh tetapi dapat mengalami
kerusakan yang signifikan dan gangguan terhadap pelayanan akibat gempa dengan
kemungkinan terlampaui 7% dalam 75 tahun. Beban gempa pada struktur terowongan
dimasukkan sebagai beban respon percepatan struktur. Dalam menentukan respon
percepatan struktur, maka diambil koefisien respon percepatan pada saat 0.2 detik
dan 1 detik, selain itu perlu dilakukan pemeriksaan percepatan tanah dasar di lokasi.
Dalam penentuan nilai PGA, Ss, dan S1 dapat dilakukan dengan melakukan plotting
lokasi penelitian sesuai Gambar 3.7, 3.8, dan3.9.
55
Gambar 3.7 Peta percepatan puncak di batuan dasar (PGA) untuk probabilitas terlampaui 7% dalam 75 tahun (Tim Pusat Studi Gempa Nasional, 2017)
56
Gambar 3.8. Peta respon spektra percepatan 0.2 detik di batuan dasar untuk probabilitas terlampaui 7% dalam 75 tahun (Tim Pusat Studi Gempa Nasional,
2017)
57
Gambar 3.9. Peta respon spektra percepatan 1 detik di batuan dasar untuk probabilitas terlampaui 7% dalam 75 tahun (Tim Pusat Studi Gempa Nasional, 2017)
58
III.5.1 Gempa Rencana untuk Terowowngan
Dalam perancangan kegempaan untuk terowongan mengacu pada
persyaratan-persayaratan perencangan kegempaan pada jembatan yaitu: Konstruksi
harus direncanakan agar memiliki kemungkinan kecil untuk runtuh tetapi dapat
mengalami kerusakan yang signifikan dan gangguan terhadap pelayanan akibat
gempa dengan kemungkinan terlampaui 7% dalam 75 tahun atau setara dengan
periode ulang 1.000 tahun; Bahaya gempa (seismic hazard) harus dikarakterisasi
menggunakan spektrum respons percepatan dan faktor situs untuk kelas situs yang
sesuai; Gaya gempa harus diasumsikan untuk dapat bekerja dari semua arah lateral;
Faktor modifikasi respons (R) yang sesuai harus digunakan di kedua arah sumbu
ortogonal bangunan bawah; Apabila digunakan analisis dinamik riwayat waktu,
maka faktor modifikasi respons (R) diambil sebesar 1 untuk seluruh jenis bangunan
bawah dan hubungan antarelemen struktur; Beban gempa diambil sebagai gaya
horizontal yang ditentukan berdasarkan perkalian antara koefisien respons elastik
(Csm) dan berat struktur ekuivalen yang kemudian dimodifikasi dengan faktor
modifikasi respons (R).
III.5.2 Persyaratan Respon Spectrum Desain
III.5.2.1 Klasifikasi situs
Penentuan spektrum respons desain harus ditentukan berdasarkan
klasifikasi situs proyek dengan menggunakan kriteria sesuai Tabel 3.21.
59
Tabel 3.21. Klasifikasi situs (AASHTO, 2012)
Klasifikasi
Situs
𝑽𝒔̅̅ ̅ (m/detik) �̅�𝑺𝑷𝑻 𝒂𝒕𝒂𝒖 �̅�𝑺𝑷𝑻𝒄𝒉
�̅�𝒖 (kPa)
SA (batuan keras) >1.500 N/A N/A
SB (batuan dasar) 750 sampai
1.500
N/A N/A
SC (tanah keras,
sangat padat, dan
batuan lunak)
350 sampai
750
>50 ≥100
SD (tanah sedang) 175 sampai
350
15 sampai 50 50 sampai
100
SE (tanah lunak) <175 <15 <50
Atau setiap profil tanah yang mengandung lebih
dari 3 m dengan karakteristik sebagai berikut :
1. Indeks Plastisitas, PI > 20,
2. Kadar air, (w) ≥ 40%, dan
3. Kuat geser niralir, 𝑆�̅� < 25 kPa
SF (tanah khusus yang
membutuhkan
penyelidikan
geoteknik spesifik
dan analisis
respons spesifik -
situs)
Setiap profil lapisan tanah yang memiliki salah
satu atau lebih dari karakterisitik seperti :
- Rawan dan berpotensi gagal atau runtuh akibat
beban gempa seperti mudah likuifaksi, lempung
sangat sensitive, tanah bersementasi lemah
- Lempung sangat organic dan/atau gambut
(ketebalan, H>3m)
- Lempung berplastisitas tinggi (ketebalan, H>7.5
m dengan Indeks Plastisitas, PI>75)
- Lapisan lempung lunak/setengah teguh dengan
ketebalan H>35 m dengan 𝑆�̅� < 50 kPa
Keterangan N/A = tidak dapat dipakai
Keterangan:
NSPT = nilai rata-rata tahanan penetrasi standar lapangan rata-rata;
NSPTch = nilai rata-rata tahanan penetrasi standar untuk lapisan tanah
non kohesif;
v s = nilai rata-rata kecepatan gelombang geser (m/detik);
s u = nilai rata-rata kuat geser niralir lapisan (kPa).
60
Parameter kelas situs, yaitu nilai penetrasi standar (NSPT), nilai kecepatan
rambat gelombang regangan geser kecil (vs) dan nilai kuat geser niralir (su)
didapatkan berdasarkan tata cara pengujian yang berlaku sesuai Tabel 3.22.
Tabel 3.22. Parameter dan metode pengujian yang digunakan untuk
mendapatkan parameter kelas situs
No. Parameter yang didapatkan Metode pengujian
1 Nilai penetrasi standar (NSPT) SNI 4153:2008
2 Nilai kecepatan rambat gelombang
regangan geser kecil (vs)
ASTM D 5777 atau ASTM D 4428 atau ASTM
D 7400
3 Nilai kuat geser niralir (su) SNI 03-3420-1994 atau SNI 03-2487-1991
Penetapan kelas situs tanah keras (SC), tanah sedang (SD), dan tanah lunak
(SE) harus melalui penyelidikan tanah di lapangan dan di laboratorium, yang
dilakukan oleh otoritas yang berwenang atau ahli desain geoteknik bersertifikat
dengan minimal mengukur secara independen dua dari tiga parameter tanah.
Penetapan kelas situs batuan keras (SA) harus didukung dengan pengukuran
kecepatan gelombang geser yang dilakukan di lapangan atau pada profil batuan
yang bertipe sama pada formasi yang sama dengan derajat pelapukan dan retakan
yang setara atau lebih. Bila kondisi batuan keras diketahui menerus sampai
kedalaman 30 m, maka pengukuran kecepatan gelombang geser permukaan boleh
diekstrapolasi untuk mendapatkan vs. Penetapan kelas situs batuan dasar (SB) harus
ditentukan dari pengukuran lapangan atau diestimasi oleh seorah ahli geoteknik
atau ahli seismologi yang berkompeten dalam bidangnya, untuk batuan dengan
kondisi rekahan dan pelapukan sedang. Pengukuran kecepatan gelombang geser di
lapangan harus dilakukan untuk batuan yang lebih lunak dengan tingkat rekahan
atau pelapukan yang lebih lanjut, jika tidak dilakukan pengukuran, situs tersebut
diklasifikasikan sebagai kelas situs tanah keras (SC). Apabila salah satu dari dua
61
parameter menunjukkan kelas situs dengan kondisi yang lebih buruk, maka kondisi
tersebut harus diberlakukan. Untuk setiap situs yang tergolong Jenis Tanah Khusus
(site dengan kondisi tanah pasir lepas jenuh yang berpotensi mengalami likuifaksi,
tanah sangat lunak yang tebal, dsb.), maka harus dilakukan tes seismic downhole
atau tes seismik sejenis. Tes seismik downhole atau tes seismik sejenis ini harus
dilakukan sampai kedalaman minimal 30 meter dari permukaan tanah asli untuk
mendapatkan informasi profil kecepatan rambat gelombang geser (Vs). Tes seismik
yang dimaksudkan pada butir b) harus dilakukan minimum pada 2 (dua) titik
pengujian yang berbeda, dengan kedalaman minimum masing-masing titik 30
meter. Perencana harus menyampaikan perhitungan secara jelas mengenai tipe
kelas situs sesuai SNI yang berlaku. Perencana harus menyampaikan profil lapisan-
lapisan tanah sampai kedalaman minimum 30 meter, dimulai dari permukaan tanah
asli. Apabila pengeboran yang dilakukan melebihi 30 meter atau sampai kedalaman
maksimum pengeboran maka perencana harus menunjukkan bahwa tidak ada
kondisi lapisan tanah di kedalaman lebih dari 30 meter yang dapat menyebabkan
kelas situs memiliki kondisi yang lebih buruk. Untuk suatu lokasi pekerjaan yang
dipertimbangkan terklasifikasi antara lunak dan sedang, harus mengikuti kelas situs
tanah lunak (SE).
III.5.2.2 Faktor Amplifikasi
Faktor amplifikasi PGA dan periode 0,2 detik berdasarkan kelas situsnya
ditentukan berdasarkan Tabel 3.23.
62
Tabel 3.23. Faktor amplifikasi untuk PGA dan periode 0,2 detik (Fpga dan Fa)(AASHTO,
2012)
Kelas situs PGA ≤ 0.1 PGA = 0.2 PGA = 0.3 PGA = 0.4 PGA ≥ 0.5
Ss ≤ 0.25 Ss = 0.5 Ss = 0.75 Ss = 1.0 Ss ≥ 1.25
Batuan keras (SA) 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8
Batuan (SB) 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 Tanah keras (SC) 1.2 1.2 1.1 1.0 1.0
Tanah sedang (SD) 1.6 1.4 1.2 1.1 1.0
Tanah lunak (SE) 2.5 1.7 1.2 0.9 0.9
Tanah khusus (SF) SS SS SS SS SS Catatan: Untuk nilai-nilai antara dapat dilakukan interpolasi linear
Keterangan:
PGA = adalah percepatan puncak batuan dasar (SB) mengacu pada peta gempa
dengan periode ulang rencana sesuai persyaratan infrastruktur yang
digunakan;
Ss = adalah percepatan spektral respons horizontal di batuan dasar (SB) pada
periode 0,2 detik dengan periode ulang rencana sesuai persyaratan
infrastruktur yang digunakan;
SF = adalah lokasi yang memerlukan investigasi geoteknik dan analisis
respons spesifik-situs.
Faktor amplifikasi seismik pada periode 1,0 detik berdasarkan kelas
situsnya ditentukan sesuai Tabel 3.24.
Tabel 3.24. Besarnya nilai faktor amplifikasi untuk periode 1 detik (Fv) (AASHTO, 2012)
Kelas situs S1 ≤ 0.1 S1 = 0.2 S1 = 0.3 S1 = 0.4 S1 ≥ 0.5
Batuan keras (SA) 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8
Batuan (SB) 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
Tanah keras (SC) 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3
Tanah sedang (SD) 2.4 2.0 1.8 1.6 1.5
Tanah lunak (SE) 3.5 3.2 2.8 2.4 2.4
Tanah khusus (SF) SS SS SS SS SS
Catatan: Untuk nilai-nilai antara dapat dilakukan interpolasi linear
63
Keterangan:
S1 adalah percepatan spektral respons horizontal di batuan dasar (SB) pada
periode 1,0 detik dengan periode ulang rencana sesuai persyaratan
infrastruktur yang digunakan;
SF adalah lokasi yang memerlukan investigasi geoteknik dan analisis
respons spesifik-situs.
III.5.2.3 Penentuan spektrum respons desain Jembatan dan bangunan
pelengkapnya serta terowongan
Spektrum respons yang dibangun adalah untuk rasio redaman 5% dan tidak
memasukkan penyesuaian goyangan tanah (ground motion) di dekatnya. Penentuan
kurva spektrum respons desain di permukaan tanah mengacu sesuai Gambar 3.10.
dan mengikuti persyaratan-persyaratan berikut ini.
Gambar 3.10. Spektrum respons desain, dibentuk menggunakan metode tiga titik
(AASHTO, 2012)
64
dengan:
As adalah Fpga PGA
SDS adalah FaSs
SD1 adalah FvS1
Keterangan:
Fpga = koefisien situs untuk percepatan puncak di batuan dasar mengacu
klasifikasi situs seperti diperlihatkan pada Tabel 55;
PGA = percepatan puncak horizontal di batuan dasar (SB);
Fa = koefisien situs untuk percepatan spektral periode 0,2 detik seperti
diperlihatkan pada Tabel 55;
Ss = percepatan spektral respons horizontal di batuan dasar (SB) pada
periode 0,2 detik;
Fv = koefisien situs untuk percepatan spektral periode 1,0 detik seperti
diperlihatkan pada Tabel 56;
S1 = percepatan spektral respons horizontal di batuan dasar (SB) pada
periode 1,0 detik.
Untuk periode kurang atau sama dengan T0, koefisien seismik elastik, Csm
ditentukan menggunakan Persamaan (3.39), (3.40) dan (3.41):
Csm = As + (SDS- As) (Tm/T0) ............................................................. (3.39)
T0 = 0,2Ts ......................................................................................... (3.40)
65
Ts = SD1/SDS ..................................................................................... (3.41)
Keterangan:
As = koefisien percepatan puncak gempa rencana;
SDS = koefisien percepatan respons spektral rencana periode 0.2 detik;
SD1 = koefisien percepatan periode 1 detik;
Tm = periode getar fundamental struktur (detik);
T0 = periode referensi yang digunakan untuk menentukan bentuk spektral
(detik).
Untuk periode lebih besar atau sama dengan T0 dan kurang dari atau sama
dengan Ts, koefisien seismik elastik, Csm, ditentukan dengan Persamaan (3.42).
Csm = SDS ........................................................................................ (3.42)
Untuk periode lebih besar dari Ts, koefisien seismik elastik, Csm,
didefinisikan dengan Persamaan (3.43).
Csm = SD1/Tm ................................................................................... (3.43)
III.6 Kestabilan Lereng
Menurut Terzaghi (1950), menyebutkan bahwa ada dua perubahan yang
dapat menyebabkan keruntuhan lereng yaitu perubahan eksternal yang
66
memperbesar gaya penggerak lereng dan perubahan internal yang menyebabkan
gaya penahan semakin kecil.
III.6.1 Faktor-Faktor Yang Berpengaruh Terhadap Kestabilan Lereng
Menurut Vallejo dan Ferrer (2011), faktor-faktor yang mempengaruhi
kestabilan lereng adalah stratigrafi dan litologi, struktur geologi, kondisi
hidrogeologi, dan kelerengan.
1. Stratigrafi dan litologi
Faktor stratigrafi dan litologi berkaitan dengan material penyusun suatu
lereng. Perbedaan jenis material penyusun akan berhubungan dengan jenis
ketidakstabilan yang akan terjadi, serta perbedaan litologi akan menunjukkan
perbedaan derajat kerentanan suatu lereng untuk runtuh.
Pada tanah, komposisi material penyusun cenderung bersifat homogeny
dibandingkan dengan pada massa batuan. Kondisi ketidakstabilan pada tanah
dipengaruhi oleh derajat kompaksi, sementasi, dan ukuran butir. Untuk massa
batuan, karakteristik dan analisis keruntuhan lebih bersifat kompleks karena
dipengaruhi oleh kehadiran perlapisan atau strata yang memiliki perbedaan
karakteristik dan kekuatan material.
2. Struktur Geologi
Struktur geologi berpengaruh terhadap kestabilan lereng terutama pada
massa batuan. Permasalahan kestabilan lereng terjadi karena kombinasi antara
struktur dan parameter geometri lereng seperti tinggi lereng, derajat lereng, dan
orientasi lereng. Struktur yang dijumpai pada massa batuan berupa bidang lemah
67
atau diskontinuitas yang terdiri atas permukaan perlapisan, kekar, sesar, dan
foliasi. Orientasi dan distribusi dari bidang diskontinuitas akan menghasilkan
kondisi jenis dan mekanisme dari ketidakstabilan lereng. Kehadiran bidang lemah
pada massa batuan, dengan kemiringan yang memotong muka lereng akan
membentuk potensi bidang runtuhan dan mengurangi kekuatan massa batuan yang
selanjutnya akan menghasilkan ketidakstabilan pada lereng.
3. Kondisi hidrogeologi
Kondisi hidrigeologi merupakan faktor yang dominan mempengaruhi
keruntuhan lereng. Kondisi ini dipengaruhi oleh efek air dipermukaan, termasuk
tekanan pori dan erosi dari material lereng. Kehadiran air (air hujan dan air tanah)
menyebabkan terjadinya penurunan kestabilan lereng dengan mengurangi kekuatan
tanah dan meningkatkan gaya pendorong ketidakstabilan. Pengaruh utama air pada
kestabilan lereng antara lain :
a. Mengurangi gaya penahan (resisting force).
b. Meningkatkan kekuatan geser lereng akibat tekanan air.
c. Meningkatkan berat material akibat pengaruh saturasi.
d. Melunakkan tanah akibat peningkatan kandungan air.
e. Terjadinya erosi internal akibat aliran air tanah.
f. Adanya pelapukan dan perubahan komposisi mineral batuan dan tanah.
4. Kelerengan
Kestabilan lereng akan semakin berkurang dengan semakin bertambahnya
ketinggian lereng karena menyebabkan semakin besar nilai perubahan tegangan
(stress) yang terjadi pada kaki lereng. Selain itu dengan semakin besarnya sayatan
68
pada geometri lereng, maka ketersingkapan struktur pun akan semakin besar yang
dapat menyebabkan terjadinya kelongsoran blok batuan. Tegangan (stress) yang
terkonsentrasi pada suatu area yang sempit akan melampaui kekuatan batuan,
sehingga batuan akan pecah dan memicu terjadinya longsor. Tegangan yang hadir
pada lereng ini disebabkan karena adanya perubahan beban (hilangnya beban) di
atas dan disamping bidang lereng.
III.6.2 Metode Shear Strength Reduction
Menurut Imawan (2018), metode analisis stabilitas lereng menggunakan
elemen hingga adalah metode Shear Strength Rerduction (SSR). Pada metode SSR,
faktor keaamanan didapat dengan membandingkan kuat geser tanah actual dengan
kuat geser tanah. Bidang kegagalan terbentuk secara otomatis melewati daerah-
daerah pada material yang kuat gesernya terlampaui oleh tegangan geser yang
bekerja. Metode SSR menghasilkan angka keamanan yang disebut Shear Strength
Rerduction (SSR).
Hammah, et al (2005) melakukan penelitian untuk membandingkan hasil
analisis stabilitas lereng antara metode Shear Strength Rerduction dengan metode
limit equilibrium. Hasil analisis menunjukkan bahwa metode SSR menghasilkan
nilai SRF yang tidak jauh berbeda dengan nilai safeti factor (SF) dari analisis limit
equilibrium sesuai Tabel 3.25.
69
Tabel 3.25. Perbandingan nilai SRF hasil metode SSR dan nilai SF metode limit
equilibrium
Nomor Model Metode yang digunakan Nilai SRF atau SF
Model 1
SSR
-Generalized Hoek-Brown 1,15
-Mohr-Coulomb 1,15
Limit Equilibrium
-Bishop’s simplified 1,153
-Spencer 1,152
Model 2
SSR
-Generalized Hoek-Brown 0,95
Limit Equilibrium
-Bishop’s simplified 0,934
-Spencer 0,963
III.7 Metode Ekskavasi Bukaan Terowongan
Pemilihan metode yang digunakan dalam penentuan cara penggalian pada
suatu batuan dalam penelitian ini mengacu pada grafik ekskavabilitas Pettifer dan
Fookes (1994). Pada grafik ekskavabilitas ini mempertimbangkan tipe dari
peralatan ekskavasi dan perdsyaratan parameter geologi teknik seperti indeks spasi
diskontinuitas (If) dan indeks kekuatan point load (Is(50)). Kedua parameter ini
dirasa mudah dalam pengamatannya baik di lapangan maupun di laboratorium.
Rumusan perhitungan yang digunakan adalah sebagai berikut :
𝐼𝑓 =3
𝐽𝑣 (3.44)
𝐽𝑣 =1
𝑆1+
1
𝑆2+
1
𝑆3 (3.45)
dimana :
If = indeks spasi diskontinutias
Jv = jumlah dari volumetric joint
S1, S2, S3 = spasi diskontinuitas dari joint set
70
Perhitungan point load index pada penelitian ini menggunakan standar yang
dikeluarkan oleh ASTM. Grafik penilaian metode ekskavasi berdasarkan nilai
indeks point load dan spasi diskontinuitas sesuai Gambar 3.11.
Gambar 3.11 Grafik penilaian ekskavabilitas pada batuan (Pettifer and Fookers, 1994)
71
III.8 Kestabilan Sistem Penyangga Terowongan
Dalam konstruksi terowongan, sistem penyangga merupakan kekuatan
utama dalam menahan beban sehingga harus direncanakan dengan tepat agar
pembangunan terowongan tidak mengalami keruntuhan saat pelaksanaan
penggalian dan setelah operasional.
