BAB II DASAR TEORI

BAB II DASAR TEORI
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Kestabilan Lereng Batuan
Kestabilan lereng batuan banyak dikaitkan dengan tingkat pelapukan dan struktur
geologi yang hadir pada massa batuan tersebut, seperti sesar, kekar, lipatan dan
bidang perlapisan (Sulistianto, 2001). Struktur-struktur tersebut, selain lipatan,
selanjutnya disebut sebagai bidang lemah. Disamping struktur geologi, kehadiran air
dan karakteristik fisik-mekanik juga dapat mempengaruhi kestabilan lereng.
Untuk mengetahui adanya potensi tipe keruntuhan pada suatu aktivitas pemotongan
lereng batuan, perlu dilakukan pemetaan orientasi diskontinuitas yang dilakukan baik
sebelum maupun sesudah lereng batuan tersebut tersingkap. Sementara itu, metode
analitik untuk memprediksi potensi keruntuhan batuan dan cara penanggulangannya
seringkali tidak efektif (Maerz, 2000). Oleh karena itu, penggunaan desain empiris
berdasarkan klasifikasi massa batuan menjadi penting (Franklin dan Maerz, 1996).
2.1.1 Diskontinuitas
Diskontinuitas adalah suatu istilah untuk gabungan semua struktur pada materialmaterial geologi yang biasanya memiliki kekuatan tarik dari 0 – rendah, yang juga
dapat ditanggulangi (Glossary of Geology, 1997 op cit. Hendarsin, 2003).
Keberadaan diskontinuitas akan mempengaruhi kestabilan lereng oleh sifat-sifat
diskontinuitas yang dimilikinya. Sifat-sifat geometri yang dimiliki diskontinuitas
(Gambar 2.1), antara lain :
• Kemiringan (dip/dip direction)
• Jarak antar diskontinuitas (spacing)
• Deskripsi permukaan (roughness)
• Bukaan (aperture)
Analisis Kestabilan Lereng Batugamping dengan Menggunakan Metode Kinematik dan
Klasifikasi Massa Batuan di Desa Nongkosepet, Kecamatan Ponjong,
Kabupaten Gunungkidul, Yogyakarta
9
BAB II DASAR TEORI
• Kemenerusan (persistence)
• Set diskontinuitas
Gambar 2.1 Sketsa karakteristik geometri dari diskontinuitas batuan (Priest, 1993)
Beberapa parameter dari suatu diskontinuitas yang digunakan dalam analisis
kestabilan lereng antara lain :
• Joint Roughness Coefficient (JRC)
JRC merupakan suatu nilai yang diperkirakan dari perbandingan antara
kenampakan permukaan diskontinuitas dengan profil standar yang dipublikasikan
oleh Barton dan Choubey (1977) (Gambar 2.2). Cara lain untuk menentukan nilai
JRC adalah dengan pengeplotan panjang profil dan lebar bukaan dari
diskontinuitas (Gambar 2.3).
Analisis Kestabilan Lereng Batugamping dengan Menggunakan Metode Kinematik dan
Klasifikasi Massa Batuan di Desa Nongkosepet, Kecamatan Ponjong,
Kabupaten Gunungkidul, Yogyakarta
10
BAB II DASAR TEORI
• Joint Compressive Strength (JCS)
JCS dapat ditentukan dari pengeplotan schmidt rebound hammer dan densitas
batuan, seperti yang dikemukakan oleh Deere dan Miller (1966) (Gambar 2.4).
