GEOTEKNIK dan GEOMEKANIK

1
GEOTEKNIK
dan GEOMEKANIK
oleh:
Prof. Dr. H. R.Febri Hirnawan, Ir.,
Zufialdi Zakaria, Ir., MT
1. PENDAHULUAN
Geoteknik merupakan perangkat lunak (ilmu) untuk kepentingan manusia dalam
mencapai keberhasilan pembangunan fisik infrastruktur melalui penyediaan bangunan
(termasuk prasarana transportasi/jalan) yang kuat dan aman dari ancaman kerusakan.
Ruang lingkup kajian dalam geoteknik berhubungan dengan studi: 1) batuan
dan/atau tanah sebagai material bangunan (construction material), 2) massa batuan
(rock mass) yang langsung berkaitan dengan tubuh bangunan, 3) massa batuan yang
tidak langsung berkaitan dengan tubuh bangunan tetapi sebagai penyusun bangunan
alami di lingkungan sekitarnya, misalnya gunung, lereng, tebing, maupun dataran limpah
banjir yang luas, sehingga dapat saja memendam atau berpotensi ancaman bagi
keselamatan bangunan tersebut. Aspek manfaat dari kajian tersebut :
1. Sebagai material bangunan dan atau tanah digunakan untuk mengisi atau menyusun
bangunan. Beberapa contoh berikut diantaranya:
Batu untuk menyusun mansory, beton, dan sebagainya.
Tanah untuk menyusun tanggul, landasan jalan raya, dan
berbagai keperluan urugan lainnya.
2. Sebagai massa batuan yang terkait langsung dengan bangunan. Batuan berfungsi
sebagai landasan atau fundasi ataupun tumpuan bangunan, misalnya:
Massa batuan sebagai tumpuan bendungan, baik di
bawah maupun di kiri-kanan tubuh bendungan yang
bersangkutan (right and/or left abutment).
Selanjutnya, sebagai massa batuan, batuanpun berfungsi sebagai media tempat
bangunan dibuat, sehingga batuan berfungsi sebagai penyusun bangunan tersebut
termasuk sebagai lingkungan bangunan yang bersangkutan, contoh :
Terowongan yang dibuat menembus massa batuan.
3. Sebagai massa batuan penyusun bangunan alami di lingkungan bangunan, misalnya
lereng rawan longsor, lembah rawan banjir dan sebagainya.
Hirnawan & Zakaria / GEOTEKNIK-D1F322
geomekanik
2
Ruanglingkup kajian tersebut pada akhirnya meliputi studi tentang kekuatan/kelemahan batuan dan/atau tanah sebagai material bangunan maupun massa batuan
secara luas, sehingga geoteknik perlu didukung oleh ilmu-ilmu penunjangnya, yaitu:
Mekanika tanah, dan Mekanika batuan,
Geologi Teknik,
Geologi Kebencanaan,
Hidrogeologi, dan
Geologi (yang secara luas membahas genesis batuan,
urutan kejadiannya, tektonik dan konfigurasi struktur geologi termasuk kegempaan dan bentuk-bentuk bangunan
alami yang dikenal sebagai geomorfologi ).
Dalam mempelajari kekuatan maupun kelemahan batuan dan/atau tanah untuk
kepentingan pemenuhan kebutuhan tersebut di atas (dalam konteks dengan bangunan),
studi geoteknik tidak lepas dari kajian genesis batuan, yang lebih meluas lagi kepada
genesis tanah yang berasal dari batuan induknya, dengan lima faktor terkait sbb. : S = f
(R, C, T, O, t),
S (soil) dipengaruhi faktor-faktor R (batuan induk), C (iklim),
T
(topografi), O (organisme), dan t (waktu), karena terbentuk oleh 5 faktor tersebut.