Menurut Lwin (2009), Dalam penentuan sistem penyangga dengan hasil
klasifikasi GSI, harus dilakukan korelasi terlebih dahulu antara klasifikasi GSI
dengan Klasifikasi RMR. Hasil dari kerolasi tersebut bisa digunakan acuan untuk
penentuan sistem penyangga dengan menggunakan grafik persyaratan penyangga
batuan menggunakan RMR dan Q System yang dapat dilihat pada Gambar 3.12.
berikut :
Gambar 3.12 Persyaratan penyangga batuan menggunakan RMR dan Q System (Lwin,
2009)
72
Keterangan Reinforcing Categories :
(1) Unsupported
(2) Spot bolting
(3) Sytematic bolting
(4) Systematic bolting with 40-100 mm unreinforced shotcrete
(5) Fiber reinforced shotcrete, 50-90 mm, and bolting
(6) Fiber reinforced shotcrete, 90-120 mm, and bolting
(7) Fiber reinforced shotcrete, 120-150 mm, and bolting
(8) Fiber reinforced shotcrete, >150 mm with reinforced ribs of shotcrete and bolting
(9) Cast concrete lining
Menurut Bieniawski (1989), RMR dan Q system dapat dikorelasikan dengan
rumus sebagai berikut :
𝑄 = 10𝑅𝑀𝑅−50
15 (3.46)
III.9 Perangkat lunak Rock Science 2
Menurut Imawan (2018), perangkat lunak Rock Science 2 merupakan
program elemen hingga 2D yang dapat digunakan pada tanah dan batuan, yang
digunakan secara luas dalam berbagai proyek keteknikan seperti desain penggalian,
kestabilan lereng, rembesan air tanah, analisis probabilitas, konsolidasi, dan analisis
dinamik yang berkesusaian. Salah satu keunggulan dari perangkat lunak Rock
Science 2 adalah analisis stabilitas lereng dengan metode shear strength reduction,
berbagai pilihan model material, pemodelan joint atau diskontinuitas, berbagai
elemen diskrit, dan data masukan yang diperlukan lebih mudah dipahami
73
disbanding beberapa program elemen hingga sejenis. Perangkat lunak Rock Science
2 terdiri dari 3 bagian yaitu bagian model untuk membuat pemodelan, bagian
compute untuk melakukan perhitungan, dan bagian interpret untuk melakukan
penampilan hasil.
Menurut Suhendro (2000), terdapat 3 tipe elemen 2 dimensi yang dapat
digunakan dalam penyelesaian permasalahan dengan menggunakan finite element
method yaitu elemen segitiga, elemen segiempat dan elemen quadrilateral. Tipe
elemen dua dimensi sesuai Gambar 3.13. berikut :
Gambar 3.13 Tipe elemen dua dimensi dalam FEM (Suhendro, 2000)
Untuk konstruksi yang struktur geometrinya tidak teratur seperti
terowongan bentuk elemen segitiga dan quadrilateral lebih tepat untuk digunakan
dalam pemodelan. Untuk konstruksi yang struktur geometrinya segi empat bentuk
elemen segiempat lebih tepat untuk digunakan dalam pemodelan.
Menurut Fathoni (2012), berdasarkan prinsip keseimbangan, dengan
metode ini akan diketahui besar perpindahan dari setiap titik simpul pada masing-
masing elemen, dimana perpindahan tersebut diekstensikan pada seluruh elemen
dalam media. Nilai perpindahan sangat dipengaruhi oleh nilai modulus deformasi
(E). Semakin tinggi nilai modulus deformasi semakin rendah nilai perpindahan.
74
Selain itu faktor yang sangat berpengaruh terhadap nilai perpindahan adalah
parameter kekuatan material yang terdiri dari kriteria keruntuhan (Generalised
Hoek-Brown dan Mohr-Coloumb) dan tipe material (elastis dan plastis). Jika tipe
material berupa material elastis maka parameter kriteria keruntuhan tidak
berpengaruh terhadap nilai perpindahan, sedangkan parameter yang sangat
berpengaruh adalah nilai modulus deformasi. Jika menggunakan tipe material
plastis, parameter kriteria keruntuhan yang digunakan cukup berpengaruh terhadap
nilai perpindahan.
III.10 Hipotesis
Adapun kesimpulan sementara (hipotesis) yang dapat ditarik berdasarkan
bahasan tinjauan pustaka dan pembahasan berdasarkan sub bab diatas adalah
sebagai berikut :
1. Kondisi geologi teknik daerah penelitian disekitar rencana terowongan
tersusun dari batupasir tufan yang merupakan jenis batuan lunak dan
dasit yang merupakan jenis batuan keras.
2. Daerah penelitian terletak pada zona kerentanan gerakan tanah
menengah, sehingga mempunyai potensi cukup besar akan terjadinya
longsoran pada portal terowongan apabila terkena gangguan pada lereng
saat penggalian portal. Untuk mengurangi resiko terjadinya longsor,
kemiringan lereng di atas portal dapat direncanakan kurang dari 35o.
3. Kondisi geologi teknik lokasi penelitian terdiri dari 2 jenis batuan yaitu
lunak dan keras sehingga metode penggalian yang tepat untuk
75
dilaksanakan adalah dengan mechanical excavation untuk batuan lunak
dan drilling disertai blasting untuk batuan keras.
4. Kondisi geologi teknik daerah penelitian memberikan kekuatan massa
batuan bukaan terowongan yang rendah pada portal di outlet yang
merupakan batuan lunak sehingga perlu dilakukan pemberian sistem
penyangga bukaan terowongan dengan menggunakan rock bolt,
wiremesh dan shotcrete dengan dengan intensitas kerapatan dan
ketebalan berbeda sesuai dengan kondisi geologi teknik pada setiap
bukaan terowongan.
76
BAB IV
METODE PENELITIAN
IV.1 Alat dan Bahan Penelitian
Alat dan bahan yang dibutuhkan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut : peta
geologi lembar silitonga 1973 skala 1 : 250.000, peta topografi skala 1 : 10.000,
kompas geologi, gps, palu geologi, loupe dengan pembesaran 20 x, larutan hcl 0,1,
laptop, meteran dengan panjang 5 m, buku catatan lapangan, parang, kamera,
pakaian lapangan, tas lapangan, sepatu, printer, kertas hvs a4, perangkat lunak Rock
Science 2, dan lain-lain.
IV.2 Tahapan Penelitian
Tahapan penelitian yang dilakukan dalam penelitian ini, secara umum
terdiri dari pekerjaan pendahuluan, pengumpulan data, pengujian laboratorium,
analisis data, evaluasi hasil dan pelaporan sesuai Gambar 4.2. Adapaun rincian
tahapan penelitian secara lengkap adalah sebagai berikut :
IV.2.1 Pekerjaan Pendahuluan
Pada tahap ini dilakukan kegiatan yang terkait dengan persiapan penelitian
diantaranya sebagai berikut :
a. Penentuan topik penelitian terkait dengan kondisi geologi teknik,
geometri, kemiringan lereng pada terowongan.
77
b. Studi pustaka terhadap penelitian terdahulu terkait topik penelitian dan
daerah penelitian yang dapat digunakan untuk melakukan interpretasi
awal kondisi geologi regional terkait fisiografi regional, stratigrafi
regional dan struktur regional daerah penelitian.
c. Penyusunan teori dan metode yang akan digunakan dalam penelitian
terkait terowongan, klasifikasi massa batuan, metode ekskavasi bukaan
terowongan, perangkat lunak yang digunakan untuk pemodelan
kestabilan lereng pada portal terowongan dan kestabilan sistem
penyangga batuan bukaan terowongan.
d. Penyusunan hipotesis terkait penelitian mengenai kondisi geologi,
metode ekskavasi bukaan terowongan, kestabilan lereng portal
terowongan dan kestabilan sistem penyangga batuan bukaan
terowongan dengan memperhitungkan faktor gempa.
e. Persiapan peralatan dan bahan penelitian dilapangan.
f. Pengurusan perijinan dari instansi terkait untuk melakukan tinjauan dan
penelitian lapangan.
IV.2.2 Pengumpulan Data
Tahapan pekerjaan pengumpulan data dibagi menjadi dua tahap yaitu
pengumpulan data primer dan pengumpulan data sekunder.
78
IV.2.2.1 Pengumpulan Data Primer
Data primer yang diambil secara langsung di daerah penelitian adalah
sebagai berikut :
1. Pengambilan data geologi permukaan.
Data geologi permukaan diamati secara langsung pada singkapan batuan
(outcrop) adalah sebagai berikut :
a. Litologi batuan untuk mengetahui satuan batuan yang ada pada daerah
penelitian;
b. Ketebalan perlapisan batuan untuk mengetahui ketebalan tiap lapisan satuan
batuan;
c. Ukuran butir;
d. Warna;
e. Struktur geologi berupa sesar dan atau bidang diskontinuitas massa batuan
berupa kekar, laminasi atau bidang perlapisan yang ada;
f. Pengamatan atau diskripsi kondisi morfologi daerah penelitian dilakukan
dengan perhitungan sudut kemiringan lereng berdasarkan peta topografi
yang sudah tersedia;
Setiap pengambilan sampel batuan dalam suatu STA, harus selalu dicatat
data koordinat, orientasi arah pengambilan sampel, tanggal pengambilan sampel
dan dilengkapi dengan dokumentasi batuan yang diamati. Pengambilan data
geologi permukaan dilakukan sebanyak 64 STA.
2. Pengukuran GSI batuan permukaan dan bawah permukaan.
a. GSI Batuan Permukaan
79
Pengukuran yang dilakukan pada batuan permukaan terdiri dari beberapa
aspek, diantaranya :
1. Penentuan tingkat kekuatan batuan di lapangan dengan menggunakan
estimasi penentuan strength based on field dalam RocLab (Rocscience,
Inc). Hal ini dilakukan untuk mengetahui kekuatan batuan secara
kualitatif dilapangan, untuk selanjutnya tetap dilakukan uji kuat tekan
batuan menggunakan Point Load Index atau Unconfined Compressive
Strength (UCS) di laboratorium.
2. Penentuan tingkat derajat pelapukan berdasarkan International Society
for Rock Mechanics (ISRM, 1978). Hal ini dilakukan untuk menilai
kondisi pelapukan batuan yang diamati.
3. Penentuan nilai kualitas massa batuan permukaan berdasarkan
klasifikasi Geological Strength Index (GSI) (Hoek, 1994). Penilaian GSI
permukaan dilakukan dengan mengamati kondisi struktur pada batuan
yang diamati.
Pengukuran GSI batuan permukaan dilakukan sebanyak 64 STA.
b. GSI Batuan Bawah Permukaan
Pengukuran dilakukan dengan mengamati hasil pengeboran yang telah
dilaksanakan pada batuan bawah permukaan. Pengamatan terdiri dari
beberapa aspek sebagai berikut :
1. Penentuan jenis litologi batuan bawah permukaan setiap titik bor
dilengkapi dengan data kedalamannya;
80
2. Penilaian rating Joint Condition menurut Bieniawski (1989). Penilaian
ini dibagi menjadi dua kondisi, yaitu kondisi tanpa Infilling (isian
mineral pada kekar) dan kondisi dengan kehadiran Infilling;
3. Perhitungan nilai Rock Quality Designation (RQD) untuk setiap titik
bor;
4. Penentuan nilai kualitas massa batuan dalam angka GSI berdasarkan
klasifikasi GSI (Hoek, 1994). Hal ini dinilai berdasarkan rumus (3.40)
Pengukuran GSI batuan bawah permukaan yang dilakukan sebanyak 22 titik
bor.
3. Pengambilan sampel tanah dan batuan permukaan.
Pengambilan sampel tanah dan batuan di permukaan dilakukan pada
singkapan batuan pada daerah penelitian disekitar terowongan dengan luasan 2 x 2
km. Jumlah sampel tanah dan batuan yang diambil diperhitungkan sehingga
mewakili litologi yang ada serta cukup untuk dilakukan beberapa pengujian
laboratorium antara lain : sifat indeks, direct shear, point load, dan UCS.
IV.2.2.2 Pengumpulan Data Sekunder
Data sekunder yang dipakai dalam penelitian merupakan data dari Balai
Besar Wilayah Sungai Citarum yang berupa Detail Engineering Desain (DED),
hasil pengujian laboratorium, dan hasil pengamatan bor inti yang telah
dilaksanakan. Data tersebut digunakan sebagai data pelengkap untuk analisis
metode ekskavasi, analisis kestabilan lereng pada portal terowongan dan analisis
81
kestabilan batuan penyangga terowongan dalam penelitian ini. Data sekunder yang
dikumpulkan adalah sebagai berikut :
a. Hasil Pengamatan Bor Inti.
Data ini berupa dokumentasi foto kondisi core box hasil bor inti pada saat
setelah pengeboran dilakukan sehingga kondisi fresh rock hasil pengeboran
dapat dilihat dengan jelas sehingga dapat mendeskripsikan jenis litologi,
pengukuran RQD, dan Joint Condition sesuai kondisi lapangan dengan mudah.
Pada pekerjaan rencana desain terowongan sebelumnya telah dilakukan
perhitungan kualitas massa batuan bawah permukaan dengan Rock Mass Rating
(RMR), yang nantinya akan dievaluasi terhadap hasil GSI batuan bawah
permukaan pada terowongan 2 dengan menggunakan 7 titik bor yaitu : NA03,
NA06, NA08, NA13, NA16, NA 19, dan NA22.
b. Hasil Laboratorium Batuan Bawah Permukaan (Core)
Data yang didapatkan dari hasil laboratorium core ini berupa data sebagai
berikut : Index Properties; Ultrasonic Velocity; Indirect Tensile Strength;
Unconfined Compressive Strength; Triaxial
Data tersebut akan digunakan dalam penetuan parameter kekuatan kualitas
massa batuan bawah permukaan (core).
c. Geometri Terowongan
Data geometri terowongan berupa data dimensi rencana terowongan, jalur/trase
terowongan, desain linning terowongan. Data ini akan diperlukan dalam
analisis metode ekskavasi dan kestabilan sistem penyangga batuan bukaan
terowongan.
82
d. Kedalaman Air Tanah
Data kedalaman air tanah didapatkan dari data laporan hasil bor. Data ini akan
digunakan dalam analisis kestabilan lereng portal serta analisis sistem
penyangga batuan bukaan terowongan.
IV.2.3 Pengujian Laboratorium
Uji laboratorium yang dilakukan pada penelitian ini terdiri dari beberapa hal
diantaranya pengujian index properties tanah dan batuan, direct shear untuk uji
keteknikan tanah, point load index untuk uji keteknikan batuan permukaan, dan
Uniaxial Compressive Strength (UCS) untuk uji keteknikan batuan bawah
permukaan.
IV.2.3.1 Index Properties Tanah dan Batuan
Uji ini dilakukan dengan mencari sifat indek pada tanah dan batuan untuk
mendapatkan data dasar parameter desain. Uji sifat indeks yang dilakukan untuk
mendapatkan parameter yang terdiri dari kandungan air, densitas, specific gravity,
rasio pori, porositas, saturasi, batas cair, batas plastis dan indeks plastisitas.
Pengambilan sampel tanah dan batuan sesuai Gambar.5.7. Pada sampel tanah dan
batuan yang sama dilakukan pengujian minimal 3 (tiga) kali pengujian untuk
didapatkan nilai reratanya. Metode uji yang digunakan dapat mengacu pada standar
uji SNI 1966:2008. Mengenai Cara Uji Penentuan Batas Plastis dan Indeks
Plasitsitas Tanah, SNI 1965:2008 mengenai Cara Uji Penentuan Kadar Air untuk
Tanah dan Batuan di Laboratorium, SNI 1964-2008 mengenai Cara Uji Berat Jenis
83
Tanah, ASTM D 854. Test Method for Specific Gravity of Soils.
IV.2.3.2 Uji Sifat Keteknikan Tanah dengan Direct Shear
Pengujian ini bertujuan untuk mendapatkan kuat geser tanah setelah mengalami
konsolidasi akibat suatu beban dengan drainase 2 arah. Hasil pengujian ini akan
didapatkan parameter kohesi (c) dan sudut gesek dalam (ϕ). Sampel tanah yang
diuji dalam penelitian ini adalah sampel tanah pada lokasi rencana portal
terowongan. Metode Uji yang digunakan dapat mengacu pada standar uji SNI
3420:2016 mengenai Metode Uji Kuat Geser Langsung Tanah Tidak
Terkonsolidasi Dan Tidak Terdrainase.
IV.2.3.3 Uji Sifat Keteknikan Batuan dengan Point Load Index
Pengujian ini bertujuan untuk mendapatkan nilai point load strength index
(Is) yang akan dikorelasikan untuk menentukan nilai kuat tekan batuan (c).
Pengujian ini dilakukan pada sampel batuan yang diambil pada setiap STA untuk
setiap kondisi batuan yang berbeda. Metode Uji yang digunakan dapat mengacu
pada standar uji ASTM D 5731-95 mengenai Standard Test Method for
Determination of the Point Load Strength Index of Rock.
IV.2.3.4 Uji Sifat Keteknikan Batuan dengan Uniaxial Compressive Strength
(UCS)
Pengujian ini bertujuan untuk mendapatkan nilai kuat tekan uniaxial batuan
utuh (intack rock). Metode Uji yang digunakan dapat mengacu pada standar uji
84
ASTM (American Society for Testing and Material) D 2166 mengenai Standard
Test Methods for Unconfined Compressive Strength of Cohesive Soil.
.
IV.2.4 Analisis Data
Setelah pengumpulan data lengkap, baik itu data primer dan data sekunder
serta telah didapatkan hasil dari pengujian laboratorium, selanjutnya dilakukan
analisis data terkait kestabilan lereng pada portal, metode ekskavasi dan kestabilan
sistem penyangga terowongan.
Tahap analisis data dalam penelitian ini, meliputi beberapa hal sebagai
berikut :
a. Evaluasi kualitas massa batuan permukaan
Melakukan evaluasi hasil pengukuran kualitas massa batuan dengan klasifikasi
GSI yang telah dilakukan di lapangan. Pengecekan kembali dalam penentuan
nilai kualitas massa batuan dalam angka GSI berdasarkan klasifikasi GSI
(Hoek, 1994).
b. Analisis parameter kekuatan massa batuan permukaan
Parameter kekuatan massa batuan permukaan didapatkan berdasarkan analisis
kualitas massa batuan dengan GSI, hasil pengujian laboratorium terkait sifat
indeks, direct shear, UCS. Analisis ini akan menggunakan perangkat lunak
RocLab (Rocscience, Inc) dengan input parameter klasifikasi Hoek-Brown
untuk intact rock berupa data UCS, GSI, mi, disturbance factor (D), estimasi
modulus intact (Ei) dengan pendekatan modulus ratio (MR) sehingga
didapatkan output Hoek-Brown Criterion berupa konstanta mb, s dan a. Dengan
85
mempertimbangan aplikasi desain yang akan digunakan apakah untuk
terowongan atau untuk lereng dengan input data berat jenis batuan, maka akan
diperoleh parameter Mohr-Coloumb berupa kohesi (c) dan sudut gesek dalam
(ϕ). Setelah dilakukan analisis tersebut diatas maka akan didapatkan paremeter
kekuatan massa batuan berupa tensile strength (σt), uniaxial compresive
strength (σc),l global strength (σm) dan deformation modulus (Em).
c. Pembuatan peta geologi teknik
Peta geologi teknik daerah penelitian dibuat dalam skala 1 : 10.000, dengan
berisi informasi terkait karakteristik geologi teknik. Pembuatan peta geologi
teknik berdasarkan peta geologi detail, sifat fisik tanah dan batuan serta sifat
keteknikan tanah dan batuan berdasarkan klasifikasi kekuatan massa batuan
dengan menggunakan GSI yang dikorelasikan dengan kondisi tingkat
pelapukan batuan di daerah penelitian.
d. Evaluasi kualitas massa batuan bawah permukaan.
Evaluasi kualitas massa batuan bawah permukaan dilakukan untuk
membandingkan kualitas massa batuan bawah permukaan antara hasil
pengukuran GSI dengan hasil RMR dari data sekunder. Hal ini penting
dilakukan, dikarenakan akan dipilih kualitas massa batuan bawah permukaan
yang relatif lebih rendah untuk selanjutnya akan dilakukan analisis penentuan
sistem penyangga batuan bukaan terowongan yang paling efektif dan aman.
e. Analisis parameter kekuatan massa batuan bawah permukaan.
Analisis parameter kekuatran massa batuan bawah permukaan memiliki urutan
yang sama dengan penetuan parameter kekuatan massa batuan di permukaan.
86
Tujuan dari analisis ini untuk mendapatkan parameter propertis material seperti
UCS intact rock, mb, s, a dana parameter stiffness berupa Modulus Young (E)
dan poisson ratio (υ). Hasil parameter ini akan digunakan dalam analisis
kestabilan sistem penyangga batuan bukaan terowongan.
f. Penentuan parameter perencanaan terowongan.