Analisis Kestabilan Lereng Batugamping dengan Menggunakan Metode Kinematik dan
Klasifikasi Massa Batuan di Desa Nongkosepet, Kecamatan Ponjong,
Kabupaten Gunungkidul, Yogyakarta
11
BAB II DASAR TEORI
Gambar 2.4 Penentuan nilai JCS dari Schmidt hardness (Deere dan Miller, 1966)
• Sudut Geser Dalam
Sudut geser dalam suatu batuan merupakan sudut dimana batuan dapat
menggelincir dengan bebas karena gaya beratnya sendiri. Sudut geser dalam
berbanding lurus dengan kuat geser batuan. Sudut geser dalam dapat ditentukan
dari rumus :
⎛
⎞ π JRC ⎡ 2 ⎛
⎞ ⎤
∂τ
JCS
JCS
= tan ⎜⎜ JRC log10
+ φb ⎟⎟ −
+ φb ⎟⎟ + 1⎥
⎢ tan ⎜⎜ JRC log10
∂σ n
σn
σn
⎝
⎠ 180ln 10 ⎣
⎝
⎠ ⎦
Analisis Kestabilan Lereng Batugamping dengan Menggunakan Metode Kinematik dan
Klasifikasi Massa Batuan di Desa Nongkosepet, Kecamatan Ponjong,
Kabupaten Gunungkidul, Yogyakarta
12
BAB II DASAR TEORI
⎛ ∂τ
⎝ ∂σ n
φi = arctan ⎜⎜
dengan : Φi
⎞
⎟⎟
⎠
= Sudut geser dalam efektif
JRC
= Joint Roughness Coefficient
JCS
= Joint Compressive Strength
Φb
= Sudut geser dalam basic
σn
= Normal stress
• Kohesi
Kohesi merupakan kekuatan tarik-menarik antar material sejenis. Semakin besar
nilai kohesi batuan, kuat geser batuan tersebut juga akan semakin besar. Kohesi
dapat ditentukan dari rumus :
⎛
⎛ JCS ⎞ ⎞
⎟⎟ ⎟
⎟
⎝ σ n ⎠⎠
τ = σ n tan ⎜⎜ φb + JRC log10 ⎜⎜
⎝
ci = τ − σ n tanφ i
dengan : ci = kohesi efektif
τ = kuat geser
2.1.2 Metode Kinematik
Dalam penelitian ini, metode kinematik yang digunakan untuk mengetahui potensi
keruntuhan lereng batuan adalah dengan teknik stereografis. Teknik stereografis
merupakan metode grafis yang digunakan untuk menunjukkan jurus dan kemiringan
dari suatu bidang. Teknik stereografis banyak digunakan untuk membantu
mengidentifikasi jenis keruntuhan yang mungkin terjadi. Pengeplotan secara
bersamaan antara jurus dan kemiringan, baik muka lereng maupun bidang lemah
pada suatu stereonet akan segera dapat diketahui jenis dan arah keruntuhannya
(Gambar 2.5).
Analisis Kestabilan Lereng Batugamping dengan Menggunakan Metode Kinematik dan
Klasifikasi Massa Batuan di Desa Nongkosepet, Kecamatan Ponjong,
Kabupaten Gunungkidul, Yogyakarta
13
BAB II DASAR TEORI
Gambar 2.5 Tipe keruntuhan batuan (Hoek dan Bray, 1981)
Secara umum perpaduan orientasi diskontinuitas batuan akan membentuk empat tipe
keruntuhan utama pada batuan (lihat Gambar 2.5), yaitu :
• Keruntuhan geser melengkung (circular sliding failure)
• Keruntuhan geser planar (planar sliding failure)
• Keruntuhan geser baji (wedge sliding failure)
• Keruntuhan jungkiran (toppling failure)
Analisis Kestabilan Lereng Batugamping dengan Menggunakan Metode Kinematik dan
Klasifikasi Massa Batuan di Desa Nongkosepet, Kecamatan Ponjong,
Kabupaten Gunungkidul, Yogyakarta
14
BAB II DASAR TEORI
2.1.3 Tipe Keruntuhan
Berikut akan dibahas syarat-syarat umum terjadinya keruntuhan utama pada batuan.
• Keruntuhan geser melengkung (circular sliding failure)
Keruntuhan jenis ini akan banyak terjadi pada lereng batuan lapuk atau sangat
terkekarkan dan di lereng-lereng timbunan.
• Keruntuhan geser planar (planar sliding failure)
Untuk kasus keruntuhan geser planar dengan bidang gelincir tunggal, syarat
umum terjadinya keruntuhan :
ƒ
Bidang gelincir memiliki jurus sejajar atau hampir sejajar (maksimal 200)
dengan jurus lereng
ƒ
Kemiringan bidang gelincir lebih kecil dari kemiringan lereng
ƒ
Kemiringan bidang gelincir lebih besar daripada sudut geser dalamnya
• Keruntuhan geser baji (wedge sliding failure)
Syarat umum terjadinya keruntuhan geser baji adalah
ƒ
Terdapat dua bidang lemah atau lebih yang berpotongan sedemikian rupa
sehingga membentuk baji terhadap lereng
ƒ
Sudut lereng lebih besar daripada sudut garis potong kedua bidang lemah
ƒ
Sudut garis potong kedua bidang lemah lebih besar daripada sudut geser
dalamnya
• Keruntuhan jungkiran (toppling failure)
Keruntuhan jungkiran dapat terjadi apabila bidang-bidang lemah yang hadir di
lereng memiliki kemiringan yang berlawanan dengan kemiringan lereng.
Namun demikian, seringkali tipe keruntuhan yang ada merupakan gabungan dari
beberapa keruntuhan utama sehingga seakan-akan membentuk suatu tipe keruntuhan
yang tidak beraturan (raveling failure) atau seringkali disebut sebagai tipe
keruntuhan kompleks. Tipe keruntuhan tak beraturan antara lain overhanging failure,
undercutting failure, rolling block failure,dan bouncing rock failure.