Dengan diketahui genesis tanah, maka kekuatannya ataupun kelemahannya
makin mudah dipelajari, makin mudah pula diketahui daerah penyebarannya untuk setiap
jenis tanah karena terkait dengan penyebaran batuan induknya, topografinya, iklim
sekitarnya, organisme yang tumbuh/hidup di dalamnya dan sebagainya, sehingga jelas
dapat diketahui penyebaran wilayah tempat berlangsungnya proses pembentukan tiap
jenis tanah yang bersangkutan (perhatikan pelapukan di daerah basah dan kering).
Selanjutnya pada proses pembentukan residual soil, dikenal urutan profil tanah
mulai dari batuan induk yang segar, ke arah atas bertahap lapisan-lapisan yang
berangsur menuju tanah terlapukan kuat dan lengkap, yang kemudian ditutupi tanah
organik, campur humus. Urutan tersebut dari atas ke bawah :
Top soil (organic soil)
Completelly weathered zone
Strongly weathered zone
Moderatelly weathered zone
Partly weathered zone
Fresh rock
Hirnawan & Zakaria / GEOTEKNIK-D1F322
geomekanik
3
Selain itu dikenal pula jenis tanah transport (transported soil), berupa aluvium,
kolovium maupun dilivium. Ada juga sand dunes dan sebagainya.
Salah satu ilmu penunjang dalam geoteknik adalah geologi teknik, Geologi
Teknik adalah ilmu yang mempelajari atau mengkaji gejala geologi dari aspek kekuatan
dan/atau kelemahan geologi (a.l. aspek kebencanaan), diaplikasikan untuk kepentingan
pembangunan infrastruktur terutama pada tahap desain dan tahap konstruksi bangunanbangunan. Beberapa kajian yang penting untuk geologi teknik, antara lain: Erosi dan
erodibilitas, genesa tanah & faktor-faktor yang mempengaruhi lapukan tanah, profil
pelapukan tanah residu, deskripsi dan klasifikasi tanah, dan peta geologi teknik dan skala
peta (1:5.000 s/d 1:200.000)
Ruanglingkup kajian geologi teknik meliputi kajian terhadap aspek-aspek
keteknikan dari berbagai masalah (sebagai faktor penghambat, a.l. kebencanaan) dan
manfaat (sebagai faktor pendukung) beberapa faktor, antara lain: Batuan / tanah /
material, struktur geologi dan geomorfologi.
Dalam mempelajari aspek kebencanaan geologi, dikenal salah satu jenis
kebencanaan berupa longsor. Faktor-faktor penunjang daerah rawan longsor adalah
litologi
(batuan
dan
lapukannya),
tektonik
(struktur
geologi
dan
kegempaan),
geomorfologi (terutama aspek kemiringan lereng), vegetasi dan iklim (terutama curah
hujan). Berdasarkan jenisnya, longsoran dapat diklasifikasikan (lihat lampiran)
Dalam mempelajari aspek kekuatan batuan (a.l. Mekanika Batuan), dikenal istilah
RQD rock quality designation yaitu suatu penandaan atau penilaian kualitas batuan
berdasarkan kerapatan kekar. RQD penting untuk digunakan dalam pembobotan massa
batuan (Rock Mass Rating, RMR) dan pembobotan massa lereng (Slope Mass Rating,
SMR). Perhitungan RQD biasa didapat dari perhitungan langsung dari singkapan batuan
yang mengalami retakan-retakan (baik lapisan batuan maupun kekar atau sesar)
berdasarkan rumus Hudson (1979, dalam Djakamihardja & Soebowo, 1996) sbb.:
RQD = 100 (0.1 λ + 1) e- 0.1 λ
λ adalah rasio antara jumlah kekar dengan panjang scan-line (kekar/meter). Makin besar
nilai RQD, maka frekuensi retakannya kecil. Frekuensi retakannya makin banyak, nilai
RQD makin kecil.