Data yang dibutuhkan dalam perencanaan terowongan dalam penelitian ini
adalah sebagai berikut :
1. Data geometri terowongan. Data ini didapatkan dari data sekunder sesuai
Gambar 4.1.
Gambar 4.1 Geometri rencana Terowongan Air Nanjung (BBWS Citarum,2017)
87
2. Sistem Penyangga Terowongan
Untuk analisis digunakan sistem penyangga terowongan berdasarkan
desain perencanaan, metode RMR, dan metode Q System yang akan
digunakan perangkat lunak Rock Sciene 2.
3. Kemiringan lereng portal terowongan
Kemiringan lereng portal terowongan didapat dari potongan melintang peta
topografi daerah peneilitian lokasi rencana Terowongan Air Nanjung.
4. Propertis material
Propertis material didapatkan dari analisis parameter kekuatan massa batuan
baik pada permukaan maupun bawah permukaan.
5. Field stress properties
Field stress properties diperlukan untuk menggambarkan in situ stress yang
terjadi pada bukaan terowongan. Penentuan tegangan in situ ini berupa dua
arah tegangan dalam batuan dalam arah horisontal (σh) dan vertikal (σv).
Dalam penentuan σv dipengaruhi kedalaman overburden, sedangkan dalam
penetuan σh menggunaka stress ratio.
g. Analisis kestabilan lereng pada portal terowongan
Analisis kestabilan lereng menggunakan metode numerik dengan finite element
menggunakan perangkat lunak Rock Sciene 2. Dalam analisis kestabilan lereng
ini diperlukan data propertis material, data geometri lereng, data muka air tanah,
dan faktor gempa. Analisis perhitungan faktor keamanan stabilitas lereng
dilakukan dengan metode numerik untuk mendapatkan angka kemiringan
88
lereng dan Strenght Reduction Factor (SRF) pada portal terowongan yang
paling aman dan efisien.
h. Analisis metode ekskavasi bukaan terowongan
Analisis ini bertujuan untuk mendapatkan metode ekskavasi atau penggalian
bukaan terowongan sesuai kondisi geologi dan geologi tekni massa batuan
bukaan terowongan. Analisis dalam penelitian ini mengacu pada metode dari
Pettifier dan Fookes, 1994 dengan menggunakan Excavatability Assesment
Chart dimana penentuan metode ekskavasi didapat dengan penentuan point
load index (Is(50)) dan discontinuity spacing index pada bukaan batuan
terowongan.
i. Analisis kestabilan sistem penyangga terowongan
Analisis kestabilan sistem penyangga terowongan menggunakan metode
numerik dengan finite element menggunakan perangkat lunak Rock Science 2.
Dalam analisis ini diperlukan data seperti field stress, material propeties,
support system properties, geometri terowongan, struktur atau diskontinuitas
seperti sesar atau joint, kedalaman muka air tanah, dan faktor gempa. Analisis
kestabilan sistem penyangga akan menilai failure zone dengan menilai besaran
yielded element. Analisis akan dilakukan pada kondisi bukaan terowongan
sebelum dilengkapi sistem penyangga dan setelah diberi perkuatan dengan
beberapa kondisi perkuatan seperti jenis perkuatan yang berbeda dan tahapan
penggalian muka terowongannya.
89
IV.2.5 Evaluasi Hasil
a. Evaluasi hasil analisis kestabilan lereng pada portal terowongan.
Mengevaluasi hasil analisis kestabilan lereng sehingga didapatkan
kemiringan lereng paling efektif berdasarkan penilaian Safety Factor (SF)
atau dalam perangkat lunak Rock Science 2 disebut Stenght Reduction
Factor (SRF) > 1,5 kondisi tanpa memperhitungkan beban gempa dan >
1,1 kondisi dengan memperhitungkan beban gempa mengacu SNI
8460:2017 yang berarti kemiringan lereng memiliki nilai faktor keamanan
yang aman karena melebihi nilai kritisnya.
b. Evaluasi hasil analisis metode ekskavasi.
Mengevaluasi hasil analisis metode ekskavasi sehingga didapatkan metode
penggalian bukaan terowongan yang paling efektif. Ekskavasi akan
ditentukan menggunakan metode terbaik diantara beberapa metode yang
ada seperti easy digging, hard digging, easy ripping, hard ripping, very
hard ripping, extremely hard ripping or hydraulic breaking atau blasting
berdasarkan grafik ekskavabilitas (Pettifer dan Fokes, 1994).
c. Evaluasi hasil analisis sistem penyangga terowongan.
Mengevaluasi hasil analisis dengan membandingkan beberapa metode
penentuan sistem penyangga terowongan yang digunakan dalam desain
perencanaan, metode RMR, dan metode Q System dengan
memperhitungkan faktor gempa maupun tidak sehingga didapatkan sistem
penyangga terowongan yang paling efektif.
90
IV.2.6 Pelaporan
Sistematika pelaporan mengacu kepada standar penulisan tesis di
Departemen Teknik Geologi Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada, dimana
semua tahapan ditulis secara sistematis, runtut dan jelas sehingga mulai
pembahasan terkait permasalahan, metode dan dasar penelitian, analisis data hingga
solusi terhadap pemasalahan tersaji secara lengkap.
91
IV.3 Diagram alir penelitian
Gambar 4.2 Diagram Alir Penelitian
Pengumpulan Data
Analisis
Pendahuluan
Pelaporan
92
BAB V
PENYAJIAN DAN HASIL ANALISIS
Dalam bab ini akan dijelaskan data dan hasil analisis tentang karakteristik
geologi teknik, hasil analisis kemiringan lereng daerah penelitian, metode ekskavasi
dan penentuan sistem penyangga terowongan.
V.1 Karakteriktik Geologi Teknik Daerah Penelitian
Pada sub bab karakteristik geologi teknik daerah penelitian dihasilkan dari
pengumpulan data lapangan dan analisis data tersebut, dimana aspek-aspeknya
antara lain karakteristik litologi, stratigrafi, struktur geologi, morfologi, kualitas
massa batuan.
V.1.1 Morfologi Daerah Penelitian
Pembentukan karakteristik geomorfologi pada daerah penelitian dikontrol
oleh proses endogenik dan eksogenik. Proses endogenik yang mempengaruhi
daerah penelitian adalah litologi dan struktur geologi, sedangkan proses eksogenik
yang mempengaruhi adalah erosi oleh air hujan dan aliran sungai.
Pembagian satuan geomorfologi berdasarkan pada parameter klasifikasi
kemiringan lereng oleh Van Zuidam (1983) dan data pola kelurusan untuk
mengeatahui morfogenesa pada daerah penelitian sesuai Gambar 5.1 .
93
Gambar 5.1 Peta Geomorfologi Daerah Penelitian
94
Berdasarkan parameter di atas, daerah penelitian dibagi menjadi 3 satuan
geomorfologi meliputi satuan dataran alluvial, satuan perbukitan berlereng agak
curam – curam, dan satuan bukit terisolir berlereng agak curam – curam.
a. Satuan dataran batupasir
Satuan dataran batupasir memiliki karakteristik lereng dengan
kemiringan datar hingga landai dengan sudut kemiringan lereng adalah 0 –
7° berdasarkan klasifikasi van Zuidam (1983). Titik terendah pada satuan
ini berada pada elevasi 640 mdpl dan titik tertinggi 680 mdpl dengan
persentase luas satuan terhadap total satuan pada daerah penelitian sebesar
77,6%.
Litologi paling dominan yang ada pada satuan geomorfologi ini
adalah batupasir tufaan dengan kondisi lapuk sedang – tinggi. Proses yang
mempengaruhi morfologi ini adalah proses erosi air permukaan dan
transportasi oleh sungai. Satuan dataran batu pasir pada daerah penelitian
sesuai Gambar 5.2.
95
Gambar 5.2 Kenampakan Satuan Dataran Batupasir
b. Satuan perbukitan berlereng agak curam – curam
Satuan ini memiliki karakteristik dengan kemiringan lereng agak
curam – curam dengan sudut kemiringan lereng adalah 8 - 35° berdasarkan
klasifikasi van Zuidam (1983). Titik terendah pada satuan geomorfologi ini
berada pada elevasi 680 mdpl dan titik tertinggi pada elevasi 776 mdpl
denga persentase luas satuan terhadap luas total daerah penelitian adalah
19,1%. Litologi penyusun satuan geomorfologi ini berupa andesit yang
terbentuk oleh intrusi dengan tingkat pelapukan yang dominan adalah
rendah – sedang.
Satuan perbukitan berlereng agak curam – curam ini mempunya
pelamparan memanjang dengan arah timur laut – barat daya searah dengan
arah kelurusan utama yang ada pada daerah penelitian dan merupakan
implikasi akibat adanya sesar geser sinistral berarah timur laut – barat daya.
96
Proses eksogenik yang mengontrol pembentukan satuan ini adalah
pelapukan dan erosi oleh air permukaan. Satuan perbukitan berlereng agak
curam – curam pada daerah penelitian sesuai Gambar 5.3 dan Gambar 5.4.
Gambar 5.3 Kenampakan Satuan Perbukitan Berlereng Agak Curam (kamera menghadap
selatan)
Gambar 5.4 Kenampakan Satuan Perbukitan Berlereng Curam (kamera menghadap utara)
97
c. Satuan bukit terisolir berlereng agak curam – curam
Satuan ini memiliki karakteristik lereng dengan kemiringan agak
curam – curam dengan sudut kemiringan lereng adalah 8 - 35° berdasarkan
klasifikasi van Zuidam (1983). Titik terendah satuan geomorfologi ini
berada pada elevasi 680 mdpl dan titik tertinggi pada elevasi 744 mdpl
denga persentase luas satuan terhadap luas total daerah penelitian adalah
3,3%. %. Litologi penyusun satuan geomorfologi ini berupa andesit yang
terbentuk oleh intrusi dengan tingkat pelapukan yang dominan adalah
rendah.
Satuan ini berada pada bagian selatan daerah penelitian dengan bentuk
berupa kerucut bukit terisolir. Kontrol proses eksogenik yang membentuk
geomorfologi ini adalah erosi dan pelapukan.
Berdasarkan aspek geomorfologi yang sudah dibahas di atas dapat
diketahui kaitannya dengan aspek geologi teknik bahwa pembangunan
konstruksi Terowongan Air Nanjung hanya melewati satu satuan
geomorfologi yaitu satuan dataran batupasir. Satuan bukit terisolir berlereng
agak curam – curam pada daerah penelitian sesuai Gambar 5.5.
98
Gambar 5.5 Kenampakan Satuan Bukit Terisolir Berlereng Curam (kamera menghadap
barat)
Morfologi dapat dipengaruhi juga oleh adanya pola kelurusan pada daerah
penelitian. Pada daerah tersebut akan terdapat morfologi sungai, lembah, kelurusan
bukit. Peta pola kelurusan dapat dilihat pada gambar 5.6.
99
Gambar 5.6 Peta Pola Kelurusan Daerah Penelitian
100
V.1.2 Litologi
Penentuan litologi batuan dilakukan secara langsung di lapangan dengan
metode pengamatan megaskopis dan pengambilan sampel data untuk pengamatan
mikroskopis atau secara petrografi.
Dari pengamatan megaskopis batuan di lapangan dengan jumlah stasiun titik
amat sebanyak 64 STA, dimana 3 STA ditemukan litologi berjenis lapilli tuff, 3
STA andesit, 29 STA batupasir tufan, dan ditemukan dasit terdapat pada 29 STA.
Peta lintasan yang menggambarkan persebaran stasiun titik amat yang berada di
lapangan dapat dilihat pada Gambar 5.7.
Pada daerah penelitian tidak ditemukan batas yang jelas antara batupasir tufan
dengan andesit maupun dasit. Persebaran lapilli tuff yang sangat sedikit sehingga
satuan batuan hanya terdapat 3 satuan yaitu satuan dasit, satuan andesit, dan satuan
batupasir tufan. Untuk memperjelas hubungan antar satuan batuan dan untuk
menentukan kualitas massa batuan bawah permukaan diperlukan deskripsi litologi
batuan pada core hasil pengeboran (data sekunder) pada jalur terowongan pengelak.
Terdapat 22 titik bor / core (NA) yang diambil dari atas 2 terowongan,
kemudian dilakukan pengamatan/diskripsi dan pengambilan core tersebut, namun
untuk korelasi diskripsi namun untuk korelasi hubungan satuan batuan bawah
permukaan menggunakan 8 titik bor yaitu NA 03, NA 06, NA 08, NA 11, NA 13,
NA 16, NA 19, NA 22. Dari pengamatan titik bor tersebut menunjukan dari NA 03
– NA 13 didominasi oleh perlapisan batupasir tufan yang terdapat sisipan batupasir
kerikilan tufan dan beberapa batulanau tufan. Semakin mendekati inlet (NA 16, NA
101
19, NA 22) ditemukan dasit yang semakin tebal. Sehinnga menunjukan litologi
penyusun bawah permukaan di sekitar konstruksi terowongan pengelak didominasi
oleh dasit, batupasir tufan, dan batupasir kerikilan. Hasil diskripsi core pada salah
satu titik bor sesuai Gambar 5.8.
102
Gambar 5.7 Peta lintasan STA daerah penelitian
103
(a)
(b)
Gambar 5.8 Diskripsi litologi pada core di NA 22 : (a) foto core batuan, (b) tabel deskripsi
litologi dan GSI
104
Berdasarkan hasil peninjauan lapangan yang tekah dialakukan pada batuan
permukaan, maka pada lokasi daerah sekitar pembangunan terowongan pengelak
disusun oleh tiga satuan batuan yang berurutan dari yang tertua hingga yang
termuda yaitu satuan andesi, satuan dasit, dan satuan batupasir tufan. Diskripsi
terkait satuan batuan pada daerah penelitian adalah sebagai berikut :
1. Satuan intrusi dasit
Satuan ini berdasarkan klasifikasi IUGS (1973) tentang batuan beku. Dasit
memiliki warna putih kecoklat-coklatan pada kondisi segar dan pada kondisi lapuk
abu-abu kecoklatcoklatan, ukuran kristal <1-3 mm, fenokris : 1-3 mm, massa dasar
: <1 mm, tekstur berdasarkan kristalinitas : holokristalin, tekstur berdasarkan
granularitas porfiroafanitik, tekstur berdasarkan hubungan kristal euhedral,
memiliki struktur masif. Komposisi batuan ini antara lain fenokris terdapat mineral
plagioklas yang lumayan melimpah 35 % - 65 %, kuarsa dengan kelimpahan 20 %
- 30 %, selain susunan kompisi mineral utama tersebut terdapat biotit, hornblende
dengan kelimpahan 5-8%. Massa dasar pada dasit terdiri dari mineral felsic.
Singkapan satuan dasit sesuai Gambar 5.9.
Gambar 5.9 Satuan dasit pada STA 34 (kamera menghadap barat)
105
2. Satuan intrusi andesit
Satuan andesit ini berdasarkan klasifikasi IUGS (1973) tentang batuan beku.
Andesit memiliki warna abu-abu kecoklat-coklatan, ukuran kristal <1-3 mm,
fenokris : 1-3 mm, massa dasar : <1 mm, tekstur berdasarkan kristalinitas :
holokristalin, tekstur berdasarkan granularitas porfiroafanitik, tekstur berdasarkan
hubungan kristal euhedral, memiliki struktur masif. Komposisi batuan ini antara
lain fenokris terdapat mineral plagioklas yang lumayan melimpah 60 % - 70 %,
kuarsa dengan kelimpahan 5 % - 15 %, selain susunan kompisi mineral utama
tersebut terdapat biotit dengan kelimpahan 5 %, hornblende dengan kelimpahan 5
%. Massa dasar pada andesit terdiri dari mineral mafik. Singkapan satuan andesit
sesuai Gambar 5.10.
Gambar 5.10 Satuan andesit pada STA 23 (kamera menghadap barat)
106
3. Satuan batupasir tufan
Satuan ini menggunakan klasifikasi berdasarkan klasifikasi Schmid (1981)
memiliki nama tuffaceous sandstone, dengan kenampakan lapangan memiliki
warna abu-abu keputih-putihan hingga abu-abu kecoklat-coklatan, memiliki
struktur sedimen berlapis, tekstur batuan berdasarkan ukuran butir pasir halus
sampai pasir sedang, tingkat kebundaran subangular, sortasi sedang, kemas tertutup
(grain supported fabric). Batuan yang tersingkap pada satuan ini sebagian besar
memiliki tingkat pelapukan sedang (moderately weathered) hingga tinggi (highly
weathered). Batupasir tufan memiliki komposisi dari fragmen terdiri dari
kuarsa,plagioklas, dengan kelimpahan (5-20 %), litik batuan beku dengan
kelimpahan 10-20 %), material vulkanik dengan kelimpahan (20%-30%)
sedangkan matriksnya terdiri dari material sedimen berukuran pasir halus.
Selain terdapat litologi batulanau tufan, juga ditemui litologi batulanau tufan
yang menyisip di sedikit tempat titik amat. Batulanau tufan memiliki warna coklat
keputih-putihan, dengan struktur berlapis dan laminasi, tekstur batuan berdasarkan
ukuran butir lanau (1/16 mm – 1/256 mm), sortasi baik, kemas tertutup (grain
supported fabric). Litologi ini memiliki komposisi kuarsa, litik tuff, dan material
sedimen berukuran lanau. Karena hanya ditemukan di sedikit tempat maka tidak
terlalu mempengaruhi dari penamaan satuan batuan. Singkapan satuan batupasir
tufan sesuai Gambar 5.11.
107
Gambar 5.11 Satuan batupasir tufan pada STA 8 (kamera menghadap utara)
Sebaran satuan batuan di daerah peneltitian digambarkan pada peta
geologi daerah penelitian dengan skala 1:10.000 sesuai Gambar 5.12., serta
sayatan profil geologi sesuai Gambar 5.13.
108
Gambar 5.12 Peta geologi daerah penelitian
109
Gambar 5.13 Profil sayatan geologi daerah penelitian
110
Berdasarkan rekonstruksi dalam profil geologi pada Gambar 5.13. dapat
diketahui bahwa daerah sekitar terowongan pengelak saluran air Nanjung memiliki
3 satuan batuan. Dimana aspek stratigrafi juga dapat dibantu oleh data deskripsi dan
korelasi core.
Urutan satuan batuan dari tertua hingga termuda antara lain dari paling bawah
secara bersamaan satuan andesit dan satuan dasit, dimana kedua satuan ini
terbentuk melalui intrusi. Dari data core dapat terlihat dimana ditemukan sampel
dasit pada bagian paling bawah namun tidak ditemukan andesit, karena berada di
bagian selatan lokasi penelitian. Berjarak cukup jauh dari pengambilan core yang
berada di kontruksi terowongan pengelak. Kedua satuan intrusi ini dapat tersingkap
meskipun umurnya yang lebih tua dimungkinkan karena faktor resistensi batuan
yang tinggi akan proses eksogenik seperti pelapukan dan erosi. Kemudian diatas
satuan ini terendapkan secara tidak selaras satuan batupasir tufan, yang melampar
cukup luas di daerah penelitian. Satuan batupasir tufan memiliki umur kuarter, data
dari pengamtan core dimana litologi ini terdapat di atas satuan dasit menjelaskan
bahwa satuan ini memiliki umur yang lebih muda dari satuan dasit dan satuan
andesit.
V.1.3 Struktur Geologi
Berdasarkan peta pola kelurusan sesuai Gambar 5.6, pada bagian
tengahterdapat kelurusan yang membentang dari arah timur laut – barat daya dan
terpotong oleh kelurusan barat – timur. Kelurusan ini menandakan adanya struktur
geologi beruapa sesar geser yang kemudian menjadi bidang lemah.
111
Berdasarkan hasil pengamatan di lapangan, diketahui bahwa kontrol struktur
pada daerah penelitian ikut berperan dalam pembentukan morfologi. Morfologi
kelokan sungai, lembah, dan bukit pada daerah penelitian merupakan hasil proses
geodinamik yang mengakibatkan adanya beda ketinggian serta membeloknya jalur
sungai secara tiba-tiba. Pada bagian tengah daerah penelitian terdapat Sungai
Citarum yang mengalami pembelokan secara tiba-tiba dari arah selatan menuju ke
arah barat dimana hal ini dapat menjadi bukti pendukung adanya struktur geologi
yang berkembang pada daerah penelitian.
Sesar yang ditemukan pada daerah penelitian berupa sesar geser sinistral
dengan arah N224°E/85°. Sesar geser sinistral ini memotong batuan dasit yang
berada pada bedrock sungai dan membelokkan arah Sungai Citarum dari timur
menuju barat daya. Orientasi sesar yang ditemukan mempunyai arah yang sama
dengan pola kelurusan utama yaitu timur laut – barat daya sehingga data tersebut
mendukung untuk membetuktikan bahwa terdapat sesar geser sinistral berarah
timur laut – barat daya pada daerah penelitian. Kenampakan breksi sesar sesuai
Gambar 5.14.