Analisis Kestabilan Lereng Batugamping dengan Menggunakan Metode Kinematik dan
Klasifikasi Massa Batuan di Desa Nongkosepet, Kecamatan Ponjong,
Kabupaten Gunungkidul, Yogyakarta
15
BAB II DASAR TEORI
2.2 Klasifikasi Massa Batuan
Massa batuan (rock mass) merupakan tubuh atau massa batuan yang dipisahkan
oleh diskontinuitas. Massa batuan ini terdiri dari material geologi seperti tekstur,
komposisi mineral dan diskontinuitas.
Sementara itu dalam kaitannya dengan rekayasa batuan, klasifikasi massa batuan
(rock mass classification) berarti mengumpulkan data dan mengklasifikasikan
singkapan batuan berdasarkan parameter-parameter yang telah diyakini dapat
mencerminkan perilaku massa batuan tersebut. Kegunaan utama dari sistem
klasifikasi massa batuan adalah untuk menilai berbagai properti teknik dari atau
yang berhubungan dengan massa batuan (rock mass).
Metode klasifikasi massa batuan terus berkembang dari waktu ke waktu.
Klasifikasi massa batuan dapat dikelompokkan berdasarkan bentuk dan tipe dari
massa batuan tersebut. Metode klasifikasi yang umum dipakai untuk mengevaluasi
kestabilan lereng akan dibahas dalam sub-subbab berikut ini.
2.2.1 Rock Mass Rating (RMR)
Metode ini sudah diakui dan sering digunakan dalam kegiatan geologi teknik.
Metode RMR diperkenalkan oleh Bieniawski (1989). Metode RMR ini
memasukkan 5 parameter utama (Tabel 2.1), yaitu :
• Kekuatan batuan utuh (intact rock)
Kekuatan batuan utuh (intact rock) dalam RMR dinyatakan dengan Uniaxial
Compressive Strength (UCS). UCS merupakan kekuatan dari batuan utuh yang
diperoleh dari hasil uji kuat tekan uniaksial. Pengujian ini dilakukan dengan
menggunakan mesin tekan untuk menekan sampel batuan pada permukaan
sampel dari satu arah. Menurut Deere dan Miller (1966), nilai UCS juga dapat
ditentukan dari JCS dapat ditentukan dari pengeplotan schmidt rebound hammer
dan densitas batuan (lihat Gambar 2.4).
Analisis Kestabilan Lereng Batugamping dengan Menggunakan Metode Kinematik dan
Klasifikasi Massa Batuan di Desa Nongkosepet, Kecamatan Ponjong,
Kabupaten Gunungkidul, Yogyakarta
16
BAB II DASAR TEORI
• RQD (rock quality designation)
Deere dan Miller (1966) menganjurkan untuk menggunakan kualitas batuan
berdasarkan % inti bor pada pemboran dengan diameter 57,15 mm atau lebih.
Dipilih diameter 57,15 mm (NX core) karena ukuran ini merupakan ukuran
standar dalam suatu pemboran. Bila pemboran dalam kondisi standar (normal)
maka inti yang didapat tergantung pada kekuatan batuan serta frekuensi bidang
diskontinu yang terdapat pada batuan tersebut. Parameter RQD diperoleh
melalui pengamatan inti bor yang terambil, dengan mengabaikan inti bor yang
memiliki panjang kurang dari 10 cm dan menunjukkan sisanya sebagai
persentase terhadap panjang pemboran (Gambar 2.6).
Gambar 2.6 Cara menghitung nilai RQD
Namun jika menggunakan sistem scanline, nilai RQD tidak dapat langsung
ditentukan dari rumus di atas. Terlebih dahulu harus ditentukan frekuensi
diskontinuitas. Frekunsi diskontinuitas merupakan perbandingan antara jumlah
diskontinuitas dalam satu scanline dengan panjang scanline.
Frekuensi =
Jumlah diskontinuitas
Panjang scanline
Analisis Kestabilan Lereng Batugamping dengan Menggunakan Metode Kinematik dan
Klasifikasi Massa Batuan di Desa Nongkosepet, Kecamatan Ponjong,
Kabupaten Gunungkidul, Yogyakarta
17
BAB II DASAR TEORI
Setelah diketahui nilai frekuensi diskontinuitas, nilai tersebut langsung dapat
diplot pada grafik di bawah ini (Gambar 2.7).
Gambar 2.7 Grafik hubungan antara RQD dengan frekuensi (Hudson dan
Harrison, 1997)
• Spasi diskontinuitas (spacing of discontinuities)
Spasi diskontinuitas merupakan jarak antara dua diskontinuitas yang berdekatan
dalam satu scanline.