Hirnawan & Zakaria / GEOTEKNIK-D1F322
geomekanik
4
Jika frekuensi retakan = 20 kekar/meter, maka RQD = 40,60 %
RQD (%)
Nilai
Jika frekuensi retakan = 11 kekar/meter, maka RQD = 69,90 %
90 - 100
20
Jika frekuensi retakan = 5 kekar/meter, maka RQD = 90,9 %
75 - 90
17
Jika frekuensi retakan = 2 kekar/meter, maka RQD = 98,2 %
50 - 75
13
25 - 50
8
< 25
3
Dalam penilaian massa batuan (Rock Mass Rating, RMR),
prosentase RQD diberikan penilaian berikut di tabel sebelah:
2. KLASIFIKASI GEOMEKANIK
Dalam mempelajari aspek kekuatan batuan (a.l. Mekanika Batuan, Geomekanika
dll.) diperlukan klasifikasi geomekanik. Tujuan klasifikasi geomekanik ini adalah sebagai
alat komunikasi para ahli dalam permasalahan geomekanika selain untuk memperkirakan
sifat-sifat dari massa batuan, dan juga merencanakan atau menilai kemantapan
terowongan maupun lereng.
Klasifikasi Geomekanik (Bieniawski, 1973, 1976, 1984, dalam Setiawan 1990)
didasarkan pada hasil penelitian 49 terowongan di Eropa dan Afrika. Klasifikasi ini
menilai beberapa parameter yang kemudian diberi bobot (rating) dan digunakan dalam
perencanaan terowongan.
Rock Mass Rating (RMR) adalah pembobotan massa batuan. Sistem
pembobotan dapat dilihat pada Tabel klasifikasi geomekanik (Tabel A, B, C, dan D).
Pembobotan adalah jumlah dari nilai bobot parameter pada Tabel A dan B. Pada tabel C
jumlah nilai tersebut dimasukkan ke dalam kelompok yang sesuai dengan pembobotan
masing-masing.
Pada Tabel C, nomer kelas dan pemerian dapat diberikan. Pada Tabel D makna
dan kegunaan tiap-tiap nomer kelas disampaikan di sini. Berdasarkan nilai RMR,
jangkauan atap (span) apat direncanakan, serta keleluasaan waktu yang tersedia agar
terowongan tidak runtuh dapat diperkirakan.
Klasifikasi Geomekanik (Bieniawski, 1973, dalam Djakamihardja & Soebowo,
1996), juga dipakai dalam memperkirakan kestabilan suatu pengupasan lereng massa
batuan. Sama halnya dengan penilaian terowongan, penilaian kestabilan lereng juga
menggunakan data hasil observasi lapangan dan data laboratorium (lihat Tabel)
sehingga
dalam
pembobotan
dapat
dilihat
nilai
RMR.
Massa
batuan
dapat
diklasifikasikan sebagai berikut:
Hirnawan & Zakaria / GEOTEKNIK-D1F322
geomekanik
5
Sangat buruk
Nilai RMR
0
- 20
Buruk
Nilai RMR
21 - 40
Sedang
Nilai RMR
41 - 60
Baik
Nilai RMR
61 - 80
Sangat Baik
Nilai RMR
81 - 100
Slope Mass Rating (SMR), adalah penerapan nilai RMR untuk memperkirakan
sudut kemiringan lereng pengupasan. Romano (1990, dalam Djakamihardja & Soebowo,
1996) mengaitkan nilai RMR dengan faktor penyesuaian dari orientasi kekar tehadap
orientasi lereng serta sistem pengupasan lereng dalam bentung angka rating
(pembobotan), yaitu:
F1 mencerminkan paralelisme antara arah kekar dan arah lereng
F2 memperlihatkan kemiringan kekar
F3 memperlihatkan hubungan kemiringan kekar dengan kemiringan lereng
F4 merupakan penyesuaian untuk metoda pengupasan.