112
Gambar 5.14. Kenampakan struktur geologi pada daerah penelitian berupa sesar geser
sinistral. Terdapat breksi sesar yang ditunjuk oleh panah merah (kamera menghadap barat)
V.1.4 Kualitas Massa Batuan di Daerah Penelitian
Pengukuran kualitas massa batuan di daerah penelitian didapatkan
berdasarkan aspek nilai Geological Strength Index (GSI) batuan permukaan, nilai
Geological Strength Index (GSI) batuan bawah permukaan dari data pengamatan
core, sifat indeks keteknikan tanah dan batuan permukaan serta sifat indeks
keteknikan batuan bawah permukaan.
Geological Strength Index (GSI) Batuan Permukaan
Penilaian nilai GSI batuan permukaan didapatkan dari pemetaan langsung di
lapangan pada 64 stasiun titik amat. Gambar lintasan pengamatan nilai GSI dapat
dilihat di Gambar 5.15. Nilai tersebut dimasukkan klasifikasi Hoek and Marinos
(2000) tentang Geological Strength Index (GSI) dimana dilihat dari aspek
113
pelapukan batuan dan struktur batuan kemudian dimasukkan klasifikasi. Untuk
pembuatan satuan nilai GSI berdasarkan klasifikasi Das, 2013 terbagi menjadi 5
satuan massa atuan, antara lain tingkat very poor (0-20), tingkat poor (21-
40),tingkat fair (41-55), good (56-75) dan tingkat very good (75-100). Resume
penilaian GSI batuan permukaan dapat dilihat pada Tabel 5.1.
114
Gambar 5.15. Peta lintasan pengamatan Geological Strength Index (GSI) daerah penelitian
115
Tabel 5.1. Resume penilaian GSI batuan permukaan di 64 STA pada daerah penelitian
STA Litologi
Geological Strength Index
Rock Surface Condition Rockmass
Structure Rating
Kualitas
Massa
Batuan
1 Dasit Moderately weathered Blocky 50 – 55 Fair
2 Batupasir tufan moderately weathered disturbed/seamy 40 – 45 Fair
3 Dasit moderately weathered Blocky 50 – 55 Fair
4 Batupasir tufan moderately weathered disturbed/seamy 40 – 45 Fair
5 Batupasir tufan moderately weathered disturbed/seamy 40 – 45 Fair
6 Batupasir tufan moderately weathered disturbed/seamy 40 – 45 Fair
7 Batupasir tufan highly weathered Disintegrated 20 – 25 Poor
8 Batupasir tufan highly weathered Disintegrated 20 – 25 Poor
9 Batupasir tufan highly weathered Disintegrated 20 – 25 Poor
10 Batupasir tufan highly weathered Disintegrated 20 – 25 Poor
11 Batupasir tufan highly weathered Disintegrated 20 – 25 Poor
12 Batupasir tufan highly weathered Disintegrated 20 – 25 Poor
13 Batupasir tufan highly weathered Disintegrated 20 – 25 Poor
14 Batupasir tufan highly weathered Disintegrated 20 – 25 Poor
15 Batupasir tufan moderately weathered disturbed/seamy 40 – 45 Fair
16 Batupasir tufan moderately weathered disturbed/seamy 40 – 45 Fair
17 Batupasir tufan moderately weathered disturbed/seamy 40 – 45 Fair
18 Batupasir tufan moderately weathered disturbed/seamy 40 - 45 Fair
19 Batupasir tufan moderately weathered disturbed/seamy 40 – 45 Fair
20 Batupasir tufan moderately weathered disturbed/seamy 40 – 45 Fair
21 Batupasir tufan moderately weathered disturbed/seamy 40 – 45 Fair
22 Andesit slighly weathered Blocky 70 – 75 Good
23 Andesit slighly weathered Blocky 70 – 75 Good
24 Andesit slighly weathered Blocky 70 – 75 Good
25 Dasit moderately weathered Blocky 55 – 60 Good
26 Dasit slighly weathered Blocky 65 – 70 Good
27 Dasit moderately weathered Blocky 55 – 60 Good
28 Dasit slighly weathered Blocky 60 – 65 Good
29 Dasit slighly weathered Blocky 60 – 65 Good
30 Dasit moderately weathered Blocky 55 – 60 Good
31 Dasit moderately weathered Blocky 55 – 60 Good
32 Dasit moderately weathered Blocky 55 – 60 Good
33 Dasit moderately weathered Blocky 55 – 60 Good
34 Dasit moderately weathered Blocky 55 – 60 Good
35 Dasit slighly weathered Blocky 60 – 65 Good
36 Dasit slighly weathered Blocky 60 – 65 Good
37 Dasit moderately weathered Blocky 50 – 55 Fair
38 Dasit moderately weathered Blocky 50 – 55 Fair
39 Dasit moderately weathered Blocky 50 – 55 Fair
40 Dasit Highly weathered Blocky 45 – 50 Fair
116
Lanjutan Tabel 5.2. Resume penilaian GSI batuan permukaan di 64 STA pada daerah
penelitian
41 Dasit Highly weathered Blocky 40 – 45 Fair
42 Dasit moderately weathered Blocky 45 – 50 Fair
43 Lapilli tuff slighly weathered disturbed/seamy 40 – 45 Fair
44 Dasit moderately weathered Blocky 45 – 50 Fair
45 Dasit moderately weathered Blocky 50 – 55 Fair
46 Lapilli Tuff slighly weathered disturbed/seamy 40 – 45 Fair
47 Dasit moderately weathered Blocky 55 – 60 Good
48 Lapilli Tuff moderately weathered disturbed/seamy 40 – 45 Fair
49 Dasit moderately weathered Blocky 55 – 60 Good
50 Dasit moderately weathered Blocky 55 – 60 Good
51 Dasit slighly weathered Blocky 60 – 65 Good
52 Batupasir tufan slighly weathered Very Blocky 55 – 60 Good
53 Dasit Highly weathered Blocky 45 – 50 Fair
54 Dasit moderately weathered Blocky 50 – 55 Fair
55 Batupasir Tufan moderately weathered Very Blocky 45 – 50 Fair
56 Dasit moderately weathered Blocky 50 – 55 Fair
57 Batupasir Tufan moderately weathered Very Blocky 45 – 50 Fair
58 Batupasir Tufan highly weathered Disintegrated 20 -25 Poor
59 Batupasir Tufan highly weathered Disintegrated 20 – 25 Poor
60 Batupasir Tufan moderately weathered Very Blocky 45 – 50 Fair
61 Batupasir Tufan highly weathered Disintegrated 20 - 25 Poor
62 Batupasir Tufan moderately weathered Very Blocky 50 – 55 Fair
63 Batupasir Tufan moderately weathered Very Blocky 50 – 55 Fair
64 Batupasir Tufan moderately weathered Very Blocky 50 – 55 Fair
Diskripsi penilaian setiap kelas GSI batuan permukaan adalah sebagai berikut :
1. Tingkat poor dengan nilai GSI 21-40
Tingkat kualitas massa batuan poor berdasarkan klasifikasi Geological
Strength Index (Hoek dan Marinos, 2000) memiliki rentang nilai antara 21 sampai
40, berada pada satuan batuan batu pasir tufan. Dimana tingkat pelapukan yang
terjadi di zona ini pelapukan tinggi (highly weathered) dengan tingkat pelapukan
yang terjadi di batuan induk sebesar 75% - 90% menjadi tanah. Pada kualitan massa
batuan ini batuan yang ditemukan di lapangan memiliki struktur disintegrated dan
117
blocky. Batuan memiliki sifat fragmen yang runcing dan cenderung mudah hancur.
Selain itu juga butiran pada batuan cenderung rounded
2. Tingkat fair dengan nilai GSI 41-55
Tingkat kualitas massa batuan fair berdasarkan klasifikasi Geological
Strength Index (Hoek dan Marinos, 2000) memiliki rentang nilai antara 41 sampai
55, berada pada satuan batuan batu pasir tufan dan dasit. Dimana tingkat pelapukan
yang terjadi di zona ini pelapukan sedang (moderately weathered) dan tinggi
(highly weathered) dengan tingkat pelapukan yang terjadi di batuan induk sebesar
75% - 90% menjadi tanah. Pada kualitan massa batuan ini batuan yang ditemukan
di lapangan memiliki struktur blocky/disturbed - very block. Batuan memiliki sifat
angular block. Penampakan batuan dengan tingkat GSI fair sesuai Gambar 5.16
Gambar 5.16. Penilaian GSI permukaan pada STA 20 dengan kualitas massa batuan fair
(kamera menghadap barat).
118
3. Nilai GSI 56-75 (good)
Tingkat kualitas massa batuan fair berdasarkan klasifikasi Geological
Strength Index (Hoek dan Marinos, 2000) memiliki rentang nilai antara 56 sampai
75, berada pada satuan batuan andesit dan dasit. Dimana tingkat pelapukan yang
terjadi di zona ini pelapukan rendah (slighly weathered) dengan tingkat pelapukan
yang terjadi di batuan induk sebesar 0% - 25% menjadi tanah dan ciri terdapat
perubahan warna. Pada kualitan massa batuan ini batuan yang ditemukan di
lapangan memiliki struktur block - very block. Massa batuan memiliki hubungan
well interlocking terbentuk dari balok 3 set bidang diskontinuitas. Penampakan
batuan dengan tingkat GSI fair sesuai Gambar 5.17
Gambar 5.17. Penilaian GSI permukaan pada STA 36 dengan kualitas massa batuan good
(kamera menghadap utara).
Dari tingkat nilai GSI yang diperoleh dari pengamatan 64 stasiun titik amat
di daerah penelitian pada peta lintasan sehingga zona penyebaran nilai GSI sesuai
Gambar 5.18.
119
Gambar 5.18. Peta Geological Strength Index (GSI) daerah penelitian
120
Sifat Keteknikan Batuan Utuh (intact rock) dan Tanah Permukaan
Pada subbab ini menjelaskan hasil pengujian laboratorium sifat keteknikan
dari batuan utuh (intact rock) dan tanah permukaan yang meliputi sifat indeks dan
sifat mekanika. Sampel batuan utuh yang diuji dari lapangan berjumlah 10 batuan
yang dipreparasi terlebih dahulu, sedangkan sampel tanah permukaan yang diuji
berjumlah 9 sampel. Sampel batuan yang diambil untuk diuji sifat mekaniknya dan
sampel tanah yang diuji sifat indeks, sifat mekanikanya dapat dilihat pada peta
lintasan Gambar 5.7
Pengujian sifat indeks tanah yang dilakukan meliputi densitas bulk (ρb),
densitas kering (ρb), kandungan air (w), specific grafvity (Gs), porositas (n), rasio
pori (e) dilakukan pada semua jenis dan tanah.
Sifat mekanika yang digunakan dalam penelitian ini terbagi menjadi dua,
yaitu untuk batuan menggunakan parameter kuat tekan batuan menggunakan point
load untuk didapatkan nilai UCS (Uniaxial Compressive Strength) batuan,
sedangkan untuk tanah akan menggunakan parameter kuat geser yang berupa
kohesi dan sudut gesek dalam menggunakan pengujian metode geser langsung
(direct shear). Hasil pengujian sifat indeks tanah sesuai Tabel 5.2, untuk pengujian
laboratorium mekanika tanah sesuai tabel 5.3. Hasil pengujian sifat mekanika
batuan yaitu metode point load sesuai tabel 5.4.
121
Tabel 5.3. Hasil pengujian laboratorium sifat indeks tanah permukaan
No Kode Sampel
Sifat Indeks
ρb ρsat ρd γ γsat γd w n Sg e S
gr/cm3 Mg/m3 gr/cm3 Mg/m3 gr/cm3 Mg/m3 MN/m3 MN/m3 MN/m3 % % %
1 UDS inlet 1 1.336 1.336 1.510 1.510 0.852 0.852 0.013 0.015 0.008 56.70 65.84 2.49 1.93 73.37
2 UDS 8 Bk 1.300 1.300 1.630 1.630 1.000 1.000 0.013 0.016 0.010 24.60 61.60 2.70 1.60 41.40
3 UDS outlet 2 1.100 1.100 1.520 1.520 0.843 0.843 0.011 0.015 0.008 32.00 67.60 2.65 2.10 40.47
4 UDS 5 Ps 1.100 1.100 1.560 1.560 0.900 0.900 0.011 0.015 0.009 25.00 66.16 2.61 1.96 33.44
5 UDS 9 Ps 1.200 1.200 1.550 1.550 1.028 1.028 0.012 0.015 0.010 19.20 51.33 2.14 1.05 39.09
6 UDS Outlet 3 1.100 1.100 1.540 1.540 0.900 0.900 0.011 0.015 0.009 24.60 63.22 2.48 1.72 35.61
7 UDS 6 BK 1.200 1.200 1.650 1.650 1.000 1.000 0.012 0.016 0.010 17.00 64.58 2.89 1.82 26.83
8 UDS Inlet 3 1.200 1.200 1.540 1.540 0.900 0.900 0.012 0.015 0.009 31.90 64.52 2.50 1.82 43.87
9 UDS 7 Bk 1.257 1.257 1.640 1.640 1.000 1.000 0.012 0.01 0.010 21.40 62.63 2.81 1.68 35.85
Keterangan : ρb = bulk density ; ρsat = saturated density ; ρd = dry density ; γ = unit weight ; γsat = saturated unit weight ; γd = dry unit
weight ; w = water content ; n = porosity ; sg = specific gravity ; e = void ratio ; S = saturation degree
122
Tabel 5.4. Hasil pengujian sifat mekanika pada sampel tanah (soil)
No Kode Sampel
Distribusi Ukuran Butir Direct Shear
Gravel Sand Silt Clay Cu Cc Jenis Tanah c ф
% % % % ASTM ASTM kPa o
1 UDS inlet 1 3.02 88.82 5.33 2.83 4.4960 0.5932 SW-SM Well-graded sand with silt 59.990 11.110
2 UDS 8 Bk 2.74 46.5 28.37 22.39 12.8926 1.0025 ML
Sandy Silt
3 UDS outlet 3 8.13 76.42 11.10 5.72 17.074 2.2646 SM Silty Sand 56.490 12.01
4 UDS 5 Ps 0.27 76.46 17.58 3.76 2.2965 0.9215 SM Silty Sand
5 UDS 9 Ps 0 51.65 34.46 13.89 18.0897 1.4948 SM Silty Sand
6 UDS Outlet 2 1.32 50.51 31.50 16.67 18.2222 0.3615 SM Silty Sand 58.120 33.390
7 UDS 6 BK 0.68 84.50 9.38 5.45 9.5972 1.2273 SM Silty Sand
8 UDS Inlet 3 0.09 56.69 28.56 14.66 23.8298 2.235 SM Silty Sand 54.66 14.92
9 UDS 7 Bk 0 66.98 20.72 12.33 37.5111 2.2130 SM Silty Sand
123
Tabel 5.5. Hasil sifat mekanika sampel batuan utuh permukaan menggunakan metode point load
No. L W D Volume P A De2 De Is F Is(50) UCS
SAMPEL Test mm mm mm mm3 kN mm2 mm2 mm MPa MPa MPa
01NJG 1 20 30 25 15000 0.2 750 955.4 30.9 0.21 0.8 0.17 3.20
2 20 30 25 15000 0.1 750 955.4 30.9 0.10 0.8 0.08 1.60
3 20 30 25 15000 0.15 750 955.4 30.9 0.16 0.8 0.13 2.40
02NJG 1 25 30 40 30000 1.5 1200 1528.7 39.1 0.98 0.9 0.88 16.69
2 25 30 40 30000 1.7 1200 1528.7 39.1 1.11 0.9 1.00 18.92
3 25 30 40 30000 1.5 1200 1528.7 39.1 0.98 0.9 0.88 16.69
03NJG 1 25 40 30 30000 0.15 1200 1528.7 39.1 0.10 0.9 0.09 1.67
2 20 30 20 12000 0.1 600 764.3 27.6 0.13 0.8 0.10 1.90
3 20 30 20 12000 0.1 600 764.3 27.6 0.13 0.8 0.10 1.90
04NJG 1 25 40 30 30000 0.1 1200 1528.7 39.1 0.07 0.9 0.06 1.11
2 25 40 30 30000 0.1 1200 1528.7 39.1 0.07 0.9 0.06 1.11
3 25 40 30 30000 0.1 1200 1528.7 39.1 0.07 0.9 0.06 1.11
05NJG 1 25 40 30 30000 1 1200 1528.7 39.1 0.65 0.9 0.59 11.13
2 20 30 25 15000 0.8 750 955.4 30.9 0.84 0.8 0.67 12.81
3 25 40 30 30000 1 1200 1528.7 39.1 0.65 0.9 0.59 11.13
06NJG 1 25 30 40 30000 6 1200 1528.7 39.1 3.93 0.9 3.51 66.76
2 20 20 30 12000 4.8 600 764.3 27.6 6.28 0.8 4.81 91.39
3 20 20 30 12000 4.5 600 764.3 27.6 5.89 0.8 4.51 85.68
07NJG 1 25 30 40 30000 0.1 1200 1528.7 39.1 0.07 0.9 0.06 1.11
124
Lanjutan Tabel 5.6. Hasil sifat mekanika sampel batuan utuh permukaan menggunakan metode point load
2 25 30 40 30000 0.1 1200 1528.7 39.1 0.07 0.9 0.06 1.11
3 25 30 40 30000 0.1 1200 1528.7 39.1 0.07 0.9 0.06 1.11
08NJG 1 20 25 30 15000 0.1 750 955.4 30.9 0.10 0.8 0.08 1.60
2 20 25 30 15000 0.1 750 955.4 30.9 0.10 0.8 0.08 1.60
3 20 25 30 15000 0.1 750 955.4 30.9 0.10 0.8 0.08 1.60
09NJG 1 25 30 40 30000 20 1200 1528.7 39.1 13.08 0.9 11.71 222.54
2 25 30 40 30000 5 1200 1528.7 39.1 3.27 0.9 2.93 55.63
3 25 30 40 30000 18 1200 1528.7 39.1 11.78 0.9 10.54 200.28
10NJG 1 25 30 40 30000 0.1 1200 1528.7 39.1 0.07 0.9 0.06 1.11
2 25 30 40 30000 0.1 1200 1528.7 39.1 0.07 0.9 0.06 1.11
3 25 30 40 30000 0.1 1200 1528.7 39.1 0.07 0.9 0.06 1.11
125
Geological Strength Index (GSI) Batuan Bawah Permukaan
Kualitas massa batuan di bawah permukaan daerah kontruksi terowongan
pengelak didapatkann dari pengukuran nilai GSI dari core pemboran di jalur
terowongan pengelak. Nilai GSI didapatkan dari kondisi nilai kondisi kekar (joint
condition) dan nilai rock quality designation (RQD). Untuk pencarian nilai kondisi
kekar dilihat dari adanya infilling atau tidak (Bieniawski, 1989). Nilai rock quality
designation (RQD) didapatkan dari panjang core >10 cm dibagi panjang total dikali
100% (Deere dan Miller, 1996).
Untuk mengetahui kualitas massa batuan daerah penelitian dilakukan
pengamatan titik bor di atas terowongan 2 yang berjumlah 8 titik bor, yaitu NA 03,
NA 06, NA 08, NA 13, NA 16, NA 19, NA 22. Titik bor NA 03 berada pada sisi
outlet terowongan, semakin ke arah titik bor NA 22 semakin ke arah sisi inlet
terowongan. Dari titik bore (core) NA 03 sampai NA 13 ditemukan batuan sedimen
seperti, batupasir tufan, batulanau tufan, batukerikilan tufan, mulai titik bore (core)
NA 16 sampai NA 22 ditemukan jenis batuan beku yaitu dasit. Pemilihan 7 titik
core karena 7 titik bor ini yang mempresentasikan keadaan batuan bawah
permukaan di terowongan 2 (tunnel 2). Kualitas GSI massa batuan bawah
permukaan berdasarkan klasifikasi dalam Das dkk (2013) pada core hasil
pengeboran terdapat 3 (tiga) kelas massa batuan, yaitu : poor (21-40), fair (41-55)
dan good (56-75). Hasil dari penilaian GSI batuan setiap core pada setiap
kedalaman dapat dilihat pada Lampiran II.