Spasi diskontinuitas rata − rata =
Panjang scanline
Jumlah diskontinuitas
• Kondisi diskontinuitas (condition of discontinuities)
Kondisi diskontinuitas ditentukan dari deskripsi tiap bidang diskontinuitas,
berupa tingkat pelapukan, kekasaran permukaan bidang diskontinuitas,
kemenerusan bidang diskontinuitas, lebar bukaan, dan material pengisi bidang
diskontinuitas.
• Kondisi airtanah (groundwater condition)
Air biasanya mengisi rongga antara permukaan diskontinuitas. Keberadaan air ini
akan mengurangi kuat geser antara kedua permukaan diskontinuitas. Bobot
parameter airtanah dapat ditentukan dengan beberapa cara yaitu pengamatan
Analisis Kestabilan Lereng Batugamping dengan Menggunakan Metode Kinematik dan
Klasifikasi Massa Batuan di Desa Nongkosepet, Kecamatan Ponjong,
Kabupaten Gunungkidul, Yogyakarta
18
BAB II DASAR TEORI
langsung di lapangan dan menentukan kondisi umum air, melakukan pengukuran
debit air atau mengukur tekanan air.
Tabel 2.1 Parameter klasifikasi RMR dan nilai pembobotannya (Bieniawski, 1989)
2.2.2 Slope Mass Rating (SMR)
Slope mass rating (SMR) merupakan sistem klasifikasi massa batuan yang dirancang
khusus untuk lereng. Metode ini dikemukakan oleh Romana (1985). Sistem ini
mendasarkan pada hasil RMR dengan memberikan beberapa penyelarasan (Tabel
2.2). Parameter yang dibutuhkan untuk klasifikasi slope mass rating (SMR) :
• Arah kemiringan (dip direction) dari permukaan lereng (αs)
• Arah kemiringan (dip direction) diskontinuitas (αj),
• sudut kemiringan diskontinuitas (βj).
SMR= RMRbasic + (F1× F 2 × F3) + F 4
dengan:
• F1 = (1-sin ( αs - αj ))2
• F2 = tan βj
• F3 adalah rating antara 0 dan -60 berdasarkan hubungan antara permukaan lereng
dengan kemiringan diskontinuitas.
Analisis Kestabilan Lereng Batugamping dengan Menggunakan Metode Kinematik dan
Klasifikasi Massa Batuan di Desa Nongkosepet, Kecamatan Ponjong,
Kabupaten Gunungkidul, Yogyakarta
19
BAB II DASAR TEORI
• F4 merupakan faktor penyelarasan yang berkaitan dengan metode ekskavasi
(Tabel 2.3).
Tabel 2.2 Nilai pembobotan untuk kekar (Romana, 1985)
Very
Case
P
T
P/T
P
P
T
P
T
P/T
Fair
Unfavourable
> 300
300 - 200
200 - 100
100 - 50
< 50
0.15
< 200
0.15
1
> 100
< 1100
0
0.4
20 - 300
0.4
1
0
10 - 00
1100 - 1200
-6
0.7
30 - 350
0.7
1
00
> 1200
-25
0.85
350 - 450
0.85
1
0
0 -(-100)
-50
1
> 450
1
1
< -100
-60
Favourable
│αj - αs │
│αj - αs - 1800 │
F1=(1-sin │αj - αs│)2
│βj │
F2 = tan 2 βj
F2
βj - βs
βj - βs
F3
Very
Favourable
0
0
P = keruntuhan bidang (plane failure)
αj = joint dip direction
T = keruntuhan jungkiran (toppling failure) αs = slope dip direction
Unfavourable
βj = joint dip
βs = slope dip
Tabel 2.3 Nilai pembobotan untuk metode ekskavasi lereng (Romana, 1985)
Method
Natural
Presplitting
F4
15
10
Smooth
Blasting
8
Blasting or Defficient
Mechanical Blasting
0
-8
Setelah niai SMR diperoleh, maka nilai tersebut akan berada dalam salah satu kelas
dengan nilai bobot tertentu. Tabel 2.4 mendeskripsikan setiap kelas pada sistem
klasifikasi SMR.
Tabel 2.4 Deskripsi untuk setiap kelas SMR (Romana, 1985)
SMR
Class
Description
Stability
Failures
0 - 20
21 - 40
41 - 60
61 - 80
81 - 100
V
IV
III
II
I
Very Bad
Completely
Bad
Normal
Partially
Good
Very Good
Completely
Unstable
Big Planar
or Soil Like
Support
Reexcavation
Unstable
Planar or
Big
Wedges
Important
Stable
Stable
Stable
Some Joints
or Many
Wedges
Some Blocks
None
Systematic
Occasional
None
Corrective
Analisis Kestabilan Lereng Batugamping dengan Menggunakan Metode Kinematik dan
Klasifikasi Massa Batuan di Desa Nongkosepet, Kecamatan Ponjong,
Kabupaten Gunungkidul, Yogyakarta
20