Romano (1990) memberikan nilai SMR dari keempat faktor tersebut sbb.:
SMR = RMR - ( F1 x F2 x F3 ) + F4
Laubscher (1975, dalam Djakamihardja & Soebowo, 1996) membahas hubungan RMR
dan SMR sebagai berikut :
Sudut lereng yang disarankan
(pembobotan massa lereng, SMR)
o
75
o
65
o
55
o
45
o
35
Untuk nilai RMR
(pembobotan massa batuan) sebesar:
81 - 100
61 - 80
41 - 60
21 - 40
00 - 20
Hall (1985, dalam Djakamihardja & Soebowo, 1996) memberikannilai SMR, sbb.:
SMR = 0,65 RMR +25
Orr (1992, dalam Djakamihardja & Soebowo, 1996) membahas hubungan sbb.:
SMR = 35 ln RMR - 71
Hirnawan & Zakaria / GEOTEKNIK-D1F322
geomekanik
6
3. KULIAH LAPANGAN PRAKTEK GEOMEKANIK
Kuliah lapangan penunjang geoteknik khususnya kajian geomekanik (metode
Bieniawski) dapat dilakukan di lokasi :
1) Citatah, Rajamandala, Kecamatan Padalarang, Kabupaten Bandung, Jawa Barat.
2) Citoal, Luragung, Kabupaten Kuningan, Jawa Barat.
Tujuan kuliah lapangan ini adalah untuk :
a) Mengetahui, mendeskripsi dan mengklasifikasikan jenis tanah lapukan melalui
deskripsi di lapangan;
b) Mengevaluasi kondisi longsoran bagian lembah di jalan KM 23.
c) Menghitung / menilai kualitas batuan berdasarkan kerapatan kekar.
d) Mengetahui, mendeskripsi dant mengklasifikasikan batuan melalui deskripsi di
lapangan sehingga dapat mencoba menilai RMR dan SMR-nya;
e) Mencoba mengevaluasi bangunan jalan di bawah bukit Citatah yang bertujuan
menilai sampai sejauh mana keamanan ditinjau dari massa batuan,
kondisi
diskontinuitas batuan, dan ancaman lingkungan sekitarnya.
Setelah mengikuti kuliah lapangan ini diharapkan mahasiwa dapat menambah
khazanah ilmu pengetahuannya tentang geoteknik antara lain
mengetahui kondisi
daerah labil/lemah dengan mengenal aspek kekuatan dan kelemahan geologi,
khususnya kejelasan mengenai jenis-jenis kualitas massa batuan dan hubungannya
dengan kondisi struktur geologi, selain itu mahasiswa dapat mengetahui cara
mendeskripsi tanah di lapangan, mengevaluasi massa batuan dan kestabilan massa
lereng
Peralatan geologi lapangan terdiri atas:
♦
kompas geologi (merk Shunto)
♦
palu geologi
♦
alat tulis
♦
kamera
♦
pita ukur.
Hirnawan & Zakaria / GEOTEKNIK-D1F322
geomekanik
7
7. PUSTAKA
Anugrahadi, Afiat, 1993, Tegasan Terbesar Sesar Cimandiri Timur, Kabupaten Bandung,
Jawa Barat, Proseding PIT IAGI ke-22, hal. 226-240.
Djakamihardja, A.S., dan Soebowo, E., 1996, Studi kemantapan lereng batuan pada jalur
jalan raya Liwa-Krui, Lampung Barat: Suatu pendekatan metoda empiris,
Prosiding Seminar Sehari Kemantapan Lereng Pertambangan Indonesia II,
Jurusan Teknik Pertambangan, ITB, hal. 153-163
Hirnawan, R.F., 1994, Peran faktor-faktor Penentu Zona berpotensi Longsor di dalam
Mandala Geologi dan Lingkungan Fisiknya Jawa Barat, Majalah Ilmiah Universitas Padjadjaran, No. 2, Vol. 12, hal. 32-42.
Hirnawan, R.F., 1998, Mekanika Tanah, Laboratorium Mekanika Tanah, Jurusan Geologi
FMIPA-UNPAD (belum dipublikasikan), 68 hal.
Setiawan, 1990, Informasi Geologi untuk Menilai Kemantapan Terowongan, Proceeding
PIT XIX IAGI, bandung 11-13 Desember 1990
Sudjatmiko, 1972, Peta Geologi Bersistem, Lembar Cianjur, Jawa, Pusat Penelitian dan
Pengembangan Geologi, 1 lembar.
Bandung, Juli 2002
Prof. Dr. H.R.F. Hirnawan, Ir.