126
A. NA 03
Pada titik bor NA 03 ini dilakukan pemboran sedalam 20 meter, pelaksanaan
pemboran pada titik bor ini tidak terlalu dalam karena berada pada sisi outlet dari
terowongan pengelak. Nilai Geological Strength Index (GSI) memiliki kisaran nilai
dari 44 sampai 87,5. Pada kedalaman 0 m sampai 6 m terlihat berupa tanah sehingga
tidak memiliki nilai GSI. Karena nilai GSI yang bervariasi setiap meternya
kemudian dicari rata-rata nilai GSI sehingga dapat dimasukkan dalam kualitas
massa batuan dengan tingkat sedang (fair) dan tingkat baik (good). Sehingga pada
kedalaman 6 m sampai 8 m memiliki nilai GSI = 53 termasuk tingkat kualitas massa
batuan sedang (fair). Pada kedalaman 8 m sampai 20 m memiliki nilai GSI = 74
termasuk dalam tingkat kualitas massa batuan baik (good). Hasil penilaian GSI
secara lengkap dapat dilihat pada Lampiran II.1.
B. NA 06
Pada titik bor NA 06 ini dilakukan pemboran cukup dalam yaitu sampai pada
kedalaman 35 meter. Nilai Geological Strength Index (GSI) memiliki kisaran nilai
dari 30 sampai 87,5. Pada kedalaman 0 m sampai 3 m terlihat berupa tanah sehingga
tidak memiliki nilai GSI. Karena nilai GSI yang bervariasi setiap meternya
kemudian dicari rata-rata nilai GSI sehingga dapat dimasukkan dalam kualitas
massa batuan dengan tingkat buruk (poor), tingkat sedang (fair) dan tingkat baik
(good). Sehingga pada kedalaman 3 m sampai 7 m memiliki nilai GSI = 32
termasuk tingkat kualitas massa batuan buruk (poor). Pada kedalaman 8 m sampai
14 m memiliki nilai GSI = 54,9 termasuk dalam tingkat kualitas massa batuan
sedang (fair). Pada kedalaman 15 m sampai 35 m memiliki nilai GSI = 69,3
127
termasuk dalam tingkat kualitas massa batuan baik (good). Hasil penilaian GSI
secara lengkap dapat dilihat pada Lampiran II.2.
C. NA 08
Pada titik bor NA 08 ini dilakukan pemboran cukup dalam yaitu sampai pada
kedalaman 35 meter. Nilai Geological Strength Index (GSI) memiliki kisaran nilai
dari 15 sampai 82,5. Pada kedalaman 0 m sampai 7 m terlihat berupa tanah sehingga
tidak memiliki nilai GSI. Karena nilai GSI yang bervariasi setiap meternya
kemudian dicari rata-rata nilai GSI sehingga dapat dimasukkan dalam kualitas
massa batuan dengan tingkat buruk (poor) dan tingkat baik (good). Sehingga pada
kedalaman 7 m sampai 23 m memiliki nilai GSI = 66,1 termasuk tingkat kualitas
massa batuan baik (good). Pada kedalaman 23 m sampai 25 m memiliki nilai GSI
= 15 termasuk dalam tingkat kualitas massa batuan buruk (poor). Pada kedalaman
25 m sampai 35 m memiliki nilai GSI = 68,2 termasuk dalam tingkat kualitas massa
batuan baik (good). Hasil penilaian GSI secara lengkap dapat dilihat pada Lampiran
II.3.
D. NA 13
Pada titik bor NA 13 ini dilakukan pemboran cukup dalam yaitu sampai pada
kedalaman 35 meter. Nilai Geological Strength Index (GSI) memiliki kisaran nilai
dari 30 sampai 78,5. Pada kedalaman 0 m sampai 5 m terlihat berupa tanah sehingga
tidak memiliki nilai GSI. Pada titik bor NA 13 ini terdapat 3 tingkat kualitas massa
batuan, yaitu tingkat buruk (poor), tingkat sedang (fair) dan tingkat baik (good).
Sehingga pada kedalaman 5 m sampai 8 m memiliki nilai GSI = 30 termasuk tingkat
kualitas massa batuan buruk (poor). Pada kedalaman 8 m sampai 17 m memiliki
128
nilai GSI = 64,7 termasuk dalam tingkat kualitas massa batuan baik (good). Pada
kedalaman 17 m sampai 27 m memiliki nilai GSI = 53,9 termasuk dalam tingkat
kualitas massa batuan sedang (fair). Pada kedalaman 27 m sampai 35 m memiliki
nilai GSI = 73,8 termasuk dalam tingkat kualitas massa batuan baik (good). Hasil
penilaian GSI secara lengkap dapat dilihat pada Lampiran II.4.
E. NA 16
Pada titik bor NA 16 ini dilakukan pemboran cukup dalam yaitu sampai pada
kedalaman 35 meter. Nilai Geological Strength Index (GSI) memiliki kisaran nilai
dari 15 sampai 75,5. Pada kedalaman 0 m sampai 2 m terlihat berupa tanah sehingga
tidak memiliki nilai GSI. Pada titik bor NA 19 ini terdapat 2 tingkat kualitas massa
batuan, yaitu tingkat sedang (fair) dan tingkat baik (good). Sehingga pada
kedalaman 2 m sampai 10 m memiliki nilai GSI = 62,3 termasuk tingkat kualitas
massa batuan baik (good). Pada kedalaman 10 m sampai 20 m memiliki nilai GSI
= 48,05 termasuk dalam tingkat kualitas massa batuan sedang (fair). Pada
kedalaman 20 m sampai 35 m memiliki nilai GSI = 61,3 termasuk dalam tingkat
kualitas massa batuan baik (good). Hasil penilaian GSI secara lengkap dapat dilihat
pada Lampiran II.5.
F. NA 19
Pada titik bor NA 19 ini dilakukan pemboran cukup dalam yaitu sampai pada
kedalaman 30 meter. Nilai Geological Strength Index (GSI) memiliki kisaran nilai
dari 15 sampai 77,5. Pada kedalaman 0 m sampai 5 m terlihat berupa tanah sehingga
tidak memiliki nilai GSI. Pada titik bor NA 19 ini terdapat 2 tingkat kualitas massa
batuan, yaitu tingkat sedang (fair) dan tingkat baik (good). Sehingga pada
129
kedalaman 5 m sampai 14 m memiliki nilai GSI = 41,3 termasuk tingkat kualitas
massa batuan sedang (fair). Pada kedalaman 14 m sampai 30 m memiliki nilai GSI
= 74,9 termasuk dalam tingkat kualitas massa batuan baik (good). Hasil penilaian
GSI secara lengkap dapat dilihat pada Lampiran II.6.
G. NA 22
Pada titik bor NA 22 ini dilakukan pemboran dangkal yaitu sampai pada
kedalaman 20 meter. Titik bor ini hanya dibor dangkal karena berdekatan dengan
inlet atau pintu masuk dari saluran air sungai. Nilai Geological Strength Index (GSI)
memiliki kisaran nilai dari 30 sampai 84. Pada kedalaman 0 m sampai 2 m terlihat
berupa tanah sehingga tidak memiliki nilai GSI. Pada titik bor NA 22 ini terdapat 2
tingkat kualitas massa batuan, yaitu tingkat sedang (fair) dan tingkat baik (good).
Sehingga pada kedalaman 2 m sampai 4 m memiliki nilai GSI = 51 termasuk tingkat
kualitas massa batuan sedang (fair). Pada kedalaman 4 m sampai 20 m memiliki
nilai GSI = 70,5 termasuk dalam tingkat kualitas massa batuan baik (good). Hasil
penilaian GSI secara lengkap dapat dilihat pada Lampiran II.7.
Nilai GSI bawah permukaan setiap titik bor (core) tiap meternya memiliki
nilai GSI yang bervarisai, bahkan pada litologi yang sama dapat memiliki nilai GSI
yang berbeda atau pada litologi yang sama memiliki tingkat kualitas massa batuan
yang berbeda. Sehingga dalam penelitian dalam penentuan GSI batuan bawah
permukaan dibedakan dalam setiap litologinya, penilaian GSI ini akan digunakan
dalam pemodelan kestabilan terowongan. Pembagian litologi dan kualitas massa
batuan berdasarkan nilai GSI bawah permukaan daerah terowongan terdiri dari 8
jenis antara lain : Batupasir tufan kualitas poor, Batupasir tufan kualitas fair,
130
Batupasir tufan kualitas good, Batulanau tufan kualitas fair, Batulempung kualitas
fair, Konglomerat kualitas fair, Batupasir kerikilan kualitas poor, Batupasir
kerikilan kualitas fair, Dasit kualitas good. Sketsa litologi yang dibagi dengan
penilaian GSI dapat dilihat sesuai Gambar 5.19.
Gambar 5.19. Sketsa penilaian GSI atau kualiatas massa batuan bawah permukaan daerah
penelitian
Sifat Keteknikan Batuan Utuh (intact rock) Bawah Permukaan
Sifat keteknikan batuan utuh (intact rock) bawah permukaan didapatkan dari
pengujian laboratorium yang meliputi sifat indeks dan sifat mekaniknya. Selain itu
sifat keteknikan didapatkan dari data sekunder yang dilakukan pengujian oleh
konsultan yaitu PT. Virama Karya. Pengujian sifat indeks batuan utuh bawah
131
permukaan yang dilakukan meliputi densitas bulk (ρb), densitas kering (ρb),
kandungan air (w), specific grafvity (Gs), porositas (n), rasio pori (e) dilakukan pada
sampel core dan batuan pada terowongan.
Untuk penentuan sifat mekanika batuan, didapatkan dari pengujian dengan
metode Unconfined Comprossive Strength. Pengujian ini untuk mendapatkan nilai
kuat tekan uniaksial, poisson ratio, dan modulus elastisitas. Nilai modulus young,
kohesi, sudut gesek didapatkan dari data sekunder yang dilakukan pengujian oleh
konsultan. Hasil pengujian sifat indeks dan mekanika batuan bawah permukaan
dapat dilihat pada Tabel 5.5.
132
Tabel 5.7. Data hasil pengujian sifat indeks dan mekanika pada sampel batuan (intack rock) bawah pemukaan dan data sekunder
No Kode Sampel
Bulk
Unit
Weight
Saturated
Unit
Weight
Dry
Unit
Weight
Natural
Water
Content
Porosity
(n)
Specific
Gravity
(Sg)
Void
Ratio
( e )
Young's
Modulus
(Intack
Rock)
Poison
Ratio UCS
MN/m3 MN/m3 MN/m3 % % MPa MPa
1 NA20 Pasir Tufan 0.024 0.025 0.023 1.855 17.898 2.916 0.218 46.230 0.060 0.970
2 T196 0.027 0.026 0.021 6.522 16.629 2.943 0.381 236.360 0.220 1.010
3 NA08 DS 1 0.014 0.02 0.01 24.05 50.78 2.31 1.03 213.78 0.30 2.55
4 NA13 DS 1 0.013 0.01 0.01 25.70 43.48 1.92 0.77 711.96 0.29 11.38
5 NA13 DS 2 0.013 0.02 0.01 26.57 53.92 2.34 1.17 48.15 0.28 0.53
6 NA13 DS 3 0.013 0.01 0.01 51.54 63.40 2.39 1.73 25.69 0.29 0.30
7 NA16 DS 1 0.016 0.02 0.01 6.21 41.21 2.54 0.70 445.22 0.30 3.81
8 NA22 DS 1 0.025 0.03 0.02 1.76 8.18 2.72 0.09 2490.89 0.33 11.81
9 NA08 DS 3 0.017 0.02 0.02 10.93 37.75 2.53 0.61 80.71 0.30 0.87
10 T197 0.029 0.03 0.03 14.54 5.68 2.64 0.06 175.00 0.14 1.29
11 NA03 DS 2 0.012 0.01 0.01 26.95 58.61 0.93 1.42 21.87 0.27 0.26
12 NA21 0.024 0.02 0.02 3.58 16.63 2.61 16.63 30.77 0.24 0.40
13 NA06 0.022 0.02 0.02 4.40 45.46 2.94 0.83 283.33 0.06 4.16
14 NA19 DS 1 0.015 0.02 0.01 16.05 45.33 2.37 0.83 423.65 0.29 5.16
15 NA19 DS 2 0.025 0.03 0.03 1.30 5.42 2.70 0.06 828.66 0.31 6.76
16 NA20 Dacite 0.027 0.03 0.03 1.17 16.63 2.78 16.63 2082.86 0.10 26.74
17 NA22 DS 2 0.025 0.03 0.02 2.41 8.88 2.77 0.10 2873.35 0.33 19.73
18 NA22 DS 3 0.025 0.03 0.03 1.10 5.24 2.71 0.06 2608.57 0.33 24.03
19 NA17 DS 3 0.015 0.02 0.01 17.30 44.25 2.40 0.79 16.48 0.28 0.18
20 T195 0.030 0.02 0.03 44.33 27.56 2.89 0.38 23.75 0.18 0.31
133
V.1.5 Satuan Karakteristik Geologi Teknik Batuan Permukaan
Berdasarkan aspek-aspek yang dibahas yang telah dibahas meliputi aspek
geomorfologi, aspek litologi, struktur, sifat keteknikan, kualitas massa batuan
beradasarkan nilai GSI dan tingkat pelapukan batuan. Sehingga didapatkan 5 satuan
geologi teknik pada daerah penelitian antara lain :
A. Satuan Batupasir Tufan Lapuk Tinggi
Terdiri dari batupasir tufan memiliki warna abu-abu keputih-putihan
hingga abu-abu kecoklat-coklatan, memiliki struktur sedimen berlapis, tekstur
batuan berdasarkan ukuran butir pasir halus sampai pasir sedang, tingkat
kebundaran subangular, sortasi sedang, kemas tertutup (grain supported
fabric). Batuan yang tersingkap pada satuan ini sebagian besar memiliki tingkat
pelapukan tinggi (highly weathered). Selain itu terdapat litologi sisipan
batulanau tufan.
Tanah residu di atasnya memiliki jenis Silty Sand (ASTM, 2000) yang
berwarna cokelat kekuning-kuningan. Satuan ini memiliki kandungan air (w) :
16,2 % – 18,3 %, densitas total (bulk) 1,2 gr/cm3, densitas kering : 1 - 1,1
gr/cm3, specific gravity 2,14 gr/cm3, rasio pori (e) : 1,05, porositas (n) : 51,33%,
dan derajad saturasi (S) : 39,09%. Nilai kekuatan intact rock pada satuan ini :
point load index (Is50) 0,09-0,1 MPa, dan nilai UCS 1,67 – 1,69 MPa.
134
B. Satuan Batupasir Tufan Lapuk Sedang
Terdiri dari batupasir tufan memiliki warna abu-abu keputih-putihan
hingga abu-abu kecoklat-coklatan, memiliki struktur sedimen berlapis, tekstur
batuan berdasarkan ukuran butir pasir halus sampai pasir sedang, tingkat
kebundaran subangular, sortasi sedang, kemas tertutup (grain supported
fabric). Batuan yang tersingkap pada satuan ini sebagian besar memiliki tingkat
pelapukan sedang (moderately weathered). Selain itu terdapat litologi sisipan
batulanau tufan.
Tanah residu di atasnya memiliki jenis Well-Graded Sand With Silt dan
Silty Sand (ASTM, 2000) yang berwarna cokelat kekuning-kuningan. Satuan
ini memiliki kandungan air (w) : 24,6 % – 56,7 %, densitas total (bulk) 1,1 -
1,4 gr/cm3, densitas kering : 0,8 – 0,9 gr/cm3, specific gravity 2,48 – 2,69
gr/cm3, rasio pori (e) : 1,72 – 2,1, porositas (n) : 63,22 – 67,7%, dan derajad
saturasi (S) : 33,44 – 73,37%. Nilai kekuatan intact rock pada satuan ini : point
load index (Is50) 0,06 – 0,17 Mpa, dan nilai UCS 1,11 – 3,2 MPa.
C. Satuan Dasit Lapuk Sedang
Satuan ini memiliki warna abu-abu keputih-putihan, coklat keputih-
putihan, ukuran kristal <1-3 mm, fenokris : 1-3 mm, massa dasar : <1 mm,
tekstur berdasarkan kristalinitas : holokristalin, tekstur berdasakran
granularitas porfiroafanitik, tekstur berdasarkan hubungan kristal euhedral,
memiliki struktur masif. Batuan yang tersingkap pada satuan ini sebagian besar
memiliki tingkat pelapukan sedang (moderately weathered). Selain itu juga
ditemui litologi pada sedikit singkapan berupa lapilli tuff.
135
Tanah residu di atasnya memiliki jenis Sandy Silt (ASTM, 2000) yang
berwarna cokelat kekuning-kuningan. Satuan ini memiliki kandungan air (w) :
23,6 % – 24,8 %, densitas total (bulk) 1,3 gr/cm3, densitas kering : 1 gr/cm3,
specific gravity 2,7 gr/cm3, rasio pori (e) : 1,76, porositas (n) : 61,6 %, dan
derajad saturasi (S) : 41,4 %. Nilai kekuatan intact rock pada satuan ini : point
load index (Is50) 0,59 – 0,88 MPa, dan nilai UCS 11,13 – 16,69 MPa.
D. Satuan Dasit Lapuk Rendah
Satuan ini memiliki warna putih kecoklat-coklatan , ukuran kristal <1-3
mm, fenokris : 1-3 mm, massa dasar : <1 mm, tekstur berdasarkan kristalinitas
: holokristalin, tekstur berdasakran granularitas porfiroafanitik, tekstur
berdasarkan hubungan kristal euhedral, memiliki struktur masif. Batuan yang
tersingkap pada satuan ini sebagian besar memiliki tingkat pelapukan rendah
(silghly weathered).
Tanah residu di atasnya memiliki jenis Silt Sand (ASTM, 2000) yang
berwarna cokelat kekuning-kuningan. Satuan ini memiliki kandungan air (w) :
14,1 % – 18,4 %, densitas total (bulk) 1,2 gr/cm3, densitas kering : 1 gr/cm3,
specific gravity 2,89 gr/cm3, rasio pori (e) : 1,82, porositas (n) : 64,58 %, dan
derajad saturasi (S) : 26,53 %. Nilai kekuatan intact rock pada satuan ini : point
load index (Is50) 3,51 – 4,81 MPa, dan nilai UCS 66,76 – 91,39 MPa.
E. Satuan Andesit Lapuk Rendah
Satuan andesit lapuk rendah ini memiliki warna abu-abu kecoklat-
coklatan, ukuran kristal <1-3 mm, fenokris : 1-3 mm, massa dasar : <1 mm,
136
tekstur berdasarkan kristalinitas : holokristalin, tekstur berdasakran
granularitas porfiroafanitik, tekstur berdasarkan hubungan kristal euhedral,
memiliki struktur masif. Batuan yang tersingkap pada satuan ini memiliki
tingkat pelapukan rendah (silghly weathered).
Tanah residu di atasnya memiliki jenis Silt Sand (ASTM, 2000) yang
berwarna cokelat kekuning-kuningan. Satuan ini memiliki kandungan air (w) :
20,4 % – 22,3 %, densitas total (bulk) 1,2 – 1,3 gr/cm3, densitas kering : 1
gr/cm3, specific gravity 2,81 gr/cm3, rasio pori (e) : 1,68, porositas (n) : 62,63
%, dan derajad saturasi (S) : 35,85 %. Nilai kekuatan intact rock pada satuan
ini : point load index (Is50) 2,93 – 11,71 MPa, dan nilai UCS 55,63 – 222,54
MPa.
Persebaran zonasi satuan karakteristik geologi Teknik pada daerah
penelitian sesuai Gambar 5.20.
137
Gambar 5. 20. Peta geologi teknik daerah penelitian
138
V.2 Analisis Kestabilan Lereng pada Portal Terowongan
Analisis kestabilan lereng dilakukan pada bagian portal inlet dan outlet
terowongan 2. Analisis kestabilan lereng menggunakan perangkat lunak Rock
Science 2 dengan menggunakan metode Strength Reduction Factor (SRF), dengan
batasan faktor keamanan (FS) tanpa beban gempa yang diijinkan yaitu sebesar 1,5
untuk kondisi lereng batuan yang bersifat permanen dan 1,3 untuk kondisi lereng
batuan yang bersifat sementara. Input parameter berupa : 1. data geometri lereng
portal inlet dan outlet terowongan 2 yang diperoleh dari Balai Besar Wilayah
Sungai Citarum, 2. Nilai koefisien gempa dengan menggunakan metode
pseudostatik untuk kestabilan lereng diperoleh sebesar 0.22 g dari perhitungan yang
mengacu pada SNI 8460:2017., 3. Sifat keteknikan tanah dan batuan yang diperoleh
dari sampel hasil pengeboran yang telah diuji di laboratorium antara lain : nilai GSI,
bulk density, saturated density, dry density, nilai UCS, young madulus (E), poisson
ratio, kohesi (C), dan sudut gesek dalam (ϕ) sesuai Tabel. 5.6.
Tabel 5.8. material properties analisis kestabilan lereng portal terowongan
Litologi GSI
Kualitas
Massa
Batuan
Bulk
Unit
Weight
Saturated
Unit
Weight
Dry
Unit
Weight
Young's
Modulus
Poison
Ratio UCS C ф
MN/m3 MN/m3 MN/m3 MPa MPa MPa
Batupasir
Tufan 26.00 Poor 0.025 0.026 0.022 8.970 0.140 0.990
Batupasir
Tufan 48.00 Fair 0.014 0.017 0.012 6.870 0.300 0.297
Batupasir
Krikilan 51.00 Fair 0.018 0.020 0.017 115.290 0.175 4.658
Dacite 73.13 Good 0.026 0.026 0.025 1652.060 0.268 19.315
Concrete
Tunnel 0.024 0.2
Tanah 0.012 0.016 0.009 12.263 0.300 0.057 17.858
139
Dalam analisis kestabilan lereng ini akan membandingkan faktor keamanan
(FS) kondisi lereng alamiah dan lereng setelah mengalami penggalian terowongan
sesuai desain dengan memperhitungkan beban gempa maupun tidak
memperhitungkan beban gempa sehingga kita dapat mengetahui pengaruh
pembangunan terowongan terhadap lereng alamiah, apakah akan memberikan
dampak yang lebih baik atau akan memperendah nilai angka keamanan dari lereng
tersebut. Hasil analisis kestabilan lereng menggunakan perangkat lunak Rock
Science 2 pada daerah penelitian sesuai Tabel.5.7.
Tabel 5.9. Angka keamanan (FS) berdasarkan analisis kestabilan lereng menggunakan
Perangkat lunak Rock Science 2
Lereng Kondisi
Angka Keamanan (FS)
Keterangan Tanpa
beban gempa
Dengan
beban gempa
Inlet
Lereng
alamiah 3.86 1.92 Kemiringan lereng + 17°
Lereng hasil
penggalian 3.35 1.85
Desain lereng sesuai dengan
lereng alami tanpa bench yang
dipotong tegak lurus pada portal
Outlet
Lereng
alamiah 2.27 1.40 Kemiringan lereng + 34°
Lereng hasil
penggalian 3.67 2.41
Desain lereng sesuai dengan
lereng alami tanpa bench yang
dipotong tegak lurus pada portal
Pembahasan secara lebih lanjut tentang kestabilan lereng pada portal
terowongan akan dijelaskan pada Bab VI (Pembahasan).
V.3 Analisis Metode Ekskavasi
Analisis terkait metode ekskavasi dilakukan pada bukaan terowongan untuk
mengetahui metode penggalian yang paling efisien. Parameter yang digunakan
dalam menentukan metode ekskavasi ini adalah parameter sifat mekanika batuan
140
yaitu point load yang dikorelasikan dengan kondisi diskontinuitas batuan berupa
kekar-kekar yang terdapat di daerah penelitian. Penentuan metode ekskavasi pada
penelitian mengacu kepada grafik ekskavabilitas (Pettifer dan Fokes, 1994). Hasil
dalam analisis ini akan didapatkan metode penggalian dan tipe dari peralatan
ekskavasi pada bukaan terowongan dengan mempertimbangkan parameter geologi
teknik yaitu indeks spasi diskuntinuitas (If) dan indeks kekuatan point load (Is(50)).
Hasil dari analisis metode ekskavasi bukaan terowongan di daerah penelitian dapat
dilihat pada Tabel 5.8.
Tabel 5.10. Hasil analisis metode ekskavasi bukaan terowongan di daerah penilitian
Berdasarkan hasil analisis dari beberapa STA yang terdapat variasi jumlah
kekar dan nilai point loadnya, dimana kemudian diplot dalam grafik ekskavabilitas
maka dapat disimpulkan bahwa metode ekskavasi yang dapat dilakukan pada
bukaan terowongan di daerah studi adalah menggunakan metode blasting pada
bagian inlet yang tersusun oleh batuan keras dasit dan hard digging pada bagian
outlet yang tersusun dari batuan lunak batupasir. Secara lebih detail mengenai hal
ini akan diuraikan pada Bab VI (Pembahasan).
No STA Litologi Jv If
Point
Load
Metode
Ekskavasi
1 1 Dasit S1 1.300 1.350 = 1.325
2 36 Dasit S1 1.000 1.000 1.000 = 1.000
3 18 Batupasir tuffan S1 0.120 0.115 = 0.118 8.511 0.353 0.060 Hard diging
4 16 Batupasir tuffan S1 0.030 0.025 0.270 = 0.108
S2 0.040 0.030 0.035 = 0.035
5 6 Batupasir tuffan S1 0.120 0.104 = 0.112
S2 0.160 0.180 = 0.170
6 60 Batupasir tuffan S1 0.400 0.350 0.092 = 0.281
S2 0.450 0.400 = 0.425
S3 0.130 0.150 = 0.140
1.000
Blasting
13.059 0.230 0.100 Hard diging
0.880 Blasting
14.811 0.203 0.100 Hard diging
37.802 0.079 0.170 Hard diging
3.000
Spasi (m)
0.755 3.975 0.590
141
V.4 Analisis Kestabilan Terowongan
Pertama yang dilakukan adalah menganalisis kualitas massa batuan bawah
permukaan dari hasil bor dengan menggunakan metode Geological Strength Index
(GSI). Selanjutnya hasil dari penilaian GSI bawah permukaan dikorelasikan
menjadi RMR dan Q System. Propertis material batuan yang digunakan sebagai
input parameter dengan menggunakan perangkat lunak Rock Science 2 berupa sifat
indeks dan mekanika batuan utuh seperti berat jenis (γsat), UCS, nilai GSI, litologi
(mi), disturbance faktor (D=0), dan Modulus Young dan poisson ratio. Untuk
batuan menggunakan kriteria keruntuhan generalized Hoek-Brown sehingga
didapatkan parameter (mb, s, a) dan modulus deformasi dari rock mass. Untuk tanah
menggunakan kriteria keruntuhan Mohr-Coulomb. Parameter propertis material
yang digunakan dalam penelitian sesuai Tabel 5.9.
Tabel 5.11. Parameter propertis material analisis kestabilan terowongan di daerah penelitian
No Kode Sampel
Saturated
Unit
Weight
Young's
Modulus
(Intack
Rock)
Young's
Modulus
(Rock
mass)
Poison
Ratio UCS GSI mb s a
MN/m3 MPa MPa MPa
1 Batupasir
Tufan Poor 0.03 141.30 8.97 0.14 0.99 26.00 1.21 0.0003 0.53
2 Batupasir
Tufan fair 0.02 462.87 186.39 0.30 6.96 54.75 3.41 0.0067 0.50
3 Batupasir
Tufan Good 0.02 752.49 396.86 0.30 4.11 71.75 6.20 0.0433 0.50
4 Konglomerat
Fair 0.02 127.85 39.27 0.22 1.08 50.00 3.52 0.0039 0.51
5 Batulanau
Tufan fair 0.01 21.87 5.94 0.27 0.26 48.00 1.40 0.0067 0.50
6 Batupasir
Krikilan Poor 0.02 30.77 1.84 0.24 0.40 25.00 1.17 0.0002 0.53
7 Batupasir
Krikilan Fair 0.02 353.49 115.29 0.18 4.66 51.00 2.95 0.0043 0.51
8 Dacite Good 0.03 2098.36 1652.06 0.27 19.32 73.13 9.53 0.0498 0.50
9 Batulempung
Fair 0.02 20.11 5.46 0.23 0.24 48.00 0.62 0.0031 0.51
10 Grouting 0.017 291.12 - 0.34 3.53 - - - -
11 Concrete
Tunnel 0.024 27.33 - 0.2 - - - - -
142
Analisis sistem penyangga terowongan dilakukan dengan membandingkan
sistem penyangga berdasarkan kondisi terowonga tanpa perkuatan yang telah
diperkuat dengan grouting, perkuatan desain awal, perkuatan metode RMR, dan
perkuatan metode Q-System.
Perkuatan dengan grouting sebelumnya dilaksanakan untuk memperkuat
kondisi tanah dan batuan diatas terowongan sesuai Gambar 5.21.
Gambar 5.21. Perkuatan dengan groutng sesuai desain perencanaan.
Dalam analisis diperlukan data seperti field stress, material propeties, support
system properties, geometri terowongan, beben gempa, dan kedalaman muka air
tanah. Analisis kestabilan sistem penyangga akan menilai failure zone dengan
143
menilai besaran total displacement yang terjadi pada atap terowongan dan yielded
element. Analisis akan dilakukan pada kondisi bukaan terowongan sebelum
dilengkapi sistem penyangga dan setelah diberi perkuatan dengan
memperhitungkan beban gempa maupun tidak memperhitungkan beban gempa.
Field stress properties diperlukan untuk menggambarkan in situ stress yang
terjadi pada bukaan terowongan. Penentuan tegangan in situ ini berupa dua arah
tegangan dalam batuan dalam arah horisontal (σh) dan vertikal (σv). Dikarenakan
tidak dilakukannya pengukuran tegangan in situ secara langsung dilapangan, maka
dalam penentuan σv dan σh, ditentukan dengan pendekatan bahwa σv dipengaruhi
kedalaman overburden, sedangkan dalam penetuan σh menggunakan stress ratio.
Penentuan besaran nilai k (stress ratio) bedasarkan persamaan Sheorey 1994
dengan menggunakan parameter kedalaman z (m) dan modulus rock mass Em
(Hoek and Diederichs, 2006) sehingga didapatkan nilai stress ratio (k) sebesar 0.3
yang akan digunakan dalam simulasi pemodelan perkuatan sistem penyangga
terowongan. persamaan Sheorey 1994 sesuai persamaan 3.40, persamaan Hoek and
Diederichs, 2006 sesuai persamaan 3.41. Hasil perhitungan nilai Z dapat dilihat
pada Tabel 5.10. Hasil perhitungan nilai Em dapat dilihat pada Tabel 5.11. Hasil
perhitungan nilai k dapat dilihat pada Tabel 5.12.
𝐾 = 0.25 + 7𝐸ℎ(0.001 +1
𝑧) (3.40)
dimana, K=Stress ratio, Eh=Modulul horisontal, z=Kedalaman
𝐸𝑟𝑚 = 𝐸𝑖(0.02 +1−
𝐷
2
1+𝑒((
60+15𝐷−𝐺𝑆𝐼11
))) (3.41)
144
dimana, 𝐸𝑟𝑚 = Modulus rock mass, 𝐸𝑖 = Modulus, D=Faktor penggalian
Tabel 5.12. Tabel hasil perhitungan penentuan nilai Z
No Titik Bor
Kedalaman
Terowongan
(m)
1 NA 6 22
2 NA 8 33
3 NA 13 33
4 NA 16 33
5 NA 19 23
6 NA 22 13
Kedalaman rata-rata 26
Tabel 5.13. Tabel hasil perhitungan penentuan nilai Em
No Litologi Kondisi
σci
(UCS) Ei (GPa) Rockmass Class Em (GPa)
Mpa measured
(Gpa)
Ei =
MR*σci GSI RMR Q
Hoek and
Diederichs
(2006)
1 Batupasir tufan
poor Poor 0.990 0.0090 0.198 26 31 0.05 0.001
2 Batupasir tufan
fair Fair 6.964 0.1864 1.915 55 60 4.47 0.075
3 Batupasir tufan
good Good 4.112 0.3969 1.439 72 77 60.72 0.303
4 Batulpasir
krikilan poor Poor 0.400 0.0018 0.080 25 30 0.05 0.000
5 Batulpasir
krikilan fair Fair 4.658 0.1153 1.281 51 56 2.51 0.038
6 Batulempung fair Fair 0.243 0.0055 0.061 48 53 1.58 0.001
7 Batulanau tufan
fair Fair 0.260 0.0059 0.098 48 53 1.58 0.002
8 Konglomerat
Fair Fair 1.081 0.0393 0.378 50 55 2.15 0.012
9 Dacite good Good 19.315 1.6521 8.692 73 78 74.99 1.301
Nilai rata-rata 0.193
Tabel 5.14. Tabel hasil perhitungan penentuan nilai k
Parameter
Hoek and
Diederichs
(2006)
z (m) 26
Em (GPa) 0.2
k (Sheorey, 1994) 0.3
145
Support system properties diperlukan untuk memodelkan perkuatan sistem
penyangga terowongan dalam analisis numerik mengunakan perangkat lunak Rock
Science 2. Support system properties yang digunakan dalam penelitian ini sesuai
dengan desain awal, yang juga digunakan untuk metode RMR dan Q-System yaitu
berupa properties rock bolt, forepoling, shotcrete, wiremesh, steel rib dan lining
tunnel sesuai Tabel 5.13. s.d. Tabel 5.18.
Tabel 5.15. Properties of Rockbolt
Length Diameter
Typical
Tensile
Strength
Young's
Modulus
Poisson's
Ratio
Bond
Shear
Stiffness
Yield
Strength
m mm kN MN/m/m MPa
4 25 178 200000 0.25 12000 588
Tabel 5.16. Properties of Shotcrete
Young's
Modulus Poisson's
Ratio
Uniaxial
Compressive
Strength
Thickness Tensile
Strength
MPa MPa (cm) MPa
20311 0.15 19.0 25 0.024
Tabel 5.17. Properties of Wiremesh
Type Material Diameter
Sectional Area
Momen of Inertia
Young's Modulus
Poisson's Ratio
Spacing
mm m2 mm4 Mpa (cm)
Canada SS400 6 0.0000283 0.000063620 200000 0.25 15
Tabel 5.18. Properties of Stell Arch / Steel Rib
Type Material Dimension
Sectional
Area
Momen of
Inertia
Young's
Modulus Poisson's
Ratio
Spacing
mm m2 cm4 MPa (cm)
H-beam SS400 H-
150x150x7x10 0.00163 0.0000062 200000 0.25 100
H-beam SS400 H-
200x200x8x12 0.00191 0.0000128 200000 0.25 100
Tabel 5.19. Properties of Forepoling
Length Diameter Unit Weight Young's Modulus Poisson's Ratio
m mm Mn/m3
4 42.1 0.033 50103.3 0.28
146
Tabel 5.20. Properties of Invert/Lining Tunnel
Thickness Young's
Modulus Poisson's Ratio
Uniaxial
Compressive
Strength
Tensile Strength
m MPa MPa MPa
0.6 27081 0.2 40.0 3
Sistem penyangga untuk berbagai kondisi sesuai Tabel 5.19 s.d. Tabel 5.21.
Tabel 5.21. Sistem penyangga berdasarkan desain rencana
No Titik
Bor
Nilai
RMR
Rock
mass
Quality
Sistem penyangga Desain rencana berdasarkan Klasifikasi RMR
1 NA 06 58.48 Fair
Rockbolt : L=4m, s=1,2 m in crown and wall, diameter 2,5 cm
wiremesh : in crown & wall
Shotcrete : t = 25 cm in crown and wall (K225)
Steel Ribs : H Beam H-200 in crown and wall, Spasi = 1 m
Forepoling : L=3m, s=0,6 m, diameter 4.21 cm, sudut 20'
Invert/Lining : t = 60 cm (K400)
2 NA 08 56.9 Fair
Rockbolt : L=4m, s=1,2 m in crown and wall, diameter 2,5 cm
wiremesh : in crown & wall
Shotcrete : t = 20 cm in crown and wall (K225)
Steel Ribs : H Beam H-150 in crown and wall, Spasi = 1 m
Invert/Lining : t = 60 cm (K400)
3 NA 13 57 Fair
Rockbolt : L=4m, s=1,2 m in crown and wall, diameter 2,5 cm
wiremesh : in crown & wall
Shotcrete : t = 20 cm in crown and wall (K225)
Steel Ribs : H Beam H-150 in crown and wall, Spasi = 1 m
Invert/Lining : t = 60 cm (K400)
4 NA 16 55.06 Fair
Rockbolt : L=4m, s=1,2 m in crown and wall, diameter 2,5 cm
wiremesh : in crown & wall
Shotcrete : t = 20 cm in crown and wall (K225)
Steel Ribs : H Beam H-150 in crown and wall, Spasi = 1 m
Invert/Lining : t = 60 cm (K400)
5 NA 19 65.75 Good
Rockbolt : L=4m, s=1,2 m in crown and wall, diameter 2,5 cm
wiremesh : in crown & wall
Shotcrete : t = 25 cm in crown and wall (K225)
Steel Ribs : H Beam H-200 in crown and wall, Spasi = 1 m
Forepoling : L=3m, s=0,6 m, diameter 4.21 cm, sudut 20'
Invert/Lining : t = 60 cm (K400)
6 NA 22 62.68 Good
Rockbolt : L=4m, s=1,2 m in crown and wall, diameter 2,5 cm
wiremesh : in crown & wall
Shotcrete : t = 25 cm in crown and wall (K225)
Steel Ribs : H Beam H-200 in crown and wall, Spasi = 1 m
Forepoling : L=3m, s=0,6 m, diameter 4.21 cm, sudut 20'
Invert/Lining : t = 60 cm (K400)
147
Tabel 5. 22. Sistem penyangga berdasarkan RMR
No Titik
Bor
Nilai
RMR
Rock
mass
Quality
Sistem penyangga berdasarkan Klasifikasi RMR
1 NA 06 58.48 Fair
Rockbolt : L=4m, s=1,5 m in crown and wall
wiremesh : in crown
Shotcrete : t = 100 mm (crown), t= 30 mm (wall)
Invert/Lining : t = 60 cm (K400)
2 NA 08 56.9 Fair
Rockbolt : L=4m, s=1,5 m in crown and wall
wiremesh : in crown
Shotcrete : t = 100 mm (crown), t= 30 mm (wall)
Invert/Lining : t = 60 cm (K400)
3 NA 13 57 Fair
Rockbolt : L=4m, s=1,5 m in crown and wall
wiremesh : in crown
Shotcrete : t = 100 mm (crown), t= 30 mm (wall)
Invert/Lining : t = 60 cm (K400)
4 NA 16 55.06 Fair
Rockbolt : L=4m, s=1,5 m in crown and wall
wiremesh : in crown
Shotcrete : t = 100 mm (crown), t= 30 mm (wall)
Invert/Lining : t = 60 cm (K400)
5 NA 19 65.75 Good
Rockbolt : L=3 m, s=2,5 m in crown
wiremesh : in crown
Shotcrete : t = 50 mm (crown)
Invert/Lining : t = 60 cm (K400)
6 NA 22 62.68 Good
Rockbolt : L=3 m, s=2,5 m in crown
wiremesh : in crown
Shotcrete : t = 50 mm (crown)
Invert/Lining : t = 60 cm (K400)
Tabel 5.23. Sistem penyangga berdasarkan Q system
No Titik
Bor Nilai Q
Sistem
Rock
mass
Quality
Sistem penyangga berdasarkan Klasifikasi Q system
1 NA 06 3.68 Poor
Rockbolt : L=2.8 , s=2 m in crown and wall
Shotcrete : t = 45 mm
Invert/Lining : t = 60 cm (K400)
2 NA 08 2.88 Poor
Rockbolt : L=2.8 , s=1.85 m in crown and wall
Shotcrete : t = 50 mm
Invert/Lining : t = 60 cm (K400)
3 NA 13 2.93 Poor
Rockbolt : L=2.8 , s=1.9 m in crown and wall
Shotcrete : t = 48 mm
Invert/Lining : t = 60 cm (K400)
4 NA 16 2.17 Poor
Rockbolt : L=2.8 , s=1.8 m in crown and wall
wiremesh : in crown & wall
Shotcrete : t = 70 mm
Invert/Lining : t = 60 cm (K400)
5 NA 19 11.22 Good Rockbolt : L=2.8 , s=2.4 m in crown and wall
Invert/Lining : t = 60 cm (K400)
6 NA 22 7.00 Fair Rockbolt : L=2.8 , s=2.25 m in crown and wall
Invert/Lining : t = 60 cm (K400)
148
Hasil analisis penentuan sistem penyangga terowongan dan hasil analisis
kestabilan terowongan pada setiap titik bor pada lokasi bukaan terowongan dapat
dilihat pada Tabel 5.22 sampai Tabel 5.25, sedangkan semua hasil pemodelan dapat
dilihat pada Lampiran VII. Untuk penjelasan lebih detail mengenai analisis
kestabilan terowongan akan diuraikan pada Bab VI (Pembahasan).