Zufialdi Zakaria, Ir., MT
Hirnawan & Zakaria / GEOTEKNIK-D1F322
geomekanik
8
Tabel Klasifikasi longsoran (landslide) oleh Varnes (1978, dalam M.J.Hansen, 1984)
yang digunakan oleh Higway Reseach Board Landslide Comitte (1978, dalam
Sudarsono & Pangular, 1986)
Jenis Material (type of material)
Jenis gerakan
(type of
movement)
Batuan dasar
(bedrock)
Tanah keteknikan (engineering soils)
Bebas, butir kasar
(freedom, coarse)
Berbutir halus
(predominantly fine)
Jatuhan (falls)
Jatuhan batu
(rock fall)
Jatuhan bahan rombakan
(debris fall)
Jatuhan tanah
(earth fall)
Jungkiran (topple)
Jungkiran batu
(rock topple)
Jungkiran bahan
rombakan
(debris topple)
Jungkiran tanah
(earth topple)
Nendatan batu
(rock slump)
Nendatan bahan
rombakan
(debris slump)
Nendatan tanah
(earth slump)
Gelinciran (slides)
Rotasi
Translasi
Satuan
sedikit
(few
units)
Satuan
banyak
(many
units)
Luncuran bongkah batu
(rock block slide)
Luncuran bongkah bahan
Luncuran bongkah
rombakan (debris block
tanah (earth block slide)
slide)
Luncuran batu
(rock slide)
Luncuran bahan
rombakan
(debris slide)
Luncuran tanah
(earth slide)
Gerak horisontal /
bentang lateral
(lateral spreads)
Bentang lateral batu
(rock spread)
Bentang lateral bahan
rombakan (debris spread)
Bentang lateral tanah
(earth spread)
Aliran (flow)
Aliran batu / rayapan dalam
(rock flow / deep creep)
Aliran bahan rombakan
(debris flow)
Alran tanah (earth flow)
Majemuk (complex)
Rayapan tanah (soil creep)
Gabungan dua atau lebih gerakan (combination two or more movement)
Gambar lokasi kekar-kekar batugamping Formasi Rajamadala di Citatah
Hirnawan & Zakaria / GEOTEKNIK-D1F322
geomekanik
9
TUGAS
1. Apa yang disebut dengan genesis tanah? Mengapa batuan mudah lapuk jika terkena
air?
2. Sebutkan dua jenis tipe jenis longsoran yang berkembang di lokasi kuliah lapangan.
Faktor apa saja yang mempengaruhi longsor tersebut. Berikan sketsa lokasi
longsoran dan jenisnya.
3. Klasifikasikan jenis tanah dari satu lokasi pengamatan di sekitar daerah longsoran
tersebut. Pada lokasi tersebut, buatlah penampang tanahnya (profil tanah).
4. Jika diketahui sbb:
B
Dinding Aatas
A
C
: Dalam 1 meter terdapat rata-rata 20 kekar
Dinding Abawah : Dalam 1 meter terdapat rata-rata 10 kekar
Dinding B
: Dalam 1 meter terdapat rata-rata 4 kekar
Dinding C
: Dalam 1 meter terdapat rata-rata 2 kekar
Hitung berapa RQD batugamping Formasi Rajamandala pada daerah kekar rapat
(frekuensi retakan banyak) dan kekar renggang (frekuensi retakan sedikit). Apa
maknanya bila dikaitkan dengan aspek kelemahan geologi? Apa pula maknanya bila
dikaitkan dengan struktur geologi yang berkembang di daerah tersebut? Berapa
RMR dan SMR dari lokasi tersebut?
5. Berdasarkan pengamatan di lapangan, daerah lokasi kuliah lapangan termasuk
dalam SGW apa?
Catatan :
Tugas dikumpulkan paling lambat satu minggu
Tugas akan dilibatkan dalam penilaian kuliah Geoteknik keseluruhan.
(Zufialdi Zakaria, Ir., MT)
Hirnawan & Zakaria / GEOTEKNIK-D1F322
geomekanik