149
Tabel 5.24. Hasil analisis kestabilan roof displacement terowongan tanpa beban gempa
Tabel 5.25. Hasil analisis kestabilan roof displacement terowongan dengan beban gempa
(%) (m) (%) (%) (m) (%) (%) (m) (%)
1 NA 6 0.0390 319 0.0375 285 34 10.66 0.0015 3.85 0.0390 279 40 12.54 0.0000 0.00 0.0390 279 40 12.54 0.0000 0.00
2 NA 8 0.0105 180 0.0015 196 -16 -8.89 0.0090 85.71 0.0015 201 -21 -11.67 0.0090 85.71 0.0045 189 -9 -5.00 0.0060 57.14
3 NA 13 0.0040 291 0.0040 217 74 25.43 0.0000 0.00 0.0030 206 85 29.21 0.0010 25.00 0.0040 211 80 27.49 0.0000 0.00
4 NA 16 0.0143 86 0.0072 87 -1 -1.16 0.0071 49.65 0.0095 81 5 5.81 0.0048 33.57 0.0086 81 5 5.81 0.0058 40.21
5 NA 19 0.0054 63 0.0010 51 12 19.05 0.0044 81.48 0.0010 47 16 25.40 0.0044 81.48 0.0010 47 16 25.40 0.0044 81.48
6 NA 22 0.0026 13 0.0012 10 3 23.08 0.0014 53.85 0.0015 9 4 30.77 0.0011 42.31 0.0015 9 4 30.77 0.0011 42.31
17.67 11.36 0.0039 45.76 21.50 15.34 0.0034 44.68 22.67 16.17 0.0029 36.86
Roof
Displacement
(m)
Yielded
Element
Pengurangan
Yielded Element
Pengurangan Roof
Displacement
Rata-rata pengurangan roof displacement dan yielded element
Pengurangan
Yielded Element
Pengurangan Roof
Displacement
Roof
Displacement
(m)
Yielded
Element
Pengurangan
Yielded Element
Pengurangan Roof
Displacement
No Bor hole
Perbandingan Roof Displacement tanpa Beban Gempa
Tanpa Penyangga (m) Desain Rencana RMR Q-System
Roof
Displacement
(m)
Yielded
Element
Roof
Displacement
(m)
Yielded
Element
(%) (m) (%) (%) (m) (%) (%) (m) (%)
1 NA 6 0.0490 1086 0.0420 987 99 9.12 0.0070 14.29 0.0450 999 87 8.01 0.0040 8.16 0.0480 989 97 8.93 0.0010 2.04
2 NA 8 0.0135 628 0.0080 455 173 27.55 0.0055 40.74 0.0060 443 185 29.46 0.0075 55.56 0.0060 453 175 27.87 0.0075 55.56
3 NA 13 0.0300 450 0.0120 504 -54 -12.00 0.0180 60.00 0.0135 496 -46 -10.22 0.0165 55.00 0.0090 499 -49 -10.89 0.0210 70.00
4 NA 16 0.0200 341 0.0140 343 -2 -0.59 0.0060 30.00 0.0175 345 -4 -1.17 0.0025 12.50 0.0150 339 2 0.59 0.0050 25.00
5 NA 19 0.0085 214 0.0030 215 -1 -0.47 0.0055 64.71 0.0027 216 -2 -0.93 0.0058 68.24 0.0027 215 -1 -0.47 0.0058 68.24
6 NA 22 0.0120 167 0.0017 169 -2 -1.20 0.0104 86.25 0.0015 168 -1 -0.60 0.0105 87.50 0.0036 154 13 7.78 0.0084 70.00
35.50 3.74 0.0087 49.33 36.50 4.09 0.0078 47.83 39.50 5.64 0.0081 48.47Rata-rata pengurangan roof displacement dan yielded element
Pengurangan
Yielded Element
Pengurangan Roof
Displacement
Roof
Displacement
(m)
Yielded
Element
Pengurangan
Yielded Element
Pengurangan Roof
Displacement
Roof
Displacement
(m)
Yielded
Element
Pengurangan
Yielded Element
Pengurangan Roof
Displacement
Roof
Displacement
(m)
Yielded
Element
No Bor hole
Perbandingan Roof Displacement dengan Beban Gempa
Tanpa Penyangga (m) Desain Rencana RMR Q-System
Roof
Displacement
(m)
Yielded
Element
150
Tabel 5.26. Hasil analisis kestabilan invert displacement terowongan tanpa beban gempa
Tabel 5.27. Hasil analisis kestabilan invert displacement terowongan dengan beban gempa
(%) (m) (%) (%) (m) (%) (%) (m) (%)
1 NA 6 0.0570 319 0.0475 285 34 10.66 0.0095 16.67 0.0540 279 40 12.54 0.0030 5.26 0.0540 279 40 12.54 0.0030 5.26
2 NA 8 0.0225 180 0.0225 196 -16 -8.89 0.0000 0.00 0.0225 201 -21 -11.67 0.0000 0.00 0.0225 189 -9 -5.00 0.0000 0.00
3 NA 13 0.0320 291 0.0180 217 74 25.43 0.0140 43.75 0.0180 206 85 29.21 0.0140 43.75 0.0180 211 80 27.49 0.0140 43.75
4 NA 16 0.0068 86 0.0060 87 -1 -1.16 0.0008 11.11 0.0060 81 5 5.81 0.0008 11.11 0.0063 81 5 5.81 0.0005 6.67
5 NA 19 0.0036 63 0.0026 51 12 19.05 0.0010 27.78 0.0030 47 16 25.40 0.0006 16.67 0.0030 47 16 25.40 0.0006 16.67
6 NA 22 0.0026 13 0.0018 10 3 23.08 0.0008 30.77 0.0021 9 4 30.77 0.0005 19.23 0.0020 9 4 30.77 0.0007 25.00
17.67 11.36 0.0043 21.68 21.50 15.34 0.0031 16.00 22.67 16.17 0.0031 16.22
Pengurangan Invert
Displacement
Invert
Displacement
(m)
Yielded
Element
Pengurangan
Yielded Element
Pengurangan Invert
Displacement
Rata-rata pengurangan invert displacement dan yielded element
Yielded
Element
Pengurangan
Yielded Element
Pengurangan Invert
Displacement
Invert
Displacement
(m)
Yielded
Element
Pengurangan
Yielded Element
No Bor hole
Perbandingan Invert Displacement tanpa Beban Gempa
Tanpa Penyangga (m) Desain Rencana RMR Q-System
Invert
Displacement
(m)
Yielded
Element
Invert
Displacement
(m)
(%) (m) (%) (%) (m) (%) (%) (m) (%)
1 NA 6 0.0595 1086 0.0510 987 99 9.12 0.0085 14.29 0.0570 999 87 8.01 0.0025 4.20 0.0540 989 97 8.93 0.0055 9.24
2 NA 8 0.0180 628 0.0240 455 173 27.55 -0.0060 -33.33 0.0260 443 185 29.46 -0.0080 -44.44 0.0240 453 175 27.87 -0.0060 -33.33
3 NA 13 0.0300 450 0.0180 504 -54 -12.00 0.0120 40.00 0.0180 496 -46 -10.22 0.0120 40.00 0.0180 499 -49 -10.89 0.0120 40.00
4 NA 16 0.0080 341 0.0060 343 -2 -0.59 0.0020 25.00 0.0075 345 -4 -1.17 0.0005 6.25 0.0075 339 2 0.59 0.0005 6.25
5 NA 19 0.0035 214 0.0027 215 -1 -0.47 0.0008 22.86 0.0030 216 -2 -0.93 0.0005 14.29 0.0030 215 -1 -0.47 0.0005 14.29
6 NA 22 0.0080 167 0.0018 169 -2 -1.20 0.0062 77.50 0.0023 168 -1 -0.60 0.0058 71.88 0.0020 154 13 7.78 0.0060 75.00
35.50 3.74 0.0039 24.38 36.50 4.09 0.0022 15.36 39.50 5.64 0.0031 18.57
Pengurangan Invert
Displacement
Invert
Displacement
(m)
Yielded
Element
Pengurangan
Yielded Element
Pengurangan Invert
Displacement
Rata-rata pengurangan invert displacement dan yielded element
Yielded
Element
Pengurangan
Yielded Element
Pengurangan Invert
Displacement
Invert
Displacement
(m)
Yielded
Element
Pengurangan
Yielded Element
No Bor hole
Perbandingan Invert Displacement dengan Beban Gempa
Tanpa Penyangga (m) Desain Rencana RMR Q-System
Invert
Displacement
(m)
Yielded
Element
Invert
Displacement
(m)
151
BAB VI
PEMBAHASAN
VI.1 Karakteristik Geologi Teknik Daerah Penelitian
Kondisi geologi teknik pada daerah penelitian terdiri atas 3 satuan batuan
yaitu satuan dasit, satuan andesit, dan satuan batupasir tufan. Lokasi pembangunan
terowongan berada pada satuan batupasir tufan. Berdasarkan hasil penyelidikan bor
inti maka dapat diketahui pada bagian inlet tersusun atas batuan keras yaitu dasit
dan pada bagian outlet tersusun oleh batuan lunak batupasir tufan sesuai Gambar
6.1.
Gambar 6.1 Profil geologi sepanjang terowongan
Struktur geologi yang ditemukan pada daerah penelitian berupa sesar geser
sinistral dengan arah N224°E/85°. Sesar geser sinistral ini memotong batuan dasit
yang berada pada bedrock sungai dan membelokkan arah Sungai Citarum dari timur
menuju barat daya namun tidak memotong rencana trase terowongan yang akan
dibangun sehingga tidak mempengaruhi pembangunan terowongan.
152
Berdasarkan penilaian nilai GSI batuan bawah permukaan, lokasi terowongan
masuk kedalam zona kualitas massa batuan sedang (41-54). Kualitas GSI massa
batuan bawah permukaan, pada core hasil pengeboran terdapat 3 (tiga) kelas massa
batuan, yaitu : poor (21-40), fair (41-55) dan good (56-75) sesuai Gambar 6.2.
Gambar 6.2. Profil GSI sepanjang terowongan
Berdasarkan aspek-aspek yang dibahas yang telah dibahas meliputi aspek
geomorfologi, aspek litologi, struktur, sifat keteknikan, kualitas massa batuan
beradasarkan nilai GSI dan tingkat pelapukan batuan. Sehingga didapatkan 5 satuan
geologi teknik pada daerah penelitian antara lain : Satuan Batupasir Tufan Lapuk
Tinggi, Satuan Batupasir Tufan Lapuk Sedang, Satuan Dasit Lapuk Sedang, Satuan
Dasit Lapuk Rendah, dan Satuan Andesit Lapuk Rendah. Lokasi terowongan
terletak pada Satuan Batupasir Tufan Lapuk Sedang.
153
VI.2 Evaluasi Kemiringan Lereng Pada Portal Terowongan
Berdasarkan peta zona kerentanan gerakan tanah Kabupaten Bandung
Provinsi Jawa Barat yang diterbitkan oleh Pusat Vulkanologi dan Mitigasi Bencana
Geologi Badan Geologi Departemen energi dan Sumber Daya Mineral (2009),
daerah penelitian terletak pada zona gerakan tanah menengah. Pada zona ini dapat
terjadi gerakan tanah terutama pada daerah yang berbatasan dengan lembah sungai,
gawir, tebing jalan atau jika lereng mengalami gangguan. Gerakan tanah lama dapat
aktif kembali akibat curah hujan yang tinggi dan erosi yang kuat. Kisaran
kemiringan lereng mulai dari landai (5 - 15 %) sampai curam hingga hampir tegak
(50 - 70 %) , tergantung pada kondisi fisik dan keteknikan batuan dan tanah
pelapukan pembentukan lereng. Kondisi vegetasi penutup kurang sampai sangat
jarang. Menurut klasifikasi kemiringan lereng dari Van Zuidam (1983), kondisi
eksisting kemiringan lereng pada portal terowongan bagian inlet sebesar + 17° dan
bagian outlet sebesar + 34° dimana termasuk dalam kategori curam yang memiliki
proses denudasional intensif, gerakan massa rayapan dan landslide dapat terjadi
dengan erosi cukup intensif.
Hasil analisis dengan memperhitungkan dan tidak memperhitungkan beban
gempa menunjukkan lereng alamiah dan lereng hasil penggalian terowongan sesuai
desain perencanaan bagian inlet maupun outlet berada pada kondisi stabil. Hal itu
ditunjukkan oleh nilai angka keamanan lereng alamiah tanpa memperhitungkan
beban gempa sebesar 3.86 (inlet) dan 2.27 (outlet), nilai angka keamanan lereng
alamiah dengan memperhitungkan beban gempa sebesar 1.92 (inlet) dan 1.40
(outlet). Sementara nilai angka keamanan lereng hasil penggalian tanpa
154
memperhitungkan beban gempa sebesar 3.35 (inlet) dan 3.67 (outlet), nilai angka
keamanan lereng hasil penggalian dengan memperhitungkan beban gempa sebesar
1.85 (inlet) dan 2.41 (outlet). Jenis litologi pemodelan lereng alamiah sesuai
Gambar 6.3. Jenis litologi pemodelan lereng hasil penggalian desain perencanaan
dapat dilihat pada Gambar 6.5. Hasil pemodelan lereng alamiah dan hasil penggalian
sesuai desain perencanaan dapat dilihat pada Gambar 6.4 dan Gambar 6.6.
Gambar 6.3. Litologi pemodelan lereng alamiah.
Lereng alami (inlet)
Lereng alami (outlet)
155
Gambar 6.4. Output pemodelan lereng alamiah
SRF lereng alami tanpa gempa (inlet) SRF lereng alami dengan gempa (inlet)
SRF lereng alami tanpa gempa (outlet) SRF lereng alami dengan gempa (outlet)
SRF = 3,86
SRF = 1,40 SRF = 2,27
SRF = 1,92
156
Gambar 6.5. Litologi pemodelan lereng hasil penggalian sesuai desain perencanaan
Lereng Desain Rencana (inlet)
Lereng Desain Rencana (outlet)
157
Gambar 6.6. Output pemodelan lereng hasil penggalian sesuai desain perencanaan
SRF lereng desain tanpa gempa (inlet) SRF lereng desain dengan gempa (inlet)
SRF lereng desain tanpa gempa (outlet) SRF lereng desain dengan gempa (outlet)
SRF = 3,35 SRF = 1,85
SRF = 3,67 SRF = 2,41
158
Berdasarkan hasil analisis kestabilan lereng di atas, angka kemiringan
lereng pada sisi inlet dan outlet kondisi alami, kondisi penggalian, kondisi tanpa
beban gempa, dan kondisi dengan beban gempa dalam kondisi aman/stabil. Kondisi
ini berbeda dengan hipotesis yang menyatakan bahwa daerah penelitian terletak
pada zona kerentanan gerakan tanah menengah, sehingga mempunyai potensi besar
akan terjadinya longsoran pada portal terowongan, apabila dilakukan pekerjaan
penggalian lereng.
VI.3 Evaluasi Metode Ekskavasi Pada Terowongan
Dalam penelitian ini untuk menentukan jenis peralatan ekskavasi
menggunakan data nilai indeks spasi dikontinuitas (If) dan indeks kekuatan point
load (Is(50)) yang diperoleh dari singkapan batuan permukaan di daerah penelitian.
Ploting hasil korelasi antara spasi diskontinuitas dan indeks point load pada 6 STA
di daerah penelitian dapat dilihat pada Gambar 6.7.
Berdasarkan hasil ploting pada grafik ekskavabilitas (Pettifer dan Fokes,
1994), maka metode ekskavasi atau penggalian bukaan terowongan yang sesuai
pada daerah penelitian adalah menggunakan metode blasting pada bagian inlet yang
tersusun oleh batuan keras dasit dan hard digging dengan peralatan yang
direkomendasikan yaitu CAT 245, backhoe atau face sovel pada bagian outlet yang
tersusun dari batuan lunak batupasir.
159
Gambar 6.7 Titik plot penentuan metode ekskavasi di daerah penelitian
Hasil analisis diatas sesuai dengan hipotesis yang menyatakan bahwa Kondisi
geologi teknik daerah penelitian disekitar rencana terowongan tersusun dari
tuffaceous sandstone yang merupakan jenis batuan lunak dan dacite yang
merupakan jenis batuan keras sehingga metode penggalian yang tepat untuk
dilaksanakan adalah dengan drilling dan blasting.
160
Berdasarkan klasifikasi RMR, jenis batuan yang ada pada daerah penelitian
tersusun atas massa batuan yang memiliki kualitas baik (good) dan sedang (fair)
sehingga dapat ditentukan metode penggalian yang tepat berupa full face untuk
batuan dengan kondisi baik (good) dan heading and bench untuk batuan dengan
kondisi sedang (fair).
VI.4 Evaluasi Sistem Penyangga Terowongan
Penentuan sistem penyangga terowongan pada penelitian ini menggunakan
data dasar berupa penilaian kualitas massa batuan bawah permukaan pada 6 titik
bor pada rencana pembangunan terowongan 2, yaitu pada titik bor NA 6, NA 8, NA
13, NA 16, NA 19, dan NA 22. Penentuan sistem penyangga terowongan
didasarkan pada klasifikasi kualitas massa batuan berdasarkan GSI yang diperoleh
dari pengamatan data bor yang kemudian dikorelasikan dalam nilai RMR dan Q
system untuk menentukan tipe desain sistem penyangga terowongan sesuai dengan
kualitas massa batuannya. penentuan desain sistem penyangga menurut klasifikasi
RMR merujuk pada Tabel 3.14, sedangkan untuk sistem penyangga menurut
klasifikasi Q system merujuk pada Gambar 3.17.
Perhitungan kondisi field stress properties dilakukan dengan melakukan
ratio antara tegangan horizontal terhadap tegangan vertikal yang didapatkan dari
perhitungan overburden. Berdasarkan hasil analisa data menurut Sheorey (1994),
dari masing-masing titik bor sepanjang trase terowongan dan hubungan antara sifat
keteknikan dan kualitas massa batuan maka didapatkan nilai K= 0,3. Setelah
diperoleh nilai K maka digunakan untuk melakukan simulasi pemodelan sistem
penyangga yang terpilih untuk masing-masing bore hole berdasarkan kualitas
161
massa batuanya. Dalam penelitian ini mengunakan metode analisis numerik dengan
perangkat lunak Rock Science 2.
Berdasarkan klasifikasi GSI, daerah penelitian yaitu terowongan 2
tersusun atas massa batuan yang memiliki kualitas baik (good) dan sedang (fair)
sehingga jenis perkuatan sistem penyangga berdasarkan klasifikasi RMR pada
dapat di bagi menjadi 2 kategori sebagai berikut:
a. Pada kualitas massa batuan baik (good), jenis perkuatan sistem penyangganya
adalah pemasangan bolt pada crown dengan panjang 3 meter, jarak 2,5 meter
dan shotcrete pada crown dengan tebal 50 milimeter yang dilengkapi dengan
wire mesh.
b. Pada kualitas massa batuan sedang, jenis perkuatan sistem penyangganya
adalah pemasangan bolt sistematis panjang 4 meter dengan jarak 1.5-2 meter
pada crown dan wall, shotcrete 50-100 milimeter yang dilengkapi dengan wire
mesh pada bagian atap, dan shotcrete 100 centimeter pada bagian dinding.
Penentuan sistem penyangga terowongan berdasarkan klasifikasi Qsystem
(Lwin, 2009), ditentukan berdasarkan nilai Q, tinggi terowongan atau span dan nilai
ESR (Excvation Support Ratio). Tinggi terowongan yang digunakan dalam
penelitian ini sebesar 9,2 meter sedangkan untuk nilai ESR sadalah 1,6 sehingga
didapatkan perbandingan antara tinggi dan ESR sebesar 5,75. Sistem penyangga
pada 6 titik bor terowongan di daerah penelitian sesuai Gambar 6.8.
162
NA 6, NA 8, NA 13, NA 16, NA 19, NA 22
Gambar 6.8. Titik plot penentuan sistem penyangga berdasarkan Q system di daerah
penelitian
Berdasarkan gambar diatas maka sistem perkuatan penyangga terowongan
pada setiap titik bor dapat dilihat pada Tabel 6.1.
Tabel 6.1. Perkuatan penyangga pada setiap titik bor.
No. Titik
Bor Jenis Perkuatan
1 NA 6 Pemasangan rockbolt dengan panjang 2,8 m, spasi 2 m, shotcrete dengan
tebal 45 mm pada atap dan dinding
2 NA 8 Pemasangan rockbolt dengan panjang 2,8 m, spasi 1,85 m, shotcrete dengan
tebal 50 mm pada atap dan dinding
3 NA 13 Pemasangan rockbolt dengan panjang 2,8 m, spasi 1,9 m, shotcrete dengan
tebal 48 mm pada atap dan dinding
4 Na 16 Pemasangan rockbolt dengan panjang 2,8 m, spasi 1,8 m, shotcrete dengan
tebal 48 mm, dan wiremesh pada atap dan dinding
5 NA 19 Pemasangan rockbolt dengan panjang 2,8 m, spasi 2,4 m, pada atap dan
dinding
6 NA 22 Pemasangan rockbolt dengan panjang 2,8 m, spasi 2,25 m, pada atap dan
dinding.
163
Contoh hasil pemodelan untuk kondisi terowongan tanpa perkuatan yang
telah diperkuat dengan grouting pada titik bor NA 6 dapat dilihat pada Gambar 6.9.
dan Gambar 6.10. Contoh hasil pemodelan roof displacement pada bore hole NA 6
dengan metode analisis numerik mengunakan perangkat lunak Rock Science 2
sesuai Gambar 6.11 s.d. Gambar 6.14. Contoh hasil pemodelan invert displacement
pada bore hole NA 6 dengan metode analisis numerik mengunakan perangkat lunak
Rock Science 2 sesuai Gambar 6.17 s.d. Gambar 6.20.
Gambar 6.9. Pemodelan dengan perkuatan grouting titik bor NA 6.
164
Gambar 6.10. Hasil pemodelan dengan perkuatan grouting titik bor NA 6.
165
Tanpa beban gempa Dengan beban gempa
Roof displacement = 0.039
Yielded element = 319
Roof displacement = 0.049
Yielded element = 1086
Gambar 6.11 Hasil analisis pemodelan numerik roof displacement pada bore hole NA 6 tanpa sistem penyangga
166
Tanpa beban gempa Dengan beban gempa
Roof displacement = 0.0375
Yielded element = 285
Roof displacement = 0.042
Yielded element = 987
Gambar 6.12 Hasil analisis pemodelan numerik roof displacement pada bore hole NA 6 dengan sistem penyangga berdasarkan desain rencana
167
Tanpa beban gempa Dengan beban gempa
Roof displacement = 0.039
Yielded element = 279
Roof displacement = 0.045
Yielded element = 999
Gambar 6.13. Hasil analisis pemodelan numerik roof displacement pada bore hole NA 6 dengan sistem penyangga berdasarkan RMR
168
Tanpa beban gempa Dengan beban gempa
Roof displacement = 0.039
Yielded element = 279
Roof displacement = 0.048
Yielded element = 989
Gambar 6.14. Hasil analisis pemodelan numerik roof displacement pada bore hole NA 6 dengan sistem penyangga berdasarkan q system
169
Berdasarkan analisis data pada masing-masing sistem penyangga menurut
klasifikasi massa batuan RMR, Q system serta desain rencana maka besaran roof
displacement dapat dilihat pada Gambar 6.13 dan Gambar 6.14 berikut ini.
Gambar 6.15 Roof displacement pada variasi sistem penyangga tanpa beban gempa
Gambar 6. 16. Roof displacement pada variasi sistem penyangga dengan beban gempa
NA 6 NA 8 NA 13 NA 16 NA 19 NA 22
Tanpa Penyangga 0.0390 0.0105 0.0040 0.0143 0.0054 0.0026
Desain 0.0375 0.0015 0.0040 0.0072 0.0010 0.0012
RMR 0.0390 0.0015 0.0030 0.0095 0.0010 0.0015
Q-System 0.0390 0.0045 0.0040 0.0086 0.0010 0.0015
0.00000.00500.01000.01500.02000.02500.03000.03500.04000.0450
Perbandingan roof displacement tanpa gempa
Tanpa Penyangga Desain RMR Q-System
NA 6 NA 8 NA 13 NA 16 NA 19 NA 22
Tanpa Penyangga 0.0490 0.0135 0.0300 0.0200 0.0085 0.0120
Desain 0.0420 0.0080 0.0120 0.0140 0.0030 0.0017
RMR 0.0450 0.0060 0.0135 0.0175 0.0027 0.0015
Q-System 0.0480 0.0060 0.0090 0.0150 0.0027 0.0036
0.0000
0.0100
0.0200
0.0300
0.0400
0.0500
0.0600
Perbandingan roof displacement dengan gempa
Tanpa Penyangga Desain RMR Q-System
170
Tanpa beban gempa Dengan beban gempa
Invert displacement = 0.057
Yielded element = 319
Invert displacement = 0.059
Yielded element = 1086
Gambar 6.17. Hasil analisis pemodelan numerik invert displacement pada bore hole NA 6 tanpa sistem penyangga
171
Tanpa beban gempa Dengan beban gempa
Invert displacement = 0.047
Yielded element = 285
Invert displacement = 0.051
Yielded element = 987
Gambar 6.18. Hasil analisis pemodelan numerik invert displacement pada bore hole NA 6 dengan sistem penyangga berdasarkan desain rencana
172
Tanpa beban gempa Dengan beban gempa
Invert displacement = 0.054
Yielded element = 279
Invert displacement = 0.057
Yielded element = 999
Gambar 6.19. Hasil analisis pemodelan numerik invert displacement pada bore hole NA 6 dengan sistem penyangga berdasarkan RMR
173
Tanpa beban gempa Dengan beban gempa
Invert displacement = 0.054
Yielded element = 279
Invert displacement = 0.054
Yielded element = 989
Gambar 6.20. Hasil analisis pemodelan numerik invert displacement pada bore hole NA 6 dengan sistem penyangga berdasarkan q system
174
Berdasarkan analisis data pada masing-masing sistem penyangga menurut
klasifikasi massa batuan RMR, Q system serta desain rencana maka besaran invert
displacement dapat dilihat pada Gambar 6.19 dan Gambar 6.20 berikut ini.
Gambar 6.21. Invert displacement pada variasi sistem penyangga tanpa beban gempa
Gambar 6.22. Invert displacement pada variasi sistem penyangga dengan beban gempa
NA 6 NA 8 NA 13 NA 16 NA 19 NA 22
Tanpa Penyangga 0.0570 0.0225 0.0320 0.0068 0.0036 0.0026
Desain 0.0475 0.0225 0.0180 0.0060 0.0026 0.0018
RMR 0.0540 0.0225 0.0180 0.0060 0.0030 0.0021
Q-System 0.0540 0.0225 0.0180 0.0063 0.0030 0.0020
0.0000
0.0100
0.0200
0.0300
0.0400
0.0500
0.0600
Perbandingan invert displacement tanpa gempa
Tanpa Penyangga Desain RMR Q-System
NA 6 NA 8 NA 13 NA 16 NA 19 NA 22
Tanpa Penyangga 0.0595 0.0180 0.0300 0.0080 0.0035 0.0080
Desain 0.0510 0.0240 0.0180 0.0060 0.0027 0.0018
RMR 0.0570 0.0260 0.0180 0.0075 0.0030 0.0023
Q-System 0.0540 0.0240 0.0180 0.0075 0.0030 0.0020
0.0000
0.0100
0.0200
0.0300
0.0400
0.0500
0.0600
0.0700
Perbandingan invert displacement dengan gempa
Tanpa Penyangga Desain RMR Q-System
175
Perkuatan sistem penyangga tanpa adanya beban gempa menurut desain
rencana memiliki nilai pengurangan roof displacement rata-rata sebesar 45,76 %
dibandingkan dengan kondisi sebelum menggunakan sistem penyangga. untuk
klasifikasi RMR memiliki nilai pengurangan roof displacement rata-rata sebesar
44,68 %. Untuk klasifikasi Q system memiliki nilai pengurangan roof displacement
rata-rata sebesar 36,86 %. Perkuatan sistem penyangga dengan adanya beban
gempa menurut desain rencana memiliki nilai pengurangan roof displacement rata-
rata sebesar 49,33 % dibandingkan dengan kondisi sebelum menggunakan sistem
penyangga. untuk klasifikasi RMR memiliki nilai pengurangan roof displacement
rata-rata sebesar 47,83 %. Untuk klasifikasi Q system memiliki nilai pengurangan
roof displacement rata-rata sebesar 48,47 %. Perkuatan sistem penyangga
terowongan dengan menggunakan desain rencana merupakan sistem penyangga
yang paling baik karena memiliki pengurangan nilai roof displacement terbesar jika
dibandingkan dengan perkuatan sistem penyangga dengan menggunakan
klasifikasi RMR maupun Q system.
perkuatan sistem penyangga tanpa adanya beban gempa menurut desain
rencana memiliki nilai pengurangan invert displacement rata-rata sebesar 21,68 %
dibandingkan dengan kondisi sebelum menggunakan sistem penyangga. untuk
klasifikasi RMR memiliki nilai pengurangan invert displacement rata-rata sebesar
16,00 %. Untuk klasifikasi Q system memiliki nilai pengurangan invert
displacement rata-rata sebesar 16,22 %. Perkuatan sistem penyangga dengan
adanya beban gempa menurut desain rencana memiliki nilai pengurangan invert
displacement rata-rata sebesar 24,38 % dibandingkan dengan kondisi sebelum
176
menggunakan sistem penyangga. untuk klasifikasi RMR memiliki nilai
pengurangan invert displacement rata-rata sebesar 15,36 %. Untuk klasifikasi Q
system memiliki nilai pengurangan invert displacement rata-rata sebesar 18,57 %.
Perkuatan sistem penyangga terowongan dengan menggunakan desain rencana
merupakan sistem penyangga yang paling baik karena memiliki pengurangan nilai
invert displacement terbesar jika dibandingkan dengan perkuatan sistem penyangga
dengan menggunakan klasifikasi RMR maupun Q system.
177
BAB VII
KESIMPULAN DAN SARAN
VII.1 Kesimpulan
Berdasarkan hasil analisis dari data-data dan pembahasan diatas maka
diperoleh kesimpulan sebagai berikut:
1. Kondisi geologi teknik pada daerah penelitian terdiri atas 3 satuan batuan yaitu
satuan dasit, satuan andesit, dan satuan batupasir tufan. Lokasi pembangunan
terowongan berada pada satuan batupasir tufan. Berdasarkan hasil
penyelidikan bor inti maka dapat diketahui pada bagian inlet tersusun atas
batuan keras yaitu dasit dan pada bagian outlet tersusun oleh batuan lunak
batupasir tufan.
2. Hasil analisis kestabilan lereng untuk kemiringan + 17° pada bagian inlet dan
+ 34° pada bagian outlet dengan memperhitungkan beban gempa maupun tidak
memperhitungkan beban gempa menunjukkan lereng alamiah dan lereng hasil
penggalian terowongan sesuai desain perencanaan bagian inlet maupun outlet
berada pada kondisi stabil. Hal itu ditunjukkan oleh nilai angka keamanan
lereng alamiah tanpa memperhitungkan beban gempa sebesar 3.86 (inlet) dan
2.27 (outlet), nilai angka keamanan lereng alamiah dengan memperhitungkan
beban gempa sebesar 1.92 (inlet) dan 1.40 (outlet). Sementara nilai angka
keamanan lereng hasil penggalian tanpa memperhitungkan beban gempa
sebesar 3.35 (inlet) dan 3.67 (outlet), nilai angka keamanan lereng hasil
178
penggalian dengan memperhitungkan beban gempa sebesar 1.85 (inlet) dan
2.41 (outlet).
3. metode ekskavasi atau penggalian bukaan terowongan yang sesuai pada daerah
penelitian adalah menggunakan cara Hard digging dengan peralatan yang
direkomendasikan yaitu CAT 245, backhoe atau face sovel untuk batuan lunak
batu pasir pada bagian outlet dan blasting untuk batuan keras dasit pada bagian
inlet.
4. Perkuatan sistem penyangga terowongan dengan menggunakan desain rencana
merupakan sistem penyangga yang paling baik untuk digunakan karena
memiliki nilai roof dan invert displacement terkecil jika dibandingkan dengan
perkuatan sistem penyangga dengan menggunakan klasifikasi RMR dan Q
system serta memiliki rata-rata pengurangan persentase roof displacement
terbesar yaitu sebesar 45,76 % pada saat kondisi tanpa gempa dan 49,33 %
pada saat kondisi gempa dan memiliki rata-rata pengurangan persentase invert
displacement terbesar yaitu sebesar 21,68 % pada saat kondisi tanpa gempa
dan 24,38 % pada saat kondisi gempa.
VII.2 Saran
Berdasarkan analisis data dan pembahasan maka dapat disarankan
beberapa hal sebagai berikut:
1. Untuk memberikan data bawah permukaan yang akurat perlu dilakukan
evaluasi kualitas massa batuan bawah permukaan dengan metode facing
terowongan menggunakan klasifikasi RMR dan Q System.
179
2. Diperlukan pengukuran penurunan pada setiap kemajuan muka terowongan
untuk memastikan terowongan masih dalam kondisi stabil sehingga
keruntuhan terowongan dapat dihindarkan.
3. Untuk perkuatan forepoling dalam penelitian ini perlu dilakukan pemodelan
yang lebih akurat dengan pemodelan secara 3 dimensi sehingga dapat
menggambarkan tahapan penggalian dan sistem perkuatan yang sesuai dengan
kondisi di lapangan.
180
DAFTAR PUSTAKA
ASTM (American Society for Testing and Material) D 854. Test Method for
Specific Gravity of Soils. U.S.
ASTM (American Society for Testing and Material) D 2166. Standard Test
Methods for Unconfined Compressive Strength of Cohesive Soil. U.S.
ASTM (American Society for Testing and Material) D 4318. Standard Test
Methods for Liquid Limit. Plastic Limit, and Plasticity Index of Soils. U.S.
ASTM (American Society for Testing and Material) D 5713 – 95. Standard Test
Method for Determination of the Point Load Strength Index of Rock. U.S.
Barton, N., Lien, R., and Lunde., 1974. J. Engineering Classification of Rock
Masses for the Design of Tunnel Support. Oslo: Norwegian Geotechnical
Institute Publication 106.
Bieniawsky, Z. T., 1989. Engineering Rock Mass Clasification Mining and Mineral
Resources Research Institute. Pennsylvania State University.
Daerman, W.R.,1991. Engineering Geoogical Mapping. Butterworth-Heinemann:
University of Michigan.
Das, B. M.,1995. Mekanika Tanah Jilid 1 (Prinsip-prinsip Rekayasa Geoteknik).
Jakarta: Penerbit Erlangga.
Ardi, D., 2018. Analisis Kestabilan Lereng Desain Akhir Tahun 2018 Di Pit
Centraltutupan Pt. Adaro Indonesia kecamatan Tanjung Kabupaten
Tabalong Provinsi Kalimantan Selatan. Jurnal. Bogor : Fakultas Teknik
Geologi Universitas Pakuan.
Deere, D.U. and Miller, R.P., 1996. Engineering Classification and Index Properties
of Intact Rock. New Mexico: Technical Report No. AFWL-TR-65-116, Air
Force Weapons Laboratory, Kirkland Air Force Base 6.
Fathoni, M. Rais., 2012. Pemodelan pemasangan penyangga sementara
menggunakan perangkat lunak phase 2 pada head race tunnel chainage
155m - 265 m di PLTA Tulis kabupaten Banjarnegara, jawa tengah.Skripsi.
Gonzalez de Vallejo, L. dan Ferrer, M. 2011. Geological Engineering. Netherlands:
CRC Press Balkema.
Halomoan, R.P., 2018. Analisis Metode Penggalian dan Kestabilan Terowongan
Jalan Toll Cisumdawu (Cileunyi-Sumedang-Dawuan). Provinsi Jawa Barat.
Tesis. Yogyakarta: Teknik Geologi UGM.
Hammah, R.E,. Yacoube, T.E., Corkum, B.C. & Curran, J.H., 2005. The Shear
Strength Reduction Method for the Generalized Hoek-Brown Criterion.
Alaska, American Rock Mechanics Association.
181
Hardiyatmo, H.C., 2002. Mekanika Tanah 1. Yogyakarta: Gadjah Mada University
Press.
Hoek, E., 2007. Practical Rock Engineering, Rocscience. North Vancouver. Evert
Hoek Consulting Engineer Inc.
Hoek E., 1994. "Strength of rock mass and rock mases." ISRM News Journal. 2
(2),4-16.
Hoek E and Brown., 1980. " Underground Excavation In Rock". The Institution og
Mining and Metallurgy. London.
Hoek E., Diederichs M.S., 2005. "Empirical estimation of rock mass modulus".
International Journal Of Rock Mechanics And Mining Sciences: 13.
Hoek E., Marinos P., Benissi M., 1998. "Applicability of the geological strength
index (GSI) classification for very weak and sheared rock masses". The case
of the Athens Schist Formation". Bull Eng Geol Env: 151.
Hoek E., Marinos P., 2000. "GSI:a Geologically Friendly tool for rock mass
strength estimation ". Proc. International Conference on Geotechnical &
Geological Engineering. GeoEng2000, Technomic Publ., 1422-1442,
Melbourne.
Hoek, E. Torres, C. And Corkum,B., 2002. " Hoek-Brown FailureCriterion-2002
edition". Vancouver. Canada.
Imawan I.A., 2018. Analisis Stabilitas Lereng dan Deformasi bagian Portal Twin
Tunnels pada Pembangunan Terowongan Nanjung Jawa Barat. Skripsi.
Yogyakarta: Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan UGM.
ISRM, 1978. "Suggested Methods for The Quantitative Description of
Discontinuities in Rock Masses." Int. J. Rock Mech, Sci. & Geomech: 368.
ISRM, 1985. Commission on Testing Methods. Susgested Method For Determining
Point Load Strength. International Journal Of Rock Mechanics, Mineral
Sciences And Geo-Mechanics. Abstract 22: 51-60.
JSCE (Japan Society of Civil Engineers), 2007. Standard Spesifications for
Tunneling-2006: Mountain Tunnels. Japan.
Lwin, M. Myint. 2009. Technical Manual For Design And Construction Of Road
Tunnels-Civil Elements, Chapter 6 , 7. USA: Publication No. FHWA-NHI-
10-034 U.S Department Of Transportation Federal Highway
Administration.
Ni’mah M. R. M.,. 2018. Karakteristik Geologi Teknik dan Kestabilan Lereng
Tumpuan Kiri Bendungan Gondang, Kabupaten Karanganyar, Provinsi
Jawa Tengah. Skripsi. Yogyakarta: Departemen Teknik Geologi UGM.
2018.
Pettifer, G.S. and Fookes, P.G., 1994. "A Revision of The Graphical Method for
Assessing The Excavatability of Rock". Quarterly Journal of Engineering
Geology 27, 145-164.
182
Pratama, A.N. 2015. Analisis Stabilitas Lereng Dengan Metode Rock Mass Rating
(RMR) dan Limit Equilibrium Method (LEM) Pada Penambangan Terbuka
(Open Pit Mining) Batubara di Kecamatan Damai Kabupaten Kutai Barat
Provinsi Kalimantan Timur. Yogyakarta: Tesis. Teknik Geologi UGM.
Price, D.G., 2009. Engineering Geology: Principles and Practice. German:
Springer-Verlag Berlin Heidelberg
Priest, S.D and Hudson, J.A., 1976. "Discontinuity Spacings in Rock,Mechanics
and Mining Sciencesand Geomechanics". International Journal of Rock.
Rahardjo, P. P., 2004. Teknik Terowongan. Bandung: Geotechnical Engineering
Center. Geotechnical Parahyangan University.
Singh, B. and Goel, R.K. 2011. Engineering Rock Mass Classification : Tunneling,
Foundation adn Landslide. USA: Butterworth-Heinemann.
Siswanto. 2018. Perbandingan Klasifikasi Massa Batuan Kuantitatif: Q, RMR, dan
RMi. Semarang: Jurnal. Teknik Sipil Undip.
SNI (Standar Nasional Indonesia) 1964-2008. Cara Uji Berat Jenis Tanah. Badan
Standarisasi Nasional. Jakarta.
SNI (Standar Nasional Indonesia) 2813:2008. Cara uji kuat geser langsung tanah
terkonsolidasi dan terdrainase. Badan Standarisasi Nasional. Jakarta.
SNI (Standar Nasional Indonesia) 1966:2008. Cara Uji Penentuan Batas Plastis dan
Indeks Plasitsitas Tanah. Badan Standarisasi Nasional. Jakarta.
SNI (Standar Nasional Indonesia) 1965:2008. Cara Uji Penentuan Kadar Air untuk
Tanah dan Batuan di Laboratorium. Badan Standarisasi Nasional. Jakarta.
SNI (Standar Nasional Indonesia) 3637:1994. Metode Pengujian Berat Isi Tanah
Berbutir Halus Dengan Cetakan Benda Uji. Badan Standarisasi Nasional.
Jakarta.
SNI (Standar Nasional Indonesia) 3420:2016. Metode Uji Kuat Geser Langsung
Tidak Terkonsolidasi dan Tidak Drainase. Badan Standarisasi Nasional.
Jakarta.
SNI (Standar Nasional Indonesia) 3422: 2008. Cara Uji Penentuan Batas Susut
Tanah. Badan Standarisasi Nasional. Jakarta.
SNI (Standar Nasional Indonesia) 8460:2017. Persyaratan Perancangan Geoteknik.
Badan Standarisasi Nasional. Jakarta.
Sobirin, S. 1990. Penyelidikan Geologi Teknik Untuk Pembuatan Terowongan.
Bandung: Institut Teknologi Bandung.
Suhendro, B., 2000. Metode Elemen Hingga dan Aplikasinya. Yogyakarta: Jurusan
Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada.
Sutrisno. 2016. Karakteristik Geologi Teknik Lokasi Konstruksi Terowongan
Saluran Pengelak Bendungan Kuningan, Jawa Barat. Skripsi. Yogyakarta:
Departemen Teknik Geologi UGM.
183
Van Bemmelen, R.W. 1994. The Geology of Indonesia Vol. I A General Geology
of Indonesia and Adjacent Archiplegoes. The Hague: Government Printing
Office.
Zuidam, R.A. Van., 1983. Guide to Geomorphologic Aerial Photographic
Interpretation and Mapping. ITC, Enscede, Netherland.
Top Related